一种激光器和激光投影系统

摘要

本发明公开了一种激光器和激光投影系统，激光器包括多个激光芯片组件，和位于激光芯片组件出光侧的衍射光学元件。衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

权利要求

1.一种激光器，其特征在于，包括：

管壳；所述管壳包括底板和位于所述底板之上的环状侧壁，所述底板和所述环状侧壁形成容置空间；

多个激光芯片组件，固定于所述管壳的底板上；和

衍射光学元件，位于所述激光芯片组件的出光侧；所述衍射光学元件用于对所述激光芯片组件出射的激光光束进行整形；

其中，所述衍射光学元件位于所述管壳的环形侧壁背离所述底板的一侧，与所述管壳形成封闭空间，所述衍射光学元件面向所述激光芯片组件的表面具有菲涅尔结构，所述衍射光学元件背离所述激光芯片组件一侧的表面具有多个衍射单元；所述菲涅尔结构用于对所述激光芯片组件的出射光进行准直；所述衍射单元用于对入射的激光光束进行整形。

2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，各所述衍射单元呈二维矩阵分布；

所述衍射单元为多层微结构构成的阶梯状结构。

3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，一层所述微结构的尺寸为10nm 100μm。

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4.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括：

多个反射镜，位于所述管壳之内；一个所述反射镜对应至少一个所述激光芯片组件，所述反射镜位于对应的所述激光芯片组件的出光侧，用于接收对应的所述激光芯片组件的出射光线向设定方向反射；

所述衍射光学元件位于所述反射镜的出光侧。

5.如权利要求1‑4任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光芯片组件包括红光激光芯片组件、绿光激光芯片组件和蓝光激光芯片组件；各所述红光激光芯片组件呈阵列排布构成红光激光芯片组件阵列，各所述绿光激光芯片组件呈阵列排布构成绿光激光芯片组件阵列，各所述蓝光激光芯片组件呈阵列排布构成蓝光激光芯片组件阵列；

所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和第三衍射光学元件；

所述第一衍射光学元件位于所述红光激光芯片组件阵列的出光侧，所述第二衍射光学元件位于所述绿光激光芯片组件阵列的出光侧，所述第三衍射光学元件位于所述蓝光激光芯片组件阵列的出光侧。

6.一种激光投影系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1‑5任一项所述的激光器，位于所述激光器出光侧的合光组件，位于所述合光组件的出光侧的反射组件，位于所述反射组件反射光路上的光阀调制部件，以及位于所述光阀调制部件出光侧的投影镜头。

7.如权利要求6所述的激光投影系统，其特征在于，还包括：位于所述合光组件和所述反射组件之间的照明透镜组。

说明书

一种激光器和激光投影系统

技术领域

[0001] 本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种激光器和激光投影系统。

背景技术

[0002] 激光投影显示技术也称为激光投影技术或者激光显示技术，是以激光作为光源进行投影显示的技术。激光投影可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。其色域覆盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上，是传统显示色域覆盖率的两倍以上。

[0003] 目前激光投影系统通常会在激光光源的出光侧设置照明系统进行整形匀化。照明系统通常采用光导管来实现，但是将激光光源发出的光照射入狭小的光导管中，会出现很多的能量损失。为了达到一定均匀性，光导管需要做的比较长，通常在30mm以上，因此导致整个光学引擎的长度很长，无法实现更小的体积。

发明内容

[0004] 本发明一些实施例中，激光器包括多个激光芯片组件，和位于激光芯片组件出光侧的衍射光学元件。衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0005] 本发明一些实施例中，衍射光学元件包括多个衍射单元，各衍射单元呈二维矩阵分布。其中，衍射单元为多层微结构构成的阶梯状结构，一层微结构的尺寸为10nm～100μm。衍射光学元件是采用微纳刻蚀工艺形成二维分布的衍射单元，每个衍射单元可以有特定的形貌、尺寸、折射率等，可以对激光波前位相分布进行精细调控。激光光束经过每个衍射单元后发生衍射，并在一定距离处产生干涉，形成特定的光强分布。

[0006] 本发明一些实施例中，激光芯片组件出射的激光光斑在经过衍射光学元件之后整形为强度分布均匀且具有设定尺寸的矩形光斑，满足投影系统中的照明需求。

[0007] 本发明一些实施例中，激光器还包括管壳，激光芯片组件和位于激光芯片组件出光侧的反射镜设置于管壳内，衍射光学元件位于反射镜的出光侧。通过反射镜反射激光芯片组件出光的形式可以通过调整反射镜来调节出光位置，从而达到更高的精度。

[0008] 本发明一些实施例中，激光芯片组件包括红光激光芯片组件、绿光激光芯片组件和蓝光激光芯片组件。相应地，衍射光学元件包括第一衍射光学元件，第二衍射光学元件和第三衍射光学元件。第一衍射光学元件位于红光激光芯片组件的出光侧，用于对红色激光光束整形；第二衍射光学元件位于绿光激光芯片组件的出光侧，用于对绿色激光光束整形；第三衍射光学元件位于蓝光激光芯片组件的出光侧，用于对蓝色激光光束整形。由此将不同颜色的激光光束均整形为能量分布均匀的矩形光斑。

[0009] 本发明一些实施例中，激光器还包括密封玻璃，与管壳形成密封结构。衍射光学元件位于密封玻璃背离激光芯片组件的一侧。这样无需改变激光器的封装结构，在激光器封装完成后再设置衍射光学元件即可。

[0010] 本发明一些实施例中，衍射光学元件设置在密封玻璃面向激光芯片组件的一侧。将衍射光学元件封装在激光器的内部，可以起到对衍射光学元件的保护作用，由此可以延长衍射光学元件的使用寿命，使激光器的出射激光光束强度分布均匀。

[0011] 本发明一些实施例中，衍射光学元件位于管壳的环形侧壁背离底板的一侧，衍射光学元件与管壳形成封闭空间。采用衍射光学元件代替密封玻璃，以使衍射元件和管壳形成密封结构，对激光芯片组件进行封装，由此可以简化结构设计。

[0012] 本发明一些实施例中，衍射光学元件面向激光芯片组件一侧的表面设置菲涅尔结构，在衍射光学元件背离激光芯片组件一侧的表面形成多个衍射单元。其中，菲涅尔结构用于对激光芯片组件的出射光进行准直；衍射单元用于对入射的激光光束进行整形。由此省略准直透镜，使得激光器的结构更加紧凑。

[0013] 本发明一些实施例中，投影系统包括上述任一激光器，位于激光器出光侧的合光组件，位于合光组件出光侧的反射组件，位于反射组件反射光路上的光阀调制部件，以及位于光阀调制部件出光侧的投影镜头。

[0014] 本发明一些实施例中，激光器的出射光班为强度分布均匀的矩形光斑，当激光器出射的激光光束的强度分布和发散角满足光阀调制部件的使用需求时，直接采用合光组件对激光器出射的不同颜色的激光光束进行简单的合束后向反射组件入射，反射组件再将光线以合适的角度反射到光阀调制部件上，经过光阀调制部件对光线的调制之后向投影镜头出射，投影镜头进行成像，以将图像投影在投影屏幕或设定位置处，观看者观看投影屏幕可以观看到显示画面。

[0015] 本发明一些实施例中，投影系统包括至少两个上述的激光器，合光组件位于激光器出射光的交汇处，用于对各激光器的出射光束进行合束，合光组件的出光侧还设置有反射组件，反射组件的反射路径上设置有光阀调制部件，光阀调制部件的出光侧设置有投影镜头。上述任一激光器中均设置有衍射光学元件，衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0016] 本发明一些实施例中，投影系统还包括位于合光组件和反射组件之间的照明透镜组。照明透镜组用于对入射到光阀调制部件的光束进行整形和匀化，从而满足光阀调制部件的使用需求。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为本发明实施例提供的光斑强度曲线示意图；

[0019] 图2为本发明实施例提供的激光器的结构示意图之一；

[0020] 图3为本发明实施例提供的管壳的结构示意图；

[0021] 图4为本发明实施例提供的衍射光学元件的结构示意图；

[0022] 图5为本发明实施例提供的激光光束经过衍射元件前后的光斑示意图之一；

[0023] 图6为本发明实施例提供的激光光束经过衍射元件前后的光斑示意图之二；

[0024] 图7为本发明实施例提供的激光器的结构示意图之二；

[0025] 图8为本发明实施例提供的激光器的结构示意图之三；

[0026] 图9为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一；

[0027] 图10为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二；

[0028] 图11为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之三。

具体实施方式

[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

[0030] 投影显示是由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的方法或装置。随着投影显示技术的发展，投影显示逐渐应用于商务活动、会议展览、科学教育、军事指挥、交通管理、集中监控和广告娱乐等领域，其显示画面尺寸较大、显示清晰等优点同样适应于大屏幕显示的要求。

[0031] 目前常用的投影系统为数字光处理(Digital Light Processing，简称DLP)架构，由数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)作为核心器件，由投影光源出射光线入射到DMD上产生图像，再将DMD产生的图像的出射光入射到投影镜头，由投影镜头进行成像，最终由投影屏幕接收。

[0032] 其中，投影光源可以采用MCL激光器，MCL激光器具有高集成度，有利于激光光源的小型化发展。MCL激光器通常包括多个激光芯片，可以同时包括三种三基色光的激光芯片，因此采用一台MCL激光器就可以实现三基色光的出射。

[0033] 图1为本发明实施例提供的光斑强度曲线示意图。

[0034] 目前的全色激光显示，由于单颗激光芯片发出光能量分布为高斯分布，如图1中的(a)所示，高斯分布呈现出中心位置光强较大，而边缘位置光强急剧减小的趋势，无法满足均匀照明的要求。

[0035] 为了实现均匀照明，需要把其出射激光转换为矩形光斑，如图1中的(b)所示。矩形光斑在各位置的光强均匀，符合投影系统中的照明要求。

[0036] 为了对激光光束的光强进行匀化，可以在激光器的出光侧设置扩散片对光束进行匀化，但是实际上采用扩散片将光束匀化，其光斑强度变为图1中(c)所示，中心亮度高，边缘亮度低。若想使其光强更加均匀，需要将扩散角度增大，这样会损失掉大量边缘能量。

[0037] 除此之外，在投影系统中还需要设置光导管等匀光部件对光线进行匀化，但是将激光光源发出的光照射入狭小的光导管中，会出现很多的能量损失。为了达到一定均匀性，光导管需要做的比较长，通常在30mm以上，因此导致整个光学引擎的长度很长，无法实现更小的体积。

[0038] 有鉴于此，本发明实施例提供一种激光器和投影系统，可以有效匀化激光光束的强度分布，并且省略光导管的作用，实现投影系统小体积设计。

[0039] 图2为本发明实施例提供的激光器的结构示意图之一。

[0040] 如图2所示，激光器包括：管壳100、多个激光芯片组件200、反射镜300、密封玻璃400、准直透镜500和衍射光学元件600。

[0041] 图3为本发明实施例提供的管壳的结构示意图。

[0042] 如图3所示，管壳100用于容置激光芯片组件200，对激光芯片组件200进行封装。管壳100包括底板101和位于底板之上的环状侧壁102，底板101和环状侧壁102形成容置空间。其中，底板101和环状侧壁102可以采用相同的材料进行制作，例如可以采用无氧铜或可伐金属等材料进行制作。底板101和环形侧壁102可以分别制作，再将两者焊接形成容置空间。

[0043] 多个激光芯片组件200固定于管壳的底板101之上。激光芯片组件200包括激光芯片201和热沉202。激光芯片201和热沉202采用高精度共晶焊接机进行焊接，形成激光芯片组件，也称为Cos(Chip on submount，简称Cos)组件。热沉202用于对激光芯片201进行散热，通常也可以采用金属材料进行制作，在此不做限定。

[0044] 如图2和图3所示，多个反射镜300位于管壳100之内。一个反射镜300对应至少一个激光芯片组件200，反射镜300位于对应的激光芯片组件200的出光侧，用于接收对应的激光芯片组件200的出射光线向设定方向反射。

[0045] 反射镜300用于对激光芯片组件200的出射光进行折转，通常情况下反射镜300的反射面与激光芯片组件200的出光方向的夹角可以为45°。本发明实施例采用这样的光路设计，通过反射镜300反射激光芯片组件200出光的形式可以通过调整反射镜300来调节出光位置，从而达到更高的精度。

[0046] 激光器还包括图中未示出的盖板，盖板的四周设置有金属框，用于与管壳焊接，具体地可以利用平行封焊接技术将盖板焊接到管壳上。其中，密封玻璃400通过一种绿胶固定在盖板上。

[0047] 准直透镜500位于密封玻璃400背离管壳100的一侧，在具体实施时，准直透镜500可以采用非球面透镜，通过对准工艺控制，对非球面的准直透镜500进行准直调试，并通过UV胶固定在盖板上。

[0048] 由于激光芯片组件200出射的激光光束呈高斯分布，不满足投影系统所需要的强度分布均匀的要求。有鉴于此，本发明实施例在激光芯片组件200的出光侧还设置了衍射光学元件600，具体可以将衍射光学元件600设置在反射镜300的出光侧。衍射光学元件可以对激光芯片组件200出射的激光光束进行整形，从而使整形后的激光光束的能量分布均匀，将呈高斯分布的光斑整形为能量分布均匀的矩形光斑，从而满足投影系统的照明需求。

[0049] 图4为本发明实施例提供的衍射光学元件的结构示意图。

[0050] 如图4所示，具体地，衍射光学元件(Diffractive Optical Element，简称DOE)600包括多个衍射单元60，各衍射单元60呈二维矩阵分布。其中，衍射单元60为多层微结构构成的阶梯状结构，一层微结构的尺寸为10nm～100μm。

[0051] DOE(600)是采用微纳刻蚀工艺形成二维分布的衍射单元60，每个衍射单元60可以有特定的形貌、尺寸、折射率等，可以对激光波前位相分布进行精细调控。激光光束经过每个衍射单元60后发生衍射，并在一定距离处产生干涉，形成特定的光强分布。

[0052] 图5为本发明实施例提供的激光光束经过衍射元件前后的光斑示意图之一。

[0053] 如图5所示，通过对DOE(600)中各衍射单元的特殊设计，可以使激光光束在经过DOE(600)之后光斑为矩形光斑。矩形光斑的能量分布更加均匀，可以满足投影系统中的照明需求。

[0054] 通过在激光器中设置衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0055] 如图2所示，本发明实施例提供的上述的激光器可以采用MCL激光器。激光器中的各激光芯片组件200呈阵列排布。其中，激光芯片组件可以包括红光激光芯片组件201、绿光激光芯片组件202和蓝光激光芯片组件203；各红光激光芯片组件201呈阵列排布构成红光激光芯片组件阵列，各绿光激光芯片组件202呈阵列排布构成绿光激光芯片组件阵列，各蓝光激光芯片组件203呈阵列排布构成蓝光激光芯片组件阵列。例如，红光激光芯片组件201可以构成2×4的红光激光芯片组件阵列，绿光激光芯片组件202可以构成1×4的绿光激光芯片组件阵列，蓝光激光芯片组件203可以构成1×4的蓝光激光芯片组件阵列，由此构成两行红光激光芯片组件201、一行绿装光激光芯片组件202和一行蓝光激光芯片组件203依次排列，构成4×4的激光芯片组件阵列。

[0056] 相应地，衍射光学元件600可以包括第一衍射光学元件6001、第二衍射光学元件602和第三衍射光学元件603；其中，第一衍射光学元件601位于红光激光芯片组件阵列的出光侧，第二衍射光学元件602位于绿光激光芯片组件阵列的出光侧，第三衍射光学元件603位于蓝光激光芯片组件阵列的出光侧。

[0057] 第一衍射光学元件601用于对红光激光芯片组件出射的激光光束进行整形，第二衍射光学元件602用于对绿光激光芯片组件出射的激光光束进行整形，第三衍射光学元件603用于对蓝光激光芯片组件出射的激光光束进行整形。

[0058] 图6为本发明实施例提供的激光光束经过衍射元件前后的光斑示意图之二。

[0059] 如图6所示，红光激光芯片组件201的出射激光光束为左侧所示的呈高斯分布的光斑201x，绿光激光芯片组件202的出射激光光束为左侧所示的呈高斯分布的光斑202x，蓝光激光芯片组件203的出射激光光束为左侧所示的呈高斯分布的光斑203x。当红光激光芯片组件201出射的激光光束经过第一衍射光学元件601的整形之后，可以形成右侧所示的强度分布均匀的矩形光斑201y；当绿光激光芯片组件202出射的激光光束经过第二衍射光学元件602的整形之后，可以形成右侧所示的强度分布均匀的矩形光斑202y；当蓝光激光芯片组件203出射的激光光束经过第三衍射光学元件603的整形之后，可以形成右侧所示的强度分布均匀的矩形光斑203y。由此可以通过在各颜色的激光芯片组件阵列的出光侧依次设置与之对应的衍射光学元件，可以将激光芯片组件的出射激光光束整形为强度分布均匀且具有设定尺寸的矩形光斑。从而使激光器的出射光可以满足投影系统的照明需求。

[0060] 其中，红色光斑、绿色光斑和蓝色光斑的尺寸和发散角可以不同，可根据具体合光光路、照明光路以及投影系统所需要的光学扩展量进行分别设计，相应地可以调整第一衍射光学单元、第二衍射光学单元和第三衍射光学单元的参数，以适应实际应用需求，在此不做限定。

[0061] 在具体实施时，激光器中的激光芯片组件还可能按照其它规则进行排列，此时只需要按照出射的矩形光斑的需要来调整衍射单元的参数，以使特定的衍射光学元件与之对应即可。本发明实施例不对激光芯片组件的具体排列结构，以及衍射光学元件的具体参数进行限定。

[0062] 在一些实施例中，如图2所示，衍射光学元件600可以设置在密封玻璃400背离激光芯片组件200的一侧。这样无需改变激光器的封装结构，在激光器封装完成后再设置衍射光学元件即可。

[0063] 图7为本发明实施例提供的激光器的结构示意图之二。

[0064] 如图7所示，在一些实施例中，衍射光学元件600还可以设置在密封玻璃400面向激光芯片组件200的一侧。将衍射光学元件600封装在激光器的内部，可以起到对衍射光学元件600的保护作用，由此可以延长衍射光学元件600的使用寿命，使激光器的出射激光光束强度分布均匀。

[0065] 图8为本发明实施例提供的激光器的结构示意图之三。

[0066] 如图8所示，在一些实施例中，衍射光学元件600位于管壳的环形侧壁102背离底板101的一侧，衍射光学元件600与管壳100形成封闭空间。采用衍射光学元件600代替密封玻璃，以使衍射元件600和管壳形成密封结构，对激光芯片组件200进行封装，由此可以简化结构设计。

[0067] 在一些实施例中，如图8所示，还可以在衍射光学元件600面向激光芯片组件200一侧的表面设置菲涅尔结构f，在衍射光学元件600背离激光芯片组件200一侧的表面形成多个衍射单元。其中，菲涅尔结构f用于对激光芯片组件200的出射光进行准直；衍射单元用于对入射的激光光束进行整形。

[0068] 采用图8所示的衍射光学元件600结构，则不需要额外设置准直透镜，其衍射光学元件600面向激光芯片组件200一侧的菲涅尔结构f可以起到准直透镜的作用，对光线进行准直。通过将菲涅尔结构f和衍射单元设置在衍射光学元件的两个表面，既可以对光线进行准直，又可以对激光光束进行整形，使得激光器的结构更加紧凑。

[0069] 另一方面，本发明实施例提供一种投影系统。图9为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一。

[0070] 如图9所示，投影系统包括上述任一激光器1，位于激光器1出光侧的合光组件2，位于合光组件2出光侧的反射组件3，位于反射组件3反射光路上的光阀调制部件4，以及位于光阀调制部4件出光侧的投影镜头5。

[0071] 本发明实施例提供的激光器的出射光班为强度分布均匀的矩形光斑，当激光器出射的激光光束的强度分布和发散角满足光阀调制部件4的使用需求时，可以直接采用合光组件2对激光器出射的不同颜色的激光光束进行简单的合束后向反射组件3入射，反射组件3再将光线以合适的角度反射到光阀调制部件4上，经过光阀调制部件4对光线的调制之后向投影镜头5出射，投影镜头5进行成像，以将图像投影在投影屏幕或设定位置处，观看者观看投影屏幕可以观看到显示画面。

[0072] 由于本发明实施例提供的激光器中设置有衍射光学元件，衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0073] 具体地，如图9所示，当激光器1包括红光激光芯片组件、绿光激光芯片组件和蓝光激光芯片组件时，合光组件2可以包括反射镜21、第一合光镜22和第二合光镜23。

[0074] 其中，其中，反射镜21位于蓝光激光芯片组件出光侧；第一合光镜22位于反射镜21的出射光和绿光激光芯片组件的出射光的交汇处；第二合光镜23位于第一合光镜22的出射光和红光激光芯片组件的出射光的交汇处。

[0075] 反射镜21用于将蓝光激光芯片组件出射的蓝色激光光束向第一合光镜22反射；第一合光镜22用于透射蓝光激光芯片组件出射的蓝色激光光束，反射绿激光芯片组件出射的绿色激光光束；第二合光镜23用于透射蓝光激光芯片组件和绿光激光芯片组件出射的蓝色激光光束和绿色激光光束，反射绿色激光芯片组件出射的红色激光光束。从而将红色、绿色和蓝色激光光束进行合束，并使合束后的光束由第二合光镜23一侧出射。

[0076] 反射组件3可以设置在第二合光镜23的出光侧。反射组件3可以采用如全反射棱镜。通常情况下，反射组件3会包括两个相对设置的全反射棱镜，激光光束在以设定角度入射到其中一个全反射棱镜时，入射角度满足全反射棱镜的全反射条件，该全反射棱镜可以将光线全部向光阀调制部件4反射。光线再经过光阀调制部件4的调制之后再次向该全反射棱镜出射，此时光线不再满足全反射条件可以顺利出射；再经过另一个全反射棱镜对光线的折射作用，可以使调制光线垂直入射到投影镜头5上。

[0077] 除此之外，反射组件4也可以采用反射镜，激光光束在以设定角度入射到反射镜之后，反射镜将光线以满足光阀调制部件4入射角度的方向反射到光阀调制部件4。光阀调制部件4对光线进行调制之后再向投影镜头出射。

[0078] 光阀调制部件4可以采用DMD，DMD为反射式光阀器件，DMD表面包括成千上万个微小反射镜，每个小反射镜可单独受驱动进行偏转，通过控制DMD的偏转角度使反射光入射到投影镜头5，从而对光线进行调制。

[0079] 由光阀调制部件4调制之后的出射光需要经过投影镜头5进行成像，以将图像投影在投影屏幕或设定位置处，观看者观看投影屏幕可以观看到显示画面。

[0080] 图10为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二。

[0081] 如图10所示，在一些实施例中，投影系统还包括位于合光组件2和反射组件3之间的照明透镜组6。照明透镜组6用于对入射到光阀调制部件4的光束进行整形和匀化，从而满足光阀调制部件4的使用需求。

[0082] 图11为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之三。

[0083] 如图11所示，在一些实施例中，投影系统可以包括至少两个上述激光器，除此之外，还包括位于激光器出射光交汇处的合光组件2，合光组件2用于对各激光器的出射光束进行合束。

[0084] 举例来说，如图11所示，投影系统包括第一激光器1a和第二激光器1b；其中第一激光器1a第二激光器1b可以为结构相同的两个激光器。第一激光器1a和第二激光器1b均可以包括红色激光芯片组件、绿色激光芯片组件和蓝色激光芯片组件。在两个激光器中，三种激光芯片组件的排列规则可以相同。

[0085] 激光投影系统还包括：合光组件2，合光组件2位于第一激光器1a和第二激光器1b的出射光束交汇处，用于对第一激光器1a和第二激光器1b的出射光束进行合束。

[0086] 合光组件2可以包括第一合光镜22和第二合光镜23。其中，第一合光镜22用于透射红色激光光束，反射绿色和蓝色激光光束；第二合光镜23用于透射绿色和蓝色激光光束反射红色激光光束，从而将两个激光器出射的不同颜色的激光光束进行合束。

[0087] 除此之外，可以将上述合光之后光束直接入射反射组件3以使光阀调制部件4对入射光线进行调制，也可以在合光组件2和反射组件3之间设置照明透镜组6，从而对激光光束进一步整形和匀化。

[0088] 上述任一激光器中均设置有衍射光学元件，衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0089] 根据第一发明构思，激光器包括多个激光芯片组件，和位于激光芯片组件出光侧的衍射光学元件。衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0090] 根据第二发明构思，衍射光学元件包括多个衍射单元，各衍射单元呈二维矩阵分布。其中，衍射单元为多层微结构构成的阶梯状结构，一层微结构的尺寸为10nm～100μm。衍射光学元件是采用微纳刻蚀工艺形成二维分布的衍射单元，每个衍射单元可以有特定的形貌、尺寸、折射率等，可以对激光波前位相分布进行精细调控。激光光束经过每个衍射单元后发生衍射，并在一定距离处产生干涉，形成特定的光强分布。

[0091] 根据第三发明构思，激光芯片组件出射的激光光斑在经过衍射光学元件之后整形为强度分布均匀且具有设定尺寸的矩形光斑，满足投影系统中的照明需求。

[0092] 根据第四发明构思，激光器还包括管壳，激光芯片组件和位于激光芯片组件出光侧的反射镜设置于管壳内，衍射光学元件位于反射镜的出光侧。通过反射镜反射激光芯片组件出光的形式可以通过调整反射镜来调节出光位置，从而达到更高的精度。

[0093] 根据第五发明构思，激光芯片组件包括红光激光芯片组件、绿光激光芯片组件和蓝光激光芯片组件。相应地，衍射光学元件包括第一衍射光学元件，第二衍射光学元件和第三衍射光学元件。第一衍射光学元件位于红光激光芯片组件的出光侧，用于对红色激光光束整形；第二衍射光学元件位于绿光激光芯片组件的出光侧，用于对绿色激光光束整形；第三衍射光学元件位于蓝光激光芯片组件的出光侧，用于对蓝色激光光束整形。由此将不同颜色的激光光束均整形为能量分布均匀的矩形光斑。

[0094] 根据第六发明构思，激光器还包括密封玻璃，与管壳形成密封结构。衍射光学元件位于密封玻璃背离激光芯片组件的一侧。这样无需改变激光器的封装结构，在激光器封装完成后再设置衍射光学元件即可。

[0095] 根据第七发明构思，衍射光学元件设置在密封玻璃面向激光芯片组件的一侧。将衍射光学元件封装在激光器的内部，可以起到对衍射光学元件的保护作用，由此可以延长衍射光学元件的使用寿命，使激光器的出射激光光束强度分布均匀。

[0096] 根据第八发明构思，衍射光学元件位于管壳的环形侧壁背离底板的一侧，衍射光学元件与管壳形成封闭空间。采用衍射光学元件代替密封玻璃，以使衍射元件和管壳形成密封结构，对激光芯片组件进行封装，由此可以简化结构设计。

[0097] 根据第九发明构思，衍射光学元件面向激光芯片组件一侧的表面设置菲涅尔结构，在衍射光学元件背离激光芯片组件一侧的表面形成多个衍射单元。其中，菲涅尔结构用于对激光芯片组件的出射光进行准直；衍射单元用于对入射的激光光束进行整形。由此省略准直透镜，使得激光器的结构更加紧凑。

[0098] 根据第十发明构思，投影系统包括上述任一激光器，位于激光器出光侧的合光组件，位于合光组件出光侧的反射组件，位于反射组件反射光路上的光阀调制部件，以及位于光阀调制部件出光侧的投影镜头。

[0099] 根据第十一发明构思，激光器的出射光班为强度分布均匀的矩形光斑，当激光器出射的激光光束的强度分布和发散角满足光阀调制部件的使用需求时，直接采用合光组件对激光器出射的不同颜色的激光光束进行简单的合束后向反射组件入射，反射组件再将光线以合适的角度反射到光阀调制部件上，经过光阀调制部件对光线的调制之后向投影镜头出射，投影镜头进行成像，以将图像投影在投影屏幕或设定位置处，观看者观看投影屏幕可以观看到显示画面。

[0100] 根据第十二发明构思，投影系统包括至少两个上述的激光器，合光组件位于激光器出射光的交汇处，用于对各激光器的出射光束进行合束，合光组件的出光侧还设置有反射组件，反射组件的反射路径上设置有光阀调制部件，光阀调制部件的出光侧设置有投影镜头。上述任一激光器中均设置有衍射光学元件，衍射光学元件对激光芯片组件出射的激光光束进行整形，从而可以根据实际需要将激光器出射的激光光束进行整形匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，避免由于光导管造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

[0101] 根据第十三发明构思，投影系统还包括位于合光组件和反射组件之间的照明透镜组。照明透镜组用于对入射到光阀调制部件的光束进行整形和匀化，从而满足光阀调制部件的使用需求。

[0102] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0103] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。