當(dāng)今，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí) （AR/VR） 系統(tǒng)正在各個(gè)領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，例如在娛樂、教育、醫(yī)療保健和其他工業(yè)應(yīng)用中。借助這些技術(shù)，用戶能夠在虛擬空間中模擬復(fù)雜任務(wù)，例如外科手術(shù)。無論在AR還是VR的系統(tǒng)中，傳感技術(shù)已經(jīng)成為關(guān)鍵技術(shù)之一。

傳感技術(shù)通過先進(jìn)精確的定位/運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，幫助用戶在虛擬空間中獲得現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)感。TDK最新的 AR/VR 系統(tǒng)使用飛行時(shí)間 （ToF） 技術(shù)來測(cè)量與某個(gè)物體的距離，超聲波傳感器吸引了極大關(guān)注。

● 讓 AR/VR 變得更真實(shí)的挑戰(zhàn)：減小超聲波傳感器的尺寸

● 采用基于 MEMS 的超小型傳感器的 ToF 解決方案

讓 AR/VR 變得更真實(shí)的挑戰(zhàn)：減小超聲波傳感器的尺寸

2016 年開始各種頭戴式顯示器 （HMD） AR/VR 耳機(jī)的價(jià)格下降，全球 AR/VR 市場(chǎng)得以大幅增長(zhǎng)，到 2025 年，該市場(chǎng)的規(guī)模很可能超過 110 億美元（來源：“2017 AR/VR 相關(guān)市場(chǎng)的未來前景”，富士凱美萊總研）。過去AR/VR 系統(tǒng)主要用于游戲等娛樂應(yīng)用，但它們?cè)谄渌I(lǐng)域的使用預(yù)期也將會(huì)增加，例如在裝配、制造、交通運(yùn)輸、零售、教育和醫(yī)療保健領(lǐng)域。

全球 AR/VR 市場(chǎng)

最新模式的 AR/VR 系統(tǒng)中，用戶能夠在虛擬空間中模擬復(fù)雜的外科手術(shù)。具有六自由度 6-DoF 1*的頭戴式顯示器和手部控制器讓這種應(yīng)用成為可能。它可以實(shí)現(xiàn)虛擬空間中的人體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際空間中的人體運(yùn)動(dòng)之間的無縫合成。它的實(shí)現(xiàn)是一種基于位叫做位置跟蹤 2*的傳感器技術(shù)和采用 ToF 方法測(cè)量與物體的距離的功能實(shí)現(xiàn)的。

ToF 技術(shù)基于光線、紅外線或超聲波從發(fā)射到被物體反射后返回傳感器之間的時(shí)間差，來測(cè)量與物體的距離。無論是光學(xué)還是紅外線 ToF 技術(shù)，雖然它們非常精確，但在存在障礙物的情況下都無法用于測(cè)量，也不適合測(cè)量與玻璃或其他透明物體的距離。超聲波 ToF 技術(shù)可以精確測(cè)量與物體的距離，即便這些物體具有很高的反射性，而且這種技術(shù)也不會(huì)受到物體的光照條件、尺寸和顏色的影響。傳統(tǒng)的超聲波 ToF 傳感器需要復(fù)雜的信號(hào)處理，而且尺寸過大，無法嵌入在家用電器中。

采用基于 MEMS 的超小型傳感器的 ToF 解決方案

TDK 應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的解決方案是 CH-101，它是新型的超小型超聲波 ToF 傳感器，其體積僅為傳統(tǒng)超聲波 ToF 傳感器的千分之一。作為全球首款基于 MEMS 的超聲波傳感器，CH-101 在 Chirp 品牌下銷售，它是一款真正具有突破性的產(chǎn)品，將壓電微機(jī)械超聲波換能器 （PMUT3*）、高能效 DSP（數(shù)字信號(hào)處理器4*）、低功耗 CMOS ASIC 5*組合在一起，采用尺寸僅為 3.5 x 3.5 x 1.25 mm 的小型封裝 。

體積僅為傳統(tǒng)傳感器千分之一的超小型傳感器

CH-101 將 PMUT、高能效 DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）、低功耗 CMOS ASIC 組合在一起，采用尺寸僅為 3.5 x 3.5 x 1.25 mm 的小型封裝，其體積僅為傳統(tǒng)超聲波 ToF 傳感器的千分之一。

蝙蝠能夠在黑暗中自由飛行，而不會(huì)撞在物體上，是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^發(fā)出脈沖超聲波并接收物體產(chǎn)生的回音，檢測(cè)物體的位置和相對(duì)速度。這種方法叫回聲定位，超聲波傳感器的位置跟蹤也是應(yīng)用同樣的原理。

CH-101 帶有嵌入式 PMUT，它可以發(fā)出超聲波脈沖，并接收來自傳感器視場(chǎng)范圍內(nèi)的物體的回聲。結(jié)合各種不同的信號(hào)處理技術(shù)，該產(chǎn)品可在多種應(yīng)用中使用，包括檢測(cè)與物體的距離及其位置，感應(yīng)物體存在并避免碰撞。此外，它需要的功耗也非常低，比傳統(tǒng)超聲波傳感器的功耗低一百倍，具有出色的環(huán)保性能。

CH-101 超聲波傳感器支持“無處不在的 VR”

現(xiàn)有的基于光學(xué)傳感器的 VR 系統(tǒng)將外部傳感器與有線耳機(jī)和控制器組合在一起，前者發(fā)出紅外線，后者則可響應(yīng)紅外線，從而定位用戶的位置。采用 CH-101 的 VR 系統(tǒng)讓用戶只需使用耳機(jī)和控制器即可體驗(yàn) VR。CH-101 超聲波傳感器可用于 HTC 開發(fā)的獨(dú)立耳機(jī) Vive Focus Plus 一體機(jī)。

CH-101 超聲波傳感器支持最大 100 cm 的傳感范圍，而即將于 2019 年底投入批量生產(chǎn)的新產(chǎn)品 CH-201 則支持最大 500 cm 的傳感范圍。由于使用了 MEMS 技術(shù)，傳感器的尺寸變得空前小巧，我們預(yù)期它們將實(shí)現(xiàn)一系列應(yīng)用，包括在 AR/VR 耳機(jī)、智能家居、無人機(jī)、機(jī)器人、智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品中。

超聲波傳感器應(yīng)用于各個(gè)不同領(lǐng)域

CH-101：超聲波 ToF 傳感器

CH-101 是一款基于 MEMS 的超聲波 ToF 傳感器。與光學(xué) ToF 傳感器不同，它能夠精確地測(cè)量與物體的距離，而不受物體尺寸、顏色和透明度的影響。此外，它也不會(huì)受到環(huán)境噪聲的影響，例如周邊環(huán)境中的雜音和噪聲。如需獲取詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問 Chirp 網(wǎng)站。Chirp （CH-101）

術(shù)語解釋

1*. 6-DoF：DoF 代表自由度。三自由度（即 3-DoF）對(duì)應(yīng)于圍繞 x、y、z 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這三種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與圍繞這些軸的平移運(yùn)動(dòng)一起稱為 6-DoF。

2*. 位置跟蹤：在 AR/VR 系統(tǒng)中，位置跟蹤指使用傳感器來感測(cè) HMD 系統(tǒng)和手部控制器的位置和方向的技術(shù)，從而讓真實(shí)世界中的運(yùn)動(dòng)與虛擬世界中的運(yùn)動(dòng)保持同步。

術(shù)語解釋

3*. PMUT（壓電微機(jī)械超聲波換能器）：基于 MEMS 的元件，用于發(fā)射壓電超聲波。

4*. DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）：設(shè)計(jì)用于處理數(shù)字信號(hào)的專用微控制器（即具有 CPU 功能的芯片）。

5*. CMOS ASIC：基于 CMOS 的 ASIC（專用集成電路），它是一種 LSI（大規(guī)模集成）結(jié)構(gòu)。