🚴🏼 🈹 🧚 iPad 11Proのリダーを掘り下げる 🤦🏽 🔏 💅🏽

リダーを装備したAppleiPad 11 Proは、より深く、より詳細な3Dオブジェクト認識を備えています。このため、ToFカメラは、ポイント位置の範囲を測定するためのさまざまなテクノロジーでも使用されます。

Appleは、さまざまな製品でリダーを使用する競争を開拓してきました。 AppleはiPadPro 11にlidarを組み込んでいますが、今では誰もがlidarを使いたがっているようです。

Appleの機動とそれに対する反応は、エレクトロニクス業界全体に影響を与えました。チップとセンサーのベンダーは彼らの計画を再考しています。すでにビジネスモデルを変更しているところもあります。

しかし、リダーとは何ですか？ Appleは、深度を測定する新しいセンサー、つまり、オブジェクトを3次元で認識するセンサーを表すためにこの用語を選択しました。

タブレットやスマートフォンのリダーは、本質的に「3次元オブジェクトを認識するための一種のテクノロジー」であると、YoleDéveloppementのフォトニクスおよびディスプレイ部門のチーフアナリストであるPierreCambu氏は説明します。

自走式の車、スマートフォン、タブレットなど、さまざまな分野の多くのエンジニアが、データの「深さ」情報を、2次元オブジェクトを認識するセンサーからのピクセルや色と組み合わせて使用する方法を模索してきました。たとえば、自動車業界では、高度に自動化された車両の周囲にあるオブジェクトまでの距離を決定するためにリダーが使用されます。

Appleが最近発表したiPad11 Proは、リダーを使用して、拡張されたリアリティ体験を強化しています。このリダーは、AppleのARkit3.5開発キット用に設計されています。

深さを決定および測定するために使用される特別な技術により、このリダーは不可欠です。このセンサーがHuaweiやVivoなどの他のモバイルデバイスメーカーによって監視されるようになったのは、このテクノロジーです。

3次元オブジェクトのさまざまな認識方法

エンジニアはさまざまな手法を使用して3Dオブジェクトを認識します。これらには、ステレオビジョン、光の構造化、飛行時間（ToF）の測定が含まれます。さらに複雑なことに、ToFテクノロジーはiToFとdToFの2つのバージョンで利用できるようになりました。 iToFは位相シフトを測定し、dToFは直接飛行時間を測定します。

Apple iPhone Xは、構造化された軽い顔認識を備えています。その深さの推定は、固定された順序で30,000ポイントを送信するIRエミッターで機能します。ドットは人間には見えませんが、さまざまな深さで表面に反射するテンプレートの変形を読み取るIRカメラには見えません。

iPad 11 Proのリリースにより、dToFテクノロジーの使用により、3Dオブジェクト認識がより深く詳細になりました。 AppleのiPadProは、これまでdToFテクノロジーを使用した唯一の消費者向け製品です。多くのスマートフォンメーカーは、より良い写真のためにすでにiToFを使用しています（ToFカメラは写真の背景をぼかすことができます）が、dToFは使用していません。

照明構造化法は、深さを決定する際に高い精度を提供しますが、その欠点は、サンプルと照合するときに深さを計算するために必要な複雑な後処理です。

対照的に、dToFメソッドの利点は、後処理が容易なことです。しかし、この技術を使用することの難しさは、高感度（例えば、単一光子なだれフォトダイオード）と大きなサイズの光検出器が一次元で少数の光子で飛行時間を測定するために必要とされるという事実にあると考えられています。

現在、iToFは最も一般的な3Dオブジェクト認識方法です。 2D画像センサーで一般的に使用される小型の光検出器を使用して、深さの決定に高い精度、後処理の容易さ、および高い空間分解能を提供します。

ただし、Appleは、3Dオブジェクトを認識するためにあまり道を踏み外していません。同社は、構造化されたライトを使用して顔を識別することにしました。拡張現実のために、AppleはdToFを使用します。

それで、3Dオブジェクト認識の世界の誰もが尋ねている質問がここにあります：dToFとは何ですか？この技術は何でできていますか？そして、誰がそのコンポーネントを開発しましたか？

YoleDéveloppementの一部門であるSystemPlus Consultingの分析では、Apple iPad 11Proの3Dオブジェクト認識モジュールの詳細が示されました。

EE Timesとのインタビューで、SystemPlusのシニアテクノロジーおよびバリューアナリストであるSylvainHalleroは、iPad 11 ProのリダーはLumentumの垂直発光レーザー（VCSEL）と、ソニーが開発したレシーバーである近距離CMOSセンサーで構成されていると説明しました。飛行時間を測定する赤外線範囲（NIR）。

ソニー単光子なだれフォトダイオードを使用した近赤外CMOSセンサー

そのデバイスの研究の一部としてのソニーのCMOSセンサーからの切り取りは、フォトニクスの開発に続く専門家への啓示でした。 Yoleで働くKambuを含む。最近のブログ投稿で、彼は「iToFと10ミクロンピクセルを備えた古いデバイスのように見えた」ものが、ピクセル内接続を備えた最初の民生用CMOSセンサーであることが判明したと書いています。そうです、私たちは単一光子なだれダイオードのアレイについて話しているのです。」

ピクセル内接続は重要なプロパティです。ソニーは、ToFセンサーに3Dスタッキングを使用してCMOSセンサーを統合した最初の企業です。ピクセル内接続により、CMOSイメージセンサーをロジック基板と一緒に配置することができました。統合されたロジックアレイのおかげで、センサーはiPadとオブジェクトの間の距離を簡単に計算できるとハレロ氏は説明しました。

ソニーは、10ミクロンピクセル、30キロピクセルの単一光子アバランシェダイオードアレイを備えた新世代のCMOSセンサーの開発により、dToFセグメントに参入しました。

ただし、これはソニーの技術的な偉業だけではありません。それはまた、ソニーがその事業の概念を変えたという事実についてです。

伝統的に、日本の巨人は画像処理にもっと取り組んできました。オーバースキャンではありません。しかし、カンブ氏は「ソニーは1年前に半導体事業をイメージングとスキャンに改名した」と述べています。次に、ソニーは2つのステップを踏み出しました。 1つ目は、2019年にHuaweiとSamsungにiToFセンサーを納入したことで、Sonyは約3億ドルを獲得しました。 2番目のステップは、AppleiPad用のdToFセンサーの開発競争に勝つことです。」

Kambuは、dToFセンサーが最終的にiPhoneに入る可能性があると考えています。彼の分析では、次のように述べています。「ソニーのセンサー収益は、100億ドルを超えたばかりの市場で、2020年に10億ドルを超える可能性があります。この画像処理からスキャンへの移行の成功は、CMOSセンサー市場におけるソニーの継続的な強さにおいて重要な役割を果たしてきました。これがすべて、新しい部門の繁栄の基礎となるでしょう。」

Lumentum垂直発光レーザー

ソニーのCMOSセンサーに加えて、リダーにはルメンタムの垂直発光レーザーが装備されています。これらのレーザーの設計では、エミッターに接続されたいくつかの電極があります。

SystemPlusのテクノロジーおよびバリューアナリストであるTahaAyariは、Lumentumが垂直レーザーに追加した新しい処理ステップ（メサコンタクトと呼ばれる）に焦点を当てました。 Lumentumレーザーは基板の表面から光を放射します。エミッションを微調整するには、電力管理とエミッションアレイへのさまざまな制御の適用が必要です。 Ayariは、Lumentumがこのテクノロジーを追加して、基板のコンポーネントテストを改善したと考えています。

パルス生成および電力とビームフォームの制御用エミッターはTexasInstrumentsのICドライバーを使用します。この回路は、5つの側面で成形されたウェーハベースのパッケージ（WLCSP）を使用しています。

最後に、System Plusは、LumentumレーザーがHimaxの新しい回折光学素子（DOE）を使用してドットパターンを作成すると主張しています。

次のページでは、分解中に見つかったものを説明するSystem Plusによって作成されたいくつかのスライドを共有し、また、リダー市場の見通しを説明するいくつかのスライドを追加しました。