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[导读]AR眼镜的大规模普及,需要先有一个统一的硬件方案/技术路线,能够实现合格的“全天候佩戴”体验的眼镜。有了统一的硬件设计规范之上,更容易构建生态,让内容创作者和用户实现双轮驱动...

从2012年谷歌发布AR眼镜的DEMO演示之后,行业内对于AR智能眼镜进行了众多的尝试,但并没有大家期待的像手机一样大规模普及开来,成为人人佩戴的新一代个人电子设备爆品。原因是什么?本文从AR眼镜的背后技术进行剖析。

AR眼镜未能大规模普及的原因

智能眼镜和增强现实密不可分,被视为是AR的最为关键的落地应用。限制AR眼镜大规模普及的原因首先就是其目前的整体规格并不理想。一款好的AR眼镜应该是和我们现在的眼镜接近的体验,适合全天候佩戴,而不是因为功能性而过多地影响到人机体验。意法半导体亚太区MEMS产品及应用副总裁Davide BRUNO表示,首先重量要轻,小于60g为宜;第二是外观尺寸要小,电池、硬件和所有系统都要收敛在一个普通眼镜的尺寸上;第三点是功耗要低,可以像智能手机那样白天使用晚上充电;第四点是能够在户外的强光条件下也能达到好的图像亮度,视场角和分辨率等参数要足够支持。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

如果AR眼镜要实现大规模普及,令一点必不可少的是需要有足够多的内容支撑,这就需要更多的内容开发者、系统开发者参与进来。但由于之前的底层硬件方案并不统一,所以上层的系统搭建到内容创作也难以形成规模。

所以综上所述,首先要有一套合适的底层硬件方案,能够实现适合全天候佩戴的眼镜规格。然后行业内需要在其上进行标准的统计化,形成垂直的AR眼镜生态。最终才能实现系统UI的大成、内容的繁荣,与用户使用形成双轮驱动的良性迈进,真正迎来大规模普及。

LBS是最适合的AR眼镜方案

在AR眼镜方案实现上,最为关键的硬件方案是图像的显示。目前市场上的AR技术有LBS、uLED、LCoS和DLP等。下图是来自网络搜索的一个关于微显示技术分析,从原理上分为反射式、扫描式和发射式,从最终效果上来看有优劣。但近期随着ST在 LBS方案上的一些技术突破,让LBS成为了更具竞争力的方案。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

LBS(激光束扫描)系统主要由激光和光学器件、以及MEMS Mirror组成。RGB三色激光从激光模组发出后,经由光学元件做准直和合光后抵达MEMS Mirror,经由MEMS Mirror反射之后,耦合到波导中继续传输,波导就像一般眼镜的镜片一样,最终投影到使用者的眼睛中。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

因为LBS采用激光扫描的工作原理,所以天生具备诸多的优势。据意法半导体亚太区MEMS光电技术研究员杨家逢 (Johnny YANG)分享,首先是可以提供较少的画面滞留。因为激光是nanoSec等级,其他光源是miliSec等级;LBS采用的是逐一像素扫描的方式,而其它方案则是逐帧更新。另外在功耗方面,LBS采用逐行画面缓冲更新,相比其他整帧更新的方式功耗更小。除了LBS的这些天然优势外,另外ST在LBS的方案的Piezo mirror上设计了能量回收的装置,进一步提升了功耗表现;在laser driver上设计了前瞻逻辑电路,实现在少数连续像素关闭时,可快速开关镭射。此外当客户需要在终端上扩大视场角和解析度的时候,采用ST的LBS方案可以直接调整MEMS mirror的振动频率和反转角度,以达成不同的视场角和解析度。但其它发射式反射式方案就必须通过尺寸放大来实现更高的解析度和更大的视场角,这样光机的整体尺寸和重量就会变得越来越大。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

Davide表示,光机体积是一个重要的参数,LBS光机的体积比其他三个小很多。而且,纯黑色可取得最高的对比度,色彩比其他技术丰富很多。激光束的色域比其他技术宽得多。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

综上,LBS的方案有着先天优势,此外有了ST在LBS方案上的一些专门的光学、MEMS的技术加持,LBS已经成为了AR眼镜实现的最佳的方案。但LBS的成本方面仍不具备优势,主要是因为光机的成本较高。但如果该技术路线成为趋势,那么光机成本会随着各种应用的兴起而减少。Davide表示随着产量增加,会形成下降的成本趋势。

AR眼镜一站式方案——ST ScanAR

ST的LBS方案叫做ST ScanAR,通过与合作伙伴的合作,可以为客户提供包括光机、电子系统和波导在内的一站式LBS方案。目前量产的光机方案为STAR0,STAR1也已经可以提供样品,其中的激光二极管来自欧司朗。STAR0的光学对角线可视角 (FoV) 是56度,输出亮度为1.5~10 流明,解析度600p,光机尺寸0.75cc,使用的是静电式的MEMS mirror。STAR1改用了新的Thin Film Piezo MEMS mirror,新增能量回收与低噪位置感测架构,将光学的可视角提高到了65度,解析度从600p提高到720p,以符合目前全天候佩戴AR眼镜的需求。此外,在光机尺寸的部分还可以将光机缩小成小于0.7cc的尺寸,功耗上相对于STAR0可以减少50%。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

在生产上,压电微镜采用的是最新的MEMS微镜技术。光机中的许多 激光管驱动器和微镜驱动器产品都使用了ST专有BCD技术,由其位于意大利米兰和卡塔尼亚的 8 英寸晶圆厂生产。微镜技术已经从PεTRA 1.0升级到PεTRA1.5,芯片的制动效率提高了30%,并且未来会继续在尺寸、功耗和性能上继续发展。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

值得一提的是,ST新加坡开设了业内首个压电MEMS厂内实验室 (Lab-in-Fab),初创企业和发明家可以直接在ST的晶圆厂中设立自己的实验室,这样可以快速改进解决方案和技术设计,产品上市时间比租用大型代工厂和大型生产线更快,这个模式目前在业内是全新的、独一无二的,对开发压电MEMS应用解决方案非常重要。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

当然除了硬件方案的完善,还需要生态合作伙伴的参与。ST作为发起方主导建立了LaSAR 联盟,这个 联盟中包括光学器件厂商、生产设备厂商、OEM、ODM、应用处理器厂商等。该联盟的主要目标是提供终端设备解决方案,让终端厂商可以专心开发增强现实内容,无需花费数年时间开发硬件和解决方案,把更多的精力和资源放在内容创作上。据Davide分享,在去年11月ST与广达签署了合作协议,开发了AR 智能眼镜成品参考设计。今年3月与OQmented签订了合作协议,为AR和3D传感市场提供更好的扫描技术。

谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

总结

LBS是一种已经商用的非常成熟的技术,ST也已经在MEMS市场深耕了20多年。随着ST ScanAR的发展,AR眼镜的硬件方案有望实现统一和大规模普及。随着硬件平台的确定,生态的发展也会迅速繁荣起来,AR眼镜的普及或许在未来几年就有望实现。
谈AR眼镜的大规模普及,为什么LBS会是更合适的硬件方案?

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