Датчик ультразвукового перетворювача MEMS: сприяйте прогресу технологій AR / VR

Системи доповненої реальності/віртуальної реальності (AR/VR) все частіше використовуються в різних сферах, таких як розваги, освіта, охорона здоров’я та інші промислові програми. За допомогою цих технологій користувачі можуть симулювати складні завдання або хірургічні операції у віртуальному просторі. Технологія зондування дозволяє користувачам отримати реалістичний досвід у віртуальному просторі за допомогою вдосконаленого й точного позиціонування/виявлення руху. Остання система AR/VR використовує технологію часу прольоту (ToF) для вимірювання відстані до об’єкта, а ультразвуковий датчик глибини привернув велику увагу.

Системи доповненої реальності/віртуальної реальності (AR/VR) все частіше використовуються в різних сферах, таких як розваги, освіта, охорона здоров’я та інші промислові програми. За допомогою цих технологій користувачі можуть симулювати складні завдання або хірургічні операції у віртуальному просторі. Технологія зондування дозволяє користувачам отримати реалістичний досвід у віртуальному просторі за допомогою вдосконаленого й точного позиціонування/виявлення руху. Остання система AR/VR використовує технологію часу польоту (ToF) для вимірювання відстані до об’єкта, а ультразвукові датчики привернули велику увагу.

Завдання зробити AR / VR більш реальними: зменшіть розмір ультразвукових датчиків.
З різними гарнітурами AR / VR на головному дисплеї (HMD) вони починають бути доступними за доступними цінами в 2016 році, глобальний ринок AR / VR значно виріс, і до 2025 року розмір ринку, ймовірно, перевищить 11 мільярдів доларів США (Джерело: 'Future Prospects for 2017 AR' / VR Related Markets', Fuji Camry General Research). Раніше системи AR/VR в основному використовувалися для розважальних додатків, таких як ігри, але очікується, що їх використання збільшиться в інших сферах, таких як складання, виробництво, транспорт, роздрібна торгівля, освіта та охорона здоров’я.
Глобальний ринок AR/VR

Використовуючи останню модель системи AR/VR, користувачі можуть симулювати складні хірургічні операції у віртуальному просторі. Накладний дисплей із шістьма ступенями свободи (6-DoF1) і ручний контролер роблять це застосування можливим. Таким чином можна досягти бездоганного синтезу між рухом людини у віртуальному просторі та рухом людини в реальному просторі. Це пов’язано з технологією на основі датчиків під назвою відстеження позиції 2, яка використовує метод ToF для вимірювання відстані до об’єкта.

Технологія ультразвукового датчика відстані ToF вимірює відстань до об’єкта на основі різниці в часі між моментом, коли світлові, інфрачервоні чи ультразвукові хвилі відбиваються від об’єкта та повертаються до датчика. Незалежно від того, чи це оптична чи інфрачервона технологія ToF, хоча вони дуже точні, їх не можна використовувати для вимірювання за наявності перешкод, вони підходять для вимірювання відстані від скла чи інших прозорих об’єктів. Ультразвукова технологія ToF може точно вимірювати відстань до об’єктів, навіть якщо ці об’єкти мають високу відбивну здатність, і на цю технологію не впливатимуть умови освітлення, розмір і колір об’єкта. Традиційні ультразвукові датчики ToF вимагають складної обробки сигналів і занадто великі для вбудовування в побутову техніку

Рішення ToF із ультрамаленькими датчиками на основі MEMS
Рішення TDK для цієї проблеми — це CH-101, який є новим ультрамалим ультразвуковим датчиком ToF, розмір якого становить лише одну тисячну частину традиційних ультразвукових датчиків ToF. Як перший у світі ультразвуковий датчик на основі MEMS. Це справді революційний продукт, який поєднує в собі п’єзоелектричні мікромеханічні ультразвукові перетворювачі (PMUT3) та енергоефективну DSP (цифрову обробку сигналу) 4), малопотужну CMOS ASIC5, об’єднану разом у невеликому корпусі розміром лише 3,5 x 3,5 x 1,25 мм.

CH-101 поєднує в собі PMUT, високоефективний DSP (процесор цифрових сигналів) і малопотужну CMOS ASIC у невеликому корпусі розміром лише 3,5 x 3,5 x 1,25 мм. один. Кажани можуть вільно літати в темряві, не вдаряючись об об’єкти, оскільки вони визначають положення та відносну швидкість об’єктів, посилаючи імпульсні ультразвукові хвилі та отримуючи відлуння від об’єктів. Цей метод називається ехолокацією, і той самий принцип використовується для відстеження положення ультразвукових датчиків.

CH-101 має вбудований PMUT, який може випромінювати ультразвукові імпульси та приймати відлуння від об’єктів у полі зору датчика. У поєднанні з різноманітною обробкою сигналів продукт можна використовувати в різноманітних програмах, включаючи визначення відстані та розташування об’єктів, визначення присутності об’єктів та уникнення зіткнень. Крім того, він вимагає дуже низького енергоспоживання, яке в сто разів нижче, ніж споживання електроенергії традиційними ультразвуковими датчиками, що забезпечує чудові екологічні показники.

Існуючий оптичний ультразвуковий датчик на основі системи VR поєднує зовнішній датчик із дротовою гарнітурою та контролером. Перший випромінює інфрачервоні промені, а другий реагує на інфрачервоні промені, щоб визначити місцезнаходження користувача. Система віртуальної реальності, яка використовує ультразвуковий перетворювач 200 кГц, дозволяє користувачам відчувати віртуальну реальність лише за допомогою гарнітури та контролера. Ультразвуковий датчик CH-101 можна використовувати для фокусування та моноблоку, незалежної гарнітури, розробленої HTC.

Ультразвуковий датчик CH-101 підтримує максимальну дальність чутливості 100 см, а новий продукт CH-201, який буде запущений у масове виробництво наприкінці 2019 року, підтримує максимальну дальність чутливості 500 см. Завдяки використанню технології MEMS розмір датчиків став безпрецедентно малим, ми очікуємо, що вони реалізують ряд застосувань, включаючи продукти в гарнітурах AR / VR, розумних будинках, дронах, роботах, смартфонах і носимих пристроях.

CH-101 — це ультразвуковий датчик на основі MEMS. На відміну від оптичних датчиків ToF, він може точно вимірювати відстань до об’єкта, не залежачи від розміру, кольору та прозорості об’єкта. Крім того, на нього не впливатимуть шуми навколишнього середовища, такі як шум і шум у навколишньому середовищі.