Toppan und Brookman Technology, Inc. haben in Zusammenarbeit ein hybrides Time-of-Flight (ToF) Verfahren entwickelt, um einen dreidimensionalen Entfernungssensor (3D-Sensor) zu entwickeln, der Entfernungen von 1 bis 30 Metern messen kann. Der neue Sensor ist in der Lage, eine mehr als fünfmal größere Reichweite zu messen als 3D-Sensoren, die mit der herkömmlichen indirekten ToF-Methode arbeiten. Dies wird dazu beitragen, die Funktionsfähigkeit und Sicherheit von autonomen Drohnen und Robotertransportern zu verbessern, die mit Sensoren ausgestattet sind, um Hindernissen ausweichen zu können.

Der hybride ToF-Sensor verfügt außerdem über eine einzigartige Funktion zur Unterdrückung des Umgebungslichts. Damit ist er der erste CMOS-Bildsensor der Welt, der Entfernungen von bis zu 20 Metern unter Bedingungen mit einer Beleuchtungsstärke von 100.000 Lux messen kann, was der Helligkeit im Hochsommer entspricht. Die Details dieser neuartigen ToF-Sensortechnologie wurden am 15. Juni von Toppan, Brookman Technology und der Shizuoka University auf dem 2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits (VLSI Symposium) vorgestellt, einer internationalen Konferenz über Halbleitertechnologien, die vom 13. bis 17. Juni vom Institute of Electrical and Electronics Engineers in Honolulu, Hawaii, veranstaltet wurde. Es wird erwartet, dass der Markt für 3D-Sensoren in dem Maße wachsen wird, wie Smartphones und Spielkonsolen immer ausgereifter werden und der Einsatz von autonomen Robotern in der Industrie zunimmt.

Es gibt verschiedene Arten von 3D-Sensoren, die auf unterschiedlichen Prinzipien zur Entfernungsmessung basieren. ToF-Sensoren schätzen die Entfernung zu einem Objekt, indem sie die Zeit messen, die das ausgesendete Licht braucht, um zurückgeworfen zu werden. Aufgrund der Fortschritte in der technologischen Entwicklung in den letzten Jahren werden ToF-Sensoren aufgrund ihres kompakten Formfaktors und ihres geringen Stromverbrauchs immer häufiger in Smartphones und anderen Geräten eingesetzt.

Autonome Roboter und Drohnen müssen über eine Funktion zur Umgebungskartierung verfügen, die es ihnen ermöglicht, Hindernisse zehn Meter vor sich zu erkennen und ihre eigene Position anhand von Videobildern zu bestimmen. Der breitere Einsatz von 3D-Sensoren mit der herkömmlichen indirekten ToF-Methode wurde jedoch durch die unzureichende Toleranz gegenüber Umgebungslicht beim Einsatz im Freien eingeschränkt. Mit dem Einstieg von Brookman Technology als Tochterunternehmen konnte Toppan die Stärken beider Unternehmen nutzen, um die Entwicklung eines neuartigen 3D-Sensors voranzutreiben.

Dies hat zur Entwicklung einer hybriden ToF-Technologie geführt, die auf der Verfeinerung der einzigartigen "Kurzpuls-Modulations"-Methode von Brookman Technology basiert und Messungen über große Entfernungen, eine hervorragende Toleranz gegenüber Umgebungslicht, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Kameras ermöglicht. Merkmale des neuen ToF-Sensors: Messung von Entfernungen bis zu 30 Metern: Der Einsatz einer hybriden ToF-Methode ermöglicht die Messung von Entfernungen von bis zu 30 Metern, etwa fünfmal weiter als bei herkömmlichen Modellen. Rauschunterdrückungsfunktion zur Erleichterung von Messungen im Freien unter hochsommerlichen Bedingungen: Jedes Pixel ist mit einer Funktion zur Eliminierung von Komponenten des Außenlichts ausgestattet.

Dadurch wird das Rauschen des Umgebungslichts unterdrückt, so dass selbst bei einer Beleuchtungsstärke von 100.000 Lux, was dem Tageslicht im Hochsommer entspricht, genaue Messungen möglich sind. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit 120 Bildern pro Sekunde: Entfernungen können ohne Unschärfe gemessen werden, die zu Fehlern führen kann, da die Messung und die Eliminierung des Umgebungslichtrauschens in einem einzigen Bild erfolgen. Dies ermöglicht die Aufnahme von bis zu 120 Entfernungsbildern pro Sekunde, was etwa dem Vierfachen der Kapazität bisheriger Modelle entspricht.

Gleichzeitiger Betrieb von bis zu 256 Kameras: Eine einzigartige Steuerungstechnik ermöglicht es, die Signale anderer Kameras auszulöschen, indem sie wie Umgebungslicht behandelt werden. Dies bedeutet, dass bis zu 256 Kameras gleichzeitig betrieben werden können, ohne dass es zu Interferenzen zwischen den Kameras kommt.