MEMS ultralydstransducersensor: Fremme AR/VR-teknologiens fremskridt

Augmented reality / virtual reality (AR / VR) systemer bliver i stigende grad brugt inden for forskellige områder, såsom underholdning, uddannelse, sundhedspleje og andre industrielle applikationer. Med disse teknologier kan brugere simulere komplekse opgaver eller kirurgiske operationer i et virtuelt rum. Sensing-teknologi giver brugerne mulighed for at opnå en realistisk oplevelse i et virtuelt rum gennem avanceret og præcis positions-/bevægelsesdetektion. Det nyeste AR/VR-system bruger time-of-flight (ToF) teknologi til at måle afstanden til et objekt, og ultralyds dybdemålingstransducer har tiltrukket sig stor opmærksomhed.

Augmented reality / virtual reality (AR / VR) systemer bliver i stigende grad brugt inden for forskellige områder, såsom underholdning, uddannelse, sundhedspleje og andre industrielle applikationer. Med disse teknologier kan brugere simulere komplekse opgaver eller kirurgiske operationer i et virtuelt rum. Sensing-teknologi giver brugerne mulighed for at opnå en realistisk oplevelse i et virtuelt rum gennem avanceret og præcis positions-/bevægelsesdetektion. Det nyeste AR/VR-system bruger time-of-flight (ToF) teknologi til at måle afstanden til et objekt, og ultralydssensorer har tiltrukket sig stor opmærksomhed.

Udfordringen med at gøre AR/VR mere reel: Reducer størrelsen af ultralydssensorer
Med de forskellige head-mounted display (HMD) AR/VR-headsets begynder det at være tilgængeligt til overkommelige priser i 2016, det globale AR/VR-marked er vokset betydeligt, og i 2025 vil markedsstørrelsen sandsynligvis overstige US $ 11 milliarder for 11 milliarder dollars Related Markets', Fuji Camry General Research). AR / VR-systemer blev hovedsageligt brugt til underholdningsapplikationer såsom spil i fortiden, men deres brug forventes at stige på andre områder, såsom montering, fremstilling, transport, detailhandel, uddannelse og sundhedspleje.
Globalt AR/VR-marked

Ved at bruge den nyeste model af AR/VR-system kan brugere simulere komplekse kirurgiske operationer i det virtuelle rum. Et hovedmonteret display med seks frihedsgrader (6-DoF1) og håndkontrol gør denne applikation mulig. På denne måde kan der opnås en sømløs syntese mellem den menneskelige bevægelse i det virtuelle rum og den menneskelige bevægelse i det faktiske rum. Dette skyldes en sensor-baseret teknologi kaldet position tracking 2, som bruger ToF-metoden til at måle afstanden til et objekt.

ToF ultralydsafstandstransducerteknologi måler afstanden til et objekt baseret på tidsforskellen mellem, hvornår lys, infrarøde eller ultralydsbølger reflekteres fra objektet og returneres til sensoren. Uanset om det er optisk eller infrarød ToF-teknologi, selvom de er meget nøjagtige, kan de ikke bruges til måling i nærvær af forhindringer, de er velegnede til at måle afstanden fra glas eller andre gennemsigtige genstande. Ultrasonic ToF-teknologi kan nøjagtigt måle afstanden til objekter, selvom disse objekter har høj reflektivitet, og denne teknologi vil ikke blive påvirket af objektets lysforhold, størrelse og farve. Traditionelle ultralyds ToF-sensorer kræver kompleks signalbehandling og er for store til at blive indlejret i husholdningsapparater

ToF-løsning med ultra-små MEMS-baserede sensorer
TDK's løsning på denne udfordring er CH-101, som er en ny ultra-lille ultralyds ToF-sensor, som kun er en tusindedel af størrelsen af ​​traditionelle ultralyds ToF-sensorer. Som verdens første MEMS-baserede ultralydssensor. Det er et sandt banebrydende produkt, der kombinerer piezoelektriske mikromekaniske ultralydstransducere (PMUT3) og energieffektiv DSP (digital signalbehandling) 4), laveffekt CMOS ASIC5 kombineret i en lille pakke, der kun måler 3,5 x 3,5 x 1,25 mm.

CH-101 kombinerer PMUT, højeffektiv DSP (Digital Signal Processor) og laveffekt CMOS ASIC i en lille pakke, der kun måler 3,5 x 3,5 x 1,25 mm. one.Flagermus kan flyve frit i mørke uden at ramme objekter, fordi de registrerer objekters position og relative hastighed ved at sende pulserende ultralydsbølger og modtage ekkoer fra objekterne. Denne metode kaldes ekkolokalisering, og samme princip bruges også til positionssporing af ultralydssensorer.

CH-101 har en indlejret PMUT, der kan udsende ultralydsimpulser og modtage ekko fra objekter inden for sensorens synsfelt. Kombineret med en række forskellige signalbehandlinger kan produktet bruges i en række forskellige applikationer, herunder registrering af afstand og placering af objekter, sansning af tilstedeværelsen af ​​objekter og undgåelse af kollisioner. Derudover kræver det et meget lavt strømforbrug, hvilket er hundrede gange lavere end strømforbruget for traditionelle ultralydssensorer, hvilket giver fremragende miljøpræstationer.

Den eksisterende optiske ultralydssensor baseret på VR-system kombinerer en ekstern sensor med et kablet headset og en controller. Førstnævnte udsender infrarøde stråler, og sidstnævnte reagerer på infrarøde stråler for at lokalisere brugerens placering. VR-systemet, der bruger en 200KHz ultralydstransducer, giver brugerne mulighed for at opleve VR med kun et headset og en controller. CH-101 ultralydssensoren kan bruges til fokus plus alt-i-en, et uafhængigt headset udviklet af HTC.

CH-101 ultralydssensoren understøtter et maksimalt føleområde på 100 cm, og det nye produkt CH-201, som sættes i masseproduktion i slutningen af ​​2019, understøtter et maksimalt føleområde på 500 cm. På grund af brugen af ​​MEMS-teknologi er størrelsen af ​​sensorerne blevet uhørt lille, vi forventer, at de realiserer en række applikationer, herunder produkter i AR/VR-headset, smarte hjem, droner, robotter, smartphones og bærbare enheder.

CH-101 er en MEMS-baseret ultralydssensor. I modsætning til optiske ToF-sensorer kan den nøjagtigt måle afstanden til et objekt uden at blive påvirket af objektets størrelse, farve og gennemsigtighed. Derudover vil den ikke blive påvirket af miljøstøj, såsom støj og støj i det omgivende miljø.