Fabrication de circuits imprimés pour casques de réalité augmentée destinés aux dispositifs portables de réalité augmentée à vision optique transparente

La carte de circuit imprimé d'un casque de réalité augmentée prend en charge les informations numériques tandis que l'utilisateur continue de voir directement l'environnement réel à travers des lentilles transparentes. Cet objectif de conception privilégie des composants électroniques légers, peu générant de chaleur et finement intégrés autour des tempes ou du front. Selon le produit, le casque peut utiliser des écrans micro-OLED ou micro-LED, des guides d'ondes, des caméras externes, des centrales inertielles (IMU), un système de suivi oculaire, le Wi-Fi/Bluetooth, des microphones et une connexion à un téléphone, un module de calcul ou un ordinateur.

Highleap Electronics fabrique des cartes mères, des cartes d'affichage, des circuits flexibles pour caméras et des assemblages rigides-flexibles pour casques de réalité augmentée (RA) conçus sur mesure. La fabrication diffère de celle d'un casque de réalité virtuelle (RV) entièrement fermé : la RA à vision optique directe tire souvent parti du traitement distribué, de la taille extrêmement réduite des circuits imprimés et des interconnexions flexibles. L'alignement optique, la sécurité oculaire, l'étalonnage du guide d'ondes et la certification complète du produit RA restent à la charge du fabricant d'équipement d'origine (OEM).

Types de casques de réalité augmentée et électronique distribuée

Les produits de réalité augmentée vont des visionneuses légères aux casques de réalité virtuelle autonomes. L'agencement de la carte doit être choisi en fonction de l'architecture optique et de l'emplacement physique des unités de calcul.

• Visionneuse de réalité augmentée connectée : Reçoit le contenu rendu et l'alimentation d'un téléphone ou d'une unité de calcul externe, réduisant ainsi la chaleur locale et la taille de la batterie.
• Lunettes intelligentes AR sans fil : Utilise des processeurs ou coprocesseurs intégrés au verre, ainsi que le Wi-Fi/Bluetooth, pour communiquer avec un téléphone ou un ordinateur hôte.
• Casque de réalité augmentée pour entreprises : Ajoute des caméras, la commande vocale, des fonctions de lecture de codes-barres/d'inspection et un système de fixation robuste pour les flux de travail sur le terrain ou en usine.
• Casque de réalité augmentée à guide d'ondes binoculaire : Nécessite des moteurs d'affichage gauche/droite synchronisés et un contrôle optique/mécanique plus précis.
• Casque de réalité augmentée avec suivi oculaire : Ajoute un éclairage NIR, des caméras oculaires et un matériel de traitement du regard près des optiques.
• Casque de réalité augmentée avec cartographie intégrée : Utilise davantage de caméras, d'IMU et de traitement local pour les ancrages spatiaux, le suivi des mains ou la compréhension de l'environnement.

Pourquoi le traitement distribué est-il important pour la conception de circuits imprimés ?

Déplacer une partie des calculs vers un téléphone ou un hôte externe permet de réduire la surface de la carte et la chaleur dégagée par le processeur, mais accroît la dépendance aux interfaces sans fil ou filaires haut débit. La répartition des ressources doit être finalisée avant la publication des plans de conception relatifs à la flexibilité, à la batterie et à la dissipation thermique.

Intégration de circuit imprimé pour guide d'ondes, micro-écran et moteur optique

Le moteur d'affichage et le combinateur optique sont généralement les composants les plus sensibles aux contraintes mécaniques d'un casque de réalité augmentée. Les dimensions des circuits imprimés et des nappes doivent être définies par rapport au référentiel optique et non uniquement par rapport à la structure extérieure.

• Interface micro-écran : Highleap peut assembler PCB d'affichage Interfaces pour les moteurs d'affichage micro-OLED, microLED ou autres, sélectionnés par le client.
• Flexibilité optique : On peut utiliser un maquillage permanent fin au niveau des tempes et des sourcils. Circuit imprimé flexible dans les lunettes intelligentes des procédés pour maintenir des interconnexions compactes.
• Rigide-flexible : PCB rigide-flex peut intégrer de petits îlots de composants rigides avec des interconnexions courbes autour du cadre.
• Alignement optique : Les tolérances des connecteurs, des raidisseurs et des trous de montage doivent être liées à l'ensemble guide d'ondes/écran.
• Contrôle thermique de l'affichage : Le chauffage local à proximité d'un guide d'ondes peut modifier le confort et la stabilité optique ; la densité de courant et la propagation de la chaleur doivent être examinées dès le début.

Une carte d'affichage AR doit-elle être traitée comme une carte de contrôle d'affichage normale ?

Non. La fonction électrique peut être similaire, mais l'optique proche de l'œil rend l'épaisseur de la carte, la position du connecteur, la courbure flexible et l'emplacement thermique beaucoup plus critiques que sur un contrôleur de panneau conventionnel.

Caméras, centrales inertielles et matériel de perception pour le suivi en réalité augmentée

Les systèmes de réalité augmentée peuvent utiliser des caméras pour la cartographie de l'environnement, le suivi des mains, la reconnaissance d'objets ou la localisation visuelle-inertielle. Les dispositifs de visualisation légers peuvent utiliser moins de capteurs, tandis que les systèmes de réalité augmentée spatiale peuvent prendre en charge plusieurs caméras simultanément.

• Modules de caméra : Les modules orientés vers l'extérieur doivent utiliser des systèmes contrôlés. fabrication de circuits imprimés pour appareils photo et les processus de connecteurs/flexibilité.
• Caméra FPC : Caméra FPC peut déplacer les capteurs vers des emplacements du châssis inaccessibles à la carte de circuit imprimé principale.
• IMU: Les axes de l'accéléromètre/gyroscope doivent correspondre au système de coordonnées optiques et au point de référence mécanique du casque.
• Synchronisation: Les horodatages de la caméra et de l'IMU doivent rester déterministes si la pile de suivi OEM dépend de la fusion visuelle-inertielle.
• Détection de profondeur ou de proximité : Les modules ToF ou de profondeur optionnels ajoutent des émetteurs, des contraintes de synchronisation et thermiques qui doivent être documentées séparément.

Calcul haute vitesse, mémoire et connectivité sans fil

Même les systèmes de réalité augmentée les plus légers peuvent combiner écrans haute vitesse, caméras et liaisons sans fil. L'architecture et le processeur doivent donc être conçus en tenant compte à la fois de la bande passante et des contraintes thermiques strictes d'un boîtier de type lunettes.

• Processeur/accélérateur : Les processeurs AR à pas fin peuvent nécessiter Fabrication de PCB HDI avec microvias et via-in-pad.
• Mémoire: LPDDR et le stockage devraient utiliser conception de circuits imprimés à grande vitesse règles et substitutions contrôlées des dispositifs.
• Wi-Fi: Les visionneuses sans fil peuvent transporter des images rendues à large bande passante ou des données de capteurs ; il convient donc de vérifier le comportement de l’antenne et le comportement thermique en conditions de trafic réel.
• Bluetooth: Les accessoires et les périphériques d'entrée peuvent utiliser une version publiée PCB Bluetooth architecture.
• USB-C : Les appareils de réalité augmentée connectés peuvent utiliser Connecteurs USB-C pour l'alimentation électrique, le transport de données à haut débit ou l'affichage.

Contraintes liées à la batterie, à la température et à l'équilibre du poids dans les casques de réalité augmentée

Les casques de réalité augmentée laissent peu de place aux surfaces chaudes ou aux modules lourds près du nez et des tempes. La densité de puissance du circuit imprimé influe directement sur le confort.

• Batterie distribuée : Les cellules peuvent être réparties sur les tempes ou déplacées vers un boîtier arrière/externe, modifiant ainsi les exigences en matière de câbles et de protection.
• Supervision de la batterie : La recharge et la protection peuvent suivre PCB de gestion de batterie exercices pour le pack sélectionné.
• Coprocesseurs basse consommation : Confier les tâches de capteurs et de suivi oculaire à des appareils moins gourmands en énergie permet de réduire le cycle de service du processeur principal.
• Chemin thermique : La chaleur du processeur, du PMIC et de l'écran doit être répartie dans les zones du cadre éloignées de la surface. techniques de gestion thermique des PCB et la structure d'enceinte libérée.
• Comportement en veille : La détection de présence et les états de veille de l'écran devraient être inclus dans les tests actuels, car on s'attend souvent à ce que les lunettes restent prêtes sans avoir à exécuter la totalité de la charge de calcul.

Contrôle du prototype à la production pour l'électronique AR distribuée

Les casques de réalité augmentée sont souvent conçus initialement sous forme de kits de développement avec des cartes séparées, avant d'être intégrés dans des composants électroniques personnalisés plus petits. La mise en production doit encadrer cette transition afin de préserver les principes optiques, radiofréquences et thermiques lors de la miniaturisation.

• Carte de développement personnalisée : Les interfaces du processeur, de la mémoire et de l'affichage doivent conserver les exigences électriques validées sur la plateforme de référence.
• Consolidation flexible : Le passage à des câbles rigides-flexibles peut réduire le nombre de connecteurs, mais les zones de courbure et les transitions d'impédance doivent être revalidées.
• Paquets à pas fin : Les versions miniaturisées peuvent comporter des composants WLCSP/0201 et des pièces correspondantes. Composant CMS 0201 commandes d'assemblage.
• Revalidation thermique : Un circuit imprimé plus petit peut concentrer la chaleur même lorsque le silicium reste inchangé.
• Gestion des variantes : Les variantes monoculaires/binoculaires, de suivi oculaire et radio régionales doivent utiliser des nomenclatures et des mappages de micrologiciel contrôlés.

Assemblage du casque de réalité augmentée, sous-ensembles optiques et inspection

Les composants électroniques de réalité augmentée peuvent être répartis sur plusieurs petites cartes et des câbles flexibles. Le contrôle de l'assemblage doit porter sur la géométrie des connecteurs, les contraintes de flexion et la traçabilité des modules avant le collage final des composants optiques.

• CMS à pas fin : Highleap peut fournir Assemblage de PCB pour les processeurs, la mémoire, les circuits intégrés de gestion de l'alimentation, les caméras et les périphériques sans fil.
• Approvisionnement contrôlé : Les moteurs d'affichage, les caméras, les processeurs et les radios doivent suivre. sourcing de composants les contrôles.
• Zone d'intérêt : AOI dans PCBA permet de vérifier les joints visibles et les connecteurs FPC avant la fermeture du cadre.
• Radiographie: Les boîtiers BGA/LGA peuvent être inspectés avec Inspection aux rayons X en fonction du risque lié au forfait et au plan qualité.
• Manipulation des modules optiques : Le voyageur doit préciser quels composants optiques sont installés après le refusion et quelles sont les restrictions de nettoyage applicables.

Données de test fonctionnel et de demande de devis pour la production de circuits imprimés de casques de réalité augmentée

Le test FCT au niveau de la carte doit garantir la fiabilité des interfaces électroniques tout en conservant l'étalonnage optique et spatial final comme des étapes distinctes au niveau du produit.

• Afficher: Vérifiez le motif de l'image, le canal gauche/droit le cas échéant et le réglage de la luminosité.
• Caméras/IMU : Vérifier l'énumération des modules, la capture d'image de base et la réponse d'orientation.
• Sans fil/avec câble : Vérifiez le fonctionnement des données et de l'alimentation via Wi-Fi/Bluetooth ou USB-C pour l'architecture publiée.
• Suivi oculaire : Si cette option est incluse, vérifiez l'éclairage NIR et la capture de la caméra dans le mode de test défini par le client.
• Point de contrôle thermique/courant : Exécutez la charge de travail AR définie et l'état de faible consommation.
• FCT : Highleap peut implémenter test fonctionel avec traçabilité sérielle.