视网膜显示技术

视网膜显示技术 简介 技术难点 原理 发展 视网膜成像显示技术 RetinaDisplay 来源于苹果 是一个针对消费者的营销术语 代表着一种拥有超高像素密度的显示方法 RetinaScanningDisplay 利用人的视觉暂留原理 让激光快速地按指定顺序在水平和垂直两个方向上循环扫描 撞击视网膜的一小块区域使其产生光感 人们就感觉到图像的存在 iPhone4的近距离拍照效果 iPhone3GS的近距离拍照效果 右图有明显颗粒感 而左图则没有 这要归功于RetinaDisplay显示屏是一种具备超高像素密度的显示屏 原理 我们都知道 使用图片查看器看图片时 如果将图片无限放大 最后就容易看到一个个小方格 而这些小方格就是人们常说的像素 在显示器中显示的各种目标 都是由大量不同像素点构成的 在同等大小面积中 显示的像素越多 画面自然就会越清晰 人们规定 在1英寸面积内显示的像素数目用PPI来代表 也就是像素密度 而人类肉眼所能识别的最高像素密度为300PPI 如果素密度超过300PPI 人类肉眼就无法区分出单个的像素了 那么视网膜显示技术是如何将图片在高像素下显示得更清晰的呢 视频膜显示让图片更清晰采用了视网膜显示技术的iPhone4显示屏 就是一种具备超高像素密度的液晶显示屏 它可以将960 640的分辨率压缩到一个3 5英寸的显示屏内 由于屏幕大小没有变化 还是3 5英寸 分辨率的提升将iPhone4的显示分辨率提升至iPhone3GS的四倍 视频 RetinaDisplay技术难点 为何视网膜屏幕难以制造视屏里介绍了LCD像素的结构LCD的像素实际上是人为划分的 每个像素就好比一个个方格子 一个方格子中又包含红 绿 蓝三个小格 屏幕的分辨率越高 容纳的格子数量就越多 每个格子的尺寸就越微小 这应该很容易理解 那么 这种 格子 是如何产生的呢 我们知道 LCD本身是不发光的 它只能在电压的作用下 打开或者关闭 让光线投射或者不透射 为了控制每个一格子 这些格子都必须对应独立的控制电路 红 绿 蓝小格各自都拥有一个控制器 现行的LCD都采用TFT ThinFilmTransistor 薄膜场效应晶体管 技术 显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜电极进行控制 然而 薄膜电极本身必须占据一定的面积 而它又会对光线起到遮挡作用 如果在一个像素点中 薄膜电极占据的面积越大 能透过的光线比例就越低 对应来讲就是屏幕越暗 另一方面 像素点越小 每个薄膜电极与信号线的距离就越近 很容易产生各种型号干扰问题 因此 像素点的尺寸 不可能无限制的缩小 受到制造工艺的制约 薄膜电极的尺寸在过去这些年都没有太大的改观 RetinaScanningDisplay RSD 视网膜扫描显示技术系统工作原理图 Google公司公布的ProjectGlass用到的的LCOS芯片投射技术 LCOS芯片投射技术 这种技术的优势在于完全不用担心显示的亮度 可视角等问题 因为可以直接调节进入眼球内的光强 在光源有足够色域的情况下可以实现非常出色的显示效果 而最大的障碍就在于光源的小型化 因为这仍然是一种主动式发光技术 GoogleGlass3D透视图 GoogleGlass镜头工作原理图 具体可参考 视网膜扫描显示器的关键技术 与RSD相关的设计和制造技术涵盖了光学工程 光学材料 光学涂层 电子制造技术和用户交互界面设计等多个研究领域 这里简要地从光学工程的角度描述RSD设计中的关键技术 1 光源HMD中采用的微型图像源大都是平板显示器 图像受到光能利用率的限制其亮度通常很低而且无法调节 很难在复杂光照环境下满足使用要求 RSD中采用亮度可调的半导体激光器作为光源 能够满足昼夜不同光照条件的特殊使用要求 光源模块是RSD的重要组成部分 为了能够显示图像 必须对光束的强度进行调制 调制方式可分为内调制和外调制两种 如果调制带宽足够 应优先考虑内调制以降低系统的复杂性 按照经典的颜色叠加理论 任意的颜色都可以采用不同权重的三原色进行表示 当系统需要实现彩色显示时 光源可由三个不同基色的发光元件构成 可采用二向色镜进行色光合成 将合成后的单束光作为一个像素通过扫描装置进行扫描 通过投影光学系统和人眼成像在视网膜上完成图像显示 2 投影光学系统投影光学系统用于将显示图像成像到用户视网膜上 其结构根据不同的应用具有不同的形式 可设计成完全沉浸型或交互显示型 完全沉浸型 目镜设计较为简单 观察者通过目镜观察图像 但无法观察外部真实场景 交互显示型 光束通过投影光学系统后用户可以通过眼睛观察扫描图像 如右图所示 总结 1 视网膜屏幕的确带来了更加清晰和细腻的显示效果 但它对于设备的综合使用体验提升有限 只有在全神贯注对比的时候 用户能够感受到细微的差异 而在大多数常规使用情况下 相信用户很难察觉 但无论怎么看 视网膜屏幕都给LCD业界带来一场变革 这或许是LCD的最后一次技术变革 在这之后 OLED恐怕将会完全取代LCD成为主导 2 随着微光机电扫描器 新型调制技术 新型高效半导体激光光源和新一代光学器件 如全息波导器件 二元光学元件 自由曲面棱镜等 的普及应用和迅猛发展 视网膜扫描显示器将会继续朝着微型化 便携化方向发展 这项技术具有重要的实用价值 值得人们对其进行更为广泛和深入的研究 相信随着研究的深入 必将带来更多更有价值的研究成果及应用