CN116931355A - 一种光学系统以及投影灯 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学系统以及投影灯，该光学系统包括：光源组件、分束组件以及反射镜阵列，光源组件用于产生光源光束；分束组件设置于光源组件的出射光路上，其包括透射单元、反射单元以及出射透镜单元，透射单元用于对光源光束中的第一光源光束进行准直并透射至出射透镜单元，反射单元用于将光源光束中的第二光源光束反射至出射透镜单元，出射透镜单元包括出射透镜，出射透镜用于对接收到的第一光源光束与第二光源光束进行处理，形成至少一个汇聚的子光源光束；反射镜阵列设置于出射透镜单元的出射光路上，用于将子光源光束反射至目标区域。通过上述方式，本申请能够提升光学效果，且结构简单。

Description

一种光学系统以及投影灯

技术领域

本申请涉及照明技术领域，具体涉及一种光学系统以及投影灯。

背景技术

目前固态照明产品已广泛应用于各种娱乐照明场所，营造满天星空氛围效果的照明产品更是备受欢迎；有些星空投影灯方案在光源后方设置分束单元，该分束单元包括三个平面：入射面、反射面和出射面，能够将光源出射的光分成多个子光束，且不同子光束的传播角度不同；在经过同一个准直透镜后，不同的子光束将形成大小不一的图案，实现投影出大小不一的图案，但是该方案存在系统复杂以及光学效果欠佳等缺点。

发明内容

本申请提供一种光学系统以及投影灯，能够提升光学效果，且结构简单。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种光学系统，该光学系统包括：光源组件、分束组件以及反射镜阵列，光源组件用于产生光源光束；分束组件设置于光源组件的出射光路上，其包括透射单元、反射单元以及出射透镜单元，透射单元用于对光源光束中的第一光源光束进行准直并透射至出射透镜单元，反射单元用于将光源光束中的第二光源光束反射至出射透镜单元，出射透镜单元包括出射透镜，出射透镜用于对接收到的第一光源光束与第二光源光束进行处理，形成至少一个汇聚的子光源光束；反射镜阵列设置于出射透镜单元的出射光路上，用于将子光源光束反射至目标区域。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种投影灯，该投影灯包括光学系统，光学系统用于产生投影光束，其中，光学系统为上述技术方案的光学系统。

通过上述方案，本申请的有益效果是：本申请所提供的光学系统包括光源组件、分束组件以及反射镜阵列，光源组件发出光源光束，光源光束中的一部分入射至分束组件中的透射单元，并被透射单元准直、透射至分束组件中的出射透镜单元，光源光束中的另一部分入射至分束组件中的反射单元，并被反射单元反射至出射透镜单元，出射透镜单元可对透射单元与反射单元输出的光源光束进行处理，最终出射至少一个汇聚的子光源光束至反射镜阵列，每个子光源光束经反射镜阵列反射后能够投射到目标区域，形成满天星空的效果，由于仅利用分束组件就能实现对光源组件出射的光束进行分束，系统的结构比较简单，而且通过分束组件与反射镜阵列的配合，能够实现将产生的子光源光束反射至目标区域，投影显示的光学效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的光学系统一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的光学系统另一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的全内反射透镜一实施例的结构示意图；

图4是本申请提供的全内反射透镜另一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的出射透镜单元的结构示意图；

图6是本申请提供的出射透镜单元的另一结构示意图；

图7是本申请提供的光学系统又一实施例的结构示意图；

图8是本申请提供的反射镜阵列的结构示意图；

图9是本申请提供的投影灯一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请提供的光学系统一实施例的结构示意图，该光学系统包括：光源组件11、分束组件12以及反射镜阵列13。

光源组件11用于产生光源光束，光源组件11为固态照明光源，比如：激光器或发光二极管(Light Emitting Diode，LED)。

分束组件12设置于光源组件11的出射光路上，分束组件12包括透射单元、反射单元以及出射透镜单元(图中未标识)，透射单元用于对光源光束中的一部分(即第一光源光束)进行准直并透射至出射透镜单元，反射单元用于将光源光束中的另一部分(即第二光源光束)反射至出射透镜单元，即从光源组件11出射的光源光束可被透射/反射至出射透镜单元，形成不同方向的光束；出射透镜单元包括出射透镜，出射透镜用于对接收到的第一光源光束与第二光源光束进行处理，形成至少一个汇聚的子光源光束，从而实现对光源光束的分束。

在一实施方式中，在汇聚的子光源光束为多个时，所有子光源光束可以不在同一个焦平面，即至少两个子光源光束的焦点分别位于不同的焦平面，此时采用的遮光器件(图中未示出)可以为多个，且后续采用的准直透镜(图中未示出)也要对应的选择多个，以便分别进行准直。优选地，当汇聚的子光源光束为多个时，即出射透镜形成了多个子光源光束，多个子光源光束的汇聚焦点位于同一焦平面。

进一步地，从透射单元出射的第一光源光束与从反射单元出射的第二光源光束可以入射至出射透镜的不同位置，经出射透镜的聚焦处理后出射，聚焦后形成的多束子光源光束位于同一焦平面；由于多束子光源光束位于同一焦平面，能够使得光束在传输方向上更加聚拢，减少在传输过程中因发散角太大导致无法传输至反射镜阵列13，能够有效减少光束损失，进而提高光源光束的效率。

反射镜阵列13设置于出射透镜的出射光路上，反射镜阵列13用于将子光源光束反射至目标区域；具体地，反射镜阵列13包括弧面基底以及沿着弧面基底设置的多个平面反射镜(图中未示出)，即多个平面反射镜沿弧面基底贴合以形成反射镜阵列13，每个平面反射镜可对入射的子光源光束进行反射，以使得子光源光束入射至目标区域，该目标区域为显示投影图像的区域，比如，可以为投影墙上的某个固定区域。

本实施例提供了一种结构简单、光学效果良好的光学系统，能够有效减少光束损失，进而提高光源光束的效率，能够应用于娱乐照明领域，该光学系统包括光源组件、分束组件以及反射镜阵列，光源组件发出的光源光束经分束组件分为多个子光源光束并汇聚到反射镜阵列，反射镜阵列由多个小的平面反射镜沿弧面基底贴合形成，每个子光源光束经平面反射镜反射后投射到目标区域，形成满天星空的效果。

请参阅图2，图2是本申请提供的光学系统另一实施例的结构示意图，该光学系统包括：光源组件11、分束组件12以及反射镜阵列13。

光源组件11用于产生光源光束。

分束组件12设置于光源组件11的出射光路上，分束组件12包括透射单元、反射单元以及出射透镜单元(图中未示出)，透射单元用于对光源光束中的第一光源光束进行准直并透射至出射透镜单元，反射单元用于将光源光束中的第二光源光束反射至出射透镜单元，出射透镜单元包括至少一个出射透镜，出射透镜用于对接收到的第一光源光束与第二光源光束进行处理，形成至少一个汇聚的子光源光束。

在一具体的实施例中，如图2所示，分束组件12为全内反射透镜，全内反射透镜的材质可以为塑胶，比如：聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)或聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等，可采用注射成型工艺制作全内反射透镜，具备面型精度较高且制造简单的优点。

全内反射透镜的光路原理如图3所示，其包含入光面S11-S12、全内反射面S20以及出光面S30，出光面S30可以为圆形阵列的非球面；光源组件11发出的光源光束分成两部分，一部分光源光束(即第二光源光束)从位于中间区域的入光面S11入射，另一部分源光束(即第二光源光束)从位于侧面的入光面S12入射并经准直后入射到出光面S30，最后汇聚形成多个子光源光束。

如图4所示，出射透镜包括至少一个第一出射透镜1211，第一出射透镜1211用于至少对第一光源光束进行汇聚。

在其他实施方式中，如图5所示，出射透镜包括至少一个第一出射透镜1211与多个第二出射透镜1212，第二出射透镜1212围绕设置于至少一个第一出射透镜1211的四周。进一步地，多个第二出射透镜1212呈环状设置，子光源光束的数量与第一出射透镜1211与第二出射透镜1212的总数量相同，第一出射透镜1211的出射面和/或第二出射透镜1212的出射面为非球面，即子光源光束的数量等同于非球面的个数。

可以理解的是，第二出射透镜1212围绕设置于至少一个第一出射透镜1211的四周仅是对第一出射透镜1211和第二出射透镜1212的位置关系所作的描述，并不是对第一出射透镜1211和第二出射透镜1212的数量关系进行限定，第一出射透镜1211和第二出射透镜1212的数量可以根据具体应用需要进行设置。例如，当第一出射透镜1211和第二出射透镜1212的数量均为1时，第二出射透镜1212与第一出射透镜1211相邻设置；当第一出射透镜1211的数量为1，第二出射透镜1212的数量大于1时，第二出射透镜1212可以按照顺时针的顺序围绕第一出射透镜1211设置；当第一出射透镜1211的数量大于1，第二出射透镜1212的数量为1时，第二出射透镜1212可以设置在第一出射透镜1211之间；当第一出射透镜1211的数量大于1，第二出射透镜1212的数量大于1时，第二出射透镜1212可以按照顺时针的顺序围绕任意一个第一出射透镜1211设置，也可以按照顺时针的顺序围绕多个第一出射透镜1211设置。

进一步地，如图5所示，第一出射透镜1211的出射面的形状与第二出射透镜1212的出射面的形状不同，即非球面的面型不一致，使得所有子光源光束的光斑大小不同，具有产生不同尺寸的光斑的效果，甚至可以产生不同形状的光斑，比如，五角星形、圆形、椭圆形或矩形等。

可以理解地，第一出射透镜1211的出射面的形状还可与第二出射透镜1212的出射面的形状相同，以便使得所有子光源光束的光斑大小相同，从而产生光斑大小相同的显示效果。在其他实现方案中，还可不设置第一出射透镜1211，仅设置第二出射透镜1212，如图6所示。

在另一实施方式中，如图2所示，光学系统还包括遮光器件14，遮光器件14设置于分束组件12的出射光路上，遮光器件14用于对入射的光束进行遮挡，以至少阻挡除分束组件12出射的子光源光束之外的光束进入反射镜阵列13。具体地，遮光器件14可以为光阑，光阑的通光孔径的尺寸小于/等于各子光源光束的光斑直径，光阑能够遮挡来自全内反射透镜出射的子光源光束以外的杂散光，使得目标区域的光斑点更加纯净。

本实施方式采用出射透镜单元将部分光源光束(包括第一光源光束与所述第二光源光束)聚焦在同一个焦平面，再利用光阑对未聚焦在焦平面的其他光源光束进行阻隔；相较于直接采用光阑对光源光束进行处理，先对光源光束聚焦再采用光阑处理的方案，在降低杂散光的同时，还减少了光束损失，可以提高光源光束的利用率；而且多束子光源光束在焦平面后发散，能够使得多束子光源光束混合均匀，提高出射的光束的均匀度，有助于提升投影显示效果。

在其他实施方式中，还可不设置光阑，如图5所示，出射透镜单元121还包括遮光层1213，遮光层1213覆盖出射透镜单元121的出光面上除出射透镜之外的区域(即非光学面区域)，遮光层1213可以为遮光的黑色丝印，能够遮挡杂散光，实现与光阑相同的光学效果。

在另一具体的实施例中，如图7所示，透射单元为第一准直透镜221，反射单元为准直反光杯222，出射透镜为复眼透镜223，第一准直透镜221设置于光源组件11的出射光路上，其用于对第一光源光束进行准直并透射至复眼透镜223；准直反光杯222设置于光源组件11的出射光路上，其用于将第二光源光束反射至复眼透镜223；复眼透镜223用于对从第一准直透镜221与准直反光杯222出射的光束进行处理，形成至少一个汇聚的子光源光束；即采用准直反光杯222与复眼透镜223的方案来替代全内反射透镜，能够实现与全内反射透镜类似的光学效果。

继续参阅图2，该光学系统还包括第二准直透镜15，第二准直透镜15设置于出射透镜单元的出射光路上，且遮光器件14位于第二准直透镜15的焦平面上，第二准直透镜15用于对子光源光束进行准直，形成子准直光束并射入反射镜阵列13。

反射镜阵列13设置于第二准直透镜15的出射光路上，其用于将从第二准直透镜15出射的子准直光束反射至目标区域；具体地，如图8所示，反射镜阵列13包括弧形基底131与平面反射镜132。

本申请提供了一种结构简单、光学效果良好的光学系统，可用于生产星空投影灯具/模组，该光学系统包括光源组件、分束组件(包括全内反射透镜或第一准直透镜、准直反光杯以及复眼透镜)、遮光组件(包括光阑或遮光层)、第二准直透镜以及反射镜阵列；光源组件发出的光源光束经全内反射透镜分为多个子光源光束汇聚到光阑，光阑位于第一准直透镜的焦平面上，各子光源光束经过第一准直透镜准直后以子准直光束入射到反射镜阵列，反射镜阵列由多个小的平面反射镜沿弧面基底贴合形成，因而每个子准直光束经平面反射镜反射后形成多个子光源光束投射到目标区域，形成满天星空的效果。

请参阅图9，图9是本申请提供的投影灯一实施例的结构示意图，投影灯100包括光学系统10，光学系统10用于产生投影光束，光学系统10为上述实施例中的光学系统。

由于本实施例所提供的投影灯采用上述实施例中的光学系统来制备，因而具备结构简单且光学效果较好的优势。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学系统，其特征在于，包括：

光源组件，用于产生光源光束；

分束组件，设置于所述光源组件的出射光路上，包括透射单元、反射单元以及出射透镜单元，所述透射单元用于对所述光源光束中的第一光源光束进行准直并透射至所述出射透镜单元，所述反射单元用于将所述光源光束中的第二光源光束反射至所述出射透镜单元，所述出射透镜单元包括出射透镜，所述出射透镜用于对接收到的所述第一光源光束与所述第二光源光束进行处理，形成至少一个汇聚的子光源光束；

反射镜阵列，设置于所述出射透镜单元的出射光路上，用于将所述子光源光束反射至目标区域。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，当所述汇聚的子光源光束为多个时，所述子光源光束的汇聚焦点位于同一焦平面。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述出射透镜包括至少一个第一出射透镜，所述第一出射透镜用于至少对第一光源光束进行汇聚。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述出射透镜还包括至少一个第二出射透镜，所述第二出射透镜用于对第二光源光束进行汇聚。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第二出射透镜围绕设置于所述至少一个第一出射透镜的四周，所述第一出射透镜的出射面和/或所述第二出射透镜的出射面为非球面。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

所述出射透镜单元还包括遮光层，所述遮光层覆盖所述出射透镜单元的出光面上除所述出射透镜之外的区域。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

所述透射单元为第一准直透镜，所述反射单元为准直反光杯，所述出射透镜为复眼透镜。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

所述光学系统还包括遮光器件，所述遮光器件设置于所述分束组件的出射光路上，用于对入射的光束进行遮挡，以至少阻挡除所述分束组件出射的子光源光束之外的光束进入所述反射镜阵列。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，

所述光学系统还包括第二准直透镜，所述准直透镜设置于所述出射透镜单元的出射光路上，用于对所述子光源光束进行准直，形成子准直光束并射入所述反射镜阵列。

10.一种投影灯，其特征在于，包括光学系统，所述光学系统用于产生投影光束，其中，所述光学系统为权利要求1-9中任一项所述的光学系统。