CN113625522B - 一种激光投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光投影系统，包括：激光器和衍射光学元件，其中激光器用于出射激光光束；衍射光学元件位于激光器的出光侧，用于对激光器出射的激光光束进行整形。采用衍射光学元件对激光器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。

Description

一种激光投影系统

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种激光投影系统。

背景技术

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。

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

本发明一些实施例中，投影系统包括激光器和衍射光学元件，其中激光器用于出射激光光束；衍射光学元件位于激光器的出光侧，用于对激光器出射的激光光束进行整形。采用衍射光学元件对激光器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。

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。

本发明一些实施例中，激光器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。

本发明一些实施例中，投影系统还包括光阀调制部件，通过对衍射光学元件中的各衍射单元的参数设计使得衍射光学元件的出射光斑能量分布均匀且尺寸符合光阀调制部件使用要求，从而可以使衍射光学元件的出射光直接入射光阀调制部件，从而进行对光线的调制。

本发明一些实施例中，投影系统还包括在衍射光学单元和光阀调制部件之间的反射组件。反射组件用于将衍射光学元件的出射光以设定角度向光阀调制部件反射。

本发明一些实施例中，反射组件可以采用全反射棱镜或反射镜。

本发明一些实施例中，为了实现全彩显示，激光器至少包括两种激光芯片；两种激光芯片的出射波长不同；其中，同一种激光芯片呈阵列排布构成激光芯片阵列，同一种激光芯片阵列用于出射一种颜色的激光光束。

本发明一些实施例中，激光器包括：第一激光芯片、第二激光芯片和第三激光芯片。各激光芯片呈阵列排布。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；其中，第一衍射光学元件位于第一激光芯片构成的第一激光芯片阵列的出光侧，第二衍射光学元件位于第二激光芯片构成的第二激光芯片阵列的出光侧，第三衍射光学元件位于第三激光芯片构成的第三激光芯片阵列的出光侧。第一衍射光学元件用于对第一激光芯片阵列出射的激光光束进行整形，第二衍射光学元件用于对第二激光芯片阵列出射的激光光束进行整形，第三衍射光学元件用于对第三激光芯片阵列出射的激光光束进行整形。同时第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和第二衍射光学元件还可以将整形后的光斑投射在相同的位置，由此将不同颜色的激光混合成强度分布均匀，且具有设定尺寸的白色光斑。

本发明一些实施例中，激光投影系统还包括合光组件。合光组件位于激光器的出光侧，用于对激光器出射的至少两个不同颜色的激光光束进行合束。衍射光学元件位于合光组件的出光侧。衍射光学元件对合束后的激光光束进行整形，以得到强度均匀且具有设定尺寸的矩形光斑。

本发明一些实施例中，激光器包括第一激光芯片、第二激光芯片和第激光芯片。合光组件包括反射镜、第一合光镜和第二合光镜。反射镜位于第三激光芯片构成的第三激光芯片阵列的出光侧；第一合光镜位于反射镜的出射光和第二激光芯片构成的第二激光芯片阵列的出射光的交汇处；第二合光镜位于第一合光镜的出射光和第一激光芯片构成的第一激光芯片阵列的出射光的交汇处。反射镜用于将第三激光芯片阵列的出射光向第一合光镜反射；第一合光镜用于透射第三激光芯片阵列的出射光，反射第二激光芯片阵列的出射光；第二合光镜用于透射第三激光芯片阵列和第二激光芯片阵列的出射光，反射第一激光芯片阵列的出射光。衍射光学元件位于第二合光镜的出光侧，用于对合束后激光光束进行整形。

本发明一些实施例中，激光投影系统包括两个激光器，分别为第一激光器和第二激光器；激光投影系统还包括：合光组件，合光组件位于第一激光器和第二激光器的出射光束交汇处，用于对第一激光器和第二激光器的出射光束进行合束；衍射光学元件位于合光组件的出光侧，用于对合束后激光光束进行整形。

本发明一些实施例中，第一激光芯片的出射光为第一线偏振光，第二激光芯片和第三激光芯片的出射光为第二线偏振光；其中，第一线偏振光和第二线偏振光的偏振方向相互垂直；激光投影系统还包括：半波片；半波片位于第一激光芯片阵列的出光侧；或者，半波片位于第二激光芯片阵列和第三激光芯片阵列的出光侧。通过设置半波片，使第一激光芯片、第二激光芯片和第三激光芯片的出射光为同一种偏振态。

本发明一些实施例中，第一激光芯片为红光激光芯片，第二激光芯片为绿光激光芯片，第三激光芯片为蓝光激光芯片。

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。

图1为本发明实施例提供的光斑强度曲线示意图；

图2为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的衍射光学元件的结构示意图；

图4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；

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二；

图6为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二；

图7为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之三；

图8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三；

图9为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之四；

图10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四。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

图1为本发明实施例提供的光斑强度曲线示意图。

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。

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。

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。

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。

有鉴于此，本发明实施例提供一种投影系统，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。

图2为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一。

如图2所示，投影系统包括：激光器10、衍射光学元件20、光阀调制部件30、反射组件40和投影镜头50。

激光器10用于出射激光光束。本发明实施例提供的激光器10可以采用MCL激光器，激光器中包括多个呈阵列排布的激光芯片，由多个激光芯片构成的激光芯片阵列可以出射激光光束。

衍射光学元件20位于激光器10的出光侧，用于对激光器出射的激光光束进行整形。如上所述激光芯片的出射光呈高斯分布，为了对激光光斑的光强分布进行匀化，在激光器10的出光侧设置衍射光学元件20，从而可以对激光芯片阵列出射的光束进行衍射调制，从而在设定的位置形成强度分布均匀的矩形光斑。

图3为本发明实施例提供的衍射光学元件的结构示意图。

如图3所示，具体地，衍射光学元件(Diffractive Optical Element，简称DOE)20包括多个衍射单元200，各衍射单元200呈二维矩阵分布。其中，衍射单元200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。

DOE(20)是采用微纳刻蚀工艺形成二维分布的衍射单元200，每个衍射单元200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200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。

图4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。

如图4所示，通过对DOE(20)中各衍射单元的特殊设计，可以使激光光束在经过DOE(20)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。

本发明实施例采用DOE(20)来替代扩散片和光导管的作用，从而可以使激光器出射的激光光束在设定位置处形成强度均匀的矩形光斑，以适应后续的使用需求。由于在投影系统中省略的光导管，由此可以避免由于光导管造成的能量损失，同时还可以将实现投影系统的小型化设计。

如图2所示，光阀调制部件30位于DOE(20)的出光侧，光阀调制部件30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，从而对光线进行调制。

在具体实施时，通过对DOE(20)中的各衍射单元200的参数设计使得DOE的出射光斑能量分布均匀且尺寸符合DMD使用要求，从而可以使DOE(20)的出射光直接入射光阀调制部件30，从而进行对光线的调制。

在一些实施例中，如图2所示，投影系统还包括反射组件40，位于衍射光学元件20与光阀调制部件30之间，该反射组件40的作用是将衍射光学元件20的出射光以设定角度向光阀调制部件30反射。当采用DMD作为光阀调制部件30时，DMD需要光线以特定的角度入射，因此可以在DMD的光路之前设置反射组件40，以使整形之后的矩形光斑可以合适的角度入射到DMD上。

在具体实施时，反射组件40可以采用全反射棱镜或简单地只采用反射镜，在此不做限定。

如图2所示，投影系统还包括位于光阀调制部件30出光侧的投影镜头50，由光阀调制部件30调制之后的出射光需要经过投影镜头50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。

为了实现全彩显示，激光器10至少包括两种激光芯片；两种激光芯片的出射波长不同；其中，同一种激光芯片呈阵列排布构成激光芯片阵列，同一种激光芯片阵列用于出射一种颜色的激光光束。

在一些实施例中，如图2所示，激光器10包括：第一激光芯片101、第二激光芯片102和第三激光芯片103。各激光芯片呈阵列排布。其中，第一激光芯片101呈阵列排布构成第一激光芯片阵列；第二激光芯片102呈阵列排布构成第二激光芯片阵列；第三激光芯片103呈阵列排布构成第三激光芯片阵列。

在具体实施时，可以根据实际需要来设置第一激光芯片101、第二激光芯片102和第三激光芯片103的位置。例如，第一激光芯片101可以构成2×4的第一激光芯片阵列，第二激光芯片102可以构成1×4的第二激光芯片阵列，第三激光芯片103可以构成1×4的第三激光芯片阵列，由此构成两行第一激光芯片101、一行第二激光芯片102和一行第三激光芯片103依次排列。

除此之外，还可以采用其它排布方式对各种激光芯片进行排布，本发明实施例仅为了举例说明，不对激光芯片的排布方式进行具体限定。

相应地，衍射光学元件20包括：第一衍射光学元件201、第二衍射光学元件202和第三衍射光学元件203；其中，第一衍射光学元件201位于第一激光芯片101构成的第一激光芯片阵列的出光侧，第二衍射光学元件202位于第二激光芯片102构成的第二激光芯片阵列的出光侧，第三衍射光学元件203位于第三激光芯片103构成的第三激光芯片阵列的出光侧。

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二。

如图5所示，第一衍射光学元件201可以将第一激光芯片阵列中各第一激光芯片101出射的高斯分布的光斑201x整形为一个强度分布均匀的矩形光斑201y；第二衍射光学元件202可以将第二激光芯片阵列中各第二激光芯片102出射的高斯分布的光斑202x整形为一个强度分布均匀的矩形光斑202y；第三衍射光学元件203可以将第三激光芯片阵列中各第三激光芯片103出射的高斯分布的光斑203x整形为一个强度分布均匀的矩形光斑203y。与此同时，第一衍射光学元件201、第二衍射光学元件202和第二衍射光学元件203还可以将整形后的光斑投射在相同的位置，由此使得第一激光芯片101产生的矩形光斑201y、第二激光芯片102产生的矩形光斑202y和第三激光芯片103产生的矩形光斑203混合成强度分布均匀，且具有设定尺寸的白色光斑。

在实际应用中，上述的第一激光芯片101可以为红光激光芯片，第二激光芯片102可以为绿光激光芯片，第三激光芯片103可以为蓝光激光芯片。

上述三种激光芯片均出射线偏振光，但是红光激光芯片的出射光为第一线偏振光，绿光激光芯片和蓝光激光芯片的出射光为第二线偏振光；第一线偏振光和第二线偏振光的偏振方向相互垂直。

为了使出射光具有相同的偏振方向，如图2所示，可以在第二激光芯片102(绿光激光芯片)和第三激光芯片103(蓝光激光芯片)的出光侧设置半波片60，以使第二激光芯片102(绿光激光芯片)和第三激光芯片103(蓝光激光芯片)的出射光在经过半波片之后由第二线偏振光转化为第一线偏振光，与第一激光芯片101(红光激光芯片)的出射光的偏振方向相同。

在一些实施例中，也可以将半波片设置在第一激光芯片101的出光侧，来改变第一激光芯片101的出射光的偏振方向，与第二激光芯片102和第三激光芯片103的出射光的偏振方向相同，在此不做限定。

在一些实施例中，还可以先对激光器10出射的不同颜色的激光光束进行合束后，再对合束后的激光光束进行整形。

图6为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二，图7为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之三。

如图6和图7所示，在一些实施例中，激光投影系统还包括：合光组件70。合光组件70位于激光器10的出光侧，用于对激光器10出射的至少两个不同颜色的激光光束进行合束。衍射光学元件20位于合光组件70的出光侧。

仍以激光器包括第一激光芯片、第二激光芯片和第三激光芯片进行举例说明。

如图6和图7所示，合光组件70包括：反射镜701、第一合光镜702和第二合光镜703；其中，反射镜701位于第三激光芯片103构成的第三激光芯片阵列的出光侧；第一合光镜702位于反射镜701的出射光和第二激光芯片102构成的第二激光芯片阵列的出射光的交汇处；第二合光镜703位于第一合光镜702的出射光和第一激光芯片101构成的第一激光芯片阵列的出射光的交汇处。

反射镜701用于将第三激光芯片阵列的出射光向第一合光镜702反射；第一合光镜702用于透射第三激光芯片阵列的出射光，反射第二激光芯片阵列的出射光；第二合光镜703用于透射第三激光芯片阵列和第二激光芯片阵列的出射光，反射第一激光芯片阵列的出射光。

第一激光芯片101可以为红光激光芯片，第二激光芯片102可以为绿光激光芯片，第三激光芯片103可以为蓝光激光芯片。那么反射镜701可以将蓝色激光光束向第一合光镜702反射；第一合光镜702用于透射蓝色激光光束，反射绿色激光光束，从而将蓝色激光光束和绿色激光光束合束后向第二合光镜703出射；第二合光镜703用于透射合束后的蓝色激光光束和绿色激光光束，同时反射红色激光光束。

衍射光学元件20位于第二合光镜703的出光侧，用于对合束后激光光束进行整形。

图8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三。

如图8所示，经过合光组件70对第一激光芯片101、第二激光芯片102和第三激光芯片103的出射激光光束进行合束之后，可以得到图8所示的光斑。其中，第二激光芯片102和第三激光芯片103出射的激光光束被合光组件70合光之后位置相近，光可以形成呈高斯分布的光斑202x和光斑203x；第一激光芯片101出射的激光光束被合光组件70合光之后，可以形成呈高斯分布的光斑201x。

在设置了衍射光学元件20之后，可以将第一激光芯片101出射的高斯分布的光斑201x整形为强度分布均匀的矩形光斑201y；将第二激光芯片102和第三激光芯片103出射的高斯分布的光斑202x和光斑203x整形为一个强度分布均匀的矩形光斑204y。与此同时，衍射光学元件20还可以将整形后的光斑投射在相同的位置，由此使得第一激光芯片101、第二激光芯片102和第三激光芯片203产生的矩形光斑合成强度分布均匀，且具有设定尺寸的白色光斑。

如图6和图7所示，经过衍射光学元件20的整形之后激光光束再入射到反射组件40，反射组件40将激光光束以设定角度反射到光阀调制部件30，再经过光阀调制部件30对光线进行调制之后向投影镜头50出射，由投影镜头50进行成像进行图像显示。

在具体实施时，反射组件40可以采用如图6所示的全反射棱镜。通常情况下，反射组件40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30反射。光线再经过光阀调制部件30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上。

除此之外，反射组件也可以采用如图7所示的反射镜，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30入射角度的方向反射到光阀调制部件30。光阀调制部件30对光线进行调制之后再向投影镜头出射。

在具体实施时，可以根据需要设置反射组件，本发明实施例不对反射组件的具体形式进行限定。

图9为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之四。

如图9所示，在一些实施例中，激光投影系统可以包括两个激光器，分别为第一激光器10a和第二激光器10b。第一激光器10a和第二激光器10b可以为结构相同的两个激光器。第一激光器10a和第二激光器10b均可以包括第一激光芯片101、第二激光芯片102和第三激光芯片103。在两个激光器中，三种激光芯片的排列规则可以相同。

激光投影系统还包括：合光组件70，合光组件70位于第一激光器10a和第二激光器10b的出射光束交汇处，用于对第一激光器10a和第二激光器10b的出射光束进行合束。

第一激光芯片101可以为红光激光芯片，第二激光芯片102可以为绿光激光芯片，第三激光芯片103可以为蓝光激光芯片。那么合光组件70可以包括第一合光镜702和第二合光镜703。其中，第一合光镜702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703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。

衍射光学元件20位于合光组件70的出光侧，用于对合束后激光光束进行整形。

图10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四。

如图10所示，经过合光组件70对第一激光芯片101、第二激光芯片102和第三激光芯片103的出射激光光束进行合束之后，可以得到图10所示的光斑。其中，第一激光芯片102、第二激光芯片102和第三激光芯片103出射的激光光束被合光组件70合光之后位置相近，可以形成呈高斯分布的光斑201x、光斑202x和光斑203x，三个光斑位置相近，因此在主观上形成了多个相互分立的白色光斑。

在设置了衍射光学元件20之后，可以将上述白色光斑整形为一个强度分布均匀，且具有设定尺寸的矩形光斑。

经过衍射光学元件20的整形之后激光光束再入射到反射组件40，反射组件40将激光光束以设定角度反射到光阀调制部件30，再经过光阀调制部件30对光线进行调制之后向投影镜头50出射，由投影镜头50进行成像进行图像显示。

在具体实施时，也可以采用三个以上的激光器进行合光，上述的激光器可以为结构相同的激光器，也可以分别出射不同颜色激光的激光器，在经过合光组件的合光之后，均可以采用衍射光学元件对光斑进行整形，从而得到在强度分布和尺寸大小均符合光阀调制部件使用要求的激光光束。

根据第一发明构思，投影系统包括激光器和衍射光学元件，其中激光器用于出射激光光束；衍射光学元件位于激光器的出光侧，用于对激光器出射的激光光束进行整形。采用衍射光学元件对激光器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。

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。

根据第三发明构思，激光器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。

根据第四发明构思，投影系统还包括光阀调制部件，通过对衍射光学元件中的各衍射单元的参数设计使得衍射光学元件的出射光斑能量分布均匀且尺寸符合光阀调制部件使用要求，从而可以使衍射光学元件的出射光直接入射光阀调制部件，从而进行对光线的调制。

根据第五发明构思，投影系统还包括在衍射光学单元和光阀调制部件之间的反射组件。反射组件用于将衍射光学元件的出射光以设定角度向光阀调制部件反射。反射组件可以采用全反射棱镜或反射镜。

根据第六发明构思，为了实现全彩显示，激光器至少包括两种激光芯片；两种激光芯片的出射波长不同；其中，同一种激光芯片呈阵列排布构成激光芯片阵列，同一种激光芯片阵列用于出射一种颜色的激光光束。

根据第七发明构思，激光器包括：第一激光芯片、第二激光芯片和第三激光芯片。各激光芯片呈阵列排布。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；其中，第一衍射光学元件位于第一激光芯片构成的第一激光芯片阵列的出光侧，第二衍射光学元件位于第二激光芯片构成的第二激光芯片阵列的出光侧，第三衍射光学元件位于第三激光芯片构成的第三激光芯片阵列的出光侧。第一衍射光学元件用于对第一激光芯片阵列出射的激光光束进行整形，第二衍射光学元件用于对第二激光芯片阵列出射的激光光束进行整形，第三衍射光学元件用于对第三激光芯片阵列出射的激光光束进行整形。同时第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和第二衍射光学元件还可以将整形后的光斑投射在相同的位置，由此将不同颜色的激光混合成强度分布均匀，且具有设定尺寸的白色光斑。

根据第八发明构思，激光投影系统还包括合光组件。合光组件位于激光器的出光侧，用于对激光器出射的至少两个不同颜色的激光光束进行合束。衍射光学元件位于合光组件的出光侧。衍射光学元件对合束后的激光光束进行整形，以得到强度均匀且具有设定尺寸的矩形光斑。

根据第九发明构思，激光器包括第一激光芯片、第二激光芯片和第激光芯片。合光组件包括反射镜、第一合光镜和第二合光镜。反射镜位于第三激光芯片构成的第三激光芯片阵列的出光侧；第一合光镜位于反射镜的出射光和第二激光芯片构成的第二激光芯片阵列的出射光的交汇处；第二合光镜位于第一合光镜的出射光和第一激光芯片构成的第一激光芯片阵列的出射光的交汇处。反射镜用于将第三激光芯片阵列的出射光向第一合光镜反射；第一合光镜用于透射第三激光芯片阵列的出射光，反射第二激光芯片阵列的出射光；第二合光镜用于透射第三激光芯片阵列和第二激光芯片阵列的出射光，反射第一激光芯片阵列的出射光。衍射光学元件位于第二合光镜的出光侧，用于对合束后激光光束进行整形。

根据第十发明构思，激光投影系统包括两个激光器，分别为第一激光器和第二激光器；激光投影系统还包括：合光组件，合光组件位于第一激光器和第二激光器的出射光束交汇处，用于对第一激光器和第二激光器的出射光束进行合束；衍射光学元件位于合光组件的出光侧，用于对合束后激光光束进行整形。

根据第十一发明构思，第一激光芯片的出射光为第一线偏振光，第二激光芯片和第三激光芯片的出射光为第二线偏振光；其中，第一线偏振光和第二线偏振光的偏振方向相互垂直；激光投影系统还包括：半波片；半波片位于第一激光芯片阵列的出光侧；或者，半波片位于第二激光芯片阵列和第三激光芯片阵列的出光侧。通过设置半波片，使第一激光芯片、第二激光芯片和第三激光芯片的出射光为同一种偏振态。

根据第十二发明构思，第一激光芯片为红光激光芯片，第二激光芯片为绿光激光芯片，第三激光芯片为蓝光激光芯片。

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。

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。

Claims (5)

1.一种激光投影系统，其特征在于，包括：

激光器，用于出射激光光束；所述激光器包括：第一激光芯片、第二激光芯片和第三激光芯片；同一种所述激光芯片呈阵列排布构成激光芯片阵列；

衍射光学元件，位于所述激光器的出光侧；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；其中，所述第一衍射光学元件位于所述第一激光芯片构成的第一激光芯片阵列的出光侧，所述第二衍射光学元件位于所述第二激光芯片构成的第二激光芯片阵列的出光侧，所述第三衍射光学元件位于所述第三激光芯片构成的第三激光芯片阵列的出光侧；所述第一衍射光学元件、所述第二衍射光学元件和所述第二衍射光学元件用于对对应的激光光束进行整形和匀化将光斑投射在相同的位置混合成强度分布均匀且尺寸满足直接入射光阀调制部件的光斑；

反射组件，位于所述衍射光学元件的出光侧，用于直接接收所述衍射光学元件的出射光，将所述衍射光学元件的出射光以设定角度反射；

光阀调制部件，位于所述反射组件的出射光路上，用于直接接收所述反射组件的出射光并对接收光进行调制。

2.如权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于，所述衍射光学元件包括多个衍射单元，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所述的激光投影系统，其特征在于，一层所述微结构的尺寸为10nm～100μm。

4.如权利要求1～3任一项所述的激光投影系统，其特征在于，所述第一激光芯片的出射光为第一线偏振光，所述第二激光芯片和所述第三激光芯片的出射光为第二线偏振光；其中，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光的偏振方向相互垂直；

所述激光投影系统还包括：半波片；所述半波片位于所述第一激光芯片阵列的出光侧；或者，所述半波片位于所述第二激光芯片阵列和所述第三激光芯片阵列的出光侧；

所述第一激光芯片为红光激光芯片，所述第二激光芯片为绿光激光芯片，所述第三激光芯片为蓝光激光芯片。

5.如权利要求1～3任一项所述的激光投影系统，其特征在于，还包括：

投影镜头，位于所述光阀调制部件的出光侧；

其中，所述反射组件为全反射棱镜或反射镜。