CN114967106A - 光学组件、投影模组和增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光学组件、包括该光学组件的投影模组，以及包括该投影模组的增强现实设备。该光学组件包括MEMS振镜，该光学组件通过零度入射设计或者使光线以聚拢状照射到MEMS振镜上，能够使得MEMS振镜的反射面的面积减小，从而减小MEMS振镜的体积。另外，该光学组件包括光学4f系统或者本身构成光学4f系统，能够使不同方向的光线能均能在该投影模组中的波导结构的耦入结构上的同一口径范围内形成出瞳，这样能够实现共同出瞳，有利于减小耦入结构的面积。

Description

光学组件、投影模组和增强现实设备

技术领域

本申请涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种光学组件、包括该光学组件的投影模组，以及包括该投影模组的增强现实设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)设备内设有投影系统，投影系统用于将图像投影到人眼以形成视觉。投影系统可以包括激光器、微机电系统(micro electro mechanicalsystems，MEMS)振镜和波导结构。激光器能发射激光束，激光束被MEMS振镜反射后进入波导结构内传输，并从波导结构中射出，最终进入人眼以形成视觉。MEMS振镜能够在信号驱动下转动，以改变所反射的激光束的方向，进而使激光束能从波导结构的不同区域射出(该过程称为扫描)，实现动态画面显示。

传统AR设备的投影系统中，照射到MEMS振镜上的光束的口径较大，使得MEMS振镜需要较大的面积。这会加大MEMS振镜的设计及加工难度，也会导致AR设备的体积变大。

发明内容

本申请提供了一种光学组件、投影模组和增强现实设备，能够减小MEMS振镜的面积，实现AR设备的小型化。

第一方面，本申请提供了一种光学组件，包括所述光学组件包括第一光学元件、偏振分光膜、相位延迟片、微机电系统振镜和光学4f系统；所述第一光学元件具有元件反射面，所述元件反射面与第一方向形成第一夹角；所述偏振分光膜与所述元件反射面形成90°夹角；所述相位延迟片位于所述偏振分光膜与所述微机电系统振镜之间，所述相位延迟片的法线沿第二方向，所述第二方向与所述第一方向正交；所述微机电系统振镜与所述相位延迟片具有间隔，所述微机电系统振镜的反射面朝向所述相位延迟片；所述光学4f系统位于所述偏振分光膜远离所述第一光学元件的一侧，所述光学4f系统与所述偏振分光膜具有间隔，所述光学4f系统的中心线沿所述第一方向；所述光学组件用于处理光线；其中，光源发出的光线从所述元件反射面进入所述第一光学元件，并透过所述偏振分光膜，穿过所述相位延迟片，射到所述微机电系统振镜的反射面上；所述微机电系统振镜用于通过振动将光线反射到不同方向，不同方向的反射光线再次穿过所述相位延迟片后被所述偏振分光膜反射，并进入所述光学4f系统，所述光学4f系统用于将不同方向的光线进行汇聚。

本申请的方案中，第一光学元件可以是不设反射膜的棱镜、设有反射膜的棱镜，或者第一光学元件可以是反射镜。当第一光学元件是不设反射膜的棱镜时，第一光学元件的元件反射面即为该棱镜的一个反射面，该元件反射面能对光线进行全反射。当第一光学元件是设有反射膜的棱镜时，第一光学元件的元件反射面指的是反射膜的表面，该元件反射面能对光线进行反射。当第一光学元件是反射镜时，第一光学元件的元件反射面即为该反射镜的反射面，该元件反射面能对光线进行反射。MEMS振镜能够将平行光束扫描到不同方向，光学4f系统将不同方向的平行光束汇聚在波导结构上耦入结构上的同一出瞳位置。

本申请的方案能够使照射到MEMS振镜上的平行激光束的入射角为零，由此实现零度入射。零度入射设计有利于减小光束在MEMS振镜上的光斑口径，因而能够使得MEMS振镜的体积减小。另外，本申请的方案通过光学4f系统，能够将不同方向的平行光束汇聚在波导结构上耦入结构上的同一出瞳位置，实现不同方向的平行光束的共同出瞳，这能够减小耦入结构的面积。

在一种实现方式中，所述光学4f系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述偏振分光膜与所述第二透镜之间，所述第二透镜与所述第一透镜间隔设置；所述微机电系统振镜的中心线经过所述第一透镜的物方焦点；所述第一透镜的像方焦点与所述第二透镜的物方焦点重合；不同方向的光线穿过所述第一透镜后，分别聚焦在所述第一透镜的像方焦平面上的不同位置，并从所述第二透镜的不同位置进入所述第二透镜；所述第二透镜用于将从不同位置进入所述第二透镜的光线汇聚在所述第二透镜的像方焦点处，以使得不同方向的光线进行汇聚。使用透镜组构成的光学4f系统，结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

在一种实现方式中，所述第一透镜包括依次间隔排列的双胶合透镜、第一非球面透镜和第二非球面透镜，所述双胶合透镜靠近所述偏振分光膜，所述非球面透镜远离所述偏振分光膜。双胶合透镜可由两个透镜胶合而成，例如可由一个双凸透镜与一个平凹透镜胶合而成。第一双胶合透镜可用于校正色差。第一非球面透镜可以是凸透镜，其曲率从中心到边缘可以连续变化。第二非球面透镜朝向第一非球面透镜的折射面可以是外凸曲面，第二非球面透镜背向第一非球面透镜的折射面例如可以是内凹曲面。此种设计结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

在一种实现方式中，所述双胶合透镜的阿贝数大于或等于20。阿贝数是表示透明介质色散能力的物理量，双胶合透镜的阿贝数大于或等于20能够保证第一双胶合透镜的色差校正能力。

在一种实现方式中，所述第一透镜与所述第二透镜的结构相同。第一透镜与所述第二透镜是镜像设置的，二者的结构相同，且位置镜像。此种设计结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

在一种实现方式中，所述第一光学元件为棱镜，所述第一光学元件具有受光面和第一贴合面；所述受光面的法线沿所述第一方向；所述第一贴合面与所述元件反射面垂直；所述偏振分光膜设在所述第一贴合面上；所述受光面用于接收光线；所述元件反射面用于对从所述受光面射入所述第一光学元件的光线进行全反射；所述第一夹角的范围为

其中n为所述第一光学元件的折射率，所述第一夹角的单位为度。本实现方式中，第一光学元件是不设反射膜的棱镜，能够通过其元件反射面对光线进行全反射。此种设计能够满足特定的产品需求，并且结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

在一种实现方式中，所述第一光学元件包括连接面，所述连接面连接所述受光面与所述元件反射面。此种结构的第一光学元件结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

在一种实现方式中，所述第一光学元件包括棱镜和反射膜，所述反射膜设于所述棱镜的表面，所述反射膜具有所述元件反射面；所述第一夹角的范围为(22.5°，90°)。本实现方式中，第一光学元件是设有反射膜的棱镜，能够通过反射膜对光线进行反射。此种设计能够满足特定的产品需求，并且结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

在一种实现方式中，所述光学组件还包括第二光学元件，所述第二光学元件具有第二贴合面、设置面、和出光面；所述第二贴合面与所述偏振分光膜背离所述第一光学元件的一侧贴合；所述设置面的法线沿所述第二方向；所述出光面背向所述第一光学元件，所述出光面的法线沿所述第一方向；所述相位延迟片设在所述设置面上；所述光学4f系统位于所述第二光学元件背离所述第一光学元件的一侧，所述光学4f系统与所述出光面具有间隔。设置第二光学元件能限制激光束的传播距离，有利于约束光学4f系统的体积。

在一种实现方式中，所述第二贴合面超出所述第一贴合面，所述第二贴面超出所述第一贴合面的部分与所述元件反射面围成豁口区域。构造豁口区域能够为全反射创造条件，从而满足特定的产品需求。本是实现方式的设计结构可靠，可制造性高，光学性能较好。

第二方面，本申请提供了一种光学组件，所述光学组件包括第一偏振分光膜、第一相位延迟片、微机电系统振镜、第二相位延迟片、第一曲面反射镜、第二偏振分光膜、第三相位延迟片、平面反射镜、第四相位延迟片和第二曲面反射镜；所述第一偏振分光膜与第一方向形成第二夹角；所述第一相位延迟片垂直于第二方向，所述第一相位延迟片位于所述第一偏振分光膜与所述微机电系统振镜之间，并与所述微机电系统振镜间隔设置，其中所述第二方向与所述第一方向正交；所述微机电系统振镜的反射面朝向所述第一相位延迟片；所述第二相位延迟片平行于所述第一相位延迟片，并与所述第一相位延迟片分别位于所述第一偏振分光膜的两侧；所述第二相位延迟片位于所述第一偏振分光膜与所述第一曲面反射镜之间，并与所述第一曲面反射镜间隔设置；所述第一曲面反射镜具有朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起的表面，所述第一曲面反射镜的中心线沿所述第二方向；所述第二偏振分光膜与所述第一偏振分光膜垂直设置；所述第三相位延迟片平行于所述第二相位延迟片，所述第三相位延迟片位于所述第二偏振分光膜与所述平面反射镜之间，并与所述平面反射镜平行且间隔设置；所述第四相位延迟片平行于所述第三相位延迟片，并与所述第三相位延迟片分别位于所述第二偏振分光膜的两侧；所述第四相位延迟片位于所述第二偏振分光膜与所述第二曲面反射镜之间；所述第二曲面反射镜具有朝背离所述第四相位延迟片的方向拱起的表面；所述光学组件用于处理光线；其中，光源发出的光线射到所述第一偏振分光膜上后被所述第一偏振分光膜反射，反射光线透过所述第一相位延迟片，射到所述微机电系统振镜的反射面上；所述微机电系统振镜用于通过振动将光线反射到不同方向，不同方向的反射光线再次透过所述第一相位延迟片的不同区域后，依次穿过所述第一偏振分光膜与所述第二相位延迟片，射到所述第一曲面反射镜上的不同位置；所述第一曲面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过所述第二相位延迟片后，分别被所述第一偏振分光膜反射并汇聚至所述第二偏振分光膜上的不同位置；所述第二偏振分光膜将光线进行反射，反射光线穿过第三相位延迟片，射到所述第三平面反射镜上的不同位置；所述第三平面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过第三相位延迟片的不同区域后，依次穿过所述第二偏振分光膜和所述第四相位延迟片，射到所述第二曲面反射镜上的不同位置；所述第二曲面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过第四相位延迟片后，被所述第二偏振分光膜反射并汇聚。

本申请的光学组件是一种由棱镜和反射镜构成的反射式光学4f系统。本申请的方案也能够使照射到MEMS振镜上的平行激光束的入射角为零，由此实现零度入射。零度入射设计有利于减小光束在MEMS振镜上的光斑口径，因而能够使得MEMS振镜的体积减小。另外，本申请的方案通过设计反射式光学4f系统，能够将不同方向的平行光束汇聚在波导结构上耦入结构上的同一出瞳位置，实现不同方向的平行光束的共同出瞳，这能够减小耦入结构的面积。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第一棱镜；所述第一棱镜具有受光面、第一贴合面和第一设置面；所述受光面的法线沿所述第一方向；所述第一贴合面与所述受光面形成所述第二夹角；所述第一设置面的法线沿所述第二方向；所述第一偏振分光膜设在所述第一贴合面上；所述第一相位延迟片设在所述第一设置面上。使用第一棱镜能够支撑第一偏振分光膜与第一相位延迟片，增加光学组件的结构稳定性，保证光学组件的光学性能。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第二棱镜；所述第二棱镜与所述第一棱镜间隔设置；所述第二棱镜具有第二贴合面、第二设置面和出光面；所述第二贴合面与所述第一贴合面垂直；所述第二设置面与所述第一设置面平行；所述出光面与所述受光面平行，且背向所述受光面；所述第二偏振分光膜设在所述第二贴合面上；所述第四相位延迟片设在所述第二设置面上。使用第二棱镜能够支撑第二偏振分光膜与第四相位延迟片，增加光学组件的结构稳定性，保证光学组件的光学性能。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第三棱镜，所述第三棱镜连接所述第一棱镜与所述第二棱镜；所述第一偏振分光膜位于所述第一贴合面与所述第三棱镜的表面之间；所述第二偏振分光膜位于所述第二贴合面与所述第三棱镜的表面之间；所述第二相位延迟片与所述第三相位延迟片均设于所述第三棱镜的表面。使用第三棱镜能够便于调控第一棱镜与第二棱镜的间距，并支撑第二相位延迟片与所述第三相位延迟片，增加光学组件的结构稳定性，保证光学组件的光学性能。

在一种实现方式中，所述第一曲面反射镜朝向所述第二相位延迟片的表面与所述第二相位延迟片贴合，所述第一曲面反射镜背向所述第二相位延迟片的表面朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起；和/或，所述第二曲面反射镜朝向所述第四相位延迟片的表面与所述第四相位延迟片贴合，所述第一曲面反射镜背向所述第四相位延迟片的表面朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起；和/或，所述平面反射镜与所述第三相位延迟片贴合。使得曲面反射镜、平面反射镜与相应的相位延迟片贴合，能够保证光学性能，减小结构尺寸，增加结构可靠性。

在一种实现方式中，所述第二夹角的范围为[25°，65°]。该范围有利于保证光学组件的光学性能，也能够确保光学组件的结构符合实际需要。

第三方面，本申请提供了一种光学组件，所述光学组件包括偏振分光膜、第一相位延迟片、微机电系统振镜、第二相位延迟片和曲面反射镜；所述偏振分光膜与第一方向形成第三夹角；所述第一相位延迟片垂直于第二方向，所述第一相位延迟片位于所述偏振分光膜与所述微机电系统振镜之间，并与所述微机电系统振镜间隔设置,其中所述第二方向与所述第一方向正交；所述微机电系统振镜的反射面朝向所述第一相位延迟片；所述第二相位延迟片平行于所述第一相位延迟片，并与所述第一相位延迟片分别位于所述偏振分光膜的两侧；所述第二相位延迟片位于所述偏振分光膜与所述曲面反射镜之间，并与所述曲面反射镜间隔设置；所述曲面反射镜具有朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起的表面，所述曲面反射镜的中心线沿所述第二方向；所述光学组件用于处理光线；其中，光源发出的光线射到所述偏振分光膜上后被所述偏振分光膜反射，反射光线透过所述第一相位延迟片，射到所述微机电系统振镜的反射面上；所述微机电系统振镜用于通过振动将光线反射到不同方向，不同方向的反射光线再次透过所述第一相位延迟片的不同区域后，依次穿过所述偏振分光膜与所述第二相位延迟片，汇聚到所述曲面反射镜上的不同位置；所述曲面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过所述第二相位延迟片后，被所述偏振分光膜反射并汇聚。

本申请的光学组件是一种棱镜、反射镜和透镜构成的反射透射混合型光学4f系统。本申请的方案能够使照射到MEMS振镜上的激光束呈聚拢状，有利于减小光束在MEMS振镜上的光斑口径，因而能够使得MEMS振镜的体积减小。另外，本申请的方案通过设计反射透射混合型光学4f系统，能够将不同方向的平行光束汇聚在波导结构上耦入结构上的同一出瞳位置，实现不同方向的平行光束的共同出瞳，这能够减小耦入结构的面积。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第一平凸透镜，所述第一平凸透镜位于所述微机电系统振镜与所述第一相位延迟片之间，所述第一平凸透镜与所述微机电系统振镜间隔设置，所述第一平凸透镜的中心线沿所述第二方向。使用第一平凸透镜能够提升成像质量。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第二平凸透镜，所述第二平凸透镜与所述偏振分光膜间隔设置，所述第二平凸透镜的中心线沿所述第一方向；其中，被所述偏振分光膜反射的光线透过所述第二平凸透镜后被汇聚。使用第二平凸透镜能够提升成像质量。

在一种实现方式中，所述第一平凸透镜朝向所述第一相位延迟片的表面与所述第一相位延迟片贴合；和/或，所述第二平凸透镜朝向所述第二棱镜的表面与所述所述第二棱镜贴合。平凸透镜的贴合设计能够使结构紧凑，提升可制造性，保证光学性能。

在一种实现方式中，所述光学组件包括间隔设置的凸透镜和凹透镜，所述凸透镜位于位于所述偏振分光膜与所述凹透镜之间，所述凸透镜与所述凹透镜的中心线沿所述第一方向；所述凸透镜的焦距为5mm-15mm，所述凹透镜的焦距为-5mm至-20mm；其中，光源发出的光线依次透过所述凹透镜与所述凸透镜，然后射到所述偏振分光膜上。使用凹透镜能够对光束进行扩束，优化像差。使用凸透镜能够聚焦激光束，优化像差。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第一棱镜，所述第一棱镜具有受光面、第一贴合面和第一设置面；所述受光面的法线沿所述第一方向；所述第一贴合面与所述受光面形成所述第三夹角；所述第一设置面的法线沿所述第二方向；所述偏振分光膜设在所述第一贴合面上；所述第一相位延迟片设在所述第一设置面上。使用第一棱镜能够支撑偏振分光膜与第一相位延迟片，增加光学组件的结构稳定性，保证光学组件的光学性能。

在一种实现方式中，所述光学组件包括第二棱镜，所述第二棱镜具有第二贴合面、第二设置面和出光面；所述第二贴合面与所述第一贴合面平行，且朝向所述第一贴合面；所述第二设置面与所述第一设置面平行，且背向所述第一设置面；所述出光面与所述受光面平行，且背向所述受光面；所述偏振分光膜设在所述第一贴合面与所述第二贴合面之间；所述第二相位延迟片设在所述第二设置面上。使用第二棱镜能够支撑偏振分光膜与第二相位延迟片，增加光学组件的结构稳定性，保证光学组件的光学性能。

在一种实现方式中，所述曲面反射镜朝向所述第二相位延迟片的表面与所述第二相位延迟片贴合。贴合设计能够使结构紧凑，提升可制造性，保证光学性能。

在一种实现方式中，所述第三夹角的范围为[25°，65°]。该范围有利于保证光学组件的光学性能，也能够确保光学组件的结构符合实际需要。

第四方面，本申请提供了一种投影模组，包括激光器、波导结构和所述光学组件，所述激光器与所述波导结构分别位于所述光学组件在所述第一方向上的相对两侧；所述激光器用于向所述光学组件发射沿所述第一方向传播的平行激光束；所述波导结构具有出瞳位置，所述出瞳位置用于接收所述光学组件射出的激光。

本申请的方案中，波导结构可以包括波导、耦出结构和耦入结构，耦出结构和耦入结构均可以设在波导上。其中，耦入结构可以将光学组件射出的激光束耦入波导。波导中的激光束可以从耦出结构射出，并投射到人眼，使用户产生视觉。本申请的方案，由于能够将光学组件中的MEMS振镜的体积做小，因此能够减小投影模组的体积。

第五方面，本申请提供了一种增强现实设备，包括结构件和所述投影模组，所述投影模组安装于所述结构件。本申请的方案中，结构件用于对投影模组进行固定、收容和/或承载。当增强现实设备例如是AR眼睛时，结构件例如可以包括镜框与镜腿。本申请的方案，由于能够将投影模组的体积做小，因此能够减小增强现实设备的整机体积。

附图说明

图1是实施例一的增强现实设备的立体结构示意图；

图2是表示图1的增强现实设备的投影模组将图像投射至人眼的原理示意图；

图3是图2中的投影模组的一种光路示意图；

图4A是常规增强现实设备的投影模组将图像投射至人眼的原理示意图；

图4B是MEMS振镜在默认姿态下，不同方向的激光束在MEMS振镜上的光斑口径对比；

图4C是MEMS振镜在偏转姿态下，不同方向的激光束在MEMS振镜上的光斑口径对比；

图5是图2的投影模组中的另一种光路示意图；

图6是图2的投影模组中的另一种光路示意图；

图7是图2的投影模组中的三种光路对比示意图；

图8表示实施例一的投影模组的第一棱镜的一种变形结构示意；

图9是实施例二的投影模组中的一种光路示意图；

图10是实施例二的投影模组中的另一种光路示意图；

图11实施例二的投影模组中的另一种光路示意图；

图12是实施例二的投影模组中的三种光路对比示意图；

图13是实施例三的投影模组中的一种光路示意图；

图14是实施例三的投影模组中的另一种光路示意图；

图15是实施例三的投影模组中的另一种光路示意图；

图16是实施例三的投影模组中的三种光路对比示意图；

图17是实施例四的投影模组中的一种光路示意图；

图18是实施例四的投影模组中的另一种光路示意图；

图19是实施例四的投影模组中的另一种光路示意图；

图20是实施例四的投影模组中的三种光路对比示意图。

具体实施方式

本申请以下实施例提供了一种增强现实(Augmented Reality，AR)电子设备，包括但不限于智能眼镜、头戴式AR设备。下文以该AR设备是智能眼镜为例进行描述。

如图1所示，实施例一的AR设备10可以包括结构件11与投影模组12。

结构件11用于固定、承载和收容投影模组12。结构件11例如可以包括镜框111与镜腿112。当AR设备10被佩戴于用户时，镜框111可以朝向用户的双眼，镜腿112则搭在用户的双耳处。结构件11的上述结构仅仅是一种举例，在其他实施例中可以根据需要进行设计。

投影模组12可以包括波导结构12a，波导结构12a的至少大部分可以固定在镜框111内(例如下文将会描述的波导121及耦出结构122可以全部固定在镜框111内)。波导结构12a可作为智能眼镜的“镜片”，其能够显示图像，还能透过外界光线以使人眼看到外界环境。投影模组12还可以包括部分12b，部分12b例如可以收容在镜腿112内。部分12b用于向波导结构12a耦入光线。部分12b的上述安装位置仅仅是一种举例，并非是对本实施例方案的限制。

图2表示投影模组12将图像投射至人眼的原理示意图。如图2所示，投影模组12中的波导结构12a可以包括波导121、耦出结构122和耦入结构123，其中耦出结构122和耦入结构123均设在波导121上。投影模组12中的部分12b可以包括光学组件13和激光器124。激光器124例如可以是RGB激光器。激光器124能够发出激光束，激光束经过光学组件13后照射到耦入结构123上，耦入结构123将激光束耦入波导121。激光束在波导121中以全反射方式进行传播，最终从耦出结构122处射出，并投射到人眼，从而使用户产生视觉。

图2中耦出结构122、耦入结构123及部分12b均位于靠近人眼的一侧，这仅仅是一种举例。实际上根据产品设计需要，上述三者中的任一个均可以在靠近人眼的一侧或者远离人眼的一侧。对于耦出结构122和耦入结构123中的任一个，还可以将其设在波导121的内部。

以上说明了实施例一的AR设备10及投影模组12的基本结构，下面将详细描述投影模组12中的光学组件13的结构。

实施例一中，可以对光学组件13定义第一方向Z和第二方向X，第一方向Z与第二方向X正交。第一方向Z可以包括坐标轴Z上的两个方向，第二方向X可以包括坐标轴X上的两个方向。第一方向Z例如可以大致为镜腿112的长度方向，第二方向X例如可以大致为镜腿112的其他两个方向之一(如高度方向，例如在图1视角中该高度方向可以是竖直方向)。

如图3所示，光学组件13可以包括第一光学元件131、偏振分光膜139、第二光学元件136、相位延迟片138、MEMS振镜137和透镜组132。下面将逐一说明。

如图3所示，第一光学元件131与第二光学元件136均可以为棱镜，二者可以贴靠在一起。

如图3所示，第一光学元件131可以具有依次首尾相连的受光面131a、连接面131b、元件反射面131c和第一贴合面131d。

受光面131a可以为平面，其法线可以基本沿第一方向Z。受光面131a朝向激光器124，以便接收激光束。连接面131b可以为平面，其法线可以基本沿第二方向X，或者也可以是其他方向。连接面131b连接受光面131a与元件反射面131c。元件反射面131c可以为平面，其可以与第一方向Z形成45°的第一夹角，也即元件反射面131c可与连接面131b形成135°夹角。该45°的第一夹角仅仅是一种举例。根据产品实际需要，还可以是其他数值的第一夹角，该第一夹角的单位为度，该第一夹角的范围可以为

(不含端点值)。其中，n为第一光学元件131的折射率。例如当n＝1.67时，该第一夹角的范围可以是(36.78°,90°)，具体可以取38°、45°、60°或者75°。该第一夹角在上述范围内，有利于保证光学组件13的光学性能，也能够确保光学组件13的结构符合实际需要。下文将主要以该第一夹角取45°为例进行描述。

第一贴合面131d连接元件反射面131c与受光面131a。第一贴合面131d可以是平面，其可与元件反射面131c基本垂直。

如图3所示，第一光学元件131可近似看成是缺失了一角的“三棱镜”，受光面131a、连接面131b、元件反射面131c和第一贴合面131d均为该“三棱镜”的侧面。

在其他实施例中，在保证第一光学元件131的受光面131a、元件反射面131c和第一贴合面131d的位置关系的前提下，可以根据产品需要，灵活调整受光面131a、元件反射面131c、第一贴合面131d的连接关系。例如，可以取消连接面131b，使受光面131a与元件反射面131c相交。或者，可以增加表面，使元件反射面131c通过增加的该表面与第一贴合面131d连接，而不是元件反射面131c与第一贴合面131d相交。

如图3所示，第二光学元件136可以为三棱镜。第二光学元件136可以具有依次首尾连接的第二贴合面136a、设置面136b和出光面136c，第二贴合面136a、设置面136b和出光面136c均为三棱镜的侧面。

第二贴合面136a可以平行并贴靠第一贴合面131d。第二贴合面136a的一边可以与第一贴合面131d的边界基本重合，第二贴合面136a的另一边可超出第一贴合面131d。由此，第二贴合面136a超出第一贴合面131d的部分可与元件反射面131c围成豁口区域13a。豁口区域13a内填充的是空气介质。设置面136b可以为平面，其法线可以沿第二方向X。出光面136c可以为平面，其法线可以沿第一方向Z。

在其他实施例中，在保证第二光学元件136的第二贴合面136a、设置面136b和出光面136c的位置关系的前提下，可以根据产品需要，灵活调整第二贴合面136a、设置面136b、出光面136c的连接关系。例如，可以增加表面，使第二贴合面136a通过增加的该表面与出光面136c连接，而不是第二贴合面136a与出光面136c相交。此种第二光学元件136不是三棱镜。

如图3所示，偏振分光膜139可以为平整膜层，其可以位于第一贴合面131d与第二贴合面136a之间，其既贴靠第一贴合面131d，又贴靠第二贴合面136a。偏振分光膜139可以布满整个第二贴合面136a，也可以仅覆盖第二贴合面136a的部分区域(该部分区域包括第二贴合面136a与第一贴合面131d重合的部分)。偏振分光膜139可以通过贴合工艺粘贴在第一贴合面131d与第二贴合面136a之间；或者偏振分光膜139可以是形成在第一贴合面131d上的镀膜。

如图3所示，相位延迟片138可以为平整片状，其可以设在第二光学元件136的设置面136b上。相位延迟片138用于改变透过相位延迟片138的光的偏振态。例如相位延迟片138可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4，其中λ为光的波长。

以上所述的第一光学元件131与第二光学元件136的结构，以及第一光学元件131、第二光学元件136、偏振分光膜139、相位延迟片138之间的连接关系仅仅是一种举例，并非是对本申请实施例的限制。在其他实施例中，以上设计可以根据产品需要进行调整和变形，该变形设计将在下文继续说明。

如图3所示，MEMS振镜137与相位延迟片138间隔相对。MEMS振镜137能够在信号控制下发生往复偏转(可将该往复偏转称为振动)，以将射到MEMS振镜137的反射面137a的光线以不同角度反射出去，实现扫描成像。MEMS振镜137的最大振动角度称为扫描角度。

本实施例中，在未通电状态下，MEMS振镜137的反射面137a的法线沿第二方向X，可将MEMS振镜137此时的姿态称为默认姿态。

如图3所示，透镜组132可位于第二光学元件136与耦入结构123之间。透镜组132可与第二光学元件136的出光面136c间隔相对，透镜组132与耦入结构123也具有间隔。透镜组132的中心线可基本沿第一方向Z。

如图3所示，透镜组132可由若干个透镜构成，各个透镜的中心线可以基本重合。例如，透镜组132可以包括依次排列的第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134、第二非球面透镜135、第三非球面透镜135’、第四非球面透镜134’和第二双胶合透镜133’，以上各个透镜两两之间具有间隔。第一双胶合透镜133靠近第二光学元件136，第二双胶合透镜133’远离第二光学元件136。

如图3所示，第一双胶合透镜133可由两个透镜胶合而成，例如可由一个双凸透镜与一个平凹透镜胶合而成(图3中第一双胶合透镜133中的弧形虚线表示该平凹透镜的内凹曲面，或者表示该双凸透镜的一个外凸表面)。第一双胶合透镜133中的两个透镜的折射率可以相同。第一双胶合透镜133的阿贝数(表示透明介质色散能力的物理量)例如可以大于或等于20。第一非球面透镜134例如可以是凸透镜，其曲率从中心到边缘可以连续变化。第一非球面透镜134的折射率例如可以是1.3-2.0(含端点值)。第二非球面透镜135朝向第一非球面透镜134的折射面例如可以是外凸曲面，第二非球面透镜135背向第一非球面透镜134的折射面例如可以是内凹曲面。第二非球面透镜135的折射率例如可以是1.4-2.0(含端点值)。

实施例一中，第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134及第二非球面透镜135可构成第一透镜组132a。该第一透镜组132a的焦距可以为3mm-10mm(含端点值)。该第一透镜组132a用于对光线进行聚焦。

如图3所示，第三非球面透镜135’与第二非球面透镜135，二者的结构、材料、光学参数可以相同，二者可以镜像设置(本实施例中，镜像设置的含义是两个部件关于一个镜像面镜像对称，且这两个部件的结构、材料、光学参数相同。下同)。第四非球面透镜134’与第一非球面透镜134，二者的结构、材料、光学参数可以相同，二者可以镜像设置。第二双胶合透镜133’与第一双胶合透镜133，二者的结构、材料、光学参数可以相同，二者可以镜像设置。上述镜像设置的三组透镜的镜像面可以为同一个面，该镜像面的法线可沿第一方向Z。该镜像面经过该第一透镜组132a的焦点，也即该镜像面为第一透镜组132a的像方焦平面。

实施例一中，第三非球面透镜135’、第四非球面透镜134’和第二双胶合透镜133’可以构成第二透镜组132b。该第二透镜组132b的焦距可以为3mm-10mm(含端点值)。该第二透镜组132b与该第一透镜组132a是镜像设置的，二者的镜像面即上文所述的像方焦平面。该第二透镜组132b用于将从第一透镜组132a的焦平面发出的发散光线转换成平行光线，并汇聚在同一出瞳位置(下文将会描述)。

实施例一中，第一双胶合透镜133与第二双胶合透镜133’可用于校正色差。第一非球面透镜134、第二非球面透镜135、第三非球面透镜135’及第四非球面透镜134’可用于校正像差。使用上述的多个透镜有利于改善成像质量。在其他实施例中，可以无需采用实施例一的透镜镜像设计，而是根据需要设置各个透镜的位置。另外，各个透镜的结构及类型，也可以根据需要灵活设计，不限于上文所述。

实施例一中，透镜组132可以构成一种光学4f系统，该光学4f系统有如下特点：MEMS振镜137的中心线可经过该第一透镜组132a的物方焦点；该第一透镜组132a的像方焦点可与该第二透镜组132b的物方焦点重合；第二透镜组132b的像方焦点可与耦入结构123上的出瞳位置重合。从MEMS振镜137的中心线到耦入结构123(即像面)的间距＝2*(由第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134、第二非球面透镜135构成的第一透镜组132a的焦距)+2*(由第三非球面透镜135’、第四非球面透镜134’、第二双胶合透镜133’构成的第二透镜组132b的焦距)。由于透镜的镜像设计，该第一透镜组132a的焦距等于该第二透镜组132b的焦距，因此从MEMS振镜137的中心线到耦入结构123的间距＝4*第一透镜组132a的焦距。

实施例一中，使用透镜组132构成光学4f系统，这仅仅是一种举例。在其他实施例中，可以由两个透镜构成光学4f系统。可将这两个透镜分别称为第一透镜与第二透镜，第一透镜与第二透镜可以镜像并间隔设置，第一透镜的焦距例如可以是3mm-10mm(含端点值)，第二透镜的焦距例如可以是3mm-10mm(含端点值)。第一透镜相当于由第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134与第二非球面透镜135构成的第一透镜组132a，第二透镜相当于由第三非球面透镜135’、第四非球面透镜134’、第二双胶合透镜133’构成的第二透镜组132b。由该第一透镜与该第二透镜构成的光学4f系统的特性可与上文所述相同，此处不再重复。

或者在其他实施例中，还可以采用其他光学元件构成光学4f系统，例如可使用液晶透镜、超表面、反射镜、透镜等构建光学4f系统。

实施例一中，通过第一分光元件131、偏振分光膜139、第二分光元件136及相位延迟片138的上述结构设计，能够使平行激光束垂直射到处于默认姿态下的MEMS振镜137的反射面137a上，也即使得平行激光束在反射面137a上的入射角为零度。可将这一特性称为零度入射。零度入射有利于减小MEMS振镜137的反射面137a的面积，进而减小MEMS振镜137的体积。另外，使用透镜组132构成光学4f系统，能够将不同方向的平行激光束汇聚到耦入结构123上的同一口径范围内，使不同方向的平行激光束能均能在耦入结构123上的同一口径范围内形成出瞳。可将这一特性称为共同出瞳，耦入结构123上形成出瞳的位置称为出瞳位置。共同出瞳有利于减小耦入结构123的面积。以下将结合激光束的光路分析进行详细说明。

图3可以表示MEMS振镜137在默认姿态下激光束的传输光路。如图3所示，在元件反射面131c与第一方向Z形成的第一夹角是45°的条件下，激光器124可以发射沿第一方向Z传播的平行激光束，平行激光束垂直于第一光学元件131的受光面131a进入第一光学元件131。由于第一光学元件131的零度入射面131c的45°倾角设计，以及豁口区域13a的设计，平行激光束将在零度入射面131c上发生全反射，且被零度入射面131c全反射的激光束沿第二方向X传播。沿第二方向X的激光束将依次透过偏振分光膜139、进入第二光学元件136、透过相位延迟片138，并平行照射到MEMS振镜137的反射面137a上。由于透过相位延迟片138的激光束沿第二方向X，因此照射到MEMS振镜137的反射面137a上的平行激光束的入射角为零，由此实现零度入射。

图4A表示常规的增强现实设备中的投影模组将图像投射至人眼的原理示意图。如图4A所示，由于常规增强现实设备中MEMS振镜137的默认姿态设计，使得激光器124发出的平行激光束在任意时刻均是倾斜照射到MEMS振镜137上，也即激光束在MEMS振镜137上的入射角不等于零。这会导致激光束在MEMS振镜137上的光斑口径较大。而实施例一中通过激光束的零度入射设计，使得激光束在MEMS振镜137上的光斑口径较小。下面将分析该原理。

图4B表示平行激光束沿第二方向X以及偏离第二方向X的方向照射MEMS振镜137的反射面137a时，平行激光束在反射面137a上形成的光斑的口径对比。如图4B所示，可用平行激光束最外侧的光线L1与光线L2表示沿第二方向X的平行激光束，沿第二方向X的平行激光束可称为零度入射的平行激光束；用平行激光束最外侧的光线L1’与光线L2’表示偏离第二方向X的平行激光束，偏离第二方向X的激光束可称为非零度入射的平行激光束。两个方向的平行激光束的束径相等，用d表示。由图4B的对比可知，沿第二方向X的平行激光束在反射面137a上的光斑口径较小。反之，偏离第二方向X的平行激光束在反射面137a上的光斑口径较大。图4B中两个方向的激光束的光斑口径较小，可认为图4B表征了两个方向的激光束在反射面137a上的光斑口径的极小值。

MEMS振镜137能够偏转设定的扫描角度，可称偏转后的MEMS振镜137处于偏转姿态。图4C表示MEMS振镜137偏转设定的扫描角度后(例如相较图4A中的MEMS振镜137沿逆时针方向偏转了一定扫描角度，其中将图4A中的MEMS振镜137使用虚线表示)，沿第二方向X的平行激光束与偏离第二方向X的平行激光束，在反射面137a上的光斑口径对比。图4C中两个方向的激光束的光斑口径相较图4A而言均较大，可认为图4C表征了两个方向的激光束在反射面137a上的光斑口径的极大值。

由图4C的对比可知，沿第二方向X的平行激光束在反射面137a上的光斑口径较小；偏离第二方向X的平行激光束在反射面137a上的光斑口径较大。

当MEMS振镜137连续偏转时，激光束在MEMS振镜137的反射面137a上的光斑口径也连续变化，因而从图4B到图4C可以表示激光束在反射面137a上的光斑口径的范围，该范围的两个端点值分别为上文所述的极小值与极大值。综合图4B至图4C可知，无论MEMS振镜137处于默认姿态还是偏转姿态，当平行激光束沿第二方向X照射MEMS振镜137反射面137a时，平行激光束在反射面137a上的光斑口径范围的极大值，均比偏离第二方向X的平行激光束在反射面137a上的光斑口径范围的极大值小。这使得实施例一中反射面137a的面积可以做的较小，进而使得MEMS振镜137的体积可以做小；反之，常规方案中要求反射面137a具有较大的面积，导致MEMS振镜137需具有较大体积。

实施例一中，由于零度入射的激光束就是沿第二方向X的平行激光束，因而也可以认为激光束零度入射的设计，能够使得MEMS振镜137的体积得以减小。

另外，常规的投影模组若需要提升视场角，往往需要通过增加MEMS振镜的扫描角度来实现，这会导致MEMS振镜的体积增大。但是实施例一中，当激光束零度入射时，投影模组12的视场角可以等于2*MEMS振镜137的扫描角，也即MEMS振镜137在同等扫描角度(与常规的MEMS振镜相比)就能获得较大的视场角，但是无需增加MEMS振镜137的体积。因此，实施例一的方案能够在不增加MEMS振镜137的扫描角度与体积的前提下提升视场角，从而扩大用户视野，增强用户体验。

如图3所示，零度入射到MEMS振镜137的反射面137a上的激光束被MEMS振镜137反射回来，并再次透过相位延迟片138。再次透过相位延迟片138后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到偏振分光膜139上时，激光束会被偏振分光膜139反射(反射光束沿第一方向Z)，而非透过偏振分光膜139。在以上光路中，偏振分光膜139能使来自激光器124一侧的激光束透过，而将透过相位延迟片138的激光束反射。依照此种原理，可以对激光器124所发射的激光类型(如P光、S光)、偏振分光膜139的类型及相位延迟片138的类型进行组合搭配，只要能实现上述光路即可。

如图3所示，被偏振分光膜139反射的激光束将沿第一方向Z从第二光学元件136的出光面136c射出，并沿第一方向Z射入第一双胶合透镜133，进入透镜组132。激光束在经过第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134和第二非球面透镜135后，可以被聚焦于第一透镜组132a的像方焦点，该像方焦点位于第一透镜组132a的像方焦平面上。从该像方焦平面出射的光线呈发散状，并以此进入第三非球面透镜135’、第四非球面透镜134’和第二双胶合透镜133’，最终从第二双胶合透镜133’中射出，由此完成在光学组件13中的传输。从第二双胶合透镜133’出射的激光束为沿第一方向Z的平行激光束，该平行激光束射入耦合结构123上的出瞳位置(也即第二透镜组132b的像方焦点处)。

图5和图6分别表示MEMS振镜137在不同偏转姿态下激光束的传输光路，图5与图6中激光束的传播规律同图3，因而不再赘述。但与图3不同的是，由于MEMS振镜137发生了偏转，导致射到偏振分光膜139上的激光束不再沿第二方向X，因此射入第一双胶合透镜133的激光束也偏离第一方向Z。

例如图5所示，MEMS振镜137由图3中的默认姿态顺时针偏转一定角度后，达到第一偏转姿态。在第一偏转姿态下，被MEMS振镜137反射的激光束可偏离第二方向X。进而，被偏振分光膜139反射的激光束偏离第一方向Z，从第二光学元件136的出光面136c射出的激光束偏离第一方向Z。来自第二光学元件136的出光面136c的激光束依次透过第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134和第二非球面透镜135后，被聚焦于第一透镜组132a的像方焦平面上的另一位置(与图3相比)。从该像方焦平面出射的光线呈发散状，并射入第三非球面透镜135’的另一位置(与图3相比)，最终从第二双胶合透镜133’的另一位置(与图3相比)射出，由此完成在光学组件13中的传输。从第二双胶合透镜133’出射的激光束依然是平行激光束，但该平行光束偏离第一方向Z。例如在图5视角中，从第二双胶合透镜133’射出的激光束可相较第一方向Z沿顺时针方向偏转一定角度。MEMS振镜137处于第一偏转姿态下，从第二双胶合透镜133’射出的激光束同样能照射到耦入结构123上的出瞳位置(也即第二透镜组132b的像方焦点处)。MEMS振镜137在第一偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜137在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

类似地，如图6所示，MEMS振镜137由图3中的默认姿态逆时针偏转一定角度后，达到第二偏转姿态。在第二偏转姿态下，被MEMS振镜137反射的激光束可偏离第二方向X。进而，被偏振分光膜139反射的激光束偏离第一方向Z，从第二光学元件136的出光面136c射出的激光束偏离第一方向Z。来自第二光学元件136的出光面136c的激光束依次透过第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134和第二非球面透镜135后，被聚焦于第一透镜组132a的像方焦平面上的另一个位置(与图5相比)。从该像方焦平面出射的光线呈发散状，并射入第三非球面透镜135’的另一位置(与图5相比)，最终从第二双胶合透镜133’的另一位置(与图5相比)射出，由此完成在光学组件13中的传输。从第二双胶合透镜133’出射的激光束依然是平行激光束，但该平行光束偏离第一方向Z。例如在图6视角中，从第二双胶合透镜133’射出的激光束可相较第一方向Z沿逆时针方向偏转一定角度。MEMS振镜137处于第二偏转姿态下，从第二双胶合透镜133’射出的激光束同样能照射到耦入结构123上的出瞳位置(也即第二透镜组132b的像方焦点处)。MEMS振镜137在第二偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜137在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

图7表示MEMS振镜137在默认姿态、第一偏转姿态和第二偏转姿态下，激光束的传输光路对比。如图7所示，随着MEMS振镜137在振动时改变姿态，第二光学元件136的出光面136c射出的激光束将会分别沿不同方向传播，这些激光束是发散的。但是，由于设计了由透镜组132构成的光学4f系统，能够使沿不同方向传播的激光束汇聚到耦入结构123上的同一出瞳区域，也即使不同方向的激光束能均能在耦入结构123上的同一口径范围内形成出瞳，从而实现共同出瞳。因此，实施例一能够实现共同出瞳，有利于减小耦入结构123的面积。

在实施例一中，元件反射面131c与第一方向Z形成的第一夹角可以是其他数值，可以通过调整激光器124的位置与姿态，保证被元件反射面131c全反射的激光束仍然沿第二方向X传播，这样能够保证光学组件13的光学性能基本不变。例如，若第一夹角大于45°，则可以将激光器124的位置与姿态进行调整，使其发出的激光束沿右上方传播(以图7视角为例)；反之，若第一夹角小于45°，则可以将激光器124的位置与姿态进行调整，使其发出的激光束沿右下方传播(以图7视角为例)。

另外，实施例一通过使光学组件13沿第一方向Z布置，能够充分利用AR设备10的镜腿112的长度尺寸布置光学组件13，保证AR设备10的整体尺寸可控。

在其他实施例中，基于以上的光路原理，可以设计出实施例一的光学组件13的若干替代结构。例如在一些实施例中，可以保持第二光学元件136、偏振分光膜139和相位延迟片138不变，对第一光学元件131做出一些结构变形。例如在图8所示的实施例中，可以使用第一光学元件131’替代第一光学元件131，第一光学元件131’的轮廓外形可与图7中的豁口区域13a的轮廓基本一致。第一光学元件131’可以是三棱镜，可以具有依次首尾相连的设置面131’a、连接面131’b和第一贴合面131’c。其中，连接面131’b法线沿第二方向X。设置面131’a与第一方向Z形成45°的第一夹角，也即设置面131’a可与连接面131’b形成45°夹角。该45°的第一夹角仅仅是一种举例。实际上根据产品需要，还可以是其他数值的设定角度，该设定角度的范围可以是(22.5°,90°)(不含端点值)。例如，该设定角度可以取30°、45°、60°等。该第一夹角在上述范围内，有利于保证光学组件的光学性能，也能够确保光学组件的结构符合实际需要。第一贴合面131’c与第二光学元件136的第二贴合面136a平行。

如图8所示，设置面131’a上可以设置反射膜140，反射膜140可以通过贴合工艺或者镀膜工艺形成在设置面131’a上。反射膜140起到反射激光器124发射的激光束的作用，经反射膜140反射后的激光束沿第二方向X。可见，反射膜140替代了能进行全反射的元件反射面131c。在图8所示的实施例中，反射膜140中用于反射激光束的面也可以称为元件反射面，反射膜140中的该元件反射面具有与元件反射面131c等效的反射性能。

在图8所示的实施例中，设置面131’a与第一方向Z形成的第一夹角可以是其他数值，可以通过调整激光器124的位置与姿态，保证被设置面131’a反射的激光束仍然沿第二方向X传播，这样能够保证光学组件的光学性能基本不变。例如，若第一夹角大于45°，则可以将激光器124的位置与姿态进行调整，使其发出的激光束沿右上方传播(以图8视角为例)；反之，若第一夹角小于45°，则可以将激光器124的位置与姿态进行调整，使其发出的激光束沿右下方传播(以图8视角为例)。

或者在另一种实施例中，可以使用平面反射镜替代第一光学元件131。该平面反射镜平行于图7中的第一贴合面131c，该平面反射镜将激光器124发射的激光束进行反射，经该平面反射镜反射后的激光束沿第二方向X。该平面反射镜等同于图8所示实施例中的反射膜140。

实施例一中，设计第二光学元件136，能限制激光束的传播距离，有利于约束透镜组132的体积。若其他实施例中无需考虑这点，则可以取消第二光学元件136。在该其他实施例中，偏振分光膜139可设在第一光学元件131的第一贴合面131d上。可以设计相应的支撑结构(例如支架)来支撑相位延迟片138。在该实施例中，可以使用上述的第一光学元件131，或者上述的第一光学元件131’或该反射镜。

如图9所示，实施例二提供了一种光学组件23，同样可以实现激光束的零度入射和共同出瞳。与实施例一不同的是，该光学组件23是一种由棱镜和反射镜构成的反射式光学4f系统。下面将详细描述光学组件23的结构。

如图9所示，光学组件23可以包括第一棱镜232、第三棱镜234、第二棱镜235、平面反射镜240、第一曲面反射镜241、MEMS振镜233、第二曲面反射镜237、第一偏振分光膜243、第一相位延迟片231、第三相位延迟片239、第二偏振分光膜238、第四相位延迟片236和第二相位延迟片242。下面将逐一描述。

如图9所示，第一棱镜232与第二棱镜235均可以是三棱镜，二者分别与第三棱镜234的相对两侧连接。第一棱镜232与第二棱镜235的结构可以基本一致，二者可以镜像分布，镜像面可以是第三棱镜234的对称面。第三棱镜234用于使激光束按设定光路行进，以及限定第一棱镜232与第二棱镜235的间距，以满足反射式光学4f系统的光程要求。

其中，第一棱镜232可以具有依次首尾相连的受光面232a、第一设置面232b和第一贴合面232c。受光面232a可以是平面，其法线可沿第一方向Z。第一设置面232b可以是平面，其法线可沿第二方向X。第一贴合面232c可以是平面，其可与受光面232a形成45°夹角，也即第一贴合面232c与第一方向Z形成45°的第二夹角。第二夹角为45°仅仅是一种举例。根据产品实际需要，第二夹角还可以是其他数值，该第二夹角的范围可以是[25°，65°](含端点值)。例如该第二夹角具体可以取25°、35°、45°、55°或者65°。该第二夹角在上述范围内，有利于保证光学组件23的光学性能，也能够确保光学组件23的结构符合实际需要。下文将主要以该第二夹角取45°为例进行描述。第一贴合面232c贴靠第三棱镜234的一侧。

在其他实施例中，在保证第一棱镜232的受光面232a、第一设置面232b和第一贴合面232c的位置关系(各自相对第一方向Z、第二方向X的绝对位置关系，以及各自之间的相对位置关系)的前提下，可以根据产品需要，灵活调整受光面232a、第一设置面232b和第一贴合面232c的连接关系。例如，第一棱镜232可以不是三棱镜，其侧面的数量可以大于三。例如，受光面232a与第一设置面232b之间可通过一个表面连接，该表面与受光面232a、第一设置面232b均不垂直。

第二棱镜235可以具有依次首尾相连的出光面235a、第二设置面235b和第二贴合面235c。出光面235a可以是平面，其与受光面232a平行，并背向受光面232a。第二设置面235b可以是平面，其可与第一设置面232b平行且共面。第二贴合面235c与出光面235a形成45°夹角。第二贴合面235c与第一贴合面232c镜像设置，在本实施例中第二贴合面235c可与第一贴合面232c垂直。第二贴合面235c可贴靠第三棱镜234的另一侧。设计第二棱镜235能够能限制激光束的传播距离，有利于约束第一曲面反射镜241与第二曲面反射镜237的体积。

在其他实施例中，在保证第二棱镜235的出光面235a、第二设置面235b和第二贴合面235c的位置关系(各自相对第一方向Z、第二方向X的绝对位置关系，以及各自之间的相对位置关系)的前提下，可以根据产品需要，灵活调整出光面235a、第二设置面235b和第二贴合面235c的连接关系。例如，第二棱镜235可以不是三棱镜，其侧面的数量可以大于三。例如，出光面235a与第二设置面235b之间可通过一个表面连接，该表面与出光面235a、第二设置面235b均不垂直。其中，第二设置面235b可以仅与第一设置面232b，但二者可以不共面(或称不平齐)。

如图9所示，第一偏振分光膜243位于第一贴合面232c上，并可以设在第一贴合面232c与第三棱镜234的表面之间。第一偏振分光膜243可以为平整膜层，其可以布满整个第一贴合面232c，也可以仅覆盖第一贴合面232c的部分区域(该部分区域包括第一贴合面232c与第三棱镜234的表面相重合的部分)。第一偏振分光膜243可以通过贴合工艺或镀膜工艺制得。

如图9所示，第二偏振分光膜238位于第二贴合面235c上，并可以设在第二贴合面235c与第三棱镜234的表面之间。第二偏振分光膜238可以为平整膜层，其可以布满整个第二贴合面235c，也可以仅覆盖第二贴合面235c的部分区域(该部分区域包括第二贴合面235c与第三棱镜234的表面相重合的部分)。第二偏振分光膜238可以通过贴合工艺或镀膜工艺制得。

如图9所示，第一相位延迟片231可以为平整片状，其可以设在第一棱镜232的第一设置面232b上。第一相位延迟片231用于改变透过第一相位延迟片231的光的偏振态。例如第一相位延迟片231可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

如图9所示，MEMS振镜233位于第一相位延迟片231背离第一棱镜232的一侧，MEMS振镜233与第一相位延迟片231间隔相对。MEMS振镜233能够在信号控制下发生往复偏转(可将该往复偏转称为振动)，以将射到MEMS振镜233的反射面233a的光线以不同角度反射出去，实现扫描成像。本实施例中，在未通电状态下，MEMS振镜233的反射面233a的法线沿第二方向X，可将MEMS振镜233此时的姿态称为默认姿态。

如图9所示，第三相位延迟片239可以为平整片状，其可以设在第二棱镜235的第一设置面235b上。第三相位延迟片239用于改变透过第三相位延迟片239的光的偏振态。例如第三相位延迟片239可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

如图9所示，第二曲面反射镜237可以位于第四相位延迟片236背离第二棱镜235的一侧。第二曲面反射镜237可以具有曲面反射面，例如非球面的曲面反射面。第二曲面反射镜237的该曲面反射面(图9中用黑色区域表示第二曲面反射镜237中的反射层)可以朝背离第四相位延迟片236的方向拱起。第二曲面反射镜237的中心线可以沿第二方向X。第二曲面反射镜237朝向第四相位延迟片236的一侧表面与第四相位延迟片236贴合，第二曲面反射镜237与第四相位延迟片236连接的表面为平面。第二曲面反射镜237与第四相位延迟片236贴合，能够使得结构紧凑，具有较好的可制造性。

在其他实施例中，第二曲面反射镜整体可以是弧形板状结构，第二曲面反射镜与第四相位延迟片236间隔设置。此种设计可以满足相应的产品需要求。

如图9所示，第二相位延迟片242与第四相位延迟片236均可以为平整片状，二者可以均设在第三棱镜234上法线沿第二方向X的表面。其中，第二相位延迟片242可以对应第一棱镜232，第四相位延迟片236可以对应第二棱镜235。第二相位延迟片242与第四相位延迟片236均用于改变光线的偏振态。例如第三相位延迟片239与第四相位延迟片236均可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

实施例二中，第二相位延迟片242与第四相位延迟片236可以连为一体，二者可以合为一个相位延迟片，即一个相位延迟片覆盖第三棱镜234上法线沿第二方向X的表面，该相位延迟片对应第一棱镜232与第二棱镜235。或者，第二相位延迟片242与第四相位延迟片236也可以是单独的相位延迟片，二者可以不相连。

如图9所示，平面反射镜240可以呈平整板状。平面反射镜240与第二曲面反射镜237分别位于第二棱镜235在第二方向X上的相对两侧。平面反射镜240可位于第四相位延迟片236背离第三棱镜234的一侧，并与第四相位延迟片236贴合在一起。平面反射镜240与第四相位延迟片236贴合，能够使得结构紧凑，具有较好的可制造性。平面反射镜240用于控制光程，以满足光学组件23的光程需要。

在其他实施例中，平面反射镜240也可以与第四相位延迟片236间隔设置，以满足一定的产品需要。

如图9所示，第一曲面反射镜241可以位于第二相位延迟片242背离第三棱镜234的一侧，第一曲面反射镜241与MEMS振镜233，分别位于第一棱镜232在第二方向X上的相对两侧。第一曲面反射镜241可以具有曲面反射面(图9中用黑色区域表示第一曲面反射镜241中的反射层)，例如非球面的曲面反射面。第一曲面反射镜241的该曲面反射面可以朝背离第二相位延迟片242的方向拱起。第一曲面反射镜241的中心线可以沿第二方向X。第一曲面反射镜241朝向第二相位延迟片242的一侧表面可与第二相位延迟片242贴合在一起，第一曲面反射镜241与第二相位延迟片242连接的表面可以是平面。第一曲面反射镜241与第二相位延迟片242贴合，能够使得结构紧凑，具有较好的可制造性。

在其他实施例中，第一曲面反射镜整体可以是弧形板状结构，第一曲面反射镜与第二相位延迟片242间隔设置。此种设计可以满足相应的产品需要求。

上文对实施例二的光学组件23的结构进行了详细描述。下面将通过分析光路，对光学组件23的工作原理进行说明。

图9可表示MEMS振镜233在默认姿态下激光束的传输光路。如图9所述，在第一贴合面232c与第一方向Z形成的第二夹角是45°的条件下，激光器124发射沿第一方向Z传播的平行激光束，平行激光束垂直于第一棱镜232的受光面232a进入第一棱镜232，并照射到第一偏振分光膜243上。由于第一偏振分光膜243与受光面232a形成45°夹角，因此第一偏振分光膜243能够将平行激光束沿第二方向X反射。沿第二方向X的平行激光束将透过第一相位延迟片231，并照射到MEMS振镜233的反射面233a上。由于透过第一相位延迟片231的平行激光束沿第二方向X，因此照射到MEMS振镜233的反射面233a上的平行激光束的入射角为零，由此实现零度入射。

同上文所述的原理，实施例二的方案通过实现零度入射，能够减小MEMS振镜233的体积，还能在不增加MEMS振镜233的体积与扫描角度的前提下提升视场角，以扩大用户视野，增强用户体验。

如图9所示，零度入射到MEMS振镜233的反射面233a上的平行激光束被MEMS振镜233反射回来，将沿第二方向X再次透过第一相位延迟片231。再次透过第一相位延迟片231后，平行激光束的偏振态发生变化，平行激光束的相位变化λ/2。这使得平行激光束再次照射到第一偏振分光膜243上时，平行激光束会透过第一偏振分光膜243，而非被第一偏振分光膜243反射。

如图9所示，透过第一偏振分光膜243的平行激光束将进入第三棱镜234，并穿透第二相位延迟片242，照射到第一曲面反射镜241上。第一曲面反射镜241平行激光束反射进行反射。反射激光束再次透过第二相位延迟片242后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到第一偏振分光膜243上时，激光束会被第一偏振分光膜243反射，而非透过第一偏振分光膜243。被第一偏振分光膜243反射的激光束射向第二偏振分光膜238。第二偏振分光膜238将激光束向第四相位延迟片236反射。激光束能透过第四相位延迟片236，并射到平面反射镜240上。

如图9所示，平面反射镜240将激光束反射回来。反射激光束再次透过第四相位延迟片236后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到第二偏振分光膜238上时，激光束会透过第二偏振分光膜238，而非被第二偏振分光膜238反射。透过第二偏振分光膜238的激光束将进入第二棱镜235，并透过第三相位延迟片239，照射到第二曲面反射镜237上。第二曲面反射镜237激光束反射回来。

如图9所示，反射激光束再次透过第三相位延迟片239后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到第二偏振分光膜238上时，激光束会被第二偏振分光膜238反射，而非透过第二偏振分光膜238。被第二偏振分光膜238反射的激光束从第二棱镜235的出光面235a射出，由此完成在光学组件23中的传输。从出光面235a射出的激光束为沿第一方向Z的平行激光束，该平行激光束照射到耦入结构123上。

图10与图11分别表示MEMS振镜233在不同偏转姿态下激光束的传输光路，图10与图11中激光束的传播规律同图9，因而不再赘述。但与图9不同的是，由于MEMS振镜233发生了偏转，被MEMS振镜233反射的平行激光束不再沿第二方向X，因此从第二棱镜235射出的平行激光束也不再沿第一方向Z。

例如图10所示，MEMS振镜233由图9中的默认姿态顺时针偏转一定角度后，达到第一偏转姿态。在第一偏转姿态下，被MEMS振镜233反射的平行激光束可偏离第二方向X。最终，从第二棱镜235射出的平行激光束也偏离第一方向Z。例如在图10视角中，从第二棱镜235射出的平行激光束可相较第一方向Z沿逆时针方向偏转一定角度。MEMS振镜233处于第一偏转姿态下，从第二棱镜235射出的激光束同样能照射到耦入结构123上。并且，MEMS振镜233在第一偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜233在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

类似地，如图11所示，MEMS振镜233由图3中的默认姿态逆时针偏转一定角度后，达到第二偏转姿态。在第二偏转姿态下，被MEMS振镜233反射的平行激光束可偏离第二方向X。最终，从第二棱镜235射出的平行激光束也偏离第一方向Z。例如在图11视角中，从第二棱镜235射出的平行激光束可相较第一方向Z沿顺时针方向偏转一定角度。MEMS振镜233处于第二偏转姿态下，从第二棱镜235射出的激光束同样能照射到耦入结构123上。并且，MEMS振镜233在第二偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜233在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

图12表示MEMS振镜233在默认姿态、第一偏转姿态和第二偏转姿态下，激光束的传输光路对比。如图12所示，随着MEMS振镜233在振动时改变姿态，被MEMS振镜233反射的平行激光束将会分别沿不同方向传播，因此这些平行激光束总体上是发散的。但是，由于实施例二的光学组件23的结构设计，光学组件23整体构成一种光学4f系统，能够使沿不同方向传播的平行激光束汇聚到耦入结构123上的同一区域，也即使不同方向的平行激光束能均能在耦入结构123上的同一口径范围内形成出瞳，从而实现共同出瞳。因此，实施例二能够实现共同出瞳，有利于减小耦入结构123的面积。

在实施例二中，第一贴合面232c与第一方向Z形成的第二夹角可以是其他数值。可以通过调整激光器124的位置与姿态，并对第一曲面反射镜241、平面反射镜240和第二曲面反射镜237的具体结构与位置做适应性调整，保证被第一贴合面232c上的第一偏振分光膜243反射的激光束仍然沿第二方向X传播，保证光学组件23内的光路基本不变，这样能够保证光学组件23的光学性能基本不变。

另外，实施例二的光学组件23在第一方向Z上布置的元件较少，占用尺寸较小；在第二方向X上布置的元件较多，占用了一定尺寸(相较实施例一的光学组件13而言)。这是一种根据产品需要进行的结构设计。

在其他实施例中，基于以上的光路原理，可以设计出实施例二的光学组件23的若干替代结构。

例如在一种实施例中，可以取消第三棱镜234，保留其他元件。此时，可以设计相应的支撑结构(例如支架)来支撑第二相位延迟片242和第四相位延迟片236。该实施例中的光路可与实施例二基本相同。

或者在另一种实施例中，可以取消第二棱镜235、第三棱镜234、第三相位延迟片239、第四相位延迟片236、第二偏振分光膜238、平面反射镜240和第二曲面反射镜237，保留其他元件。此时，可以设计相应的支撑结构(例如支架)来支撑第二相位延迟片242。该实施例中的光路可与实施例二基本相同。

或者在另一种实施例中，可以取消第一棱镜232、第二棱镜235和第三棱镜234，保留其他元件。此时，可以设计相应的支撑结构(例如支架)来支撑第一偏振分光膜243、第一相位延迟片231、第三相位延迟片239、第二偏振分光膜238、第四相位延迟片236和第二相位延迟片242。该实施例中的光路可与实施例二基本相同。

如图13所示，实施例三提供了一种光学组件33，同样可以减小MEMS振镜的体积和实现共同出瞳。与实施例二不同的是，光学组件33是一种由棱镜、反射镜和透镜构成的反射透射混合型光学4f系统。下面将详细描述光学组件33的结构。

如图13所示，光学组件33可以包括第一棱镜337、第二棱镜332、曲面反射镜331、第一平凸透镜335和第二平凸透镜333、偏振分光膜338、第一相位延迟片336和第二相位延迟片339。下面将逐一说明。

如图13所示，第一棱镜337与第二棱镜332均可以是三棱镜，二者可以贴靠在一起。

其中，第一棱镜337可以具有依次首尾相连的受光面337b、第一设置面337c和第一贴合面337a。受光面337b可以是平面，其法线可沿第一方向Z。第一设置面337c可以是平面，其法线可沿第二方向X。第一贴合面337a可以是平面，其可与受光面337b形成45°夹角，也即第一贴合面337a与第一方向Z形成45°的第三夹角。第三夹角为45°仅仅是一种举例。根据产品实际需要，第三夹角还可以是其他数值，该第二夹角的范围可以是[25°，65°](含端点值)。例如该第二夹角具体可以取25°、35°、45°、55°或者65°。该第三夹角在上述范围内，有利于保证光学组件33的光学性能，也能够确保光学组件33的结构符合实际需要。下文将主要以该第三夹角取45°为例进行描述。

第二棱镜332可以具有依次首尾相连的出光面332b、第二设置面332a和第二贴合面332c。出光面332b可以是平面，其可与受光面337b平行，且背向受光面337b。第二设置面332a可以是平面，其可与第一设置面337c平行，且背向第一设置面337c。第二贴合面332c可以是平面，其可与第一贴合面337a平行，且朝向第一贴合面337a。

在其他实施例中，在保证第一棱镜337的上述各面的位置关系(各自相对第一方向Z、第二方向X的绝对位置关系，以及各自之间的相对位置关系)，以及保证第二棱镜332的上述各面的位置关系(各自相对第一方向Z、第二方向X的绝对位置关系，以及各自之间的相对位置关系)的前提下，可以根据产品需要，灵活调整第一棱镜337与第二棱镜332的结构。例如，第一棱镜337和/或第二棱镜332可以不是三棱镜。

如图13所示，偏振分光膜338可以位于第一贴合面337a与第二贴合面332c之间，可以认为偏振分光膜338设于第一贴合面337a或第二贴合面332c上。偏振分光膜338可以通过贴合工艺或镀膜工艺制得。

如图13所示，第一相位延迟片336设在第一棱镜337的第一设置面337a上。第一相位延迟片336用于改变透过光的偏振态。例如第一相位延迟片336可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

如图13所示，第二相位延迟片339设在第二棱镜332的第二设置面332a上。第二相位延迟片339用于改变透过光的偏振态。例如第二相位延迟片339可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

如图13所示，曲面反射镜331可以位于第二相位延迟片339背离第二棱镜332的一侧。曲面反射镜331可以具有曲面反射面，例如非球面的曲面反射面。曲面反射镜331的该曲面反射面可朝背离第二相位延迟片339的方向拱起。曲面反射镜331的中心线可以沿第二方向X。曲面反射镜331朝向第二相位延迟片339的表面可与第二相位延迟片339贴合，曲面反射镜331与第二相位延迟片339连接的表面可以是平面。贴合设计能使结构紧凑，有利于提升可制造性。

在其他实施例中，曲面反射镜331整体可以呈弧形板结构，曲面反射镜331可与第二相位延迟片339间隔相对。此种设计能满足一定的产品需求。

如图13所示，第一平凸透镜335可以位于第一相位延迟片336背离第一棱镜337的一侧。第一平凸透镜335朝向第一相位延迟片336的表面可与第一相位延迟片336贴合。贴合设计能使结构紧凑，有利于提升可制造性。第一平凸透镜335背向第一相位延迟片336的表面可以朝远离第一相位延迟片336的方向拱起。第一平凸透镜335的中心线可以沿第二方向X。

在其他实施例中，第一平凸透镜335可与第二相位延迟片339间隔相对。此种设计能满足一定的产品需求。

如图13所示，MEMS振镜334可以位于第一平凸透镜335背离第一棱镜337的一侧，MEMS振镜334可以与第一平凸透镜335间隔相对。MEMS振镜334能够在信号控制下发生往复偏转(可将该往复偏转称为振动)，以将射到MEMS振镜334的反射面334a的光线以不同角度反射出去，实现扫描成像。本实施例中，在未通电状态下，MEMS振镜334的反射面334a的法线沿第二方向X，可将MEMS振镜334此时的姿态称为默认姿态。

如图13所示，第二平凸透镜333可位于第二棱镜332的出光面332b远离第一棱镜337的一侧。第二平凸透镜333朝向出光面332b的表面可与出光面332b贴合。贴合设计能使结构紧凑，有利于提升可制造性。第二平凸透镜333背向第二棱镜332的表面可以朝背离第二棱镜332的方向拱起。第二平凸透镜333的中心线可沿第一方向Z。

在其他实施例中，第二平凸透镜333可与第二棱镜332的出光面332b间隔相对，此种设计能满足一定的产品需求。

上文对实施例三的光学组件33的结构进行了详细描述。下面将通过分析光路，对光学组件33的工作原理进行说明。

图13可表示MEMS振镜334在默认姿态下激光束的传输光路。如图13所示，在第一贴合面337a与第一方向Z形成的第三夹角是45°的条件下，激光器124发射沿第一方向Z传播的平行激光束，平行激光束垂直于第一棱镜337的受光面337b进入第一棱镜337，并照射到偏振分光膜338上。由于偏振分光膜338与受光面337b形成45°夹角，因而偏振分光膜338能够将平行激光束沿第二方向X反射。沿第二方向X的平行激光束将透过第一相位延迟片336，并照射到第一平凸透镜335上。第一平凸透镜335能将该平行激光束聚拢，使得从第一平凸透镜335射出的激光束的口径逐渐收缩，并照射到MEMS振镜334的反射面334a上。

参考图4A至图4C所示的原理，通过使MEMS振镜334在默认姿态下，MEMS振镜334的反射面334a的法线沿第二方向X，并使聚拢激光束照射到反射面334a上，能够使得反射面334a的面积做的较小，从而减小MEMS振镜334的体积。

如图13所示，MEMS振镜334的反射面334a将激光束反射回去，反射激光束再次透过第一平凸透镜335和第一相位延迟片336。再次透过第一相位延迟片336后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到偏振分光膜338上时，激光束会透过偏振分光膜338，而非被偏振分光膜338反射。

如图13所示，透过偏振分光膜338的激光束将进入第二棱镜332，并穿透第二相位延迟片339，照射到曲面反射镜331上。曲面反射镜331将激光束反射回来。反射激光束再次透过第二相位延迟片339后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到偏振分光膜338上时，激光束会被偏振分光膜338反射，而非透过偏振分光膜338。

如图13所示，被偏振分光膜338反射的激光束从第二棱镜332的出光面332b射出，并穿过第二平凸透镜333，由此完成在光学组件23中的传输。从第二平凸透镜333射出的激光束是沿第一方向Z的平行激光束，该平行激光束射到耦入结构123上。

图14与图15分别表示，MEMS振镜334的在不同偏转姿态下激光束的传输光路，图14与图15中激光束的传播规律同图13，因而不再赘述。但与图13不同的是，由于MEMS振镜334发生了偏转，因此从第二平凸透镜333射出的平行激光束也不再沿第一方向Z。

例如图14所示，MEMS振镜334由图13中的默认姿态顺时针偏转一定角度后，达到第一偏转姿态。在第一偏转姿态下，从第二平凸透镜333射出的平行激光束也偏离第一方向Z。例如在图14视角中，从第二平凸透镜333射出的平行激光束可相较第一方向Z沿逆时针方向偏转一定角度。MEMS振镜334处于第一偏转姿态下，从第二平凸透镜333射出的激光束同样能照射到耦入结构123上。并且，MEMS振镜334在第一偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜334在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

类似地，如图15所示，MEMS振镜334由图13中的默认姿态逆时针偏转一定角度后，达到第二偏转姿态。在第二偏转姿态下，从第二平凸透镜333射出的平行激光束也偏离第一方向Z。例如在图15视角中，从第二平凸透镜333射出的平行激光束可相较第一方向Z沿顺时针方向偏转一定角度。MEMS振镜334处于第二偏转姿态下，从第二平凸透镜333射出的激光束同样能照射到耦入结构123上。并且，MEMS振镜334在第二偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜334在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

图16表示MEMS振镜334在默认姿态、第一偏转姿态和第二偏转姿态下，激光束的传输光路对比。如图16所示，随着MEMS振镜334在振动时改变姿态，被MEMS振镜334反射的激光束将会分别沿不同方向传播，因此这些激光束是发散的。但是，由于实施例三的光学组件33的结构设计，光学组件33整体能构成一种反射透射混合型光学4f系统，能够使沿不同方向传播的激光束汇聚到耦入结构123上的同一区域，也即使不同方向的激光束能均能在耦入结构123上的同一口径范围内形成出瞳，从而实现共同出瞳。因此，实施例三能够实现共同出瞳，有利于减小耦入结构123的面积。

在实施例三中，第一贴合面337a与第一方向Z形成的第三夹角可以是其他数值。可以通过调整激光器124的位置与姿态，并对曲面反射镜331、第一平凸透镜335和第二平凸透镜333的具体结构与位置做适应性调整，保证被第一贴合面337a上的偏振分光膜338反射的激光束仍然沿第二方向X传播，保证光学组件33内的光路基本不变，这样能够保证光学组件33的光学性能基本不变。

另外，实施例三的光学组件33在第一方向Z上布置的元件较少，占用尺寸较小；在第二方向X上布置的元件较多，占用了一定尺寸(相较实施例一的光学组件13而言)。这是一种根据产品需要进行的结构设计。

实施例三中，使用第一平凸透镜335与第二平凸透镜333能够提升成像质量。在其他实施例中，可以取消第一平凸透镜335和/或第二平凸透镜333。

实施例三中，第二棱镜332能限制激光束的传播距离，有利于约束第一平凸透镜335和第二平凸透镜333的体积。若其他实施例中无需考虑这点，可以取消第二棱镜332。其中，可以设计相应的支撑结构(例如支架)，来支撑第二相位延迟片339。

在其他实施例中，还可以取消第一棱镜337。其中，可以设计相应的支撑结构(例如支架)，来支撑偏振分光膜338和第一相位延迟片336。

如图17所示，实施例四提供了一种光学组件43，同样能够减小MEMS振镜的体积和实现共同出瞳。光学组件43也是一种由棱镜、反射镜和透镜构成的反射透射混合型光学4f系统。但与实施例三不同的是，光学组件43中的透镜的位置与光学组件33中的透镜的位置不同。下面将详细描述光学组件43的结构。

如图17所示，光学组件43可以包括凹透镜431、凸透镜432、第一棱镜433、第二棱镜436、第一偏振分光膜439、第一相位延迟片434、第二相位延迟片437、MEMS振镜435和曲面反射镜438。下面将逐一说明。

如图17所示，凹透镜431与凸透镜432间隔排列，二者的中心线均可沿第一方向Z。其中，凸透镜432位于凹透镜431与第一棱镜433之间，凸透镜432与第一棱镜433间隔设置。凹透镜431的焦距例如可以是-5mm至-20mm。凸透镜432的焦距例如可以是5mm至15mm。凹透镜431用于对激光束进行扩束，优化像差。凸透镜432用于聚焦激光束，优化像差。凹透镜431与凸透镜432构成的透镜组，相当于实施例一中由第一双胶合透镜133、第一非球面透镜134、第二非球面透镜135构成的第一透镜组132a。

在其他实施例中，不限于由凹透镜431与凸透镜432这两个透镜构成透镜组，透镜组中透镜的数量及类型均可以根据需要设计。

如图17所示，第一棱镜433具有依次首尾相连的受光面433b、第一设置面433c和第一贴合面433a。受光面433b可以是平面，其法线可沿第一方向Z。第一设置面433c可以是平面，其法线可沿第二方向X。第一贴合面433a可以是平面，其可与受光面433b形成45°夹角，也即第一贴合面433a与第一方向Z形成45°的第三夹角。第三夹角为45°仅仅是一种举例。根据产品实际需要，第三夹角还可以是其他数值，该第二夹角的范围可以是[25°，65°](含端点值)。例如该第二夹角具体可以取25°、35°、45°、55°或者65°。该第三夹角在上述范围内，有利于保证光学组件43的光学性能，也能够确保光学组件43的结构符合实际需要。下文将主要以该第三夹角取45°为例进行描述。

第二棱镜436可以具有依次首尾相连的出光面436b、第二设置面436c和第二贴合面436a。出光面436b可以是平面，其可与受光面433b平行，且背向受光面433b。第二设置面436c可以是平面，其可与第一设置面433c平行，且背向第一设置面433c。第二贴合面436a可以是平面，其可与第一贴合面433a平行，且朝向第一贴合面433a。

在其他实施例中，在保证第一棱镜433的上述各面的位置关系(各自相对第一方向Z、第二方向X的绝对位置关系，以及各自之间的相对位置关系)，以及保证第二棱镜436的上述各面的位置关系(各自相对第一方向Z、第二方向X的绝对位置关系，以及各自之间的相对位置关系)的前提下，可以根据产品需要，灵活调整第一棱镜436与第二棱镜436的结构。例如，第一棱镜433和/或第二棱镜436可以不是三棱镜。

如图17所示，第一偏振分光膜439可以位于第一贴合面433a与第二贴合面436a之间，可以认为第一偏振分光膜439设于第一贴合面337a或第二贴合面332c上。第一偏振分光膜439可以通过贴合工艺或镀膜工艺制得。

如图17所示，第一相位延迟片434设在第一棱镜433的第一设置面433c上。第一相位延迟片434用于改变透过光的偏振态。例如第一相位延迟片434可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

如图17所示，第二相位延迟片437设在第二棱镜436的第二设置面436c上。第二相位延迟片437用于改变透过光的偏振态。例如第二相位延迟片437可以是四分之一玻片，光每透过其一次，光的相位变化λ/4。

如图17所示，曲面反射镜438可以位于第二相位延迟片437背离第二棱镜436的一侧。曲面反射镜438朝向第二相位延迟片437的表面可与第二相位延迟片437贴合，贴合设计可以使得结构紧凑，提升可制造性。曲面反射镜438可以具有曲面反射面，例如非球面的曲面反射面。曲面反射镜438的该曲面反射面可以朝背离第二相位延迟片437的方向拱起。曲面反射镜438的中心线可沿第二方向X。

在其他实施例中，曲面反射镜可以呈弧形板状结构，曲面反射镜可与第二相位延迟片437间隔相对。

如图17所示，MEMS振镜435可以位于第一相位延迟片434背离第一棱镜433的一侧，MEMS振镜435可以与第一相位延迟片434间隔相对。MEMS振镜435能够在信号控制下发生往复偏转(可将该往复偏转称为振动)，以将射到MEMS振镜435的反射面435a的光线以不同角度反射出去，实现扫描成像。本实施例中，在未通电状态下，MEMS振镜435的反射面435a的法线沿第二方向X，可将MEMS振镜435此时的姿态称为默认姿态。

上文对实施例四的光学组件43的结构进行了详细描述。下面将通过分析光路，对光学组件43的工作原理进行说明。

图17可表示MEMS振镜435在默认姿态下激光束的传输光路。如图17所示，在第一贴合面433a与第一方向Z形成的第三夹角是45°的条件下，激光器124发射沿第一方向Z传播的平行激光束，平行激光束依次穿过凹透镜431和凸透镜432后，成为聚拢的激光束。该聚拢激光束从第一棱镜433的受光面433b进入第一棱镜433，并照射到第一偏振分光膜439上。由于第一偏振分光膜439与受光面433b形成45°夹角，因而第一偏振分光膜439能够将聚拢激光束向第一相位延迟片434反射。激光束透过第一相位延迟片434后，可以照射到MEMS振镜435的反射面435a上，且从第一相位延迟片434出射的激光束的口径可以逐渐收缩。

参考图4A至图4C所示的原理，通过使MEMS振镜435在默认姿态下，MEMS振镜435的反射面435a的法线沿第二方向X，并使聚拢激光束照射到反射面435a上，能够使得反射面435a的面积做的较小，从而减小MEMS振镜435的体积。

如图17所示，被MEMS振镜435反射回来的激光束将再次穿过第一相位延迟片434。再次透过第一相位延迟片434后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到第一偏振分光膜439上时，激光束会透过第一偏振分光膜439，而非被第一偏振分光膜439反射。

如图17所示，透过第一偏振分光膜439的激光束将进入第二棱镜436，并穿透第二相位延迟片437，照射到曲面反射镜438上。曲面反射镜438将激光束反射回来。反射激光束再次透过第二相位延迟片437后，激光束的偏振态发生变化，激光束的相位变化λ/2。这使得激光束再次照射到第一偏振分光膜439上时，激光束会被第一偏振分光膜439反射，而非透过第一偏振分光膜439。

如图17所示，被偏振分光膜338反射的激光束从第二棱镜436的出光面436b射出，由此完成在光学组件43中的传输。从出光面436b射出的激光束是沿第一方向Z的平行激光束，该平行激光束射到耦入结构123上。

图18与图19分别表示，MEMS振镜435的在不同偏转姿态下激光束的传输光路，图18与图19中激光束的传播规律同图17，因而不再赘述。但与图17不同的是，由于MEMS振镜435发生了偏转，因此从出光面436b射出的平行激光束也不再沿第一方向Z。

例如图18所示，MEMS振镜435由图17中的默认姿态顺时针偏转一定角度后，达到第一偏转姿态。在第一偏转姿态下，从第二棱镜436射出的平行激光束也偏离第一方向Z。例如在图18视角中，从出光面436b射出的平行激光束可相较第一方向Z沿逆时针方向偏转一定角度。MEMS振镜435处于第一偏转姿态下，从出光面436b射出的激光束同样能照射到耦入结构123上。并且，MEMS振镜435在第一偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜435在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

类似地，如图19所示，MEMS振镜435由图17中的默认姿态逆时针偏转一定角度后，达到第二偏转姿态。在第二偏转姿态下，从出光面432b射出的平行激光束也偏离第一方向Z。例如在图19视角中，从出光面436b射出的平行激光束可相较第一方向Z沿顺时针方向偏转一定角度。MEMS振镜435处于第二偏转姿态下，从出光面436b射出的激光束同样能照射到耦入结构123上。并且，MEMS振镜435在第二偏转姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域，与MEMS振镜435在默认姿态下耦入结构123上被激光束照射的区域基本相同。

图20表示MEMS振镜435在默认姿态、第一偏转姿态和第二偏转姿态下，激光束的传输光路对比。如图20所示，随着MEMS振镜435在振动时改变姿态，被MEMS振镜435反射的激光束将会分别沿不同方向传播，因此这些激光束是发散的。但是由于光学组件43的结构设计，能够使沿不同方向传播的激光束汇聚到耦入结构123上的同一区域，也即使不同方向的激光束能均能在耦入结构123上的同一口径范围内形成出瞳，从而实现共同出瞳。因此，实施例四能够实现共同出瞳，有利于减小耦入结构123的面积。

在实施例四中，第一贴合面433a与第一方向Z形成的第三夹角可以是其他数值。可以通过调整激光器124的位置与姿态，并对凸透镜432和曲面反射镜438的具体结构与位置做适应性调整，保证被第一贴合面433a上的第一偏振分光膜439反射的激光束仍然近似沿第二方向X传播，保证光学组件43内的光路基本不变，这样能够保证光学组件43的光学性能基本不变。

在其他实施例中，也可以在第二棱镜436的出光面436b与耦入结构123之间设置透镜，从出光面436b出射的激光束穿过该透镜照射到耦入结构123上。实际上，可以在出光面436b与耦入结构123之间、MEMS振镜435与第一棱镜433之间、第二棱镜436与曲面反射镜438之间、第一棱镜433与激光器124之间这四处中的任一处或任几处设计透镜。或者，也可以在以上所有位置均不设透镜。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (27)

1.一种光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第一光学元件、偏振分光膜、相位延迟片、微机电系统振镜和光学4f系统；

所述第一光学元件具有元件反射面，所述元件反射面与第一方向形成第一夹角；

所述偏振分光膜与所述元件反射面垂直；

所述相位延迟片位于所述偏振分光膜与所述微机电系统振镜之间，所述相位延迟片的法线沿第二方向，所述第二方向与所述第一方向正交；

所述微机电系统振镜与所述相位延迟片具有间隔，所述微机电系统振镜的反射面朝向所述相位延迟片；

所述光学4f系统位于所述偏振分光膜远离所述第一光学元件的一侧，所述光学4f系统与所述偏振分光膜具有间隔，所述光学4f系统的中心线沿所述第一方向；

所述光学组件用于处理光线；其中，光源发出的光线从所述元件反射面进入所述第一光学元件，并透过所述偏振分光膜，穿过所述相位延迟片，射到所述微机电系统振镜的反射面上；所述微机电系统振镜用于通过振动将光线反射到不同方向，不同方向的反射光线再次穿过所述相位延迟片后被所述偏振分光膜反射，并进入所述光学4f系统，所述光学4f系统用于将不同方向的光线进行汇聚。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，

所述光学4f系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述偏振分光膜与所述第二透镜之间，所述第二透镜与所述第一透镜间隔设置；

所述微机电系统振镜的中心线经过所述第一透镜的物方焦点；

所述第一透镜的像方焦点与所述第二透镜的物方焦点重合；

不同方向的光线穿过所述第一透镜后，分别聚焦在所述第一透镜的像方焦平面上的不同位置，并从所述第二透镜的不同位置进入所述第二透镜；所述第二透镜用于将从不同位置进入所述第二透镜的光线汇聚在所述第二透镜的像方焦点处，以使得不同方向的光线进行汇聚。

3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，

所述第一透镜包括依次间隔排列的双胶合透镜、第一非球面透镜和第二非球面透镜，所述双胶合透镜靠近所述偏振分光膜，所述非球面透镜远离所述偏振分光膜。

4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，

所述双胶合透镜的阿贝数大于或等于20。

5.根据权利要求2-4任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述第一透镜与所述第二透镜的结构相同。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述第一光学元件为棱镜，所述第一光学元件具有受光面和第一贴合面；所述受光面的法线沿所述第一方向；所述第一贴合面与所述元件反射面垂直；

所述偏振分光膜设在所述第一贴合面上；

所述受光面用于接收光线；所述元件反射面用于对从所述受光面射入所述第一光学元件的光线进行全反射；所述第一夹角的范围为

其中n为所述第一光学元件的折射率，所述第一夹角的单位为度。

7.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，

所述第一光学元件包括连接面，所述连接面连接所述受光面与所述元件反射面。

8.根据权利要求1-5任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述第一光学元件包括棱镜和反射膜，所述反射膜设于所述棱镜的表面，所述反射膜具有所述元件反射面；所述第一夹角的范围为(22.5°，90°)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件还包括第二光学元件，所述第二光学元件具有第二贴合面、设置面、和出光面；所述第二贴合面与所述偏振分光膜背离所述第一光学元件的一侧贴合；所述设置面的法线沿所述第二方向；所述出光面背向所述第一光学元件，所述出光面的法线沿所述第一方向；

所述相位延迟片设在所述设置面上；

所述光学4f系统位于所述第二光学元件背离所述第一光学元件的一侧，所述光学4f系统与所述出光面具有间隔。

10.根据权利要求9所述的光学组件，其特征在于，

所述第二贴合面超出所述第一贴合面，所述第二贴面超出所述第一贴合面的部分与所述元件反射面围成豁口区域。

11.一种光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第一偏振分光膜、第一相位延迟片、微机电系统振镜、第二相位延迟片、第一曲面反射镜、第二偏振分光膜、第三相位延迟片、平面反射镜、第四相位延迟片和第二曲面反射镜；

所述第一偏振分光膜与第一方向形成第二夹角；

所述第一相位延迟片垂直于第二方向，所述第一相位延迟片位于所述第一偏振分光膜与所述微机电系统振镜之间，并与所述微机电系统振镜间隔设置，其中所述第二方向与所述第一方向正交；

所述微机电系统振镜的反射面朝向所述第一相位延迟片；

所述第二相位延迟片平行于所述第一相位延迟片，并与所述第一相位延迟片分别位于所述第一偏振分光膜的两侧；所述第二相位延迟片位于所述第一偏振分光膜与所述第一曲面反射镜之间，并与所述第一曲面反射镜间隔设置；

所述第一曲面反射镜具有朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起的表面，所述第一曲面反射镜的中心线沿所述第二方向；

所述第二偏振分光膜与所述第一偏振分光膜镜像设置；

所述第三相位延迟片平行于所述第二相位延迟片，所述第三相位延迟片位于所述第二偏振分光膜与所述平面反射镜之间，并与所述平面反射镜平行且间隔设置；

所述第四相位延迟片平行于所述第三相位延迟片，并与所述第三相位延迟片分别位于所述第二偏振分光膜的两侧；所述第四相位延迟片位于所述第二偏振分光膜与所述第二曲面反射镜之间；

所述第二曲面反射镜具有朝背离所述第四相位延迟片的方向拱起的表面；

所述光学组件用于处理光线；其中，光源发出的光线射到所述第一偏振分光膜上后被所述第一偏振分光膜反射，反射光线透过所述第一相位延迟片，射到所述微机电系统振镜的反射面上；所述微机电系统振镜用于通过振动将光线反射到不同方向，不同方向的反射光线再次透过所述第一相位延迟片的不同区域后，依次穿过所述第一偏振分光膜与所述第二相位延迟片，射到所述第一曲面反射镜上的不同位置；所述第一曲面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过所述第二相位延迟片后，分别被所述第一偏振分光膜反射并汇聚至所述第二偏振分光膜上的不同位置；所述第二偏振分光膜将光线进行反射，反射光线穿过第三相位延迟片，射到所述第三平面反射镜上的不同位置；所述第三平面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过第三相位延迟片的不同区域后，依次穿过所述第二偏振分光膜和所述第四相位延迟片，射到所述第二曲面反射镜上的不同位置；所述第二曲面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过第四相位延迟片后，被所述第二偏振分光膜反射并汇聚。

12.根据权利要求11所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第一棱镜；所述第一棱镜具有受光面、第一贴合面和第一设置面；所述受光面的法线沿所述第一方向；所述第一贴合面与所述受光面形成所述第二夹角；所述第一设置面的法线沿所述第二方向；

所述第一偏振分光膜设在所述第一贴合面上；

所述第一相位延迟片设在所述第一设置面上。

13.根据权利要求12所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第二棱镜；所述第二棱镜与所述第一棱镜间隔设置；所述第二棱镜具有第二贴合面、第二设置面和出光面；所述第二贴合面与所述第一贴合面镜像；所述第二设置面与所述第一设置面平行；所述出光面与所述受光面平行，且背向所述受光面；

所述第二偏振分光膜设在所述第二贴合面上；

所述第四相位延迟片设在所述第二设置面上。

14.根据权利要求13所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第三棱镜，所述第三棱镜连接所述第一棱镜与所述第二棱镜；

所述第一偏振分光膜位于所述第一贴合面与所述第三棱镜的表面之间；

所述第二偏振分光膜位于所述第二贴合面与所述第三棱镜的表面之间；

所述第二相位延迟片与所述第三相位延迟片均设于所述第三棱镜的表面。

15.根据权利要求11-14任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述第一曲面反射镜朝向所述第二相位延迟片的表面与所述第二相位延迟片贴合，所述第一曲面反射镜背向所述第二相位延迟片的表面朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起；和/或，

所述第二曲面反射镜朝向所述第四相位延迟片的表面与所述第四相位延迟片贴合，所述第一曲面反射镜背向所述第四相位延迟片的表面朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起；和/或，

所述平面反射镜与所述第三相位延迟片贴合。

16.根据权利要求11-15任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述第二夹角的范围为[25°，65°]。

17.一种光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括偏振分光膜、第一相位延迟片、微机电系统振镜、第二相位延迟片和曲面反射镜；

所述偏振分光膜与第一方向形成第三夹角；

所述第一相位延迟片垂直于第二方向，所述第一相位延迟片位于所述偏振分光膜与所述微机电系统振镜之间，并与所述微机电系统振镜间隔设置,其中所述第二方向与所述第一方向正交；

所述微机电系统振镜的反射面朝向所述第一相位延迟片；

所述第二相位延迟片平行于所述第一相位延迟片，并与所述第一相位延迟片分别位于所述偏振分光膜的两侧；所述第二相位延迟片位于所述偏振分光膜与所述曲面反射镜之间，并与所述曲面反射镜间隔设置；

所述曲面反射镜具有朝背离所述第二相位延迟片的方向拱起的表面，所述曲面反射镜的中心线沿所述第二方向；

所述光学组件用于处理光线；其中，光源发出的光线射到所述偏振分光膜上后被所述偏振分光膜反射，反射光线透过所述第一相位延迟片，射到所述微机电系统振镜的反射面上；所述微机电系统振镜用于通过振动将光线反射到不同方向，不同方向的反射光线再次透过所述第一相位延迟片的不同区域后，依次穿过所述偏振分光膜与所述第二相位延迟片，汇聚到所述曲面反射镜上的不同位置；所述曲面反射镜将光线进行反射，反射光线再次穿过所述第二相位延迟片后，被所述偏振分光膜反射并汇聚。

18.根据权利要求17所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第一平凸透镜，所述第一平凸透镜位于所述微机电系统振镜与所述第一相位延迟片之间，所述第一平凸透镜与所述微机电系统振镜间隔设置，所述第一平凸透镜的中心线沿所述第二方向。

19.根据权利要求18所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第二平凸透镜，所述第二平凸透镜与所述偏振分光膜间隔设置，所述第二平凸透镜的中心线沿所述第一方向；其中，被所述偏振分光膜反射的光线透过所述第二平凸透镜后被汇聚。

20.根据权利要求19所述的光学组件，其特征在于，

所述第一平凸透镜朝向所述第一相位延迟片的表面与所述第一相位延迟片贴合；和/或，

所述第二平凸透镜朝向所述第二棱镜的表面与所述所述第二棱镜贴合。

21.根据权利要求17-20任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括间隔设置的凸透镜和凹透镜，所述凸透镜位于位于所述偏振分光膜与所述凹透镜之间，所述凸透镜与所述凹透镜的中心线沿所述第一方向；所述凸透镜的焦距为5mm-15mm，所述凹透镜的焦距为-5mm至-20mm；其中，光源发出的光线依次透过所述凹透镜与所述凸透镜，然后射到所述偏振分光膜上。

22.根据权利要求17-21任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第一棱镜，所述第一棱镜具有受光面、第一贴合面和第一设置面；所述受光面的法线沿所述第一方向；所述第一贴合面与所述受光面形成所述第三夹角；所述第一设置面的法线沿所述第二方向；

所述偏振分光膜设在所述第一贴合面上；

所述第一相位延迟片设在所述第一设置面上。

23.根据权利要求22所述的光学组件，其特征在于，

所述光学组件包括第二棱镜，所述第二棱镜具有第二贴合面、第二设置面和出光面；所述第二贴合面与所述第一贴合面平行，且朝向所述第一贴合面；所述第二设置面与所述第一设置面平行，且背向所述第一设置面；所述出光面与所述受光面平行，且背向所述受光面；

所述偏振分光膜设在所述第一贴合面与所述第二贴合面之间；

所述第二相位延迟片设在所述第二设置面上。

24.根据权利要求17-23任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述曲面反射镜朝向所述第二相位延迟片的表面与所述第二相位延迟片贴合。

25.根据权利要求17-24任一项所述的光学组件，其特征在于，

所述第三夹角的范围为[25°，65°]。

26.一种投影模组，其特征在于，

包括激光器、波导结构和权利要求1-25任一项所述的光学组件，所述激光器与所述波导结构分别位于所述光学组件在所述第一方向上的相对两侧；所述激光器用于向所述光学组件发射沿所述第一方向传播的平行激光束；所述波导结构具有出瞳位置，所述出瞳位置用于接收所述光学组件射出的激光。

27.一种增强现实设备，其特征在于，

包括结构件和权利要求26所述的投影模组，所述投影模组安装于所述结构件。

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