CN112594640A - 动态灯光成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态灯光成像系统，包括光学组件和控制系统；所述光学组件包括沿光路依次排列的激光光源、聚焦镜、第一反射镜组、反射镜、非球面透镜、第二反射镜组和颜色片；所述控制系统包括：第一电机，其转轴与所述第二反射镜组连接；控制模块，包括主控板以及设置在所述主控板上的MCU；电机驱动电路，分别与所述MCU和第一电机电连接；光源驱动电路，分别与所述MCU和激光光源电连接；其中，所述第一电机在所述MCU控制下，交替实现顺时针快、慢和逆时针快、慢运动，使得投射到所述第二反射镜组上的光束形成的光点经过所述颜色片作用后，形成动态投影效果。可解决现有的氛围灯无法逼真模拟萤火虫的发光特点的问题。

Description

动态灯光成像系统

技术领域

本发明涉及效果灯领域，特别是涉及一种动态灯光成像系统。

背景技术

效果灯是利用灯光、机械传动及电气控制的组合，投射出各种景物、自然界气象变化和虚幻景象的一类舞台影视灯。能表现出各种静止景物和活动景物如雨、雪、火焰、云、波浪、闪电、太阳升起等，还可以用动态的影子作背景表现各种山水、矿山等的变化。是可在舞台上为各类舞曲、节奏音响等配置各种不同的效果的灯具。效果灯又分为宇宙球灯、滚筒灯、多头旋转灯、镜面反射球、频闪灯、扫描灯、蘑菇灯、飞碟灯、彩灯链、喷水池效果灯、萤火虫效果灯等。

描述现有的萤火虫灯光成像继系统存在的缺点，目前市场上普遍采用满天星、星空投影灯来营造萤火虫场景效果，具体如图7所示，其效果不逼真。只能呈现光点的规则运动，而无法模拟出萤火虫的光点大小随机变化进而实现明灭，且光点随机运动的效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供了一种动态灯光成像系统，包括光学组件和控制系统；

所述光学组件包括沿光路依次排列的激光光源、聚焦镜、第一反射镜组、反射镜、非球面透镜、第二反射镜组和颜色片；

所述的第一反射镜组呈锥台状结构，包括若干围绕所述聚焦镜设置的前表面反射镜块，使得从所述激光光源发出的光线经过所述第一反射镜组后形成主光束和副光束，并射向所述反射镜；

所述控制系统包括：

第一电机，其转轴与所述第二反射镜组连接；

控制模块，包括主控板以及设置在所述主控板上的MCU；

电机驱动电路，分别与所述MCU和第一电机电连接；

光源驱动电路，分别与所述MCU和激光光源电连接；

其中，所述第一电机在所述MCU控制下，交替实现顺时针快、慢和逆时针快、慢运动，使得投射到所述第二反射镜组上的光束形成的光点经过所述颜色片作用后，形成动态投影效果。

优选地，所述第二反射镜组包括与所述第一电机的转轴连接且共轴的凹面盘体以及设置在所述凹面盘体的内凹面上的多个镜片，所镜片呈不规则排布。

优选地，光学组件还包括设置在所述反射镜与非球面透镜之间的光阑，所述控制系统还包括与所述MCU电连接的第二电机；所述动态灯光成像系统还包括连接所述第二电机主轴与所述光阑的传动组件。

优选地，所述光阑包括依次设置的安装环、挡光片和拨环；所述安装环上设置有环形排布的铰接孔，所述拨环的一表面设置有放射状的滑槽，所述挡光片的一端与铰接孔转动连接，另一端与滑槽滑动连接，所述拨环的外侧向外延伸设置有一拨杆。

优选地，所述传动组件包括与所述拨杆滑动连接的弧形滑槽，所述弧形滑槽中还设置有弹簧，弹簧一端与拨杆抵接；

所述传动组件包括设置在第二电机上的凸轮，凸轮与拨杆远离弧形弹簧的一侧抵接，凸轮转动推动所述拨杆在滑槽中滑动，以控制通光孔的缩放。

优选地，所述电机驱动电路包括DRV8841驱动芯片；其AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2与第一电机连接；其BIN1、BIN2、AIN1、AIN2与MCU电连接；CP1与CP2分别连接C30的两极；VCP、VMA和VMB接VD 36V；ISENA、ISENB接GND；AVREF、BVREF、DECAY、Nsleep、nRESET接V3P3；V3P3OUT、AIO1、AIO0、BIO1、BIO0接地；nFAULT空载。

优选地，所述电机驱动电路包括两个分别与MCU电连接的DRV8841驱动芯片，其中一DRV8841驱动芯片与第一电连接，另一DRV8841驱动芯片与第二电机电连接。

优选地，所述控制系统还包括与所述MCU电连接的温控电路，所述温控电路还包括设置在所述激光光源上的温度传感器。

优选地，所述控制系统还包括与所述MCU电连接的电源电路和DMX512通信接口；所述主控板型号为100SW，所述MCU型号为STM32F103；所述光源驱动电路包括FL7760BM6X驱动芯片。

优选地，所述反射镜为前表面反射镜；所述反射镜处的入射光线和出射光线之间的夹角为60～120°；所述非球面透镜的材质为K9，焦距为107.95mm，透过率大于98％。

本发明中控制系统中MCU控制光源驱动电路驱动激光光源发射光线，激光光线经聚透镜折射形成主光束以及分散于主光束外的副光束，主光束直接照射在反射镜上，副光束经第一反射镜组的反射，进一步分散成多个光束并照射在第二反光镜上，第二反光镜反射主光束和副光束，主、副光束经非球面透镜折射后并照射在第二反射镜组上形成分散的光斑，光斑经第二反射镜组上的多个镜片反射，进一步分散成多个光点；MCU控制电机驱动电路，驱动第一电机转动，MCU控制加载在电机驱动电路中的负载，实现对第一电机的转向和转速的控制；由此第二反光镜中的镜片的偏转方向和偏转速度可控，对应各镜片的受光面积发生改变，实现了各光点大小的随机变化，此外镜片的偏转对应光点会产生偏移，光点的运动轨迹也对应随机变化。

附图说明

图1是动态灯光成像系统一实施例中光学组件的结构示意图；

图2是动态灯光成像系统一实施例的电路图；

图3是图2实施例中电路板的结构示意图；

图4是图1实施例中第二反射镜组的结构示意图；

图5是图1实施例中电机驱动电路的电路图；

图6是图1实施例中光阑的结构示意图；

图7是现有的氛围灯在区域中各光点的变化效果示意图；

图8是图1实施例中各光点的变化效果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

参照图1至图8，动态灯光成像系统包括光学组件和控制系统；所述光学组件包括沿光路依次排列的激光光源、聚焦镜、第一反射镜组、反射镜、非球面透镜、第二反射镜组和颜色片；所述的第一反射镜组呈锥台状结构，包括若干围绕所述聚焦镜设置的前表面反射镜块，使得从所述激光光源发出的光线经过所述第一反射镜组后形成主光束和副光束，并射向所述反射镜；

在本实施例中，所述第一反射镜组13设置在所述聚焦镜12远离所述激光光源11的一侧，第一反射镜组13包括多个外形为梯形的镜体，多个镜体组合而成多棱的喇叭口，可将经聚焦镜12折射形成的副光斑反射收聚。反射镜14为平面镜，其设置在喇叭口处，用于将光线进行转向，反射镜14处的入射光线和出射光线之间的夹角为60～120°。可减小光学模组占用的空间，使结构更加紧凑。

在本实施例中，非球面透镜16的焦距为100～110mm，透过率大于98％，用于对光线进行光斑成像，主光斑和副光斑经非球面透镜16后进一步分散。第二反射镜组17包括凹面盘体17a以及设置在所述凹面盘体17a的内凹面上的多个镜片17b，所镜片17b呈不规则排布。具体的，镜片可设置成圆形、方形、三角形、异形等，其在内凹面的排布也是随机排布。

在本实施例中，所述控制系统包括：第一电机、控制模块、电机驱动电路和光源驱动电路；第一电机的转轴与所述第二反射镜组连接；控制模块，包括主控板以及设置在所述主控板上的MCU；电机驱动电路，分别与所述MCU和第一电机电连接；光源驱动电路，分别与所述MCU和激光光源电连接；其中，所述第一电机在所述MCU控制下，交替实现顺时针快、慢和逆时针快、慢运动，使得投射到所述第二反射镜组上的光束形成的光点经过所述颜色片作用后，形成动态投影效果。

具体的，主控板21型号为100SW，所述MCU22型号为STM32F103。具体的，激光光源11优选6200K的白光激光光源11，型号为A010-D13的透射式光学模组，其单路电压4.7V，工作电流为2.25A。白光激光光源11是基于蓝激光激发陶瓷荧光粉输出白光的技术，其采用无机荧光粉技术无蓝光伤害，此外可实现点光源效果，不产生光柱且照射距离远，其出射光为荧光光束，非激光光束，使用更安全。光源驱动电路26设置在一单独的驱动板上，其上设置有FL7760BM6X驱动芯片。白光激光光源11与FL7760BM6X驱动芯片电连接，FL7760BM6X驱动芯片的输入电压为12V，输出电压为4.7V，输出电流为2.25A。第一电机24a为步进电机，电机驱动电路24集成在主控板21上，包括与第一电机24a电连接的DRV8841驱动芯片。

电机驱动电路包括DRV8841驱动芯片；其AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2与第一电机连接；其BIN1、BIN2、AIN1、AIN2与MCU电连接；CP1与CP2分别连接C30的两极；VCP、VMA和VMB接VD 36V；ISENA、ISENB接GND；AVREF、BVREF、DECAY、Nsleep、nRESET接V3P3；V3P3OUT、AIO1、AIO0、BIO1、BIO0接地；nFAULT空载。

进一步的，所述电机驱动电路包括两个分别与MCU电连接的DRV8841驱动芯片，其中一DRV8841驱动芯片与第一电连接，另一DRV8841驱动芯片与第二电机电连接。

进一步的，在结构上光源驱动电路26设置在一单独电路板上，构成光源驱动板。电源电路23集成在主控板21上，还包括电连接的开关和供电接口。电源电路23分别给主控板21以及光源驱动板供电，对应主控板21上设置有DMX512通信接口27，通过设置DMX512通信接口27与灯光效果器的连接，实现对动态萤火虫效果灯的光效的控制，即对光光源的输入负载和第一电机24a的输入负载的控制。也可通过与主控板21电连接的控制旋钮实现上述控制。

在本实施例中，控制系统还包括与所述MCU22电连接的温控电路25，所述温控电路25还包括设置在所述激光光源11上的温度传感器25a。温度传感器25a设置在散热器与激光光源11的接触面上，温度传感器25a将监测到的激光光源11的温度信息发送至MCU22，当温度信息中的温度数值大于设定温度，MCU22控制驱动电源驱动电路断电，实现高温保护。此外，温控电路25还包括设置在散热器上的风扇25b，当温度过高时，MCU22控制风扇25b转动降温。

在本实施例中，动态萤火虫效果灯接入220V的电源，电源通过电源线接入电源IO口给开关电源输入供电，经过开关电源转换成12V输出，分别给光源驱动板和主控板21提供电源；驱动板设计为合适的电流输出给激光光源11供电；主控板21集成光源控制、电机控制、温度控制、DMX512信号控制、MCU22等模块；控制程序通过MCU22，实现对光源温度的检测控制；DMX512信号控制；光源亮度控制；步进电机顺时针快、慢；逆时针快、慢控制。

具体动态的投影效果的体现：MCU22给电机发出指令，控制其顺时针快、慢；逆时针快、慢运动，而安装在步进电机上的第二反射镜组17反射由非球面透镜16处理后发出的光线，经颜色片改变光色后投射在所需效果场景。因镜组的特殊形状(形成反射区和非反射区域)，光线在反射镜14组区域通过步进电机的驱动运转，呈现出明暗变化。

本发明中控制系统中MCU控制光源驱动电路驱动激光光源发射光线，激光光线经聚透镜折射形成主光束以及分散于主光束外的副光束，主光束直接照射在反射镜上，副光束经第一反射镜组的反射，进一步分散成多个光束并照射在第二反光镜上，第二反光镜反射主光束和副光束，主、副光束经非球面透镜折射后并照射在第二反射镜组上形成分散的光斑，光斑经第二反射镜组上的多个镜片反射，进一步分散成多个光点；MCU控制电机驱动电路，驱动第一电机转动，DRV8841驱动芯片根据MCU的控制信号控制加载在第一电机上的负载，实现对第一电机的转向和转速的控制；由此第二反光镜中的镜片的偏转方向和偏转速度可控，对应各镜片的受光面积发生改变，实现了各光点大小的随机变化，此外镜片的偏转对应光点会产生偏移，光点的运动轨迹也对应随机变化。

参照图8，在一时间段内该区域中，大小变化随机变化，位置随机变化，且不变化速率也是随机的。具体的，光点1先向下再向右运动，且逐渐变大。光点2向向右下角运动，且逐渐变小至消失。光点3向右上角运动，且先变大再变小。光点4向左上角再向下运动，逐渐变小。

以上第一反射镜组13、反射镜14和第二反射镜组17为前表面反射镜14，采用高反射比的前反射镜14可使激光器的输出功率成倍提高，且是第一反射面反射，反射图像不失真，无重影，其反射的光线不会产生虚影，单个光点的成像更加集中，能更好的模拟萤火虫的发光特点。

实施例2：

参照图1至图8，在本实施例中，在非球面透镜16的前端还设置光阑15，光阑15可调整非球面透镜16的进光范围，进而控制光斑在第二反射镜组17主中的照射范围，实现对反射出的光点的数量的控制。光阑15包括依次设置的安装环15a、挡光片15b、拨环15c和卡簧15d。安装环15a上设置有环形排布的铰接孔，拨环15c的一表面设置有放射状的滑槽，挡光片15b的一端与铰接孔连接，另一端与滑槽滑动连接，卡簧15d则用于连接安装环15a和拨环15c。所述拨环的外侧向外延伸设置有一拨杆。通过拨动拨杆使挡光片滑动，实现通光孔大小的控制。

进一步的，也可通过设置第二电机24b，该第二电机24b与电机驱动电路24电连，实现对光阑15的通光孔大小的自动控制，实现对光点数量的自动控制。此外，所述动态灯光成像系统还包括连接所述第二电机主轴与所述光阑的传动组件。该所述传动组件包括与所述拨杆滑动连接的弧形滑槽，所述弧形滑槽中还设置有弹簧，弹簧一端与拨杆抵接；所述传动组件包括设置在第二电机上的凸轮，凸轮与拨杆远离弧形弹簧的一侧抵接，凸轮转动推动所述拨杆在滑槽中滑动，以控制通光孔的缩放。

具体的，电机驱动电路包括两个分别与MCU电连接的DRV8841驱动芯片，其中一DRV8841驱动芯片与第一电连接，另一DRV8841驱动芯片与第二电机电连接。对应的DRV8841驱动芯片根据MCU的控制信号控制加载在第二电机上的负载实现对第二电机的转速和转向的控制。从而控制通光孔变大或变小以及变化速度，进入第二反射镜组中的光束数量也会产生相应的变化，从而实现对光点数量的控制；第一电机和第二电机同时驱动时，使光点的数量、大小的变化更具随机性，完全可实现对自然条件下萤火虫发光效果的逼真模拟。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种动态灯光成像系统，其特征在于，包括光学组件和控制系统；

所述光学组件包括沿光路依次排列的激光光源、聚焦镜、第一反射镜组、反射镜、非球面透镜、第二反射镜组和颜色片；

所述的第一反射镜组呈锥台状结构，包括若干围绕所述聚焦镜设置的前表面反射镜块，使得从所述激光光源发出的光线经过所述第一反射镜组后形成主光束和副光束，并射向所述反射镜；

所述控制系统包括：

第一电机，其转轴与所述第二反射镜组连接；

控制模块，包括主控板以及设置在所述主控板上的MCU；

电机驱动电路，分别与所述MCU和第一电机电连接；

光源驱动电路，分别与所述MCU和激光光源电连接；

其中，所述第一电机在所述MCU控制下，交替实现顺时针快、慢和逆时针快、慢运动，使得投射到所述第二反射镜组上的光束形成的光点经过所述颜色片作用后，形成动态投影效果。

2.根据权利要求1所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述第二反射镜组包括与所述第一电机的转轴连接且共轴的凹面盘体以及设置在所述凹面盘体的内凹面上的多个镜片，所镜片呈不规则排布。

3.根据权利要求1所述的动态灯光成像系统，其特征在于，光学组件还包括设置在所述反射镜与非球面透镜之间的光阑，所述控制系统还包括与所述MCU电连接的第二电机；所述动态灯光成像系统还包括连接所述第二电机主轴与所述光阑的传动组件。

4.根据权利要求3所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述光阑包括依次设置的安装环、挡光片和拨环；所述安装环上设置有环形排布的铰接孔，所述拨环的一表面设置有放射状的滑槽，所述挡光片的一端与铰接孔转动连接，另一端与滑槽滑动连接，所述拨环的外侧向外延伸设置有一拨杆。

5.根据权利要求4所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述传动组件包括与所述拨杆滑动连接的弧形滑槽，所述弧形滑槽中还设置有弹簧，弹簧一端与拨杆抵接；

所述传动组件包括设置在第二电机上的凸轮，凸轮与拨杆远离弧形弹簧的一侧抵接，凸轮转动推动所述拨杆在滑槽中滑动，以控制通光孔的缩放。

6.根据权利要求1所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述电机驱动电路包括DRV8841驱动芯片；其AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2与第一电机连接；其BIN1、BIN2、AIN1、AIN2与MCU电连接；CP1与CP2分别连接C30的两极；VCP、VMA和VMB接VD 36V；ISENA、ISENB接GND；AVREF、BVREF、DECAY、Nsleep、nRESET接V3P3；V3P3OUT、AIO1、AIO0、BIO1、BIO0接地；nFAULT空载。

7.根据权利要求3所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述电机驱动电路包括两个分别与MCU电连接的DRV8841驱动芯片，其中一DRV8841驱动芯片与第一电连接，另一DRV8841驱动芯片与第二电机电连接。

8.根据权利要求1所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述MCU电连接的温控电路，所述温控电路还包括设置在所述激光光源上的温度传感器。

9.根据权利要求1所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述MCU电连接的电源电路和DMX512通信接口；所述主控板型号为100SW，所述MCU型号为STM32F103；所述光源驱动电路包括FL7760BM6X驱动芯片。

10.根据权利要求1所述的动态灯光成像系统，其特征在于，所述反射镜为前表面反射镜；所述反射镜处的入射光线和出射光线之间的夹角为60～120°；所述非球面透镜的材质为K9，焦距为107.95mm，透过率大于98％。

Images