一种光学元件和光学模组的制作方法

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光学元件和光学模组。

背景技术：

现有技术中，没有一种光学元件能够同时实现如下4种功能：(1)改变光束分布特性；(2)切割光束，并重排光束；(3)不同应用场景的光束叠加；(4)光束匀化。

现有技术是通过多个光学元件的组合来实现上述功能的，这会导致光学的结构设计不简练，也会造成装调偏差，还会造成经济成本高，以及系统组合的其它缺点。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种光学元件，能够改变光束分布特性；切割光束，并重排光束；不同应用场景的光束叠加；光束匀化。

另一方面，本申请还提供一种光学模组。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例的一方面提供一种光学元件，所述光学元件具有入射面、出射面以及在快轴方向沿所述光学元件的主光轴对称设置的两个第一反射面和在慢轴方向沿所述光学元件的主光轴对称设置的两个第二反射面，光源出射的光束经所述入射面分别入射所述主光轴、以及两个所述第一反射面和/或两个所述第二反射面后，经所述出射面出射，以形成叠加光斑。

可选地，所述第一反射面和所述第二反射面包括弧面，所述弧面靠近所述出射面。

可选地，所述弧面包括抛物面、双曲面和非球面中的任意一种。

可选地，所述弧面包括依次连接的多个子弧面，且相邻所述子弧面的弧向不同。

可选地，所述子弧面为高次椭球非球面。

可选地，所述入射面包括相互连接且沿所述主光轴对称设置的第一入射面和第二入射面。

可选地，所述第一入射面和所述第二入射面之间还连接有第三入射面。

可选地，所述弧面、所述子弧面和所述第三入射面上分别设有多个依次连接的微结构，以调整入射光束的方向。

可选地，所述微结构包括凹面、凸面、锯齿面和双向自由曲面中的任意一种。

可选地，所述光学元件为光波导。

本申请实施例的另一方面提供一种光学模组，其包括压缩镜以及上述的光学元件，所述压缩镜设置在光源与所述光学元件之间。

可选地，所述光学模组还包括激光光源。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请实施例提供的光学元件具有入射面和反射面，还具有在快轴方向沿主光轴对称的两个第一反射面以及在慢轴方向沿主光轴对称的两个第二反射面，光源出射的光束经入射面分别入射主光轴和两个第一反射面，在第一反射面完成全反射；或者入射主光轴和两个第二反射面，在第二反射面完成全反射；或者入射主光轴、两个第一反射面和两个第二反射面，然后经出射面出射，光束被分割为多个部分，每个部分在远场形成叠加光斑。光束除了主光轴外，只在第一反射面或只在第二反射面反射后，在远场形成线光斑叠加，光束同时在第一反射面和第二反射面反射，在远场形成面光斑叠加。本申请实施例通过仅设置一个光学元件，光学元件具有第一反射面和第二反射面，使得入射光学元件的光束被分割成几个部分，切割光束，并重排光束，改变了光束分布特性，匀化了光束，可实现光斑叠加，能应用于不同场景的光束叠加，对于光源没有限制要求，还可根据不同的光源进行光斑变化，光学元件尺寸小、结构紧凑、成本低；并且，光斑形式多样化，灵活性高，可适应不同需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之一；

图3为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之二；

图4为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之二；

图5为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之三；

图6为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之三；

图7为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之四；

图8为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之四；

图9为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之五；

图10为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之五；

图11为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之六；

图12为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之七；

图13为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之六；

图14为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之七；

图15为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之八；

图16为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之八；

图17为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之九；

图18为本申请实施例提供的光学模组形成的光斑能量分布图之九；

图19为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之十；

图20为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之十一；

图21为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之十二；

图22为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之十三；

图23为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之十四；

图24为本申请实施例提供的光学模组结构示意图之十五。

图标:11-压缩镜；12-光学元件；120-第一反射面；121-微结构；122-子弧面；123-第一入射面；124-第二入射面；125-第三入射面；13-接收面。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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。

请参照图1，本实施例提供一种光学元件12，光学元件12具有入射面、出射面以及在快轴方向沿光学元件12的主光轴对称设置的两个第一反射面120和在慢轴方向沿光学元件12的主光轴对称设置的两个第二反射面，光源出射的光束经入射面分别入射主光轴，以及两个第一反射面120和/或两个第二反射面后，经出射面出射，被接收面13接收，以形成叠加光斑。

光学元件12具有入射面和出射面，入射面和出射面均和主光轴垂直，在与主光轴平行的方向上光学元件12具有一个或多个侧面。具有多个侧面时，例如光学元件12可为光波导，光波导为四面体结构。具有一个侧面时，光学元件12为侧面为圆周面的圆柱体或圆锥体。本实施例对此不作具体限定，可根据实际需要设置。

但无论侧面为圆周面还是多面，光学元件12在快轴方向上具有两个第一反射面120，且两个第一反射面120沿主光轴对称设置；在慢轴方向上具有两个第二反射面，两个第二反射面沿主光轴对称设置。

光源出射的光束经入射面入射光学元件12后，有三种情况：一是在快轴方向形成全反射，光束分成三束，一束经主光轴出射到远场，两束分别入射两个第一反射面120后出射，在远场形成叠加线光斑。二是在慢轴方向形成全反射，光束分成三束，一束经主光轴出射到远场，两束分别入射两个第二反射面后出射，在远场形成叠加线光斑。三是在快轴和慢轴方向都形成全反射，此时光束分别经主光轴出射到远场，经两个第一反射面120后出射，还经两个第二反射面出射，在远场形成叠加面光斑，可应用于不同场景的光束叠加。

本实施例对光源也未作具体限定，光源可为线光源，也可为面光源。光源优选激光光源。在以下实施例中，以半导体激光光源为例说明。

沿垂直于主光轴的方向上，入射面的宽度小于或大于出射面的宽度。图1所示，光学元件12的入射面的宽度大于出射面的宽度，即入口端为大端，出口端为小端；或者图9所示光学元件12的入射面的宽度小于出射面的宽度，即入口端为小端，出口端为大端，以实现不同的叠加光斑。

在光源和光学元件12之间还可设置压缩镜11或扩束镜，通过压缩镜11或扩束镜压缩光斑的尺寸。

本申请实施例提供的光学元件12，光学元件12具有入射面和反射面，还具有在快轴方向沿主光轴对称的两个第一反射面120以及在慢轴方向沿主光轴对称的两个第二反射面，光源出射的光束经入射面分别入射主光轴和两个第一反射面120，在第一反射面120完成全反射；或者入射主光轴和两个第二反射面，在第二反射面完成全反射；或者入射入射主光轴、两个第一反射面120和两个第二反射面，然后经出射面出射，光束被分割为多个部分，每个部分在远场形成叠加光斑。光束除了主光轴外，只在第一反射面120或只在第二反射面反射后，在远场形成线光斑叠加，光束同时在第一反射面120和第二反射面反射，在远场形成面光斑叠加。通过仅设置一个光学元件12，光学元件12具有第一反射面120和第二反射面，使得入射光学元件12的光束被分割成几个部分，切割光束，并重排光束，改变了光束分布特性，匀化了光束，即可实现光斑叠加，对于光源没有限制要求，还可根据不同的光源进行光斑变化，光学元件12尺寸小、结构紧凑、成本低；并且，光斑形式多样化，灵活性高，可适应不同需求。

具体地，第一反射面120和第二反射面包括弧面。也就是，第一反射面120和第二反射面可由平面和弧面组成，平面靠近入射面，弧面靠近出射面，平面和弧面连接。

示例地，如图1所示，第一反射面120为全弧面，图3中第一反射面120为平面和弧面连接构成，微结构121设在弧面上。

弧面使经两个第一反射面120或两个第二反射面出射的光束与经主光轴出射的光束形成一定夹角，或重叠或不重叠，形成角空间中强光斑、角空间平顶光斑或角空间分段光斑。

其中，弧面包括抛物面、双曲面和非球面中的任意一种。

进一步地，弧面可为一个弧面，弧面还可为多个子弧面122构成的弧面。弧面包括依次连接的多个子弧面122，且相邻子弧面122的弧向不同。子弧面122为高次椭球非球面。

入射面可为一个平面，也可为锥面，入射面为锥面时，入射面包括相互连接且沿主光轴对称设置的第一入射面123和第二入射面124。锥面可凸向光源方向，也可凸向远场方向。

第一入射面123和第二入射面124之间还连接有第三入射面125，将入射面分割成三个面。在主光轴方向上，第三入射面125的中心轴线与主光轴重合，第三入射面125可为平面。

在弧面、子弧面122和第三入射面125上分别设有多个依次连接的微结构121，相邻微结构121的设置方向相同。微结构121完成对反射光束的匀化或细分方向调整。

其中，微结构121包括凹面、凸面、锯齿面和双向自由曲面中的任意一种。相邻微结构121的设置方向相同，例如微结构121为凸面时，多个依次连接的凸面均凸向同一方向。

图3中弧面和第三入射面125上均设有微结构121，微结构121为凸面，且第一反射面120上的凸面凸向远离主光轴的方向，第三入射面125上的凸面凸向光源。

综上，本申请实施例提供的光学元件12，光束入射光学元件12后，被切割为几个部分，一部分入射至第一反射面120和/或第二反射面，一部分入射至反射面形成的中部空腔(经主光轴)，各部分光束在远场叠加，形成叠加的光斑。本光学元件12能够切割光束，并重排光束，改变了光束分布特性，匀化了光束。第一反射面120和第二反射面具有多种不同的面型，以使光斑形式多样化。本光学元件12具有成本低、尺寸小、结构紧凑；灵活性高、可适应不同需求；光斑形式多样化等优点。

以下以光束入射第一反射面120为例，列举几个例子具体说明本实施例：

实施例一

如图1所示，包括半导体激光光源、压缩镜11或扩束镜以及第一反射面120为凹状弧形的光学元件12(光波导)，出口端为小端(两第一反射面120面型为反向抛物面或双曲面，通过高次项系数对面型进行修正为非球面)构成。

半导体激光器发射激光束,经过慢轴压缩镜11(仅压缩光斑尺寸)，出射到侧面弧形光波导内部，中部光束(经主光轴)通过光波导直接出射到远场，两侧光束通过第一反射面120弧面面型全反射或反射后出射，形成图2所示的光斑能量分布。弧面面型为反向抛物面或双曲面或两者基本面型的高次项非球面。两侧出射光束与中部光束形成一定夹角，或重叠或不重叠。形成角空间中强光斑、角空间平顶光斑、角空间分段光斑。第一反射面120弧形上有图3所示的微结构121，微结构121完成对反射光束的匀化或细分方向调整，形成图4所示的光斑能量分布。微结构121包含凹面、凸面、锯齿面、双向自由曲面等。

实施例二

本实施例与实施例一不同的是，第一反射面120为图5所示的凸状弧形，第一反射面120面型为正向抛物或双曲面，通过高次项系数对面型进行修正为非球面，形成图6所示的光斑能量分布。第一反射面120弧形上有图7所示的微结构121，微结构121为凹面，凹向主光轴，形成图8所示的光斑能量分布。

实施例三

本实施例与实施例一不同的是，第一反射面120为图9所示的凸状弧形，出口端为大端，第一反射面120面型为反向抛物面或双曲面，通过高次项系数对面型进行修正为非球面，形成图10所示的光斑能量分布。第一反射面120弧形上有图11所示的微结构121，微结构121为凹面，凹向主光轴。

实施例四

本实施例与实施例一不同的是，第一反射面120为图12所示的凸状弧形，出口端为大端，第一反射面120面型为正向抛物面或双曲面，通过高次项系数对面型进行修正为非球面，形成图13所示的光斑能量密度分布。第一反射面120弧形上有图14所示的微结构121，微结构121为凸面，凸向远离主光轴方向，形成图14的光斑能量分布。

实施例五

本实施例与实施例一不同的是，第一反射面120为图15所示的凸状弧形，出口端为小端，两侧面型为高次椭球非球面，形成图16的光斑能量分布。

或者，第一反射面120为图17所示的凸状弧形，出口端为大端，两侧面型为高次椭球非球面，形成图18的光斑能量分布。

实施例六

本实施例与实施例一不同的是，如图19所示，光波导为前端(入射面)棱状、第一反射面120为凹状弧形，出口端为大端，第一反射面120面型为高次椭球非球面。

半导体激光器发射激光束,入射到前端棱状、第一反射面120凹状弧形光波导上,先经过光波导前端棱面向内或向外折射,然后进入到光波导内部，在第一反射面120凹状弧形表面形成反射或全反射后出射，在远场形成叠加的中强光斑。

弧面面型为第一反射面120面型为高次椭球非球面。两侧出射光束与中部光束形成一定夹角，或重叠或不重叠。形成角空间中强光斑、角空间平顶光斑或角空间分段光斑。图20所示，第一反射面120上设有凸面的微结构121。

如图21所示，入射面还包括第三入射面125，图22中第三入射面125上设有微结构121。

图23中第一入射面123和第二入射面124形成凸向远场的锥面，第一反射面120上设有图24所示的微结构121。

当光源入射主光轴、第一反射面120和第二反射面时，形成面光斑的叠加，其光斑能量分布和本实施例的能量分布相同，此处不再赘述。

本申请实施例还提供一种光学模组，包括压缩镜11以及上述的光学元件12，压缩镜11设置在光源与光学元件12之间。光学模组还包括激光光源。

本光学模组可应用于医疗美容、激光雷达、工业加工等领域。

该光学模组包含与前述实施例中的光学元件12相同的结构和有益效果。光学元件12的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

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