Dros y blynyddoedd, mae'r gyfres "Star Wars" o ffilmiau bob amser wedi dychryn calonnau'r ffilmiau di-rif: ai'r jedi knights a ymladdodd yn erbyn y grymoedd drwg er gwaethaf y sinistr, neu ddewrder ac aberth y sefydliad ymwrthedd yn wyneb gormesod, ac yn olaf drwy'r ardderchog Y strategaeth i ennill... Y tu hwnt i hynny, mae'r dymi golau gwych yn y fideo, yn ogystal â gweithredoedd droadau fel R2-D2, C-3PO, a BB-8, yn drawiadol. Heb y troeon hyn, efallai na fyddai Star Wars wedi cael diweddglo mor anhygoel.
Robotiaid a'r metaverse yw un o'r pynciau poethaf yn Sioe Electroneg Defnyddwyr Rhyngwladol (CES) 2022. Heddiw, mae peiriannau nad ydynt yn rhai dynol sy'n gweithio i ni yn gyffredin, megis robotiaid dosbarthu, ceir hunan-yrru, robotiaid ysgubol, a dronau o'r awyr. O ystyried effaith CES, efallai y byddwn ar fin cyfnod newydd: Bydd gan bob cartref o leiaf un robot o sîn ffilm sci-fi fel Star Wars.
Ar y llaw arall, wrth i wasanaethau digyswllt barhau i gyflymu yn ystod pandemig COVID-19, mae gwasanaethau metaverse sy'n cyfuno rhith a realiti yn ennill poblogrwydd ac mae'r galw am wasanaethau o'r fath yn tyfu'n aruthrol. Mae llawer o bobl yn dechrau defnyddio technoleg Realiti Estynedig (AR, Realiti Estynedig) neu Realiti Rhithwir (VR, Realiti Rhithwir). Yn fuan, bydd dyfeisiau AR a VR yn cael eu cario o gwmpas fel ffonau clyfar. Bydd hyn yn arwain at gyfnod newydd lle bydd gwasanaethau ar gael unrhyw bryd, unrhyw le, sy'n golygu nad oes angen i ni ymweld â banciau neu weithgynhyrchwyr mwyach, a gallwn gynnal cynhyrchion heb fynd i mewn i'r ffatri.
Ffigur 1: Robot dosbarthu Ocado
Llygad y Peiriant (Gweledigaeth Peiriant)
Gyda chefnogaeth datblygiadau anhygoel mewn prosesu lled-ddargludyddion a thechnoleg Prosesu Signalau Delwedd (ISP, Prosesu Signalau Delweddau) sy'n gostwng, prisiau sy'n gostwng, a pherfformiad uchel rhagorol, mae technoleg synhwyrydd delwedd CMOS (CIS) wedi dod yn brif arhosiad gwahanol ddyfeisiau fel ffonau clyfar. "Llygad". Pixels yw'r hyn sy'n pennu perfformiad camera, ac mae cystadleuaeth o'u cwmpas wedi gwthio technoleg camera i 600 megabeit y tu hwnt i'r llygad dynol.
Ond a yw delweddau cydraniad uchel o reidrwydd yn addas ar gyfer gweledigaeth peiriant? Ar gyfer llygaid peiriannau arloesol sy'n gyfrifol am ddiogelwch a diogelwch, nid yw hyd yn oed y data delwedd dau ddimensiwn (2D) mwyaf miniog yn ddigon iddynt weithio yn lle pobl. Efallai na fydd peiriant o'r fath yn gallu cyflawni teithiau mewn gweithrediadau tactegol fel yr R2-D2. Ond ar gyfer ceir a dronau hunan-yrru, mae angen nodi'r eiliad ddewr yn gywir wrth yrru'n gyflym; ar gyfer dyfeisiau adnabod wynebau, mae angen sganio wynebau'n gywir yn hytrach na delweddau gwastad; ar gyfer dyfeisiau AR, amser real Sganio mannau mawr ar gyfer realiti estynedig. Mae'r peiriannau hyn yn gofyn nid yn unig am ddata delwedd 2D, ond hefyd cymorth technegol tri dimensiwn (3D). Gall peiriant gael data 3D drwy broses gyfrifiadurol gymhleth heb gamera, gyda chymhorthion fel uwchsain neu offer laser. Fodd bynnag, byddai peiriant gyda chymaint o gydrannau ychwanegol yn cael ei wrthod gan ddefnyddwyr o ran dylunio a phris.
Ffigur 2: Nodweddion Angenrheidiol Llygad y Peiriant
Gyda chydweithrediad y llygaid a'r ymennydd, gall pobl weld gwrthrychau'n stereosgopig a chydnabod dyfnder a phellter. Drwy fecanwaith tebyg, gall peiriannau hefyd nodi gwrthrychau aml-ddimensiwn a mesur pellteroedd drwy drioni. Er enghraifft, mae gweledigaeth stereo yn defnyddio dau gamera a phrosesydd i gyflawni'r effaith adnabod. Fodd bynnag, mae mecanweithiau o'r fath hefyd yn dioddef o anfanteision fel cymhlethdod cyfrifiadurol, diffyg cywirdeb wrth fesur pellteroedd planhigion, a chywirdeb isel mewn mannau cymharol dywyll, sy'n lleihau cwmpas mecanweithiau o'r fath. Yn ddiweddar, mae dull Amser-Hedfan (ToF) wedi'i ddefnyddio'n ymarferol fel dull amgen o oresgyn y diffygion hyn. Mae ToF yn ffordd syml o fesur pellter drwy gyfrifo'r amser y mae'n ei gymryd i olau bownsio gwrthrych. Mae'r dull hwn yn hawdd ac yn gyflym i'w redeg, ac mae ganddo'r fantais ychwanegol o fesur pellteroedd yn gywir waeth beth fo'r amgylchedd goleuo gan ei fod yn defnyddio ffynhonnell olau ar wahân.
ToF: ceir pellter drwy fesur amser taith gron y golau a allyrrir
Gweledigaeth stereosgopig: dwy system optegol yn edrych ar yr un gwrthrych o ddau bwynt gwahanol o'i gymharu â'r un llinell sylfaen
Ffigur 3: Cymharu Gweledigaeth Stereo a Dulliau Adnabod Gwrthrychau ToF
amser y dull hedfan
Gellir rhannu ToF yn ddau gategori: ToF uniongyrchol (d-ToF, ToF uniongyrchol) a ToF anuniongyrchol (i-ToF, ToF anuniongyrchol). Cyfrifir y pellter gan ddefnyddio gwahaniaeth cam y golau a ddychwelwyd. Datblygodd SK hynix y ddwy dechnoleg synhwyrydd ToF hyn i'w defnyddio mewn gwahanol gynhyrchion. O bosibl, bydd gan robotiaid y dyfodol un llygad sy'n defnyddio i-ToF i adnabod gwrthrychau yn agos, a'r llygad arall sy'n defnyddio d-ToF i archwilio gwrthrychau pell.
Diben yr erthygl hon yw egluro technoleg i-ToF SK hynix.
Ffigur 4: Dadansoddiad cymharol o ToF anuniongyrchol a ToF uniongyrchol
Mae'r dull i-ToF yn cyfrifo'r gwahaniaeth cam o'r ffynhonnell olau gyda chymhareb y taliadau a gronnwyd mewn mwy na dau atgof gwahanol o fewn picsel, ac yn mesur y pellter yn unol â hynny. O'i gymharu â d-ToF, mae gan y mecanwaith hwn rai cyfyngiadau o ran mesur pellter oherwydd pan fydd golau'n dychwelyd o bellter, mae llai o signalau y gellir eu gwahanu oherwydd dwysedd is. Fodd bynnag, o'i gymharu â d-ToF, mae ganddo'r fantais o ddatrys yn uwch, oherwydd ei gylched syml, gall y picsel wahanu'r signal ar ei ben ei hun, ac mae'n hawdd crebachu'r picsel. Er mwyn gwneud iawn am gyfyngiadau i-ToF a manteisio i'r eithaf ar ei fanteision, mae llawer iawn o ymchwil bellach yn cael ei wneud i wella'r gymhareb signal i sŵn (SNR), cynyddu effeithlonrwydd cwantwm (QE) ffynonellau golau isgoch, neu ddefnyddio technegau i gael gwared ar olau cefndir (BGL). ac ehangu.
Gellir rhannu'r strwythur picsel i-ToF presennol yn fras yn strwythur gât a strwythur gwasgaredig. Mae'r dull strwythur gât yn creu gwahaniaeth posibl drwy ddefnyddio foltedd modiwleiddio i'r gratio i gasglu electronau cyfagos. Mae'r strwythur gwasgaredig, ar y llaw arall, yn gweithredu fel demodulator ffotonig a gynorthwyir ar hyn o bryd (CAPD) i gasglu electronau gan ddefnyddio'r presennol a gynhyrchir drwy gymhwyso foltedd modiwleiddio i'r is-set. O'i gymharu â'r cyntaf, gall yr olaf ganfod electronau a gynhyrchir mewn rhanbarthau dyfnach yn gyflym, gan wneud y trosglwyddiad yn fwy effeithlon, ond mae angen mwy o bŵer gan ei fod yn defnyddio cerrynt israddol aml-lwyth. Yn ogystal, wrth i'r picseli fynd yn llai a nifer y picseli yn cynyddu oherwydd datrysiad uchel, mae'r defnydd o bŵer yn cynyddu ymhellach.
Er mwyn manteisio i'r eithaf ar fanteision CAPD a lleihau ei gyfyngiadau, mae SK hynix wedi datblygu technoleg picsel 10um QVGA-dosbarth a 5um VGA, gan ddefnyddio strwythur newydd o'r enw VFM (Modiwleiddio Maes Fertigol). Nesaf, gadewch i ni gymryd rhan ddofn i dechnoleg VFM a'i manteision.
Manteision Technoleg Pixel VFM
Mae meini prawf amrywiol ar gyfer barnu synhwyrydd mesur pellter da, ond yn bennaf oll, dylai allu canfod pellter yn gywir a lleihau problemau gwresogi drwy ddefnyddio llai o bŵer. Mewn geiriau eraill, rhaid i synhwyrydd da ganfod signalau'n gyflym gydag effeithlonrwydd uchel a defnydd pŵer isel, tra bod yn rhaid iddo hefyd wahanu'r signalau'n gywir yn seiliedig ar wahaniaethau fesul cam.
1. Technoleg a chyfuniad CIS (BSI) SK hynix
Fel CIS, mae prosesu wedi'i oleuo'n ôl yn dod â nifer o fanteision i ddyluniad neu berfformiad synhwyrydd ToF. Y ffynhonnell ysgafn a ddefnyddir i gyfrifo amser hedfan yw golau isgoch (IR) oherwydd rhaid iddo fod yn anweledig i'r llygad dynol. Ac, mae'n cyfrifo pellteroedd cywir hyd yn oed mewn amgylcheddau golau isel. Mae gan is-goch donfedd hirach o'i gymharu â golau gweladwy, sy'n golygu, heb ddefnyddio wafferi trwchus na CIS, fod y rhan fwyaf o'r golau'n cael ei dreiddio, gan arwain at lefelau signalau isel iawn yn y picseli. Ond nid yw hynny'n golygu y gall y trwch dyfu'n anfeidrol. Mae'n anodd casglu electronau a gynhyrchir mewn rhanbarthau dyfnach yn gyflym, yn union fel y mae pysgota môr dwfn yn anoddach na physgota mewn mannau pysgota. Pan ddefnyddir goleuo wrth gefn yn hytrach na'i oleuo ymlaen llaw (FSI), gellir canfod y signal yn gyflym oherwydd bod goleuo wrth gefn yn caniatáu i'r golau gael ei gasglu'n agosach at ei gilydd, lle mae'r cae trydan, sy'n gweithredu fel llinell bysgota, hefyd yn cael ei ragamcanu o'r ochr arall drwy ddod yn gryfach gyda golau.
Ffigur 5: Cymharu'r blaen wedi'i oleuo a'i oleuo'n ôl (athreiddedd a chasgliad golau fesul trwch)
Mae perfformiad i-ToF yn dibynnu ar ei allu i wahanu signalau yn ôl cyfradd gronni'r tâl. Yn hyn o beth, gall synwyryddion blaen-oleuo achosi gwallau o ran pellter, oherwydd pan fydd golau'n mynd drwy'r arwyneb picsel, mae'n fwy tebygol o fynd i mewn i'r nod canfod yn uniongyrchol, gan anwybyddu gwahaniaeth y cyfnod. Mae fel bod myfyrwyr eraill yn yr ystafell ddosbarth pan fydd yr alwad gofrestr yn cael ei chynnal. O'i oleuo o'r blaen, mae llawer o gyfyngiadau hefyd ar wifrau metel i sicrhau ffactor llenwi uwch, tra bod ôl-oleuo yn caniatáu dewis ehangach o wifrau metel, fel tynnu dŵr o'r ddaear na thorri coed mewn coedwig ddwys Mae casglu dŵr glaw yn fwy effeithlon (Ffigur 6).
Ffigur 6: Cyfraddau cronni tâl i-ToF ar gyfer gwahanol ddulliau goleuo (sy'n cyfateb i dynnu dŵr o dan y ddaear a thorri coed mewn coedwigoedd trwchus)
Gellir cyflawni'r fantais hon o ôl-oleuo drwy gyfuno â thechnoleg ôl-oleuo CIS SK hynix, sydd â'r dechnoleg i greu picseli sy'n llai nag 1 micron.
2. Array Lens Bach (CLG) » Strwythur Trench Waveguide Optegol ac Effeithlonrwydd Quantum
Yn ôl y mecanwaith i-ToF gan ddefnyddio'r gyfradd gronni tâl, mae arnom angen y lefel uchaf o signal i gael data pellter cywir ar bellteroedd hirach. Felly, mae QE uchel yn yr ystod donfedd isgoch yn hanfodol.
Fel y soniwyd uchod, oherwydd pŵer treiddio uchel ffynhonnell golau isgoch, mae ei ddwysedd golau yn wannach na golau gweladwy, felly mae dyfnder y casgliad golau yn ddwfn. Un ffordd o ddelio â hyn yw ffurfio strwythurau microlens yn fwriadol (lensys bach eu maint a drefnir yn ôl maint a nifer y picseli o dan lens y camera) yn uchel i sicrhau gwell casgliad golau, ond mae'r uchder yn gyfyngedig oherwydd cyfyngiadau technegol. Mae SK hynix wedi mabwysiadu dull gwahanol o oresgyn y diffyg hwn. Drwy osod sawl lensys ym mhob picsel sy'n llai na maint y picsel, mae'r dull hwn yn cynyddu'r dyfnder casglu golau, gan gynyddu cyfanswm y golau a dderbynnir.
Yn ogystal, mae SK hynix hefyd yn cloddio strwythur patrwm arbennig ar y cefn, fel bod golau'r digwyddiad yn cyffwrdd â'r strwythur ac yn cael ei adlewyrchu ganddo, gan ymestyn y llwybr trosglwyddo golau a chanolbwyntio'r golau ar yr ardal fodiwleiddio, gan leihau'r gyfradd colli golau a gwella'r effeithlonrwydd trosglwyddo o dan yr un dwysedd golau yn cyflawni effaith lladd dau aderyn gydag un garreg. Yn wir, mae hyn yn cadarnhau bod y QE wedi mwy na dyblu o dan y ffynhonnell olau 940nm. Ar QE uwch, mae'n llwyddo i leihau'r gwall rhwng pellteroedd gwirioneddol a mesuredig bron i 55% o'i gymharu â dulliau blaenorol.
Ffigur 7: CLG (chwith) a waveguide optegol wedi'i strwythuro'n ffos (dde)
3. Sicrhau defnydd pŵer isel a pherfformiad uchel
Ac eithrio'r defnydd o bŵer y ffynhonnell olau, y synhwyrydd ToF sy'n defnyddio'r pŵer mwyaf yn y gylched sy'n modiwleiddio'r signal pan fydd yn gweithredu. Mae pŵer y gylched gyriant modiwleiddio yn gymesur â'r llif presennol drwy'r bwrdd. Mewn geiriau eraill, gallwn leihau'r defnydd o bŵer drwy leihau'r is-set. Yn ogystal, mae mesuriadau pellter cywir a manwl gywir yn gofyn am gyfnodau modiwleiddio byrrach a chanfod signalau cyflym. Rhaid cyflymu'r cerbyd (ffoton) drwy gamu ar y pedal nwy er mwyn teithio'r un pellter (trwch silicon) yn gyflym, sy'n defnyddio llawer o danwydd (neu gyfredol). Fel enghraifft arall, mae tynnu dŵr o ffynnon ddwfn yn gofyn am lawer o rym i godi'r pwli. Ond beth pe gallech chi bwmpio'r dŵr daear i fyny? Gallwch dynnu allan yr holl ddŵr sydd ei angen arnoch heb fawr o ymdrech, dim ond troi'r faucet ymlaen.
Mae'r dull VFM yn cynyddu'r rhanbarth disbyddu drwy optimeiddio amodau a strwythur y mewnblannu picsel, gan ei alluogi i weithredu fel pwmp a chryfhau'r maes trydan fertigol. Felly, ychwanegir grym y maes trydan at y presennol, sy'n gallu casglu electronau yn effeithiol, ac ar yr un pryd, gall hefyd sicrhau casgliad cyflym o dan gyflwr y presennol bach, a gwella'r defnydd o bŵer. Mae arbrofion helaeth wedi dangos, pan fydd y cynnydd presennol, bod perfformiad y picsel VFM yn cael ei golli, sy'n golygu ei fod yn strwythur mwy addas ar gyfer pŵer isel, ac nad yw'r presennol bellach yn ffactor pwysig. Mewn geiriau eraill, mae'r dull yn gwella perfformiad y picsel drwy reoli'r cerrynt drwy ddyluniad sy'n galluogi maes trydan fertigol cryf fel mai dim ond fel canllaw y mae'n gweithredu. O'i gymharu â'r synhwyrydd ToF dosbarth QVGA, mae gan y synhwyrydd ToF dosbarth 5um VGA faint picsel llai a datrysiad uwch, ond mae'r presennol fesul picsel yn cael ei leihau, ac mae'r cynnydd yn y defnydd o bŵer bron yn sero.
Ffigur 8: Fel synhwyrydd ToF, mae gan y strwythur gwerth am arian ddefnydd pŵer mwy effeithlon
Crynhoi
Mae SK hynix yn cyfrannu at greu gwerth economaidd a chymdeithasol drwy alluogi gwahanol weithgynhyrchwyr modiwlau i fynd i mewn i ystod eang o farchnadoedd ymgeisio drwy ddarparu cymorth technegol agos a synwyryddion wrth ddatblygu technoleg synhwyrydd ToF.
Yn y dyfodol, byddwn yn gallu defnyddio offer AR / VR i deithio o amgylch y byd, defnyddio dronau i ddarparu pecynnau, gadael i robotiaid cartref ddod â phecynnau i ni, gofyn i robotiaid ysgubol lanhau ar ein cyfer, a hyd yn oed eistedd mewn ceir hunan-yrru sy'n cael eu pweru gan gydnabyddiaeth wyneb. Gwyliwch y newyddion yn y car. Disgwyliwn i'r senarios hyn gael eu gwireddu yn y byd newydd y mae technoleg datrysiad dwfn SK hynix ar fin ei agor.
