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[導讀]AR眼鏡的大規(guī)模普及,需要先有一個統(tǒng)一的硬件方案/技術路線,能夠?qū)崿F(xiàn)合格的“全天候佩戴”體驗的眼鏡。有了統(tǒng)一的硬件設計規(guī)范之上,更容易構建生態(tài),讓內(nèi)容創(chuàng)作者和用戶實現(xiàn)雙輪驅(qū)動...

從2012年谷歌發(fā)布AR眼鏡的DEMO演示之后,行業(yè)內(nèi)對于AR智能眼鏡進行了眾多的嘗試,但并沒有大家期待的像手機一樣大規(guī)模普及開來,成為人人佩戴的新一代個人電子設備爆品。原因是什么?本文從AR眼鏡的背后技術進行剖析。

AR眼鏡未能大規(guī)模普及的原因

智能眼鏡和增強現(xiàn)實密不可分,被視為是AR的最為關鍵的落地應用。限制AR眼鏡大規(guī)模普及的原因首先就是其目前的整體規(guī)格并不理想。一款好的AR眼鏡應該是和我們現(xiàn)在的眼鏡接近的體驗,適合全天候佩戴,而不是因為功能性而過多地影響到人機體驗。意法半導體亞太區(qū)MEMS產(chǎn)品及應用副總裁Davide BRUNO表示,首先重量要輕,小于60g為宜;第二是外觀尺寸要小,電池、硬件和所有系統(tǒng)都要收斂在一個普通眼鏡的尺寸上;第三點是功耗要低,可以像智能手機那樣白天使用晚上充電;第四點是能夠在戶外的強光條件下也能達到好的圖像亮度,視場角和分辨率等參數(shù)要足夠支持。

談AR眼鏡的大規(guī)模普及,為什么LBS會是更合適的硬件方案?

如果AR眼鏡要實現(xiàn)大規(guī)模普及,令一點必不可少的是需要有足夠多的內(nèi)容支撐,這就需要更多的內(nèi)容開發(fā)者、系統(tǒng)開發(fā)者參與進來。但由于之前的底層硬件方案并不統(tǒng)一,所以上層的系統(tǒng)搭建到內(nèi)容創(chuàng)作也難以形成規(guī)模。

所以綜上所述,首先要有一套合適的底層硬件方案,能夠?qū)崿F(xiàn)適合全天候佩戴的眼鏡規(guī)格。然后行業(yè)內(nèi)需要在其上進行標準的統(tǒng)計化,形成垂直的AR眼鏡生態(tài)。最終才能實現(xiàn)系統(tǒng)UI的大成、內(nèi)容的繁榮,與用戶使用形成雙輪驅(qū)動的良性邁進,真正迎來大規(guī)模普及。

LBS是最適合的AR眼鏡方案

在AR眼鏡方案實現(xiàn)上,最為關鍵的硬件方案是圖像的顯示。目前市場上的AR技術有LBS、uLED、LCoS和DLP等。下圖是來自網(wǎng)絡搜索的一個關于微顯示技術分析,從原理上分為反射式、掃描式和發(fā)射式,從最終效果上來看有優(yōu)劣。但近期隨著ST在 LBS方案上的一些技術突破,讓LBS成為了更具競爭力的方案。

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LBS(激光束掃描)系統(tǒng)主要由激光和光學器件、以及MEMS Mirror組成。RGB三色激光從激光模組發(fā)出后,經(jīng)由光學元件做準直和合光后抵達MEMS Mirror,經(jīng)由MEMS Mirror反射之后,耦合到波導中繼續(xù)傳輸,波導就像一般眼鏡的鏡片一樣,最終投影到使用者的眼睛中。

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因為LBS采用激光掃描的工作原理,所以天生具備諸多的優(yōu)勢。據(jù)意法半導體亞太區(qū)MEMS光電技術研究員楊家逢 (Johnny YANG)分享,首先是可以提供較少的畫面滯留。因為激光是nanoSec等級,其他光源是miliSec等級;LBS采用的是逐一像素掃描的方式,而其它方案則是逐幀更新。另外在功耗方面,LBS采用逐行畫面緩沖更新,相比其他整幀更新的方式功耗更小。除了LBS的這些天然優(yōu)勢外,另外ST在LBS的方案的Piezo mirror上設計了能量回收的裝置,進一步提升了功耗表現(xiàn);在laser driver上設計了前瞻邏輯電路,實現(xiàn)在少數(shù)連續(xù)像素關閉時,可快速開關鐳射。此外當客戶需要在終端上擴大視場角和解析度的時候,采用ST的LBS方案可以直接調(diào)整MEMS mirror的振動頻率和反轉(zhuǎn)角度,以達成不同的視場角和解析度。但其它發(fā)射式反射式方案就必須通過尺寸放大來實現(xiàn)更高的解析度和更大的視場角,這樣光機的整體尺寸和重量就會變得越來越大。

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Davide表示,光機體積是一個重要的參數(shù),LBS光機的體積比其他三個小很多。而且,純黑色可取得最高的對比度,色彩比其他技術豐富很多。激光束的色域比其他技術寬得多。

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綜上,LBS的方案有著先天優(yōu)勢,此外有了ST在LBS方案上的一些專門的光學、MEMS的技術加持,LBS已經(jīng)成為了AR眼鏡實現(xiàn)的最佳的方案。但LBS的成本方面仍不具備優(yōu)勢,主要是因為光機的成本較高。但如果該技術路線成為趨勢,那么光機成本會隨著各種應用的興起而減少。Davide表示隨著產(chǎn)量增加,會形成下降的成本趨勢。

AR眼鏡一站式方案——ST ScanAR

ST的LBS方案叫做ST ScanAR,通過與合作伙伴的合作,可以為客戶提供包括光機、電子系統(tǒng)和波導在內(nèi)的一站式LBS方案。目前量產(chǎn)的光機方案為STAR0,STAR1也已經(jīng)可以提供樣品,其中的激光二極管來自歐司朗。STAR0的光學對角線可視角 (FoV) 是56度,輸出亮度為1.5~10 流明,解析度600p,光機尺寸0.75cc,使用的是靜電式的MEMS mirror。STAR1改用了新的Thin Film Piezo MEMS mirror,新增能量回收與低噪位置感測架構,將光學的可視角提高到了65度,解析度從600p提高到720p,以符合目前全天候佩戴AR眼鏡的需求。此外,在光機尺寸的部分還可以將光機縮小成小于0.7cc的尺寸,功耗上相對于STAR0可以減少50%。

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在生產(chǎn)上,壓電微鏡采用的是最新的MEMS微鏡技術。光機中的許多 激光管驅(qū)動器和微鏡驅(qū)動器產(chǎn)品都使用了ST專有BCD技術,由其位于意大利米蘭和卡塔尼亞的 8 英寸晶圓廠生產(chǎn)。微鏡技術已經(jīng)從PεTRA 1.0升級到PεTRA1.5,芯片的制動效率提高了30%,并且未來會繼續(xù)在尺寸、功耗和性能上繼續(xù)發(fā)展。

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值得一提的是,ST新加坡開設了業(yè)內(nèi)首個壓電MEMS廠內(nèi)實驗室 (Lab-in-Fab),初創(chuàng)企業(yè)和發(fā)明家可以直接在ST的晶圓廠中設立自己的實驗室,這樣可以快速改進解決方案和技術設計,產(chǎn)品上市時間比租用大型代工廠和大型生產(chǎn)線更快,這個模式目前在業(yè)內(nèi)是全新的、獨一無二的,對開發(fā)壓電MEMS應用解決方案非常重要。

談AR眼鏡的大規(guī)模普及,為什么LBS會是更合適的硬件方案?

當然除了硬件方案的完善,還需要生態(tài)合作伙伴的參與。ST作為發(fā)起方主導建立了LaSAR 聯(lián)盟,這個 聯(lián)盟中包括光學器件廠商、生產(chǎn)設備廠商、OEM、ODM、應用處理器廠商等。該聯(lián)盟的主要目標是提供終端設備解決方案,讓終端廠商可以專心開發(fā)增強現(xiàn)實內(nèi)容,無需花費數(shù)年時間開發(fā)硬件和解決方案,把更多的精力和資源放在內(nèi)容創(chuàng)作上。據(jù)Davide分享,在去年11月ST與廣達簽署了合作協(xié)議,開發(fā)了AR 智能眼鏡成品參考設計。今年3月與OQmented簽訂了合作協(xié)議,為AR和3D傳感市場提供更好的掃描技術。

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總結

LBS是一種已經(jīng)商用的非常成熟的技術,ST也已經(jīng)在MEMS市場深耕了20多年。隨著ST ScanAR的發(fā)展,AR眼鏡的硬件方案有望實現(xiàn)統(tǒng)一和大規(guī)模普及。隨著硬件平臺的確定,生態(tài)的發(fā)展也會迅速繁榮起來,AR眼鏡的普及或許在未來幾年就有望實現(xiàn)。
談AR眼鏡的大規(guī)模普及,為什么LBS會是更合適的硬件方案?

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