全普光電:引領MEMS微雷射投影和照明

全普光電科技(上海)有限公司坐落在上海張江高科技園區內，成立於2013年1月，註冊資本3億元人民幣。註冊前公司已用4年時間集全球精英之力潛心技術研發和產品開發，將微雷射技術與微機電系統(MEMS，Micro-Electro-Mechanical-System)完美地結合在一起，並將其應用於終端移動產品。全普光電是全球MEMS微雷射投影技術的領軍者。

　　全普光電的MEMS微雷射投影核心技術突破性地創造了「隨時隨地大視屏」的全新生活體驗。近期由全普光電推出的全新MEMS微雷射投影智慧型手機集手機功能和投影功能為一體，引發了一場視覺革命。全普光電的技術必將顛覆傳統，引領現代多種移動網際網路終端應用及未來的虛擬世界。依靠雄厚的技術力量及一流的軟硬體開發團隊，全普光電將把企業打造成為國內極具實力的移動網際網路終端微雷射投影產品的研發，生產及銷售廠商，為移動終端行業和終端用戶提供極具競爭力的光電產品，技術及方案。

　　全普光電的技術研發及產品開發始於2009年。通過與美國微視公司(Microvision LLC)結成戰略夥伴，全普光電將MEMS微雷射顯示系統的技術進一步提升。2011年，解析度為600x480的MEMS微雷射投影模組研製成功;2013年後，解析度提升至960x640及1080x720。目前解析度已達1920x720,是現今市場上最具競爭力的微雷射投影模組。與此同時，光學模組的設計和改進一直在日本東京光學實驗室開展，以不斷優化光學系統的體積、雷射束空間相關性、光路損耗、及製作工藝。目前MEMS微雷射投影技術已完成產業化，成功地應用於微型投影儀及投影智慧型手機當中。

　　全普光電的全球合作夥伴有來自美國，日本，韓國及歐洲的各大知名企業，包括：美信(Maxim)，微視(Microvision),德州儀器(TI)，博通(Broadcom)，高通(Qualcomm)，康寧(Corning)，索尼(Sony)，日立(HITACHI)，住友電工(Sumitomo)，夏普(Sharp);三星(Samsang)，現代(Hyundai)，樂金(LG);歐司朗(OSRAM);意法半導體(ST)，萊卡(Leica)，蔡司(Zeiss)，等。

　　全普光電的MEMS微雷射投影技術結構主要有兩大部分。一是由雷射模組中的紅綠藍三基色(RGB)雷射管通過內部光學系統產生一顏色光強可變且具有高度空間相關性的單像素點雷射束，以實現無需調焦投影。二是將單像素點雷射束投射至同步掃描的雙軸MEMS微鏡上，利用像素陣列掃描模式的微鏡運動將圖像一點一點地「畫」在投影屏上。

　　與傳統投影設備中的滷化物燈相比，雷射是一種非常高效的光源。滷化物燈只將光線能量的一小部分(2%～3%)進行轉化，其餘的都變成熱量浪費了。而且滷化物燈價格昂貴，易損耗，亮度衰減迅速，對震動非常敏感。而雷射投影系統的機械部件很少，雷射束可以通過鏡面進行偏轉，系統穩定性好。運行時間長達1萬多個小時。

　　各像素點雷射的顏色及亮度受圖像信號調製，在每個像素點上可產生1600萬種顏色(24位真彩)。這樣產生出來的圖像具有極其鮮亮的色彩。雷射管可關可開。這樣的系統功耗小且圖像對比度高。傳統投影顯示系統中光源總是處於連續照明狀態。暗光像素點的產生依賴於空間光調製器(Spatial Light Modulator SLM)將多餘的光折射開或吸收掉。由於不能關閉光源，光利用率低，功耗高。另外，傳統投影顯示系統不能產生全黑圖像，所以其圖像對比度較差。

　　單像素點光學系統的設計保證了雷射束的高度空間相關性，所以投影出來的圖像總是聚焦的，清晰的。換言之，全普光電的MEMS微雷射投影無需對焦。不管是以垂直或傾斜角度投影到平面上，還是投到任意三維體的表面，圖像都是清晰的，是真正意義上的隨時隨地，隨心所欲的投影技術。截至目前為止，市面上所有的投影設備當投影距離改變時都需要對焦，給便攜投影體驗帶來困擾。

　　以上簡單的光學機械設計給電子電路設計帶來挑戰。顯示的複雜性要求電路設計人員精確控制像素點位置並以像素率準確調製雷射。可以集成諸多複雜功能的電子電路使得投影顯示可攜式電子消費產品的小型化成為可能。

　　綜上所述，MEMS微雷射投影技術結構簡單、體積小，光路損耗小(約3%的損耗)、功耗低、色彩範圍廣、對比度大、解析度高，無需對焦。

　　MEMS微雷射投影技術的主要部件有MEMS雷射模組(包括MEMS微鏡和RGB微雷射管及其光學系統)，MEMS驅動電路，雷射驅動電路，圖像處理控制電路，如下圖所示。

MEMS微鏡

　　MEMS微鏡是單晶矽通過微電子工藝結合其它特殊工藝製造而成。典型的工藝步驟包括氧化，光刻，離子注入，幹法刻蝕，溼法刻蝕，化學氣相沉積，物理氣相沉積，電鍍，濺射，鍵合，高寬深比深槽刻蝕，雷射劃片等等。

　　微鏡反射面直徑大約為1毫米。微鏡通過微鏡臂與框架連接，微鏡以微鏡臂為旋轉軸的最大轉角(橫向投影角)為43度。框架通過框架臂與矽基板連接。框架以框架臂為旋轉軸的最大轉角(縱向投影角)為24度。微鏡系統的質量，質量分布以及轉動軸的剛度決定了MEMS微鏡的共振頻率，最終決定了掃描所得圖像的解析度。

　　二維掃描器晶片尺寸為4.65mm *7.55mm。整個MEMS晶片與小型磁鐵一起封裝在MEMS模組裡。磁鐵提供的磁場方向與MEMS的雙軸都成45角度。單一驅動線圈坐落在框架上，接受外來雙頻率複合驅動信號，在磁場中產生力矩，導致微鏡作二維轉動。一個頻率相同於MEMS微鏡共振頻率的正弦信號用來驅動微鏡的快速橫向掃描，另一個頻率與幀頻相同的鋸齒波信號用來驅動微鏡的慢速縱向掃描。壓阻感測機制為MEMS驅動電路提供反饋信號(確定微鏡的位置和運動)。

　　MEMS微鏡的優點在於體積小，重量輕，性能穩定，重複性好，功耗小。

　　MEMS 驅動

　　MEMS驅動電路在閉環控制下為MEMS線圈提供一個驅動信號。信號包含一個MEMS的共振頻率分量(例如27kHz)和幀頻信號分量(例如60Hz)。MEMS驅動電路通過接受MEMS的反饋信號調節驅動信號以保持微鏡的衡幅共振運動。

　　兩維圖像是通過微鏡來回掃描雷射束而產生的。橫向用微鏡系統的共振頻率信號驅動微鏡，所需的功耗極小。雙向圖像掃描減少視頻的消隱間隙，最大化雷射效率。同一雷射輸出功率的情況下，投影儀的流明度會有所提高。

　　縱向掃描通常是標準的鋸齒波形。圖像從上到下勻速掃描每幀結束後迅速回到頂部重新開始。此過程同樣是在閉環控制下進行以保持平滑和線性的軌跡。鋸齒波頻率一般在50-60Hz左右，在低解析度情況下可以相對提高。

　　微雷射模組

　　雷射顯示技術是以紅、綠、藍，三基色(RGB)連續可見波雷射為光源的顯示技術，最真實地再現客觀世界豐富、豔麗的色彩，提供更具震撼的表現力。雷射的優點是色域空間廣，色彩豐富，色飽和度高，對比度高，因此雷射顯示被稱為「人類視覺史上的革命」，是未來顯示領域競爭的焦點。

　　色域是指一臺顯示設備能夠顯示出的顏色的範圍。色域覆蓋率是可以達到人眼所能識別色彩空間的百分比數。在顯示設備上這個百分比越高越好,越高說明該設備顯示的顏色越多。雷射光源的色域高於90%，而液晶(LED)的色域是27%，等離子(PDP)的色域是32%。

　　色彩數是能顯示的顏色的個數。色彩越多越能顯示複雜的圖像，畫面的層次也越豐富。目前最高的為1677萬色(24位真彩)。雷射的色彩就具有24位真彩。

　　色飽和度表示光線的彩色深淺度或鮮豔度，取決於彩色中的白色光含量，白光含量越高，即彩色光含量就越低，色彩飽和度即越低。其數值為百分比，介於0 - 100%之間。當這個值為0的時候。則是黑白灰等無色色彩，當色彩的飽和度低時，就會發白, 而純彩色光的飽和度則為100%。雷射的色飽和度很高。

　　對比度是指投影圖像最亮和最暗之間的區域之間的比率，比值越大，從黑到白的漸變層次就越多，從而色彩表現越豐富，圖像越清晰醒目，色彩也越鮮明豔麗;而對比度小，則會讓整個畫面都灰濛濛的。雷射的對比度可高達80000：1。

　　雷射波長的選擇基於兩個考慮。一是人眼對波長的明視反應。這個反應通常是高斯曲線形狀，峰值在綠光波長上，紅光及藍光波長上略低些。形成白光所需的紅光，藍光的功率隨波長的變化而迅速變化。例如紅光波長從650nm變到635nm,人眼的明視反應增加一倍。所以紅光雷射管的功率減少一半依然可以達到同樣所需的明視反應，使得系統更加低功耗。同樣的道理，藍色雷射管的頻率應該儘量選擇長波長。目前市面上藍雷射管波長在440-445nm之間。今後應該考慮選擇即將上市的460-470nm波長的藍雷射管。

　　第二個考慮是色域。因為明視反應在綠光波長上達到峰值，以綠光波長的選擇達到最好的顏色展示為準。530nm的綠光就是不錯的選擇，可以最大程度地優化色域。

　　全普光電採用波長為630微米的紅光雷射管, 波長為530微米的綠光雷射管和波長為450微米的藍光雷射管。雷射管功耗都在毫瓦級。

　　RGB微雷射管發出的三色雷射束通過稜鏡系統獲取3%的光能量(下圖中粗箭頭光束)作為光控制系統的反饋信號，讓其餘97%的光能量透射或反射至一處，三束光會合形成一束白光或一束紅光，或一束綠光或一束藍光。三色雷射管及相關的光學系統一起被封裝在雷射模組中。

　　雷射驅動

　　直接調製雷射的能力是系統設計的核心。雷射驅動與傳統的CRT驅動有很多不同之處。首先，CRT掃描中，橫向線從左邊開始掃描到右邊，然後飛快地返回左邊進行下一條線的掃描。MEMS雷射顯示系統中，利用現代先進的電子電路技術，奇數行的掃描可以從左到右，偶數行的掃描可以從右到左。其次，橫掃描線上像素點位置所需的時序變化也不相同。MEMS微鏡的運動在起振和轉向時都應有加(減)速度，但是由於微鏡的慣性，微鏡在兩極端處反而速度減慢，造成恆定像素時鐘發出的信號在端點處聚積在一起。不修正的話，兩端圖像會變形變亮。解決方案之一是產生一個虛擬像素集。在掃描線的中間微鏡速度最高，每個虛擬視頻時鐘對應一個像素點。在掃描線的兩端，每3-5個虛擬視頻時鐘周期對應於一個像素點。這樣使得掃描線上像素點分布均勻。

　　控制每個高速雷射像素，需要電路能夠迅速開啟關閉像素及高層次的接口，資源和功能塊。由於雷射的高電容高電感負載，關閉雷射像素具有一定的挑戰性。用美國美信的特有像素關閉協助功能塊，像素下降沿速可達1ns。另外，一個三通道DAC運行在250MHz保證了視頻的高清解析度。

　　LCD，DLP等背投技術在夜間會因為背光洩露而產生陰影和幽靈圖像。MEMS微雷射顯示不會有類似的問題，因為它是前光照射技術。雷射束是一個像素點一個像素點加上去的，大部分圖像顯示時雷射管不是百分之百地開啟。全黑圖像時雷射管可以完全關閉，功耗只有80mW。MAX3601中的乘法DAC可以安全可靠地將光強度從黑夜的1流明調製到明媚陽光下的30流明。

　　雷射的顏色受到連續監控以確保在各種溫度下顏色的一致性，並確保安全的雷射條件。也採用顏色傳感器在白天，陰影，夜間條件下進行亮度補償。

　　圖像處理

　　視頻處理器可以接受RGB或YUV輸入。使用視頻緩衝區允許無偽掃描轉換的視頻輸入。伽馬校正和色彩空間轉換的應用使輸入顏色準確的映射到寬廣的雷射色域上。縮放引擎可供轉換解析度較低的視頻內容。

　　一個獨有的虛擬像素合成(Virtual Pixel Synthesis，VPS)引擎使用一個高解析度插值輸入將像素點映射到正弦水平軌跡上。VPS是電子電路功能取代複雜光學功能最好的展示。它非常有效地將輸入像素映射到高解析度的虛擬坐標網格上。除了以高像素精度將視頻信息定位到正弦掃描上，VPS引擎還能優化圖像質量。VPS引擎通過調整控制顯示器的整體亮度圖中的係數來達到亮度均勻性。

　　光學畸變，包括梯形、平行四邊形、和某些類型的枕形畸變可以採用VPS引擎調整像素點位置來彌補。VPS引擎還允許每個顏色像素位置的獨立調整。即使雷射模組組裝過程中三基色雷射束沒有完全對齊，紅綠藍色像素位置可通過電路獨立調整使得視頻圖像完美對準。這個功能還可以用來修正MEMS雷射顯示在大型光學系統中的色像差。

　　數字視頻到雷射驅動的映射由自適應雷射驅動器(Adaptive Laser Driver, ALD)來完成。 ALD是一個利用各雷射器的光反饋，積極補償雷射特性隨溫度及老化變化的閉環系統。這確保了最佳的亮度，顏色顯示和灰度性能。

　　MEMS雷射模組

　　結合雷射模組和MEMS微鏡模組所形成的MEMS雷射模組的尺寸與一元人民幣相當。厚度6.2mm，重量僅10g。

　　全普光電現有三款產品：雷射智能控制器，微型投影儀，和MEMS雷射投影手機。

　　雷射智能控制器是虛擬鍵盤, 線飛鼠, 3D 動作捕捉,雷射指示器4合1的便攜產品，是一個即插即用的微型接收器，兼容USB1.1和USB2.0;雷射控制器外形時尚，飛鼠+雷射鍵盤，可持續工作兩小時;設計感強，線體流暢;重量適中，玩體感遊戲時更有感覺。手握雷射滑鼠，擁有時尚科技。

　　微型投影儀是一個裝在口袋的私人影院。採用最新的MEMS微雷射投影技術，這款小體積便攜投影儀使得隨時隨地的大屏幕顯示成為現實。這款微型投影儀支持1080高清畫質;亮度40流明;不插電可運作3-4小時，配上移動電源能全天運作;光源壽命2萬小時;雷射成像，無需對焦，對比度80000：1。最佳投影距離0.3m-3m,投影尺寸：10-200寸;11.5mm的輕薄機身;自帶安卓4.4.2版，內置內存32G，藍牙4.0，WIFI2.5G/5G(支持WIFI熱點，WIFI顯示)，喇叭功率1W。

　　微型投影儀一機制霸：辦公投影，家庭影院，戶外商演，三大場景!

　　最新出產的MEMS雷射投影手機是手機+會議室+遊戲室+娛樂室+家庭影院+展覽廳。這款雷射投影手機將MEMS微雷射投影技術優勢與安卓手機系統完美地結合起來，承載了多項全普公司專利技術和發明成果，成為新一代時尚新潮的投影手機。

　　整機尺寸僅有148×70×11mm。手機具有像素高、功耗低、功能強大、結構簡單、色彩範圍廣，該機使用了目前最好的顯示屏，解析度達1080P,其色彩還原度達95%，與其它產品相比，色彩還原度高出同類產品的25%以上，從而使得手機解析度更高，畫面更清晰。同時該手機也是一部拍照手機，前置攝像頭達500萬像素，後置則達1300萬像素。

　　投影部分，採用了世界最先進的MEMS微雷射技術。亮度：35流明，對比度：80000:1，解析度：1920*720，投影尺寸：200寸(視環境而定);投影尺寸比例：16:9;雷射成像，無需對焦;可投影文件格式：辦公文檔(ppt,pdf,Word,Excel),視頻(mp4，3gp，mov，mkv，avi，flv，mpeg)，圖片(jpg,bmp,gif,png)。

　　全普光電的MEMS微雷射投影技術效率高、體積小、壽命長、可靠性高、圖像色彩範圍廣、對比度大、解析度高，無需對焦，有著極其廣泛的應用前景。下面介紹的是全普光電正在研發的產品及不久將來的產品，技術方案構想。

　　超廣角投影

　　將MEMS雷射投影技術與傳統機頂盒或雲終端機頂盒相結合，採用先進的光學系統對MEMS雷射投影出來的圖像進行修正，達到超廣角/超短距離投影的效果。由於投影距離短，投影圖像流明度會大大提高。加上圖像色彩鮮豔，畫質清晰，高色彩飽和度，高對比度，高解析度，此應用可替代目前市場上的大屏電視機。無需昂貴的顯示屏，只要一隻機頂盒及一堵白牆，更優選地配置藍牙喇叭，數字直播，視頻點播，時移回看，互動遊戲，家庭影院，家庭電子商務隨手可得。

　　口袋PC

　　配置強大的CPU，重整結合現有的虛擬鍵盤技術與MEMS雷射投影手機技術，一臺口袋PC就誕生了。它是一臺可攜式計算機，又是一臺手機，更是一臺投影儀。底座既是充電器也是PC的支架，只要一張桌子和一堵白牆，隨時隨地可辦公，可分享，可演示，可遊戲，可影視。小巧玲瓏，攜帶方便，是商務娛樂必備品。

　　智能眼鏡

　　這是一副看似普通的眼鏡。可以是近視眼鏡，也可以是老花眼鏡，隨時隨地可調。鏡框上裝有像手機一樣的獨立作業系統，由用戶安裝軟體、遊戲等程序，可通過語音或動作操控完成添加日程、地圖導航、與好友互動、拍攝照片和視頻、視頻通話等功能，通過移動通訊網絡來實現無線網絡接入。是顯示世界和虛擬世界完美結合的電子產品。

　　智能手環

　　可穿戴智能手環進行睡眠，心率，血壓，呼吸頻率，皮膚溼度/溫度，運動量，卡路裡監測，健康預警，及周圍環境如大氣壓強，環境溼度/溫度報告等不僅是現代健康生活的需求，更是了解自己，挑戰自己，追求幸福的象徵。內置MEMS雷射投影功能的智能手環可以讓你隨時隨地觀看自己的體徵參數，無需智慧型手機，無需下載APP。內置攝像頭可以捕捉手勢，讓你輕鬆操作智能手環系統。

全普光電：引領MEMS微雷射投影和照明

虛擬投影(影院)

　　要讓人產生身臨其境的裸眼3D虛擬實境觀看感，必須要有足夠多的影像通道。按照現有計算機數位化處理技術，多通道影像信號的獲取及保存(在一個或多個影像文件中)已不是難事。關鍵在於把眾多的影響信號還原顯示出來以達到與拍攝時相似的效果。採用先進的MEMS雷射投影顯示技術，讓多臺投影儀在多方位投影，並通過計算機影像處理系統，在不同的位置產生不同的投影圖像，營造一種奇幻動感的交互體驗，讓你進入一種虛實融合、亦真亦幻的奇妙世界。

　　室外廣告牌

　　在科學技術迅猛發展的現代社會，戶外廣告也引用了不少新材料、新技術、新設備，並成為美化城市的一種藝術品，是城市經濟發達程度的標誌之一。頂尖的廣告創意、絕佳的地理位置、超大的廣告尺寸被奉為經典戶外廣告的制勝關鍵。

　　目前大型廣告牌有三種。一是高速路旁的固定靜止式廣告牌，主要以射燈作照明裝備。廣告畫面製作安裝需要人力物力及財力。一旦定好廣告內容及展示時間段，同一廣告就24小時一成不變，信息量小，廣告效率極差。二是許多商務樓宇外牆上的大型液晶顯示屏。信息量大，有動態感，但前期實體大顯示屏投資可觀。第三種是戶外廣告裝置中較昂貴的三面翻。這種裝置帶有三面稜柱，廣告畫面內容使用噴繪、電腦寫真或戶外彩色即時貼等材質。當這些稜柱轉動時，可組成三副不同的廣告畫面。

　　全普光電發明的MEMS雷射顯示廣告牌不需實體液晶顯示屏，只要一堵白「牆」。投影儀安裝在廣告牌的頂部中央，投射口向下，整體防水。可以正投，可以背投。無線連接，廣告內容更換便捷。不同時段，不同廣告，廣告信息量大，且可有的放矢。畫面清晰度高，可視範圍廣，動感性強。減少因大型噴繪造成的環境汙染，讓生活環境更加安全。

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雷射路燈

　　全普光電的雷射模組可用於最新一代照明裝備。雷射光源燈是一天然的低眩光和低光汙染照明源。雷射光源燈的顏色平衡很容易實現。雷射燈發出的光束的形式和投射方向也可以根據不同的條件和要求進行調整，從而提供不同照明方式和進一步改善燈光在不同條件中應用。

　　例如，當公路照明會產生光汙染對附近居民造成影響時，雷射燈可被調節呈現黃色以減小光汙染。又如節慶日時雷射燈的顏色及光強可調整變化以表達喜慶氣氛。再如突發事件時，雷射打可發出特定的顏色及閃光模式以發出警告。控制器可依據時鐘信號控制雷射燈開和關的時間，例如，在晚上7點開啟雷射燈，在早上6點關閉雷射燈。

　　由於雷射電源的高能率、低功耗，一小塊太陽能電池板和/或一微型風能發電裝置配備一蓄電池即可為雷射路燈提供不間斷電源。這一特徵不僅節能，還無需遠程電源及控制布線，為偏遠地區的照明設施建設及運作提供了一省時、省料、省工、節能的解決方案。而且，雷射光源燈可靠且持久，能進一步降低使用和維修成本。配備運作程序儲存及無線通訊裝置，雷射路燈系統可達到無線操控。

　　與現有光源(鎢絲燈，滷素燈，HID燈，LED燈)相比，雷射車燈將電能轉化成光能的效率顯著提高。此外，由於雷射具有高度時間和空間相關性，雷射前車燈的使用可以減少眩光。眩光是幹擾駕駛員視物的一主因，是夜間駕駛的重大安全隱患。雷射前車燈在各種使用環境下可靠耐用並具有較長的使用壽命。

　　全普光電雷射模組做成的雷射前車燈可由汽車控制器控制所發光束的顏色及光強。雷射車燈的照射方向可以響應於汽車控制器的指令信號(低光燈，高光燈，轉彎)而改變。

　　例如，黑暗中一個物體被藍光照射時通常會產生一更強烈更清晰的反射。在夜間駕駛時，調接車前燈中雷射光源組件產生具有更多藍色光的組合雷射束。另一方面，在夜間行車時，一個主要的安全隱患是迎面而來車輛的車燈產生的眩光。由於黃光眩光較小，當開車接近迎面而來的車輛，緊跟前方同方向車輛，或有霧時，車前燈中調接雷射光源組件以產生更多的紅色光和綠色光以使組合雷射束呈現黃色。一些專用車輛，如警車，救護車，消防車，公路維護車，緊急救援車，冰淇淋販賣車等，經常使用特殊的顏色燈或閃光燈提醒附近的其他車輛或引起人們的注意。

　　全普光電科技(上海)有限公司本著誠信，創新，互贏的核心價值觀，希望與新老合作夥伴共創美好的未來。