CN108572493B - Mems振镜激光微显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS振镜激光微显示器，包括：激光光源，包括绿光、蓝光、红光等半导体激光光源，其分别用以发射绿光、蓝光、红光光束；合束系统，包括：整形透镜组，至少用以对激光光源发射的绿光、蓝光、红光光束分别进行整形；合束机构，至少用以将整形后的绿、蓝、红三束激光合成为一束光束；MEMS振镜，至少用于反射合束系统输出的RGB合束光束并形成平行光束或会聚光束而入射显示单元；以及，控制单元，至少用以控制激光光源的光强变化和MEMS振镜的运行状态。本发明的MEMS振镜激光微显示器上形成的图像真实度高，且还具有体积小，能耗低、成本低、安全性好等优点。

Description

MEMS振镜激光微显示器
技术领域
本发明涉及一种头盔显示器使用的微显示器，尤其涉及一种采用激光光源和MEMS振镜激光微显示器。
背景技术
头盔显示器(helmet mounted display,HMD)是一种安装在头盔上、给头盔使用者产生可视虚拟图像的微型装置。头盔显示器最初是为了在空战中使武器系统随飞行员的动作快速锁定目标，从而提高作战效率。经过几十年的发展，头盔显示器的应有范围有最初的军事方面扩展到日常生活(比如手机、车载仪器仪表显示)中。
从光学系统上讲，头盔显示系主要由两部分组成，一是微显示器系统，二是目视光学系统，微显示器系统是将外界入射的视频信号或者记忆卡中存储的信息转化为虚拟图像，目视光学系统借助一个半反半透反射镜或光学波导片将虚拟图和周围环境的真实图像成像到人眼中。随着投影显示技术的进步，头盔显示的微显示器已经由最初的CRT微显示器发展到目前的OLED微显示器。
CRT微显示器需要在高压下使用，对头盔显示来讲，存在很大的潜在危险；OLED存在使用寿命短、色彩纯度不够等问题。基于MEMS振镜的激光显示系统，因其高分辨率、高光效、纯色彩、无需聚焦等优点，有望进入嵌入式投影显示，同时也是头盔显示中倍受青睐的微显示器选择。
MEMS振镜激光微投影或微微显示器采用纯色的半导体激光光源，具有更大的色域范围，能够满足微投影及头盔显示对速度、价格、尺寸和体积的要求。由于受到绿光(green)半导体激光器技术的限制，MEMS振镜微投影的商品化刚刚起步。现有的一种MEMS振镜微投影系统中，红光(red)和蓝光(blue)采用半导体激光器，绿光(green)采用的是倍频固态激光器，其工作原理是将三色激光器输出的光斑先准直(或会聚)再合束后入射到MEMS反射镜上，经MEMS振镜反射后直接投射到显示屏上，但由于通常的显示屏是平面，而MEMS振镜扫描的是一个曲面，导致图像存在严重的枕形畸变。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种MEMS振镜激光微显示器，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种MEMS振镜激光微显示器，其包括：
激光光源，包括绿光光源、蓝光光源、红光光源，分别用以发射绿光光束、蓝光光束、红光光束；
合束系统，包括：
整形透镜组，至少用以将激光光源发射的绿光光束、蓝光光束、红光光束分别整形成平行光束；
合束机构，至少用以将整形后的三束平行光合束成一束RGB合束平行光光束；
MEMS振镜，至少用以反射所述合束系统输出的RGB合束平行光光束并入射到显示单元；
以及，控制单元，至少用以控制激光光源的光强变化和MEMS振镜的运行状态。
进一步的，所述的MEMS振镜激光微显示器还包括平场线性扫描光学系统。
优选的，所述平场线性扫描光学系统包括：fθ透镜组，至少用以将MEMS振镜反射的平行光束会聚后照射到显示单元上。
进一步的，所述fθ透镜组的工作波长在440～668nm范围内，包括共轴的三片以上透镜。
进一步的，所述激光光源与所述MEMS振镜激光微显示器中的至少部分其它组件分集成在一起。
进一步的，所述合束系统还包括：准直透镜，至少用以将所述第二光纤输出的圆形光斑准直成平行光束并照射至MEMS振镜上。
进一步的，所述第二光纤输出的圆形光斑经准直透镜准直后形成直径在1mm以下的平行光束。
进一步的，所述MEMS振镜设置于fθ透镜组和合束系统之间。
进一步的，所述MEMS振镜激光微显示器还包括：
准直整形光学系统，包括第一光束整形准直透镜组、第二光束整形准直透镜组和第三光束整形准直透镜组，分别用于使第一光束、第二光束、第三光束透过并形成第一圆形平行光束、第二圆形平行光束、第三圆形平行光束，所述第一光束、第二光束和第三光束中的任一者为所述绿光光束，其余两者分别为所述红光光束、蓝光光束；
合束系统，包括：
第一反射镜，至少用于反射第一圆形平行光束并形成第一圆形平行光束；
第二反射镜，至少用于使第一圆形平行光束透过并形成第一平行光束，同时用于反射第二圆形平行光束并形成第二平行光束，所述第一平行光束和第二平行光束重合形成第一合束光束；
第三反射镜，至少用于使第三圆形平行光束透过并形成第三平行光束，同时反射第一合束光束并形成第四平行光束，所述第三平行光束和第四平行光束重合形成第二合束光束；
MEMS振镜，至少用以反射第二合束光束并形成平行光束入射显示单元。
进一步的，所述绿光光源包括绿光半导体激光器，其中绿光波长为510nm～540nm，所述绿光光束的水平发散角为4°～11°，垂直发散角为16°～25°。
进一步的，所述蓝光光源包括蓝光半导体激光器，其中蓝光波长为440nm～460nm，所述蓝光光束的水平发散角为4°～11°，垂直发散角为18°～25°。
进一步的，所述红光光源包括红光半导体激光器，其中红光波长为648nm～668nm，所述红光光束的水平发散角为7°～12°，垂直发散角为15°～21°。
进一步的，所述第一反射镜上设有高反膜，至少使所述第一反射镜对于波长在510nm～540nm范围内的入射光的反射率大于99％。
进一步的，所述第二反射镜上设有具选择性的高反膜和高透膜，至少使所述第二反射镜对于波长在510nm～540nm范围的入射光具有大于90％的透过率，而对波长在440nm～460nm范围的入射光具有大于98％的反射率。
进一步的，所述第三反射镜上设有具选择性的高反膜和高透膜，至少使所述第三反射镜对波长在440nm～540nm范围的入射光具有大于90％的反射率，而对波长在648nm～668nm范围的入射光具有大于98％的透过率。
进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均与光轴成30°～60°角设置。
进一步的，所述MEMS振镜与光轴成30°～60°角设置。
进一步的，所述MEMS振镜的转角为±7°～±15°。
进一步的，所述MEMS振镜包括用于实现二维扫描的单个反射镜。
进一步的，所述控制单元包括电路控制单元，至少用以实现视频信号到图像信号的解码，以及根据解码信息控制激光光源的发光强度、MEMS振镜转角和振动频率，并最终在显示单元上获取图像显示。
进一步的，所述合束系统还包括：
耦合透镜，至少用以将所述激光光源发射的绿光光束、蓝光光束、红光光束分别耦合到至少三根第一光纤内；
合束机构，至少用以将所述的至少三根第一光纤输出的光束合束并耦合到一第二光纤内，使所述第二光纤输出完全合束好的RGB合束平行光束。
进一步的，所述第一光纤、第二光纤均采用单模光纤。
进一步的，所述显示单元包括VGA、SVGA或XGA显示屏、微透镜阵列或光纤纤维板等，且不限于此。
本发明实施例还提供了一种便携式显示器，其包括前述的MEMS振镜激光微显示器。
与现有技术相比，本发明提供的MEMS振镜激光微显示器具有形成的图像真实度高、体积小、能耗低、成本低、安全性能好等诸多优点。
附图说明
图1是本发明较佳实施方案中的一种MEMS振镜激光微显示器的框架图；
图2是本发明实施例1的结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4是本发明实施例3的结构示意图；
图5是本发明实施例4的结构示意图；
图6是本发明实施例5的结构示意图；
图7-1是本发明一较佳实施方案中一种fθ透镜组的结构图；
图7-2a是本发明一较佳实施方案中扫描角度为0度时的点列图；
图7-2b是本发明一较佳实施方案中扫描角度为12.25度时的点列图；
图7-2c是本发明一较佳实施方案中扫描角度为15度时的点列图；
图7-3是本发明一较佳实施方案中一种fθ透镜组的横向色差图；
图7-4a是本发明一较佳实施方案中一种fθ透镜组的场曲图；
图7-4b是本发明一较佳实施方案中一种fθ透镜组的畸变图；
图7-5是本发明一较佳实施方案中一种fθ透镜组的环绕能图；
图8是本发明一较佳实施方案中一种MEMS振镜的工作状态示意图；
附图标记说明：1—激光光源，101—绿光半导体激光器，102—蓝光半导体激光器，103—红光半导体激光器，2—准直整形光学系统，201—绿光准直光学系统，202—蓝光准直光学系统，203—红光准直光学系统，3—合束光学系统，301—第一反射镜，302—第二反射镜，303—第三反射镜，4—MEMS振镜，5—fθ透镜组，6—显示单元，7—电路控制单元，8—第四反射镜，9—第五反射镜。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种MEMS振镜激光微显示器，其包括：
激光光源，包括绿光光源、蓝光光源、红光光源，分别用以发射绿光光束、蓝光光束、红光光束；
合束系统，包括：
整形透镜组，至少用以将激光光源发射的绿光光束、蓝光光束、红光光束分别整形成平行光束；
合束机构，至少用以将整形后的绿、蓝、红三束平行光合束成一束RGB合束平行光光束；
MEMS振镜，至少用以反射所述合束系统输出的RGB合束平行光光束并入射到显示单元；
以及，控制单元，至少用以控制激光光源的光强变化和MEMS振镜的运行状态。
进一步的，所述的MEMS振镜激光微显示器还包括平场线性扫描光学系统。
优选的，所述平场线性扫描光学系统包括：fθ透镜组，至少用以将MEMS振镜反射的平行光束会聚后照射到显示单元上。
进一步的，所述fθ透镜组的工作波长在440～668nm范围内，包括共轴的三片以上透镜。
进一步的，所述激光光源可以与所述MEMS振镜激光微显示器中的至少部分其它组件分立设置；即，所述激光光源可以是与MEMS振镜、控制单元等分立的器件，而MEMS振镜、控制单元等可集成设置，如此可以避免因激光光源工作时产生的热量而对其它组件产生的不利影响。当然，在一些实施方案中，所述激光光源也可以与所述MEMS振镜激光微显示器中的其它组件集成设置。
进一步的，所述合束系统还包括：耦合透镜，至少用以将所述激光光源发射的绿光光束、蓝光光束和红光光束分别耦合到至少三根第一光纤内；
合束机构，至少用以将所述的至少三根第一光纤输出的光束合束并耦合到一第二光纤内，使所述第二光纤输出完全合束好的RGB合束平行光光束，其可形成呈高斯分布的圆形光斑。
进一步的，所述第一光纤和第二光纤均为单模光纤。
进一步的，所述显示单元包括VGA、SVGA或XGA显示屏、微透镜阵列或光纤纤维板等，且不限于此。
进一步的，所述合束系统还包括：准直透镜，至少用以将所述第二光纤输出的圆形光斑准直成平行光束并照射至MEMS振镜上。
进一步的，所述第二光纤输出的圆形光斑经准直透镜准直后形成直径在1mm以下的平行光束。
进一步的，所述合束系统还包括：会聚透镜，至少用以将所述第二光纤输出的RGB合束光束会聚后照射至MEMS振镜上。
进一步的，所述MEMS振镜设置于会聚透镜和显示单元之间，且位于会聚光束直径小于1mm的位置处。
进一步的，所述MEMS振镜激光微显示器还包括：
准直整形光学系统，包括第一光束整形准直透镜组、第二光束整形准直透镜组和第三光束整形准直透镜组，分别用于使第一光束、第二光束、第三光束透过并形成第一圆形平行光束、第二圆形平行光束、第三圆形平行光束，所述第一光束、第二光束和第三光束中的任一者为所述绿光光束，其余两者分别为所述红光光束、蓝光光束；
合束系统，包括：
第一反射镜，至少用于反射第一圆形平行光束并形成第一圆形平行光束，
第二反射镜，至少用于使第一圆形平行光束透过并形成第一平行光束，同时用于反射第二圆形平行光束并形成第二平行光束，所述第一平行光束和第二平行光束重合形成第一合束光束，
第三反射镜，至少用于使第三圆形平行光束透过并形成第三平行光束，同时反射第一合束光束并形成第四平行光束，所述第三平行光束和第四平行光束重合形成第二合束光束；
MEMS振镜，至少用以反射第二合束光束并形成平行光束入射显示单元。
进一步的，所述绿光光源包括绿光半导体激光器，其中绿光波长为510nm～540nm，所述绿光光束的水平发散角为4°～11°，垂直发散角为16°～25°。
进一步的，所述蓝光光源包括蓝光半导体激光器，其中蓝光波长为440nm～460nm，所述蓝光光束的水平发散角为4°～11°，垂直发散角为18°～25°。
进一步的，所述红光光源包括红光半导体激光器，其中红光波长为648nm～668nm，所述红光光束的水平发散角为7°～12°，垂直发散角为15°～21°。
进一步的，所述第一反射镜上设有高反膜，至少使所述第一反射镜对于波长在510nm～540nm范围内的入射光的反射率大于99％。
进一步的，所述第二反射镜上设有具选择性的高反膜和高透膜，至少使所述第二反射镜对于波长在510nm～540nm范围的入射光具有大于90％的透过率，而对波长在440nm～460nm范围的入射光具有大于98％的反射率。
进一步的，所述第三反射镜上设有具选择性的高反膜和高透膜，至少使所述第三反射镜对波长在440nm～540nm范围的入射光具有大于90％的反射率，而对波长在648nm～668nm范围的入射光具有大于98％的透过率。
进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均与光轴成30°～60°角设置。
进一步的，所述MEMS振镜与光轴成30°～60°角设置。
进一步的，所述MEMS振镜的转角为±7°～±15°。
进一步的，所述MEMS振镜包括用于实现二维扫描的单个反射镜。
进一步的，所述控制单元包括电路控制单元，用以实现视频信号到图像信号的解码，以及根据解码信息控制激光光源的发光强度、MEMS振镜转角和振动频率，并最终在显示单元上获取图像显示。
进一步的，所述显示单元包括VGA、SVGA或XGA显示屏、微透镜阵列或光纤纤维板等，且不限于此。
进一步的，请参阅图1所示，本发明一典型实施例中的一种MEMS振镜激光微显示器包括激光光源1、准直整形光学系统2、合束光学系统3、MEMS振镜4和平场线性扫描光学系统5。
更进一步的，所述激光光源1包括绿光光源101、蓝光光源102和红光光源103。
更进一步的，所述准直整形光学系统2包括绿光整形准直透镜组201、蓝光整形准直透镜组202、红光整形准直透镜组203。
更进一步的，所述合束系统3包括第一反射镜301(如下简称反射镜301)、第二反射镜302(如下简称反射镜302)、第三反射镜303(如下简称反射镜303)。
更进一步的，所述平场线性扫描光学系统包括fθ透镜组5。
其中，经过反射镜合束后的合束光经过符合设计要求的会聚透镜会聚后照射到显示屏上，MEMS振镜位置会聚透镜和显示屏之间光束直径约小于1mm的位置，即单模光纤输出的RGB合束光经会聚透镜会聚后，先入射到MEMS振镜上，经过反射后，会聚焦点入射到显示屏上。
该MEMS振镜激光微显示器的具体工作过程如下：激光光源1发出的绿光光束1010、蓝光光束1020和红光光束1030，分别经过绿光整形准直透镜组201、蓝光整形准直透镜组202、红光整形准直透镜组203，变成绿光圆形平行光束1011、蓝光圆形平行光束1021和红光圆形平行光束1031。绿光圆形平行光束1011经反射镜301反射后仍然为绿光圆形平行光束1012，绿光圆形平行光束1012透过反射镜302变为平行光束1022，同时，蓝光圆形平行光束1021镜经反射镜302反射后也变为平行光束1022，也就是说，1022是绿光和蓝光的合束光束。红光圆形平行光束1031经反射镜303透射后变为平行光束1033，同时平行光束1022经反射镜303反射后也变为平行光1033，因此，平行光1033是由绿光、蓝光和红光组合而成。平行光1033经MEMS振镜反射后变为平行光1034入射到fθ透镜组5上，经fθ透镜组5会聚后变成会聚光束1035入射到显示单元6(比如，显示屏)上。
前述激光光源1优选半导体激光器或激光器二极管光源，它具有体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等优点。
前述绿光光源101优选采用绿光半导体激光器，其波长范围为510nm～540nm，水平发散角θ//在4°～11°范围，垂直发散角θ⊥在16°～25°范围，典型波长为520nm，水平方向典型发散角为6°，垂直方向典型发散角22°。
前述蓝光光源102优选采用蓝光半导体激光器，其波长范围为440nm～460nm，水平发散角θ//在4°～11°范围，垂直发散角θ⊥在18°～25°范围，典型波长为450nm，水平方向典型发散角为7.5°，垂直方向典型发散角21.5°。
前述红光光源103优选采红光半导体激光器，其波长范围为648nm～668nm，水平发散角θ//在7°～12°范围，垂直发散角θ⊥在15°～21°范围，典型波长为658nm，水平方向典型发散角为9°，垂直方向典型发散角18°。
前述红、绿、蓝三色激光器可按照做如下顺序排列：俯视图看去，从上到下依次为绿光激光器、蓝光激光器、红光激光器。
对于每个单色光源，其相应的整形准直透单元(如，整形准直透镜组)可以由一个或者两个透镜组成，其功能是即能实现激光光束的准直，又能够实现对半导体激光器输出光斑形状的整形，即，使从半导体激光器输出的椭圆光斑经过整形准直光学系统后变成圆形光斑，其具体过程可以参考或借鉴CN102162932A)或其它文献(《光电工程》，第33卷3期，P88)所叙述的实施方案。
在前述合束光学系统3中，作为优选的方案之一，反射镜301镀有高反膜，保证对波长在510nm～540nm范围内的光具有大于99％的反射率；反射镜302镀有波长选择性的高反和高透膜，其中对波长在510nm～540nm范围内的光具有大于90％的透过率，对波长在440nm～460nm范围内的光具有大于98％的反射率；反射镜303同样镀有波长选择性的高反和高透膜，其中对波长为440～540nm范围内的光具有大于98％的反射率，对波长在648～668范围内的光具有大于90％的透射率。
前述反射镜301、反射镜302和反射镜303都与光轴成45°放置。
前述MEMS振镜4可与光轴成45°放置，MEMS振镜4采用单个镜子实现二维扫描，其在水平方向的振动频率约为19.2kHz，垂直方向的刷新频率约为60Hz，转角在±7°～±15°范围内。
前述fθ透镜组5优选由三片以上的单个透镜组成，fθ透镜组5设计工作波长在440～668nm范围内，焦距由MEMS振镜4转角、显示屏大小决定，fθ透镜组5的使用保证了MEMS振镜转角和会聚光斑在显示平时移动的线性关系。
参阅图7-1所示是一种优选的fθ透镜组5的结构。
前述MEMS振镜激光器微显示器显示分辨率可以是VGA、SVGA、XGA，优选SVGA。
在一较佳应用例中，前述显示屏的尺寸可以为0.63英寸，分辨率SVGA，前述MEMS振镜转角±7.5°，前述fθ透镜组有效焦距24.45mm，数值孔径NA＝0.04，艾里斑半径约8μm。
前述电路控制单元7用于视频信到图像信号的解码过程，根据解码信息控制激光光源1输出光强、MEMS振镜4的转角和振动频率，最终在显示屏上以扫描方式获取一副彩色图像。
作为较佳的应用例之一，本发明的MEMS振镜激光微显示器整个光学系统的尺寸约在60mm×50mm×20mm范围内。
本发明通过在MEMS振镜4后面放置一个fθ透镜组，还可实现MEMS振镜转角与光斑在显示屏或像面上移动的线性关系。
具体而言，由于MEMS振镜扫描光束形成的是一个弯曲的像面，而显示屏通常是平的，所以MEMS振镜扫描的聚焦光束形成的弯曲像面在平面上的投影后的形状不是一个规则的矩形，而是一个类似枕头性的矩形，即MEMS振镜之间扫描存在枕形畸变。当在MEMS振镜后面增加所述fθ透镜组后，通过优化的光学设计fθ透镜组，在fθ透镜组的后焦平面上，聚焦点的位置与MEMS振镜的扫描角度θ成线性关系，所以，经过fθ透镜组后，MEMS振镜扫描形成的聚焦光斑形成规则的矩形，即矫正了枕形畸变。
该微显示器工作原理是：通过设计合理的电路系统控制激光器的输出功率或振镜的转角及转动频率，实现图像的显示。
在一个更为具体的应用中，MEMS振镜激光微显示器中使用的fθ透镜组5使用四片透镜结构，有效焦距24.45，数值孔径NA＝0.04，艾里斑半径约8μm。图7显示了fθ透镜组5的光学性能。图7-1和图7-2分别是fθ透镜组的结构图和点列图。图7-2表明：fθ透镜组5在不同视场都达到衍射极限；图7-3、图7-4和图7-5分别表明：fθ透镜组的最大色差约4.2μm，线性偏差小于0.075％，在艾里斑范围内集中了80％以上的能量。
在本发明的MEMS振镜激光微显示器中，通过采用光纤将激光光源的光束引入到激光微显示器的其它组件中，使得激光光源可与其它组件分立设置，避免了激光器集成在激光微显示器中引起的散热问题，安全性更为可靠，且可以减少激光微显示器的体积，使之体积更小，能耗更低、成本更低，且形成的图像真实度更高。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案做更为详细的解释说明。
实施例1：请参阅图2是本发明第一实施例中一种MEMS振镜激光微显示器的结构示意图。该实施例中MEMS振镜激光微显示器的结构与图1所示结构基本相同。由于半导体激光器在快轴和慢轴两个方向的发散角不同，为了获取准直效果好的圆形光斑，需要分别对快轴和慢轴方向的光束进行准直处理。在该实施例1中准直整形光学系统2(亦即，激光准直整形光路)采用单个不规则透镜完成，单个不规则透镜是一个前后两个面为正交的柱面，柱面的曲率为非球面。单个不规则透镜的第一个面11面采用凸面结构。在慢轴方向，面11x为平面；在快轴方向，面11y为非球面。这样，面11只能实现快轴方向光斑的准直，慢轴方向光束仍然具有一定的发散角。单个不规则透镜的第二个面12是一个与第一个面11互相垂直的凹面结构，即，面12x在慢轴方向为非球面，面12y在快轴方向为平面，这样，面12只能实现慢轴方向光束的准直。合理地选择单个不规则透镜的长度，可以获取任意大小准直的圆形光斑。
实施例2：图3是本发明第二实施例中一种MEMS振镜激光微显示器的结构示意图。该实施例中MEMS振镜激光微显示器的结构与实施例1的结构基本相同，唯一的区别是准直整形光学系统采用两个透镜实现对激光光束的准直整形，其中第一个透镜为不规则结构，第二个透镜为平凸结构。在实施例2中，第一个透镜的第一个面21采用旋转非球面，面21同时实现快轴和慢轴光束的准直，则从面21出射的光束形状为准直平行的椭圆光斑。第一个透镜的第二个面22和第二个透镜的第一个面23在慢轴方向都为非球面，且在慢轴方向两者(面22和面23)组成伽利略望远镜结构，实现对慢轴方向光束的扩束，在快轴方向两者是平面，不改变光束传播方向。第二个透镜的第二个面24在快轴和慢轴方向都是平面。合适地选择透镜厚度和两个透镜的间隔，可以使从面24上出射的光束为准直好的圆形光斑。
实施例3：图4是本发明第三实施例中一种MEMS振镜激光微显示器的结构示意图。该实施例中MEMS振镜激光微显示器的结构与实施例2基本相同，唯一的区别是准直整形光学系统采用三个透镜实现对激光光束的准直整形，三个透镜都采用平凸结构。在实施例3中，第一个透镜的第一个面31与实施例2中第一个透镜的第一个面21相同，即，面31同样能够同时实现快轴和慢轴光束的准直。第二个透镜的第二个面34和第三个透镜的第一个面35在慢轴方向都为非球面，且两者组成开普勒望远镜结构，实现慢轴方向光束的扩束。三个透镜的其余面32、面33和面36在慢轴和快轴方向都是平面。合适地选择透镜厚度和两个透镜的间隔，可以使从面36上出射的光束为准直好的圆形光斑。
在实施例1和实施例2中的准直整形光学系统中使用的透镜都采用了一个凹面结构，对于微透镜加工来讲，有一定的难度。而实施例3中所有透镜全部采用的是凸面结构，加工相对容易。在本发明中优先选择实施例3的准直整形光学系统。
实施例4：图5是本发明第四实施例中一种MEMS振镜激光微显示器的结构示意图。该实施例中MEMS振镜激光微显示器的结构与图1所示结构基本相同，唯一的区别是在反射镜303和MEMS振镜4之间加入一个第四反射镜8。当MEMS振镜4以图8的方式固定时，MEMS振镜尺寸较小，周围磁铁或固定支架的尺寸大，MEMS振镜凹陷在磁铁中，周围磁铁阻挡了入射角为45°的入射光，实施例4中第四反射镜8的加入，满足入射光在MEMS振镜上入射角小于45°的要求。
实施例5：图6是本发明第五实施例中一种MEMS振镜激光微显示器的结构示意图。该实施例中MEMS振镜激光微显示器的结构与实施例4的结构基本相同，其区别是在反射镜303和MEMS振镜4之间加入两个反射镜，即，第四反射镜8和第五反射镜9，两者共同实现入射光在MEMS振镜4上入射角小于45°的要求。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种MEMS振镜激光微显示器，其特征在于，包括：
激光光源，包括绿光光源、蓝光光源、红光光源，分别用以发射绿光光束、蓝光光束、红光光束，其中，所述绿光光源包括绿光半导体激光器，其中绿光波长为510nm～540nm，所述绿光光束的水平发散角为4°～11°，垂直发散角为16°～25；所述蓝光光源包括蓝光半导体激光器，其中蓝光波长为440nm～460nm，所述蓝光光束的水平发散角为4°～11°，垂直发散角为18°～25°；所述红光光源包括红光半导体激光器，其中红光波长为648nm～668nm，所述红光光束的水平发散角为7°～12°，垂直发散角为15°～21°；
准直整形光学系统，包括第一光束整形准直透镜组、第二光束整形准直透镜组和第三光束整形准直透镜组，分别用于使第一光束、第二光束、第三光束透过并形成第一圆形平行光束、第二圆形平行光束、第三圆形平行光束，所述第一光束、第二光束和第三光束中的任一者为所述绿光光束，其余两者分别为所述红光光束、蓝光光束；
合束系统，包括：
第一反射镜，至少用于反射第一圆形平行光束并形成第一圆形平行光束；
第二反射镜，至少用于使第一圆形平行光束透过并形成第一平行光束，同时用于反射第二圆形平行光束并形成第二平行光束，所述第一平行光束和第二平行光束重合形成第一合束光束；
第三反射镜，至少用于使第三圆形平行光束透过并形成第三平行光束，同时反射第一合束光束并形成第四平行光束，所述第三平行光束和第四平行光束重合形成第二合束光束；
其中，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均与光轴成合束的角度设置，所述角度为 30°～60°；合束机构，至少用以将整形后的三束平行光合束成一束RGB合束平行光束；
MEMS振镜，至少用以反射所述合束系统输出的RGB合束平行光光束并入射到显示单元，所述MEMS振镜与光轴成30°～60°角设置，所述MEMS振镜的转角为±7°～±15°；
平场线性扫描光学系统，所述平场线性扫描光学系统包括fθ透镜组，至少用以将MEMS振镜反射的平行光束会聚后照射到显示单元上，所述fθ透镜组包括共轴的三片以上透镜，所述fθ透镜组的工作波长为440～668nm；
以及，控制单元，至少用以控制激光光源的光强变化和MEMS振镜的运行状态，其中，所述激光光源与所述MEMS振镜激光微显示器中的至少部分其它组件分立设置。
2.根据权利要求1所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述第一反射镜上设有高反膜，至少使所述第一反射镜对于波长在510nm～540nm范围内的入射光的反射率大于99%。
3.根据权利要求1所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述第二反射镜上设有具选择性的高反膜和高透膜，至少使所述第二反射镜对于波长在510nm～540nm范围的入射光具有大于90%的透过率，而对波长在440nm～460nm范围的入射光具有大于98%的反射率。
4.根据权利要求1所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述第三反射镜上设有具选择性的高反膜和高透膜，至少使所述第三反射镜对波长在440nm～540nm范围的入射光具有大于90%的反射率，而对波长在648nm～668nm范围的入射光具有大于98%的透过率。
5.根据权利要求1所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述MEMS振镜包括用于实现二维扫描的单个反射镜。
6.根据权利要求1所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述控制单元包括电路控制单元，至少用以实现视频信号到图像信号的解码，以及根据解码信息控制激光光源的发光强度、MEMS振镜转角和振动频率，并最终在显示单元上获取图像显示。
7.根据权利要求1或2所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于，所述合束系统包括：耦合透镜，至少用以将所述激光光源发射的绿光光束、蓝光光束、红光光束分别耦合到至少三根第一光纤内，
以及，合束机构，至少用以将所述的至少三根第一光纤输出的光束合束并耦合到一第二光纤内，使所述第二光纤输出完全合束好的RGB合束平行光束。
8.根据权利要求7所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述第一光纤、第二光纤均采用单模光纤。
9.根据权利要求1所述的MEMS振镜激光微显示器，其特征在于：所述显示单元包括VGA、SVGA或XGA显示屏、微透镜阵列或光纤纤维板。
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