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一线手机大厂推波助澜!ToF 传感技术逐渐崭露头角

http://www.ec.hc360.com2019年07月25日11:34 来源:集微网T|T

    集微网上海报道,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。

一线手机大厂推波助澜!ToF 传感技术逐渐崭露头角

    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iPhoneX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(TimeofFlight)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MWC2019上,作为MEMS技术和传感器的全球先驱,意法半导体(ST)便展出了业内广泛的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、VL53L0X(第二代)、VL53L1(第三代)。

    具体来看,ToF传感器VL6180X于2014年第二季度推出,测距范围是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。

    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20cm。

    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,测量速度较一代VL6180X产品更快。相比一代技术,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高达4米的距离测量。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。

    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。

    而在谈到ST的ToF测距传感器大优势时,意法半导体影像产品部技术市场经理张程怡表示,大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还会推出新一代的ToF测距传感器VL53L5X。

责任编辑:刘婷婷

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