ToF——飞行时间测距传感器

ToF——飞⾏时间测距传感器
TOF是飞⾏时间(Time of Flight)技术的缩写,即传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差,来换算被拍摄景物的距离,以产⽣深度信息,此外再结合传统的相机拍摄,就能将物体的三维轮廓以不同颜⾊代表不同距离的地形图⽅式呈现出来。
不论是⾃动驾驶,还是VR;亦或是现在市⾯上层出不穷的平衡车,都离不开ToF技术。
TOF测量原理
发射的红外光线被被测物体反射后回到传感器,内置的计时器记录其来回时间,然后即可计算出其距离。听起来好像和⼤家玩烂了的超声波测距没啥不同。但其实不然,超声波测距对反射物体要求⽐较⾼,⾯积⼩的物体,如线、锥形物体就基本测不到,⽽TOF红外测距完全可克服此问题,同时TOF测距精度⾼,测距远,响应快。
这种技术跟3D激光传感器原理基本类似,只不过3D激光传感器是逐点扫描,⽽TOF相机则是同时得到整幅图像的深度信息。
  ToF的原理是通过光⼦的反射测距。传统上是红外测距,但红外测距没有计算时间差的能⼒,主要靠测光强,但打在⿊⾊、⽩⾊等颜⾊物体上,由于材料本⾝的吸收度不同,也会影响测距效果,因此ST的Fli
ghtSense采⽤计算发射和返回的光⼦时间差,即计算飞⾏时间(ToF)⽅案。另外在集成度上,ST的⽅案是发射和接收都做在⼀起,⽽红外测距往往是分⽴⽅案。
面包包装袋第⼀代VL6180X 第⼆代
VL53L0X
第三代
VL53L1X
测距40cm2m4m
激光器850nm940nm940nm
视场⾓25°25°27°
机械钻孔桩环境光感测有⽆⽆
测距精度±10mm±3%±1%exosip
市⾯上有多家公司采⽤ToF⽅法,但主要采⽤相位测距法,主要⽤于⼯业,原理是脉冲计算法,但在波⾕的能量就不测量了,会造成能量损失。
  为何ST⽅案的测距⾓度都是25°?因⼿机镜头弧度是25°左右,所以市⾯上的产品往往是
25~30°视⾓。FlightSense⼆代之所以是2⽶测距,因⼿机拍摄的理想距离是1.2~1.5⽶。
ST的FlightSense有三代产品。第⼀代产品是VL6180X,15fps,是40 cm+环境光传感器,2014年第⼆季度推出;第⼆代是VL53L0X,为30fps,最⼤200 cm,是2016年以来主推的;新的第三代是VL53L1X,为60fps,最⼤400 cm,2018年2⽉问世。
生物质气化  *第⼀代测距传感器——VL6180系列可⽤于教育⾯板,因为家长特别在乎孩⼦眼睛是不是看得太近。专业的笔记本上也有测距器件,不只是监控阅读的距离,同时也做了开关,当⼈离开后就把屏幕关掉,以实现节能和保密。还有智能家居⾯板与服务机器⼈,它们在没⼈的时候会关闭,有⼈过来后会开启。
  其中,Amiro智能化妆镜很有创意,其外缘有⼀圈智能灯。有时候你在家⾥的化妆镜前,明明涂的是桃红⾊3号⼝红,结果⼀去宴会会场它却成了紫⾊8号的颜⾊。原因是环境光的影响。所以Amiro镜⼦有⼏种模拟光,可模拟太阳光、室内光等,以实现精准的科学模拟。例如你今天主要是去野餐的,你
今天就要⽤它的3号光,你的桃⾊3号⼝红在野外就会呈现这个颜⾊。FlightSense⽤于感应到你是否到镜⼦⾯前,此⽅案中的最远感应距离约20 cm。
荸荠削皮机  *第⼆代测距传感器VL53L0X的测距更远,达2 m。可以⽤于卫浴,现在还在发展冲⽔马桶,但它对可靠性要求⽐较严苛,因为要求检测率达100%。还可⽤于距离更远的照明开关,例如办公室的灯。⼴告机的测距距离也要更远,有⼈就⾃动开启。
  *第三代测距传感器VL53L1X于2018年2⽉推到市场,可⽤于探测距离达4 m的⽆⼈机,⽤于
定⾼。还有室内机器⼈/扫地机器⼈的避障等。另外⼀个有前景的应⽤是室内门禁,门禁机开始采⽤⼈脸识别,然⽽常发⽣这样⼀个尴尬现象,识别需要很长时间,识别完后,门⼜挡住了⼈,⼜需要再回去感应,如何在识别完成后,⼈⼀动,门就会迅速打开,这就需要对距离有⾮常敏锐感觉的感应器。再有,投影仪和相机,有了测距能够拍摄得更远更好。
飞⾏时间(ToF)传感系统是最有盈利空间的创新成像技术之⼀。市场上的主要消费类产品制造商都希望在各种智能硬件中集成飞⾏时间(ToF)测距,以提供3D成像、接近感应、环境光感测、⼿势识别等功能。
意法半导体在飞⾏时间(ToF)传感⽅⾯潜⼼研究,⽽iPhone 7 Plus中的飞⾏时间(ToF)测距传感器是意法半导体为苹果公司定制的产品。
这款为苹果定制的产品位于iPhone⼿机前⾯、主扬声器上⽅,采⽤光学栅格阵列(LGA)封装形式,尺⼨为2.8mm x 2.40mm,⼩于意法半导体对外公开销售的任⼀款ToF传感器。
苹果iPhone 7 Plus拆解
ToF传感器包括红外发射器(垂直腔⾯发射激光器,VCSEL)、红外探测器(单光⼦雪崩⼆极管,SPAD)。
加密存储意法半导体飞⾏时间(ToF)测距传感器封装尺⼨
意法半导体飞⾏时间(ToF)测距传感器逆向分析
VCSEL芯⽚剖⾯图(模糊化)
意法半导体第⼆代飞⾏时间(ToF)测距传感器VL53L0X采⽤4.4 mm x 2.4 mm x 1 mm回流焊封装,主要有以下优势:(1)不到30 ms即可提供最长2⽶的绝对距离读值;(2)快速模式:
50Hz快速测距操作;(3)⾼精度(精确度控制在±3%范围内),低功耗(正常⼯作模式下功耗仅20mW,待机功耗只有5µA);(4)先进的环境光抑制的设计;(5)采⽤940nm红外光。

本文发布于:2024-09-22 07:33:18,感谢您对本站的认可!

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