CN218275510U - 一种激光器和激光投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光器和激光投影系统，激光器包括：管壳、多个激光芯片组件和整形匀化部件。整形匀化部件位于激光芯片组件的出射光路径上，用于接收激光芯片组件的出射激光，并对接收的激光光束进行准直和衍射匀化，从而不再需要在投影系统中设置光导管、复眼透镜、扩散片等部件，减少能量损失，有效简化投影系统的结构设计。

Description

一种激光器和激光投影系统

技术领域

本实用新型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

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。激光投影的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，其可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更加震撼的表现力。

目前激光投影系统通常会在激光光源的出光侧设置光导管、复眼透镜等光学元件对光束进行整形匀化。光束在光导管、复眼透镜等光学元件中传播的过程中容易造成能量损失，并且导致整个光学系统的长度很长，无法实现更小的体积。

实用新型内容

本实用新型实施例的第一方面，提供一种激光器，激光器包括：

管壳；管壳包括底板和位于底板之上的环状侧壁，底板和环状侧壁形成容置空间；

多个激光芯片组件，位于容置空间内的管壳的底板上；

整形匀化部件，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；整形匀化部件位于激光芯片组件的出射光路径上，用于接收激光芯片组件的出射激光，并对接收的激光光束进行准直和衍射匀化。

通过在激光器中设置整形匀化部件对接收的激光光束进行准直和衍射匀化，从而将呈中间强度高而边缘强度低的高斯分布的激光光束整形为强度分布均匀的平顶光束，采用强度分布均匀的平顶光束作为投影光源，从而不再需要在投影系统中设置光导管、复眼透镜、扩散片等部件，减少能量损失，有效简化投影系统的结构设计。

本实用新型一些实施例中，整形匀化部件包括：

多个第一准直部，位于靠近激光芯片组件的一侧；一个第一准直部对应一激光芯片组件；

衍射部，位于第一准直部背离激光芯片组件的一侧；衍射部包括多个衍射结构，各衍射结构呈二维分布；衍射结构包括锯齿状结构、梯形结构、倾斜矩形结构或者阶梯状结构中的至少一种；

激光芯片组件的出射光先经过第一准直部进行准直，再经过衍射部进行衍射匀化。

通过衍射部的衍射结构对光束进行衍射匀化，可以简化激光器结构，在衍射部的入光侧设置第一准直部对入射激光光束进行准直，可以提高衍射效率。

本实用新型一些实施例中，激光器还包括：

多个平面反射镜，位于管壳内；一个平面反射镜至少对应一个激光芯片组件，平面反射镜位于对应的激光芯片组件的出光侧；平面反射镜的反射面为平面，平面反射镜用于接收对应的激光芯片组件的出射光并向对应的第一准直部反射。

本实用新型一些实施例中，整形匀化部件还包括：

基板，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；第一准直部位于基板面向激光芯片组件一侧的表面上，衍射部位于基板背离激光芯片组件一侧的表面上；

第一准直部为向激光芯片组件一侧凸起的凸透镜或菲涅尔透镜。

整形匀化部件为一体结构，进一步简化激光器结构。

本实用新型一些实施例中，整形匀化部件还包括：

第一基板，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；

第二基板，位于第一基板背离管壳的一侧；

其中，第一基板和第二基板相互贴合；第一准直部位于第一基板面向激光芯片组件一侧的表面上；衍射部位于第二基板背离第一基板一侧的表面上；

或者，第一基板和第二基板之间相距设定距离；第一准直部位于第一基板面向激光芯片组件一侧的表面上；衍射部位于第二基板背离第一基板一侧的表面上和/或位于第二基板面向第一基板一侧的表面上；

第一准直部为向激光芯片组件一侧凸起的凸透镜或菲涅尔透镜。

整形匀化部件由多个结构组合而成，可以扩大适用范围。

本实用新型一些实施例中，激光器还包括：多个曲面反射镜，位于管壳内；一个曲面反射镜对应一个激光芯片组件，曲面反射镜位于对应的激光芯片组件的出光侧；曲面反射镜的反射面为曲面，曲面反射镜作为第一准直部，曲面反射镜用于接收对应的激光芯片组件的出射光，对接收的激光光束进行准直并向衍射部反射；

整形匀化部件还包括：

基板，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；衍射部位于基板背离曲面反射镜一侧的表面上，或者位于基板面向曲面反射镜一侧的表面上。

采用曲面反射镜代替凸透镜或者菲涅尔透镜实现准直功能，简化激光器的结构。

本实用新型一些实施例中，整形匀化部件还包括：第二准直部；衍射部位于基板背离曲面反射镜一侧的表面上，第二准直部位于基板面向曲面反射镜一侧的表面上；或者衍射部位于基板面向曲面反射镜一侧的表面上，第二准直部位于基板背离曲面反射镜一侧的表面上。第二准直部可以进一步提高激光光束的准直度。

本实用新型一些实施例中，激光器还包括：

环状支撑部，位于第一封闭空间内，环绕环状侧壁的内壁设置；

密封玻璃，与环状支撑部连接；管壳、环状支撑部和密封玻璃形成第二封闭空间；

其中，密封玻璃与环状支撑部通过焊接固定；整形匀化部件与管壳通过黏着胶固定。形成第二封闭空间，可以进一步延长激光芯片的使用寿命。

本实用新型实施例的第二方面，提供一种激光投影系统，激光投影系统包括至少一个上述任一项的激光器，位于激光器出光侧的光阀调制部件，以及位于光阀调制部件出光侧的投影镜头。

本实用新型一些实施例中，激光投影系统还包括：位于激光器与光阀调制部件之间的照明透镜组。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的激光光束强度分布曲线示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之一；

图3为本实用新型实施例提供的管壳的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之二；

图5为相关技术中衍射光学元件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的激光衍射效率曲线示意图；

图7为本实用新型实施例提供的平面反射镜排列示意图；

图8为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之三；

图9为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之四；

图10为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之五；

图11为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之六；

图12为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之七；

图13为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之八；

图14为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之九；

图15为本实用新型实施例提供的投影系统的结构示意图之一；

图16为本实用新型实施例提供的投影系统的结构示意图之二。

其中，1-激光器，2-光阀调制部件，3-投影镜头，4-合光组件，41-反射镜，42-第一合光镜，43-第二合光镜，5-反射组件，6-照明透镜组，100-管壳，101-底板，102-环状侧壁，200-激光芯片组件，201-激光芯片，202-热沉，300-整形匀化部件，301-第一准直部，302-衍射部，303-第一基板，304-第二基板，305-基板，a-基材，b-衍射结构，400-平面反射镜，500-曲面反射镜，306-第二准直部，600-环状支撑部，700-密封玻璃，210-红光激光芯片组件，220-绿光激光芯片组件，230-蓝光激光芯片组件，3021-第一衍射部，3022-第二衍射部，3023-第三衍射部。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、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实用新型做进一步说明。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实用新型更全面和完整，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。本实用新型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实用新型保护范围内。本实用新型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(Multi_Chip LD,简称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激光器通常集成有多颗激光芯片，在一些MCL激光器中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为本实用新型实施例提供的激光光束强度分布曲线示意图。

目前MCL激光器由于单颗激光芯片出射的光束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平顶光束，如图1中的(b)所示。平顶光束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，其光束强度变为图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在投影光源的出光侧设置光导管、复眼透镜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，本实用新型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。

图2为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之一。

本实用新型实施例中，如图2所示，激光器包括：管壳100、多个激光芯片组件200和整形匀化部件300。

图3为本实用新型实施例提供的管壳的结构示意图。

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101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。在一些实施例中，可以采用陶瓷材料作为制作管壳100的底板101或环状侧壁102的基材，陶瓷材料具有较高的导热性和与激光芯片匹配的热膨胀系数，并且陶瓷材料具有优良的绝缘性能，有利于减小激光器的体积。底板101和环状侧壁102可以分别制作，再将两者焊接形成容置空间。

多个激光芯片组件200固定于容置空间内的管壳100的底板101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可以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。其中热沉202用于对激光芯片201进行散热，通常可以采用金属材料进行制作，在此不做限定。

整形匀化部件300位于管壳100的环状侧壁102背离底板101的一侧。整形匀化部件300的形状适应于管壳100的环状侧壁102围成的开口的形状，其可以通过黏着胶、焊接等方式与管壳100连接，从而与管壳100形成第一封闭空间，激光芯片组件200位于第一封闭空间中，对激光芯片组件200起到保护的作用。

本实用新型实施例中，整形匀化部件300位于激光芯片组件200的出射光路径上，用于接收激光芯片组件200的出射激光，并对接收的激光光束进行准直和衍射匀化，从而将呈中间强度高而边缘强度低的高斯分布的激光光束整形为强度分布均匀的平顶光束，采用强度分布均匀的平顶光束作为投影光源，从而不再需要在投影系统中设置光导管、复眼透镜、扩散片等部件，减少过多部件造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计。并且通过整形匀化部件可以取代相关技术中的密封玻璃，直接与管壳形成封闭空间，对激光芯片组件进行一次密封，实现了光学元件功能的集成化，有利于激光器和投影系统的小型化设计。

图4为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之二。

在一些实施例中，如图4所示，整形匀化部件300包括：多个第一准直部301和衍射部302。

多个第一准直部301位于整形匀化部件300靠近激光芯片组件200的一侧，一个第一准直匀化部件301与一个激光芯片组件200对应设置，用于接收对应的激光芯片组件200出射的激光光束，并对激光光束进行准直。

衍射部302位于第一准直部301背离激光芯片组件200的一侧。经过第一准直部301准直后的激光光束向衍射部302的一侧出射，衍射部302用于对接收的激光光束进行衍射匀化，从而使整形后的激光光束的能量均匀分布，将呈高斯分布的光束整形为能量分布均匀的平顶光束，从而满足投影系统的照明需求。

图5为相关技术中衍射光学元件的结构示意图。

如图5所示，衍射光学元件(Diffractive Optical Element，简称DOE)包括基材a和位于基材a上的多个衍射结构b，各衍射结构b呈二维矩阵分布。

DOE通常采用微纳刻蚀工艺形成二维分布的衍射结构b，每个衍射结构b可以有特定的形貌、尺寸、折射率等，可以对激光波前相位分布进行精细调控。激光光束经过每个衍射结构b后发生衍射，并在一定距离处产生干涉，从而形成特定的光强分布。具体实施时，每个衍射结构b的形貌、尺寸、折射率等可以根据入射激光光束的波长、光束口径、光束模式、近场强度分布等参数进行设计，并通过计算机模拟得到微结构的形貌特征，从而实现匀化调控。

本实用新型实施例中，衍射部302可以包括多个衍射结构，各衍射结构呈二维分布，利用衍射结构的衍射匀化功能对激光光束进行整形和匀化。如图1所示，通过对衍射部302的各衍射结构的特殊设计，可以使图1中(a)所示的呈高斯分布的激光光束经过衍射部302的之后匀化为图1中(b)所示的能量分布均匀的平顶光束，满足投影系统中的照明需求。在一些实施例中，还可以利用衍射部302对光束的整形作用，直接形成与投影系统中的DMD形状和大小匹配的矩形光斑，从而直接采用经过衍射部302整形后的矩形光斑照射到DMD上进行投影显示，减少整形部件的使用，进一步简化投影系统的结构。

具体实施时，衍射部302的衍射结构可以设计为多个单一结构，例如如图5所示的阶梯状结构。或者，衍射部302可以包括多个不同的衍射结构，具体的可以包括锯齿状结构、梯形结构、倾斜矩形结构或者阶梯状结构等具有衍射匀化作用的微结构，可以根据实际需求进行设置，在此不做限定。

通常情况下，衍射光学元件的衍射效率满足以下公式：

其中，η为衍射效率；λ为激光的波长；θ为激光入射衍射光学元件的入射角；m为衍射级次；c为真空中光速；

为与激光的波长λ及入射角θ相关的函数，其形式与衍射光学元件的具体结构相关。衍射效率η为关于入射角θ的减函数。

图6为本实用新型实施例提供的激光衍射效率曲线示意图。

如图6所示，其中横坐标表示激光入射衍射光学元件的入射角θ(IncidentAngle)，纵坐标表示入射激光的衍射效率(Diffraction Efficiency)。以波长分别为403nm、405nm和407nm的激光光束示例性地入射某一衍射光学元件，得到激光光束分别经过该衍射光学元件后的衍射效率曲线，由图6可以看出，示例波长的激光光束以较小的入射角至较大的入射角依次入射衍射光学元件，其衍射效率均随着入射角的增大而减小。因此，为了提高激光经过衍射光学元件的衍射效率，提高投影光源的亮度，需要确保激光光束以较小的入射角度入射衍射光学元件。

本实用新型实施例中，在衍射部302的入光侧设置有多个第一准直部301对入射激光光束进行准直，激光芯片组件200出射的激光光束先经过第一准直部301进行准直，从而降低激光光束的发散角度，减小激光光束的入射角度差异，使准直后的激光光束相对平行地入射至衍射部302，简化衍射部302的设计难度，提高衍射效率。

在一些实施例中，如图4所示，激光器还包括：多个平面反射镜400。

多个平面反射镜400位于管壳100之内，一个平面反射镜400至少对应于一个激光芯片组件200设置，平面反射镜400设置在对应的激光芯片组件200的出光侧。平面反射镜400的反射面为平面，用接收对应的激光芯片组件200的出射光并向对应的第一准直部301反射。具体实施时，平面反射镜400可以设置在管壳100的底板101上，其反射面与对应的激光芯片组件200相对设置，在此不做限定。

图7为本实用新型实施例提供的平面反射镜排列示意图。

如图7所示，多个平面反射镜400可以沿第一方向x排列，沿第二方向y延伸，多个激光芯片组件200沿第一方向x和第二方向y呈阵列排布，从而在第二方向y上，一个平面反射镜400对应多个激光芯片组件200，对多个激光芯片组件200的出射光线进行反射，从而降低平面反射镜400的制作和安装的难度。具体实施时，也可以针对每个激光芯片组件200单独设置一个平面反射镜400，在此不做限定。

图8为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之三。

在一些实施例中，如图4和图8所示，整形匀化部件300还包括：第一基板303和第二基板304。第一基板303位于环状侧壁102背离底板101的一侧，与管壳100形成第一封闭空间，第二基板304位于第一基板303背离管壳100的一侧。制作第一基板303的材料与制作第二基板304的材料可以相同或者不同，在此不做限定。

具体实施时，可以分别在第一基板303一侧的表面上制作第一准直部301形成准直单元，在第二基板304一侧的表面上制作衍射部302形成衍射单元，然后将第一基板303与第二基板304相互贴合，使第一准直部301位于第一基板303面向激光芯片组件200的一侧，使衍射部302位于第二基板304背离第一基板301一侧，从而形成如图4所示的整形匀化部件300。

或者，可以分别在第一基板303一侧的表面上制作第一准直部301形成准直单元，在第二基板304的至少一侧的表面上制作衍射部302形成衍射单元，然后将第一基板303和第二基板304相距设定距离设置，使第一准直部301位于第一基板303面向激光芯片组件200的一侧，使衍射部302位于第二基板304背离第一基板303的一侧和/或位于第二基板304面向第一基板303的一侧，形成如图7所示的整形匀化部件300。将第一基板303和第二基板304相距设定距离设置，通过调整距离和衍射部302的设置方式，可以使整形匀化部件300适用于更多的使用场景。

在如图4和图8所示的实施例中，第一基板303与环状侧壁102直接接触形成第一封闭空间，第二基板304位于第一基板303背离底板101的一侧。具体实施时，也可以设置第二基板304与环状侧壁102直接接触形成第一封闭空间，第一基板303位于第一封闭空间内第二基板304面向底板101的一侧，在此不做限定。

图9为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之四。

在一些实施例中，如图9所示，整形匀化部件300还包括：基板305。

基板305位于环状侧壁102背离底板101的一侧，与管壳100形成第一封闭空间。其中，多个第一准直部301位于基板305面向激光芯片组件200的一侧的表面上，衍射部302位于基板305背离第一准直部301一侧的表面上。衍射部302、基板305与多个第一准直部301一起形成同时具有准直功能和衍射匀化功能的一体结构，且激光芯片组件200出射的激光先经过第一准直部301准直再入射到衍射部302，可以提高衍射部302的衍射效率。将整形匀化部件300制作为一体结构，进一步简化了激光器的结构，有利于减小激光器和投影系统的体积。具体实施时，可以通过注塑成型工艺形成基板305和多个第一准直部301的一体结构，然后通过微纳刻蚀工艺在基板305背离第一准直部301的一侧制作多个衍射结构形成衍射部302，从而形成同时具有准直功能和衍射匀化功能的一体结构，在此不做限定。

在本实用新型实施例中，第一准直部301可以为在基板的表面形成的一个一个的向外凸出的凸透镜或者菲涅尔透镜，其中一个第一准直部301与一个激光芯片组件200相对应。第一准直部301位于对应的激光芯片组件200的出射光路径上，用于对对应的激光芯片组件200的出射光线进行准直。由于每个激光芯片组件200出射的光线可以具有不同的波长和发散角度，因而每个第一准直部301的参数，如焦距或者折射率等，需要根据对应的激光芯片组件200的出射光线的准直度需求进行设计。具体实施时，第一准直部301也可以采用其他结构，在此不做限定。

图10为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之五。

在一些实施例中，如图10所示，激光器还包括：基板305和多个曲面反射镜500。曲面反射镜500位于管壳100之内，一个曲面反射镜500对应于一个激光芯片组件200设置，曲面反射镜500位于对应的激光芯片组件200的出光侧。曲面反射镜500的反射面为曲面，用于接收对应的激光芯片组件200的出射光进行准直并向衍射部302反射。具体实施时，曲面反射镜500可以设置在管壳100的底板101上，其反射面与对应的激光芯片组件200相对设置，在此不做限定。

如图10所示，曲面反射镜500的反射面设计为曲面，可以将接收的激光芯片组件200出射的发散光线收束并调整为平行的准直光线进行出射，从而可以将曲面反射镜500作为第一准直部301对激光芯片组件200出射的激光光束进行准直，以进一步简化激光器的结构。具体实施时，通过对曲面反射镜500的面型进行针对性设计，可以使曲面反射镜500针对激光的快轴方向进行收束和准直、针对激光的慢轴方向进行收束和准直或者同时针对激光的快轴方向和慢轴方向进行收束和准直，在此不做限定。并且每个曲面反射镜500的面型需要针对其对应的激光芯片组件200的准直度需求进行设计，以达到良好的准直效果。

基板305位于环状侧壁102背离底板101的一侧，与管壳100形成第一封闭空间。衍射部302位于基板305背离曲面反射镜500一侧的表面上，或者位于基板305面向曲面反射镜500一侧的表面上。

图11为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之六；图12为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之七。

在一些实施例中，受制于制作工艺的限制，仅依靠凸透镜或者曲面反射镜500收束准直后的激光光束的准直度无法满足使用需求，因此，在设置曲面反射镜500对激光光束进行准直的基础上，如图11和图12所示，还可以设置第二准直部306对激光光束进一步准直。

具体实施时，可以设置衍射部302位于基板305背离曲面反射镜500一侧的表面上，第二准直部306位于基板305面向曲面反射镜500一侧的表面上；或者衍射部302位于基板305面向曲面反射镜500一侧的表面上，第二准直部306位于基板305背离曲面反射镜500一侧的表面上。其中，将衍射部302设置在基板305背离曲面反射镜500一侧的表面上，第二准直部306设置在基板305面向曲面反射镜500一侧的表面上，可以使激光芯片组件200出射的激光光束经过曲面反射镜500和第二准直部306的多次准直后在入射到衍射部302，进一步提高入射到衍射部302的激光光束的准直度，提高衍射部302的衍射效率。其中第二准直部306可以为凸透镜或菲涅尔透镜，在此不做限定。

图13为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之八。

在本实用新型实施例提供的激光器中，还可以包括：环状支撑部600和密封玻璃700。以图13所示的激光器为例进行说明。

如图13所示，环状支持部600位于整形匀化部件300与管壳100形成的第一封闭空间内，环绕环状侧壁102的内壁设置，密封玻璃700与环状支撑部600连接，管壳100、环状支撑部600和密封玻璃700一起形成第二封闭空间。具体实施时，环状支撑部600与环状侧壁102可以采用一体成型的方式制作为一体结构，或者环状支撑部600可以通过共晶焊接等焊接工艺固定于环状侧壁102的内壁，或者环状支撑部600还可以通过其他多种方式固定于环状侧壁102的内壁，在此不做限定。密封玻璃700可以采用共晶焊接等焊接工艺与环状支撑部600进行连接和固定，从而确保管壳100、环状支撑部600和密封玻璃700一起形成的第二封闭空间的气密性满足设计要求。

激光芯片在发光过程中会产生较高的温度，如果直接暴露在空气中极易与空气中的水氧发生反应而影响激光芯片的寿命，因此通常需要将激光芯片封装在水氧浓度较低的封闭环境中对激光芯片进行保护。

本实用新型实施例中，整形匀化部件300可以通过共晶焊接等焊接工艺或者黏着胶的方式与管壳100一起形成第一封闭空间。由于整形匀化部件300在安装过程中需要频繁的移动位置进行对位操作，以使本实用新型实施例中的衍射部302、第一准直部301和第二准直部306可以针对对应的激光芯片组件200的出射激光光束进行准直和匀化，以到达最优的光学效果。而采用焊接的方进行本实用新型实施例中的第一基板303、第二基板304或者基板305与管壳的连接形成第一封闭空间时，需要预先在预设的焊接位置镀上金属镀层用于焊接，倘若在进行对位操作时移动位置的幅度较大，导致实际焊接位置与预设位置不对应，就可能导致焊接失效，而影响激光器的密封性能和结构的稳定性。相对于焊接的方式，通过黏着胶进行本实用新型实施例中的第一基板303、第二基板304或者基板305与管壳100之间的连接的方式简单，在进行对位时可以有更大的调整空间，因而本实用新型实施例中一般通过黏着胶进行第一基板303、第二基板304或者基板305与管壳100之间的连接。

在通过黏着胶进行第一基板303、第二基板304或者基板305与管壳100之间的连接的过程可以在真空环境或者惰性气体环境中进行，从而使第一封闭空间中具有较低的水氧浓度，起到保护激光芯片的作用。但是由于激光器发光过程中产生较高的温度，仍然存在高温导致黏着胶挥发扩散至第一封闭空间中，与激光芯片发生反应，降低激光芯片使用寿命的风险。

进一步地，在本实用新型实施例中还可以通过在第一封闭空间内设置环状支撑部600和密封玻璃700，环状支撑部600用于支撑密封玻璃700，密封玻璃700与环状支撑部600可以在真空环境或者惰性气体环境中通过共晶焊接等方式进行焊接，从而与管壳100形成具有较低的水氧浓度的第二封闭空间，由于密封玻璃700与环状支撑部600之间的连接避免使用黏着胶，从而可以避免高温导致黏着胶挥发，挥发的黏着胶与激光芯片发生反应的风险，并且避免黏着胶挥发导致封装失效，延长激光芯片的使用寿命。

在一些实施例中，多个激光芯片组件200可以用于出射同一种颜色的激光，衍射光学元件300的衍射结构可以根据该激光芯片组件200出射的激光的波长进行设计。

图14为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图之九。

在一些实施例中，如图14所示，激光芯片组件200可以包括红光激光芯片组件210、绿光激光芯片组件220和蓝光激光芯片组件230；各红光激光芯片组件210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220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230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210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220以构成1×4的绿光激光芯片组件阵列，蓝光激光芯片组件230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210、一行绿装光激光芯片组件220和一行蓝光激光芯片组件230依次排列，构成4×4的激光芯片组件阵列。

相应地，衍射部302可以包括第一衍射部3021、第二衍射部3022和第三衍射部3023；其中，第一衍射部3021位于红光激光芯片组件阵列的出光侧，第二衍射部3022位于绿光激光芯片组件阵列的出光侧，第三衍射部3023位于蓝光激光芯片组件阵列的出光侧。

第一衍射部3021用于对红光激光芯片组件出射的激光光束进行整形匀化，第二衍射部3022用于对绿光激光芯片组件出射的激光光束进行整形匀化，第三衍射部3023用于对蓝光激光芯片组件出射的激光光束进行整形匀化。

其中，红色激光光束、绿色激光光束和蓝色激光光束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部、第二衍射部和第三衍射部的参数，以适应实际应用需求，在此不做限定。

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平顶光束的需要来调整衍射光学元件的参数，以使特定的衍射光学元件与之对应即可。本实用新型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。在如图14所示的实施例中，以一种具体结构的激光器对激光芯片组件以及衍射部的排列方式进行举例说明，当激光器采用本实用新型实施例提供的其他结构时，可以参照图14的方式进行设置，在此不做赘述。

本实用新型实施例的另一方面，提供一种投影系统。图15为本实用新型实施例提供的投影系统的结构示意图之一。

如图15所示，投影系统包括上述任一激光器1，位于激光器1出光侧的光阀调制部件2，位于光阀调制部件2出光侧的投影镜头3。

本实用新型实施例提供的激光器的出射光束为强度分布均匀的平顶光束。

在一些实施例中，激光器中的整形匀化部件对激光光束进行匀化整形，可以使激光器中的多个激光芯片组件阵列出射的激光光束合并为一个光强分布均匀的矩形光斑，矩形光斑照射到光阀调制部件2上后与光阀调制部件2的形状和尺寸相匹配，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2的使用需求时，可以直接采用激光器出射的矩形光斑以合适的角度照射到光阀调制部件2上，经过光阀调制部件2对光线的调制之后向投影镜3出射，投影镜头3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。

图16为本实用新型实施例提供的投影系统的结构示意图之二。

在一些实施例中，如图16所示，投影系统还包括：位于激光器1与光阀调制部件2之间的合光组件4。

具体实施时，激光器1中的多个激光芯片组件出射的激光光束可以形成多个独立的照射光斑，合光组件4对激光器出射的光束进行合束后以设定的角度照射到光阀调制部件2上，经过光阀调制部件2对光线的调制之后向投影镜头3出射，投影镜头3进行成像，以将图像投影在投影屏幕或设定位置处。其中，当投影系统只包括一个激光器1时，合光组件4用于对该激光器1中的各激光芯片组件出射的激光光束进行合光；当投影系统包括至少两个激光器1时，合光组件4可以用于对不同激光器1出射的激光光束进行合光，在此不做限定。

具体地，如图16所示，当投影系统包括一个激光器1，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4可以包括反射镜41、第一合光镜42和第二合光镜43。

其中，反射镜41位于蓝光激光芯片组件出光侧；第一合光镜42位于反射镜41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43位于第一合光镜42的出射光和红光激光芯片组件的出射光的交汇处。

反射镜41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42反射；第一合光镜42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43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，反射红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43一侧出射。

当投影系统包括至少两个激光器1时，合光组件4可以参照上述合光原理设置，在此不做赘述。

由于本实用新型实施例提供的激光器的出光侧设置有整形匀化部件，整形匀化部件对激光芯片组件出射的激光光束进行准直和衍射匀化，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，不再需要在投影系统中设置光导管、复眼透镜以及扩散片等部件，避免由于设置过多的光学元件造成的能量损失，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

在一些实施例中，如图16所示，投影系统还可以包括：反射组件5。反射组件5用于改变光线路径，缩减投影系统长度。反射组件5可以设置在合光组件4的出光侧。反射组件5可以采用如全反射棱镜。通常情况下，反射组件5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2反射。光线再经过光阀调制部件2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3上。

除此之外，反射组件5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2入射角度的方向反射到光阀调制部件2。光阀调制部件2对光线进行调制之后再向投影镜头3出射。

光阀调制部件2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3，从而对光线进行调制。光阀调制部件2也可以采用LCD(Liquid CrystalDisplay，简称LCD)或者LCOS(Liquid Crystal on Silicon，简称LCOS)等，在此不做限定。

由光阀调制部件2调制之后的出射光需要经过投影镜头3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。

在一些实施例中，如图15和图16所示，投影系统还包括位于激光器1和光阀调制部件2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2的光束进行进一步地整形和匀化，从而满足光阀调制部件3的使用需求。通过设置照明透镜组6对入射到光阀调制部件2的光束进行进一步地整形和匀化，可以使投影系统满足更多的适用场景。具体实施时，如图15所示，照明透镜组6位于激光器1与光阀调制部件2之间，或者如图16所述，照明透镜组6位于合光组件4与反射组件5之间，或者，投影系统可以设置更多或者更少的光学元件以实现特殊的功能，此时照明透镜组6可以根据实际需求进行设置，并且照明透镜组6可以包括一个或者多个透镜，只要实现对光线进一步进行整形和匀化的功能即可，在此不做限定。

根据第一实用新型构思，提供一种激光器，激光器包括：管壳；管壳包括底板和位于底板之上的环状侧壁，底板和环状侧壁形成容置空间；多个激光芯片组件，位于容置空间内的管壳的底板上；整形匀化部件，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；整形匀化部件位于激光芯片组件的出射光路径上，用于接收激光芯片组件的出射激光，并对接收的激光光束进行准直和衍射匀化。通过在激光器中设置整形匀化部件对接收的激光光束进行准直和衍射匀化，从而将呈中间强度高而边缘强度低的高斯分布的激光光束整形为强度分布均匀的平顶光束，采用强度分布均匀的平顶光束作为投影光源，从而不再需要在投影系统中设置光导管、复眼透镜、扩散片等部件，减少能量损失，有效简化投影系统的结构设计。

根据第二实用新型构思，整形匀化部件包括：多个第一准直部，位于靠近激光芯片组件的一侧；一个第一准直部对应一激光芯片组件；衍射部，位于第一准直部背离激光芯片组件的一侧；衍射部包括多个衍射结构，各衍射结构呈二维分布；衍射结构包括锯齿状结构、梯形结构、倾斜矩形结构或者阶梯状结构中的至少一种；激光芯片组件的出射光先经过第一准直部进行准直，再经过衍射部进行衍射匀化。

根据第三实用新型构思，激光器还包括：多个平面反射镜，位于管壳内；一个平面反射镜至少对应一个激光芯片组件，平面反射镜位于对应的激光芯片组件的出光侧；平面反射镜的反射面为平面，平面反射镜用于接收对应的激光芯片组件的出射光并向对应的第一准直部反射。

根据第四实用新型构思，整形匀化部件还包括：基板，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；第一准直部位于基板面向激光芯片组件一侧的表面上，衍射部位于基板背离激光芯片组件一侧的表面上；第一准直部为向激光芯片组件一侧凸起的凸透镜或菲涅尔透镜。整形匀化部件为一体结构，进一步简化激光器结构。

根据第五实用新型构思，整形匀化部件还包括：第一基板，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；第二基板，位于第一基板背离管壳的一侧；其中，第一基板和第二基板相互贴合；第一准直部位于第一基板面向激光芯片组件一侧的表面上；衍射部位于第二基板背离第一基板一侧的表面上；或者，第一基板和第二基板之间相距设定距离；第一准直部位于第一基板面向激光芯片组件一侧的表面上；衍射部位于第二基板背离第一基板一侧的表面上和/或位于第二基板面向第一基板一侧的表面上；第一准直部为向激光芯片组件一侧凸起的凸透镜或菲涅尔透镜。整形匀化部件由多个结构组合而成，可以扩大适用范围。

根据第六实用新型构思，激光器还包括：多个曲面反射镜，位于管壳内；一个曲面反射镜对应一个激光芯片组件，曲面反射镜位于对应的激光芯片组件的出光侧；曲面反射镜的反射面为曲面，曲面反射镜作为第一准直部，曲面反射镜用于接收对应的激光芯片组件的出射光，对接收的激光光束进行准直并向衍射部反射；整形匀化部件还包括：基板，位于环状侧壁背离底板的一侧，与管壳形成第一封闭空间；衍射部位于基板背离曲面反射镜一侧的表面上，或者位于基板面向曲面反射镜一侧的表面上。采用曲面反射镜代替凸透镜或者菲涅尔透镜实现准直功能，简化激光器的结构。

根据第七实用新型构思，整形匀化部件还包括：第二准直部；衍射部位于基板背离曲面反射镜一侧的表面上，第二准直部位于基板面向曲面反射镜一侧的表面上；或者衍射部位于基板面向曲面反射镜一侧的表面上，第二准直部位于基板背离曲面反射镜一侧的表面上。第二准直部可以进一步提高激光光束的准直度。

根据第八实用新型构思，激光器还包括：环状支撑部，位于第一封闭空间内，环绕环状侧壁的内壁设置；密封玻璃，与环状支撑部连接；管壳、环状支撑部和密封玻璃形成第二封闭空间；其中，密封玻璃与环状支撑部通过焊接固定；整形匀化部件与管壳通过黏着胶固定。形成第二封闭空间，可以进一步延长激光芯片的使用寿命。

根据第九实用新型构思，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；各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；衍射光学元件包括第一衍射部、第二衍射部和第三衍射部；第一衍射部位于红光激光芯片组件阵列的出光侧，第二衍射部位于绿光激光芯片组件阵列的出光侧，第三衍射部位于蓝光激光芯片组件阵列的出光侧。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，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实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

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，位于所述容置空间内的所述管壳的底板上；

整形匀化部件，位于所述环状侧壁背离所述底板的一侧，与所述管壳形成第一封闭空间；所述整形匀化部件位于所述激光芯片组件的出射光路径上，用于接收所述激光芯片组件的出射激光，并对接收的激光光束进行准直和衍射匀化。

2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述整形匀化部件包括：

多个第一准直部，位于靠近所述激光芯片组件的一侧；一个所述第一准直部对应一个所述激光芯片组件；

衍射部，位于所述第一准直部背离所述激光芯片组件的一侧；所述衍射部包括多个衍射结构，各所述衍射结构呈二维分布；所述衍射结构包括锯齿状结构、梯形结构、倾斜矩形结构或者阶梯状结构中的至少一种；

所述激光芯片组件的出射光先经过所述第一准直部进行准直，再经过所述衍射部进行衍射匀化。

3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，还包括：

多个平面反射镜，位于所述管壳内；一个所述平面反射镜至少对应一个所述激光芯片组件，所述平面反射镜位于对应的所述激光芯片组件的出光侧；所述平面反射镜的反射面为平面，所述平面反射镜用于接收对应的所述激光芯片组件的出射光并向对应的所述第一准直部反射。

4.如权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述整形匀化部件还包括：

基板，位于所述环状侧壁背离所述底板的一侧，与所述管壳形成第一封闭空间；所述第一准直部位于所述基板面向所述激光芯片组件一侧的表面上，所述衍射部位于所述基板背离所述激光芯片组件一侧的表面上；

所述第一准直部为向所述激光芯片组件一侧凸起的凸透镜或菲涅尔透镜。

5.如权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述整形匀化部件还包括：

第一基板，位于所述环状侧壁背离所述底板的一侧，与所述管壳形成第一封闭空间；

第二基板，位于所述第一基板背离所述管壳的一侧；

其中，所述第一基板和所述第二基板相互贴合；所述第一准直部位于所述第一基板面向所述激光芯片组件一侧的表面上；所述衍射部位于所述第二基板背离所述第一基板一侧的表面上；

或者，所述第一基板和所述第二基板之间相距设定距离；所述第一准直部位于所述第一基板面向所述激光芯片组件一侧的表面上；所述衍射部位于所述第二基板背离所述第一基板一侧的表面上和/或位于所述第二基板面向所述第一基板一侧的表面上；

所述第一准直部为向所述激光芯片组件一侧凸起的凸透镜或菲涅尔透镜。

6.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，还包括：

多个曲面反射镜，位于所述管壳内；一个所述曲面反射镜对应一个所述激光芯片组件，所述曲面反射镜位于对应的所述激光芯片组件的出光侧；所述曲面反射镜的反射面为曲面，所述曲面反射镜作为所述第一准直部，所述曲面反射镜用于接收对应的所述激光芯片组件的出射光，对接收的激光光束进行准直并向所述衍射部反射；

所述整形匀化部件还包括：

基板，位于所述环状侧壁背离所述底板的一侧，与所述管壳形成第一封闭空间；所述衍射部位于所述基板背离所述曲面反射镜一侧的表面上，或者位于所述基板面向所述曲面反射镜一侧的表面上。

7.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述整形匀化部件还包括：第二准直部；

所述衍射部位于所述基板背离所述曲面反射镜一侧的表面上，所述第二准直部位于所述基板面向所述曲面反射镜一侧的表面上；或者所述衍射部位于所述基板面向所述曲面反射镜一侧的表面上，所述第二准直部位于所述基板背离所述曲面反射镜一侧的表面上。

8.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括：

环状支撑部，位于所述第一封闭空间内，环绕所述环状侧壁的内壁设置；

密封玻璃，与所述环状支撑部连接；所述管壳、所述环状支撑部和所述密封玻璃形成第二封闭空间；

其中，所述密封玻璃与所述环状支撑部通过焊接固定；所述整形匀化部件与所述管壳通过黏着胶固定。

9.一种激光投影系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1～8任一项所述的激光器，位于所述激光器出光侧的光阀调制部件，以及位于所述光阀调制部件出光侧的投影镜头。

10.如权利要求9所述的投影系统，其特征在于，还包括：位于所述激光器与所述光阀调制部件之间的照明透镜组。

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