ON Semiconductorのセンサーは機械にとって目を見張るものがある

単一カメラ設計で、さまざまな解像度比とピクセルアーキテクチャをサポートできます。

イメージセンサーは、デジタルカメラなどのさまざまな家電製品に広く応用されています。 ビデオ カメラや携帯電話など、さまざまな分野で画像センサーが重要な役割を果たしています。実際、画像センサーはマシンビジョンなどのさまざまな専門的なアプリケーションでも重要な役割を果たしています。 安全、高度道路交通システム（ITS）、放送、医療、科学などの分野で使用されています。

半導体処理技術の向上に伴い、単位面積当たりの回路数が増加し、イメージセンサーの解像度比と効率が向上しました。CMOSセンサーは、消費電力が低く、価格が安いという利点があるため、カメラにますます採用されるようになっています。しかし、CMOSカメラを使用して動画を撮影する場合、高速で移動する物体や特定の周波数の動きに遭遇すると、物体の歪みが発生し、動画像がゼリーのように揺れます (ゼリー効果と呼ばれます)。その原因は、ローリング シャッターの使用にあります。

デジタルカメラのシャッターは、電子信号を使って感光モジュールを制御し、ラインごとに感光を行うセンサーによって制御されており、ローリングシャッターと呼ばれます。段階的な露出モデルの使用により、露出のプロセスに時間差が生じます。動きの速いものを撮影する場合、上端の画像が下端の画像よりも先に表示されるなど、時間差が生じます。

この問題を解決するために、グローバルシャッターが適切なタイミングで登場します。このシャッターは、時間差なしで同時にすべての感光ユニットを制御できるためです。感作領域全体を一度に露光します。したがって、グローバルシャッターはゼリー効果を向上させる技術になります 。しかし、グローバル露光後に生成されるデータサイズが大きくなるため、その後の撮影を同時に管理するためにはより高速な演算速度が必要となるため、コストも増加します。

ON Semiconductorが発売したXGS 12000、XGS 9400、XGS 8000、XGS 5000などのグローバルシャッターCMOSイメージセンサーシリーズは、高解像度で高性能なグローバルシャッター画像キャプチャ機能を備えています。このシリーズは、1インチの光学フォーマットで5.3、8.8、9.4、12.6メガピクセルを含むさまざまな解像度比を単一パッケージでサポートできます。21 mm × 20 mmのパッケージを採用したXGSシリーズは、29 mm × 29 mmのカメラ フォーマットに統合するのに特に適しています。高速12ビット出力を使用し、USB 3.2、Thunderbolt™ 2、10 GigEなどのポートを最大限に活用します。

画像データは、ADCアーキテクチャの 列 を介して読み取ることができ、送信はHiSPiポートを介して行われます。オンチップロジックは、シリアルインターフェイスを介してプログラミングを実行し、統合および 読み出し 制御のための内部タイミングシーケンスを生成できます。ポート上の単一の順序を制御することにより、最大3つのレジスタ構成 (フレームごとに) を順番にプログラムして開始できます。

XGS CMOSイメージ センサーは、60 fps (12レーンs ) および30 fps (6 レーン) のフル解像度でコンパンディング モードをサポートし、24レーンHiSPi (スケーラブル低電圧シグナリング) データ インターフェイスを備え、24、18、12、または6レーン を構成できます。 内部の4線式シリアル ペリフェラル インターフェイス (SPI)、トリガー統合、 読み出し 制御により、コンテキスト スイッチ機能を備えた最大8つの関心領域 (ROI) プログラム可能制御と、RoHS規格に準拠した鉛フリー、ハロゲンフリー、臭素フリーの難燃性 (BFR) デバイスをサポートできます。

ON SemiconductorのXGSシリーズは、12.6 Mp、9.4 Mp、8.8 Mp、5.3 Mpの4種類の解像度比と、3種類の速度グレード (24、12、6 HiSPi レーン) をサポートしています。解像度比と速度を相互に一致させて組み合わせることで、さまざまな動作モードを実現し、センサーを柔軟に操作したり、HiSPi レーン 多重化によるデータレートの削減など、特殊なアプリケーション要件を満たしたりできます。XGSシリーズは、高帯域幅と低消費電力アーキテクチャを備えたXクラス プラットフォームを採用しています。さまざまな種類の解像度比とピクセル アーキテクチャをサポートするには、1種類のカメラ設計のみが必要です。

XGSセンサー シリーズの核となるのは、高性能で低ノイズ設計の高度な3.2μmグローバル シャッター テクノロジーを採用し、動く物体を正確に捉えることができる12.6 Mpアクティブ ピクセル アレイです。グローバルシャッターでは、すべてのピクセルの同時光統合が必要であり、その後連続的に 読み出しを実行します。積分と読み出しを並行して行うことができるため、最初のフレームを読み出した後に次のフレームの積分を開始することができます（パイプライン動作とも呼ばれます）。

XGSセンサーのオンチップ ロジックは、4線式シリアル インターフェイスを介してプログラミングを実行し、統合制御とフレーム 読み出しのためのすべての内部タイミング シーケンスを生成できます。特定の列を 読み出し した後、関連データはアナログ信号チェーン (粗いアナログゲインを提供) と12ビット列ADCを介してソートできます。 ADCからのデータは、まずオンチップの列メモリ バンクに保存され、その後デジタル データ パスを介して破棄されます (デジタル ゲインやオフセットなどの追加のデータ処理が提供されます)。デジタル マルチプレクサは、アクティブ データを削減するためにレーンの数を設定できます。 単一レーンの最大出力ピクセルレートは毎秒64.8メガピクセルで、これは32.4 MHzのクロックレートに相当します。

スマートパッシブセンサーがあらゆるものを接続

スマートパッシブセンサー（SPS）システムの現在の市場規模は約30億ドルで、2023年には1000億ドルに達すると予想されています。その理由は、世界がスマートアプリケーションに向かっており、センサーデータのために数十億のオブジェクトが数十億のノードにリンクされることが予想されるためです。収集されるデータには、温度、湿度、占有率、液面、圧力、湿度、ガス、pH値、電圧などが含まれます。これらのセンサーは、RFID、BLE、SIGFOX、Lora、Zigbee、Wifi、イーサネット、NFCなどのネットワーク技術を適用して直列に接続され、スマートファクトリー、スマートヘルスケア、スマートファーム、スマートビルディング、スマートロジスティクス、スマートシティなどの市場や、データの集約と分析のためのAmazon、IBM、Google、Siemensなどのクラウドサービスで使用されます。

ON SemiconductorのSPSターンキー ソリューションは、使い捨て製品、複数のデータ ポイント、時間の経過とともに需要が高まっている複数のセンサーを必要とするアプリケーション、またはセンサーを地中、壁、身体に侵入する場所、箱の中、有毒または健康に危険な場所など訪問が困難な場所に設置する必要がある場合、またはドアの中、RFIDタグ、紙、ラベル、包帯などの限られたスペースでのアプリケーションで使用できます。バッテリー不要のワイヤレス操作、超薄型、コスト削減、温度、湿度、圧力、近接などの動的データ検知機能と量などの特徴を備え、産業における工場自動化、医療における患者モニタリング、デジタル農業における家畜モニタリング、農業自動化、コールドチェーン（生鮮食品の冷蔵輸送システム）アプリケーションにおける温度と湿度の追跡などの特定の市場に非常に適しています。

他のテクノロジーと比較して、SPSアプリケーションは、センサーの数、読み取り距離、データ レート、バッテリー不要などの条件に対する要件が高いアプリケーションに適しています。さまざまな用途に応じて、読み取り距離2 ～ 15メートル、読み取り速度20 ～ 200 kbpsで、同時に10 ～ 100個の タグを読み取ることができます。SPSは、バッテリー不要のソリューションであり、自らエネルギーを収集でき、メンテナンスも不要であるため、上記のアプリケーションに最適なオプションです。

スマートファクトリーのアプリケーションでは、特別なスーツアップなしでバスバーの温度を監視するために使用でき、履歴データを提供することができ、 「ライン オブ サイン」 は必要ありません 。   床面、コンクリートスラブ、壁裏の温度上昇や湿度を監視する機能を備えており、スタッフのセキュリティエリアの確認や産業ビルの緊急制御を行うこともできます。 検出された温度が閾値を超えると、管理スタッフに通知されます。

データ センター アプリケーションでは、SPSを使用してサーバー ラックを監視し、敏感な電子機器を保護して空気の流れをより適切に管理し、床下の湿気や水漏れを検出して電気的な短絡を回避できます。サーバー ラックは、50個の混合温度および資産追跡センサー タグで完全なカバレッジを実現できます。サーバーラック監視コンソールは、温度がしきい値を超えたか湿度が高すぎることを検出すると、アラームを発します。

医療および介護施設への応用では、SPSは、輸液バッグやカテーテルバッグの液面監視、炎症を軽減して患者の快適さを確保するための水分検出、患者の不注意な転倒や落ち着きのなさの検出、介護者が現場にいるかどうかを確認するための介護者の検出、他のスタッフを見つけるのに役立つ介護者の検出などに使用できます。  

家畜 の用途では、SPSは動物の体温を収集して病気の早期発見や繁殖率の確認に使用できます。また、より高い柔軟性と自動警報機能を備えたハンドタイプまたは固定タイプのリーダーを使用することで、ゲート管理制御、自動分類、影響を受けた動物の迅速な隔離も実行できます。農業用途では、ドローンを介してセンサーから水分率や土壌分析などのデータを収集し、土壌や植物の種類に応じて最適化を実施して水を節約し、正確な灌漑作業を実現できます。

コールドチェーンアプリケーションの観点から、SPSは食品の鮮度をチェックし、履歴データを提供するために食品の温度を監視することができます。温度が上昇すると警報を発し、資産追跡を実施します。また、温度や湿度を監視 したり、医薬品の物流追跡のための資産追跡を行うこともできます。

現在の第1世代のSPSセンサーは、温度、湿度、占有状態、および流体レベルを検出できる一体型 (1つのデバイスを含む) に属します。 第2世代は、MCUとバッテリーに接続できるデータロガーとともに、圧力、湿度、ガス、pH値、電圧を検知できるアタッチメントタイプ（デバイス2個入り）です。 第3世代は、15メートルの拡張範囲をサポートするバッテリー混合タイプとなり、アクティブモードはMCUなしでバッテリーで動作できるようになります。 SPSセンサーはバーコードの使用もサポートしており、製品タイプ、ロット番号、色、製造日、インデックスに関連する固有の番号情報を配置するのに適しています。