多激光扫描投影系统的制作方法

本发明涉及扫描成像领域，特别是涉及一种多激光束来成倍提高扫描投影图像的分辨率的系统。

背景技术：

激光扫描投影是将红绿蓝(RGB)激光束合束整形之后照射在MEMS二维扫描微镜上，微镜通过驱动工作，投射出图像，每一支单色激光器光源对应一幅图像进行叠加，形成彩色图像。

如果只采用单个激光器，当刷新频率为60Hz（一般显示的刷新频率），而需要扫描显示图像的分辨率达到1080P，即竖直方向的分辨率达到1080，需要微镜的水平工作频率达到40KHz，而微镜的扫描转角与水平工作频率是成反比的关系即水平工作频率越大，扫描转角越小。当需要满足水平方向的分辨率时，微镜的水平工作频率无法达到很高。所以采用单个激光器扫描成像的图像分辨率并不能达到很高。

单个激光器扫描成像的图像分辨率低。扫描投影的图像颜色由红绿蓝三原色构成，因此采用红绿蓝三个不同颜色的激光器，每种颜色只使用一支激光器。由于MEMS微镜快轴频率具有一定上限，导致在慢轴一个周期内，快轴扫描轨迹间距较大，从而影响纵向分辨率。

单个激光器投影成像的成像亮度低。激光器在成像过程中能量会有大量的损失，根据测试，合束整形之后光源的利用率就降低到了70%以下。而半导体激光器功率小，在毫瓦级别，因此所成图像亮度偏低，需要提高通过增加激光器来提高生成图像的总功率。

单个激光器只有三支不同颜色激光器同时工作，一旦任何一个激光器出现问题，就难以合成全部颜色，图像显示会出现问题，系统的稳定性较差。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够在MEMS微镜性能不改变的情况下，增加多个激光器来成倍的提高图像分辨率以及亮度的多激光扫描投影系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多激光扫描投影系统，包括：图像源、图像处理模块、激光光源、MEMS微镜和MEMS微镜驱动模块，图像源将信号传至图像处理模块，激光器光源投射在MEMS微镜上，并反射至MEMS微镜驱动模块，再由MEMS微镜扫描成像；

MEMS微镜扫描成像是在振镜扫描过程中，根据图像信息的灰度值，同时对三色激光器发出的光强进行调制，最后在屏幕上形成彩色图案。

在本发明一个较佳实施例中，所述激光光源由2个三色激光器发出的双光束，或由多个三色激光器发出的多光束。

在本发明一个较佳实施例中，采用双光束或多光束进行扫描成像时，先对光斑位置进行光学调制，控制屏幕上光斑位置呈上下分布，间距为行像素间距。

在本发明一个较佳实施例中，当双光束扫描成像时，光斑间距为行分辨的一半，两束光束分别扫描图像上下两部分。

在本发明一个较佳实施例中，三色激光器的各色光的个数为双束或多束。

本发明的有益效果是：本发明通过增加了多个激光器，输出图像时由多幅图像进行了叠加，相当于增加了输出图像的像元密度，提高了图像的分辨率。

通过增加激光器个数可以增大输出的总功率，激光器功率可以先行叠加，并增大了投影图像的亮度。目前所用的半导体激光器单个功率约为100mW左右，所成图像的亮度远远达不到要求。

本发明还提高了扫描投影系统的稳定性以及激光器的使用寿命，当多个同色激光器同时工作时，单个激光器并不需要达到较高的输出值，可以适当延长激光器的使用寿命。同时如果激光器出现损坏，可以通过驱动控制其余激光器弥补出现的空缺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明多激光扫描投影系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1所示的多激光扫描投影系统中改进的激光光源的结构示意图；

图3是多激光器增大图像分辨率原理图;

图4是图3中光束1和光束2的扫描轨迹的示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中激光扫描投影图像分辨率受MEMS微镜的机械振动角度，微镜镜面面积大小，扫描频率等影响。具体分辨率和刷新频率的计算公式如式(1) (2)所示：

水平分辨率： （1）

竖直分辨率： （2）

公式（1）中的参数指的是微镜的机械转角，D指的是微镜的镜面大小，a指的镜面形状因数（一般a=1），指的是入射光的波长；

公式（2）中的参数=2，指的是入射光线的数量，指的是微镜的水平扫描频率，指的是图像刷新频率。

.从公式可以看到，水平方向上的分辨率与微镜的扫描角度与镜面大小的乘积有关，而竖直方向上的分辨率与微镜的水平扫描频率以及图像的刷新频率有关。如果只采用单个激光器（即=1），当刷新频率为60Hz（一般显示的刷新频率），而需要扫描显示图像的分辨率达到1080P，即竖直方向的分辨率达到1080，需要微镜的水平工作频率达到40KHz，而微镜的扫描转角与水平工作频率是成反比的关系即水平工作频率越大，扫描转角越小。当需要满足水平方向的分辨率时，微镜的水平工作频率无法达到很高。所以采用单个激光器扫描成像的图像分辨率并不能达到很高，本发明提出利用多个激光器进行一定调制提高图像分辨率的系统。

一种多激光扫描投影系统，包括：图像源、图像处理模块、激光光源、MEMS微镜和MEMS微镜驱动模块，如图1所示。

图像源将信号传至图像处理模块，激光器光源投射在MEMS微镜上，并反射至MEMS微镜驱动模块，再由MEMS微镜扫描成像。

MEMS微镜扫描成像是在振镜扫描过程中，根据图像信息的灰度值，同时对三色激光器发出的光强进行调制，最后在屏幕上形成彩色图案。

所述激光光源由2个三色激光器发出的双光束，或由多个三色激光器发出的多光束。

采用双光束或多光束进行扫描成像时，先对光斑位置进行光学调制，控制屏幕上光斑位置呈上下分布，间距为行像素间距。

对于单束激光扫描成像，振镜需对每一行像素进行扫描成像，而当使用双光束激光扫描时，分别对两个激光束进行调制，可以同时扫描出图像两行像素信息，就不需要再对第二行进行扫描，所以对于相同分辨率的图像，双光束扫描的水平扫描频率可以降低至单光束水平扫描频率的一半，大大降低相同分辨率图像对扫描振镜的频率要求，可以扫描出更高分辨的图像。

当双光束扫描成像时，光斑间距为行分辨的一半，两束光束分别扫描图像上下两部分，大大降低了对慢轴频率的要求。

相比单光束扫描，对振镜的水平扫描频率要求降低一半，同时降低对振镜在竖直方向的转角的要求。

三色激光器的各色光的个数为双束或多束，如图2所示，各色光的个数可以根据实际来确定。

如上面公式（2）中提到的，当无法提高微镜的水平扫描频率时通过增加的值来提高竖直方向的分辨率。

图3和图4是多激光器提高图像分辨率的原理图。

本发明通过增加了多个激光器，输出图像时由多幅图像进行了叠加，相当于增加了输出图像的像元密度，提高了图像的分辨率。

增加激光器个数可以增大输出的总功率，激光器功率可以先行叠加，并增大了投影图像的亮度。目前所用的半导体激光器单个功率约为100mW左右，所成图像的亮度远远达不到要求。

提高了扫描投影系统的稳定性以及激光器的使用寿命，当多个同色激光器同时工作时，单个激光器并不需要达到较高的输出值，可以适当延长激光器的使用寿命。同时如果激光器出现损坏，可以通过驱动控制其余激光器弥补出现的空缺。

本发明成倍降低了每个激光器的调制频率。

如果分辨率很高，比如4K的图像，用单个激光器光束成像，激光器的调制频率至少需要4000（横向）x2000(纵向）x60(Hz)=0.48GHz。而用多个激光器则单个激光器频率为0.48GHz/n，n为激光器个数。

有些需求，比如VR、AR显示，需要图像刷新频率更高，比如说180Hz，240Hz，magic leap 用720Hz产生全息效果，这样对激光器调制频率要求更高，所以单光束成像会受到激光器调制频率上限的限制，而多光束激光器调制频率可以叠加，增大了频率上限。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。