CN108758453A - 一种多色星空投影灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多色星空投影灯，依次包括多色光源组、聚焦透镜、光阑和反射镜阵列，多色光源组包括至少两个不同颜色的光源模组以及设于不同颜色的光源模组的光路上的合束单元，合束单元用于将不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合成为一束光，每个光源模组依次包括光源和半球形反光碗，半球形反光碗的内壁为球面反射面，光源位于半球型反光碗的球心处，半球形反光碗上设有通光孔。通过将光源置于半球形反光碗的反射面的球心处，不仅提高光源发光面的亮度以及星空投影的效果，也使不同颜色的光束的发散角度尽可能相同，从而使其混合得更加均匀，不同颜色的光源模组发出不同颜色的光，可以实现单色光和混合光交替投影，使投影的效果更加多样化。

Description

一种多色星空投影灯

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种多色星空投影灯。

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。此外，目前的星空投影灯通常是单色投影灯，需要多个投影灯才能实现彩色效果，使用不方便，且现有的星空投影灯体积较大，成本较高，未能满足实际应用需要。另外现有的星空投影灯投影出的星星数量有限，影响星空投影效果。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种体积小、成本低、效果好的多色星空投影灯。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多色星空投影灯，依次包括多色光源组、聚焦透镜、光阑和反射镜阵列，所述多色光源组包括至少两个不同颜色的光源模组以及设于所述不同颜色的光源模组的光路上的合束单元，每个所述光源模组依次包括光源和半球形反光碗，所述半球形反光碗的内壁为球面反射面，所述光源位于所述半球型反光碗的球心处，所述半球形反光碗上设有通光孔。

进一步的，所述半球形反光碗的通光孔对应的球心角为30～90°。

进一步的，所述不同颜色的光源模组设有2-6个，分布在同一侧或不同的两侧或不同的三侧。

进一步的，所述合束单元包至少一个滤光片或透反镜，将所述不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合。

进一步的，所述半球形反光碗沿光路的后方还设有第一准直透镜，所述第一准直透镜与通光孔对应。

进一步的，所述光源为激光光源或LED光源。

进一步的，所述光阑和反射镜阵列之间还依次设有分束单元和第二准直透镜。

进一步的，所述分束单元包括一实体透明件，所述实体透明件包括入射面、反射面和出射面，所述反射面为全内反射面，通过光阑后的光束依次经过所述入射面和出射面后或依次经过所述入射面、反射面和出射面后形成多个传播角度不同的子光束，所述子光束投射到所述第二准直透镜上准直后入射到反射镜阵列上。

进一步的，所述入射面包括至少一个中间入射区域和若干位于所述中间入射区域外周的边缘入射区域，所述中间入射区域与任意边缘入射区域不共面以及相邻两个边缘入射区域不共面，通过光阑后的光束分别投射到中间入射区域和边缘入射区域上，投射到中间入射区域的光束经折射后从出射面出射，投射到边缘入射区域的光束经折射后投射到反射面上，经反射面反射后从出射面出射。

进一步的，所述边缘入射区域为平面，所述反射面包括多个不共面的反射区域，所述反射区域与边缘入射区域一一对应。

本发明提供的多色星空投影灯，依次包括多色光源组、聚焦透镜、光阑和反射镜阵列，所述多色光源组包括至少两个不同颜色的光源模组以及设于所述不同颜色的光源模组的光路上的合束单元，合束单元用于将不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合成为一束光，每个所述光源模组依次包括光源和半球形反光碗，所述半球形反光碗的内壁为球面反射面，所述光源位于所述半球型反光碗的球心处，所述半球形反光碗上设有通光孔。通过设置半球形反光碗，且将光源置于半球形反光碗的反射面的球心处，并在半球形反光碗上设置通光孔，从光源发出的光，一部分直接从通光孔出射，另一部分投射到半球形反光碗的球面反射壁上然后被反射回荧光粉片上，由于荧光粉片具有散射作用，再次激发的光线一部分又从通光孔直接出射，另一部分再次投射到半球形反光碗的球面反射壁上并再次反射回荧光粉片上，如此反复，最终光线除了部分被吸收之外大部分都会从通光孔输出，这样便可以提高光源发光面的亮度，提高星空投影的效果，此外通过设计半球形反光碗上的通光孔的大小可以减小光束的发散角度，使不同颜色的光束的发散角度尽可能相同，从而使其混合得更加均匀，无需使用中继透镜等其他元件。通过设置不同颜色的光源模组发出不同颜色的光，不同颜色的光经过合束单元均匀混合在一起，在使用时，根据场景需要可以只打开其中一个颜色的光源，也可以同时打开多个光源，形成混合光，也可以设定一个频率，实现单色光和混合光交替投影，使投影的效果更加多样化，本发明体积小、成本低，大大提高了投影多样性。

附图说明

图1是本发明多色星空投影灯一具体实施例的结构示意图；

图2a-2b是本发明分束单元一具体实施例的结构示意图。

图中所示：10、多色光源组；110、110a-110c、光源；101、子光束；120、半球形反光碗；121、通光孔；130、第一准直透镜；20、聚焦透镜；30、光阑；50、合束单元；510a、第一滤光片；510b、第二滤光片；60、分束单元；610、入射面；611、中间入射区域；612、边缘入射区域；620、反射面；621、反射区域；630、出射面；70、第二准直透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种多色星空投影灯，依次包括多色光源组10、聚焦透镜20、光阑30和反射镜阵列(图中未示出)，所述多色光源组10包括至少两个不同颜色的光源模组以及设于所述不同颜色的光源模组的光路上的合束单元50，合束单元50用于将不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合成为一束光，每个所述光源模组依次包括光源110和半球形反光碗120，所述半球形反光碗120的内壁为球面反射面，所述光源110位于所述半球型反光碗120的球心处，所述半球形反光碗120上设有通光孔121。优选的，光源110可以是激光光源或LED光源，其中激光光源可以是激光二极管和荧光粉片，LED光源可以包括LED芯片和荧光粉片。具体的，通过设置半球形反光碗120，且将光源110置于半球形反光碗120的反射面的球心处，更确切地说是将光源110中的荧光粉片位于半球形反光碗120的球心处，半球形反光碗120上有一个通光孔121，从光源110发出的光，一部分直接从通光孔121出射，另一部分投射到半球形反光碗120的球面反射壁上然后被反射回荧光粉片上，由于荧光粉片具有散射作用，再次激发的光线一部分又从通光孔121直接出射，另一部分再次投射到半球形反光碗120的球面反射壁上并再次反射回荧光粉片上，如此反复，最终光线除了部分被吸收之外大部分都会从通光孔121输出，这样便可以提高光源110发光面的亮度，提高星空投影的效果，此外通过设计半球形反光碗120上的通光孔121的大小可以控制光束的发散角度，使不同颜色的光束的发散角度尽可能相同，从而使其混合得更加均匀，无需使用中继透镜等其他元件。由于不同颜色的光源模组中的光源110发出不同颜色的光，不同颜色的光经过合束单元50均匀混合在一起，在使用时，根据场景需要可以只打开其中一个颜色的光源110，也可以同时打开多个光源110，形成混合光，也可以设定一个频率，实现单色光和混合光交替投影，使投影的效果更加多样化，本发明体积小、成本低、可以实现多色投影。需要说明的是，所述通光孔121可以是开口区，也可以是未镀反射膜的区域。

优选的，所述半球形反光碗120的通光孔121对应的球心角为30～90°。所述通光孔121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。定义通光孔121的直径为可以完全包含通光孔所对应区域的最小圆形的直径，所述通光孔121的直径相对于半球形反光碗120的球心形成一个夹角，定义该夹角为通光孔121的球心角，该球心角为30～90°，更优选为45度，从而降低光束的发散角，确保混合均匀性。

优选的，所述不同颜色的光源模组设有2-6个，分布在同一侧或不同的两侧或不同的三侧。本实施例中以3个不同颜色的光源模组为例，分别为红、绿、蓝三种光源110a-110c，可以形成2³-1＝7种不同颜色的星空投影效果，其中红色光源110a对应的光源模组单独位于一侧，绿色光源110b对应的光源模组、蓝色光源110c对应的光源模组位于另一侧，其中两个光源110a、110b的光程相同。当然三个光源模组也可以位于同一侧或不同的三侧，根据实际需要进行设定，以对星空投影灯的体积、结构、成本等进行优化，同时使三个光源110发出的光束混合得更加均匀。需要说明的是，如不同颜色的光源模组的数量为n，则可以形成2ⁿ-1种不同颜色的星空投影效果。

优选的，所述合束单元50包至少一个滤光片或透反镜，将所述不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合。具体的，本实施例中以3个不同颜色的光源模组为例，且合束单元50采用两个滤光片，沿光路依次为第一滤光片510a和第二滤光片510b，其中第一滤光片510a与红色光源110a和绿色光源110b对应，透射红光反射绿光，将红光和绿光均匀混合成红绿混合光，第二滤光片510b与蓝色光源110c对应，透射红绿光反射蓝光，将红绿混合光和蓝光均匀混合后形成白光。当然若三个光源模组位于同一侧或不同的三侧时，滤光片或透反镜的数量和位置也需要进行相应调整，以实现对三个光源110发出的光束进行均匀混合，当然在设计光源110以及滤光片或透反镜的位置时，尽可能使不同颜色的光束投射到滤光片或透反镜上的位置以及覆盖面积相同，即使不同颜色的光束投射到滤光片或透反镜上的光斑尽可能重合，且光程的差距尽可能小，以保证混合均匀性。上述拓展情况都应包含在本发明的保护范围中。

请继续参照图1，所述半球形反光碗120沿光路的后方还设有第一准直透镜130，所述第一准直透镜130与通光孔对应。具体的，从半球形反光碗120出射的光束经过第一准直透镜130进行准直后投射到合束单元50上进行合束，通过设置第一准直透镜130提高光束的准直度，缩小光束的发散角，使不同颜色的光束的发散角的适配度更高，从而保证光束的混合均匀性。

优选的，所述光阑30和反射镜阵列之间还依次设有分束单元60和第二准直透镜70。优选的，所述分束单元60包括一实体透明件，所述实体透明件包括入射面610、反射面620和出射面630，所述反射面620为全内反射面，通过光阑30后的光束依次经过所述入射面610和出射面630后或依次经过所述入射面610、反射面620和出射面630后形成多个传播角度不同的子光束101，所述子光束101投射到所述第二准直透镜70上准直后入射到反射镜阵列上。具体的，通过合束单元50后的光束投射到聚焦透镜20上进行聚焦，聚焦透镜20将光束聚焦到光阑30的通光孔中，透过光阑30的光束投射到分束单元60上并出射形成多个子光束101，该多个子光束101通过第二准直透镜70准直后投射到反射镜阵列上。该实体透明件将从光阑30出射的光束分成多个子光束101，且不同子光束101的传播角度不同，该实体透明件包括入射面610、反射面620和出射面630，光阑30出射的光束依次经过所述入射面610和出射面630后或依次经过所述入射面610、反射面620和出射面630后形成多个传播角度不同的子光束101，经过该实体透明件之后从出射面的不同区域出射，最终都投射到后方的第二准直透镜70上，由于不同子光束101的光学路径不同，因此经过同一个第二准直透镜70后，将形成大小不一的图案，最终通过反射镜阵列反射后可以投影出大小不一的图案，增加了照明图案多样性，该实体透明件可以采用注塑的方法一体成型，制作方便快捷，成本低，占用体积小，且大大提高了投影效果。需要说明的是，判断一束光或多束光的标准是如果光束的传播角度是连续的，则认为是一束光，反之，如果光束的传播角度有间断，则认为是多束光。

优选的，所述反射面620为全内反射面，利用分束单元20的材料与空气的折射率差实现反射功能，实现简单且反射率高，从而降低能量损失。当然也可以在非全内反射面的外侧设置一层反射层，如由金属或其他高反射的材料制成的反射层，以达到全反射或几乎全反射的效果，提高光源110的利用率和投影图案的亮度。

优选的，所述出射面630的口径大于所述入射面610的口径。即该实体透明件从反射面610的一侧向出射面630的一侧逐渐增大，从而可以降低光束在实体透明件内部的光程，以此缩小实体透明件的高度也即厚度，减小其占用体积和材料成本，且由于实体透明件是通过注塑的方式一体成型，而在注塑过程中，其高度越小则强度越高，不容易损坏，提高其质量和寿命。

如图2a-2b所示，所述入射面610包括至少一个中间入射区域611和若干位于所述中间入射区域611外周的边缘入射区域612，所述中间入射区域611与任意边缘入射区域611不共面以及相邻两个边缘入射区域612不共面，通过光阑30后的光束分别投射到中间入射区域611和边缘入射区域612上，投射到中间入射区域611的光束经折射后从出射面630出射，投射到边缘入射区域612的光束经折射后投射到反射面620上，经反射面620反射后从出射面630出射。

优选的，所述边缘入射区域612为平面，边缘入射区域612的数量可以为4-6个甚至更多，图2a-2b中，边缘入射区域612的数量为6个，为梯形结构，当然也可以是其它形状和数量，此处不做限定，不同边缘入射区域612的法线方向不同，本实施例中反射面620包括多个不共面的反射区域621，所述反射区域621与边缘入射区域612一一对应，即每个反射区域621对应一个边缘入射区域612，经过边缘入射区域612折射后的光束再经过对应的反射区域621反射，从而变成不同的子光束101，且不同子光束101的传播方向明显不同，最后从出射面630的不同区域出射。

中间入射区域611和边缘入射区域612的光学路径不同，光束经过不同的光学路径最后入射到第二准直透镜70上时所经过的光学长度也不同，因而中间入射区域611和边缘入射区域612的子光束101具有不同的发散角，最后经过同一个第二准直透镜70后，将形成大小不一的图案，最终可以投影出大小不一的图案。从成像的角度分析，由于中间入射区域611和边缘入射区域612的成像路径不同，因而具有不同的物距，最终在投影平面上成像时便能形成不同大小的图像。

请重点参照图2b，所述中间入射区域611为曲面，所述反射区域621为平面或其中一个或两个反射区域621为曲面，通过将中间入射区域611设置为曲面，可以改变经过中间入射区域611的子光束101的发散程度，从而使得中间入射区域611和边缘入射区域612的子光束101具有更加明显不同的发散角，使最终投影图像的大小具有更加明显的区别。同理，将其中一个反射区域621设置为曲面，可以改变经过曲面的反射区域621反射的子光束101的发散程度，从而使该子光束101与经过其它反射区域621反射的子光束101发散角差异更大，进一步提高投影图像之间的大小差异。

综上所述，本发明提供的多色星空投影灯，依次包括多色光源组10、聚焦透镜20、光阑30和反射镜阵列，所述多色光源组10包括至少两个不同颜色的光源模组以及设于所述不同颜色的光源模组的光路上的合束单元50，合束单元50用于将不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合成为一束光，每个所述光源模组依次包括光源110和半球形反光碗120，所述半球形反光碗120的内壁为球面反射面，所述光源110位于所述半球型反光碗120的球心处，所述半球形反光碗120上设有通光孔121。通过设置半球形反光碗120，且将光源110置于半球形反光碗120的反射面的球心处，并在半球形反光碗120上设置通光孔121，从光源110发出的光，一部分直接从通光孔121出射，另一部分投射到半球形反光碗120的球面反射壁上然后被反射回荧光粉片上，由于荧光粉片具有散射作用，再次激发的光线一部分又从通光孔121直接出射，另一部分再次投射到半球形反光碗120的球面反射壁上并再次反射回荧光粉片上，如此反复，最终光线除了部分被吸收之外大部分都会从通光孔121输出，这样便可以提高光源110发光面的亮度，提高星空投影的效果，此外通过设计半球形反光碗120上的通光孔121的大小可以减小光束的发散角度，使不同颜色的光束的发散角度尽可能相同，从而使其混合得更加均匀，无需使用中继透镜等其他元件。通过设置不同颜色的光源模组发出不同颜色的光，不同颜色的光经过合束单元50均匀混合在一起，在使用时，根据场景需要可以只打开其中一个颜色的光源110，也可以同时打开多个光源110，形成混合光，也可以设定一个频率，实现单色光和混合光交替投影，使投影的效果更加多样化，本发明体积小、成本低、可以实现多色投影。

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)

1.一种多色星空投影灯，其特征在于，依次包括多色光源组、聚焦透镜、光阑和反射镜阵列，所述多色光源组包括至少两个不同颜色的光源模组以及设于所述不同颜色的光源模组的光路上的合束单元，每个所述光源模组依次包括光源和半球形反光碗，所述半球形反光碗的内壁为球面反射面，所述光源位于所述半球型反光碗的球心处，所述半球形反光碗上设有通光孔。

2.根据权利要求1所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述半球形反光碗的通光孔对应的球心角为30～90°。

3.根据权利要求1所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述不同颜色的光源模组设有2-6个，分布在同一侧或不同的两侧或不同的三侧。

4.根据权利要求3所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述合束单元包至少一个滤光片或透反镜，将所述不同颜色的光源模组发出的光线均匀混合。

5.根据权利要求1所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述半球形反光碗沿光路的后方还设有第一准直透镜，所述第一准直透镜与通光孔对应。

6.根据权利要求1所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述光源为激光光源或LED光源。

7.根据权利要求1所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述光阑和反射镜阵列之间还依次设有分束单元和第二准直透镜。

8.根据权利要求7所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述分束单元包括一实体透明件，所述实体透明件包括入射面、反射面和出射面，所述反射面为全内反射面，通过光阑后的光束依次经过所述入射面和出射面后或依次经过所述入射面、反射面和出射面后形成多个传播角度不同的子光束，所述子光束投射到所述第二准直透镜上准直后入射到反射镜阵列上。

9.根据权利要求8所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述入射面包括至少一个中间入射区域和若干位于所述中间入射区域外周的边缘入射区域，所述中间入射区域与任意边缘入射区域不共面以及相邻两个边缘入射区域不共面，通过光阑后的光束分别投射到中间入射区域和边缘入射区域上，投射到中间入射区域的光束经折射后从出射面出射，投射到边缘入射区域的光束经折射后投射到反射面上，经反射面反射后从出射面出射。

10.根据权利要求8所述的多色星空投影灯，其特征在于，所述边缘入射区域为平面，所述反射面包括多个不共面的反射区域，所述反射区域与边缘入射区域一一对应。