Fabrication de circuits imprimés pour écrans montés sur la tête destinés aux casques de réalité virtuelle industriels et aux systèmes d'affichage portables

La carte électronique d'un casque de réalité virtuelle est le cœur électronique des écrans monoculaires industriels, des dispositifs de réalité augmentée portables, des casques de réalité virtuelle et des visionneuses compactes de proximité. Elle peut intégrer un micro-écran, un processeur d'application, de la mémoire, une caméra, le Wi-Fi/Bluetooth, une centrale inertielle (IMU), des microphones, un haut-parleur, un port USB-C et une batterie, tout en acheminant les signaux via un bras articulé, un module de tempe ou un bandeau. Contrairement à un contrôleur d'écran de bureau, l'électronique d'un casque de réalité virtuelle doit être suffisamment légère pour être portée sur la tête, mécaniquement équilibrée et capable de résister à des mouvements continus.

Highleap Electronics fabrique des cartes mères pour casques de réalité virtuelle (HMD), des cartes d'interface d'affichage, des circuits flexibles pour caméras et des cartes électroniques associées, conçues sur mesure. La production est axée sur les liaisons écran/caméra à haut débit, les conceptions compactes HDI ou rigides-flexibles, la coexistence RF, la gestion thermique et la répétabilité des interfaces optiques et mécaniques. La géométrie finale de la zone de confort visuel, la sécurité optique, le confort de l'utilisateur et la conformité du produit restent du ressort du fabricant d'équipement d'origine (OEM) pour l'ensemble du programme relatif aux casques.

Classes de produits d'affichage tête haute et partitionnement des circuits imprimés

Les casques de réalité virtuelle utilisent différentes architectures, chacune exploitant une partition de carte différente. L'électronique doit être définie par le système optique et le cas d'utilisation, et non par le seul boîtier.

• Casque de réalité virtuelle monoculaire industriel : Utilise un petit écran placé près des yeux, sur le côté du champ de vision de l'utilisateur, pour afficher les instructions de travail, l'assistance à distance ou les données d'inspection.
• Écran binoculaire portable : Utilise deux canaux optiques ou un module optique unique plus large et nécessite généralement une bande passante d'affichage plus importante et une synchronisation plus précise.
• Casque de réalité assistée : Présente des informations sans remplacer totalement la vision de l'environnement réel par l'utilisateur ; les produits industriels robustes peuvent combiner caméra, commande vocale et optique lisible en extérieur.
• Module d'affichage monté sur casque : Les supports permettent de monter des composants électroniques sur un casque de sécurité ou un casque tactique et utilisent souvent des cartes mères, des cartes flexibles et des cartes optiques séparées.
• Visionneuse connectée : Déplace la majeure partie des calculs vers un téléphone, un PC ou un boîtier externe, permettant ainsi à la carte portée sur la tête de se concentrer sur l'affichage, les capteurs, les E/S USB/haut débit et la conversion d'énergie.
• Ordinateur portable autonome : Intègre processeur, mémoire, stockage, connectivité sans fil et batterie sur la tête, augmentant ainsi la densité thermique et énergétique.

Pourquoi le processeur principal et le module optique doivent-ils être séparés dans certains casques de réalité virtuelle ?

La séparation du processeur et du bloc optique permet d'améliorer la répartition du poids et la facilité de maintenance. Une petite carte flexible ou d'affichage peut rester alignée avec le bloc optique, tandis que le processeur et la batterie, plus chauds, sont placés dans une zone offrant une meilleure dissipation de la chaleur.

Micro-écran, caméra et routage de signaux à haut débit

Un casque de réalité virtuelle peut comporter plusieurs interfaces sensibles aux pertes, aux distorsions et aux transitions de connecteurs. L'empilement et l'interconnexion doivent être considérés comme faisant partie du canal d'affichage/caméra et non comme un circuit imprimé multicouche générique.

• Interface micro-écran : Les technologies d'affichage OLED, LCoS ou autres peuvent utiliser des interfaces MIPI, RGB, LVDS ou propriétaires. Highleap peut assembler l'interface en utilisant PCB d'affichage contrôles de fabrication.
• Trajectoire de la caméra : Les casques de réalité virtuelle pour l'assistance ou l'inspection à distance intègrent souvent une caméra haute résolution. Le module caméra peut se connecter via caméra FPC ou un conseil d'administration dédié.
• Routage à haut débit : Les canaux d'affichage, de caméra, USB et de mémoire doivent suivre PCB haute vitesse et les exigences en matière d'impédance contrôlée.
• USB-C : Les visionneuses connectées ou les ports de service peuvent utiliser Connecteurs USB-C pour les fonctions d'alimentation, de données ou d'affichage en mode alternatif.
• Transitions de connecteurs : Les connecteurs carte à carte et FPC doivent préserver les plans de référence et éviter les longs tronçons sur les liaisons sensibles.

Qu’est-ce qui détermine si un casque de réalité virtuelle a besoin d’une interface HDI ?

Le pas du boîtier du processeur, le nombre de voies de la caméra/de l'écran, la largeur de la carte et la densité des connecteurs sont les principaux facteurs. Un processeur BGA compact doté de plusieurs interfaces haut débit peut justifier l'utilisation de microvias, même si le casque est globalement volumineux.

IMU, suivi de la tête et fusion de capteurs

Les casques de réalité virtuelle utilisent généralement des accéléromètres et des gyroscopes pour l'orientation, la gestion du cycle veille/sommeil et la stabilisation des mouvements. Les modèles plus avancés intègrent des magnétomètres, des baromètres, des capteurs de proximité ou des caméras pour le suivi spatial. Lorsque le casque repose sur un système de suivi externe, l'électronique de la station de base de suivi VR nécessite une analyse spécifique des références temporelles, des composants optiques ou infrarouges et des interfaces de synchronisation.

• Orientation de l'IMU : Les axes des capteurs doivent être liés au système de coordonnées optiques et mécaniques afin que le firmware interprète correctement les mouvements de la tête.
• Chemin de données à faible latence : Les données de mouvement doivent parvenir au processeur sans contention de bus ni bruit d'horloge évitables.
• Synchronisation caméra/IMU : Le suivi visuel-inertiel dépend d'une synchronisation déterministe entre les images et les échantillons de mouvement.
• Intégrité du circuit imprimé de fusion du capteur : Le routage des capteurs et processeurs à haute vitesse peut être examiné à l'aide des principes suivants : vérification de circuit imprimé par fusion de capteurs à haute vitesse le cas échéant.
• Environnement magnétique : Si un magnétomètre est utilisé, les aimants des haut-parleurs, les actionneurs haptiques et les supports métalliques doivent être inclus dans l'environnement d'étalonnage.

Matériel de connectivité sans fil, audio et commande vocale

Les casques de réalité virtuelle industriels combinent souvent Wi-Fi et Bluetooth avec des microphones et un haut-parleur. Les sous-systèmes radio et acoustiques doivent coexister avec les horloges d'affichage et le bruit de commutation du processeur dans un boîtier très compact.

• Wi-Fi: La diffusion vidéo en continu et la collaboration à distance peuvent générer une charge radio et processeur soutenue ; il convient donc de valider conjointement l'emplacement de l'antenne et son état thermique.
• Bluetooth: Les accessoires et les liaisons audio peuvent utiliser une version publiée PCB Bluetooth architecture avec zones d'exclusion contrôlées.
• Disposition RF : Les alimentations d'antenne, l'adaptation et le blindage peuvent suivre solution sans fil et RF pratiques de fabrication.
• Réseau de microphones : Les produits à commande vocale peuvent utiliser plusieurs microphones numériques ; l’emplacement des ports et les membranes acoustiques doivent être préservés lors de l’assemblage du boîtier.
• Sortie haut-parleur: Le circuit de l'amplificateur et du haut-parleur doit être placé autant que possible à l'écart des zones sensibles RF/IMU.

Conception HDI, rigide-flexible et thermique pour les appareils électroniques portés sur la tête

Le poids et l'épaisseur du boîtier font de l'architecture du circuit imprimé un élément essentiel du confort de la réalité virtuelle. Une carte rigide classique peut convenir à un monoculaire robuste, tandis que les conceptions compactes ou incurvées tirent souvent profit de l'interface HDI et d'interconnexions flexibles.

• Carte mère HDI : Fabrication de PCB HDI peut prendre en charge les processeurs à pas fin, la mémoire et les champs de connecteurs denses.
• Rigide-flexible : PCB rigide-flex peut acheminer les signaux à travers les bras de temple ou les ensembles de perche avec moins de connecteurs de câble.
• Les lunettes intelligentes sont flexibles : Les branches optiques minces peuvent utiliser la même discipline de processus appliquée à Circuit imprimé flexible dans les lunettes intelligentes.
• Diffusion thermique : La chaleur du processeur, du PMIC et de la radio doit être éloignée de la peau et des surfaces optiques à l'aide de chemins de cuivre et de boîtier définis.
• Emplacement de la batterie : L'équilibrage du casque peut permettre de placer la batterie à l'arrière ou dans un boîtier externe, ce qui modifie les exigences en matière de câbles et de distribution d'énergie.

Assemblage, programmation et inspection des cartes de circuits imprimés pour casques de réalité virtuelle

Les dispositifs de vision de près sont souvent difficiles à retravailler après l'installation des modules optiques et des circuits flexibles. Le processus de production doit inclure la programmation et le contrôle au niveau de la carte avant l'alignement optique final.

• Assemblage 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 dispositifs RF.
• Sourcing des composants : Les modules d'affichage, les caméras, la mémoire et les radios doivent suivre un contrôle sourcing de composants règles.
• Zone d'intérêt : AOI dans PCBA permet d'inspecter les connecteurs, les petits composants passifs et l'orientation des dispositifs avant la fermeture de l'empilement mécanique.
• Radiographie: Les joints cachés BGA/LGA peuvent être vérifiés avec Inspection aux rayons X si nécessaire.
• Programmation: Le chargeur de démarrage, l'image système, les données d'étalonnage et l'identifiant série doivent rester liés à la révision exacte du circuit imprimé/nomenclature.

Dossier de test fonctionnel et de demande de devis pour une carte de circuit imprimé d'affichage tête haute

La réception en usine doit dissocier les fonctions électroniques de l'alignement optique final. La carte peut être validée pour les données d'affichage, la capture vidéo, les capteurs, la radio et le courant avant l'assemblage complet du casque de réalité virtuelle sur le bloc optique.

• Modèle d'affichage : Vérifier la génération d'image, le contrôle de la luminosité et la stabilité de l'interface.
• Caméra: Confirmer la capture, la mise au point automatique ou les fonctions du mode test approuvées.
• IMU: Vérifier l'identité du capteur et sa réponse d'orientation.
• Sans fil/audio : Vérifiez les connexions Wi-Fi/Bluetooth et microphone/haut-parleur lorsqu'elles sont présentes.
• Puissance: Mesure des états de courant actifs et de faible puissance définis.
• FCT : Highleap peut implémenter des solutions définies par le client. test fonctionel avec un micrologiciel programmé et des résultats traçables.

Les programmes de produits connexes peuvent inclure des cartes de circuits imprimés pour casques de réalité augmentée monoculaires industriels, des cartes d'affichage montées sur casque, des casques de réalité assistée, des modules caméra/affichage portables et des ensembles flexibles pour lunettes intelligentes, chacun étant commercialisé avec sa propre configuration optique et mécanique.