ToF 传感技术崭露头角

全球智能手机市场的增长放缓已是大势所趋，从目前来看，只有刺激消费者的换机需求才能带动整体的市场销量，而下一个带动换机需求的热点到底会是什么呢？从近期各家手机厂商的动向不难发现，折叠手机无疑是最被看好的下一波带动换机需求的“主角”。但值得注意的是，由于仍存在较多的技术瓶颈亟待克服，折叠手机暂时还无法获得消费者的青睐。

展望 2019 年，ToF 俨然已经成为手机厂商的“新宠儿”，华为、小米、OPPO、vivo 均已推出搭载 ToF 后置摄像头的新手机，以ToF做为优化自动对焦效果的主力，且获得了不错的市场反响，这也使得 ToF 深度传感技术更加锋芒毕露。

近年来，图像传感器的趋势除了从电荷耦合器件（CCD）转向互补金属氧化物半导体（CMOS）之外，另一个趋势就是从二维（2D）迈向三维（3D）。随着 iPhone X 的问世，以及在汽车电子、机器人等应用市场的带动下，3D 成像传感市场也迎来了真正的爆发。后续手机厂商为带动更多消费者的换机需求，纷纷将目光转向 3D 成像传感市场，并希望借此刺激消费者的购买欲望。提到 3D 成像技术，总免不了会提到三种主要方案：立体视觉如双摄像头或多摄像头、结构光、飞行时间（ToF）。

何为 ToF 技术？

接近传感器门类众多，包括红外、超声波等，但是意法半导体却另辟蹊径，主要采用FlightSense技术，通过计算发射和返回的激光光子时间差，即计算飞行时间（ToF）方案进行测距，实现了测量距离更远、帧速率更高、功耗更低。

从基础原理上来看，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。 实际上，ToF 技术除了应用在智能手机上之外，也已开始在物联网（IoT）、 VR/AR手势交互、汽车电子ADAS、安防监控以及新零售等多个领域大显身手，应用前景十分广阔。工业级别ToF 应用技术测距规模弹性大，大多数情况下只需改变光源强度、光学视野以及发射器脉冲频率即可完成，因此其在实际应用中的优势十分凸显。

消费性电子级别的ToF 由于具有一级安规优势、体积小巧、响应速度快以及识别精度高等多重优势，使得其无论是在移动端还是车载等应用领域日渐成为 3D 视觉的首选技术方案。而提到 3D 成像技术，总免不了会提到结构光结合ToF 以及双摄像头或多摄像头结合ToF，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。而这也为早已在 ToF 传感方面潜心研究多年的意法半导体（ST）带来了巨大的发展机遇。

ST在ToF领域大展身手

在近日于上海举办的 MWC 2019 上，作为 MEMS 技术和传感器的全球领导者，意法半导体（ST）便展出了业内最广泛的 MEMS 和传感器产品组合，其中包括公司推出的三代 ToF 传感器，分别是VL6180X（第一代）、VL53L0X（第二代）、VL53L1（第三代）。

具体来看，第一代 ToF 传感器 VL6180X 于 2014 年第二季度推出，测距最大范围是 40cm，是一款3合1飞行时间模块，在一个集成的模块中整合了光源、接近传感器和环境传感器（ALS），相比于传统的红外（IR）技术有极大优势。从目标应用来看，该产品可用于移动设备（接近检测、环境光传感）、家用电器（电源开关、扫地和其他机器人）、工业（物体探测和测距、人机界面）领域等。

搭载 VL6180X 的教育平板

搭载 VL6180X 的 Amiro 智能化妆镜

在现场，ST 便展出了搭载 VL6180X 的教育面板，可监控孩子的眼睛是否离平板特别近；此外，ST 还展出了搭载 VL6180X 的 Amiro 智能化妆镜，其外缘有一深色滤光片内含 ST 的感应器，用于感应到你是否来到镜子面前，此方案中的感应距离约20 cm。

第二代 ToF 传感器 VL53L0X 于 2016 年推出。据意法半导体影像产品部技术市场经理张程怡介绍，VL53L0X 采用了第二代FlightSense技术，可将测距长度扩至 2 米，精确度控制在 ±3% 范围内，测量速度较第一代 VL6180X 产品更快。相比第一代技术，第二代FlightSense技术的核心优势，一方面在于持续优化算法，另一方面是采用了 940 纳米红外波段，在它的发射环境中，干扰更少，增强了对外部光源的抗干扰性能。

从目标应用来看，该产品可用于摄像机辅助（超快速自动对焦和景深图）、智能手机或笔记本电脑节能监测、手势控制、无人机、机器人和工业控制、IoT、家用电器等。

第三代 ToF 传感器 VL53L1X 于 2018 年 2 月推到市场。张程怡介绍，L53L1X 是一款长距离 ToF 测距传感器。新一代VL53L1X模块内加置镜头，其上运行着的先进数字固件确保了前所未有、高达 4 米的绝对距离测量。还提供特定区域（ROI）的区块大小和位置编程，可视同视角（FoV）缩放。从目标应用来看，该产品可用于高质量用户检测、长距离和快速障碍物检测或使用者检测，辅助无人机的悬停和降落、一维的手势识别、摄像和投影仪对焦辅助。

搭载 VL53L1X 的微型投影仪

在展会现场，ST 展出了搭载 VL53L1X 实现时时自动对焦的微型投影仪。还有搭载 VL53L1X 实现无人售货机或智能零售领域的销售与库存实时清算的演示。另值得一提的是，在本次展会上，ST首次公开演示其人流量计数器，该解决方案用VL53L1X飞行时间传感器计算进门人数，并在LED屏幕上显示人数。

意法半导体影像产品部技术市场经理张程怡

而在谈到 ST 的 ToF 测距传感器最大的优势时，意法半导体影像产品部技术市场经理张程怡表示，最大的优势主要体现在安规、尺寸和精准度这三个方面。对于未来技术的发展，张程怡表示会一方面专注“深度研究”，同时和不同领域更加密切的合作，提升更加智能化的体验等，这是未来的一个重点方向。另一方面将在传感器精度、有效距离、手势识别方面深耕，不断优化。

同时，据张程怡透露，明年 ST 还会推出最新一代的 ToF 测距传感器 VL53L5X。