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微型投影发展迅猛 仍需解决三大问题

导读: 随着智能化和PDA功能的普及与强化,手机已经不逊于一台真正的电脑。以目前一部市价150美元的智能手机为例,其功能已经远远超过上世纪90年代价格为2 万多元的286计算机

作者:王勇竞
 


 

    苏州巨视光电有限公司总裁、光学博士 王勇竞

        随着智能化和PDA功能的普及与强化,手机已经不逊于一台真正的电脑。以目前一部市价150美元的智能手机为例,其功能已经远远超过上世纪90年代价格为2 万多元的286计算机。这类智能手机已经能够把个人电脑、电话、电视机、数码相机、摄像机、录音机、MP3(音乐播放器)、传真机、GPS(全球定位系统)、游戏机、扫描仪、电子钱包等多种功能集成在一起。然而,此类便携式电子产品在信息的显示和共享方面,目前仍依赖于一些不便携带且价格昂贵的外部设备,如笔记本电脑、商业化的投影机等。尤其是投影设备,始终给人固定、昂贵、笨重的感觉。2005年前后,一种全新的投影显示技术——— 微投影技术进入了人们的视野,用户对于低价位(小于300美元),高性能(分辨率大于 640×480),亮度大于100流明)的微投影仪产生了巨大的需求。

        2010年市场规模将达30亿美元

        微投影技术(Microprojector)又名便携式投影仪技术、超微投影技术、“皮口”投影技术(Picoprojector),利用此技术开发的产品也被形象地称为掌上投影机、口袋投影机,目前对此尚无中文或英文的统一术语。

        微投影设备按市场应用又可分为,作为其他电子设备显示器用的伴侣投影机和集成在其他便携电子设备上的集成投影机两类。根据笔者多年从事投影技术研究及设备开发的经验来看,把作为其他电子设备显示器用的独立的伴侣投影机,且亮度在50流明以上的译为“微投影机”,比较合适,而把集成在其他便携电子设备上,亮度在50流明以下的集成投影机译为“超微投影机”为好,二者又可统称为“微投影技术”。正如这些术语所显示的,这一领域技术林林总总,发展远未成熟,是目前世界信息领域发展的一个热点。

        微投影仪还包括超便携式商用投影仪、个人投影仪、手机投影机、玩具投影仪等等。虽然相对商用市场而言,超微投影机市场还仅仅是含苞待放,但这类市场极为庞大的潜在发展空间已让中外投影机厂商们激动不已。

        富士康、索尼、东芝、爱普生等不少投影机厂商都在为进入即将到来的便携微投影时代跃跃欲试。美国著名显示市场研究所InsightMedia预计,到2010年便携式微投影仪的市场规模将从2007年的2700万美元激增到30亿美元。

        DLP显示技术应用最广泛

        光源、显示芯片和光学引擎是投影系统的三大关键部件。其中投影光学系统又称为“光机”或“光学引擎”。显示投影系统的工作机理是:它利用高亮度光源,照射显示芯片(显示芯片是边长为10毫米至30毫米的光电器件),通过投影光学系统的放大,把芯片的图像投射到10英寸至几百英寸的大屏幕上。微投影技术是一般投影技术的延伸,主要是降低亮度的要求,从而大大缩小体积。

        按照微投影技术目前所采用的显示芯片类型,可以把投影系统分为微机械、HTPSLCD(液晶)、LCOS(硅基液晶)等。按光源技术来分,又可以分为传统灯泡、LED(发光二极管)、激光等。按产生图像的机制来分,又可以分为成像型、激光扫描型和全息型。在成像型中,又有单显示芯片式和三显示芯片式之分。按产生彩色的机制来分,又可以分为空间彩色、时序彩色和角度彩色。

        微机械式微投影技术的主要开发商有美国德州仪器和美国Microversion。DLP(德州仪器的显示芯片技术)是应用最广泛的,在普通投影机方面的技术已相当成熟,在微投影机方面也已经有样机推出。Microversion主要开发激光扫描型技术,且已有样机面世。

        日本爱普生和日立为HTPSLCD的主要开发商,拥有相当成熟的普通投影机技术,但在微投影技术方面,由于芯片响应速度的限制,HTPSLCD必须采用三显示芯片式,所以体积较大。

        日本日立和JVC是LCOS的主要开发商,他们在高档会议影院投影机方面技术相当成熟。近年来奇景光电(Himax)与3M策略联盟,合作推出了LCOS微投影技术解决方案。其中,全息型主要由英国剑桥BlueLightOptics开发,目前尚在实验室阶段。在2008年5月19日至23日美国洛杉矶会议中心的SID2008世界显示协会会议上,苏州巨视光电有限公司也向世界发布了新型角度彩色编码微投影技术。该技术一经推出,便引起了大家的广泛关注。

        光机结构是微投影机的灵魂

        要解释清楚这些林林总总的技术,各自技术工艺性能的差别,表述下来大概需要不止一本专著的篇幅,而对于微投影技术的开发者而言,无非是要解决以下几个问题。

        首先是采用什么样的显示芯片。显示芯片是微投影技术的三个核心之一,目前主要有微机械、HTPSLCD、LCOS等。这些技术都比较成熟,各有各的优缺点,笔者认为他们可能在未来市场共存相当长的时间。

        其次是采用什么样的光源。光源是微投影技术的另一核心,目前主要有金属卤素灯、高压弧光灯、LED(发光二极管)、激光等几种。其中金属卤素灯成本很低,但亮度也很低,仅适用于低档玩具投影机。高压弧光灯成本低、亮度高、电光效率高,是100流明左右的微投影机的选择。而其缺点在于体积不能进一步减小,不能用于超微投影机。LED则是未来发展的方向。LED光源具有长寿命、彩色饱和度高、体积小、耐震动、耐冲击、不含有毒物质、低压供电、对人体安全等特点,只是目前其成本控制和亮度方面还略逊于高压弧光灯。但是这一领域发展迅速,预计在三五年后,LED的成本控制、亮度、电光效率都有望超过高压弧光灯。

        再次是采用什么样的光机结构。光机结构是微投影机的灵魂。从投影光学引擎的结构上分,投影系统主要有单片式和三片式等。目前高档光学引擎以三片式为主,系统体积较大,成本也较高。但由于它可以实现较高的光学效率,又具备高画质的性能,因此三片式系统主要是向高阶的专业用途发展,不适合于微投影系统。传统单片式是目前大部分微投影机所采用的技术,其优点是体积小、成本低,缺点是亮度低、效率低、存在彩色显示缺陷(Artifact),显示质量并不理想。

        特别值得指出的是激光光源。激光光源亮度高,在光机结构上相当特殊,必须和特定的光机结构结合使用。目前主要的激光投影光机结构为激光扫描型投影系统,它利用三色激光束在两维方向扫描,并投射出去,形成投影图像。美国Microvision公司是唯一的小型扫描型激光投影仪的开发商。他们利用相互垂直的2轴高速驱动反射镜的MEMS(微机电系统MicroElectroMechanicalSystems)模块,实现了小型激光投影仪模块“PicoP”。其优点是,功耗低、体积小、适合于超微投影机;其主要问题是,绿光激光器的成本依然太高,需利用倍频晶体,而且激光散斑也大大降低了投影图像质量。

 

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