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意法半导体:飞翔时刻测距传感器–ToF

意法半导体:飞行时间测距传感器–ToF-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是飞翔时刻(Time of Flight)技能的缩写,即传感器宣布经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器经过核算光线发射和反射时刻差或相位差,来换算被拍照景象的间隔,以产生深度信息,此外再结合传统的相机拍照,就能将物体的三维概括以不同色彩代表不同间隔的地形图办法出现出来。

不论是主动驾驶,仍是VR;亦或是现在市道上层出不穷的平衡车,都离不开ToF技能。

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

TOF丈量原理

发射的红外光线被被测物体反射后回到传感器,内置的计时器记载其来回时刻,然后即可核算出其间隔。听起来如同和我们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、锥形物体就根本测不到,而TOF红外测距彻底可战胜此问题,一起TOF测距精度高,测距远,呼应快。

这种技能跟3D激光传感器原理根本相似,只不过3D激光传感器是逐点扫描,而TOF相机则是一起得到整幅图画的深度信息。

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

ToF的原理是经过光子的反射测距。传统上是红外测距,但红外测距没有核算时刻差的才能,首要靠测光强,但打在黑色、白色等色彩物体上,由于资料自身的吸收度不同,也会影响测距作用,因而ST的FlightSense选用核算发射和回来的光子时刻差,即核算飞翔时刻(ToF)计划。别的在集成度上,ST的计划是发射和接纳都做在一起,而红外测距往往是分立计划。

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

市道上有多家公司选用ToF办法,但首要选用相位测距法,首要用于工业,原理是脉冲核算法,但在波谷的能量就不丈量了,会形成能量丢失。

为何ST计划的测距视点都是25°?因手机镜头弧度是25°左右,所以市道上的产品往往是25~30°视角。FlightSense二代之所以是2米测距,因手机拍照的抱负间隔是1.2~1.5米。

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

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月面世。

*第一代测距传感器——VL6180系列可用于教育面板,由于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材,不只是监控阅览的间隔,一起也做了开关,当人脱离后就把屏幕关掉,以完成节能和保密。还有智能家居面板与服务机器人,它们在没人的时分会封闭,有人过来后会敞开。

其间,Amiro智能化妆镜很有构思,其外缘有一圈智能灯。有时分你在家里的化妆镜前,分明涂的是桃红色3号口红,成果一去宴会会场它却成了紫色8号的色彩。原因是环境光的影响。所以Amiro镜子有几种模仿光,可模仿太阳光、室内光等,以完成精准的科学模仿。例如你今日首要是去野餐的,你今日就要用它的3号光,你的桃色3号口红在野外就会出现这个色彩。FlightSense用于感应到你是否到镜子面前,此计划中的最远感应间隔约20 cm。

*第二代测距传感器VL53L0X的测距更远,达2 m。可以用于卫浴,现在还在开展冲水马桶,但它对牢靠性要求比较苛刻,由于要求检测率达100%。还可用于间隔更远的照明开关,例如办公室的灯。广告机的测距间隔也要更远,有人就主动敞开。

*第三代测距传感器VL53L1X于2018年2月推到商场,可用于勘探间隔达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。别的一个有远景的应用是室内门禁,门禁机开端选用人脸辨认,但是常产生这样一个为难现象,辨认需求很长时刻,辨认完后,门又挡住了人,又需求再回去感应,如安在辨认完成后,人一动,门就会敏捷翻开,这就需求对间隔有十分敏锐感觉的感应器。再有,投影仪和相机,有了测距可以拍照得更远更好。

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

飞翔时刻(ToF)传感体系是最有盈余空间的立异成像技能之一。商场上的首要消费类产品制作商都期望在各种智能硬件中集成飞翔时刻(ToF)测距,以供给3D成像、挨近感应、环境光感测、手势辨认等功能。

意法半导体在飞翔时刻(ToF)传感方面潜心研究,而iPhone 7 Plus中的飞翔时刻(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坐落iPhone手机前面、主扬声器上方,选用光学栅格阵列(LGA)封装方式,尺度为2.8mm x 2.40mm,小于意法半导体对外揭露出售的任一款ToF传感器。

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苹果iPhone 7 Plus拆解

ToF传感器包含红外发射器(笔直腔面发射激光器,VCSEL)、红外勘探器(单光子雪崩二极管,SPAD)。

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意法半导体飞翔时刻(ToF)测距传感器封装尺度

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

意法半导体飞翔时刻(ToF)测距传感器逆向剖析

意法半导体:飞翔时刻测距传感器--ToF

VCSEL芯片剖面图(样刊含糊化)

意法半导体第二代飞翔时刻(ToF)测距传感器VL53L0X选用4.4 mm x 2.4 mm x 1 mm回流焊封装,首要有以下优势:(1)不到30 ms即可供给最长2米的肯定间隔读值;(2)快速形式:50Hz快速测距操作;(3)高精度(精确度控制在±3%范围内),低功耗(正常作业形式下功耗仅20mW,待机功耗只要5µA);(4)先进的环境光按捺的规划;(5)选用940nm红外光。

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