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LBS y MEMS permiten un nivel de miniaturización que permite motores de luz más compactos que caben en dispositivos portátiles más pequeños sin iluminación ni ópticas de proyección adicionales. LBS es una tecnología aditiva: los láseres no se encienden para obtener una imagen oscura, lo que significa una entrega de energía más eficiente. Esta eficiencia es un factor esencial para tiempos de funcionamiento más prolongados.
Además, LBS genera suficiente brillo para el uso de las gafas en exteriores con un consumo de energía muy bajo.
Escaneo de rayo láser basado en MEMS para aplicaciones ópticas
Los sistemas microelectromecánicos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones que van desde impresoras de inyección de tinta (que utilizan piezoeléctricos para aplicar tinta al papel) hasta teléfonos inteligentes (por ejemplo, micrófonos MEMS o acelerómetros) y automóviles o aviones (por ejemplo, para el despliegue de airbags, control electrónico de estabilidad, etc.). ) son suficientes para el piloto automático de un avión).
En principio, MEMS abarca todas las tecnologías y técnicas necesarias para producir circuitos electrónicos integrados. Utilizan el mismo sustrato (silicio), pero como material mecánico en lugar de electrónico. Esto permite que los componentes se muevan y suspendan; Por tanto, las estructuras MEMS se pueden utilizar como sensores y actuadores.
Una característica clave de los MEMS para aplicaciones ópticas es la sincronización de su movimiento mecánico con una fuente láser. Los espejos MEMS se pueden utilizar en sistemas LBS para desviar rayos láser y crear imágenes. Tres rayos láser (rojo, verde y azul para todo el espectro de colores) se coliman y combinan mediante lentes o combinadores de rayos. El haz combinado incide en el espejo, el espejo se mueve hacia adelante y hacia atrás (horizontal y verticalmente) y crea una imagen.
En las gafas AR, esta luz se guía a través de un componente de unificación óptica de las gafas, una guía de ondas. La guía de ondas muestra la imagen virtual al ojo humano y la superpone a la escena real.
Dependiendo del tipo de guía de ondas que se utilice, reflectante, difractiva o holográfica, existen compensaciones entre el tamaño de la caja del ojo y la eficiencia (brillo ocular), el tiempo de funcionamiento y la generación de calor. Este artículo se centra en el motor de visualización y no aborda exclusivamente problemas relacionados con la guía de ondas. La integración del combinador óptico con soluciones LBS basadas en MEMS requiere más investigación y desarrollo debido al enfoque en enfoques basados en paneles.
Los sistemas LBS tradicionalmente implican dos espejos oscilantes en dos ejes individuales de dos chips separados que deben estar alineados con precisión. Sin embargo, la solución en la que ambos ejes se implementan en un único chip reduce el requisito de alineación general del sistema óptico.
La solución de un solo chip requiere un sofisticado proceso de diseño y fabricación MEMS para evitar la deformación dinámica de la placa del espejo. Las frecuencias de exploración típicas se encuentran en el rango de 35 a 40 kHz, lo que significa que sobre la placa del espejo actúan fuerzas de inercia relativamente altas.
Ventajas de MEMS LBS
La mayor ventaja sobre la solución de dos chips es una reducción significativa del tamaño del sistema. También hay ventajas visuales. El funcionamiento del único espejo 2D con dos ejes de resonancia a altas frecuencias da como resultado un patrón de escaneo muy especial (Lissajous en contraposición al escaneo rasterizado), que permite una reproducción de movimiento mucho más suave, una construcción de imágenes más rápida y un número muy reducido de artefactos en el 3D. Percepción de objetos que se mueven rápidamente.
Encapsular el espejo en un vacío en miniatura garantiza una confiabilidad a largo plazo. Además, se reducen las pérdidas por amortiguación o fricción, lo que da como resultado una mayor amplitud de vibración y resolución óptica alcanzables, lo que a su vez resulta en un menor consumo de energía y un mejor rendimiento óptico.
En general, esta solución ofrece muchas ventajas. MEMS significa producibilidad en masa y bajos costes de fabricación. Los motores de visualización LBS basados en MEMS no requieren iluminación ni ópticas de proyección adicionales, lo que da como resultado un motor liviano que ni siquiera tiene el tamaño de un terrón de azúcar.
Además, el espejo y el controlador MEMS pueden diseñarse para consumir menos de 10 mW, lo que garantiza una generación mínima de calor y permite tiempos de funcionamiento prolongados, al tiempo que garantiza un movimiento muy rápido del espejo y un campo de visión muy alto. Y los espejos MEMS diseñados para esta aplicación específica pueden admitir un campo de visión de hasta 110 grados en diagonal, lo que permite la visualización en 4K.
El sistema LBS produce luz sólo donde es necesaria, lo que da como resultado un contraste extremadamente alto. Además, no se desperdicia energía mediante absorción o resta. Ciertos algoritmos y videoelectrónica sincronizan la modulación de intensidad de los diodos láser rojo, verde y azul según la posición instantánea del rayo láser desviado. Esto crea una imagen con alta resolución, alto contraste y alto brillo píxel a píxel. Una desconexión de seguridad y una potencia láser ajustada garantizan la seguridad ocular en todo momento.
Con un brillo de pantalla de 2 a 3 millones de nits, este sistema ofrece suficiente brillo para usarse en exteriores. En comparación, el sol del mediodía tiene una intensidad luminosa de 1.600 millones de nits y el uso de una pantalla en exteriores requiere al menos 3.000 nits por ojo. Para que una guía de ondas difractiva entregue estos 3.000 nits, se necesitan aproximadamente de 2 a 3 millones de nits de la pantalla.
Diploma
El escaneo con rayo láser tiene ventajas significativas sobre los enfoques basados en paneles OLED, microLED, LCoS y DLP en términos de factor de forma y peso del motor alcanzables, eficiencia energética, brillo y contraste. Esto hace que los motores de visualización LBS basados en MEMS sean clave para desarrollar gafas AR elegantes, livianas, asequibles y de alto rendimiento para los consumidores.
La tecnología permite proyecciones de texto e imágenes de alta calidad con un gran campo de visión y, por lo tanto, es adecuada para varios tipos de gafas AR, gafas binoculares 3D o gafas inteligentes monoculares 2D. Es la única tecnología que proporciona suficiente brillo para permitir el uso de estas gafas en exteriores.
Los motores de visualización LBS basados en MEMS ofrecen confiabilidad y producibilidad en masa. También es probable que se utilicen para productos distintos de los dispositivos portátiles de consumo, incluidas aplicaciones automotrices como pantallas frontales o vallas publicitarias. Otro caso de uso es el escaneo 3D del entorno, ya sea en cámaras 3D o sensores 3D para gafas MR/AR.
Con LBS basado en MEMS, es posible utilizar gafas de realidad aumentada a través de las cuales puede ver fácilmente su entorno real y su contenido digital al mismo tiempo, en interiores o exteriores.
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