沉寂20年的军用黑科技终于等到翻身机会，强势转向汽车和安防市场
DeepTech深科技2018-04-01 19:03
激光投影是个有点历史的技术，顾名思义，就是采用激光作为光源，并利用 MEMS 玻璃结构反射在物体表面上的成像技术，其优势在于能够把投影结构做到非常小，甚至可放到智能手机中，且即便是非平整表面，也能聚焦成像，不用在镜头额外设计对焦机制。但过去因为在应用以及成本限制过多，导致其在市场上并不多见。
也因为早期难以投放到一般消费市场，早期投入激光投影技术的公司，如 MicroVision 就转而以军用设备作为激光投影的试金石，其为美国军方设计出头戴式战场信息显示设备，基本功能就有如现在的 AR 显示设备，通过基板导向继电器（Substrate Guided Relay,SGR）光学器件，也就是一种具有特殊的光学特性的透明透镜，Microvision应用自行开发的PicoP技术，将图像泵入，并将地图、照片、实时视频等画面反射到佩戴者的眼睛，作为沟通战场局势与战略的有用工具。
图|战场信息视觉回馈示意图
图|美军的战场 AR 视觉回馈系统
MicroVision 在 1990 年代开始的波湾战争中，因提供美军大量的 AR 战场显示设备而获得相当不错的收入，但是战争结束之后，由于需求急剧下降，MicroVision 也开始积极布局一般消费市场，把过去给军方使用的黑科技民用化。
图|激光投影光机结构为三色激光通过 MEMS 光机后投射出影像，具有画质锐利的优点
对 MicroVision 而言，现有的微型投影机技术其实应用范围还是太狭窄，若只能做为家庭或办公室简报使用，那么未来发展空间有限。因此像 MicroVision 就转以微型化投影模块为核心，期望将之嵌入到生活中的各种角落。
目前激光投影的主要应用层面，包含了车用显示、家庭智能终端显示、商用显示及移动显示等。
图|未来激光投影与 IR 3D sensing 技术的应用展望
在车用显示技术方面将以车窗投影为主，其中包含两种方向，一种是广告影像的播放，受众是车外的路人以及其他司机，另一种是对驾驶本身的，也就是传统抬头显示的取代，借助内嵌在汽车上的显示模块，将汽车信息投放在车窗玻璃，作为导航或实时监控行车信息的方法。在汽车显示方面，可能会偏重于后装市场，由于激光模块本身还比较难以推出符合车规严苛需求的产品，要打进前装市场还需要一段时间的改良，但后装市场市场上已经开始流通应用，比如说中国不少市场已经开始投放汽车车窗投射广告了。
图|利用激光投影技术的车窗投射广告
而在家庭智能终端显示方面，考虑到目前智能音箱一般只能通过语音播报信息，如果信息内容很长，那么语音时间会拖很长，比如说要了解未来几天的天气这种结构式的信息，那么具备显示能力的产品反而更直觉。另外，通过智能音箱购物的话，也无法看到产品的实际外貌，也有可能发生买到的东西不符预期的状况。
图|虽然有点违反初衷，但内建屏幕的智能音箱越来越多，但外型也被屏幕给限制住了
另外，已经有不少智能音箱计划或已经把显示屏幕做到产品中，但是这类产品受限于显示屏幕的大小，外观无法有更大胆的设计，若采用激光微型投影模块，不仅投射出来的画面可以依照需要重设大小，也可以投放到家中墙壁或白色柜子等各种平面或非平整的表面，不需对焦也能拥有相当不错的投影画质。
另外，在商用嵌入式投影方面，比如说商店商品展示，可将商品互动页面直接投影到贴了偏光膜的玻璃橱窗上，且甚至可利用 IR 感测能力实时进行互动，或者是直接进行购物。
图|可进行互动的投射式展示橱窗
在移动显示方面，过去 MicroVision 和联想、Sony 合作研发过不少产品，联想因为市场策略的调整，最终产品并没有上市。但 Sony 的激光微型投影机不仅价格相对合宜，体积轻薄，分辨率也要比市场上的竞争者更优秀，价格也更低廉，不过 Sony 是采用架构授权方式，向 MicroVision 购买相关技术专利的使用权，并以之设计自己的商品。
图|联想曾规划要推出基于激光投影与 IR 传感技术的 Smart Cast 投影手机，只可惜因联想营运状况不佳而胎死腹中
在波湾战争中，美国军方大量使用基于激光投影的个人显示设备，做为战场信息的沟通与命令的传达，当时就已经可以做到在有限硬件大小限制中做到彩色显示，可连上军用网络，并可显示和现实场景叠加的虚拟信息图像，指挥官可实时掌握战场上资源与战力的分布状况，并且将命令转化为视觉概念，同步到所有使用该设备的士兵视野中，方便进行战场管理，而配合 GPS 定位与地图显示，即便在视野极差的情况下，也能够实时同步掌握自己和僚军的位置，甚至标示出敌军的所在地。
在虚拟信息与现实场景叠加的概念上，和我们现今使用的 AR 技术相当一致，但 AR 设备到 2018 年才有机会商业化，基于激光投影的军用 AR 设备却早在上个世纪 90 年代就被美国军方广为使用。
最后，目前方兴未艾的 AR、VR 技术方面，激光投影也同样可以帮助整个系统更加轻薄，并带来更好的显示效果，当然，而除了传统的 AR、VR 机构设计，Microvision 未来也将会发展直接将影像投射到视网膜的技术。这时可能会有人联想到，AMOLED 有烧屏的问题，那直接投射到视网膜的激光会不会烧视网膜？但其实不用太担心，要投影到眼睛的光线强度会调整到人体可承受的范围内，否则根本不可能通过审批，兼顾安全又要能拥有良好的显示效果，本来就是此类技术的两难，但这并不是不可能，目前还需要更严谨的技术发展以及验证。
投入嵌入式投影与 AR、VR 设备成像技术研发
Microvision PicoP 核心其实结合了激光投影与扫描技术，通过激光发射器与 MEMS 光机的搭配，加上 IR 发射与感测能力，能够在任何物体表面上聚焦成像，甚至同时还能达成 3D Sensing 的效果，侦测并实时建立立体的物体表面。
图|来自日本 Explay Japan 的激光投影光机，同样走小型化设计方向
而除了 Microvision 以外，日本 Explay Japan 也有推出类似的激光投影光机解决方案，同样是以小型化为主打设计方向，不过 Microvision 已经抢先一步把激光投影做到手机产品中，并且结合红外线扫描能力，而 Explay Japan 还未有类似产品。
激光投影其实是以激光作为光源，搭配 MEMS 光机结构特性的一种显示技术，与 LCD、DLP 并列投影三大技术，后二者的光源使用传统灯泡，较新的机种也有采用 LED 光源，而因为光机结构的不同，激光投影的技术门坎明显高了很多，且因为激光功率的限制，亮度很难有效提升，因此激光投影过去多朝向小型化投影技术发展，而 LCD、DLP 则走向大屏幕显示。
而在技术原理方面，激光投影技术为利用激光的高聚焦特性，再搭配 MEMS 进行光源的偏向扫描处理，将激光的点状光源转换成扫描线，同时进阶处理为面的显像，概念有点像早期的阴极射线显像管显示屏（CRT 显示器），只不过阴极射线显像管投射的是电子束，激光投影机是激光。
Microvision 三原色皆采用激光源，但也有竞争企业仅在红光与绿光，采用半导体激光器为光源设计，蓝光半导体激光器因成本较高，改用 LED 光源来替代蓝色激光器，来达到大小与成本的均衡，但这种方案体积还是会比纯激光方案大些。
图|MicroVision 的 PicoP 微投影技术具有永远对焦、广视角以及颜色鲜明等优势
不过因为激光投影结构的复杂度高，成本很难有效下降，加上过去微投影因设备电池、处理性能等技术的限制，市场非常小，所以激光投影的市场规模一直无法与其他投影技术相提并论。而因为 DLP 的光机结构也能做到小型化的需求，所以近年来的微型投影机几乎都是以 LED 作为光源的 DLP 技术主宰市场。
通过 3D Sensing 技术打入车用与安防 Lidar 技术
前面也提到，除了激光投影以外，其基于激光以及红外线的 3D Sensing 技术也是目前 MicroVision 主打的核心技术之一，与其投影技术搭配，可做到远程对象侦测、动作侦测，甚至可操作手势和投影内容进行互动等等。而此 3D Sensing 技术亦可做成目前自动驾驶所不可或缺的 LiDAR 产品，而因为 MicroVision 的技术优势，其机构尺寸可以远小于市场上的竞争者，方便整车产品整合更多 LiDAR，或者是不必迁就 LiDAR 的大小而变更原本的车体设计，而 MicroVision 的 LiDAR 技术也能够很清晰的辨明所扫描物体的外型与立体特征，其他同类型的产品难以达到类似的效果。
传统 LiDAR 使用激光作为发射光源，再根据接收——反射的时间间隔来确定目标物体的实际距离。然后根据距离及激光发射的角度，通过简单的几何变化可以推导出物体的位置信息。由于激光的传播受外界影响小，LiDAR 能够检测的距离一般可达 100m 以上。与传统雷达使用无线电波相比较，LiDAR 使用激光射线，商用 LiDAR 使用的激光射线波长一般在 600nm 到 1000nm 之间，远远低于传统雷达所使用的波长。因此 LiDAR 在测量物体距离和表面形状上可达到更高的精准度，一般可以达到厘米级。
图｜传统 LiDAR 技术，基于激光投影，感测距离远，但机构大小需要有一定空间容纳，很难进一步小型化
MicroVision 的 LiDAR 产品在感测距离方面其实属于中距离产品，且还在研发阶段，虽然有不少客户有兴趣，但仍需要一段时间的打磨才有办法投入市场。但以及小型化结构和低成本设计，将可为汽车市场的感测设计带来不同的思维。
图｜Microvision 的 Lidar 设计其实和其激光投影光机大小差不多，目前受限于车规激光模块还在研发，还无法投入市场，且感测距离较短
激光投影技术潜力高，嵌入式设计可扩大应用广度
虽然车用 Lidar 仍在设计与验证阶段，但针对安防的 LiDAR 产品应该很快就能够在市场现身。由于 MicroVision LiDAR 的特性就好像传统阴极射线显像管的扫描线一样，可以高速扫过物体表面，并且传回物体的立体特征，换言之，如果在足够近的距离，比如说几公尺内，是可以做到类似 FaceID 的效果，利用五官的立体特征来辨识来者何人，精准度可以比传统仅用摄像头技术的作法更好。
图|安防用 LiDAR 技术示意图
由于 MicroVision 的 LiDAR 尺寸极小，可以很轻易的塞进小机构的机器人中，包含仓储机器人、扫地机器人等，配合相关系统的地图生成技术，可和 LiDAR 本身的高精度侦测能力相辅相成，而无人机产品也将会使用 LiDAR 技术，作为闪避障碍物，以及达到在有限空间精准飞行的能力。
MicroVision 在小尺寸影像投射能力上已经被不少产品所验证，也被相关客户所肯定，虽然在相关成本方面，以及部分应用的可靠性方面还有改善空间，但是在市场需求的推动之下，相关技术也不断演进，相信未来基于激光投影的显示设备会更多元化，应用也更普及。
激光投影在第一波消费性投影市场铩羽而归，反依靠技术优势在军用市场先行发光发热，但是其小型化，以及成本获得改善之后，在紧接而来更庞大的消费性投影、感测产业等市场生态圈中，激光投影技术应可拿到一席之地。
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