一种照明系统和相关产品的制作方法

1.本技术涉及照明技术领域，尤其涉及一种照明系统和相关产品。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，投影装置和一些具有液晶显示屏的终端设备(例如手机、平板电脑等)在人们的日常生活得到了广泛的应用。例如，利用投影装置进行教学和娱乐活动，利用手机进行日常通讯或播放多媒体文件等。因为液晶材料对于照明光的偏振响应特性，基于液晶屏幕的投影装置和终端设备在非偏振照明光到达液晶层之前，需要将其转换为线偏振光。对此，通常的做法是直接在非偏振光的传输路径上添加偏振滤波片，实现非偏振光到线偏振光的转化。但是经过偏振滤波片前后直接损失50％的光能，导致照明光的利用率非常低。
3.由于照明光的利用率较低，为保证投影装置投影功能的正常实现和终端设备显示功能的正常实现，产品使用过程中的功耗也非常大。目前一些产品对于续航时间具有较高的要求。例如用于增强现实(augmented reality,ar)的近眼微投影仪，在储电量一定的情况下，单位时间内的功耗越大，续航时间越短。为了提升产品的续航时间，降低功耗，需要提升照明效率。目前可以采用如下方案实现照明效率的提升：
4.参见图1，该图示意了一种照明光回收利用的装置示意图。如图1所示，平行入射的自然光经过微透镜阵列(micro lens array,mla)入射到并列设置的偏振分束器(polarization beam splitter,pbs)阵列上。自然光可以视为包含s光和p光，但是呈现为非偏振状态。pbs阵列中包含的pbs的数量为mla中透镜单元的数量的二倍。间隔排列的pbs 101反射s光并透射p光，而间隔排列的pbs 102则用于将pbs 101反射而来的s光再次反射。由于pbs 102反射方向上还设置有半波片(half wave plate,hwp)，可以将pbs 102反射的s光转换为p光，因此最终图1所示的装置输出的光均为单一偏振方向的p光。
5.该方案要求在pbs 102的前方构建无光线的空间，避免自然光射入。一旦有自然光射入pbs 102，pbs 102则将自然光中的p光透射出，导致pbs 102出射的线偏振光既有s光又有p光，偏振方向不统一，影响照明效率。此外，pbs阵列占用较多的空间，而微型投影装置等产品的整体尺寸小型化、轻薄化。由此可见，图1所示的照明光回收利用的装置不但尺寸较大，而且对空间结构和空间中光束的控制要求较高，因此在微型投影仪等产品中不适用。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种照明系统和相关产品，旨在提高照明系统的照明效率，并缩减照明系统的尺寸，降低照明光回收利用的实现难度。
7.本技术第一方面提供一种照明系统，该照明系统包括依次层叠设置的光源背板、光学极化元件和偏振分束片；
8.光源背板包括电路基板和电路基板上的光源单元；
9.偏振分束片用于将光源单元发射并从光学极化元件透过的非偏振光分为偏振方
向相互垂直的第一线偏振光和第二线偏振光，且用于使第一线偏振光透射，以及用于反射第二线偏振光；
10.光学极化元件用于将偏振分束片反射的第二线偏振光转换为第一偏振态的偏振光，并将第一偏振态的偏振光传输给电路基板；
11.电路基板用于对第一偏振态的偏振光进行反射，得到第二偏振态的偏振光，第一偏振态的偏振光与第二偏振态的偏振光的旋向相反；
12.光学极化元件还用于将第二偏振态的偏振光转换为第三线偏振光，并将第三线偏振光传输给偏振分束片；第三线偏振光与第一线偏振光具有相同的偏振方向；
13.偏振分束片还用于透射第三线偏振光。
14.由于第三线偏振光与第一线偏振光具有相同的偏振方向，因此偏振分束片能够被偏振分束片完全透射。本技术技术方案中，偏振光的回收利用在光源背板与偏振分束片之间光束传输过程中完成，而非仅通过偏振分束片实现偏振光的回收利用，因此不需要如图1间隔设置不同功能的pbs。相比于图1技术方案，本技术有效缩减了照明系统的尺寸。此外，本技术技术方案中初次射入偏振分束片的光为非偏振光，因此不需要在偏振分束片之前专门构建无光线的空间，降低了对空间结构和空间中光束的控制要求。可见，本技术技术方案易于在微型投影装置、手机和平板电脑等终端产品中使用，通过回收偏振光提升了照明效率和产品的续航能力。
15.作为第一方面的一种可能实现方式，照明系统还可以包括：设置在光源背板和光学极化元件之间的透镜单元；透镜单元用于将光源单元发射的非偏振光进行会聚处理后传输给光学极化元件。应用透镜单元可以改变光线的传输方向，例如对光束进行会聚或发散处理。为了使最终照明系统输出光束的发散角度与实际需求适配，利用透镜单元可以减小光束的发散角。如此，可以进一步提升照明光的利用率。
16.在上述实现方式中，可选地，光学极化元件具体用于将转换出的第一偏振态的偏振光传输给透镜单元；透镜单元还用于将第一偏振态的偏振光进行发散处理后传输给电路基板。可选地，电路基板具体用于将第二偏振态的偏振光传输给透镜单元；透镜单元还用于将第二偏振态的偏振光进行会聚处理后传输给光学极化元件。
17.可选地，电路基板上设有多个光源单元；透镜单元位于光源背板与光学极化元件之间的至少一层微透镜阵列上；每层微透镜阵列包括多个透镜单元，每层微透镜阵列的多个透镜单元与多个光源单元是一对一的。为光源单元一对一设置的透镜单元可以用于高效、便捷地控制光束的折转方向。
18.在上述实现方式中，可选地，第一偏振态的偏振光在电路基板上形成了光源单元的共轭像，共轭像与光源单元相对于透镜单元的光轴对称。可选地，光源单元的发光中心与透镜单元的光轴存在偏移量；偏移量大于或等于光源单元的尺寸的一半。在本技术技术方案中，利用电路基板实现光源单元的物、像分离可以更容易控制光束的方向，便利于对偏振光的偏振态的控制。进而使偏振光的转换和回收更容易实现，提升照明光的利用率。
19.光源单元的物与像分离过大可能影响光的利用率，或影响相邻其他光源单元沿对应透镜单元的光路传输。为避免以上问题，保证光源单元与透镜单元准确地一对一匹配，光源单元的发光中心与透镜单元的光轴的偏移量可以设置为不超过一个光源单元的尺寸。此外，偏移量上限还可以根据实际采用的透镜单元尺寸而定。例如，透镜单元的直径越大，可
以容许的偏移量越大，从而可以设置更大的偏移量上限。
20.可选地，电路基板的表面涂覆有反射膜，反射膜的反射率大于或等于50％。通过涂覆较高反射率的反射膜，可以减少光射入至电路基板上被吸收的比率，进而提升光的利用率。
21.可选地，第一偏振态的偏振光为右旋偏振光，第二偏振态的偏振光为左旋偏振光。或者，第一偏振态的偏振光为左旋偏振光，第二偏振态的偏振光为右旋偏振光。
22.可选地，光学极化元件为四分之一波片。四分之一波片的光轴与第一线偏振光的偏振方向成45
°
夹角，且四分之一波片的光轴与第二线偏振光的偏振方向成45
°
夹角。此时第一偏振态的偏振光与第二偏振态的偏振光均为圆偏振光，二者旋向不同。
23.可选地，光源单元为mini-led光源。利用小尺寸的mini-led光源可以缩小照明系统的尺寸。
24.在一种可能的实现方式中，电路基板上多个光源单元发出的光线的颜色相同。在另一种可能的实现方式中，电路基板上多个光源单元包括多种不同颜色的光源单元，例如包括：红色光源单元、绿色光源单元和蓝色光源单元。通过在电路基板上设置多种不同颜色的光源单元，可以丰富图像的色彩范围和灰度范围。
25.多个光源单元可采用的排布方式有多种选择，作为示例，可以按照以下任意一种排布方式排布于电路基板的表面：
26.沿第一方向红色光源单元、蓝色光源单元、绿色光源单元循环排布，沿第二方向红色光源单元、蓝色光源单元、绿色光源单元循环排布，第一方向与第二方向相互垂直；或，
27.沿第一方向红色光源单元、蓝色光源单元、绿色光源单元循环排布，沿第二方向排列的多个光源单元是同一种颜色的，第一方向与第二方向相互垂直；或，
28.沿第一方向红色光源单元、蓝色光源单元、红色光源单元、绿色光源单元循环排布，沿第二方向排列的多个光源单元是同一种颜色的，第一方向与第二方向相互垂直。
29.可选地，在组装照明系统时，保证透镜单元的光轴与电路基板的表面的法线平行。如此可以方便控制光束，不需要在使用时一一调节。同时，也降低了照明系统的维护成本。
30.可选地，透镜单元具体用于将光源单元发射的非偏振光准直后传输给光学极化元件，以及用于将第二偏振态的偏振光准直后传输给光学极化元件。通过准直可以使照明系统最终出射的光束的发散角更小，避免照明系统出射的光的浪费，提升用户对照明光的使用体验。
31.本技术第二方面提供一种光机模组，该光机模组包括第一方面提供的任意一种照明系统和投影镜头；照明系统用于将具有相同偏振方向的线偏振光传输给投影镜头，以使投影镜头输出虚拟图像。照明系统可以在光机模组工作过程中提供稳定且长续航的光照，提升输出虚拟图像的稳定性和可靠性，提升虚拟图像的成像质量。
32.本技术第三方面提供一种增强现实眼镜，该增强现实眼镜包括第二方面提供的光机模组，还包括融合器；其中，融合器用于对现实图像和光机模组输出的虚拟图像进行融合。由于光机模组中采用的照明系统具有照明效率高、续航长的特点，因此相应地提升了佩戴该增强现实眼镜的用户的视觉体验。
33.本技术第四方面提供一种终端设备，该终端设备包括第一方面提供的任意一种照明系统和液晶显示屏；照明系统用于向液晶显示屏传输具有相同偏振方向的线偏振光，液
晶显示屏用于根据线偏振光显示图像。由于终端设备种采用了第一方面提供的照明系统，该照明系统可以提供稳定且长续航的光照，因此提升显示的图像的稳定性和可靠性，提升显示的图像的质量，并进而使用户的观看体验提升。
附图说明
34.图1为一种照明光回收利用的装置示意图；
35.图2a为本技术实施例提供的一种照明系统的结构示意图；
36.图2b为本技术实施例提供的另一种照明系统的结构示意图；
37.图3为本技术实施例提供的一种照明系统中光路的示意图；
38.图4a为本技术实施例提供的一种光源单元排布方式示意图；
39.图4b为本技术实施例提供的另一种光源单元排布方式示意图；
40.图4c为本技术实施例提供的又一种光源单元排布方式示意图；
41.图5为本技术实施例提供的一种与图4a-4b中光源背板相匹配的微透镜阵列的示意图；
42.图6为本技术实施例提供的一种光机模组的结构示意图；
43.图7为本技术实施例提供的另一种光机模组的结构示意图；
44.图8为本技术实施例提供的一种增强现实眼镜的结构示意图；
45.图9为本技术实施例提供的一种终端设备的结构示意图；
46.图10为本技术实施例提供的一种照明方法的流程图。
具体实施方式
47.目前，市面上很多投影装置和终端产品的耗电量高，续航时间短，影响了产品的使用性能。为此，涌现出一些回收照明光以提高照明效率的解决方案。结合上文中对图1所示装置的工作过程说明可知，在图1技术方案中，需要设置2倍于透镜单元数量的pbs，包括pbs 101和pbs 102。并且，需要专门在pbs 102之前构建无光线的空间，以避免自然光入射。这一类偏振光回收利用方案形成的照明系统通常体积较大，难以应用在小型化产品中。此外，图1技术方案对于照明系统中的空间结构和光束控制的要求较高，实现难度较高。
48.基于上述问题，发明人经过研究提供了一种照明系统、相关产品及照明方法。在本技术提供的照明系统中，设置一光源背板、光学极化元件和偏振分束片，光源背板中的光源单元位于电路基板上，光学极化元件位于光源背板和偏振分束片之间，光源单元的发光面朝向偏振分束片，发射具有非偏振光。工作时，偏振分束片用于将经过光学极化元件的非偏振光分为第一线偏振光和第二线偏振光，二者偏振方向相互垂直，前者被偏振分束片透射，后者被偏振分束片反射电路基板具有反射光束的功能，因此，自偏振分束片反射的第二线偏振光可以在电路基板的反射作用下，在偏振分束片与电路基板之间完成一次往返。往返过程中光学极化元件用于改变偏振光的偏振态。
49.光学极化元件可以将偏振分束片反射的第二线偏振光转换为第一偏振态的偏振光，并将该第一偏振态的偏振光传输给电路基板。电路基板对第一偏振态的偏振光进行反射，得到与第一偏振态的偏振光旋向相反的第二偏振态的偏振光。光学极化元件再将第二偏振态的偏振光转换为与第一线偏振光具有相同偏振方向的第三线偏振光。由于第三线偏
振光与第一线偏振光具有相同的偏振方向，因此第三线偏振光能够从偏振分束片中顺利透射。在本技术技术方案中，原本可能被浪费的第二线偏振光可以转换为可被偏振分束片透射的第三线偏振光，因此实现对照明系统中偏振光的回收利用。本技术技术方案不需要专门构建无光线的空间，因此降低了对空间结构和空间中光束的控制要求。本技术提供的照明系统实现偏振光回收，提升了照明效率，使产品的续航时间延长。同时，也缩减了照明系统的尺寸，因此该照明系统可以很好地应用在微型投影装置、手机和平板电脑等对于小型化和轻薄化的产品中。
50.下面结合附图对本技术提供的照明系统、相关产品及照明方法分别进行说明。
51.参见图2a，该图为本技术实施例提供的一种照明系统的结构示意图。图2a中，照明系统20包括：依次层叠设置的光源背板201、光学极化元件203和偏振分束片204。光学极化元件203与偏振分束片204可以表面紧贴，也可以如图2a所示，二者之间存有间隙。本技术实施例中，偏振光的回收主要发生在光源背板201与偏振分束片204之间。光束在偏振光源背板201和偏振分束片204之间来回，均需要经过光学极化元件203。
52.光源背板201包括：电路基板2011和电路基板上的光源单元2012。本技术实施例中，光源单元2012与电路基板2011包括多种组装方式。作为示例，光源单元2012可以焊接在电路基板2011上，也可以通过可拆卸的方式安装在电路基板2011上。此处对于光源单元2012和电路基板2011的组装方式不做具体限定。
53.由于光源单元2012位于电路基板2011之上，因此电路基板2011可以对光源单元2012起到支撑作用。电路基板2011上可以设置一个或多个光源单元2012，对于后一种情况，多个光源单元2012可以焊接在电路基板的同一个表面，并以电路基板2011为基础排布成阵列状的光源，具体可以参见图2b、图4a-4c。由于电路基板2011与光源单元2012电连接，因此，电路基板2011还可以为光源单元2012提供电力，以支持光源单元2012发光。
54.以下对光源单元2012发射的光在照明系统20中的变化历程进行描述。
55.首先，光源单元2012发射非偏振光，非偏振光从光学极化元件203透过，到达偏振分束片204。由于光学极化元件203仅对于偏振光起到改变偏振态的作用，因此，当非偏振光经过光学极化元件203后，依然是非偏振光。偏振分束片204将接收到的非偏振光分为两束偏振方向相互垂直的线偏振光，并将该两束偏振方向相互垂直的线偏振光分别反射和透射。其中，透射的线偏振光称为第一线偏振光，反射的线偏振光称为第二线偏振光。作为示例，第一线偏振光为p偏振光，第二线偏振光为s偏振光。由于本示例中，偏振分束片204具有反射s偏振光和透射p偏振光的作用，因此，p偏振光从偏振分束片204顺利透射出，而s偏振光则被反射回来。
56.接着，被反射回的第二线偏振光经过光学极化元件203，偏振态发生改变。具体地，光学极化元件203将第二线偏振光转换为第一偏振态的偏振光。此处描述的第一偏振态的偏振光具有旋向。光学极化元件203还将转换得到的第一偏振态的偏振光传输给电路基板2011。
57.实际应用中，电路基板2011的表面具有一定的反射率，能够将部分光束反射。或者，电路基板2011的表面涂覆有反射膜，反射膜的反射率大于或等于预设值，进而电路基板2011利用该反射膜可以射入自身的部分光束反射。预设值可以根据是实际需求进行设置，例如预设值为50％。
58.作为示例，反射膜可以为金(反射率为95％)、银(反射率为98.8％)、铝(反射率为90.5％)或铜(反射率为96.5％)等，或者其他材质的高反射介质膜。此外，反射膜还可以为上述材料中两者或两者以上的组合。此处对于反射膜的具体材料构成不进行限定。
59.由于电路基板2011的反射作用相当于镜面反射，因此被电路基板2011的反射的偏振光相比于入射至该电路基板2011的偏振光，旋向发生改变。例如，入射至电路基板2011的第一偏振态的偏振光为右旋偏振光，从电路基板2011反射的第二偏振态的偏振光为左旋偏振光；或者入射至电路基板2011的第一偏振态的偏振光为左旋偏振光，从电路基板2011反射的第二偏振态的偏振光为右旋偏振光。
60.电路基板2011反射的第一偏振态的偏振光到达光学极化元件203。由于此时入射至光学极化元件203的第二偏振态的偏振光，其旋向与之前光学极化元件203出射的第一偏振态的偏振光旋向相反，因此光学极化元件203对第二偏振态的偏振光转换得到的第三线偏振光与第二线偏振光具有相互垂直的偏振方向。即，第三线偏振光的偏振方向与第一线偏振光的偏振方向相同。进而，偏振分束片204可以透射第三线偏振光。
61.以上描述的即为本技术实施例提供的照明系统20回收偏振光以提升照明效率的实现过程。结合上文描述，本技术实施例提供的照明系统20中，偏振光的转换和回收利用在光源背板201与偏振分束片204之间光束传输过程中完成，而非仅依靠偏振分束片204实现偏振光的回收利用。因此，不需要如图1间隔设置不同功能的pbs 101和pbs 102。相比于图1技术方案，图2a所示照明系统20占用空间更小。此外，本技术技术方案中初次射入至偏振分束片204的光为非偏振光，因此，即便场景中存在一些其他非偏振光线(非来自光源单元2012的自然光)射入到照明系统20，也不会对偏振光的回收利用产生不良影响。可见，本技术技术方案中不需要在偏振分束片204之前专门构建无光线的空间，降低了对空间结构和空间中光束的控制要求。可见，本技术实施例提供的照明系统20易于在微型投影装置、手机和平板电脑等终端产品中使用，通过回收偏振光提升了照明效率和产品的续航能力。
62.位于电路基板2011上的光源单元2012发射具有非偏振光，非偏振光可以是平行光，也可以是具有发散角的发散光。例如，光源单元2012为mini-led光源，即芯片尺寸介于50～200微米之间的发光二极管器件，mini-led光源发射类球面光。
63.以微投影装置为例，要求照明系统提供的照明光线的入射角在
±
20度以内，而mini-led光源发出的光线的角度通常在
±
60度之间。为了使照明系统的照明光线角度与微投影装置所需的角度适配，在本技术实施例中，在光源背板201与光学极化元件203之间设置透镜单元，以对光源单元2012发出的具有发散角的非偏振光进行会聚，实现光束的整形收束，使光源单元2012发射的非偏振光经过透镜单元后，发散角减小。
64.此外，由于透镜单元设置在光源背板201和光学极化元件203之间，因此在上文描述的光传输过程中，光学极化元件203具体用于将转换出的第一偏振态的偏振光传输给透镜单元，再由透镜单元将所述第一偏振态的偏振光进行发散处理后传输给电路基板2011。电路基板2011将所述第二偏振态的偏振光传输给透镜单元，再由透镜单元将第二偏振态的偏振光进行会聚处理后传输给光学极化元件203。
65.前文提到，电路基板2011上可以设置有多个光源单元2012。对于此实现方式，为了保证每个光源单元2012发射的非偏振光被偏振分束片204分束反射出的第二线偏振光均得到有效的回收利用，本技术实施例提供的照明系统中还可以配设至少一层微透镜阵列，每
层微透镜阵列上的透镜单元与电路基板2011上的光源单元2012一对一匹配。请参见图2b，该图示意了本技术实施例提供的另一种照明系统30的结构。
66.区别于图2a所示的照明系统20，在图2b示意的照明系统30中，电路基板2011上设有多个光源单元2012，因此图2b中的光源背板201又可称为光源阵列背板。在光源阵列背板201与光学极化元件203之间设置了微透镜阵列2020，微透镜阵列2020包含与光源单元2012匹配的透镜单元2021。例如，电路基板2011上焊接有60个光源单元2012，则每层微透镜阵列2020也包括60个透镜单元2021。在微偏振阵列202中还可以包含用于装卡透镜单元2021的组件。实际应用中，对于设置在光源背板201和光学极化元件203之间的微透镜阵列2020的层数不做限定，例如可以设置一层，也可以设置两层或三层微透镜阵列组件2020，从而使光源背板201和光学极化元件203之间传输的光束经历先后多层透镜单元2021的折射作用。为便于描述，可以将设置在光源背板201和光学极化元件203之间的微透镜阵列2020总称为微透镜阵列组件202。如果微透镜阵列组件202包括多层微透镜阵列2020，则各层微透镜阵列2020中对应于同一光源单元2012的透镜单元2021的光轴重合。本技术实施例中，透镜单元2021的光轴可以是指透镜单元2021的两个表面几何中心的连线。
67.在一种可能的实现方式中，光源单元2012是一维排列的，光源单元2012之间仅包括第一方向上的第一间距，微透镜阵列2020上的透镜单元2021也是一维排列的，透镜单元2012之间仅包括第一方向上的第三间距。第一间距与第三间距可以相同，也可以不同。作为示例，光源单元2012的芯片尺寸相同，透镜单元2021的参数相同，第一间距和第三间距可以与透镜单元2021的孔径尺寸一致。
68.在另一种可能的实现方式中，光源单元2012是二维排列的，光源单元2012之间包括第一方向上的第一间距和第二方向上的第二间距，其中第一方向和第二方向相互垂直。微透镜阵列2020上的透镜单元2021也是二维排列的，透镜单元2012之间包括第一方向上的第三间距和第二方向上的第四间距。第一间距与第三间距可以相同，也可以不同；第二间距与第四间距可以相同，也可以不同。作为示例，光源单元2012的芯片尺寸相同，透镜单元2021的参数相同，第一间距、第二间距、第三间距和第四间距均可以与透镜单元2021的孔径尺寸一致。
69.在以上实施例提供的照明系统30中，每个透镜单元2021的光轴和电路基板2011的表面的法线相互平行。如此，便于控制光束的方向和偏振态。实际应用中，透镜单元2021还可以用于将对应的光源单元2012发射的非偏振光准直后发送给光学极化元件203，或者将电路基板2011反射的第二偏振态的偏振光准直后发送给光学极化元件203。准直的过程中减小了光束的发散角，使发散角达到预设发散角度以下，例如预设发散角度为30
°
或10
°
。透镜单元2021具体可以是平凸透镜、双凸透镜等，可以是球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜等，或者它们中任意多种的组合。具体实现时，可以依据实际的需求调整透镜单元2021的面型和焦距等参数，以向光学极化元件203传输特定发散角度的光束。
70.为了便于更好地理解照明系统中的光路，下面结合图3介绍当光学极化元件203具体为四分之一波片时，照明系统中的光路及光的偏振态。
71.图3为本技术实施例提供的一种照明系统中光路的示意图。由于光源单元2012与微透镜阵列2020的透镜单元2021具有一对一的关系，为了简洁表述，在图3中仅以一层微透镜阵列中的一个透镜单元2021及其对应的光源单元2012为示例对光路进行示例性的介绍。
若照明系统中包含多个光源单元2012，则由其余各个光源单元2012及对应的透镜单元2021参与的光路均可参照图3。
72.在图3的示例中，光学极化元件具体为四分之一波片2031。光源单元2012发射非偏振光，非偏振光经过透镜单元2021的会聚处理后到达四分之一波片2031。四分之一波片2031将非偏振光透射给偏振分束片204，偏振分束片204将非偏振光分别反射和透射。其中，透射的第一线偏振光为p光，反射的第二线偏振光为s光。在该图示例中，四分之一波片2031的光轴与s偏振光的偏振方向成α夹角，且四分之一波片2031的光轴与p偏振光的偏振方向成β夹角，其中α≠0且β≠0。从图3中可以看出，四分之一波片2031将入射的s偏振光转换为右旋偏振光。右旋偏振光经过透镜单元2021发散处理后到达电路基板2011，被电路基板2011镜面反射转换为左旋偏振光。左旋偏振光被透镜单元2021会聚处理后到达四分之一波片2031，被四分之一波片2031转换为p偏振光。该p偏振光是由s偏振光转化得到的，为了与此前的第一线偏振光进行区别，将此p偏振光称为第三线偏振光。最终，从偏振分束片204透射的p偏振光包括：偏振分束片204将非偏振光分束后透射的第一线偏振光，以及偏振分束片204反射的s偏振光经过回收转换得到第三线偏振光。其中，s偏振光的转换主要通过以下两个关键元件实现：
73.1)四分之一波片2031：四分之一波片2031前后两次对偏振光的偏振态的改变，第一次将s偏振光改变为右旋偏振光，第二次将左旋偏振光改变为p偏振光。
74.2)电路基板2011：电路基板2011通过对光的镜面反射，使偏振光的旋向改变，将入射的右旋偏振光转换为左旋偏振光反射。
75.当上述α＝β＝45
°
时，四分之一波片2031具体将s偏振光改变为右旋圆偏振光。右旋圆偏振光被电路基板2011反射为左旋圆偏振光。四分之一波片2031还将左旋圆偏振光改变为p偏振光。
76.实际应用中，尽管光源单元2012具有一定的反射功能，也可以对微透镜阵列组件202传输来的光线进行反射，但是光源单元2012实现反射的方式通常为漫反射。一方面，难以控制反射角度，较难维持或稳定反射光的偏振方向，进而也增大了照明系统后续对光源单元2012反射光束的整形和偏振转换的难度。另一方面，光源单元2012的反射率不高，以光源单元2012实现反射光束的功能，导致偏振光的回收效率较低。因此，在本技术实施例中，以电路基板2011实现反射光束的功能，在电路基板2011上形成每个光源单元2012的共轭像。
77.本技术实施例中，光源单元2012的共轭像是指：从光源单元2012发出的非偏振光被逐步转换为第一偏振态的偏振光，由该第一偏振态的偏振光在电路基板2011上形成的光源单元2012的像。共轭像与光源单元2012之间的光路可逆。例如，光源单元2012的位置为a，共轭像的位置为a’；若在a’处设置光源单元2012，则a处形成了光源单元2012的共轭像。
78.每个光源单元2012的物与像分离，利用电路基板2011进行光束的反射，相比于光源单元2012物像未分离的方式(即光源单元2012实现光束反射)反射率提高，偏振光的回收效率提升。此外，反射光的方向控制和偏振态控制更容易实现。
79.为了使光源单元2012的物像分离，目前，可以为每个光源单元2012分别配置一个对应的偏振分束器pbs，将每个pbs相对于其对应的光源单元2012的发光中心非对称设置。光源单元2012的发光中心具体可以是指光源单元2012的发光面的几何中心。例如，将pbs倾
斜设置，或者构造pbs带有弧度的反射面。如此，使得自pbs反射至电路基板2011并在电路基板2011上形成的光源单元2012的共轭像与光源单元2012本身的位置分离。但是在该实现方式中，需要为每个pbs设计特殊的槽位来放置pbs，从而保证pbs相对于对应的光源单元的发光中心非对称，实现光源单元的物像分离。该实现方式的成本非常高。并且由于本技术实施例光源背板201中光源单元2012尺寸较小，因此设置上述pbs的实现难度较大。
80.为了在低成本前提下实现光源单元2012物像分离，降低光源单元2012的物像分离难度，本技术实施例提供的技术方案中可以在配置和组装照明系统时，令每个光源单元2012的发光中心相对于该光源单元2012对应的透镜单元2021的光轴具有偏移量。并且，本技术实施例中以轻薄的整片偏振分束片204替代数量繁多的pbs。光源单元2012物和像相对于该光源单元2012对应的透镜单元2021的光轴对称。因此，光源单元2012的共轭像与光源单元2012对应的透镜单元2021的光轴也存在偏移量，且物(即光源单元2012本身)的偏移量与像的偏移量互为相反数。
81.此外，为了进一步提升光束的可控性，提升偏振回收效率，本技术实施例中通过令上述偏移量大于或等于光源单元2012的尺寸的一半，以此使光源单元2012与电路基板2011上形成的该光源单元2012的共轭像完全分离，即不存在重合区域。上述的光源单元2012的尺寸基于光源单元2012的发光面形状而定义。具体地，如果光源单元2012的发光面为圆形，则光源单元2012的尺寸具体可以是指光源单元2012的圆形发光面的直径。如果光源单元2012的发光面为矩形，则光源单元2012的尺寸就可以是矩形发光面的短边尺寸。此外，在可能的实现方式中，光源单元2012的发光中心相对于所对应的透镜单元2021的光轴的偏移量不超过一个光源单元2012的尺寸。
82.本技术实施例提供的照明系统可以应用在手机、平板电脑、电子阅读器等产品中作为背光照明，也可以应用在投影装置中。当照明系统用作背光照明或者用于形成黑白投影画面时，照明系统中的多个光源单元2012可以是颜色统一的单色光源单元。而当照明系统用于形成彩色投影画面时，照明系统中的多个光源单元2012可以包括：红色光源单元、绿色光源单元和蓝色光源单元，即rgb三色光源。
83.图4a-4c分别是本技术实施例提供的三种不同的光源单元排布方式示意图。下面结合附图4a-4c介绍光源单元2012为rgb三色光源时，多个光源单元2012的几种示例排布方式。在图4a-4c中，第一方向和第二方向为两个相互垂直的方向。
84.如图4a，电路基板2011上沿第一方向红色光源单元、蓝色光源单元和绿色光源单元循环排布，沿第二方向红色光源单元、蓝色光源单元、绿色光源单元循环排布。
85.如图4b，电路基板2011上沿第一方向红色光源单元、蓝色光源单元和绿色光源单元循环排布，沿第二方向排列的多个光源单元是同一种颜色的。
86.如图4c，电路基板2011上沿第一方向红色光源单元、蓝色光源单元、红色光源单元和绿色光源单元循环排布，沿第二方向排列的多个光源单元是同一种颜色的。
87.图5示意了与图4a-4b中光源背板201相匹配的微透镜阵列2020。如图5和图4a-4b所示，微透镜阵列组件202中透镜单元2021的数量与光源背板201中光源单元2012的数量匹配：沿第一方向配置6个透镜单元2021，沿第二方向配置12个透镜单元2021。实际应用中，电路基板2011上焊接的光源单元2012的数量及颜色均可以按照实际需求进行设置，因此不做具体限定。例如，还可以如图4c所示，第一方向配置8个光源单元2012。
88.基于前述实施例提供的照明系统，相应地，本技术还提供一种光机模组。该光机模组可以适应于投影装置(例如具有投影功能的增强现实眼镜)，还可以应用在手机、平板电脑等终端设备中用以为屏幕提供背光照明。
89.在光机模组中包括照明系统和投影镜头。此处，照明系统可以是图2a所示的照明系统20，也可以是图2b所示的照明系统30。照明系统的结构和工作过程可以参照前述实施例的描述，此处不再赘述。
90.结合前述实施例可知，照明系统末端的偏振分束片204透射偏振方向一致的线偏振光，其中包括第一线偏振光和第三线偏振光。自偏振分束片透射的线偏振光可以传输给投影镜头，投影镜头利用接收到的光线输出虚拟图像。
91.图6和图7分别为本技术实施例提供的两种光机模组的结构示意图。图6和图7中实线代表p偏振光，虚线代表s偏振光。
92.在图6示意的光机模组60a中，偏振分光元件603a用于透射p偏振光，反射s偏振光。在光机模组60a中，照明系统601和液晶屏幕604分别位于偏振分光元件603a的分光面的不同侧，投影镜头602和液晶屏幕604位于偏振分光元件603a的分光面的同一侧。照明系统601向偏振分光元件603a传输p偏振光，偏振分光元件603a将p偏振光透射至液晶屏幕604。在图像源信号的作用下调制液晶屏幕604相位，进而可以调制接收到的p偏振光的偏振态。液晶屏幕604将调制后的偏振光(偏振方向相比于p偏振光可能发生改变)反射给偏振分光元件604。偏振分光元件603a还将来自液晶屏幕604的偏振光中的s偏振光(其中可以包含偏振方向与p偏振光相互垂直的s偏振光，还可以包含其他偏振光在s偏振光的偏振方向上的分量)反射给投影镜头602。最终，投影镜头602根据偏振分光元件603a提供的s偏振光输出虚拟图像。
93.在图7示意的光机模组60b中，偏振分光元件603b用于透射s偏振光，反射p偏振光。在光机模组60b中，照明系统601和液晶屏幕604位于偏振分光元件603b的分光面的同一侧，投影镜头602和液晶屏幕604分别位于偏振分光元件603b的分光面的不同侧。照明系统601向偏振分光元件603b传输p偏振光，偏振分光元件603b将p偏振光反射给液晶屏幕604。在图像源信号的作用下调制液晶屏幕604相位，进而可以调制接收到的p偏振光的偏振态。液晶屏幕604将调制后的偏振光(偏振方向相比于p偏振光可能发生改变)反射给偏振分光元件604。偏振分光元件603a还将来自液晶屏幕604的偏振光中的s偏振光(其中可以包含偏振方向与p偏振光相互垂直的s偏振光，还可以包含其他偏振光在s偏振光的偏振方向上的分量)透射给投影镜头602。最终，投影镜头602根据偏振分光元件603b提供的s偏振光输出虚拟图像。
94.经过测试，在图6示意的光机模组60a和图7示意的光机模组60b中，采用的照明系统601相对于常规无偏振回收的照明系统，照明效率提升40％左右。因此，照明系统601在光机模组60a和60b在工作过程中可以提供稳定且长续航的光照，提升输出虚拟图像的稳定性和可靠性，提升虚拟图像的成像质量。
95.基于前述实施例提供的光机模组，相应地，本技术还提供一种增强现实眼镜。该增强现实眼睛的结构如图8。图8示意的增强现实眼镜80包括光机模组801和融合器802。其中，光机模组801为前述实施例中描述的任意一种光机模组。融合器802可以获得现实图像和光机模组输出的虚拟图像，并对两种图像进行融合。通过融合器802的融合，提升了佩戴该增
强现实眼镜的用户的视觉体验。
96.基于前述实施例提供的照明系统，相应地，本技术还提供一种终端设备。该终端设备可以是手机、平板电脑等移动终端设备，也可以是台式电脑等固定终端设备。此处终端设备的具体类型不进行限定。终端设备的结构如图9。图9示意的终端设备90包括照明系统901和液晶显示屏902。其中，照明系统901可以是前述实施例中描述的任意一种照明系统，例如照明系统20和照明系统30。照明系统901向液晶显示屏902透射具有相同偏振方向的线偏振光(例如p偏振光)，其中包括第一线偏振光和第三线偏振光。液晶显示屏902则用于根据接收到的偏振光显示图像。
97.在一种可能的实现方式中，液晶显示屏902的透射方向上还设置有一个偏振分束片903。在图像源信号的作用下液晶显示屏902的相位受到调制，进而实现了对其接收的偏振光的偏振态调制。液晶显示屏902将调制后的偏振光(偏振方向相比于p偏振光可能发生改变)传输给偏振分束片903。由于偏振分束片903只能透射一个预设偏振方向的线偏振光，因此，对于来自液晶显示屏902的偏振光，偏振分束片903仅会将其中符合预设偏振方向的线偏振光以及在预设偏振方向上的分量透射出来。
98.由于照明系统901具有较高的照明效率，因此在终端设备90工作过程中，照明系统901可以提供稳定且长续航的光照，提升显示的图像的稳定性和可靠性，提升显示的图像的质量。
99.基于前述实施例提供的照明系统，相应地，本技术还提供了一种照明方法。以下结合实施例和附图对照明方法的具体实现过程进行说明。
100.参见图10，该图为本技术实施例提供的一种照明方法的流程图。该照明方法可以结合图2a所示的照明系统20理解实现方式。如图10所示，照明方法包括：
101.步骤1001：在第一光传输路径上，光源背板201的电路基板2011上设置的光源单元2012发射的非偏振光到达光学极化元件203；非偏振光从光学极化元件203透射到偏振分束片204；偏振分束片204将光学极化元件203透射的非偏振光分为偏振方向相互垂直的第一线偏振光和第二线偏振光，使第一线偏振光透射。
102.步骤1002：在第二光传输路径上，偏振分束片204反射第二线偏振光；光学极化元件203将偏振分束片204反射的第二线偏振光转换为第一偏振态的偏振光，并将第一偏振态的偏振光传输给电路基板2011。
103.步骤1003：在第三光传输路径上，电路基板2011对第一偏振态的偏振光进行反射，得到第二偏振态的偏振光，将第二偏振态的偏振光传输给光学极化元件203；光学极化元件203将第二偏振态的偏振光转换为第三线偏振光，并将第三线偏振光传输给偏振分束片204；偏振分束片204透射第三线偏振光；第三线偏振光与第一线偏振光具有相同的偏振方向；第一偏振态的偏振光与第二偏振态的偏振光的旋向相反。
104.本技术技术方案中，偏振光的回收利用在光源背板与偏振分束片之间光束传输过程中完成，参见步骤1002介绍的第二光传输路径和步骤1003介绍的第三光传输路径，而非仅通过偏振分束片实现偏振光的回收利用。因此，本技术技术方案不需要如图1间隔设置不同功能的pbs。相比于图1所示的技术，本技术提供的照明方法缩减了占用的空间。此外，本技术技术方案中初次射入偏振分束片的光为非偏振光，因此不需要在偏振分束片之前专门构建无光线的空间，降低了对空间结构和空间中光束的控制要求。该照明方法易于在微型
投影装置、手机和平板电脑等终端产品中使用，通过回收偏振光提升照明效率和产品的续航能力。
105.应用透镜单元可以改变光线的传输方向，例如对光束进行会聚或发散处理。为了使最终照明系统输出光束的发散角度与实际需求适配，利用透镜单元可以减小光束的发散角。如此，可以进一步提升照明光的利用率。例如：
106.若光源背板201和光学极化元件203之间设置有透镜单元2021，如图2b所示的照明系统30，则步骤1001中，在第一传输路径上，光源单元2012发射的非偏振光到达光学极化元件203，具体包括：光源单元2012发射的非偏振光经过透镜单元2012的会聚处理后到达光学极化元件203。步骤1002中，在第二传输路径上，光学极化元件203将第一偏振态的偏振光传输给电路基板2011，具体包括：光学极化元件203将第一偏振态的偏振光传输给透镜单元2021；透镜单元2021将第一偏振态的偏振光进行发散处理后传输给电路基板2011。步骤1003中，在第三传输路径上，电路基板2011将第二偏振态的偏振光传输给光学极化元件203，具体包括：电路基板2011将第二偏振态的偏振光传输给透镜单元2021；透镜单元2021将第二偏振态的偏振光进行会聚处理后传输给光学极化元件203。
107.应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
108.以上，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的范围。