照明装置和投影装置的制作方法

本发明涉及投影领域，特别涉及照明装置和投影装置。

背景技术：

基于硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，英文缩写LCoS)技术的微型投影仪已经是比较成熟的技术。而增强现实(Augmented Reality，英文缩写AR)眼镜作为可穿戴设备，其组件必然是微型的，所以基于LCoS的微型投影仪是AR眼镜较好的图像源。一般投影仪的接收面是具有漫反射特性的屏幕，而AR眼镜的接收面是人眼瞳孔，两者最大的区别在于屏幕不需要考虑射在屏幕上的光线角度范围，而人眼瞳孔要求射在瞳孔的光线角度要大，并且均匀。如果射入人眼的光线角度小，或者光强随角度变化不均匀，会导致图像亮度随人眼视线角度的变化而变化，即视觉感官上图像不稳定。

图1是现有技术AR眼镜中的投影装置示意图，包括：光源11、照明镜头12、偏振分光棱镜(Polarized Beam Splitter，英文缩写PBS)13、LCoS14和投影目镜15。可以看出，该投影装置投影出的光束很窄，当人眼瞳孔16处于平视位置时，可以观察到图像。但当人眼是动态的，当人眼瞳孔16偏移到图1中的虚线位置时，会导致视场的丢失。

技术实现要素：

本发明实施例提供了照明装置和投影装置。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

第一方面，本发明实施例提供了一种照明装置，包括：光源、照明镜头、偏振分光棱镜PBS和硅基液晶LCoS；所述照明装置还包括：匀光器；

所述匀光器，设置于所述光源和所述照明镜头之间。

基于所述照明装置，作为可选的第一实施例，所述匀光器的匀光面，与所述LCoS近似共轭。

第二方面，本发明实施例提供了一种投影装置，所述投影装置包括：投影目镜、及前文所述的任一种照明装置；

所述投影目镜，将来自所述照明装置的光线投影至人眼瞳孔。

基于所述投影装置，作为可选的第一实施例，所述投影目镜，包括：沿光路依次设置的第一镜片和第二镜片；

所述第二镜片为菲涅尔透镜；

所述菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向所述人眼瞳孔。

基于所述第一实施例，作为可选的第二实施例，所述菲涅尔透镜为非球面面型。

基于所述第一实施例，作为可选的第三实施例，所述第一镜片为消色差双胶合透镜。

基于所述第三实施例，作为可选的第四实施例，所述消色差双胶合透镜为非球面面型。

基于所述第三实施例，作为可选的第五实施例，所述消色差双胶合透镜包括：负光焦度镜片和正光焦度镜片；

所述负光焦度镜片的阿贝数低于所述正光焦度镜片的阿贝数。

本发明实施例中的照明装置和投影装置，通过设置匀光器，为LCoS上的每一个像素提供大角度范围的照射光线，使得投影目镜投射出的光束变宽，人眼瞳孔能被全视场覆盖。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术AR眼镜中的投影装置示意图；

图2是一示例性实施例中的照明装置示意图；

图3是一示例性实施例中的照明装置示意图；

图4是一示例性实施例中的投影目镜示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

在一示例性实施例中，如图2所示，照明装置20包括：光源21、匀光器22、照明镜头23、PBS 24和LCoS 25。

匀光器22设置于光源21和照明镜头23之间。

光源21出射的光线，最终将由PBS 24出射至投影目镜26，然后达到人眼瞳孔27。

本示例性实施例中的照明装置，通过设置匀光器22，为LCoS 25上的每一个像素提供大角度范围的照射光线，使得投影目镜26投射出的光束变宽，人眼瞳孔27能被全视场覆盖。可以看出，即使人眼发生转动，在图2所示的虚线位置，人眼依然能被视场覆盖。

本示例性实施例中，匀光器22将光源21的出射光线，转化的均匀的照明面，该照明面为匀光面。匀光面成像在LCoS 25后端，为后聚焦照明。后聚焦照明方式，使得匀光面的实像在LCoS 25和投影目镜26之间，减少了能量损失，提高照明系统光效。根据实测数据，本示例性实施例中的照明装置比传统LCoS照明装置的照明光强提高了25％至30％。

作为可选的实施方式，匀光器22的匀光面，与LCoS 25近似共轭。近似共轭指在共轭位置前后的设定范围内，照明均匀性和强度不小于设定的照明系统指标的位置，共轭位置指匀光器22的匀光面的像。由于匀光面和LCoS 25的位置不是严格共轭关系，使得匀光面表面的灰尘和划痕等瑕疵不会在LCoS 25上成像，降低了匀光面洁净度的干扰，降低了生产难度。

在一示例性实施例中，如图3所示，投影装置包括：照明装置20和投影目镜31。

照明装置20的结构与前文图2所示的结构相同，这里不再赘述。

投影目镜31，将来自照明装置20的光线投影至人眼瞳孔27。

作为可选的实施方式，投影目镜31包括第一镜片和第二镜片，其中，第二镜片为菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔27方向。

传统目镜结构中，第一镜片通常为球面型组合的透镜，第二镜片通常为正光焦度透镜，因此，这里的投影目镜31对传统目镜结构进行了改进，具体是第二镜片使用菲涅尔透镜，能够增加投影目镜31的光束孔径，使得人眼瞳孔27处被所有视场的光束覆盖，从而达到观察全视场的目的。进一步，由于菲涅尔面朝向人眼瞳孔27方向，菲涅尔刻线对图像的影响可以忽略。

可见，在投影装置中，图3中所示的投影目镜31将进一步提高图2中所述照明装置的效果，使得人眼在实时变动时，仍可以很好的被全视场覆盖。

在一示例性实施例中，以AR眼镜为应用场景，如图4所示，投影目镜31包括第一镜片311和第二镜片312。

第二镜片312为菲涅尔透镜，且菲涅尔面朝向人眼瞳孔27的方向。

图像生成器33发出的光线经投影目镜31后进入AR镜片34，然后到达人眼瞳孔27。这里的图像生成器33即前文所述的照明装置20。

相对于传统目镜，本示例性实施例中的投影目镜31取得了如下效果：

1、由于第二镜片312采用菲涅尔透镜实现，投影目镜31的光束孔径增加，使得人眼瞳孔27被所有视场的光束覆盖，达到观察全视场的目的。

2、由于菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔27的方向，菲涅尔刻线对图像的影响可以忽略。

3、由于第二镜片312采用菲涅尔透镜实现，使得第一镜片311和第二镜片312的距离更近，在焦距不变的情况下，可以降低第一镜片311中每个曲面的曲率，像差更小，加工更容易。

作为可选的实施方式，菲涅尔透镜312可以是非球面面型。非球面面型与球面面型相比，在同样的光焦度下可以达到较大的口径，并且像差也能得到控制，面型的矢高更小。

作为可选的实施方式，由于投影目镜31的出瞳35与AR镜片的进光口的相关参数都已知，在装配时可以使得图4中所示的投影目镜31的出瞳35与AR镜片34的进光口重合，这样在两极光学系统耦合之间没有能量浪费。

作为可选的实施方式，菲涅尔透镜为投影目镜31提供大部分光焦度，折射率可以设置在1.5至1.9之间。菲涅尔透镜的材料可以选择树脂，降低投影目镜31的重量和成本。

作为可选的实施方式，第一镜片311的实现方式有多种选择，例如可以选择和传统目镜相同的实现方式。

如果考虑到消除色差，第一镜片311可以采用消色差双胶合透镜实现。

消色差双胶合透镜的材料采用光学玻璃，折射率可以设置在1.6至1.9之间。

消色差双胶合透镜可以采用非球面面型，以校正高级相差。

消色差双胶合透镜包括：负光焦度镜片和正光焦度镜片，其中负光焦度镜片的阿贝数低于所述正光焦度镜片的阿贝数，以校正色差。

在像质和色差要求不高的情况下，第一镜片311也可以采用菲涅尔透镜实现，菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向。

除了图4所示的AR眼镜，投影装置还可以应用于其他投影式可穿戴设备中。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。