InvenSense社製 MEMS 超音波ToFセンサのご紹介

InvenSense社では様々なMEMS製品を取り扱っています。今回はMEMS超音波ToFセンサにフォーカスして技術解説と製品の特長を説明します。

MEMS 超音波ToFセンサとは

MEMSとは「Micro Electro Mechanical Systems」の略称です。一般的な半導体とは異なり、電子回路に加えてセンサやアクチュエータ等可動要素部品が半導体のシリコン上に実装されています。このようなMEMSは現在様々なセンサに使用されています。センサをMEMSとして半導体に集積することにより、センサを小型化できるというメリットがあります。MEMSセンサの代表的な例として超音波ToFセンサがあります。

超音波ToFセンサは、対象物との距離を測定できます。センサから超音波が出力後、対象物から反射して戻るまでの時間「T」を計測します。その距離「L」は、音速を「C」とすると、
L = ½CT
で求められます。

超音波ToFセンサには、以下のようなメリットがあります。

対象物の色(透明を含む)や形状を問わず計測可能
FoV（Field of View = 視野角）が広く、広範囲の対象物を検知可能

このような特性を利用して、障害物検知、人感検出、位置測定に活用されています。

InvenSense社製 MEMS 超音波ToFセンサの特長

InvenSense社製のMEMS超音波ToFセンサは、圧電MEMS超音波トランスデューサ方式です。超音波帯域の周波数での圧電膜の振動を送受信して、その時間から距離を算出しています。

「圧電膜から超音波を出力し、対象物から反射して戻ってくるまでの時間」と音速から、前述の距離を求める計算式によって距離を算出することができます（パルス・エコーモード）。

また、送受信できるセンサと受信のみのセンサを組み合わせて計測することも可能です（ピッチ・キャッチモード）。

InvenSense社製 MEMS 超音波ToFセンサのご紹介

InvenSense社製のMEMS超音波ToFセンサ製品には以下の特長があります。

3.5mm x 3.5mm x 1.26mmの小型パッケージ
低消費電流 (50μA@CH101, 30 samples/sec)
180度の高視野角 (ホーンを取り付けることで視野角の調整が可能)
マイコンのサンプルコードをInvenSense社より無償提供

これらの特長を持つ2製品をご紹介します。

CH101

■近距離向け超音波ToFセンサ
　●4cmから1.2mの計測範囲
■低消費電流
　●13μA ： 1sample/sec, 10cm max range
　●15μA ： 1sample/sec, 1.0m max range
　●20μA ： 30sample/sec, 10cm max range
　●50μA ： 30sample/sec, 1.0m max range
■ピッチ・キャッチモードをサポート

CH201

■中距離向け超音波ToFセンサ
　●20cmから5mの計測範囲
■低消費電流
　●8μA ： 1sample/sec, 1m max range
　●14μA ： 1sample/sec, 5m max range
　●63μA ： 25sample/sec, 1m max range
　●247μA ： 25sample/sec, 5m max range