MEMS-ultraäänianturi: Edistä AR-/VR-tekniikan kehitystä

Lisätyn todellisuuden / virtuaalitodellisuuden (AR / VR) järjestelmiä käytetään yhä enemmän eri aloilla, kuten viihteessä, koulutuksessa, terveydenhuollossa ja muissa teollisissa sovelluksissa. Näiden tekniikoiden avulla käyttäjät voivat simuloida monimutkaisia ​​tehtäviä tai kirurgisia operaatioita virtuaalitilassa. Tunnistustekniikan avulla käyttäjät voivat saada realistisen kokemuksen virtuaalitilassa edistyneen ja tarkan paikannus-/liiketunnistuksen avulla. Uusin AR / VR-järjestelmä käyttää lentoaikatekniikkaa (ToF) etäisyyden mittaamiseen kohteeseen, ja ultraääni syvyysmittausanturi on herättänyt suurta huomiota.

Lisätyn todellisuuden / virtuaalitodellisuuden (AR / VR) järjestelmiä käytetään yhä enemmän eri aloilla, kuten viihteessä, koulutuksessa, terveydenhuollossa ja muissa teollisissa sovelluksissa. Näiden tekniikoiden avulla käyttäjät voivat simuloida monimutkaisia ​​tehtäviä tai kirurgisia operaatioita virtuaalitilassa. Tunnistustekniikan avulla käyttäjät voivat saada realistisen kokemuksen virtuaalitilassa edistyneen ja tarkan paikannus-/liiketunnistuksen avulla. Uusin AR/VR-järjestelmä käyttää lentoaikatekniikkaa (ToF) mittaamaan etäisyyttä kohteeseen, ja ultraäänianturit ovat herättäneet suurta huomiota.

Haaste tehdä AR/VR:stä todellisempaa: pienennä ultraääniantureiden kokoa
Eri head-mounted display (HMD) AR/VR-kuulokkeet alkavat olla saatavilla kohtuuhintaan vuonna 2016, maailmanlaajuiset AR/VR-markkinat ovat kasvaneet huomattavasti, ja vuoteen 2025 mennessä markkinoiden koko todennäköisesti ylittää 11 miljardia US$ VR' /ARFuture (Lähde: Pro07s for VR2 Related Markets', Fuji Camry General Research). AR/VR-järjestelmiä käytettiin aiemmin pääasiassa viihdesovelluksissa, kuten peleissä, mutta niiden käytön odotetaan lisääntyvän muilla aloilla, kuten kokoonpanossa, valmistuksessa, kuljetuksissa, vähittäiskaupassa, koulutuksessa ja terveydenhuollossa.
Globaalit AR/VR-markkinat

AR/VR-järjestelmän uusinta mallia käyttämällä käyttäjät voivat simuloida monimutkaisia ​​kirurgisia operaatioita virtuaalitilassa. Kuuden vapausasteen (6-DoF1) päähän kiinnitettävä näyttö ja käsiohjain mahdollistavat tämän sovelluksen. Tällä tavoin voidaan saavuttaa saumaton synteesi ihmisen liikkeen virtuaalitilassa ja ihmisen liikkeen välillä todellisessa tilassa. Tämä johtuu anturipohjaisesta tekniikasta nimeltä position tracking 2, joka käyttää ToF-menetelmää mittaamaan etäisyyttä kohteeseen.

ToF-ultraäänietäisyysanturitekniikka mittaa etäisyyden kohteeseen perustuen aikaeroon sen välillä, kun valo-, infrapuna- tai ultraääniaalto heijastuu kohteesta ja palautetaan anturiin. Olipa kyseessä optinen tai infrapuna ToF-tekniikka, vaikka ne ovat erittäin tarkkoja, niitä ei voi käyttää mittaamiseen esteiden läsnä ollessa, ne soveltuvat etäisyyden mittaamiseen lasista tai muista läpinäkyvistä esineistä. Ultrasonic ToF -tekniikka voi mitata tarkasti etäisyyden esineisiin, vaikka näillä kohteilla olisi korkea heijastavuus, eivätkä kohteen valaistusolosuhteet, koko ja väri vaikuta tähän tekniikkaan. Perinteiset ultraääni-ToF-anturit vaativat monimutkaista signaalinkäsittelyä ja ovat liian suuria upotettavaksi kodinkoneisiin

ToF-ratkaisu ultrapienillä MEMS-pohjaisilla antureilla
TDK:n ratkaisu tähän haasteeseen on CH-101, joka on uusi ultrapieni ultraääni-ToF-anturi, joka on vain tuhannesosa perinteisistä ultraääni-ToF-antureista. Maailman ensimmäinen MEMS-pohjainen ultraäänianturi. Se on todella läpimurtotuote, jossa yhdistyvät pietsosähköiset mikromekaaniset ultraäänimuuntimet (PMUT3) ja energiatehokas DSP (digitaalinen signaalinkäsittely) 4, pienitehoinen CMOS ASIC5 yhdistettynä pieneen pakkaukseen, jonka mitat ovat vain 3,5 x 3,5 x 1,25 mm.

CH-101 yhdistää PMUT:n, tehokkaan DSP:n (digitaalinen signaaliprosessori) ja pienitehoisen CMOS ASICin pienessä pakkauksessa, jonka mitat ovat vain 3,5 x 3,5 x 1,25 mm. yksi.Lepakkot voivat lentää vapaasti pimeässä osumatta esineisiin, koska ne havaitsevat esineiden sijainnin ja suhteellisen nopeuden lähettämällä pulssi-ultraääniaaltoja ja vastaanottamalla kaikuja esineistä. Tätä menetelmää kutsutaan kaikulokaatioksi, ja samaa periaatetta käytetään myös ultraääniantureiden sijainnin seurantaan.

CH-101:ssä on sisäänrakennettu PMUT, joka voi lähettää ultraäänipulsseja ja vastaanottaa kaikuja anturin näkökentässä olevista kohteista. Yhdistettynä useisiin erilaisiin signaalinkäsittelyihin, tuotetta voidaan käyttää monissa sovelluksissa, mukaan lukien kohteiden etäisyyden ja sijainnin havaitseminen, esineiden läsnäolon tunnistaminen ja törmäysten välttäminen. Lisäksi se vaatii erittäin alhaisen virrankulutuksen, joka on sata kertaa pienempi kuin perinteisten ultraääniantureiden virrankulutus, mikä takaa erinomaisen ympäristönsuojelun.

Nykyinen VR-järjestelmään perustuva optinen ultraäänianturi yhdistää ulkoisen anturin langalliseen kuulokemikrofoniin ja ohjaimeen. Edellinen lähettää infrapunasäteitä, ja jälkimmäinen reagoi infrapunasäteisiin käyttäjän sijainnin paikantamiseksi. VR-järjestelmä, joka käyttää 200 kHz:n ultraäänianturia, mahdollistaa VR-kokemuksen pelkällä kuulokemikrofonilla ja ohjaimella. CH-101-ultraäänianturia voidaan käyttää tarkentamiseen sekä all-in-one-kuulokkeisiin, jotka ovat HTC:n kehittämät riippumattomat kuulokkeet.

CH-101-ultraäänianturi tukee 100 cm:n maksimitunnistusaluetta ja vuoden 2019 lopussa massatuotantoon tuleva CH-201-tuote tukee 500 cm:n maksimitunnistusaluetta. MEMS-teknologian käytön vuoksi anturien koosta on tullut ennennäkemättömän pieni, odotamme niiden toteuttavan sarjan sovelluksia, mukaan lukien tuotteet AR / VR-kuulokkeissa, älykodeissa, droneissa, roboteissa, älypuhelimissa ja puettavissa laitteissa.

CH-101 on MEMS-pohjainen ultraäänianturi. Toisin kuin optiset ToF-anturit, se voi mitata tarkasti etäisyyden kohteeseen ilman, että kohteen koko, väri ja läpinäkyvyys vaikuta siihen. Lisäksi siihen ei vaikuta ympäristömelu, kuten melu ja ympäristön melu.