最小ToF传感器成就新一代光学测距

超声波测距、红外线测距在感测市场上活跃着，但是随着人们对于光的熟识，光学测距逐渐开始占据感测市场，激光测距就是其中主要的研究方向之一。2015年，ST 影像事业部利用ToF原理创造了FlightSense^TM技术，推出了第一代飞行时间(ToF)传感器。时隔一年，ST又推出FlightSense^TM第二代产品——VL53L0X光学感测模块。

FlightSense^TM技术采用飞行时间感测原理，利用传感器给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，计算往返时间从而的到所测距离。

(ST影像事业部技术市场经理张程怡)

ST影像事业部技术市场经理张程怡介绍：“第二代ToF传感器模块利用SPAD原理，将发射器与接收器集成在同一块传感器当中，发射端为激光源，接收这块就是SPAD。通过接收器所接收到的光子数量来计算距离，这种SPAD半导体制成也是ST自己拥有和生产的。该传感器封装仅为4.4×2.4×1mm是目前市场上最小的ToF传感器。”第二代ToF传感器模块超小型的封装设计，给焊接工作带来了一定压力。其二，发射机和接收器这两个光学器件开口不允许有污染，所以需要在这两款器件上加上光学镜片以保证其测量的精准度。

(ST 两代ToF传感器对比)

相较于第一代ToF传感器，VL53L0X采用了940nm无红光闪烁激光器，将测距范围扩大至了2m。张先生在本次交流会中提到：“第二代ToF传感器采用940nm激光器主要是因为该频段的激光为不可见光，且不会对人眼产生危害。940nm在自然界中，尤其是室内环境含受到的干扰比较少，结合ST的优化算法，可以将测量误差控制在3%以内。”VL53L0X传感器采用的是脉冲式测距方法。避免了相位式测距检测峰值的误差，也利用了相位式检测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系统视野角度可达25度。相比于传统激光点对点测距方式来讲，ToF传感器感测的是被检测物体的面，以第一代为例，第一代产品最大检测距离为40厘米，产生一个直径为17厘米的有效的工作区块。 而第二代传感器的检测距离扩展至了2米，其有效工作直径也扩展到了90厘米。

(FOV 25度)

VL53L0X通过小尺寸、高精准度以及一级安规的优势使得ST成为了全球市场排名第一的ToF解决方案厂商。其FlightSense^TM产品在移动和非移动应用市场上均得以运用，针对不同应用领域已有开发解决方案让终端厂商更加快速地完成新产品的开发。VL53L0X现可以用于手机自动对焦辅助装置，进行接近检测，可用于机器人，控制面板等智能家居中，同样也可让小孩子的玩具变得更加有趣。

(ToF传感器可应用的领域)

以手机自动对焦中使用ToF传感器为例，以往的自动对焦功能通常采用集成在手机图像信号处理器中的一套数据计算方法。当取景器捕捉到最原始的图像后，这些图像数据会被当作原始资料传送至图像信号处理器中，图像信号处理器对原始数据进行分析，检查图像中毗邻像素之间的密度差异，从中挑出最好的那一帧图像即为呈现在我们眼前的照片。而采用了ToF传感器的自动对焦系统，则是通过检测物体与相机之间的距离来进行对焦，减少了相机抓取图像帧数的数量，即使是在弱光下也能够快速清晰地抓取图像。在拍摄视频方面，在两米内的移动VL53L0X均能够进行精准测距并抓取图像。

(用于手机的ToF传感器)

(擦窗机器人中的ToF传感器)

同时，张先生还表示：“未来第三代ToF传感器的测距将由2米扩展至4米，加大感测距离，就需要接收器能够检测到更多的光子，除了结构之外还需要光学的辅助，还可通过凹凸透镜抓取更多的光子实现更远距离的光学测距。”

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