一种照明系统和相关产品技术方案

本申请公开一种照明系统和相关产品。照明系统依次设置光源背板、光学极化元件和偏振分束片。光源背板包括电路基板及其上的光源单元。光源单元发射的非偏振光经过光学极化元件到达偏振分束片，被分为透射的第一线偏振光和反射的第二线偏振光。第二线偏振光经光学极化元件转换为第一偏振态的偏振光后到达电路基板，被电路基板反射为与第一偏振态的偏振光具有相反旋向的第二偏振态的偏振光。光学极化单元将第二偏振态的线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。偏振分束片再透射第三线偏振光。通过改变偏振光的偏振态和反射光束实现偏振光的回收利用。照明系统尺寸小，控制难度低，可提升照明效率和产品的续航能力。的续航能力。的续航能力。

【技术实现步骤摘要】
一种照明系统和相关产品


[0001]本申请涉及照明
，尤其涉及一种照明系统和相关产品。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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：
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本申请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。
[0007]本申请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；
[0008]光源背板包括电路基板和电路基板上的光源单元；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]偏振分束片还用于透射第三线偏振光。
[0014]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。本申请技术方案中，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，本申请有效缩减了照明系统的尺寸。此外，本申请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，本申请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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。在本申请技术方案中，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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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，且四分之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种照明系统，其特征在于，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)；所述光源背板(201)包括电路基板(2011)和所述电路基板(2011)上的光源单元(2012)；所述偏振分束片(204)用于将所述光源单元(2012)发射并从所述光学极化元件(203)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，且用于使所述第一线偏振光透射，以及用于反射所述第二线偏振光；所述光学极化元件(203)用于将所述偏振分束片(204)反射的所述第二线偏振光转换为第一偏振态的偏振光，并将所述第一偏振态的偏振光传输给所述电路基板(2011)；所述电路基板(2011)用于对所述第一偏振态的偏振光进行反射，得到第二偏振态的偏振光，所述第一偏振态的偏振光与所述第二偏振态的偏振光的旋向相反；所述光学极化元件(203)还用于将所述第二偏振态的偏振光转换为第三线偏振光，并将所述第三线偏振光传输给所述偏振分束片(204)；所述第三线偏振光与所述第一线偏振光具有相同的偏振方向；所述偏振分束片(204)还用于透射所述第三线偏振光。2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，还包括：设置在所述光源背板(201)和所述光学极化元件(203)之间的透镜单元(2021)；所述透镜单元(2021)用于将所述光源单元(2012)发射的所述非偏振光进行会聚处理后传输给所述光学极化元件(203)。3.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述光学极化元件(203)具体用于将转换出的所述第一偏振态的偏振光传输给所述透镜单元(2021)；所述透镜单元(2021)还用于将所述第一偏振态的偏振光进行发散处理后传输给所述电路基板(2011)。4.根据权利要求2或3所述的照明系统，其特征在于，所述电路基板(2011)具体用于将所述第二偏振态的偏振光传输给所述透镜单元(2021)；所述透镜单元(2021)还用于将所述第二偏振态的偏振光进行会聚处理后传输给所述光学极化元件(203)。5.根据权利要求2-4任一项所述的照明系统，其特征在于，所述电路基板(2011)上设有多个所述光源单元(2012)；所述透镜单元(2021)位于所述光源背板(201)与所述光学极化元件(203)之间的至少一层微透镜阵列(2020)上；每层所述微透镜阵列(2020)包括多个所述透镜单元(2021)，每层所述微透镜阵列(2020)的多个所述透镜单元(2021)与多个所述光源单元(2012)是一对一的。6.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述第一偏振态的偏振光在所述电路基板(2011)上形成了所述光源单元(2012)的共轭像，所述共轭像与所述光源单元(2012)相对于所述透镜单元(2021)的光轴对称。7.根据权利要求6所述的照明组件，其特征在于，所述光源单元(2012)的发光中心与所
述透镜单元(2021)的光轴存在偏移量；所述偏移量大于或等于所述光源单元(2012)的尺寸的一半。8.根据权利要求1-7任一项所述的照明系统，其特征在于，所述电路基板(2011)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱良富，郑柱军，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：