攜手華為聯想 新一代雷射測距傳感器(ToF)爆發洪荒之力

2020-11-23 電子發燒友

攜手華為聯想 新一代雷射測距傳感器（ToF）爆發洪荒之力

李映 發表於 2016-08-10 10:10:54

　　最近服務機器人中火熱的無邊框擦玻璃機器人，應用其中的「傳感器」量測機器人與窗戶之間的距離，可偵測無邊框窗戶邊緣，讓機器人自由地在無邊框窗戶上工作而不會從玻璃上滑落下來，解決了機器人不能擦無邊框玻璃的難題。而這正是「飛行時間測距傳感器（ToF）」帶來的「功勞」。隨著ToF的性能不斷革新，不僅在傳統領域的應用更加深入，亦打開了新興服務機器人、VR應用領域大門。

　　接近傳感器門類眾多，包括紅外、超聲波等，主要通過測量反射光的光量來估算距離，主要不足在於被測物體的顏色和表面對測量精度影響很大。意法半導體（STM）另闢蹊徑，採用FlightSense技術，通過計算發射和返回的雷射光子時間差，即計算飛行時間（FoT）方案進行測距，實現了測量距離更遠、幀速率更高、功耗更低。

　　意法半導體影像產品部技術市場經理張程怡對記者介紹說，一方面，由於ToF是通過測量雷射光子的途經時間來計算被測物體與發射器之間的距離，其優點是不受目標大小、顏色和反射率的影響，因而在距離和精度方面均比傳統接近傳感器領先。另一方面，通過架構的革新和算法的優化，ST近日推出的第二代ToF VL53L0X在測距、精度和尺寸方面實現了新的「質變」。

　　「ST第一代產品「VL6180X」是將雷射、測距、環境光傳感器三合一，雷射器發射的不可見光波長為850nm，測距範圍為40cm，測距精度為10%。」張程怡詳細介紹說，「第二代產品VL53L0X內置940nm雷射發射器、SPAD紅外接收器和先進的MCU，ST將不可見光波長由850nm定製為940nm，配合先進的紅外濾波器，大大增強了對外部光源的抗幹擾性能，精確度在±3%範圍。再加上自主研發的感應光晶片算法的優化，ToF測距長度擴至最長兩米，而且測速更快，時間不足30ms。VL53L0X能效也更高，正常工作模式下功耗僅20mW，待機功耗只有5µA。而其2.4mm x 4.4mm x 1mm的封裝尺寸和回流焊兼容性，非常易於集成在主PCB或軟板上。」


 

　　應用大有可為

　　有如此多的「光環」，自然ToF的應用也大幅拓展。

　　先前ToF就因被智慧型手機廠商攝像頭雷射輔助自動對焦所採用而享譽業界。張程怡表示，一是過去技術難以實現的低照度和低對比度情況下，使用ToF能輔助攝像頭系統實現更快更準的自動對焦，即便在視頻模式和連拍模式下都可快速準確自動對焦；二是傳感器內部完成測距計算，通過I2C總線接口輸出數據，因而對手機主控制器的需求降至最低。因而，ST的第一代產品已被全球知名手機廠商的幾十種機型中，而第二代產品也被華為的P9、V8，聯想的moto g4+，HTC的M10等旗艦機型手機採用，未來會有更多的手機廠商使用。

　　而ToF的應用還遠不止於此。張程怡介紹，ToF的感測能力可支持各種功能，包括各種創新用戶界面的手勢感測或接近檢測，因而在計算機、家用電器、消費電子和工業自動化以及服務機器人及VR/AI領域，都有顯見的應用潛力。他舉例說，如家電感應面板、筆記本電腦的用戶探測或電源開關監控器；衛浴產品自動感應動作表現的提升，如水龍頭、皂液器、幹手機；手勢識別；服務機器人的障礙物探測與防撞系統以及無人機和物聯網（IoT）應用等。

　　對於服務型機器人的市場前景，張程怡表示，「實現服務機器人的巡航控制、避障發揮功能，ToF將發揮重要作用。這一市場的需求巨大，如一般的服務機器人需安裝3-10個，掃地機器人1個即可。最近與ST接洽的機器人公司都已或計劃推出具有這一實用功能的機器人。」

　　此外，針對VR/AR應用對動作捕捉和識別的需求提升，ToF或將大展身手。張程怡認為，一則ToF在VR頭顯中可增強手勢控制功能，二是可為雙攝像頭系統補強盲區檢測功能，為用戶提供更好的體驗。目前ST在VR頭顯中已有合作案例，但在雙攝像頭應用中還要看VR應用發展，尚待挖掘。

　　未來將進行架構革新
 

　　除提供VL53L0X外，為使集成過程更加快捷方便，ST還提供軟體API以及完整的技術文檔和例程原始碼，開發人員可以使用擴展板，與廣泛的MCU兼容，即可輕鬆開發完整的解決方案。

　　第二代VL53L0X在集成度、精度、測距方面都遠超「對手」，但ST並沒有「高枕無憂」，亦在著眼於未來的需求做更多的創新。

　　對於未來技術的發展，張程怡表示會一方面專注「深度研究」，同時和不同領域更加密切的合作，提升更加智能化的體驗等，這是未來的一個重點方向。另一方面將在傳感器精度、有效距離、手勢識別方面深耕，不斷優化。

　　「對於開發的難度在於如何進行更遠距離的探測，並讓被測物體反射更多的光子給接收器，實現更高的精度。因此，此模塊將在結構上的革新，增加光學鏡頭等革新來實現。」 張程怡最後指出，「明年ST將推出測距達4米的第二代ToF傳感器。」

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