CN220673074U - 光学元件、激光光源以及激光器封装模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学元件、激光光源以及激光器封装模块，涉及光学技术领域。包括：激光芯片；第一合光元件，第一光学面用于反射第一色光，第二光学面用于反射第二色光并透射第三色光，第三光学面用于反射第三色光；反射镜，用于将第一色光反射后输出；第二合光元件，用于反射第一色光以及透射第二色光和第三色光，以使第一色光、第二色光以及第三色光的光轴重合，并出射合光光束。仅需反射镜以及三色色光共用的第一合光元件和第二合光元件的设置，即可使得三色激光光束的光轴重合，提升激光光源输出的合光光束的均匀性，并减小其体积与成本。

Description

光学元件、激光光源以及激光器封装模块

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学元件、激光光源以及激光器封装模块。

背景技术

在相关技术中，为得到高亮度且体积较小的激光光源，将不同颜色的激光器阵列集成到同一个基板上，由于不同颜色的激光器阵列出射的激光光束的光轴不重合，光源的出光处不同颜色的激光光束的光斑无法完全重叠，造成光源无法输出均匀的合光光束。

实用新型内容

本申请提出了一种光学元件、激光光源以及激光器封装模块。

第一方面，本申请实施例提供了一种光学元件，其用于对激光芯片发出的第一色光、第二色光以及第三色光进行光轴校正，所述光学元件包括相对的第一表面以及第二表面，所述第一表面形成有第一光学面以及第二光学面，所述第一光学面所在的平面与所述第二光学面所在的平面之间具有高度差，所述第二表面形成有第三光学面，其中，所述第一光学面用于反射所述第一色光，所述第二光学面用于反射所述第二色光并透射所述第三色光，所述第三光学面用于对透过所述第二光学面的所述第三色光进行反射，以使所述第三色光以与所述第二色光的光轴重合的方式自所述第二光学面二次透射。

第二方面，本申请实施例提供了一种激光光源，包括：激光芯片，所述激光芯片用于输出第一色光、第二色光以及第三色光；第一合光元件，选自如上所述的光学元件，其中，所述第一光学面用于反射所述第一色光，所述第二光学面用于反射所述第二色光并透射所述第三色光，所述第三光学面用于反射所述第三色光；反射镜，所述反射镜设置于所述第一合光元件出射的所述第一色光的光路上，用于将所述第一色光反射后输出；第二合光元件，所述第二合光元件设置在所述第一色光与所述第二色光以及所述第三色光的合光的交汇处，用于反射所述第一色光以及透射所述第二色光和所述第三色光，以使所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光的光轴重合，并出射合光光束。

第三方面，本申请实施例提供了一种激光器封装模块，包括上述的激光光源。

本申请实施例提供的激光光源包括激光芯片，激光芯片，激光芯片用于输出第一色光、第二色光以及第三色光；第一合光元件，第一合光元件的第一光学面用于反射第一色光，第二光学面用于反射第二色光并透射第三色光，第三光学面用于反射第三色光；反射镜，反射镜设置于第一合光元件出射的第一色光的光路上，用于将第一色光反射后输出；第二合光元件，第二合光元件设置在第一色光与第二色光以及第三色光的合光的交汇处，用于反射第一色光以及透射第二色光和第三色光，以使第一色光、第二色光以及第三色光的光轴重合，并出射合光光束。如此，仅需通过一个反射镜以及不同色光共用的第一合光元件以及第二合光元件的设置，即可使得第一色光、第二色光以及第三色光的光轴重合，在提升了激光光源输出的合光光束的均匀性的同时，还减少了激光光源中光学元件的使用数量和使用种类，从而减小了激光光源的体积，并降低了激光光源的制造成本。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本申请一实施例提供的光学元件的结构示意图。

图2示出了本申请一实施例提供的激光光源的结构示意图。

图3示出了图2提供的激光光源的俯视图。

图4示出了本申请一实施例提供的激光芯片的结构示意图。

图5示出了本申请一实施例提供的第一合光元件的结构示意图。

图6示出了本申请另一实施例提供的激光光源的结构示意图。

图7示出了本申请一实施例提供的激光器封装模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在相关技术中，为得到高亮度且体积较小的激光光源，将不同颜色的激光器阵列集成到同一个基板上，从而减小了不同颜色的激光器阵列之间排布所占用的面积。激光芯片中设置三色激光器阵列排布在同一基板上时，不同颜色的激光器阵列出射的激光光束的光轴不重合，仅采用简单的反射镜和合光元件组成的成像光路对不同颜色的激光光束进行合光时，难以实现不同颜色的激光光束的光轴完全重合，激光光源的出光处不同颜色的激光光束的光斑无法完全重叠，进而导致激光光源无法输出均匀的合光光束。

请参照图1，图1示出了本申请一实施例提供的光学元件1的结构示意图。如图1所示，本申请实施例的光学元件1包括相对的第一表面以及第二表面。

可选地，当光源为发出光轴不重合的第一色光、第二色光以及第三色光的三色激光芯片，光学元件1用于对激光芯片发出的第一色光、第二色光以及第三色光进行光轴校正。其中，光学元件1的第一表面形成有第一光学面100以及第二光学面200，光学元件1的第二表面形成有第三光学面300，且第一光学面100所在的平面与第二光学面200所在的平面之间具有高度差，即第一表面向第二表面凹进，或者，第二表面向第一表面凹进。

具体地，光学元件1的第一光学面100用于反射激光芯片发出的第一色光；光学元件1的第二光学面200镀有二向色性膜，使得第二光学面200能够用于反射激光芯片发出的第二色光并透射第三色光；光学元件1的第三光学面300用于对透过该第二光学面200的第三色光进行反射，以使第三色光以与第二色光的光轴重合的方式自第二光学面200二次透射。

在本实施例中，设置光学元件1具有不同的平面，并对光学元件1进行镀膜，光学元件1不同的平面能够分别接收激光芯片输出的第一色光、第二色光以及第三色光并进行反射，完成了对不同色光的光轴位置的调整，使得第二色光与第三色光能够以光轴重合的方式出射。

请参照图2，图2示出了本申请一实施例提供的激光光源2的结构示意图。下面将结合图2对本申请实施例提供的激光光源2进行详细阐述。如图2所示，本申请的激光光源2包括激光芯片10、第一合光元件20、反射镜30以及第二合光元件40。

可选地，激光芯片10用于输出第一色光、第二色光以及第三色光，且激光芯片10输出的第一色光、第二色光以及第三色光的光轴不重合。

在本实施例中，第一合光元件20位于激光芯片10的出光侧，且第一合光元件20设置在激光芯片10输出的光束的光路上，且第一合光元件20为图1的实施例所提供的光学元件。第一合光元件20的第一光学面用于反射第一色光，第一合光元件20的第二光学面用于反射第二色光并透射第三色光，第一合光元件20的第三光学面用于对透过第二光学面的第三色光进行反射，以使第二色光与第三色光以光轴重合的方式从第二光学面出射。

进一步地，如图3所示，图3示出了图2提供的激光光源2的俯视图。本实施例将反射镜30设置于第一合光元件20出射的第一色光的光路上，反射镜30用于接收第一合光元件20中第一平面反射的第一色光，并将第一色光反射后输出。

可选地，本实施例将第二合光元件40设置在反射镜30出射第一色光的光路上，第二合光元件40还位于第一合光元件20出射的第二色光与第三色光的合光的光路上，且第二合光元件40位于第一色光与第二色光以及第三色光的合光的交汇处。第二合光元件40用于反射第一色光以及透射第二色光和第三色光，以使第一色光、第二色光以及第三色光的光轴重合，并对第一色光、第二色光以及第三色光进行合光，以输出合光光束。

在本实施例中，激光光源2包括：激光芯片10，激光芯片10用于输出第一色光、第二色光以及第三色光；第一合光元件20，第一合光元件20的第一光学面用于反射第一色光，第二光学面用于反射第二色光并透射第三色光，第三光学面用于反射第三色光；反射镜30，反射镜30设置于第一合光元件20出射的第一色光的光路上，用于将第一色光反射后输出；第二合光元件40，第二合光元件40设置在第一色光与第二色光以及第三色光的合光的交汇处，用于反射第一色光以及透射第二色光和第三色光，以使第一色光、第二色光以及第三色光的光轴重合，并出射合光光束。如此，仅需通过一个反射镜30以及不同色光共用的第一合光元件20以及第二合光元件40的设置，即可使得第一色光、第二色光以及第三色光的光轴重合，在提升了激光光源2输出的合光光束的均匀性的同时，还减少了激光光源2中光学元件的使用数量和使用种类，从而减小了激光光源2的体积，并降低了激光光源2的制造成本。

如图4所示，图4示出了本申请一实施例提供的激光芯片10的结构示意图。激光芯片10包括第一激光芯片11、第二激光芯片12以及第三激光芯片13，且第一激光芯片11用于输出第一色光，第二激光芯片12用于输出第二色光，第三激光芯片13用于输出第三色光。其中，输出第一色光的第一激光芯片11单独形成一列，输出第二色光的第二激光芯片12以及输出第三色光的第三激光芯片13组合成一列，且第一激光芯片11、第二激光芯片12以及第三激光芯片13为不同颜色的激光器阵列，并可以分别为红色激光器阵列、绿色激光器阵列以及蓝色激光器阵列中的一种，即激光芯片10用于输出红、绿、蓝三色激光。

其中，激光芯片10输出第一色光、第二色光以及第三色光时，在激光芯片10所在的平面上，激光芯片10输出的第一色光的光轴与第二色光的光轴在第一方向上的相对距离为a，第一方向为第二色光的光轴与第三色光的光轴在激光芯片所在的平面上的交点的连线方向，第三色光的光轴与第二色光的光轴的相对距离为b。若第一方向为水平方向，则表示第一色光的光轴与第二色光的光轴在水平方向上的相对距离为a，第三色光的光轴与第二色光的光轴在水平方向上的相对距离为b，并且，第三色光的光轴与第二色光的光轴在竖直方向上的相对距离为0，第一色光的光轴与第二色光的光轴在竖直方向上的相对距离不为0。

在一些实施方式中，如图5所示，图5示出了本申请一实施例提供的第一合光元件20的结构示意图。第一合光元件20靠近激光芯片的一侧为第一表面，第一表面形成有第一光学面21以及第二光学面22，第一合光元件20远离激光芯片的一侧为第二表面，第二表面形成有第三光学面23，第一光学面21所在的平面、第二光学面22所在的平面以及第三光学面23所在的平面之间具有高度差。

在本实施例中，第一合光元件20的第一光学面21用于接收第一激光芯片11输出的第一色光，并将第一色光反射至反射镜。第一合光元件20的第二光学面22用于接收第二激光芯片12输出的第二色光以及第三激光芯片13输出的第三色光，将第二色光反射至第二合光元件，并透射第三色光至第三光学面23。第一合光元件20的第三光学面23用于接收第二光学面22透射的第三色光，并将第三色光反射至第二合光元件。其中，第二光学面22镀有二向色性膜，基于二向色性膜能够根据波长范围将接收的光束分成透射光和反射光，使得第二色光在第二光学面22能够具有高反射率而被第二光学面22反射，第三色光在第二光学面22能够具有高透射率而透过第二光学面22。

可选地，第一光学面21所在的平面与第二光学面22所在的平面之间的高度差为第一预设距离A，使得第一合光元件20的第一光学面21对第一色光进行反射，且第二光学面22对第二色光进行反射后，使得第一色光的光轴与第二色光的光轴在第一方向上的相对距离为0，第一方向为第二色光的光轴与第三色光的光轴在激光芯片所在的平面上的交点的连线方向。第一预设距离A满足以下关系：

其中，a为激光芯片所在的平面上第一色光的光轴与第二色光的光轴在第一方向上的相对距离，第一方向为第二色光的光轴与第三色光的光轴在激光芯片所在的平面上的交点的连线方向，θ为第一色光入射到第一合光元件20上的入射角，第一色光、第二色光以及第三色光平行入射至第一合光元件20。

在本实施例中，当激光芯片中的第一激光芯片11或第二激光芯片12的激光器数量发生变化时，变化后的激光芯片发出的不同色光的光轴的位置将发生变化。第一色光对应的第一光学面21所在的平面与第二色光对应的第二光学面22所在的平面之间的高度差仍满足上述第一预设距离A的关系，此时a为变化后第一色光的光轴与第二色光的光轴在水平方向上的相对距离。

可选地，第三光学面23所在的平面与第二光学面22所在的平面之间的高度差为第二预设距离B，使得第一合光元件20的第二光学面22对第二色光进行反射，且第三光学面23对第二光学面22透射的第三色光进行反射后，使得第三色光的光轴与第二色光的光轴在水平方向上的相对距离为0。且由于第三色光的光轴与第二色光的光轴在垂直于第一方向上的相对距离为0，在以第二色光的光轴为目标中心对第三色光的光轴在第一方向上的位置进行调整后，第二色光与第三色光的光轴重合。第二预设距离B满足以下关系：

其中，b为激光芯片所在的平面上第三色光的光轴与第二色光的光轴的相对距离，θ为第一色光入射到第一合光元件20上的入射角，第一色光、第二色光以及第三色光平行入射至第一合光元件20，n为第一合光元件20的折射率。

在本实施例中，当激光芯片中的第二激光芯片12或第三激光芯片13的激光器数量发生变化时，变化后的激光芯片发出的不同色光的光轴的位置将发生变化。第二色光对应的第二光学面22所在的平面与第三色光对应的第三光学面23所在的平面之间的高度差仍满足上述第二预设距离B的关系，此时b为变化后第二色光的光轴与第三色光的光轴在第一方向上的相对距离。

进一步地，当激光芯片中第一激光芯片11输出的不同色光的颜色发生变化时，第二光学面22的镀膜属性不变。当第二激光芯片12或第三激光芯片13输出的不同色光的颜色发生变化时，第二光学面22的镀膜属性发生变化，以保证第一合光元件20中的第二光学面22能够反射第二色光并透射第三色光。

在本实施例中，设置第一合光元件20具有不同的平面，并对第一合光元件20进行镀膜，使得第一合光元件20不同的平面能够分别接收激光芯片输出的第一色光、第二色光以及第三色光并进行反射，使得第二色光与第三色光的光轴重合。基于此，不同色光在共用一个第一合光元件20时，第一合光元件20能够完成对不同色光的光轴在第一方向上的位置调整，使得不同色光合光过程中经过的光学元件较少，降低了光束的损耗，同时减少了激光光源中光学元件的使用数量和使用种类，减小了激光光源的体积。

可选地，图2所示的第二合光元件40亦镀有二向色性膜，基于二向色性膜能够根据波长范围将接收的光束分成透射光和反射光，使得第一色光在第二合光元件40上能够具有高反射率而被第二合光元件40反射，第二色光以及第三色光在第二合光元件40上均具有高透射率而能够透过第二合光元件40。

可选地，反射镜30将第一色光输出至第二合光元件40，第一合光元件20将光轴重合的第二色光与第三色光输出至第二合光元件40，第二合光元件40用于对第二色光以及第三色光的合光进行透射输出，第二合光元件40还用于对第一色光进行反射输出，且第二合光元件40设置在第一色光与第二色光以及第三色光的合光的交汇处。基于此，第二合光元件40输出的第一色光、第二色光以及第三色光的以光轴重合的方式出射，从而使得激光光源20的出光处不同色光的光斑能够以光轴重合的方式重叠，激光光源20能够输出均匀的合光光束。

请参照图6，图6示出了本申请另一实施例提供的激光光源2的结构示意图。如图6所示，本申请的激光光源2包括激光芯片10、第一合光元件20、反射镜30以及第二合光元件40。

在本实施例中，激光光源2还包括散射元件50，散射元件50设置于第二合光元件40的出光处，散射元件50用于将第二合光元件40输出的合光光束散射后输出，以使得合光光束的颜色以及亮度均匀。

可选地，激光光源2还包括复眼透镜60，复眼透镜60设置于散射元件50的出光处，复眼透镜60用于将接收散射元件50输出的合光光束，并将合光光束匀光后输出，从而进一步提高了激光光源2的出光处输出的合光光束的颜色均匀性以及亮度均匀性。当激光光源2应用于激光器封装模块时，激光光源2使激光芯片10输出的不同色光的光轴重合以实现高效合光的同时，还避免了光轴不重合时不同色光入射到复眼透镜60上重合区域较少，导致投影镜头出光处白场不均匀的问题。

进一步地，激光光源2还包括会聚透镜70以及准直透镜80。其中，会聚透镜70设置于第二合光元件40与散射元件50之间，会聚透镜70用于接收并会聚第二合光元件40出射的合光光束至散射元件50。准直透镜80设置于散射元件50与复眼透镜60之间，准直透镜80用于对散射元件50出射的合光光束进行准直处理，并将准直处理后的合光光束透射至复眼透镜60。其中，会聚透镜70以及准直透镜80均能减小接收到的合光光束的光束发散角，使得合光光束在激光光源2的光路中能够尽可能地被接收，从而起到光束收集的作用，提高了激光光源2中光束的利用率。

本申请实施例的激光光源2中，在第一合光元件20、反射镜30以及第二合光元件40使得激光芯片10输出的不同色光的光轴重合并进行合光后，通过设置散射元件50、复眼透镜60对不同色光的合光光束进行了匀光，提高了合光光束的颜色均匀性以及亮度均匀性，同时通过设置会聚透镜70、准直透镜80减小了合光光束的发散角，提高了光束利用率，从而使得激光光源2能够输出均匀且高亮度的合光光束。

请参阅图7，图7示出了本申请一实施例提供的激光器封装模块3的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的激光器封装模块3包括封装壳体4以及出光口5，且封装壳体4内设置有上述实施例所述的激光光源2，该出光口5用于供激光光源2的合光光束出射。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光学元件，其用于对激光芯片发出的第一色光、第二色光以及第三色光进行光轴校正，其特征在于，所述光学元件包括相对的第一表面以及第二表面，所述第一表面形成有第一光学面以及第二光学面，所述第一光学面所在的平面与所述第二光学面所在的平面之间具有高度差，所述第二表面形成有第三光学面，其中，所述第一光学面用于反射所述第一色光，所述第二光学面用于反射所述第二色光并透射所述第三色光，所述第三光学面用于对透过所述第二光学面的所述第三色光进行反射，以使所述第三色光以与所述第二色光的光轴重合的方式自所述第二光学面二次透射。

2.一种激光光源，其特征在于，所述激光光源包括：

激光芯片，所述激光芯片用于输出第一色光、第二色光以及第三色光；

第一合光元件，选自如权利要求1所述的光学元件，其中，所述第一光学面用于反射所述第一色光，所述第二光学面用于反射所述第二色光并透射所述第三色光，所述第三光学面用于反射所述第三色光；

反射镜，所述反射镜设置于所述第一合光元件出射的所述第一色光的光路上，用于将所述第一色光反射后输出；

第二合光元件，所述第二合光元件设置在所述第一色光与所述第二色光以及所述第三色光的合光的交汇处，用于反射所述第一色光以及透射所述第二色光和所述第三色光，以使所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光的光轴重合，并出射合光光束。

3.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，所述第一光学面所在的平面与所述第二光学面所在的平面之间的高度差为第一预设距离A：

其中，a为所述激光芯片所在的平面上所述第一色光的光轴与所述第二色光的光轴在第一方向上的相对距离，所述第一方向为所述第二色光的光轴与所述第三色光的光轴在所述激光芯片所在的平面上的交点的连线方向，θ为所述第一色光入射到所述第一合光元件上的入射角，所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光平行入射至所述第一合光元件。

4.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，所述第三光学面所在的平面与所述第二光学面所在的平面之间的高度差为第二预设距离B：

其中，b为所述激光芯片所在的平面上所述第三色光的光轴与所述第二色光的光轴的相对距离，θ为所述第一色光入射到所述第一合光元件上的入射角，所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光平行入射至所述第一合光元件，n为所述第一合光元件的折射率。

5.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括散射元件，所述散射元件设置于所述第二合光元件的出光处，所述散射元件用于将所述合光光束散射后输出。

6.根据权利要求5所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括复眼透镜，所述复眼透镜设置于所述散射元件的出光处，所述复眼透镜用于将所述合光光束匀光后输出。

7.根据权利要求6所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括会聚透镜，所述会聚透镜设置于第二合光元件与所述散射元件之间，所述会聚透镜用于接收并会聚所述第二合光元件出射的所述合光光束至所述散射元件。

8.根据权利要求6所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述散射元件与所述复眼透镜之间，所述准直透镜用于对所述散射元件出射的所述合光光束进行准直处理，并将准直处理后的所述合光光束透射至所述复眼透镜。

9.根据权利要求2至8任一项所述的激光光源，其特征在于，所述激光芯片包括输出所述第一色光的第一激光芯片、输出所述第二色光的第二激光芯片以及输出所述第三色光的第三激光芯片，其中，输出所述第一色光的第一激光芯片单独形成一列，输出所述第二色光的第二激光芯片以及输出所述第三色光的第三激光芯片组合成一列。

10.一种激光器封装模块，其特征在于，包括封装壳体以及出光口，所述封装壳体内设置有如权利要求2至9任一项所述的激光光源，所述出光口用于供所述激光光源的合光光束出射。