HUD 背后的「黑科技」們是怎么把圖像塞進你的視野的?

那些頭戴式可視設備(HMD)基于的微顯示技術及其應用(VR、AR)
Google Glass、HoloLens 基于的 LCoS 微顯示技術還有哪些廣泛的應用?
2012 年,Google 發布了一款「增強現實」眼鏡—— Google Glass,讓智能眼鏡風靡了一把,其具備上網、拍照、導航、消息處理等功能,且支持語音控制。接著在 2015 年 BUILD 開發者大會上,微軟發布的全息眼鏡 HoloLens 瞬間成為了科技「幻想」界的新寵兒,如當年的 Google Glass 一樣備受追捧。

在具備增強現實(AR)功能的頭戴式可視設備(HMD,Head Mount Display)中,Google Glass、HoloLens 無疑是這個領域內的標桿產品。頭戴式可視設備又稱為眼鏡式顯示器或隨身影院,其背后基于的微顯示技術(Microdisplay)有三大類(DLP、LCoS、OLED)。
云投科技創始人劉志鋒從 2009 年就開始從事微顯示行業,在一次深圳灣(ID:shenzhneware)的交流活動中,他對微顯示技術(主要是 LCoS)在 HMD 的應用進行了分析。
微顯示技術概覽
目前有三大主流微顯示技術,它們分別為:DLP、LCoS、OLED。(關于 DLP、OLED 微顯示技術的原理,可參考深圳灣之前的報道《HUD 背后的「黑科技」們是怎么把圖像塞進你的視野的?》。)其中,大部分微顯示技術的應用以 DLP、LCoS 這兩種為主,抬頭顯示儀(HUD)是從 HMD 中衍生的應用,也相當于 HMD 的細分化應用(HUD 早期主要被應用于戰斗機、飛機等領域),也主要采用 DLP、LCoS 微顯示技術。
除了以上三大主流微顯示技術,還有另一種非主流的技術:激光投影 MEMS 技術,全球只有 Microvisin 這一家美國公司涉足,Sony 已獲得該技術的授權。
DLP 微顯示技術基于 TI(美國德州儀器)公司開發的 DMD 數字鏡元件,被廣泛應用于投影儀中,如國內的堅果、極米投影儀。
LCoS 技術概述及應用
作為 AR 頭戴顯示設備的標桿產品,Google Glass、HoloLens 均采用了 LCoS 微顯示技術,這里簡單介紹一下 LCoS 微顯示技術及其應用:
LCoS 全稱為「 Liquid Crystal on Silicon 」,即基于硅基液晶微型顯示芯片,主要有三層結構:CMOS 硅基、液晶層、保護玻璃,進一步可細化為硅基 CMOS 晶圓層、鏡片層、液晶層、對齊層、ITO 導電玻璃層、外層保護玻璃(如下圖)。

LCoS 芯片面板就如指甲蓋般大小——0.3 英寸。除了 AR 頭戴顯示she'bei,LCoS 技術可運用于夜視、軍工、全息投影、取景器、單反攝像機、投影儀、HUD、手機等。

LCoS 是 VR 頭戴影院設備可利用的其中一種微顯示技術。另外,美國的一款頭戴設備—— Glyph 采用 0.3 吋雙目 DLP 微顯示技術,國內柔宇科技的頭戴顯示設備——Royole X 使用自家研發的柔性顯示技術。相對來說,頭戴影院設備的應用場景較少,一般只能在室內外靜坐(臥)的情況下使用,如打發出差、旅行中較長的車程、航程以及電影發燒友的日常消遣。

VR 是雞肋、AR 才是未來?
關于市面上火熱流行的 VR 設備,劉志鋒認為,那簡直就是一種反人類的產品——帶上 VR 頭戴顯示設備后,人們只能看到顯示儀內所呈現的影像,即使增加了互動以及 AR 功能(所謂的 MR),也難以忽略其無法看到現實世界的劣勢(撞墻難以避免)。而 HoloLens 這種增強現實設備才是未來真正需要的科技產品。
劉志鋒還表示,這其中一個重要的原因是,AR 相關設備的應用領域十分廣泛,商業化的速度相對更快,其發展前景極具潛力。如遠程指導、建筑模擬、教學/指導、路線導航、廣告/本地信息、醫療健康、零售業、娛樂游戲、軍事等行業和應用,感受更為直觀且交互性更強。

我們從劉志鋒了解到,云投科技正在研發類似 HoloLens 上應用的 AR 光學模組——一個可以與主機端搭配使用的顯示器。同樣采用 LCoS 微顯示技術,分辨率為 1280 x 720 ,視場角為 36°(人眼正常的可視角度為 120°,Google Glass 為單眼,可視角度是 12°,HoloLens 的雙目為 30°),可實現相當于 3m 處 80 吋屏幕的成像,具備 3D 以及光學穿透功能,重量低于 100g。「我們在新一代的設計中,將利用光傳導技術,將鏡片做得更薄,計劃年底能出樣機。」劉志鋒說道。
對于微顯示技術以及 AR 光學模組感興趣的小伙伴,可點擊進入劉志鋒的深圳灣個人頁面,與他交流。