一款采用“混合型（hybrid）ToF（飞行时间法）”的“三维（3D）距离图像传感器

全球首款最远可达30米、室外测距最远可达20米的iToF传感器，有望在自动飞行无人机等工业领域作为3D图像传感器及相机实现广泛应用。

据麦姆斯咨询报道，凸版印刷株式会社（简称：凸版印刷）与子公司株式会社Brookman Technology（简称：Brookman）共同开发出一款采用“混合型（hybrid）ToF（飞行时间法）”的“三维（3D）距离图像传感器（简称：3D传感器）”。该款传感器可实现在1～30米范围内的距离测量，是目前主流的“iToF（间接飞行时间法）”3D传感器测距范围的5倍以上。自动飞行无人机或自动运输机器人等通过配备这款传感器之后，可避免与障碍物发生碰撞，有助于提升该类设备的可操作性和安全性。

此外，该款采用混合型ToF技术的3D传感器还集成了独家的环境光噪声消除功能，是全球首款可在相当于盛夏白天光照强度达到10万勒克斯（lux）环境下，实现最远20米室外测距的CMOS图像传感器。

6月15日，在美国火奴鲁鲁召开的半导体技术国际会议"VLSI 国际研讨会（全称：2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits）"（主办方：美国电气与电子工程师协会，会期：6月13日至17日）上，由凸版印刷、Brookman和静冈大学联合发表了该项新型iToF传感器技术。

开发背景

近年来，随着智能手机和游戏机功能的增强、工业自动驾驶机器人等的普及，3D传感器市场有望进一步扩大。根据距离检测原理的不同，3D传感器存在几种测距方式，而通过测量光线照射到被摄体并返回传感器所需的时间来估算相机到被摄体距离的“飞行时间法”，则随着近年技术发展的进步，以其小型化和低功耗等的特点而最先被智能手机所采用。

自动驾驶的机器人和无人机需要配备“环境映射”功能，才能检测出几十米开外的障碍物并从捕获的图像中掌握自身所处的位置，而目前主流的iToF 3D传感器在户外使用时，由于其缺乏足够的“抗环境光”性能，因此阻碍了其进一步的普及应用。

凸版印刷将Brookman纳为子公司后，灵活发挥两家公司的优势，全面推动新型3D传感器的研发工作。通过改进Brookman专长的“短脉冲驱动方式”，成功研发出了全新的混合型ToF技术，不但具备远距离测量和优异的抗环境光性能，还实现了高速图像捕获和多个3D相机同时驱动的功能。

本次开发的新型ToF传感器的关键特性

1. 可实现30m远距离测量

通过采用混合型ToF驱动方式，可实现长达30米的远距离测量，约为现有机型的5倍。

新型iToF传感器的室内测距结果示例。在同一视野下，用不同颜色表示1米至30米的距离。

2. 集成环境光噪声消除功能，可在盛夏的室外进行测量

新型iToF传感器的每个像素都配备了消除环境光成分的功能。因此，该传感器可以消除环境光噪声，即使是在盛夏白天光照强度达到10万勒克斯的环境下，也能够准确测量距离。

3. 每秒120张的高速图像捕获功能

通过在一帧内完成测距与消除环境光噪声，确保不会发生成像模糊而导致“测量误差”，实现精准测距。因此，1秒内最多可以捕获120张距离图像，大约是传统iToF传感器的四倍多。

4. 最多可同时驱动256个3D相机

采用独家控制方式，可以像消除环境光一样消除其他3D相机所发出的信号光。因此，可以同时驱动多台3D相机而不产生干扰，最多可以同时驱动256台3D相机。

今后的目标

凸版印刷与Brookman今后将致力于在自动驾驶机器人和工业设备等领域普及新型ToF传感器，给此类设备安装上这双可提升性能的全新“眼睛”，为实现更安全、更便捷的社会做出贡献。目前，凸版印刷正在研发相应的3D相机以搭载采用新型ToF测距传感器，并计划于2022年12月开始提供评估机型，在2023年秋季正式上市销售。

凸版印刷预计在2025年度内，实现包括新型iToF传感器及搭载该类传感器的相机、以及相关周边订单在内的销售额约70亿日元的目标。

审核编辑 ：李倩