21IC電子網 發表於 2020-12-08 15:14:51
上圖是來自ST官網的一張動圖，很好地展示了ToF工作的基本原理——通過計算光子飛行時間來推算距離。看似簡單的原理背後，落實到硬體IC上有著更多的技術細節：從像素專業知識、到光子製造工藝、再到嵌入式和深度ISP…需要深厚的技術積累和完整的產線能力才可以提供出高性能可靠的ToF傳感器。
作為行業內最早開始發售ToF傳感器的廠商，ST的FlightSense系列ToF傳感器在去年年底已經出貨了超過10億顆，是這個市場上最大的供應商。2020年ST發布了其第四代的ToF產品——VL53L5，並於近日專門召開了FlightSense線上媒體交流會。讓我們跟隨ST影像事業部技術市場經理張程怡先生的分享，來捕捉ToF的應用動態和ST最新一代ToF傳感器的表現。
64區DToF出現後，ToF將不僅僅是個開關
據張程怡先生分享，FlightSense飛行時間傳感器是通過雷射發射模塊發射光子測量距離，光子擊中目標後被反射到傳感器的另一個開口，即傳接收器端。ToF有兩個關鍵參數指標，一個是探測距離，一個是對角線視場角。下圖是ST FlightSense系列四代產品的探測能力分布圖。可以看到前四代產品都是保持幾乎一致的對角線視場角（25度或27度），但是在探測距離上逐步有了大幅的提升。
在今年ST推出了一共三款產品：VL53L3CX提供最大5米的測距範圍、VL53L1CB提供超長的8米的測距範圍；這兩款產品都支持基於ST直方圖專利算法實現多目標距離測量，L3的近距檢測性能更強，而L1的測距距離更遠。除了這兩款產品外，最為重磅的就是最近推出的VL53L5CX，這款產品最多可以支持提供每秒15幀的64區測距，最大FOV達到了61度，可以識別多個物體的距離。
據意法半導體大中華及南亞區影像事業部技術市場經理林國志 （Vincent LIN）先生分享，之前FlightSense的產品都是單區的，VL53L5CX是一款全新的多區檢測的ToF產品。單區可能著重應用是單動作的開關，但是多區就提供了更多的可能，例如可以實現手勢操控、或者是AR／VR的應用等。
作為第四代產品，VL53L5CX從一開始的製程設計就有所升級：前代產品都是65或90mn的工藝，而VL53L5CX採用的是40nm的工藝——製程縮小意味著同樣面積上可以整合更多的二極體和電路，這樣才能迎合多區檢測的需求。「因為多區檢測需要同時間輸出更多光子，林國志分享道，「比如你用到64點，就要同時輸出64點的信息。這時候用到的一些轉換器或MCU的計算，就是單晶片的計算都必須要放在一個傳感器上。」也就是說為了實現更大的FOV，光源部分需要採用多點VCSEL設計，接收和發射端的設計都是全新的。
10多億顆ToF都用在了那裡？
我們都知道ST屬於從晶片設計、到前端生產、再到後道封測、最終到用戶端的生態整合方面，都做的非常優秀的半導體廠商，善於打造適合人民的晶片。STM32的出貨量已經超過了60億顆，而FlightSense的ToF產品也毫不示弱，僅僅幾年就已經出貨量超過了10億顆。這既代表了市場的無限增長潛力，也代表了ST ToF產品的受認可的品質。
那麼這10億顆ToF都應用在了哪裡呢？張程怡先生分享了在消費和工業兩大應用領域的諸多場景。
首先在消費領域，ToF主要的場景有接近檢測、投影儀、掃地機器人和服務機器人等等。接近檢測主要是檢測用戶是否存在和位置，然後實現一個操作的觸發。在水龍頭、停車場、燈具和行動裝置等等具體終端場景中都有著非常廣泛的應用。掃地機器人和服務機器人應用中，ToF主要是提供避障檢測和隔空觸控的功能。
投影機則是ST主攻的另一個重要市場，並推出了配套的ToF解決方案，通過該方案可以幫助投影儀來實現自動對焦，並且可以幫助快讀準確地實現梯形矯正的功能，這樣就免除了用戶手動進行調試的繁瑣，而且大大提高了準確性。「對於這些類似應用，我們的核心優勢是超高速測距，這可以實現快速自動對焦，快得用戶都沒有注意到對焦過程，使對焦變得非常自然、快速。因為測距很快，所以當用戶接近時，調光功能立即啟動。因此，安全不是問題。產品能效也很高，因此，很適合電池供電產品。」張程怡先生介紹道。
在工業領域中，ST的ToF傳感器主要應用於工廠自動化和容量管理等場景。自動化中主要使用ToF傳感器來檢測貨物的位置，例如檢測傳動帶上的貨物是否達到了某個加工環節特定位置等。此外還有一個更為重要的是容量檢測，通過ToF的測距來推斷出貨倉、貨車或者其他裝載空間中的容積。ST ToF傳感器的核心優勢在於遠距離超高速的測距，減少了工作人員必須要到每個倉位單獨查看裝載量的工作，提高了整體的調配效率。
除了以上兩大應用領域之外，張程怡先生還分享了ToF傳感器在新冠形勢下的諸多應用可能，憑藉著無接觸的操作優勢，ToF可以說是非常適合當下的防控形態。
ST在ToF傳感器領域一直表現優異，憑藉著出色的設計、生產和生態整合的能力，致力於提供可以獲得市場廣泛認可的爆款產品。最新的第四代FlightSense傳感器提供了更大的FOV，將會把ToF的應用面繼續擴大，未來在一些手勢識別、AR／VR的應用中或可看到FlightSense的身影。
責任編輯：xj
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