CN217561821U - 一种光机系统及转折元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及光学设计技术领域，公开了一种光机系统及转折元件，该光机系统包括图像源和目镜模组，目镜模组至少包括转折元件，转折元件为五角棱镜，五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，第一面朝向且靠近图像源设置，第二面与第五面相对设置，第四面与第一面相对设置，第三面与图像源的光轴呈预设角度设置，图像光通过第一面输入到转折元件中，且在到达第三面的有效成像区时、经反射后通过第五面输出至目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达第二面和第四面时被吸收或折射输出不再进入光机系统，在到达第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入光机系统，在到达第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入光机系统。

Description

一种光机系统及转折元件

技术领域

本实用新型实施例涉及光学设计技术领域，特别涉及一种光机系统及转折元件。

背景技术

在投影设备、近眼显示设备等能够输出图像实现显示的设备中，光机系统都是必不可少的存在，光机系统中通常设置有多个用于对光束进行整形、调整、矫正的透镜以及图像源和/或照明光源，为了缩短光机的长度，缩小光机的整体尺寸，通常会在光机系统中增加反射镜或者直角三角棱镜来对光束进行折叠/转折。

在实现本实用新型实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前的光机系统中所采用的直角三角棱镜，仅有从直角三角棱镜的斜面中心区域反射出射的图像光线是有效的成像光线，从直角三角棱镜的斜面的两侧反射出射的图像光束通常为多余的无效的成像光线，这些无效成像光线也会被直角三角棱镜反射后进入后继的成像系统中，导致光机输出成像时存在杂光的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光机系统及转折元件。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例中提供了一种光机系统，包括：图像源和目镜模组，所述目镜模组至少包括转折元件，所述转折元件为五角棱镜，所述五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，第一面朝向且靠近所述图像源设置，第二面与第五面相对设置，第四面与所述第一面相对设置，第三面与所述图像源的光轴呈预设角度设置，所述图像光通过所述第一面输入到所述转折元件中，且在到达所述第三面的有效成像区时、经反射后通过所述第五面输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面和所述第四面时被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。

在一些实施例中，所述目镜模组还包括：第一成像透镜，设置在所述第五面的出光侧；第二成像透镜，设置在所述第一成像透镜的出光侧；第三成像透镜，设置在所述第二成像透镜的出光侧。

在一些实施例中，所述第一成像透镜和所述第二成像透镜为球面透镜，所述第三成像透镜为非球面透镜。

在一些实施例中，所述第一成像透镜为双凸透镜，所述第一成像透镜的直径长度短于所述第五面的长度和宽度，以使到达所述第二面的图像光或者到达所述第三面时靠近所述第二面的图像光通过所述第五面出射后无法进入所述第一成像透镜。

在一些实施例中，所述第二成像透镜为凸凹透镜，且所述第二成像透镜的朝向所述第三成像透镜的一侧为凸面镜，所述第二成像透镜朝向所述第一成像透镜的一侧为凹面镜。

在一些实施例中，所述凸面镜的直径大于所述凹面镜的直径，且所述第二成像透镜还包括从凹面镜外周延伸出来的平面镜，所述平面镜与所述凸面镜相对设置，所述平面镜上镀设有吸光材料层。

在一些实施例中，所述图像源的长度方向与所述目镜模组的长度方向一致。

在一些实施例中，所述第二面与所述第一面垂直设置，所述第四面与所述第五面垂直设置，所述第一面与所述第五面垂直设置。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例中提供了一种转折元件，所述转折元件为五角棱镜，所述五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，第一面分别与第二面和第五面垂直设置，第四面与所述第五面垂直设置，所述第二面和所述第五面相对且平行设置，所述第四面与所述第一面相对且平行设置，光束通过所述第一面输入到所述转折元件中，在到达所述第三面的有效成像区时、经反射后通过所述第五面输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面和所述第四面时被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。

在一些实施例中，所述第二面与所述第四面的厚度相同时，第三面分别与所述第一面和所述第五面呈45度设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种光机系统及转折元件，该光机系统包括图像源和目镜模组，目镜模组至少包括转折元件，转折元件为五角棱镜，五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，第一面朝向且靠近所述图像源设置，第二面与所述第五面相对设置，第四面与所述第一面相对设置，第三面与所述图像源的光轴呈预设角度设置，所述图像光通过所述第一面输入到所述转折元件中，且在到达所述第三面的有效成像区时、经反射后通过所述第五面输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面和所述第四面时被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种光机系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种转折元件的立体结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种转折元件的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。为了便于连接结构限定，本实用新型图像光的出光方向为参考进行部件的位置限定。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种光机系统，请一并参见图1至图3，其中，图1示出了本实用新型实施例提供的一种光机系统的结构，其中，实线表示有效光，虚线表示无效光，图2、图3分别示出了本实用新型实施例提供的一种转折元件的立体结构和侧视结构，所述光机系统包括：图像源10和目镜模组，所述目镜模组至少包括转折元件21。

所述图像源10用于输出包含图像信息的光线，也即是图像光，图像光经所述目镜模组调整后输出成像。在一些实施例中，所述图像源10的长度方向与所述目镜模组的长度方向一致，从而使得所述光机系统的结构更紧凑，光机系统在设备中的占用空间更小。所述图像源10可以是硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)、液晶显示器(LiquidCrystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)或微型发光二极管(Micro-LED)等，具体可以根据实际需要进行选择。

所述转折元件21为五角棱镜，所述五角棱镜至少包括顺次相接的五个面：第一面211、第二面212、第三面213、第四面214和第五面215，其中，第一面211朝向且靠近所述图像源10设置，第二面212与第五面215相对设置，第四面214与所述第一面211相对设置，第三面213与所述图像源10的光轴呈预设角度设置，所述图像光通过所述第一面211输入到所述转折元件21中，且在到达所述第三面213的有效成像区时(即有效成像光线)、经反射后通过所述第五面215输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面212和所述第四面214(图未示)时(即无效成像光线或杂光)被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面213的无效成像区时(即无效成像光线或杂光)、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面215时(即无效成像光线或杂光)、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，从而实现消除杂光。具体的，当第二面和第四面镀有吸光材料层时，光线(例如图像光)在到达所述第二面212和所述第四面214(未图示)时(即无效成像光线或杂光)被吸收；当第二面和第四面未经过处理时，光线(例如图像光)在到达所述第二面212和所述第四面214(未图示)时(即无效成像光线或杂光)折射输出不再进入所述光机系统。

应当理解的是，光线(例如图像光)到达第三面213的一区域时、经反射从转折元件21出射后传播至目镜模组的后继光学元件时可进行成像，此时可将该第三面213的一区域称为有效成像区；例如，第三面213的中间区域可以是所述的一区域/有效成像区。同理，光线(例如图像光)到达第三面213的另一区域时、经反射从转折元件21出射后不能传播至目镜模组的后继光学元件或者传播至目镜模组的后继光学元件时会干扰成像，此时可将该第三面213的另一区域称为无效成像区，例如，除了上述的中间区域之外第三面213的其他区域。

在一些实施例中，所述第二面212与所述第一面211垂直设置，所述第四面214与所述第五面215垂直设置，所述第一面211与所述第五面215垂直设置。

在一些实施例中，当所述第二面212的厚度T2与所述第四面214的厚度T1相同时，第三面213分别与所述第一面211和所述第五面215呈45度设置，具体地，所述第二面212的厚度T2与所述第四面214的厚度T1可根据实际需要进行设置，从而使得无效的图像光无法进入后继的第一成像透镜22中，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

具体地，请继续参见图1和图3，相对于为设置有与第一面211和第五面215对应面的三角棱镜，五角棱镜形成的所述第二面212可使得所述第一面211在竖直方向上更偏离所述转折元件21的中心，从而将无效的图像光L1的反射位置引导至竖直方向上更偏离所述转折元件21中心的一侧，进而使得经过所述第三面213反射出射的无效的图像光L1(即到达第三面213的无效成像区的所述图像光)从所述转折元件21出射后从所述第一成像透镜21的上侧出射；同理地，五角棱镜形成的所述第四面214可使得第五面215在水平方向上更偏离所述转折元件21的中心，从而将无效的图像光L2(即到达第五面的所述图像光)的反射位置引导至竖直方向上更偏离所述转折元件21中心的一侧，进而使得经过所述第五面215反射出射的无效的图像光L2被第四面吸收或从第四面214折射出射后从所述第一成像透镜22的下侧出射。

在一些实施例中，请继续参见图1，所述目镜模组还包括：第一成像透镜22，设置在所述第五面215的出光侧；第二成像透镜23，设置在所述第一成像透镜22的出光侧；第三成像透镜24，设置在所述第二成像透镜23的出光侧。所述第一成像透镜22、所述第二成像透镜23和所述第三成像透镜24的面型为平面、球面、非球面或自由曲面中的一种或多种组合；在一些实施例中，所述第一成像透镜22和所述第二成像透镜23为球面透镜，所述第三成像透镜24为非球面透镜；具体地，所述目镜模组中成像透镜的数量及面型、尺寸等可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

所述第一成像透镜22为双凸透镜，所述第一成像透镜22的直径长度短于所述第五面215的长度和宽度，也即是，所述第一成像透镜22的直径短于所述第五面215在竖直方向上的长度，以使到达所述第二面212的图像光或者到达所述第三面213时靠近所述第二面212的图像光通过所述第五面215出射后无法进入所述第一成像透镜22；例如，使得图1中的无效的图像光L1无法进入所述第一成像透镜22。

所述第二成像透镜23为凸凹透镜，且所述第二成像透镜23的朝向所述第三成像透镜24的一侧为凸面镜，所述第二成像透镜23朝向所述第一成像透镜22的一侧为凹面镜。且有，所述凸面镜的直径大于所述凹面镜的直径，且所述第二成像透镜23还包括从凹面镜外周延伸出来的平面镜23a，所述平面镜23a与所述凸面镜相对设置，所述平面镜23a上镀设有吸光材料层，从而消除从所述转折元件21的上侧输出的无效的图像光，例如，消除无效的图像光L1。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种转折元件，请参见图2、图3，其分别示出了本实用新型实施例提供的一种转折元件的立体结构和侧视结构，所述转折元件为五角棱镜，所述五角棱镜至少包括顺次相接的五个面：第一面211、第二面212、第三面213、第四面214和第五面215，其中，第一面211分别与第二面212和第五面215垂直设置，第四面214与所述第五面215垂直设置，所述第二面212和所述第五面215相对且平行设置，所述第四面214与所述第一面211相对且平行设置，光束通过所述第一面211输入到所述转折元件中，在到达所述第三面213的有效成像区时、经反射后通过所述第五面215输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面212和所述第四面214时(未图示)被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面213的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面215时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。具体的，当第二面212和第四面214镀有吸光材料层时，光线(例如图像光)在到达所述第二面212和所述第四面214(未图示)时(即无效成像光线或杂光)被吸收；当第二面212和第四面214未经过处理时，光线(例如图像光)在到达所述第二面212和所述第四面214(未图示)时(即无效成像光线或杂光)折射输出不再进入所述光机系统。

在一些实施例中，所述第二面212与所述第四面214的厚度相同时，第三面213分别与所述第一面211和所述第五面215呈45度设置。

本实用新型实施例提供的转折元件可以应用在如实施例一所述的光机系统中，实现对光束的转折和对无效光束的过滤，也可根据实际需要设置在其他光学系统中实现对光束的调整。

本实用新型实施例中提供了一种光机系统及转折元件，该光机系统包括图像源和目镜模组，目镜模组至少包括转折元件，转折元件为五角棱镜，五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，第一面朝向且靠近所述图像源设置，第二面与第五面相对设置，第四面与所述第一面相对设置，第三面与所述图像源的光轴呈预设角度设置，所述图像光通过所述第一面输入到所述转折元件中，且在到达所述第三面的有效成像区时、经反射后通过所述第五面输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面和所述第四面时被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光机系统，其特征在于，包括：图像源和目镜模组，所述目镜模组至少包括转折元件，

所述转折元件为五角棱镜，所述五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，第一面朝向且靠近所述图像源设置，第二面与第五面相对设置，第四面与所述第一面相对设置，第三面与所述图像源的光轴呈预设角度设置，

图像光通过所述第一面输入到所述转折元件中，且在到达所述第三面的有效成像区时、经反射后通过所述第五面输出至所述目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面和所述第四面时被吸收或折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。

2.根据权利要求1所述的光机系统，其特征在于，所述目镜模组还包括：

第一成像透镜，设置在所述第五面的出光侧；

第二成像透镜，设置在所述第一成像透镜的出光侧；

第三成像透镜，设置在所述第二成像透镜的出光侧。

3.根据权利要求2所述的光机系统，其特征在于，

所述第一成像透镜和所述第二成像透镜为球面透镜，所述第三成像透镜为非球面透镜。

4.根据权利要求2所述的光机系统，其特征在于，

所述第一成像透镜为双凸透镜，所述第一成像透镜的直径长度短于所述第五面的长度和宽度，以使到达所述第二面的图像光或者到达所述第三面时靠近所述第二面的图像光通过所述第五面出射后无法进入所述第一成像透镜。

5.根据权利要求2所述的光机系统，其特征在于，

所述第二成像透镜为凸凹透镜，且所述第二成像透镜的朝向所述第三成像透镜的一侧为凸面镜，所述第二成像透镜朝向所述第一成像透镜的一侧为凹面镜。

6.根据权利要求5所述的光机系统，其特征在于，

所述凸面镜的直径大于所述凹面镜的直径，且所述第二成像透镜还包括从凹面镜外周延伸出来的平面镜，所述平面镜与所述凸面镜相对设置，所述平面镜上镀设有吸光材料层。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光机系统，其特征在于，

所述图像源的长度方向与所述目镜模组的长度方向一致。

8.根据权利要求1-6任一项所述的光机系统，其特征在于，

所述第二面与所述第一面垂直设置，所述第四面与所述第五面垂直设置，所述第一面与所述第五面垂直设置。

9.一种转折元件，其特征在于，所述转折元件为五角棱镜，所述五角棱镜至少包括顺次相接的五个面，其中，

第一面分别与第二面和第五面垂直设置，第四面与所述第五面垂直设置，所述第二面和所述第五面相对且平行设置，所述第四面与所述第一面相对且平行设置，

光束通过所述第一面输入到所述转折元件中，在到达第三面的有效成像区时、经反射后通过所述第五面输出至目镜模组的后继光学器件中进行成像，在到达所述第二面和所述第四面时被吸收或折射输出不再进入光机系统，在到达所述第三面的无效成像区时、经反射后折射输出不再进入所述光机系统，在到达所述第五面时、经反射后被吸收或折射输出不再进入所述光机系统。

10.根据权利要求9所述的转折元件，其特征在于，

所述第二面与所述第四面的厚度相同时，第三面分别与所述第一面和所述第五面呈45度设置。

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