[发明专利]一种在云层投影成像的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用高功率光源产生强光束，在夜空云层底部进行光学动态投影成像的装置和方法。

背景技术

高功率光源技术不断发展，输出功率超过到从几千瓦的激光器或高压汞灯等已经出现。内置高功率光源的空中探照灯能产生各色强光束，在空气中的穿透距离达到1-15km。空中探照灯主要应用是利用强光的折射光，在大城市的一些大厦、广场或景点上方向空中照射，达到美化夜空的目的，或者是在夜晚对地面指定区域照明。

天空的云层高度从几百米到几公里，一些云层高度低，反射率高，在晚上，当强光照射到云层，反射光可以在远距离观测到。而且现在各种探测云层的技术快速发展，比如激光雷达测量云层信息的技术也已经成熟。

当前，投影技术已经发展成熟，包括直接投影技术、透射式投影技术、反射式投影技术等等，但到目前为止，投影成像距离一般在几百米之内，在天空的云层底部远距离投影成像的装置和方法未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种在云层投影成像的装置和方法，为云下方附近的人群播放图像信息。其中，本发明装置包括高功率光源、投影设备、图案器件、云层探测设备、机械框架和控制装备。另外，本发明方法是：利用所述高功率光源产生强光束，通过所述投影设备把所述图案器件的图案的投影到云层底部，为云下方附近地面约几十平方公里范围播放图案影像。本发明的方法中，可进一步采用所述云层探测设备测量云层位置等信息，并通过所述控制设备实时分析云层信息，实时调整所述投影设备的出射光束角度、发散角、像距等和所述图案器件的图案信息，从而把指定图案持续投影到低空云层底部。

详细的说，本发明中的装置的组成部分，包括高功率光源、投影设备、图案器件、云层探测设备、机械框架和控制装备，各自的具体描述如下。

所述高功率光源可以是高压汞灯、高功率激光器、卤钨灯、属卤化物灯和高压氙灯，输出功率1kw以上，建议5kW以上，波长范围为可见光范围，发散角度较小，建议小于0.1rad，可通过镜组会聚光束，输出功率可通过能量衰减器调整。

所述投影设备可包括照明镜组和投影镜组。所述照明镜组，可由一组可动凹凸透镜组组成，用于调整光束的束径和发散角度；所述投影镜组可以直接为空，或者是若干用于调节光强或发散角度的普通镜组，这样，根据采用平行光穿过物面直接投影的原理，可以直接在远方运底成像；所述投影镜组也可以是一系列凹凸透镜或反射镜组组成的物镜，把物面的图案器件的图案远距离成像到1公里外云层底部；所述照明镜组和所述投影镜组都要求透过率高和吸热少。

所述图案器件安装在所述投影设备的物面或出射口，可以是中间有中空图案的模具，或者印有图像的玻璃或透明塑料，或者是LCD等电子图案设备。图案可以是彩色的或黑白或灰色图的。图案器件和图案模具要求散热快或比热大，不易变形，可以选择金属和石英玻璃。所述图案器件可根据需要切换所需图案。

所述云层探测设备可以是激光雷达，其采用激光脉冲，探测空中云层的位置、高度和反射率等云层信息，具体可以是差分吸收激光雷达、米氏散射激光雷达等，或它们的组合。

所述机械框架用于安装所述投影设备、所述图案器件和所述高功率光源，结构上包括基座、镜筒、旋转装置等。基座用来放置旋转装置和镜筒的，镜筒内安装所述投影设备、所述图案器件，其中所述高功率光源根据需要决定安装在镜筒内或基座上，旋转装置是用来带动镜筒沿各个方向旋转，从而达到改变出射光束角度的目的。

所述控制设备是用于分析所述云层探测设备的反馈信息，跟踪云层位置和反射率等，动态控制图案器件里的图案切换、机械框架的镜筒方向、投影设备的镜组位置等，实现装置自适应投影成像，如果云层飘远或不再适合成像，则控制关闭高功率光源。

本发明中的方法所采用的技术方案的步骤是：

1.所述云层探测设备扫描探测天空，在黄昏或晚上寻找距离近而反射率高的云层。一般云层高度在二百米到一万米，高云的云层高度在六千米以上；中云云底高度在二千五百米至六千米之间，一般分为高层云和高积云；低云云底高度低于二千五百米，又分为层积云、层云和雨层云。云的反射率在0.1-0.7之间，高云的反射率约为25％、中云约为50％、低云约为65％。采用激光雷达可测量出十几公里内云的位置和反射率等信息。本发明中的投影成像的“屏幕”，一般选择距离小于三公里的反射率高于50％的云层。