[发明专利]光学装置和光学系统以及光学转换方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光学技术领域，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，本发明涉及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系统以及光学转换方法，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。

背景技术

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 A1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 B1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加，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。

发明内容

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1B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；