一种投影照明光路及投影模组的制作方法

本实用新型涉及光学投影显示技术领域，尤其涉及一种投影照明光路及投影模组。

背景技术：

随着科学技术的发展，特别是半导体技术的推动，便携式的电子设备被不断的设计制造出来。便携式电子设备功能的提升，用户对人机界面的显示器件的要求越来越向着微型，大屏幕和高分辨率方向发展。在广大用户强烈需求的促使下，近年来微型投影机技术发展迅猛，DLP(Digital Light Processing，数字光处理)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)等产品纷纷推出了便携式的手持微型投影机产品(PICO)，或内置于手机等手持移动设备中的投影机模组。

光学投影显示系统在技术上的发展主要可分为两方面，一是在体积与重量部份朝向小型化及轻量化发展；另一方面则是发光效率的提升，主要包括亮度与分辨率的提升。现有常规的投影机，通常是先将三路独立光源进行合光，再通过复眼透镜或者光棒进行匀光，光程较大，不利于减小投影机的体积和提高投影机的亮度。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种小型化、高亮度的投影照明光路及投影模组。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种投影照明光路，包括：

三基色光源，所述三基色光源包括用于发射第一色光束的第一色光源，用于发射第二色光束的第二色光源，以及用于发射第三色光束的第三色光源；

准直透镜组，设置于所述三基色光源光路前方，用于对所述第一色光束、第二色光束以及第三色光束进行透射准直；

合光单元，所述合光单元包括一楔形棱镜和一反射镜，所述楔形棱镜包括第一二向色工作面和第二二向色工作面，所述反射镜设置有第三反射工作面，所述第一二向色工作面用于反射所述第二色光束或第一色光束，所述第二二向色工作面用于反射所述第三色光束或第二色光束，所述第三反射工作面用于反射所述第一色光束或第三色光束；

经过所述合光单元出射的所述第一色光束、第二色光束和第三色光束互相平行，且合成光斑尺寸紧凑的白色照明光束。

优选地，所述第三反射工作面为与所述楔形棱镜相邻的面。

进一步的，所述第一二向色工作面与所述第二二向色工作面不平行；

所述第一色光束的中心光轴、第二色光束的中心光轴以及第三色光束的中心光轴两两之间相互平行。

进一步的，所述楔形棱镜第一二向色工作面和第二二向色工作面的夹角为θ，所述θ的大小与d/h的比值成正相关的关系，θ的大小随着d/h的比值的增大而增大；

其中，d为所述第一二向色工作面所反射的光束的中心光轴和第二二向色工作面所反射的另一光束的中心光轴的距离，h为光源所在平面至三基色光束聚焦点的垂直距离。

优选地，所述第三反射工作面与所述第一二向色工作面和所述第二二向色工作面均不平行；

所述第三反射工作面与水平方向的夹角范围为40°至48°。

优选地，当所述楔形棱镜设置于所述反射镜光路前方时，所述第一色光束在所述第三反射工作面进行反射，反射后的所述第一色光束在所述反射镜的另一个工作面折射后出射，所述第三反射工作面镀有二向色膜；

所述第二色光束经所述反射镜透射后到达所述楔形棱镜，在所述第一二向色工作面进行反射，最后经所述反射镜透射后出射；

所述第三色光束经所述反射镜透射后进入楔形棱镜，所述第三色光束经所述第一二向色工作面折射后到达所述第二二向色工作面，并在所述第二二向色工作面进行反射，再经所述第一二向色工作面折射后，最后经所述反射镜透射后出射。

优选地，当所述反射镜设置于所述楔形棱镜光路前方时，所述第一色光束在所述第一二向色工作面进行反射后出射；

所述第二色光束经所述第一二向色工作面折射后传输至所述第二二向色工作面，并在所述第二二向色工作面进行反射，反射后的所述第二色光束在所述第一二向色工作面折射后出射；

所述第三色光束经所述楔形棱镜透射后，在所述第三反射工作面进行反射，所述第三反射工作面为全反射面，最后经所述楔形棱镜透射后出射。

优选地，所述反射镜为楔形反射棱镜，所述楔形反射棱镜包括第四反射工作面和第五透光面，所述楔形反射棱镜设置于所述楔形棱镜的光路前方；

所述第一色光束在所述第一二向色工作面进行反射后出射；

所述第二色光束经所述第一二向色工作面折射后传输至所述第二二向色工作面，并在所述第二二向色工作面进行反射，反射后的所述第二色光束在所述第一二向色工作面折射后出射；

所述第三色光束经所述楔形棱镜透射后进入所述楔形反射棱镜，经所述第五透光面折射后在所述第四反射工作面进行反射，所述第四反射工作面为全反射面，反射后的所述第三色光束在所述第五透光面进行折射，最后经所述楔形棱镜透射后出射。

优选地，所述楔形反射棱镜和所述楔形棱镜之间存在空气间隙；

所述楔形反射棱镜的第五透光面靠近所述楔形棱镜的第二二向色工作面，且与所述第二二向色工作面平行。

优选地，所述第一色光源、第二色光源以及第三色光源呈直线并排结构设置；或者，

所述第一色光源、第二色光源以及第三色光源呈等腰三角形结构设置；或者，

所述第一色光源、第二色光源以及第三色光源呈阶梯状结构设置。

本实用新型实施例还提供了一种投影模组，包括如上所述的投影照明光路、聚焦透镜、复眼透镜、光束导向装置、显示单元和投影镜头组；

所述聚焦透镜设置于所述投影照明光路出射的白色照明光束传递路径上；

所述复眼透镜设置于所述聚焦透镜的光路前方；

所述光束导向装置用于接收来自复眼透镜的所述白色照明光束，并将其导向至所述显示单元和将所述显示单元生成的影像光束导向至所述投影镜头组；

所述显示单元设置于所述光束导向装置光路前方，用于将所述白色照明光束转换为影像光束；

所述投影镜头组设置于所述影像光束的传递路径上，用于接收所述影像光束。

可选地，所述光束导向装置包括三角棱镜；

所述显示单元包括DLP数字显示芯片。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型实施例提供了一种投影照明光路及投影模组。所述投影照明光路通过设置于所述三基色光源光路前方的准直透镜组，对三基色光源出射的光束进行投射准直，采用包括一楔形棱镜和一反射镜的合光单元，对准直透镜组出射的光线进行合光处理，在结构上，所述投影照明光路设计紧凑，减小了第一色光束、第二色光束和第三色光束的光程，进而减小了所述投影照明光路的体积；经过合光单元出射的第一色光束、第二色光束和第三色光束互相平行，且合成光斑尺寸紧凑的白色照明光束，进而提高了所述投影照明光路的亮度。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种投影照明光路的结构示意图；

图2a为图1中的三基色光源的其中一种排列方式；

图2b为图1中的三基色光源的另一种排列方式；

图2c为图1中的三基色光源的又一种排列方式；

图3为本实用新型实施例提供的一种楔形棱镜第一二向色工作面和第二二向色工作的夹角分析示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的一种投影照明光路的结构示意图；

图5为本实用新型又一实施例提供的一种投影照明光路的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种投影模组的结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种投影照明光路的结构示意图。如图1所示，所述投影照明光路包括三基色光源10、准直透镜组20以及合光单元30。

所述三基色光源10包括用于发射第一色光束110的第一色光源11，用于发射第二色光束120的第二色光源12，以及用于发射第三色光束130的第三色光源13。其中，所述第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13并排设置，位于同一水平面上，且所述第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13两两之间的间距相等，所述第一色光束110的中心光轴、第二色光束120的中心光轴以及第三色光束130的中心光轴两两之间相互平行。

可以理解，所述第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13的排列以及间距设置不局限于图1中所公开的方式，例如，所述第一色光源11与所述第二色光源12的间距可以大于所述第二色光源12与所述第三色光源13的间距。

请一并参阅图2a至图2c，所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13呈直线并排结构设置；或者，所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13呈等腰三角形结构设置；或者，所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13呈阶梯状结构设置。

由于近年来，LED光源的发展越来越成熟，价格也越来越低，而在投影机方面，LED光源出现最主要的意义在于为机身小型化开辟了新的道路，其具备的便携性和简单的操作系统，使其填补了传统投影机无法做到的空缺，故而，采用LED光源的投影机的自由度更高，更加的随身化。而且，相较于传统投影机，LED光源投影机的寿命更长，光色纯正，色彩的饱和度更高。优选地，所述三基色光源10由红色LED光源、蓝色LED光源和绿色LED光源组成。

可以理解，所述红色LED光源、蓝色LED光源和绿色LED光源可以任意组合，即所述第一色光源11可以为所述红色LED光源、蓝色LED光源或绿色LED光源中的任意一个，那么，所述第二色光源12为与所述第一色光源11不同颜色的所述红色LED光源、蓝色LED光源或绿色LED光源中的任意一个，所述第三色光源13为与所述第一色光源11和所述第二色光源12颜色均不相同的所述红色LED光源、蓝色LED光源或绿色LED光源中的任意一个。例如，所述第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13可以依次为红色LED光源、蓝色LED光源和绿色LED光源，或者，所述第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13可以依次为绿色LED光源、蓝色LED光源和红色LED光源等。

在一些实施例中，所述三基色光源10可以由红色激光光源、蓝色激光光源和绿色激光光源组成，或者，所述三基色光源10可以由红色灯泡光源、蓝色灯泡光源和绿色灯泡光源组成，或者，所述三基色光源10可以由具备红色、蓝色和绿色三种颜色的LED光源、激光光源和灯泡光源的任意两者或三者的组合构成。

所述准直透镜组20设置于所述三基色光源10光路前方，用于对所述第一色光束110、第二色光束120以及第三色光束130进行透射准直。在本实施例中，所述准直透镜组20与所述三基色光源10所述的平面平行，与水平方向的夹角均为0度，此时，相对应的，所述准直透镜组20与所述第一色光束110的中心光轴、第二色光束120的中心光轴以及第三色光束130的中心光轴的夹角为90度。在一些实施例中，所述准直透镜组20与水平方向的夹角可以根据实际情况进行调整，角度调整范围为0-180度。

可以理解，所述准直透镜组20可以同时透过所述第一色光束110、第二色光束120以及第三色光束130，并进行透射准直，所以，所述准直透镜组20的长度必定大于所述第一色光束110的中心光轴与所述第二色光束120的中心光轴的距离加上所述第二色光束120的中心光轴与所述第三色光束130的中心光轴的距离，才能确保所述第一色光束110、第二色光束120以及第三色光束130均可以通过所述准直透镜组20。

在远距离照明时，能量比较分散，照明面上的照度较低，此时需要对所述三基色光源10的输出光进行准直，大部分材料透光材料的单一表面最大的偏折角一般在40-50度之间，对于发散角在80度左右的光线无法准直，因此，需要对所述三基色光源10(包括红色LED光源、蓝色LED光源和绿色LED光源)发出的大角度光束和小角度光束分别利用全内反射曲面与折射曲面结合的方式进行准直处理，自发光源发出的发散角度较小的光线通过球面曲面折射，发散角度较大的光线通过抛物面反射准直，又或者由透镜前表面的平面折射面和透镜后表面的自由曲面折射面组成。在本实施例中，所述准直透镜组20可以设置为平面透镜或曲面透镜或者其他类型的透镜。

所述合光单元30包括一楔形棱镜31和一反射镜32，所述楔形棱镜31包括第一二向色工作面S1和第二二向色工作面S2，所述反射镜32设置有第三反射工作面S3。所述第一二向色工作面S1用于反射所述第二色光束120或第一色光束110，所述第二二向色工作面S2用于反射所述第三色光束130或第二色光束120，所述第三反射工作面S3用于反射所述第一色光束110或第三色光束130。经过所述合光单元30出射的所述第一色光束110、第二色光束120和第三色光束130互相平行，且合成光斑尺寸紧凑的白色照明光束。

请一并参阅图3，所述第一二向色工作面S1与所述第二二向色工作面S2不平行，所述楔形棱镜第一二向色工作面S1和第二二向色工作面S2的夹角为θ，所述θ的大小与d/h的比值成正相关的关系。其中，d为所述第一二向色工作面S1所反射的光束的中心光轴和第二二向色工作面S2所反射的另一光束的中心光轴的距离，h为光源所在平面至三基色光束聚焦点的垂直距离。

需要说明的是，所述三基色光束聚焦点为图中所示的点Q，点Q的位置与所述准直透镜组20的参数有关。当所述第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13不是直线并排的结构时，光源所在平面可以定义为第一色光源11、第二色光源12和第三色光源13三者连线的中心点所在的平面，例如，当所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13呈等腰三角形结构设置，那么，所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13三者的连线围成一个等腰三角形，此时，等腰三角形三条中线的交点所在的平面定义为光源所在平面。当所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13呈阶梯状结构时，那么，所述第一色光源11、第二色光源12以及第三色光源13三者的连线为一个直线段，此时，直线段的中点所在的平面定义为光源所在平面。

优选地，所述第三反射工作面S3为与所述楔形棱镜31相邻的面，所述第三反射工作面S3与所述第一二向色工作面S1和所述第二二向色工作面S2均不平行，所述第三反射工作面S3与水平方向的夹角θ1的范围为40°至48°。在本实施例中，所述反射镜32为平行平板，光束经平行平板后方向不变，即出射光线平行于入射光线。平行平板是由两个相互平行的折射平面构成的光学元件，平行平板是个无光焦度的光学元件，不会使物体放大或缩小，在光学系统中对总光焦度无贡献。

需要说明的是，所述反射镜32一共具有两面，当所述第三反射工作面S3设置为与所述楔形棱镜31相邻的一面时，使得所述第三反射工作面S3反射的光束与所述第一二向色工作面S1和所述第二二向色工作面S2反射的光束更聚拢，进一步增加了所述投影照明光路所出射的所述白色照明光束亮度，不用设置较大的容纳空间容纳出射的所述白色照明光束，也可以减小所述投影照明光路的体积。

具体的，如图1所示，所述楔形棱镜31设置于所述反射镜32光路前方，所述第一色光束110在所述第三反射工作面S3进行反射，反射后的所述第一色光束110在所述反射镜32的另一个工作面折射后出射，所述第三反射工作面S3镀有二向色膜,所述二向色膜对入射的所述第一色光束110进行分光(即反射)。所述第二色光束120经所述反射镜32透射后到达所述楔形棱镜31，在所述第一二向色工作面S1进行反射，最后经所述反射镜32透射后出射。所述第三色光束130经所述反射镜32透射后进入楔形棱镜31，所述第三色光束130经所述第一二向色工作面S1折射后到达所述第二二向色工作面S2，并在所述第二二向色工作面S2进行反射，再经所述第一二向色工作面S1折射后，最后经所述反射镜32透射后出射。

此时，所述第一二向色工作面S1用于反射所述第二色光束120，所述第二二向色工作面S2用于反射所述第三色光束130，所述第三反射工作面S3用于反射所述第一色光束110。在本实施例中，所述反射镜32的另一个工作面为白色照明光束的平行出射面，即从所述反射镜32的另一个工作面出射的所述第一色光束110、第二色光束120和第三色光束130互相平行。

本实用新型实施例提供一种投影照明光路，通过设置于所述三基色光源光路前方的准直透镜组，对三基色光源出射的光束进行投射准直，采用包括一楔形棱镜和一反射镜的合光单元，对准直透镜组出射的光线进行合光处理，在结构上，所述投影照明光路设计紧凑，减小了第一色光束、第二色光束和第三色光束的光程，进而减小了所述投影照明光路的体积；经过合光单元出射的第一色光束、第二色光束和第三色光束互相平行，且合成光斑尺寸紧凑的白色照明光束，进而提高了所述投影照明光路的亮度，也进一步减小了所述投影照明光路的体积。

请参阅图4，图4为本实用新型另一实施例提供的一种投影照明光路的结构示意图。如图4所示，所述投影照明光路包括三基色光源10、准直透镜组20以及合光单元30。

所述三基色光源10包括用于发射第一色光束110的第一色光源11，用于发射第二色光束120的第二色光源12，以及用于发射第三色光束130的第三色光源13。

所述准直透镜组20设置于所述三基色光源10光路前方，用于对所述第一色光束110、第二色光束120以及第三色光束130进行透射准直。

所述合光单元30包括一楔形棱镜31和一反射镜32，所述楔形棱镜31包括第一二向色工作面S1和第二二向色工作面S2，所述反射镜32设置有第三反射工作面S3。所述第一二向色工作面S1用于反射所述第二色光束120或第一色光束110，所述第二二向色工作面S2用于反射所述第三色光束130或第二色光束120，所述第三反射工作面S3用于反射所述第一色光束110或第三色光束130。经过所述合光单元30出射的所述第一色光束110、第二色光束120和第三色光束130互相平行，且合成光斑尺寸紧凑的白色照明光束。

如图4所示，所述反射镜32设置于所述楔形棱镜31光路前方，所述第一色光束110在所述第一二向色工作面S1进行反射后出射。所述第二色光束120经所述第一二向色工作面S1折射后传输至所述第二二向色工作面S2，并在所述第二二向色工作面S2进行反射，反射后的所述第二色光束120在所述第一二向色工作面S1折射后出射。所述第三色光束130经所述楔形棱镜31透射后(先经过所述第一二向色工作面S1，其次经过所述第二二向色工作面S2)，在所述第三反射工作面S3进行反射，所述第三反射工作面S3为全反射面，最后经所述楔形棱镜31透射(先经过所述第二二向色工作面S2，其次经过所述第一二向色工作面S1)后出射。

此时，所述第一二向色工作面S1用于反射所述第一色光束110，所述第二二向色工作面S2用于反射所述第二色光束120，所述第三反射工作面S3用于反射所述第三色光束130。在本实施例中，所述第一二向色工作面S1为白色照明光束的平行出射面，即从所述第一二向色工作面S1出射的所述第一色光束110、第二色光束120和第三色光束130互相平行。

如图5所示，所述投影照明光路包括三基色光源10、准直透镜组20以及合光单元30。

所述三基色光源10包括用于发射第一色光束110的第一色光源11，用于发射第二色光束120的第二色光源12，以及用于发射第三色光束130的第三色光源13。

所述准直透镜组20设置于所述三基色光源10光路前方，用于对所述第一色光束110、第二色光束120以及第三色光束130进行透射准直。

所述合光单元30包括一楔形棱镜31和一楔形反射棱镜33，所述楔形反射棱镜33设置于所述楔形棱镜31的光路前方。所述楔形棱镜31包括第一二向色工作面S1和第二二向色工作面S2，所述楔形反射棱镜33包括第四反射工作面S4和第五透光面S5。所述楔形反射棱镜33和所述楔形棱镜31之间存在空气间隙(图中未标示)，所述楔形反射棱镜33的第五透光面S5靠近所述楔形棱镜31的第二二向色工作面S2，且与所述第二二向色工作面S2平行。

具体的，所述第一色光束110在所述第一二向色工作面S1进行反射后出射；所述第二色光束120经所述第一二向色工作面S1折射后传输至所述第二二向色工作面S2，并在所述第二二向色工作面S2进行反射，反射后的所述第二色光束120在所述第一二向色工作面S1折射后出射；所述第三色光束130经所述楔形棱镜31透射后进入所述楔形反射棱镜33，经所述第五透光面S5折射后在所述第四反射工作面S4进行反射，所述第四反射工作面S4为全反射面，反射后的所述第三色光束130在所述第五透光面S5进行折射，最后经所述楔形棱镜31透射后出射。

此时，所述第一二向色工作面S1用于反射所述第一色光束110，所述第二二向色工作面S2用于反射所述第二色光束120，所述第四反射工作面S4用于反射所述第三色光束130，所述第五透光面S5用于折射所述第三色光束130。经过所述合光单元30出射的所述第一色光束110、第二色光束120和第三色光束130互相平行，且合成光斑尺寸紧凑的白色照明光束。在本实施例中，所述第一二向色工作面S1为白色照明光束的平行出射面，即从所述第一二向色工作面S1出射的所述第一色光束110、第二色光束120和第三色光束130互相平行。

请参阅图6，图6为本实用新型实施例提供的一种投影模组的结构示意图。如图6所示，所述投影模组包括如上所述的投影照明光路、聚焦透镜40、复眼透镜50、光束导向装置60、显示单元70和投影镜头组80。

所述聚焦透镜40设置于所述投影照明光路出射的白色照明光束传递路径上，所述复眼透镜50设置于所述聚焦透镜的光路前方，所述光束导向装置60用于接收来自复眼透镜50的所述白色照明光束，并将其导向至所述显示单元70和将所述显示单元70生成的影像光束导向至所述投影镜头组80，所述显示单元70设置于所述光束导向装置60光路前方，用于将所述白色照明光束转换为影像光束，所述投影镜头组80设置于所述影像光束的传递路径上，用于接收所述影像光束。

在本实施例中，所述光束导向装置60包括三角棱镜，所述显示单元70包括DLP数字显示芯片，所述显示单元70还可以为DMD或者LCOS或者LCD。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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行修改，或者对其中部分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实用新型各实施例技术方案的范围。