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VCSEL在手机AR功能与投影领域的应用

DeepTech深科技 2019-06-18 09:21 次阅读

AR即增强现实技术,它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术,模拟仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。而AR最核心技术在于光学,尤其是激光技术,无论是手势识别、三维重构还是成像,光学技术都是决定性基础。除了3D摄像模块,最关键的就是光学成像模块。例如微软公司的HoloLens 配备两块光导透明全息透镜,虚拟内容采用 LCoS(硅基液晶)投影技术,从前方微型投影仪投射至光导透镜后进入人眼。

  Hololens AR眼镜的LCoS微型投影仪

LCOS(液晶覆硅技术)是小型化 AR 头显的关键技术之一。三片式的 LCOS 成像系统,首先将投影光源发出的白色光线,通过分光系统系统分成红绿蓝三原色的光线,然后,每一个原色光线照射到一块反射式的LCOS芯片上,系统通过控制 LCOS 面板上液晶分子的状态来改变该块芯片每个像素点反射光线的强弱,最后经过LCOS反射的光线通过必要的光学折射汇聚成一束光线,经过投影机镜头照射到屏幕上,形成彩色的图像。目前在投影光源上主要有LED和激光两种方案,由于激光在光束质量、亮度、功耗和使用寿命上无可比拟的优越性,将是未来的发展方向。

以色列Lumus的AR眼镜也采用了微型投影技术,成像关键部件由微型投影仪、光导元件(LOE)和反射波导组成。植入眼镜的微型投影仪(例如激光投影)将图像画面进行投放,通过光导元件、反射波导形成全反射。

Lumus AR眼镜也采用了微型投影技术

综上,微投成像和3D摄像将是未来AR产业两大核心技术,以VCSEL为代表的半导体激光器件将成为AR光学技术的最基础部件,引领消费电子光学时代。而随着投影显示技术的发展,人们对投影系统的亮度、解析度、色彩丰富性的要求将会越来越高,光源作为投影系统的重要部件,其发光特性将直接决定投影系统质量。激光光束色度、照度高度均匀,具有亮度高、单色性好、波长固定等传统光源无可比拟的优势,未来取代LED成为微型投影模块、投影仪、投影电视等设备光源将是大概率事件。

目前,激光显示技术主要有三基色纯激光、荧光粉+蓝光、LED+激光混合光源三种技术,对比来看,三基色纯激光优势较为明显。三基色激光被业界视为最正统的激光光源,其具有色域广、光效高、寿命长、功耗低、一致性好、色温亮度可调、稳定、安全可靠免维护、应用灵活等优点。

三基色纯激光显示原理示意图

技术进展来看,红光激光二极管技术(包括VCSEL红光阵列)发展已经十分成熟,蓝光激光二极管价格尚高,绿光激光二极管则还有待发展。从已披露专利来看,目前已有“红光VCSEL阵列+蓝光VCSEL阵列+绿色全固体激光器”的解决方案,VCSEL单元用于发出圆化激光光束,经过微透镜阵列准直化后作为R、B光输出。此外,采用VCSEL面阵可以减少VCSEL激光器之间的干涉性,弱化激光散斑,从而提高投影显示质量。


原文标题:《麻省理工科技评论》APP,最权威的中美新兴科技报道

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