Toppan en Brookman Technology, Inc. hebben samengewerkt aan de toepassing van een hybride Time-of-Flight (ToF) methode om een driedimensionale afstandsbeeldsensor (3D-sensor) te ontwikkelen die afstanden van 1 tot 30 meter kan meten. De nieuwe sensor kan metingen verrichten over een bereik dat meer dan vijf keer groter is dan dat van 3D-sensoren die gebruik maken van de conventionele indirecte ToF-methode. Dit zal bijdragen tot een grotere operabiliteit en veiligheid voor autonome drones en robot carriers die zijn uitgerust met sensoren waarmee zij obstakels kunnen ontwijken.

De hybride ToF-sensor heeft ook een unieke functie voor het opheffen van omgevingslicht, waardoor het de eerste CMOS-beeldsensor ter wereld is die afstanden tot 20 meter kan meten onder omstandigheden met een verlichtingssterkte van 100.000 lux, wat overeenkomt met de helderheid midden op een zomerdag. De details van dit nieuwe type ToF-sensortechnologie werden op 15 juni door Toppan, Brookman Technology en Shizuoka University gepresenteerd op het 2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits (VLSI Symposium), een internationale conferentie over halfgeleider-gerelateerde technologieën die van 13 tot 17 juni in Honolulu, Hawaï, werd gehouden door het Institute of Electrical and Electronics Engineers. Verwacht wordt dat de markt voor 3D-sensoren zal groeien naarmate smartphones en spelconsoles geavanceerder worden en het gebruik van autonome robots in de industrie toeneemt.

Er bestaan verschillende soorten 3D-sensoren, die gebaseerd zijn op de verschillende principes die gebruikt worden om afstand te detecteren. ToF-sensoren schatten de afstand tot een voorwerp door te meten hoe lang het duurt voordat uitgezonden licht wordt teruggekaatst. Door de vooruitgang in de technologische ontwikkeling van de laatste jaren neemt het gebruik van ToF-sensoren voor smartphones en andere toestellen toe, dankzij hun compacte vormfactor en laag stroomverbruik.

Autonome robots en drones moeten een functie hebben voor het in kaart brengen van de omgeving, waarmee zij tientallen meters van tevoren hindernissen kunnen opsporen en hun eigen positie kunnen bepalen aan de hand van videobeelden. Het wijdverbreide gebruik van 3D-sensoren die gebruik maken van de conventionele indirecte ToF-methode is echter beperkt gebleven wegens onvoldoende tolerantie voor omgevingslicht bij gebruik buitenshuis. Nu Brookman Technology als dochteronderneming aan boord is gekomen, heeft Toppan de sterke punten van beide bedrijven kunnen benutten om de ontwikkeling van een nieuw type 3D-sensor te stimuleren.

Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van een hybride ToF technologie, die gebaseerd is op de verfijning van de unieke "short-pulse modulation" methode van Brookman Technology, en die metingen op grote afstand, uitstekende tolerantie voor omgevingslicht, beeldvorming met hoge snelheid, en gelijktijdig gebruik van meerdere camera's mogelijk maakt. Kenmerken van de nieuwe ToF sensor: Meting van afstanden tot 30 meter: Door het gebruik van een hybride ToF-methode is het mogelijk afstanden tot 30 meter te meten, ongeveer vijf keer verder dan bij conventionele modellen. Ruisonderdrukkingsfunctie om buitenmetingen in midzomerse omstandigheden te vergemakkelijken: Elke pixel is uitgerust met een functie om componenten van extern licht te elimineren.

Hierdoor wordt de ruis van het omgevingslicht verwijderd en is een nauwkeurige meting mogelijk, zelfs wanneer de verlichtingssterkte in het bereik van 100.000 lux ligt, wat overeenkomt met daglicht midden in de zomer. Snelle beeldvorming van 120 beelden per seconde: Afstanden kunnen gemeten worden zonder onscherpte, die fouten kan veroorzaken, omdat de meting en de eliminatie van de ruis van het omgevingslicht in één enkel beeld worden uitgevoerd. Hierdoor is het mogelijk om maximaal 120 afstandsbeelden per seconde te maken, ongeveer viermaal de capaciteit van bestaande modellen.

Gelijktijdige werking van maximaal 256 camera's: Een unieke besturingstechniek maakt het mogelijk de signalen die door andere camera's worden uitgezonden te annuleren door ze als omgevingslicht te behandelen. Dit betekent dat tot 256 camera's tegelijk kunnen worden bediend zonder interferentie tussen de camera's.