投影设备的制作方法

1.本技术涉及投影技术领域，特别涉及一种投影设备。


背景技术：

2.激光投影技术是近几年发展迅速的一种新型投影显示技术，因具有画面对比度高、成像清晰、色彩鲜艳以及亮度高等优点，激光投影技术已成为市场上主流的发展方向。激光投影技术中投影设备的分辨率是影响激光投影技术广泛应用的重要因素。
3.目前，一种投影设备包括两个光源组件、照明组件、两个光阀以及镜头组件。光源组件发出的光束射向照明组件，照明组件将光束处理后导向两个光阀，进而通过两个光阀将光束导向镜头组件。通过双光源与双光阀的搭配，可提高投影设备的分辨率及亮度。
4.但是，上述投影设备中各元器件繁多，可能导致投影设备的尺寸较大，难以满足投影设备轻量化的要求。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种投影设备。所述技术方案如下：
6.根据本技术的第一方面，提供了一种投影设备，所述投影设备包括沿光路依次设置的光源组件、光机照明系统以及镜头组件；
7.所述光源组件包括第一光源以及第二光源，所述第一光源与所述第二光源沿第一方向叠加放置；
8.所述光机照明系统包括光导管、照明镜组以及光阀，所述光阀具有长方形的显示面，所述光导管的横截面为长方形，所述横截面的长边与所述第一方向平行，所述横截面的短边与所述光阀的显示面的短边平行。
9.可选地，所述横截面的长边与所述光阀的显示面垂直。
10.可选地，所述照明镜组包括沿光路依次设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜及所述第二透镜的主光轴与所述光导管的轴线平行，所述第三透镜的主光轴与所述显示面之间存在夹角。
11.可选地，所述第三透镜的主光轴与所述显示面之间的夹角小于等于34度。
12.可选地，所述光机照明系统还包括反向全内反射棱镜以及补偿棱镜，所述反向全内反射棱镜为直角棱镜，所述直角棱镜包括两个相互垂直的第一面和第二面，以及与所述第一面和所述第二面连接的斜面，所述补偿棱镜与所述全内反射棱镜的斜面胶合。
13.可选地，所述补偿棱镜包括楔形棱镜，所述第三透镜与所述补偿棱镜胶合。
14.可选地，所述光机照明系统还包括反向全内反射棱镜，所述反向全内反射棱镜为直角棱镜，所述直角棱镜包括两个相互垂直的第一面和第二面，以及与所述第一面和所述第二面连接的斜面，所述第三透镜与所述反向全内反射棱镜的斜面胶合。
15.可选地，所述光源组件还包括合光件以及扩散组件，所述合光件位于所述第一光源和所述第二光源的出光侧，所述扩散组件位于所述合光件的出光侧，所述扩散组件包括
扩散轮或扩散片。
16.可选地，所述光机照明系统还包括反射镜，所述反射镜位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
17.可选地，所述投影设备还包括振镜，所述振镜位于所述镜头组件与所述反向全内反射棱镜之间。
18.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
19.提供一种投影设备，该投影设备包括沿光路放置的第一光源、第二光源、光导管以及一个光阀，第一光源与第二光源沿第一方向叠加放置，光导管的横截面的长边与第一方向平行，短边与光阀的显示面的短边平行。如此设置第一光源和第二光源、光导管以及光阀之间对应的摆放位置，并采用双光源与单光阀的组合，使得该投影设备应用较少的光学元件即可达到较高的分辨率和亮度，同时减小了该投影设备的体积。解决了相关技术中投影设备的尺寸较大的问题，达到了减少投影设备的尺寸的效果。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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获得其他的附图。
21.图1是本技术实施例提供的一种投影设备的结构示意图；
22.图2是图1所示投影设备的照明组件的立体视图；
23.图3是图1所示投影设备的左视图；
24.图4是本技术实施例提供的一种反向全内反射棱镜组件对比图；
25.图5是本技术实施例提供的一种第三透镜与补偿棱镜胶合的结构示意图；
26.图6是本技术实施例提供的一种第三透镜与反向全内反射棱镜胶合的结构示意图。
27.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
28.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
29.图1是本技术实施例提供的一种投影设备的结构示意图，如图1所示，该投影设备包括沿光路依次设置的光源组件11、光机照明系统12以及镜头组件13。其中，光机照明系统12位于光源组件11与镜头组件13之间，光源组件11出射光束，光机照明系统12接收光束并对光束进行处理，进而将光束导向镜头组件13。
30.光源组件11包括第一光源111以及第二光源112，第一光源111与第二光源112沿第一方向y叠加放置。第一光源111和第二光源112可以为激光光源，激光光源可以包括一个或多个激光器。
31.光机照明系统12包括光导管121、照明镜组122以及光阀123。其中，光导管121(又称匀光棒)，用于对光源组件11发射的光束进行匀化整形，并将整形后的光束出射至照明镜组122。同时，光导管121的长度方向z与光源组件11出射光束的方向平行。照明镜组122用于对光束进行折射及汇聚，然后将处理后的光束出射至光阀123。光阀123用于对接收到的光束进行调制处理，并将调制后的光束出射，镜头组件13用于接收光束并配合其他元件进行成像。
32.图2是图1所示投影设备的照明组件的立体视图，如图2所示，光阀123具有长方形的显示面，光导管121的横截面为长方形，横截面的长边a与第一方向y平行，横截面的短边b与光阀123的显示面的短边c平行。如此结构，使得经光导管121出射的光束的光斑形状与光阀123的显示面的形状尽可能的贴合。
33.综上所述，本技术实施例提供一种投影设备，该投影设备包括沿光路放置的第一光源、第二光源、光导管以及一个光阀，第一光源与第二光源沿第一方向叠加放置，光导管的横截面的长边与第一方向平行，短边与光阀的显示面的短边平行。如此设置第一光源和第二光源、光导管以及光阀之间对应的摆放位置，并采用双光源与单光阀的组合，使得该投影设备应用较少的光学元件即可达到较高的分辨率和亮度，同时减小了该投影设备的体积。解决了相关技术中投影设备的尺寸较大的问题，达到了减少投影设备的尺寸的效果。
34.光机照明系统光机照明系统
35.可选地，请参考图2，横截面的长边a与光阀123的显示面垂直。光导管的横截面的长边a与第一方向y(即第一光源与第二光源叠加的方向)平行，且光导管的横截面的短边b与光阀123的显示面的短边c平行的同时，光导管的横截面的长边a与光阀123的显示面垂直，如此结构，经光导管121整形后的光束通过透镜等元件进入光阀123时，该光束的光斑与光阀123的显示面的形状尽可能的贴合，即该光斑的较长边与光阀123的显示面的长边对应，较短边与光阀123的显示面的短边对应。使得光斑均匀地覆盖在光阀123的显示面上，以此减少光能的浪费，并提高了该投影设备的光利用率。
36.同时，可有效提高该投影设备的分辨率，进而输出高分辨率高亮度的投影画面。
37.其中，光阀可以包括数字微镜器件(英文：digital micro-mirror device，简称dmd)，可以对光进行数字化调制。该数字微镜器件可以包括多个高速数字式光反射微镜组成的阵列，这个阵列对应于投影图像中的光线，当这些微镜和数字信号、光源以及投影镜头协同工作时，可以把图像真实的还原出来。
38.通过数字信号激活各个微镜下的微型电极，微型电极会推动微镜的镜面迎向或避开光源，当微镜的镜面迎向光源时(即微镜处于开启状态)，会将一个白色像素点通过镜头组件反射至投影设备中的荧幕，当微镜的镜面避开光源时(即微镜处于关闭状态)，微镜像素在荧幕上的位置便呈现深色。因此，光阀中的多个小型反射镜一一对应一个像素，反射镜的数量便决定了光阀的显示分辨率。示例性的，4k分辨率的光阀，其微镜阵列排布可以为4096*2160。本技术实施例中，投影系统中的光阀的尺寸可以为0.98英寸。
39.在本技术实施例中，在数字微镜器件的工作过程可以包括：微镜通过转动来反射光线，每个微镜的转动均由位于每个微镜下的微型电极控制。同时，每个微镜在一次旋转过程中反射一种颜色。例如，投射紫色像素的微镜只负责在荧幕上投射红蓝光(红色光与蓝色光组合为紫色光)，投射橘色像素的微镜只负责在荧幕上按比例反射红绿光(红色光所占比
例较高，绿色光所占比例较低)。因微镜镜面的开合速度较快，光线通过镜头组件投射至荧幕，人类的视觉器官将快速闪动的三色光混在一起，又因存在视觉暂留现象，可在荧幕上看到清晰的图像。
40.可选地，照明镜组122包括沿光路依次设置的第一透镜1221、第二透镜1222以及第三透镜1223，第一透镜1221及第二透镜1223的主光轴与光导管121的轴线平行，第三透镜1223的主光轴与光阀123的显示面之间存在夹角。透镜的主光轴是指通过透镜的光心并垂直透镜的轴线，如图1所示，第一透镜1221的主光轴以及第二透镜1222的主光轴重合，且两透镜的主光轴平行与光导管121的轴线平行。
41.第一透镜1221用于接收光源组件出射的光束并对光束进行汇聚及准直处理，第二透镜1222用于接收第一透镜1221出射的光束，并进一步汇聚光束，使得第二透镜1222出射的光束的光斑尺寸更小。此外，如图2所示，第三透镜1223倾斜一定角度放置，即第三透镜1223的主光轴与光阀123的显示面之间存在夹角，如此结构，可平衡该投影设备中各视场的光程，以达到更好的投影效果。
42.其中，第一透镜1221可以为球面透镜，也可以为非球面透镜；第二透镜1222可以为球面透镜，也可以为非球面透镜；第三透镜1223可以为球面透镜，也可以为非球面透镜。具体透镜规格选择本技术实施例在此不做限定。
43.可选地，图3是图1所示投影设备的左视图，为使视图清晰，图3略去部分组件，如图3所示，第三透镜1223的主光轴k与显示面s之间的夹角α小于等于34度。如此结构，将第三透镜1223的主光轴k与光阀123的显示面s之间的夹角α控制在一定范围内，使得第三透镜1223更好的发挥其平衡视场光程的作用，进而使该投影设备能够呈现更好的投影效果。同时，缩短了该投影设备在第一方向(即垂直于光阀的显示板的方向)y的距离，进一步减少了整机厚度。
44.可选地，如图1及图3所示，光机照明系统12还包括反向全内反射棱镜124以及补偿棱镜125，反向全内反射棱镜124可以为直角棱镜，直角棱镜包括两个相互垂直的第一面m1和第二面m2，以及与第一面m1和第二面m2连接的斜面m3，补偿棱镜125与反向全内反射棱镜124的斜面m3胶合。在该投影设备中，第一透镜1221接收到光源组件11出射的光束后，将光束导向第二透镜1222，第二透镜1222将接收到的光束导向第三透镜1223，经第一透镜1221及第二透镜1222汇聚处理后的光束进入第三透镜1223，第三透镜1223将光束导向补偿棱镜125，补偿棱镜125缩小光束的光斑尺寸后将光束导向反向全内反射棱镜124，进而由反向全内反射棱镜124输出至光阀123，进而由光阀123将光束反射向反向全内反射棱镜124，并由反向全内反射棱镜124将光束导向镜头组件13。其中，补偿棱镜125缩小光斑尺寸的同时折射光束，从而可以缩小反向全内反射棱镜124接受光的面积，以此缩小反向全内反射棱镜124的尺寸，同时，反向全内反射棱镜124的尺寸的减小有利于缩短镜头组件后的工作距离，缩小镜头尺寸，使得该投影设备的整体尺寸较小，外形更为美观轻薄。
45.可选地，如图3所示，反向全内反射棱镜(英文：reverse total internal reflection，缩写：rtir)为等腰直角三棱镜，其中等腰直角三棱镜的斜面m3为接收入射光束的入光面，反向全内反射棱镜124可以将补偿棱镜125射出的光束导向光阀123，再将从光阀123反射回来的光束导向镜头组件13，如此实现投影功能。
46.此外，当反向全内反射棱镜用于照明时，在照明光路中实现的是折射功能，可以将
入射到棱镜上的光折射至光阀上；当反向全内反射棱镜用于超短焦镜头系统时，反向全内反射棱镜将光阀反射出的光全反射至镜头，如此可节约光能，实现光能的高效率转化。
47.光机照明系统12还包括反向全内反射棱镜124以及补偿棱镜125，补偿棱镜125与反向全内反射棱镜124的斜面m3胶合，具体连接方式本技术实施例在此不做限定。
48.图4是本技术实施例提供的一种反向全内反射棱镜组件对比图，如图4所示，图中虚线框三棱镜为反向全内反射棱镜a，虚线光束为直接射入反向全内反射棱镜的光束路线，h1为反向全内反射棱镜的斜面接收光束时所需要的长度。图中实线框三棱镜为补偿棱镜g与反向全内反射棱镜a1的组合棱镜，从第三透镜射出的光束先进入补偿棱镜g，补偿棱镜g缩小入射光束的光斑尺寸并对光束进行折射，缩小光斑尺寸且通过折射改变了光路方向的光束进入反向全内反射棱镜a1，h2为补偿棱镜g与反向全内反射棱镜a1组合时接收光束时所需要的长度，h1大于h2。且a1的体积小于a的体积，因此，通过补偿棱镜与反向全内反射棱镜搭配，对光路进行了折射，减小了反向全内反射棱镜接收光束的面积，因此可以减小反向全内反射棱镜的尺寸，进一步减小投影设备的整机尺寸。
49.此外，补偿棱镜的折射率越高，反向全内反射棱镜的尺寸可以越小。其中补偿棱镜的折射率与补偿棱镜的材质相关，具体材质本技术实施例不做限定。
50.可选地，图5是本技术实施例提供的一种第三透镜与补偿棱镜胶合的结构示意图，如图5所示，补偿棱镜125包括楔形棱镜，第三透镜1223与补偿棱镜124胶合。其中，补偿棱镜124可以为楔形棱镜，如此结构，可进一步缩减反向全内反射棱镜124的尺寸，进而控制该投影设备的整机尺寸，使得该投影设备的外形更为轻薄简约，加强其实用性及美观性。
51.当第三透镜1223的主光轴与光阀123的显示面之间的夹角为34度时，该第三透镜1223可直接与补偿棱镜124的入光面胶合，即第三透镜1223的出光面与补偿棱镜的入光面贴合，第三透镜1223将光束导向补偿棱镜，补偿棱镜125缩小光束的光斑尺寸后将光束导向反向全内反射棱镜124，进而由反向全内反射棱镜124输出至光阀123，进而由光阀123将光束反射向反向全内反射棱镜124，并由反向全内反射棱镜124将光束导向镜头组件。其中，第三透镜1223的出光面与补偿棱镜125的入光面重叠，第三透镜123出射的光束可直接进入补偿棱镜124，再由补偿棱镜124对光束进行进一步的处理，如此结构，可提高光路的传递效率并缩短光路的长度，光路的长度缩短的同时，该投影设备的尺寸也随之减小，达到了投影设备轻量化的要求。
52.可选地，图6是本技术实施例提供的一种第三透镜与反向全内反射棱镜胶合的结构示意图，如图6所示，光机照明系统12还包括反向全内反射棱镜124，反向全内反射棱镜为直角棱镜，直角棱镜包括两个相互垂直的第一面m1和第二面m2，以及与第一面m1和第二面m2连接的斜面m3，第三透镜1223与反向全内反射棱镜124的斜面m3胶合。即第三透镜1223的出光面与反向全内反射棱镜124的入光面贴合。光束通过第三透镜1223的出光面出射时，可直接进入反向全内反射棱镜124的入光面，如此结构，可提高光传导的效率以及光能利用率。同时，使反向全内反射棱镜124与第三透镜1223胶合，进一步精简了该投影设备中的光学元件，缩短了光路距离，使得该投影设备的整体尺寸较小，外形较为轻便美观。
53.可选地，请参考图1，光源组件11还包括合光件113以及扩散组件114，合光件113位于第一光源111和第二光源112的出光侧，扩散组件114位于合光件113的出光侧，扩散组件114包括扩散轮或扩散片。
54.由于光源出射的光束会出现散斑现象(散斑现象指被光束照明的物体，其表面呈现颗粒状结构)。光束具有高度相干性，因此，光束从物体表面反射时，物体上各个点到观察点的振动是相干的，观察点的光场是粗糙表面上各点发出的相干子波的叠加，又因粗糙表面的粗糙度大于光束波长，物体各点发出的子光束到达观察点的相位处于随机分布的状态，相干叠加就产生了散斑图样，且散斑图样的强度随机分布。在本技术实施例中，扩散组件可以为扩散轮或扩散片，用于对光束进行匀光处理，以减少光束光斑能量分布不均匀。
55.其中，扩散轮在工作时，沿其轴线以一定频次进行转动，转动的扩散轮可对光束在空间上产生一些随机相位，如此可对光束的相干性造成干扰，从而减少光束的光斑分布不均的现象。
56.此外，如图1所示，第一光源111以及第二光源112出射的光束，经过合光件113进行合光处理。其中,第一光源111以及第二光源112沿第一方向叠加放置，两个光源出射的光束在出光侧处，经合光件113进行合光，合光件113可对第一光源111以及第二光源112出射的光束进行均匀的合成处理，并且有效提高合光后的光束的亮度，如此结构，使得经合光件113合光处理后的光束，相较于单光源出射的光束质量更高。高质量的光束与该投影设备中的其他光学器件配合，可达到高亮度以及高分辨率的投影效果。
57.扩散组件114位于该合光件113的出光侧，如此结构，可对合光件113出射的光束作进一步的优化处理，以获取更高质量的光束。
58.可选地，光机照明系统12还包括反射镜126，反射镜126位于第二透镜1221与第三透镜1223之间。如图1所示，反射镜126用于接收第二透镜1221出射的光束，并将其导向第三透镜1223，其中，反射镜126为一平面镜。在该投影设备中，反射镜126也用于转折光路，使得该投影设备在光导管的长度方向上的尺寸较小，可进一步减小投影设备的体积，使其满足轻量化的需求。
59.可选地，反射镜126与光导管的轴线之间的夹角为45度。如此结构，反射镜126可将光机照明系统12的光轴进行90度转折，如此可以缩短光机照明系统12在光导管的长度方向z上的尺寸，进而使得该投影设备在光导管的长度方向z上的尺寸尽可能的减小，如此可更进一步减小该投影设备的体积并扩大其应用范围。
60.可选地，投影设备还包括振镜127，振镜127位于镜头组件13与反向全内反射棱镜124之间。在该投影设备中，第一光源111以及第二光源112出射的光束经合光件113进行和光后，从合光件113的出光侧射出至扩散组件114，扩散组件114对光束进行匀光处理后将光束导向第一透镜1221，第一透镜1221接收到扩散组件114出射的光束后，对其进行汇聚处理并将光束导向第二透镜1222，第二透镜1222对接收到的光束进行进一步汇聚并将光束导向第三透镜1223，然后，第三透镜1223将光束导向补偿棱镜125，补偿棱镜125缩小光束的光斑尺寸后将光束导向反向全内反射棱镜124，进而由反向全内反射棱镜124输出至光阀123，进而由光阀123将调制处理后的光束反射向反向全内反射棱镜124，并由反向全内反射棱镜124将光束导向振镜127，振镜127以预设频率震动，使得通过振镜127的光束错位叠加，然后进入镜头组件。
61.其中，振镜127可以包括光学镜片以及驱动部件，驱动部件可以驱动光学镜片以预设的转动轴不断摆动，光学镜片可以随之改变光束的方向，其中，光学镜片可以为平板玻璃。
62.示例性的，当入射至振镜上的光束为平行光束(即光束中的每条光线的入射角相同)时，振镜中的光学镜片从一个位置摆动至另一个位置后，影像光束对应的投影图像的每个像素的移位距离均相等，使得投影镜头中各视场到投影屏幕的偏移量一致，这样可以保证目视画面的高分辨率显示。其中，视场的偏移量指的是视场的实际移位距离，所以从振镜出射的光束为平行光。同时配合4k分辨率的光阀，可以通过振镜的高频振动实现4k分辨率转换为8k分辨率，如此结构，可降低系统设计难度。
63.应用了振镜之后，2k分辨率的光阀与振镜配合使用也可以达到4k分辨率，4k分辨率的光阀与振镜配合使用可以使得该投影设备的分辨率达到8k，因振镜的尺寸相比于光阀的尺寸更具优势，因此，在投影设备中设置振镜可在提升成像分辨率的同时，也能够兼顾整机尺寸。
64.在本技术实施例中，振镜127与照明组件12中的具有4k分辨率的光阀123相配合，使得该投影设备可实现4k分辨率至8k分辨率的转变。与此同时，第一光源111与第二光源112出射的光束在合光后可为投影设备提供高亮度高质量的光源，进一步提高该投影设备的成像质量。如此结构，通过双光源、单光阀加振镜的配置，使得该投影设备在实现高分辨率成像的同时，可控制整机的尺寸在一定范围内，使其外形更为轻薄美观，加强了该投影设备的实用性。
65.可选地，振镜的平面度小于3个条纹，不规则度小于1/2个条纹。平面度是指基片具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。将被测实际表面与理想平面进行比较，两者之间的线值距离即为平面度误差值；或通过测量实际表面上若干点的相对高度差，再换算以线值表示的平面度误差值。平面度误差的测量方法可以参考相关技术，本技术实施例在此不做限定。本技术所使用的反射镜的平面度小于3个条纹，不规则度小于1/2个条纹。具体的振镜的平面度本技术实施例在此不做限定。
66.在本技术实施例中，第一光源以及第二光源用于提供高亮度的照明光束；第一透镜以及第二透镜用于对照明光束进行汇聚，进一步提高光束的质量；反射镜用于对光束的方向进行转折，可缩小投影设备的整体尺寸；第三透镜用于平衡该投影设备中的视场光程；补偿棱镜用于接收第三透镜出射的光束，并将其导向与之胶合的反向全内反射棱镜；反向全内反射棱镜用于接收补偿棱镜导出的光束，并将其导向光阀，同时接收经光阀调制处理后的光束并导向振镜；光阀用于接收反向全内反射棱镜导出的光束，并对其进行调制处理形成影像光束；振镜镜头以预设频率振动，用于配合光阀将通过该振镜的光束错位叠加并进入镜头组件，镜头组件用于接收影像光束并对影像光束校正放大后投射至荧幕。
67.综上所述，本技术实施例提供一种投影设备，该投影设备包括沿光路放置的第一光源、第二光源、光导管以及一个光阀，第一光源与第二光源沿第一方向叠加放置，光导管的横截面的长边与第一方向平行，短边与光阀的显示面的短边平行。如此设置第一光源和第二光源、光导管以及光阀之间对应的摆放位置，并采用双光源与单光阀的组合，使得该投影设备应用较少的光学元件即可达到较高的分辨率和亮度，同时减小了该投影设备的体积。解决了相关技术中投影设备的尺寸较大的问题，达到了减少投影设备的尺寸的效果。
68.此外，本技术实施例还提供一种激光投影电视，该激光投影电视包括屏幕以及上述实施例提供的投影设备。
69.投影设备发出的影像光束可以投射在屏幕上，以在屏幕上形成影像画面，达到超
高清显示的效果。
70.在本技术中，术语“第一”、“第二”及“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
71.以上仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。