CN214540354U - 光纤耦合光源模组及光纤扫描成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤耦合光源模组及光纤扫描成像系统，包括：输入光源，所述输入光源包括图像光源和检测光源；所述图像光源包括两组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，两组光源出射的光束的偏振态不同，一组为水平偏振，一组为垂直偏振；两组波长合束器件，分别设置在所述两组光源的出射光路上；所述两组光源出射的光束经对应的波长合束器件合束后，再由偏振合束器件合束为一束光束；检测光束合束器件，所述偏振合束器件出射的图像光束和所述检测光源出射的光束经所述检测光束合束器件合束后，通过耦合透镜耦入光纤。上述方案用以提高光源的功率，以满足光纤扫描成像系统应用在高亮度场景中的亮度要求。

Description

光纤耦合光源模组及光纤扫描成像系统

技术领域

本实用新型涉及投影成像领域，尤其涉及一种光纤耦合光源模组及光纤扫描成像系统。

背景技术

光纤扫描成像技术的成像原理是，通过光源调制出待显示图像的每个像素点对应的光，然后，通过扫描器带动扫描光纤高频运动，扫描输出每个像素点对应的光，从而将待显示图像的每个像素点对应的光逐一投射到投影屏幕上，形成投影画面。

由于激光光源具有单色性好、亮度高、色域宽广等优点，可作为光纤扫描成像技术的光源。但受光源与光纤之间的耦合效率限制，目前光源的总功率不高，不能满足光纤扫描成像系统应用在一些高亮度场景中的亮度要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光纤耦合光源模组及光纤扫描成像系统，用以提高光源的功率，以满足光纤扫描成像系统应用在高亮度场景中的亮度要求。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提供一种光纤耦合光源模组，包括：

输入光源，所述输入光源包括图像光源和检测光源；所述图像光源包括两组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，两组光源出射的光束的偏振态不同；

两组波长合束器件，分别设置在所述两组光源的出射光路上；所述两组光源出射的光束经对应的波长合束器件合束为两束图像光束；

偏振合束器件，与所述两组波长合束器件中的一组同轴设置，同轴的波长合束器件出射的光束直接进入所述偏振合束器件，另一组波长合束器件出射的光束经反射镜反射后，从所述偏振合束器件的另一边进入所述偏振合束器件，所述两束图像光束通过所述偏振合束器件合束后合为一束图像光束；

检测光束合束器件，位于所述偏振合束器件出射光束后方，所述检测光源位于所述检测光束合束器件侧边，所述检测光源出射光束与所述偏振合束器件出射光束垂直，所述检测光源出射光束和所述偏振合束器件出射的图像光束经所述检测光束合束器件合为一束后，通过耦合透镜耦入光纤。

可选的，所述两组光源中的一组光源出射的光束的偏振方向为水平方向，另一组光源出射的光束的偏振方向为垂直方向。

可选的，所述光源模组包括基座，所述两组光源设置在所述基座上，所述两组光源的安装方向不同，其中一组光源的安装方向相对于另一组光源的安装方向绕所述光源的出光光轴旋转90度，使得所述两组光源出射的光束的传播方向平行，偏振方向相互垂直。

可选的，所述光源模组包括偏振态生成器件，设置在所述两组光源中的任意一组光源的出射光路上。

可选的，所述偏振态生成器件为四分之一波片。

可选的，所述两组波长合束器件和所述检测光束合束器件均为波分薄膜滤波片。

可选的，所述偏振合束器件为偏振合束器PBC。

可选的，所述检测光源为红外光源。

本实用新型实施例第二方面提供一种光纤扫描成像系统，包括如第一方面所述的光源模组和光扫描模组，所述光源模组出射的光经所述光扫描模组扫描输出后，作为显示图像光；所述光扫描模组包括致动器，所述光源模组中的光纤出射端固定在所述致动器上，所述光纤超出所述致动器并形成光纤悬臂，所述光纤悬臂被所述致动器带动以在三维空间中扫动。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型实施例的方案中，图像光源包括两组光源，每组光源包括R、G、B三种发光单元，两组光源出射的光束的偏振态不同，然后，通过波长合束器件和偏振合束器件将两组图像光源出射的光合束为一束图像光，再将图像光和检测光合束后的光耦入光纤，从而提高光源模组的总功率，使其能够满足光纤扫描成像系统在一些高亮度场景中的亮度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1A-图1B为本实用新型实施例中的光纤扫描成像系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光纤耦合光源模组的结构示意图；

图3A-图3B为本实用新型实施例提供的两组光源的偏振态的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的偏振态生成器件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本说明书中，首先对光纤扫描成像系统进行说明。光纤扫描成像系统利用光纤扫描器中的致动器带动光纤高速振动，并配合激光调制算法，实现图像信息的显示。如图1A所示，为现有的一种光纤扫描成像系统，其主要包括：处理器100、激光器模组110、光纤扫描器120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。

其中，处理器100可以为图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。

系统工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器模组110进行调制，本实用新型实施例中，激光调制模式为内调制。激光器模组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1A中可见，激光器模组中具体可采用红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三色激光器。激光器模组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。

处理器100还可控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描器120进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。

由光纤扫描器120扫描输出的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器120带动下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置进行扫描。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置，以完成一帧图像的扫描，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。

继续参考图1B，为现有的光纤扫描器120的结构，其主要包括：压电致动器121、光纤悬臂122、透镜123、扫描器封装壳124以及固定件125。压电致动器121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在压电致动器121的自由端延伸形成光纤悬臂122(也可称为扫描光纤)，工作时，压电致动器121在扫描驱动信号的驱动下沿Y轴方向及X轴方向振动，受压电致动器121带动，光纤悬臂122的自由端按预设轨迹扫动并出射光束，出射的光束便可透过透镜123在介质表面上扫描。其中，Y轴方向与X轴方向相交，显然，Y轴方向和X轴方向可以垂直。

请参考图2，为本实用新型实施例提供的光纤耦合光源模组的结构示意图，光纤耦合光源模组包括：输入光源，所述输入光源包括图像光源和检测光源23；所述图像光源包括两组光源21、22，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，两组光源21、22出射的光束的偏振态不同；两组波长合束器件24、25，分别设置在所述两组光源21、22的出射光路上；偏振合束器件26，设置在所述两组波长合束器件24、25的出射光路上；所述两组光源21、22出射的光束经对应的波长合束器件合束为两束图像光束；偏振合束器件26，与所述两组波长合束器件24、25中的一组同轴设置，同轴的波长合束器件出射的光束直接进入所述偏振合束器件26，另一组波长合束器件出射的光束经反射镜32射后，从所述偏振合束器件26的另一边进入所述偏振合束器件26，经偏振合束器件26转折90度后，与直接进入偏振合束器件26的光束同方向射出，使得所述两束图像光束通过所述偏振合束器件26合束后合为一束图像光束；检测光束合束器件27，位于所述偏振合束器件26出射光束后方，所述检测光源23位于所述检测光束合束器件27侧边，所述检测光源23出射光束与所述偏振合束器件26出射光束垂直，所述检测光源23出射光束和所述偏振合束器件26出射的图像光束经所述检测光束合束器件27合为一束后，通过耦合透镜28耦入光纤29。

本实用新型实施例的方案中，图像光源包括两组光源21、22，每组光源包括R、G、B三种发光单元，两组光源21、22出射的光束的偏振态不同，然后，通过波长合束器件24、25和偏振合束器件26将两组图像光源出射的光合束为一束图像光，再将图像光和检测光合束后的光耦入光纤29，从而提高光源模组的总功率，使其能够满足光纤扫描成像系统在一些高亮度场景中的亮度要求。

如图3A和图3B所示，为本实用新型实施例提供的两组光源的偏振态的示意图，两组光源出射的光束中，一组为水平偏振，另一组为垂直偏振。例如，所述两组光源中的光源21出射的光束的偏振方向为水平方向，光源22出射的光束的偏振方向为垂直方向，如图3A所示；或者，光源21出射的光束的偏振方向为垂直方向，光源22出射的光束的偏振方向为水平方向，如图3B所示。

本实用新型实施例中，可以通过以下两种方式实现两组光源21、22的不同偏振态，在实际应用中，不限于以下两种方式。

在一种可能的实施方式中，可以通过安装方向实现不同偏振方向。请继续参考图2，所述光源模组包括基座30，所述两组光源21、22设置在所述基座30上，所述两组光源21、22的安装方向不同，其中一组光源的安装方向相对于另一组光源的安装方向绕所述光源的出光光轴旋转90度，使得所述两组光源21、22出射的光束的传播方向平行，偏振方向相互垂直。

在另一种可能的实施方式中，两组光源21、22安装时不需要旋转，可以通过增加偏振态生成器件的方式来改变其中一组光源的偏振态，如图4所示，为本实用新型实施例中提供的偏振态生成器件的结构示意图。所述光源模组包括偏振态生成器件31，设置在所述两组光源21、22中的任意一组光源的出射光路上，在图4中，偏振态生成器件31设置在光源22的出射光路上。在实际应用中，偏振态生成器件31可以是已知的偏振态生成器件，例如偏振态生成器件31可以是能使光束的偏振态在两个垂直的偏振态之间转变的波片或偏振延迟器，如四分之一波片；或者，也可以为双折射材料的薄片，例如由聚合物薄膜延迟器(polymer film retarder)、双折射晶体延迟器(birefringent crystal retarder)、液晶延迟器(liquid crystal retarder)或者这些的组合来形成。

本实用新型实施例中，两组波长合束器件24、25和检测光束合束器件27均为波分薄膜滤波片，两组波长合束器件24、25和检测光束合束器件27对应4个波长截止和通过，从而对两组光源21、22出射的光束进行合束，以及对图像光和检测光进行合束。其中，检测光源23可以为不可见光光源，例如：可以为红外光源。检测光源23可以作为安全检测、图像反馈等用途，本实用新型对此不做限制。

本实用新型实施例中，滤波片可以用热固化胶固定或用紫外胶固定在基座30的底部。

本实用新型实施例中，偏振合束器件26可以为偏振合束器PBC(PolarizationBeam Combiner)，用以对两组光源21、22出射的光束进行合束。

本实用新型实施例中，偏振合束器PBC固定支撑，偏振合束器PBC与基座30之间用热固化胶固定或用紫外胶固定。

本实用新型实施例中，请参考图2，反射镜32位于其中一组波长合束器件25的出射光路上，其中一组波长合束器件25出射的光经所述反射镜32反射折转90度后，从所述偏振合束器件26的一侧入射；另一组波长合束器件24出射的光从所述偏振合束器件26的另一侧直接入射。

本实用新型实施例中，反射镜32固定支撑，反射镜32与基座30之间用热固化胶固定或用紫外胶固定。

本实用新型实施例中，所述输入光源通过焊料烧结的方式固定在所述基座30的侧壁上，使得所述输入光源与所述基座30之间没有间隙。本实用新型实施例中，激光器可以采用TO管，TO管又称同轴封装激光二极管。激光器与基座30固定时，用焊料烧结，激光器与所述基座30之间没有间隙，散热很好，激光器烧结在基座30，激光器与基座30不调节，器件稳定好，光耦合效率不受激光焊接的影响。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例的方案中，图像光源包括两组光源，每组光源包括R、G、B三种发光单元，两组光源出射的光束的偏振态不同，然后，通过波长合束器件和偏振合束器件将两组图像光源出射的光合束为一束图像光，再将图像光和检测光合束后的光耦入光纤，从而提高光源模组的总功率，使其能够满足光纤扫描成像系统在一些高亮度场景中的亮度要求。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种光纤耦合光源模组，其特征在于，包括：

输入光源，所述输入光源包括图像光源和检测光源；所述图像光源包括两组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，两组光源出射的光束的偏振态不同；

两组波长合束器件，分别设置在所述两组光源的出射光路上；所述两组光源出射的光束经对应的波长合束器件合束为两束图像光束；

偏振合束器件，与所述两组波长合束器件中的一组同轴设置，同轴的波长合束器件出射的光束直接进入所述偏振合束器件，另一组波长合束器件出射的光束经反射镜反射后，从所述偏振合束器件的另一边进入所述偏振合束器件，所述两束图像光束通过所述偏振合束器件合束后合为一束图像光束；

检测光束合束器件，位于所述偏振合束器件出射光束后方，所述检测光源位于所述检测光束合束器件侧边，所述检测光源出射光束与所述偏振合束器件出射光束垂直，所述检测光源出射光束和所述偏振合束器件出射的图像光束经所述检测光束合束器件合为一束后，通过耦合透镜耦入光纤。

2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述两组光源中的一组光源出射的光束的偏振方向为水平方向，另一组光源出射的光束的偏振方向为垂直方向。

3.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组包括基座，所述两组光源设置在所述基座上，所述两组光源的安装方向不同，其中一组光源的安装方向相对于另一组光源的安装方向绕所述光源的出光光轴旋转90度，使得所述两组光源出射的光束的传播方向平行，偏振方向相互垂直。

4.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组包括偏振态生成器件，设置在所述两组光源中的任意一组光源的出射光路上。

5.如权利要求4所述的光源模组，其特征在于，所述偏振态生成器件为四分之一波片。

6.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述两组波长合束器件和所述检测光束合束器件均为波分薄膜滤波片。

7.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述偏振合束器件为偏振合束器PBC。

8.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述检测光源为红外光源。

9.一种光纤扫描成像系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的光源模组和光扫描模组，所述光源模组出射的光经所述光扫描模组扫描输出后，作为显示图像光；所述光扫描模组包括致动器，所述光源模组中的光纤出射端固定在所述致动器上，所述光纤超出所述致动器并形成光纤悬臂，所述光纤悬臂被所述致动器带动以在三维空间中扫动。

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