AR即增強現實技術,它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術,是把原本在現實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息(視覺信息,聲音,味道,觸覺等),通過電腦等科學技術,模擬仿真后再疊加,將虛擬的信息應用到真實世界,被人類感官所感知,從而達到超越現實的感官體驗。而AR最核心技術在于光學,尤其是激光技術,無論是手勢識別、三維重構還是成像,光學技術都是決定性基礎。除了3D攝像模塊,最關鍵的就是光學成像模塊。例如微軟公司的HoloLens 配備兩塊光導透明全息透鏡,虛擬內容采用 LCoS(硅基液晶)投影技術,從前方微型投影儀投射至光導透鏡后進入人眼。
Hololens AR眼鏡的LCoS微型投影儀
LCOS(液晶覆硅技術)是小型化 AR 頭顯的關鍵技術之一。三片式的 LCOS 成像系統,首先將投影光源發出的白色光線,通過分光系統系統分成紅綠藍三原色的光線,然后,每一個原色光線照射到一塊反射式的LCOS芯片上,系統通過控制 LCOS 面板上液晶分子的狀態來改變該塊芯片每個像素點反射光線的強弱,最后經過LCOS反射的光線通過必要的光學折射匯聚成一束光線,經過投影機鏡頭照射到屏幕上,形成彩色的圖像。目前在投影光源上主要有LED和激光兩種方案,由于激光在光束質量、亮度、功耗和使用壽命上無可比擬的優越性,將是未來的發展方向。
以色列Lumus的AR眼鏡也采用了微型投影技術,成像關鍵部件由微型投影儀、光導元件(LOE)和反射波導組成。植入眼鏡的微型投影儀(例如激光投影)將圖像畫面進行投放,通過光導元件、反射波導形成全反射。
Lumus AR眼鏡也采用了微型投影技術
綜上,微投成像和3D攝像將是未來AR產業兩大核心技術,以VCSEL為代表的半導體激光器件將成為AR光學技術的最基礎部件,引領消費電子光學時代。而隨著投影顯示技術的發展,人們對投影系統的亮度、解析度、色彩豐富性的要求將會越來越高,光源作為投影系統的重要部件,其發光特性將直接決定投影系統質量。激光光束色度、照度高度均勻,具有亮度高、單色性好、波長固定等傳統光源無可比擬的優勢,未來取代LED成為微型投影模塊、投影儀、投影電視等設備光源將是大概率事件。
目前,激光顯示技術主要有三基色純激光、熒光粉+藍光、LED+激光混合光源三種技術,對比來看,三基色純激光優勢較為明顯。三基色激光被業界視為最正統的激光光源,其具有色域廣、光效高、壽命長、功耗低、一致性好、色溫亮度可調、穩定、安全可靠免維護、應用靈活等優點。
三基色純激光顯示原理示意圖
技術進展來看,紅光激光二極管技術(包括VCSEL紅光陣列)發展已經十分成熟,藍光激光二極管價格尚高,綠光激光二極管則還有待發展。從已披露專利來看,目前已有“紅光VCSEL陣列+藍光VCSEL陣列+綠色全固體激光器”的解決方案,VCSEL單元用于發出圓化激光光束,經過微透鏡陣列準直化后作為R、B光輸出。此外,采用VCSEL面陣可以減少VCSEL激光器之間的干涉性,弱化激光散斑,從而提高投影顯示質量。
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