Time of Flight (ToF) は、撮影した物体の距離を測定して奥行き情報を生成する技術であり、消費者市場、個人用計算機市場、産業市場に応用されており、大きな市場開発の可能性を秘めています。この記事では、STMicroelectronicsのToFテクノロジーとソリューションの特徴を紹介します。関連アプリケーション製品の開発の参考としてご覧ください。
ToF技術はより広範な応用市場を持つ
ToFテクノロジーは、センサーが変調された赤外線を放射し、物体に遭遇したときに反射された反射光を受信して深度情報を生成し、その後、発光と反射の間の時間差または位相差を計算することで、撮影された物体までの距離を変換します。従来のカメラ撮影と組み合わせると、異なる色が異なる距離を表すように、物体の3次元の輪郭を表現できます。
ToF技術により、センサーと撮影対象物間の距離と深度情報を検出することが可能です。そのため、この技術は、AR/VR体験、人体センシング、顔認識、ジェスチャーセンシング、後退レーダー、車周囲視界検出、マシンビジョンなどの応用分野に応用される可能性があり、応用市場はますます広がっています。
最適な測距性能を実現する高度な統合
STマイクロエレクトロニクスは、20年以上にわたりイメージングおよび光センシングソリューションの革新に取り組んでおり、さまざまな製品とサービスを市場に提供しています。最近、同社はFlightSense™ ToFテクノロジーをベースにした新世代の高性能近接・測距センサーを導入しました。現在、STマイクロエレクトロニクスは4世代の製品を発売し、50社以上のOEMと協力しています。開発キットは42,000以上、ToF製品は10億個以上出荷されています。
FlightSense ToFは、ターゲットに光または光子を放射し、それをToFソリューションの別の開口部、つまりセンサーまたは受信機に反射させるレーザー送信モジュールです。その適用原理は非常にシンプルです。計算速度に光の往復時間を掛ければ、物体の色や大きさ、反射率に関係なく距離を求めることができます。黒、白、その他の色の物体を測距する場合でも、同様の測距精度が得られます。FlightSense ToFモジュール トランスミッターは、高性能な距離測定、簡単で高速な統合機能、低消費電力、超長距離測定、マルチターゲット検出、動的汚れ補正などの特徴を備えています。
今後は、エレベーターや病院など、接触による感染を回避でき、スマートホームでの使用により生活をより便利にできる非接触アプリケーションの需要がますます高まるでしょう。STMicroelectronicsのFlightSense製品ファミリは、消費者、パーソナル コンピュータ、産業市場で幅広く使用できます。独自の垂直統合型製造モードにより、一流のサービス レベル、品質、顧客サポート、パフォーマンスを保証できます。
ターゲットの反射率、材質、色の影響を受けない
FlightSense ToFモジュール トランスミッターには複数の製品ラインが含まれており、そのうちVL53L3CXはSTMicroelectronicsの最新のToF製品の1つです。STMicroelectronicsの第3世代FlightSense特許技術を採用したVL53L3CXは、高性能の近接および測距センサー、マルチターゲット距離測定、自動汚れ補正を統合しています。小型リフロー可能パッケージには、単一光子アバランシェダイオード (SPAD) アレイと物理的な赤外線フィルターが統合されており、さまざまな周囲照明条件下で最適な測距性能を実現し、さまざまなカバーガラスウィンドウを備えています。
VL53L3CXV0DH/1
VL53L3CXは、高性能近接センサ、優れた短距離検出、 距離の直線性、および最大3 mの測距機能を備えています。特許取得済みのアルゴリズムと独創的なモジュール構造により、VL53L3CXは深度認識を通じて視野 (FoV) 内のさまざまなオブジェクトを検出することもできます。STMicroelectronicsのヒストグラム アルゴリズムにより、80 cmを超えるカバー ガラスのクロストーク耐性が実現され、動的な汚れ補正機能も備わっています。小型パッケージで提供されるため、簡単に統合できます。レーザーエミッター、SPAD受信アレイ、マイクロコントローラーがリフロー可能なパッケージに統合され、単一のモジュールにまとめられており、さまざまなカバー材料や色の背後に隠すことができるため、創造的な工業デザインに便利です。従来の赤外線近接センサーとは異なり、VL53L53CXはターゲットの反射率、材質、色の影響を受けません。
新たに導入されたもう1つのVL53L1CBは、STMicroelectronicsの特許取得済みFlightSenseテクノロジーをベースにした新しいToFセンサーです。センサーがターゲットの色や材質を検出できる最大距離は8 mです。STMicroelectronicsのヒストグラム アルゴリズムにより、FoV内でさまざまなターゲットを検出できます。このアルゴリズムには、80 cmを超えるカバー ガラスのクロストークを許容する耐性機能もあります。SPADアレイ ゾーン選択が採用されており、高度なマルチゾーン スキャンが可能です。VL53L1CBには、SPADアレイ ゾーン選択のサイズに応じて、15° ～ 27° のプログラム可能なFoVもあります。
マルチゾーン読み取りによりアプリケーションの可能性が広がります
最近、STMicroelectronicsは、世界初のオールインワン、マルチゾーン、ダイレクト タイム オブ フライト (DTOF) モジュールであるVL53L5 ToFレーザー測距センサーを発表しました。小型のリフロー可能なパッケージで提供され、SPADアレイ、物理的な赤外線フィルター、回折光学素子 (DOE) を統合し、さまざまなカバーガラス材料を使用して、さまざまな周囲照明条件下で最適な測距性能を実現します。
第4世代のFlightSenseテクノロジーを搭載したVL53L5CXは、最大15フレーム/秒の64ゾーン測距をサポートし、最大FoV 61度の非常に強力な8X8/64ゾーン読み取り出力を備え、複数のオブジェクトの距離を識別できます。これまでのFlightSense製品はすべてシングルゾーンでしたが、VL53L5CXはマルチゾーン検出機能を備えたまったく新しいToF製品です。シングルゾーンは単一アクションのオン/オフのアプリケーションに重点を置く場合がありますが、マルチゾーンはより多くの可能性を提供します。たとえば、ジェスチャー アプリケーションには非常に複雑な動きが含まれるため、単一ゾーンの読み取りのアプリケーションだけではありません。さらに、FoVが広くなると、表示範囲のオン/オフを切り替えることができるようになり、アプリケーションに多くの新しい可能性が開かれます。
VL53L5CXは第4世代製品として、プロセス設計からアップグレードされました。前世代の製品はすべて65または90nmプロセスを使用していますが、VL53L5CXは40nmプロセスを使用しています。プロセスの削減とは、より多くのダイオードと回路を同じ領域に統合して、マルチゾーン検出のニーズを満たすことができることを意味します。マルチゾーン検出では、64ポイントを使用する場合、64ポイントの情報を同時に出力する必要があるため、より多くの光子を同時に出力する必要があります。この場合、特定のコンバーターまたはMCU計算が必要になります。つまり、単一チップの計算をセンサーに配置する必要があります。
結論
STマイクロエレクトロニクスは、ToF技術を研究室から完全に産業化された市場に移行する先導役となり、より多くの市場セグメントに適用できるより競争力のある製品とサービスを備えたさまざまな主要製品ラインを導入し、製品の適用範囲とビジネスチャンスを拡大しました。ToFアプリケーションのブルーオーシャン市場を探索する時が来ました。
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