用于MEMS扫描系统的反射光瞳中继光学器件技术方案

公开了用于MEMS扫描系统的反射光瞳中继光学器件。一种光学模块，包括：沿着快轴扫描激光束的快轴反射镜；由三个离散反射镜形成的放大反射镜组，该三个离散反射镜被成形为在沿着快轴扫描激光束时放大激光束并朝向沿着慢轴扫描激光束的慢轴反射镜反射放大后的激光束；以及Offner反射镜中继，当沿着慢轴扫描激光束时接收激光束并将激光束反射出出射孔径。从出射孔径输出的激光束在衍射波导的输入衍射光栅处接收，其中，用户的眼睛被定位在波导的输出衍射光栅附近，使得用户的眼睛观察从用户视野内的对象进入波导的环境光以及从激光束离开输出衍射光栅时来自激光束的光。开输出衍射光栅时来自激光束的光。开输出衍射光栅时来自激光束的光。

【技术实现步骤摘要】
用于MEMS扫描系统的反射光瞳中继光学器件


[0001]本公开涉及用于激光扫描投影仪的光学领域。

技术介绍

[0002]激光扫描投影仪是一种小型便携式电子设备。激光扫描投影仪通常与诸如智能眼镜、智能手机、平板电脑、笔记本电脑和头戴式设备的用户设备配对或集成在其中，并用于将图像投影到投影表面(诸如墙壁、全息表面或虚拟或增强现实眼镜的内部显示表面)上。激光扫描投影仪也用于深度传感相机和光检测和测距(LIDAR)系统。
[0003]在激光扫描投影仪用于投影图像的背景下，这种激光扫描投影仪通常包括投影子系统和光学模块。配对的用户设备向投影子系统提供图像流(例如，视频流)。投影子系统适当地驱动光学模块以将图像流投影到投影表面上以供观看。
[0004]在激光扫描投影仪用于深度感测相机和激光雷达系统的背景下，投影子系统适当地驱动光学模块以在场景处投影光脉冲，该光脉冲从场景中的对象反射。通过测量发射的激光脉冲的发射与检测该激光脉冲的已经从对象反射并被检测器检测到的光子之间的时间，确定发射的激光脉冲的飞行时间。给定该飞行时间并了解激光脉冲的发射方向，可以形成并利用场景中对象的三维地图。
[0005]典型的光学模块由激光源和一个或多个微机电系统(MEMS)反射镜组成，该微机电系统(MEMS)反射镜以投影图案跨投影表面扫描由激光源产生的激光束。投影子系统控制激光源的驱动和一个或多个MEMS反射镜的运动的驱动，并且通过根据激光束在投影表面上的位置调制激光束，同时以投影图案扫描激光束，显示图像流，或者光脉冲适合指向场景。
[0006]增强现实系统通过允许来自用户周围的环境光以及将显示附加视觉信息的光导向用户的眼睛来发挥作用。波导可以用于以用户可见的方式实现环境光和附加视觉信息的这种混合。例如，波导可以接收来自用户周围的环境光，并且可以通过使用激光扫描投影仪在其上显示附加信息。通过波导显示给用户的视觉信息的视野与由激光扫描投影仪引导到波导上的光的光瞳尺寸相关。通常，引导到波导上的光的光瞳尺寸越大，波导越有效，并且由波导提供的性能越好。
[0007]因此，期望进一步开发成为用于生成具有更大光瞳尺寸的光的光学模块。

技术实现思路

[0008]本文公开了一种光学系统，包括光学模块、衍射波导和控制电路装置。该光学模块包括：RGB激光源，被配置为生成组合的RGB激光束；快轴反射镜，其沿着第一路径布置以接收组合的RGB激光束并且可驱动以沿着快轴扫描组合的RGB激光束；三个光学表面放大反射镜，当沿着快轴扫描组合的RGB激光束时接收组合的RGB激光束并放大组合的RGB激光束的直径；慢轴反射镜，接收放大后的组合的RGB激光束并可驱动以沿着慢轴扫描组合的RGB激光束；以及Offner反射镜中继，当沿着慢轴扫描组合的RGB激光束时接收组合的RGB激光束并沿着第二路径朝向光学模块的出射孔径反射组合的RGB激光束。衍射波导具有限定在其
中的输入衍射光栅并且被定位为使得组合的RGB激光束从光学模块的出射孔径进入输入衍射光栅，衍射波导具有被定位为邻近用户的眼睛的输出衍射光栅。控制电路装置被配置为根据输入图像数据调制RGB激光源，使得当组合的RGB激光束沿着快轴和慢轴被扫描时，由输入图像数据表示的图像对用户的眼睛是可见的。
[0009]第一折叠式反射镜可以被配置为接收来自RGB激光源的组合的RGB激光束并沿着第一路径反射组合的RGB激光束。
[0010]第二折叠式反射镜可以沿着第二期望路径布置并接收组合的RGB激光束，以朝向光学模块的出射孔径反射组合的RGB激光束。
[0011]三个光学表面放大反射镜可以是：第一凹面镜，当组合的RGB激光束沿着快轴被扫描时接收组合的RGB激光束并沿着第一内部路径反射组合的RGB激光束；第一凸面镜，沿着第一内部路径布置以接收组合的RGB激光束并沿着第二内部路径反射组合的RGB激光束；以及第二凹面镜，沿着第二内部路径布置以接收组合的RGB激光束并朝向慢轴反射镜反射组合的RGB激光束。第一凹面镜、第一凸面镜和第二凹面镜可以协作以放大组合的RGB激光束的直径。
[0012]Offner反射镜中继可以包括：球面凹面镜，当组合的RGB激光束沿着慢轴被扫描时接收组合的RGB激光束并沿着第三内部路径反射组合的RGB激光束，以及球面凸面镜，沿着第三内部路径布置以接收组合的RGB激光束并沿着不同于第三内部路径的第四内部路径将组合的RGB激光束反射回球面凹面镜。球面凹面镜可以朝向光学模块的出射孔径反射沿着第四内部路径接收的组合的RGB激光束。
[0013]快轴反射镜可以是第一微机电系统(MEMS)微反射镜，该第一微机电系统(MEMS)微反射镜被配置为以谐振驱动以沿着快轴扫描组合的RGB激光束。
[0014]慢轴反射镜可以是第二MEMS微反射镜，该第二MEMS微反射镜被配置为可线性驱动以沿着慢轴扫描组合的RGB激光束。
[0015]本文还公开了一种光学模块，包括：快轴反射镜，沿着第一路径布置以接收组合的RGB激光束并可驱动以沿着快轴扫描组合的RGB激光束；以及三个光学表面放大反射镜，当沿着快轴扫描组合的RGB激光束时接收组合的RGB激光束。该三个光学表面放大反射镜包括：第一凹面镜，当组合的RGB激光束沿着快轴被扫描时接收组合的RGB激光束并沿着第一内部路径反射组合的RGB激光束；第一凸面镜，沿着第一内部路径布置以接收组合的RGB激光束并沿着第二内部路径反射组合的RGB激光束；以及第二凹面镜，沿着第二内部路径布置以接收组合的RGB激光束并朝向慢轴反射镜反射组合的RGB激光束。第一凹面镜、第一凸面镜和第二凹面镜协作以放大组合的RGB激光束的直径。慢轴反射镜接收放大后的组合的RGB激光束，慢轴反射镜可驱动以沿着慢轴扫描组合的RGB激光束。当组合的RGB激光束沿着慢轴被扫描时，Offner反射镜中继接收组合的RGB激光束，并沿着第二路径朝向光学模块的出射孔径反射组合的RGB激光束。
[0016]Offner反射镜中继可以由球面凹面镜和球面凸面镜形成，当组合的RGB激光束沿着慢轴被扫描时，球面凹面镜接收组合的RGB激光束并沿着第三内部路径反射组合的RGB激光束，球面凸面镜沿着第三内部路径布置以接收组合的RGB激光束，球面凸面镜沿着不同于第三内部路径的第四内部路径将组合的RGB激光束反射回球面凹面镜。球面凹面镜可以朝向光学模块的出射孔径反射沿着第四内部路径接收的组合的RGB激光束。
[0017]RGB激光源可以被配置为生成组合的RGB激光束。
[0018]第一折叠式反射镜可以被配置为接收来自RGB激光源的组合的RGB激光束并沿着第一路径反射组合的RGB激光束。
[0019]第二折叠式反射镜可以沿着第二期望路径布置并接收组合的RGB激光束以朝向光学模块的出射孔径反射组合的RGB激光束。
[0020]快轴反射镜可以是第一微机电系统(MEMS)微反射镜，该第一微机电系统(MEMS)微反射镜被配置为在谐振下能驱动以沿着快轴扫描组合的RGB激光束，并且慢轴反射镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，包括：光学模块，包括：RGB激光源，被配置为生成组合的RGB激光束；快轴反射镜，沿着第一路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述快轴反射镜能够被驱动以沿着快轴扫描所述组合的RGB激光束；三个光学表面放大反射镜，当所述组合的RGB激光束沿着所述快轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束并且放大所述组合的RGB激光束的直径；慢轴反射镜，接收放大后的所述组合的RGB激光束，所述慢轴反射镜能够被驱动以沿着慢轴扫描所述组合的RGB激光束；以及Offner反射镜中继，当所述组合的RGB激光束沿着所述慢轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束并且沿着第二路径朝向所述光学模块的出射孔径反射所述组合的RGB激光束；衍射波导，具有限定在所述衍射波导中的输入衍射光栅，并且被定位为使得所述组合的RGB激光束从所述光学模块的所述出射孔径进入所述输入衍射光栅，所述衍射波导具有被定位为邻近用户的眼睛的输出衍射光栅；以及控制电路装置，被配置为根据输入图像数据调制所述RGB激光源，使得当所述组合的RGB激光束沿着所述快轴和所述慢轴被扫描时，由所述输入图像数据表示的图像对所述用户的眼睛是可见的。2.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括：第一折叠式反射镜，被配置为接收来自所述RGB激光源的所述组合的RGB激光束并且沿着所述第一路径反射所述组合的RGB激光束。3.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括：第二折叠式反射镜，沿着第二期望路径布置并且接收所述组合的RGB激光束以将所述组合的RGB激光束朝向所述光学模块的所述出射孔径反射。4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述三个光学表面放大反射镜包括：第一凹面镜，当所述组合的RGB激光束沿着所述快轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束并且沿着第一内部路径反射所述组合的RGB激光束；第一凸面镜，沿着所述第一内部路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述第一凸面镜沿着第二内部路径反射所述组合的RGB激光束；以及第二凹面镜，沿着所述第二内部路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述第二凹面镜朝向所述慢轴反射镜反射所述组合的RGB激光束；其中所述第一凹面镜、所述第一凸面镜和所述第二凹面镜协作以放大所述组合的RGB激光束的直径。5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述Offner反射镜中继包括：球面凹面镜，当所述组合的RGB激光束沿着所述慢轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束，并且沿着第三内部路径反射所述组合的RGB激光束；以及球面凸面镜，沿着所述第三内部路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述球面凸面镜沿着不同于所述第三内部路径的第四内部路径将所述组合的RGB激光束反射回所述球面凹面镜；其中所述球面凹面镜朝向所述光学模块的所述出射孔径反射沿着所述第四内部路径
接收的所述组合的RGB激光束。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述快轴反射镜是第一微机电系统MEMS微反射镜，所述第一MEMS微反射镜被配置为能够以谐振驱动以沿着所述快轴扫描所述组合的RGB激光束；并且其中所述慢轴反射镜是第二MEMS微反射镜，所述第二MEMS微反射镜被配置为能够被线性驱动以沿着所述慢轴扫描所述组合的RGB激光束。7.一种光学模块，包括：快轴反射镜，沿着第一路径布置以接收组合的RGB激光束，所述快轴反射镜能够被驱动以沿着快轴扫描所述组合的RGB激光束；三个光学表面放大反射镜，当所述组合的RGB激光束沿着所述快轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束，其中所述三个光学表面放大反射镜包括：第一凹面镜，当所述组合的RGB激光束沿着所述快轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束并且沿着第一内部路径反射所述组合的RGB激光束；第一凸面镜，沿着所述第一内部路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述第一凸面镜沿着第二内部路径反射所述组合的RGB激光束；以及第二凹面镜，沿着所述第二内部路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述第二凹面镜朝向所述慢轴反射镜反射所述组合的RGB激光束；其中所述第一凹面镜、所述第一凸面镜和所述第二凹面镜协作以放大所述组合的RGB激光束的直径；慢轴反射镜，接收放大后的所述组合的RGB激光束，所述慢轴反射镜能够被驱动以沿着慢轴扫描所述组合的RGB激光束；以及Offner反射镜中继，当所述组合的RGB激光束沿着所述慢轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束并且沿着第二路径朝向所述光学模块的出射孔径反射所述组合的RGB激光束。8.根据权利要求7所述的光学模块，其中所述Offner反射镜中继包括：球面凹面镜，当所述组合的RGB激光束沿着所述慢轴被扫描时，接收所述组合的RGB激光束，并且沿着第三内部路径反射所述组合的RGB激光束；以及球面凸面镜，沿着所述第三内部路径布置以接收所述组合的RGB激光束，所述球面凸面镜沿着不同于所述第三内部路径的第四内部路径将所述组合的RGB激光束反射回所述球面凹面镜；其中所述球面凹面镜朝向所述光学模块的所述出射孔径反射沿着所述第四内部路径接收的所述组合的RGB激光束。9.根据权利要求7所述的光学模块，进一步包括：RGB激光源,被配置为生成所述组合的RGB激光束。10.根据权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：发明
国别省市：