MEMS Ultrasonic Transducer Sensor: Fremme AR/VR-teknologifremgang

Augmented reality/virtuell virkelighet (AR/VR)-systemer blir i økende grad brukt på ulike felt, som underholdning, utdanning, helsetjenester og andre industrielle applikasjoner. Med disse teknologiene kan brukere simulere komplekse oppgaver eller kirurgiske operasjoner i et virtuelt rom. Sensing-teknologi lar brukere få en realistisk opplevelse i et virtuelt rom gjennom avansert og presis posisjons-/bevegelsesdeteksjon. Det nyeste AR / VR-systemet bruker time-of-flight (ToF) teknologi for å måle avstanden til et objekt, og ultralyds dybdemålingstransduser har tiltrukket seg stor oppmerksomhet.

Augmented reality/virtuell virkelighet (AR/VR)-systemer blir i økende grad brukt på ulike felt, som underholdning, utdanning, helsetjenester og andre industrielle applikasjoner. Med disse teknologiene kan brukere simulere komplekse oppgaver eller kirurgiske operasjoner i et virtuelt rom. Sensing-teknologi lar brukere få en realistisk opplevelse i et virtuelt rom gjennom avansert og presis posisjons-/bevegelsesdeteksjon. Det nyeste AR/VR-systemet bruker time-of-flight (ToF)-teknologi for å måle avstanden til et objekt, og ultralydsensorer har vakt stor oppmerksomhet.

Utfordringen med å gjøre AR/VR mer reell: Reduser størrelsen på ultralydsensorer
Med de forskjellige head-mounted display (HMD) AR/VR-hodesettene, begynner det å bli tilgjengelig til rimelige priser i 2016, det globale AR/VR-markedet har vokst betydelig, og innen 2025 vil markedsstørrelsen sannsynligvis overstige US $ 11 milliarder for 11 milliarder dollar (/VR-11 milliarder kroner) Related Markets', Fuji Camry General Research). AR / VR-systemer ble hovedsakelig brukt til underholdningsapplikasjoner som spill tidligere, men bruken av dem forventes å øke på andre områder, som montering, produksjon, transport, detaljhandel, utdanning og helsetjenester.
Globalt AR/VR-marked

Ved å bruke den nyeste modellen av AR / VR-system, kan brukere simulere komplekse kirurgiske operasjoner i det virtuelle rommet. En hodemontert skjerm med seks frihetsgrader (6-DoF1) og håndkontroll gjør denne applikasjonen mulig. På denne måten kan man oppnå en sømløs syntese mellom den menneskelige bevegelsen i det virtuelle rommet og den menneskelige bevegelsen i det faktiske rommet. Dette skyldes en sensorbasert teknologi kalt posisjonssporing 2, som bruker ToF-metoden for å måle avstanden til et objekt.

ToF ultrasonisk avstandstransduserteknologi måler avstanden til et objekt basert på tidsforskjellen mellom når lys, infrarøde eller ultralydbølger reflekteres fra objektet og returneres til sensoren. Enten det er optisk eller infrarød ToF-teknologi, selv om de er svært nøyaktige, kan de ikke brukes til måling i nærvær av hindringer, de er egnet for å måle avstanden fra glass eller andre gjennomsiktige gjenstander. Ultrasonic ToF-teknologi kan nøyaktig måle avstanden til objekter, selv om disse objektene har høy reflektivitet, og denne teknologien vil ikke bli påvirket av objektets lysforhold, størrelse og farge. Tradisjonelle ultrasoniske ToF-sensorer krever kompleks signalbehandling og er for store til å bygges inn i husholdningsapparater

ToF-løsning med ultrasmå MEMS-baserte sensorer
TDKs løsning på denne utfordringen er CH-101, som er en ny ultraliten ultrasonisk ToF-sensor, som kun er en tusendel av størrelsen på tradisjonelle ultralyd-ToF-sensorer. Som verdens første MEMS-baserte ultralydsensor. Det er et virkelig banebrytende produkt som kombinerer piezoelektriske mikromekaniske ultralydtransdusere (PMUT3) og energieffektiv DSP (digital signalbehandling) 4), laveffekt CMOS ASIC5 kombinert sammen i en liten pakke som kun måler 3,5 x 3,5 x 1,25 mm.

CH-101 kombinerer PMUT, høyeffektiv DSP (Digital Signal Processor) og laveffekts CMOS ASIC i en liten pakke som kun måler 3,5 x 3,5 x 1,25 mm. en. Flaggermus kan fly fritt i mørket uten å treffe objekter, fordi de oppdager objekters posisjon og relative hastighet ved å sende pulserende ultralydbølger og motta ekko fra objektene. Denne metoden kalles ekkolokalisering, og samme prinsipp brukes også for posisjonssporing av ultralydsensorer.

CH-101 har en innebygd PMUT som kan sende ut ultralydpulser og motta ekko fra objekter innenfor sensorens synsfelt. Kombinert med en rekke forskjellige signalbehandlinger, kan produktet brukes i en rekke applikasjoner, inkludert oppdage avstand og plassering av objekter, sanse tilstedeværelsen av objekter og unngå kollisjoner. I tillegg krever det svært lavt strømforbruk, som er hundre ganger lavere enn strømforbruket til tradisjonelle ultralydsensorer, og gir dermed utmerket miljøytelse.

Den eksisterende optiske ultralydsensoren basert på VR-system kombinerer en ekstern sensor med et kablet headset og en kontroller. Førstnevnte sender ut infrarøde stråler, og sistnevnte reagerer på infrarøde stråler for å lokalisere brukerens plassering. VR-systemet som bruker 200KHz ultralydsvinger lar brukere oppleve VR med bare et headset og en kontroller. CH-101 ultralydsensoren kan brukes for fokus pluss alt-i-ett, et uavhengig headset utviklet av HTC.

CH-101 ultralydsensoren støtter et maksimalt sensorområde på 100 cm, og det nye produktet CH-201, som settes i masseproduksjon i slutten av 2019, støtter et maksimalt sensorområde på 500 cm. På grunn av bruken av MEMS-teknologi har størrelsen på sensorene blitt enestående liten, vi forventer at de skal realisere en rekke applikasjoner, inkludert produkter i AR/VR-headset, smarte hjem, droner, roboter, smarttelefoner og bærbare enheter.

CH-101 er en MEMS-basert ultralydsensor. I motsetning til optiske ToF-sensorer, kan den nøyaktig måle avstanden til et objekt uten å bli påvirket av størrelsen, fargen og gjennomsiktigheten til objektet. I tillegg vil den ikke bli påvirket av miljøstøy, som støy og støy i miljøet rundt.