【導讀】近幾年
，元宇宙如一陣熱風，吹起了無數人對於“科技、夢幻與未來”的想象。隨著“元宇宙”的火爆，作為其硬件載體的AR
、VR設備成為了科技創新的重要領域之一。AR增強現實（Augmented Reality，簡稱AR），是指透過攝影機影像的位置及角度精算並加上圖像分析技術，讓屏幕上的虛擬世界能夠與現實世界場景進行結合與交互的技術。

AR技術主要包括硬件、軟件、內nei容rong和he平ping台tai四si個ge部bu分fen，在zai本ben篇pian文wen章zhang中zhong重zhong點dian討tao論lun的de是shi用yong於yu主zhu要yao硬ying件jian部bu分fen顯xian示shi光guang機ji的de光guang源yuan。在zai進jin入ru正zheng式shi內nei容rong之zhi前qian
，不bu妨fang先xian暢chang想xiang一yi下xia，我wo們men想xiang要yao現xian實shi如ru電dian影ying中zhong科ke幻huan的deAR眼鏡，應該具備什麼特點
？首先
，在技術上要實現虛實的完全融合，其次要在外觀上應與普通眼鏡無異。而要達到這兩點則包括了重量

、人體工學、高效能等數十個因素，在這重重的困難中顯示技術是關鍵的突破口。

主流AR眼鏡中的顯示技術有哪些？

目前用於AR眼鏡的主流顯示技術可以分為被動式微顯示技術，主動式微顯示技術以及掃描顯示技術。

1.被動式微顯示技術

被動式微顯示技術包括傳統的LCD以及DLP、LCOS等，它們在工作時需要使用RGB LED或者RGB激光器作為光源。被動式微顯示技術在市場上已經相當成熟，通過該技術可以實現高亮度、高色域等優點
，但光機體積相對其他微顯示技術會相對較大，並且光展量有限。

2.主動式微顯示技術

主動式微顯示技術包括使用Micro OLED和Micro LED的顯示技術。Micro OLED又稱為矽基OLED，擁有自發光等特性
，較適合在VR眼鏡中使用。如果在AR設備使用Micro OLED顯示器，明亮場景下
，顯示效果會大打折扣。主要原因是目前主流的Micro OLED顯示技術亮度僅能達到1000-6000尼特，最終入眼亮度可能隻有200-300尼特。而Micro LED在效率
、亮度
、色域對比度方麵都有更好的表現。但由於RGB的集成難度非常大，因此該技術的應用還具有很多挑戰。

3.掃描顯示技術

掃描顯示技術（LBS）使用RGB激光器作為光源
，搭配MEMS進行掃描成像。它兼具體積小、效率高、高色域和高對比度的優點
，但係統設計較為複雜
，並且由於激光的幹涉效應會導致散斑現象出現，因此LBS技術在圖像質量上也有待提升。

AR光機設計需要“權衡”

在AR虛(xu)擬(ni)信(xin)息(xi)顯(xian)示(shi)中(zhong)
，顯(xian)示(shi)的(de)信(xin)息(xi)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)眼(yan)鏡(jing)佩(pei)戴(dai)者(zhe)的(de)動(dong)作(zuo)不(bu)斷(duan)調(tiao)整(zheng)適(shi)應(ying)
，並(bing)疊(die)加(jia)在(zai)用(yong)戶(hu)在(zai)現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)實(shi)際(ji)看(kan)到(dao)的(de)東(dong)西(xi)上(shang)。計(ji)算(suan)機(ji)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)攝(she)像(xiang)頭(tou)、GPS定位或傳感器數據檢測環境，並選擇需要展示的信息。因此，在進行設計時，工程師要考慮包括重量、人體工學、顯示亮度
、成(cheng)本(ben)等(deng)許(xu)多(duo)因(yin)素(su)。各(ge)項(xiang)因(yin)素(su)之(zhi)間(jian)互(hu)相(xiang)作(zuo)用(yong)
，在(zai)我(wo)們(men)目(mu)前(qian)的(de)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)下(xia)，難(nan)以(yi)完(wan)全(quan)滿(man)足(zu)所(suo)有(you)要(yao)求(qiu)，我(wo)們(men)要(yao)基(ji)於(yu)需(xu)求(qiu)去(qu)設(she)置(zhi)不(bu)同(tong)的(de)優(you)先(xian)級(ji)而(er)決(jue)定(ding)相(xiang)關(guan)的(de)顯(xian)示(shi)方(fang)案(an)（即光源和光學方案）。

艾邁斯歐司朗作為全球光學方案領導者旗下有多種LED為AR光機提供光源。其中，在分色鏡方案中，艾邁斯歐司朗提供紅藍二合一LED-LE BR Q7WM.02
、單綠LED-LE T Q8WM、轉換綠光LED-LCG H9RM。在導光柱方案中

，提供將RGB三顆芯片集成在一個封裝裏麵
，再搭配導光柱實現照明場景的LED-LE RTB N7WM。

在AR中(zhong)

，分(fen)色(se)鏡(jing)和(he)導(dao)光(guang)柱(zhu)都(dou)是(shi)常(chang)用(yong)的(de)合(he)光(guang)方(fang)案(an)。一(yi)般(ban)來(lai)講(jiang)
，分(fen)色(se)鏡(jing)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)收(shou)取(qu)更(geng)多(duo)的(de)光(guang)能(neng)量(liang)，因(yin)此(ci)擁(yong)有(you)更(geng)好(hao)的(de)顏(yan)色(se)均(jun)一(yi)度(du)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)顯(xian)示(shi)亮(liang)度(du)。但(dan)分(fen)色(se)鏡(jing)方(fang)案(an)需(xu)要(yao)較(jiao)多(duo)的(de)光(guang)學(xue)器(qi)件(jian)
，這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)光(guang)機(ji)的(de)尺(chi)寸(cun)較(jiao)大(da)


，同(tong)時(shi)對(dui)於(yu)組(zu)裝(zhuang)精(jing)度(du)也(ye)有(you)嚴(yan)苛(ke)的(de)要(yao)求(qiu)。而(er)導(dao)光(guang)柱(zhu)方(fang)案(an)則(ze)不(bu)需(xu)要(yao)很(hen)多(duo)的(de)分(fen)光(guang)鏡(jing)
，因(yin)此(ci)組(zu)裝(zhuang)精(jing)度(du)較(jiao)低(di)、光機的尺寸也相對較小，但由於排布的關係
，顯示器可以利用到的LED光能量較低
，同時由於排布位置的差異也會使顏色均一度較差。

為了改善顏色均一度，艾邁斯歐司朗在原本RGB三顆芯片“一”字形排列的基礎上，推出了“田”字型LED-MOSAIC，它包括了RGGB四顆芯片的版本以及RRGGBB六顆芯片的版本。相比於原本的“一”字型排列
，這種排列方式不僅提升了顏色的均一度，而且進一步縮小了芯片表麵相對於封裝表麵的距離（從原來的0.44mm降到0.15mm）
，意味著光學離芯片更近，實現收光更容易、顏色更均勻。

那麼該方案可實現什麼樣的顯示亮度呢
？

以基於RGGB MOSAIC的AR顯示亮度示例，當LED的電功率為1W時

，輸出的光通量約為50lm，經過前端光學係統後，可以輸出10%到20%，也就是說在到達光波導鏡片之前會維持5到10lm的光通量。匹配不同的光波導類型，可以實現350nits到6500nits的入眼亮度。

利用MOSAIC LED搭配LCOS或者是DLP的方式可以將光機體積縮小到3-5個cc（立方厘米），這相比傳統的LED+分色鏡方案的5-10cc的光機體積
，在尺寸和重量方麵都有了大幅度降低。盡管如此，對於普通消費AR來說，這樣的體積依舊不是理想的狀態，尺寸需要進一步縮減。由此，艾邁斯歐司朗開發了一款適用於激光束掃描（LBS）技術的RGB集成式激光器，使用該激光器搭配MEMS的方案，可以將整個光機的體積縮小到1cc以下
，這對於普通消費類AR眼鏡來說有較大的促進作用。

新型R/G/B激光模組

在LBS方案中最重要的三要素是RGB三色激光、光束整形光學以及scanning mirror(s)。其原理是RGB三色的激光從激光模組發出後，經由光學元件準直以及合束以後到達MEMS mirror，再經由MEMS mirror反射出來，耦合進入光波導。光波導就像一般眼鏡的鏡片一樣，影像會在光波導裏麵傳遞

，然後最終投射到使用者的眼睛。

LBS技術本身並不是全新的顯示技術，早期采用的3個分離式R/G/B TO38激光器的光機尺寸較大，約為1.7cc左右
，而基於艾邁斯歐司朗推出的三合一RGB激光器（VEGALAS™ RGB）設計的光機可將尺寸進一步縮小至0.7cc。這顆激光器尺寸僅為7×4.6×1.2（mm3），可以直接做SMDtiepian。bingqieshiyongleqimixingdefengzhuangsheji，keyifangzhitebieshilanguangjiguangqimianshouwaijiehuanjingyingxiangcongerdafutishenglekekaoxing。xuyaoqiangtiaodeyidianshi，youyuzhekejiguangqihaimeiyoujichengguangshuzhengxingguangxue

，suoyiguangshuzhunzhiheheshuxuyaozaifengzhuangwaishixian。

基於VEGALAS™ RGB的光機顯示亮度和激光器功率的是如何對應的呢？艾邁斯歐司朗做了這樣一個簡單的估算。以設置1500nits的目標入眼亮度為例
，光波導的轉換率大約是150nits/lm，因此在進入到光波導之前，光通量需要10lm左右。激光器經過光學器件的整形和合束，一般可實現50%以上的集光效率。我們可以計算出需要激光器的輸出光通量為17lm，再將其轉換成所需要的三個顏色的光功率，所需總光功率大約為78mW，然後依據每個芯片目前所能實現的電光轉換效率來計算，大概需要0.8W電功率輸入。

通過RGB激光器的波長
、目標白點以及等效的白光通量@目標白點等參數可以計算出需要紅色的芯片輸出39mW的光功率

，綠色的需要25mW的光功率
，藍色需要14mW的光功率
，這個就是前麵78mW總光功率需求的來源。

未來：多光速掃描（Multi-Beam Scanning）

為了使AR眼鏡更小、更輕薄
，能達到消費級的技術水平。除了目前正在開發的VEGALAS RGB三合一的激光器以外，還可將光束掃描方案進行擴展，即多光速掃描（就是Multi-Beam Scanning，簡稱MBS）。julilaishuo，womenkeyizailvguangjiguangqiyigefashediandejichushang，zuochuduogefashedian
，congerdedaoyongyougenggaogengmijidesaomiaodianxiangsu，zhekeyiyouxiaotishengzhenggexianshidefenbianlvhejunyunxing。danmuqianlaishuo
，duoguangsusaomiaojishushixianxiangduikunnan，ruoxiangzhenzhengshangyehuahaiyoujiaochangdeluyaozou。buguoduiciaimaisiousilangyijingzuohaochongfendezhunbei
，zhiliyuweixiaofeizhezaixuniyuxianshishijiedailai“包羅萬象”的視覺體驗。

來源：艾邁斯歐司朗係統方案工程經理 孫文軒

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