CN117075334A - 光学模组及光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学模组及光学系统，涉及光学技术领域。该光学模组包括至少两叠阵光源、设于两叠阵光源出光侧的棱镜、设于棱镜出光侧的调光元件以及设于调光元件出光侧的导光元件；至少两叠阵光源出射的光束经棱镜合束后入射至调光元件，调光元件对光束进行发散或者会聚后入射至导光元件，导光元件将光束进行至少一次全反射后以在接收面得到均匀光斑；至少两叠阵光源出射的光束产生第一次能量叠加的几何连接临界为第一位置，棱镜和调光元件分别位于第一位置相对两侧。该光学模组能够提高光学模组的散热效果，且能够提高输出光斑的均匀度，进而提高光学模组的应用灵活性。

Description

光学模组及光学系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光学模组及光学系统。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、成本低以及效率高等优点，被广泛应用于机械加工、医疗美容、通信、军事等领域。例如，在激光医疗美容应用领域中，通常会将半导体激光器发出的光束进行处理，以获得具有特定形态的光斑。

在激光医疗应用领域中，激光的主要应用在于祛斑、脱毛等。然而，现有的光学模组因其结构较为紧凑，因此很难在光学模组的内部安装小尺寸的散热结构，如此，光学模组可能出现因局部过热而导致的整个光学模组的散热效果不佳的问题；且现有的半导体激光设备输出的光斑的均匀度欠佳，这样，使得半导体激光设备的应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学模组及光学系统，其能够提高光学模组的散热效果，且能够提高输出光斑的均匀度，进而提高光学模组的应用灵活性。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明的一方面，提供一种光学模组，该光学模组包括至少两叠阵光源、设于两叠阵光源出光侧的棱镜、设于棱镜出光侧的调光元件以及设于调光元件出光侧的导光元件；至少两叠阵光源出射的光束经棱镜合束后入射至调光元件，调光元件对光束进行发散或者会聚后入射至导光元件，导光元件将光束进行至少一次全反射后以在接收面得到均匀光斑；至少两叠阵光源出射的光束产生第一次能量叠加的几何连接临界为第一位置，棱镜和调光元件分别位于第一位置相对两侧。该光学模组能够提高光学模组的散热效果，且能够提高输出光斑的均匀度，进而提高光学模组的应用灵活性。

可选地，光学模组还包括至少两个快轴压缩镜组，至少两个快轴压缩镜组与至少两个叠阵光源一一对应，用于对每个叠阵光源出射的光束在快轴方向上进行压缩。

可选地，叠阵光源包括多个依次堆叠的巴条；快轴压缩镜组包括多个快轴压缩镜，多个快轴压缩镜一一对应设置于多个巴条的出光侧，用于对每个巴条出射的光束在快轴方向上进行压缩。

可选地，至少两叠阵光源沿第一方向呈线性排布，棱镜用于对至少两叠阵光源出射的光束在第一方向上进行合束；

或者，至少两叠阵光源沿第一方向和第二方向呈阵列排布；棱镜包括第一棱镜单元和第二棱镜单元，第一棱镜单元用于将至少两叠阵光源出射的光束在第一方向上进行合束，第二棱镜单元用于将至少两叠阵光源出射的光束在第二方向上进行合束。

可选地，调光元件为负透镜，且负透镜的凹面朝向棱镜。

可选地，调光元件为正透镜，且正透镜的凸面朝向棱镜。

可选地，正透镜为柱面镜或球面镜。

可选地，导光元件为光波导或者由多个反射面围合形成的反射腔。

可选地，光学模组包括固定组和多个更换组，多个更换组用于替换设置于固定组的出光侧；

至少两叠阵光源、棱镜位于固定组内；调光元件和导光元件位于更换组内；其中，任意两个更换组的导光元件不同，和/或，任意两个更换组的调光元件对光束的偏转角度不同。

本发明的另一方面，提供一种光学系统，该光学系统包括上述的光学模组。

本发明的有益效果包括：

本申请提供的光学模组包括至少两叠阵光源、设于两叠阵光源出光侧的棱镜、设于棱镜出光侧的调光元件以及设于调光元件出光侧的导光元件；至少两叠阵光源出射的光束经棱镜合束后入射至调光元件，调光元件对光束进行发散或者会聚后入射至导光元件，导光元件将光束进行至少一次全反射后以在接收面得到均匀光斑；至少两叠阵光源出射的光束产生第一次能量叠加的几何连接临界为第一位置，棱镜和调光元件分别位于第一位置相对两侧。本申请通过设置调光元件，如此，能够通过调光元件对棱镜出射的光束进行发散或者会聚，如此，能够根据需要选择合适的调光元件从而改变光学模组出射的光束在接收面上的光斑的大小，本申请通过该调光元件的设置能够实现用户根据需要输出预设大小的光斑；本申请还在调光元件的出光侧设置了导光元件，该导光元件能够对光束进行至少一次全反射，如此，能够提高光束的匀化度；另外，本申请将棱镜和调光元件分别设置于第一位置的相对两侧，如此，调光元件位于第一位置之后，这样，能够在光学模组的棱镜和调光元件之间预留用于安装散热结构的空间，如此，能够提高光学模组的散热效果，进而提高光学模组的应用灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种光学模组的结构示意图；

图2为图1中光学模组在第一方向的光路示意图；

图3为图1中光学模组在第二方向的光路示意图；

图4为本发明实施例提供的第二种光学模组的结构示意图；

图5为图4中光学模组在第一方向的光路示意图；

图6为图4中光学模组在第二方向的光路示意图；

图7为本发明实施例提供的第三种光学模组的结构示意图；

图8为图7中光学模组在第一方向的光路示意图；

图9为图7中光学模组在第二方向的光路示意图；

图10为本发明实施例提供的光学模组的固定组和更换组的光路示意图之一；

图11为本发明实施例提供的光学模组的固定组和更换组的光路示意图之二；

图12为本发明实施例提供的光学模组的固定组和更换组的光路示意图之三。

图标：10-叠阵光源；20-棱镜；31-负透镜；32-正透镜；40-导光元件；100-固定组；200-更换组。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图3，本实施例提供一种光学模组，该光学模组包括至少两叠阵光源10、设于两叠阵光源10出光侧的棱镜20、设于棱镜20出光侧的调光元件以及设于调光元件出光侧的导光元件40；至少两叠阵光源10出射的光束经棱镜20合束后入射至调光元件，调光元件对光束进行发散或者会聚后入射至导光元件40，导光元件40将光束进行至少一次全反射后以在接收面得到均匀光斑；至少两叠阵光源10出射的光束产生第一次能量叠加的几何连接临界为第一位置，棱镜20和调光元件分别位于第一位置相对两侧。该光学模组能够提高光学模组的散热效果，且能够提高输出光斑的均匀度，进而提高光学模组的应用灵活性。

本申请提供的光学模组包括至少两叠阵光源10、棱镜20、调光元件和导光元件40。其中，棱镜20、调光元件和导光元件40依次设置于叠阵光源10的出光侧。

上述叠阵光源10包括至少两个，例如，叠阵光源10的数量可以为两个、三个、四个或者更多。在本实施例中，多个叠阵光源10可以呈线性排布，也可以呈阵列排布，本申请不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求自行设置。

还有，需要说明的是，每个叠阵光源10均包括多个依次堆叠的巴条，如图1所示。

上述棱镜20设置于叠阵光源10的出光侧，需要说明的是，每个叠阵光源10出射的光束均可以入射至该棱镜20，该棱镜20用于将多个叠阵光源10出射的光束进行在第一方向和/或第二方向上进行合束。其中，第一方向可以为快轴方向，第二方向为慢轴方向；或者，第一方向可以为慢轴方向，第二方向为快轴方向。

可选地，多个叠阵光源10的排布可以是线性排布，也可以是阵列排布，如下：

第一种情况：至少两叠阵光源10沿第一方向呈线性排布，棱镜20用于对至少两叠阵光源10出射的光束在第一方向上进行合束，如图1至图9所示。

也就是说，在该情况下，多个叠阵光源10沿第一方向呈线性排布。如此，棱镜20只需要将相邻两个叠阵光源10出射的光束在第一方向上合束即可。

其中，上述第一方向可以为快轴方向，也可以为慢轴方向，本申请对此不做限制。

第二种情况：至少两叠阵光源10沿第一方向和第二方向呈阵列排布；棱镜20包括第一棱镜20单元和第二棱镜20单元，第一棱镜20单元用于将至少两叠阵光源10出射的光束在第一方向上进行合束，第二棱镜20单元用于将至少两叠阵光源10出射的光束在第二方向上进行合束。

也就是说，在该情况下，多个叠阵光源10是呈阵列排布的。这时，多个叠阵光源10在第一方向和第二方向上均存在间隙，为了使得光束在第一方向和第二方向上均合束，从而消除间隙。在该情况下，可以将棱镜20设置为包括第一棱镜20单元和第二棱镜20单元，这样，第一棱镜20单元能够用于将光束在第一方向上合束，第二棱镜20单元可以用于将光束在第二方向上合束。

其中，上述第一方向可以为快轴方向，第二方向可以为慢轴方向；或者，第一方向可以为慢轴方向，第二方向为快轴方向。

上述调光元件位于棱镜20的出光侧，且在本实施例中，该调光元件位于第一位置背离棱镜20的一侧，即该调光元件位于第一位置之后，如图2和图3、图5和图6或者图8和图9所示。

需要说明的是，上述第一位置为多个叠阵光源10出射的光束产生第一次能量叠加的集合连接临界处，如图2所示，该第一位置位于棱镜20和调光元件之间。

本申请通过在棱镜20的出光侧设置调光元件，如此，调光元件能够对光束进行发散或者会聚，从而调控合束后的光束的尺寸，如此，可以在接收面得到预设尺寸的光斑；另外，本申请通过将调光元件设置在第一位置之后，如此，相对于将调光元件设置在第一位置之前而言，可以在棱镜20和调光元件之间预留有一定的空间，该空间能够用于为散热装置预留安装空间，如此，能够降低结构较为紧凑的光学模组的散热压力，提高光学模组的工作可靠性和寿命。

上述导光元件40设置于调光元件的出光侧，导光元件40用于将调光元件出射的光束导向至接收面。

可选地，该导光元件40可以为光波导；或者，该导光件可以由多个反射面围合形成的反射腔。如此，导光元件40能够对光束进行有效匀化，从而提高光束的匀化程度，使得自导光元件40出射的光束在接收面得到均匀光斑。

该导光元件40不论是光波导还是反射腔，其都可以对光束进行至少一次全反射，从而提高光束的匀化程度。

综上所述，本申请提供的光学模组包括至少两叠阵光源10、设于两叠阵光源10出光侧的棱镜20、设于棱镜20出光侧的调光元件以及设于调光元件出光侧的导光元件40；至少两叠阵光源10出射的光束经棱镜20合束后入射至调光元件，调光元件对光束进行发散或者会聚后入射至导光元件40，导光元件40将光束进行至少一次全反射后以在接收面得到均匀光斑；至少两叠阵光源10出射的光束产生第一次能量叠加的几何连接临界为第一位置，棱镜20和调光元件分别位于第一位置相对两侧。本申请通过设置调光元件，如此，能够通过调光元件对棱镜20出射的光束进行发散或者会聚，如此，能够根据需要选择合适的调光元件从而改变光学模组出射的光束在接收面上的光斑的大小，本申请通过该调光元件的设置能够实现用户根据需要输出预设大小的光斑；本申请还在调光元件的出光侧设置了导光元件40，该导光元件40能够对光束进行至少一次全反射，如此，能够提高光束的匀化度；另外，本申请将棱镜20和调光元件分别设置于第一位置的相对两侧，如此，调光元件位于第一位置之后，这样，能够在光学模组的棱镜20和调光元件之间预留用于安装散热结构的空间，如此，能够提高光学模组的散热效果，进而提高光学模组的应用灵活性。

可选地，光学模组还包括至少两个快轴压缩镜组，至少两个快轴压缩镜组与至少两个叠阵光源10一一对应，用于对每个叠阵光源10出射的光束在快轴方向上进行压缩。

上述快轴压缩镜组的数量和叠阵光源10的数量相同，在本实施例中，快轴压缩镜组和叠阵光源10呈一一对应设置，且快轴压缩镜组设于叠阵光源10的出光侧。如此，每个快轴压缩镜组能够对其对应的叠阵光源10出射的光束在快轴方向上进行压缩，如此，可以缩小光束在快轴方向和慢轴方向上的发散角的差异，进而提高光学模组在接收面得到的光斑的匀化度。

在本实施例中，该叠阵光源10包括多个依次堆叠的巴条；快轴压缩镜组包括多个快轴压缩镜，多个快轴压缩镜一一对应设置于多个巴条的出光侧，用于对每个巴条出射的光束在快轴方向上进行压缩。例如，叠阵光源10包括五个巴条，那么，每个快轴压缩镜组则包括与五个巴条一一对应的五个快轴压缩镜。

请参照图1、图2和图3，可选地，上述调光元件为负透镜31，且负透镜31的凹面朝向棱镜20。

或者，可选地，上述调光元件也可以为正透镜32，且正透镜32的凸面朝向棱镜20，如图4至图9所示。

其中，当调光元件为正透镜32时，可选地，上述正透镜32可以为柱面镜，如图5和图6所示；或者，上述正透镜32也可以为球面镜，如图7和图8所示。本申请对此不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求自行选择正透镜32的面型。

请参照图10至图12所示，可选地，上述光学模组可以包括固定组100和多个更换组200，多个更换组200用于替换设置于固定组100的出光侧；至少两叠阵光源10、棱镜20位于固定组100内；调光元件和导光元件40位于更换组200内；其中，任意两个更换组200的导光元件40不同，和/或，任意两个更换组200的调光元件对光束的偏转角度不同。

也就是说，光学模组的叠阵光源10和棱镜20可以设为固定组100，调光元件和导光元件40可以设为更换组200。如此，用户可以根据在接收面所需的光斑的尺寸规格选择合适的更换组200安装于固定组100的出光侧，这样，在不同的应用场景的需求下，用户只需要更换更换组200便可以实现不同尺寸光斑的输出，能够降低光学模组的成本，且能够满足多场景的需求。

在本实施例中，不同的更换组200之间，要不导光元件40不同，要不调光元件不同(调光元件对光束的偏转角度不同)，要不导光元件40和调光元件均不同。

例如，本申请可以至少包括三组更换组200，第一组更换组200包括负透镜31和导光元件40，如图10；第二组更换组200包括面型为柱面的正透镜32和导光元件40，如图11；第三组更换组200包括面型为球面的正透镜32和导光元件40，如图12。

其中，第一组更换组200也可以包括多个第一更换组200，任意两个第一更换组200的负透镜31曲率不同或者导光元件40的尺寸规格不同；同样地，第二组更换组200也可以包括多个第二更换组200，任意两个第二更换组200的正透镜32曲率不同或者导光元件40的尺寸规格不同；同样地，第三组更换组200也可以包括多个第三更换组200，任意两个第三更换组200的正透镜32曲率不同或者导光元件40的尺寸规格不同。

本发明的另一方面，提供一种光学系统，该光学系统包括上述的光学模组。由于上述的光学模组的具体结构及其有益效果均已在前文做了详细阐述，故本申请在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种光学模组，其特征在于，包括至少两叠阵光源、设于两所述叠阵光源出光侧的棱镜、设于所述棱镜出光侧的调光元件以及设于所述调光元件出光侧的导光元件；

所述至少两叠阵光源出射的光束经所述棱镜合束后入射至所述调光元件，所述调光元件对所述光束进行发散或者会聚后入射至所述导光元件，所述导光元件将所述光束进行至少一次全反射后以在接收面得到均匀光斑；所述至少两叠阵光源出射的光束产生第一次能量叠加的几何连接临界为第一位置，所述棱镜和所述调光元件分别位于所述第一位置相对两侧。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括至少两个快轴压缩镜组，至少两个所述快轴压缩镜组与至少两个叠阵光源一一对应，用于对每个所述叠阵光源出射的光束在快轴方向上进行压缩。

3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述叠阵光源包括多个依次堆叠的巴条；所述快轴压缩镜组包括多个快轴压缩镜，多个所述快轴压缩镜一一对应设置于多个所述巴条的出光侧，用于对每个巴条出射的光束在快轴方向上进行压缩。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述至少两叠阵光源沿第一方向呈线性排布，所述棱镜用于对所述至少两叠阵光源出射的光束在所述第一方向上进行合束；

或者，所述至少两叠阵光源沿所述第一方向和第二方向呈阵列排布；所述棱镜包括第一棱镜单元和第二棱镜单元，所述第一棱镜单元用于将所述至少两叠阵光源出射的光束在所述第一方向上进行合束，所述第二棱镜单元用于将所述至少两叠阵光源出射的光束在所述第二方向上进行合束。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述调光元件为负透镜，且所述负透镜的凹面朝向所述棱镜。

6.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述调光元件为正透镜，且所述正透镜的凸面朝向所述棱镜。

7.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述正透镜为柱面镜或球面镜。

8.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述导光元件为光波导或者由多个反射面围合形成的反射腔。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组包括固定组和多个更换组，多个所述更换组用于替换设置于所述固定组的出光侧；

所述至少两叠阵光源、所述棱镜位于所述固定组内；所述调光元件和所述导光元件位于所述更换组内；其中，任意两个所述更换组的导光元件不同，和/或，任意两个所述更换组的调光元件对光束的偏转角度不同。

10.一种光学系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的光学模组。