微镜激光扫描近眼显示系统技术方案

本发明专利技术提供一种微镜激光扫描近眼显示系统。所述微镜激光扫描近眼显示系统包括MEMS微镜扫描装置、准直镜、耦入光栅、波导及耦出光栅，所述耦入光栅放置在所述波导表面，所述MEMS微镜扫描装置包括用于发射光束的光源，所述光源发出的光束经过所述准直镜后变为平行的光束，所述平行的光束垂直入射到所述耦入光栅，垂直入射到所述耦入光栅的光束由所述耦入光栅耦入所述波导进行传递，经所述波导传递的光束在所述波导内全反射并由所述耦出光栅耦出；所述耦出光栅为全息光栅，所述波导的光束由所述耦出光栅耦出为会聚光束并在人眼内会聚。本发明专利技术避免光束受波导全反射角的限制和VAC的发生，同时光线均以一个角度被耦入和耦出，显示图像均匀性好。

Micro mirror laser scanning near eye display system

【技术实现步骤摘要】
微镜激光扫描近眼显示系统
本专利技术涉及波导近眼显示
，尤其涉及一种微镜激光扫描近眼显示系统。
技术介绍
请参阅图1，图1为现有技术中的增强现实(AugmentedReality，AR)波导近眼显示设备，显示的图像源由微显示器1提供，微显示器1上不同像素点发出的光束被准直镜2转换为不同角度的入射光束，从而能被耦入光栅3耦入到波导4中。耦入的光束在波导4中以全反射的形式传输，当光束每次遇到耦出光栅5时都有部分能量的光束被耦出波导进入人眼6。最终不同像素点的光束以不同的角度进入人眼6，从而能看到无穷远处的显示图像。然而，图1中的显示装置至少有以下三个缺点：一、由于波导中以全反射的形式传播，视场(FieldofView，FOV)受波导全反射角度的限制，无法实现很大的FOV；二、显示图像永远处于无穷远处，这样人眼聚焦在近处的时候会有视觉辐辏调节冲突(Vergence-accommodationConflict，VAC)发生。三、不同像素点以不同角度被光栅耦入和耦出，而光栅对不同入射角的光束的衍射效率不同，而且不同角度光束在耦出光栅的耦出位置也不相同，综合以上两个因素，人眼看到的图像会出现亮度和色彩不均匀的现象。
技术实现思路
本专利技术提供一种微镜激光扫描近眼显示系统，能够扩大FOV大小，避免VAC的发生，同时显示的图像的均匀性好。本专利技术提供的微镜激光扫描近眼显示系统包括：MEMS微镜扫描装置、准直镜、耦入光栅、波导及耦出光栅，所述耦入光栅放置在所述波导表面，所述MEMS微镜扫描装置包括用于发射光束的光源，所述光源发出的光束经过所述准直镜后变为平行的光束，所述平行的光束垂直入射到所述耦入光栅，垂直入射到所述耦入光栅的光束由所述耦入光栅耦入所述波导进行传递，经所述波导传递的光束在所述波导内全反射并由所述耦出光栅耦出；所述耦出光栅为全息光栅，所述波导的光束由所述耦出光栅耦出为会聚光束并在人眼内会聚。MEMS微镜扫描装置MEMS微镜扫描装置优选地，所述MEMS微镜扫描装置包括沿所述光束的传播路径依次设置的所述光源、合束镜以及MEMS微反射镜，所述光源为RGB三色光源，所述光源发出的光束由所述合束镜整合后传递至所述MEMS微反射镜，所述MEMS微反射镜扫描显示所述光束。MEMS微镜扫描装置优选地，所述MEMS微反射镜的表面通过镀金属以增大对可见光波段的光反射率。优选地，所述耦入光栅为表面浮雕光栅或者体全息光栅，所述光束在所述耦入光栅内的衍射角大于在所述波导的全反射角。优选地，所述耦入光栅与耦出光栅均设置于所述波导靠近所述MEMS微镜扫描装置的一侧。优选地，所述耦出光栅设置于所述波导远离所述MEMS微镜扫描装置的一侧。优选地，所述耦出光栅包括至少两层层叠设置的所述全息光栅，用于分别对RGB光束进行曝光。优选地，所述全息光栅采用多次曝光分别记录RGB三色光束。优选地，所述耦出光栅耦出的光束投影到人眼视网膜上不同的位置形成图像近眼视觉，所述近眼视觉视场角满足：其中，FOV为视场角，s为所述全息光栅的面积，d为光束会聚点到波导的距离。优选地，所述耦入光栅和所述耦出光栅同为体全息光栅，所述耦入光栅和所述耦出光栅设置于在波导同一侧，所述耦出光栅的面积大于所述耦入光栅的面积。优选地，所述耦入光栅和所述耦出光栅均设置于所述波导靠近所述MEMS微镜扫描装置的一侧，所述耦入光栅和所述耦出光栅均为透射光栅。优选地，所述耦入光栅和所述耦出光栅均设置于所述波导远离所述MEMS微镜扫描装置的一侧，所述耦入光栅和所述耦出光栅均为反射光栅。优选地，对于所述耦入光栅，垂直于所述波导入射的平行光束为参考光，入射到耦入光栅的中心光线的物光的入射角度满足：n0sinγ＝n1sinβ其中，γ为物光入射角度，β为波导折射角度，n0为空气折射率，n1为波导折射率。与现有技术相比，本专利技术提供的微镜激光扫描近眼显示系统，通过调整入射耦入光栅的光束角度，避免光束受波导全反射角的限制，同时通过耦出光栅的HOE会聚到人眼晶状体中心，避免VAC的发生，同时，光线均以一个角度被耦入和耦出，显示的图像的均匀性好。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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它的附图，其中：图1为现有技术的AR波导近眼显示的示意图；图2为本专利技术实施例一提供的微镜激光扫描近眼显示系统的示意图；图3为图2中的MEMS微镜激光扫描显示装置的示意图；图4为本专利技术实施例一提供的HOE的记录示意图；图5为本专利技术实施例一提供的调整耦入光栅HOE和耦入光栅HOE的原理示意图；图6为图5中的耦入光栅的HOE的记录示意图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图2，本专利技术提供的微镜激光扫描近眼显示系统包括：微机电系统(MicroelectromechanicalSystems，MEMS)MEMS微镜扫描装置10、准直镜20、耦入光栅30、波导40及耦出光栅50，所述MEMS微镜扫描装置10包括用于发射光束的光源，所述光源发出的光束经过所述准直镜20后变为平行的光束后垂直入射到耦入光栅30，所述耦入光栅30为表面浮雕光栅或者体全息光栅，所述耦入光栅30的衍射角31θ大于在所述波导40的全反射角；垂直入射到所述耦入光栅30的光束由所述耦入光栅30耦入所述波导40进行传递，耦入波导40后的光束之间仍彼此平等；所述耦入光栅30放置在所述波导40表面，经所述波导40传递的光束在所述波导40内全反射并由所述耦出光栅50耦出，所述耦出光栅50为全息光栅，所述波导40的光束由所述耦出光栅50耦出为会聚光束并在人眼60内会聚；光束会聚点为人眼60的晶状体中心61，然后直接投影到人眼60的视网膜62上，形成近眼视觉。所述耦出光栅50为全息光学元件(HolographicOpticalElement，HOE)，所述耦出光栅50放置在所述波导40的表面。所述耦入光栅30和耦出光栅50可以放置于所述波导40的上表面41或下表面42，所述耦入光栅30和耦出光栅50放置在所述波导40的上表面41时为透射式耦入光栅/耦出光栅，所述耦入光栅30和耦出光栅50放置在所述波导40的下表面42时为反射式耦入光栅/耦出光栅，所述波导40的上表面41和下表面42是相对于光源，即所述MEMS微镜扫描装置10所说，与所述光源在同一侧的表面为上表面41，相反的一面为下表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述微镜激光扫描近眼显示系统包括：MEMS微镜扫描装置、准直镜、耦入光栅、波导及耦出光栅，所述耦入光栅放置在所述波导表面，所述MEMS微镜扫描装置包括用于发射光束的光源，所述光源发出的光束经过所述准直镜后变为平行的光束，所述平行的光束垂直入射到所述耦入光栅，垂直入射到所述耦入光栅的光束由所述耦入光栅耦入所述波导进行传递，经所述波导传递的光束在所述波导内全反射并由所述耦出光栅耦出；所述耦出光栅为全息光栅，所述波导的光束由所述耦出光栅耦出为会聚光束并在人眼内会聚。/n

【技术特征摘要】
1.一种微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述微镜激光扫描近眼显示系统包括：MEMS微镜扫描装置、准直镜、耦入光栅、波导及耦出光栅，所述耦入光栅放置在所述波导表面，所述MEMS微镜扫描装置包括用于发射光束的光源，所述光源发出的光束经过所述准直镜后变为平行的光束，所述平行的光束垂直入射到所述耦入光栅，垂直入射到所述耦入光栅的光束由所述耦入光栅耦入所述波导进行传递，经所述波导传递的光束在所述波导内全反射并由所述耦出光栅耦出；所述耦出光栅为全息光栅，所述波导的光束由所述耦出光栅耦出为会聚光束并在人眼内会聚。


2.根据权利要求1所述的微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述MEMS微镜扫描装置包括沿所述光束的传播路径依次设置的所述光源、合束镜以及MEMS微反射镜，所述光源为RGB三色光源，所述光源发出的光束由所述合束镜整合后传递至所述MEMS微反射镜，所述MEMS微反射镜扫描显示所述光束。


3.根据权利要求2所述的微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述MEMS微反射镜的表面通过镀金属以增大对可见光波段的光反射率。


4.根据权利要求1所述的微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述耦入光栅为表面浮雕光栅或者体全息光栅，所述光束在所述耦入光栅内的衍射角大于在所述波导的全反射角。


5.根据权利要求1所述的微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述耦入光栅与耦出光栅均设置于所述波导靠近所述MEMS微镜扫描装置的一侧。


6.根据权利要求1所述的微镜激光扫描近眼显示系统，其特征在于，所述耦出光栅设置于所述波导远离所述MEMS微镜扫描装置的一侧。


7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨濛，
申请(专利权)人：瑞声科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32