激光掃描(LBS)技術(shù)在AR的應用

激光已經(jīng)有60多年的歷史了，而近年來，基于激光的顯示技術(shù)的發(fā)展仍在加速。當下，激光已經(jīng)基本應用于激光照明、平板電視、微型投影儀、頭戴式增強現(xiàn)實顯示器和AR眼鏡等不同產(chǎn)品。在AR領(lǐng)域中，基于激光的顯示器包括緊湊的激光源，如邊緣發(fā)光二極管，垂直腔面發(fā)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(guī)格、調(diào)制技術(shù)和顯示器使用的掃描方法。

當與緊湊、快速、可靠的技術(shù)(如MEMS反射鏡)相結(jié)合時，基于掃描的激光系統(tǒng)可以精確地呈現(xiàn)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(shù)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(shù)的下一場革命。

數(shù)字信息和其他內(nèi)容現(xiàn)在可以直接覆蓋到現(xiàn)實世界，基于AR可穿戴設備，用戶可以同時體驗到現(xiàn)實世界和虛擬世界。

當然，將虛擬世界和現(xiàn)實世界結(jié)合在一起也有一些關(guān)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(shù)字對象交互。為了獲得更多豐富的內(nèi)容(超越文本、符號和其他信息)和真正的沉浸式體驗，數(shù)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(shù)字對象必須以正確的大小、深度感知和位置占據(jù)物理空間。

總之，良好的顯示效果需要視覺上連續(xù)的立體圖像，還需要具有寬色域、大視場(FoV)、大眼箱、高動態(tài)范圍，以匹配真實世界的照明——即使在明亮的環(huán)境條件下——當然，還需要自然調(diào)節(jié)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(xiàn)代AR系統(tǒng)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(xiàn)優(yōu)良AR體驗的挑戰(zhàn)

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

不幸的是，在開發(fā)產(chǎn)品時，權(quán)衡取舍是經(jīng)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(xiàn)它。如增加亮度經(jīng)常以降低功率來實現(xiàn)，增加視場角通常以降低分辨率為代價。

那么，關(guān)鍵問題來了：怎樣才能最好地優(yōu)化AR系統(tǒng)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(xié)?

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

接下來，我們就來一起看看，LBS系統(tǒng)在架構(gòu)方面究竟有哪些好處。

AR中使用LBS的架構(gòu)優(yōu)勢在任何投影系統(tǒng)中，使用的光源對圖像質(zhì)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(xiàn)顯著更好的圖像質(zhì)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(shù)。LBS掃描與傳統(tǒng)的固定像素顯示技術(shù)(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(diào)制的模式。在這方面，大家可以把LBS系統(tǒng)想象成一個“飛行點”顯示器。LBS的優(yōu)勢包括：緊湊的形態(tài)，非常高的亮度，質(zhì)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(gòu)內(nèi)。

另一方面，固定像素技術(shù)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(xiàn)實內(nèi)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(shù)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(tǒng)的操作方式本質(zhì)上就是在管理這一點。在LBS系統(tǒng)中，每個像素都是預先調(diào)制的，因此每個像素的亮度隨著內(nèi)容的變化而變化，激光功率也隨之變化。也就是說，當某個區(qū)域的像素是黑色的(或者該區(qū)域沒有內(nèi)容)，激光二極管就會關(guān)閉。同樣地，當某一區(qū)域的內(nèi)容比其他區(qū)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(shù)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(xiàn)的圖像源的產(chǎn)品形態(tài)和亮度之間存在著一個很強的權(quán)衡?；旧?，LBS成像系統(tǒng)的核心依賴于超小型MEMS反射鏡(通常在1-3mm范圍內(nèi))，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(jié)合，從而實現(xiàn)極小尺寸的光學光引擎，遠低于1cc。

此外，自發(fā)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(xiàn)商業(yè)應用，如全彩micro-LED。今天，LBS提供了最好的整體架構(gòu)，提供了必要的性能、功能特點權(quán)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(yōu)勢

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審核編輯：湯梓紅