Войти
Жидкий кристалл на кремнии (LCoS или LCOS ) представляет собой миниатюрный отражающий жидкокристаллический дисплей с активной матрицей или «микродисплей» "с использованием слоя жидких кристаллов поверх кремниевой объединительной платы. Он также упоминается как пространственный модулятор света. Первоначально LCoS был разработан для проекционных телевизоров, но теперь используется для селективного переключения длины волны, структурированного освещения, дисплеев ближнего действия и формирования оптических импульсов. Для сравнения: в некоторых проекторах LCD используется пропускающий LCD, позволяющий свету проходить через жидкий кристалл.
В дисплее LCoS микросхема CMOS управляет напряжением на квадратных отражающих алюминиевых электродах, расположенных чуть ниже поверхности кристалла, каждый из которых управляет одним пикселем. Например, микросхема с разрешением XGA будет иметь пластины 1024x768, каждая с независимо адресуемым напряжением. Типичные ячейки имеют размер около 1–3 квадратных сантиметров и толщину около 2 мм, с шагом пикселя всего 2,79 мкм. Общее напряжение для всех пикселей обеспечивается прозрачным проводящим слоем из оксида индия и олова на покровном стекле.
Концептуальная схема проектора LCoS. 
Проектор JVC "D-ILA" LCos Общие Компания Electric впервые продемонстрировала LCoS-дисплей с низким разрешением в конце 1970-х годов. Начиная с конца 1990-х годов ряд компаний пытались разработать продукты как для ближнего глаза, так и для проекционных приложений.
На CES 2004 года Intel объявила о планах по крупномасштабному производству недорогих микросхем LCoS для использования в плоских дисплеях. Эти планы были отменены в октябре 2004 года. Sony вышла на рынок (декабрь 2005 г.) с проектором Sony-VPL-VW100 или "Ruby", использующим SXRD, 3 микросхемы LCoS каждый с исходным разрешение 1920 × 1080 с заявленным коэффициентом контрастности 15000: 1 с использованием динамической диафрагмы.
Хотя технология LCoS изначально рекламировалась как технология, позволяющая использовать большой экран, телевизоры с обратной проекцией высокой четкости с очень высоким качеством изображения по относительно низкой цене, разработка ЖК-дисплеев с большим экраном и плоских плазменных панелей позволяет отображать устаревшие телевизоры с обратной проекцией. По состоянию на октябрь 2013 года проекционные телевизоры на базе LCoS больше не производятся.
Коммерческие реализации технологии LCoS включают Sony Silicon X-tal Reflective Display (SXRD) и JVC Digital Direct Drive Image Усилитель света (D-ILA /). Каждая компания, производящая и продающая телевизоры с обратной проекцией LCoS, использует трехпанельную технологию LCoS. Sony и JVC производят и продают дисплеи с фронтальной проекцией, в которых используются три панели LCoS, а также Canon с проекторами XEED и REALiS.
Среди разработчиков и производителей, которые покинули рынок обработки изображений LCoS: Intel, Philips, MicroDisplay Corporation (единственная компания, которая успешно вывела на рынок одноканальный LCoS. телевидение), S-Vision, Colorado Microdisplay, Spatialight, Syntax-Brillian.
Существует две широких категории дисплеев LCoS: трехпанельные и однопанельные. В трехпанельном дизайне на каждый цвет приходится по одной микросхеме дисплея, и изображения объединяются оптически. В однопанельных конструкциях одна микросхема дисплея последовательно отображает красный, зеленый и синий компоненты, а глаза наблюдателя должны объединять цветовой поток. Когда представлен каждый цвет, цветовое колесо (или матрица RGB LED ) освещает дисплей только красным, зеленым или синим светом. Если частота цветовых полей ниже, чем примерно 540 Гц, наблюдается эффект, называемый расщеплением цвета, когда ложные цвета на короткое время воспринимаются, когда изображение или глаз наблюдателя находятся в движении. В то время как однопанельные проекторы менее дорогие, требуются высокоскоростные элементы отображения для обработки всех трех цветов в течение одного кадра, а необходимость избегать разрыва цвета предъявляет дополнительные требования к скорости технологии отображения.
Белый свет разделяется на три компонента (красный, зеленый и синий), а затем объединяется обратно после модуляции тремя устройствами LCoS. Свет дополнительно поляризован с помощью светоделителей.
Однопанельные дисплеи LCOS компании Toshiba и Intel были прекращены в 2004 году до того, как какие-либо устройства достигли окончательного результата. сценический прототип. В производстве находились одноканальные дисплеи LCoS: один от Philips и один от Microdisplay Corporation. Forth Dimension Displays продолжает предлагать технологию дисплеев Ferroelectric LCoS (известную как Time Domain Imaging), доступную в QXGA, SXGA и Разрешение WXGA, которое сегодня используется для приложений с высоким разрешением, таких как обучение и моделирование, проекция структурированного светового рисунка для AOI. Citizen Finedevice (CFD) также продолжает производить однопанельные RGB-дисплеи с использованием технологии FLCoS (сегнетоэлектрические жидкие кристаллы). Они производят дисплеи различных разрешений и размеров, которые в настоящее время используются в пикопроекторах, электронных видоискателях для цифровых фотоаппаратов высокого класса и налобных дисплеях.
Хотя изначально дисплеи LCoS были разработаны для проекторов с большим экраном, они нашли потребительскую нишу в области пикопроекторов, где их небольшие размеры и низкое энергопотребление хорошо сочетается с ограничениями таких устройств.
Устройства LCoS также используются в приложениях для наблюдения за глазами, таких как электронные видоискатели для цифровых фотоаппаратов, пленочных фотоаппаратов и дисплеев, устанавливаемых на голову (HMD). Эти устройства сделаны с использованием сегнетоэлектрических жидких кристаллов (поэтому технология получила название FLCoS), которые по своей сути быстрее, чем другие типы жидких кристаллов, для получения изображений высокого качества. Первоначальный набег Google на носимые компьютеры, Google Glass, также использует дисплей LCoS, расположенный рядом с глазом.
На CES 2018 компания Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited (ASTRI ) и OmniVision продемонстрировали эталонный дизайн для беспроводной гарнитуры с дополненной реальностью, которая может достигать поля зрения 60 градусов (FoV). Он сочетал в себе однокристальный дисплей LCOS 1080p и датчик изображения от OmniVision с оптикой и электроникой ASTRI. Гарнитура считается меньше и легче других из-за ее однокристальной конструкции со встроенным драйвером и буфером памяти.
LCoS особенно привлекательны в качестве механизма переключения в переключатель выбора длины волны (WSS). WSS на основе LCoS изначально был разработан австралийской компанией Engana, которая сейчас является частью Finisar. LCoS может использоваться для управления фазой света в каждом пикселе, чтобы обеспечить управление лучом, когда большое количество пикселей обеспечивает возможность почти непрерывной адресации. Как правило, для создания показанного высокоэффективного переключателя с низкими вносимыми потерями используется большое количество фазовых ступеней. Эта простая оптическая конструкция включает в себя поляризационное разнесение, управление размером моды и оптическое отображение с длиной волны 4 f на дисперсионной оси LCoS, обеспечивающее интегрированное переключение и управление оптической мощностью.
Во время работы свет проходит по оптоволокну. матрица через оптическую систему формирования изображения поляризации, которая физически разделяет и выравнивает ортогональные состояния поляризации, чтобы они находились в высокоэффективном состоянии s-поляризации дифракционной решетки. Входящий свет от выбранного волокна матрицы отражается от зеркала формирования изображения, а затем рассеивается по углу решеткой, которая находится при падении около Литтроу, отражая свет обратно в оптическую систему формирования изображения, которая направляет каждый канал в другая часть LCoS. Затем путь для каждой длины волны восстанавливается после отражения от LCoS, при этом изображение управления лучом применяется к LCOS, направляя свет в конкретный порт оптоволоконного массива. Поскольку каналы длин волн разделены на LCoS, переключение каждой длины волны не зависит от всех других и может переключаться, не мешая свету на других каналах. Существует множество различных алгоритмов, которые могут быть реализованы для достижения заданного соединения между портами, включая менее эффективные «изображения» для ослабления или разделения мощности.
WSS на основе MEMS и / или жидкокристаллических технологий выделяет один переключающий элемент (пиксель) для каждого канала, что означает, что полоса пропускания и центральная частота каждого канала фиксированы во время производства и не подлежит изменению в процессе эксплуатации. Кроме того, многие конструкции WSS первого поколения (особенно те, которые основаны на технологии MEM) демонстрируют явные провалы в спектре передачи между каждым каналом из-за ограниченного спектрального «коэффициента заполнения», присущего этим конструкциям. Это предотвращает простую конкатенацию соседних каналов для создания единого более широкого канала.
WSS на основе LCoS, однако, позволяет динамическое управление центральной частотой канала и полосой пропускания посредством модификации массивов пикселей «на лету» с помощью встроенного программного обеспечения. Степень управления параметрами канала может быть очень точной, с независимым управлением центральной частотой и верхней или нижней границей полосы канала с возможным разрешением лучше 1 ГГц. Это выгодно с точки зрения технологичности, поскольку разные планы каналов могут быть созданы на одной платформе, и даже разные рабочие диапазоны (например, C и L) могут использовать идентичную матрицу переключения. Кроме того, можно воспользоваться этой возможностью для перенастройки каналов во время работы устройства. Были представлены продукты, позволяющие переключаться между каналами 50 ГГц и каналами 100 ГГц или смесью каналов без внесения каких-либо ошибок или «попаданий» в существующий трафик. Совсем недавно это было расширено для поддержки всей концепции гибких или эластичных сетей согласно ITU G.654.2 с помощью таких продуктов, как Flexgrid ™ WSS от Finisar.
Возможность WSS на основе LCoS независимо управлять как амплитудой, так и фазой передаваемого сигнала приводит к более общей способности для управления амплитудой и / или фазой оптического импульса с помощью процесса, известного как формирование импульса в Фурье-области. Этот процесс требует полной характеристики входного импульса как во временной, так и в спектральной областях.
В качестве примера, программируемый оптический процессор (POP) на основе LCoS использовался для расширения выходного сигнала лазера с синхронизацией мод до источника суперконтинуума 20 нм, в то время как второе такое устройство использовалось для сжатия выходного сигнала до 400 fs, импульсы, ограниченные преобразованием. Пассивная синхронизация мод волоконных лазеров была продемонстрирована при высоких частотах повторения, но включение POP на основе LCoS позволило изменить фазовый состав спектра, чтобы переключить последовательность импульсов лазера с пассивной синхронизацией мод с ярких на темные импульсы.. Аналогичный подход использует формирование спектра оптических частотных гребенок для создания нескольких последовательностей импульсов. Например, гребенка с оптической частотой 10 ГГц была сформирована POP для генерации темных параболических импульсов и гауссовых импульсов на 1540 нм и 1560 нм, соответственно.
Структурированный свет с использованием Быстрый сегнетоэлектрический LCoS используется в методах микроскопии 3D- сверхвысокого разрешения и в проекции интерференционных полос для автоматизированного оптического контроля 3D- .
Одним из интересных приложений LCoS является возможность преобразования между режимами многомодовых оптических волокон, которые были предложены в качестве основы для систем передачи с большей пропускной способностью в будущем. Аналогичным образом LCoS использовался для направления света в выбранные ядра многожильных волоконных систем передачи, снова как тип мультиплексирования с пространственным разделением.
LCoS использовался в качестве метода фильтрации и, следовательно, механизма настройки как для полупроводниковых диодных, так и для волоконных лазеров.
