小个头大技术，XR设备上的图像传感器

电子发烧友网报道（文/周凯扬）对于现如今的XR设备来说，图像传感器已经成了绕不过的设计话题。为了提供更好的交互体验，苹果的Vision Pro就搭载了丰富的传感器，共有14个摄像头，包括主摄像头、底部、侧面和红外摄像头等。那么在XR设备上，对图像传感器又有何种要求，我们以这几年发布的新品来分析一下。
 
小尺寸的全局快门图像传感器
 
即便是VR设备，在透视模式下也需要对外界图像进行捕捉。而在跟踪定位的应用中，传统图像传感器的卷帘快门时间过长带来的影响更大，更容易导致眩晕症状。因此，更适合捕捉运动图像的全局快门传感器，则成了不少VR设备追踪定位的首选。
 
以Pico Neo 3、Pico 4还有Meta的Quest为例，其设备都用到了豪威的OVM7251全局快门传感器，用于跟踪定位。OVM7251是一个1/7.5英寸的小靶面图像传感器，虽然分辨率最高只有30万（640x480），但其可以实现最高分辨率下120fps的视频记录。
 
在2022年底，豪威推出了OVM7251的继任者，OG0VE。OG0VE在做到比OVM7251封装小26%的同时，还将能效提高了50%。尽管光学尺寸和分辨率并没有发生变化，但如今的OG0VE可以支持到更高的全分辨率240fps传输，以VGA分辨率60fps传输时，功率更是低至34mW以下。
 
三星也在去年年底发布了一款用于XR设备的全局快门传感器ISOCELL Vizion 931。ISOCELL Vizion 931采用了常见的VGA分辨率1：1设计（640x640），从而以更小的尺寸（1/9英寸）方便设计者集成在XR设备中，用于虹膜识别、眼球最终以及面部和手势识别等视觉应用。
 
与此同时，ISOCELL Vizion 931还对光线转换效率进行了优化。得益于新的全沟槽隔离（FDTI）设计，该传感器提高了转换增益和量子效率的同时，还可以抑制暗电流，据三星公开的数据，该传感器可在850nm的波长下达到60%的量子效率，在全分辨率（41万像素）下可以做到180fps的输出。
 
全局快门技术虽然是各大图像传感器厂商最先进的技术储备之一，但目前尚不完善，在图像质量、成本等方面还是要逊色卷帘快门。所以XR设备的主摄往往不会用到全局快门传感器，在HMD和手柄上用到的全局快门传感器为了成本和小型化考虑，也往往是小尺寸的VGA传感器。
 
曲面传感器
 
在头戴式XR设备的设计中，最复杂的一环莫过于光学设计，不同的摄像头需要不同规格的镜片模组。在一些广角和鱼眼镜头中，光学模组的设计尤其高，因为针对平面的图像传感器必须加入额外的镜片来解决场曲的问题。
 
一家名为SILINA的法国初创公司则发布了可弯曲的图像传感器设计技术，相较传统的平面图像传感器，由于传感器本身的曲率，省去了校正镜头场曲的需要。如此一来光学设计人员可以在镜片模组中省去一到两个元素，或者更专注于提高整体的光学质量，而前者可以使得光学模组的尺寸进一步减小，进而促进XR设备本身的小型化。
 
当然了，作为一项全新的传感器技术，之所以还没普及至XR设备中，也逃不开新技术的几大典型限制。可靠性、良率和单件成本，都是SILINA这家厂商还在试图解决的问题。
 
未来的XR图像传感器展望
 
就目前的趋势来看，在Apple Vision等产品的推动下，XR设备上集成越来越多的摄像头已经不可避免。为了提供更好的成像质量和追踪精度，卷帘快门和全局快门传感器都不可少，但如何在小尺寸下实现更高的产品性能，才是每个传感器厂商需要考虑的问题。