一种双片滑动式产生水纹3D起伏效果的灯具光学系统技术方案

本技术方案通过聚光透镜将LED光源汇聚成45°‑110°的光线，然后通过散射镜片上高度为0.2mm≤H≤1.4mm的不规则棱台，散射成光强差不同的散热状非线性光线，接着通过包含若干个阵列排列的自由曲面透镜c组成的自由曲面平凸镜片A和自由曲面平凸镜片B，由于自由曲面透镜c投影轮廓呈水纹状，曲率半径R为‑25mm~25mm，形成正负透镜效应，因此在同一成像面上成像时，能够形成光强差对比更为明显的像，加上散射镜片、自由曲面镜片A、自由曲面镜片B三者中的任意两者在其平面内相对滑动，最后形成水纹图案的3D起伏的光斑效果。

A kind of optical system of lamps with two slides to produce 3D undulation effect of water ripples

【技术实现步骤摘要】
一种双片滑动式产生水纹3D起伏效果的灯具光学系统
本技术属于舞台和景观灯具照明领域，特别是涉及水纹灯光学系统领域。
技术介绍
现代社会舞台灯具市场应用越来越广泛，应用的场所也越来越多，某些时候需要让灯具打到建筑物上产生灯光照射效果，起到对景物的美化和烘托氛围的作用，目前市场上较少带有水纹图案效果的水纹灯，这种带有水纹图案效果的水纹灯会照射出流水的效果，非常漂亮、美观。目前市场上水纹灯的水纹效果有以下几种表现方式。第一种是靠水纹图案滚筒的转动来实现的。如公开号为CN206093600U的技术专利一种新型LED水纹灯，在其说明书的
技术实现思路
第二段中提到“所述固定转轴穿过电机连接封头安装在花纹管的左端；所述花纹管的最右端安装有转动支架，转动支架的左端安装有封头，封头与转动支架之间安装有轴承，并通过转轴连接，封头连接在花纹管的右端。”又如公开号为CN207262094U的技术专利一种水纹灯，在其说明书的具体实施方第4段中提到“所述水纹滚筒5连接驱动组件能转动地安装于所述灯壳1内”，由上述可以见，两种方案打出水纹效果是靠花纹管或者水纹滚筒5的转动，而花纹管或者水纹滚筒均有多个镂空的水纹图案孔，即其成像原理采取的是光直接透射小孔成像，然后通过转动，达成2D的水纹流动效果。第二种是靠水纹图案盘的转动来实现，从原理来讲，即光照射到水纹图案盘上然后直接投射成像类似于水纹图案，然后通过水纹图案盘的转动来达到流水效果。如公开号为CN205807269U的技术专利一种水纹灯，其在说明书的具体实施方式中提到“所述水纹图案盘9上涂覆有图案涂层或雕刻有图案形状，具体的，可以是水纹的图案或者是其它的图案格式，所述水纹图案盘9可在所述驱动装置6的驱动下转动。由于在光源的底部设置有驱动装置，并在光源的上部设置了水纹图案盘，利用驱动装置驱动水纹图案盘转动，在光源发光的情况下，由于水纹图案盘上的图案作用，使得发出的光线具有动态的光影效果。”，由上述可见，其水纹效果即为简单的光投射水纹图案盘成像，此种水纹效果有一个非常大的局限性，就是边缘十分清晰，即成像为一个圆盘，圆盘内有多个类似水纹，在水纹图案盘转动的情况下，水纹产生转动2D的模拟流水效果。第三种是通过水纹图案盘搭配其他的效果盘，来达到相对较好的水纹效果，如公开号为CN103574481A的专利技术专利，其在说明书中提到“在舞台上安装了水舞灯，当需要水纹光效时，LED光源2经过通电后提供灯光，经过二次配光透镜3做高效的二次配光，照射到色片盘6，色片过滤颜色，光透过了色片盘6得到多色的效果后经过效果玻璃纹片7，得到效果后的光照射在多面透明棱镜8上，折射出去的光效便达到水纹的效果。”，由上述可见，此方案是在上面第二种的方案基础上，简单的加入一个透明棱镜8，其达到的效果还是简单的通过水纹转动来达到2D的水纹效果。另外，通过检索，还发现一些另外一种水纹效果的专利文献：如公开号为CN202196254U的技术专利，其在说明书提到“如放映投影仪，只需打开开关28、音量开关29，则摇摆投影镜头即长方体10在摇摆机构16、减速机构18的传动下作前后摆动和左右窜动，因为固定投影镜头9、摇摆投影镜头即长方体10都有一似波光粼粼水面的凹凸面，所以放映出的画面似波浪起伏的海洋，与此同时喇叭4中会放出波浪的浪声。”由上述可见，其文献中所提到的产生似波浪起伏的海洋，是通过振动摇摆投影镜头即长方体10来实现的，可以理解的是，其摇摆投影镜头就相当于上面文献中所述的第二种方案中的水纹图案盘9或者第三种方案中的效果玻璃纹片7，差异的只是驱动方式的不同，本质上还是2D的水纹效果。上述方案均没有能够研发出如何通过光学系统产生一种更为逼真的3D水纹效果的方案，日常生活中，我们所看到的3D电影的原理如下：用两个镜头如人眼那样的拍摄装置，拍摄下景物的双视点图像。再通过两台放映机，把两个视点的图像同步放映，使这略有差别的两幅图像显示在银幕上，这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是重叠的，有些模糊不清，要看到立体影像，就要采取措施，使左眼只看到左图像，右眼只看到右图像。从放映机射出的光通过偏振片后，就成了偏振光，左右两架放映机前的偏振片的偏振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直，观众使用对应上述的偏振光的偏振眼镜观看，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会看到立体景像，这就是立体电影的原理。那么如何同样的利用光学原理来达到水纹流动的3D效果是本技术要解决的问题，在此先对一些公知的光学名词进行解释，发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd，发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。这个量是表明发光体在空间发射的汇聚能力的，可以说，发光强度就是描述了光源到底有多亮。上述引用自百度百科。通过上文及日常生活可理解一种现象，如果1个点光源在一个成像面上成像为A，A分为a1、a0两个区域，初始状态S1：a1为光强高的区域，a0为光强低的区域，且a1和a0的光强差非常大，那么人眼会感觉a1亮/a0暗的明显视觉差；过渡状态S2：a1、a0光强与初始状态S1相反，即a1为光强低的区域，a0为光强高的区域，且a1和a0的光强差非常大，那么人眼会感觉a1暗/a0亮的明显视觉差；可以理解的是，当像A从初始状态S1切换到过渡状态S2时，则人眼会产生亮度的跳跃视觉感，光强差越大越明显；而当这个S1切换到S2的过程不断重复时，则人眼会产生2D的亮度跳跃的视觉感。通过实验可知，同时若没有看过实验但是可以理解的是，当1个点光源在一个成像面上成A、B两个像，且A、B的特性一样，当A、B像叠加并同时不断重复S1切换到S2的过程时，则人眼即会产生3D的亮度起伏效果。由上述，可以理解的是，此光学系统的技术要点在于1-点光源；2-在同一个成像面成2个像；3-每个像由光强差很大的各个区域组成；4-同一区域光强差连续不断的变化。在公开号为CN105066058B的专利技术专利一种动态光投射装置中，其在文献中提到“所述LED光源的发光角度为180°；所述LED光源长度和宽度与所述摆动透光片和固定透光片的焦距的比例为1:30，所述摆动透光片和固定透光片的焦距与所述铝基板和所述摆动透光片之间的距离D1的比例为3:2，所述摆动透光片和固定透光片的焦距与所述铝基板和所述固定透光片的距离D2的比例为1:1”，还提到“通过LED光源2提供单色或者多色的光，可以各种日光色和需求的颜色，发光规律符合180度lambertian发光，轴向光强最大，其他方向按照与轴向的余弦夹角进行衰减。经过摆动透光片3的自由曲面后配光变为多向，不等光强。经过固定透光片4的自由曲面后配光变为多向，高对比度配光，部分区域为亮区域，部分区域为暗区域。由于自由曲面的移动，亮区域不断移动，不同LED产生的亮区域不同步移动形成了“风力吹拂下的动态水面反射太阳光到受照物，水波纹交叉荡漾，光影斑驳”的效果。”由上文可见，其实现“1-点光源的效果”是通过LED光源长度和宽度与所述摆动透光片和固定透光片的焦距的比例为1:30，此比例明显过大，严重加大了灯具的长度；另外其光线是直接经过摆动透光片和固定透光片，出来的亮暗区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双片滑动式产生水纹3D起伏效果的灯具光学系统，其特征在于，包括光源组件、散射镜片、自由曲面平凸镜片A、自由曲面平凸镜片B；所述光源组件包括LED光源和聚光透镜组；所述LED光源发出的光线依次经过聚光透镜组、散射镜片、自由曲面平凸镜片A、自由曲面平凸镜片B后投射成像；其中，所述LED光源发出的180°全角光线经过聚光透镜组后形成光束角为45°‑110°的汇聚光线；所述聚光透镜组的焦距f1为12.5mm ≤f 1≤ 30mm；所述汇聚光线经过散射镜片后形成散射状的非线性光线，所述散射镜片一面为平面，另一面包括若干个高低不同的不规则棱台，所述棱台高度H为0.2mm ≤ H ≤ 1.4mm；所述散射状的非线性光线经过自由曲面平凸镜片A和自由曲面平凸镜片B后形成水纹形状图像效果；所述自由曲面平凸镜片A一面是平面，另外一面包括若干个长条形的自由曲面透镜c，所述若干个自由曲面透镜c呈阵列排列，所述自由曲面透镜c的投影轮廓呈水纹状，所述自由曲面透镜c的曲率半径R为‑25mm~25mm正负曲率之间连续过渡；所述自由曲面平凸镜片B一面是平面，另外一面包括所述若干个长条形的自由曲面透镜c，所述若干个自由曲面透镜c呈阵列排列；所述散射镜片、自由曲面镜片A、自由曲面镜片B三者中的任意两者在其平面内往返滑动，且滑动的两者是相对运动的。...

【技术特征摘要】
1.一种双片滑动式产生水纹3D起伏效果的灯具光学系统，其特征在于，包括光源组件、散射镜片、自由曲面平凸镜片A、自由曲面平凸镜片B；所述光源组件包括LED光源和聚光透镜组；所述LED光源发出的光线依次经过聚光透镜组、散射镜片、自由曲面平凸镜片A、自由曲面平凸镜片B后投射成像；其中，所述LED光源发出的180°全角光线经过聚光透镜组后形成光束角为45°-110°的汇聚光线；所述聚光透镜组的焦距f1为12.5mm≤f1≤30mm；所述汇聚光线经过散射镜片后形成散射状的非线性光线，所述散射镜片一面为平面，另一面包括若干个高低不同的不规则棱台，所述棱台高度H为0.2mm≤H≤1.4mm；所述散射状的非线性光线经过自由曲面平凸镜片A和自由曲面平凸镜片B后形成水纹形状图像效果；所述自由曲面平凸镜片A一面是平面，另外一面包括若干个长条形的自由曲面透镜c，所述若干个自由曲面透镜c呈阵列排列，所述自由曲面透镜c的投影轮廓呈水纹状，所述自由曲面透镜c的曲率半径R为-25mm~25mm正负曲率之间连续过渡；所述自由曲面平凸镜片B一面是平面，另外一面包括所述若干个长条形的自由曲面透镜c，所述若干个自由曲面透镜c呈阵列排列；所述散射镜片、自由曲面镜片A、自由曲面镜片B三者中的任意两者在其平面内往返滑动，且滑动的两者是相对运动的。2.根据权利要求1所述的一种双片滑动式产生水纹3D起伏效果的灯具光学系统，其特征在于，所述LED光源是单色或者多色LED，所述光源的发光面积为4mm²～16mm²。3.根据权利要求1所述的一种双片滑动式产生水纹3D起伏效果的灯具光学系统，其特征在于，所述不规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：许法卿，薛金山，
申请(专利权)人：广州达森灯光股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44