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智慧光學感測器拳拳到肉  筆電顯色/測距更趨精準

ALS為當今全球筆電標配 環境光感測器(ALS)現在幾乎成為新NB市場的標準功能。如圖1所示,通常將ALS放置於筆記型電腦顯示螢幕的頂部邊框上,以連續檢測和監視使用者環境的光線狀況。藉由採用ALS,筆電會根據環境光的狀況將螢幕亮度向上調亮或向下調暗。這樣做的主要好處是減少螢幕背光功耗並增強使用者的視覺體驗。 圖1 環境光感測器在筆記型電腦上的配置。 在筆電中設計ALS時需考慮諸多因素。數位ALS解決方案有幾點優於類比方案: .使用數位接口,可以連接多個元件在同一路I2C線路上。 .可從極暗到明亮的日照流明情況下提供靈活性功能。 .可藉由可編輯式功能降低雜散光源與50/60Hz閃爍光抑制。 .中斷功能可節省電池電量,不需像類比方案持續性的輪詢。 .透過專利雙二極管技術阻擋不需要的IR能量。 XYZ感測器精準掌握真實顏色 與單純使用ALS感測器相較,色彩XYZ感測器是種優良的升級體驗(圖2)。不僅提供環境流明Lux訊息,亦提供筆記型電腦使用者詳細環境光色溫。 圖2 CIE色彩圖中的普朗克軌跡。 對人眼來說XYZ感測器為最自然的光譜,因為RGB感測器無法計算色度坐標(xy)。某些光源不在普朗克軌跡(虛線處),僅使用RGB測量顏色會導致測量光源顏色時出現重大誤差。 而XYZ顏色測量精度是RGB的5倍,人眼可以輕易檢測XYZ感測器測量精度範圍內的顏色變化。藉由接收XYZ訊息,NB可以獲得準確環境光CCT訊息及數據。 因此LCD顯示器可以動態調整面板色溫以適合使用者環境的色溫,稱之為白平衡,而不只是基於當前LCD顯示器製造的固定CCT校準點(通常LCD顯示器在6500k CCT下校準)。 而艾邁斯半導體(ams)的TCS3430為XYZ三色彩感測器之一,色域與人們對光的感知相匹配。除準確的XYZ訊息外,其還具備以下技術: .最小化紅外光和紫外光譜成分影響 .降低功耗。 .藉由啟動量測IR光的斜率以偵測IR光源。 .在變化光源照明條件下可實現準確的色彩和ALS。 .最小化移動與暫態誤差。 藉由校準技術,其於各種光源條件均可達≤0.01Δxy色度精度≤3%CCT誤差(CCTe)(表1)。 表1 TCS3430在各種光源下的Lux/CCT 飛時測距實現使用者存在偵測 飛行時間(ToF)感測器是用於手機和3D應用的創新技術,如圖3所示,用於喚醒接近目的,其測量紅外光傳播到物體並反射到ToF感測器以偵測物體距離的時間。由於光速非常快,因此ToF SoC需要使用超短(ps)及精確的時間數位轉換器(TDC)以精確測量距離。 圖3 飛時測距(ToF)技術。 當在NB平台中使用ToF技術,可偵測使用者是否坐在顯示器前。如果是,則筆記型電腦的顯示螢幕將立即喚醒以供使用者登錄,毋須觸摸鍵盤、滑鼠和指紋等;若使用者不坐在筆記型顯示器前,將立即關閉螢幕或登出PC,以保護個人隱私;此外,更延長NB或筆記型電腦電池使用量,尤其於現代商用NB中,當使用者不使用NB且顯示螢幕打開或處於活動模式時,在待機模式將浪費大量電池能量—此技術為使用者存在偵測,如下圖4所示。 圖4 用戶使用檢測。 除了使用者偵測外,ToF還可用於偵測使用者行為,如接近或遠離NB。NB還可動態連續偵測使用者距離以優化NB配置,如於短距離時調低麥克風/揚聲器的音量;於電影模式偵測長距離時調高音量。 以ams的TMF8801一維ToF感測器為例,其可支援達2.5m的距離,幾乎覆蓋使用者的工作距離;採直接ToF技術,具高靈敏度單光子雪崩二極管SPAD偵測和快速時間數位轉換器(TDC)架構,且垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)輸出光脈衝小於500psec。透過晶片上Cortex SoC和統計直方圖處理,感測器可在高可信度下偵測2cm至2.5m(圖5)。 圖5 TMF8801方塊圖。 筆記型電腦不再是純粹被動式個人電腦,NB中增加更多感測器,將如頭腦清晰的人類般變得更加活躍及聰明。光學感測器在此凝聚非常重要的作用,因為在人們的生活環境中,光最直接存在於人們周遭;環境光感測器提供準確流明照度,而XYZ顏色感測器提供色溫訊息;飛行時間感測器可偵測使用者距離或判斷其是否為一個人。未來期待看到更多光學感測器獲筆電採用。 (本文作者為艾邁斯半導體資深技術應用工程師)
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ADI攜手Jungo開發座艙監測技術提升車輛安全性

亞德諾(ADI)日前宣布與Jungo合作,共同開發基於飛時測距(ToF)和2D紅外線(IR)技術的攝影機解決方案,以實現車內駕駛員及座艙監測。結合ADI的ToF技術和Jungo的CoDriver軟體將可透過觀察頭部、身體位置以及眼睛注視情況來監測車內人員的睡意和注意力分散程度。該解決方案並可望實現基於臉部、身體和手勢的智慧互動,提供每位車內人員的人臉識別功能,實現個性化資訊娛樂及服務,以及共乘支付等功能。 ADI汽車連接暨感測產品總監Vlad Bulavsky表示,ADI與Jungo的合作,為目前手勢控制之外的創新擴增實境應用開啟了大門。相信此次合作可將座艙監測和基於ToF的駕駛員和乘客監測提升到一個新的層次,進而提高行車安全性。 3D ToF為一項無掃描LIDAR布光檢測和測距技術,藉由發射奈秒級高功率光脈衝來捕捉相關場景的深度資訊(通常是短距內)。ADI提供可直接提升3D ToF系統功能的產品和解決方案,包括處理、雷射驅動器、電源管理以及開發板和軟體/元件,進而快速實現3D ToF解決方案。 Jungo的CoDriver軟體運用先進的深度學習、機器學習和電腦視覺演算法,透過面向駕駛員的攝影機即時偵測駕駛員狀態。該軟體並支援車內全面偵測技術,如乘客人數統計、安全帶使用情況偵測、危急醫療偵測或觀察等功能。 Jungo執行長Ophir Herbst表示,OEM廠商已運用Jungo的CoDriver監測演算法來保障駕駛員和乘客的安全,並開發監測車內乘客狀態的創新用例。很高興與ADI合作,透過該公司的演算法和ADI的ToF技術使車輛更智慧,協助OEM滿足法規要求,並於下一代車輛中實現創新。
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CES 2020英飛凌推智慧手機用小型3D影像感測器

可靠的人臉驗證、強化相片功能和逼真的擴增實境體驗:3D深度感測器在智慧型手機及仰賴精確3D影像資料的應用中扮演關鍵角色。英飛凌(Infineon)與軟體及3D飛時測距(ToF)系統專業夥伴pmdtechnologies公司合作,開發出小、功能強的3D影像感測器,並於美國拉斯維加斯的國際消費性電子展(CES)上亮相。全新REAL3單晶片解決方案,晶片尺寸僅4.4×5.1mm,是英飛凌成功研發的第五代飛時測距深度感測器。除了體積小巧,只需少數元件即可整合至輕薄的裝置以外,該晶片以低功耗就能提供最高解析度的資料。 英飛凌電源管理與多元電子事業處總裁Andreas Urschitz表示,第五代REAL3晶片具備強固、可靠、強大、節能,且同時保有體積精巧的優勢。該公司預見3D感測器的發展潛力,在安全、影像以及情境式裝置互動等應用領域都有穩定成長。3D感測器也能讓裝置以手勢控制,達到不需觸碰的情境式人機互動。 採用飛時測距技術的深度感測器可取得精確的3D影像,像是臉部、手部細節或是需要確保相關測量的影像與原始影像相符之物體。這項技術早已應用在手機或裝置上的支付交易,不需銀行帳戶資訊、金融卡或銀行行員,僅透過人臉辨識即可完成付款。此功能需要非常可靠且安全的影像以及回傳高解析度的3D影像資料。相同的技術也應用在3D影像解鎖裝置。英飛凌3D影像感測器在像是日照強烈或一片漆黑的極端照明條件下也能完成上述要求。 此外,晶片針對相機提供更多功能強大的相片拍攝選項,像是強化自動對焦、加強相片或影片的散景效果,以及改善低光源下的解析度。即時全3D成像技術可提供更加真實的擴增實境體驗。
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SONY拋出震撼彈 首款電動車亮相

在美國2020年消費性電子展(CES 2020)上,正當外界預期索尼(SONY)依舊將推出手機等消費性電子產品時,一台電動車直接駛入會場,使眾人驚喜萬分。索尼本次推出的原型電動車Vision-S搭載33個感測器,同時配置360 Reality Audio技術,於前後座設置多螢幕。但截至目前為止,官方尚未宣布量產計畫。 索尼於CES 2020推出自家首部電動車。 索尼總裁兼首席執行官吉田健一郎在展覽會前的新聞發布會表示,移動為過去十年的大趨勢,相信此趨勢將從過去延續至現今進而到未來。本次推出結合影像及感測技術的原型車,有助提升更安全及可靠的自動駕駛,索尼將同時持續發展創意娛樂領域的技術,提供良好的車載娛樂體驗。 本次索尼原型四人座電動車整合安全繭(Safety Cocoon)概念,透過檢測車輛周圍360度環視,保障日夜間的駕駛安全—其中結合該公司影像及感測技術,並使用其AI、電信及雲端技術調節的車載軟體。車中共嵌入33個感測器,包括CMOS影像感測器、ToF感測器,以及固態光達(LiDAR)精確測距,掌握現實3D空間,以檢測及識別汽車內外的人和物體。至於車內方向盤、油門及煞車等系統配置,使該電動車達到L2輔助駕駛標準。 至於車輛動力系統,Vision S於車輛前後各使用1顆200 kW馬達,從0加速至100公里耗時4.8秒,而最高速度可達240公里;車內數位螢幕儀表板顯示剩餘電池電量及續行距離,當電動車剩餘電量為96%時,可行駛距離約510公里;於86%時則可行駛約457公里。 索尼新電動車內搭載360 Reality Audio技術。 不同於其他車廠發布新品時會著重強調的動力系統,索尼本次發布較聚焦於介紹車載影音娛樂體驗,強調舒適及娛樂。例如前座儀表板設計為全景螢幕,自駕駛座延伸至副駕駛座,駕駛除可操作地圖、定位人物位置及使用溝通軟體外,螢幕間的內容亦可自由切換;後座亦設置螢幕,全車共有5個螢幕,搭配該公司先前應用於手機的360 Reality Audio技術,強化使用者影音體驗。
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艾邁斯獲GSA傑出EMEA半導體企業獎

艾邁斯半導體(ams)在2019年獲得全球主要產業獎項的肯定。其中包括因其願景、技術和市場地位而被全球半導體聯盟(GSA)評選為「傑出EMEA半導體企業」獎項;而CEO Alexander Everke則在最近於深圳舉辦的AspenCore全球CEO高峰會中獲頒年度最佳執行長殊榮。 ams執行長Alexander Everke表示,該公司的團隊專注於開發新產品,以創新技術為日益相聯的世界打造差異化商品。獲得這些重要獎項是對同仁的奉獻和辛勤工作的肯定,榮耀歸於團隊,同時該公司以擁有這些經驗豐富且技術高超的員工感到十分自豪。 此外,隨著ams逐步成為感測器和光子學領域的全球領導者,橫跨歐洲,亞洲和美國的18個設計中心的整個ams全球設計工程團隊贏得了令人稱羨的Sensors Expo 2019「年度最佳設計及工程團隊」大獎。 ams以高速度做到高精確距離感測的TMF8701飛時測距(Time of Flight, ToF)感測系統贏得了Sensors Expo 2019最佳感測器創新獎。 實驗室級多通道顏色分析的微型光譜感測器晶片AS7341則以有助於提升顏色分析、自動白平衡和顏色匹配等應用效能,榮獲AspenCore全球電子成就獎的年度感測產品獎項。 此外,ams也在不同地區贏得了多項技術大獎,進一步肯定ams傑出的產品創新與效能。包括TMF8801單一模組封裝真直接ToF感測系統贏得Elecfans China的創新產品與技術獎;CMV50000 CMOS影像感測器贏得EEPW年度智慧製造解決方案;ams的AS8579方向盤手動開/關偵測系統榮獲中國Vogel AI媒體所頒發的汽車技術創新獎等等。
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ToF技術大躍進 意法模組供貨突破10億

意法半導體(ST宣布其飛時(ToF)模組出貨量達到10億顆。 意法半導體影像事業部總經理Eric Aussedat表示,ST是最早開發飛行時間技術的廠商之一,現已完成科技研究成果的轉化,將其產品變成可完全量產之系列產品。目前這些產品被150多款智慧型手機所採用,出貨量已突破10億大關。在繼續投資這項技術的過程中,ST的FlightSense飛行時間產品藍圖從高性能單區測距裝置,擴展到多區域偵測解決方案,最近另增加高解析度3D深度感測器,為先進的接近檢測感測器、人體存在檢測和雷射自動對焦應用帶來創新。 意法半導體的ToF感測器採用其單光子雪崩二極體(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)感測器技術,在法國Crolles的意法半導體 300mm前段製程晶圓廠所製造。最終模組整合SPAD感測器和垂直腔面發射雷射器(Vertical Cavity Surface Emission Laser, VCSEL),以及提升產品性能的必要光學元件,封裝測試在意法半導體內部的後段製造廠完成。 VL6180、VL53L0和VL53L1系列產品以及其他產品亦已量產,目標應用是消費性電子、個人電腦和工業市場。意法半導體採用其垂直整合製造模式生產飛行時間感測器,為客戶提供良好服務水準、產品品質、客戶支援和產品性能。
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看好三大新應用市場前景 ams強化相關布局

艾邁斯半導體(ams AG)日前宣布,該公司將在通訊、消費性電子及電腦運算三大市場外,將目前所擁有的感測器技術進一步應用在更具未來性的醫療、汽車以及工業等三個新興市場。目前通訊、消費性電子與電腦運算為ams最主要的營收來源。 在汽車領域方面,ams正研發將3D感測技術應用在汽車駕駛的身分認證、智慧手勢識別、駕駛監控以及臉部識別等,涵蓋ADAS先進輔助駕駛系統以及車內人機互動等領域。此外,VCSEL/陣列及驅動器方案可使用於LiDAR應用,位置感測及LED微透鏡陣列方案可運用於充電及先進照明領域,全面支援汽車未來趨勢發展應用。 在醫療領域方面,ams的生物監測、CMOS影像以及無線感測節點在醫療方面的應用廣泛,從測量心率及血壓的健康監測設備、到高效能CT及高畫質X光等診斷用感測器,更有高精確度、體積精巧的微型相機,可在AR/VR等市場發揮威力,更看好在醫療一次性內視鏡的應用。 ams的光學及影像感測器,在工業應用領域的應用更是多元化。運用於工業視覺與監控的3D感測、機器視覺與無人機;運用於航空與無人機的CMOS解決方案、光達(LiDAR)、環境測量、環境光感測及手勢感測等;交通、運輸與物流領域則有用於冷鏈監測的感測器以及用於存在偵測的ToF等;在工業與工廠自動化領域,則有用於品管、生產、壓力、溫度及流體監控的顏色與光譜感測方案;最後,CMOS影像感測器更可應用於高階安全,包括體育場/機場監控、航空測圖、無人機及生物辨識等領域。 ams 以光學感測器、影像感測器以及音訊感測器為三大產品類別,並透過研發及收購不斷強化自身的技術完整性。ams策略清晰,在智慧型手機的成長放緩的趨勢下,穩定布局放眼汽車、醫療及工業等新的市場,為未來的成長做好準備。
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翻轉智動新時代ADI 2019工業4.0巡展開放報名

亞德諾半導體(ADI)宣布將在11月26日至11月28日於北中南部舉辦翻轉智動新時代ADI 2019工業4.0巡展,透過工業自動化及AI Vision雙展區介紹ADI於工業自動化狀態監測(CbM)、ToF感測技術應用於工業、車載及電梯承載容量管理等場域技術,期望攜手業界構建完整、可快速開發的生態體系,迎接智動新時代。 翻轉智動新時代ADI 2019工業4.0巡展將完整展示針對工廠生產區及車載提供即時監控的狀態監測、乙太網路傳輸、低功耗零組件及高性能3D ToF感測器等方案技術。巡展將於11月26日(二)至11月28日(四)分別於台北(美福大飯店)、台中(林酒店)及台南(香格里拉台南遠東國際飯店)舉行。本次展覽有名額限制,意者請盡早報名。 2019工業4.0巡展報名網址:ADI 2019 Roadshow
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2024年固態光源產業規模將達將323億美元

固態光源(Solid-State Lighting, SSL)不是新技術。實際上,它們自1960年代就已經存在。但是,直到最近25年,才開始出現大規模應用。根據產業研究機構Yole Développement(Yole)估計,整個SSL產業規模將從2018年的204億美元成長到2024年的323億美元,2018~2024年複合成長率為8%。 Yole表示,成長將主要由LED技術推動。但是,LED的產業比重將從2018年的約84%下降到2024年的73%。除了LED之外,其他SSL如智慧手機中的VCSEL則是更具成長動能,智慧手機最多可以整合三個VCSEL模組:帶泛光照明器的3D識別、微型投影機和ToF(Time of Flight)。2017年發表的Apple iPhone X及其光學感測器為VCSEL廠商帶來了新機會。未來,則有如LiDAR或3D感測器之類的新應用,也深具市場成長潛力。 在這種動態的背景下,Yole表示,在未來五年中,LED的營收將繼續在可見光應用上蓬勃發展,其中通用照明將占大多數約45%。汽車照明和直視型顯示器是其他蓬勃發展的LED應用。LED產業很大一部分在不可見光LED市場,UV和IR LED突出了幾種高潛力的應用(即氣體感應和水消毒)。但是這些需求仍在發展中,並且需要一些時間才能實現。 同時,雷射二極體(LD)產業蓬勃發展。邊射型雷射(Edge Emitting  Laser, EEL)產業規模將從2018年的25億美元,成長至2024年的51億美元。在智慧手機整合前置3D攝像頭的驅動下,VCSEL可能會在2018年至2024年期間實現5倍的市場營收成長。另外,EEL在同一時期將經歷強勁但穩定的成長,這主要是受光收發器和電信基礎設施發展的推動(約占EEL市場機會的55%~65%)。  
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IIoT工業物聯網大行其道 安馳智慧製造方案齊備

ToF飛時測距 ADI ToF技術採用脈衝型雷射,可以大幅降低功耗,搭配CCD感測器,畫素達640×480 VGA等級影像解析度及精準度,安馳科技資深技術應用工程經理吳明宗表示,在製造現場,ADI的ToF是感測6公尺以內的範圍,可以應用在自動導引車(AGV)或帶有手臂的智慧移動機器人(IMR),ADI ToF解析度是CMOS ToF的四倍,其深度資料可有效地增加影像辨識度,室內採用850奈米(nm)波長雷射,室外應用為避免陽光吸收,採用940奈米波長雷射。 在應用部分,ToF電子圍籬能建置安全防護Virtual Wall,以ADI的ADDI9033搭配ToF感測元件,提升產線作業人員與機器手臂協同作業的安全性,吳明宗提到,IMR或AGV則可以使用機器視覺,協助其空間辨識或避障;汽車應用以駕駛監控與手勢辨識兩類為主,在夜晚低光源的環境下還是可以進行影像辨識,甚至可以清楚辨識駕駛的表情。 應用於商業空間的3D人流統計時,則可利用影像技術分辨身高,有效分辨進出人流,並計算總量。傳統自動門採用紅外線反射原理,讓動物也可以自由進出一般商場,造成管理上的困擾,使用ADI ToF 3D立體影像感測時,可以辨識區分空間中人與物體的相對位置距離遠近,有效摒除非人類進入商場。 BMS電池管理 另外在電池管理(Battery Management System, BMS)部分,吳明宗指出,ADI BMS產品最大的優勢便在於鋰電池的管理精度,無論面對什麼環境,都能把精度誤差控制在非常小的範圍內,且可以保持十年不變。也能在同樣電池容量下提高電動汽車的整體續航里程。因為ADI BMS產品內建了Buried Zener Reference技術,能夠為測量系統提供高精確度。 LTC6813是一款多節電池堆棧監視器,該元件可測量多達18個串聯電池單元,總測量誤差小於2.2mV。電池測量範圍為0V~5V,使LTC6813適用於大多數電池化學成分,所有18個單元都可以在290μs內測量,多個LTC6813元件可以串聯連接,同時監測電池、高電壓電池串。也可以直接由電池組或隔離電源供電。該監視器包括每個單元的被動平衡,每個單元具有單獨的PWM工作週期控制。其他功能包括板載5V穩壓器,9個通用I/O線和睡眠模式,其中電流消耗降至6μA。LTC6813適用於電動/混合動力汽車,電池備份系統和高功率電池系統。 無線工業聯網模組IIoT RF Module ADI無線工業聯網模組IIoT RF Module可延伸更多感測器,吳明宗解釋,該模組兩端協定是由IEEE 802.15.4作為溝通,模組可選擇2.4GHz,其優勢在於具有高傳輸速率。ADI IIoT Module為低功耗,待機時間約可達到數年之久,且可依客戶需求搭配多種的感測器,可達到99.999%可靠度,抗干擾能力強。工廠可監測溫度、濕度或有毒氣體等。 雖然增加這些裝置,可能提高了硬體建置成本,但後續所產生的效益可能會遠遠超過傳統的方式。例如在工廠廣泛布點後,能夠減少監控人員巡點或手動檢測、紀錄的耗時,因此在人員配置上可大幅提升工作效益,並且在系統收集資料的同時,上傳雲端,直接與後台做聯結提供大數據分析,不需再額外花費人力,蒐集、紀錄、上傳等。 深度學習智慧監控 AI機器學習無處不在,賽靈思專注於深度壓縮技術,安馳科技技術應用工程部經理吳文忠說,利用Zynq-7000 SoC和Zynq UltraScale...
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