最近服務(wù)機器人中火熱的無邊框擦玻璃機器人，應(yīng)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(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用更加深入，亦打開了新興服務(wù)機器人、VR應(yīng)用領(lǐng)域大門。

距離和精度超越傳統(tǒng)接近傳感器

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，主要不足在于被測物體的顏色和表面對測量精度影響很大。意法半導(dǎo)體(STM)另辟蹊徑，采用FlightSense技術(shù)，通過計算發(fā)射和返回的激光光子時間差，即計算飛行時間（FoT）方案進行測距，實現(xiàn)了測量距離更遠、幀速率更高、功耗更低。

意法半導(dǎo)體影像產(chǎn)品部技術(shù)市場經(jīng)理張程怡對記者介紹說，一方面，由于ToF是通過測量激光光子的途經(jīng)時間來計算被測物體與發(fā)射器之間的距離，其優(yōu)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(tǒng)接近傳感器領(lǐng)先。另一方面，通過架構(gòu)的革新和算法的優(yōu)化，ST近日推出的第二代ToFVL53L0X在測距、精度和尺寸方面實現(xiàn)了新的“質(zhì)變”。

“ST第一代產(chǎn)品“VL6180X”是將激光、測距、環(huán)境光傳感器三合一，激光器發(fā)射的不可見光波長為850nm，測距范圍為40cm，測距精度為10%。”張程怡詳細介紹說，“第二代產(chǎn)品VL53L0X內(nèi)置940nm激光發(fā)射器、SPAD紅外接收器和先進的MCU，ST將不可見光波長由850nm定制為940nm，配合先進的紅外濾波器，大大增強了對外部光源的抗干擾性能，精確度在±3%范圍。再加上自主研發(fā)的感應(yīng)光芯片算法的優(yōu)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5?A。而其2.4mmx4.4mmx1mm的封裝尺寸和回流焊兼容性，非常易于集成在主PCB或軟板上。”

應(yīng)用大有可為

有如此多的“光環(huán)”，自然ToF的應(yīng)用也大幅拓展。

先前ToF就因被智能手機廠商攝像頭激光輔助自動對焦所采用而享譽業(yè)界。張程怡表示，一是過去技術(shù)難以實現(xiàn)的低照度和低對比度情況下，使用ToF能輔助攝像頭系統(tǒng)實現(xiàn)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(nèi)部完成測距計算，通過I2C總線接口輸出數(shù)據(jù)，因而對手機主控制器的需求降至最低。因而，ST的第一代產(chǎn)品已被全球知名手機廠商的幾十種機型中，而第二代產(chǎn)品也被華為的P9、V8，聯(lián)想的motog4+，HTC的M10等旗艦機型手機采用，未來會有更多的手機廠商使用。

ToF的感測能力可支持各種功能，包括各種創(chuàng)新用戶界面的手勢感測或接近檢測，應(yīng)用也大幅拓展至新興的服務(wù)機器人及VR/AR、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

而ToF的應(yīng)用還遠不止于此。張程怡介紹，ToF的感測能力可支持各種功能，包括各種創(chuàng)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(yè)自動化以及服務(wù)機器人及VR/AI領(lǐng)域，都有顯見的應(yīng)用潛力。他舉例說，如家電感應(yīng)面板、筆記本電腦的用戶探測或電源開關(guān)監(jiān)控器；衛(wèi)浴產(chǎn)品自動感應(yīng)動作表現(xiàn)的提升，如水龍頭、皂液器、干手機；手勢識別；服務(wù)機器人的障礙物探測與防撞系統(tǒng)以及無人機和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用等。

對于服務(wù)型機器人的市場前景，張程怡表示，“實現(xiàn)服務(wù)機器人的巡航控制、避障發(fā)揮功能，ToF將發(fā)揮重要作用。這一市場的需求巨大，如一般的服務(wù)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(yīng)用對動作捕捉和識別的需求提升，ToF或?qū)⒋笳股硎?。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(tǒng)補強盲區(qū)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(yīng)用中還要看VR應(yīng)用發(fā)展，尚待挖掘。

未來將進行架構(gòu)革新

除提供VL53L0X外，為使集成過程更加快捷方便，ST還提供軟件API以及完整的技術(shù)文檔和例程源代碼，開發(fā)人員可以使用擴展板，與廣泛的MCU兼容，即可輕松開發(fā)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并沒有“高枕無憂”，亦在著眼于未來的需求做更多的創(chuàng)新。

對于未來技術(shù)的發(fā)展，張程怡表示會一方面專注“深度研究”，同時和不同領(lǐng)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(yōu)化。

“對于開發(fā)的難度在于如何進行更遠距離的探測，并讓被測物體反射更多的光子給接收器，實現(xiàn)更高的精度。因此，此模塊將在結(jié)構(gòu)上的革新，增加光學(xué)鏡頭等革新來實現(xiàn)?！睆埑题詈笾赋?，“明年ST將推出測距達4米的第二代ToF傳感器。”

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