光学装置和光学系统以及光学转换方法制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例涉及光学装置和包括其的光学系统以及光学转换方法。该光学装置包括：第一光学转换装置，其包括至少一个第一光学转换单元，用于改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及第二光学转换装置，其包括至少一个第二光学转换单元，用于改变多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。上述光学装置、光学系统和光学转换方法能够在二维空间上对光束阵列进行转换。此外可以考虑到光束的发散而避免能量的损失。再者，这样的光学装置和光学转换方法可以通过更小的体积来实现，降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及光学
，具体而言，涉及光学装置和包括其的光学系统以及光学转换方法。更具体地，本专利技术涉及用于转换多个平行的输入光束的排列图案的，并且涉及包括该光学装置的投影机和诸如内窥镜的医疗设备。
技术介绍
近年来，用于输出多个平行光束、尤其是激光光束的光源阵列被广泛应用。例如，这样的光源阵列可以应用于投影机中，投影机将图像投影到平面上以展示给观众。此外，光源阵列也可以用于照明系统中，尤其是诸如内窥镜的医疗设备，以及舞台灯光设备等的照明系统。在应用光源阵列时，往往需要灵活地调整来自光源阵列的光束阵列的排列方式或者图案。具体来说，需要调整光源阵列所发出的各个光束之间的距离。例如，比较常见的情况是，由于单个光源的体积，无法以任意密集程度来布置光源阵列，因此来自光源阵列的光束阵列的紧凑程度是受限制的(例如，当使用激光二极管作为光源时，这些光源自身往往被放置在具有在约3至9毫米范围内的外径的TO封装内)。而当需要使用更加紧凑的光束阵列时，则要将光束阵列进行压缩。此外，也存在以其他形式来调整光束阵列的排列方式或者图案的需求。在US 2007/024959 Al中，公开了一种通过在棱镜内进行全反射来实现对光束阵列进行压缩的方案，在摘要附图中给出了这种方案的图示。在US 6，240，116 BI中，还公开了一种通过反射镜进行镜面反射来实现对光束阵列进行压缩的方案，在其摘要附图中给出了这种方案的图示。然而，在现有技术中给出的对光束阵列进行压缩的方案中，仅仅在一个方向上对光束阵列进行压缩，而没有在二维空间上对光束阵列进行压缩。此外，在现有技术的方案中，各个光束均被看做是理想的准直的光束，而没有考虑到光束的发散。但实际上，即使是准直性较好的激光光束，也依然存在发散，因此在不考虑光束的发散的情况下，提供给不同的反射镜面或者全反射面的尺寸是相同的。对于需要较小尺寸的反射镜面或者全反射面的情形而言，被提供过大的尺寸会导致总尺寸的额外增力口，使得整个装置不够紧凑。而对于需要较大尺寸的反射镜面或者全反射面的情形而言，被提供过小的尺寸会导致光束中的一部分无法落在反射镜面或者全反射面上，从而无法进行镜面反射或者全反射，因而，在整个光束转换过程中，损失了一部分能量。
技术实现思路
因此，需要提出一种新的用于转换多个平行的输入光束的排列图案的光学装置和光学转换方法，其能够在二维空间上对光束阵列进行转换。此外，这样的光学装置和光学转换方法可以考虑到光束的发散而避免能量的损失。再者，这样的光学装置和光学转换方法可以通过更小的体积来实现，从而降低成本。根据本公开的实施例，提供了一种光学装置，其包括:第一光学转换装置，其包括至少一个第一光学转换单元，用于改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及第二光学转换装置，其包括至少一个第二光学转换单元，用于改变多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。根据本公开的实施例，还提供了一种用于转换多个平行的输入光束的排列图案的光学转换方法，其包括以下步骤:第一光学转换步骤，通过至少一个第一光学转换单元改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及第二光学转换步骤，通过至少一个第二光学转换单元改变多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。根据本公开的实施例，还提供了一种光学系统，其包括:多个光源，其发出多个平行的输入光束；以及前述光学装置，用于对多个平行的输入光束的排列图案进行转换。根据本公开的实施例，前述光学装置可以应用于投影机，也可以应用于医疗设备中的照明系统，还可以应用于工业表面处理以及对可聚合材料的处理。附图说明从对说明本公开的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看，本公开的以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的。在各附图中，起相同或相似作用的部件使用相同或相似的附图标记来表示，其中:图1A和IB示出了根据本公开的实施例的、采用棱镜的光学装置；图2A和2B示出了根据本公开的实施例的、采用反射镜组的光学装置；图3示出了图1中的第二光学转换装置的变型的示例；图4示出了图1中的第一光学转换装置的变型的示例；图5示出了图1中的第二光学转换装置的又一变型的示例；图6示出了采用棱镜的多个光学转换单元的布置；图7示出了采用反射镜组的多个光学转换单元的布置；图8示出了根据本公开的第一实施例的、考虑到光束的发散来确定全反射面的尺寸的示例；图9示出了根据本公开的第一实施例的、考虑到光束的发散来确定反射镜面的尺寸的示例；图1OA和IOB示出了根据本公开的第二实施例的、将第一和第二光学转换装置划分为片状棱镜的示例。图1lA和IlB示出了根据本公开的第二实施例的、将第一和第二光学转换装置划分为片状反射镜组的示例；图12不出了当输入光束和输出光束的传播方向平行时,片状棱镜/反射镜组的划分方向的示例。图13示出了根据本公开的第三实施例的、在光束为偏振光光束的情况下的示例；图14A和14B示出了根据本公开的第四实施例的、在一个维度上以不同程度来压缩的光束阵列的示例；图15A-15C和图16A-16C示出了根据本公开的第四实施例的、在一个维度上以不同程度来压缩光束阵列的光学装置的示例。具体实施例方式以下，将按照如下顺序来描述本公开。[1、对根据本公开的光学装置以及方法的概述和基本配置][2、第一实施例(考虑到光束的发散来确定全反射面/反射镜面的尺寸)][3、第二实施例(划分出片状棱镜/反射镜组)][4、第三实施例(光束为偏振光光束)][5、第四实施例(在一个维度上以不同程度来压缩光束阵列)][6、根据本公开的光学装置的制造方法以及应用][1、对根据本公开的光学装置以及方法的概述]根据本公开的实施例，提供了一种光学装置，其包括:第一光学转换装置，其包括至少一个第一光学转换单元，用于改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及第二光学转换装置，其包括至少一个第二光学转换单元，用于改变多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。根据本公开的实施例，还提供了一种用于转换多个平行的输入光束的排列图案的光学转换方法，其包括以下步骤:第一光学转换步骤，通过至少一个第一光学转换单元改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及第二光学转换步骤，通过至少一个第二光学转换单元改变多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。图1A和IB中示出了上述光学装置的示例。如图1A和IB中所示，光学装置包括位于下部的第一光学转换装置I和位于上部的第二光学转换装置2。第一光学转换装置I包括一个第一光学转换单元，改变了来自多个例如激光二极管的光源(未示出)的传播方向相互平行的多个输入光束4在第一方向(在本实施例中为转换前的X方向，转换后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，其包括：第一光学转换装置，其包括至少一个第一光学转换单元，用于改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及第二光学转换装置，其包括至少一个第二光学转换单元，用于改变所述多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。

【技术特征摘要】
1.一种光学装置，其包括: 第一光学转换装置，其包括至少一个第一光学转换单元，用于改变由多个光源发出的传播方向相互平行的多个输入光束之间在第一方向上的间距，并且使所输出的多个第一输出光束的传播方向相互平行；以及 第二光学转换装置，其包括至少一个第二光学转换单元，用于改变所述多个第一输出光束之间在第二方向上的间距，并且使所输出的多个第二输出光束的传播方向相互平行。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中， 所述多个输入光束与所述多个第一输出光束的传播方向相互平行，并且/或者 所述多个第二输出光束与所述多个第一输出光束的传播方向相互平行。3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述第一方向与所述第二方向彼此正交。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学装置，其中 属于同一光学转换装置的至少两个光学转换单元是对称布置的。5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学装置，其中 属于同一光学转换装置的至少两个光学转换单元在空间上彼此部分重叠，同时彼此间不阻碍各自所引导的光束的传播路径。6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学装置,其中 所述第一和/或第二光学转换单元中的至少第一部分中的每个光学转换单元中包括棱镜，所述第一部分中的每个光学转换单元中所包括的棱镜设置有至少两个全反射面，用于对进入该棱镜的光束进行至少两次全反射，并且/或者 所述第一和/或第二光学转换单元中的至少第二部分中的每个光学转换单元包括反射镜组，所述第一部分中的每个光学转换单元中所包括的反射镜组设置有至少两个反射镜面，用于对进入该反射镜组的光束进行至少两次镜面反射。7.根据权利要求1-6中任一项所述的光学装置，其中 所述第一和/或第二光学转换单元中的至少第三部分中的每个光学转换单元中包括棱镜，所述第三部分中的每个光学转换单元中所包括的棱镜的每个全反射面的尺寸被设置为对应于在该全反射面处进行全反射的光束在该全反射面上投影的尺寸与制造公差之和，并且/或者 所述第一和/或第二光学转换单元中的至少第四部分中的每个光学转换单元包括反射镜，所述第四部分中的每个光学转换单元中所包括的反射镜的每个反射镜面的尺寸被设置为对应于在该反射镜面处进行镜面反射的光束在该反射镜面上投影的尺寸与制造公差之和。8.根据权利要求1-7中任一项所述的光学装置，其中 所述第一光学转换单元中的至少第五部分中的每个光学转换单元包括在第一划分方向上划分的多个片状棱镜，所述第一划分方向垂直于所述输入光束和所述第一输出光束的传播方向，每个所述片状棱镜分别对应于至少一束所述输入光束，并且分别设置有垂直于所述第一划分方向的两个全反射面，使得通过在所述两个全反射面上进行全反射来抑制进入该片状棱镜的光束在所述第一划分方向上的发散；并且/或者 所述第二光学转换单元中的至少第六部分中的每个光学转换单元包括在第二划分方向上划分的多个片状棱镜，所述第二划分方向垂直于所述第一输出光束和所述第二输出光束的传播方向，每个所述片状棱镜分别对应于至少一束所述第一输出光束，并且分别设置有垂直于所述第二划分方向的两个全反射面，使得通过在所述两个全反射面上进行全反射来抑制进入该片状棱镜的光束在所述第二划分方向上的发散。9.根据权利要求1-8中任一项所述的光学装置，其中 所述第一光学转换单元中的至少第七部分中的每个光学转换单元包括在第一划分方向上划分的多个片状反射镜组，所述第一划分方向垂直于所述输入光束和所述第一输出光束的传播方向，每个所述片状反射镜组分别对应于至少一束所述输入光束，并且分别设置有垂直于所述第一划分方向的两个反射镜面，使得通过在所述第一划分方向上进行镜面反射来抑制进入该片状反射镜组的光束在所述第一划分方向上的发散；并且/或者 所述第二光学转换单元中的至少 第八部分中的每个光学转换单元包括在第二划分方向上划分的多个片状反射镜组，所述第二划分方向垂直于所述第一输出光束和所述第二输出光束的传播方向，每个所述片状反射镜组分别对应于至少一束所述第一输出光束，并且分别设置有垂直于所述第二划分方向的两个反射镜面，使得通过在所述第二划分方向上进行镜面反射来抑制进入该反射镜组的光束在所述第二划分方向上的发散。10.根据权利要求1-9中任一项所述的光学装置，其中 所述第一和/或第二光学转换单元中的至少第十一部分中的每个光学转换单元中包括棱镜，所述第十一部分中的每个光学转换单元中所包括的棱镜被配置成在光束为偏振光光束的情况下，使得光束以布儒斯特角入射到该棱镜的界面和/或从该棱镜的界面离开，从而在该棱镜的界面处光束不发生反射。11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其中 所述第一和/或第二光学转换单元分别被分为多组，使得属于同一光学转换装置的不同组光学转换单元在不同的程度上改变光束之间的间距。12.根据权利要求1-11中任一项所述的光学装置，其中 所述至少一个第一光学转换单元是一体地形成的，并且/或者 所述至少一个第二光学转换单元是一体地形成的。13.一种光学系统，其包括: 多个光源，特别是激光光源的阵列，其发出多个平行的输入光束；以及 根据权利要求1-12中任一项所述的光学装置，用于对所述多个平行的输入光束的排列图案进行转换。14.一种投影机，在所述投影机的照明系统中包括根据权利要求1-12中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁毅，乌尔里希·哈特维希，
申请(专利权)人：奥斯兰姆有限公司，
类型：发明
国别省市：