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2016-06-07

那些头戴式可视设备(HMD)基于的微显示技术及其应用(VR、AR)

2012 年,Google 发布了一款「增强现实」眼镜—— Google Glass,让智能眼镜风靡了一把,其具备上网、拍照、导航、消息处理等功能,且支持语音控制。接着在 2015 年 BUILD 开发者大会上,微软发布的全息眼镜 HoloLens 瞬间成为了科技「幻想」界的新宠儿,如当年的 Google Glass 一样备受追捧。

微软 HoloLens(上)与 Google Glass(下)

在具备增强现实(AR)功能的头戴式可视设备(HMD,Head Mount Display)中,Google Glass、HoloLens 无疑是这个领域内的标杆产品。头戴式可视设备又称为眼镜式显示器或随身影院,其背后基于的微显示技术(Microdisplay)有三大类(DLP、LCoS、OLED)。

云投科技创始人刘志锋从 2009 年就开始从事微显示行业,在一次深圳湾(ID:shenzhneware)的交流活动中,他对微显示技术(主要是 LCoS)在 HMD 的应用进行了分析。

微显示技术概览

目前有三大主流微显示技术,它们分别为:DLP、LCoS、OLED。(关于 DLP、OLED 微显示技术的原理,可参考深圳湾之前的报道《HUD 背后的「黑科技」们是怎么把图像塞进你的视野的?》。)其中,大部分微显示技术的应用以 DLP、LCoS 这两种为主,抬头显示仪(HUD)是从 HMD 中衍生的应用,也相当于 HMD 的细分化应用(HUD 早期主要被应用于战斗机、飞机等领域),也主要采用 DLP、LCoS 微显示技术。

除了以上三大主流微显示技术,还有另一种非主流的技术:激光投影 MEMS 技术,全球只有 Microvisin 这一家美国公司涉足,Sony 已获得该技术的授权。

DLP 微显示技术基于 TI(美国德州仪器)公司开发的 DMD 数字镜元件,被广泛应用于投影仪中,如国内的坚果、极米投影仪。

LCoS 技术概述及应用

作为 AR 头戴显示设备的标杆产品,Google Glass、HoloLens 均采用了 LCoS 微显示技术,这里简单介绍一下 LCoS 微显示技术及其应用:

LCoS 全称为「 Liquid Crystal on Silicon 」,即基于硅基液晶微型显示芯片,主要有三层结构:CMOS 硅基、液晶层、保护玻璃,进一步可细化为硅基 CMOS 晶圆层、镜片层、液晶层、对齐层、ITO 导电玻璃层、外层保护玻璃(如下图)。

LCoS 芯片面板就如指甲盖般大小——0.3 英寸。除了 AR 头戴显示she'bei,LCoS 技术可运用于夜视、军工、全息投影、取景器、单反摄像机、投影仪、HUD、手机等。

LCoS 技术应用(中间为 LCoS 芯片面板)

LCoS 是 VR 头戴影院设备可利用的其中一种微显示技术。另外,美国的一款头戴设备—— Glyph 采用 0.3 吋双目 DLP 微显示技术,国内柔宇科技的头戴显示设备——Royole X 使用自家研发的柔性显示技术。相对来说,头戴影院设备的应用场景较少,一般只能在室内外静坐(卧)的情况下使用,如打发出差、旅行中较长的车程、航程以及电影发烧友的日常消遣。

VR 是鸡肋、AR 才是未来?

关于市面上火热流行的 VR 设备,刘志锋认为,那简直就是一种反人类的产品——带上 VR 头戴显示设备后,人们只能看到显示仪内所呈现的影像,即使增加了互动以及 AR 功能(所谓的 MR),也难以忽略其无法看到现实世界的劣势(撞墙难以避免)。而 HoloLens 这种增强现实设备才是未来真正需要的科技产品。

刘志锋还表示,这其中一个重要的原因是,AR 相关设备的应用领域十分广泛,商业化的速度相对更快,其发展前景极具潜力。如远程指导、建筑模拟、教学/指导、路线导航、广告/本地信息、医疗健康、零售业、娱乐游戏、军事等行业和应用,感受更为直观且交互性更强。

AR 在医疗领域中的应用

我们从刘志锋了解到,云投科技正在研发类似 HoloLens 上应用的 AR 光学模组——一个可以与主机端搭配使用的显示器。同样采用 LCoS 微显示技术,分辨率为 1280 x 720 ,视场角为 36°(人眼正常的可视角度为 120°,Google Glass 为单眼,可视角度是 12°,HoloLens 的双目为 30°),可实现相当于 3m 处 80 吋屏幕的成像,具备 3D 以及光学穿透功能,重量低于 100g。「我们在新一代的设计中,将利用光传导技术,将镜片做得更薄,计划年底能出样机。」刘志锋说道。

对于微显示技术以及 AR 光学模组感兴趣的小伙伴,可点击进入刘志锋的深圳湾个人页面,与他交流。

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