Toppan e Brookman Technology, Inc. hanno collaborato all'impiego di un metodo ibrido Time-of-Flight (ToF) per sviluppare un sensore di immagini di distanza tridimensionale (sensore 3D) in grado di misurare distanze da 1 a 30 metri. Il nuovo sensore è in grado di misurare una distanza più di cinque volte superiore a quella possibile con i sensori 3D che impiegano il metodo ToF indiretto convenzionale. Ciò contribuirà a migliorare l'operatività e la sicurezza dei droni autonomi e dei vettori robotici che sono dotati di sensori per consentire loro di evitare gli ostacoli.

Il sensore ToF ibrido ha anche un'esclusiva funzione di cancellazione della luce ambientale, che lo rende il primo sensore di immagine CMOS al mondo in grado di misurare distanze fino a 20 metri in condizioni di illuminamento di 100.000 lux, equivalente alla luminosità diurna di mezza estate. I dettagli di questo nuovo tipo di tecnologia del sensore ToF sono stati presentati il 15 giugno da Toppan, Brookman Technology e dall'Università di Shizuoka in occasione del 2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits (VLSI Symposium), una conferenza internazionale sulle tecnologie legate ai semiconduttori che si è tenuta a Honolulu, Hawaii, dal 13 al 17 giugno, da parte dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers. Si prevede che il mercato dei sensori 3D si espanderà con l'aumento della sofisticazione degli smartphone e delle console di gioco e con la crescita dell'uso di robot autonomi nell'industria.

Esistono diversi tipi di sensori 3D, basati sui diversi principi utilizzati per rilevare la distanza. I sensori ToF stimano la distanza da un oggetto misurando il tempo necessario alla luce emessa per essere riflessa. Grazie ai progressi nello sviluppo tecnologico degli ultimi anni, l'uso dei sensori ToF per gli smartphone e altri dispositivi sta aumentando grazie al loro fattore di forma compatto e al basso consumo energetico.

I robot e i droni autonomi devono avere una funzione di mappatura dell'ambiente che consenta loro di rilevare gli ostacoli a decine di metri di distanza e di accertare la propria posizione dalle immagini video. Tuttavia, l'uso più diffuso di sensori 3D che impiegano il metodo ToF indiretto convenzionale è stato limitato a causa dell'insufficiente tolleranza alla luce ambientale quando vengono utilizzati all'aperto. Con l'ingresso di Brookman Technology come filiale, Toppan ha potuto sfruttare i punti di forza di entrambe le aziende per guidare lo sviluppo di un nuovo tipo di sensore 3D.

Questo ha portato allo sviluppo di una tecnologia ToF ibrida basata sul perfezionamento dell'esclusivo metodo di "modulazione a impulsi brevi" di Brookman Technology, che consente la misurazione a lunga distanza, un'eccezionale tolleranza alla luce ambientale, l'imaging ad alta velocità e l'uso simultaneo di più telecamere. Caratteristiche del nuovo sensore ToF: Misurazione di distanze fino a 30 metri: L'utilizzo di un metodo ToF ibrido consente di misurare distanze fino a 30 metri, circa cinque volte più lontane rispetto ai modelli convenzionali. Funzione di cancellazione del rumore per facilitare la misurazione all'aperto in condizioni di piena estate: Ogni pixel è dotato di una funzione per eliminare i componenti della luce esterna.

Questo elimina il rumore della luce ambientale e rende possibile una misurazione accurata anche quando l'illuminazione è nell'ordine di 100.000 lux, equivalente alla luce diurna di mezza estate. Immagini ad alta velocità di 120 fotogrammi al secondo: le distanze possono essere misurate senza sfocature, che possono causare errori, perché la misurazione e l'eliminazione del rumore della luce ambientale vengono eseguite in un singolo fotogramma. Ciò consente di scattare un massimo di 120 immagini di distanza al secondo, circa quattro volte la capacità dei modelli esistenti.

Funzionamento simultaneo di un massimo di 256 telecamere: Una tecnica di controllo unica permette di annullare i segnali emessi da altre telecamere, trattandoli come luce ambientale. Ciò significa che è possibile far funzionare contemporaneamente fino a 256 telecamere, senza interferenze tra di esse.