一种投影光机及AR眼镜的制作方法

一种投影光机及ar眼镜
技术领域
1.本发明涉及光学投影技术领域，具体而言，涉及一种投影光机及ar眼镜。


背景技术：

2.近年来，虚拟现实技术得到了空前的发展，vr眼镜(virtual reality，虚拟现实)上市后得到了热烈的反响，而ar眼镜(augmented reality，增强现实)作为虚拟现实技术的另一个主角，也得到了大量的关注。相比于vr眼镜，ar眼镜作为号称替代手机的科技产品，需要长时间的佩戴和使用，而目前ar眼镜由于其体积大、重量重等问题，不利于日常的长时间佩戴使用。因此，ar眼镜要想得到广泛的应用，就必须克服体积重量的问题。ar眼镜的核心器件是微投影光机，要减小ar眼镜的体积，就需要减少微投影光机的体积。
3.现有的基于lcos(liquid crystal on silicon，硅基液晶)的微投影光机，一般使用led光源通过准直透镜准直后，经过合色再使用复眼透镜进行匀光，不可避免的会因为准直透镜和复眼透镜造成整体光路体积过大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种投影光机及ar眼镜，其具有较小的体积和较轻的重量。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.本发明实施例提供一种投影光机，包括依次设置的发光组件、偏振分光器件和投影成像组件，发光组件包括光源和设置在光源出光方向上的反射棒，投影成像组件包括依次设置在偏振分光器件出光侧的透镜组和图像源；光源出射的光束在反射棒内发生全反射后，经偏振分光器件分光后出射为第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光经透镜组后射向图像源、并经图像源反射以调制为第二偏振光，第二偏振光再依次经透镜组和偏振分光器件投影出射。
7.可选地，光源位于反射棒的侧面，光源包括第一光源、第二光源和第三光源，第一光源、第二光源和第三光源中的一个为红色激光光源、另外两个为绿色激光光源和蓝色激光光源，反射棒包括依次胶合的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，第一棱镜远离第二棱镜的表面设有第一反射膜，第一棱镜和第二棱镜之间设有第二反射膜，第二棱镜和第三棱镜之间设有第三反射膜；第一反射膜位于第一光源的出光方向上，用于反射第一光源发出的光束，第二反射膜位于第二光源的出光方向上，用于反射第二光源发出的光束并透过第一光源发出的光束，第三反射膜位于第三光源的出光方向上，用于反射第三光源发出的光束并透过第一光源和第二光源发出的光束。
8.可选地，光源与反射棒的光轴共线设置，光源为白光光源。
9.可选地，发光组件还包括依次设置在反射棒出光侧的扩散片和整形镜组，整形镜组包括多个呈阵列方式排布的柱面镜，扩散片用于提高反射棒出射光束的均匀性，柱面镜用于改变光束角度以对光束进行整形。
10.可选地，反射棒的出光面为磨砂面，发光组件还包括设置在反射棒出光侧的整形镜组，整形镜组包括多个呈阵列方式排布的柱面镜，磨砂面用于提高反射棒出射光束的均匀性，柱面镜用于改变光束角度以对光束进行整形。
11.可选地，发光组件、偏振分光器件和投影成像组件呈l型设置，或者，发光组件、偏振分光器件和投影成像组件共线设置。
12.可选地，偏振分光器件为偏振分光棱镜。
13.可选地，偏振分光器件的入光侧设有第一偏振片，第一偏振片用于滤除入射偏振分光器件的用于形成第二偏振光的光束；偏振分光器件的出光侧设有第二偏振片，第二偏振片用于滤除经图像源反射后的第一偏振光。
14.可选地，透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，第一透镜、第二透镜和第三透镜依次贴合设置，第四透镜和第三透镜间隔设置，第四透镜和第五透镜贴合设置。
15.本发明实施例还提供一种ar眼镜，包括如上任意一项的投影光机。
16.本发明实施例的有益效果包括：
17.本发明实施例提供的投影光机，包括依次设置的发光组件、偏振分光器件和投影成像组件，发光组件包括光源和设置在光源出光方向上的反射棒，投影成像组件包括依次设置在偏振分光器件出光侧的透镜组和图像源；光源出射的光束在反射棒内发生全反射后，经偏振分光器件分光后出射为第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光经透镜组后射向图像源、并经图像源反射以调制为第二偏振光，第二偏振光再依次经透镜组和偏振分光器件投影出射。上述投影光机中，发光组件利用反射棒对光束进行全反射，减少了光束的发散并对光束进行匀光，结构简单，体积小且成本低。发光组件出射的光束两次经过偏振分光器件和投影成像组件，投影成像组件同时承担中继和投影成像功能，去除了现有的lcos投影系统的中继系统的光学结构，大大减少了总体光学系统的体积和重量。因此，上述投影光机具有较小的体积和较轻的重量。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本发明实施例提供的投影光机的结构及光路示意图之一；
20.图2为本发明实施例提供的投影光机的结构及光路示意图之二；
21.图3为本发明实施例提供的投影光机中发光组件的结构及光路示意图；
22.图4为本发明实施例提供的投影光机中发光组件的结构示意图；
23.图5为本发明实施例提供的投影光机中偏振分光器件的结构及光路示意图。
24.图标：100-投影光机；110-发光组件；111-光源；1111-第一光源；1112-第二光源；1113-第三光源；112-反射棒；1121-第一棱镜；1122-第二棱镜；1123-第三棱镜；1124-第一反射膜；1125-第二反射膜；1126-第三反射膜；1127-磨砂面；113-扩散片；114-整形镜组；120-偏振分光器件；130-投影成像组件；131-透镜组；1311-第一透镜；1312-第二透镜；
1313-第三透镜；1314-第四透镜；1315-第五透镜；132-图像源；140-第一偏振片；150-第二偏振片；200-光束。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.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定义和解释。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.由于lcos芯片工艺成熟，稳定性高，体积小，光学系统易于开发，大量地应用于ar眼镜领域。本技术实施例提供的投影光机中的投影系统也是基于lcos的投影系统。
31.请结合参照图1和图2，本技术实施例提供一种投影光机100，包括依次设置的发光组件110、偏振分光器件120和投影成像组件130，其中，发光组件110用于出射光束200，偏振分光器件120用于对发光组件110出射的光束200进行偏振分光，投影成像组件130则同时承担中继和投影成像功能。
32.具体的，发光组件110包括光源111和设置在光源111出光方向上的反射棒112，光源111发出的光束200射入反射棒112内并在反射棒112内发生全反射，同时实现匀光，然后由反射棒112的出光面出射。偏振分光器件120位于反射棒112的出光侧，由反射棒112出射的光束200被偏振分光器件120分离为第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光和第二偏振光中的一个被偏振分光器件120反射，另一个被偏振分光器件120透射。投影成像组件130包括依次设置在偏振分光器件120出光侧的透镜组131和图像源132，图像源132可以为lcos芯片，透镜组131用于使第一偏振光形成科勒照明，使第一偏振光对图像源132进行均匀照明，图像源132上具有图像信息，光束200照射在图像源132上即可携带图像信息。第一偏振光离
开偏振分光器件120后，进入投影成像组件130内部，经透镜组131后射向图像源132，该过程中，投影成像组件130承担的是现有技术中的中继组件的作用；第一偏振光携带图像信息并被图像源132反射，改变了偏振方向，被调制为第二偏振光，第二偏振光再依次经透镜组131和偏振分光器件120投影出射，将图像源132上的图像信息投影到外部，该过程中，投影成像组件130承担的是现有技术中的投影成像组件130的作用。
33.上述投影光机100中，发光组件110利用反射棒112对光束200进行全反射，减少了光束200的发散并对光束200进行匀光，结构简单，体积小且成本低。发光组件110出射的光束200两次经过偏振分光器件120和投影成像组件130，投影成像组件130同时承担中继和投影成像功能，去除了现有的lcos投影系统的中继组件的光学结构，大大减少了总体光学系统的体积和重量。因此，上述投影光机100具有较小的体积和较轻的重量。
34.可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，发光组件110、偏振分光器件120和投影成像组件130呈l型设置，或者，发光组件110、偏振分光器件120和投影成像组件130共线设置。
35.当发光组件110、偏振分光器件120和投影成像组件130呈l型设置时，发光组件110和偏振分光器件120共线设置，投影成像组件130位于发光组件110的垂直方向上，图1和图2示出的投影光机100中的发光组件110、偏振分光器件120和投影成像组件130即呈l型设置。此时，第一偏振光被偏振分光器件120反射，第二偏振光被偏振分光器件120透射。当发光组件110、偏振分光器件120和投影成像组件130共线设置时，三者处于同一直线上，此时，第一偏振光被偏振分光器件120透射，第二偏振光被偏振分光器件120反射。
36.请参照图1和图3，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，光源111位于反射棒112的侧面，光源111包括第一光源1111、第二光源1112和第三光源1113，第一光源1111、第二光源1112和第三光源1113中的一个为红色激光光源111、另外两个为绿色激光光源111和蓝色激光光源111。反射棒112包括依次胶合的第一棱镜1121、第二棱镜1122和第三棱镜1123，棱镜的材料可以为玻璃材料，也可以为塑胶，其中，第一棱镜1121远离偏振分光器件120设置，第三棱镜1123靠近偏振分光器件120设置；第一棱镜1121远离第二棱镜1122的表面设有第一反射膜1124，第一棱镜1121和第二棱镜1122之间设有第二反射膜1125，第二棱镜1122和第三棱镜1123之间设有；第一反射膜1124位于第一光源1111的出光方向上，用于反射第一光源1111发出的光束200，第二反射膜1125位于第二光源1112的出光方向上，用于反射第二光源1112发出的光束200并透过第一光源1111发出的光束200，第三反射膜1126位于第三光源1113的出光方向上，用于反射第三光源1113发出的光束200并透过第一光源1111和第二光源1112发出的光束200。
37.该投影光机100使用激光光源111，出射的光束200本身具有准直性，光束200在反射棒112中发生全反射还可以进一步减少光束200发散，同时实现合色和匀光。相比于现有技术的采用准直透镜准直后，再使用复眼透镜进行合色和匀光，本技术实施例提供的发光组件110采用激光光源111并将合色和匀光功能集成于反射棒112上，减少了光学元件，缩小了体积，使得投影光机100更加轻薄化。
38.示例地，第一反射膜1124、第二反射膜1125和第三反射膜1126平行设置且与反射棒112的光轴呈锐角设置，如第一反射膜1124、第二反射膜1125和第三反射膜1126与反射棒112的光轴之间的夹角为45
°
，光源111发射的光束200被反射膜反射后，即可在反射棒112内
发生全反射。
39.示例地，第一光源1111为红色激光光源111，第二光源1112为绿色激光光源111，第三激光光源111为蓝色激光光源111，第一反射膜1124为反红膜，第二反射膜1125为透红反绿膜，第三反射膜1126为透红绿反蓝膜。或者，第一光源1111为绿色激光光源111，第二光源1112为红色激光光源111，第三激光光源111为蓝色激光光源111，第一反射膜1124为反绿膜，第二反射膜1125为透绿反红膜，第三反射膜1126为透红绿反蓝膜。
40.请参照图2，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，光源111与反射棒112的光轴共线设置，光源111为白光光源111。
41.光源111可以为led光源111，反射棒112的材料可以为塑料，也可以为玻璃。光源111发出的光进入反射棒112中发生全反射并进行匀光，最终从反射棒112的出光面射出。该方案结构更加简单，相比于现有技术可有效减少照明部分的体积。
42.请再次参照图1和图2，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，发光组件110还包括依次设置在反射棒112出光侧的扩散片113和整形镜组114，整形镜组114包括多个呈阵列方式排布的柱面镜，扩散片113用于提高反射棒112出射光束200的均匀性，柱面镜用于改变光束200角度以对光束200进行整形。
43.由反射棒112出射的光束200经过扩散片113后得到进一步的匀光，同时，若光源111为激光光源111，扩散片113还可以减少激光带来的散斑的影响。离开扩散片113后的光束200出射至整形镜组114，整形镜组114的多个柱面镜的排布平面垂直于反射棒112的光轴，柱面镜改变光线角度以进一步匹配后续系统，承担整形的效果。
44.请参照图4，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，反射棒112的出光面为磨砂面1127，发光组件110还包括设置在反射棒112出光侧的整形镜组114，整形镜组114包括多个呈阵列方式排布的柱面镜，磨砂面1127用于提高反射棒112出射光束200的均匀性，柱面镜用于改变光束200角度以对光束200进行整形。
45.对反射棒112的出光面进行磨砂处理，以替代扩散片113对光束200进行进一步匀光，并减少激光带来的散斑的影响，如此设置，可减少发光组件110中光学元件的数量，降低成本并进一步缩小体积，减轻重量。离开反射棒112后的光束200出射至整形镜组114，整形镜组114的多个柱面镜的排布平面垂直于反射棒112的光轴，柱面镜改变光线角度以进一步匹配后续系统，承担整形的效果。
46.请参照图1，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，偏振分光器件120为偏振分光棱镜。通过偏振分光棱镜进行偏振分光，得到第一偏振光和第二偏振光。
47.请参照图5，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，偏振分光器件120的入光侧设有第一偏振片140，第一偏振片140用于滤除入射偏振分光器件120的用于形成第二偏振光的光束200；偏振分光器件120的出光侧设有第二偏振片150，第二偏振片150用于滤除经图像源132反射后的第一偏振光。
48.在偏振分光器件120朝向发光组件110的入光侧设置第一偏振片140，使光束200在进入偏振分光器件120前，先经第一偏振片140滤除大部分的第二偏振光，保证只有第一偏振光进入投影成像组件130。在偏振分光器件120远离投影成像组件130的出光侧设置第二偏振片150，出射光线经过第二偏振片150后滤除大部分的第一偏振光，保证只有第二偏振光最终投影到外部。第一偏振片140和第二偏振片150的设置可有效提高投影光机100的对
比度。
49.可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，透镜组131包括第一透镜1311、第二透镜1312、第三透镜1313、第四透镜1314和第五透镜1315，其中，第一透镜1311、第二透镜1312和第三透镜1313依次贴合设置，第四透镜1314和第三透镜1313间隔设置，第四透镜1314和第五透镜1315贴合设置。
50.光束200第一次进入透镜组131时，依次经过第一透镜1311、第二透镜1312、第三透镜1313、第四透镜1314和第五透镜1315，光束200被图像源132反射，第二次进入透镜组131时，依次经过第五透镜1315、第四透镜1314、第三透镜1313、第二透镜1312和第一透镜1311。
51.示例地，第一透镜1311和第二透镜1312分别为平凸透镜，第一透镜1311朝向偏振分光器件120的工作面呈弧形，第二透镜1312朝向第一透镜1311的工作面呈弧形；第三透镜1313为平凹透镜，第三透镜1313朝向第四透镜1314的表面呈弧形；第四透镜1314为弯月透镜，第四透镜1314的工作面朝向第五透镜1315弯曲；第五透镜1315为双凸透镜。
52.本实施例还提供一种ar眼镜，包括如上任意一项的投影光机100。
53.该ar眼镜包含与前述实施例中的投影光机100相同的结构和有益效果。投影光机100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
54.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。