本发明专利技术公开了基于MEMS阵列的车载成像装置，包括：光源：用于发射多束平行光组成粗光束；MEMS微振镜阵列机构：将光源发射的粗光束按一定角度反射；成像透镜：具有正焦距，用于将MEMS微振镜阵列机构反射的光束汇聚成实像；或者，具有负焦距，用于将MEMS微振镜阵列机构反射的光束发散成虚像。本发明专利技术的优点是：通过平行粗光束的光源与MEMS微振镜阵列机构配合，不需要荧幕也可以实现大的眼盒范围观看，而且采用MEMS微振镜阵列机构相对于单个MEMS微振镜，能进一步缩小MEMS部分所占用的空间，从而实现小体积大视场的目的。小体积大视场的目的。小体积大视场的目的。
【技术实现步骤摘要】
基于MEMS阵列的车载成像装置
[0001]本专利技术涉及基于MEMS阵列的车载成像装置。
技术介绍
[0002]车载空中成像设备简称AID，不同于以往常规的抬头显示设备HUD，HUD的成像一般位于汽车前挡风玻璃外侧，人眼视线方向成虚像，而AID设备是要在汽车前挡风玻璃与驾驶员、乘客之间成实像，除了可以显示内容外，还可以与手势识别等设备配合进行人机交互。
[0003]HUD、AID用于汽车前仪表平台，能够改善驾驶人员和汽车仪表的交互体验，尤其在高速驾驶时，能够显著减少驾驶人员因为观看仪表低头的次数，提高了安全性。对于HUD、AID设备的呈现形式上，希望不遮挡驾驶视线，CHUD或者其他带散射幕布的解决方案就没有那么安全。
[0004]而HUD、AID的安装会占用一定的空间，越大的成像尺寸，对应越大的空间占用。在车载HUD、AID场景下，汽车前仪表平台空间有限，这就限制了HUD、AID设备的成像尺寸。在有限的汽车前仪表台面空间内，上下方向上可以避让的空间有限，水平方向上可避让的空间较大，应用于汽车前仪表台面的HUD、AID设备往扁平化发展是未来的趋势。
[0005]现有的空中成像设备，基于空气投影技术，主要包括：
[0006]1、第一种是负折射平板的方式，通过引入负折射平板，借助汽车前风挡玻璃内表面反射，在空中重构出一个等大的实像；
[0007]2、第二种是介质“屏幕”的方式，在成像位置设置散射面(比如投影幕布)，让投影光机形成的图像，发生散射，进而被散射到人眼；
[0008]3、第三种类似抬头显示HUD的反射方案，采用自由曲面反射镜片形成实像；
[0009]4、第四种是基于微小MEMS阵列的成像方案。
[0010]对于第一种负折射平板的方式，如图1所示，实像4和图像源1关于负折射平板8镜像，在眼盒5位置看视线一般会延申到负折射平板上，这样会有部分遮挡问题。第一种解决遮挡的方式是，增大观察视线和负折射平板法线的夹角，同时让负折射平板尽量和汽车前仪表台面平行，改方式需要负折射平板的面积急剧增大，负折射平板的长度很容易就超过了1米，很显然这是不现实的。第二种解决遮挡的方式是，借助汽车前风挡玻璃反射一次，不过一般汽车前风挡玻璃到汽车前仪表台面还有250～300mm的距离，因为负折射平板放大倍率只有1，那么图像源就会离负折射平板较远，那么系统的体积一般较大，且该情形下，会形成一个位于汽车前风挡玻璃外侧的虚像，而不是实像。另外，负折射平板的成像方式，因为其技术特点，一方面会有明显的杂光；另一方面成像画质无法做到细腻程度，像质的好坏还取决于负折射平板内部反射阵列的间距。
[0011]对于第二种介质“屏幕”的方式，借助一层介质的存在，对光线进行散射，从而让投影光以较小的孔径角情况下，就能实现大眼盒范围的图像可见。该方式只有在特殊情形下可以采用，即没有图像透明的需求，但是基于汽车前仪表平台的空中智能成像设备，需要图像无遮挡，这就导致投影幕布、空中水幕的方式，无法真正的上车。
[0012]另外如图2所示，也代表了常规的解决方案，图像源7由二维阵列的像素组成，常见的图像源有透射式的LCD屏，反射式的LCOS屏、DMD芯片。图像源通过成像透镜3或反射系统后，在特定的位置再现出放大或者缩小的实像4。人眼在眼盒5位置对图像进行观看的时候，有观测区域的要求，这就需要图像源上每颗像素点带有一定发光孔径角，像素点的发光是通过背光照明实现的，那么背光光源就必定是具有一定发光角度的光源。如果是单一角度的平光照射，就无法实现在一定区域内观测；当然可以通过在平光后面加扩散膜的方式将光线进行发散，但是本质上照射到图像源上的照明光束必须是发散光。
[0013]如图3所示，给出了一种基于二维MEMS10的小体积方案，因为使用细光束11成像，二维MEMS10和激光光源9组合本身可以做到很小的体积，但是必须借助具有散射功能的屏幕12才能实现不同位置的观看。
[0014]对于第三种类似抬头显示HUD的反射方式，自由曲面反射镜加工精度一般要求较高，该方案的视场角一般被限制在12
×3°
左右，更大的视场角，需要更大的光学口径，另外该方案也面临太阳光杂光的问题，反射镜的反射率在85％以上，杂光如果存在更容易被人眼观测到。同时该方案体积一般也较大。
[0015]对于第四种基于微小MEMS阵列的成像方案，如公布号CN109254410A公开的《空间成像装置》，从人眼视觉的本质出发，给出一种实现了扁平化的设计思路。根据该方案技术特点，我们也发现了该方案的一些限制；其一、考虑人眼瞳孔直径，一般分布在2～8mm，如果观察区观看没有图像缺失的话，需要MEMS阵列非常密集；且观察区距离待显示区与MEMS阵列和待显示区距离比值越大，MEMS阵列就越密集，在大尺寸成像的情况下，MEMS的数量就会非常大；其二、考虑成像分辨率的要求，形成空中的像点的不同方向光线，光束口径要足够小；其三、光纤的数量和MEMS阵列单元的数量是一样，考虑到分辨率要求，这个数量是极大的。
技术实现思路
[0016]本专利技术的目的在于提供基于MEMS阵列的车载成像装置，能够有效解决现有车载成像装置体积大、视场小的问题。
[0017]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于MEMS阵列的车载成像装置，包括：
[0018]光源：用于发射多束平行光组成粗光束；
[0019]MEMS微振镜阵列机构：将光源发射的粗光束反射；
[0020]成像透镜：具有正焦距，用于将MEMS微振镜阵列机构反射的光束汇聚，成实像；或者，具有负焦距，用于将MEMS微振镜阵列机构反射的光束发散，成虚像。
[0021]优选的，所述光源和MEMS微振镜阵列机构之间的光路上还设有至少一块分束镜。
[0022]优选的，所述光源和MEMS微振镜阵列机构之间的光路上还设有一块分束镜，所述光源发射的粗光束一部分经过分束镜反射到MEMS微振镜阵列机构上，粗光束的另一部分透过分束镜。
[0023]优选的，所述分束镜的透光率为50％，反射率为50％。
[0024]优选的，所述光源和MEMS微振镜阵列机构之间的光路上还设有两块平行设置的分束镜，分别为第一分束镜和第二分束镜，所述光源发出的粗光束一部分通过第一分束镜反
射到MEMS微振镜阵列机构上，粗光束的另一部分透过第一分束镜照射到第二分束镜上，照射到第二分束镜上的粗光束一部分反射到MEMS微振镜阵列机构上，另一部分透过第二分束镜。
[0025]优选的，所述第一分束镜的透光率为75％，反射率为25％；第二分束镜的透光率为50％，反射率为50％。
[0026]优选的，所述MEMS微振镜阵列机构包括多个按矩形阵列排布的MEMS微振镜。
[0027]优选的，所述成像透镜具有正焦距，成像透镜为菲涅尔透镜或者菲涅尔透镜组。
[0028]优选的，所述成像透镜具有负焦距，所述成像透镜为凹透镜或者凹透镜与一个或多个透镜的组合。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于MEMS阵列的车载成像装置，其特征在于：包括：光源：用于发射多束平行光组成粗光束；MEMS微振镜阵列机构：将光源发射的粗光束反射；成像透镜：具有正焦距，用于将MEMS微振镜阵列机构反射的光束汇聚，成实像；或者，具有负焦距，用于将MEMS微振镜阵列机构反射的光束发散，成虚像。2.如权利要求1所述的基于MEMS阵列的车载成像装置，其特征在于：所述光源和MEMS微振镜阵列机构之间的光路上还设有至少一块分束镜。3.如权利要求2所述的基于MEMS阵列的车载成像装置，其特征在于：所述光源和MEMS微振镜阵列机构之间的光路上还设有一块分束镜，所述光源发射的粗光束一部分经过分束镜反射到MEMS微振镜阵列机构上，粗光束的另一部分透过分束镜。4.如权利要求3所述的基于MEMS阵列的车载成像装置，其特征在于：所述分束镜的透光率为50％，反射率为50％。5.如权利要求2所述的基于MEMS阵列的车载成像装置，其特征在于：所述光源和MEMS微振镜阵列机构之间的光路上还设有两块平行设置的分束镜，分别为第一分束镜和第二分束镜，所述光源...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱幸福，江培应，彭显楚，侯健，
申请(专利权)人：浙江棱镜全息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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