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全球首款室外測距最長可達(dá)20米，為傳統(tǒng)產(chǎn)品5倍以上的CMOS圖像傳感器
有望在自動飛行無人機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域作為圖像傳感器和相機(jī)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用
凸版印刷株式會社（總公司：東京都文京區(qū)，代表取締役社長：麿秀晴，以下簡稱"凸版印刷"）與子公司株式會社Brookman Technology（總公司：靜岡縣濱松市，代表取締役社長：青山聰，以下簡稱"Brookman Technology"）共同開發(fā)出一款采用"混合型（hybrid）ToF（光飛行時間）法"（※1）的"三維距離圖像傳感器（以下簡稱"3D傳感器"）"。該款傳感器可實(shí)現(xiàn)在1～30米范圍內(nèi)的距離測量，是目前主流的"間接ToF法"3D傳感器測距范圍的5倍以上。自動飛行無人機(jī)或自動運(yùn)輸機(jī)器人等通過配備傳感器后，可避免與障礙物發(fā)生碰撞，有助于提升該類設(shè)備的可操作性和安全性。
此外，該款采用混合型ToF法的3D傳感器還配備了獨(dú)家的環(huán)境光噪聲消除功能，是全球首款（※2）可在相當(dāng)于盛夏白天光照強(qiáng)度達(dá)到10萬勒克斯（lux）環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)最長20米室外測距的CMOS圖像傳感器。
6月15日，在美國火奴魯魯召開的半導(dǎo)體技術(shù)國際會議"VLSI 國際研討會(全稱：2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits）"（主辦方：美國電氣與電子工程師協(xié)會，會期：6月13日至17日）上，由凸版印刷、Brookman Technology 和靜岡大學(xué)聯(lián)合發(fā)表了該項新型ToF 傳感器技術(shù)。
開發(fā)背景
近年來，隨著智能手機(jī)和游戲機(jī)功能的增強(qiáng)、工業(yè)自動駕駛機(jī)器人等的普及，3D傳感器市場有望進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)距離檢測原理的不同，3D傳感器存在幾種測距方式，而通過測量光線照射到被攝體并返回傳感器所需的時間來估算相機(jī)到被攝體距離的"ToF法"，則隨著近年技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步，以其小型化和低功耗等的特點(diǎn)而最先被智能手機(jī)所采用。
自動駕駛的機(jī)器人和無人機(jī)需要配備"環(huán)境映射"功能，才能檢測出幾十米開外的障礙物并從捕獲的圖像中掌握自身所處的位置，而目前主流的"間接ToF法"3D傳感器在戶外使用時，由于其缺乏足夠的"抗環(huán)境光"性能，因此阻礙了其進(jìn)一步的普及應(yīng)用。
凸版印刷將Brookman Technology納為子公司后，靈活發(fā)揮兩家公司的優(yōu)勢，全面推動新型3D傳感器的研發(fā)工作。通過改進(jìn)Brookman Technology專長的"短脈沖驅(qū)動方式"（※3），成功研發(fā)出了全新的混合型ToF技術(shù)，不但具備遠(yuǎn)距離測量和優(yōu)異的抗環(huán)境光性能，還實(shí)現(xiàn)了高速圖像捕獲和多臺同時驅(qū)動的功能。
本次開發(fā)的新型ToF傳感器的關(guān)鍵特性
1. 可實(shí)現(xiàn)30m遠(yuǎn)距離測量
通過采用混合型ToF驅(qū)動方式，可實(shí)現(xiàn)長達(dá)30米的遠(yuǎn)距離測量，約為現(xiàn)有機(jī)型的5倍。
2. 配備環(huán)境光噪聲消除功能，可在盛夏的室外進(jìn)行測量
傳感器的每個像素都配備了消除環(huán)境光成分的功能。因此，該傳感器可以消除環(huán)境光噪聲，即使是在盛夏白天光照強(qiáng)度達(dá)到10萬勒克斯的環(huán)境下，也能夠準(zhǔn)確測量距離。
3. 每秒120張的高速圖像捕獲功能
通過在一幀內(nèi)完成測距與消除環(huán)境光噪聲，確保不會發(fā)生成像模糊而導(dǎo)致"測量誤差"，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測距。因此，1秒內(nèi)最多可以捕獲120張距離圖像，大約是傳統(tǒng)機(jī)型的四倍多。
4. 最多可同時驅(qū)動256臺相機(jī)
采用獨(dú)家控制方式，可以像消除環(huán)境光一樣消除其他相機(jī)所發(fā)出的信號光。因此，可以同時驅(qū)動多臺相機(jī)而不產(chǎn)生干擾，最多可以同時驅(qū)動256臺相機(jī)。
今后的目標(biāo)
凸版印刷與Brookman Technology今后將致力于在自動駕駛機(jī)器人和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域普及新型ToF傳感器，給此類設(shè)備安裝上這雙可提升性能的全新"眼睛"，為實(shí)現(xiàn)更安全、更便捷的社會做出貢獻(xiàn)。目前，凸版印刷正在研發(fā)相應(yīng)的相機(jī)以搭載采用新型ToF法的距離傳感器，并計劃于2022年12月開始提供評估機(jī)型，在2023年秋季正式上市銷售。
凸版印刷預(yù)計在2025年度內(nèi)，實(shí)現(xiàn)包括新型ToF傳感器及搭載該類傳感器的相機(jī)、以及相關(guān)周邊訂單在內(nèi)的銷售額約70億日元的目標(biāo)。
關(guān)于Brookman Technology
Brookman Technology（原株式會社Brookman Lab）是由靜岡大學(xué)電子工學(xué)研究所的川人祥二教授基于在文部科學(xué)省"濱松地區(qū)智慧集群創(chuàng)業(yè)"項目中的研究成果，將民營企業(yè)的經(jīng)營管理經(jīng)驗與產(chǎn)品商業(yè)化技術(shù)相結(jié)合，于2006年2月成立的一家公司。此后，參與了多項CMOS集成電路、圖像傳感器、ToF傳感器的研發(fā)和設(shè)計工作。2021年3月，凸版印刷收購該公司94.6%的股份，將其納為旗下子公司。
關(guān)于凸版印刷
凸版印刷是一家在印刷、通信、安防、包裝、裝飾材料、電子和數(shù)字轉(zhuǎn)型領(lǐng)域提供綜合解決方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。我們的全球團(tuán)隊擁有超過50,000名員工，為各個行業(yè)的客戶提供由行業(yè)領(lǐng)先的專業(yè)知識和技術(shù)結(jié)合的最佳解決方案，以應(yīng)對企業(yè)和社會在當(dāng)今瞬息萬變的市場中所面臨的各種挑戰(zhàn)。
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※1 "混合型ToF法"是指通過靜岡大學(xué)川人祥二教授提出的ToF測量法，在采用相位差測距的"間接ToF法"的基礎(chǔ)上，結(jié)合了用時間差測距的"直接ToF法"的功能而產(chǎn)生的一項新型傳感技術(shù)。由于此項技術(shù)通過組合多個短時間窗口，即所謂的"多時間窗口技術(shù)"，來估算光的往返時間，因此與傳統(tǒng)的間接ToF法相比，具有在室外測距時不容易受到環(huán)境光噪聲影響的特性。
※2 作為不使用雪崩光電二極管而是采用傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的ToF傳感器，基于本公司針對現(xiàn)有技術(shù)論文及現(xiàn)有產(chǎn)品目錄調(diào)查得出的結(jié)果（截至2022年6月）。
※3 "短脈沖驅(qū)動方式"是指與持續(xù)發(fā)射連續(xù)波激光的"連續(xù)波法"不同，通過照射時間寬度極短的脈沖激光來進(jìn)行測距的驅(qū)動方式。
稿源：美通社
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