超聲波測(cè)距、紅外線測(cè)距在感測(cè)市場(chǎng)上活躍著，但是隨著人們對(duì)于光的熟識(shí)，光學(xué)測(cè)距逐漸開始占據(jù)感測(cè)市場(chǎng)，激光測(cè)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(shí)間(ToF)傳感器。時(shí)隔一年，ST又推出FlightSense^TM第二代產(chǎn)品——VL53L0X光學(xué)感測(cè)模塊。

FlightSense^TM技術(shù)采用飛行時(shí)間感測(cè)原理，利用傳感器給目標(biāo)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(jì)算往返時(shí)間從而的到所測(cè)距離。

(ST影像事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張程怡)

ST影像事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)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(guò)接收器所接收到的光子數(shù)量來(lái)計(jì)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(chǎng)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(jì)，給焊接工作帶來(lái)了一定壓力。其二，發(fā)射機(jī)和接收器這兩個(gè)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(cè)量的精準(zhǔn)度。

(ST 兩代ToF傳感器對(duì)比)

相較于第一代ToF傳感器，VL53L0X采用了940nm無(wú)紅光閃爍激光器，將測(cè)距范圍擴(kuò)大至了2m。張先生在本次交流會(huì)中提到：“第二代ToF傳感器采用940nm激光器主要是因?yàn)樵擃l段的激光為不可見光，且不會(huì)對(duì)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(cè)量誤差控制在3%以內(nèi)。”VL53L0X傳感器采用的是脈沖式測(cè)距方法。避免了相位式測(cè)距檢測(cè)峰值的誤差，也利用了相位式檢測(cè)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(dá)25度。相比于傳統(tǒng)激光點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)距方式來(lái)講，ToF傳感器感測(cè)的是被檢測(cè)物體的面，以第一代為例，第一代產(chǎn)品最大檢測(cè)距離為40厘米，產(chǎn)生一個(gè)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(cè)距離擴(kuò)展至了2米，其有效工作直徑也擴(kuò)展到了90厘米。

(FOV 25度)

VL53L0X通過(guò)小尺寸、高精準(zhǔn)度以及一級(jí)安規(guī)的優(yōu)勢(shì)使得ST成為了全球市場(chǎng)排名第一的ToF解決方案廠商。其FlightSense^TM產(chǎn)品在移動(dòng)和非移動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)上均得以運(yùn)用，針對(duì)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(jī)自動(dòng)對(duì)焦輔助裝置，進(jìn)行接近檢測(cè)，可用于機(jī)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(jī)自動(dòng)對(duì)焦中使用ToF傳感器為例，以往的自動(dòng)對(duì)焦功能通常采用集成在手機(jī)圖像信號(hào)處理器中的一套數(shù)據(jù)計(jì)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(huì)被當(dāng)作原始資料傳送至圖像信號(hào)處理器中，圖像信號(hào)處理器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，則是通過(guò)檢測(cè)物體與相機(jī)之間的距離來(lái)進(jìn)行對(duì)焦，減少了相機(jī)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(dòng)VL53L0X均能夠進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)距并抓取圖像。

(用于手機(jī)的ToF傳感器)

(擦窗機(jī)器人中的ToF傳感器)

同時(shí)，張先生還表示：“未來(lái)第三代ToF傳感器的測(cè)距將由2米擴(kuò)展至4米，加大感測(cè)距離，就需要接收器能夠檢測(cè)到更多的光子，除了結(jié)構(gòu)之外還需要光學(xué)的輔助，還可通過(guò)凹凸透鏡抓取更多的光子實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的光學(xué)測(cè)距。”

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