CN115388380A - 复合透镜、投影系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种复合透镜。该复合透镜包括：本体，包括：收光透镜，用于收束入射光并发出；反射镜面，用于反射收光透镜发出的光并形成子光束，且反射镜面形成为具有位于子光束的行进方向上的焦点；以及投射镜面，与反射镜面对应，用于投射所述子光束；以及，图像元件，设置于收光透镜至投射镜面之间，并包括用于使子光束携带图像信息的图像单元；其中，至少收光透镜、反射镜面以及投射镜面形成一体式结构。

Description

复合透镜、投影系统及其制造方法

技术领域

本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种复合透镜、投影系统及其制造方法。

背景技术

随着汽车的普及以及车用照明技术的发展，辅助车灯的作用已经不限于照明补光。而迎宾灯作为一种广泛应用的辅助车灯，它通常安装在车门或后视镜底部，当驾乘人员打开车门后，可以在汽车周边相应的地面区域投影出不同的标识。一方面，汽车迎宾灯通过投射含有品牌信息的图案可以彰显自身的品牌价值，增加驾乘乐趣，达到人-车交互的目的；另一方面，通过投射警示标识以及照亮汽车周边区域，可以提高汽车及驾乘人员安全性。

现有的迎宾灯包括由多组镜片组成的投影镜头，通常要三个以上的镜片搭配，然而这样的迎宾灯有许多不尽如人意之处。

例如多组镜片的投影镜头所占的空间较大，使得迎宾灯的体积较大。镜片数量的增加带来的重量增加，这制约了投影设备向着小型化、轻量化的应用趋势发展。

而且镜片数量多会使得装配迎宾灯时需要装配的元件数量多，组装难度高。

投影镜头的投影原理是将图像元件投影到目标面上，进而得到一个整体的图像，由于没有办法调节某一区域内的光通量，当图像中某一区域处的光通量与其他区域处的光通量不均衡时无法调节，进而无法到达均匀照明的效果。

此外，迎宾灯的系统光源多采用LED光源。LED光源发出的光经过多个镜片时会发生多次折射，继而容易形成色散且色散程度不易控制，造成投影图案边缘存在色边的问题。

发明内容

本申请一方面提供了一种复合透镜。该复合透镜包括：本体，包括：收光透镜，用于收束入射光并发出；反射镜面，用于反射收光透镜发出的光并形成子光束，且反射镜面形成为具有位于子光束的行进方向上的焦点；以及投射镜面，与反射镜面对应，用于投射子光束；以及图像元件，设置于收光透镜至投射镜面之间，并包括用于使子光束携带图像信息的图像单元；其中，至少收光透镜、反射镜面以及投射镜面形成一体式结构。

在一些实施方式中，投射镜面可为折射式镜面。

在一些实施方式中，投射镜面形成为具有位于反射镜面和投射镜面之间的焦点。

在一些实施方式中，反射镜面被形成为使得收光透镜发出的光发生全反射。

在一些实施方式中，收光透镜包括全内反射透镜、平凸透镜或导光管。

在一些实施方式中，复合透镜的材料包括光学塑胶和光学玻璃中的至少一种。

在一些实施方式中，反射镜面的截面形状及投射镜面的截面形状包括圆形和多边形的其中之一。

在一些实施方式中，反射镜面的面型及投射镜面的面型包括非球面或自由曲面。

在一些实施方式中，复合透镜包括多个反射镜面和多个投射镜面；多个投射镜面用于使多个子光束以重合的方式汇聚。

在一些实施方式中，多个反射镜面相对于收光透镜的出光方向倾斜30°至60°地排列成反射镜面阵列。示例性地，多个反射镜面相对于收光透镜的出光方向倾斜40°至55°地排列成反射镜面阵列。

在一些实施方式中，反射镜面和投射镜面之间包括用于安装图像元件的安装空间，投射镜面的焦点位于安装空间处。

在一些实施方式中，多个反射镜面相对于收光透镜的出光方向倾斜地排列成反射镜面阵列；多个反射镜面的焦点形成的第一焦平面与多个投射镜面的焦点形成的第二焦平面平行。

在一些实施方式中，多个反射镜面在相对收光透镜的出光方向倾斜的平面上排列，多个反射镜面的曲率相同；多个投射镜面的焦点形成的第二焦平面与收光透镜的出光方向平行。

在一些实施方式中，收光透镜和反射镜面之间包括用于安装图像元件的安装空间，多个反射镜面的曲率不同且反射式镜面的焦点位于投射镜面的外侧；多个投射镜面的曲率不同，每一对投射镜面和反射镜面的整体焦点位于安装空间。

在一些实施方式中，图像元件包括多个图像单元，不同的图像单元用于使对应子光束携带成比例的图像信息；其中，多个投射镜面用于使多个子光束以图像信息重合的方式汇聚于投影面。

在一些实施方式中，图像单元包括被遮挡部，以限定图像单元的通光区域面积。

在一些实施方式中，本体与图像元件通过贴合工艺形成一体式结构。

本申请的另一方面还提供一种投影系统，该投影系统包括：前述的复合透镜；以及光源模块，用于向复合透镜发射光。

在一些实施方式中，投影系统适于向相对子光束垂直或倾斜的投影面投影。

本申请的另一方面还提供一种投影系统的制造方法，该方法包括：形成前述的复合透镜，包括：形成本体；配置待设置于图像元件的图像单元；以及将图像元件固定设置于本体；以及将光源模块设置为向收光透镜发射光。

在一个实施方式中，形成复合透镜的步骤还包括：基于光源模块配置收光透镜；基于投影面相对光源模块的位置配置反射镜面、投射镜面以及安装空间；以及通过注塑工艺或热模压工艺得到复合透镜的本体。

在一个实施方式中，形成复合透镜的步骤还包括：将本体和图像元件通过贴合工艺形成为一体式结构

本申请还提供另一种复合透镜，该复合透镜包括：收光透镜，用于收束入射光并发出；反射镜面用于反射收光透镜发出的光并形成平行的子光束；以及衍射透镜单元，与反射镜面对应，衍射透镜单元用于向子光束提供图像信息，并用于投射子光束；其中，收光透镜、反射镜面以及衍射透镜单元形成一体式结构。

在一个实施方式中，复合透镜包括多个反射镜面和多个衍射透镜单元；多个衍射透镜单元用于使多个子光束以重合的方式汇聚。

在一个实施方式中，多个反射镜面相对于收光透镜的出光方向倾斜30°至60°地排列成反射镜面阵列。

在一个实施方式中，反射镜面被形成为使得收光透镜发出的光发生全反射。

在一个实施方式中，收光透镜包括全内反射透镜、平凸透镜或导光管。

在一个实施方式中，反射镜面的截面形状包括圆形和多边形的其中之一。

在一个实施方式中，反射镜面的面型包括非球面或自由曲面。

本申请还提供另一种投影系统，该投影系统包括：前述的复合透镜；以及光源模块，用于向复合透镜发射光。

在一个实施方式中，该投影系统适于向相对子光束垂直或倾斜的投影面投影。

本申请还提供另一种投影系统的制造方法，该方法包括：形成前述的复合透镜；以及将光源模块设置为向收光透镜发射光。

在一个实施方式中，形成复合透镜的步骤包括：基于光源模块配置收光透镜；基于投影面相对光源模块的位置配置反射镜面和衍射透镜单元；以及通过注塑工艺或热模压工艺得到复合透镜。

本申请提供的复合透镜，具有一体化的收光透镜、反射镜面和投射镜面。该复合透镜结构紧凑、体积小、轻量化。而且就有较宽松的设计空间，可以用于调整反射镜面和投射镜面的面型曲率以及安装空间的位置。继而使投影系统体积小且适应性广。

在一些实施方式中，该复合透镜通过一一对应的反射镜面和投射镜面，实现了分别投射图像，又通过多个投射镜面使得这些图像重合，进而可以用于投射出光强可调进而图像照明均匀的图像。

此外，收光透镜、反射镜面和投射镜面的传输光线的路径使得光线的折射次数少且基本在复合透镜内部传输，减少了色散的发生。进而多个图像重合叠加可以进一步减弱色散，提高投影效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本申请第一实施方式的投影系统的结构示意图；

图2是本申请第一实施方式中的图像元件的使用原理图；

图3是本申请第一实施方式的复合透镜的多个投射镜面的结构示意图；

图4是本申请第一实施方式的图像元件使用时的示意图；

图5是本申请第一实施方式的投影系统的投影图像；

图6是根据本申请第二实施方式的投影系统的结构示意图；

图7是本申请第二实施方式的投影系统的投影图像；

图8是根据本申请第三实施方式的投影系统的结构示意图；

图9是本申请第三实施方式中的图像元件的使用原理图；

图10是根据本申请第四实施方式的投影系统的结构示意图；

图11是根据本申请第五实施方式的投影系统的结构示意图；

图12是根据本申请第六实施方式的投影系统的结构示意图；

图13是根据本申请第七实施方式的投影系统的结构示意图；

图14是根据本申请第八实施方式的投影系统的结构示意图；

图15是根据本申请第九实施方式的投影系统的结构示意图；

图16是根据本申请第十实施方式的投影系统的结构示意图；

图17是根据本申请实施方式的制造投影系统的方法；

图18是图17中形成复合透镜步骤的流程框图；

图19是根据本申请第十一实施方式的投影系统的结构示意图；

图20是根据本申请第十二实施方式的投影系统的结构示意图；

图21是根据本申请另一实施方式的制造投影系统的方法；

图22是图21中形成复合透镜步骤的流程框图。

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。

本文使用的术语是为了描述特定示例性实施方式的目的，并且不意在进行限制。当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”表示存在所述特征、整体、元件、部件和/或它们的组合，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/或它们的组合的存在性。

本文参考示例性实施方式的示意图来进行描述。本文公开的示例性实施方式不应被解释为限于示出的具体形状和尺寸，而是包括能够实现相同功能的各种等效结构以及由例如制造时产生的形状和尺寸偏差。附图中所示的位置本质上是示意性的，而非旨在对各部件的位置进行限制。

除非另有限定，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属技术领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的语境下的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。

下面将参考附图对本申请的实施例进行详细地描述。

第一实施方式

参考图1，图1示出了本申请第一实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

光源模块1包括但不限于LED光源、激光光源或者诸如氙灯、卤素灯等传统光源。光源模块1用于发出光LL。光源模块1发出的光可以是白光，也可以是彩光。

复合透镜20的本体包括：收光透镜2、多个反射镜面31～33和多个投射镜面51～52。具体地，复合透镜20的本体为一体式结构。

本实施例中，多个反射镜面31～33和多个投射镜面51～52之间包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体的安装空间做成插槽样式。在另一些实施方式中，图像元件4可与复合透镜20的本体贴合地固定为一体。在示例性实施方式中，复合透镜20的本体包括多个部分，这些部分直接或间接地贴合为一体式结构。例如通过图像元件4贴合为一体式结构，进一步地，整个复合透镜20可为一体式结构。

示例性地，安装空间包括离散的多处位置。图像元件4的图像单元41～42可分别设置在不同位置处。

收光透镜2用于收集光源模块1发出的光LL。具体地，可将光源1发出的光收束为发散角小于10°的光束。进一步地，收光透镜2可将光源模块1发出的光LL准直。本实施方式的收光透镜2是全内反射(total internal reflection，TIR)透镜，将入射来的光源模块1发出的光LL准直为传输向多个反射镜面31～33的准直光ZL。

示例性地，收光透镜2可以是导光管、平凸透镜或其他类型的透镜，具体地，根据收光透镜2的类型不同而设置光源模块1相对收光透镜2的位置。

多个反射镜面31～33排列在相对于准直光ZL倾斜的平面S0上，多个反射镜面31～33排列形成反射镜面阵列。示例性地，准直光ZL沿收光透镜2的出射方向发射。当收光透镜2发出的是具有发散角的光束时，该光束可以以收光透镜2的出射方向作为其主光线的方向。在示例性实施方式中，平面S0与准直光ZL之间的角度为30°至60°。进一步地，该角度为40°至55°。如此设置可以节省投影空间，还使每个反射镜面31～33较充分地受到准直光ZL的照射。

进一步地，第一反射镜面31用于反射准直光ZL中照射其上的部分并形成第一子光束L1，且第一反射镜面31的焦点P1位于第一反射镜面31的发出第一子光束L1的方向上；第二反射镜面32用于反射准直光ZL中照射其上的部分并形成第二子光束L2，且第二反射镜面32的焦点P2位于第二反射镜面32的发出第二子光束L2的方向上。

多个投射镜面与多个反射镜面一一对应。具体地，第一投射镜面51与第一反射镜面31对应，用于投射第一光束L1；第二投射镜面52与第二反射镜面32对应，用于投射第二光束L2。

示例性地，投射镜面为折射式镜面。在一些实施例中，投射镜面为反射式镜面。多个投射镜面排列成投射镜面阵列。

在本实施例中，图像元件4设置在反射镜面和投射镜面之间。参考图2，图像元件4设置在多个反射镜面和这些反射镜面的焦点形成的第一焦平面F1之间。第一反射镜面31和第三反射镜面33的曲率相同，继而第一焦平面F1相对准直光ZL也是倾斜的。图1中，收光透镜20的出射方向也即准直光ZL的方向竖直向上，但收光透镜20发出的光的光路被多个反射镜面31～33偏转。进一步地，反射镜面31～33、图像元件4以及投射镜面51～52都可被认为位于收光透镜20的光路。

图像元件4位于与准直光ZL大致平行的安装空间处。参考图2，图像元件4上的第一图像单元41位于第一反射镜面31的反射光路之内，与第一镜面31的焦点P1之间具有第一距离D1。图像元件4上的第三图像单元43位于第三反射镜面33的反射光路之内，与第三镜面33的焦点P3之间具有第三距离D3。第一距离D1的值小于第三距离D3的值。图像单元位于反射光路之内可以保证被点亮。而且由于反射光路内光线密度的变化，图像单元距离焦点P1～P3越远其内的光强越小。每个图像单元(41～42)可被照度比较均匀地点亮。

请再参考图1，第一投射镜面51和第二投射镜面52的曲率不同。本实施例中投射镜面51～52的焦点位于反射镜面31～33和投射镜面51～52之间。具体地，第一投射镜面51的焦点和第二投射镜面52的焦点都在图像元件4处，换言之，多个投射镜面51～52所具有的第二焦平面与收光透镜20的出射方向平行，并且第二焦平面位于图像元件4。这些投射镜面51～52的焦点位于图像元件4处，可以保证图像元件4上被点亮的图像单元能完整地被投影放大。在设计时，投射镜面51～52的曲率越小，其焦距越长，进而投影后的图像越小。

参考图3和图4。二十五个投射镜面和二十五个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按最大尺寸设置。而图像单元的大小可以不同，进而各子光束中携带的图像信息形状相同，但是大小呈一定比例。图4中的图像可以为图1中图像元件的左视示意图，进而图5可为投影面S1在左视方向所具有的投影。

本实施方式提供的复合透镜结构紧凑、体积小、易于制造并易于被组装到照明、投影系统中。而且其重量较轻，在照明投影系统的小型化、轻量化应用趋势中具有较大的优势。

具体地，本实施例提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果如图5所示。可见每一个子光束L1～L2被放大后，以图像信息重合的方式叠加。该复合透镜通过多个图像单元与多个投影镜面的匹配设计，使得每个投射镜面51-52可投射照度均匀的图像，叠加后的图像照度均匀。而且本申请提供的投影系统10投射的图像色边弱、图像清晰，投影效果好。

本实施例的投影面S1适于与子光束L1～L2大致垂直。

示例性地，如果投影面S1处的投影有不均匀之处，例如一部分太亮，可通过在图像单元处设置被遮挡部来调节。参考图4，部分图像单元例如右下角位置的图像单元，设置被遮挡部后，该图像单元的实际通光区域的面积变小，进而光强变小。通过对多个图像单元的调整，可以调整投影面处的投影图像的照度，进而使投影图像照度均匀。

在示例性实施方式中，准直光ZL在反射镜面31～33发生全反射。具体地，准直光ZL发生全反射现象时满足全反射定律：

Sin A＝n1/n2

其中，A为全反射临界角、n1为空气折射率、n2为入射空间折射率。

在示例性实施方式中，复合透镜20的本体的材料可为光学塑胶，此时复合透镜20具有成本低、质量轻及易于加工等优点。可选地。复合透镜20的材料还可以包括光学玻璃，可使复合透镜20具有稳定性好的优点。示例性地，收光透镜2和多个反射镜面31～33对应的部分基于光学塑胶制造。多个投射镜面51～52对应的部分基于光学玻璃制造。图像元件4可以是在透明的塑料膜上涂覆出的图形。进而复合透镜20的不同部分可以通过贴合工艺贴合为一体式结构。

在示例性实施方式中，反射镜面31～33的截面形状及投射镜面51～52的截面形状包括圆形和多边形的其中之一。示例性地，多边形是矩形、六边形等。参考图4，第一投射镜面51的形状可与图像元件4中对应的图像单元适配。进一步地，第一投射镜面51的截面可以是圆形。

在示例性实施方式中，反射镜面31～33的面型及投射镜面51～52的面型包括非球面或自由曲面。

第二实施方式

参考图6，图6示出了本申请第二实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括一体式的收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31，另一部分可包括多个投射镜面51。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于收集光源模块1发出的光LL。具体地，可将光源1发出的光收束为发散角小于10°的光束。进一步地，收光透镜2可将入射光LL准直为准直光ZL。多个反射镜面31在相对准直光ZL倾斜的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小不同，以使多个投射镜面51的第二焦平面位于图像元件4处。

多个反射镜面31所在的平面和多个投射镜面51所在的平面可以平行也可以不平行。进而多个反射镜面31的第一焦平面和多个投射镜面51的第二焦平面可以平行也可以不平行。具体可通过设计反射镜面31和投射镜面51的参数而调整。示例性地，多个反射镜面31所在的平面和多个投射镜面51所在的平面平行，而第一焦平面和第二焦平面不平行。

在本实施例中，图像元件4设置在反射镜面和投射镜面之间，并且图像元件4与第一子光束L1大致垂直。本实施例的投影面S1适于与子光束L1倾斜设置。

本实施方式提供的复合透镜20结构紧凑体积小，根据投影需求可以设计具体参数，而不会对所需的安装空间造成较大的影响。

参考图7，本实施例提供的投影系统10可在倾斜的投影面S1上投射出各区域照度均匀、无色边、投影清晰的图像。与垂直投影的效果相比，投影出的图案较大，整体亮度较暗。

第三实施方式

参考图8，图8示出了本申请第三实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31～32，另一部分可包括多个投射镜面51～52。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于将入射光LL准直为准直光ZL。多个反射镜面31在相对准直光ZL倾斜的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小相同。

多个反射镜面31所在的平面和多个投射镜面51所在的平面可相互平行。进而多个反射镜面31的第一焦平面和多个投射镜面51的第二焦平面可相互平行。

在本实施例中，图像元件4设置在多个反射镜面31和多个投射镜面51之间，并且图像元件4位于反射镜面31所在的平面和投射镜面51所在的平面大致平行的安装空间处。本实施例的投影面S1适于与第一子光束L1垂直设置。

参考图9，图像元件4上的第一图像单元41与第一镜面31的焦点P1之间具有第一距离D1。图像元件4上的第二图像单元42与第二镜面32的焦点P2之间具有第二距离D2。第一距离D1的值等于第二距离D2的值。在图像单元位于反射光路之内保证被点亮的情况下，每个图像单元(41～42)可被照度比较均匀地点亮。

请再参考图8，第一投射镜面51和第二投射镜面52的曲率相同。本实施例中投射镜面51～52的焦点位于反射镜面31～32和投射镜面51～52之间。具体地，投射镜面51～52的焦点形成的第二焦平面可与反射镜面31～32形成的第二焦平面平行或者重合，并位于图像元件4的安装空间处。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按最大尺寸设置，进而各子光束中携带的图像信息形状相同。在图示水平方向上图像元件4相对平面S0可设置在不同位置，继而图像单元的大小可根据图像元件4设置位置的不同而不同。示例性地，图像元件4上的各个图像单元41～42的大小可相同。

本实施方式提供的复合透镜20能更容易地调整各镜面的参数以实现均匀的照明，且图像亮度高。

本实施方式提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果与第一实施方式的投影效果大致相同。

第四实施方式

参考图10，图10示出了本申请第四实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31，另一部分可包括多个投射镜面51。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

多个反射镜面31在相对准直光ZL倾斜的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小相同。

多个反射镜面31所在的平面和多个投射镜面51所在的平面可相互平行。进而多个反射镜面31的第一焦平面和多个投射镜面51的第二焦平面可相互平行。

在本实施例中，图像元件4设置在多个反射镜面31和多个投射镜面51之间，并且图像元件4位于反射镜面31所在的平面和投射镜面51所在的平面大致平行的安装空间处。本实施例的投影面S1适于与第一子光束L1倾斜设置。

第一投射镜面51和第二投射镜面52的曲率相同。本实施例中投射镜面51～52的焦点位于反射镜面31～32和投射镜面51～52之间。具体地，投射镜面51～52的焦点形成的第二焦平面可与反射镜面31～32形成的第二焦平面平行或者重合，并位于图像元件4处。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按最大尺寸设置，进而各子光束中携带的图像信息形状相同。在图示水平方向上图像元件4相对平面S0可设置在不同位置，继而图像单元的大小可根据图像元件4设置位置的不同而不同。示例性地，图像元件4上的各个图像单元的大小可相同。

本实施方式提供的复合透镜20，适于向倾斜的投影面S1投影，容易实现均匀照明，并且能够大致保持投影图像的整体形态。

本实施方式提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果与第二实施方式的投影效果相同。

第五实施方式

参考图11，图11示出了本申请第五实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31，另一部分可包括多个投射镜面51。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于将入射光准直为准直光。多个反射镜面31在相对准直光倾斜例如45°的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小相同。多个投射镜面51所在的平面可与准直光平行。

在本实施例中，图像元件4设置在反射镜面和投射镜面之间，并且图像元件4与准直光大致平行。进而多个投射镜面的第二焦平面与图像元件4可相互平行。进一步地，图像元件4可位于第二焦平面处。本实施例的投影面S1适于与子光束(未示出)垂直设置。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按最大尺寸设置，进而各子光束中携带的图像信息形状相同。在图示水平方向上图像元件4相对平面S0可设置在不同位置，继而图像单元的大小可根据图像元件4设置位置的不同而不同。示例性地，图像元件4上的各个图像单元的大小可相同。

本实施方式提供的复合透镜20的体积小、重量轻。而且由于透镜光焦度一致，该复合透镜20还易于被制造。

本实施例提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果与第一实施方式的投影效果大致相同。

第六实施方式

参考图12，图12示出了本申请第六实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31，另一部分可包括多个投射镜面51。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于将入射光准直为准直光。多个反射镜面31在相对准直光倾斜例如45°的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小相同。多个投射镜面51所在的平面可与准直光平行。

在本实施例中，图像元件4设置在反射镜面和投射镜面之间，并且图像元件4与准直光大致平行。进而多个投射镜面51的焦平面与图像元件4可为相互平行。本实施例的投影面S1适于与子光束(未示出)倾斜设置。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按最大尺寸设置，进而各子光束中携带的图像信息形状相同。在图示水平方向上图像元件4相对平面S0可设置在不同位置，继而图像单元的大小可根据图像元件4设置位置的不同而不同。

本实施方式提供的复合透镜20体积小、重量轻。该复合透镜能够适应较小的安装空间，安装方便，进而适于多种角度倾斜的投影面S1。

本实施例提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果与第二实施方式的投影效果大致相同。

第七实施方式

参考图13，图13示出了本申请第七实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31，另一部分可包括多个投射镜面51。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

多个反射镜面31在相对准直光倾斜例如45°的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，这些投射镜面51的曲率大小不同。多个投射镜面51所在的平面可与准直光平行。多个反射镜面31所形成的第一焦平面与多个投射镜面51的焦点形成的第二焦平面可重合。

在本实施例中，图像元件4设置在多个反射镜面31和多个投射镜面51之间，并且图像元件4与准直光倾斜。进一步地，图像元件4所在的安装空间可与多个反射镜面31所在的平面S0平行。示例性地，图像元件4位于第二焦平面处。本实施例的投影面S1适于与子光束(未示出)垂直设置。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按可设置的最大尺寸而设置。在图示水平方向上图像元件4相对平面S0可设置在不同位置。示例性地，图像元件4的各图像单元大小不同。

基于本实施方式提供的复合透镜20，可以设置图像元件4上各图像单元的通光区域面积，或者通过调节图像单元大小以及调节多个反射镜面31的第一焦平面与图像元件4的距离，以设置出不同投影效果的投影系统。例如本实施方式可设置出能实现均匀照明的投影系统。在一些实施方式中，复合透镜20适于不同形态的图像，进而能满足不同使用环境下的投影需求。

本实施例提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果与第一实施方式的投影效果大致相同。

第八实施方式

参考图14，图14示出了本申请第八实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2和多个反射镜面31，另一部分可包括多个投射镜面51。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

多个反射镜面31在相对准直光倾斜例如45°的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小相同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小不同。多个投射镜面51的焦点可形成第二焦平面，第二焦平面位于安装空间处。多个投射镜面51所在的平面可与准直光平行。

在本实施例中，图像元件4设置在多个反射镜面31和多个投射镜面51之间，并且图像元件4与准直光倾斜。本实施例的投影面S1适于与子光束(未示出)倾斜设置。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。各投射镜面可以设置为大小相同，例如都按最大尺寸设置。在图示水平方向上图像元件4相对平面S0可设置在不同位置。示例性地，图像元件4的各图像单元大小不同。

基于本实施方式提供的复合透镜20，可以设置图像元件4上各图像单元的通光区域面积，或者通过调节各图像单元的大小并调节多个反射镜面31的第一焦平面与图像元件4的距离，以设置出不同投影效果的投影系统。能够灵活地满足不同使用环境下的投影需求，并投射出形态交完整的图形。

本实施例提供的投影系统10在投影面S1处的投影效果与第二实施方式的投影效果大致相同。

第九实施方式

参考图15，图15示出了本申请第九实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2，另一部分可包括多个反射镜面31～32和多个投射镜面51～52。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于收集光源模块1发出的光LL。具体地，可将光源1发出的光收束为发散角小于10°的光束。进一步地，收光透镜2可将入射光LL准直为准直光ZL。多个反射镜面31在相对准直光ZL倾斜的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小不同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小不同。

多个投射镜面51所在的平面可与准直光倾斜设置。进一步地，多个反射镜面31所在的平面和多个投射镜面51所在的平面可以平行也可以不平行。

在本实施例中，图像元件4设置在收光透镜2和多个投射镜面31之间。每一对反射镜面31和投射镜面51具有一个整体焦点，多对反射镜面31和投射镜面51的多个整体焦点形成的组合焦平面位于图像单元4的安装空间处，并且多个反射镜面31的焦点形成的焦平面位于投射镜面51的外侧。本实施例的投影面S1适于与第一子光束L1垂直设置。

该投影系统10在使用时，光源模块1的光LL被收光透镜20准直为准直光ZL。随后图像元件4的图像单元使准直光ZL中携带有图像信息。每个反射镜面31反射的子光束携带对应的图像单元所提供的图像信息。多个投射镜面51将子光束放大投影，示例性地，重叠地投影出图案。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。由于经过图像单元、反射镜面以及透射镜面的各个子光束的光程不相等，各图像单元可以设置为大小不同，这样可使各子光束中携带的图像信息形状相同。

本实施方式提供的复合透镜20的本体易于被制造，且便于组装成一体式的结构。

可以设置图像元件4上各图像单元的通光区域面积，或者通过调节各图像单元的大小并调节多个反射镜面31～32的与图像元件4的距离，以设置出不同投影效果的投影系统。

第十实施方式

参考图16，图16示出了本申请第十实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。复合透镜20包括本体和图像元件4。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20的本体包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个投射镜面51，还包括用于设置图像元件4的安装空间。示例性地，复合透镜20的本体包括两部分，一部分可包括收光透镜2，另一部分可包括多个反射镜面31～32和多个投射镜面51～52。这两部分与图像元件4贴合为一体式结构。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于将入射光LL准直为准直光ZL。多个反射镜面31在相对准直光ZL倾斜的平面S0上排列。各反射镜面31的曲率大小不同。多个折射式的投射镜面51与这些反射镜面31一一对应，投射镜面51的曲率大小不同。多个投射镜面51所在的平面可与准直光ZL的方向平行。

在本实施例中，图像元件4设置在收光透镜2和多个投射镜面51之间。每一对反射镜面31和投射镜面51具有一个整体焦点，多对反射镜面31和投射镜面51的多个整体焦点形成的组合焦平面位于图像单元4的安装空间处，并且多个投射镜面51的焦点形成的焦平面位于投射镜面的外侧。本实施例的投影面S1适于与第一子光束L1垂直设置。

多个投射镜面和多个图像单元一一对应。由于经过图像单元、反射镜面以及透射镜面的各个子光束的光程相等，各图像单元可以设置为大小相同，这样可使各子光束中携带的图像信息形状相同。

本实施方式提供的复合透镜20的本体的各部分易于被制造，而且体积小，节省材料。本实施方式提供的复合透镜20易于被组装成一体式的结构。

当第九实施方式或第十实施方式提供的投影系统10适用于与第一子光束L1垂直设置时，其在投影面S1处的投影效果与第一实施方式的投影效果大致相同。

在一些实施方式中，当第九实施方式或第十实施方式提供的投影系统10适用于与第一子光束L1倾斜设置时，其在投影面S1处的投影效果与第二实施方式的投影效果大致相同。

根据第一实施方式至第十实施方式，本申请提供了一种复合透镜，其本体可包括收光透镜，用于准直入射光；反射镜面，用于反射收光透镜发出的准直光并形成子光束，且反射镜面形成为具有位于子光束的行进方向上的焦点；以及投射镜面，与反射镜面对应，用于投射子光束；其中，收光透镜、反射镜面以及投射镜面可形成一体式结构，收光透镜和反射镜面之间或反射镜面和投射镜面之间包括安装图像元件，具体地，收光透镜至投射镜面之间包括用于使子光束携带图像信息的图像单元。该复合透镜具有结构紧凑、体积小、轻量化的特点。而且就有较宽松的设计空间，可以用于调整反射镜面和投射镜面的面型曲率以及安装空间的位置。继而使投影系统体积小且适应性广。

根据第一实施方式至第十实施方式，本申请提供了一种投影系统，可包括如上文所述的第一至第十实施方式中的任一实施方式提供的复合透镜；光源模块，用于向该复合透镜发射光。应用该复合透镜的投影系统可实现低色差、均匀照明以及投影图案清晰的效果。

参考图17，图17是根据本申请实施方式的投影系统的制造方法1000，包括如下步骤：形成复合透镜；以及步骤S104，将光源模块设置为向收光透镜发射光。

具体地，形成复合透镜的步骤包括：

步骤S101，形成复合透镜的本体。

步骤S102，配置图像元件的图像单元。具体地，配置多个图像单元。这些图像单元之间可具有成比例的图像信息，还可包括遮挡部。

步骤S103，将图像元件与本体固定设置。具体地，可设置于本体的安装空间处。

通过方法1000可获得如第一至第十实施方式中任一种提供的投影系统。该投影系统可实现低色差、均匀照明以及投影图案清晰的效果。

参考图18，具体地，步骤S101可包括：

步骤S1011，基于光源模块配置收光透镜。

步骤S1012，基于投影面相对于所述光源模块的位置配置反射镜面、投射镜面以及图像元件。更具体地，配置多个反射镜面、多个投射镜面以及包括多个图像单元的图像元件。

步骤S1013，通过注塑工艺或热模压工艺得到复合透镜的本体。

第十一实施方式

参考图19，图19示出了本申请第十一实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个衍射透镜单元61。每个衍射透镜单元61包括多个微结构，微结构的尺寸、形态和排布可根据需要而设计。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于收集光源模块1发出的光LL。具体地，可将光源1发出的光收束为发散角小于10°的光束。多个反射镜面31在相对收光透镜2的出光方向倾斜的平面S0上排列。多个反射镜面31用于将收光透镜2发出的光束反射并形成平行的准直子光束。在一些可替换的实施方式中，收光透镜2是导光管。

多个衍射透镜单元61与这些反射镜面31相对应。多个衍射透镜单元61的形状和大小相同、深度不同，并且其结构尺寸可为纳米级。多个衍射透镜单元61一方面可提供投影所需的图案信息，另一方可使经过多个衍射透镜单元61的多个平行的子光束以重合和方式汇聚。

多个衍射透镜单元61所在的平面可与准直光平行，以确保经由各反射镜面31用于将收光透镜2发出的准直光反射形成平行的子光束。

本实施方式提供的复合透镜20可一次成型的一体式结构，收光透镜、反射镜面以及投射镜面通过一次制造工艺加工成型，不需要贴合工艺。进而可实现较高的制造精度，且避免了组装工序。多个衍射透镜单元61能够实现精细的、色彩非常丰富的投影。该复合透镜20用于投射高质量的图像。

本实施例提供的投影系统10适于与子光束(未示出)垂直设置，其在投影面S1处的投影效果与第一实施方式的投影效果大致相同。

第十二实施方式

参考图20，图20示出了本申请第十二实施方式的投影系统10，其包括：光源模块1、复合透镜20。投影系统10用于在投影面S1投影。

复合透镜20包括收光透镜2、多个反射镜面31和多个衍射透镜单元61。每个衍射透镜单元61包括多个微结构，微结构的尺寸、形态和排布可根据需要而设计。

本申请实施方式中的光源模块1以及复合透镜20中的收光透镜2等设置可参考第十一实施方式的内容，不再赘述。

收光透镜2用于收集光源模块1发出的光LL。具体地，可将光源1发出的光收束为发散角小于10°的光束。多个反射镜面31在相对收光透镜2的出光方向倾斜的平面S0上排列。多个反射镜面31用于将收光透镜2发出的光反射并形成平行的准直子光束。

多个衍射透镜单元61与这些反射镜面31相对应。多个衍射透镜单元61的形状和大小相同、深度不同，并且其结构尺寸可为纳米级。多个衍射透镜单元61一方面可提供投影所需的图案信息，另一方可使经过多个衍射透镜单元61的多个平行的子光束以重合的方式汇聚。

多个衍射透镜单元61所在的平面可与准直光平行，以确保经由各反射镜面31用于将收光透镜2发出的准直光反射形成平行的子光束。

本实施方式提供的复合透镜20可一次成型的一体式结构，进而可实现较高的制造精度，且避免了组装工序。多个衍射透镜单元61能够实现精细的、色彩非常丰富的投影。该复合透镜20用于向倾斜的投影面S1投影时，通过设置多个衍射透镜单元61的结构，可投射出还原度较高的图像。

本实施例提供的投影系统10适于与子光束(未示出)倾斜，其在投影面S1处的投影效果与第二实施方式的投影效果相同。

根据第十一实施方式和第十二实施方式，本申请还提供了一种复合透镜。该复合透镜可包括：收光透镜，用于准直入射光；反射镜面用于反射收光透镜发出的光并形成平行的子光束；衍射透镜单元，与反射镜面对应，衍射透镜单元用于向子光束提供衍射图像信息，并用于投射所述子光束；其中，收光透镜、反射镜面以及衍射透镜单元形成一体式结构。该复合透镜无需预留图像元件的安装空间，使该复合透镜进一步地具有结构紧凑、体积小、轻量化的特点。

根据第十一实施方式至第十二实施方式，本申请还提供了一种投影系统，可包括如上文所述的第十一和第十二实施方式中的任一提供复合透镜；光源模块，用于向所述复合透镜发射光。应用该复合透镜的投影系统无需提供图像元件，即可实现低色差、均匀照明以及投影图案清晰的效果。

参考图21，图21是根据本申请实施方式的制造投影系统的方法2000，包括如下步骤：

步骤S201，形成复合透镜。

步骤S202，将光源模块设置为向收光透镜发射光。

通过方法2000可获得如第十一和第十二实施方式中任一种提供的投影系统。该投影系统无需提供图像元件，即可实现低色差、均匀照明以及投影图案清晰的效果。

参考图22，进一步地，步骤S201包括：

步骤S2011，基于光源模块配置收光透镜。

步骤S2012，基于投影面相对光源模块的位置配置反射镜面和衍射透镜单元。更具体地，配置多个反射镜面，多个衍射透镜单元；以及步骤S2013，通过注塑工艺或热模压工艺得到复合透镜。

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，本申请中所涉及的发明范围，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发明构思的情况下，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 (10)

1.复合透镜，其特征在于，包括：

本体，包括：

收光透镜，用于收束入射光并发出；

反射镜面，用于反射所述收光透镜发出的光并形成子光束，且所述反射镜面形成为具有位于所述子光束的行进方向上的焦点；以及

投射镜面，与所述反射镜面对应，用于投射所述子光束；以及

图像元件，设置于所述收光透镜至所述投射镜面之间，并包括用于使所述子光束携带图像信息的图像单元；

其中，至少所述收光透镜、所述反射镜面以及所述投射镜面形成一体式结构。

2.根据权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，所述投射镜面为折射式镜面。

3.根据权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，所述投射镜面形成为具有位于所述反射镜面和所述投射镜面之间的焦点。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合透镜，其特征在于，所述复合透镜包括多个所述反射镜面和多个所述投射镜面；

所述多个投射镜面用于使多个所述子光束以重合的方式汇聚。

5.根据权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，所述本体与所述图像元件通过贴合工艺形成一体式结构。

6.投影系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的复合透镜；以及

光源模块，用于向所述复合透镜发射光。

7.投影系统的制造方法，其特征在于，包括：

形成如权利要求1至5中任一项所述的复合透镜，包括：

形成本体；

配置待设置于所述图像元件的图像单元；以及

将所述图像元件固定设置于所述本体；以及

将光源模块设置为向所述收光透镜发射光。

8.复合透镜，其特征在于，包括：

收光透镜，用于收束入射光并发出；

反射镜面用于反射所述收光透镜发出的光并形成平行的子光束；以及

衍射透镜单元，与所述反射镜面对应，所述衍射透镜单元用于向所述子光束提供图像信息，并用于投射所述子光束；

其中，所述收光透镜、所述反射镜面以及所述衍射透镜单元形成一体式结构。

9.投影系统，其特征在于，包括：

如权利要求8所述的复合透镜；以及

光源模块，用于向所述复合透镜发射光。

10.投影系统的制造方法，其特征在于，包括：

形成如权利要求8所述的复合透镜；以及

将光源模块设置为向所述收光透镜发射光。

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