技術筆記：微型結構光源

微型結構光源的產生方式可以分為下列幾種。

投影顯示：LCD

LCD是常見的顯示技術，原理是透過兩片玻璃基板間的電路導通與否，控制中間液晶層元件轉動角度，進而控制光線是否能穿透，最後達到成像效果。所以沒有背光模組的LCD元件，就僅是片能穿透或遮蔽光線的塑料板。但若將此LCD放置在平面式背光模組前，就成為了常見的顯示器，若是放在發出高亮度的鎢絲燈前，即是此處討論的投影機。

上述概念僅單片LCD系統，結構雖然簡單，但光線經過濾光片後，透明度不足，光線滲透率可能只有4~6%，至多至10%，如此一來便限制了其畫面成像的亮度，色差並不清晰，甚至是模糊。因此便需要提高光源輸出強度提高畫面亮度。但如此一來，高強度光源便會燒壞 LCD 液晶面板的粒子，一段時間後便會覺得色彩飽和度降低、畫面品質大幅下降。

高階的商用機以此為基礎，發展出數種解決方案。首先，由單片式改為無濾光片三片式LCD，每單元僅負責R G B三者之一的影像。顏色是由R G B三種顏色光源產生，三色LCD是效果最好的LCD方式，每片LCD負責(遮住)一個顏色，背景色為R G B三原色，混色結果就是美好的顏色，影片範例(連結)。

第二種改良是，為了提升亮度，將光源從高亮鎢絲燈，改為功率較高的雷射，但是雷射因為會傷害液晶中的有機物質，要配合選用不含有機質的原料。

LCD技術成熟且成本低，但體積實在太大，並不適合口掃機使用。參考市售小尺寸LCD與解低度對應關係，0.96 inch應該是機構的極限，但實體解低度僅為160X80應該無法達到結構光需要的影像品質(需要實驗)。雖然如此，LCD仍可當成實驗用方案。

實驗過程中，自己拆了台廉價單片LCD機，打開檢查結構，依序是，LED光源->梯形放大->平滑面菲涅耳透鏡(Fresnel lens)凹凸面(連結)->隔熱玻璃->LCD(投影面積小解析度僅320X240)->凹凸面菲涅耳透鏡平滑面，然後經過45度角反射鏡和連續兩片凹凸鏡片投射向外。透鏡離本體越遠成像越近，反之則越遠。

因為對透鏡原理認識太淺薄，竟突發奇想想要嘗試移除右下方透鏡，希望能發射出小面積平行光束，直接讓結構光源投射到物件上，但結果是一片模糊，過程中也是首次真實接觸到菲涅耳透鏡，感覺對光學的認識實在太淺薄。

投影顯示：LCOS

LCOS(連結)投影是一種全新的成像技術，它採用半導體CMOS集成電路晶片作為反射式LCD的基片，CMOS晶片上塗有薄薄的一層液晶矽，控制電路置於顯示裝置的後面，可以提高透光率，從而實現更大的光輸出和更高的解析度。簡單的說就是體積小旦解析度更高。但因為必須要多次經過半穿反透鏡，功耗高，一般使用是無法和LCD競爭。

七八年前穿戴式投影技術風行時，掌握此小型化投影技術的立景HiMax甚至得到Google入股，成為當紅炸子雞。目前則由尚立裝配(連結)。整體市場隨著穿戴式的式微，是有減少的趨勢。

但以口掃機來說，3X3cm機構就能投影出640X480解析度畫面，小型化的優勢很高。目前詢問到樣品方案是V44B的4.5cmX3.5cm，但是控制資料是AV OUT板。

投影顯示：DLP

DLP成像原理完全不同，光線耗損小，畫面亮麗。面積和解低度上，因為DMD是半導體製程都能達到口掃機要求，目前BENQ的口掃機就是以DLP為主。新一代的DLP投影機則是採用三片反射鏡(連結 連結)。

DLP LightCrafter Display 2000 EVM為入門設備(連結)，若真進行，或許要考慮掃描頻率是否會影響影像擷取。

投影顯示：MEMS Scanning Micromirror

文章Hybrid 3D Shape Measurement Using the MEMS Scanning Micromirror內容，利用MEMS平台反射雷射光，可以達到同樣結構光型，詳細內容要多參考內文(連結)。與DLP相比，功耗低，體積小，流明度也堪用。實際產品如台灣ultimems(連結)，Opus(連結)，中國大陸(連結)  賣家(連結 連結 連結  連結 )。

投影顯示：MINI / MACRO LED 未成熟

物理實現：光柵和滑台

金屬中心就是以這個方式進行提案。不過只要是動件，不免就會有維護維修等等的問題。

Ronchi Ruling 1"X1" (20 lp/mm), Ronchi Ruling #58-777, Edmund Optics, Barrington, NJ, USA $145 連結 連結

piezo stage (Q-522, Physik Instrumente, Karlsruhe, Germany) in steps of (50/3) um across (100/3) 應用方式(連結)