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全球首款室外測(cè)距最長(zhǎng)可達(dá)20米，為傳統(tǒng)產(chǎn)品5倍以上的CMOS圖像傳感器
有望在自動(dòng)飛行無人機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域作為圖像傳感器和相機(jī)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用
凸版印刷株式會(huì)社（總公司：東京都文京區(qū)，代表取締役社長(zhǎng)：麿秀晴，以下簡(jiǎn)稱"凸版印刷"）與子公司株式會(huì)社Brookman Technology（總公司：靜岡縣濱松市，代表取締役社長(zhǎng)：青山聰，以下簡(jiǎn)稱"Brookman Technology"）共同開發(fā)出一款采用"混合型（hybrid）ToF（光飛行時(shí)間）法"（※1）的"三維距離圖像傳感器（以下簡(jiǎn)稱"3D傳感器"）"。該款傳感器可實(shí)現(xiàn)在1～30米范圍內(nèi)的距離測(cè)量，是目前主流的"間接ToF法"3D傳感器測(cè)距范圍的5倍以上。自動(dòng)飛行無人機(jī)或自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人等通過配備傳感器后，可避免與障礙物發(fā)生碰撞，有助于提升該類設(shè)備的可操作性和安全性。
此外，該款采用混合型ToF法的3D傳感器還配備了獨(dú)家的環(huán)境光噪聲消除功能，是全球首款（※2）可在相當(dāng)于盛夏白天光照強(qiáng)度達(dá)到10萬勒克斯（lux）環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)20米室外測(cè)距的CMOS圖像傳感器。
6月15日，在美國(guó)火奴魯魯召開的半導(dǎo)體技術(shù)國(guó)際會(huì)議"VLSI 國(guó)際研討會(huì)(全稱：2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits）"（主辦方：美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)，會(huì)期：6月13日至17日）上，由凸版印刷、Brookman Technology 和靜岡大學(xué)聯(lián)合發(fā)表了該項(xiàng)新型ToF 傳感器技術(shù)。
開發(fā)背景
近年來，隨著智能手機(jī)和游戲機(jī)功能的增強(qiáng)、工業(yè)自動(dòng)駕駛機(jī)器人等的普及，3D傳感器市場(chǎng)有望進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)距離檢測(cè)原理的不同，3D傳感器存在幾種測(cè)距方式，而通過測(cè)量光線照射到被攝體并返回傳感器所需的時(shí)間來估算相機(jī)到被攝體距離的"ToF法"，則隨著近年技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步，以其小型化和低功耗等的特點(diǎn)而最先被智能手機(jī)所采用。
自動(dòng)駕駛的機(jī)器人和無人機(jī)需要配備"環(huán)境映射"功能，才能檢測(cè)出幾十米開外的障礙物并從捕獲的圖像中掌握自身所處的位置，而目前主流的"間接ToF法"3D傳感器在戶外使用時(shí)，由于其缺乏足夠的"抗環(huán)境光"性能，因此阻礙了其進(jìn)一步的普及應(yīng)用。
凸版印刷將Brookman Technology納為子公司后，靈活發(fā)揮兩家公司的優(yōu)勢(shì)，全面推動(dòng)新型3D傳感器的研發(fā)工作。通過改進(jìn)Brookman Technology專長(zhǎng)的"短脈沖驅(qū)動(dòng)方式"（※3），成功研發(fā)出了全新的混合型ToF技術(shù)，不但具備遠(yuǎn)距離測(cè)量和優(yōu)異的抗環(huán)境光性能，還實(shí)現(xiàn)了高速圖像捕獲和多臺(tái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的功能。
本次開發(fā)的新型ToF傳感器的關(guān)鍵特性
1. 可實(shí)現(xiàn)30m遠(yuǎn)距離測(cè)量
通過采用混合型ToF驅(qū)動(dòng)方式，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)30米的遠(yuǎn)距離測(cè)量，約為現(xiàn)有機(jī)型的5倍。
2. 配備環(huán)境光噪聲消除功能，可在盛夏的室外進(jìn)行測(cè)量
傳感器的每個(gè)像素都配備了消除環(huán)境光成分的功能。因此，該傳感器可以消除環(huán)境光噪聲，即使是在盛夏白天光照強(qiáng)度達(dá)到10萬勒克斯的環(huán)境下，也能夠準(zhǔn)確測(cè)量距離。
3. 每秒120張的高速圖像捕獲功能
通過在一幀內(nèi)完成測(cè)距與消除環(huán)境光噪聲，確保不會(huì)發(fā)生成像模糊而導(dǎo)致"測(cè)量誤差"，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)距。因此，1秒內(nèi)最多可以捕獲120張距離圖像，大約是傳統(tǒng)機(jī)型的四倍多。
4. 最多可同時(shí)驅(qū)動(dòng)256臺(tái)相機(jī)
采用獨(dú)家控制方式，可以像消除環(huán)境光一樣消除其他相機(jī)所發(fā)出的信號(hào)光。因此，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)相機(jī)而不產(chǎn)生干擾，最多可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)256臺(tái)相機(jī)。
今后的目標(biāo)
凸版印刷與Brookman Technology今后將致力于在自動(dòng)駕駛機(jī)器人和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域普及新型ToF傳感器，給此類設(shè)備安裝上這雙可提升性能的全新"眼睛"，為實(shí)現(xiàn)更安全、更便捷的社會(huì)做出貢獻(xiàn)。目前，凸版印刷正在研發(fā)相應(yīng)的相機(jī)以搭載采用新型ToF法的距離傳感器，并計(jì)劃于2022年12月開始提供評(píng)估機(jī)型，在2023年秋季正式上市銷售。
凸版印刷預(yù)計(jì)在2025年度內(nèi)，實(shí)現(xiàn)包括新型ToF傳感器及搭載該類傳感器的相機(jī)、以及相關(guān)周邊訂單在內(nèi)的銷售額約70億日元的目標(biāo)。
關(guān)于Brookman Technology
Brookman Technology（原株式會(huì)社Brookman Lab）是由靜岡大學(xué)電子工學(xué)研究所的川人祥二教授基于在文部科學(xué)省"濱松地區(qū)智慧集群創(chuàng)業(yè)"項(xiàng)目中的研究成果，將民營(yíng)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)與產(chǎn)品商業(yè)化技術(shù)相結(jié)合，于2006年2月成立的一家公司。此后，參與了多項(xiàng)CMOS集成電路、圖像傳感器、ToF傳感器的研發(fā)和設(shè)計(jì)工作。2021年3月，凸版印刷收購該公司94.6%的股份，將其納為旗下子公司。
關(guān)于凸版印刷
凸版印刷是一家在印刷、通信、安防、包裝、裝飾材料、電子和數(shù)字轉(zhuǎn)型領(lǐng)域提供綜合解決方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。我們的全球團(tuán)隊(duì)擁有超過50,000名員工，為各個(gè)行業(yè)的客戶提供由行業(yè)領(lǐng)先的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)結(jié)合的最佳解決方案，以應(yīng)對(duì)企業(yè)和社會(huì)在當(dāng)今瞬息萬變的市場(chǎng)中所面臨的各種挑戰(zhàn)。
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※1 "混合型ToF法"是指通過靜岡大學(xué)川人祥二教授提出的ToF測(cè)量法，在采用相位差測(cè)距的"間接ToF法"的基礎(chǔ)上，結(jié)合了用時(shí)間差測(cè)距的"直接ToF法"的功能而產(chǎn)生的一項(xiàng)新型傳感技術(shù)。由于此項(xiàng)技術(shù)通過組合多個(gè)短時(shí)間窗口，即所謂的"多時(shí)間窗口技術(shù)"，來估算光的往返時(shí)間，因此與傳統(tǒng)的間接ToF法相比，具有在室外測(cè)距時(shí)不容易受到環(huán)境光噪聲影響的特性。
※2 作為不使用雪崩光電二極管而是采用傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的ToF傳感器，基于本公司針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)論文及現(xiàn)有產(chǎn)品目錄調(diào)查得出的結(jié)果（截至2022年6月）。
※3 "短脈沖驅(qū)動(dòng)方式"是指與持續(xù)發(fā)射連續(xù)波激光的"連續(xù)波法"不同，通過照射時(shí)間寬度極短的脈沖激光來進(jìn)行測(cè)距的驅(qū)動(dòng)方式。
稿源：美通社
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