CN111240138A - 光学投影系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光学投影系统，其可包括照明模块、光线调整机构、图像阵列和复眼透镜，其中，照明模块发出用于照明的光束，光线调整机构用于调整所述光束以使所述光束变为平行光束，图像阵列具有均匀分布且相同的多个子图像，多个子透镜中的每个均能够在成像面独立成完整像，光束经过图像阵列的多个子图像之后携带有相同的多个待显示信息，复眼透镜具有与图像阵列的多个子图像一一对应的多个子透镜，携带有相同的多个待显示信息的光束通过复眼透镜的多个子透镜叠加投影成最终图像。本公开能够提高投影图像的均匀度；能够增加光源利用效率；能够减少所使用的镜片数目以简化结构，进而降低整体重量并减小整体体积，从而满足小型化的需求。

Description

光学投影系统

技术领域

本申请涉及机械工程、车辆投影照明等技术领域，更具体地，涉及一种基于微结构元件的光学投影系统。

背景技术

光学投影系统随着汽车行业的发展，越来越受到业界的关注。例如，汽车行业近几年新兴起来的一种车载投影系统，具有照地灯功能和投影出该车型号或品牌图案等功能，可以将汽车车标等信息投射在地面，一方面可以展现汽车品牌等信息，另一方面可以在夜间起到照明以及提醒车门前后方行人车辆注意安全的作用。

传统的光学投影系统由多个镜片组成，这会带来一些问题。首先，由于传统的光学投影系统采用多个镜片，因此光学投影系统的整体体积较大，此外，多个镜片还将使得光学投影系统的整体重量增加，这不符合追求光学投影系统的小型化、轻量化的应用趋势。因此，需要一种性能好、体积小、重量轻的光学系统投影解决方案。

发明内容

本申请提供了能够克服或部分克服现有技术的至少一个缺陷的解决方案。

根据本公开的一个方面，提供了一种光学投影系统，其可包括照明模块、光线调整机构、图像阵列和复眼透镜，其中，照明模块发出用于照明的光束，光线调整机构用于调整所述光束以使所述光束变为平行光束，图像阵列具有均匀分布且相同的多个子图像，光束经过图像阵列的多个子图像之后携带有相同的多个待显示信息，复眼透镜具有与图像阵列的多个子图像一一对应的多个子透镜，多个子透镜中的每个均能够在成像面独立成完整像，携带有相同的多个待显示信息的光束通过复眼透镜的多个子透镜叠加投影成最终图像。

在本公开的一个实施方式中，光线调整机构为准直透镜以对入射的光束进行准直并输出。

在本公开的一个实施方式中，图像阵列附接至光线调整机构的出光表面，光线调整机构的出光表面为平面。

在本公开的一个实施方式中，图像阵列与光线调整机构分离。

在本公开的一个实施方式中，复眼透镜为单复眼透镜或双复眼透镜。

在本公开的一个实施方式中，还包括滤色模块，滤色模块设置在光线调整机构与图像阵列之间或设置在图像阵列与复眼透镜之间。

在本公开的一个实施方式中，图像阵列为具有滤色功能的滤色片。

在本公开的一个实施方式中，光学投影系统还包括设置在图像阵列与复眼透镜之间的反射镜，反射镜将携带有相同的多个待显示信息的光束反射至复眼透镜。

在本公开的一个实施方式中，光学投影系统还包括设置在光线调整机构与图像阵列之间的反射镜，反射镜将从光线调整机构出射的平行光束反射至图像阵列。

在本公开的一个实施方式中，还包括设置在光线调整机构与复眼透镜之间的反射镜，图像阵列附接至反射镜的反射面。

在本公开的一个实施方式中，图像阵列为反射镜，从光线调整机构出射的平行光束经图像阵列反射至复眼透镜。

在本公开的一个实施方式中，图像阵列上的多个子图像被拉伸。

在本公开的一个实施方式中，照明模块为高亮度LED光源。

在本公开的一个实施方式中，复眼透镜的多个子透镜的形状可为圆形形状或矩形形状。

与现有技术相比，本公开具有下列至少一个技术效果：

1.本公开通过使复眼透镜上的多个子透镜与图像阵列上的多个子图像一一对应，每个子透镜出射光束均可在成像面单独成完整像，提高了投影图像的均匀度。

2.本公开通过使用复眼透镜增加了光源利用效率。

3.本公开减少所使用的镜片数目，简化结构，进而降低光学投影系统的重量并减小光学投影系统的体积。

4.本公开的光学镜头能够实现整体厚度的降低，满足了小型化的需求。

5.本公开的光学镜头采用临界照明，使得复眼透镜数值孔径不受限制，并且使子透镜焦点位置不受限制，从而便于安装且结构简单。

附图说明

在参考附图中示出示例性实施例。本文中公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。

图1是示出根据本公开的实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

图2A是示出根据本公开的实施方式的复眼透镜。

图2B至图2D示出了根据本公开的实施方式的复眼透镜的侧视图。

图3是示出根据本公开的另一实施方式的复眼透镜。

图4是示出与图2中的复眼透镜对应的图像阵列的一部分。

图5是示出根据本公开的另一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

图6是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

图7是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

图8是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

图9是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

图10A和图10B示出了拉伸处理前的子图像和拉伸处理后的子图像。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一主体也可被称作第二主体。

应理解，当第一元件被称为在第二元件“上”、“连接到”或“联接到”第二元件时，第一元件可以直接在第二元件上、直接连接到或联接到第二元件，或者在第一元件与第二元件之间可存在一个或多个中间元件。与此相反，当第一元件被称为直接在第二元件“上”、“直接连接到”或“直接联接到”第二元件时，第一元件与第二元件之间不存在中间元件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。

在实施方式中，本申请的光学投影系统可例如是迎宾灯。

在下文中，将参考图1描述根据本公开的第一示例性实施方式的光学投影系统。图1是示出根据本公开的示例性实施方式的光学投影系统的示意性结构图。

参考图1，光学投影系统100包括照明模块110、光线调整机构120、图像阵列130和复眼透镜140。在光学投影系统中，照明模块110、光线调整机构120、图像阵列130和复眼透镜140可沿着光束传播的光路依序设置。

在本实施方式中，照明模块110用于发射照明的光束，其通常采用高亮度LED光源。但是，本申请不限于此，在不偏离本公开的范围的情况下，可根据实际生产和具体实施的需要，采用投影系统领域以及照明领域中合适的其他照明光源。进一步地，在本公开中，为了保证准直度，LED光源的发光面需尽可能的小。

在本实施方式中，光线调整机构120用于将从照明模块110发射的光束调整成平行光束。因此，光线调整机构120可为准直透镜以对入射到其中的光线进行准直并输出。应理解的是，光线调整机构120不限于准直透镜，只要能够实现将入射的光束变为平行光束输出即可。

在本实施方式中，复眼透镜140为通常使用的复眼透镜。复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，将入射的平行光的每一束都会聚一下。将双排复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。复眼透镜在微显示器及投影显示领域有广阔的应用前景。

图2A示出了根据本公开的实施方式的复眼透镜。参考图2A，在本申请中，复眼透镜140具有多个子透镜141，多个子透镜141完全相同且各个子透镜141之间的距离也完全相同，并且多个子透镜141均能够在成像面独立地成单独像，因此使得从复眼透镜140出射的光在成像面上叠加而获得均匀的投影图像。在本实施方式中，复眼透镜140的多个子透镜141的形状可为圆形形状。在本公开中，在满足子透镜141完全相同且其之间的距离完全相同的情况下，可通过调整复眼透镜140的每个子透镜141的焦距来调整投影图像的大小。

图2B至图2D示出了根据本公开的实施方式的复眼透镜的侧视图。如图2B中所示，复眼透镜可为双复眼透镜。即，在复眼透镜的入射面和出射面上均具有多个子透镜141，其中，入射面上的多个子透镜141的焦点与出射面上的多个子透镜141的焦点重合且它们的光轴互相平行。如图2C和图2D中所示，复眼透镜可为单复眼透镜。在图2C中，多个子透镜141设置在复眼透镜的入射面上，在图2D中，多个子透镜141设置在复眼透镜的出射面上。在以下描述中，将基于双复眼透镜进行描述。

此外，复眼透镜140不限于图2A中示出的实施方式，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，复眼透镜140的多个子透镜可具有其他形状。例如，图3中示出了根据本公开的另一实施方式的复眼透镜。如图3所示，复眼透镜140的多个子透镜141的形状可为矩形形状。但是本公开不限于此，复眼透镜的子透镜的形状不受特别限制，根据设计需要可选择其他形状的子透镜。

在本实施方式中，图像阵列130设置在复眼透镜140与光线调整机构120之间。这种方式可为临界照明，并且由于临界照明，复眼透镜140的每个子透镜的焦点位置不受特殊限制。进一步地，复眼透镜140数值孔径不受特殊限制，所以便于安装且结构简单。如图1中所示，图像阵列130可附接在光线调整机构120的出光表面，例如，图像阵列130可通过胶水等附接至光线调整机构120的出光表面。进一步地，在本公开中，图像阵列的材料可为纸(待显示图案处进行镂空处理)、薄玻璃(待显示图案处进行透光处理)和塑料薄片(待显示图案处进行镂空处理)中的一种。在这种情况下，光线调整机构120的出光表面为平面，从而使得图像阵列130可更牢固的附接在光线调整机构120的出光表面上。在下文中，将参考图4详细描述图像阵列130。

图4示出了与图2A中的复眼透镜对应的图像阵列的一部分。如图4中所示，图像阵列130具有多个子图像131。多个子图像131的排列方式与参考图2描述的多个子透镜141的排列方式相同。即，多个子图像131中的每个与多个子透镜141中的每个一一对应。此外，子图像131所占据的区域能够透光，从而使得从光线调整机构120入射的平行光经过图像阵列130之后携带有多个相同的待显示图像信息，随后，携带有多个待显示图像信息的光分别经过复眼透镜140中的每个子透镜141放大并叠加成最终的投影图像，这增加了投影图像的均匀度。此外，图像阵列130上的多个子图像131之外的区域为不透光的区域。应理解，图像阵列上的多个子图像的排列方式不限于此，当复眼透镜上的多个子透镜的排列方式改变时，图像阵列上的多个子图像的排列方式也需要相应地改变，以始终保持多个子图像与多个子透镜一一对应，从而能够改善最终投影图像的均匀度。此外，由于图像阵列130上设置的多个子图像131，因此在其中一个子图像131污损之后，由于其他子图像131仍完好，所以投影图案的大小和形状不受影响。

在本实施方式中，通过将图像阵列130中的多个子图像131设置成与复眼透镜140中的多个子透镜141一一对应，每个子透镜141均可以单独对待显示的图像进行放大，且在成像面成完整像，从而使得最终叠加的图像更加清晰均匀。此外，在本公开的实施方式中，由于简化了传统光学投影系统中多个透镜组合的方式，因此减少了所使用的镜片数目，进而降低了整体体积并减轻了整体重量。

图5是示出根据本公开的另一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。在图5中，除了图像阵列130的位置之外，其余部分与参考图1至图4描述的相同，因此将省略相同部分的重复描述。

在图5中，图像阵列130设置在复眼透镜140与光线调整机构120之间。与图1中示出的实施方式的不同之处在于，图像阵列130与光线调整机构120分离，即，图像阵列130未附接在光线调整机构120的出光表面。因此，在保证光线调整机构120出射的光束为平行光的情况下，不对光线调整机构120的出光表面进行任何限制。此外，在本实施方式中，图像阵列距复眼透镜的距离不受限制，因为从准直透镜出射的光为准直光，准直光经过图像阵列之后依然是准直光。

图6是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。光学投影系统600包括照明模块610、光线调整机构620、图像阵列630、复眼透镜640和反射镜650。其中，照明模块610、光线调整机构620、图像阵列630和复眼透镜640和与上文描述的照明模块110、光线调整机构120、图像阵列130和复眼透镜140相同，因此将省略其详细描述。

如图6中所示，反射镜650设置在光线调整机构620与图像阵列630之间。因此，从光线调整机构620出射的平行光首先入射到反射镜650上，然后经反射镜650反射至图像阵列630，然后携带有多个相同的待显示图像，最后分别经过复眼透镜640中的每个子透镜放大而增加最终投影图像的均匀度。由此，通过设置反射镜650，可实现对光学投影系统内部光路的转向控制。

图7是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。图7的实施方式与图6的实施方式的不同之处在于，反射镜650设置在图像阵列630与复眼透镜640之间。

参考图7，由于反射镜650设置在图像阵列630与复眼透镜640之间，因此，从光线调整机构620出射的平行光首先入射经过图像阵列630，从而携带有多个待显示的图像信息。然后，携带有多个待显示的图像信息的平行光入射到反射镜650上，进而经反射镜650反射至复眼透镜640。

图8是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。在本实施方式中，光学投影系统800包括照明模块810、光线调整机构820、反射图像阵列830和复眼透镜840。其中，照明模块810、光线调整机构820和复眼透镜840与以上描述的照明模块、光线调整机构和复眼透镜相同，因此将省略其详细描述。

在图8中，不分开设置反射镜与图像阵列，而是将反射镜与图像阵列集成在一起形成反射图像阵列830。即，在反射图像阵列830的反射表面上设置多个子图像，其中，多个子图像的排列方式与复眼透镜840上的多个子透镜的排列方式相同。由此，经反射图像阵列830反射的平行光既改变了光路的方向，又在反射后携带有多个待显示的图像信息。因此，整体上减少了光学投影系统中元件的数目，进一步降低了整体体积和整体重量。

图9是示出根据本公开的又一实施方式的光学投影系统的示意性结构图。在本实施方式中，光学投影系统900包括照明模块910、光线调整机构920、图像阵列930、复眼透镜940和反射镜950。其中，照明模块910、光线调整机构920、图像阵列930、和复眼透镜940与以上描述的照明模块、光线调整机构、图像阵列和复眼透镜相同，因此将省略其详细描述。

在图9中，反射镜950设置在光线调整机构920与复眼透镜940之间。图像阵列930附接至反射镜950的反射面上，从而使得经反射镜950反射的光束携带有多个待显示的图像信息。

在本公开的使用反射镜的多个实施方式中，由于反射镜的存在，因此可能在成像面发生成像图像的变形，因此，可对图像阵列上的多个子图像作拉伸处理。图10A和图10B示出了拉伸处理前的子图像和拉伸处理后的子图像。如图10B中所示，可在竖直方向上对子图像进行拉伸。然后，本公开不限于此，可根据设计需要在多个方向上对图像阵列上的多个子图像进行拉伸。

进一步地，在本公开的实施方式中，为了使最终透射的图案具有特定颜色，可在光学投影系统中添加滤色模块。其中，滤色模块的位置不受特别限制，例如，滤色模块可位于光线调整机构与图像阵列之间，或者可位于图像阵列与复眼透镜之间。进一步地，在本公开的实施方式中，图像阵列本身可为具有滤色功能的滤色模块，并在该具有滤色功能的滤色模块上制作多个子图像。

本领域普通技术人员应理解，在保证图像阵列上的多个子图像与复眼透镜中的多个子透镜一一对应的情况下，可任意对本公开进行各种修改和改变。

在本公开中，通过使图像阵列上的多个子图像与复眼透镜中的多个子透镜一一对应，提高了投影图像的均匀度，并且减少了所使用的镜片数目，进而降低光学投影系统的重量并减小光学投影系统的体积，满足了小型化需求。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述公开的构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.光学投影系统，包括：

照明模块，发出用于照明的光束；

光线调整机构，用于调整所述光束以使所述光束变为平行光束；

图像阵列，所述图像阵列具有均匀分布且相同的多个子图像，所述光束经过所述图像阵列的多个子图像之后携带有相同的多个待显示信息；以及

复眼透镜，所述复眼透镜具有与所述图像阵列的多个子图像一一对应的多个子透镜，所述多个子透镜中的每个均能够在成像面独立成完整像，所述携带有相同的多个待显示信息的光束通过所述复眼透镜的所述多个子透镜叠加投影成最终图像。

2.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述光线调整机构为准直透镜以对入射的所述光束进行准直并输出。

3.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述图像阵列附接至所述光线调整机构的出光表面，所述光线调整机构的出光表面为平面。

4.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述图像阵列与所述光线调整机构分离。

5.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述复眼透镜为单复眼透镜或双复眼透镜。

6.根据权利要求1所述的光学投影系统，还包括滤色模块，所述滤色模块设置在所述光线调整机构与所述图像阵列之间或设置在所述图像阵列与所述复眼透镜之间。

7.根据权利要求1所述的光学投影系统，所述图像阵列为具有滤色功能的滤色片。

8.根据权利要求1所述的光学投影系统，还包括设置在所述图像阵列与所述复眼透镜之间的反射镜，所述反射镜将所述携带有相同的多个待显示信息的光束反射至所述复眼透镜。

9.根据权利要求1所述的光学投影系统，还包括设置在所述光线调整机构与所述图像阵列之间的反射镜，所述反射镜将从所述光线调整机构出射的平行光束反射至所述图像阵列。

10.根据权利要求1所述的光学投影系统，还包括设置在所述光线调整机构与所述复眼透镜之间的反射镜，所述图像阵列附接至所述反射镜的反射面。

11.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述图像阵列为反射镜，从所述光线调整机构出射的平行光束经所述图像阵列反射至所述复眼透镜。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的光学投影系统，所述图像阵列上的多个子图像被拉伸。

13.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述照明模块为高亮度LED光源。

14.根据权利要求1所述的光学投影系统，其中，所述复眼透镜的多个子透镜的形状为圆形形状或矩形形状。

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