最小ToF傳感器成就新一代光學(xué)測距

時間：2016-08-12 10:52:32

關(guān)鍵字： st 技術(shù)專訪 tof傳感器光學(xué)測距

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[導(dǎo)讀]超聲波測距、紅外線測距在感測市場上活躍著，但是隨著人們對于光的熟識，光學(xué)測距逐漸開始占據(jù)感測市場，激光測距就是其中主要的研究方向之一。2015年，ST 影像事業(yè)部利用ToF原理創(chuàng)造了FlightSenseTM技術(shù)，推出了第

超聲波測距、紅外線測距在感測市場上活躍著，但是隨著人們對于光的熟識，光學(xué)測距逐漸開始占據(jù)感測市場，激光測距就是其中主要的研究方向之一。2015年，ST 影像事業(yè)部利用ToF原理創(chuàng)造了FlightSense^TM技術(shù)，推出了第一代飛行時間(ToF)傳感器。時隔一年，ST又推出FlightSense^TM第二代產(chǎn)品——VL53L0X光學(xué)感測模塊。

FlightSense^TM技術(shù)采用飛行時間感測原理，利用傳感器給目標連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，計算往返時間從而的到所測距離。

(ST影像事業(yè)部技術(shù)市場經(jīng)理張程怡)

ST影像事業(yè)部技術(shù)市場經(jīng)理張程怡介紹：“第二代ToF傳感器模塊利用SPAD原理，將發(fā)射器與接收器集成在同一塊傳感器當(dāng)中，發(fā)射端為激光源，接收這塊就是SPAD。通過接收器所接收到的光子數(shù)量來計算距離，這種SPAD半導(dǎo)體制成也是ST自己擁有和生產(chǎn)的。該傳感器封裝僅為4.4×2.4×1mm是目前市場上最小的ToF傳感器。”第二代ToF傳感器模塊超小型的封裝設(shè)計，給焊接工作帶來了一定壓力。其二，發(fā)射機和接收器這兩個光學(xué)器件開口不允許有污染，所以需要在這兩款器件上加上光學(xué)鏡片以保證其測量的精準度。

(ST 兩代ToF傳感器對比)

相較于第一代ToF傳感器，VL53L0X采用了940nm無紅光閃爍激光器，將測距范圍擴大至了2m。張先生在本次交流會中提到：“第二代ToF傳感器采用940nm激光器主要是因為該頻段的激光為不可見光，且不會對人眼產(chǎn)生危害。940nm在自然界中，尤其是室內(nèi)環(huán)境含受到的干擾比較少，結(jié)合ST的優(yōu)化算法，可以將測量誤差控制在3%以內(nèi)。”VL53L0X傳感器采用的是脈沖式測距方法。避免了相位式測距檢測峰值的誤差，也利用了相位式檢測中除波峰以外的光子。

(940nm波段在白光中的占比)

值得一提的是，VL53L0X系統(tǒng)視野角度可達25度。相比于傳統(tǒng)激光點對點測距方式來講，ToF傳感器感測的是被檢測物體的面，以第一代為例，第一代產(chǎn)品最大檢測距離為40厘米，產(chǎn)生一個直徑為17厘米的有效的工作區(qū)塊。而第二代傳感器的檢測距離擴展至了2米，其有效工作直徑也擴展到了90厘米。

(FOV 25度)

VL53L0X通過小尺寸、高精準度以及一級安規(guī)的優(yōu)勢使得ST成為了全球市場排名第一的ToF解決方案廠商。其FlightSense^TM產(chǎn)品在移動和非移動應(yīng)用市場上均得以運用，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域已有開發(fā)解決方案讓終端廠商更加快速地完成新產(chǎn)品的開發(fā)。VL53L0X現(xiàn)可以用于手機自動對焦輔助裝置，進行接近檢測，可用于機器人，控制面板等智能家居中，同樣也可讓小孩子的玩具變得更加有趣。

(ToF傳感器可應(yīng)用的領(lǐng)域)

以手機自動對焦中使用ToF傳感器為例，以往的自動對焦功能通常采用集成在手機圖像信號處理器中的一套數(shù)據(jù)計算方法。當(dāng)取景器捕捉到最原始的圖像后，這些圖像數(shù)據(jù)會被當(dāng)作原始資料傳送至圖像信號處理器中，圖像信號處理器對原始數(shù)據(jù)進行分析，檢查圖像中毗鄰像素之間的密度差異，從中挑出最好的那一幀圖像即為呈現(xiàn)在我們眼前的照片。而采用了ToF傳感器的自動對焦系統(tǒng)，則是通過檢測物體與相機之間的距離來進行對焦，減少了相機抓取圖像幀數(shù)的數(shù)量，即使是在弱光下也能夠快速清晰地抓取圖像。在拍攝視頻方面，在兩米內(nèi)的移動VL53L0X均能夠進行精準測距并抓取圖像。