本實用新型涉及到投影技術，具體涉及交變圖案的成像技術。

背景技術：

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

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

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

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

幻燈投射是固定圖像，缺乏生動活潑的效果，同樣在戶外受到亮度的限制；

新式會議用投影儀具有電影的功能，又有攜帶方便的優(yōu)點，但是，不但價格昂貴，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、價格易于接受、要特別適應戶外大環(huán)境的圖像投射方案，是本領域亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有圖案投射技術在成像效果以及結構成本上所存在的問題，本實用 新型的主要目的在于提供一種結構簡單、易于實現(xiàn)且能夠實現(xiàn)交變圖案成像的成像投射技術。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術方案：

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，對其產(chǎn)生的交變圖案進行投射成像。

優(yōu)選的，所述光源模塊包括至少一個光源體，所述光源體由LED光源和設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時，呈直線分布。

優(yōu)選的，所述LED光源為單個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)生器為一可自轉的圓柱筒體，所述圓柱筒體上設有用作交變的圖案，隨圓柱筒體繞軸自轉產(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設置，其上分別設置有用作交變的圖案，并通過繞光軸轉動產(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。

基于上述方案構成的交變圖案成像投射器，其采用具有兩個圖案(不在同一個垂直于光軸的平面)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，造價低廉，又特別適應戶外大環(huán)境的圖像投射。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本實用新型。

圖1為本實例1中滾筒式交變圖案成像投射器的光學原理圖；

圖2為本實例1中滾筒式交變圖案成像投射器的光學結構示意圖；

圖3為本實例1中光線利用角示意圖；

圖4為本實例2中雙層圖片式變圖案成像投射器的光學原理圖；

圖5為本實例2中前圖案片的結構示意圖；

圖6為本實例2中后圖案片的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實例和圖示，進一步闡述本實用新型。

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

為此，整個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、使用壽命長和因為面發(fā)光并單面發(fā)光，光的利用率很高。

交變圖案發(fā)生器，其上設有用作交變的圖案，該交變圖案包括至少兩個不在同一個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。

在此基礎上，交變圖案發(fā)生器可進一步的通過在光路中自轉產(chǎn)生具有的動感，不斷類同的圖案。

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

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。

針對上述方案，以下通過具體實例來進一步的說明。

實例1

參見圖1和圖2，本實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、場鏡4以及物鏡5這五個部分。

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的第一焦點內，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)，在滾筒后設置一場鏡4(通常采用菲涅爾鏡)，將光聚焦于物鏡5處。

在場鏡4前方置一物鏡5(通常采用費涅爾鏡)，其焦點位于滾筒的前后面之間。

而滾筒3的軸線連接小型電機6的軸，當通電后，電機轉動帶動滾筒轉動，同時，通電后LED發(fā)光，交變圖案(如：水波紋；飛雪迎春等)即出現(xiàn)在屏幕或其他目標屏上。

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

根據(jù)大功率LED既有高發(fā)光效果的優(yōu)點，又易做到實現(xiàn)提高光利用率的特點(因為它是平面單方向發(fā)光的光源)。為了進一步提高光源的利用率，本實例將大功率燈LED置于深橢球反光鏡2的第一焦點內，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，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)射角的比例是相當高的。

由此，疊加起來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。

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，在本實例中可以有一個或多個光源體組成，但是如果采用多個光源體應該放在一條直線上，光的投射方向必須是一致的。

另外，對于亮度要求高，或圖像大的環(huán)境，則應采用集成LED(100瓦以 上如200瓦、300瓦甚至更大功率的LED),此時根據(jù)需要應將光學結構作出相應更改，可以采用非球面聚光鏡組(也可以適當采用菲涅爾鏡)實現(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，以此來實現(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。

由此設置的滾筒3在使用時，其有前后兩部分被照明，兩個被照明的區(qū)域分別具有兩個圖案，這兩個圖案基本相同，在隨滾筒3自轉時，其運動的方向相反，由此實現(xiàn)交變圖案效果。具體的實現(xiàn)原理與實例2的雙層圖片式相同。

該圓柱形滾筒端面的中心由一個軸孔與微型電機或小型電機6的軸相連，通電后，電機6帶動圓柱體滾筒轉動。

由此設置的圓柱形滾筒3，其整體置于投影光學系統(tǒng)的光路中，讓其處在照明模塊的前面，當通電后電機帶動滾筒轉動，滾筒表面上的透明圖案通過光學系統(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，而且因為滾筒在轉動，屏幕上的像不斷在變動，再則兩面不是處于同一面上，兩個面上的圖案像清晰程度是不一樣的，使圖像有了層次感。

本實例中采用的場鏡4，用于在不影響成像關系的情況下，達到聚光的效果。本實例由于為了使照到滾筒的光斑有一定的面積，從反光鏡出來的光束是發(fā)散的，但經(jīng)過滾筒后又要會聚到物鏡中去，為了保證成像效果。本實例在滾筒前設置場鏡4(實際上可謂聚光鏡)，對相應的光束進行聚光。

本實例中采用物鏡5作為成像器，其物鏡5相對于圓柱形滾筒3設置，使得圓柱形滾筒3上的圖案應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)上述方案構成的滾筒式交變圖案成像投射器，當滾筒被聚光系統(tǒng)照明時，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，當焦面處在前面時，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)，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，當前面的圖案向上動的時候，后面的圖案向下動，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90度，圖案的透光部分是大紅色，那么，就會出現(xiàn)熊熊烈火的效果。

實例2

參見圖4，本實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，各自由步進電機帶動，讓其繞光軸轉動，在屏幕或其他目標屏上出現(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構上與實例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，光源模塊與實例1中的原理相同，但光學結構主要由集成LED光源1和以非球面為主的透射式聚光鏡組2配合構成，具體方案此處不加以贅述。

本實例中的成像器與實例1中的相同，主要由’場鏡’和物鏡5相配合構成，具體方案此處不加以贅述。

本實例中的交變圖案發(fā)生器由兩層圖案片7、8構成，這兩片圖案片7、8相對設置，不在同一平面上，其上分別設置有用作交變的圖案。

對于該圖案片，類似于圓柱形滾筒3，具體可采用如下兩種設計方案：

1.每個圖案片由相應的金屬薄片制成，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，本實例中的圖案片7(即前圖案片)具體為圓形片結構(即圓盤結構)，其上設置有相應的圖案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。

對于圖案片7上設置的圖案11的形式，可根據(jù)需要顯示的效果，采用對應的設計方案。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計。

參見圖6，本實例中的圖案片8(即后圖案片)具體為圓盤結構，其上相對于圖案片7上的通孔12和圖案11對應的設置有相應的圖案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。

對于圖案片8上設置的圖案13的形式，可根據(jù)需要顯示的效果，采用對應的設計方案。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計。

如此設置的前圖案片7和后圖案片8在相對安置時，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(應該比較大，即必須大于光束通過后片圖案到達前片的光斑)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各自連接步進電機9、10，并在電機9、10的驅動下，分別沿圓周方向或不同速或反向轉動，即繞光軸轉動。

同時，光源LED發(fā)光，當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，步進電機轉動時便形成交變的有層次的像。

本實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電機帶動，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；相應的后片上的圖案經(jīng)照明后通過前片相應通孔后經(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，當兩片分別轉動(轉速是不一樣的)時，當前片的圖案對上后片上的通光孔時，在屏幕上出現(xiàn)圖像成像很清晰，而且明亮，同時后片上的圖案對上前片的通光孔時，后片上的圖案成像有點虛，而且亮度低(通常圖案比較小)，由此，當電機工作時，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。

在上述實例方案的基礎上，本領域的技術人員還可以通過采用不同的光源或/和不同的光學結構，來達到不同的功能，以滿足不同的需求。

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