TDK MEMS 超聲波傳感器：推動 AR/VR 技術進步

增強現實/虛擬現實 (AR/VR) 系統正在各個領域得到日益廣泛的應用，例如在娛樂、教育、醫療保健和其他工業應用中。借助這些技術，用戶能夠在虛擬空間中模擬複雜任務或外科手術。傳感技術讓用戶能夠通過先進精確的定位/運動檢測，在虛擬空間中獲得現實的體驗。最新的 AR/VR 系統使用飛行時間 (ToF) 技術來測量與某個物體的距離，超聲波傳感器吸引了極大關注。

•                               讓 AR/VR 變得更真實的挑戰：減小超聲波傳感器的尺寸
•                               采用基於 MEMS 的超小型傳感器的 ToF 解決方案

讓 AR/VR 變得更真實的挑戰：減小超聲波傳感器的尺寸

隨著各種頭戴式顯示器 (HMD) AR/VR 耳機在 2016 年開始以實惠價格提供，全球 AR/VR 市場得以大幅增長，到 2025 年，該市場的規模很可能超過 110 億美元（來源：“2017 AR/VR 相關市場的未來前景”，富士凱美萊總研）。AR/VR 系統過去主要用於遊戲等娛樂應用，但它們在其他領域的使用預期也將會增加，例如在裝配、製造、交通運輸、零售、教育和醫療保健領域。

全球 AR/VR 市場

來源：“2017 AR/VR 相關市場的未來前景”，富士凱美萊總研。

使用最新型號的 AR/VR 系統，用戶能夠在虛擬空間中模擬複雜的外科手術。具有六自由度 (6-DoF1) 的頭戴式顯示器和手部控製器讓這種應用成為可能。這樣可以實現虛擬空間中的人體運動與實際空間中的人體運動之間的無縫合成。這要歸功於一種基於傳感器、名為位置跟蹤2的技術，它能夠使用 ToF 方法來測量與物體的距離。
ToF 技術基於光線、紅外線或超聲波從發射到被物體反射後返回傳感器之間的時間差，來測量與物體的距離。無論是光學還是紅外線 ToF 技術，雖然它們非常精確，但在存在障礙物的情況下都無法用於測量，也不適合測量與玻璃或其他透明物體的距離。超聲波 ToF 技術可以精確測量與物體的距離，即便這些物體具有很高的反射性，而且這種技術也不會受到物體的光照條件、尺寸和顏色的影響。傳統的超聲波 ToF 傳感器需要複雜的信號處理，而且尺寸過大，無法嵌入在家用電器中。

采用基於 MEMS 的超小型傳感器的 ToF 解決方案

TDK 應對這一挑戰的解決方案是 CH-101，它是新型的超小型超聲波 ToF 傳感器，其體積僅為傳統超聲波 ToF 傳感器的千分之一。作為全球首款基於 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品，將壓電微機械超聲波換能器 (PMUT3)、高能效 DSP（數字信號處理器4）、低功耗 CMOS ASIC5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。

體積僅為傳統傳感器千分之一的超小型傳感器

CH-101 將 PMUT、高能效 DSP（數字信號處理器）、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，而不會撞在物體上，是因為它們通過發出脈衝超聲波並接收物體產生的回音，檢測物體的位置和相對速度。這種方法叫回聲定位，同樣的原理也用於超聲波傳感器的位置跟蹤。
CH-101 帶有嵌入式 PMUT，它可以發出超聲波脈衝，並接收來自傳感器視場範圍內的物體的回聲。結合各種不同的信號處理，該產品可在多種應用中使用，包括檢測與物體的距離及其位置，感應物體存在並避免碰撞。此外，它需要的功耗也非常低，比傳統超聲波傳感器的功耗低一百倍，從而提供了出色的環保性能。

CH-101 超聲波傳感器支持“無處不在的 VR”

現有的基於光學傳感器的 VR 系統將外部傳感器與有線耳機和控製器組合在一起，前者發出紅外線，後者則可響應紅外線，從而定位用戶的位置。采用 CH-101 的 VR 系統讓用戶隻需使用耳機和控製器即可體驗 VR。CH-101 超聲波傳感器可用於 HTC 開發的獨立耳機 Vive Focus Plus 一體機。

CH-101 超聲波傳感器支持最大 100 cm 的傳感範圍，而即將於 2019 年底投入批量生產的新產品 CH-201 則支持最大 500 cm 的傳感範圍。由於使用了 MEMS 技術，傳感器的尺寸變得空前小巧，我們預期它們將實現一系列應用，包括在 AR/VR 耳機、智能家居、無人機、機器人、智能手機和可穿戴設備等產品中。

超聲波傳感器應用於各個不同領域

CH-101：超聲波 ToF 傳感器

CH-101 是一款基於 MEMS 的超聲波 ToF 傳感器。與光學 ToF 傳感器不同，它能夠精確地測量與物體的距離，而不受物體尺寸、顏色和透明度的影響。此外，它也不會受到環境噪聲的影響，例如周邊環境中的雜音和噪聲。