一种投影系统的制作方法

1.本发明涉及一种投影系统，尤其涉及一种在云层上进行投影的系统。


背景技术：

2.现有的传统户外广告大多是由led显示屏或各种霓虹灯及金属牌来显示的，不仅体积大，成本高，显示字体也是固定大小，而且需占地，导致展示信息的传播受限于载体的物理空间，观众只能在特定的地点观看到广告的内容。随着无人机的兴起，无人机空中造景秀成为当前热门广告表演形式，可以根据需求定制，在空中立体展示文字、图案或动画，解决了展示信息的物理空间限制问题。但无人机空中造景相比传统户外广告硬件成本更高，且依赖控制软件和无线网络硬件设备质量。
3.因此，有必要开发一种可以在云层上进行投影显示的投影系统，进而提供一种显示效果明亮、设备体积小、硬件成本低的户外信息显示方案。然而天空的云层高度从几百米到几公里，现有的投影显示系统受限于光调制器件所能承受的光能量密度范围，不足以在天空的云层上照射并显示出信息图案。


技术实现要素：

4.基于上述背景技术，本发明要解决现有的投影显示系统受光调制器件所能承受的光能量密度范围的限制问题，提供一种可以出射高亮度图案光的投影系统，足以在天空的云层上照射并清晰明亮地显示出信息图案。本发明期望通过提供一种如下技术方案的投影系统解决上述技术问题。
5.一种投影系统，包括：
6.光源，出射具有预设图案分布的激发光；
7.波长转换装置，具有波长转换区域，至少部分所述波长转换区域接收所述激发光并出射受激光；
8.分光合光元件，透射至少部分所述激发光，引导所述激发光至所述波长转换区并反射至少部分所述受激光，引导所述受激光至准直光学组件；所述准直光学组件将所述受激光调束成平行光束出射。
9.在一些实施方式中，所述光源通过扫描、角分布排列、面阵排布中的至少一种方式形成具有预设图案分布的激发光。
10.在一些实施方式中，还包括第一光收集元件，所述第一光收集元件收集所述受激光，并引导所述受激光至所述分光合光元件。
11.在一些实施方式中，还包括朗伯反射元件，所述分光合光元件反射另一部分所述激发光并将其引导至所述朗伯反射元件，所述朗伯反射元件将所述另一部分激发光转换为朗伯型激发光，所述朗伯反射元件反射所述朗伯型激发光并将其引导至所述分光合光元件，所述分光合光元件透射至少部分所述朗伯型激发光，引导所述朗伯型激发光至所述准直光学组件。
12.在一些实施方式中，还包括第二光收集元件，所述第二光收集元件收集所述朗伯型激发光，并引导所述朗伯型激发光至所述分光合光元件。
13.在一些实施方式中，还包括光反射元件，所述分光合光元件引导所述受激光至所述光反射元件，所述光反射元件反射所述受激光并将其引导至所述准直光学组件。
14.在一些实施方式中，所述波长转换装置还具有透明区域和/或波长修饰区域，所述光反射元件反射所述受激光并将其引导至所述透明区域和/或所述波长修饰区域，所述透明区域和/或所述波长修饰区域引导所述受激光至所述准直光学组件。
15.在一些实施方式中，所述波长转换区域包括至少一种第一波长转换材料，所述第一波长转换材料接收第一波长的所述激发光并将其转换成第二波长的所述受激光。
16.在一些实施方式中，所述波长转换区域包括第一波长转换材料和第二波长转换材料，所述第二波长转换材料接收第一波长的所述激发光并将其转换成第三波长的所述受激光。
17.在一些实施方式中，所述波长转换区域还包括具有朗伯反射和/或镜面反射作用的反射区域，所述反射区域接收并反射所述激发光。
18.与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：本发明通过具有预设图案分布的激发光在波长转换装置上形成对应的转换后的波长转换光，利用具有特定的预设图案分布的激发光获得较小的成像范围，从而提高转换后的光源亮度，进而通过其他光学元件实现光学系统体积小、出射光亮度高且可实现复合光谱。
附图说明
19.图1为本发明的投影系统的一个实施例的结构示意图；
20.图2为本发明的光源以扫描方式形成预设图案分布的示意图；
21.图3为本发明的光源以角分布排列方式形成预设图案分布的示意图；
22.图4为本发明的光源以面阵排布方式形成预设图案分布的示意图；
23.图5为本发明的投影系统的又一个实施例的结构示意图；
24.图6为本发明的投影系统的又一个实施例的结构示意图；
25.图7为本发明的投影系统的又一个实施例的结构示意图；
26.图8为本发明的投影系统的又一个实施例的结构示意图；
27.图9为本发明的波长转换装置的一种结构示意图。
具体实施方式
28.在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，以便于描述方便，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。
29.本发明中，光束和光学元件的主光轴理解为中心轴，主光轴的方向为光束前进的方向。
30.下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
31.请参阅图1，图1为本发明的其中一个实施方式的投影系统的结构示意图。该投影系统至少包括：光源1，波长转换装置2，分光合光元件3和准直光学组件4。光源1出射具有预
设图案分布的激发光101；波长转换装置2具有波长转换区域201，波长转换区域201的至少部分区域接收激发光101并出射受激光102；分光合光元件3透射至少部分的激发光101，将激发光101引导至波长转换区201，同时分光合光元件3反射至少部分受激光102，将受激光102引导至准直光学组件4；准直光学组件4将受激光102调束成平行光束出射。
32.请参阅图2～图4具体来讲，光源1可通过扫描、角分布排列、面阵排布中的至少一种方式形成具有预设图案分布的激发光101。上述的扫描方式例如是，光源1包括至少一组激光器和扫描振镜，激光器时序地或持续地向扫描振镜出射激光，扫描振镜按预设图案的空间排布，至少可以在二维方向上将接收的激光反射至空间点位，进而在时序上获得组成该预设图案的子像素点，多个子像素点的集合组成预设图案。角分布排列例如是，光源1包括多组激光器，每组激光器按不同角度排布并点亮和关闭各组激光器，由于激光器的出射光光分布并非为标准圆，而是存在长轴和短轴，因此将每组激光器按不同角度排布，可以充分利用激光光斑的角分布，获得均匀的预设图案。面阵排布可以是，光源1包括多组激光器和透镜，各组激光器沿同一方向阵列排布，透镜可以是一个覆盖激光器阵列的大型透镜单元，也可以使由多个小透镜单元组成的小透镜阵列，每个小透镜单元对应一组激光器。当采用小透镜阵列时，部分激光器可沿对应小透镜单元的边缘放置，通过透镜单元的折射功能，使激光传播至预定位置，从而获得预定图案。当采用大型透镜单元，可通过调整大型透镜单元位置和角度，或调整各组激光器的位置，利用透镜单元的折射功能和离焦现象，使激光传播至预定位置，从而获得预定图案。透镜例如可以是柱状透镜、凸透镜。
33.在一些实施方式中，投影系统的分光合光元件3可以是二向色片，通过波长分光合光，例如透射具有蓝光波段的激发光，反射具有黄光波段的受激光。应当理解的是，分光合光元件还可以是偏振分光合光元件、空间分光合光元件或能量分光合光元件。本发明通过分光合光元件与波长转换装置的配合可以减少光学损失，显著提升光效。
34.举例来讲，当分光合光元件为偏振分光合光元件时，激发光为p偏振态光，偏振分光合光元件选用透射p偏振态光反射s偏振态光的光学元件，此时需要在受激光入射到偏振分光合光元件的光路上设置一起偏器，使受激光转换为s偏振态光。
35.请参阅图5，当分光合光元件为空间分光合光元件时，激发光以偏离空间分光合光元件中心轴的位置入射，此时激发光以一定角度入射到波长转换装置的波长转换区域，产生的受激光将与激发光的光路呈v字型光路出射到达空间分光合光元件，由空间分光合光元件将受激光反射至准直光学组件。空间分光合光元件也可以是镀有反射特定波长光的介质膜的波长分光合光元件，但考虑成本问题，空间分光合光元件优选为反射镜，可以实现全光谱的反射。在一些实施方式中，当选用具有反射特定波长光的介质膜的波长分光合光元件时，该分光合光元件可以是透射激发光反射受激光的分光合光元件，此时应当注意的是，激发光以一定角度入射到波长转换装置的波长转换区域，产生的受激光将与激发光的光路呈v字型光路出射，同时一部分被波长转换装置反射的激发光也将与入射激发光的光路呈v字型光路出射并透过分光合光元件，此时可在分光合光元件后设置一反射镜，将该部分激发光沿受激光被分光合光元件反射的方向进行反射，是该部分激发光与受激光合光，提高光效。在一些实施方式中，还可以在分光合光元件上设置通孔，通孔可以设置在反射镜上包括中心轴在内的任意位置，当通孔在中心轴时，激发光沿反射镜中心轴方向入射到波长转换装置，受激光沿中心轴方向入射到分光合光元件上，大部分受激光被分光合光元件反射，
仅少部分受激光透过通孔，实现空间分光合光。当通孔在中心轴以外的位置时，则可以从参考前述v字型光路的方式进行入射和反射，此处不再赘述。
36.当分光合光元件为能量分光合光元件时，则可以预先设计激发光和受激光的能量分布，并通过区域划分，实现透射激发光，反射受激光。
37.在一些实施方式中，作为优选，投影系统还包括第一光收集元件5，第一光收集元件5收集受激光102，并将受激光102引导至分光合光元件3。第一光收集元件为聚焦透镜，激发光101入射至波长转换区域201后，被波长转换区域内的波长转换材料吸收并转换成出射角较大的其他波长的受激光102，受激光102经聚焦透镜后光斑得以压缩，可以减少受激光102直接照射在分光合光元件3上的损失。受激光102再经准直光学组件4调束，形成平行光束进而向远距离的成像载体(如：云层)出射。由于光束的发散角越大，则在远距离的传播中衰减的越明显，因此发明人经实验发现，当从准直光学组件4出射的光束发散角在
±
1.5度的范围内时，可以在云层上获得较为清晰明亮的图案。优选发散角在
±
1度的范围内。
38.请参阅图6，在一些实施方式中，投影系统还包括朗伯反射元件6，此时优选对激发光101具有半透半反作用的分光合光元件，例如分光合光元件对激发光101具有90％的透过率和10％的反射率，应当理解的是，上述的半透半反作用是指对某一波长光同时具有透射和反射作用，并非一半透过一半反射。经分光合光元件3反射的那部分激发光被引导至朗伯反射元件6，朗伯反射元件可选择具有高反射特性的毛玻璃，例如在银镜的玻璃面进行表面粗糙化，或者选择表面进行了不规则粗化的高反射率金属，激发光经朗伯反射元件反射后形成散射角较大的朗伯型激发光1011。以前述的对激发光101具有90％的透过率和10％的反射率的分光合光元件为例，该朗伯型激发光1011再次透过分光合光元件时，也会存在10％的反射效果，最终透过的朗伯型激发光1011为原始激发光101的9％，仅损失了1％的原始激发光。应当理解的是，上述的朗伯型激发光1011仅为用于区别原始的激发光101的描述，而非激发光的最终状态或特性。
39.在一些实施方式中，作为优选，在朗伯反射元件6接收激发光101的光路上还设置有第二收集元件7，主要用于收集朗伯型激发光1011，将朗伯型激发光1011引导至分光合光元件3，优选的，第二收集元件7具有与第一收集元件5等价的光学位置，以保证朗伯型激发光1011和受激光102在后续合光时光路一致，避免最终出射在成像载体上图像出现偏差重叠。
40.请参阅图7～图8，在一些实施方式中，投影系统还可以包括光反射元件8，分光合光元件3将受激光102和/或朗伯型激发光1011引导至光反射元件8，光反射元件8再将受激光102和/或朗伯型激发光1011反射至准直光学组件4，从而进一步缩小光学系统体积。优选的，在光反射元件8将受激光102和/或朗伯型激发光1011反射至准直光学组件4的光路上，上述受激光102和/或朗伯型激发光1011还经过波长转换装置2的透明区域和/或波长修饰区域，透明区域202和波长修饰区域203，透明区域202例如可以是镂空区域或者透明玻璃，波长修饰区域203例如可以是滤光片，用于过滤掉特定波长的光。下面以不包含朗伯反射元件6的投影系统进行举例说明。
41.请参阅图9，波长转换装置2为一绕其中心轴转动的轮状结构，波长转换区域201沿轮状波长转换装置2的圆周设置，其包括第一波长转换材料，第一波长转换材料优选为黄色荧光粉，激发光101选择主波长为445nm～465nm的蓝色激光(可视为第一波长)，黄色荧光粉
吸收上述蓝光并转换为主波长为570nm～590nm的宽谱黄光(可视为第二波长)。为了实现多色图案显示，此时，波长转换装置2还包括波长修饰区域，根据所需颜色种类，波长修饰区域选用可过滤掉特定波长光的滤光片，例如在上述的宽谱黄光中，可通过滤光片获得绿光(可视为第三波长)和红光(可视为第四波长)。波长转换装置2还可以包括镂空的透明区域，用以透过黄光。上述透明区域、波长修饰区域和波长转换区域为不同的区域，在一些实施方式中，波长转换区域除了包括波长转换材料外，还可以包括具有朗伯反射和/或镜面反射的反射区域2011。当波长转换装置2转动，激发光101由波长转换材料的区域行进至反射区域2011，此时激发光101被反射区域2011反射至分光合光元件3，分光合光元件3优选为对激发光101具有半透半反的特性，此时分光合光元件3将来自反射区域2011的激发光101反射至光发射元件8，光反射元件8再将该部分激发光经波长转换装置2的透明区域202引导至准直光学组件4，从而实现蓝光图案。进一步的如需要实现多色图案，则需要通过波长修饰区域对黄光进行过滤，分别获得绿光和红光，进行获得时序的蓝光、绿光和红光，实现混色。应当理解的是，透明区域、波长修饰区域可以位于波长转换区域的内侧，也可以位于波长转换区域的外侧。当位于波长转换区域的外侧时，光发射元件8的位置需要进行调整。
42.需要说明的是，当投影系统包含朗伯反射元件6时，波长转换装置2也可以包括透明区域202和/或波长修饰区域203。具体来讲，当采用包含朗伯反射元件6的方案时，由于激发光与受激光同时由光反射元件8反射而出，此时可根据需要采用波长修饰区域203对混合光进行过滤，获得所需波长光。例如，当受激光为黄光，激发光为蓝光时，波长修饰区域203则包括分别透射红光、绿光和蓝光的滤光片，从而获得红光、绿光和蓝光；当需要白光时，则波长转换装置包括透明区域，透射黄光和蓝光的混合光。
43.在一些实施方式中，波长转换区域201还包括第二波长转换材料和/或第三波长转换材料，第二波长转换材料和第三波长转换材料为分别绿色荧光粉和红色荧光粉中的一种或两种的混合。第二波长转换材料接收第一波长的激发光并将其转换成第三波长的受激光，第三波长转换材料接收第一波长的激发光并将其转换成第四波长的受激光。例如第二波长转换材料为绿色荧光粉，其吸收蓝光并发射绿光，第三波长转换材料为红色荧光粉，其吸收蓝光并发射红光。
44.在一些实施方式中，波长转换装置2为固定式的波长转换装置，此时出射的光束颜色为固定色彩。当需要出射时序的彩色光束时，可在固定式波长转换装置上设置不同的波长转换材料和/或波长修饰区域，并时序地调节分光合光元件3和/或光反射元件8的角度，使激发光照射在不同的波长转换区域，受激光照射在不同的波长修饰区域，即可获得不同色彩的光束，其原理与旋转式波长转换装置类似，此处不再赘述。
45.本发明的投影系统，通过对光源采用特定方式形成预设图案，从而降低图案信息度的缺失，解决了由于荧光光扩散因素的存在的限制预设图案的信息度的问题，在光源小型化上具有明显可行性，可以实现高亮、高效的基于激光荧光的投影光源方案。
46.以上所述仅为本发明的实施例，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。