AWE 2021见闻：意法半导体、Oqmented、Dispelix的激光束扫描LBS显示
意法半导体、Oqmented和Dispelix
（映维网 2021年12月02日）近眼显示技术专家、AR硬件/软件企业Rave首席科学家卡尔·古塔格（Karl Guttag）早前在AWE 2021大会体验了一系列展商的设备，并开始撰文介绍自己的见闻。
上一篇文章是关于Tilt-5的产品，而本文则涉及意法半导体、Oqmented和Dispelix，因为它们都涉及激光束扫描（Laser Beam Scanning；LBS）显示器。
需要注意的是，尽管古塔格具备丰富的专业知识和从业经验，但社区对他的观点存在争议。下面是映维网的具体整理：
对于我上一篇博文，我在LinkedIn看到了出奇积极的评价。我分析技术是评估产品有没有达到预期目的，而不是以绝对尺度进行衡量。根据我看到的其他文章和播客，Tilt-5拥有一系列令我和其他许多人都觉得不可思议的地方。正如我在博文中指出的那样，Tilt-5对于通用AR而言不是最好，但在团队所针对的用例中非常优秀。
（剧透）如果你认为我在评价技术时总是吹毛求疵，这篇博文正是如此。具体来说，Oqmented的Lissajous激光扫描在我看来是一种糟糕的图像生成方法，但可能有利于三维空间识别（激光雷达和其他方法）。
1. LaSAR激光扫描联盟
由意法半导体成立的LaSAR激光扫描联盟似乎是一个松散的联盟，由致力于将激光扫描应用于增强现实眼镜的企业组成。LaSAR目前的成员包括意法半导体（mems镜）、应用材料（波导制造）和欧司朗（激光）这三家大公司；以及Dispelix（波导设计）和Mega1（激光扫描光学）这两家小公司。
根据我在行业浸淫44年的经验，我没有看到过太多松散联盟能够成功的案例，而少数的成功往往是为了制定标准而选择同盟的竞争对手。我应该进一步指出，Oqmented是激光扫描设备的制造商，并在后面加入了LaSAR（至少在AWE 2021时尚未加入）。他们与意法半导体签订了制造和营销协议。
我之所以首先“找茬”Oqmented，是因为它们最为有趣，不同于大多数LBS显示器。展位的工作人员对我非常友好，所以我不是因为遭遇了不好的对待而故意黑人。但我不相信Oqmented的技术会有助于制造AR显示器。
2. Lissajous激光扫描
迄今为止，大多数LBS显示器都采用了类似光栅扫描的方法。其中，水平扫描通常是以千赫兹为单位的更快正弦扫描（典型是5kHz到54kHz，取决于分辨率），而垂直扫描则是更慢的线性扫描。对于这一点，我曾在2012年讨论过Microvision流程和HoloLens 2的众多问题。
Oqmented使用Lissajous扫描过程，其中水平和垂直扫描方向相同。Lissajous图案是通过两个正弦波驱动示波器的X和Y或双向反射镜的光。
Lissajous的优点是，垂直扫描可以比典型的光栅型LBS快一个数量级（千赫兹）。
3. Lissajous是产生显示图像的可怕方式
Oqmented尝试以相位关系增加水平和垂直扫描频率，从而覆盖整个图像。下面是Oqmented的前投影仪在1/500th和1/60th时拍摄的照片。
这是一种生成高分辨率显示图像的可怕方法。如你所见，即使在1/60th的位置，你依然可以看到Lissajous的伪影。更糟糕的是，当实时感知时，由于它们的扫视运动，你的眼睛将能留意到每个扫描的闪光。
使用Lissajous图案创建伪随机扫描显示的问题是：你是用它来尝试创建统一的图像。想象一下，你正在用一把小小的刷子涂刷一整个房间，而且你会在不同方向随意来一刷。图像的某些部分会出现多次扫描，所以更亮；而其他部分则很少扫描，所以更暗。任何数量的补偿/纠正都无法解决问题。
除了均匀性的基本问题外，反射镜的扫描速度不足以填满所有的“洞”。反射镜的扫描频率是由反射镜的物理设计共振设置。为了提高反射镜的速度，它们必须要小得多，但对于激光束直径来说，它又太小，而且极难制造。
下面是另一张在1/60th拍摄的场景照片。你可以看到角落非常模糊（我忘了问为什么）。投影仪由隐藏在投影仪下方的硬件驱动（右）。
前投影仪的驱动板能够提供多种颜色。值得注意的是，前投影仪驱动板中的驱动板具有广泛的色调，而AR眼镜演示中的驱动板似乎支持更少的色调。
将正常图像转换为Lissajous扫描的过程非常复杂。首先，原始直线图像必须映射到不断变化的Lissajous扫描。扫描以基于两个不同正弦波函数的可变速度移动，而速度变化必须通过驱动控制进行补偿。所有这些重新缩放和补偿都会降低分辨率和颜色保真度。我怀疑这就是为什么演示只支持低分辨率图形和少量的色调。
4. 采用Dispelix波导的Oqmented AR眼镜
右图是封装Dispelix波导的Oqmented AR眼镜，包括俯视图和两侧的视图，以及基于真实世界光线的视图。
你可能会注意到眼镜右侧太阳穴中的投影仪相当大，但这尚不是一个严重的问题。这只是一个原型，Oqmented有一个减少投影仪体积的方案。我关心的是更基本的图像质量问题。如果图像质量低于智能手表，那么将其缩小又有什么意义呢？
下面这个演示图像采用相同的眼镜并基于虚拟图像。你可以看到，它的分辨率很低，而且颜色很少。另外，颜色没有得到很好的控制。色变问题可能主要是由Dispelix衍射波导引起，而颜色控制问题的部分原因可能来自于由激光器的控制问题。
快门速度只有1/30th，但你依然可以从Lissajous扫描中的交叉线图案。仔细观察图片，你可以看到图像的点状纹理。工作人员没有给出这个点状图案的合理解释，只是表示它可能与波导相关。
下面两张是在1/60th的位置拍摄，另一张则在1/30th。与之前一样，它缺少颜色深度，并且会出现交叉阴影。
5. Dispelix的展位
AWE 2021大会的另一款LBS原型来自于Dispelix。尽管Oqmented采用了Dispelix的波导，但Dispelix自家的演示却搭载了意法半导体的LBS引擎和更传统的光栅型扫描仪。Dispelix的演示在分辨率方面要比Oqmented好，而且图像中没有对角线。尽管这样，图像质量和分辨率依然低于一般的智能手表。
下面是通过设备看到的画面。这款眼镜比Oqmented原型机更为流线型。
以下是意法半导体在SPIE AR/VR/MR 2021大会展示的视频截图。我认为这是一种非常不自然的情况，不会有太多消费者愿意接受。
6. 光瞳复制
Oqmented和Dispelix的原型都使用Dispelix波导进行光瞳复制，以生成一个大视窗，类似于HoloLens 2。这不同于谷歌的North Focus、英特尔的Vaunt和Bosch的激光AR眼镜，后三者是将从眼镜全息镜反弹后的激光直接扫描到眼睛。
你需要一定的光学元件来将激光扫描耦合到波导中，所以显示引擎光比直接激光扫描设计更大。波导设计同时不再是“麦克斯韦”，除非在波导两侧添加其他光学元件，否则它们将聚焦在无限远。
直接激光扫描存在严重的实际问题，最明显的问题是一个视窗小，几乎是用户瞳孔大小。如果用户眼睛或眼镜移动的距离小于瞳孔大小，则眼睛会看不到图像。接近零的视窗意味着眼镜必须精确对齐，例如North Focus需要为每名用户进行定制。但即使是这样，你都很难看到图像。Eyeway Vision计划使用第二反射镜来将扫描引导到眼睛，但这是一个非常复杂的设计问题。
7. 显示引擎大小
Oqmented和Dispelix眼镜的显示引擎比Hololens 2小得多。但是，它们的分辨率要低得多，而且视场要小得多。另外，它们是单目原型，只有显示器和光学元件，而电源/电池、处理和图像生成都是通过线缆传输。
8. 波导投机
考虑到Snap收购了WaveOptics，以衍射波导而闻名的Dispelix是非常有趣。2018年，苹果收购了全息波导制造商Akonia。Hololens1和2的波导源自于微软从诺基亚购买的技术。Vuzix最初获得了诺基亚技术授权，但现在他们声称已经拥有衍射波导技术。
在技术和性能方面，Dispelix似乎与WaveOptics非常相似。除Dispelix和Digilens外，当前大多数衍射波导产品都是使用获取的设计。另一家独立波导公司Lumus则采用反射而非衍射波导技术。它们的图像质量更好，效率和亮度也更高。
它尚不是是一个近乎垄断的市场，因为部分中国公司现在正在生产衍射波导，甚至还有厂商“克隆”了Lumus的反射型波导。
9. LiDAR和其他3D传感
尽管我认为Oqmented的Lissajous扫描是产生显示图像的可怕方式，但它可以更好得支持各种形式的3D传感。扫描激光最明显的用途是LiDAR达。Oqmented和意法半导体都非常清楚激光扫描可以用于三维传感。意法半导体在LaSAR展位提供了一个激光雷达演示。
10. Microvision的光栅式LBS激光雷达
Microvision将他们的光栅式LBS技术重新定位以用于激光雷达。与用于激光雷达的Lissajous扫描相比，专为显示应用开发的类光栅过程存在缺点。下图来自于Microvision专利申请2019/0331774和2018年的一次演示文稿。
11. Oqmented和采用Lissajous扫描的3D传感
尽管扫描的伪随机性在生成供人类查看的图像时是一种负担，但对于激光雷达和类似于3D扫描现实世界的方法来说，它是一种资产。某家硅谷3D传感公司向我解释了Lissajous扫描在3D空间识别方面的优点（应其要求，名称保密）。
只需扫描几次，Lissajous扫描就可以从整个区域快速获取至少几个数据点。它可以在极短的时间内以低分辨率覆盖整个扫描区域。更快地检测移动对象是一个主要优势。它同时可以帮助解决困扰类光栅过程的“时间混叠”。
另一个显著的优势是，Lissajous扫描的伪随机性不会对可能“隐藏”在类光栅扫描的扫描线之间的精细直线对象视而不见。
12. 结论
低分辨率、低图像质量的AR有什么意义呢？我知道有人可能会认为我对这种激光扫描显示器的看法非常苛刻。不过，尽管一些公司可能相当年轻，但它们背后的技术是25年和数十亿美元发展的结果。在这个时代，它们的图像看起来非常糟糕，而且没有理由相信它们在今后几年的研发中能够实现显著的改善。
要从非常粗糙的原型转变为接近于产品形状，他们还有很多工作要做。我欣赏他们能够减少引擎和驱动板的大小，但我们正在讨论的是低得可怜的分辨率。
移动反射镜以控制激光束存在一定的基本物理问题，而许多人对此认识不足。他们的投入不亚于微软为HoloLens 2花费了数亿美元和多年的时间来完善Microvision的激光扫描，但最终只是得到了一张糟糕的、相对低分辨率的图像。
当显示分辨率和整体图像质量远低于智能手表时，LBS显示器又有何市场呢？它们不支持大多数光线条件，并且如果你存在视力问题，你将需要昂贵的定制。它只适用于需要少量信息，并且不想低头查看设备的人群。
我同时理解“全天候可穿戴”的观点，并且写过关于视场迷恋的文章。但是，没有人会愿意购买分辨率和图像质量比智能手表分辨率糟糕，而且价格更加昂贵的全天候可穿戴眼镜。我希望看到这群公司能够将精力集中在从长远来看可能更具生产力的领域。你可以把这篇文章看成是“严父的爱”。
