WO2019153987A1 - 一种光学透镜及环形投影系统 - Google Patents

一种光学透镜及环形投影系统 Download PDF

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杨伟樑
赵远
林清云
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Abstract

一种光学透镜(10)及环形投影系统(1),光学透镜(10)包括:透镜本体(11),透镜本体(11)关于中心轴(L1)旋转对称;在透镜本体(11)沿中心轴(L1)一端设置反射面(12),在透镜本体(11)沿中心轴(L1)另一端设置透射面(13)和环形折射面(14);透射面(13)、反射面(12)以及透镜本体(11)的中心轴(L1)重合;环形折射面(14)环绕透射面(13),且环形折射面(14)的最大口径大于反射面(12)的口径。光学透镜(10)应用于投影装置,能够使得投影装置直接实现环形投影,不需要在不同角度设置多个投影装置,降低成本,且使用灵活。

Description

一种光学透镜及环形投影系统

本申请要求于2018年02月09日提交中国专利局,申请号为2018202443205,发明名称为“一种光学透镜及环形投影系统”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请实施例涉及数字投影显示技术领域,特别是涉及一种光学透镜及环形投影系统。

背景技术

随着半导体技术的发展,便携式电子产品日趋多样化,功能也越加丰富,使得用户对大屏幕投影的需求越来越强烈,进而带动投影装置的发展。

较为常见的投影装置只能实现单一方向的投影,用户只能在该投影方向上观看投影画面,无法根据环境不同及自身的需求选择性地改变观看投影画面的角度,表现形式单一,适用性不够广泛,很多场合不适用该种单一方向投影的投影装置。比如,某投影装置的投影方向为正前方,那么用户只能观看正前方的投影画面,无法在其他角度观看到投影画面,若将该投影装置用在大型会场中,那么距离屏幕较远的用户则无法看清投影内容。于是,出现了能够实现环形投影的环形投影系统,使得用户能够从各个方向观看投影画面。

但发明人在实现本申请的过程中发现,现有的环形投影系统由设置在不同角度的若干投影装置和投影屏幕组成,成本较高,比较占用空间。

发明内容

本申请实施例主要解决的技术问题是提供一种光学透镜及环形投影系统,使得运用该光学透镜的投影装置能够直接实现环形投影,不需要在不同角度设置多个投影装置来实现,降低成本,且使用灵活。

为解决上述技术问题,本申请实施例采用的一个技术方案是:提供 一种光学透镜,应用于环形投影系统,包括:

透镜本体,所述透镜本体关于中心轴旋转对称;

在所述透镜本体沿中心轴一端设置反射面,在所述透镜本体沿中心轴另一端设置透射面和环形折射面;

所述透射面、所述反射面以及所述透镜本体的中心轴重合;

所述环形折射面环绕所述透射面,且所述环形折射面的最大口径大于所述反射面的口径。

可选地,所述反射面的口径不小于所述透射面的口径。

可选地,所述透射面为平面或者曲面,所述环形折射面为平面或者曲面。

可选地,所述反射面为平面、曲面或者锥面其中一种。

可选地,所述透射面和/或所述环形折射面镀有增透膜或者抗反射涂料。

可选地,所述反射面镀有增反射膜。

可选地,所述透射面和所述环形折射面相邻设置,或者,所述透射面和所述环形折射面通过第一过渡面连接,所述第一过渡面为平面或者曲面。

可选地,所述反射面和所述环形折射面通过至少一个第二过渡面连接,所述第二过渡面为平面或者曲面。

为解决上述技术问题,本申请实施例采用的另一个技术方案是:提供一种环形投影系统,包括:

投影装置,以及以上所述的光学透镜;

所述光学透镜设置于所述投影装置的正前方,所述光学透镜的中心轴与所述投影装置的中心光轴重合,所述光学透镜用于改变投影装置投射的投影光束的投影方向,以使所述投影光束呈环形出射。

可选地,所述环形投影系统还包括:

外壳,所述外壳用于收容所述光学透镜;

所述光学透镜通过所述外壳与所述投影装置进行可拆卸连接。

可选地,所述环形投影系统还包括:

汇聚透镜,所述汇聚透镜设置于所述光学透镜和所述投影装置之间,所述汇聚透镜和所述光学透镜的中心轴与所述投影装置的中心光轴重合;

所述汇聚透镜用于对所述投影装置投射的投影光束进行汇聚后入射至所述光学透镜。

本申请实施例的有益效果是:区别于现有技术的情况,本申请实施例提供一种光学透镜及环形投影系统,所述光学透镜包括:透镜本体,以及设置于透镜本体一端的反射面和设置于透镜本体另一端的透射面和环形折射面,通过透射面将投影光束透射至反射面,反射面将投影光束反射至环形折射面,因环形折射面的最大口径大于反射面的口径,使得投影光束能够全部反射至环形折射面,所述环形折射面将所述投影光束向外发散折射,呈环形分布。使得运用该光学透镜的投影装置能够直接实现环形投影,不再需要在不同角度设置多个投影装置,降低成本,且使用灵活。

附图说明

一个或多个实施通过与之对应的附图进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。

图1a是本申请实施例提供的一种光学透镜的结构示意图;

图1b是本申请实施例提供的一种光学透镜另一角度的结构示意图;

图2是本申请实施例提供的一种光学透镜的剖面视图;

图3是本申请另一实施例提供的一种光学透镜的剖面视图;

图4是本申请又一实施例提供的一种光学透镜的剖面视图;

图5是本申请实施例提供的一种环形投影系统的结构示意图;

图6是本申请另一实施例提供的一种环形投影系统的结构示意图;

图7是本申请实施例提供的一种环形投影系统的成像示意图。

参阅图1至图7,1为环形投影系统,10为光学透镜,11为透镜本体,12为反射面,13为透射面,14为环形折射面,15为第二过渡面,20为投影装置,30为汇聚透镜。

具体实施方式

为了便于理解本申请,下面结合附图和具体实施例,对本申请进行更详细的说明。需要说明的是,当元件被表述“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例所述的光学透镜,能够应用于投影装置,与投影装置组成环形投影系统,通过光学透镜将投影装置投射的投影光束发散折射来改变投影方向,使得投影光束呈环形出射,同时,增大发光角度并提高光照均匀度。下面将通过具体实施例对光学透镜和环形投影系统的具体结构进行阐述。

实施例一

请参阅图1,是本申请实施例提供的一种光学透镜的结构示意图,该光学透镜10包括:透镜本体11、反射面12、透射面13和环形折射面14。

透镜本体11为关于中心轴(如图1a所示的L1)旋转对称的实心结构,可以为圆台结构、圆柱结构或者圆台圆柱组合结构等等,优选地,在本申请实施例中,所述透镜本体11为圆台圆柱组合的实心结构。

进一步地,所述透镜本体11由塑胶或者玻璃等能够透射光线的透明材料制成,透镜本体11的折射率相同且小于空气折射率。

透射面13用于将投影光束透射至反射面12,该透射面13设置于透镜本体11沿中心轴L1方向的一端(如图1a所示A端),该透射面13的中心轴与透镜本体11的中心轴L1重合,且其截面轮廓线的形状为圆形或者椭圆形。

进一步地,所述透射面13为平面或者曲面,当所述透射面13为曲面时,所述透射面13向透镜本体11内部凹陷,凹点位于透镜本体11的中心轴L1上,能够将投影光束发散式地透射至反射面12,增大入射角度。

反射面12则用于将透射面13透射的投影光束反射至环形折射面14,改变投影光束的投影方向,该反射面12设置于透镜本体11沿中心轴L1方向的另一端(如图1b所示B端),该反射面12的中心轴与透镜本体11的中心轴L1重合,其截面轮廓线的形状与透射面13的截面轮廓线形状对应,当所述透射面13的截面轮廓线的形状为圆形时,所述反射面12的截面轮廓线的形状也为圆形;当所述透射面13的截面轮廓线的形状为椭圆形时,所述反射面12的截面轮廓线的形状也为椭圆形,保证透射面13透射的投影光束能够全部透射至反射面12,防止漏光。

进一步地,所述反射面12的口径不小于所述透射面13的口径,即反射面12的口径大于透射面13的口径,或者,反射面12的口径等于透射面13的口径,使得透射面13透射的投影光束能够全部透射至反射面12,防止漏光。

进一步地,所述反射面12为平面、曲面或者锥面其中之一,当所述反射面12为曲面时,所述反射面12向透镜本体11内部凹陷,凹点位于透镜本体11的中心轴L1上,能够增大反射角度;当所述反射面12为锥面时,所述反射面12向透镜主体11内部凹陷,锥点位于透镜本体11的中心轴L1上,且该锥面形成的锥角(如图4所示的角a)大于45°小于150°,保证反射面12反射的投影光束能够全部从环形折射面14出射,不会与从透射面13入射的投影光束重叠。

进一步地,所述反射面12和所述透射面13至少有一面不为平面,即反射面12和透射面13不同时为平面,保证反射面12能够改变投影光束的投影方向。

进一步地,所述反射面12靠近透镜主体11的面上镀有增反射膜。

环形折射面14则用于将反射面12反射的投影光束发散折射,改变投影光束的投影方向,使投影光束呈环形出射。该环形折射面14设置于透镜本体11沿中心轴L1方向的一端(如图1a所示A端),该环形折射面14环绕所述透射面13,并与所述透射面13相邻设置,当然,在一些可替代实施例中,所述环形折射面14和所述透射面13还能够通过第一过渡面(图未示)连接,其中,所述第一过渡面可以为平面也可以为曲面。

进一步地,所述环形折射面14通过至少一个第二过渡面15与反射面12连接,其中,所述第二过渡面15可以为平面也可以为曲面。在本申请实施例中,所述第二过渡面15数量为3,具体包括:透镜主体11的侧壁、A端环绕所述环形折射面14的过渡面、B端环绕所述反射面12的过渡面。

进一步地,所述环形折射面14的截面轮廓线的形状为圆形或者椭圆形,其最小口径大于所述透射面13的口径,其最大口径大于所述反射面12的口径。

进一步地,所述环形折射面14为环形平面或者环形曲面。当所述环形折射面14为环形曲面时,所述环形折射面14向透镜本体11外部 凸出,能够增大投影光束的发散角度,使得投影光束呈环形出射,且能够提高光照均匀度。

进一步地,所述环形折射面14和/或所述透射面13镀有增透膜或者抗反射涂料。

值得注意的是,以上所述的反射面12为平面、曲面或者为锥面,折射面13为平面或者曲面,环形折射面14为平面或者曲面14,在不冲突的情况下,所述反射面12、透射面13和环形折射面14能够进行自由组合。

其中一种组合方式,请参阅图2,在该光学透镜10中,所述反射面12以及所述透射面13为曲面,所述环形折射面14为平面。

另一种组合方式,请参阅图3,在该光学透镜10中,所述反射面12、所述透射面13以及所述环形折射面14均为曲面。

还有一种组合方式,请参阅图4,在该光学透镜10中,所述反射面12为锥面,所述透射面13为曲面,所述环形折射面14为平面。

综上所述,可以理解的是,投影光束从该光学透镜10的透射面13透射至反射面12,经反射面12反射至环形折射面14,最后经由环形折射面14向外发散折射,改变投影光束的投影方向,使得投影光束能够呈环形出射,同时,通过改变透射面13、反射面12和环形折射面14的结构,能够增大投影光束的发散角度,增大投影面积,并且能够提高光照均匀度。

实施例二

请参阅图5,是本申请实施例提供的一种环形投影系统的结构示意图,该环形投影系统1包括:光学透镜10和投影装置20。

其中,光学透镜10与实施例一所述的一致,具体内容可参见实施例一,在此不再一一赘述。

投影装置20可以为数字光处理(Digital Light Processing,DLP) 投影装置或者液晶附硅(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影装置或者液晶(Liquid Crystal Display,LCD)投影装置,用于出射投影光束。

光学透镜10设置于投影装置20的正前方,用于改变投影装置20投射的投影光束的投影方向,以使所述投影光束呈环形出射。具体地,光学透镜10的中心轴L1与投影装置20的中心光轴L2重合,光学透镜10的透射面13位于所述投影装置20的出光方向上,使得投影光束经所述光学透镜10的透射面13透射至反射面12,经反射面12反射至环形折射面14,最后经由环形折射面14向外发散折射,使得投影光束呈环形出射,并在显示屏幕上成环形像,具体地成像请参阅图7,是该环形投影系统1的成像示意图,P1为环形成像区,P2为非成像区。

在一些实施例中,所述环形投影系统1还包括外壳(图未示),所述光学透镜10收容于所述外壳中,并通过所述外壳与投影装置20进行可拆卸连接,在不需要实现环形投影时,可将所述光学透镜10拆卸下来,投影装置20实现普通的单向投影;当需要环形投影时,可将所述光学透镜10安装至投影装置20上,就能通过光学透镜10改变投影方向实现环形投影,使得该环形投影系统1使用灵活。其中,外壳与投影装置20之间的连接可以为螺纹连接,也可以为卡持连接等等。

请参阅图6,在一些实施例中,所述环形投影系统1还包括汇聚透镜30,所述汇聚透镜30设置于光学透镜10和投影装置20之间,汇聚透镜30的中心轴L3、光学透镜10的中心轴L1以及投影装置20的中心光轴L2重合,所述汇聚透镜30用于对投影装置20出射的投影光束进行汇聚后入射至光学透镜10的透射面13,保证投影装置20出射的投影光束能够完全入射至所述透射面13,提高环形投影系统1的可靠性。

对于本申请实施例所述的环形投影系统1,其投影的内容可以为静态信息,也可以为动态旋转信息。其中,所述动态旋转信息能够使得各个方向的用户可以通过分时观看不同部分的内容了解完整的投影内容。

可以理解的是,所述环形投影系统1可以根据实际应用场景改变摆 放位置,进而实现不同的投影需求。例如:在大型会议中,为了使环绕会议桌的用户能够从各个方向观看投影内容,可以将该环形投影系统1安装于会议桌中间,使得该环形投影装置20将内容投影在会议桌四周,方便各个方向的用户观看。

本申请实施例的有益效果是:区别于现有技术的情况,本申请实施例提供一种光学透镜及环形投影系统,所述光学透镜包括:透镜本体,以及设置于透镜本体一端的反射面和设置于透镜本体另一端的透射面和环形折射面,通过透射面将投影光束透射至反射面,反射面将投影光束反射至环形折射面,因环形折射面的最大口径大于反射面的口径,使得投影光束能够全部反射至环形折射面,所述环形折射面将所述投影光束向外发散折射,呈环形分布。使得运用该光学透镜的投影装置能够直接实现环形投影,不再需要在不同角度设置多个投影装置,降低成本,且使用灵活。需要说明的是,本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例,但是,本申请可以通过许多不同的形式来实现,并不限于本说明书所描述的实施例,这些实施例不作为对本申请内容的额外限制,提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且,上述各技术特征继续相互组合,形成未在上面列举的各种实施例,均视为本申请说明书记载的范围;进一步地,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

  1. 一种光学透镜,应用于环形投影系统(1),其特征在于,包括:
    透镜本体(11),所述透镜本体(11)关于中心轴旋转对称;
    在所述透镜本体(11)沿中心轴一端设置反射面(12),在所述透镜本体(11)沿中心轴另一端设置透射面(13)和环形折射面(14);
    所述透射面(13)、所述反射面(12)以及所述透镜本体(11)的中心轴重合;
    所述环形折射面(14)环绕所述透射面(13),且所述环形折射面(14)的最大口径大于所述反射面(12)的口径。
  2. 根据权利要求1所述的光学透镜,其特征在于,所述反射面(12)的口径不小于所述透射面(13)的口径。
  3. 根据权利要求2所述的光学透镜,其特征在于,所述透射面(13)为平面或者曲面,所述环形折射面(14)为平面或者曲面。
  4. 根据权利要求3所述的光学透镜,其特征在于,所述反射面(12)为平面、曲面或者锥面其中一种。
  5. 根据权利要求1-4任意一项所述的光学透镜,其特征在于,所述透射面(13)和/或所述环形折射面(14)镀有增透膜或者抗反射涂料。
  6. 根据权利要求5所述的光学透镜,其特征在于,所述反射面(12)镀有增反射膜。
  7. 根据权利要求6所述的光学透镜,其特征在于,所述透射面(13)和所述环形折射面(14)相邻设置,或者,所述透射面(13)和所述环形折射面(14)通过第一过渡面连接,所述第一过渡面为平面或者曲面。
  8. 根据权利要求7所述的光学透镜,其特征在于,所述反射面(12)和所述环形折射面(14)通过至少一个第二过渡面(15)连接,所述第 二过渡面(15)为平面或者曲面。
  9. 一种环形投影系统,其特征在于,包括:投影装置(20),以及如权利要求1-8任意一项所述的光学透镜(10);
    所述光学透镜(10)设置于所述投影装置(20)的正前方,所述光学透镜(10)的中心轴与所述投影装置(20)的中心光轴重合,所述光学透镜(10)用于改变投影装置(20)投射的投影光束的投影方向,以使所述投影光束呈环形出射。
  10. 根据权利要求9所述的环形投影系统,其特征在于,所述环形投影系统(1)还包括:
    外壳,所述外壳用于收容所述光学透镜(10);
    所述光学透镜(10)通过所述外壳与所述投影装置(20)进行可拆卸连接。
  11. 根据权利要求10所述的环形投影系统,其特征在于,所述环形投影系统(1)还包括:
    汇聚透镜(30),所述汇聚透镜(30)设置于所述光学透镜(10)和所述投影装置(20)之间,所述汇聚透镜(30)和所述光学透镜(10)的中心轴与所述投影装置(20)的中心光轴重合;
    所述汇聚透镜(30)用于对所述投影装置(20)投射的投影光束进行汇聚后入射至所述光学透镜(10)。
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