MEMS Ultrasonic Transducer Sensor: Främja AR/VR-teknikens framsteg

System med förstärkt verklighet/virtuell verklighet (AR/VR) används i allt större utsträckning inom olika områden, såsom underhållning, utbildning, hälsovård och andra industriella tillämpningar. Med dessa tekniker kan användare simulera komplexa uppgifter eller kirurgiska operationer i ett virtuellt utrymme. Sensing-teknik gör att användare kan få en realistisk upplevelse i ett virtuellt utrymme genom avancerad och exakt positionering/rörelsedetektion. Det senaste AR / VR-systemet använder time-of-flight (ToF)-teknologi för att mäta avståndet till ett objekt, och givare för ultraljudsmätning av djup har rönt stor uppmärksamhet.

System med förstärkt verklighet/virtuell verklighet (AR/VR) används i allt större utsträckning inom olika områden, såsom underhållning, utbildning, hälsovård och andra industriella tillämpningar. Med dessa tekniker kan användare simulera komplexa uppgifter eller kirurgiska operationer i ett virtuellt utrymme. Sensing-teknik gör att användare kan få en realistisk upplevelse i ett virtuellt utrymme genom avancerad och exakt positionering/rörelsedetektion. Det senaste AR/VR-systemet använder time-of-flight (ToF)-teknik för att mäta avståndet till ett objekt, och ultraljudssensorer har väckt stor uppmärksamhet.

Utmaningen att göra AR/VR mer verklig: minska storleken på ultraljudssensorer
Med de olika head-mounted display (HMD) AR/VR-headseten börjar de bli tillgängliga till överkomliga priser 2016, den globala AR/VR-marknaden har vuxit avsevärt, och år 2025 kommer marknadsstorleken sannolikt att överstiga 11 miljarder US$ för 11 miljarder US$ för 120 miljarder dollar Related Markets', Fuji Camry General Research). AR/VR-system användes främst för underhållningstillämpningar som spel tidigare, men deras användning förväntas öka inom andra områden, såsom montering, tillverkning, transport, detaljhandel, utbildning och hälsovård.
Global AR/VR-marknad

Med den senaste modellen av AR/VR-system kan användare simulera komplexa kirurgiska operationer i det virtuella rummet. En huvudmonterad display med sex frihetsgrader (6-DoF1) och handkontroll gör denna applikation möjlig. På så sätt kan en sömlös syntes mellan den mänskliga rörelsen i det virtuella rummet och den mänskliga rörelsen i det faktiska rummet uppnås. Detta beror på en sensorbaserad teknologi som kallas positionsspårning 2, som använder ToF-metoden för att mäta avståndet till ett objekt.

ToF ultraljudsavståndsgivares teknologi mäter avståndet till ett objekt baserat på tidsskillnaden mellan när ljus, infraröda eller ultraljudsvågor reflekteras från objektet och returneras till sensorn. Oavsett om det är optisk eller infraröd ToF-teknik, även om de är mycket exakta, kan de inte användas för mätning i närvaro av hinder, de är lämpliga för att mäta avståndet från glas eller andra genomskinliga föremål. Ultrasonic ToF-teknik kan noggrant mäta avståndet till objekt, även om dessa objekt har hög reflektionsförmåga, och denna teknik kommer inte att påverkas av objektets ljusförhållanden, storlek och färg. Traditionella ultraljuds-ToF-sensorer kräver komplex signalbehandling och är för stora för att bäddas in i hushållsapparater

ToF-lösning med ultrasmå MEMS-baserade sensorer
TDK:s lösning på denna utmaning är CH-101, som är en ny ultraliten ultraljuds ToF-sensor, som bara är en tusendel av storleken på traditionella ultraljuds ToF-sensorer. Som världens första MEMS-baserade ultraljudssensor. Det är en verkligt genombrottsprodukt som kombinerar piezoelektriska mikromekaniska ultraljudsgivare (PMUT3) och energieffektiv DSP (digital signalbehandling) 4), lågeffekts CMOS ASIC5 kombinerat i ett litet paket som endast mäter 3,5 x 3,5 x 1,25 mm.

CH-101 kombinerar PMUT, högeffektiv DSP (Digital Signal Processor) och lågeffekts CMOS ASIC i ett litet paket som endast mäter 3,5 x 3,5 x 1,25 mm. en. Fladdermöss kan flyga fritt i mörkret utan att träffa föremål, eftersom de upptäcker objektens position och relativa hastighet genom att skicka pulsade ultraljudsvågor och ta emot ekon från objekten. Denna metod kallas ekolokalisering, och samma princip används även för positionsspårning av ultraljudssensorer.

CH-101 har en inbyggd PMUT som kan avge ultraljudspulser och ta emot ekon från föremål inom sensorns synfält. I kombination med en mängd olika signalbehandlingar kan produkten användas i en mängd olika applikationer, inklusive detektering av avstånd och placering av föremål, avkänning av förekomsten av föremål och undvikande av kollisioner. Dessutom kräver den mycket låg strömförbrukning, vilket är hundra gånger lägre än strömförbrukningen för traditionella ultraljudssensorer, vilket ger utmärkt miljöprestanda.

Den befintliga optiska ultraljudssensorn baserad på VR-system kombinerar en extern sensor med ett trådbundet headset och en kontroller. Den förra avger infraröda strålar, och den senare reagerar på infraröda strålar för att lokalisera användarens plats. VR-systemet som använder en 200KHz ultraljudsgivare låter användare uppleva VR med bara ett headset och en kontroller. CH-101 ultraljudssensorn kan användas för fokus plus allt-i-ett, ett oberoende headset utvecklat av HTC.

CH-101 ultraljudssensorn stöder ett maximalt avkänningsområde på 100 cm, och den nya produkten CH-201, som kommer att sättas i massproduktion i slutet av 2019, stöder ett maximalt avkänningsområde på 500 cm. På grund av användningen av MEMS-teknik har storleken på sensorerna blivit oöverträffad liten, vi förväntar oss att de ska realisera en rad applikationer, inklusive produkter i AR/VR-headset, smarta hem, drönare, robotar, smarta telefoner och bärbara enheter.

CH-101 är en MEMS-baserad ultraljudssensor. Till skillnad från optiska ToF-sensorer kan den noggrant mäta avståndet till ett objekt utan att påverkas av objektets storlek, färg och transparens. Dessutom kommer den inte att påverkas av omgivningsbuller, såsom buller och buller i den omgivande miljön.