MEMS超声波ToF传感器 助力提高AR/VR真实感面临

据报道，近日，TDK推出新款基于MEMS的超声波ToF传感器CH-101，与光学ToF传感器相比，它可以精确地测量到物体的距离，而不管其大小、颜色和透明度。此外，它不受周围噪音（例如有害声音和周围噪音）的影响。

超小型传感器，是传统类型传感器的千分之一

增强现实/虚拟现实（AR/VR）系统正越来越多地应用于娱乐、教育、医疗和其他工业领域。它们允许用户在虚拟空间中模拟复杂的任务或手术。传感技术使用户能够通过复杂和精确的位置/运动检测在虚拟空间中获得真实的体验。最近的AR/VR系统使用飞行时间（ToF）来测量到物体的距离，而超声波传感器正引起人们的极大关注。

提高AR/VR真实感面临的挑战：减小超声波传感器的尺寸

自2016年各种头戴式显示（HMD）AR/VR耳机开始以人们可承受的价格提供后，全球AR/VR市场已大幅增长，到2025年其规模可能超过110亿美元。虽然过去AR/VR系统主要用于游戏等娱乐应用，但它们在装配、制造、运输、零售、教育和医疗等领域的应用预计将会增加。

最新的AR/VR系统模型允许用户在虚拟空间中模拟复杂的手术，具有六个自由度（6-DoF 1）的HMD和手动控制器使之成为可能。这使得在虚拟空间中的身体运动与在真实空间中的身体运动无缝集成，因为这是一种基于传感器的技术，被称为定位跟踪，并通过使用ToF方法测量到物体的距离，因此这种集成是可能的。

ToF根据光线、红外线或超声波的发射与被物体反射后返回传感器之间的时差来测量到物体的距离。光学或红外飞行时间（ToF）虽然精度很高，但在有障碍物的情况下不能用于测量，也不适合测量到玻璃或其他透明物体的距离。超声波飞行时间（ToF）可以精确测量到物体的距离，即使它是高度反射的，它也不受光照条件、物体大小或颜色的影响。不过传统的超声ToF传感器需要复杂的信号处理，体积太大，无法嵌入家用电器中。

基于超小型MEMS传感器的ToF解决方案

TDK针对这一挑战的解决方案是CH-101，这是一种新型超小型超声波ToF传感器，其体积是传统超声波ToF传感器的千分之一。Chirp品牌提供的全球首个基于MEMS的超声传感器是真正的突破性产品，它将压电微机械超声波传感器（PMUT3）、功率高效的数字信号处理器（数字信号处理器4）和低功耗CMOS ASIC5集成在3.5 x 3.5 x 1.25 mm的小尺寸封装中。

现有的基于光学传感器的VR系统结合外部传感器来发送红外线，其中有线耳机和控制器响应红外线以定位用户的位置。使用CH-101的虚拟现实系统，用户只需一个耳机和一个控制器就可以体验虚拟现实。

蝙蝠可以在黑暗中自由飞行而不会撞到物体，因为它们可以通过发出脉冲超声波和接收物体产生的回声来探测物体的位置和相对速度，这称为回声定位，同样的原理也用于超声波传感器的定位跟踪。

CH-101有一个嵌入式PMUT，它发射超声波脉冲并接收来自传感器视场中物体的回波。当它与各种信号处理相结合时，它可以在广泛的应用中使用，包括检测到物体的距离和位置、感知物体的存在并避免碰撞。此外，它要求低功耗，比传统超声波传感器低100倍，从而提供优越的环境性能。

虽然CH-101超声波传感器支持的最大感应范围为100厘米，而新产品CH-201的最大范围可达500厘米，计划于2019年底开始量产。由于使用了MEMS技术，传感器变得比以往任何时候都小，我们可以期待广泛的应用，包括AR/VR耳机、智能家居、无人机、机器人、智能手机和可穿戴设备。