AR 设备应用场景多元化，传感器朝高精度、低延时持续迭代

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）12月20日，2022卡塔尔世界杯比赛正式落下帷幕。但是因世界杯而再次激起水花的AR/VR行业进入新的发展阶段。IDC预测，2021年全球AR/VR总投资规模接近125.4亿美元，预计在2026年增至508.8亿美元，五年复合增长率达32.3%。其中，AR行业将随着疫情影响的降低，以及AR硬件市场韧性不断增强，整体AR硬件支出和增速都将有所恢复。
AR市场的持续增长，让产业链上下游再次成为关注对象，传感器作为关键元器件亦是如此。
在AR硬件中以AR眼镜为例，可以将其分为计算、 光学、传感三大功能模块。传感器包括光学传感器摄像头、IMU传感器、GPS等，负责跟踪定位功能、手势识别、姿态定位等。
IMU传感器 IMU（惯性测量单元）由加速度计和陀螺仪组成，能够便捷、快速地收集运动数据，这也是最明显的优势之一。在AR领域，IMU传感器的使用有利于增加虚拟/增强现实体验。由于AR设备比VR设备的体积更加小型化，也就意味着用于AR设备的IMU传感器需要有更高的集成度。
此外，AR设备的应用领域正在从娱乐向工业、医疗不断延伸，例如工业领域中利用AR设备协助进行巡检、运维等；在航空领域，可以用AR设备协助技术人员为飞机布线；医疗领域，用AR设备辅助诊疗等等。严苛的应用场景要求IMU传感器必须具备更高精度、高可靠性的特点。
博世作为业内MEMS传感器的龙头企业，面向可穿戴设备领域推出了多款产品.就在2018年，博世推出6轴IMU传感器BMI085，集成了一个加速度传感器和一个MEMS陀螺仪，封装尺寸为3.0x 4.5 x 0.95mm，专为AR/VR应用设计。低运动至光子延迟仅为3 ms，能够减少晕动病效应。
在2019年，博世针对可穿戴和耳穿戴设备优化，推出主打智能超低功耗的BMI270，拥有用于陀螺仪校准的静止组件重新校正（CRT）功能，LGA封装尺寸仅2.5 x 3.0 x 0.8 mm³，可用于动作识别、手势识别，全功率运行功耗仅为685μA。

图：博世BMI270

超声波传感器
相较于光学传感器和红外传感器，因为不受尺寸、颜色、环境噪音、光照等环境因素的影响，超声波传感器能够提供更加精确的距离测量。但是超声波传感器一直受限于尺寸过大很难在消费电子领域适用，小型化也就因此成为超声波传感器的迭代方向。
2019年，TDK推出了首款MEMS超声波ToF传感器，搭载了超声波传感器芯片，产品分别是CH-101（最大传感范围为1.2m），CH-201（最大传感范围为5m），采用3.5mm x 3.5mm LGA封装。官方介绍，尺寸是传统产品的千分之一，功耗是传统产品的1/500。
基于功耗和产品尺寸优势，CH-101和CH-201都能用于VR/AR设备中。例如在手柄中加入超声波ToF传感器可以带来更加精确的控制，提高游戏体验。
眼动追踪传感器
与VR一样，在AR应用场景中，面部追踪、眼动追踪等身体追踪功能必不可少，相对应的传感器发挥着至关重要的作用。其中，眼动追踪已经成为越来越多VR/AR厂商标配的功能，例如，今年9月HTC Vive为Vive Focus 3推出新配件——眼动追踪器。该产品配备红外照明器的双摄像头设置，眼动追踪器跟踪从用户的注视方向和原点到瞳孔大小再到睁眼程度的内容，可以带来更加沉浸式的体验。当然，作为配件，VIVE Focus 3 眼动追踪器的售价也不便宜，约为248.24 美元。
艾迈斯欧司朗表示，眼动追踪系统是利用红外光照射眼睛，再通过红外敏感摄像头传感器记录反射情况，最后经过特殊算法确定用户眼镜的注视方向和眼球动作。
目前，艾迈斯欧司朗已经推出了多款身体追踪传感器。在眼动追踪方面，同样推出包括红外LED、NIR增强小尺寸图像传感器等元器件组合。例如，高功率红外发射器SFH 4053，尺寸仅为 0.5x1.0x0.45mm³，发射波长可以达到850nm，光束角度为 +/- 70°。

图：艾迈斯欧司朗SFH 4053

小结 传感器的精确度、安全性，以及能否快速测出数据已经成为AR、VR行业发展的关键。从前两年的产品至今，明显可以看到传感器正朝着小型化、测距范围增加、精确度更高的方向迭代，并且随着需求的变化而不断发展。