CN114415456B - 一种投影光机以及设计方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种投影光机以及设计方法。该投影光机包括：壳体、光源、分光元件和遮挡装置，在所述壳体内构造有腔体，所述光源、所述分光元件和所述遮挡装置被设置在所述腔体内，所述分光元件位于所述光源的光路上，所述遮挡装置被构造为用于对由所述分光元件出射的无用光形成遮挡。通过在壳体内部设置遮挡装置，能够避免壳体内部构件因长期照射设定波长的光而在构件上析出的异物，进而提高构件的力学性能，防止壳体内部污染。

Description

一种投影光机以及设计方法

技术领域

本发明涉及影像装置领域，更具体地，涉及一种投影光机以及设计方法。

背景技术

目前行业内投影光机一般使用LED灯提供所需光源，但LED灯含有波长较短、能量较高的蓝光成分，当蓝光成分不参与投影工作时，一般会将其引导至非有效光路区域，例如会投射到光机内的注塑件上。注塑件材料如聚苯硫醚(PPS)等，经过长时间蓝光照射，注塑件表面会析出异物，导致注塑件力学性能受损，光机内部污染。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种投影光机的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种投影光机。该投影光机包括：壳体、光源、分光元件和遮挡装置，在所述壳体内构造有腔体，所述光源、所述分光元件和所述遮挡装置被设置在所述腔体内，所述分光元件位于所述光源的光路上，所述遮挡装置被构造为用于对由所述分光元件出射的无用光形成遮挡。

可选地，所述遮挡装置设置于所述分光元件与所述壳体之间、由所述分光元件透射或者反射的无用光形成的光路上。

可选地，所述遮挡装置对波段为380nm-780nm的所述无用光的反射率≤4％。

可选地，所述无用光的波段为380nm-505nm。

可选地，所述遮挡装置被粘接在所述壳体的侧壁上。

可选地，所述遮挡装置嵌设在所述壳体的侧壁上。

可选地，所述壳体包括相对设置的盖体和底部，由所述盖体和/或所述底部向所述腔体内延伸，以形成所述遮挡装置。

可选地，所述遮挡装置具有内凹的弧面，在所述弧面上构造有凸起，所述凸起被构造为用于对被所述弧面反射的所述无用光形成遮挡。

可选地，其特征在于，所述遮挡装置的表面被构造有泡沫状结构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种投影光机设计方法，该设计方法应用于上述任一项所述的投影光机，包括：

分析光源中无用光成分；

通过光路仿真模拟确定无用光投射光斑的位置；

设计遮挡装置的结构并选材；

验证所述遮挡装置是否能完全对所述光斑形成遮挡，在为否的条件下，执行所述设计遮挡装置的结构并选材步骤；

在为是的条件下，进行长期点亮验证，以判断在设定时长点亮下，所述遮挡装置是否有异物析出；

在为是的条件下，执行所述设计遮挡装置的结构并选材步骤。

在本公开的实施例中，通过在壳体内部设置遮挡装置，能够避免壳体内部构件因长期照射无用光而在构件上析出的异物，进而提高构件的力学性能，防止壳体内部污染。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开实施例的投影光机的示意图。

图2是根据本公开实施例的遮光片的示意图。

图3是根据本公开实施例的遮挡装置的设置原理图。

图4是根据本公开实施例的遮光片的安装示意图。

图5是根据本公开实施例的投影光机的俯视图。

图6是根据本公开实施例的盖体的示意图。

图7是根据本公开实施例的投影光机的剖视图。

图8是根据本公开实施例的弧面的示意图。

图9是根据本公开实施例的遮挡装置选材验证的流程示意图。

附图标记说明：

1、壳体；2、光源安装位；3、遮光片；301、粘结剂；4、底部；5、侧壁；6、盖体；8、弧面；9、第一凸起；10、第二凸起；11、分光元件；12、蓝色LED灯；13、绿色LED灯；14、合光系统。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本公开的一个实施例，提供了一种投影光机。如图1所示，该投影光机包括：壳体1、光源、分光元件和遮挡装置。在壳体1内构造有腔体。光源、分光元件11和遮挡装置被设置在腔体内。分光元件位于光源的光路上。遮挡装置被构造为用于对分光元件出射的无用光形成遮挡。

例如，投影光机用于投影仪、AR设备等。例如，投影光机的光源发出红、绿、蓝三种颜色的光。这三种光通过分光元件1后无用光被透射或者反射至遮挡装置上。有用光被透射或者反射至合光系统中，用于投影光机成像。无用光可以是波长较短，能量较高的蓝光。这种无用的蓝光成分长期照射在壳体1或者壳体1内的构件上，会使壳体1或者壳体1内的构件发生化学反应，使得壳体1或者壳体1内的构件上产生析出物。该析出物附着在壳体1或者壳体1内的构件上，或者掉落在壳体1内部，进而使得壳体1或者壳体1内的构件的力学性能受损，壳体1内部的环境受到污染。

当然，无用光不限于蓝光，还可以是红光、绿光等，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

构件可以是注塑件。注塑件的材质为塑料。例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等。例如，在一个例子中，注塑件的材料包括聚苯硫醚(PPS)。聚苯硫醚(PPS)能够与蓝光发生化学反应，导致注塑件表面析出异物，进而影响注塑件的力学性能。

此外，析出的异物致使壳体1内部污染，影响投影光机的正常工作。

具体地，壳体1的材质可以是但不限于塑料、橡胶、硅胶、金属等。壳体1内构造有腔体。该腔体为密闭的腔体。光源、分光元件、遮挡装置均被设置于腔体内部。

光源可以是LED灯、micro_LED灯等。

如图2所示，遮挡装置为不透光的材料。例如，遮挡装置为经过表面处理的遮光片3。遮光片3具有良好的遮光效果，并且能够将无用光尽可能多地发生漫反射或者吸收，以减少照射到构件上的光的量。遮光片3应避免使无用光发生镜面反射。

分光元件11位于光源的光路上。例如，如图3所示，在光源的光路上设置有分光元件11，分光元件11用于反射绿光、透射蓝光，但分光元件11对绿光的反射和对蓝光的透射并不是绝对的。绿色LED灯13发出的光经过分光元件11后有用光(即按照预定光路进行的光)被反射至合光系统14中用于投影光机成像，而可能存在的不按照预定光路进行的无用光则被透射至遮挡装置上。蓝色LED灯12发出的光经过分光元件11后有用光(即按照预定光路进行的光)被透射至合光系统14中用于投影光机成像，而可能存在的不按照预定光路进行的无用光被反射至遮挡装置上。

例如，遮挡装置和分光元件11相对设置。这种设置方式能够使得经分光元件11分离出的光准确的投射至遮挡装置上，进而遮挡装置能对无用光有效地遮挡，避免该无用光照射到壳体1或者壳体1内部的构件上。

在一个例子中，遮挡装置设置于分光元件11与壳体1之间、由分光元件11透射或者反射的无用光形成的光路上。

例如，将遮挡装置设置于分光元件11与壳体1之间。基于分光元件11的分光作用不同，对应的无用光可能是由分光元件11透射出的、也可能是由分光元件反射出的。因此，将遮挡装置设置于由分光元件11透射或者反射出的无用光形成的光路上。即：遮挡装置遮挡的光可以是由分光元件透射出的或者是由分光元件反射出的。进而使得遮挡装置能够对无用光形成遮挡。避免无用光直接照射在壳体1或者壳体1内部的构件上。

可选地，遮挡装置对波段为380nm-780nm的无用光的反射率≤4％。例如，380nm-780nm波段的光包含了所有的自然光。遮挡装置对380nm-780nm波段的光反射率小于或等于4％，能够使得遮挡装置具有低的反射率。遮挡装置对无用光的反射率越低，遮挡装置对无用光的吸收程度越好。进而避免无用光投射至遮挡装置上再被反射或者折射至其他构件上，对壳体1内的其他构件造成污染和损害。

可选地，无用光的波段为380nm-505nm。

例如，380nm-505nm波段的光为蓝光。蓝光是一种能量较高，波长较短的光。这种无用的蓝光成分长期照射在壳体1内的构件上，更容易使构件发生化学反应，使得构件上产生析出物。该析出物附着在构件上，或者掉落在壳体1内部，进而使得构件的力学性能受损，壳体1内部的环境受到污染，进而影响投影光机的正常工作。

当然，无用光可以是380nm-780nm波段内的所有自然光。380nm-505nm波段的蓝光相对于红光和绿光来说，对壳体或者壳体1内部的构件损害最为明显且严重。

在一个例子中，遮挡装置被粘接在壳体1的侧壁上。

如图4所示，例如，壳体1包括侧壁5、盖体6和底部4。侧壁5、盖体6和底部4围合在一起，以形成腔体。盖体6与底部4相对设置。在侧壁5上设置有光源以及遮挡装置。分光元件11位于光源与遮挡装置之间。

例如，侧壁5、盖体6和底部4的材质相同或者不同。三者共同围合成一个“L”形的腔体。盖体6和底部4平行且相对设置。在侧壁5上设置有光源和遮挡装置。在光源和遮挡装置之间设置有分光元件11。

侧壁5为环形的框架结构。盖体6和底部4中的一个盖合在侧壁5的顶端，另一个盖合在侧壁5的底端。侧壁5、盖体6和底部4连接在一起，例如，通过螺栓连接、卡接、铆接等方式连接在一起，以在它们内部形成腔体。在腔体内设置有投影光机的各种元器件。在侧壁5上设置有光源和遮光片3的安装位。光源和遮光片3被固定在各自的安装位上。例如，在侧壁5是设置有光源安装位2。该安装位用于安装光源。在侧壁5的与该位置相对的部位设置有遮光片安装位。

例如，通过粘结剂301将遮光片3粘结在侧壁5的内侧。遮光片3的形状可以是但不限于矩形、圆形、菱形、椭圆形等。粘结剂301可以是但不限于瞬干胶、双面胶、硅胶粘结剂、环氧树脂胶粘结剂等。在一个例子中，遮挡装置嵌设在壳体1的侧壁上。

例如，在侧壁5上设置有凹槽。凹槽的形状与遮光片3的形状相匹配。遮光片3嵌设在凹槽内。

还可以是，遮光片3通过嵌件注塑的方式嵌设在侧壁5上。在注塑之前，遮光片3被固定在注塑模具的型腔内。在注塑时，注塑料充满型腔，并将遮光片3包裹住。在注塑料固化后，遮光片3嵌设在侧壁5上。遮光片3的一个表面从侧壁上露出。该表面用于遮挡无用光。

在一个例子中，由盖体和/或底部向腔体内延伸，以形成遮挡装置。

如图5、图6和图7所示，盖体6和/或底部4的材质为金属或者塑料。在盖体6和/或底部4为金属的条件下，盖体6和/或底部4采用金属板材，通过冲压的方式一体制作而成。在冲压过程中，金属板材的局部弯折，以构成遮光片3。例如，遮光片3垂直于盖体6。这使得遮光片3能够尽可能少地占用腔体内的空间。在安装盖体6时，遮光片3一起被安装到位。

例如，通过喷砂的方式在遮光片3的表面进行粗糙化处理，从而形成粗糙的表面。该表面能够实现蓝光的漫反射。

也可以是，采用激光腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀的方式在遮光片的表面进行粗糙化处理。

在其他示例中，所述盖体6和/或所述底部4的材质为塑料。采用注塑成型的方式一体形成盖体6与遮光片3或者底部4与遮光片3。

当然，遮光片3的形成方式不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在一个例子中，遮挡装置具有内凹的弧面8。在弧面8上构造有凸起。凸起被构造为用于对被弧面8反射的无用光形成遮挡。

如图8所示，内凹的弧面8能够避免光线过度发散，从而减少了遮光片3反射无用光的量。弧面8沿轴线方向分为第一区域和第二区域。第一区域上设置有第一凸起9，第二区域上设置有第二凸起10。第一凸起9和第二凸起10向远离轴线方向延伸。第一凸起9与弧面8形成设定的角度α。

第二凸起10与弧面8形成设定的角度β。其中，α和β均为钝角。

在该例子中，由于第一凸起9和第二凸起10的作用，无用光入射到弧面8上后被反射。被反射后的无用光会被第一凸起9和第二凸起10阻挡，从而使得无用光能被限制于遮光片7内，而不会发散出去。这样，进一步减少了照射到构件上的无用光的量。

当然，第一凸起9和第二凸起10的角度，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够限制无用光发散就可以。

在一个例子中，遮挡装置的表面被构造有泡沫状结构。

泡沫状结构具有三维立体的网络结构。无用光照射到泡沫状结构内，会被三维立体的网络结构所阻挡，从而使得无用光不被遮光片3反射到腔体内。泡沫状结构能有效地减少照射到构件上的无用光的量。

例如，采用化学腐蚀、电化学腐蚀等方式在遮光片3的表面形成泡沫状结构。

也可以是，将泡沫材料，例如泡沫玻璃或者泡沫金属粘结在基板的表面。泡沫材料和极板共同构成遮光片3。泡沫玻璃、泡沫金属均构造有泡沫状结构。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种投影光机的设计方法。如图9所示，该方法包括：

S001，分析光源中无用光成分。例如，根据LED灯的产品规格书记载的参数，确定该LED灯中无用光的含量。根据分析结果确定分光元件11的型号，例如，确定分光元件11中透镜的种类、数量、设置位置等。例如，无用光可以是能量较高、波长较短的蓝光。

S002，通过光路仿真模拟确定无用光投射光斑的位置。例如，LED灯发出光。分光元件11将光进行处理，并透射或者反射出无用光。观察无用光投射光斑的位置以及光斑的大小。根据光斑的位置以及光斑的大小确定遮光片的形状、大小、位置。

S003，设计遮挡装置结构并选材。对遮光片3的材质、结构进行初步选取。将遮光片3设置在腔体内。

S004，验证遮挡装置是否能完全对光斑形成遮挡。在为否的条件下，执行设计遮挡装置结构并选材步骤。LED灯保持发光。观察蓝光的光斑是否全部投射到遮光片3上。如果蓝光全部投射到遮光片3上，则表明遮光片3的形状、大小、位置合适。如果一部分光斑投射到遮光片3上，另一部分光斑未投射到遮光片3上，则表明遮光片3的形状、大小和/或位置不合适。需要更换遮光片3和/或调整遮光片3的位置，以满足遮光的需求。经过上述验证后，合适的遮光片3被固定在设定位置。在该位置，蓝光的光斑能完全投射到遮光片3上。

S005，在为是的条件下，进行长期点亮验证，以判断在设定时长点亮下，遮挡装置是否有异物析出。将LED灯保持点亮状态，并持续设定时间，例如100小时。在该过程中，遮光片3持续被蓝光照射。在点亮过程中，间隔设定时间观察遮光片3的表面是否有异物析出。在为是的条件下，表明遮光片3有异物析出，则表明遮光片3的耐用性较差，遮光片3的质量不合格。在这种情况下，执行所述设计遮挡装置的结构并选材步骤，以对遮光片3的材质进行重新选型。然后，重复S004、S005步骤，直至长时间点亮的条件下没有异物析出。

例如，重新选好的遮光片3替换之前质量不合格的遮光片。并重新进行长期点亮验证。直至在100小时的长期点亮之后，遮光片3的表面没有异物析出为止。遮光片3的选型完毕。投入使用。在遮光片3通过验证后，投影光机投入使用。

在为否的条件下，表明遮光片3的材质合适，则投影光机可以投入使用。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种投影光机，其特征在于，

包括壳体、光源、分光元件和遮挡装置，在所述壳体内构造有腔体，所述光源、所述分光元件和所述遮挡装置被设置在所述腔体内，所述分光元件位于所述光源的光路上，所述遮挡装置被构造为用于对由所述分光元件出射的无用光形成遮挡；

所述遮挡装置具有内凹的弧面，在所述弧面上构造有凸起，所述凸起被构造为用于对被所述弧面反射的所述无用光形成遮挡，弧面沿轴线方向分为第一区域和第二区域，第一区域上设置有第一凸起，第二区域上设置有第二凸起，第一凸起和第二凸起向远离轴线方向延伸，第一凸起与弧面形成设定的角度α，第二凸起与弧面形成设定的角度β，其中，α和β均为钝角。

2.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，

所述遮挡装置设置于所述分光元件与所述壳体之间、由所述分光元件透射或者反射的无用光形成的光路上。

3.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，

所述遮挡装置对波段为380nm-780nm的所述无用光的反射率≤4％。

4.根据权利要求3所述的投影光机，其特征在于，

所述无用光的波段为380nm-505nm。

5.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，

所述遮挡装置被粘接在所述壳体的侧壁上。

6.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，

所述遮挡装置嵌设在所述壳体的侧壁上。

7.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，

所述壳体包括相对设置的盖体和底部，由所述盖体和/或所述底部向所述腔体内延伸，以形成所述遮挡装置。

8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的投影光机，其特征在于，

所述遮挡装置的表面被构造有泡沫状结构。

9.一种投影光机设计方法，应用于如权利要求1～8任一项所述的投影光机，其特征在于，

所述方法包括：

分析光源中无用光成分；

通过光路仿真模拟确定无用光投射光斑的位置；

设计遮挡装置的结构并选材；

验证所述遮挡装置是否能完全对所述光斑形成遮挡，在为否的条件下，执行所述设计遮挡装置的结构并选材步骤；

在为是的条件下，进行长期点亮验证，以判断在设定时长点亮下，所述遮挡装置是否有异物析出；

在为是的条件下，执行所述设计遮挡装置的结构并选材步骤。