L’Europe se projette au delà du téléphone mobile avec la AR
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Le récent accord de 500 millions de dollars avec Snap pour acheter un fournisseur clé pour ses lunettes AR ( réalité augmentée), WaveOptics, basé à Oxford, a des implications beaucoup plus larges. Les fournisseurs voient le plateau du marché de la téléphonie mobile et les systèmes de réalité augmentée sont la prochaine technologie d’affichage. Tout comme pour les débuts des téléphones mobiles, les entreprises européennes jouent un rôle clé dans le développement de la technologie AR.
«J’aime croire que nous sommes au même niveau de changement qu’en 2005 avec les accéléromètres MEMS, maintenant nous voyons un point d’inflexion où les téléphones mobiles sont en baisse et nous pensons que la RA peut être la prochaine grande chose», a déclaré Marco Angelici, qui est en charge de l’unité commerciale des actionneurs MEMS chez STMicroelectronics, tant du côté MEMS que du côté « driver » et comprend le LASAR et l’alliance Qanta.
«Nous voulons viser la fin des téléphones portables», a-t-il déclaré.
ST se concentre sur le balayage de faisceau laser à l’aide de miroirs micro-usinés (MEMS), qui est sur le marché avec plusieurs technologies différentes. Par exemple, Hololens de Microsoft utilise la numérisation laser, tout comme North qui a été acquis par Google. ST a également remporté un design win conjoint avec Leddartech dans l’automobile pour 2024/25 avec un lidar automobile utilisant cette technologie.
ST dispose d’une gamme de technologies MEMS, allant des technologies capacitives et électrostatiques aux piézoélectriques, donnant à l’entreprise une gamme d’approches différentes. Pour les premiers systèmes laser AR, la société a commencé avec le contrôle électrostatique des faisceaux des diodes laser rouges, vertes et bleues, et ces dispositifs échantillonnent maintenant, mais pointe vers des contrôleurs piézoélectriques pour les miroirs MEMS, construits dans les usines 8 pouces de ST à Milan et à Singapour.
«Pour AR , nous pensons que le piezo est la bonne technologie», a-t-il déclaré. «Le matériau piézo est un grand domaine de recherche, pour améliorer la force et l’efficacité et cela nous donne une feuille de route d’évolutivité pour améliorer la consommation d’énergie. C’est une charge capacitive et nous intégrons la récupération d’énergie pour réduire la consommation d’énergie.
La société a commencé à travailler sur la technologie piézoélectrique en 2009, avec l’acquisition de bTendo en 2012 pour son moteur de projection laser à balayage. Une capacité clé est la récupération d’énergie lorsque le matériau piézoélectrique se détend, ce qui peut réduire la puissance globale et est essentiel pour les conceptions « wearables » (ou portables).
«Début 2021, nous avons décidé d’avoir un chemin parallèle [pour un produit standard] aux côtés de clients clés sélectionnés avec des solutions personnalisées pour commencer à résoudre le problème d’un moteur optique pour le marché de la RA. Nous ne ciblons pas le marché entièrement immersif des XR, mais les lunettes intelligentes AR à porter toute la journée et nous avons commencé à travailler avec des partenaires pour assembler tous les ingrédients. «
Cela a conduit à l’Alliance LASAR, réunissant diverses entreprises pour un système AR complet. Celà combine les diodes laser et les miroirs MEMS pour le moteur optique et le guide d’ondes optique pour fournir l’affichage sur les lunettes. Les mêmes technologies peuvent être utilisées dans les conceptions automobiles à grand volume.
«Avec l’alliance LASAR, l’intention était de travailler avec des entreprises clés de la chaîne d’approvisionnement pour stimuler l’ensemble du système. Ceci est maintenant incorporé dans les normes IEEE et ouvons nous ouvrir à la grande liste des entreprises qui souhaitent y adhérer », a-t-il déclaré.
«Le piézo est au cœur des miroirs et nous travaillons avec le laboratoire A*Star de Singapour et l’ULVAC pour construire un centre de R&D pour les matériaux piézoélectriques dans notre Fab ST. Cela utilise le même équipement que la ligne de production pour livrer un prototype prêt à entrer en production. »
« Ensuite, il nous faut quelqu’un pour fabriquer les systèmes complets en volume pour les clients et c’est Quanta qui est très important pour cette étape. »
L’objectif est de porter des lunettes AR toute la journée et pesant moins de 60 g avec une consommation électrique de 500 mW. «Nous pouvons y parvenir cette année avec 1000 nits pour la luminosité extérieure, contre 500 nits qui nécessitent des lentilles assombries, et un champ de vision de 30 à 50 degrés (FoV) suffit», a-t-il déclaré.
«En fin de compte, il y a un compromis avec la consommation d’énergie. La façon dont vous construisez l’optique relais est où vous perdez le champ de vision. L’augmentation du champ de vision signifie que l’énergie est relayée dans le peigne des lentilles de sorte que la limitation est sur la capacité du guide d’ondes à avoir une bonne uniformité des couleurs dans le champ de vision, et nous travaillons avec des fabricants de guides d’ondes pour atteindre 60 à 70 degrés. Aujourd’hui, Hololens a un champ de vision de 55 degrés par exemple, mais les militaires demandaient 85 degrés.
Les diodes laser avec un miroir MEMS piézoélectrique présentent des avantages en termes de consommation sur l’ensemble du système, dit-il.
«Nous sommes en mesure d’illuminer pixel par pixel, donc ce que nous avons trouvé de l’Alliance Lasar, c’est que nous n’avons pas besoin d’un tampon plein cadre dans le processeur vidéo, nous pouvons utiliser une ou deux lignes, et nous n’avons pas besoin d’un rétroéclairage ou de substrat éclairé.
«La façon dont nous construisons faisons le pilote laser est personnalisée, nous intégrons une logique d’anticipation pour désactiver les pixels lorsqu’il y a des pixels noirs consécutifs. Avec un client clé, nous trouvons ce qui sort du processeur de pixels afin de pouvoir désactiver plus de pixels pour nous concentrer sur le temps de montée et de descente rapide », a-t-il déclaré.
«Du côté des MEMS, nous avons développé la récupération d’énergie où nous réutilisons l’énergie du cycle précédent – nous avons construit un driver avec condensateur intégré dans le piézo dans la puce et nous avons des brevets sur la synchronisation de celle-ci pour générer la tension suivante. «
Reference design for volume AR smart glasses
“We partner with Osram in Germany for the laser diodes and the beam forming from the optical engine has to be shaped for the coupling with the wave guide. This is a critical element and we worked with key partners and have come out with an efficient design for that and we know how to change it for the next generation.
The waveguide is essentially the physical lens of the glasses. In the North design there was a holographic display on the lens of the glasses to project an image into the retina, but this needed a precise fitting. Diffractive etching on the glass of the lens takes the beams from the optical engine and reflects it into the side of the lens of the glasses using total internal reflection with a much larger ‘eye box’, or viewing area, of 10mm compared to 1mm for the North design which uses a optical engine with an electrostatic mirror called ScanAR.
“The ScanAR is 0.75cc and weighs 2.5g using the 200V electrostatic mirrors,” he said. That is in mass production used by North in first generation glasses 960 x 600p and this is sampling to key customers. The next generation will be 40degree field of view, targeting 50 degrees in the future, he says.
The design for the LASAR Alliance is different, with a diffractive waveguide. “We selected a diffractive waveguide to give a 10mm eye box which retina display or holographics waveguides can’t do,” he said. “The eye box is important to have one size fits all.”
This is supplied by Dispelix in Finland, using 3D printing for a total weight of 58g. This is combined with the next generation optical engine from ST.
“We are building a new generation called Star1 available in a few months from now with 65deg FoV and 1280 x 720p resolution and 0.7cc using the frame buffering and energy recovery which will reduce the power consumption 50 percent from the first generation.”
Star0 has a power consumption of 1220mW to 742mW, depending on the complexity of the video, while Star1 is 781mW down to 312mW.
“By 2023/24 we will have 50 percent improvement in the actuation and that will reduce the die size by 30 percent and the power reduction of 50 percent, or 90 give a FoV or 1080p resolution,” said Angelici.
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