一种激光投影系统的制作方法

本发明涉及投影显示，尤其涉及一种激光投影系统。

背景技术：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

技术特征：

1.一种激光投影系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求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位矩阵分布；

3.根据权利要求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.根据权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的激光投影系统，其特征在于，还包括合光组件，所述合光组件位于所述激光器的出光侧，用于对所述第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片出射的多个激光光斑进行合光，形成与多个激光光斑对应多个呈阵列分布的合光光斑；

6.根据权利要求5所述的激光投影系统，其特征在于，所述激光器包括第一激光器和第二激光器，所述合光组件位于所述第一激光器和第二激光器的出射光束交汇处，用于对所述第一激光器和第二激光器的出射光束进行合束。

7.根据权利要求5或6所述的激光投影系统，其特征在于，所述衍射光学元件位于所述合光组件的出光侧，用于对所述多个呈阵列分布的合光光斑进行整形，使每个所述合光光斑投射在相同位置且形成强度分布均匀的光斑，所述光斑可以直接入射至所述光阀调制部件。

8.根据权利要求4-7任一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第三激光芯片的出射光为第二线偏振光，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；

9.根据权利要求8所述的激光投影系统，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。

10.根据权利要求1-7任一所述的激光投影系统，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种激光投影系统，包括：激光器和衍射元件，其中激光器用于出射多个呈阵列分布的激光光斑，衍射光学元件位于激光器的出光侧，用于对多个呈阵列分布的激光光斑整形，使每个激光光斑都可以在相同位置处形成强度分布均匀的光斑，该光斑满足直接入射光阀调制器件的条件。从而不再需要在投影系统中设置光导管、扩散片等部件，有效简化投影系统的结构设计，有利于实现小型化设计。

技术研发人员：颜珂,田有良,刘显荣
受保护的技术使用者：青岛海信激光显示股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15