文@@/艾迈斯欧司朗@@系统方案工程经理@@ 孙文@@轩@@
近几年@@@@，元宇宙@@如一@@阵热风@@，吹起了无数人对于@@“科技@@、梦幻与未来@@@@”的@@想象@@。随着@@“元宇宙@@”的@@火爆@@，作为@@其硬件载体的@@@@AR、VR设备@@成为@@了科技@@创新的@@重要领域之一@@@@。AR增强现实@@（Augmented Reality，简称@@AR），是@@指透过摄影机影像的@@位置及角度精算并加上图像分析技术@@@@，让屏幕上的@@虚拟世界能够与现实世界场景进行结合与交互的@@技术@@@@。
AR技术@@主要包括硬件@@、软件@@、内容和@@平台四个@@部分@@，在@@本篇文@@章中@@重点讨论的@@是@@用于主要硬件部分显示光机的@@光源@@。在@@进入正式内容之前@@，不妨先畅想一@@下@@，我们想要现实如电影中@@科幻的@@@@AR眼镜@@，应该具备@@什么特点@@？首先@@，在@@技术@@上要实现虚实的@@完全融合@@，其次要在@@外观上应与普通眼镜@@无异@@。而@@要达到@@这两点则包括了重量@@、人体工学@@、高效能等@@数十个@@因素@@，在@@这重重的@@困难中@@显示技术@@是@@关键的@@突破口@@。
主流@@AR眼镜@@中@@的@@显示技术@@@@@@有哪些@@？
目前用于@@AR眼镜@@的@@主流@@显示技术@@可以分为@@被动式微显示技术@@@@@@，主动式微显示技术@@@@以及@@扫描显示技术@@@@@@。
1. 被动式微显示技术@@@@
被动式微显示技术@@@@包括传统的@@@@LCD以及@@DLP、LCOS等@@，它们在@@工作时@@需要使用@@@@RGB LED或@@者@@RGB激光器@@作为@@光源@@。被动式微显示技术@@@@在@@市场上已经相当@@成熟@@，通过@@该技术@@可以实现@@高亮度@@@@、高色域等@@优点@@，但光机体积相对其他微显示技术@@会相对较大@@，并且光展量有限@@。
2. 主动式微显示技术@@@@
主动式微显示技术@@@@包括使用@@@@Micro OLED和@@Micro LED的@@显示技术@@@@。Micro OLED又称为@@硅基@@OLED，拥有自发光等@@特性@@，较适合在@@@@VR眼镜@@中@@使用@@@@。如果在@@@@AR设备@@使用@@@@Micro OLED显示器@@，明亮场景下@@，显示效果会大打折扣@@。主要原因是@@目前主流@@的@@@@Micro OLED显示技术@@亮度@@仅能达到@@@@1000-6000尼特@@，最终入眼亮度@@可能只有@@200-300尼特@@。而@@Micro LED在@@效率@@、亮度@@、色域对比度方面都有更好的@@表现@@。但由于@@RGB的@@集成难度非常大@@，因此@@该技术@@的@@@@应用还具有很多挑战@@。
3. 扫描显示技术@@@@
扫描显示技术@@@@（LBS）使用@@RGB激光器@@作为@@光源@@，搭配@@MEMS进行扫描成像@@。它兼具体积小@@、效率高@@、高色域和@@高对比度的@@优点@@，但系统设计较为@@复杂@@，并且由于激光的@@干涉效应会导致散斑现象出现@@，因此@@LBS技术@@在@@图像质量上也有待提升@@。
AR光机设计需要@@“权衡@@”
在@@AR虚拟信息显示中@@@@，显示的@@信息需要根据眼镜@@佩戴者的@@动作不断调整适应@@，并叠加在@@用户在@@现实世界中@@实际看到@@的@@东西上@@。计算机需要通过@@摄像头@@、GPS定位或@@传感器数据检测环境@@，并选择需要展示的@@信息@@。因此@@，在@@进行设计时@@@@，工程师要考虑包括重量@@、人体工学@@、显示亮度@@@@、成本等@@许多因素@@。各项@@因素之间互相作用@@，在@@我们目前的@@技术@@水平下@@，难以完全满足所有要求@@，我们要基于@@需求去设置不同的@@优先级而@@决定相关的@@显示方案@@（即光源和@@光学方案@@）。
艾迈斯欧司朗@@作为@@全球光学方案领导者旗下有多种@@LED为@@AR光机提供光源@@。其中@@@@，在@@分色镜方案中@@@@，艾迈斯欧司朗@@提供红蓝二合一@@@@LED-LE BR Q7WM.02、单绿@@LED-LE T Q8WM、转换绿光@@LED-LCG H9RM。在@@导光柱方案中@@@@，提供将@@RGB三颗芯片@@集成在@@一@@个@@封装里面@@，再搭配@@导光柱实现照明场景的@@@@LED-LE RTB N7WM。
在@@AR中@@，分色镜和@@导光柱都是@@常用的@@合光方案@@。一@@般来讲@@，分色镜方案可以收取更多的@@光能量@@，因此@@拥有更好的@@颜色均一@@度@@，能够实现更高的@@显示亮度@@@@@@。但分色镜方案需要较多的@@光学器件@@，这会导致光机的@@尺寸较大@@，同时@@对于组装精度也有严苛的@@要求@@。而@@导光柱方案则不需要很多的@@分光镜@@，因此@@组装精度较低@@、光机的@@尺寸也相对较小@@，但由于@@排布的@@关系@@，显示器@@可以利用@@到@@的@@@@LED光能量较低@@，同时@@由于排布位置的@@差异也会使颜色均一@@度较差@@。
为@@了改善颜色均一@@度@@，艾迈斯欧司朗@@在@@原本@@RGB三颗芯片@@“一@@”字形排列的@@基础上@@，推出了@@“田@@”字型@@LED-MOSAIC，它包括了@@RGGB四颗芯片的@@版本以及@@@@RRGGBB六颗芯片的@@版本@@。相比于原本的@@@@“一@@”字型@@排列@@，这种排列方式不仅提升了颜色的@@均一@@度@@，而@@且进一@@步缩小了芯片表面相对于封装表面的@@距离@@（从原来的@@@@0.44mm降到@@@@0.15mm），意味着光学离芯片更近@@，实现收光更容易@@、颜色更均匀@@。
那么该方案可实现什么样的@@显示亮度@@@@呢@@？
以基于@@@@RGGB MOSAIC的@@AR显示亮度@@@@示例@@，当@@LED的@@电功率为@@@@1W时@@，输出的@@光通量@@约为@@@@@@50lm，经过前端光学系统后@@，可以输出@@10%到@@20%，也就是@@@@说在@@到@@达光波导镜片之前会维持@@5到@@10lm的@@光通量@@。匹配不同的@@光波导类型@@，可以实现@@350nits到@@6500nits的@@入眼亮度@@@@。
利用@@MOSAIC LED搭配@@LCOS或@@者@@是@@@@DLP的@@方式可以将光机体积缩小到@@@@3-5个@@cc（立方厘米@@），这相比传统的@@@@LED+分色镜方案的@@@@5-10cc的@@光机体积@@，在@@尺寸和@@重量方面都有了大幅度降低@@。尽管如此@@，对于普通消费@@AR来说@@，这样的@@体积依旧不是@@理想的@@状态@@，尺寸需要进一@@步缩减@@。由此@@，艾迈斯欧司朗@@开发了一@@款适用于激光束扫描@@（LBS）技术@@的@@@@RGB集成式激光器@@@@，使用@@该激光器@@搭配@@@@MEMS的@@方案@@，可以将整个@@光机的@@体积缩小到@@@@1cc以下@@，这对于普通消费@@类@@AR眼镜@@来说@@有较大的@@促进作用@@。
新型@@R/G/B激光模组@@
在@@LBS方案中@@最重要的@@三要素是@@@@RGB三色激光@@、光束整形光学以及@@@@scanning mirror(s)。其原理是@@@@RGB三色的@@激光从激光模组@@发出后@@，经由光学@@188足彩外围@@app 准直以及@@合束以后到@@达@@MEMS mirror，再经由@@MEMS mirror反射出来@@，耦合进入光波导@@。光波导就像一@@般眼镜@@的@@镜片一@@样@@，影像会在@@光波导里面传递@@，然后最终投射到@@使用@@者的@@眼睛@@。
LBS技术@@本身并不是@@全新的@@显示技术@@@@@@，早期采用的@@@@3个@@分离式@@R/G/B TO38激光器@@的@@光机尺寸较大@@，约为@@@@1.7cc左右@@，而@@基于@@艾迈斯欧司朗@@推出的@@三合一@@@@RGB激光器@@（VEGALAS™ RGB）设计的@@光机可将尺寸进一@@步缩小至@@0.7cc。这颗激光器@@尺寸仅为@@@@7×4.6×1.2（mm3），可以直接做@@SMD贴片@@。并且使用@@了气密性的@@封装设计@@，可以防止特别是@@蓝光激光器@@免受外接环境影响从而@@大幅提升了可靠性@@。需要强调的@@一@@点是@@@@，由于这颗激光器@@还没有集成光束整形光学@@，所以光束准直和@@合束需要在@@封装外实现@@。
基于@@VEGALAS™ RGB的@@光机显示亮度@@@@和@@激光器@@功率的@@是@@如何对应的@@呢@@？艾迈斯欧司朗@@做了这样一@@个@@简单的@@估算@@。以设置@@1500nits的@@目标入眼亮度@@为@@例@@，光波导的@@转换率大约是@@@@150nits/lm，因此@@在@@进入到@@光波导之前@@，光通量需要@@10lm左右@@。激光器@@经过光学器件的@@整形和@@合束@@，一@@般可实现@@50%以上的@@集光效率@@。我们可以计算出需要激光器@@的@@输出光通量为@@@@17lm，再将其转换成所需要的@@三个@@颜色的@@光功率@@@@，所需总光功率大约为@@@@@@78mW，然后依据每个@@芯片目前所能实现的@@电光转换效率来计算@@，大概需要@@0.8W电功率输入@@。
通过@@RGB激光器@@的@@波长@@、目标白点以及@@等@@效的@@白光通量@@@目标白点等@@参数可以计算出需要红色的@@芯片输出@@39mW的@@光功率@@，绿色的@@需要@@25mW的@@光功率@@，蓝色需要@@14mW的@@光功率@@，这个@@就是@@@@前面@@78mW总光功率需求的@@来源@@。
未来@@：多光速扫描@@（Multi-Beam Scanning）
为@@了使@@AR眼镜@@更小@@、更轻薄@@，能达到@@消费级的@@技术@@水平@@。除了目前正在@@开发的@@@@VEGALAS RGB三合一@@的@@激光器@@以外@@，还可将光束扫描方案进行扩展@@，即多光速扫描@@@@（就是@@@@Multi-Beam Scanning，简称@@MBS）。举例来说@@@@，我们可以在@@绿光激光器@@一@@个@@发射点的@@基础上@@，做出多个@@发射点@@，从而@@得到@@拥有更高更密集的@@扫描点像素@@，这可以有效提升整个@@显示的@@分辨率和@@均匀性@@。但目前来说@@@@，多光速扫描@@技术@@实现相对困难@@，若想真正商业化还有较长的@@路要走@@。不过对此艾迈斯欧司朗@@已经做好充分的@@准备@@@@，致力于为@@消费者在@@虚拟与现实世界带来@@“包罗万象@@”的@@视觉体验@@。
关于艾迈斯欧司朗@@@@
艾迈斯欧司朗@@集团@@（瑞士证券交易所股票代码@@：AMS）是@@光学解决方案的@@全球领导者@@。我们为@@光赋予智能@@，将热情注入创新@@，丰富人们的@@生活@@。这就是@@@@@@“传感即生活@@”的@@意义所在@@@@。
我们拥有超过@@110年@@的@@发展历史@@，以对未来@@科技@@的@@想象@@力为@@引@@，结合深厚的@@工程专业知识与强大的@@全球工业产能@@，长期深耕于传感与光学技术@@领域@@，持续推动创新@@。在@@消费电子@@@@、汽车@@、医疗健康与工业制造领域@@，我们致力于为@@客户提供具有竞争力的@@解决方案@@，在@@健康@@、安全与便捷方面@@，致力于提高@@生活质量@@，推动绿色环保@@。
我们在@@全球范围拥有约@@2.4万名员工@@，专注于传感@@、照明和@@可视化领域的@@创新@@，使旅程更安全@@、医疗诊断更准确@@、沟通更便捷@@。我们致力于开发突破性的@@应用创新技术@@@@，目前已授予和@@已申请专利超过@@15,000项@@。
集团总部位于奥地利@@Premstaetten/格拉茨@@，联合总部位于德国慕尼黑@@。2021年@@，集团总收入超过@@50亿欧元@@。ams-OSRAM AG在@@瑞士证券交易所上市@@（ISIN: AT0000A18XM4）。
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