一种微型激光扫描变焦视网膜投影系统技术方案

本发明专利技术公开了一种微型激光扫描变焦视网膜投影系统包括：激光光源、MEMS振镜和主反射镜；其中，所述主反射镜的主镜面与MEMS振镜相对放置，所述激光光源位于所述主反射镜的主镜面中心处，并射向所述MEMS振镜；所述主反射镜的主镜面、MEMS振镜与激光光源共轴。本发明专利技术提供了一种更具广泛性的VR/AR显示方案。并根据MEMS器件的特性，实现投影变焦的功能，能有效应对人眼屈光不正导致的投影失焦问题，且减少为不同眼球定制不同成像系统的需求，在大规模生产下降低生产复杂度与成本。同时，本发明专利技术可以使近眼成像的方式更多样化，在一些尖端技术领域的应用将有显著的效果，是一种全新的解决方案，具有很好的市场推广应用前景。具有很好的市场推广应用前景。具有很好的市场推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微型激光扫描变焦视网膜投影系统


[0001]本专利技术涉及近眼显示
，尤其涉及一种微型激光扫描变焦视网膜投影系统。

技术介绍

[0002]近眼显示伴随着增强现实（Augmented Reality 简写AR）和虚拟现实技术（Virtual Reality 简写VR）的发展而被重视，相关的头戴式设备、智能眼镜都强调近眼显示的视觉效果，未来的AR隐形眼镜更是需要近眼投影以实现视觉成像。
[0003]先进的AR、VR设备有三个侧重的方面，分别为：显示质量、轻便性和私密性。针对上述三个方面，近眼显示相比传统的显示方式可以显著提高显示质量；并且因其与眼球距离近，可以达到更好的轻便性；另外，将其搭载在隐形眼镜上，将更好的提升私密性。
[0004]以常见的VR、AR显示设备为例，最核心的问题是体积过大。人的眼球构造特别，角膜到视网膜距离（眼球焦距）约为1.7厘米，从角膜到视网膜上的中央凹(fovea)距离约为2.4厘米，近眼投影的显示装置离角膜很近，成像焦距应能在2.5厘米范围内（人眼清晰成像的最低相距要求24
‑
25mm）。人眼的视网膜分辨率为576百万像素，需要高分辨率的成像，单眼的水平视场角约为135度、垂直视场角约为180度限制了近眼成像的最大半径。为满足上述条件而达到近眼投影的效果，传统的光学仪器是无法在缩小体积后还能达到其他要求的。
[0005]近眼投影最主要的技术特征为，投影器件与角膜距离很小，一般仅为几毫米，甚至小于一毫米。因此，其所需的结构十分精密复杂。近眼投影仍有诸多的技术难关，如：视场角需要做大，但视场角大会带来色差、像差等其他问题；由于近眼显示设备要求体积小，因此光学组件的数量与透镜的大小都受到严格的限制，再则，如果想实现隐形眼镜的搭载，该设备的整体体积将被限制在1mm*1mm*1mm以内。同时，由于近眼显示还需考虑到不同人的眼球光学性质不同、眼轴长度不同，要根据个人眼球情况调节焦距长短，因此，尽管近眼显示有很大优点，但上述问题依然限制了近眼显示的应用和推广。
[0006]目前少数在先研究，以美国公司研究的毫微微投影仪系统为例，通过将反射光学与MicroLED示阵列的方式相结合，构建了视网膜投影仪。但该方案仍存在诸多问题导致至今仍未大规模应用。如：因人天生眼轴长度的不同，在适配过程中，无法变焦将导致难以精确适配；或因近视加深导致成像距离改变从而无法成像。此外，该方案无法调焦、易受装配工艺、外部冲击等原因导致成像焦距改变从而无法成像或成像扭曲。另外，MicroLED显示阵列制备难度大，良品率低，成本高，难以实现全彩显示；MicroLED的技术成熟度不足也使得该方案成像视场角小、刷新率低、分辨率差、亮度低，人眼长时间观看会导致眩晕感。
[0007]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0008]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种微型激光扫描变焦视网膜投影系
统，旨在解决现有技术中近眼显示技术中存在的制备难度大、成本高、无法调焦、成像视场角小等问题。
[0009]本专利技术的技术方案如下：一种微型激光扫描变焦视网膜投影系统,其中,包括：激光光源、MEMS振镜和主反射镜；其中，所述主反射镜的主镜面与MEMS振镜相对放置，所述激光光源位于所述主反射镜的主镜面中心处，并射向所述MEMS振镜；所述主反射镜的主镜面、MEMS振镜与激光光源共轴。
[0010]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中还包括：一准直透镜；用于将从激光光源射出的激光会聚成为平行激光，防止激光发散与色差的产生；所述准直透镜位于激光源与MEMS振镜中间；主反射镜的主镜面、MEMS振镜、激光光源与准直透镜共轴。
[0011]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，所述激光光源由单个或多个光源组成。
[0012]优选的，所述主反射镜的形状为半球形。
[0013]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，所述激光光源为VCSEL垂直腔面发射激光器。
[0014]优选的，所述激光光源可以由一个或多个VCSEL垂直腔面发射激光器组成，可投影出单色图像、多色图像、全彩图像。
[0015]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，所述MEMS振镜的上镜片使用金属镀膜做成，其下部通过透明树脂连接固定。
[0016]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统可由透明外壳构成，如由透明树脂制成，或者由实心的透明树脂制成外壳，里面为中空的半球形。
[0017]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，所述MEMS振镜为双轴MEMS振镜或者为分体式MEMS振镜，用于将激光反射至主反射镜上的任意一点。
[0018]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，还包括一支持结构，所述支持结构为透明树脂构成的筒状结构，用于为主反射镜、激光光源、准直透镜和MEMS振镜提供固定。
[0019]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，所述主反射镜的主镜面与MEMS振镜间的空间内壁还涂有吸光材料，用于吸收杂散光线，抑制杂散反射。
[0020]优选的，所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其中，主反射镜采用金属镀膜以达到全彩反射，可将从MEMS振镜反射到主反射镜的激光再反射到人眼的视网膜上。
[0021]有益效果：本专利技术实施例规避了使用昂贵且技术不成熟的MicroLED成像的方法，提高成像质量、视场角、分辨率、刷新率与亮度，并延长设备寿命，在未来的VR或AR领域内的应用将更具广泛性。并根据MEMS器件的特性，实现微投影仪变焦的功能，能有效应对人眼屈光不正导致的投影失焦问题，且减少为不同眼球定制不同成像系统的需求，在大规模生产下降低生产复杂度与成本。MEMS振镜还具有微型化、低功耗的特点，使其更适合作为近眼投影器件。同时，本专利技术可以使近眼成像的方式更多样化，在一些尖端
的应用将有显著的效果，是一种全新的解决方案，具有很好的市场推广应用前景。
附图说明
[0022]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术提供的微型激光扫描变焦视网膜投影系统的较佳实施例的示意图；图2为本专利技术提供的微型激光扫描变焦视网膜投影系统的较佳实施例的光路示意图；图3为本专利技术提供的微型激光扫描变焦视网膜投影系统的较佳实施例的立体示意图；图4为本专利技术提供的微型激光扫描变焦视网膜投影系统与眼球的关系示意图；图5为本专利技术提供的微型激光扫描变焦视网膜投影系统与眼球的关系示意图，其中投影仪部分被放大；图6为本专利技术提供的微型激光扫描变焦视网膜投影系统的工作原理图；图7为本专利技术提供的谐振态和准静态扫描方式示意图；图8为本专利技术提供的谐振态扫描示意图；图9为本专利技术提供的一种MEMS振镜的控制方式的快轴示意图；图10为本专利技术提供的一种MEMS振镜的控制方式的慢轴示意图；图11为本专利技术提供的一种VCSEL激光器的控制方式的示意图；图12为本专利技术提供的准静态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型激光扫描变焦视网膜投影系统,其特征在于,包括：激光光源、MEMS振镜和主反射镜；其中，所述主反射镜的主镜面与MEMS振镜相对放置，所述激光光源位于所述主反射镜的主镜面中心处，并射向所述MEMS振镜；所述主反射镜的主镜面、MEMS振镜与激光光源共轴。2.根据权利要求1所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其特征在于，还包括：一准直透镜；用于将从激光光源射出的激光会聚成为平行激光，防止激光发散与色差的产生；所述准直透镜位于激光源与MEMS振镜中间；主反射镜的主镜面、MEMS振镜、激光光源与准直透镜共轴。3.根据权利要求1所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其特征在于，所述激光光源由单个或多个光源组成。4.根据权利要求1所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其特征在于，所述主反射镜的形状为半球形。5.根据权利要求3所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其特征在于，所述激光光源为VCSEL垂直腔面发射激光器。6.根据权利要求5所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其特征在于，所述激光光源可以由一个或多个VCSEL垂直腔面发射激光器组成，可投影出单色图像、多色图像、全彩图像。7.根据权利要求1所述的微型激光扫描变焦视网膜投影系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢耀轩，
申请(专利权)人：深圳市挚钥文化科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：