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？

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(shè)備爆品。原因是什么？本文從AR眼鏡的背后技術(shù)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(guān)鍵的落地應(yīng)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(yīng)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(dǎo)體亞太區(qū)MEMS產(chǎn)品及應(yīng)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。

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(guān)鍵的硬件方案是圖像的顯示。目前市場上的AR技術(shù)有LBS、uLED、LCoS和DLP等。下圖是來自網(wǎng)絡(luò)搜索的一個關(guān)于微顯示技術(shù)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(shù)突破，讓LBS成為了更具競爭力的方案。

LBS（激光束掃描）系統(tǒng)主要由激光和光學(xué)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(xué)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(dǎo)中繼續(xù)傳輸，波導(dǎo)就像一般眼鏡的鏡片一樣，最終投影到使用者的眼睛中。

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(dǎo)體亞太區(qū)MEMS光電技術(shù)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(shè)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(shè)計了前瞻邏輯電路，實現(xiàn)在少數(shù)連續(xù)像素關(guān)閉時，可快速開關(guān)鐳射。此外當(dāng)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。

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(shù)豐富很多。激光束的色域比其他技術(shù)寬得多。

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(xué)、MEMS的技術(shù)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(shù)路線成為趨勢，那么光機成本會隨著各種應(yīng)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(dǎo)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(xué)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(gòu)，將光學(xué)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%。

在生產(chǎn)上，壓電微鏡采用的是最新的MEMS微鏡技術(shù)。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(shù)，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(shù)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。

值得一提的是，ST新加坡開設(shè)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(shè)立自己的實驗室，這樣可以快速改進解決方案和技術(shù)設(shè)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(yīng)用解決方案非常重要。

當(dāng)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(dǎo)建立了LaSAR 聯(lián)盟，這個 聯(lián)盟中包括光學(xué)器件廠商、生產(chǎn)設(shè)備廠商、OEM、ODM、應(yīng)用處理器廠商等。該聯(lián)盟的主要目標是提供終端設(shè)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(shè)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(shù)。

總結(jié)

LBS是一種已經(jīng)商用的非常成熟的技術(shù)，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)。