李萨茹扫描式微型激光投影显示技术研究

摘要

由于充分结合了激光技术与 MEMS技术各自的优点，微型激光投影显示技术具有色彩表现能力强、亮度高、寿命长、体积小、重量轻及功耗低等特点，是未来投影显示技术的发展趋势之一。根据投影方式的不同，目前的微型激光投影显示技术主要分为面阵空间光调制方式和扫描方式。相比于前者，后者的系统结构更为简单和紧凑，非常适用于开发便携性强的微型投影设备或者集成于其它电子设备，已经逐渐成为了微型激光投影显示技术的研究热点。
　　本文以李萨茹扫描式微型激光投影显示技术为研究对象，深入研究了此种投影技术的投影理论，并以QVGA级分辨率和刷新率高于30 Hz为目标设计了其核心元件——谐振式扫描镜的器件结构，同时采用了SOI技术完成了样件制作。在此基础上，以扫描镜样件为基础研究了此种投影显示技术的实现方案。主要研究工作如下：
　　从李萨茹扫描方式出发，详细分析了李萨茹扫描式激光投影显示技术的工作原理，系统研究了该技术中像素点的定义、投影刷新率及分辨率的计算、李萨茹扫描频率的选择等关键问题；为了将传统图像的空间点阵存储方式转换为李萨茹扫描的时间点阵存储方式，提出了一种图像编码算法，并使用Matlab实现了该算法在QVGA级分辨率时的图像仿真及验证。
　　为了研制出符合 QVGA级分辨率要求的谐振式扫描镜，从静电垂直梳齿驱动器出发，设计了一种静电驱动的二维谐振式扫描镜，并通过研究器件各结构参数对扫描镜工作频率的影响进而确定了其各项结构尺寸；为了进一步了解设计扫描镜的光、机、电性能，详细分析了其静电特性、非线性动力学特性、冲击特性、扭转特性、动态变形以及光学特性等一系列重要特性。
　　为了制作出设计的谐振式扫描镜，根据其结构特点对扫描镜的版图进行了设计，并结合现有设备对其SOI加工工艺进行了研究、分析及优化，详细讨论了器件工艺流程中的关键加工工艺；为了全面及系统地评价制作出的扫描镜样件，采用了不同的方法和设备对其各项性能进行了测试。
　　采用制作出的扫描镜样件为核心元件，研究了李萨茹扫描式微型激光投影显示技术的实现方案，对其硬件和软件部分进行了详细的分析与设计；为了增大投影图像的尺寸，设计了适用于激光投影系统的光学角放大镜头。最后，搭建了激光投影系统的原理样机，并实现了QVGA级李萨茹扫描式激光投影，证明了本文关于李萨茹扫描式激光投影显示技术的理论研究的正确性和可行性。

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目录

1 绪论

1.1微型激光投影显示技术

1.2微型激光投影显示技术的研究现状

1.3论文的研究目的及意义

1.4论文的主要研究内容

2 李萨茹扫描式微型激光投影显示技术的理论研究

2.1李萨茹扫描

2.2李萨茹扫描式微型激光投影显示技术的工作原理

2.3投影刷新率和投影分辨率

2.4李萨茹扫描频率的选择

2.5基于李萨茹扫描的图像编码算法

本章小结

3 谐振式扫描镜的结构设计与性能分析

3.1谐振式扫描镜的结构设计

3.2谐振式扫描镜的性能分析

本章小结

4 谐振式扫描镜的制作与性能测试

4.1版图与工艺设计

4.2谐振式扫描镜的关键加工工艺

4.3谐振式扫描镜的性能测试

本章小结

5 李萨茹扫描式微型激光投影显示技术的实现

5.1激光投影显示系统的总体方案设计

5.2激光投影显示系统的硬件设计

5.3激光投影显示系统的软件设计

5.4激光投影显示系统的光学放大镜头设计

5.5激光投影显示系统的原理样机

本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况

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