CN111208193A - 一种空气电离显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气电离显示装置，包括：多个脉冲光源，所述脉冲光源的脉冲功率密度小于空气电离阈值且多个所述脉冲光源的脉冲功率密度之和大于空气电离阈值，多个所述脉冲光源产生的光束在显示区域处交汇并电离空气形成全息实像。根据本发明实施例的空气电离显示装置，利用多个脉冲光源配合提升光束交汇点的能量，进而可以在光束交汇点的位置电离空气形成全息实像，不仅降低了对于单个脉冲光源的规格要求，大幅度降低空气电离显示装置的制作成本，而且通过消除常规空气电离显示装置中的透镜组件，降低了透镜组件对显示范围的限制，使得电离的显示范围能够加以增加。

Description

一种空气电离显示装置

技术领域

本发明涉及空气显示领域，尤其是涉及一种空气电离显示装置。

背景技术

空气电离成像系统在成像过程中，利用透镜对光束聚合并在透镜的焦点处使空气电离形成光点，通过振镜改变光束的传输路径从而改变电离形成的光点的位置。由于振镜偏转角度以及透镜扫描范围等因素的限制，使得空气电离系统能够显示画面的范围较小，无法满足较大画面的空中成像需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种空气电离显示装置，所述空气电离显示装置通过多束光束交汇并电离空气的方式实现空气电离显示，扩大了空气电离系统的显示范围。

根据本发明实施例的空气电离显示装置，包括：多个脉冲光源，所述脉冲光源的脉冲能量小于空气电离阈值且多个所述脉冲光源的脉冲能量之和大于空气电离阈值，多个所述脉冲光源产生的光束在显示区域交汇并电离空气形成全息实像。

根据本发明实施例的空气电离显示装置，利用多个脉冲光源配合提升光束交汇点的激光能量，进而可以在光束交汇点位置处使空气电离形成全息实像，不仅可以降低单个脉冲光源的规格要求，大幅度降低空气电离显示装置的制作成本，还可以消除常规空气电离显示装置中的透镜组件，简化空气电离显示装置的结构设计。

根据本发明的一些实施例，空气电离显示装置还包括：重复频率调节组件，所述重复频率调节组件设在所述脉冲光源与所述显示区域之间用于调整所述多个脉冲光源输出脉冲的重复频率。

根据本发明的一些实施例，所述重复频率调节组件包括：多个光电探测器、频率参考源和伺服控制器，多个所述光电探测器一一对应地设在多个所述脉冲光源与所述显示区域之间用于探测所述脉冲光源输出脉冲的重复频率，所述频率参考源用于提供频率参考标准，所述伺服控制器信号连接所述光电探测器、所述频率参考源与所述脉冲光源，用于根据所述光电探测器的反馈信息与所述频率参考源的反馈信息控制所述脉冲光源输出脉冲的重复频率。

根据本发明的一些实施例，所述脉冲光源与所述显示区域之间设有第一分光片，多个所述第一分光片一一对应地将多个所述脉冲光源的部分光束反射到多个所述光电探测器上。

根据本发明的一些实施例，所述脉冲光源包括：脉冲发生器和光场调控器，所述脉冲发生器用于产生脉冲光束，所述光场调控器位于所述脉冲发生器与所述显示区域之间，所述脉冲发生器产生的脉冲光束照射在所述光场调控器上并经过所述光场调控投射到所述显示区域上，所述第一分光片位于所述脉冲发生器与所述光场调控器之间。

根据本发明的一些实施例，所述脉冲光源包括：还包括：脉冲时间延迟监测器和时间延时线，所述脉冲时间延迟监测器设在多个所述脉冲光源与所述显示区域之间用于监测所述脉冲光源的脉冲延迟信号，所述时间延时线设在所述脉冲发生器与所述光场调控器之间并与所述脉冲时间延迟监测器信号相连，用于根据所述脉冲时间延迟监测器的反馈信息补偿所述脉冲光源输出脉冲的时间延迟。

根据本发明的一些实施例，所述时间延时线的数量比所述脉冲光源的数量相同，多个所述延时线与多个所述脉冲光源一一对应。

根据本发明的一些实施例，所述第一分光片与所述光电探测器之间设有第二分光片，所述第二分光片将所述第一分光片产生的光束的部分光束反射到所述脉冲时间延迟监测器上。

根据本发明的一些实施例，所述第二分光片为多个，其中一个所述第二分光片与所述脉冲时间延迟监测器之间设有合束镜，其余所述第二分光片与所述合束镜之间设有反射镜，所述反射镜用于将所述第二分光片投射的光束反射到所述合束镜上。

根据本发明的一些实施例，多个所述脉冲光源的重复频率相同，所述脉冲光源的脉冲宽度为50fs-100ns，所述脉冲光源的脉冲能量为20μJ-10mJ，所述脉冲光源的重复频率为500Hz-10MHz。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1根据本发明实施例的空气电离显示装置的结构示意图；

图2根据本发明实施例的脉冲光源的结构示意图。

附图标记：

100：空气电离显示装置；

10：脉冲光源；11：脉冲发生器；12：光场调控器；13：脉冲时间延迟监测器；14：时间延迟线；15：第一脉冲光源；16：第二脉冲光源；

20：重复频率调节组件；21：多个光电探测器；22：频率参考源；23：伺服控制器；

30：第一分光片；31：第二分光片；32：控制器；33：合束镜；34：反射镜；

40：成像区域。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的空气电离显示装置100。

根据本发明实施例的空气电离显示装置100，包括：多个脉冲光源10，其中，脉冲光源10的脉冲能量小于空气电离阈值且多个脉冲光源10的脉冲能量之和大于空气电离阈值，多个脉冲光源10产生的大部分光束在显示区域指定位置处交汇并电离空气形成全息实像。

其中，每个脉冲光源10的脉冲功率密度都比较小，且小于空气电离阈值，脉冲光源10产生的单个光束投射过程中不会对周围的空气造成电离，将多个小功率脉冲光源10相互配合照射到同一点上，多个光束交点处的激光功率密度叠加并超过空气电离的阈值，进而使交汇点处的空气发生电离，从而形成全息实像。

由此，根据本发明实施例的空气电离显示装置100，利用多个脉冲光源10配合提升光束交汇点的激光功率密度，进而可以在光束交汇点的位置使空气电离形成全息实像，不仅可以降低对于单个脉冲光源10的规格要求，大幅度降低空气电离显示装置100的制作成本，而且可以消除常规空气电离显示装置100中的透镜组件，还能简化了空气电离显示装置100的结构设计。

如图1所示，在一些具体实施例中，空气电离显示装置100还包括重复频率调节组件20，重复频率调节组件20设在脉冲光源10与显示区域之间用于调整多个脉冲光源10的重复频率。重复频率调节组件20与多个脉冲光源10信号连接，并且可以接收到多个脉冲光源10投射出光束的重复频率信号，然后根据接收到的重复频率信号对脉冲光源10进行调整。

其中，脉冲光源10的重复频率是指脉冲光源10每秒钟产生的触发脉冲数目，通过重复频率调节组件20可以调节多个脉冲光源10发出的多个光束的脉冲重复频率。重复频率调节组件20结合时间延迟线14调节脉冲的时间位置，使得在光束交汇点处各脉冲在时间上均重合。

脉冲时间延迟监测器13设在多个脉冲光源10与显示区域之间用于监测脉冲光源10的脉冲延迟信号，脉冲时间延迟监测器13将监测到的脉冲延迟信号输入至控制器32，控制器32再驱动时间延时线14控制多个脉冲光源10产生的多个脉冲的时间延迟使得最终多个脉冲同步投射至显示区域。

时间延时线14设在脉冲发生器11与光场调控器12之间并与脉冲时间延迟监测器13信号相连，用于根据脉冲时间延迟监测器13的反馈信息补偿脉冲光源10输出光束的脉冲时延。

根据本发明实施例的空气电离显示装置100，重复频率调节组件20包括：光电探测器21、频率参考源22和伺服控制器23。

光电探测器21可以为多个且数量与脉冲光源10的数量相同，如图所示，在本实施例中，脉冲光源10和光电探测器21均为两个，两个脉冲光源10分别为第一脉冲光源15和第二脉冲光源16；两个光电探测器分别为第一光电探测器和第二光电探测器。第一光电探测器对应地设在第一脉冲光源15与合束镜33之间用于探测第一脉冲光源15输出光束的重复频率，第二光电探测器对应地设在第二脉冲光源16与合束镜33之间用于探测第二脉冲光源16输出光束的重复频率。

伺服控制器23信号连接光电探测器21、频率参考源22和脉冲光源10，频率参考源22用于为伺服控制器23提供频率参考标准，在频率参考源22中提前设定好所需频率的频率标准参数，在启动设备后，频率参考源22输出的频率参数作为频率标准供伺服控制器23作为参考。

伺服控制器23连接第一光电探测器、频率参考源22、第一脉冲光源15、第二光电探测器与第二脉冲光源16，光束照射在与脉冲光源10对应的光电探测器21上会产生反馈信息，伺服控制器23根据光电探测器21的反馈信息以及频率参考源22给出的频率标准信号，控制脉冲光源10从而控制其输出脉冲的重复频率。

具体地，伺服控制器23接收到第一光电探测器反馈的第一脉冲光源15射出光束的重复频率参数后，与频率参考源22提供的频率参数对比，若第一脉冲光源15的输出光束不符合参数要求，便对第一脉冲光源15进行调整直至第一脉冲光源15的输出光束符合要求；类似地，伺服控制器23根据频率参考源22和第二光电探测器调整第二脉冲光源16输出光束的重复频率参数。

脉冲光源10与显示区域之间设有第一分光片30，多个第一分光片30一一对应地将多个脉冲光源10的部分光束反射到多个光电探测器21上。第一分光片30对应地将第一脉冲光源15的部分光束反射到第一光电探测器上，第一脉冲光源15产生的光束通过第一分光片30将会分成两个光束，一个光束投射到第一光电探测器上用于检测第一脉冲光源15产生光束的重复频率，另一个光束投射到显示区域用于电离成像；类似地，第二脉冲光源16产生的光束通过第一分光片30将会分成两个光束，一个光束投射到第二光电探测器上用于检测第二脉冲光源16产生光束的重复频率，另一个光束投射到显示区域用于电离成像。伺服控制器23根据第一光电探测器和第二光电探测器的反馈信息调节第一脉冲光源15和第二脉冲光源16的脉冲重复频率参数。

在一些具体实施例中，分光片的透过率为A1，99％≤A1≤99.5％，分光片的反射率为A2，0.5％≤A2≤1％。脉冲光源10产生的光束经过分光片，一部分用于光电探测器上用于检测频率参数，另一部分用于成像上。光电探测器在检测光束的重复频率参数时，较少能量光束即可完成重复频率检测，因此，将第一分光片30的透过率和反射率设定在上述范围内，不仅可以确保光电探测器稳定精确地检测光束的重复频率，而且可以提升用于成像的脉冲能量所占脉冲总能量的比例，使得绝大多数的光束透过分光片用于成像。

根据本发明的一些实施例，脉冲光源10包括：脉冲发生器11和光场调控器12，脉冲发生器11用于产生脉冲光束，光场调控器12位于脉冲发生器11与显示区域之间，脉冲发生器11产生的脉冲光束照射在光场调控器12上并经过光场调控投射到显示区域上，第一分光片30位于脉冲发生器11与光场调控器12之间。

脉冲发生器11产生的光束通过光场调控器12，光场调控器12对脉冲发生器11产生的光束进行调控，进而可以控制光束的方向，由此可以控制多个脉冲发生器11产生的光束在成像区域40交汇，并在交汇点电离空气形成实像，用以根据需要在特定位置形成全息实像。

将第一分光片30设在脉冲发生器11与光场调控器12之间，由于脉冲发生器11射向光场调控器12的光束的方向是固定的，由此可以为第一分光片30分离出光束提供方便，防止光束的投射方向发生摆动影响分光效果，而且可以保证光电探测器21始终可以检测到光束。

根据本发明的一些实施例，脉冲光源10包括：还包括：脉冲时间延迟监测器13和时间延时线14，脉冲时间延迟监测器13设在多个脉冲光源10与显示区域之间用于监测脉冲光源10的输出脉冲延迟信号，脉冲时间延迟监测器13将监测到的脉冲延迟信号输入至控制器32再驱动时间延时线14控制多个脉冲光源10产生的多个脉冲的时间延迟使得多个脉冲同步投射至显示区域。

时间延时线14设在脉冲发生器11与光场调控器12之间并与脉冲时间延迟监测器13信号相连，用于根据脉冲时间延迟监测器13的反馈信息补偿脉冲光源10输出光束的脉冲时延。

通过设置脉冲时间延迟监测器13和时间延时线14可以对脉冲光源10的输出脉冲延迟信息进行监控与调整，从而保证脉冲光源10产生的脉冲在交汇点处时间同步，进而可以保证空气电离显示装置100完成空中成像。

根据本发明的一些实施例，时间延时线14的数量与脉冲光源10的数量相同，多个延时线与多个脉冲光源10一一对应，通过设置多个时间延时线14对各自对应的脉冲光源10输出脉冲进行时间补偿，防止脉冲光源10产生的脉冲因时间延迟不一致导致脉冲交汇点处空气分子未能达到电离阈值而无法电离。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，第一分光片30与光电探测器21之间设有第二分光片31，第二分光片31将第一分光片30的反射光束部分反射到脉冲时间延迟监测器13上。也就是说，脉冲光源10产生的光束先经过第一分光片30，一部分光束透过第一分光片30投射到成像区域40中用于成像，另一部分光束照射向光电探测器21，照射向光电探测器21的光束经过第二分光片31，一部分照射到光电探测器上21用于检测脉冲重复频率信号，还有一部分照射到脉冲时间延迟监测器13上用于监测脉冲的时间延迟信息。由此可以准确地检测脉冲光源10的各种参数。

根据本发明的一些实施例，第二分光片31为多个，其中一个第二分光片31与脉冲时间延迟监测器13之间设有合束镜33，其余第二分光片31与合束镜33之间设有反射镜34，反射镜34用于将第二分光片31反射的光束反射到合束镜33上。

如图1所示，第二分光片31为两个，分别前第二分光片31和后第二分光片31，前第二分光片31与脉冲时间延迟监测器13之间设有合束镜33，后第二分光片31与合束镜33之间设有反射镜34，反射镜34用于将后第二分光片31分离出的光束照射到合束镜33上，合束镜33将前第二分光片31和后第二分光片31分离出的光束合并射向脉冲时间延迟监测器13。

在一些具体的实施例中，第二分光片31可以为三个，分别前第二分光片、中第二分光片和后第二分光片，反射镜34可以为两个，分别为第一反射镜和第二反射镜，前第二分光片与脉冲时间延迟监测器13之间设有合束镜33，中第二分光片与合束镜33之间设有第一反射镜，第一反射镜用于将中第二分光片分离出的光束照射到合束镜33上，后第二分光片与合束镜33之间设有第二反射镜，第二反射镜用于将后第二分光片分离出的光束照射到合束镜33上，合束镜33将前第二分光片31、中第二分光片31和后第二分光片31分离出的光束合并射向脉冲时间延迟监测器13。

通过设置合束镜33和反射镜34可以利用一个脉冲时间延迟监测器13监测多个光束的延迟信息，进而可以提升脉冲时间延迟监测器13的工作效率，同时可以简化空气电离显示装置100的结构设计。

在本实施例中，多个脉冲光源10的重复频率相同，脉冲光源10的脉冲宽度为50fs-100ns，脉冲光源10的脉冲能量为20μJ-10mJ，脉冲光源10的重复频率为500Hz-10MHz，由此可以提升全息实像的成像效果和像素。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以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。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种空气电离显示装置(100)，其特征在于，包括：

多个脉冲光源(10)，所述脉冲光源(10)的脉冲能量小于空气电离阈值且多个所述脉冲光源(10)的脉冲能量之和大于空气电离阈值，多个所述脉冲光源(10)产生的光束在显示区域处交汇并电离空气形成全息实像。

2.根据权利要求1所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，还包括：

重复频率调节组件(20)，所述重复频率调节组件(20)设在所述脉冲光源(10)与所述显示区域之间用于调整所述多个脉冲光源(10)的重复频率。

3.根据权利要求2所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，所述重复频率调节组件(20)包括：

多个光电探测器(21)，多个所述光电探测器(21)一一对应地设在多个所述脉冲光源(10)与所述显示区域之间用于探测所述脉冲光源(10)的重复频率；

频率参考源(22)，所述频率参考源(22)用于提供频率参考标准；

伺服控制器(23)，所述伺服控制器(23)信号连接所述光电探测器(21)、所述频率参考源(22)与所述脉冲光源(10)，用于根据所述光电探测器(21)的反馈信息与所述频率参考源(22)的反馈信息控制所述脉冲光源(10)的输出脉冲重复频率。

4.根据权利要求3所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，所述脉冲光源(10)与所述显示区域之间设有第一分光片(30)，多个所述第一分光片(30)一一对应地将多个所述脉冲光源(10)的部分光束反射到多个所述光电探测器(21)上。

5.根据权利要求4所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，所述脉冲光源(10)包括：

脉冲发生器(11)，所述脉冲发生器(11)用于产生脉冲光束；

光场调控器(12)，所述光场调控器(12)位于所述脉冲发生器(11)与所述显示区域之间，所述脉冲发生器(11)产生的脉冲光束照射在所述光场调控器(12)上并经过所述光场调控投射到所述显示区域上，所述第一分光片(30)位于所述脉冲发生器(11)与所述光场调控器(12)之间。

6.根据权利要求5所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，还包括：

脉冲时间延迟监测器(13)，所述脉冲时间延迟监测器(13)设在多个所述脉冲光源(10)与所述显示区域之间用于监测所述脉冲光源(10)的脉冲延迟信号；

时间延时线(14)，所述时间延时线(14)设在所述脉冲发生器(11)与所述光场调控器(12)之间并与所述脉冲时间延迟监测器(13)信号相连，用于根据所述脉冲时间延迟监测器(13)的反馈信息补偿所述脉冲光源(10)的射出光束的脉冲时延。

7.根据权利要求6所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，所述时间延时线(14)的数量与所述脉冲光源(10)的数量相同，多个所述延时线与多个所述脉冲光源(10)一一对应。

8.根据权利要求7所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，所述第一分光片(30)与所述光电探测器之间设有第二分光片(31)，所述第二分光片(31)将所述第一分光片(30)的反射光束部分反射到所述脉冲时间延迟监测器(13)上。

9.根据权利要求8所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，所述第二分光片(31)为多个，其中一个所述第二分光片(31)与所述脉冲时间延迟监测器(13)之间设有合束镜(33)，其余所述第二分光片(31)与所述合束镜(33)之间设有反射镜(34)，所述反射镜(34)用于将所述第二分光片(31)投射的光束反射到所述合束镜(33)上。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的空气电离显示装置(100)，其特征在于，多个所述脉冲光源(10)的重复频率相同，所述脉冲光源(10)的脉冲宽度为50fs-100ns，所述脉冲光源(10)的脉冲能量为20μJ-10mJ，所述脉冲光源(10)的重复频率为500Hz-10MHz。

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