CN114278905A - 一种两级控光的投影灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两级控光的投影灯，包括光源，所述光源的出光面一侧依次设有第一准直凸透镜或准直凸透镜组、投影源、投影透镜组，所述投影源中设有有效图案透过区域，所述光源与所述投影源之间还设有光能调节透镜或光能调节区域。通过准直凸透镜或准直凸透镜组完成光线准直后，在光路中加入光能调节透镜或光能调节区域，进行第二次调光，改变局部光线的出射角度，使大部分光线到达菲林片前的光能分布与有效图案区域更接近，而非均匀光斑，在接收面上得到目标的图案最大照度明显提升，提升了能量利用率。

Description

一种两级控光的投影灯

技术领域

本发明涉及投影灯技术领域，具体涉及一种两级控光的投影灯。

背景技术

投影灯被广泛应用于汽车领域中，在汽车车身外侧，通常会设置投影灯，通过投影灯投影出设定的图案，可作迎宾功能，也可置于车前车后，给行人或车辆警示提醒功能，还具有一定的装饰效果。

常规的投影灯，一般包括光源、准直透镜、菲林片等投影源、成像投影单元等，光源提供光线，投影灯的准直透镜把光线调整为均匀的准直光，然后照射菲林片，再经成像投影单元投射出去。但是当有效图案面占菲林片面积较小时，只有有效图案区域的光线会继续出射，其余的非有效图案区会把光线阻挡(主要是通过反射或吸收)，这样将会导致大部分能量损失浪费，从而能量利用效率低小。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种两级控光的投影灯，通过准直凸透镜或准直凸透镜组完成光线准直后，在光路中加入光能调节透镜或光能调节区域，进行第二次调光，改变局部光线的出射角度，使大部分光线到达菲林片前的光能分布与有效图案区域更接近，而非均匀光斑，在接收面上得到目标的图案最大照度明显提升，提升了能量利用率。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来解决：

一种两级控光的投影灯，包括光源，所述光源的出光面一侧依次设有第一准直凸透镜或准直凸透镜组、投影源、投影透镜组，所述投影源中设有有效图案透过区域，所述有效图案透过区域在所述投影源上的面积占比小于60％，所述光源与所述投影源之间还设有光能调节透镜或光能调节区域，将光能调节透镜设置在第一准直凸透镜后或将光能调节区域附加在准直凸透镜组中间的一个面上，使得所述光源发射的光线经过所述准直透镜模块和所述光能调节透镜或光能调节区域后的出射角度与光线单独经过所述准直透镜模块的出射角度差异为φ，φ＜30°，当然，光能调节透镜或光能调节区域对周边光线的调节只是局部调整，目的是把无效区域的光能调整到有效图案透过区域，其对光线的调整设计的角度要看成像透镜单元的数值口径(Numerical Aperture)，这是因为成像透镜单元的数值口径(Numerical Aperture)是有限的，大于孔径角的光线将无法被成像透镜单元利用。

具体的，所述光能调节透镜包括靠向所述投影源一侧的第一平面、靠向所述准直透镜模块一侧的光能调节面。

具体的，所述光能调节面为自由曲面或微透镜阵列面。

具体的，所述准直透镜模块包括第一准直凸透镜。

具体的，所述光能调节透镜设置在所述第一准直凸透镜与所述投影源之间，所述有效图案区域为不连续图案。

具体的，所述准直透镜模块为准直凸透镜组，所述准直透镜模块包括靠向所述光源一侧的第二准直凸透镜、靠向所述投影源一侧的第三准直凸透镜。

具体的，所述光能调节区域设置在所述第三准直凸透镜的入光面上，该入光面为自由曲面或微透镜阵列面。

具体的，所述投影源为菲林片。

具体的，所述投影透镜组包括依次设置的第一凸透镜、凹透镜、第二凸透镜，所述第一凸透镜靠向所述投影源一侧设置，所述第一凸透镜、凹透镜、第二凸透镜的光轴共线。

本发明的有益效果是：

本发明的两级控光的投影灯，在光源与投影源之间除了设置第一准直凸透镜或准直凸透镜组外，还增加了光能调节透镜或光能调节区域，光源发射的光线先经过第一准直凸透镜或准直凸透镜组的准直，再经过光能调节透镜或光能调节区域的二次调节，使部分光线折射后经过有效图案区域出射，再经投影透镜组，在接收面上得到目标的图案最大照度明显提高，提升了能量利用率，尤其是当菲林片上的有效图案透过区域占据菲林片整体大小比例越小时，提升效果越明显。

附图说明

图1为对比例1中投影灯的光路图。

图2为对比例1中菲林左侧的照度分布图。

图3为对比例1中菲林左侧的照度曲线图。

图4为对比例1中目标图像的示意图，目标图像为斑马线。

图5为对比例1中目标面的仿真照度图，最大照度为195lux。

图6为实施例1中投影灯的结构示意图。

图7为实施例1中投影灯的光路图。

图8为实施例1中投影源左侧的照度分布图。

图9为实施例1中投影源左侧的照度曲线图。

图10为实施例1中目标图像的示意图，目标图像为斑马线。

图11为实施例1中目标面的仿真照度图，最大照度为262lux。

图12为对比例2中投影灯的光路图。

图13为对比例2中菲林左侧的照度分布图。

图14为对比例2中目标图像的示意图，目标图像为方形点阵。

图15为对比例2中目标面的仿真照度图，最大照度为500lux。

图16为实施例2中投影灯的结构示意图。

图17为实施例2中投影灯的光路图。

图18为实施例2中投影源左侧的照度分布图。

图19为实施例2中目标图像的示意图，目标图像为方形点阵。

图20为实施例2中目标面的仿真照度图，最大照度为1370lux。

附图标记为：光源10、第一准直凸透镜20、投影源30、投影透镜组40、第一凸透镜41、凹透镜42、第二凸透镜43、有效图案透过区域31、光能调节透镜50、第一平面51、光能调节面52、第二准直凸透镜60、第三准直凸透镜70、光能调节区域80。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

对比例1

如图1所示，投影灯包括依次设置的光源、照明准直单元、菲林等投影源、成像投影单元。设计目标图像为如图4所示的斑马线图形，其菲林前的照度分布为接近均匀的光斑，如图2-3所示，菲林前的最大照度为1.5e+6lux，光线再经过菲林片、成像投影单元，被投影到目标面(假设1m远)，目标面位置的仿真照度图如图5所示，其最大照度为190lux。

实施例1

请参照图6至图7。

一种两级控光的投影灯，包括光源10，光源10的出光面一侧依次设有第一准直凸透镜20、投影源30、投影透镜组40，光源10为LED灯，投影源30为菲林片，菲林片中设有有效图案透过区域31，其中有效图案透过区域31在菲林片上的面积占比小于60％，光源10与投影源30之间还设有光能调节透镜50，将光能调节透镜50设置在第一准直凸透镜20后，使得光源10发射的光线经过第一准直凸透镜20和光能调节透镜50后的出射角度与光线单独经过光能调节透镜50的出射角度差异为φ，φ＜30°，当然，光能调节透镜50对光线的调节只是局部调整，目的是把无效区域的光能调整到有效图案透过区域31，其对光线的调整设计的角度要看成像透镜单元的数值口径(Numerical Aperture)，这是因为成像透镜单元的数值口径(Numerical Aperture)是有限的，大于孔径角的光线将无法被成像透镜单元利用。

优选的，有效图案区域31为非连续的分离图案。

优选的，光能调节透镜50包括靠向投影源30一侧的第一平面51、靠向第一准直凸透镜20一侧的光能调节面52，光能调节面52为自由曲面。

优选的，投影透镜组40包括依次设置的第一凸透镜41、凹透镜42、第二凸透镜43，第一凸透镜41采用双凸透镜，凹透镜42采用平凹透镜，第二凸透镜43采用双凸透镜，第一凸透镜41靠向投影源30一侧设置，第一凸透镜41、凹透镜42、第二凸透镜43的光轴共线。

设计目标图像为如图10所示的斑马线图形，投影源30前的照度分布为局部亮斑的光图，如图8-9所示，投影源30前的最大照度为2e+6lux，光线再经过投影源30的有效图案透过区域31、投影透镜组40，被投影到目标面(假设1m远)，目标面位置的仿真照度图如图11所示，其最大照度为260lux，相比对比例1的最大照度190lux，照度提升30％以上。

对比例2

如图12所示，投影灯包括依次设置的光源、凸透镜、凸透镜、菲林等投影源、成像投影单元。设计目标图像为如图14所示的方形点阵，其菲林前的照度分布为接近均匀的光斑，如图13所示，菲林前的最大照度为4.05e+06lux，光线再经过菲林片、成像投影单元，被投影到目标面(假设1m远)，目标面位置的仿真照度图如图15所示，其最大照度为500lux。

实施例2

请参照图16至图17。

一种两级控光的投影灯，包括光源10，光源10的出光面一侧依次设有第二准直凸透镜60、第三准直凸透镜70、投影源30、投影透镜组40，光源10为LED灯，投影源30为菲林片，菲林片中设有有效图案透过区域31，其中有效图案透过区域31在菲林片上的面积占比小于60％，光源10与投影源30之间还设有光能调节区域80，将光能调节区域80附加在第三准直凸透镜70的入光面处，使得光源10发射的光线经过第二准直凸透镜60、光能调节区域80和第三准直凸透镜70后的出射角度与光线仅经过第二准直凸透镜60、第三准直凸透镜70的出射角度差异为φ，φ＜30°，当然，光能调节区域80对光线的调节只是局部调整，目的是把无效区域的光能调整到有效图案透过区域31，其对光线的调整设计的角度要看成像透镜单元的数值口径(Numerical Aperture)，这是因为成像透镜单元的数值口径(NumericalAperture)是有限的，大于孔径角的光线将无法被成像透镜单元利用。

优选的，有效图案区域31为非连续的分离图案。

优选的，第三准直凸透镜70的入光面为微透镜阵列面，构成了光能调节区域80。

优选的，投影透镜组40包括依次设置的第一凸透镜41、凹透镜42、第二凸透镜43，第一凸透镜41采用双凸透镜，凹透镜42采用平凹透镜，第二凸透镜43采用双凸透镜，第一凸透镜41靠向投影源30一侧设置，第一凸透镜41、凹透镜42、第二凸透镜43的光轴共线。

设计目标图像为如图19所示的方形点阵，投影源30前的照度分布为局部亮斑的光图，如图18所示，投影源30前的最大照度为1.06e+07lux，光线再经过投影源30的有效图案透过区域31、投影透镜组40，目标面位置的仿真照度图如图20所示，其最大照度为1370lux，相比对比例2的最大照度500lux，照度提升160％。

以上实施例仅表达了本发明的2种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种两级控光的投影灯，其特征在于，包括光源(10)，所述光源(10)的出光面一侧依次设有准直透镜模块、投影源(30)、投影透镜组(40)，所述投影源(30)中设有有效图案透过区域(31)，所述光源(10)与所述投影源(30)之间还设有光能调节透镜(50)或光能调节区域(80)，所述光源(10)发射的光线经过所述准直透镜模块和所述光能调节透镜(50)或光能调节区域(80)后的出射角度与光线单独经过所述准直透镜模块的出射角度差异为φ，φ＜30°。

2.根据权利要求1所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述准直透镜模块包括第一准直凸透镜(20)。

3.根据权利要求2所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述光能调节透镜(50)设置在所述第一准直凸透镜(20)与所述投影源(30)之间，所述有效图案区域(31)为不连续图案。

4.根据权利要求3所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述光能调节透镜(50)包括靠向所述投影源(30)一侧的第一平面(51)、靠向所述第一准直凸透镜(20)一侧的光能调节面(52)。

5.根据权利要求4所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述光能调节面(52)为自由曲面或微透镜阵列面。

6.根据权利要求1所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述准直透镜模块为准直凸透镜组，所述准直透镜模块包括靠向所述光源(10)一侧的第二准直凸透镜(60)、靠向所述投影源(30)一侧的第三准直凸透镜(70)。

7.根据权利要求6所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述光能调节区域(80)设置在的入光面上，该入光面为自由曲面或微透镜阵列面。

8.根据权利要求1所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述投影源(30)为菲林片。

9.根据权利要求1所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述投影透镜组(40)包括依次设置的第一凸透镜(41)、凹透镜(42)、第二凸透镜(43)，所述第一凸透镜(41)靠向所述投影源(30)一侧设置，所述第一凸透镜(41)、凹透镜(42)、第二凸透镜(43)的光轴共线。

10.根据权利要求1所述的一种两级控光的投影灯，其特征在于，所述有效图案透过区域(31)在所述投影源(30)上的面积占比小于60％。

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