CN105066058A - 一种动态光投射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动态光投射装置，其包括壳体、摆动透光片、固定透光片、光源组件和驱动机构；所述壳体设有一出光口；光源组件所发出的光线依次通过摆动透光片、固定透光片和出光口投射出壳体的外部；固定透光片、光源组件和驱动机构均固定安装在壳体内；所述驱动机构用于驱动摆动透光片持续的摆动；其中，摆动透光片和固定透光片均由自由曲面阵列构成。本发明能够解决光斑的动态变化效果差的问题。

Description

一种动态光投射装置
技术领域
本发明涉及成像光学领域，具体涉及一种动态光投射装置。
背景技术
目前，随着人们的物质和文化生活的不断提高，对光的要求不再仅仅局限于照明，更多的侧重于它的装饰性、娱乐性。而现有的技术是电脑投影灯，线性成像灯等以单轴平凸镜为主的规则成像光路，但是并不容易实现改变光斑的动态变化，或者达到的效果并不能满足人们的追求。传统的技术在光源的选择、光路元器件、光轴长度设计上均有不足，在光路元器件尤其依赖单轴平凸镜成像，光轴设计过长，动态效果依赖数字化显示，所能达到的效果极其有限，而且在传统技术上需要达到理想的效果所花费的成本更是难以估计。
发明内容
本发明的目的在于提出一种动态光透视装置，其能解决光斑的动态变化效果差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种动态光投射装置，其包括壳体、摆动透光片、固定透光片、光源组件和驱动机构；所述壳体设有一出光口；光源组件所发出的光线依次通过摆动透光片、固定透光片和出光口投射出壳体的外部；固定透光片、光源组件和驱动机构均固定安装在壳体内；所述驱动机构用于驱动摆动透光片持续的摆动；其中，摆动透光片和固定透光片均由自由曲面阵列构成。
优选的，所述驱动机构包括步进电机、联动盘、联动杆和约束滑轨，联动杆的一端与摆动透光片固定连接，联动杆的另一端与联动盘固定连接，步进电机的输出轴与联动盘固定连接；所述约束滑轨，用于在步进电机工作时，使摆动透光片沿椭圆轨迹或直线轨迹持续往复运动。
优选的，所述光源组件包括铝基板以及焊接在铝基板上的至少一颗LED光源。所述LED光源包括单色LED灯珠，或者多颗颜色相异的LED灯珠。所述LED光源的发光角度为180°。
优选的，所述出光口设有防漏光的遮光圈。
优选的，出光口的周缘在固定透光片上的投影与所述固定透光片的周缘重合，或者位于所述固定透光片的周缘范围内；固定透光片的周缘在摆动透光片上的投影位于所述摆动透光片的周缘范围内。
优选的，出光口呈方形。
优选的，所述自由曲面阵列为多面圆滑过渡衔接的透明椭圆形平凸透镜阵列。所述多面为至少30个。
本发明具有如下有益效果：
采取LED光源，长寿命降低维护难度和成本，使用多LED光源配置，提供单色和多种可变的颜色，提供可以调整有光区域和黑暗区域面积比例。使用步进电机带动摆动透光片，提供动态的不规则变化的光束，使用固定透光片使光束在受照面成像。摆动透光片的自由曲面和步进电机的带动使光束有了多个不同方向分配和强度，固定透光片的自由曲面则让这一特征体现到了受照面上。
根据相同的光路，可以把本装置设计为各种防护等级的户内和户外产品，如IP20户内产品，允许风扇冷却，可以设计到50W或者150W以及以上，IP65的投光灯样式，IP67的埋地灯样式，IP68的水底灯样式。
附图说明
图1为本发明实施例一的动态光投射装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一的动态光投射装置的摆动透过片的结构示意图；
图3为本发明实施例一的摆动透光片的运动轨迹示意图(图中箭头表示运动方向)；
图4为本发明实施例一的动态光投射装置的固定透光片的结构示意图；
图5为本发明实施例二的摆动透光片的运动轨迹示意图(图中箭头表示运动方向)。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
实施例一
结合图1至图4所示，一种动态光投射装置，其包括壳体10、摆动透光片3、固定透光片4、光源组件和驱动机构。所述壳体10设有一出光口5。出光口5呈方形。所述出光口5设有防漏光的遮光圈(图未视)。
光源组件所发出的光线依次通过摆动透光片3、固定透光片4和出光口5投射出壳体10的外部。所述光源组件包括铝基板1以及焊接在铝基板1上的至少一颗LED光源2。所述LED光源2包括单色LED灯珠，或者多颗颜色相异的LED灯珠。多路驱动，分为白色1700-8000K，模拟一天之中的不同阳光的光质感。浅绿色560nm，用于模拟阳光照射到绿色的水中，光色被一定程度改变的颜色，青色模拟阳光偏青色以后的反射，琥珀色595nm可以模拟傍晚琥珀色的阳光，蓝色460nm模拟最蓝时候的阳光，多种颜色可以各自独立呈现和模拟不同条件下的水射光。所述LED光源2的发光角度为180°。LED光源2尽量靠近光学的正中心，并且LED光源2之间可以保持一定的距离，不同LED光源2的光在相同的光路上在时间和空间上体现了差异化，进一步增加了光斑中亮面的数量和运动方向，增加了光斑内涵。
固定透光片4、光源组件和驱动机构均固定安装在壳体10内。
所述驱动机构用于驱动摆动透光片3持续的摆动。具体的，所述驱动机构包括步进电机8、联动盘7、联动杆6和约束滑轨(图未视)，联动杆6的一端与摆动透光片3固定连接，联动杆6的另一端与联动盘7固定连接，步进电机8的输出轴9与联动盘7固定连接。所述约束滑轨，用于在步进电机8工作时，使摆动透光片3沿椭圆轨迹持续往复运动。
其中，摆动透光片3和固定透光片4均由自由曲面阵列构成。所述自由曲面阵列为多面圆滑过渡衔接的透明椭圆形平凸透镜阵列。所述多面为至少30个。摆动透光片3与固定透光片4的自由曲面阵列的结构相异。
出光口5的周缘在固定透光片4上的投影与所述固定透光片4的周缘重合，或者位于所述固定透光片4的周缘范围内；固定透光片4的周缘在摆动透光片3上的投影位于所述摆动透光片3的周缘范围内。
D1(铝基板1与摆动透过片3之间的距离)和D2(铝基板1与固定透光片4之间的距离)之间保持一定的距离的差，防止摆动透光片3和固定透光片4产生碰撞，同时这个距离差也是光学的需求。
D3为方形的出光口5设计的长度和宽度，方形出光面比圆形出光面更加符合本实施例的光路，该D3长度和宽度区域为透明区域，其他区域不透光，避免漏光。
摆动透过片3的自由曲面表面根据LED发光面的大小需要进行调整，在1mm长度和宽度的LED光源2(即LED芯片)下，摆动透过片3和固定透光片4的自由曲面的焦距设计为约30mm，对应地在组合镜片下，D1约为20mm，D2约为30mm。
在5mm长度和宽度的LED芯片下，摆动透光片3的自由曲面的焦距设计为约150mm。对应地在组合镜片下，D1约为100mm，D2约为150mm。
其他LED尺寸按照比例计算。
本实施例的工作原理：
通过LED光源2提供单色或者多色的光，可以各种日光色和需求的颜色，发光规律符合180度lambertian发光，轴向光强最大，其他方向按照与轴向的余弦夹角进行衰减。
经过摆动透光片3的自由曲面后配光变为多向，不等光强。
经过固定透光片4的自由曲面后配光变为多向，高对比度配光，部分区域为亮区域，部分区域为暗区域。由于自由曲面的移动，亮区域不断移动，不同LED产生的亮区域不同步移动形成了“风力吹拂下的动态水面反射太阳光到受照物，水波纹交叉荡漾，光影斑驳”的效果。
为了进一步加强效果，步进电机8可以正向、反向旋转、可以慢速、可以快速，可以模拟吹拂水面的风力的变化对反射的太阳光的影响，使用其他慢速匀速电机也可以输出单种稳定的光效。
本实施例的目的是满足人们的追求，在光源的选择上采用平面封装单色或者多颜色LED光源2，光路元器件采用自由曲面元器件，较短和合理的光轴设计，能够轻便地设计到防水的外壳中，使用于户外。
水射光模拟风力吹拂下的动态水面反射太阳光到受照物，水波纹交叉荡漾，光影斑驳，变化万方，揉香弄影，水射光理念光学效果与自然光学效果高度吻合，重现了日间在特殊环境下才能看到的独特美景，重现了“梦入江南烟水路”的意境。
本实施例应用非线性光学成像技术，其光斑由少部分亮的部位和大部分的阴影组成，光斑角度适中，对比度高，可拼接，可静，可动，速度可快可慢。
实施例二
如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于摆动透光片3的运动轨迹不同。具体是，所述约束滑轨，用于在步进电机工作时，使摆动透光片沿椭圆轨迹或直线轨迹持续往复运动。
本发明在没有水的地方模拟日光照射到水体反射到树木和建筑物的影像，其定义是随机交叉荡漾的，对比度较高的，光学纹路，不同的风力吹动水面达到不同的光效速度，本光路真实模拟了这一自然过程。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动态光投射装置，其特征在于，包括壳体、摆动透光片、固定透光片、光源组件和驱动机构；所述壳体设有一出光口；光源组件所发出的光线依次通过摆动透光片、固定透光片和出光口投射出壳体的外部；固定透光片、光源组件和驱动机构均固定安装在壳体内；所述驱动机构用于驱动摆动透光片持续的摆动；其中，摆动透光片和固定透光片均由自由曲面阵列构成。
2.如权利要求1所述的动态光投射装置，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机、联动盘、联动杆和约束滑轨，联动杆的一端与摆动透光片固定连接，联动杆的另一端与联动盘固定连接，步进电机的输出轴与联动盘固定连接；所述约束滑轨，用于在步进电机工作时，使摆动透光片沿椭圆轨迹或直线轨迹持续往复运动。
3.如权利要求1所述的动态光投射装置，其特征在于，所述光源组件包括铝基板以及焊接在铝基板上的至少一颗LED光源。
4.如权利要求3所述的动态光投射装置，其特征在于，所述LED光源包括单色LED灯珠，或者多颗颜色相异的LED灯珠。
5.如权利要求3所述的动态光投射装置，其特征在于，所述LED光源的发光角度为180°。
6.如权利要求1所述的动态光投射装置，其特征在于，所述出光口设有防漏光的遮光圈。
7.如权利要求1所述的动态光投射装置，其特征在于，出光口的周缘在固定透光片上的投影与所述固定透光片的周缘重合，或者位于所述固定透光片的周缘范围内；固定透光片的周缘在摆动透光片上的投影位于所述摆动透光片的周缘范围内。
8.如权利要求1所述的动态光投射装置，其特征在于，出光口呈方形。
9.如权利要求1所述的动态光投射装置，其特征在于，所述自由曲面阵列为多面圆滑过渡衔接的透明椭圆形平凸透镜阵列。
10.如权利要求9所述的动态光投射装置，其特征在于，所述多面为至少30个。
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