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新一代激光测距传感器(ToF)爆发洪荒之力

2016-08-11 08:44
冷血の爱
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  最近服务机器人中火热的无边框擦玻璃机器人,应用其中的“传感器”量测机器人与窗户之间的距离,可侦测无边框窗户边缘,让机器人自由地在无边框窗户上工作而不会从玻璃上滑落下来,解决了机器人不能擦无边框玻璃的难题。而这正是“飞行时间测距传感器(ToF)”带来的“功劳”。随着ToF的性能不断革新,不仅在传统领域的应用更加深入,亦打开了新兴服务机器人、VR应用领域大门。

  距离和精度超越传统接近传感器

  接近传感器门类众多,包括红外、超声波等,主要通过测量反射光的光量来估算距离,主要不足在于被测物体的颜色和表面对测量精度影响很大。意法半导体(STM)另辟蹊径,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(FoT)方案进行测距,实现了测量距离更远、帧速率更高、功耗更低。

  意法半导体影像产品部技术市场经理张程怡对记者介绍说,一方面,由于ToF是通过测量激光光子的途经时间来计算被测物体与发射器之间的距离,其优点是不受目标大小、颜色和反射率的影响,因而在距离和精度方面均比传统接近传感器领先。另一方面,通过架构的革新和算法的优化,ST近日推出的第二代ToFVL53L0X在测距、精度和尺寸方面实现了新的“质变”。

  “ST第一代产品“VL6180X”是将激光、测距、环境光传感器三合一,激光器发射的不可见光波长为850nm,测距范围为40cm,测距精度为10%。”张程怡详细介绍说,“第二代产品VL53L0X内置940nm激光发射器、SPAD红外接收器和先进的MCU,ST将不可见光波长由850nm定制为940nm,配合先进的红外滤波器,大大增强了对外部光源的抗干扰性能,精确度在±3%范围。再加上自主研发的感应光芯片算法的优化,ToF测距长度扩至最长两米,而且测速更快,时间不足30ms。VL53L0X能效也更高,正常工作模式下功耗仅20mW,待机功耗只有5?A。而其2.4mmx4.4mmx1mm的封装尺寸和回流焊兼容性,非常易于集成在主PCB或软板上。”

  应用大有可为

  有如此多的“光环”,自然ToF的应用也大幅拓展。

  先前ToF就因被智能手机厂商摄像头激光辅助自动对焦所采用而享誉业界。张程怡表示,一是过去技术难以实现的低照度和低对比度情况下,使用ToF能辅助摄像头系统实现更快更准的自动对焦,即便在视频模式和连拍模式下都可快速准确自动对焦;二是传感器内部完成测距计算,通过I2C总线接口输出数据,因而对手机主控制器的需求降至最低。因而,ST的第一代产品已被全球知名手机厂商的几十种机型中,而第二代产品也被华为的P9、V8,联想的motog4+,HTC的M10等旗舰机型手机采用,未来会有更多的手机厂商使用。

  ToF的感测能力可支持各种功能,包括各种创新用户界面的手势感测或接近检测,应用也大幅拓展至新兴的服务机器人及VR/AR、物联网领域。

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