增强现实(AR)是一种可将简单的数字内容叠加到现实世界的系统，智能眼镜是AR一个最佳应用。AR眼镜被认为是未来5G的核心应用场景，也是继智能手机后最为重要的终端产品之一。AR设备与智能手机不同之处在于，智能手机可以有高中低不同价位，消费者可以根据自身需求购买不同类型和价位的产品。但是AR是典型的就高不就低，只有真正具有技术含量，带给消费者高端享受，处于价值链高端的产品，才会被消费者所接受。

   

  根据VR陀螺数据，2020年全球AR眼镜出货量为40万台，预计2021和2022年AR出货量分别为70、140万台。从2015年AR产业兴起以来，短期出现了一个快速增长阶段，到2018年后陷入了相对停滞的状态，2020年以来受疫情影响，全球AR行业快速发展，出货量大增。再叠加5G通信对电子终端领域带来的影响，有可能这种AR/VR产业的发展将会一直持续，出货量持续走高。

   

  

  全球AR眼镜出货量（万台），来源：VR陀螺

   

  从2013 年谷歌推出Google Glass 智能眼镜，到2020年谷歌以1.8 亿美元价格收购加拿大智能眼镜制造商North，业界普遍认为谷歌收购North是为了重新发展其智能眼镜业务。2021年，Snap 以超5 亿美元价格收购AR 波导显示厂商WaveOptics，显示了Snap 对 AR眼镜赛道的长期看好。

   

  从产品分类看，AR相关的产品主要为 AR眼镜，其显示方式是将设备生成的影像与现实世界重叠，通过光学组件最终到视网膜上成像。不同AR 眼镜之间的差距较大，旗舰级AR 眼镜产品（如Microsoft HoloLens）可以达到部分沉浸的效果，售价高达2.7-3.9 万元/副。而一些AR 眼镜产品仅有增强现实的效果，介于无沉浸及初级沉浸之间，这类眼镜则相对便宜。

   

 为何LBS是实现AR的更佳技术呢？

   

  

  ST亚太区模拟器件、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DavideBRUNO

   

  意法半导体（简称为ST）亚太区模拟器件、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DavideBRUNO对与非网记者表示，今天开发一款新型的AR眼镜要满足几个要求：第一重量应该应该很轻，小于60克。第二设计要美观时尚。第三外观尺寸很重要，硬件、电池和所有系统必须非常紧凑，面积非常小。第四是功耗要可以支撑AR眼镜使用一整天。第五是在户外使用时，要有足够的亮度获得清晰的分辨率。“总而言之，我们需要一副适合全天候佩戴的AR 眼镜”Davide BRUNO表示，要做到这一点离不开ST的激光束扫描LBS技术。

   

  

  适合全天候佩戴的AR 眼镜应满足哪些要求，来源：ST

   

  LBS系统主要是由激光和光学元件，以及MEMSmirror组成。而RGB三色的激光光从激光模组发出后，经由光学元件做準直以及合光以后，抵达MEMSmirror，经由MEMSmirror（也就是“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。在这个激光以及相关元件的驱动上，ST也有设计的参考的电路板。借由这样的设计，ST可以实现高亮度、低功耗、以及轻薄的AR眼镜方案。

   

  

  LBS技术的工作原理

   

  作为全球消费类MEMS应用市场的第一大厂商，意法半导体的出货量已经超过200亿片，同时ST还是全球第一大的MEMS微镜厂商。微镜是AR眼镜的核心，在镜片上生成图像需要通过微镜的震动实现。今天，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，是最新的MEMS微镜技术，它可以优化光机功耗和外形尺寸。在光机系统中有许多的激光管驱动器和微镜驱动器。要想实现小尺寸和低功耗，肯定离不开压电MEMS微镜技术。

   

  

  ST是全球第一大的MEMS微镜厂商，来源：ST

   

  LBS并不是一种新的技术，而是已经经过市场检验的成熟技术，例如，微软、North 和英特尔都在用LBS技术。LBS还用于汽车激光雷达。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。ST从2012年向市场推出了第一个微型投影仪，采用了ST激光束扫描技术。此后ST的LBS技术被应用到多个领域，如英特尔笔记本电脑的Realsense机器视觉产品，以及与North合作推出了第一款智能眼镜。DavideBRUNO认为，2025年可能是AR眼镜大规模普及的一个关键时间点。除了AR领域之外，LBS在车用激光雷达(LiDar) 或者工业上的3D感测也是重要的应用市场。

   

  

  STLBS技术的成功应用案例

   

 LBS与µLED、LCoS和 DLP等竞品技术的对比

   

  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(Johnny YANG)对与非网记者表示，相比其它竞争对手，如µLED、LCoS和 DLP技术。

   

  

  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(Johnny YANG)

   

  LBS在显示方面具有较少的画面滞留。相比其它光源的反应时间是milisec等级，激光的反应时间是nanosec等级。画面的低延迟性是因为MEMSmirror是进行每一个像素每一个像素的更新，而其他竞争者是每一帧每一帧的更新。

   

  

  LBS技术的竞争优势

   

  此外，LBS采用了激光光源，所以亮度也是比较高的。在功耗部分，LBS采用一行一行的画面缓冲更新，而其它友商采用的则是整帧的更新，因此功耗更小。

   

  在Piezomirror上面，LBS设计了一个能源回收装置。此外在激光驱动上，LBS设计了前瞻逻辑电路，少数连续像素关闭时，可快速开关雷射。

   

  由于LBS采用的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，可以调整MEMSmirror的振动频率和反转角度，以达成不同的视场角和解析度。

   

  在体积和重量上LBS技术也有优势，而LBS的竞争者必须在光机/产品的尺寸上放大，以达到更高的解析度和更大的视场角。

   

  

  这张表简要概括了LBS 与其他三种技术的差异之处

   

  ST的STAR1光机方案，将光机尺寸的部分缩小成小于0.7cc的尺寸，相对于STAR0的光机功耗可以减少50%。此外，光学的可视角提高到了65°，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。

   

  

  ST的STAR1光机方案

   

  杨家逢(Johnny YANG)还介绍了ThinFilm Piezo MEMS mirror如何增强STAR1光机的特性。ST设计了新的MEMSMirror驱动器。在MEMSmirror的控制回路与线性／谐振微镜驱动器外，新增了能量回收与低噪位置感测架构，已达成更低功耗。

   

  通过薄膜压电型的线性与谐振mirror，ST的MEMSmirror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。

   

  今天，ST正在量产采用PεTRA1.0技术的微镜，最近这项技术已经升级到PεTRA1.5。与 PεTRA1.0相比，ST将芯片致动效率提高了30%。随着技术节点的演变，芯片尺寸和功耗将会变得更小。

   

  不难看出，减小芯片尺寸或者提高致动性能已经成为未来趋势，这有助于客户在保持相同的尺寸条件下，提高产品心梗。

   

  据介绍，ST目前在新加坡有业内首个压电MEMS厂内实验室(Lab-in-Fab)，这对开发压电MEMS应用解决方案非常重要。初创企业和发明家可以直接在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。

   

  

   

  最后，杨家逢(JohnnyYANG)向与非网记者展示了由广达制造的第一个AR眼镜原型，它的外形尺寸得到了很大的改进，并且更接近于某些款式的普通眼镜，客户将在2022年1月份的CES展上亲自体验。

   

 点评：通过LBS生态构筑AR护城河

   

  相比过往傻大笨粗的AR眼镜，小型化、轻量化、低功耗的AR眼镜显然更适合全天候佩戴。

   

  目前，激光扫描LBS技术将帮助ST的合作伙伴在这个新市场中处于领先地位。通过这一套LaSAR开发生态系统，任何新的客户都能轻松进入AR眼镜的市场。客户只需要专注于AR应用的开发，而将硬件交给像ST、欧司朗、Dispelix和广达这样的关键制造商负责最终智慧眼镜的硬体系统。

   

  

  一站式的LBS解决方案

   

  值得一提的是，STMEMS ScanAR 提供一站式的LBS解决方案，除了提供LBS系统的全部硬件，还通过LaSAR联盟形成产业生态，共同提供其余组建。

   

  ST是LaSAR联盟的创始人，目前已经有几个重要的制造商和技术专家加入了该联盟，未来还会有更多的企业加盟。该联盟的主要目标是提供终端设备解决方案，让客户可以专心开发增强现实内容，无需花费数年时间开发硬件和解决方案。据介绍，在2020年 11月，ST与广达签署了合作协议，开发一个AR智能眼镜成品参考设计。2021年3 月，ST与OQmented 签订合作协议，为AR和3D传感市场提供更好的扫描技术。

   

  

  LaSAR联盟

   

  笔者认为，ST打造的这个产业联盟生态和一站式的解决方案将成为区隔于友商的最大竞争门槛。不过随着AR眼镜的大规模上量，面对不同客户的需求，未来如何实现部分关键原件的批量化设计制造，对于整个LaSAR联盟成员都会是一个挑战。