用于HMDS的扫描MEMS显示系统中的几何复用的RGB激光技术方案

系统和方法被用于在MEMS显示系统中执行几何复用，MEMS显示系统利用RGB激光二极管和MEMS镜来补偿RGB光之间的角度间隔，角度间隔由RGB激光二极管发射的RGB光传递通过由RGB激光二极管共享的单个准直透镜(而不是针对每个对应的激光二极管利用单独的准直透镜)所产生。通过将时间缓冲区应用于RGB激光源的脉冲，角度间隔在目标显示器处产生的RGB光之间的空间偏移被补偿，使得RGB光在通过MEMS镜系统进行扫描期间，在目标显示器的适当像素处水平和垂直地被对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于HMDS的扫描MEMS显示系统中的几何复用的RGB激光
技术介绍
已发现HMDS(头戴式显示系统)有助于各种娱乐、教育和职业方面的努力。HMDS在沉浸式混合现实环境(诸如，增强现实环境和虚拟现实环境)内渲染全息图和其他信息。由HMDS执行的成像非常靠近用户的眼睛，因此期望以高精度和高分辨率来渲染图像。然而，在这样小的形状因子内渲染高质量图像所需的光学和计算部件在经济和计算上都是昂贵的。MEMS(微机电系统)镜系统表示利用HMDS来更有效地渲染高质量图像的一种技术进步。MEMS镜系统被配置有一个或多个调制镜来扫描来自光源(诸如，RGB(红、绿、蓝)激光组件)的光，并将该光重定向到目标显示器的各像素，从而针对由HMDS渲染的图像生成每一帧。与MEMS镜系统一起使用的RGB激光组件通常包括单独的红色、绿色和蓝色激光二极管以及三个对应分离的准直光学元件。每个准直光学元件被配置为将来自其对应不同的激光二极管的光单独准直并将其导向光束组合器。光束组合器将经个体地准直的红色、绿色和蓝色光束组合为单个光束，单个光束被重定向到MEMS镜系统。以这种方式，RGB光在由MEMS镜系统进行扫描之前在光谱上被组合。图1示出了与MEMS镜系统110结合使用的典型RGB激光组件100的示例。如图所示，RGB激光组件100包括红色激光二极管110r、绿色激光二极管110g和蓝色激光二极管110b。红色激光二极管110r生成由第一准直光学元件120r准直的红光112r。绿色激光二极管110g生成由第二准直光学元件120g准直的绿光112g。并且，蓝色激光二极管110b生成由第三准直光学元件120b准直的蓝光112b。然后，经准直的红光束112r、绿光束112g和蓝光束112b由光束组合器130的光学元件在光谱上进行组合，并被重定向至MEMS镜系统140，MEMS镜系统140执行扫描过程来将光重定向至目标显示器的各像素。更具体地，未示出的图形处理器或芯片对RGB激光器的脉冲发射和MEMS镜的调制进行排序，使得RGB光束以适当的时序重定向到目标显示器的正确像素，以渲染每个图像帧的每个像素。例如，以非常高的频率迭代地执行激光器的脉冲发射和扫描的调制过程，以适应HMDS的渲染和刷新率(例如，60Hz-120Hz或甚至更快的帧刷新率)。当前MEMS显示系统存在的问题是，与激光器和光学部件相关联的许多成本基本上是原来的三倍。具体地，RGB激光器组件100具有三个单独的激光二极管、底座和封装(110r、110g和110b)以及各自均会增加激光器组件的总成本的三个对应地单独的准直光学元件(120r、120g和120b)。附加地，用于波长组合的二向色镜可能昂贵且笨重，从而增加了整个组件的成本和尺寸。有时，单独的光电二极管部件(例如，光电二极管150r、150g和150b)也与每个激光器配对，这进一步增加了成本。利用三个单独的准直器以及三个单独的光电二极管部件(包括用于连接这些部件的布线)会增加RGB激光器组件的整体尺寸。然而，特别是因为从外观和功能上来说，HMD要求显示系统尽可能小，所以这对于RGB模块来说是不期望的属性。与MEMS显示系统相关联的另一问题是，尽管使用了三个准直透镜，但是对个体红色、绿色和蓝色光束的扫描在被扫描的(多个)目标像素内并不总是完美对准的。例如，如图1所示，MEMS镜系统可以扫描以脉冲发射的红光112r、绿光112g和蓝光112b，使得红光112r、绿光112g和蓝光112b不会在目标像素位置190上完美重叠。这可能由各种因素引起，包括激光二极管之间的可变性、不同的准直光学元件中的失准以及对不同激光二极管施加脉冲与MEMS镜的调制的时序的不适当排序。光束在目标像素位置内的主动水平和垂直对准有时可以通过利用MEMS镜的调制来将个体激光二极管脉冲的时序进行校准/重新排序(例如，通过对激光二极管更快或更慢地施加脉冲)来解决该失准。有时可以执行该校准/对准过程来校正RGB光的较小失准，但是由于RGB激光器在现有系统中已对准，因此现有系统将校正限制在水平和垂直方向上少于10个像素。尽管有前述进展，但仍存在使得HMDS变得更紧凑、使得成像更精确和有效以及降低HMDS成像部件的相关经济成本的持续需求和期望。本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些环境中操作的实施例。而是，仅提供该上下文来例示可实践本文所描述的一些实施例的一个示例性

技术实现思路
所公开的实施例包括并入了RGB激光器组件和MEMS扫描镜的成像HMDS，并且在成像HMDS中使用了针对RGB激光的共享准直光学元件，而不是针对每个RGB激光二极管使用不同且单独的准直光学元件。所公开的实施例还包括用于在利用RGB激光二极管和MEMS扫描镜的MEMS显示系统中执行RGB光的几何复用的方法。几何复用用于补偿RGB光穿过共享准直透镜的角度间隔和对应空间偏移。几何复用包括将时间缓冲区应用于RGB激光二极管的脉冲发射，从而创建RGB光的空间调整，使得RGB光在目标显示器的适当像素处垂直和水平对准。一些实施例在组件中包括和/或利用波长范围为800nm至1000nm的附加IR激光器，以用于IR照明应用。该附加的IR照明激光器还被放置在与其他可见光激光二极管几何接近的位置，使得RGB和IR激光器由同一共享的准直透镜进行几何复用。一些实施例包括和/或利用具有RGB激光器组件的MEMS显示系统，RGB激光器组件具有生成红光的红色激光二极管、生成绿光的绿色激光二极管和生成蓝光的蓝色激光二极管。MEMS显示系统还包括位于RGB激光器组件和MEMS镜系统之间的单个共享准直光学元件。单个准直光学组件或准直光学组件组被定位为将RGB光接收、准直和重定向，使得红光、绿光、蓝光和IR光均传递通过单个准直光学元件，而不是使得红光、绿光、蓝光和IR光传递通过不同的准直光学元件。在一些实施例中，MEMS显示系统包括MEMS镜系统，MEMS镜系统从光束组合器接收RGB光，并从共享准直器获得RGB光。MEMS镜系统根据RGB激光二极管的脉冲顺序进行调制，以将RGB光重定向到目标显示器的多个个体目标像素位置。在一些实施例中，MEMS镜系统包括在相对于目标显示器的水平方向上对光进行调制的快速扫描镜和在相对于目标显示器的垂直方向上对光进行调制的慢速扫描镜。在一些实施例中，慢速扫描镜具有慢速扫描范围，慢速扫描范围延伸超过目标显示器的顶部边界的慢速扫描角缓冲区，慢速扫描角缓冲区等于从共享准直器发射的RGB光之间的角度间隔。在一些实施例中，执行激光器的几何复用来补偿与RGB光的角度间隔和对应空间间隔。一些实施例包括例如确定相对于目标显示器在垂直方向上存在于RGB光之间的角度偏移，然后在RGB激光器组件的脉冲中施加定时延迟/缓冲区来至少补偿扫描线偏移，扫描线偏移与RGB光在垂直方向上相对于目标显示器的角度间隔相关联。在一些实施例中，所公开的方法还包括确定水平方向上的RGB光之间存在的角度偏移，并对RGB激光器组件/(多个)二极管的脉冲施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS(微机电系统)显示系统(图3)，包括：/nRGB(红色、绿色、蓝色)激光器组件，具有生成红光的红色激光二极管、生成绿光的绿色激光二极管和生成蓝光的蓝色激光二极管；/n被定位在所述RGB激光器组件和光束组合器之间的共享准直光学元件，所述共享准直光学元件被定位为将所述红光、所述绿光和所述蓝光接收、准直并重定向到所述光束组合器，使得所述红光、所述绿光和所述蓝光均传递通过所述共享准直光学元件；/nMEMS镜系统，从所述光束组合器接收所述红光、所述绿光和所述蓝光；以及/n激光器和MEMs控制器，按由所述RGB激光器组件的所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管和所述蓝色激光二极管执行的脉冲发射顺序进行调制，以将所述红光、所述绿光和所述蓝光扫描到目标显示器的多个个体目标像素位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180112 US 15/869,4921.一种MEMS(微机电系统)显示系统(图3)，包括：
RGB(红色、绿色、蓝色)激光器组件，具有生成红光的红色激光二极管、生成绿光的绿色激光二极管和生成蓝光的蓝色激光二极管；
被定位在所述RGB激光器组件和光束组合器之间的共享准直光学元件，所述共享准直光学元件被定位为将所述红光、所述绿光和所述蓝光接收、准直并重定向到所述光束组合器，使得所述红光、所述绿光和所述蓝光均传递通过所述共享准直光学元件；
MEMS镜系统，从所述光束组合器接收所述红光、所述绿光和所述蓝光；以及
激光器和MEMs控制器，按由所述RGB激光器组件的所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管和所述蓝色激光二极管执行的脉冲发射顺序进行调制，以将所述红光、所述绿光和所述蓝光扫描到目标显示器的多个个体目标像素位置。


2.根据权利要求1所述的MEMS显示系统，其中所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管和所述蓝色激光二极管中的每一项之间的预定距离是小于3mm的距离。


3.根据权利要求1所述的MEMS显示系统，其中所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管和所述蓝色激光二极管中的每一项具有小于2mm的宽度。


4.根据权利要求1所述的MEMS显示系统，其中所述共享准直光学元件的焦距在2mm与10mm之间。


5.根据权利要求1所述的MEMS显示系统，其中所述共享准直光学元件的焦距大于5mm。


6.根据权利要求1所述的MEMS显示系统，其中所述共享准直光学元件的焦距小于5mm。


7.根据权利要求1所述的MEMS显示系统，其中：
所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管或所述蓝色激光二极管中的一个激光二极管相对于两个交替和外部定位的激光二极管居中定位，并且
所述共享准直光学元件在所述RGB激光器组件和所述光束组合器之间具有特定的焦距和特定的定位，以在由居中定位的所述激光二极管生成的光与由所述两个交替和外部定位的激光二极管生成的光之间创建至少2度的角度间隔。


8.根据权利要求7所述的MEMS显示系统，其中所述角度间隔为至少4度。

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【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·普里塞，J·O·米勒，潘恩赐，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US