全球首款最遠(yuǎn)可達(dá)30米、室外測距最遠(yuǎn)可達(dá)20米的iToF傳感器，有望在自動飛行無人機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域作為3D圖像傳感器及相機(jī)實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，凸版印刷株式會社（簡稱：凸版印刷）與子公司株式會社Brookman Technology（簡稱：Brookman）共同開發(fā)出一款采用“混合型（hybrid）ToF（飛行時間法）”的“三維（3D）距離圖像傳感器（簡稱：3D傳感器）”。該款傳感器可實現(xiàn)在1～30米范圍內(nèi)的距離測量，是目前主流的“iToF（間接飛行時間法）”3D傳感器測距范圍的5倍以上。自動飛行無人機(jī)或自動運(yùn)輸機(jī)器人等通過配備這款傳感器之后，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技術(shù)的3D傳感器還集成了獨(dú)家的環(huán)境光噪聲消除功能，是全球首款可在相當(dāng)于盛夏白天光照強(qiáng)度達(dá)到10萬勒克斯（lux）環(huán)境下，實現(xiàn)最遠(yuǎn)20米室外測距的CMOS圖像傳感器。

6月15日，在美國火奴魯魯召開的半導(dǎo)體技術(shù)國際會議"VLSI 國際研討會（全稱：2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits）"（主辦方：美國電氣與電子工程師協(xié)會，會期：6月13日至17日）上，由凸版印刷、Brookman和靜岡大學(xué)聯(lián)合發(fā)表了該項新型iToF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)自動駕駛機(jī)器人等的普及，3D傳感器市場有望進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)距離檢測原理的不同，3D傳感器存在幾種測距方式，而通過測量光線照射到被攝體并返回傳感器所需的時間來估算相機(jī)到被攝體距離的“飛行時間法”，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iToF 3D傳感器在戶外使用時，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納為子公司后，靈活發(fā)揮兩家公司的優(yōu)勢，全面推動新型3D傳感器的研發(fā)工作。通過改進(jìn)Brookman專長的“短脈沖驅(qū)動方式”，成功研發(fā)出了全新的混合型ToF技術(shù)，不但具備遠(yuǎn)距離測量和優(yōu)異的抗環(huán)境光性能，還實現(xiàn)了高速圖像捕獲和多個3D相機(jī)同時驅(qū)動的功能。

本次開發(fā)的新型ToF傳感器的關(guān)鍵特性

1. 可實現(xiàn)30m遠(yuǎn)距離測量

通過采用混合型ToF驅(qū)動方式，可實現(xiàn)長達(dá)30米的遠(yuǎn)距離測量，約為現(xiàn)有機(jī)型的5倍。

新型iToF傳感器的室內(nèi)測距結(jié)果示例。在同一視野下，用不同顏色表示1米至30米的距離。

2. 集成環(huán)境光噪聲消除功能，可在盛夏的室外進(jìn)行測量

新型iToF傳感器的每個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)完成測距與消除環(huán)境光噪聲，確保不會發(fā)生成像模糊而導(dǎo)致“測量誤差”，實現(xiàn)精準(zhǔn)測距。因此，1秒內(nèi)最多可以捕獲120張距離圖像，大約是傳統(tǒng)iToF傳感器的四倍多。

4. 最多可同時驅(qū)動256個3D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3D相機(jī)所發(fā)出的信號光。因此，可以同時驅(qū)動多臺3D相機(jī)而不產(chǎn)生干擾，最多可以同時驅(qū)動256臺3D相機(jī)。

今后的目標(biāo)

凸版印刷與Brookman今后將致力于在自動駕駛機(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”，為實現(xiàn)更安全、更便捷的社會做出貢獻(xiàn)。目前，凸版印刷正在研發(fā)相應(yīng)的3D相機(jī)以搭載采用新型ToF測距傳感器，并計劃于2022年12月開始提供評估機(jī)型，在2023年秋季正式上市銷售。

凸版印刷預(yù)計在2025年度內(nèi)，實現(xiàn)包括新型iToF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)。

審核編輯 ：李倩