CN108613048A - 星空投影灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星空投影灯，沿光路依次包括光源、聚焦透镜、图案片、分束单元、准直透镜和反射镜阵列。所述分束单元可以将一束光分成多束传播角度不同的子光束，不同子光束经准直透镜准直后入射到反射镜阵列，同时反射镜阵列包含有多个小反射镜，这样便可以在反射镜阵列所包含的小反射镜数量有限的情况下，增加投影图案的数量，扩大了照明面积。同时通过利用LED作为光源，利用半球形反光碗来提高LED发光面的亮度，可以解决LED亮度不够的缺点。

Description

星空投影灯

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种星空投影灯。

背景技术

星空投影灯，是一种在墙壁、天花板、草坪上投影出无数星星或雪花等图案的装饰照明装置，用在室内如KTV包厢，室外如庭院、草坪、植物上，可以起到营造氛围，装饰景观的作用，在生活中具有非常广泛的应用。

目前市场上的星空投影灯都是采用激光二极管作为光源，但激光二极管几乎都是红绿蓝单色的，无法有效合成白色，因而难以形成白色的图案。而LED光源由于亮度不够，用于星空投影灯时投影出的图案暗淡，效果非常差。此外，现有的星空投影灯通常包含一个曲面反射镜阵列，该反射镜阵列由多个小反射镜拼接而成，小反射镜的数量决定了投影出的图案的数量，出于体积和成本的考虑，目前反射镜阵列中包含的小反射镜阵列的数量还不是特别多，因而投影出的图案数量有限，影响了投影渲染效果。

发明内容

本发明提供了一种星空投影灯，以解决现有技术中存在的结构复杂、体积较大以及使用不方便的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种星空投影灯，沿光路依次包括光源、聚焦透镜、图案片、分束单元、准直透镜和反射镜阵列，所述分束单元将一束光分成传播角度不同的多个子光束，不同子光束经准直透镜准直后再入射到反射镜阵列，所述反射镜阵列包含有多个小反射镜，所述多个小反射镜排列形成一个曲面反射面。

进一步的，所述分束单元由多个反射镜组成，且任意两个反射镜的反射面不共面。

进一步的，所述分束单元中的反射镜设有4个，呈2行2列排列，且相邻两个反射镜之间的夹角大于120度且小于180度。

进一步的，所述光源为LED光源，光源外侧设置有半球形反光碗，所述半球形反光碗上设有透光口，所述LED光源位于半球形反光碗的球心。

进一步的，所述透光口对应的球心角小于90度。

进一步的，所述反射镜阵列中的每个小反射镜为方形，且边长为1-10mm，所述反射镜阵列粘贴在一个曲面结构上形成曲面反射面。

进一步的，所述图案片上包含多个图案，图案对应的区域为透光区。

进一步的，还包括与所述反射镜阵列连接的第一驱动机构，带动所述反射镜阵列转动。

进一步的，还包括与所述分束单元连接的第二驱动机构，带动所述分束单元移动或转动。

进一步的，所述光源为激光远程激发荧光粉光源，包括沿光路间隙设置的半导体激光器和荧光粉片，所述光源外侧设置有半球形反光碗，所述荧光粉片位于所述半球形反光碗的球心位置处。

本发明提供的星空投影灯，沿光路依次包括光源、聚焦透镜、图案片、分束单元、准直透镜和反射镜阵列。所述分束单元可以将一束光分成多束传播角度不同的子光束，不同子光束经准直透镜准直后入射到反射镜阵列，同时反射镜阵列包含有多个小反射镜，这样便可以在反射镜阵列所包含的小反射镜数量有限的情况下，增加投影图案的数量，扩大了照明面积。同时通过利用LED作为光源，利用半球形反光碗来提高LED发光面的亮度，可以解决LED亮度不够的缺点。

附图说明

图1是本发明星空投影灯一具体实施例的结构示意图；

图2是本发明分束单元一具体实施例的结构示意图；

图3是本发明星空投影灯另一具体实施例的结构示意图。

图中所示：10、光源；110、LED芯片；120、荧光粉；130、半导体激光器；20、聚焦透镜；30、图案片；40、分束单元；410、反射镜；50、准直透镜；60、反射镜阵列；610、小反射镜；70、半球形反光碗；710、透光口；810、第一驱动机构；820、第二驱动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

图1是本发明的星空投影灯第一实施例的结构示意图。如图1所示，在本实施例中，沿光路依次包括光源10、聚焦透镜20、图案片30、分束单元40，准直透镜50、反射镜阵列60。在本实施例中，光源10为LED光源，所述LED光源包含LED芯片110和荧光粉120，LED芯片110发出蓝色激发光，荧光粉120为黄色荧光粉，它将LED出射的部分蓝色激发光转化为黄光，最终未转化的蓝光和荧光粉出射的黄光混合形成白光，这是白光LED的一种封装结构，本发明并不限于此，对本领域的技术人员，可以找到更多不同的封装形式。

在本实施例中，光源10外侧设置有半球形反光碗70，该半球形反光碗70的内壁为球面反射面，光源10位于球面反射面的球心。在半球形反光碗70的顶部中央设有透光口710，所述透光口710可以是开口区，也可以是未镀反射膜的区域，只要能让光源10出射的光透过即可。从光源10出射的光，一部分直接从透光口710出射，另一部分投射到反光碗70的球面反射壁上然后被反射回荧光粉，由于荧光粉120具有散射作用，反射回荧光粉的光将被再次散射，散射光线中的一部分从透光口710出射，另一部分再次投射到半球形反光碗70的球面反射壁上并再次反射回荧光粉120上，如此反复，最终从光源10出射的光除了部分被吸收之外大部分都会从透光口710输出，这样就提高了光源10的亮度，解决LED光源亮度不足问题。

在本实施例中，透光口710对应的区域可以是任意形状，如圆形、椭圆形、矩形等，优选为圆形。定义透光口710的直径为可以完全包含透光口所对应区域的最小圆形的直径，所述透光口710的直径相对于反光碗70的球心形成一个夹角，定义该夹角为透光口710的球心角。优选的，透光口710的球心角小于90度，更优选为60度。从光源10输出的光，先透过半球形反光碗70的透光口710，然后经聚焦透镜20聚焦到图案片30上。通过控制透光口710对应的球心角，可以利用一个透镜实现出射光线的聚焦，如果透光口710所对应的球心角太大，就可能需要多个聚焦透镜才能实现光线的聚焦。

在本实施例中，聚焦透镜20优选为双凸透镜，前凸面收集光线的角度和透光口710所对应的球心角匹配，后凸面汇聚光线的角度小于60度(指全角)，更优选为30度，这样利用一个透镜便可实现光线的收集和汇聚，节省成本。本实施例只是提供了一个最优的实施方案，当然利用多个聚焦透镜，从而使收集和汇聚光线的角度更大的方式，也应包含在本发明的保护范围之内。

在本实施例中，优选的，光源10和聚焦透镜20之间的距离L₁与聚焦透镜20的焦距f之间的关系为：f＜L₁＜2f，聚焦透镜20和图案片30之间的距离L₂与聚焦透镜20的焦距f之间的关系为：L₂＞2f，这样，光源10发出的光束经聚焦透镜20后在图案片30上成放大的像。

在本实施例中，虽然光源10是以白色LED光源为例进行了说明，但本发明并不限于此，对本领域的技术人员，完全可以把光源10替换成红色、绿色等不同颜色的LED，从而得到不同颜色的投影图案，这种简单的替换也应包含在本发明的保护范围之内。

在本实施例中，图案片30上包含图案区和遮光区，图案区可以让光透过，图案区之外为遮光区，光无法透过。从光源10出射的光，先被聚焦到图案片30上，然后透过图案片上的图案区，形成一束发散光继续向后传播，随着传播距离的增加，光束截面越来越大。在图案片30之后的光束传播路径上设置有分束单元40，优选的，所述分束单元40由多个反射镜410组成，且任意两个反射镜410不共面，这样，经过分束单元40的反射，将本来的一束光分成传播角度不同的多个子光束，不同子光束的光束截面可以相同，也可以不同，由于反射镜不会改变光束的发散状态，所以每束子光束依然是发散光束。分束单元40除了选用反射镜，还可以选用其他的光学元件，例如棱镜等，只要能实现将一束光分成若干束传播角度不同的光即可。优选的，分束单元40形成的子光束的数量在4束或4束以上。

在本实施例中，准直透镜50设置在分束单元40之后，经分束单元40分束后的多个发散的子光束，再透过准直透镜50准直，变成多个平行光束。每个平行光束对应一个分束后的子光束，且不同平行光束的传播角度不同。分束单元40还有另一个作用，可以将一个大光束截面的光束分成多个小光束截面的子光束，由于每个子光束的光束截面更小，因而可以选用小口径的准直透镜50，从而缩小整个系统的体积。

经准直透镜50准直之后的多个平行子光束，最后入射到反射镜阵列60上，形成无数的投影图案。在本实施例中，所述的反射镜阵列60包含多个小反射镜610，优选的，每个小反射镜610为方形，且边长为1-10mm，小反射镜610的数量在50个以上，由于每个小反射镜610都会对图案片上的图案投影形成一个像，为了获得尽可能多的投影像，小反射镜610的数量越多越好。所述多个小反射镜610可以规则排列，也可以杂乱排列，所有小反射镜610的反射面形成一个共同的反射面，该反射面优选为曲面，所述曲面可以是凹面，也可以是凸面，通过将小反射镜阵列排布成曲面，可以使所有小反射镜投射出去的图案分散开，控制曲面的曲率可以控制图案分散范围的大小。一种优选的方案是，将一个大片反射镜，切成4mm的小反射镜阵列，然后粘贴到一个曲面构件上，如此便可形成曲面反射镜阵列。如果分束单元40将一束光分成了M个子光束，同时每个子光束入射到反射镜阵列60上时，又覆盖了反射镜阵列60中的N个小反射镜单元，这样最终便可以投影出M*N个图案像，且图案在投影面上彼此分散开，形成满天星的照明效果。这样，通过分束单元40的分束作用，可以在反射镜阵列60所包含的小反射镜数量有限的情况下，极大的增加投影图案的数量。

图2是本发明的分束单元40的一个具体实施例的结构示意图。在图2中，分束单元40包含4个反射镜410，呈2行2列紧密排列，且相邻两个反射镜410之间的夹角小于180度，即四个反射镜410不处于同一平面上，优选的，相邻两个反射镜410之间的夹角大于120度且小于180度，如此光线经过不同的反射镜410反射后出射光线的方向不同，从而形成4个传播角度不同的子光束，且子光束交叉出射，可以减小准直透镜的口径。当然分束单元40中包含的反射镜410的数量可以根据需要进行设置，本文不做限定。

在本发明中，图案片30可以包含一个或多个图案，如果图案片30上包含多个图案，则可以进一步增加最终投影图案的数量，本文不做限定。

图3是本发明星空投影灯另一具体实施例的结构示意图，相对于第一实施例，本实施例中将光源10替换为激光光源，包括半导体激光器130和荧光粉层120。激光光源相对于LED光源，具有能量密度更集中亮度更高的优势，通过远程激发荧光粉的形式，可以使荧光粉产生的热与激光二极管产生的热分离，更有利于散热，从而使光源亮度进一步提高。在利用激光作为光源的情况下，如果光源亮度足够高，光源系统中也可以不设置半球形反光碗70，从而节省成本。对本领域的技术人员而言，本发明实施例中的激发光源也可以换成LED，同样采用远程激发荧光粉的方式，以上种种情况都应包含在本发明的保护范围之内。

本发明所述的星空投影灯还包括与所述反射镜阵列60连接的第一驱动机构810，所述第一驱动机构810带动所述反射镜阵列60转动，从而改变光线的出射方向，以形成动态投影效果。此外，本发明也可以设置第二驱动机构820与分束单元40相连，通过控制分束单元40的运动，也可以实现动态投影效果。

综上所述，本发明提供的星空投影灯，沿光路依次包括光源10、聚焦透镜20、图案片30、分束单元40、准直透镜50和反射镜阵列60。所述分束单元40可以将一束光分成多束传播角度不同的子光束，不同子光束经准直透镜50准直后入射到反射镜阵列60，同时反射镜阵列60包含有多个小反射镜610，这样便可以在反射镜阵列60所包含的小反射镜610数量有限的情况下，增加投影图案的数量，扩大了照明面积。同时通过利用LED作为光源10，利用半球形反光碗70来提高LED发光面的亮度，可以解决LED亮度不够的缺点。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.星空投影灯，其特征在于，沿光路依次包括光源、聚焦透镜、图案片、分束单元、准直透镜和反射镜阵列，所述分束单元将一束光分成传播角度不同的多个子光束，不同子光束经准直透镜准直后再入射到反射镜阵列，所述反射镜阵列包含多个小反射镜，所述多个小反射镜排列形成一个曲面反射面。

2.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，所述分束单元由多个反射镜组成，且任意两个反射镜的反射面不共面。

3.根据权利要求2所述的星空投影灯，其特征在于，所述分束单元中的反射镜设有4个，呈2行2列排列，且相邻两个反射镜之间的夹角大于120度且小于180度。

4.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，所述光源为LED光源，光源外侧设置有半球形反光碗，所述半球形反光碗上设有透光口，所述LED光源位于半球形反光碗的球心。

5.根据权利要求4所述的星空投影灯，其特征在于，所述透光口对应的球心角小于90度。

6.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，所述反射镜阵列中的每个小反射镜为方形，且边长为1-10mm，所述反射镜阵列粘贴在一个曲面结构上形成曲面反射面。

7.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，所述图案片上包含多个图案，所述图案对应的区域为透光区。

8.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，还包括与所述反射镜阵列连接的第一驱动机构，带动所述反射镜阵列转动。

9.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，还包括与所述分束单元连接的第二驱动机构，带动所述分束单元移动或转动。

10.根据权利要求1所述的星空投影灯，其特征在于，所述光源为激光远程激发荧光粉光源，包括沿光路间隙设置的半导体激光器和荧光粉片，所述光源外侧设置有半球形反光碗，所述荧光粉片位于所述半球形反光碗的球心位置处。