CN113970833A - 光学模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学模组和电子设备。所述光学模组包括棱镜组件，所述棱镜组件包括互相贴合排列的第二棱镜和第三棱镜，所述第二棱镜和第三棱镜分别通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成，所述第二棱镜和第三棱镜的主截面分别为矩形；所述第二棱镜的胶合斜面上设置有第二滤光膜，所述第三棱镜的胶合斜面上设置有第三滤光膜；第一波段光、第二波段光和第三波段光能够通过所述棱镜组件，从所述第三棱镜上的同一个直角面上射出，所述直角面为光出射面。本申请在实现合色功能的前提下，减少了合色棱镜的组件数，降低了合色棱镜的加工和组装难度。

Description

光学模组和电子设备

技术领域

本申请涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种光学模组和电子设备。

背景技术

随着技术的发展，人们对消费类电子产品的便携性提出了更高的要求，体积小、质量轻成为电子市场的重要发展方向，基于此，目前在投影仪、AR(增强现实)、VR(虚拟现实)等光学设备中，对于光学系统的设计提出了更高的设计要求。

在投影仪、AR、VR等光学设备中，根据功能需求常需要对多个色光进行合色，现有技术中有使用多种组合滤光片、x cube、x plate等方式。但这些方式存在组件多、加工困难、组装难度高等缺点。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种光学模组和电子设备的新技术方案。

根据本申请的第一方面，提供了一种光学模组，包括：棱镜组件，

所述棱镜组件包括互相贴合排列的第二棱镜和第三棱镜，所述第二棱镜和第三棱镜分别通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成，所述第二棱镜和第三棱镜的主截面分别为矩形；

所述第二棱镜的胶合斜面上设置有第二滤光膜，所述第二滤光膜能够透射第一波段光，反射第二波段光；所述第三棱镜的胶合斜面上设置有第三滤光膜，所述第三滤光膜能够透射所述第一波段光和所述第二波段光，反射第三波段光；

所述第一波段的光、第二波段的光和第三波段的光能够通过所述棱镜组件，从所述第三棱镜上的同一个直角面上射出，所述同一个直角面为光出射面。

可选地，所述第二棱镜的主截面为正方形，所述光学模组还包括第二补偿棱镜，所述第二补偿棱镜设置在所述第三棱镜的光入射面上，所述第二补偿棱镜能够使通过所述棱镜组件的第一波段光、第二波段光以及第三波段光的光程相等。

可选地，所述第二补偿棱镜为三棱镜。

可选地，还包括光源组件，所述光源组件包括第一光源、第二光源和第三光源；所述第一光源能够发出所述第一波段光，所述第二光源能够发出所述第二波段光，所述第三光源能够发出所述第三波段光；所述第一光源设置在所述第二棱镜的与所述光出射面相对的直角边的一侧。

可选地，所述棱镜组件还包括通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成第一棱镜，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜依次贴合排列，所述第一棱镜的胶合斜面上设置有第一滤光膜，所述第一滤光膜能够反射第一波段光。

可选地，所述光学模组还包括第一补偿棱镜和第二补偿棱镜,所述第一补偿棱镜设置于所述第二棱镜的光入射面上，所述第二补偿棱镜设置于所述第三棱镜的光入射面上，所述第一补偿棱镜和所述第二补偿棱镜能够使通过所述棱镜组件的的所述第一波段光、第二波段光和第三波段光的光程相等。

可选地，所述第一补偿棱镜或/和第二补偿棱镜为三棱镜。

可选地，还包括光源组件，所述光源组件包括第一光源、第二光源和第三光源；所述第一光源能够发出所述第一波段光，所述第二光源能够发出所述第二波段光，所述第三光源能够发出所述第三波段光，所述第一光源、第二光源和第三光源分别位于所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜上的与所述光出射面相邻的直角面的一侧。

可选地，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜的胶合斜面分别互相平行。

根据本申请的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面所述的光学模组。

根据本申请的一个实施例，提供了一种光学模组，其主体由棱镜组件构成，通过设置分别由两个直角三棱镜的斜面胶合而成的具有矩形主截面的第二棱镜和第三棱镜，并通过在所述第二棱镜和第三棱镜上设置不同的滤光膜，将来三个不同波段的光合成一束，从光出射面射出。本申请在实现合色功能的前提下，减少了合色棱镜的组件数，降低了合色棱镜的加工和组装难度。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请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申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请的一种光学模组的示意图。

图2是本申请的一种具有补偿棱镜的光学模组的示意图。

图3是本申请的一种补偿棱镜为三棱镜的光学模组的示意图。

其中：1、第一棱镜；2、第二棱镜；3、第三棱镜；4、第一滤光膜；5、第二滤光膜；6、第三滤光膜；7、光出射面；8、光入射面；9、第一补偿棱镜；10、第二补偿棱镜；11、第一光源；12、第二光源；13、第三光源。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请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申请的范围。

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，决不作为对本申请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。

以下将结合附图1至附图3，来详细描述本申请提供的一种光学模组和电子设备。

参考1至图3，本实施例提拱了一种光学模组，包括棱镜组件，所述棱镜组件包括互相贴合排列的第二棱镜2和第三棱镜3，所述第二棱镜2和第三棱镜3分别通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成，所述第二棱镜2和第三棱镜3的主截面分别为矩形；所述第二棱镜2的胶合斜面上设置有第二滤光膜，所述第二滤光膜能够透射第一波段光，反射第二波段光；所述第三棱镜的胶合斜面上设置有第三滤光膜，所述第三滤光膜能够透射所述第一波段光和所述第二波段光，反射第三波段光；所述第一波段光、第二波段光和第三波段光能够通过所述棱镜组件，从所述第三棱镜3上的同一个直角面上射出，所述同一个直角面为光出射面7。

在本实施例中，光学模组的主体由棱镜组件构成，所述棱镜组件包括分别由两个直角三棱镜胶合而成的具有矩形主截面的第二棱镜2和第三棱镜3，通过在所述第二棱镜2和第三棱镜3上设置不同的滤光膜，将三个不同波段的光合成一束，从光出射面7射出，实现光束合色(合束)。

具体地，参考图1，以红、绿、蓝三种色光分别作为第一波段光、第二波段光和第三波段光(即红光为第一波段光，绿色为第二波段光，蓝色为第三波段光)为例。在本实施例中，第二棱镜2的胶合面上可以设置反绿透红膜，其能够通过红光，反射绿光。第三棱镜3的胶合面上可以设置反蓝透红绿膜，其能够通过红光和绿光，反射蓝光。红光从第二棱镜2的左侧(即与光出射面7相对的直角面的一侧)射入，绿光从第二棱镜2的上方或者下方(即与所述光出射面7相邻的直角面的一侧)射入，蓝光从第三棱镜3的上方或者下方(即与所述光出射面7相邻的直角面的一侧)射入。

上述方案的工作原理为：

红光从第二棱镜2的左侧射入，经过第二棱镜2的反绿透红膜和第三棱镜3的反蓝透红绿膜，从第三棱镜3的右侧面(即光出射面7)射出。绿光从第二棱镜2射入，通过第二棱镜2的反绿透红膜的作用，传播方向向右偏转90°，并经过第三棱镜3的反蓝透红绿膜，与红光一样从第三棱镜3的右侧面(即光出射面7)射出。蓝光从第三棱镜3射入，通过第三棱镜3的反蓝透红绿膜的作用，传播方向向右偏转90°，与红光和绿光一样从第三棱镜3的右侧面(即光出射面7)射出。在本实施例中，第二波段光和第三波段光可以从棱镜组件的同一侧射入(参考图1或图2)，也可以从棱镜组件的不同侧射入。当第二波段光和第三波段光从不同侧射入时，需要配合调整不同侧光入射的棱镜胶合斜面的方向，具体的设置方式，可以根据提供光束的光源的具体位置来进行选择，本申请对此不作限制。当第二棱镜2和第三棱镜3的相对位置选定以后，可以对其贴合面进行胶合，提高棱镜组件的整体性，以便于组装。本申请提供的光学模组组件较少，加工难度低，提升了生产效率和加工成本。

可选地，所述第二棱镜2的主截面为正方形，所述光学模组还包括第二补偿棱镜10，所述第二补偿棱镜10设置在所述第三棱镜3的光入射面8上，所述第二补偿棱镜10能够使通过所述棱镜组件的第一波段光、第二波段光以及第三波段光的光程相等。

具体地，参考图2，在上述实施例中，所述光学模组均能够实现照明作用。在一些特殊的光学设备中，需要将各个光波段通过光学模组的光程设置为相等，以便实现成像功能。当第二棱镜2的主截面为正方形时，互相胶合的两个直角三棱镜为等腰三棱镜，在调整光程时，便可以在不增加组件的前提下，使第一波段光和第二波段光通过棱镜组件的光程相等，第二补偿棱镜10的设置，可以使第三波段光的光程与第一波段光和第二波段光的光程相等，参考图2至图3。第二补偿棱镜10的尺寸和形状可以根据第二补偿棱镜10的材料等特征进行选择，本申请对此不作限制。优选地，第二补偿棱镜10采用的材料的折射率高于棱镜组件采用的材料的折射率，有利于减轻系统质量。

可选地，所述第二补偿棱镜10为三棱镜。

具体地，参考图3，第二补偿棱镜10为三棱镜时，相较于四棱镜，能够在实现成像功能的同时，减轻整个模组的系统重量。

可选地，所述光学模组还包括光源组件，所述光源组件包括第一光源11、第二光源12和第三光源13；所述第一光源11能够发出所述第一波段光，所述第二光源12能够发出所述第二波段光，所述第三光源13能够发出所述第三波段光；所述第一光源11设置在所述第二棱镜2的与所述光出射面7相对的直角边的一侧。

具体地，在本实施例中，光源组件能够提供不同波段的光，使整个光学模组具有照明或成像的功能。另外，将光源组件直接设置在光学模组中，提高了模组的整体性，便于将光学模组安装在需要的电子设备中，降低了装配难度。根据光学模组的实际使用环境，可以选择不同形式的光源。例如，在光学模组需要实现成像功能时，第一光源11、第二光源12和第三光源13便可以选择采用面光源，而Micro-LED显示面板可以实现面光源的作用。面光源可以更好地贴合在光入射面上，消除光源与棱镜组件之间的空气间隔，减少能量的损失和杂散光的出现，提高光束的传播质量。

可选地，所述棱镜组件还包括通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成第一棱镜1，所述第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3依次贴合排列，所述第一棱镜1的胶合斜面上设置有第一滤光膜，所述第一滤光膜能够反射第一波段光。

具体地，如图1至图3所示，以红、绿、蓝三种色光分别作为第一波段、第二波段和第三波段的光(即红光为第一波段的光，绿色为第二波段的光，蓝色为第三波段的光)为例。在本实施例中，第一棱镜1的胶合斜面上可以设置红光反射膜，红光反射膜能够反射红光。第二棱镜2的胶合面上可以设置反绿透红膜，其能够通过红光，反射绿光。第三棱镜3的胶合面上可以设置反蓝透红绿膜，其能够通过红光和绿光，反射蓝光。

如图1所示，上述方案的工作原理为：

红光从第一棱镜1射入，通过第一棱镜1的红光反射膜的作用，传播方向向右偏转90°，并经过第二棱镜2的反绿透红膜和第三棱镜3的反蓝透红绿膜，从第三棱镜3的右侧面(即光出射面7)射出。绿光从第二棱镜2射入，通过第二棱镜2的反绿透红膜的作用，传播方向向右偏转90°，并经过第三棱镜3的反蓝透红绿膜，与红光一样从第三棱镜3的右侧面(即光出射面7)射出。蓝光从第三棱镜3射入，通过第三棱镜3的反蓝透红绿膜的作用，传播方向向右偏转90°，与红光和绿光一样从第三棱镜3的右侧面(即光出射面7)射出。

在本实施例中，三个不同波段的光可以从棱镜组件的同一侧射入(如图1至图2所示)，也可以从棱镜组件的不同侧射入。当三个不同波段的光从不同侧射入时，需要配合调整不同侧光入射的棱镜胶合斜面的方向。例如，参考图1，当红光和蓝光都从棱镜组件的上侧射，而绿光从棱镜组件的下方射入时，那么第二棱镜2需要设置成其胶合斜面的延长线与第一棱镜1及第二棱镜2的胶合斜面的延长线相交的方向，即将图1中的第二棱镜2上下颠倒放置即可。具体的设置方式，可以根据提供光束的光源的具体位置来进行选择，本申请对此不作限制。当第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3的相对位置选定以后，可以对其贴合面进行胶合，提高棱镜组件的整体性，以便于组装。本申请提供的光学模组组件较少，加工难度低，提升了生产效率和加工成本。

另外，所述第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3的光入射面8上分别设置有增透膜。增透膜又称减反射膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。本申请在光入射面8上设置增透膜，其类型可以根据入射光的性质来选择。例如，如图1所示，在以红、绿、蓝为入射光的情况下，第一棱镜1的光入射面8可以设置红光增透膜，以提高红光的透过率，在第二棱镜2的光入射面8上可以设置绿光增透膜，以提高绿光的透过率，在第三棱镜3的光入射面8上可以设置蓝光增透膜，以提高蓝光的透过率。另外，如图2所示，在设置有补偿棱镜的棱镜组件中，补偿棱镜的光入射面8上也可以设置增透膜。

可选地，所述光学模组还包括第一补偿棱镜9和第二补偿棱镜10,所述第一补偿棱镜9设置于所述第二棱镜2的光入射面8上，所述第二补偿棱镜10设置于所述第三棱镜3的光入射面8上，所述第一补偿棱镜9和所述第二补偿棱镜10能够使通过所述棱镜组件的的所述第一波段光、第二波段光和第三波段光的光程相等。

具体地，将各个光波段通过光学模组的光程需设置相等，以便实现成像功能。在本实施例中，如图1所示，由于每个光波通过棱镜组件的路程不相等，因此不能同时从光出射面7射出。其中，红光的路程最远，绿光次之，而蓝光的传播路程最近，因此要将蓝光和绿光的光程设置成相等距离。如图2至图3所示，为两种设置了补偿棱镜的光学模组，其尺寸可以根据补偿棱镜的材料等特征进行选择，本申请对此不作限制。

其中，所述第一补偿棱镜9和第二补偿棱镜10均采用与所述直角三棱镜相同的材料制成。第一补偿棱镜9和第二补偿棱镜10材料选择与两个直角三棱镜相同的材料，这样，光波在补偿棱镜中的折射率与胶合棱镜的折射率相同，便于计算补偿棱镜的具体尺寸。

可选地，所述第一补偿棱镜9或/和第二补偿棱镜10为三棱镜。

具体地，如图3所示，第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3的主截面可以为正方形，即互相胶合的两个直角三棱镜为等腰三棱镜，其可使得第一波段的光、第二波段的光和第三波段的光在胶合棱镜中的传播距离互相为倍数关系，在调整光程时，便于计算补偿棱镜的具体尺寸。当第一补偿棱镜9和第二补偿棱镜10均为三棱镜时，能够在实现成像功能的同时，减轻整个模组的系统重量。在另一种实施方式中，第一补偿棱镜9和第二补偿棱镜10也可以只将其中一个设置为三棱镜，以提高系统的稳定性。当第一补偿棱镜9或/和第二补偿棱镜10为三棱镜时，提供光束的光源的位置可以根据具体情况来选择，本申请对此不作限制。如图3所示，在第二棱镜2和第三棱镜3的上方均增加三棱镜的补偿棱镜后，红光可以依旧贴合设置在第二棱镜2的上侧，而绿光可以贴合在第一补偿棱镜9的左侧，蓝光贴合在第二补偿棱镜10的右侧，实现调整光程的目的。

可选地，所述光学模组还包括光源组件，所述光源组件包括第一光源11、第二光源12和第三光源13；所述第一光源11能够发出所述第一波段光，所述第二光源12能够发出所述第二波段光，所述第三光源13能够发出所述第三波段光，所述第一光源11、第二光源12和第三光源13分别位于所述第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3上的与所述光出射面7相邻的直角面的一侧。

具体地，光源组件能够提供不同波段的光，使整个光学模组具有照明或成像的功能。另外，将光源组件直接设置在光学模组中，提高了模组的整体性，便于将光学模组安装在需要的电子设备中，降低了装配难度。

本实施例中提供的光源类型可根据实际需求进行选择。例如，所述第一光源11、第二光源12和第三光源13均为显示面板，所述显示面板分别贴合在所述棱镜组件上的相应的光入射面8上。将光源组件设计为显示面板，可以更好地贴合在光入射面8上，消除光源与棱镜组件之间的空气间隔，减少能量的损失和杂散光的出现，提高光束的传播质量。

可选地，所述第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3的胶合斜面分别互相平行。当第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3的胶合斜面分别互相平行时，第一光源11、第二光源12和第三光源13位于同侧，此时整个光学模组的占用空间较小，使得整体体积变小，适用于电子设备的轻薄化需求。

本申请还提供了一种电子设备，包括上述实施例所述的光学模组。采用本申请中的光学模组可以作为电子设备的照明或成像器件，本申请提供的光学模组组件少，便于加工和装配，降低了生产成本。另外，本申请所述的电子设备可以是投影仪、AR(增强现实)、VR(虚拟现实)等光学设备，本申请对此不作限制。

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申请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，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种光学模组，其特征在于，包括：棱镜组件；

所述棱镜组件包括互相贴合排列的第二棱镜和第三棱镜，所述第二棱镜和第三棱镜分别通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成，所述第二棱镜和第三棱镜的主截面分别为矩形；

所述第二棱镜的胶合斜面上设置有第二滤光膜，所述第二滤光膜能够透射第一波段光，反射第二波段光；所述第三棱镜的胶合斜面上设置有第三滤光膜，所述第三滤光膜能够透射所述第一波段光和所述第二波段光，反射第三波段光；

所述第一波段光、第二波段光和第三波段光能够通过所述棱镜组件，从所述第三棱镜上的同一个直角面上射出，所述同一个直角面为光出射面。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第二棱镜的主截面为正方形，所述光学模组还包括第二补偿棱镜，所述第二补偿棱镜设置在所述第三棱镜的光入射面上，所述第二补偿棱镜能够使通过所述棱镜组件的第一波段光、第二波段光以及第三波段光的光程相等。

3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述第二补偿棱镜为三棱镜。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，还包括光源组件，所述光源组件包括第一光源、第二光源和第三光源；所述第一光源能够发出所述第一波段光，所述第二光源能够发出所述第二波段光，所述第三光源能够发出所述第三波段光；所述第一光源设置在所述第二棱镜的与所述光出射面相对的直角边的一侧。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述棱镜组件还包括通过两个直角三棱镜的斜面胶合而成的第一棱镜，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜依次贴合排列，所述第一棱镜的胶合斜面上设置有第一滤光膜，所述第一滤光膜能够反射第一波段光。

6.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括第一补偿棱镜和第二补偿棱镜,所述第一补偿棱镜设置于所述第二棱镜的光入射面上，所述第二补偿棱镜设置于所述第三棱镜的光入射面上，所述第一补偿棱镜和所述第二补偿棱镜能够使通过所述棱镜组件的的所述第一波段光、第二波段光和第三波段光的光程相等。

7.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述第一补偿棱镜或/和第二补偿棱镜为三棱镜。

8.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，还包括光源组件，所述光源组件包括第一光源、第二光源和第三光源；所述第一光源能够发出所述第一波段光，所述第二光源能够发出所述第二波段光，所述第三光源能够发出所述第三波段光，所述第一光源、第二光源和第三光源分别位于所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜上的与所述光出射面相邻的直角面的一侧。

9.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜的胶合斜面分别互相平行。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的光学模组。

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