投影光路和投影设备的制作方法

投影光路和投影设备
1.本技术要求于2020年11月13日提交国家知识产权局、申请号为202022637744.8、发明名称为“投影光路和投影设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在申请中。
技术领域
2.本实用新型涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种投影光路和投影设备。


背景技术：

3.在光学投影显示中，采用红绿蓝三种颜色的光组合作为投影光源，为了提高投影画面的亮度，需要增加相应颜色的光线数量，即增加光通量。目前增加光通量的方式是提高相应电源的电流，由此三种颜色相应的光源能够产生更多的光线。但是红光的光源对温度较为敏感，当电流增大到一定程度时，红色光线数量增多，由此产生热效应，导致红光光源的发光效率骤降。为此，采用两种红光光源相互配合，减少红光光源产生的热效应。但是，其它颜色光源的发光效率依然较低，投影画面的整体亮度难以有效提高。


技术实现要素：

4.基于此，针对现有投影光源中，采用两种红光光源相互配合，减少红光光源产生的热效应时，其它颜射光源的发光效率较低，投影画面的整体亮度难以有效提高的问题，有必要提供一种投影光路和投影设备，旨在能够减少红光产生的热效应时，还能够提高其它颜射光源的发光效率，从而有效提升整体显示画面的亮度。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的一种投影光路，所述投影光路包括：
6.三光源系统，所述三光源系统发射第一汇聚光；
7.单光源系统，所述单光源系统发射单色波长光，所述第一汇聚光和所述单色波长光的交叉汇聚；
8.所述三光源系统包括第一光源、第二光源和第四光源，所述第一光源发出第一波长光，所述第二光源发出第二波长光，所述第四光源发出第四波长光，所述第二波长光和所述第四波长光汇聚形成第二汇聚光，所述第二汇聚光和所述第一波长光汇聚形成所述第一汇聚光，所述单光源系统包括第三光源，所述第三光源发出第三波长光，所述第一波长光、所述第二波长光和所述第三波长光的颜色均不同，所述第一波长光、所述第二波长光和所述第三波长光分别为红光、绿光和蓝光三者其中一种，所述第四波长光的波长范围为红光的波长范围内，定义所述第四波长光的波长为λ1，所述第一波长光、所述第二波长光、所述第三波长光之中设置为红光的波长为λ2，满足：λ1≠λ2；以及
9.激发光源，所述激发光源发出激发光线，所述激发光线射向所述三光源系统或所述单光源系统。
10.可选地，所述三光源系统还包括第一分光片，所述第一分光片设于所述第二汇聚光和所述第一波长光的交叉位置，所述激发光源设于所述第一分光片远离所述第二光源的
一侧；
11.所述第一光源为绿光光源，所述第一分光片面向所述激发光源的表面设置所述激发光线的反射膜，所述激发光线经所述第一分光片的反射向所述第一光源；
12.或者，所述第二光源为绿光光源，所述第一分光片面向所述激发光源的表面设置所述激发光线的增透膜，所述激发光线透射向所述第二光源。
13.可选地，所述三光源系统还包括第二分光片，所述第二分光片设于所述第二波长光和所述第四波长光汇聚交叉位置，所述第二分光片面向所述第二光源的表面设置第二波长光的增透膜，所述第二分光片面向所述第四光源表面设置第四波长光的反射膜。
14.可选地，所述投影光路还包括第三分光片，所述第三分光片设于所述第一汇聚光和所述第三波长光交叉位置，所述第一波长光、所述第二波长光、所述第三波长光和所述第四波长光经所述第三分光片汇聚出射。
15.可选地，所述第一波长光为绿光，所述第二波长光为红光，所述第三波长光为蓝光，所述第三分光片面向所述第一光源设置绿光和红光的增透膜，所述第三分光片面向所述第三光源设置蓝光的反射膜。
16.可选地，所述第二光源和所述第三光源设于所述第一波长光出射光路的上侧，所述激发光源设于所述第一波长光出射光路的下侧，所述第一光源和所述第四光源设于所述第二波长光出射光路的左侧，所述第一分光片的表面、所述第二分光片的表面和所述第三分光片的表面相互平行。
17.可选地，所述第二光源设于所述第一波长光出射光路的上侧，所述第三光源和所述激发光源设于所述第一波长光出射光路的下侧，所述第一光源和所述第四光源设于所述第二波长光出射光路的左侧，所述第一分光片的表面和所述第二分光片的表面相互平行，所述第一分光片的表面和所述第三分光片的表面相正交。
18.可选地，所述第二光源设于所述第一波长光出射光路的相上侧，所述第三光源和所述激发光源设于所述第一波长光出射光路的下侧，所述第一光源设于所述第二波长光出射光路的左侧，所述第四光源设于所述第二波长光出射光路的右侧，所述第二分光片的表面和所述第三分光片的表面相互平行，所述第一分光片的表面和所述第三分光片的表面相正交。
19.可选地，所述投影光路包括第一出光端面，所述第一出光端面和所述第一波长光的出射方向垂直，所述第一波长光、所述第二波长光和所述第四波长光透射于所述第三分光片，所述第三波长光反射于所述第三分光片，所述第一波长光、所述第二波长光、所述第三波长光和所述第四波长光经所述第三分光片汇聚，汇聚的所述第一波长光、所述第二波长光、所述第三波长光和所述第四波长光于所述第一出光端面射出。
20.可选地，所述投影光路包括第二出光端面，所述第二出光端面和所述第一波长光的出射方向平行，所述第一波长光、所述第二波长光和所述第四波长光反射于所述第三分光片，所述第三波长光透射于所述第三分光片，所述第一波长光、所述第二波长光、所述第三波长光和所述第四波长光经所述第三分光片汇聚，汇聚的所述第一波长光、所述第二波长光、所述第三波长光和所述第四波长光于所述第二出光端面射出。
21.此外，为了实现上述目的，本实用新型还提供一种投影设备，所述投影设备包括壳体和如上文所述的投影光路，所述投影光路设于所述壳体。
22.本实用新型提出的技术方案中，三光源系统的第二光源发出的第二波长光和第四光源发出的第四波长光汇聚形成第二汇聚光，第一光源发出的第一波长光和第二汇聚光汇聚形成第一汇聚光。单光源系统的第三光源发出的第三波长光射向第一汇聚光，完成四路光线的汇聚。其中，第一波长光、第二波长光和第三波长光分别为红光、绿光和蓝光其中一种，三种颜色光结合作为投影画面的光源。第四波长光也为红色，如此，在增加投影画面亮度时，投影光源的红色由两个光源提供，减少单个红光光源出现热效应的情况，减少发光效率骤降的问题，从而保证投影光源能够稳定工作。
23.此外，第四波长光的红色波长与第一光源、第二光源或第三光源中红光的波长不同。由此投影光路能够分成多路传递，减少第四光源的第四波长光和另外三种光源中红光的相互干扰，保证光线在同一个位置合光后出射。
24.再者，三光源系统包括第一光源、第二光源和第四光源，而第三光源设置在单光源系统内，三光源系统和单光源系统可以独立安装，由此通过两次安装完成投影光路中光源的安装，从而提高安装效率。
25.进一步地，设置两个光源系统便于快速完成摆放，如此能够简化光路设设计。
26.进一步地，通过激光光源的设置，激发光源的激发光线射向三光源系统或单光源系统，从而提高光线的出光效率。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
28.图1为本实用新型投影光路第一实施例的结构示意图；
29.图2为本实用新型投影光路第二实施例的结构示意图；
30.图3为本实用新型投影光路第三实施例的结构示意图。
31.附图标号说明：
32.标号名称标号名称1三光源系统620第二准直透镜2单光源系统710第一分光片10第一光源720第二分光片20第二光源730第三分光片30第三光源810第一聚光镜40第四光源820第二聚光镜50激发光源910第一出光端面60准直镜组920第二出光端面610第一准直透镜
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33.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
38.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
39.在光学投影显示中，采用红绿蓝三种颜色的光组合作为投影光源，为了提高投影画面的亮度，通常增加相应电源的电流，由此三种颜色相应的光源能够产生更多的光线。但是红光的光源对温度较为敏感，当电流增大到一定程度时，红色光线数量增多，由此产生热效应，导致红光光源的发光效率骤降。为此，采用两种红光光源相互配合，减少红光光源产生的热效应。但是，其它颜色光源的发光效率依然较低，投影画面的整体亮度难以有效提高。
40.为了解决上述问题，参阅图1所示，本实用新型提供一种投影光路，投影光路包括：三光源系统1、单光源系统2和激发光源50。三光源系统1发射第一汇聚光，单光源系统2发射单色波长光，第一汇聚光和单色波长光的交叉汇聚。三光源系统1包括第一光源10、第二光源20和第四光源40，第一光源10发出第一波长光，第二光源20发出第二波长光，第四光源40发出第四波长光，第二波长光和第四波长光汇聚形成第二汇聚光，第二汇聚光和第一波长光汇聚形成第一汇聚光，单光源系统2包括第三光源30，第三光源30发出第三波长光，第一波长光、第二波长光和第三波长光的颜色均不同，第一波长光、第二波长光和第三波长光分别为红光、绿光和蓝光三者其中一种，也就是说，第一波长光为绿光时、第二波长光可以为红光、第三波长光为蓝光，或者，第一波长光为绿光时、第二波长光可以为蓝光、第三波长光为红光。也可以是，第一波长光为红光时、第二波长光可以为绿光、第三波长光为蓝光，或者，第一波长光为红光时、第二波长光可以为蓝光、第三波长光为绿光。还可以是，第一波长光为蓝光时、第二波长光可以为绿光、第三波长光为红光，或者，第一波长光为蓝光时、第二波长光可以为红光、第三波长光为绿光。第一波长光、第二波长光和第三波长光三种光的颜
色在红光、绿光和蓝光三者之中选择，且三种波长光的颜色各不相同。第四波长光的波长范围为红光的波长范围内，定义第四波长光的波长为λ1，第一波长光、第二波长光、第三波长光之中设置为红光的波长为λ2，满足：λ1≠λ2；例如，红光的波长范围在600nm～740nm之间，第一波长光为红光，第一波长光的波长λ2＝620nm，则第四波长光的波长λ1＝650nm。再例如，第一波长光的波长λ2＝625nm，则第四波长光的波长λ1＝660nm。其中，第一光源10、第二光源20、第三光源30和第四光源40可以为发光二极管(led，light
‑
emitting diode)，也可以是半导体激光器(ld，laser diode)，还可以是超辐射半导体器件(sld，super luminescent diode)其中任意一种。单色波长光是某一颜色的波长光，单色波长光具有一定的波长范围。
41.激发光源50发出激发光线，激发光线射向三光源系统1或单光源系统2。激发光源50是一种泵浦灯，例如激发光线为蓝光，蓝色激发光线射向第一光源10或第二光源20，从而提高相应光源的荧光分子，继而提高相应光源的光线出射数量。
42.另外，作为本领域的技术人员来说，所熟知的是，任何光源发出的光都是具有一定波长范围的光束，故本技术中第一波长光是指以第一波长为主波长的光束，本技术中的第一波长光的波长指的是第一波长光的主波长。相应的，第二波长光、第三波长光、第四波长光亦是如此。其中，主波长也可以理解为中心波长。
43.本实施例提出的技术方案中，三光源系统1的第二光源20发出的第二波长光和第四光源40发出的第四波长光汇聚形成第二汇聚光，第一光源10发出的第一波长光和第二汇聚光汇聚形成第一汇聚光。单光源系统2的第三光源30发出的第三波长光射向第一汇聚光，完成四路光线的汇聚。其中，第一波长光、第二波长光和第三波长光分别为红光、绿光和蓝光其中一种，三种颜色光结合作为投影画面的光源。第四波长光也为红色，如此，在增加投影画面亮度时，投影光源的红色由两个光源提供，减少单个红光光源出现热效应的情况，减少发光效率骤降的问题，从而保证投影光源能够稳定工作。
44.此外，第四波长光的红色波长与第一光源10、第二光源20或第三光源30中红光的波长不同。由此投影光路能够分成多路传递，减少第四光源40的第四波长光和另外三种光源中红光的相互干扰，保证光线在同一个位置合光后出射。
45.再者，三光源系统1包括第一光源10、第二光源20和第四光源40，而第三光源30设置在单光源系统2内，三光源系统1和单光源系统2可以独立安装，由此通过两次安装完成投影光路中光源的安装，从而提高安装效率。
46.进一步地，设置两个光源系统便于快速完成摆放，如此能够简化光路设设计。
47.进一步地，通过激光光源的设置，激发光源50的激发光线射向三光源系统1或单光源系统2，从而提高光线的出光效率。激发光线射向绿光光源后，能够增加绿光光源的荧光分子。由此可知，激发光线射向绿光光源，第一光源10哪个是绿光光源，激发光线就射向哪个光源。
48.在上述实施例中，为了保证激发光线能够准确的射向第一光源10或第二光源20，三光源系统1还包括第一分光片710，第一分光片710设于第二汇聚光和第一波长光的交叉位置，激发光源50设于第一分光片710远离第二光源20的一侧。
49.第一光源10为绿光光源，第一分光片710面向激发光源50的表面设置激发光线的反射膜，激发光线经第一分光片710的反射向第一光源10；激发光线为蓝光，经过第一分光
片710的反射，蓝光的激发光线射向第一光源10后，提高了绿光的荧光分子，从而提高了绿光的出光数量。
50.或者，第二光源20为绿光光源，第一分光片710面向激发光源50的表面设置激发光线的增透膜，激发光线透射向第二光源20。经过第一分光片710的透射，蓝光的激发光线射向第二光源20后，提高了绿光的荧光分子，从而提高了绿光的出光数量。
51.在上述实施例中，为了使第二波长光和第四波长光有效汇聚，三光源系统1还包括第二分光片720，第二分光片720设于第二波长光和第四波长光汇聚交叉位置，第二分光片720面向第二光源20设置第二波长光的增透膜，第二分光片720面向第四光源40设置第四波长光的反射膜。通过第二分光片720对第四波长光的反射和对第二波长光的透射，使第二波长光和第四波长光在第二分光片720的同一表面出射，从而完成第二波长光和第四波长光的汇聚。其中，第二波长光的增透膜和第四波长光的反射膜可以设于第二分光片720的同一表面，也可分设于第二分光片720的两个表面。
52.为了使第三波长光和第一汇聚光有效汇聚，投影光路还包括第三分光片730，第三分光片730设于第一汇聚光和第三波长光交叉位置，第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光经第三分光片730汇聚出射。
53.具体地，投影光路包括第一出光端面910，第一出光端面910和第一波长光的出射方向垂直，第一波长光、第二波长光和第四波长光透射于第三分光片730，第三波长光反射于第三分光片730，第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光经第三分光片730汇聚，汇聚的第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光于第一出光端面910射出。其中，在第三分光片730面向第一分光片710设置第一波长光、第二波长光和第四波长光的增透膜，在第三分光片730面向第三光源30设置第三波长光的反射膜。从而在第三分光片730透射第一波长光、第二波长光和第四波长光，反射第三波长光的情况下，能够使第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光汇聚合并，并在第一出光端面910出射。其中，第一波长光、第二波长光和第四波长光的增透膜，以及第三波长光的反射膜可以设于第三分光片730的同一表面，也可分设于第三分光片730的两个表面。
54.例如，第一波长光为绿光，第二波长光为红光，第三波长光为蓝光，第三分光片730面向第一光源10设置绿光和红光的增透膜，第三分光片730面向第三光源30设置蓝光的反射膜。绿光和红光的波长范围接近，通过第三分光片730能够获得更高的通过率。同样可知，第二波长光和第四波长光均为红光，虽然二者波长不同，但是波长范围接近，通过第三分光片730能够获得更高的通过率。由此可知，三光源系统1包括绿光光源和红光光源，单光源系统包括蓝光光源，如此能够进一步提高出光量，减少由于波长范围差距较远导致出光量降低。
55.另外，本实施例还提供另一出光方向，投影光路包括第二出光端面920，第二出光端面920和第一波长光的出射方向平行，第一波长光、第二波长光和第四波长光反射于第三分光片730，第三波长光透射于第三分光片730，第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光经第三分光片730汇聚，汇聚的第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光于第二出光端面920射出。其中，在第三分光片730面向第一分光片710设置第一波长光、第二波长光和第四波长光的反射膜，在第三分光片730面向第三光源30设置第三波长光的增透膜。从而在第三分光片730反射第一波长光、第二波长光和第四波长光，透射第三波长
光的情况下，能够使第一波长光、第二波长光、第三波长光和第四波长光汇聚合并，并在第二出光端面920出射。其中，第一波长光、第二波长光和第四波长光的反射膜，以及第三波长光的增透膜可以设于第三分光片730的同一表面，也可分设于第三分光片730的两个表面。
56.再者，投影光路包括若干准直镜组60，准直镜组60至少设于第一光源10、第二光源20、第三光源30或第四光源40其中之一的出光方向中，通过准直镜组60能够使相应的光线准确的射向相应的位置。例如，准直镜组60包括第一准直透镜610和第二准直透镜620，第一准直透镜610面向相应的光源设置，第二准确透镜背向相应的光源设置，第一准直透镜610和第二准直透镜620为球面透镜、非球面透镜或自由曲面透镜的其中任意一种。准直镜组60还可以包括三个准直透镜，三个准直透镜也可以为球面透镜、非球面透镜或自由曲面透镜的其中任意一种。
57.另外，为了减少第一汇聚光的发散，投影光路还包括第一聚光镜810，第一聚光镜810设于第一分光片710和第三分光片730之间的光路中。通过第一聚光镜810的聚光作用能够使第一汇聚光收拢会聚，在进一步混合第一波长光和第二汇聚光的同时，还能够减少第一汇聚光的发散。
58.进一步地，为了减少光线的发散，投影光路还包括第二聚光镜820，第二聚光镜820设于第二分光片720和第三分光片730之间的光路中，汇聚的第二波长光和第四波长光射向第二聚光镜820。通过第二聚光镜820的聚光作用能够使汇聚的第二波长光和第四波长光收拢会聚，从而减少光线的发散。
59.再次参阅图1所示，为了依据安装空间，灵活的调整投影光路的安装位置，第二光源20和第三光源30设于第一波长光出射光路的上侧，激发光源50设于第一波长光出射光路的下侧，第一光源10和第四光源40设于第二波长光出射光路的左侧，第一分光片710的表面、第二分光片720的表面和第三分光片730的表面相互平行。例如，第一分光片710面向第一光源10的表面和第一波长光的入射角为45
°
，第一分光片710、第二分光片720以及第三分光片730三者相互平行。如此，顺利保证光线的发射和透射，进而使四路光线有效的完成汇聚。
60.参阅图2所示，第二光源20设于第一波长光出射光路的上侧，第三光源30和激发光源50设于第一波长光出射光路的下侧，第一光源10和第四光源40设于第二波长光出射光路的左侧，第一分光片710的表面和第二分光片720的表面相互平行，第一分光片710的表面和第三分光片730的表面相正交。例如，第一分光片710面向第一光源10的表面和第一波长光的入射角为45
°
，第一分光片710和第二分光片720平行设置，第一分光片710和第三分光片730正交设置，两者夹角为90
°
。如此，顺利保证光线的发射和透射，进而使四路光线有效的完成汇聚。
61.参阅图3所示，第二光源20设于第一波长光出射光路的相上侧，第三光源30和激发光源50设于第一波长光出射光路的下侧，第一光源10设于第二波长光出射光路的左侧，第四光源40设于第二波长光出射光路的右侧，第二分光片720的表面和第三分光片730的表面相互平行，第一分光片710的表面和第三分光片730的表面相正交。例如，第一分光片710面向第一光源10的表面和第一波长光的入射角为45
°
，第三分光片730和第二分光片720平行设置，第一分光片710和第三分光片730正交设置，两者夹角为90
°
。如此，顺利保证光线的发射和透射，进而使四路光线有效的完成汇聚。进一步地，本实施例中，为了避免第四光源40
对第二出光端面920造成干涉影响，可以拉长第一分光片710与第三分光片730之间的距离，从而使第二出光端面920和第四光源40拉开距离。
62.本实用新型还提供一种投影设备，投影设备包括壳体和如上文的投影光路，投影光路设于壳体。壳体具有安装空间，投影光路设置在安装空间内，壳体能够对投影光路进行保护，减少投影光路中的光学元器件被损坏的几率。同时，壳体还能够防止灰尘落入到投影光路内，从而减少灰尘对投影光路的影响。另外，壳体还能够防水，减少雨水或者汗水等液体渗入到投影光路内，避免液体对投影光路内的光学元器件造成腐蚀。
63.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。