過去各種VR,、AR、MR的技術(shù)蓬勃發(fā)展,。VR即為虛擬現(xiàn)實(shí),，講求外部視覺屏蔽和身臨其境的體驗(yàn)。AR是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí),，它能將數(shù)字內(nèi)容覆蓋顯示于現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)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(shí)和虛擬世界完全融合，具有視覺上準(zhǔn)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(xiàng)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(shí)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(dá)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(chǎng)角和分辨率,。

　　現(xiàn)在意法半導(dǎo)體（ST）提出了一個(gè)可實(shí)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(xiàng)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(shí)力,。ST已經(jīng)在MEMS市場(chǎng)深耕了20 多年。目前ST的運(yùn)動(dòng)MEMS在個(gè)人電子和汽車遠(yuǎn)程信息處理市場(chǎng)上的份額高達(dá)50%,，是消費(fèi)類MEMS應(yīng)用市場(chǎng)的第一大廠商,，目前出貨量已超過 200 億片；還是第一大微機(jī)械致動(dòng)器廠商,，最著名的應(yīng)用是噴墨打印機(jī),。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(qiáng)現(xiàn)實(shí)的核心，微鏡振動(dòng),、運(yùn)動(dòng),，在鏡片上生成圖像。據(jù)意法半導(dǎo)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(jī)創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)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?yàn)樗梢詢?yōu)化光機(jī)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(jī)系統(tǒng)中有許多激光管驅(qū)動(dòng)器和微鏡驅(qū)動(dòng)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(shí)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(xiàng)新技術(shù),，國(guó)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(dá),。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(chǎng)全面檢驗(yàn)技術(shù)。

　　說到LBS這項(xiàng)技術(shù),，ST早在10年前就開始布局,。大約2012年，ST收購(gòu)了首家微型投影儀公司bTemdo,，并推出了市場(chǎng)上第一個(gè)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(jìn)行了非常廣泛的長(zhǎng)期合作，并在市場(chǎng)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(jī)器視覺產(chǎn)品。現(xiàn)在,，ST又帶來了首個(gè)完整的AR眼鏡光學(xué)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(dǎo)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(xué)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(xué)元件做準(zhǔn)直以及合光以后，抵達(dá)MEMS mirror,，經(jīng)由MEMS mirror（ST稱這套系統(tǒng)為“光機(jī)”）反射出來以后,，會(huì)耦合到波導(dǎo)里面。波導(dǎo)就像一般眼鏡的鏡片一樣,，影像會(huì)在波導(dǎo)里面?zhèn)鬟f,，然后最終投影到使用者的眼睛里面。在這個(gè)激光以及相關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)上,，ST也有設(shè)計(jì)的參考的電路板,。借由這樣的設(shè)計(jì)，就可以實(shí)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(jìng)爭(zhēng)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?yàn)榧す鈷呙杓夹g(shù)的反應(yīng)時(shí)間大約是10納秒,，而其他光源是毫秒等級(jí),。再者，其具有 低延遲 的優(yōu)勢(shì),，因?yàn)镸EMS mirror是進(jìn)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(dòng)器中采用了能量揮手技術(shù),，而且ST激光驅(qū)動(dòng)器具有預(yù)判邏輯的功能，在少數(shù)連續(xù)像素關(guān)閉時(shí),，可實(shí)現(xiàn)快速的開/關(guān)轉(zhuǎn)換,，因此功耗會(huì)更小。

　　此外,，LBS在 體積和重量 上也有優(yōu)勢(shì),。由于ST采用的是單一像素掃描更新,，當(dāng)客戶需要擴(kuò)大視場(chǎng)角和解析度的時(shí)候，ST可以調(diào)整MEMS mirror的振動(dòng)頻率和反轉(zhuǎn)角度,，以達(dá)成不同的視場(chǎng)角和解析度,。相較于其他競(jìng)爭(zhēng)者，他們必須在尺寸上做放大,，來達(dá)到更高的解析度和更大的視場(chǎng)角,。那么在產(chǎn)品/光機(jī)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(chǎng)現(xiàn)有的AR技術(shù)相比，LBS光機(jī)的體積比其他三個(gè)小很多,。而且,，純黑色可取得更高的對(duì)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(dāng)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(gòu)齊LBS

　　一個(gè)完整的AR眼鏡包括光機(jī)和電子系統(tǒng),，而且最終顯示模組還要配備波導(dǎo)鏡片。ST提供所有MEMS微鏡,、三合一激光二極管,、光機(jī)、激光二極管驅(qū)動(dòng)器和MEMS驅(qū)動(dòng)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(dǎo)鏡片是與廣達(dá)電腦 （Quanta Computer） 合作，他們正在研制成品,。

　　但是需要明確的一點(diǎn),，客戶也無需四處尋找多個(gè)供應(yīng)商去購(gòu)買零件。在ST MEMS ScanAR就可以一站式購(gòu)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(gè)生態(tài)系統(tǒng),，促進(jìn)和鼓勵(lì)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(shí)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(jī)方案有STAR0和STAR1這兩種。STAR0的光學(xué)對(duì)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(jī)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(jī)，目前已經(jīng)有樣篇可以提供,。STAR1改善了其中幾項(xiàng)特性,，將光學(xué)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(jī)尺寸的部分,，還可以將光機(jī)縮小成小于0.7cc的尺寸,。相對(duì)于STAR0的光機(jī)， STAR1的功耗可以減少50%,。

　　那么Thin Film Piezo MEMS mirror是如何增強(qiáng)STAR1光機(jī)的特性呢,？據(jù)楊家逢的解釋，他們?cè)O(shè)計(jì)了新的MEMS Mirror驅(qū)動(dòng)器,。在MEMS mirror的控制回路與線性／諧振微鏡驅(qū)動(dòng)器外,，還新增能量回收與低噪位置感測(cè)架構(gòu)，以達(dá)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(dòng)制造工藝，使得MEMS mirror可以達(dá)到更高的諧振頻率與更大的開闔角,，以此達(dá)成光機(jī)更大的視場(chǎng)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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)升級(jí)到PεTRA 1.5,。技術(shù)在朝著兩個(gè)方向發(fā)展：減小芯片尺寸或者提高致動(dòng)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(dá)到1080P或90度FOV,。這足以體現(xiàn)出ST壓電致動(dòng)器工藝規(guī)劃

　　LBS擴(kuò)展能力。

　　這些年,，ST在推動(dòng)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(gè)廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)室（Lab-in-Fab），在這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室,，他們可以改進(jìn)解決方案和技術(shù)設(shè)計(jì)，而且產(chǎn)品上市時(shí)間比租用大型代工廠和大型生產(chǎn)線更快,，這個(gè)模式目前在業(yè)內(nèi)是全新的,、獨(dú)一無二的。2020年11月,，ST與廣達(dá)簽署了合作協(xié)議,，開發(fā)一個(gè)AR智能眼鏡成品參考設(shè)計(jì)。今年3月ST還與 OQmented 簽訂合作協(xié)議,，為AR和3D傳感市場(chǎng)提供更好的掃描技術(shù),。

　　結(jié)語(yǔ)

　　目前，只有一種制勝的技術(shù)將在AR眼鏡市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)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(shí)間內(nèi)快速普及,，就像手機(jī)一樣,，在改善我們的日常生活中發(fā)揮關(guān)鍵作用?；蛟S,，五年后，我們會(huì)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(dòng)者。