激光已經有60多年的歷史了，而近年來，基于激光的顯示技術的發展仍在加速。當下，激光已經基本應用于激光照明、平板電視、微型投影儀、頭戴式增強現實顯示器和AR眼鏡等不同產品。在AR領域中，基于激光的顯示器包括緊湊的激光源，如邊緣發光二極管，垂直腔面發射激光器(VCSEL)，以及光泵浦半導體激光器。

激光光束掃描(LBS)模塊與反射、折射和衍射波導耦合是激光顯示的一個重要組成部分，其具體要求取決于光源規格、調制技術和顯示器使用的掃描方法。

當與緊湊、快速、可靠的技術(如MEMS反射鏡)相結合時，基于掃描的激光系統可以精確地呈現具有廣泛顏色范圍的激光清晰圖像，并通過使用光學組合器技術向用戶顯示。

AR革命的門檻

今天，我們即將迎來激光掃描(LBS)技術的下一場革命。

數字信息和其他內容現在可以直接覆蓋到現實世界，基于AR可穿戴設備，用戶可以同時體驗到現實世界和虛擬世界。

當然，將虛擬世界和現實世界結合在一起也有一些關鍵的影響因素。首先，圖像必須無縫集成。也就是說，它們必須看起來自然，用戶必須能夠直觀地與圖像和數字對象交互。為了獲得更多豐富的內容(超越文本、符號和其他信息)和真正的沉浸式體驗，數字圖像還必須具有逼真的真實感和“world-locked”(如虛擬物體被放置在參考真實物體的位置上)。這是另一種說法，即數字對象必須以正確的大小、深度感知和位置占據物理空間。

總之，良好的顯示效果需要視覺上連續的立體圖像，還需要具有寬色域、大視場(FoV)、大眼箱、高動態范圍，以匹配真實世界的照明——即使在明亮的環境條件下——當然，還需要自然調節焦距。

而僅有一個完美的圖像還遠遠不夠，為了獲得良好的用戶體驗，現代AR系統還必須是輕量級的，能提供高亮度，低功耗，時尚設計的，提供直觀的用戶界面，并支持全天使用的。

實現優良AR體驗的挑戰

雖然所有這些列舉的要求必須同時存在，但在AR行業中仍有一些要求被認為是相互排斥的。

不幸的是，在開發產品時，權衡取舍是經常需要進行的操作。當我們試圖增加用戶體驗的一個方面時，往往會選擇通過降低另一項功能來實現它。如增加亮度經常以降低功率來實現，增加視場角通常以降低分辨率為代價。

那么，關鍵問題來了：怎樣才能最好地優化AR系統中光的使用方式，從而盡可能地減少在各項指標之間的妥協?

對于這個問題，有一個答案是基于激光的掃描技術，通過應用在增強現實設備上，它能幫助我們克服這些挑戰，提高用戶體驗。

接下來，我們就來一起看看，LBS系統在架構方面究竟有哪些好處。

AR中使用LBS的架構優勢在任何投影系統中，使用的光源對圖像質量(和體驗)都有根本性的影響。而使用激光作為光源，有助于實現顯著更好的圖像質量。

除了光源，還有一個影響因素是使用照明光源的顯示技術。LBS掃描與傳統的固定像素顯示技術(如DLP、LCoS、MicroOLED和MicroLED設備，甚至CRT)有很大不同。LBS依靠的是MEMS微鏡掃描給定視場的激光像素，并通過逐像素調制的模式。在這方面，大家可以把LBS系統想象成一個“飛行點”顯示器。LBS的優勢包括：緊湊的形態，非常高的亮度，質量小，低功耗，可擴展性(即分辨率，視場，功耗)，所有這些都在給定的設計或架構內。

另一方面，固定像素技術通常會受到亮度的影響，或者在某些情況下，亮度以犧牲功耗、尺寸和非常有限的可擴展性為代價。在固定像素設備(設備有一個固定的像素陣列)，或DLP和LCoS面板的情況下，由于外部光源通過額外的光學(也稱為反射顯示面板)照明。因此，分辨率是固定的，不能為給定的設備更改。

典型的增強現實內容只包含全部顯示分辨率之外的一小部分同時活躍的像素。無論選擇的技術是什么，照明都是總顯示功耗中一個重要的因素。一個重要的情況是，固定像素設備的功耗通常更高，因為無論要顯示多少像素，整個顯示器都必須被照亮，而LBS系統的操作方式本質上就是在管理這一點。在LBS系統中，每個像素都是預先調制的，因此每個像素的亮度隨著內容的變化而變化，激光功率也隨之變化。也就是說，當某個區域的像素是黑色的(或者該區域沒有內容)，激光二極管就會關閉。同樣地，當某一區域的內容比其他區域的亮度更低時，激光二極管的功率也會相應地降低。

其次，對于高分辨率的固定像素設備，設備尺寸增大是因為像素數量的增加而導致面板尺寸增大，這也意味著需要更大的照明光學來顯示整個面板和輸出圖像。顯然，在可實現的圖像源的產品形態和亮度之間存在著一個很強的權衡。基本上，LBS成像系統的核心依賴于超小型MEMS反射鏡(通常在1-3mm范圍內)，它可以與超緊湊激光二極管模塊和非常簡單的光學準直激光器相結合，從而實現極小尺寸的光學光引擎，遠低于1cc。

此外，自發光設備，如micro-OLED和micro-LED，雖然不受照明源的限制，但要么亮度低，設備可靠性有限，比如micro-OLED;要么仍需很多年才能實現商業應用，如全彩micro-LED。今天，LBS提供了最好的整體架構，提供了必要的性能、功能特點權衡、靈活性和可伸縮性，以滿足AR市場的苛刻需求。

原文標題：LBS應用于AR的優勢

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審核編輯：湯梓紅