CN111256094B - 光学装置、光学***和光学幕墙投影*** - Google Patents

光学装置、光学***和光学幕墙投影*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种光学装置、光学***和光学幕墙投影***，可使光源体各发光区段透过聚焦镜后所形成的焦点均不在同一焦平面上，且各个前述焦点位置沿着偏离聚焦镜光轴的方向逐渐偏离，形成多个弥散且不重叠的光斑并组合形成带有彗星形状的光区，由此位于光源体的近、远轴端之间的发光区域所对应的光斑可将目标体立面照亮，且各光斑的聚焦面是沿着目标体立面依次连续排布的，对应地目标体立面上被照射的区域是由多个具有相同或近似能量的光斑连续累积形成的，所以投射在目标体立面上的光斑照度不会随着远离光源体而衰减，解决现有灯具在照射如建筑物等目标体立面时，所产生的近灯端和远灯端的亮度明显不一样的问题，提高对目标体的立面的照射效果。

Description

光学装置、光学***和光学幕墙投影***
技术领域
本申请涉及照明技术领域，特别是涉及一种光学装置、光学***和光学幕墙投影***。
背景技术
照明行业有一些灯具用来照射如建筑物、立柱等目标体的立面，这种灯具一般安装在贴近目标体立面的位置，然后再将光线投射到立面上。然而，现有的灯具投射到目标体立面后，可以非常明显地观察到：光照度由近灯端朝远灯端逐渐衰弱，造成了建筑物的近灯端和远灯端的亮度明显不一样，存在着视觉效果不佳的问题。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术中对目标体的立面的照射效果较差的技术问题，提供一种光学装置、光学***和光学幕墙投影***。
一种光学装置，用于对目标体的立面进行照射，包括：光源体和聚焦镜；
其中，所述光源体设置于所述聚焦镜的入射面侧，所述光源体沿着与所述聚焦镜的光轴非平行的方向延伸，且所述光源体朝靠近或远离所述聚焦镜的入射面的方向延伸。
在一个实施例中，所述光源体从任意方向的投影均落入在所述聚焦镜的光轴的同一侧。
在一个实施例中，所述光源体呈条形状，且光源体上的发光点均匀排布，且各个所述发光点的光照亮度均一致。
在一个实施例中，所述光源体上设有多个具有不同光色的发光点。
在一个实施例中，所述聚焦镜为菲涅尔聚光透镜。
在一个实施例中，上述光学装置，还包括用于保护所述光源体和聚焦镜的保护壳体，所述光源体和聚焦镜均设置在所述保护壳体上。
在一个实施例中，还提供了一种光学***，包括多个如上所述的光学装置；多个光学装置并排设于目标体的底部，用于从所述底部对所述目标体上相应的待照射区域进行照射。
在一个实施例中，还提供了一种光学幕墙投影***，包括光源控制***、图像解码***以及多个如上所述的光学装置；其中，所述光源体上设有多个具有不同光色的发光点；所述发光点均与所述光源控制***电控连接，所述图像解码***与所述光源控制***电信号连接；多个所述光学装置并排设于目标体的底部，用于从所述底部对所述目标体上相应的待照射区域进行照射。
本申请提供的光学装置、光学***和光学幕墙投影***，可使光源体各发光区段透过聚焦镜后所形成的焦点均不在同一焦平面上，且各个前述焦点位置沿着偏离聚焦镜光轴的方向逐渐偏离，形成多个弥散且不重叠的光斑并组合形成带有彗星形状的光区，由此位于光源体的近、远轴端之间的发光区域所对应的光斑可将目标体立面照亮，且各光斑的聚焦面是沿着目标体立面依次连续排布的，对应地目标体立面上被照射的区域是由多个具有相同或近似能量的光斑连续累积形成的，所以投射在目标体立面上的光斑照度不会随着远离光源体而衰减，解决现有灯具在照射如建筑物等目标体立面时，所产生的近灯端和远灯端的亮度明显不一样的问题，提高对目标体的立面的照射效果。
附图说明
图1为一个实施例中光学装置的近、远轴端对应焦平面的示意图；
图2为一个实施例中光学装置的近轴端的焦平面上的光斑示意图；
图3为一个实施例中光学装置的照射原理图；
图4为一个实施例中光学装置照射在目标体上的实际效果图；
图5为另一个实施例中光学装置的结构示意图；
图6为另一个实施例中光学装置的照射原理图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文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。本文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方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“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。本申请中所述“第一”、“第二”等限定不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
实施例一
本实施例提供了一种光学装置，该光学装置10主要是用于对如建筑体、柱面、墙体等目标体的立面进行照射，如图1所示，该光学装置10可以包括光源体110和聚焦镜120；其中，光源体110设置于聚焦镜120的入射面侧，光源体110沿着与聚焦镜120的光轴130非平行的方向延伸，且光源体110朝靠近聚焦镜120的入射面的方向延伸。其中，为了对目标体的立面进行照射，通常可以将本装置10设于该立面的底端，将聚焦镜120的出光面指向目标体。
下面对该光学装置10的具体结构以及工作原理进行说明，如图2所示，该光学装置10的光源体110具有一定长度，需要说明本文中光源体110是指灯具的发光区域，具体而言，在本实施例中光源体110是长条状的；光源体110的长度可以与目标体的待照射区域的高度对应设置。由图2分析得出，由于光源体110上远离聚焦镜120的光轴130的那端(下文统称远轴端111)相对于光源体上靠近聚焦镜120的光轴130的那端(下文统称近轴端112)更加靠近聚焦镜，光源体110沿着与聚焦镜120的光轴130非平行的方向延伸，那么使得光源体110各发光区段透过聚焦镜120后所形成的焦点均不在同一焦平面上，且各个前述焦点位置沿着偏离聚焦镜120光轴130的方向逐渐偏离，即各个前述焦点的实际汇焦中心轴是不重叠在一起的，那么各个前述焦点实际形成“离轴且离焦”的情形；如图2所示，具体我们对光源体110的近轴端112和远轴端111所发出的光线进行分析，近轴端112所发出的光经过聚焦镜120的聚焦处理后聚焦于第一焦平面141，远轴端111所发出的光经过聚焦镜120的聚焦处理后聚焦于第二焦平面142，那么光源体110上位于近轴端112与远轴端111之间的各发光区所发出的光对应的焦点相应地分布在第一焦平面141和第二焦平面142之间的区间143内。进一步分析，那么我们假设将整个装置照射在第一焦平面141上，且近轴端112所发出的光经过聚焦镜120后聚焦于第一焦平面141上，参考如图2所示的近轴端112对应的焦点1120和远轴端111对应的光斑1110，这时我们会发现除了近轴端112所发出的光聚焦于第一焦平面141上，其它发光区段所对应的光线均不聚焦于第一焦平面141上，而是形成多个弥散且不重叠的光斑，这些光斑组合形成了带有彗星形状的光区。由前述分析可以得知，近轴端112所对应的光斑相对于远轴端111所对应的光斑更加聚焦(或者说远轴端111所对应的光斑相对于近轴端112所对应的光斑更加弥散)，那么也就是说近轴端112所对应的光斑所包含的能量密度相对更集中，如果近轴端112所对应的光斑继续朝着远离第一焦平面141方向扩散照射，那么近轴端112所对应的光斑也会越来越扩大弥散(因为离焦)。接下来，我们再结合使用过程来分析(我们只分析光源体的近轴端112和远轴端111这两个极端位置)：如下图3所示，图3中引入了建筑物20的侧墙面210，那么在使用时，将本装置10放置在建筑物20的底端，将光线沿着墙面朝着顶端照射，由于远轴端111所对应的光斑是偏离光轴的，且远轴端111所对应的光斑因为离焦呈现弥散状态，如图3的第一光斑311所示，远轴端111所对应的光斑以为不在焦平面上呈现扩大状态，那么首先照射在墙面上的是远轴端111所对应的光斑的部分光线，即将建筑物底部的墙面照亮，如图3所示虚线部分的第一光线312表示远轴端111所对应的光斑投射在墙面上的光线；那么我们再来分析近轴端112所对应的光斑的情况：由于光源体110的近轴端112相对于远轴端111更远离墙面，那么由于一开始近轴端112所对应的光斑由于聚焦形状较小，光斑的大小不能延伸到建筑物底部的墙面上，但是随着进一步延伸，如图3的第二光斑321所示为近轴端112所对应的光斑因为离焦越来越扩大弥散，由于光源体110是有尺寸的，所以光源体110的像距离聚焦镜120越近，光源体110透过聚焦镜120形成的像就越小，相反地光源体110的像距离聚焦镜120越远，透过聚焦镜120形成的像就越大，所以光斑是逐渐扩大的，近轴端112所对应的光斑的扩大，如图3的第三光斑322所示为近轴端112对应的光斑经过离焦弥散后扩大的状态，虚线部分的第二光线323表示近轴端112所对应的光斑经过离焦弥散扩大后，投射在墙上的光线，直到能够在延伸到建筑物上部或顶部的墙面上，这样就将建筑物上部或顶部照亮，位于光源体110的近轴端112和远轴端111之间的发光区域所对应的光斑也是沿建筑物20的墙面由底部向顶部扩大，从而将中间区域210照亮，并且由于各个光斑的聚焦面是沿着建筑物20的墙面由底部向顶部依次连续排布的，对应地墙面上被照射的区域是由多个具有相同或近似能量的光斑连续累积形成的，那么投射在建筑物20的墙面上的光斑照度并不会随着远离光源体而衰减，也就解决了现有灯具在照射建筑物时，所产生的近灯端和远灯端的亮度明显不一样的问题。在其他实施例中，如果想增强光照强度，可以增加光源体110的近轴端112的发光强度(例如通过调节不同位置发光点的电流、电压)。在其他实施方式中，还可以根据对墙面上不同高度位置的照射强度要求来相应调整光源体110上对应位置的发光强度即可。在本方案中，优选的是，光源体110呈条形状，且光源体110上的发光点均匀排布，且各个发光点的光照亮度均一致，光源体110的各个位置的发光强度是一样的，如图4所示，这样可以形成一个光照强度均匀分布的照射区域。
在一个实施例中，上述光学装置10还可以包括保护壳体。其中，该保护壳体可以采用透明塑料或金属壳体，该保护壳体可以将光源体和聚焦镜容纳于壳体内部，用于对该光源体110和聚焦镜120进行保护。本实施例的方案能够适用于室外的场景，光学装置10可以对建筑体的外墙立面进行照射，而该保护壳体可以防止其中的光源体110和聚焦镜120遭受风沙雨水的损害。
在本实施例中，还提供了一种光学***，该光学***可以包括多个本光学装置10，该多个光学装置10可以并排设于在目标体的立面底部，用于从该底部对该立面上的相应的待照射区域进行照射。在具体使用中，可以根据如建筑体的墙面大小选择适当数量的光学装置10，然后可以将这些光学装置10并排放置在如建筑体的墙面底部，来达到照射更大墙面的效果，即形成“洗墙效果”。
在本实施例中，光源体110从任意方向的投影均落入在聚焦镜120的光轴130的同一侧。这样，避免了因光源体110延伸到聚焦镜120的光轴130另一侧而产生的干扰光斑，使得墙面上各个光照区域上的光斑更加清晰和均匀。
在本实施例中，聚焦镜120为菲涅尔聚光透镜，由于菲涅尔聚光透镜具有更薄的结构，进而可以使得本装置更轻薄。
在本实施例中，光源体110上设有多个具有不同光色的发光点，这样，可以根据预设要求来指令光源体110上相应区间的发光点发出预设光色，相应地将预设色彩照射在墙面的预定区间上。
在本实施例中，还提供一种光学幕墙投影***，其包括光源控制***、图像解码***以及上述光学装置10；其中，发光点均与光源控制***电控连接，图像解码***与光源控制***电信号连接；多个光学装置10并排设于目标体的底部，用于从底部对目标体上相应的待照射区域进行照射。这样，在使用时，将图像解码***与图像信号源连接，然后图像解码***将信号解码转换成指令传递给与光源控制***，然后光源控制***指令光源体的相关区域的发光点发出相应光色以形成像素点，从而在墙面上形成画幕。
实施例二
本实施例与实施一的区别在于：光源体110朝远离聚焦镜120的入射面的方向延伸。如图5所示，具体地，在本实施例中，光源体110的远轴端111相对于近轴端112更加远离聚焦镜120的入射面，近轴端112所发出的光经过聚焦镜120的聚焦处理后聚焦于第一焦平面141，远轴端111所发出的光经过聚焦镜120的聚焦处理后聚焦于第二焦平面142，由于光源体110是有尺寸的，所以光源体110的像距聚焦镜越近，光源体110透过聚焦镜120形成的像相比而言就越小，相反地光源体110的像距离聚焦镜120越远，透过聚焦镜120形成的像就越大，故可以分析得出远轴端111所对应的第二焦平面142与近轴端112所对应的第一焦平面141相比更靠近聚焦镜120，光源体110上位于近轴端112与远轴端111之间的各发光区所发出的光对应的焦点相应地分布在第一焦平面141和第二焦平面142之间的区间内；如下图6所示，图6中引入了建筑物20的侧墙面，那么在使用时，将本装置10放置在建筑物20的底端，将光线沿着墙面朝着顶端照射，由于远轴端111所对应的光斑是偏离光轴130的，即远轴端111所对应的像是偏离光轴的；由于前面分析得出：远轴端111所对应的第二焦平面142与近轴端112所对应的第一焦平面141相比更靠近聚焦镜130，近轴端112所对应的光斑因为离焦呈现扩大状态，如图6的第四光斑621所示为近轴端112所对应的光斑因为不在焦平面上呈现扩大状态，那么首先照射在墙面上的是近轴端112所对应的光斑的部分光线，如图6的虚线部分的第三光线622表示近轴端112所对应的光斑投射在墙面上的光线，即将建筑物20底部的墙面照亮；那么我们再来分析远轴端111所对应的光斑的情况：由于光源体110的远轴端111相对于近轴端112更远离墙面，那么由于一开始远轴端111所对应的光斑由于聚焦形状较小，光斑的大小不能延伸到建筑物底部的墙面上，但是随着进一步延伸，如图6的第五光斑611所示为远轴端111所对应的光斑因为离焦越来越扩大弥散，由于光源体110是有尺寸的，所以光源体110距离聚焦镜越近，光源体110透过聚焦镜120形成的像就越小，相反地光源体110距离聚焦镜120越远，像就越大，所以光斑是逐渐扩大的，远轴端111所对应的光斑的扩大，如图6的第六光斑612所示为远轴端111所对应的光斑经过离焦弥散后扩大的状态，虚线部分的第四光线613表示远轴端111所对应的光斑经过离焦弥散扩大后，投射在墙上的光线，直到能够在延伸到建筑物上部或顶部的墙面上，这样就将建筑物上部或顶部照亮，位于光源体110的近轴端112和远轴端111之间的发光区域所对应的光斑也是沿建筑物的墙面由底部向顶部扩大，从而将中间区域210照亮，并且由于各个光斑的聚焦面是沿着建筑物的墙面由底部向顶部依次连续排布的，对应地墙面上被照射的区域是由多个具有相同或近似能量的光斑连续累积形成的，那么投射在建筑物20的墙面上的光斑照度并不会随着远离光源体而衰减，也就解决了现有灯具在照射建筑物时，所产生的近灯端和远灯端的亮度明显不一样的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光学装置，用于对目标体的立面进行照射，其特征在于，所述装置设于所述目标体的立面的底端且贴近所述立面，包括：光源体和聚焦镜；
其中，所述光源体设置于所述聚焦镜的入射面侧，所述光源体沿着与所述聚焦镜的光轴非平行的方向延伸，且所述光源体朝靠近或远离所述聚焦镜的入射面的方向延伸；所述光源体的各个发光点的光照亮度均一致；
其中，所述光源体朝靠近所述入射面的方向延伸，使所述光源体的远轴端所对应的光斑将所述底端照亮，及相应地使所述光源体的近轴端所对应的光斑将顶端照亮；其中，所述近轴端对应的第一焦平面位于所述底端、所述远轴端对应的第二焦平面位于所述顶端；
其中，所述光源体朝远离所述入射面的方向延伸，使所述光源体的近轴端所对应的光斑将所述底端照亮，及相应地使所述光源体的远轴端所对应的光斑将所述顶端照亮；其中，所述近轴端对应的第一焦平面位于所述顶端、所述远轴端对应的第二焦平面位于所述底端。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光源体从任意方向的投影均落入在所述聚焦镜的光轴的同一侧。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光源体呈条形状，且所述光源体上的发光点均匀排布。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光源体上设有多个具有不同光色的发光点。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述聚焦镜为菲涅尔聚光透镜。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还包括用于保护所述光源体和聚焦镜的保护壳体，所述光源体和聚焦镜均设置在所述保护壳体上。
7.一种光学***，其特征在于，包括多个如权利要求1至6中任一项所述的光学装置；多个光学装置并排设于目标体的底部，用于从所述底部对所述目标体上相应的待照射区域进行照射。
8.一种光学幕墙投影***，其特征在于，包括光源控制***、图像解码***以及多个如权利要求4所述的光学装置；
其中，所述发光点均与所述光源控制***电控连接，所述图像解码***与所述光源控制***电信号连接；
多个所述光学装置并排设于目标体的底部，用于从所述底部对所述目标体上相应的待照射区域进行照射。
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