過去各種VR,、AR、MR的技術(shù)蓬勃發(fā)展,。VR即為虛擬現(xiàn)實,，講求外部視覺屏蔽和身臨其境的體驗,。AR是增強現(xiàn)實，它能將數(shù)字內(nèi)容覆蓋顯示于現(xiàn)實世界場景中,，其最重要的用例就是智能眼鏡。MR稱為混合顯示,，它是現(xiàn)實和虛擬世界完全融合,，具有視覺上準確的深度、視角,、紋理,、陰影等。今天我們來探討下AR,，特別是智能眼鏡的發(fā)展,，究竟有沒有一項技術(shù)能夠讓智能眼鏡快速的普及？

　　想象下,，如果要打造一款適合全天候佩戴的AR眼鏡,，它應(yīng)該重量很輕，小于60克,；還要美觀時尚,；而且功耗要低，需要小于1W,，更甚之要小于0.5W,；如果戶外佩戴，顯示亮度要達到1000尼特,，才能在鏡片上獲得清晰的圖像,；還要考慮顯示性能參數(shù)，比如視場角和分辨率,。

　　現(xiàn)在意法半導體（ST）提出了一個可實現(xiàn)可全天候佩戴 AR眼鏡的最佳解決方案,，它就是激光束掃描 （LBS） 技術(shù)。

　　LBS：一項成熟的技術(shù)

　　在了解LBS技術(shù)之前,，先來看下ST在MEMS方面的實力,。ST已經(jīng)在MEMS市場深耕了20 多年。目前ST的運動MEMS在個人電子和汽車遠程信息處理市場上的份額高達50%,，是消費類MEMS應(yīng)用市場的第一大廠商,，目前出貨量已超過 200 億片；還是第一大微機械致動器廠商，最著名的應(yīng)用是噴墨打印機,。不止于這些,，ST還是第一大MEMS微鏡廠商，其是全球排名第一的 MEMS LBS 解決方案制造商,。

　　微鏡是智能眼鏡的增強現(xiàn)實的核心,，微鏡振動、運動,，在鏡片上生成圖像,。據(jù)意法半導體亞太區(qū)模擬器件、MEMS和傳感器事業(yè)部 （AMS） MEMS產(chǎn)品及應(yīng)用副總裁,、智能手機創(chuàng)新中心負責人Davide BRUNO的介紹,，現(xiàn)在，ST有三種不同的MEMS微鏡技術(shù)： 靜電微鏡,、電磁微鏡,、壓電微鏡 ，其中壓電微鏡是最重要的,，因為它可以優(yōu)化光機功耗和外形尺寸,。壓電微鏡是最新的MEMS微鏡技術(shù)。在晶圓制造方面,，這些MEMS是在ST位于意大利米蘭和新加坡的8英寸晶圓廠生產(chǎn),。在光機系統(tǒng)中有許多激光管驅(qū)動器和微鏡驅(qū)動器。這些產(chǎn)品都是使用ST的專有技術(shù)BCD生產(chǎn)的,?？梢院敛豢鋸埖恼f，要想實現(xiàn)小尺寸和低功耗,，肯定離不開壓電MEMS微鏡技術(shù),。

　　很多人可能不太了解MEMS技術(shù)，但它絕不是一項新技術(shù),，國際大廠如微軟,、North和英特爾都在使用LBS技術(shù)。LBS還用于汽車激光雷達,。在終端用戶設(shè)備方面,，比較新的應(yīng)用是患者手臂靜脈的醫(yī)療設(shè)備。所以 LBS并不是什么新東西,，而是一種成熟的,、已經(jīng)過市場全面檢驗技術(shù)。

　　說到LBS這項技術(shù),，ST早在10年前就開始布局,。大約2012年,，ST收購了首家微型投影儀公司bTemdo，并推出了市場上第一個微型投影儀,，然后ST便轉(zhuǎn)向了其他應(yīng)用領(lǐng)域,，例如，英特爾筆記本電腦Realsense視覺技術(shù),。ST還與Microvision進行了非常廣泛的長期合作,，并在市場上推出了多款產(chǎn)品。兩年前,，ST與North合作推出了第一款智能眼鏡,。然后，他們又與英特爾合作開發(fā)Realsense機器視覺產(chǎn)品?，F(xiàn)在,，ST又帶來了首個完整的AR眼鏡光學引擎方案。

　　為何LBS是最理想的,？

　　讓我們從LBS的工作原理看起，據(jù)意法半導體亞太區(qū)模擬器件,、MEMS和傳感器事業(yè)部 （AMS） MEMS光電技術(shù)研究員楊家逢的介紹,，LBS系統(tǒng)主要是由激光和光學元件，以及MEMS mirror組成,。RGB三色的激光管從激光模組發(fā)出后,，經(jīng)由光學元件做準直以及合光以后，抵達MEMS mirror,，經(jīng)由MEMS mirror（ST稱這套系統(tǒng)為“光機”）反射出來以后,，會耦合到波導里面。波導就像一般眼鏡的鏡片一樣,，影像會在波導里面?zhèn)鬟f,，然后最終投影到使用者的眼睛里面。在這個激光以及相關(guān)元件的驅(qū)動上,，ST也有設(shè)計的參考的電路板,。借由這樣的設(shè)計，就可以實現(xiàn)高亮度,、低功耗,、以及輕薄的AR眼鏡方案。

　　既然說LBS是最理想的,，自然要與業(yè)界其他競爭技術(shù)來比一比,。相較于？LED,、LCoS和DLP等技術(shù),，LBS技術(shù)在顯示方面具有較少的 畫面滯留 ,，因為激光掃描技術(shù)的反應(yīng)時間大約是10納秒，而其他光源是毫秒等級,。再者,，其具有 低延遲 的優(yōu)勢，因為MEMS mirror是進行逐像素的渲染更新,，而其他技術(shù)是每一幀每一幀的幀緩沖,。另外，LBS采用的是激光光源,， 亮度也較高 ,，在10 6 尼特。再來就是 功耗方面 ,，LBS采用的是行緩沖,，其他技術(shù)是幀緩沖，再加上ST在壓電微鏡驅(qū)動器中采用了能量揮手技術(shù),，而且ST激光驅(qū)動器具有預(yù)判邏輯的功能,，在少數(shù)連續(xù)像素關(guān)閉時，可實現(xiàn)快速的開/關(guān)轉(zhuǎn)換,，因此功耗會更小,。

　　此外，LBS在 體積和重量 上也有優(yōu)勢,。由于ST采用的是單一像素掃描更新,，當客戶需要擴大視場角和解析度的時候，ST可以調(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,。相較于其他競爭者，他們必須在尺寸上做放大,，來達到更高的解析度和更大的視場角,。那么在產(chǎn)品/光機的尺寸上，他們就沒有辦法比LBS技術(shù)做得更小,。

　　所以,，與市場現(xiàn)有的AR技術(shù)相比，LBS光機的體積比其他三個小很多,。而且,，純黑色可取得更高的對比度，色彩也比其他技術(shù)豐富很多,。激光束的色域比其他技術(shù)寬得多,。LBS無疑是當今所有可用的智能眼鏡技術(shù)中更佳的技術(shù)。

　　ST MEMS ScanAR,，一站式購齊LBS

　　一個完整的AR眼鏡包括光機和電子系統(tǒng),，而且最終顯示模組還要配備波導鏡片,。ST提供所有MEMS微鏡、三合一激光二極管,、光機,、激光二極管驅(qū)動器和MEMS驅(qū)動器等產(chǎn)品。其中ST與歐司朗合作開發(fā)了三合一的激光二極管,，波導鏡片是與廣達電腦 （Quanta Computer） 合作,，他們正在研制成品。

　　但是需要明確的一點,，客戶也無需四處尋找多個供應(yīng)商去購買零件,。在ST MEMS ScanAR就可以一站式購齊LBS全部解決方案，MEMS ScanAR提供LBS系統(tǒng)的全部硬件,，而其合作伙伴將通過LaSAR 聯(lián)盟提供其余的組件,。

　　LaSAR聯(lián)盟（增強現(xiàn)實激光掃描聯(lián)盟） 的成立宗旨是聯(lián)合志同道合的公司和組織建立一個生態(tài)系統(tǒng)，促進和鼓勵成員企業(yè)在聯(lián)盟內(nèi)開發(fā)和推廣技術(shù),、元器件,、設(shè)備、方法和解決方案,，實現(xiàn)智能眼鏡,、頭戴式顯示器等AR穿戴設(shè)備的高效研制。ST是聯(lián)盟創(chuàng)始人,。

　　LaSAR聯(lián)盟成員

　　目前ST MEMS ScanAR光機方案有STAR0和STAR1這兩種。STAR0的光學對角線可視角 （FoV） 是56度,，輸出亮度是1.5~10 流明,，解析度有600p，光機的尺寸有0.75cc,，使用的是靜電式的MEMS mirror,。STAR1改用了新的Thin Film Piezo MEMS mirror的光機，目前已經(jīng)有樣篇可以提供,。STAR1改善了其中幾項特性,，將光學的可視角提高到了65度，將解析度從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,。相對于STAR0的光機， STAR1的功耗可以減少50%,。

　　那么Thin Film Piezo MEMS mirror是如何增強STAR1光機的特性呢,？據(jù)楊家逢的解釋,，他們設(shè)計了新的MEMS Mirror驅(qū)動器。在MEMS mirror的控制回路與線性／諧振微鏡驅(qū)動器外,，還新增能量回收與低噪位置感測架構(gòu),，以達成更低功耗。再就在薄膜壓電諧振微鏡和線性微鏡中,，采用了PεTRATM 高效的薄膜壓電驅(qū)動制造工藝,，使得MEMS mirror可以達到更高的諧振頻率與更大的開闔角，以此達成光機更大的視場角與解析度,。

　　ST也正在量產(chǎn)采用PεTRA 1.0技術(shù)的微鏡,，最近這項技術(shù)已經(jīng)升級到PεTRA 1.5。技術(shù)在朝著兩個方向發(fā)展：減小芯片尺寸或者提高致動性能,。下一代的STARx與STAR1相比,，性能相同，而線性微鏡芯片尺寸縮減30%,，諧振微鏡功耗降低一半,，或者芯片尺寸和功耗不變的情況下，分辨率達到1080P或90度FOV,。這足以體現(xiàn)出ST壓電致動器工藝規(guī)劃

　　LBS擴展能力,。

　　這些年，ST在推動LBS技術(shù)的發(fā)展中作出了不少努力,。2020年10月,，ST 與 A*STAR 和 ULVAC 合作在新加坡建立世界上第一個廠內(nèi)實驗室（Lab-in-Fab），在這個實驗室,，初創(chuàng)企業(yè)和發(fā)明家可以直接在ST的晶圓廠設(shè)立自己的實驗室,，他們可以改進解決方案和技術(shù)設(shè)計，而且產(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。2020年11月,，ST與廣達簽署了合作協(xié)議,，開發(fā)一個AR智能眼鏡成品參考設(shè)計。今年3月ST還與 OQmented 簽訂合作協(xié)議,，為AR和3D傳感市場提供更好的掃描技術(shù),。

　　結(jié)語

　　目前，只有一種制勝的技術(shù)將在AR眼鏡市場占據(jù)主導的地位,，那就是激光束掃描技術(shù)（LBS）,。隨著適合全天候佩戴的AR眼鏡問世，AR眼鏡將在最短的時間內(nèi)快速普及,，就像手機一樣,，在改善我們的日常生活中發(fā)揮關(guān)鍵作用,。或許,，五年后,，我們會像今天戴眼鏡一樣戴上AR 眼鏡。而在這其中,，ST將是至關(guān)重要的推動者,。