CN114660880A - 一种反射式投影成像装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种反射式投影成像装置及其设计方法，涉及光学技术领域，能够在光源照射在反射式投影成像装置时，营造出让人惊喜的投影效果。本申请实施例提供的反射式投影成像装置包括基板和设置在所述基板上的多个反射镜片，多个所述反射镜片中的至少部分所述反射镜片相对于所述基板分别朝不同的方向以不同的倾斜角倾斜设置；射向多个所述反射镜片的反射面的入射光线通过多个所述反射镜片的反射面的反射形成多个射向不同方向的反射光线，多个所述反射光线射在投影面上形成分布在所述投影面上不同位置的多个投影光点；多个所述投影光点的组合形成投影图案。

Description

一种反射式投影成像装置及其设计方法

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种反射式投影成像装置及其设计方法。

背景技术

随着人们对于生活品质的追求逐渐提高，能够营造各种氛围的物件在生活中得到广泛的使用。例如能够通过光照反射出各种特定图案的反射投影装置，这些反射投影装置通常具有光滑平整的反射面，反射面上雕刻有各类图案，反射面能够将照射在其上的光线反射到投影面上，从而在投影面上形成雕刻的图案。

然而，这些反射投影装置通过肉眼直接观察反射面上雕刻的图案即可看出所要投影的图案，难以营造出让人惊喜的投影效果。

发明内容

本申请实施例提供一种反射式投影成像装置，能够营造出让人惊喜的投影效果。

本申请实施例提供的反射式投影成像装置，包括基板和设置在所述基板上的多个反射镜片，多个所述反射镜片中的至少部分所述反射镜片相对于所述基板分别朝不同的方向以不同的倾斜角倾斜设置；多个所述反射镜片呈阵列排布；

射向多个所述反射镜片的反射面的入射光线通过多个所述反射镜片的反射面的反射形成多个射向不同方向的反射光线，多个所述反射光线射在投影面上形成分布在所述投影面上不同位置的多个投影光点；多个所述投影光点的组合形成投影图案。

本申请实施例的反射式投影成像装置，肉眼无法通过观察基板上各反射镜片而获知投影的图案，只有在光源照射在反射式投影成像装置上并将光线反射到投影面上时，才能看到投影图案，从而能够在光源照射在反射式投影成像装置时，营造出让人惊喜的投影效果。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置，所述基板上设置有多个镜片放置台，各所述镜片放置台的远离所述基板的一端均具有一个镜片放置面，各所述镜片放置面上均设置有一个所述反射镜片。镜片放置台用于放置反射镜片，镜片放置面的倾斜方向和倾斜角度与对应的反射镜片的倾斜方向和倾斜角度一致，这样能通过改变镜片放置台上镜片放置面的倾斜方向和倾斜角度来实现反射镜片的反射方向调节。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置，所述反射镜片的反射面为平面或凹面，所述反射镜片的远离所述反射面的一面贴合连接在所述镜片放置面上。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置，所述反射镜片的形状为正六边形，多个所述反射镜片呈蜂窝型阵列排布。这样多个反射镜片能够呈蜂窝型阵列排布，从而使基板上各反射镜片的排布更加地整洁有序。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置，所述基板的外周侧设有直立框，所述基板的外周壁与所述直立框的内周壁铰接，所述基板可相对所述直立框转动。这样，将基板与直立框之间转动到一定的角度，可使直立框的下端与基板下端分别形成支撑面，从而能够将本申请的反射式投影成像装置稳定架设在桌面、地面等平面上。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置，所述反射镜片为玻璃镜片或金属镜片。

在其中一种可能的实施方式中，所述基板为塑料基板或金属基板。

本申请实施例还提供一种反射式投影成像装置的设计方法，用于设计上述反射式投影成像装置，包括如下步骤：

确定投影面的位置、光源的位置、基板的位置；

确定所需形成的投影图案，并根据所需形成的投影图案，确定生成所述投影图案的各投影光点的坐标位置；

根据所述投影光点的数量确定反射镜片的数量，并对各所述反射镜片进行排布，确定各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置；

根据所述光源的位置、各反射镜片的反射面上中心点的坐标位置以及各所述投影光点的坐标位置计算各反射镜片的反射面的法向量；

根据各反射镜片的反射面的法向量计算反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角；

根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置和各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在所述基板上设置各所述反射镜片。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置的设计方法，在所述根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置和各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在所述基板上设置各所述反射镜片的步骤中，还包括：

根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置，在所述基板上设置与各所述反射镜片位置一一对应的镜片放置台；

根据各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在镜片放置台上设置与所述反射镜片的反射面平行的镜片放置面。

在其中一种可能的实施方式中，本申请实施提供的反射式投影成像装置的设计方法，在所述根据所述投影光点的数量确定反射镜片的数量，并对各所述反射镜片进行排布，确定各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置的步骤中，所述反射镜片的排布方式为阵列排布。

本申请实施提供的反射式投影成像装置的设计方法，能够根据所要呈现的投影图案计算出基板上各反射镜片相对于基板的倾斜方向和倾斜角，从而能更方便地设计、制造该反射式投影成像装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例的反射式投影成像装置的结构示意图；

图2是本申请实施例的反射式投影成像装置中其中一个反射镜片的位置关系示意图；

图3是本申请实施例的反射式投影成像装置的成像示意图；

图4是本申请实施例的反射式投影成像装置的设计方法的设计原理示意图。

附图标记说明：

10-基板； 20-反射镜片；

21-反射面； 30-镜片放置台；

31-镜片放置面； 40-直立框；

50-投影图案； 51-投影光点；

60-光源。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的实施方式进行详细描述。

参见图1-图3所示，本申请实施例提供的反射式投影成像装置，包括基板10和设置在基板10上的多个反射镜片20，多个反射镜片20中的至少部分反射镜片20相对于基板10分别朝不同的方向以不同的倾斜角倾斜设置。其中，基板10为反射镜片20的固定板，可以是塑料、金属等材质。反射镜片20可以是玻璃镜片、金属镜片等具有反射面21的镜片，反射镜片20的反射面21朝向投影成像装置的外侧，用于接收和反射光线。

参见图3所示，射向多个反射镜片20的反射面21的入射光线通过多个反射镜片20的反射面21的反射形成多个射向不同方向的反射光线，多个反射光线射在投影面上形成分布在投影面上不同位置的多个投影光点51，多个投影光点51的组合形成投影图案50。其中，入射光线的光源60可以是太阳光。

本申请实施例提供的反射式投影成像装置，由于投影图案50由多个投影光点51组合形成，投影光点51又是由多个反射光线射在投影面上形成，且多个反射光线是通过多个相对于基板10分别朝不同的方向以不同的倾斜角倾斜设置反射镜片20决定射出的方向。因此，在需要投影不同的投影图案50时，可通过调整各反射镜片20的倾斜方向和倾斜角度，使反射光线在投影面上的投影光点51的位置发生改变，就能在投影面上形成不同的投影图案50。这样，反射式投影成像装置所呈现的投影图案50并不取决于各个反射镜片20在基板10上的排布位置，而是取决于基板10上各反射镜片20的倾斜方向和倾斜角度，即使是各个反射镜片20在基板10上的排布位置一致的两个反射式投影成像装置，也能投射出不同的投影图案50，故肉眼无法通过观察基板10上各反射镜片20而获知投影的图案，只有在光源60照射在反射式投影成像装置上并将光线反射到投影面上时，才能看到投影图案50，从而能够在光源60照射在反射式投影成像装置时，营造出让人惊喜的投影效果。

并且，在实际生产时，无需根据投影图案50的不同来设置各个反射镜片20在基板10上的排布位置。能保证反射镜片20在基板10上排布位置的一致性，不会因为要排列出不同图案而造成反射镜片20在基板10上排布各异，使得投影成像装置的外形更加整洁美观。

具体的，多个反射镜片20呈阵列排布，这样能够使基板10上各反射镜片20的排布整洁有序。其中，反射镜片20的形状可设置为正六边形，这样多个反射镜片20能够呈蜂窝型阵列排布，从而使基板10上各反射镜片20的排布更加地整洁有序。

当然，反射镜片20的形状也可设置为圆形、正方形或者其它形状，多个反射镜片20在基板10上也可以呈其他形式排布。

参见图1和图2所示，本申请实施例中，基板10上设置有多个镜片放置台30，各镜片放置台30的远离基板10的一端均具有一个镜片放置面31，各镜片放置面31上均设置有一个反射镜片20。镜片放置台30用于放置反射镜片20，镜片放置面31的倾斜方向和倾斜角度与对应的反射镜片20的倾斜方向和倾斜角度一致，这样能通过改变镜片放置台30上镜片放置面31的倾斜方向和倾斜角度来实现反射镜片20的反射方向调节。

具体的，反射镜片20的反射面21为平面或凹面，反射镜片20的远离反射面21的一面贴合连接在镜片放置面31上。

参见图1所示，本申请实施例中，在基板10的外周侧还设有直立框40，基板10的外周壁铰接在直立框40的内周壁上，使基板10能够相对直立框40转动。这样，将基板10与直立框40之间转动到一定的角度，可使直立框40的下端与基板10下端分别形成支撑面，从而能够将本申请的反射式投影成像装置稳定架设在桌面、地面等平面上。

参见图4所示，上述反射式投影成像装置的设计方法包括如下步骤：

S1、确定投影面的位置、光源的位置、基板的位置。

建立空间直角坐标系o-xyz，将投影面设定在xoz平面，光源的位置设定在S点，基板设定为于垂直xoz平面，基板的法向量为

S2、确定所需形成的投影图案，并根据所需形成的投影图案，确定生成投影图案的各投影光点的坐标位置。

投影图案由各投影光点组合形成，根据所需形成的投影图案即可知各投影光点的坐标位置，其中，投影图案中某一投影光点T的坐标位置为(Xt，0，Zt)。

S3、根据投影光点的数量确定反射镜片的数量，并对各反射镜片进行排布，确定各反射镜片的反射面上中心点的坐标位置。

由于一个投影光点对应一个反射镜片，投影光点的数量与反射镜片的数量相同，将各反射镜片呈阵列排布在xyz坐标系中，其中某一反射镜片的反射面上中心点M的坐标位置为(0，Ym，0)。

S4、根据光源的位置、各反射镜片的反射面上中心点的坐标位置以及各投影光点的坐标位置计算各反射镜片的反射面的法向量。

某一反射镜片的反射面上中心点M的入射光线向量为

反射光线向量为

该反射镜片的反射面的法向量为

其中：

为

与x轴的夹角，θ为

在yoz平面内的投影同z轴的夹角。

S5、根据各反射镜片的反射面的法向量计算反射镜片相对于基板的倾斜方向和倾斜角；

根据上述反射镜片的反射面的法向量

和基板的法向量

即可计算反射镜片相对于基板的倾斜方向和倾斜角。

S6、根据各反射镜片的反射面上中心点的坐标位置和各反射镜片相对于基板的倾斜方向和倾斜角，在基板上设置各反射镜片。

S61、根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置，在所述基板上设置与各所述反射镜片位置一一对应的镜片放置台；

S62、根据各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在镜片放置台上设置与所述反射镜片的反射面平行的镜片放置面。

通过本实施例的反射式投影成像装置的设计方法，能够根据所要呈现的投影图案计算出基板上各反射镜片相对于基板的倾斜方向和倾斜角，从而能更方便地设计、制造该反射式投影成像装置。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种反射式投影成像装置，其特征在于，包括基板和设置在所述基板上的多个反射镜片，多个所述反射镜片中的至少部分所述反射镜片相对于所述基板分别朝不同的方向以不同的倾斜角倾斜设置，多个所述反射镜片呈阵列排布；

射向多个所述反射镜片的反射面的入射光线通过多个所述反射镜片的反射面的反射形成多个射向不同方向的反射光线，多个所述反射光线射在投影面上形成分布在所述投影面上不同位置的多个投影光点；多个所述投影光点的组合形成投影图案。

2.根据权利要求1所述的反射式投影成像装置，其特征在于，所述基板上设置有多个镜片放置台，各所述镜片放置台的远离所述基板的一端均具有一个镜片放置面，各所述镜片放置面上均设置有一个所述反射镜片。

3.根据权利要求2所述的反射式投影成像装置，其特征在于，所述反射镜片的反射面为平面或凹面，所述反射镜片的远离所述反射面的一面贴合连接在所述镜片放置面上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的反射式投影成像装置，其特征在于，所述反射镜片的形状为正六边形，多个所述反射镜片呈蜂窝型阵列排布。

5.根据权利要求1-3任一项所述的反射式投影成像装置，其特征在于，所述基板的外周侧设有直立框，所述基板的外周壁与所述直立框的内周壁铰接，所述基板可相对所述直立框转动。

6.根据权利要求1-3任一项所述的反射式投影成像装置，其特征在于，所述反射镜片为玻璃镜片或金属镜片。

7.根据权利要求1-3任一项所述的反射式投影成像装置，其特征在于，所述基板为塑料基板或金属基板。

8.一种权利要求1-7任一项所述的反射式投影成像装置的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定投影面的位置、光源的位置、基板的位置；

确定所需形成的投影图案，并根据所需形成的投影图案，确定生成所述投影图案的各投影光点的坐标位置；

根据所述投影光点的数量确定反射镜片的数量，并对各所述反射镜片进行排布，确定各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置；

根据所述光源的位置、各反射镜片的反射面上中心点的坐标位置以及各所述投影光点的坐标位置计算各反射镜片的反射面的法向量；

根据各反射镜片的反射面的法向量计算反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角；

根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置和各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在所述基板上设置各所述反射镜片。

9.跟权利要求8所述的反射式投影成像装置的设计方法，其特征在于，在所述根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置和各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在所述基板上设置各所述反射镜片的步骤中，还包括：

根据各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置，在所述基板上设置与各所述反射镜片位置一一对应的镜片放置台；

根据各所述反射镜片相对于所述基板的倾斜方向和倾斜角，在镜片放置台上设置与所述反射镜片的反射面平行的镜片放置面。

10.根据权利要求8所述的反射式投影成像装置的设计方法，其特征在于，在所述根据所述投影光点的数量确定反射镜片的数量，并对各所述反射镜片进行排布，确定各所述反射镜片的反射面上中心点的坐标位置的步骤中，所述反射镜片的排布方式为阵列排布。

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