光學(xué)裝置和光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)轉(zhuǎn)換方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)的實施例涉及光學(xué)裝置和包括其的光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)轉(zhuǎn)換方法。該光學(xué)裝置包括：第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。上述光學(xué)裝置、光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)轉(zhuǎn)換方法能夠在二維空間上對光束陣列進行轉(zhuǎn)換。此外可以考慮到光束的發(fā)散而避免能量的損失。再者，這樣的光學(xué)裝置和光學(xué)轉(zhuǎn)換方法可以通過更小的體積來實現(xiàn)，降低成本。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)總體上涉及光學(xué)
，具體而言，涉及光學(xué)裝置和包括其的光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)轉(zhuǎn)換方法。更具體地，本專利技術(shù)涉及用于轉(zhuǎn)換多個平行的輸入光束的排列圖案的，并且涉及包括該光學(xué)裝置的投影機和諸如內(nèi)窺鏡的醫(yī)療設(shè)備。
技術(shù)介紹
近年來，用于輸出多個平行光束、尤其是激光光束的光源陣列被廣泛應(yīng)用。例如，這樣的光源陣列可以應(yīng)用于投影機中，投影機將圖像投影到平面上以展示給觀眾。此外，光源陣列也可以用于照明系統(tǒng)中，尤其是諸如內(nèi)窺鏡的醫(yī)療設(shè)備，以及舞臺燈光設(shè)備等的照明系統(tǒng)。在應(yīng)用光源陣列時，往往需要靈活地調(diào)整來自光源陣列的光束陣列的排列方式或者圖案。具體來說，需要調(diào)整光源陣列所發(fā)出的各個光束之間的距離。例如，比較常見的情況是，由于單個光源的體積，無法以任意密集程度來布置光源陣列，因此來自光源陣列的光束陣列的緊湊程度是受限制的(例如，當(dāng)使用激光二極管作為光源時，這些光源自身往往被放置在具有在約3至9毫米范圍內(nèi)的外徑的TO封裝內(nèi))。而當(dāng)需要使用更加緊湊的光束陣列時，則要將光束陣列進行壓縮。此外，也存在以其他形式來調(diào)整光束陣列的排列方式或者圖案的需求。在US 2007/024959 Al中，公開了一種通過在棱鏡內(nèi)進行全反射來實現(xiàn)對光束陣列進行壓縮的方案，在摘要附圖中給出了這種方案的圖示。在US 6，240，116 BI中，還公開了一種通過反射鏡進行鏡面反射來實現(xiàn)對光束陣列進行壓縮的方案，在其摘要附圖中給出了這種方案的圖示。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中給出的對光束陣列進行壓縮的方案中，僅僅在一個方向上對光束陣列進行壓縮，而沒有在二維空間上對光束陣列進行壓縮。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的方案中，各個光束均被看做是理想的準(zhǔn)直的光束，而沒有考慮到光束的發(fā)散。但實際上，即使是準(zhǔn)直性較好的激光光束，也依然存在發(fā)散，因此在不考慮光束的發(fā)散的情況下，提供給不同的反射鏡面或者全反射面的尺寸是相同的。對于需要較小尺寸的反射鏡面或者全反射面的情形而言，被提供過大的尺寸會導(dǎo)致總尺寸的額外增力口，使得整個裝置不夠緊湊。而對于需要較大尺寸的反射鏡面或者全反射面的情形而言，被提供過小的尺寸會導(dǎo)致光束中的一部分無法落在反射鏡面或者全反射面上，從而無法進行鏡面反射或者全反射，因而，在整個光束轉(zhuǎn)換過程中，損失了一部分能量。
技術(shù)實現(xiàn)思路
因此，需要提出一種新的用于轉(zhuǎn)換多個平行的輸入光束的排列圖案的光學(xué)裝置和光學(xué)轉(zhuǎn)換方法，其能夠在二維空間上對光束陣列進行轉(zhuǎn)換。此外，這樣的光學(xué)裝置和光學(xué)轉(zhuǎn)換方法可以考慮到光束的發(fā)散而避免能量的損失。再者，這樣的光學(xué)裝置和光學(xué)轉(zhuǎn)換方法可以通過更小的體積來實現(xiàn)，從而降低成本。根據(jù)本公開的實施例，提供了一種光學(xué)裝置，其包括:第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。根據(jù)本公開的實施例，還提供了一種用于轉(zhuǎn)換多個平行的輸入光束的排列圖案的光學(xué)轉(zhuǎn)換方法，其包括以下步驟:第一光學(xué)轉(zhuǎn)換步驟，通過至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)換步驟，通過至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元改變多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。根據(jù)本公開的實施例，還提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，其包括:多個光源，其發(fā)出多個平行的輸入光束；以及前述光學(xué)裝置，用于對多個平行的輸入光束的排列圖案進行轉(zhuǎn)換。根據(jù)本公開的實施例，前述光學(xué)裝置可以應(yīng)用于投影機，也可以應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中的照明系統(tǒng)，還可以應(yīng)用于工業(yè)表面處理以及對可聚合材料的處理。附圖說明從對說明本公開的主旨及其使用的優(yōu)選實施例和附圖的以下描述來看，本公開的以上和其它目的、特點和優(yōu)點將是顯而易見的。在各附圖中，起相同或相似作用的部件使用相同或相似的附圖標(biāo)記來表示，其中:圖1A和IB示出了根據(jù)本公開的實施例的、采用棱鏡的光學(xué)裝置；圖2A和2B示出了根據(jù)本公開的實施例的、采用反射鏡組的光學(xué)裝置；圖3示出了圖1中的第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的變型的示例；圖4示出了圖1中的第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的變型的示例；圖5示出了圖1中的第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的又一變型的示例；圖6示出了采用棱鏡的多個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元的布置；圖7示出了采用反射鏡組的多個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元的布置；圖8示出了根據(jù)本公開的第一實施例的、考慮到光束的發(fā)散來確定全反射面的尺寸的示例；圖9示出了根據(jù)本公開的第一實施例的、考慮到光束的發(fā)散來確定反射鏡面的尺寸的示例；圖1OA和IOB示出了根據(jù)本公開的第二實施例的、將第一和第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置劃分為片狀棱鏡的示例。圖1lA和IlB示出了根據(jù)本公開的第二實施例的、將第一和第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置劃分為片狀反射鏡組的示例；圖12不出了當(dāng)輸入光束和輸出光束的傳播方向平行時,片狀棱鏡/反射鏡組的劃分方向的示例。圖13示出了根據(jù)本公開的第三實施例的、在光束為偏振光光束的情況下的示例；圖14A和14B示出了根據(jù)本公開的第四實施例的、在一個維度上以不同程度來壓縮的光束陣列的示例；圖15A-15C和圖16A-16C示出了根據(jù)本公開的第四實施例的、在一個維度上以不同程度來壓縮光束陣列的光學(xué)裝置的示例。具體實施例方式以下，將按照如下順序來描述本公開。[1、對根據(jù)本公開的光學(xué)裝置以及方法的概述和基本配置][2、第一實施例(考慮到光束的發(fā)散來確定全反射面/反射鏡面的尺寸)][3、第二實施例(劃分出片狀棱鏡/反射鏡組)][4、第三實施例(光束為偏振光光束)][5、第四實施例(在一個維度上以不同程度來壓縮光束陣列)][6、根據(jù)本公開的光學(xué)裝置的制造方法以及應(yīng)用][1、對根據(jù)本公開的光學(xué)裝置以及方法的概述]根據(jù)本公開的實施例，提供了一種光學(xué)裝置，其包括:第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。根據(jù)本公開的實施例，還提供了一種用于轉(zhuǎn)換多個平行的輸入光束的排列圖案的光學(xué)轉(zhuǎn)換方法，其包括以下步驟:第一光學(xué)轉(zhuǎn)換步驟，通過至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)換步驟，通過至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元改變多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。圖1A和IB中示出了上述光學(xué)裝置的示例。如圖1A和IB中所示，光學(xué)裝置包括位于下部的第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置I和位于上部的第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置2。第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置I包括一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，改變了來自多個例如激光二極管的光源(未示出)的傳播方向相互平行的多個輸入光束4在第一方向(在本實施例中為轉(zhuǎn)換前的X方向，轉(zhuǎn)換后本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種光學(xué)裝置，其包括：第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變所述多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光學(xué)裝置，其包括: 第一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變由多個光源發(fā)出的傳播方向相互平行的多個輸入光束之間在第一方向上的間距，并且使所輸出的多個第一輸出光束的傳播方向相互平行；以及 第二光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置，其包括至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元，用于改變所述多個第一輸出光束之間在第二方向上的間距，并且使所輸出的多個第二輸出光束的傳播方向相互平行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中， 所述多個輸入光束與所述多個第一輸出光束的傳播方向相互平行，并且/或者 所述多個第二輸出光束與所述多個第一輸出光束的傳播方向相互平行。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)裝置，其中，所述第一方向與所述第二方向彼此正交。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 屬于同一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的至少兩個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元是對稱布置的。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 屬于同一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的至少兩個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元在空間上彼此部分重疊，同時彼此間不阻礙各自所引導(dǎo)的光束的傳播路徑。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的光學(xué)裝置,其中 所述第一和/或第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第一部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中包括棱鏡，所述第一部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中所包括的棱鏡設(shè)置有至少兩個全反射面，用于對進入該棱鏡的光束進行至少兩次全反射，并且/或者 所述第一和/或第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第二部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元包括反射鏡組，所述第一部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中所包括的反射鏡組設(shè)置有至少兩個反射鏡面，用于對進入該反射鏡組的光束進行至少兩次鏡面反射。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 所述第一和/或第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第三部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中包括棱鏡，所述第三部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中所包括的棱鏡的每個全反射面的尺寸被設(shè)置為對應(yīng)于在該全反射面處進行全反射的光束在該全反射面上投影的尺寸與制造公差之和，并且/或者 所述第一和/或第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第四部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元包括反射鏡，所述第四部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中所包括的反射鏡的每個反射鏡面的尺寸被設(shè)置為對應(yīng)于在該反射鏡面處進行鏡面反射的光束在該反射鏡面上投影的尺寸與制造公差之和。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 所述第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第五部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元包括在第一劃分方向上劃分的多個片狀棱鏡，所述第一劃分方向垂直于所述輸入光束和所述第一輸出光束的傳播方向，每個所述片狀棱鏡分別對應(yīng)于至少一束所述輸入光束，并且分別設(shè)置有垂直于所述第一劃分方向的兩個全反射面，使得通過在所述兩個全反射面上進行全反射來抑制進入該片狀棱鏡的光束在所述第一劃分方向上的發(fā)散；并且/或者 所述第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第六部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元包括在第二劃分方向上劃分的多個片狀棱鏡，所述第二劃分方向垂直于所述第一輸出光束和所述第二輸出光束的傳播方向，每個所述片狀棱鏡分別對應(yīng)于至少一束所述第一輸出光束，并且分別設(shè)置有垂直于所述第二劃分方向的兩個全反射面，使得通過在所述兩個全反射面上進行全反射來抑制進入該片狀棱鏡的光束在所述第二劃分方向上的發(fā)散。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 所述第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第七部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元包括在第一劃分方向上劃分的多個片狀反射鏡組，所述第一劃分方向垂直于所述輸入光束和所述第一輸出光束的傳播方向，每個所述片狀反射鏡組分別對應(yīng)于至少一束所述輸入光束，并且分別設(shè)置有垂直于所述第一劃分方向的兩個反射鏡面，使得通過在所述第一劃分方向上進行鏡面反射來抑制進入該片狀反射鏡組的光束在所述第一劃分方向上的發(fā)散；并且/或者 所述第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少 第八部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元包括在第二劃分方向上劃分的多個片狀反射鏡組，所述第二劃分方向垂直于所述第一輸出光束和所述第二輸出光束的傳播方向，每個所述片狀反射鏡組分別對應(yīng)于至少一束所述第一輸出光束，并且分別設(shè)置有垂直于所述第二劃分方向的兩個反射鏡面，使得通過在所述第二劃分方向上進行鏡面反射來抑制進入該反射鏡組的光束在所述第二劃分方向上的發(fā)散。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 所述第一和/或第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中的至少第十一部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中包括棱鏡，所述第十一部分中的每個光學(xué)轉(zhuǎn)換單元中所包括的棱鏡被配置成在光束為偏振光光束的情況下，使得光束以布儒斯特角入射到該棱鏡的界面和/或從該棱鏡的界面離開，從而在該棱鏡的界面處光束不發(fā)生反射。11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 所述第一和/或第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元分別被分為多組，使得屬于同一光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的不同組光學(xué)轉(zhuǎn)換單元在不同的程度上改變光束之間的間距。12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的光學(xué)裝置，其中 所述至少一個第一光學(xué)轉(zhuǎn)換單元是一體地形成的，并且/或者 所述至少一個第二光學(xué)轉(zhuǎn)換單元是一體地形成的。13.一種光學(xué)系統(tǒng)，其包括: 多個光源，特別是激光光源的陣列，其發(fā)出多個平行的輸入光束；以及 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的光學(xué)裝置，用于對所述多個平行的輸入光束的排列圖案進行轉(zhuǎn)換。14.一種投影機，在所述投影機的照明系統(tǒng)中包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：丁毅，烏爾里希·哈特維希，
申請(專利權(quán))人：奧斯蘭姆有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：