[發明專利]一種基于光束交匯電離空氣的三維空中成像裝置

在審

• 申請號: 202010048276.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111123552A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 范超;韓東成
• 申請（專利權）人: 安徽省東超科技有限公司
• 主分類號: G02B30/56
• 分類號: G02B30/56
• 代理公司: 北京景聞知識產權代理有限公司 11742
• 代理人: 賈玉姣

本發明公開了一種基于光束交匯電離空氣的三維空中成像裝置，包括：脈沖種子源、分光耦合器、多個振鏡組件、多個脈沖放大模塊和多個時間延遲線，所述分光耦合器設在所述脈沖光束的線路上用于將所述脈沖光束分成多個子光束，多個所述脈沖放大模塊、多個所述時間延遲線和多個振鏡組件均一一對應地設在多個所述子光束的線路上。采用分光耦合器將脈沖光束分成多個子光束，多個子光束經過放大處理、時間延遲處理和轉向處理后交匯，由于多個子光束由同一個脈沖光束分成，由此可以解決子光束之間的脈沖時間同步問題，利用多個振鏡組件控制多個子光束進行交匯電離，由此可以提升子光束交匯點的區域范圍，進而可以擴大三維空中成像裝置的成像范圍。

技術領域

本發明涉及空氣顯示領域，尤其是涉及一種基于光束交匯電離空氣的三維空中成像裝置。

背景技術

現有的空氣電離系統分為平面顯示空氣電離系統和立體顯示空氣電離系統。平面顯示空氣電離系統包括高功率脈沖光源、光束調控和空氣電離三個模塊，其中光束調控模塊由二維高速掃描振鏡和平場聚焦透鏡組成。振鏡系統由x方向和y方向的振鏡組合而成，可以使反射光束在一個平面內掃描；平場聚焦透鏡則是將光束在整個平面內形成均勻大小的聚焦光斑。對于立體顯示空氣電離系統，則是在平面顯示系統的基礎上增加變焦透鏡。變焦透鏡是通過改變透鏡的焦距從而改變電離區域聚焦點處z方向的位置，結合x方向和y方向振鏡，可操控電離點在立體空間內變化，從而形成立體畫面。為了增加顯示畫面的像素，在光束調控系統中增加空間光調制器(SLM)，通過調制光場的振幅、相位、偏振態等參量達到光波調制的目的。脈沖光源輸出光束由SLM調制光場，經變焦系統后形成多個聚焦點，因此增加了顯示畫面的像素。

現有的立體顯示空氣電離系統中，高功率脈沖光源輸出激光脈沖經SLM調制光場，然后反射至振鏡系統調節其出射方向，光束透過變焦透鏡和平場聚焦透鏡后聚焦至空氣電離區域中的指定點，最后高功率激光電離空氣分子形成發光亮點。計算機主動控制SLM、振鏡系統以及變焦透鏡，根據所需顯示的畫面調節激光電離點的位置以及顯示畫面的像素。

由于振鏡系統中振鏡偏轉角度的限制以及變焦透鏡尺寸限制等因素，使得空氣電離系統的顯示畫面范圍較小，無法滿足較大畫面的空中顯示需求。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提供了一種基于光束交匯電離空氣的三維空中成像裝置，將脈沖光源分成多路子光束并于空氣中交匯，解決交匯點處脈沖之間的同步問題，并在光束交匯點處產生空氣電離，解決了受顯示系統中各種因素限制導致的空氣電離系統顯示畫面范圍較小的技術難題，將空氣電離顯示區域的范圍顯著提高。

根據本發明實施例的基于光束交匯電離空氣的三維空中成像裝置，包括：脈沖種子源、分光耦合器、多個振鏡組件、多個脈沖放大模塊和多個時間延遲線，所述脈沖種子源產生脈沖光束，所述分光耦合器設在所述脈沖光束的線路上用于將所述脈沖光束分成多個子光束，多個所述振鏡組件一一對應地設在多個所述子光束線路上，用于在水平或豎直方向上改變所述子光束的照射方向以將多個所述子光束在交匯點處交匯并使空氣發生電離形成全息實像，多個所述脈沖放大模塊一一對應地設在多個所述子光束的線路上用于對所述子光束的脈沖進行放大處理，且所述脈沖放大模塊位于所述振鏡組件與所述分光耦合器之間，多個所述時間延遲線一一對應地設在多個所述子光束的線路上，且所述時間延遲線位于所述脈沖放大模塊與所述振鏡組件之間，所述時間延遲線用于調整所述子光束的脈沖時間位置使得所述子光束在交匯點處交匯時多個脈沖時間重合。

根據本發明實施例的基于光束交匯電離空氣的三維空中成像裝置，采用分光耦合器將脈沖光束分成多個子光束，多個子光束經過放大處理、時間延遲處理和轉向處理后交匯，由于多個子光束由同一個脈沖光束分成，由此可以解決子光束之間的脈沖時間同步問題。此外，利用多個振鏡組件控制多個子光束進行交匯電離，由此可以提升子光束交匯點的區域范圍，進而可以擴大三維空中成像裝置的成像范圍。