• 收藏

  • 点赞

  • 评论

  • 微信扫一扫分享

ST:掌握打造全天候AR眼镜的唯一密码

来源:爱集微

#AR#

2021-12-06

让我们来设想一副理想中的适合全天候佩戴的AR眼镜:首先重量很轻,要小于60g;其次,设计美观时尚,尺寸要小巧;最后,功耗要非常低。当然,显示亮度也是一个关键的问题。

要满足这些苛刻的条件,只有一种技术能做到,那就是LBS(Laser Beam Scanning,激光束扫描)。

这是一项全新的技术吗?“我的回答是No”,意法半导体亚(ST)太区模拟器件、MEMS和传感器事业部 (AMS) MEMS产品及应用副总裁、智能手机创新中心负责人Davide BRUNO认为LBS是一种成熟的技术,已经过市场全面检验,“微软、North和英特尔都在用 LBS技术,还有汽车激光雷达,在终端用户设备方面,比较新的应用是发现患者手臂静脉的医疗设备。”

LBS系统主要是由激光和光学元件,以及MEMS微镜组成。工作原理是这样:RGB三色激光从激光模组发出后,经由光学元件做准直以及合光以后,抵达MEMS微镜,再经由MEMS 微镜(ST称这套系统为“光机”)反射出来以后,会耦合到波导里面。波导就像一般眼镜的镜片一样,影像会在波导里面传递,然后最终投影到使用者的眼睛里面。

意法半导体亚太区模拟器件、MEMS和传感器事业部 (AMS) MEMS光电技术研究员杨家逢表示,激光以及相关元件的驱动上,ST也提供了有参考的电路板。借由这样的设计,就可以实现高亮度、低功耗、以及轻薄的AR眼镜方案。

正是凭借MEMS微镜技术,ST成为了全球排名第一的MEMS LBS解决方案制造商。据Davide BRUNO介绍,ST有三种不同的MEMS微镜技术:静电微镜、电磁微镜、压电微镜其中压电微镜是最重要的,因为它可以优化光机功耗和外形尺寸,因此也是最新的MEMS微镜技术。

这些MEMS器件是在ST位于意大利米兰和新加坡的8英寸晶圆厂生产。在光机系统中还有许多激光管驱动器和微镜驱动器,这些产品都是使用ST的专有BCD工艺生产的。

杨家逢将ST的LBS方案与µLED、LCoS和DLP进行了一个详细的比较。首先,LBS具有较少的画面滞留,因为激光的反应时间是纳秒等级,而其他光源是毫秒等级。其次,因为MEMS 微镜是每像素刷新,而竞是每帧更新,所以LBS具有低延迟特性。另外,LBS采用了激光光源,所以亮度也比较高。

“因为我们采用逐行的画面缓冲更新,而竞争者采用的是逐帧更新,因此我们的功耗更小。”他强调:“在压电微镜上面,ST设计了能量回收的装置。另外,在激光器驱动上,我们设计了前瞻逻辑电路,在少数连续像素关闭时,可快速开关雷射。”

杨家逢表示:“由于我们采用是单一像素扫描更新,当客户需要扩大视场角和解析度的时候,我们可以调整MEMS 微镜的振动频率和反转角度,以达成不同的视场角和解析度,其他竞争者则必须在尺寸上做放大,来达到更高的解析度和更大的视场角。”

“LBS纯黑色可取得更高的对比度,色彩也比其他技术丰富很多,激光束的色域比其他技术宽得多,因此是当今所有可用的智能眼镜技术中更佳的技术。”Davide BRUNO补充道。

ST提供所有MEMS微镜、三合一激光二极管、光机、激光二极管驱动器和MEMS驱动器等产品。其中ST与欧司朗合作开发了三合一的激光二极管,波导镜片是与广达电脑 (Quanta Computer) 合作,他们正在研制成品。

Davide BRUNO说:“客户也无需四处寻找多个供应商去购买零件MEMS ScanAR提供LBS系统的全部硬件,而其合作伙伴将通过LaSAR 联盟提供其余的组件。

这里要提到的是,由ST发起的LaSAR联盟(增强现实激光扫描联盟) ,成立宗旨是联合志同道合的公司和组织建立一个生态系统,促进和鼓励成员企业在联盟内开发和推广技术、元器件、设备、方法和解决方案,实现智能眼镜、头戴式显示器等AR穿戴设备的高效研制。

杨家逢介绍了ST与客户合作的两套光机方案:STAR0和STAR1。其中,STAR1将核心的MEMS mirror改进为Thin Film Piezo MEMS mirror,将光学的可视角提高到了65度,将解析度从600p提高到720p,以符合目前全天候佩戴AR眼镜的需求。光机尺寸也缩小到小于0.7cc的尺寸,并将功耗减少50%。

ST专门为STAR1设计了新的MEMS Mirror驱动器,在控制回路与线性/谐振微镜驱动器外还新增能量回收与低噪位置感测架构,以达成更低功耗。同时,在薄膜压电谐振微镜和线性微镜中,ST采用了PεTRATM 高效的薄膜压电驱动制造工艺,使得MEMS mirror可以达到更高的谐振频率与更大的开阖角,以此达成光机更大的视场角与解析度。

杨家逢表示,ST也正在量产采用PεTRA 1.0技术的微镜,最近这项技术已经升级到PεTRA 1.5,将芯片致动效率提高30%。

为了推广LBS方案,ST还与与新加坡合作伙伴一起开设了业内首个压电 MEMS厂内实验室 (Lab-in-Fab)项目。“初创企业和发明家可以直接在我们的晶圆厂设立自己的实验室,他们可以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。杨家逢强调。

Davide BRUNO认为,在未来五年内,市场规模将会越来越大,也看到亚洲客户对于有更多的需求与潜在应用,“目前的方案中有些地方还是相当的新,随著3~5年后相信这些东西会越来越来成熟。”

不过他也指出,随着AR市场的规模越来越大,面对不同终端客户的要求,部分关键元件的设计和制造,特别是大量制造,将是一个非常大的挑战。(校对|Andrew)

责编: 轶群

李延

作者

微信:Glxy523

邮箱:lixy@lunion.com.cn

作者简介

集微网记者,关注半导体投资、晶圆制造、IC设计、AI等领域

读了这篇文章的人还读了...

关闭
加载

PDF 加载中...