一种实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统的制作方法

1.本发明涉及投影设备技术领域，特别是涉及一种实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统。


背景技术：

2.随着投影技术的逐步发展，投影场景越来越广泛。水幕投影、天幕投影等能够实现特定视觉效果的投影场景也越来越受到关注。
3.然而，在将天空当作幕布进行图像投影时，由于空气中无处不在的颗粒、水汽、雾霾等微粒的影响，使得投影光在投射过程中会发生散射等光学效应，导致图像或者投影光柱出现侧向色散。这样会导致在投影图像侧面的观看者会看到“光柱”、“光锥”现象，影响投影展示效果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种能够避免上述问题的实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统。
5.一种实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统，包括：分光合光单元，包括第一受光面、第二受光面以及出光面，其中，所述第一受光面、第二受光面用于接收入射光，射入所述第一受光面、第二受光面的入射光经过所述分光合光单元合光后，自所述出光面射出；第一光源成像单元，其用于向所述第一受光面投射第一图像光；第二光源成像单元，其独立于所述第一光源成像单元，用于向所述第二受光面投射第二图像光，经由所述分光合光单元，所述第一图像光与第二图像光形成复合图像光，并自所述出光面射出；透镜系统，设置于所述分光合光单元的出射光路上，相对于所述透镜系统，所述分光合光单元出射的复合图像光等价于自所述透镜系统的焦点处发出，从而使自所述出光面射出的复合图像光经过所述透镜系统后形成平行光。
6.优选的，所述分光合光单元选自波长合光装置、偏振合光装置以及光学扩展量合光装置中的一种。
7.优选的，所述分光合光单元的第一受光面与出光面重合，所述第二受光面与所述第一受光面相背设置，所述第一图像光在所述第一受光面发生反射并向所述透镜系统出射，所述第二图像光在所述第二受光面发生透射并向所述透镜系统出射。
8.优选的，所述第一光源成像单元包括第一光源模组及第一透镜模组，所述第一光源模组发出的第一图像光经过所述第一透镜模组后射向所述分光合光单元，所述第二光源成像单元包括第二光源模组及第二透镜模组，所述第二光源模组发出的第二图像光经过所述第二透镜模组后射向所述分光合光单元，其中，所述第一透镜模组与第二透镜模组中至少有一个为变焦透镜模组。
9.优选的，所述第二透镜模组为变焦透镜模组，经由所述变焦透镜模组的调焦控制，可使所述第二光源模组发出的图像光的焦点不与所述透镜系统的焦点重合，从而使得所述
第二光源成像单元所投射的第二图像光经过所述透镜系统后的成像位置与所述第一光源成像单元所投射的第一图像光经过所述透镜系统后的成像位置发生相对变化。
10.优选的，经由所述变焦透镜模组的调焦控制，所述第二光源模组发出的图像光的焦点位于所述透镜系统的光轴上。
11.优选的，经由所述变焦透镜模组的调焦控制，所述第二光源模组发出的图像光的焦点偏离所述透镜系统的光轴。
12.优选的，所述第一图像光与第二图像光的图像信息相同。
13.优选的，所述第一光源成像单元、第二光源成像单元分别选自激光荧光光源、纯激光光源、led光源、灯泡光源中的一种。
14.优选的，所述透镜系统为变焦透镜系统。
15.与现有技术相比，本发明实施方式所提供的上述实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统，基于其所设计的投影架构，通过采用至少两个相互独立的光源成像单元来进行投影，同时通过架构设计，使得上述至少两个相互独立的光源成像单元所形成的复合图像光经过透镜系统后形成平行光束以进行云层投影。同时赋予至少两个相互独立的光源成像单元具备独立调整焦距的功能，从而当投影过程中出现空气中的颗粒、水汽、雾霾等微粒的影响，使得投影光在投射过程中会发生散射等光学效应，导致图像或者投影光柱出现侧向色散的问题时，可以通过调整至少两个相互独立的光源成像单元的焦距来调整最终的成像面，以保证复合图像光只有一个成像面。更进一步的，为了保证调焦之后的图像依然能够在同一块云层上持续成像，在本实施方式中，将所述透镜系统也设置为变焦透镜系统，通过调整透镜系统的焦距，来达到使调焦之后的图像依然能够在同一块云层上持续成像的目的。
附图说明
16.为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施方式提供的实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统在预定状态下的示意图；
18.图2为本发明实施方式提供的实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统在调焦状态下的示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发
生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
21.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
22.如图1所示，本发明实施方式提供的实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统，其包括第一光源成像单元10、第二光源成像单元20、分光合光单元30以及透镜系统40。
23.所述分光合光单元30包括第一受光面31、第二受光面32以及出光面，其中，所述第一受光面31、第二受光面32用于接收入射光，射入所述第一受光面31、第二受光面32的入射光经过所述分光合光单元30合光后，自所述出光面射出。
24.在本发明中，所述分光合光单元30根据所述第一光源成像单元10、第二光源成像单元20所发出的图像光的光学特性不同，可以选自波长合光装置、偏振合光装置以及光学扩展量合光装置中的一种。
25.在本实施方式中，所述分光合光单元30为偏振合光装置，并且，所述分光合光单元30的第一受光面31与出光面重合，所述第二受光面32与所述第一受光面31相背设置。
26.所述第一光源成像单元10用于向所述第一受光面31投射第一图像光11，所述第二光源成像单元20独立于所述第一光源成像单元10设置，用于向所述第二受光面32投射第二图像光21，经由所述分光合光单元30，所述第一图像光11与第二图像光21形成复合图像光，并自所述出光面射出。
27.在本实施方式中，所述第一光源成像单元10投射的第一图像光11为p偏振态光，所述第二光源成像单元20投射的第二图像光21为s偏振态光，所述分光合光单元30为透s反p的偏振合光装置，所述第一图像光11在所述第一受光面31处发生反射并向所述透镜系统40方向出射，所述第二图像光21在所述第二受光面32处发生透射并向所述透镜系统40方向出射。由此，所述分光合光单元30实现对所述第一光源成像单元10投射的第一图像光11与所述第二光源成像单元20投射的第二图像光21进行合光。
28.可以理解的，在所述分光合光单元30采用偏振合光时，所述分光合光单元30也可以为透p反s的偏振合光装置。
29.可以理解的，在本发明其它实施方式中，根据所述第一图像光11、第二图像光21的光学特性，所述分光合光单元30还可以是波长合光装置以及光学扩展量合光装置中的一种。
30.例如，当所述第一图像光11为长波光，所述第二图像光21为短波光时，相应的，所述分光合光单元30可以被配置为波长合光装置，以通过反射或者透射长波光、透射或者反射短波光的方式来对所述第一图像光11、第二图像光21进行合光。
31.同样的，当所述第一图像光11的光学扩展量较大，所述第二图像光21的光学扩展
量相对较小时，相应的，所述分光合光单元30可以被配置为光学扩展量合光装置，以通过透过小光学扩展量的光、反射大光学扩展量的光的方式来对所述第一图像光11、第二图像光21进行合光。
32.可以理解的，在本发明中，所述分光合光单元30并不限于上述三种分光合光装置，只要能够实现对所述第一图像光11、第二图像光21进行合光的装置均可应用到本发明中作为所述分光合光单元30使用。
33.所述透镜系统40设置于所述分光合光单元30的出射光路上，相对于所述透镜系统40，所述分光合光单元30出射的复合图像光等效于自所述透镜系统40的焦点处发出，从而使自所述出光面射出的复合图像光经过所述透镜系统40后形成平行光。
34.在本发明中，所述第一光源成像单元10包括第一光源模组12及第一透镜模组13，所述第一光源模组12发出的第一图像光11经过所述第一透镜模组13后射向所述分光合光单元30，所述第二光源成像单元20包括第二光源模组22及第二透镜模组23，所述第二光源模组22发出的第二图像光21经过所述第二透镜模组23后射向所述分光合光单元30，其中，所述第一透镜模组13与第二透镜模组23中至少有一个为变焦透镜模组。
35.在本实施方式中，所述第二透镜模组23为变焦透镜模组，经由所述变焦透镜模组的调焦控制，可使所述第二光源模组22发出的图像光的焦点不与所述透镜系统40的焦点重合，从而使得所述第二光源成像单元20所投射的第二图像光21经过所述透镜系统40后的成像位置与所述第一光源成像单元10所投射的第一图像光11经过所述透镜系统40后的成像位置不同。
36.具体的，请结合图1及图2所示，当所述第一光源成像单元10、第二光源成像单元20处于预定状态时，自所述第一光源成像单元10、第二光源成像单元20发出的第一图像光11、第二图像光21经过所述分光合光单元30合光形成复合图像光后，通过设计所述分光合光单元30与所述透镜系统40的相对位置关系，使得自所述分光合光单元30出射的所述复合图像光以等效于自所述透镜系统40的焦点处发出，由此，所述复合图像光经过所述透镜系统40后，在所述透镜系统的后方形成平行光束。如图1所示，此时，所述平行光束在位置1、位置2均可以形成一致的投影图像。
37.当考虑了空气中无处不在的颗粒、水汽、雾霾等微粒的影响，使得投影光在投射过程中会发生散射等光学效应，导致图像或者投影光柱出现侧向色散的问题后，就会使得平行光柱内部的部分光线变为非平行光，而出现的非平行光在光柱内部出现相交后就会形成另外的投影像，从而被观察到，进而导致平行光柱内部出现光柱或者光锥现象。
38.请再结合图2所示，由于在本实施方式中，所述第二透镜模组23为变焦透镜模组，经由所述变焦透镜模组在j方向上的调焦控制，可使所述第二光源模组22发出的图像光的焦点不与所述透镜系统40的焦点重合，从而使得所述第二光源成像单元20所投射的第二图像光21经过所述透镜系统40后的成像位置发生变化，即从原先的位置1变化为位置2，此时，由于第一光源成像单元10经过所述透镜系统40后的光柱为平行光柱，因此，第一光源成像单元10在位置2出也能够投影出清晰的像，这样，通过调整第二透镜模组23的成像焦点，就使得第一光源成像单元10、第二光源成像单元20所发出的图像光的混合光在位置2处形成了完整重合的投影图像，进而消除了投影光在投射过程中被空气中无处不在的颗粒、水汽、雾霾等微粒的影响的部分光线在非投影面上相交而导致的问题。
39.可以理解的，当第一光源成像单元10所投射出去的图像光被影响后，也可以通过上述方法来调整第一光源成像单元10的投影焦距。
40.可以理解的，当第一光源成像单元10与第二光源成像单元20所投射的图像光均被影响后，可以通过分别调整第一光源成像单元10与第二光源成像单元20的投影焦距来调整最终的投影图像。
41.当然了，调整第一光源成像单元10及/或第二光源成像单元20的投影焦距的方式并不限于使其焦点沿着所述透镜系统40的光轴进行前后移动，在实际调整过程中，也可以通过调焦使所述第一光源成像单元10及/或第二光源成像单元20的焦点偏离所述透镜系统40的光轴，只要通过调整能够消除前述的问题即可。
42.更进一步的，由于经过调焦操作，第一光源成像单元10及/或第二光源成像单元20的投影成像位置会发生相对变化，基于云层高度的不可变性，通常希望能够在同一块云层上持续成像，因此，为了保证调焦之后的图像依然能够在同一块云层上持续成像，在本实施方式中，将所述透镜系统40也设置为变焦透镜系统，通过调整透镜系统40的焦距，来达到使调焦之后的图像依然能够在同一块云层上持续成像的目的。
43.可以选择的，为了增加图像的确定性，可以设置所述第一图像光11与第二图像光21的图像信息相同。
44.可以选择的，在本实施方式中，所述第一光源成像单元10、第二光源成像单元20分别选自激光荧光光源、纯激光光源、led光源、灯泡光源中的一种。
45.与现有技术相比，本发明实施方式所提供的上述实现空间动态可变效果的高亮度云上投影成像系统，基于其所设计的投影架构，通过采用至少两个相互独立的光源成像单元来进行投影，同时通过架构设计，使得上述至少两个相互独立的光源成像单元所形成的复合图像光经过透镜系统后形成平行光束以进行云层投影。同时赋予至少两个相互独立的光源成像单元具备独立调整焦距的功能，从而当投影过程中出现空气中的颗粒、水汽、雾霾等微粒的影响，使得投影光在投射过程中会发生散射等光学效应，导致图像或者投影光柱出现侧向色散的问题时，可以通过调整至少两个相互独立的光源成像单元的焦距来调整最终的成像面，以保证复合图像光只有一个成像面。更进一步的，为了保证调焦之后的图像依然能够在同一块云层上持续成像，在本实施方式中，将所述透镜系统也设置为变焦透镜系统，通过调整透镜系统的焦距，来达到使调焦之后的图像依然能够在同一块云层上持续成像的目的。
46.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。