本发明属于图像显示装置技术领域，特别涉及一种投影设备。
背景技术
投影设备是一种利用光学元件将图像的轮廓放大,并将其投影到影屏上的光学仪器，目前广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所，根据工作方式不同，有crt，lcd，dlp等不同类型。投影设备的工作原理是将白光源的混合白光通过光学元件分离为三原色(r、g、b)，对应图像上每一个像素点的特征，三种颜色的光线穿过光调制装置后形成对应特征的图像，经投影装置放大并投射到屏幕上。
目前的投影设备，虽然亮度较高，但是由于照明光源的使用不当(参见图10，光谱中蓝光成分较多，尤其是440nm的蓝光，红光成分较低)，使用者观察投影屏幕会感觉到显示不够清晰、视觉更容易劳累，长期注视投影图像，会伤害视力。
因此，作为人们学习和工作中使用率较高的一种设备，有必要对投影设备的光源进行进一步优化。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种投影设备，旨在解决现有技术中的投影设备的图像视觉感受不佳，损伤视力的技术问题。
本发明是这样实现的，一种投影设备，包括壳体以及设置于壳体内的光源装置、颜色分离装置、光调制装置、图像合成装置和光学投射装置；所述光源装置包括一个或多个准自然光led光源，所述准自然光led光源发出准自然光；所述颜色分离装置用于使所述准自然光分离成多种颜色的光线；所述光调制装置用于将所述多种颜色的光线转换成用于表示图像的调制光；所述图像合成装置用于使多种颜色的调制光合成为图像光；所述光学投射装置用于将所述图像光投射到被投射面上；所述准自然光中红色光的相对光谱功率大于0.60；所述准自然光中青色光的相对光谱功率大于0.30；所述准自然光中蓝色光的相对光谱功率小于0.75；所述准自然光中的蓝光色比小于5.7％；所述准自然光的显色指数大于95。
所述准自然光led光源包括基底层、设置于所述基底层上的至少一组发光组件，以及与所述发光组件电连接的电路；每组所述发光组件包括白光发光体和红光发光体，所述白光发光体包括蓝光芯片和覆盖所述蓝光芯片的荧光膜，所述红光发光体包括红光芯片；所述白光发光体发射的白光与所述红光发光体发射的红光混合，所述红光用于补偿所述白光相对于自然光谱缺失的红光部分，形成准自然光。
所述颜色分离装置包括多个分色镜以及多个全反射镜；或者，所述颜色分离装置包括旋转滤色片。
所述颜色分离装置与所述光调制装置之间还设有平行透镜装置，用于使每一颜色的光线平行化入射至所述光调制装置。
所述光调制装置包括红色光调制组件、绿色光调制组件和蓝色光调制组件，所述红色光调制组件、绿色光调制组件和蓝色光调制组件均包括液晶面板以及设于液晶面板入射侧的入射偏振片和设于液晶面板出射侧的出射偏振片；或者，所述光调制装置包括数字微反射器。
所述颜色合成装置包括十字分色棱镜。
所述白光发光体和红光发光体通过相同的驱动电流统一驱动。
在一组所述发光组件中，所述白光发光体的数量和所述红光发光体的数量比为1～8:1，所述白光发光体的总光通量与所述红光发光体的总光辐射量比为2-10:1。
所述准自然光中440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。
所述准自然光的色温为2700k-3000k时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.50；
所述准自然光的色温为4000k-4200k时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.60；
所述准自然光的色温为5500k-6000k时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。
本发明提供的投影设备，通过使用准自然光led光源形成光源组件设置在壳体内部，准自然光led光源发出准自然光，该准自然光中红色光的相对光谱功率大于0.60，青色光的相对光谱功率大于0.30，蓝色光的相对光谱功率小于0.75，以及准自然光中的蓝光色比小于5.7％，显色指数高于95。照明光谱完整，图像投射后的对比度、饱和度也得以提高，图像显示清晰、容易分辨，色彩真实，还降低了蓝光的相对光谱，可有效降低注视投影画面导致的视力下降问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的投影设备的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的投影设备的结构模块示意图；
图3是本发明实施例提供的准自然光led光源的立体结构示意图；
图4是本发明实施例提供的准自然光led光源的俯视图；
图5是本发明实施例提供的准自然光led光源的a-a向剖视图；
图6是本发明实施例提供的准自然光led光源的仰视图；
图7是本发明实施例提供的准自然光的光谱示意图；
图8是图7所示准自然光的光谱测试报告图；
图9是本发明实施例提供的准自然光光源和自然光的光谱对比图；
图10是现有近自然光光源和自然光的光谱对比图；
图11是本发明实施例提供的白光发光体的光谱图；
图12是本发明实施例提供的采用452.5-455nm蓝光芯片的白光光谱图；
图13是现有技术中近自然光光源的一种光谱图。
图中标记的含义为：
投影设备100，壳体1，光源装置2，准自然光led光源22，颜色分离装置3，第一分色镜31，第二分色镜32，第一全反射镜33，第二全反射镜34，第三全反射镜34，平行透镜装置4，第一平行透镜41，第二平行透镜42，第三平行透镜43，光调制装置5，红色光调制组件51，绿色光调制组件52，蓝色光调制组件53，图像合成装置6，光学投射装置7，被投射面8；
白光发光体221，红光发光体222，电路板230，第一引脚231，第二引脚232，基底层210，反射杯211，反光面2111。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或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，而不是指示或暗示所指的装置或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专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图2和图4，本发明提供一种投影设备100，包括壳体1以及设置于壳体1内的光源装置2、颜色分离装置3、光调制装置5、图像合成装置6和光学投射装置7；光源装置2包括一个或多个准自然光led光源22，该准自然光led光源22发出准自然光；颜色分离装置3用于使准自然光分离成多种颜色的光线；光调制装置5用于将多种颜色的光线转换成用于表示图像的调制光；图像合成装置6用于使多种颜色的调制光合成为图像光；光学投射装置7用于将合成的图像光投射到被投射面8上；准自然光中红色光的相对光谱功率大于0.60，青色光的相对光谱功率大于0.30，蓝色光的相对光谱功率小于0.75，蓝光色比小于5.7％，并且，该准自然光的显色指数大于95。
本发明提供的投影设备100，通过使用准自然光led光源22形成光源组件设置在壳体1内部，准自然光led光源22发出准自然光，该准自然光中红色光的相对光谱功率大于0.60，青色光的相对光谱功率大于0.30，蓝色光的相对光谱功率小于0.75，准自然光中的蓝光色比小于5.7％，显色指数大于95，照明光谱完整，照明光谱完整，图像投射后的对比度、饱和度也得以提高，图像显示清晰、容易分辨，还降低了蓝光的相对光谱，可有效降低注视投影画面导致的视力下降问题。
当然，壳体1内还设有控制装置以及冷却装置、电源装置等，不再图示。
颜色分离装置3将从光源组件的多个准自然光led光源22发出的混合白光分离为红色光、绿色光和蓝色光三种颜色的光线。具体地，该颜色分离装置3可以包括多个分色镜、多个全反射镜，如图2中所示，第一分色镜31从来自于光源组件的混合白光中分离为蓝色光和蓝色光以外的光(红色光和绿色光)，蓝色光被反射并经过第一全反射镜33的反射后输入至光调制装置5；蓝色光以外的光(红色光和绿色光)从第一分色镜31中透射后到达第二分色镜32，并被第二分色镜32分离为被第二分色镜32反射的绿色光和经过第二分色镜32透射的红色光，绿色光输入至光调制装置5，红色光被第二全反射镜34和第三全反射镜34反射后也输入至光调制装置5。
第一平行透镜41设置于蓝色光至光调制装置5的光上，用于使蓝色光平行地射向光调制装置5。同理，第二平行透镜42和第三平行透镜43分别对应绿色光和红色光设置。
光调制装置5包括红色光调制组件51、绿色光调制组件52和蓝色光调制组件53，分别用于对来自于平行透镜一侧的多种颜色的光线进行调制，形成与图像信息对应的颜色图像。红色光调制组件51、绿色光调制组件52和蓝色光调制组件53均包括液晶面板以及设于液晶面板入射侧的入射偏振片和设于液晶面板出射侧的出射偏振片。
图像合成装置6中入射有来自红色光调制组件51、绿色光调制组件52和蓝色光调制组件53的红色、绿色和蓝色的光线，图像合成装置6将多种颜色的光对应的图像光合成，然后，光学投射装置7将图像光投射被墙壁、屏幕等被投射面8上。
图像合成装置6可以是十字分色棱镜。
在另一实施例中，颜色分离装置3包括旋转滤色片(未图示)，旋转滤色片的高速旋转使来自光源组件的混合白光分离成不同颜色的光线。光调制装置5可以是数字微反射器(dmd，digitalmicromirrordevice))。
接下来，将具体描述本发明的准自然光led光源22。
技术术语的解释说明：
1.相对光谱功率：
一种光源所发射的光谱往往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功率分布。
用于表征光谱功率大小的参数分为绝对光谱功率和相对光谱功率。进而绝对光谱功率分布曲线：指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲线；
相对光谱功率分布曲线：指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功率分布曲线。辐射功率最大的相对光谱功率为1，其他波长的相对光谱功率均小于1。
2.色比：
任何白光均可由红、绿、蓝三原色以相应比例混合得到，为了表示r、g、b三原色各自在白光总量中的相对比例，引入色度坐标r、g、b，其中，r＝r/(r+g+b)，g＝g/(r+g+b)，b＝b/(r+g+b)，r+g+b＝1，r、g、b分别为红光色比、绿光色比、蓝光色比。
请参阅图3至图6，本发明的准自然光led光源包括基底层210、设置于基底层210上的至少一组发光组件，以及与发光组件电连接的电路板230；每组发光组件包括白光发光体221白光发光体221和红光发光体222，白光发光体221白光发光体221包括蓝光芯片和覆盖蓝光芯片的荧光膜，红光发光体222包括红光芯片；白光发光体221发射的白光与红光发光体222发射的红光混合，红光用于补偿白光相对于自然光谱缺失的红光部分，形成准自然光；准自然光中红色光的相对光谱功率大于0.60；准自然光中青色光的相对光谱功率大于0.30；准自然光中蓝色光的相对光谱功率小于0.75。
具体地，如上所述，本发明的准自然光led光源的基本支撑结构为基底层210，发光组件设置在基底层210上，发光组件的数量为一组、两组或更多组，各发光组件的结构和功能都是一致的。本实施例优选为一组。每一组发光组件都包括白光发光体221和红光发光体222，即，本发明的准自然光led光源发出准自然光是通过白光和红光的混合实现的。其中，红光用于补偿白光相对于自然光谱缺失的那部分，进而形成接近自然光的准自然光。该白光发光体221包括蓝光芯片和覆盖蓝光芯片的荧光膜，红光发光体222至少包括红光芯片，通过荧光膜将蓝光芯片发出的单色光进行波长转换，产生其他色光，多种色光混合后形成白光，该白光和红光混合后形成准自然光。该准自然光具有如下光谱参数，红色光的相对光谱功率大于0.60；青色光的相对光谱功率大于0.30；蓝色光的相对光谱功率小于0.75。每组发光组件都可以发出准自然光，因此在本发明的准自然光led光源包含了多组发光组件的情况下，同样能够发出准自然光。
可见光中各种色光的波长范围如下：红色光(622～700nm)，橙色光(597～622nm)，黄色光(577～597nm)，绿色光(492～577nm)，青色光(475～492nm)，蓝色光(435～475nm)，紫色光(380～435nm)。
如图7至图9，分别示意了准自然光的光谱图和光谱测试数据，通过该图可以看出，该光谱满足上述红光、青光和蓝光的光谱参数，另外，蓝光的比例被降低，在接近自然光的同时还有利于健康。参考图10，现有的近自然光光谱和自然光光谱仍然差距较大，蓝光成分较高，同时在红光部分和青光部分出现明显的不足。
另外，在本领域内，根据大量的传统白光照明的规律，白光色温越高，其短波长成分的比例越高，蓝光越高，甚至紫光也较高，而高蓝光危害健康是毫无疑义的事实，同时高色温有利于提升辨识度，提升环境的明亮感，提升人的精神状态也是公认的常识，常规光源通常是高色温高蓝光的白光，必然有利有弊，难以兼顾各方面的需求。根据图8所示，本发明的准自然光led光源在4000k以上的高色温情况下，仍满足蓝光相对光谱功率小于0.75，是一种高色温低蓝光照明，用于投影仪，可有效降低蓝光对人眼的伤害以及提升人的精神状态，从而提高学习和工作效率。
本发明实施例提供的投影设备至少具有如下效果：
第一，本投影仪使用的准自然光led光源发出的光更加接近自然光，相比于传统白光照明，蓝光更低，视觉感受更加舒适，有利于保护视力，尤其是幼儿和儿童视力，还有利于减少由于蓝光过高导致的亚健康问题。
第二，能够在保持高色温的情况下控制蓝光相对光谱功率处于较低水平，可兼顾护眼和提升视觉效果，提高工作和学习效率。
第三，在降低蓝光的同时提升了青光相对光谱功率，使得准自然光更加接近真实自然光，使得投影画面色彩更加自然，也使得显色指数进一步提升，防止色彩失真。
在本实施例中，该蓝光芯片的波长范围为450-480nm；红光芯片的波长范围为640-700nm，红光芯片的中心波长优选为690±5nm。优选地，蓝光芯片的波长范围为457.5-480nm，至少为457.5-460nm。本发明实施例突破传统惯例(采用450-455nm蓝光芯片)，选择了457.5nm-480nm的蓝光芯片，结合荧光膜，双管齐下使得青光的相对光谱功率得到明显提升。同时由于青光的提升，同时提升显指r12。如图12，传统近自然光中的青光相对光谱功率低于0.3，如图7和图8，本实施例中的青光相对光谱功率达到0.4以上。
进一步参考图11和图12，图11所示为本实施例中白光发光体221的光谱，采用457.5nm-460nm的蓝光芯片时，青光相对光谱功率已经达到0.5以上，如采用457.5nm-480nm的蓝光芯片，青光相对光谱功率可以进一步提升。图12中采用452.5-455nm蓝光芯片时，青光相对光谱仅为0.35-0.38之间。
荧光膜包括胶体和混合于胶体内部的荧光粉，荧光粉包括红粉、绿粉和黄绿粉；红粉的色坐标为x：0.660～0.716，y：0.340～0.286；绿粉的色坐标为x：0.064～0.081，y：0.488～0.507；黄绿粉的色坐标为x：0.367～0.424，y：0.571～0.545；红粉、绿粉和黄绿粉的重量比为：红粉：绿粉：黄绿粉＝(0.010～0.035):(0.018～0.068):(0.071～0.253)；荧光膜的浓度为17％～43％。红粉、绿粉和黄绿粉的粒径均小于15μm，优选为13±2μm。
通过选择上述蓝光芯片和荧光膜，可以获得白光，其光谱如图11所示。其具有如下光学参数：色温为2700k-3000k时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.30；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.70；色温为4000k-4200k时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.45；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.65；色温为5500k-6000k时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.4；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.60。这种白光发光体221与上述红光发光体222组合，可以得到准自然光led光源，能够发出准自然光。
进一步地，参考图9和图10，本发明的准自然光led光源的光谱在其他波段也和自然光极其相似，而现有近自然光光源则难以实现。如图7和图8，准自然光中橙色光的相对光谱功率大于0.55；黄色光的相对光谱功率大于0.50；绿色光的相对光谱功率大于0.35；紫色光的相对光谱功率小于0.10，均与自然光接近。
另外，本发明的准自然光led光源在各波段光谱更为优化的同时，还具有严格的光学参数要求，如色温，色容差，显色指数ra、显色指数r9、显色指数r12以及蓝光色比等等。具体地，准自然光的色温包含2500k-6500k，色容差小于5，蓝光色比小于5.7％。显指ra大于95，其中，r9的显指大于90，r12的显指大于80。根据图8可以确定本发明的准自然光led光源能够满足上述要求，并且本发明的准自然光led光源的蓝光色比可以降低到5.5％以下，显色指数ra提高到97以上，显色指数r9达到95以上，显色指数r12达到了83，在其他测试报告中，显色指数r12可以达到87。
进一步地，蓝光中440nm的蓝光对视力的伤害最大，作为进一步的优化方案，本实施例还将440nm蓝光的相对光谱功率作为待检测的光学参数。在蓝光色比低于5.7％的情况下，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。在本发明的准自然光的色温为2700k-3000k时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.50，近自然光的色温为4000k-4200k时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.60，近自然光的色温为5500k-6000k时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。这是现有的投影设备难以实现的。现有的投影设备中，其光源的蓝光色比虽然较低，但是其中对人眼伤害最大的440nm蓝光的抑制并不明显，护眼功能微乎其微。而蓝光中的其他波段成分对视力发育是必要的，大幅度抑制蓝光不仅护眼效果不明显，还会对儿童、幼儿等人群的视力发育造成不良影响，例如由于蓝光成分的过分缺失，导致色弱，辨色能力下降等问题。
本发明是以上述光学参数和光谱为目标进行大量的调试实验，最终确定采用上述的白光发光体221和红光发光体222，以及确定了白光发光体221的光通量和红光发光体222的光辐射量之比，基于该比例和实验确定的相应电参数，选取合适规格和数量的发光体制作上述光源。
优选采用微型的白光发光体221和红光发光体222，根据光通量比和安装空间的大小选择小规格且性价比较高的蓝光芯片和红光芯片，优先选择尽量少的红光发光体222和白光发光体221，制作成单颗光源，一颗光源设置一组发光组件。由于该光源可以直接发出准自然光，进而可以用于各种灯具中，任意组合，均可保证其较佳的发光效果，适应性强。当然，也可以将多组发光组件集成于一颗光源内，此时仍可保证较佳的出光效果，仅尺寸增大。
优选地，白光发光体221和红光发光体222可以采用满足性能要求的微型发光体，光源整体为一微型灯珠，可多个灯珠以任意形式布置于各种灯具的电路板230上，由于其体积小巧，可设置于电路板230的任意位置，应用灵活，灯具整体发光均匀，照明效果好，适用于投影设备的体积小型化发展。
具体地，该白光发光体221的光通量和红光发光体222的光辐射量之比为2-10:1，优选为2-3:1。在不同的色温下，该比例略有浮动。在一个实施例中，白光发光体221的数量和红光发光体222的数量比为1-8:1，进一步优选为1-4：1。实际红光发光体222的光辐射量为80-160mw，白光发光体221的总光通量为200-350lm。
在一种实施例中，白光发光体221有四个，红光发光体222有一个，四个白光发光体221设置于红光发光体222的周围且均匀分布。
在另一种实施例中，白光发光体221有两个，红光发光体222有一个，两个白光发光体221对称地设置于红光发光体222的两侧。
关于芯片的安装方式，优选将蓝光芯片和红光芯片倒装于基底层210的表面，倒装芯片有利于和基底层210上的电路板230有效连接，有利于高效散热，可以通过设备在芯片上统一成膜，保证不同产品的荧光膜一致性好，进而可以避免正装芯片的点胶过程造成一致性差的问题，同时，使得不同产品在色温相同时处于同一bin位，色温一致性好。
另外，倒装芯片也使得白光发光体221的体积进一步减小，有利于光源尺寸控制。在本实施例中，白光发光体221的宽度小于0.8mm，高度小于0.3mm，红光发光体222可控制在同样范围内。相邻的白光发光体221和红光发光体222间距为1mm以下。本发明的准自然光led光源的长度小于或等于6mm，宽度小于3mm。
当然，本发明不局限于采用倒装芯片，采用正装芯片也是可行的。
在一种实施例中，基底层210优选为非金属材料制作的片层结构，基底层210上设有反射杯211，白光发光体221、红光发光体222设置于反射杯211中，电路板230形成于基底层210的表面，且包裹于基底层210的正反两面，并在反射杯211之外形成引脚，反射杯211的底部露出部分电路板230，用于与白光发光体221和红光发光体222连接。
更进一步地，反射杯211的内壁设有反光面2111，反射杯211内部还填充有封装胶体(图未示)，反光面2111用于将白光和红光进行反射，封装胶体用于保护反射杯211内部结构和使光源结构更加稳定，并对光线进行折射调整。白光和红光充分混合后经过封装胶体输出。具体地，白光发光体221和红光发光体222的发光角度可以为160°左右至180°，光源的出光角度为120°左右。整个光源为小型均匀发光的准自然光灯珠。
在本实施例中，电路板230具有若干组正负极引脚，可以每个发光体对应一组正负极引脚，或者若干个发光体对应一组正负极引脚。在驱动方式上，有两种实现方案，其一，白光发光体221和红光发光体222分别连接不同的正负极引脚，单独驱动，此时各自的驱动电流不同，可以配合控制芯片进行控制。其二，白光发光体221和红光发光体222串联，即连接相同的正负极引脚，统一相同电流驱动，不需控制芯片进行控制。这种统一驱动的方式显然具有明显的优势，其不需要针对不同发光体配置不同的驱动电流，不需要增加控制电路板230，仅需要按照其对应的电流供电即可。因此，在结构上更为简化，体积进一步减小，应用更加简便灵活，成本更低。此为本发明优选的电路板230连接方案。
参考图3和图4，两个白光发光体221和一个红光发光体222串联，两个白光发光体221分别连接一个第一引脚231，第一引脚231自反射杯211底部伸出，用于连接外部电源。红光发光体222串联于两个白光发光体221之间。
进一步地，该光源还可以设有第二引脚232，该第二引脚232不用于连接外部电源，而是用于散热，以及提升光源整体的对称性，提升强度和安装于电路板230上的稳定性。
进一步地，本发明的led光源的640-700nm红光的相对光谱功率得到了明显提升，这在现有的近自然光光源中是难于实现的。如图7，波长为680～690nm的红光相对光谱功率大于0.80；波长为622～680nm的红光相对光谱功率大于0.60。如图10和图13，传统近自然光光源会在640nm之后的波段出现明显下降的趋势。640-700nm红光具有优异的保健、理疗、美容作用。该光源适用于办公、家居照明和需要高比例红光且接近自然光照明的特殊场所。
并且，经过不同色温光源的测试，准自然光的色温为2700k-3000k时，640-700nm红光的相对光谱功率大于0.70；准自然光的色温为4000k-4200k时，640-700nm红光的相对光谱功率大于0.60；准自然光的色温为5500k-6000k时，640-700nm红光的相对光谱功率大于0.50。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。