本實(shí)用新型涉及到投影技術(shù)，具體涉及交變圖案的成像技術(shù)。

背景技術(shù)：

當(dāng)人類進(jìn)入21世紀(jì)，人們的生活方式和要求自然發(fā)生重大變化，在物質(zhì)豐富的條件下，精神生活提出了越來(lái)越高的要求，環(huán)境的豐富多彩，動(dòng)感的美景成了人們精神生活的必然要求，當(dāng)前世界各國(guó)政府都在發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，講民生，適應(yīng)廣大民眾的要求，將旅游事業(yè)作為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。

所有這些，對(duì)戶外的燈光特別是效果燈提出了新的要求，由原來(lái)追求亮度、白光照明到色彩照明、由照亮到有圖像，由靜態(tài)到動(dòng)感等等；另一方面要求制作方便，價(jià)格合理等等，于是各種投影燈、效果燈不斷出現(xiàn)。

對(duì)于現(xiàn)有成像投射器，主要包括幻燈、電影、新式會(huì)議用投影儀，但是各有特點(diǎn)，卻有不足：

電影成像清晰，與實(shí)際生活有逼真感，如駿馬奔騰、浪擊巖涯、浮光耀金等，但制作系統(tǒng)復(fù)雜，可謂系統(tǒng)工程，自然價(jià)格昂貴，同時(shí)不適合戶外影像投射效果；

幻燈投射是固定圖像，缺乏生動(dòng)活潑的效果，同樣在戶外受到亮度的限制；

新式會(huì)議用投影儀具有電影的功能，又有攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，但是，不但價(jià)格昂貴，戶外使用，特別是在大環(huán)境使用有困難。

在生活中有很多自然環(huán)境影像中要求有層次、有動(dòng)感，圖像不斷類同，例如：雪花飄飄、碧波蕩漾、繁星閃閃、麥浪滾滾，熊熊烈火等等。

因此提供一種制作要求方便、價(jià)格易于接受、要特別適應(yīng)戶外大環(huán)境的圖像投射方案，是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有圖案投射技術(shù)在成像效果以及結(jié)構(gòu)成本上所存在的問題，本實(shí)用 新型的主要目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且能夠?qū)崿F(xiàn)交變圖案成像的成像投射技術(shù)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案：

本方案為一種交變圖案成像投射器，該成像投射器包括：

光源模塊；

交變圖案發(fā)生器，所述交變圖案發(fā)生器置于光源的光路中，以產(chǎn)生交變圖案；

成像器，所述成像器與交變圖案發(fā)生器配合，對(duì)其產(chǎn)生的交變圖案進(jìn)行投射成像。

優(yōu)選的，所述光源模塊包括至少一個(gè)光源體，所述光源體由LED光源和設(shè)置在其上的光處理部件組成。

優(yōu)選的，所述光源模塊中的光源體為多個(gè)時(shí)，呈直線分布。

優(yōu)選的，所述LED光源為單個(gè)LED發(fā)光源或集成LED發(fā)光源。

優(yōu)選的，所述光處理部件為橢球面反光鏡或非球面聚光鏡組。

優(yōu)選的，所述交變圖案發(fā)生器通過自轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變圖案。

優(yōu)選的，所述交變圖案發(fā)生器為一可自轉(zhuǎn)的圓柱筒體，所述圓柱筒體上設(shè)有用作交變的圖案，隨圓柱筒體繞軸自轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變圖案。

優(yōu)選的，所述交變圖案發(fā)生器為兩層圖案片，所述兩層圖案片相對(duì)設(shè)置，其上分別設(shè)置有用作交變的圖案，并通過繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變圖案。

優(yōu)選的，所述成像器為物鏡，且交變圖案發(fā)生器上的圖案分布在物鏡焦平面的兩側(cè)。

基于上述方案構(gòu)成的交變圖案成像投射器，其采用具有兩個(gè)圖案(不在同一個(gè)垂直于光軸的平面)作為物面，使在屏幕上的圖像具有層次、交變、動(dòng)感，例如：雪花飄飄、碧波蕩漾、繁星閃閃、麥浪滾滾，熊熊烈火等等。

再者，本成像投射器制作方便，造價(jià)低廉，又特別適應(yīng)戶外大環(huán)境的圖像投射。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)例1中滾筒式交變圖案成像投射器的光學(xué)原理圖；

圖2為本實(shí)例1中滾筒式交變圖案成像投射器的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)例1中光線利用角示意圖；

圖4為本實(shí)例2中雙層圖片式變圖案成像投射器的光學(xué)原理圖；

圖5為本實(shí)例2中前圖案片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)例2中后圖案片的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)例和圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

本方案提供的交變圖案成像投射器，其采用不在同一個(gè)垂直于光軸的平面上的兩個(gè)圖案作為物面，使在屏幕上的圖像具有層次、交變、動(dòng)感。

為此，整個(gè)成像投射器主要包括光源模塊、交變圖案發(fā)生器以及成像器三部分。

其中，光源模塊用于產(chǎn)生相應(yīng)的成像光路。

本方案，光源模塊采用大功率LED或集成LED作為光源，該光源具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)和因?yàn)槊姘l(fā)光并單面發(fā)光，光的利用率很高。

交變圖案發(fā)生器，其上設(shè)有用作交變的圖案，該交變圖案包括至少兩個(gè)不在同一個(gè)垂直于光軸的平面上的圖案。該交變圖案發(fā)生器整體置于光源的光路中，以產(chǎn)生交變圖案。

在此基礎(chǔ)上，交變圖案發(fā)生器可進(jìn)一步的通過在光路中自轉(zhuǎn)產(chǎn)生具有的動(dòng)感，不斷類同的圖案。

成像器，其與交變圖案發(fā)生器配合，對(duì)交變圖案發(fā)生器產(chǎn)生的交變圖案進(jìn)行投射成像。

據(jù)此方案能夠在屏幕上可以形成交變的圖案，如‘飛雪迎春’，水波漣漪，波浪滾滾的‘水波紋’、豐收在望的‘麥浪滾滾’；望星空‘繁星閃爍’等效果。

針對(duì)上述方案，以下通過具體實(shí)例來(lái)進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)例1

參見圖1和圖2，本實(shí)例中的交變圖案成像投射器為滾筒式，主要包括LED 光源1、深橢球反光鏡2、滾筒3、場(chǎng)鏡4以及物鏡5這五個(gè)部分。

其中，LED光源1采用大功率LED,通常為1瓦到10瓦，光源LED置于深橢球反光鏡2的第一焦點(diǎn)內(nèi)，光源發(fā)出的光經(jīng)過深橢球反光鏡反射形成發(fā)散光束，光束照明滾筒3并通過滾筒，光束在滾筒上形成的光斑略大于滾筒的直徑(光源LED直接投向滾筒的光合在一起)，在滾筒后設(shè)置一場(chǎng)鏡4(通常采用菲涅爾鏡)，將光聚焦于物鏡5處。

在場(chǎng)鏡4前方置一物鏡5(通常采用費(fèi)涅爾鏡)，其焦點(diǎn)位于滾筒的前后面之間。

而滾筒3的軸線連接小型電機(jī)6的軸，當(dāng)通電后，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，通電后LED發(fā)光，交變圖案(如：水波紋；飛雪迎春等)即出現(xiàn)在屏幕或其他目標(biāo)屏上。

本實(shí)例中的采用發(fā)光效率特高的大功率燈LED或集成LED作為L(zhǎng)ED光源1，以此實(shí)現(xiàn)利用較小功率光源，達(dá)到同樣的光照效果。

根據(jù)大功率LED既有高發(fā)光效果的優(yōu)點(diǎn)，又易做到實(shí)現(xiàn)提高光利用率的特點(diǎn)(因?yàn)樗瞧矫鎲畏较虬l(fā)光的光源)。為了進(jìn)一步提高光源的利用率，本實(shí)例將大功率燈LED置于深橢球反光鏡2的第一焦點(diǎn)內(nèi)，讓從反光鏡反射后形成一束發(fā)散角比較小的發(fā)散光束，由于LED是平面發(fā)光體，可以讓通過反光鏡反射出去的光和直接發(fā)出的光疊加起來(lái)，大大提高光源的利用率。

參見圖3，由此形成的光源，其發(fā)出的光的可利用的立體角非常大。其中反射光所占利用角X1，為光源LED發(fā)出的光經(jīng)過深橢球反光鏡反射，被利用的光(以立體角表示)；而直射光所占利用角X2，為光源LED發(fā)出的光直接照明滾筒，兩者相加所占發(fā)光的利用角與光源發(fā)光的總發(fā)射角的比例是相當(dāng)高的。

由此，疊加起來(lái)的光照明圓柱體滾筒3，并使在滾筒3上的光斑與滾筒的直徑相當(dāng)。

在這里，將大功率燈LED和深橢球反光鏡2組合成一體稱作光源體，在本實(shí)例中可以有一個(gè)或多個(gè)光源體組成，但是如果采用多個(gè)光源體應(yīng)該放在一條直線上，光的投射方向必須是一致的。

另外，對(duì)于亮度要求高，或圖像大的環(huán)境，則應(yīng)采用集成LED(100瓦以 上如200瓦、300瓦甚至更大功率的LED),此時(shí)根據(jù)需要應(yīng)將光學(xué)結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)更改，可以采用非球面聚光鏡組(也可以適當(dāng)采用菲涅爾鏡)實(shí)現(xiàn)高利用率聚光系統(tǒng)，由于集成(大功率)LED的熱量很高，必須采用有效的散熱器——銅管式散熱器。

本實(shí)例中采用中空的、有圖案的圓柱形滾筒3作為交變圖案發(fā)生器，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)交變圖案效果。

該中空的圓柱形滾筒3由金屬薄片制成，其表面刻有用作交變的圖案，該金屬薄片上圖案部分是透明的，如果圖案是有色的，可以在滾筒體外安置一層色片。

作為另外一種替代方案，該中空的圓柱形滾筒3由透明薄片制成，薄片上有用作交變的圖案，通過顏色差異來(lái)顯示圖案，即圖案部分與其他部分采用顏色或灰度差異顯現(xiàn)圖案。

由此設(shè)置的滾筒3在使用時(shí)，其有前后兩部分被照明，兩個(gè)被照明的區(qū)域分別具有兩個(gè)圖案，這兩個(gè)圖案基本相同，在隨滾筒3自轉(zhuǎn)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)的方向相反，由此實(shí)現(xiàn)交變圖案效果。具體的實(shí)現(xiàn)原理與實(shí)例2的雙層圖片式相同。

該圓柱形滾筒端面的中心由一個(gè)軸孔與微型電機(jī)或小型電機(jī)6的軸相連，通電后，電機(jī)6帶動(dòng)圓柱體滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。

由此設(shè)置的圓柱形滾筒3，其整體置于投影光學(xué)系統(tǒng)的光路中，讓其處在照明模塊的前面，當(dāng)通電后電機(jī)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒表面上的透明圖案通過光學(xué)系統(tǒng)投射到屏幕上，由于處于光路中的滾筒有前后兩面被照明，而且因?yàn)闈L筒在轉(zhuǎn)動(dòng)，屏幕上的像不斷在變動(dòng)，再則兩面不是處于同一面上，兩個(gè)面上的圖案像清晰程度是不一樣的，使圖像有了層次感。

本實(shí)例中采用的場(chǎng)鏡4，用于在不影響成像關(guān)系的情況下，達(dá)到聚光的效果。本實(shí)例由于為了使照到滾筒的光斑有一定的面積，從反光鏡出來(lái)的光束是發(fā)散的，但經(jīng)過滾筒后又要會(huì)聚到物鏡中去，為了保證成像效果。本實(shí)例在滾筒前設(shè)置場(chǎng)鏡4(實(shí)際上可謂聚光鏡)，對(duì)相應(yīng)的光束進(jìn)行聚光。

本實(shí)例中采用物鏡5作為成像器，其物鏡5相對(duì)于圓柱形滾筒3設(shè)置，使得圓柱形滾筒3上的圖案應(yīng)處于物鏡焦平面的兩邊或一面在物鏡焦平面上，一面在物鏡焦平面與聚光系統(tǒng)之間，具體視投射距離及圖案放大率而定。

根據(jù)上述方案構(gòu)成的滾筒式交變圖案成像投射器，當(dāng)滾筒被聚光系統(tǒng)照明時(shí)，由于滾筒的前后兩面均被照明，物鏡的焦面處在前后面之間，當(dāng)焦面處在前面時(shí)，前面的圖案在屏幕上很清晰，后面的圖案比較虛(虛的程度與離焦面的距離及物鏡的焦距有關(guān))，這樣屏幕上的圖像就感覺到有層次感。

如果環(huán)境不需要有很清晰的效果，則焦面可處于前后面之間某位置。

另外，當(dāng)前面的圖案向上動(dòng)的時(shí)候，后面的圖案向下動(dòng)，如水波紋形成交叉疊加，屏幕上出現(xiàn)的效果猶如波光粼粼；同樣，如果將圖案旋轉(zhuǎn)90度，圖案的透光部分是大紅色，那么，就會(huì)出現(xiàn)熊熊烈火的效果。

實(shí)例2

參見圖4，本實(shí)例中的交變圖案成像投射器為雙層圖片式，該系統(tǒng)采用兩個(gè)不在同一平面上的、有圖案的平面圖片，置于光路中，各自由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，讓其繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在屏幕或其他目標(biāo)屏上出現(xiàn)交變圖案(如：繁星閃閃；飛雪迎春等)。

由圖可知，該雙層圖片式交變圖案成像投射器在組成結(jié)構(gòu)上與實(shí)例1中的滾筒式交變圖案成像投射器相同，主要包括：光源模塊、交變圖案發(fā)生器以及成像器三部分。

其中，光源模塊與實(shí)例1中的原理相同，但光學(xué)結(jié)構(gòu)主要由集成LED光源1和以非球面為主的透射式聚光鏡組2配合構(gòu)成，具體方案此處不加以贅述。

本實(shí)例中的成像器與實(shí)例1中的相同，主要由’場(chǎng)鏡’和物鏡5相配合構(gòu)成，具體方案此處不加以贅述。

本實(shí)例中的交變圖案發(fā)生器由兩層圖案片7、8構(gòu)成，這兩片圖案片7、8相對(duì)設(shè)置，不在同一平面上，其上分別設(shè)置有用作交變的圖案。

對(duì)于該圖案片，類似于圓柱形滾筒3，具體可采用如下兩種設(shè)計(jì)方案：

1.每個(gè)圖案片由相應(yīng)的金屬薄片制成，其表面刻有用作交變的圖案，該金屬薄片上圖案部分是透明的，如果圖案是有色的，可以在滾筒體外安置一層色片。

2.每個(gè)圖案片由透明薄片制成，薄片上有用作交變的圖案，通過顏色差異來(lái)顯示圖案，即圖案部分與其他部分采用顏色或灰度差異顯現(xiàn)圖案。

由此設(shè)置的兩層圖案片7、8，整體置于光路中，兩層圖案片7、8的中心與光軸在同一直線上，并處于物鏡焦面的兩邊，根據(jù)需要也可以一圖案片在焦面上，另一圖案片在焦面與聚光系統(tǒng)之間，具體視投射距離及圖案放大率而定。其中圖案片7靠近物鏡作為前圖案片，圖案片8作為后圖案片。

參見圖5，本實(shí)例中的圖案片7(即前圖案片)具體為圓形片結(jié)構(gòu)(即圓盤結(jié)構(gòu))，其上設(shè)置有相應(yīng)的圖案11和通孔12，其中圖案11以圖案片7的中心為圓心，由里到外呈多層同心圓周分布，且圖案片7的中心設(shè)置圖案11；通孔12同樣以圖案片7的中心為圓心，由里到外呈多層同心圓周分布。在本實(shí)例中圖案11和通孔12的分布圓周之間由里到外依次相間。

對(duì)于圖案片7上設(shè)置的圖案11的形式，可根據(jù)需要顯示的效果，采用對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。例如，圖示方案中根據(jù)“星光閃爍”的顯示效果，圖案11采用圖5中所示的星光形式設(shè)計(jì)。

參見圖6，本實(shí)例中的圖案片8(即后圖案片)具體為圓盤結(jié)構(gòu)，其上相對(duì)于圖案片7上的通孔12和圖案11對(duì)應(yīng)的設(shè)置有相應(yīng)的圖案13和通孔14。同樣的通孔14同樣以圖案片8的中心為圓心，由里到外呈多層同心圓周分布，且圖案片8的中心設(shè)置通孔14；圖案13以圖案片8的中心為圓心，由里到外呈多層同心圓周分布；在本實(shí)例中圖案13和通孔14的分布圓周之間由里到外依次相間。

對(duì)于圖案片8上設(shè)置的圖案13的形式，可根據(jù)需要顯示的效果，采用對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。例如，圖示方案中根據(jù)“星光閃爍”的顯示效果，圖案13采用圖6中所示的星光形式設(shè)計(jì)。

如此設(shè)置的前圖案片7和后圖案片8在相對(duì)安置時(shí)，前圖案片7上的圖案11與后圖案片8上的通孔14在同一圓周上，同樣的，前圖案片7的通孔12(應(yīng)該比較大，即必須大于光束通過后片圖案到達(dá)前片的光斑)與后圖案片8的圖案13也在同一圓周上。

物鏡5的焦面處于前后圖案片之間，根據(jù)‘星光閃爍’的需要，焦面置于前圖案片7位置，后片視投射距離等因素調(diào)整與前片的距離。

最后，前圖案片7和后圖案片8各自連接步進(jìn)電機(jī)9、10，并在電機(jī)9、10的驅(qū)動(dòng)下，分別沿圓周方向或不同速或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，即繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

同時(shí)，光源LED發(fā)光，當(dāng)光束通過后片上的通孔照明前片上的圖案，該圖案通過物鏡5成像在屏幕上，出現(xiàn)明亮清晰的圖案像，相應(yīng)光束照明并通過后片上的圖案后再通過前片上的通孔投射，后片上的圖案被物鏡成比較虛的像，屏幕出現(xiàn)有層次的圖像，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便形成交變的有層次的像。

本實(shí)例中將前片放在物面上的，后片放在前片和聚光鏡之間的合適位置。該兩片圖片分別由各自的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，前片通過物鏡后成像清晰，圖片上圖像與后片上的通孔在同一圓周上，光通過后片上的通孔照明前片上的圖案；相應(yīng)的后片上的圖案經(jīng)照明后通過前片相應(yīng)通孔后經(jīng)物鏡投射到屏幕上，由于后片的圖像不在物面上，其所形成的象是不太清清晰的，比較虛的。

這樣，當(dāng)兩片分別轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)速是不一樣的)時(shí)，當(dāng)前片的圖案對(duì)上后片上的通光孔時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)圖像成像很清晰，而且明亮，同時(shí)后片上的圖案對(duì)上前片的通光孔時(shí)，后片上的圖案成像有點(diǎn)虛，而且亮度低(通常圖案比較小)，由此，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，屏幕上的圖像不斷變化，而且亮度不一樣，清晰度也不一樣，其效果感覺是太空中星星閃爍。

在上述實(shí)例方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以通過采用不同的光源或/和不同的光學(xué)結(jié)構(gòu)，來(lái)達(dá)到不同的功能，以滿足不同的需求。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。