Toppan et Brookman Technology, Inc. ont collaboré à l'utilisation d'une méthode hybride de temps de vol (ToF) pour développer un capteur d'image à distance tridimensionnelle (capteur 3D) capable de mesurer des distances de 1 à 30 mètres. Le nouveau capteur est capable de mesurer une distance plus de cinq fois supérieure à celle que l'on peut obtenir avec des capteurs 3D utilisant la méthode conventionnelle de temps de vol indirect. Cela contribuera à améliorer l'opérabilité et la sécurité des drones autonomes et des robots porteurs qui sont équipés de capteurs leur permettant d'éviter les obstacles.

Le capteur ToF hybride dispose également d'une fonction unique d'annulation de la lumière ambiante, ce qui en fait le premier capteur d'image CMOS au monde capable de mesurer des distances allant jusqu'à 20 mètres dans des conditions d'éclairement de 100 000 lux, soit l'équivalent de la luminosité d'un jour d'été. Les détails de ce nouveau type de technologie de capteur ToF ont été présentés le 15 juin par Toppan, Brookman Technology et l'Université de Shizuoka lors du 2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits (VLSI Symposium), une conférence internationale sur les technologies liées aux semi-conducteurs organisée à Honolulu, Hawaï, du 13 au 17 juin par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers. Le marché des capteurs 3D devrait se développer à mesure que les smartphones et les consoles de jeux deviennent plus sophistiqués et que l'utilisation de robots autonomes dans l'industrie se développe.

Il existe plusieurs types de capteurs 3D, basés sur les différents principes utilisés pour détecter la distance. Les capteurs ToF estiment la distance à un objet en mesurant le temps que met la lumière émise à être réfléchie. Grâce aux progrès technologiques de ces dernières années, l'utilisation de capteurs ToF pour les smartphones et autres appareils augmente en raison de leur facteur de forme compact et de leur faible consommation d'énergie.

Les robots et les drones autonomes doivent disposer d'une fonction de cartographie de l'environnement qui leur permet de détecter des obstacles à des dizaines de mètres devant eux et de déterminer leur propre position à partir d'images vidéo. Cependant, l'utilisation plus répandue des capteurs 3D employant la méthode traditionnelle de ToF indirecte a été limitée en raison d'une tolérance insuffisante à la lumière ambiante lorsqu'ils sont utilisés en extérieur. Avec l'arrivée de Brookman Technology en tant que filiale, Toppan a été en mesure de tirer parti des forces des deux sociétés pour stimuler le développement d'un nouveau type de capteur 3D.

Cela a conduit au développement d'une technologie ToF hybride basée sur le raffinement de la méthode unique de Brookman Technology de "modulation par impulsions courtes", permettant des mesures à longue distance, une tolérance exceptionnelle à la lumière ambiante, une imagerie à grande vitesse et l'utilisation simultanée de plusieurs caméras. Caractéristiques du nouveau capteur ToF : Mesure de distances jusqu'à 30 mètres : L'utilisation d'une méthode ToF hybride permet de mesurer des distances allant jusqu'à 30 mètres, soit environ cinq fois plus loin que les modèles conventionnels. Fonction de suppression du bruit pour faciliter les mesures en extérieur dans des conditions de plein été : Chaque pixel est équipé d'une fonction d'élimination des composantes de la lumière extérieure.

Cela élimine le bruit de la lumière ambiante et rend possible une mesure précise même lorsque l'éclairement est de l'ordre de 100 000 lux, ce qui équivaut à la lumière du jour en plein été. Imagerie à haute vitesse de 120 images par seconde : les distances peuvent être mesurées sans flou, ce qui peut entraîner des erreurs, car la mesure et l'élimination du bruit de la lumière ambiante sont effectuées dans une seule image. Il est ainsi possible de prendre un maximum de 120 images de distance par seconde, soit environ quatre fois la capacité des modèles existants.

Fonctionnement simultané de jusqu'à 256 caméras : Une technique de contrôle unique permet d'annuler les signaux émis par les autres caméras en les traitant comme de la lumière ambiante. Cela signifie que jusqu'à 256 caméras peuvent être utilisées en même temps sans interférence entre elles.