技術情報

ハイブリッドToF®センサ

新型ToFセンサのターゲットアプリケーション

TOPPANの新型ToFセンサは、ショートパルス変調光による間接ToF方式に加えて、直接ToF方式の特長を合わせ持つハイブリッドToF (hToF®)センシング方式を採用しました。
hToF®センサは、従来の間接ToF方式と特長に加えて、中距離までの3Dセンシングを得意とします。
特に、小型ロボットやドローンそして自動搬送車など、広距離範囲をセンシングする必要があるアプリケーションに最適なToFセンサです。

ターゲットアプリケーションに求められる性能

ハイブリッドToF®センシング方式

TOPPAN独自のハイブリッドToF®センシング方式は、間接ToF(iToF)方式と直接ToF(dToF)方式の両方の特長を融合させたセンシング方式Note1です。
複数の短時間窓(マルチタイムウインドウ技術)によりToFを推定します。
そのため、従来の屋外用iToF方式と比較して、外光ノイズの影響を受けにくいという特長があります。

独自のToFセンシング方式による距離推定の基本原理

Note1[文献] S. Kawahito et al.(2021) “Hybrid Time-of-Flight Image Sensors for Middle-Range Outdoor Applications” IEEE OJSSCS, 2021.

サブフレーム動作

フレーム毎にタイムウインドウの位置を変化させるサブフレーム動作が可能です。
複数のサブフレームを組みわせることで測距レンジを拡大させることができます。
本センサは、タイムウインドウ調整だけでなく、サブフレーム動作を使用することでフレキシブルに測距レンジを拡大することができます。

サブフレーム動作

ダイナミックに外光除去するDALS技術

ハイブリッドToF®センサに最適化された動的外光除去(DALS)技術とマルチタイムウインドウ技術を組み合わせることで、従来のiToFセンサと比較して、屋外でもより遠方までのデプスセンシングが可能になりました。
屋外(約100k lux環境下)でも近距離1mから中距離20mに位置する対象物(マーカーボード)までを測距できていることが分かります。

試作センサによる性能実証評価の様子

スマート干渉除去技術 (センサ内蔵機能)

スマート干渉除去機能とは、センサ内部動作をダイナミックにコントロールすることで、ToFカメラ光源による干渉の影響を自動で除去する機能です。
本機能を使用することで、ToFカメラを搭載したドローンや自動搬送ロボットが同じ空間に複数存在する場合でも、相互干渉することなく同時に動かすことができるようになります。
本機能はセンサに内蔵されているため、ユーザーはToFカメラ間で調整する必要はありません。

TOPPAN独自開発画素による高精細+高感度性能

新開発ToF画素は、従来品よりも大幅に画素が小さくなり、高精細かつ高感度性能を両立しました。
よりたくさんの画素で高精度な3Dセンシングができるようになります。

新開発ToF画素の特長 (従来品との比較)

関連情報

学会発表・採択論文

2022 IEEE SYMPOSIUM ON VLSI TECHNOLOGY & CIRCUITS
C05-2: A Hybrid Indirect ToF Image Sensor for Long-Range 3D Depth Measurement under High Ambient Light Conditions

2023 IEEE Journal of Solid-State Circuits
A Hybrid ToF Image Sensor for Long-Range 3D Depth Measurement Under High Ambient Light Conditions