基于二维MEMS器件的微型投影技术 
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Micro-projection technology based on 2D MEMS device
1 长春理工大学 空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
图 & 表
图 1. 不同显示元件的显示效果对比示意图
Fig. 1. Comparison of display effects with different display elements
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图 2. 基于MEMS器件的车载平视显示器工作原理
Fig. 2. Schematic diagram of working principle of vehicle head-up displayer based on MEMS devices
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图 3. 激光光源和MEMS器件照片
Fig. 3. Photos of laser source and MEMS device
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图 4. 绿光光源光学系统结构
Fig. 4. Optical system structure of green light source
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图 5. 像面点列图
Fig. 5. Spot diagram of image plane
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图 6. 几何圈入能量分布
Fig. 6. Geometric encircled energy
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图 7. RGB三色光源光学系统结构
Fig. 7. RGB three-color source optical system structure
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图 8. 整体结构三维布局图
Fig. 8. Three-dimensional layout diagram of overall structure
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图 9. 像面9点图（单位：μm）
Fig. 9. Nine-point diagram of image plane (unit: μm)
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图 10. 像面9个点的点列图
Fig. 10. Spot diagram of nine-point on image plane
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图 11. 像素的两种排列方式
Fig. 11. Two ways of arranging pixels
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图 12. 栅式扫描原理图
Fig. 12. Schematic diagram of grid-type scanning
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表 1不同投影系统性能对比
Table1. Comparison of projection technology performance
| 投影技术参数 | LCD | DMD | MEMS | | 光源实现方式 | 透射式 | 反射式 | 反射式 | | 投影亮度 | 低 | 中 | 中 | | 图像色域 | 中 | 中 | 高 | | 图像对比度 | 中 | 高 | 高 | | 电能利用率 | 中 | 中 | 高 |
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表 2激光光源和MEMS器件的基本参数
Table2. Basic parameters of laser source and MEMS device
| 激光光源 | | MEMS 器件 | | 参数名称 | 指标 | 参数名称 | 指标 | | 光场类型 | 高斯 | | 反射镜尺寸/mm | 1 | | 横向发散角/（°） | 25（max） | 扫描角度/（°） | ±22（快轴）
±12（慢轴）
| | 纵向发散角/（°） | 7.5（max） | 扫描频率/kHz | 18.5/快轴 | | 光输出功率/mW | 80 | 扫描频率 | 可控/慢轴 | | 调制频率/MHz | 100 | 扫描模式 | 栅式扫描 | | 包装尺寸/mm | 3.1×9.7 | 包装尺寸/mm | 4.8×8 |
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表 39点图坐标位置
Table3. Coordinate position of nine-point diagram
| 标号 | 扫描角度（
\begin{document}$ x,y$\end{document}![]() ![]() ） /（°）
| 坐标(
\begin{document}$ x,y$\end{document}![]() ![]() )/mm
| | 1 | −13.78, −30.2 | −52.2, 29.3 | | 2 | 0, −30.65 | 0, 29.2 | | 3 | 13.78, −30.2 | 52.2, 29.3 | | 4 | −14.28, −22.82 | −52.0, 0 | | 5 | 0, −22.5 | 0, 0 | | 6 | 14.28, −22.82 | 52.0, 0 | | 7 | −14.5, −15.4 | −52.1, −29.4 | | 8 | 0, −14.3 | 0, −29.4 | | 9 | 14.5, −15.4 | 52.1, −29.4 |
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表 49点图的像素半径
Table4. Pixel radius of nine-point diagram
| 标号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | | 像素尺寸/μm | 184 | 156 | 184 | 174 | 156 | 174 | 186 | 156 | 186 |
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表 5设计结果参数
Table5. Parameters of design results
| 类别 | 参数 | | 光源类型 | RGB三色 | | 光源调制频率/MHz | 3 | | MEMS扫描频率/kHz | 16.7（横向），5.5（纵向） | | MEMS偏转角度/(°) | ±15（横向），±8（纵向） | | MEMS扫描方式 | 栅式扫描 | | 图像尺寸/mm | 104×59 | | 像素排列方式 | 六边形排列 | | 图像分辨率/pixel | 558×314 | | 图像扫描帧率/Hz | 30 |
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江伦, 宋志化, 安岩. 基于二维MEMS器件的微型投影技术[J]. 应用光学, 2020, 41(1): 156. Lun JIANG, Zhihua SONG, Yan AN. Micro-projection technology based on 2D MEMS device[J]. Journal of Applied Optics, 2020, 41(1): 156.
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