엔지니어를 위한 지식 공유: 비행시간 거리 측정(ToF) 센싱

업계 혁신: 산업, 모바일, 소비자 시장에서 직접 비행시간 거리 측정(dToF) 센서의 획기적인 적용 공개

우리의 블로그 게시물, 새로운 로봇 설계의 지평을 여는 최신 광학 센싱 기술에서 우리는 로봇이 주변의 세상을 '보고', 빛을 사용해 사람과 소통하는 것을 가능하게 만드는 첨단 3D 센싱 솔루션, 멀티 채널 분광 센서 및 프로젝션 조명 시스템에 대해 살펴보았습니다. 이제, 엔지니어의 관점에서 멀티존 dToF 센싱 측정을 위한 툴과 이에 대한 고려 사항에 대해 자세히 살펴보겠습니다

정확도가 높은 확장 가능한 멀티존 1D-dToF 근접 센싱은 설계 유연성, 최고의 리던던시 및 가장 경쟁력 있는 가격을 위해 선택되는 경우가 많습니다. 이는 최대 5미터 범위의 장애물 감지 및 환경 인식이 가능하며, 첫 번째(가장 가까운) 개체와 두 번째(그 다음으로 가까운) 개체의 단순한 판단에는 덜 연산 집약적인 감지 알고리즘이 필요합니다.

예를 들어, ams OSRAM의 컴팩트한 TMF882x는 하나의 모듈식 장치에 레이저 검출 자동 초점(LDAF), 홈 서비스 로봇, 사용자 존재 감지, 비접촉 스위칭 및 제스처 인식 등을 위한 완전한 멀티존 센싱 기능을 제공합니다.
 

백서: ToF 센싱에 대한 이해

 

스마트폰에서 카메라 자동 초점 기능을 가능하게 하는 거리 측정 센서의 선도적인 공급업체인 ams OSRAM은 상당한 시장의 관심을 바탕으로 로보틱스와 같은 다른 산업 적용 분야로 이전하고 있는 ToF 센싱의 구현에 대한 탁월한 전문성을 보유하고 있습니다.

최신 백서, ToF 센싱에 대한 이해에서 소형의 표면 실장 패키지로 제공되는 정확한 거리 측정 센서가 모바일 제품에서 산업 및 소비자용 제품에 이르기까지 어떻게 적용되는지에 대해 자세히 살펴보았습니다. 엔지니어의 관점에서 살펴본 주제는 다음과 같습니다.

  • ToF 센서의 유형과 작동 방식
  • dToF 센서 적용에 최적인 환경
  • dToF 센서의 적용: 센서 모듈 알고리즘 히스토그램의 역할
  • dToF 센서의 적용:

o    광학 구성
o    광학 설계 고려 사항

  • dToF 센서 기반 범위 측정 시스템의 개발을 시작하는 방법

여기서 등록하여 백서를 다운로드할 수 있습니다.
 

설계 엔지니어가 광학 설계의 도전 과제를 극복할 수 있도록 지원


dToF 센서의 작동 원리는 간단하지만, 이 원리를 실제로 구현하려면 센서가 불리한 작동 조건에서도 정확한 성능을 유지하도록 보장하기 위해 복잡한 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소가 필요합니다.

내부 VCSEL(수직 공진 표면 발광 레이저)은 940nm 적외선의 다중 펄스를 방출합니다. 각 펄스의 반사는 내부 고감도 SPAD(단일 광자 포토 다이오드) 검출기에 의해 개별적으로 감지됩니다. 수신된 각 펄스에서 시간 디지털 변환기에 의해 측정된 시간이 히스토그램에 표시되며, 이는 센서 모듈의 알고리즘이 각 개체 감지 이벤트에 적용되는 신뢰도를 결정하는 강력한 방법을 제공합니다.



중요한 것은 싱글존 dToF 센서의 경우 고정된 시야 안에서 감지된 가장 가까운 개체가 히스토그램에서 피크를 생성한다는 것입니다. 이와 달리 ams OSRAM의 멀티존 dToF 센서는 적용 분야의 요건에 맞게 시야를 조정할 수 있는 유연성을 제공합니다.

더 나아가 광학 장치인 dToF 센서는 센서의 손상을 방지하는 커버 글라스의 특성을 신중하게 고려해야 합니다. 커버 창에 대한 고려 사항으로 모양, 센서에 대한 각도, 두께 및 에어갭, IR 투과율, 오염, 보정 등을 들 수 있습니다.

커버 창의 주된 목적은 센서에 대한 물리적 보호이지만, 센서에 의해 방출되고 수신되는 광선에 대한 광학적 효과도 있습니다. 커버 창의 설계를 결정하는 첫 번째 원칙은 최고의 범위와 정확성을 유지하기 위해 광 경로에 대한 왜곡과 감쇠를 최소화해야 한다는 것입니다.
 

dToF 센서 기반 범위 측정 시스템의 개발을 시작하는 방법


백서를 읽고 dToF 센서의 기본 원리와 중요한 고려 사항을 이해한 후에는 dToF 센서를 능동적으로 평가하고 이를 프로토타입 설계에 통합함으로써 이에 대해 완전히 파악할 수 있습니다.

ams OSRAM에서 제공하는 광범위한 제품 툴과 리소스는 설계 엔지니어의 이러한 노력을 실질적으로 지원합니다. 여기에는 센서 설정의 다양한 구성을 평가하기 위해 환경을 제공하는 여러 평가 키트와 다양한 광학 어셈블리가 포함됩니다. 백서에는 훨씬 더 많은 지침과 세부 정보가 포함되어 있습니다.

그 밖에도, 빠른 시작 가이드로써, 엔지니어를 위한 지식 공유 비디오 시리즈의 10분 남짓한 첫 번째 영상을 통해 설계 엔지니어들을 위한 Arduino® UNO 폼 팩터 개발 플랫폼에 TMF882X-SHIELD 보드를 사용하여 TMF8820, TMF8821 & TMF8828 멀티존 ToF 센서를 빠르게 평가하는 과정을 소개했습니다. 소형(20mm x 12mm)의 센서 분리 보드를 포함하는 이 키트는 맞춤형 프로토타입 하드웨어에 쉽게 통합할 수 있습니다. 최적 광학 성능을 위한 시스템 평가를 위해 커버 글라스 샘플과 에어갭 스페이서도 제공됩니다. 여기서 비디오를 볼 수 있습니다.

ams OSRAM dToF 센서 및 단거리 근접 센서에 대해 자세히 알아보십시오.