光学系统及其光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学系统及其光学装置，所述光学装置包括振镜和光束扩展器，所述光束扩展器包括第一透镜阵列，所述第一透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为正透镜或负透镜，入射到所述振镜上的光束被所述振镜反射至所述第一透镜阵列上，反射至所述第一透镜阵列上的光束的光斑直径大于所述第一透镜的通光孔径，以使经过所述第一透镜阵列后出射的光束的发散角大于反射至所述第一透镜阵列上的光束的发散角。本发明专利技术提供的光学装置包括第一透镜阵列，能够对振镜的出射光束的发散角进行扩展，解决由于振镜尺寸限制而导致整个光学装置出射的光斑小的问题。

【技术实现步骤摘要】
光学系统及其光学装置
本专利技术涉及光束扩展系统
，尤其涉及一种光学系统及其光学装置。
技术介绍
MEMS振镜由于其体积小、频率高、重量轻而被广泛地应用在激光投影、激光显示和激光雷达中，MEMS振镜尺寸很小，直径仅仅为1～2mm。当MEMS振镜应用在激光显示系统中时，MEMS振镜扫描的是会聚光束，即光束焦点在显示屏上。由于受到MEMS振镜的直径和机械转角的限制，以激光显示屏为图像源的近眼显示系统，在人眼入瞳位置仅仅能够获取直径为1～2mm的光斑，人眼稍微一转动，就无法看到图像信息，因此，MEMS振镜直接扫描在显示屏上产生的激光图像源很难在近眼显示系统中得到广泛应用。当MEMS振镜应用在激光雷达系统或激光测距系统中时，由于MEMS振镜尺寸不超过2mm，MEMS振镜扫描后得到的平行光束直径也不会超过2mm，这导致照射到目标测量物体上光斑很小，由于目标测量物体会发生漫反射，因此，激光雷达系统或激光测距系统收到的返回光信号非常弱，这将会导致采用MEMS振镜扫描的激光雷达系统或激光测距系统很难得到广泛地应用。为了解决MEMS振镜自身尺寸的限制，使MEMS振镜在以激光显示为图像源的近眼显示系统、激光雷达系统或激光测距系统中发挥MEMS振镜的优势，必须要解决由于MEMS尺寸小而导致整个光学系统出射的光斑小的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种光学系统及其光学装置，能够扩展出射光束的发散角。本专利技术提出的具体技术方案为：提供一种光学装置，所述光学装置包括振镜和光束扩展器，所述光束扩展器包括第一透镜阵列，所述第一透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为正透镜或负透镜，入射到所述振镜上的光束被所述振镜反射至所述第一透镜阵列上，反射至所述第一透镜阵列上的光束的光斑直径大于所述第一透镜的通光孔径，以使经过所述第一透镜阵列后出射的光束的发散角大于反射至所述第一透镜阵列上的光束的发散角。进一步地，所述光束扩展器还包括由多个第二透镜阵列排布而成的第二透镜阵列，所述第二透镜为正透镜或负透镜，所述第一透镜阵列位于所述第二透镜阵列与所述振镜之间，所述第二透镜阵列位于所述第一透镜阵列的后焦平面处，所述第一透镜与所述第二透镜一一正对对应，且所述第一透镜与所述第二透镜相同。进一步地，所述振镜为微振镜，所述第一透镜和所述第二透镜为微透镜。进一步地，所述光学装置还包括光束转换器，所述光束扩展器位于所述振镜和所述光束转换器之间，所述光束转换器将由所述光束扩展器出射至其上的光线转换为平行光线。进一步地，所述光束转换器包括第三透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第一透镜为正透镜时，所述第三透镜的前焦平面与所述第一透镜阵列的后焦平面重合；所述第一透镜为负透镜时，所述第三透镜的前焦平面与所述第一透镜阵列的前焦平面重合，或所述光束转换器包括波导，所述第一透镜阵列位于所述波导的图像源的位置。进一步地，所述光学装置还包括光束转换器，所述光束扩展器位于所述振镜和所述光束转换器之间，所述光束转换器将由所述光束扩展器出射至其上的光线转换为平行光线。进一步地，所述光束转换器包括第三透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第一透镜为正透镜时，所述第三透镜的前焦平面与所述第一透镜阵列的后焦平面重合；所述第一透镜为负透镜时，所述第三透镜的前焦平面与所述第一透镜阵列的前焦平面重合，或所述光束转换器包括波导，所述第二透镜阵列位于所述波导的图像源的位置。进一步地，所述第一透镜和所述第二透镜均为平凸透镜或均为平凹透镜。进一步地，所述第一透镜和所述第二透镜均为平凸透镜，所述第一透镜的凸起和所述第二透镜的凸起彼此相对。本专利技术还提供了一种光学系统，包括：如上所述的光学装置；控制器，用于控制所述光学装置进行工作。本专利技术提供的光学装置包括第一透镜阵列，光束入射到所述振镜上后被反射至所述第一透镜阵列上，由于反射到所述第一透镜阵列上的光束的光斑直径大于第一透镜的通光孔径，因此，经过所述第一透镜阵列后的出射光束的发散角大于反射到所述第一透镜阵列上的光束的发散角，从而对振镜的出射光束的发散角进行扩展，解决了由于振镜尺寸限制而导致整个光学装置出射的光斑小的问题。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1为实施例一中光学装置的结构示意图；图2为第一透镜阵列的排布方式示意图；图3为实施例一中光学装置的另一结构示意图；图4为实施例二中光学装置的结构示意图；图5为实施例二中观察面上的光强分布示意图；图6为实施例三中光学装置的结构示意图；图7为实施例三中光学装置的另一结构示意图；图8为实施例四中光学装置的结构示意图；图9为实施例四中观察面上的光强分布示意图；图10为实施例四中光学装置的另一结构示意图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为局限于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。实施例一参照图1，本实施例提供的光学装置包括振镜1和光束扩展器2。光束扩展器2包括第一透镜阵列21。第一透镜阵列21由多个第一透镜阵列排布而成，第一透镜为正透镜。光束L1入射到振镜1上后被其反射至第一透镜阵列21上，入射到第一透镜阵列21上的光束L2的光斑直径大于第一透镜的通光孔径，这样，经过第一透镜阵列21后出射的光束L3的发散角大于入射到第一透镜阵列21上的光束L2的发散角。因此，通过将入射到第一透镜阵列21上的光束的直径设置为大于第一透镜的通光孔径，使得光束经过第一透镜阵列21的传输规律不再受到几何光学中的拉格朗日光学不变量的限制，从而对振镜1的出射光束的发散角进行扩展，解决了由于振镜1尺寸限制而导致整个光学装置出射的光斑小的问题。其中，本实施例中的振镜为微振镜，例如，MEMS振镜，微振镜尺寸一般都比较小，通过本实施例的光学装置便可以解决整个光学装置出射的光斑小的问题。具体的，为了便于对出射光束的光强分布进行观察，第一透镜阵列21呈正方形阵列或正六边形阵列。优选的，第一透镜为微透镜。第一透镜可以为凸透镜或平凸镜，为了能够减小第一透镜阵列21的厚度，本实施例中以第一透镜为平凸镜为例，如图1所示，第一透镜阵列21中每一个第一透镜的凸起方向相同，其中，第一透镜的凸起方向可以朝向振镜1或背离振镜1。当然，在其他实施例中，第一透镜的凸起方向也可以不同，只要能够使得经过第一透镜阵列21后出射的光束L3的发散角大于入射到第一透镜阵列21上的光束L2的发散角即可。参照图2，本实施例中的振镜1为二维MEMS振镜，第一透镜阵列21呈正六边形排布。入射到振镜1上的光束为平行光束L1a或会聚光束L1b，光束经过振镜1反射后入射到第一透镜阵列21的光束L2也对应的为平行光束L2a或会聚光束L2b。入射到第一透镜阵列21的光束L2的光斑直径D与第一透镜的通光孔径r之间的关系为：r≤D≤2r。当然，在其他实施例中，入射到振镜1上的光束L1也可以为发散光束，由于振镜1的尺寸很小且第一透镜的尺寸在μm量级，发散光束或会聚光束经过振镜1反射后入射到第一透镜阵列21上的发散角非常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学装置，其特征在于，包括振镜和光束扩展器，所述光束扩展器包括第一透镜阵列，所述第一透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为正透镜或负透镜，入射到所述振镜上的光束被所述振镜反射至所述第一透镜阵列上，反射至所述第一透镜阵列上的光束的光斑直径大于所述第一透镜的通光孔径，以使经过所述第一透镜阵列后出射的光束的发散角大于反射至所述第一透镜阵列上的光束的发散角。

【技术特征摘要】
1.一种光学装置，其特征在于，包括振镜和光束扩展器，所述光束扩展器包括第一透镜阵列，所述第一透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为正透镜或负透镜，入射到所述振镜上的光束被所述振镜反射至所述第一透镜阵列上，反射至所述第一透镜阵列上的光束的光斑直径大于所述第一透镜的通光孔径，以使经过所述第一透镜阵列后出射的光束的发散角大于反射至所述第一透镜阵列上的光束的发散角。2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光束扩展器还包括由多个第二透镜阵列排布而成的第二透镜阵列，所述第二透镜为正透镜或负透镜，所述第一透镜阵列位于所述第二透镜阵列与所述振镜之间，所述第二透镜阵列位于所述第一透镜阵列的后焦平面处，所述第一透镜与所述第二透镜一一正对对应，且所述第一透镜与所述第二透镜相同。3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述振镜为微振镜，所述第一透镜和所述第二透镜为微透镜。4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光学装置还包括光束转换器，所述光束扩展器位于所述振镜和所述光束转换器之间，所述光束转换器将由所述光束扩展器出射至其上的光线转换为平行光线。5.根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，所述光束转换器包括第三透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第一透...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东岷，李敏，沈文江，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32