光学封装件及增强现实封装件的制作方法

1.本公开涉及激光扫描投影仪领域，以及特别涉及用于激光扫描投影仪的紧凑光学模块。


背景技术：

2.激光扫描投影仪或“微型投影仪”是小型的、便携的电子设备。微型投影仪通常与诸如智能眼镜、智能电话、平板电脑、笔记本电脑、或数码相机的用户设备配对或并入其中，以及用于将储存在这些用户设备中的虚拟和增强现实、文档、图像或视频投影到诸如墙壁、光场、全息表面、或虚拟或增强现实眼镜的内部显示表面的投影表面上
3.这种微型投影仪通常包括投影子系统以及光学模块。配对用户设备用作向投影子系统的图像流(例如，视频流)。投影子系统适当地驱动光学模块以将图像流投影到投影表面用于观看。
4.更详细地，典型的光学模块由激光源和一个或多个微机电 (mems)镜组成，以扫描由激光源在投影表面上以投影模式产生的激光束。通过按照激光束在投影表面的位置调制激光束，当激光束以投影模式被扫描时，图像流被显示。通常，至少一个透镜在激光束由一个或多个mems反射镜反射后，以及在激光束击中投影表面前聚焦激光束，尽管其他设计的光学模块可以被使用。
5.投影子系统控制激光源的驱动以及一个或多个mems反射镜的移动的驱动。通常mems反射镜中的一个或多个的驱动处于或接近于mems反射镜的谐振频率，mems反射镜中的另一个mems反射镜的移动的驱动被线性地执行并且不处于谐振。
6.尽管现有的微型投影仪系统可用于虚拟现实耳机以及增强现实眼镜中，由于这种设备由用户的头部承载，希望这种设备尽可能轻。另外，特别是在增强现实眼镜的情况下，这种设备也是尽可能紧凑的，因为外表看起来与普通一对眼镜没有区别的一对增强现实眼镜在商业上是非常需要的。当前的光学模块比虚拟现实和增强现实应用所需要的更大而且更重，如此，进一步缩小以及减轻这种光学模块是必要的。


技术实现要素：

7.鉴于上述针对光学模块设计所面临的问题，本公开的实施例旨在至少部分解决上述问题。
8.本公开的实施例提供了一种光学封装件。光学封装件包括：激光单元，包含在单个封装件内的一个或多个激光二极管；光束组合器，被配置为将来自一个或多个激光二极管的激光组合成单个激光束；可移动反射镜装置；固定折叠式反射镜，由光束组合器输出的单个激光束入射在固定折叠式反射镜上，并且固定折叠式反射镜被配置为将单个激光束朝向可移动反射镜设备反射；以及光束均衡器光学器件，被配置为引起单个激光束沿着单个激光束的慢轴的慢轴发散率的增加，使得慢轴发散率等于单个激光束沿着单个激光束的快轴的快轴发散率；其中可移动反射镜设备被配置为引导单个激光束穿过出射窗，并且以扫描
模式扫描单个激光束，以在邻近光学封装件的目标上形成至少一个期望的图像。
9.在一些实施例中，光束均衡器光学器件包括至少一个柱面透镜，柱面透镜成形为使得入射光的慢轴发散率被增加，但入射光的快轴发散率不变。
10.在一些实施例中，光束均衡器光学器件被定位以使得至少一个柱面透镜增加单个激光束的慢轴发散率，但不改变单个激光束的快轴发散率。
11.在一些实施例中，光学封装件还包括至少一个负球面透镜，至少一个负球面透镜被定位在至少一个柱面透镜的下游，并且成形为使得单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率被增加，并且光学封装件还包括至少一个正球面透镜，至少一个正球面透镜被定位在至少一个柱面透镜的下游，并且成形为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个激光束的慢轴发散率以及快轴发散率被稳定。
12.在一些实施例中，至少一个正球面透镜被成形为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率被减小。
13.在一些实施例中，光束均衡器光学器件被定位以使得至少一个柱面透镜增加来自一个或多个激光二极管的激光的慢轴发散率，以从而增加单个激光束的慢轴发散率，但不增加来自一个或多个激光二极管的激光的快轴发散率，使得单个激光束的快轴发散率保持不变。
14.在一些实施例中，光学封装件还包括至少一个负球面透镜，至少一个负球面透镜位于至少一个柱面透镜的下游，并且被成形为使得单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率被增加，并且还包括至少一个正球面透镜，正球面透镜被定位以使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率被稳定。
15.在一些实施例中，至少一个正球面透镜被成形为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率被减小。
16.在一些实施例中，激光单元包含在单个封装件内的一个或多个激光二极管，单个封装件发射激光以产生激光，激光通过出射窗从棱镜射出；并且其中至少一个柱面透镜邻近出射窗被定位。
17.在一些实施例中，激光单元包含在单个封装件内的一个或多个激光二极管，单个封装件发射激光以产生激光，激光通过出射窗从棱镜射出；并且其中至少一个柱面透镜被并入出射窗内。
18.在一些实施例中，激光单元包含在单个封装件内的一个或多个激光二极管，单个封装件发射激光以产生激光，激光通过出射窗从棱镜射出；并且其中出射窗被成形为使得出射窗用作至少一个柱面透镜。
19.在一些实施例中，激光单元包含在单个封装件内的红色激光二极管、绿色激光二极管以及蓝色激光二极管，以产生红色激光、绿色激光以及蓝色激光，红色激光、绿色激光以及蓝色激光最初通过激光单元内的棱镜照射并且射出棱镜；其中棱镜被成形为使得棱镜用作至少一个柱面透镜。
20.在一些实施例中，激光单元包含在单个封装件内的红色激光二极管、绿色激光二极管以及蓝色激光二极管，单个封装件发出激光以产生红色激光、绿色激光以及蓝色激光，红色激光、绿色激光以及蓝色激光最初通过激光单元内的棱镜照射并且射出棱镜；其中棱镜被成形为使得棱镜用作至少一个柱面透镜。
21.在一些实施例中，可移动反射镜装置包括水平反射镜，由折叠式反射镜反射的单个激光束入射在水平反射镜上，其中水平反射镜将单个激光束朝向垂直反射镜反射，垂直反射镜将单个激光束反射出光学封装件中的出射窗。
22.在一些实施例中，水平反射镜以谐振方式被驱动，并且垂直反射镜被线性驱动。
23.在一些实施例中，垂直反射镜被布置为使得单个激光束以期望的梯形失真角射出出射窗。
24.在一些实施例中，光束组合器包括互相间隔开的第一、第二和第三分立二向色光束组合器。
25.本公开的实施例还提供了一种增强现实封装件，其包括：印刷电路板，包含激光驱动器电路装置和反射镜驱动器电路装置；紧凑光学封装件，机械地连接到印刷电路板并且电连接到激光驱动器电路装置和反射镜驱动器电路装置。其中紧凑光学封装件包括：rgb 激光单元，包含在单个封装件内的红色激光二极管、绿色激光二极管以及蓝色激光二极管，rgb激光单元电连接到激光驱动器电路装置；光束组合器，被配置为将红色激光、绿色激光以及蓝色激光合成单个rgb激光束；可移动反射镜装置，电连接到反射镜驱动器电路装置；固定的折叠式反射镜，由分束器输出的单个rgb激光束入射在固定的折叠式反射镜上，并且固定的折叠式反射镜被配置为将单个rgb激光束朝向可移动反射镜装置反射；以及光束均衡器光学器件，被配置为引起单个rgb激光束沿着单个rgb激光束的慢轴的慢轴发散率的增加，使得慢轴发散率等于单个rgb激光束沿着单个rgb激光束的快轴的快轴发散率。其中可移动反射镜装置被配置为，在反射镜驱动器电路装置的控制下，引导单个rgb激光束穿过出射窗，并且以扫描模式扫描单个rgb激光束，以在增强现实封装件的目标上形成至少一个期望的图像。
26.在一些实施例中，光束均衡器光学器件包括至少一个柱面透镜，柱面透镜被成形为使得入射光的慢轴发散率被增加，但入射光的快轴发散率不变。
27.在一些实施例中，光束均衡器光学器件被定位成使得至少一个柱面透镜增加单个rgb激光束的慢轴发散率，但不改变单个rgb 激光束的快轴发散率。
28.在一些实施例中，增强现实封装件还包括至少一个负球面透镜，至少一个负球面透镜被定位于至少一个柱面透镜的下游，并且被成形为使得单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率被增加，并且还包括至少一个正球面透镜，至少一个正球面透镜被定位于至少一个负球面透镜的下游，以及被成形为使得当单个rgb激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个rgb激光束的慢轴发散率和快轴发散率被稳定。
29.在一些实施例中，至少一个正球面透镜被成形为使得当单个 rgb激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个rgb激光束的慢轴发散率和快轴发散率被减小。
30.在一些实施例中，光束均衡器光学器件被定位以使得至少一个柱面透镜增加来自红色激光二极管、绿色激光二极管以及蓝色激光二极管的红色激光、绿色激光以及蓝色激光的慢轴发散率，从而增加单个rgb激光束的慢轴发散率，但不增加来自红色激光二极管、绿色激光二极管以及蓝色激光二极管的红色激光、绿色激光以及蓝色激光的快轴发散率，使得单个rgb激光束的快轴发散率保持不变。
31.在一些实施例中，增强现实封装件还包括至少一个负球面透镜，至少一个负球面透镜被定位于至少一个柱面透镜的下游，并且被成形为使得单个激光束的慢轴发散率和快
轴发散率被增加，并且还包括至少一个正球面透镜，至少一个正球面透镜被定位成使得当单个 rgb激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个rgb激光束的慢轴发散率和快轴发散率被稳定。
32.在一些实施例中，至少一个正球面透镜被成形为使得当单个 rgb激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个rgb激光束的慢轴发散率和快轴发散率被减小。
33.在一些实施例中，至少一个柱面透镜被并入紧凑光学封装件的出射窗内。
34.在一些实施例中，紧凑光学封装件的出射窗被成形为使得出射窗用作至少一个柱面透镜。
35.在一些实施例中，紧凑光学封装件包含棱镜，红色激光、绿色激光以及蓝色激光通过棱镜被照射；并且其中棱镜被成形为使得棱镜用作至少一个柱面透镜。
36.在一些实施例中，紧凑光学封装件包含棱镜，红色激光、绿色激光以及蓝色激光通过棱镜被照射；并且其中棱镜被成形为使得棱镜用作至少一个柱面透镜。
37.文中公开了一种光学封装件，包括激光单元，该激光单元包含单个封装件内的一个或多个激光二极管；一个或多个透镜，邻近于激光单元并且被配置为准直由激光单元的一个或多个激光二极管发射的激光准直；光束组合器，被配置为将来自一个或多个激光二极管的激光组合到单个激光束中并且也输出较低功率的反馈光束；可移动反射镜装置，以及固定折叠式反射镜，由光束组合器输出的单个激光束入射在固定折叠式反射镜上，固定折叠式反射镜被配置为朝向可移动反射镜装置反射单个激光束。可移动反射镜装置被配置为引导单个激光光速穿过出射窗以及以扫描模式扫描单个激光束以在邻近光学封装件的目标上形成至少一个期望的图像。
38.在一些情况下激光单元在单个封装件内包括红色、绿色以及蓝色激光二极管，红色、绿色以及蓝色激光二极管发射激光以产生红色、绿色、蓝色激光，该激光最初通过激光单元内的棱镜被照射并且离开棱镜以入射到一个或多个棱镜上。在这些情况下，一个或多个棱镜是第一、第二以及第三透镜，红色、绿色、蓝色激光照射在第一、第二以及第三透镜上，单个激光束是rgb激光束。红色、绿色、蓝色激光二极管可以各自被形成在被包含在激光单元的单个封装件内的相应的管芯内，并且在其中可以形成红色、绿色、以及蓝色激光二极管的相应的管芯，由激光单元内的自由空间互相分离。此外，可移动反射镜装置可以包括水平反射镜，如被折叠式反射镜反射的rgb激光束被照射到水平反射镜上，以及水平反射镜可以反射rgb激光束朝向垂直反射镜，该垂直反射镜将rgb激光反射出光学封装件中的出射窗。
39.水平反射镜可以被谐振驱动，以及垂直反射镜可以被线性驱动。垂直反射镜可以被布置为使得rgb激光束以期望的梯形角离开 (exit，射出)出射窗。
40.光电二极管可以接收低功率反馈光束。
41.光束组合器可以包括单个分束器单元，分束器单元被布置为使得由一个或多个激光二极管发射的激光进入分束器的输出，使得低功率反馈光束从分束器的另一输出离开，并且使得单个激光束从分束器的输入存在。
42.光束组合器可以替代为包括互相间隔开的第一、第二以及第三分立二向色光束组合器。
43.本文中也公开了一种增强现实封装件，包括包含激光驱动器电路装置和反射镜驱
动器电路装置的印刷电路板，以及机械连接到印刷电路板以及电连接到激光驱动器电路装置以及反射镜驱动器电路装置的紧凑光学封装件。紧凑光学封装件包括rgb激光单元，rgb 激光单元在单个封装件内包含红色、绿色以及蓝色激光二极管，该 rgb激光单元被电连接到激光驱动器电路装置。紧凑光学封装件还包括邻近rgb激光单元的三个透镜，并且被配置成准直由rgb激光单元的红色、绿色以及蓝色激光二极管发射的红色、绿色以及蓝色激光。紧凑光学封装件内的光束组合器被配置为将红色、绿色以及蓝色激光组合成单个rgb激光束，并且输出较低功率的反馈光束。紧凑光学封装件内的可移动镜设备电连接到反射镜驱动器电路装置，并且具有固定的折叠式反射镜，由分束器输出的单个rgb激光束入射在固定的折叠式反射镜上，固定的折叠式反射镜被配置成朝向可移动镜设备反射单个rgb激光束。可移动反射镜装置被配置为在反射镜驱动器电路装置的控制下，引导单个rgb激光束通过出射窗，并以扫描模式扫描单个rgb激光束，以在增强现实封装件的目标上形成至少一个期望的图像。
44.红色、绿色以及蓝色激光二极管可以各自被形成在被包含在 rgb激光单元的单个封装件内的相应管芯内。红色、绿色以及蓝色激光二极管被形成到其中的相应管芯可以由rgb激光单元内的自由空间分离。
45.可移动反射镜装置可以包括水平反射镜，如由折叠式反射镜反射的rgb激光束入射在水平反射镜上。水平反射镜可以将rgb激光束朝向垂直反射镜反射，激光束垂直反射镜将rgb激光束朝向目标从紧凑光学封装件中的出射窗激光束反射出去。
46.水平反射镜可以被谐振驱动以及垂直反射镜可以被线性驱动。垂直反射镜可以被布置为使得rgb激光束以期望的梯形角离开出射窗。
47.光电二极管可以接收低功率反馈光束。
48.光束组合器可以包括单个分束器单元，该分束器单元被布置以使得红色、绿色以及蓝色激光进入分束器的输出，使得低功率反馈光束从分束器的另一输出离开，以及使得单个rgb激光束从分束器的输入出现。
49.作为替代，光束组合器可以包括互相隔开的第一、第二以及第三分立二向色光束组合器。
50.本文中也公开了一种光学封装件，该光学封装件包括：在单个封装件内包含一个或多个激光二极管的激光单元；被配置为用于将来自一个或多个激光二极管的激光组合成单个激光束的光束组合器；可移动反射镜设备；固定折叠式反射镜，由分束器输出的单个激光束入射在固定的折叠式反射镜上，固定的折叠式反射镜被配置成朝向可移动反射镜设备反射单个rgb激光束；以及光束均衡器光学器件，该光束均衡器光学器件被配置为引起单个激光束沿着单个激光束的慢轴的慢轴发散率的增加，使得该慢轴发散率等于单个激光束沿着单个激光束的快轴的快轴发散率。可移动反射镜装置被配置为引导单个激光束通过出射窗，并且以扫描模式扫描单个激光束，以在邻近光学封装件的目标上形成至少一个期望的图像。
51.光束均衡器光学器件可以包括至少一个柱面透镜，柱面透镜成形为使得入射光的慢轴发散率增加而入射光的快轴发散率不变。
52.光束均衡器光学器件可被定位以使得至少一个柱面透镜增加单个激光束的慢轴发散率，但不改变单个激光束的快轴发散率。
53.至少一个负球面透镜可以定位在至少一个柱面透镜的下游，并且成形为使得单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率增加。至少一个正球面透镜可以位于至少一个柱面透镜的下游，并且被成形为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，稳定单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率。
54.至少一个正球面透镜可以被成形为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率减小。
55.光束均衡器光学器件可被定位以使得至少一个柱面透镜增加来自一个或多个激光二极管的激光的慢轴发散率，从而增加单个激光束的慢轴发散率，但不增加来自一个或多个激光二极管的激光的快轴发散率，使得单个激光束的快轴发散率保持不变。
56.至少一个负球面透镜可以被定位在至少一个柱面透镜的下游，并且被成形为使得单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率增加，并且至少一个正球面透镜可以被定位为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，稳定单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率。
57.至少一个正球面透镜可以被成形为使得当单个激光束穿过至少一个正球面透镜时，单个激光束的慢轴发散率和快轴发散率减小。
58.激光单元可以在单个封装件内包含一个或多个激光二极管，该激光二极管发射激光以产生通过出射窗离开棱镜的激光。至少一个柱面透镜可以邻近出射窗被定位。
59.激光单元可以在单个封装件内包含一个或多个激光二极管，该激光二极管发射激光以产生通过出射窗从棱镜离开的激光。至少一个柱面透镜可以被包括在出射窗内。
60.激光单元可以在单个封装件内包含一个或多个激光二极管，该激光二极管发射激光以产生通过出射窗从棱镜出射的激光。出射窗可以成形为使得出射窗用作至少一个柱面透镜。
61.激光单元可以在单个封装件内包含红色、绿色以及蓝色激光二极管，该单个封装件发出激光以产生最初通过激光单元内的棱镜照射并从棱镜出射的红色、绿色以及蓝色激光。棱镜可以成形为使得棱镜用作至少一个柱面透镜。
62.激光单元可以在单个封装件内包含红色、绿色以及蓝色激光二极管，该单个封装件发出激光以产生最初通过激光单元内的棱镜照射并从棱镜出射的红色、绿色以及蓝色激光；其中棱镜被成形为使得棱镜用作至少一个柱面透镜。
63.可移动反射镜设备可以包括水平反射镜，由折叠式反射镜反射的单个激光束入射在水平反射镜上，其中水平反射镜将单个激光束朝向垂直反射镜反射，该垂直反射镜将单个激光束反射出光学封装件中的出射窗。
64.水平反射镜可以被谐振驱动以及垂直反射镜可以被线性驱动。
65.垂直反射镜可以被布置为使得rgb激光束以期望的梯形角离开出射窗。
66.光束组合器可以包括互相隔开的第一、第二以及第三分立二向色光束组合器。
67.本实用新型的技术提供了紧凑的、重量轻的光学模块。
附图说明
68.图1是本文中公开的紧凑光学模块的第一变体的图解表示。
69.图2包含用于本文中公开的紧凑光学模块的rgb激光封装件的前透视图以及后透视图。
70.图3是本文中公开的紧凑光学模块的第二变体的图解表示。
71.图4是图1的紧凑光学模块的透视图。
72.图5是具有0
°
梯形失真的图1的垂直反射镜、水平反射镜以及折叠式反射镜的图解表示。
73.图6是具有5
°
梯形失真的图1的垂直反射镜、水平反射镜以及折叠式反射镜的图解表示。
74.图7是具有14
°
梯形失真的图1的垂直反射镜、水平反射镜以及折叠式反射镜的图解表示。
75.图8是安装在壳体内的图1的紧凑型光学模块的透视图，其中是紧凑型光学模块的尺寸。
76.图9是包括图1的紧凑光学模块的增强现实单元的透视图。
77.图10是包括图9中的增强现实单元的一对增强现实眼镜的透视图。
78.图11是样品激光二极管连同它的慢轴和快轴的指示的示意图。
79.图12是光束均衡器和光束扩展器光学器件，诸如可以被并入到本文中公开的紧凑光学模块中的光束均衡器和光束扩展器光学器件的示意图。
80.图13是本文中公开的光束扩展器光学器件，诸如可以被并入到公开的紧凑光学模块中的另一示意图。
81.图14是本文中公开的紧凑光学模块的第三变体的图解表示，其中紧凑光学模块设计对应于图3的紧凑光学模块设计，但是光束均衡器光学器件被添加在rgb激光封装件以及对准透镜之间，以及光束扩展器光学器件被添加在组合的rgb激光束的路径中。
82.图15是本文中公开的紧凑光学模块的第四变体的图解表示，其中紧凑光学模块设计对应于图3的紧凑光学模块设计，但是光束均衡器光学器件被并入rgb激光封装件的出射窗中，以及光束扩展器光学器件被添加在组合的rgb激光束的路径中。
83.图16是本文中公开的紧凑光学模块的第五变体的示意图，其中紧凑光学模块设计对应于图3的紧凑光学模块设计，但是光束均衡器光学器件位于单独的r、g以及b激光束的路径和组合的rgb激光束的路径之间。
84.图17是图16的光束均衡器光学器件的第一种可能配置的图解表示，该光学器件被并入rgb封装件内的棱镜中。
85.图18是图17的多个棱镜的示意性截面图，在其中可以看到沿着多个棱镜的快轴和慢轴的截面。
86.图19是图16的光束均衡器光学器件的第二种可能配置的图解表示，该光学器件被并入rgb封装件内的多个棱镜中。
87.图20示出了使用本文所述的紧凑光学模块使用图14至图16的实施例获得的结果。
具体实施方式
88.下面的公开使得本领域技术人员能够制造和使用本文公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于除了上面详细描述之外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示出的实施例，而是与符合本文所公开或建议的原理和特征的最宽范围一致。
89.现在参考图1描述紧凑光学模块10。紧凑光学模块10包括壳体 11，承载紧凑rgb激光封装件12，该紧凑rgb激光封装件12包括其中的红色激光二极管12a，绿色激光二极管12b以及蓝色激光二极管12c。
90.在图2中示出紧凑rgb激光封装件12的细节。紧凑rgb激光封装件12包括氮化铝主体39，在氮化铝主体39的正面是氮化铝子基座41、42、43。红色激光二极管12a被安装到第一氮化铝子基座 41，绿色激光二极管12b被安装到第二氮化铝子基座42，以及蓝色激光二极管12c被安装到第二氮化铝子基座43，以及绿色激光二极管12c被安装到第三氮化铝子基座43。激光二极管12a、12b、以及 12c本身各自形成在它们自己的管芯内。单个玻璃棱镜40被安装到氮化铝主体39的前侧，以及用以帮助聚焦由红色激光二极管12、绿色激光二极管12b、以及蓝色激光二极管12c分别发射的红色、绿色、以及蓝色激光束，但是应该理解在一些示例中，元件40可以被替代为三个玻璃棱镜，每个激光二极管12a、12b以及12c一个玻璃棱镜。在氮化铝主体39的背面上，电焊盘45被安装，电焊盘45提供到红色激光二极管12a、绿色激光二极管12b、以及蓝色激光二极管12c 的连接。热焊盘46被安装到氮化铝主体39的背面，并且在其中承载紧凑型rgb激光组件12的位置处与壳体11接触。壳体11的物理尺寸可以是，例如，宽5.3mm，深4mm以及高1.25mm。现有技术系统使用单独封装的激光二极管，其中每个激光二极管接近本文中使用的rgb激光封装件12的大小；因此rgb激光封装件12提供大数量的在空间以及高度的方面的节约。合理地，rgb激光封装件12以及壳体11可以具有其他尺寸，给出的尺寸只是示例。
91.返回到图1，对准透镜14a、14b以及14c被承载在壳体11内邻近于rgb激光封装件12，以及用于准直分别由红色激光二极管12a、绿色激光二极管12b、以及蓝色激光二极管12c在操作中生成的激光束30、31、以及32。对准透镜14a、14b、以及14c被设置，使得激光光斑以特定距离重叠、例如，以450nm的焦距。另外，在任意两个激光光斑之间的最大角偏移应当最好不大于0.2
°
，以及在所有激光光斑之间的偏移应当最好不大于0.5
°
。由红色激光二极管12a产生的光斑尺寸，在由对准透镜14a聚焦后，将大约在830x650微米；由蓝色激光二极管12b产生的光斑尺寸，在由对准透镜14b聚焦后，将大约在800x600微米；由绿色激光二极管12c产生的光斑尺寸，在由对准透镜14c聚焦后，将大约在780x550微米。对于特定的应用，如果焦距从该示例中改变，光斑尺寸相应变化。对准透镜14a、 14b以及14c可以具有数值孔径0.38，具有2mm的有效焦距、1mm 的直径，以及可以被涂覆抗反射涂层，该抗反射涂层允许在 400nm-700nm范围的光通过，但拒绝其他光。对准透镜14a、14b以及14c可以有大致圆柱形的横截面、具有平坦的后表面以及凸的前表面，或者在一些情况下可以具有非球面形状。对准透镜14a、14b 以及14c的有效焦距和直径可以根据特定应用的需要而改变。例如，对准透镜14a、14b以及14c的直径可以是1.5mm。还应当理解，在一些情况下，对准透镜14a、14b以及14c可以具有互相不同的直径，或者对准透镜之一可以具有与其它两个对准透镜不同的直径。
92.4:1分束器16被承载在壳体11内，邻近对准透镜14a、14b以及 14c。分束器16是由三个正方形单元组成的单个的长方形单元，每个正方形单元由两个三角形透镜构成，两个三角形透镜的底部彼此固定。分束器的总体尺寸可以是、例如6mm长、2mm深以及2.5mm 高。合理地，三个尺寸只是示例，分束器16可以替代为其他尺寸。
93.用以反射激光束30和31的分束器16的棱镜被布置为沿着轨迹将那些光束尽可能
接近100％反射到分束器36的右侧之外，帮助形成组合的rgb激光束33，而用以反射激光束32的分束器16的棱镜被布置为将大约98％的激光束32反射出分束器36的右侧以形成组合的rgb激光束33，同时传递大约2％的激光束32通过以到达光电二极管18，该光电二极管18用于为驱动rgb激光封装件12的激光二极管12a、12b以及12c的系统提供反馈。
94.注意到，尽管在这里分束器16用于组合激光束30、31、32以形成rgb激光束33，分束器16在技术上仍然是4:1分束器，就好像光束33要被输入到分束器16的右侧(输出)，分束器将对它分光以产生光束32(朝向透镜14c以及朝向光电二极管18出射)、31以及30。因此，尽管它被用作光束组合器，部件16实际上是分束器16。
95.垂直反射镜20、水平反射镜24、以及折叠式反射镜22与分束器16相邻，以及共同地被用于将rgb激光束33反射出在壳体11 上的出射窗26并且反射到显示表面上。注意到折叠式反射镜22的位置在操作期间是固定的，而水平反射镜24被驱动以其谐振频率振荡以及垂直反射镜22被线性驱动。因此，折叠式反射镜22的目的是仅仅“折叠”rgb激光束33的路径以入射水平反射镜24，而水平反射镜24以及垂直反射镜22的目的是以设计的扫描模式在显示表面上扫描rgb激光束33，以再现所期望的静止或运动图像。垂直反射镜22的整体尺寸可以是例如长7.94mm，深2.34mm，高0.67mm；水平反射镜24的总尺寸可以是例如4.44mm长，2.94mm深和0.67mm 高。合理地，垂直反射镜22和水平反射镜24可以具有其它尺寸，并且给定的尺寸仅仅是示例。
96.注意到，代替如图3所示的分束器16，三个分离的二向色镜16a’、 16b’以及16c’可以被用于再现rgb激光束33及其图示的路径。可以理解，相比从接合在一起的子部件中形成的单个部件的分束器 16，二向色光束组合器16a’、16b’以及16c’是分离的分立部件。例如，每个二向色光束组合器16a’、16b’以及16c’的总尺寸可以是2.6mm长、0.5mm深以及3.2mm高。合理地，二向色光束组合器 16a’、16b’以及16c’可以具有其他尺寸，给定尺寸只是示例。二向色光束组合器16a’、16b’以及16c’具有与上文所述的分束器16 同样的功能操作。
97.现在返回到图4，现在描述垂直反射镜20、水平反射镜24、以及折叠式反射镜22的几何形状。rgb激光束33由分束器16瞄准，通过垂直反射镜20的顶部以入射折叠式反射镜22，折叠式反射镜 22反射rgb激光束33到水平反射镜24上，水平反射镜24继而将 rgb激光束33反射到垂直反射镜20，垂直反射镜20将rgb光束 33反射出在壳体11上的出射窗26，并且反射到显示表面上。
98.可以在图5中所见，由rgb激光束33所取的用于该路径的采样角，在图5折叠式反射镜22以54
°
的角度朝向水平反射镜24反射rgb激光束33，水平反射镜24以54
°
的角度朝向垂直反射镜反射rgb激光束33。垂直反射镜20被布置为在平行于水平反射镜24 所在平面的方向反射rgb激光束33，因此在没有任何梯形失真 (keystone)的情况下直接离开出射窗26。在该布置中，可以观察到由rgb激光束33在水平反射镜24以及垂直反射镜20的中心之间的行进的路径大约是0.9mm。垂直反射镜20的机械开启角是
±5°
，水平反射镜24的机械开启角是
±
12
°
。
99.在一些示例中，可能期望rgb激光束以梯形失真离开出射窗。例如，在图6，折叠式反射镜22以54
°
的角度朝向水平反射镜24反射rgb激光束33，并且水平反射镜24以56.5
°
的角度向垂直反射镜反射rgb激光束33，垂直反射镜20以5
°
的梯形失真将rgb激光束33反射出出射窗，这允许垂直反射镜20的机械开启角为
±
10
°
。在这种布置中，可以观察到由rgb激光
束在水平反射镜24以及垂直反射镜20之间行进的路径大约是1.02mm。
100.作为另一示例，在图7中，折叠式反射镜22以54
°
角在朝向水平反射镜24反射rgb激光束33，水平反射镜24以61
°
角朝向垂直反射镜反射rgb激光束33，垂直反射镜20将rgb激光束33以 14
°
梯形失真反射出出射窗26，这允许垂直反射镜20的机械开启角为
±7°
。在这种布置下，可以观察到由rgb激光束在水平反射镜24以及垂直反射镜20之间行进的路径大约是1.28mm。
101.由上述应当注意到，水平反射镜24和垂直反射镜20的中心之间的距离随着梯形失真的变化而变化。梯形失真越大，水平反射镜 24和垂直反射镜20的中心之间的距离越大，反之亦然。
102.紧凑光学模块10的透视视图在图8中可见，在图8中可见壳体 11具有10.2mm宽，11mm深和5.5mm高的尺寸。
103.图9示出了潜在的增强现实单元40，可以观察到紧凑光学模块 10被安装以及电连接到印刷电路板51的末端，该印刷电路板51包括在紧凑光学模块10内用于反射镜和rgb激光封装件的驱动器。目标表面52邻近紧凑光学模块10的出射窗，以及因此在操作中，图像在目标表面52上由紧凑光学模块10形成。
104.增强现实单元40可以被安装到一对增强现实眼镜60内，如图 10所示，从中可以观察到光学模块10足够小使得增强现实眼镜60 看起来像正常的一副眼镜。
105.本领域技术人员可以理解，如由激光二极管生成的激光束通常具有如图11所示的慢轴以及快轴。快轴被称为快轴，因为沿着快轴的光束发散比沿着慢轴的光束发散大。因此，当远离激光束源移动时，快轴直径以比沿着慢轴的直径以更快的速率增加，所以它可以被称为，激光束沿着其快轴发散地较快。然而慢轴仍然发散，发散角较小。为了防止当激光束照射目标时产生的光束光斑变得过长，快轴压缩透镜通常用于减少沿着快轴的发散，使得该发散匹配沿着慢轴的发散。这是有效的解决方案。
106.然而，在一些应用中(诸如在增强现实眼镜或虚拟现实耳机中)，某些期望会起作用，诸如改善色彩分离以及去除暗区从而改善整体图像质量的期望。为了实现这一点，如下文中将描述，代替压缩激光束的快轴，慢轴被扩展使得其发散被增加以匹配快轴的发散，因此创建通常保持圆形的较大的光束光斑。
107.已经被发现实现这一点的方式是在生成单独的r、g以及b激光之后，在它们组合形成组合rgb激光33之前，插入光束均衡器光学器件69，如图12所示。光束均衡器光学器件(例如，柱面透镜 69，或其他合适的透镜被成形为实现下面所述的慢轴发散增加)被放置以接收单独的r、g以及b激光束，以及具有特别被设计以沿着慢轴(但不沿着快轴扩展或收缩发散)扩展发散的横截面，使得沿着慢轴的发散匹配沿着快轴的发散。在图12中，图示的顶部路径示出了慢轴，在慢轴上扩展的发散可以被观察到，例如，在柱面透镜69之前的发散可以是7
°
，但是由柱面透镜扩展到22
°
；图示的底部路径示出了快轴，在快轴上可以观察到发散保持不受柱面透镜 69的影响并且保持在22
°
。记住在图12中的顶部路径表示柱面透镜69沿着慢轴的横截面视图，而底部路径表示完全相同的柱面透镜 69沿着快轴的横截面视图。非球面透镜14(上面所述)位于柱面透镜69的下游。二向色光束组合器(图12中未示出)在均衡后组合单独的r、g以及b激光以形成组合的rgb激光束33。
108.以双轴方式扩展组合激光束33的光束扩展光学器件70位于非球面透镜14以及二
向色光束组合器的下游，光束扩展光学器件70 包括同等地扩展光束33的慢轴以及快轴的负球面透镜71，以及正球面透镜72，正球面透镜72阻止发散并且产生扩大的、具有期望直径的大致圆形的光束73。
109.光束扩展器光学器件70的示例可见图13，其中当直径为d的入射光束入射到负球面透镜71时，负球面透镜71接收该入射光束，当其入射在正球面透镜72上时，沿着快轴以及慢轴二者扩展发散，以生成直径为d的大致为圆形的光束，正球面透镜72产生稳定的、具有直径为d的并且保持大致准直的组合rgb激光束73。通过改变在负球面透镜71与正球面透镜72之间的距离t，和/或通过变化正球面透镜72的焦距f2，稳定组合rgb激光束73的直径d可以被改变。作为第一示例，当组合rgb激光束33入射到负球面激光透镜71上时，组合rgb激光束33的直径d可以是0.45mm，以及稳定组合rgb激光束73的直径d可以是0.9mm。作为第二示例，当组合rgb激光束33入射到负球面激光透镜71上时，组合rgb激光束33的直径d可以是0.45mm，以及稳定组合rgb激光束73的直径d可以是2.5mm。
110.图14示出了并入这些原理的紧凑光学模块10”。设计与图3的紧凑光学模块的设计相同，除了光束均衡器光学器件69被插入在 rgb激光封装件12以及透镜14a、14b以及14c之间，以及除了波束扩展光学器件70(包括作为上游透镜的负球面透镜71以及作为下游透镜的负向球面透镜72)沿着组合rgb激光束33在反射镜16c’以及折叠式反射镜22之间的路径被插入，使得折叠式反射镜22、水平反射镜24以及垂直反射镜20接收稳定的组合rgb激光束73以及将组合rgb激光束73引导到出射窗26外。事实上，光束均衡器光学器件69可以被并入在rgb激光封装件12’的出射窗内，或出射窗可以被成形为使得执行该功能。
111.应当理解，代替紧凑光学模块10”匹配紧凑光学模块10’的设计，通过添加波束均衡光学器件69以及波束扩展光学器件70，紧凑光学器件10”可以代替匹配紧凑模块10的设计但是添加波束均衡光学器件69以及波束扩展光学器件70。
112.图15所示的紧凑光学模块10”将光束均衡器光学器件69放置在rgb激光封装件12的出射窗以及透镜14a、14b、以及14c之间。因此，在紧凑光学模块10
”’
中，慢轴发散对于单个激光束30、31以及32是增加的。
113.应当理解，代替紧凑光学模块10
”’
匹配紧凑光学模块10’的设计，但添加光束均衡器光学器件69以及光束扩展光学器件，紧凑光学模块10
”’
可以代替匹配紧凑模块10的设计但添加了光束均衡器光学器件69以及光束扩展光学器件70。
114.在图16中示出的紧凑光学模块10
””
的另一示例中，rgb激光封装件12’内的棱镜40’(也在图2的透视图中示出)可以使其横截面成形为产生期望数量的额外慢轴发散，使得慢轴发散以及快轴发散匹配。这个示例证明是节约空间的，因为柱面球面透镜69被消除，它的功能由已经存在的棱镜40’执行。当增加慢轴发散时，在rgb 激光封装件12’内的棱镜40’的横截面在操作期间可以在图17中看到。棱镜40’的横截面沿着快轴不同于沿着慢轴，如图18所示，使得快轴发散由棱镜40’保持不变。
115.在紧凑光学模块10
””
中，代替rgb激光封装件12’(其包括由激光二极管12a、12b、以及12c使用的单个棱镜)，三个分离的棱镜 40a’、40b’以及40c’可以代替地被使用。这种示例在图19中所示。
116.由这种设计提供的改进可以在图20中观察到，在其中在紧凑光学模块的操作期间以扫描模式形成的光束光斑重叠。这消除了光束光斑不重叠可能发生的暗区域(牛顿环)。
117.尽管已经关于有限数量的实施例描述了本公开，从本公开受益的本领域技术人员将理解，可以不脱离本文的范围设想其他实施例。因此，本公开的范围仅由所附权利要求限定。