Ted Tan

新款iPad Pro在 2020年發(fā)布，在這款新設(shè)備的后攝上加入了一枚LiDAR激光雷達(dá)，蘋果明確宣稱這是一顆采用dToF技術(shù)的深度感知模塊。這一次，蘋果把基于飛行時間ToF（Time of Flight）技術(shù)的3D感知帶入消費(fèi)電子領(lǐng)域，令人耳目一新。

iPad Pro 2020的LiDAR采用的是多點dToF技術(shù)，大約有3萬個點，可以通過測量每一個點光線從發(fā)出、碰到物體返回的時間，獲取物體的深度信息，從而為物體建立3D模型。實際上，基于這一原理的1D ToF技術(shù)早已廣泛應(yīng)用于對距離有精確測量需求的領(lǐng)域，比如消費(fèi)電子領(lǐng)域，包括手機(jī)屏幕的自動亮屏和滅屏，手機(jī)攝像頭的自動對焦；還比如物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，包括人臉支付終端的距離檢測，商場中觸發(fā)自動開關(guān)門應(yīng)用，自動化工廠里用于工人與機(jī)器人近距離協(xié)同工作時控制安全距離，智慧城市中的智能垃圾桶量滿檢測等。

目前，1D ToF有兩種技術(shù)實現(xiàn)方式，其中，通過發(fā)射、接收光并測量光子飛行時間從而確定距離的直接測距dToF，具有Truedistance、快速響應(yīng)、低功耗以及多物體同步精確檢測等優(yōu)勢，更受消費(fèi)電子領(lǐng)域歡迎。

基于直接測量的方法，原理非常簡單，發(fā)射一束脈沖光波，通過光學(xué)快門快速精確獲取照射到三維物體后反射回來的光波的時間差t，由于光速c已知，只要知道照射光和接收光的時間差，來回的距離可以通過公示d = t/2· c。此種方法原理看起來非常簡單，但是實際應(yīng)用中要達(dá)到較高的精度仍具有很大的挑戰(zhàn)，如控制光學(xué)快門開關(guān)的時鐘要求非常高的精度，還要能夠產(chǎn)生高精度及高重復(fù)性的超短脈沖，照射單元和ToF傳感器都需要高速信號控制，這樣才能達(dá)到高的深度測量精度。 假如照射光與ToF傳感器之間的時鐘信號發(fā)生10ps的偏移，就相當(dāng)于1.5mm的位移誤差。

ToF的照射單元都是對光進(jìn)行高頻調(diào)制之后再進(jìn)行發(fā)射，一般采用LED或激光（包含激光二極管和VCSEL）來發(fā)射高性能脈沖光，脈沖可達(dá)到100MHz左右，主要采用紅外光。

1dToF模組還必須有一個光學(xué)鏡頭，不過與普通光學(xué)鏡頭不同的是，這里需要加一個紅外帶通濾光片來保證只有與照明光源波長相同的光才能進(jìn)入。由于光學(xué)成像系統(tǒng)不同距離的場景為各個不同直徑的同心球面，而非平行平面，所以在實際使用時，需要后續(xù)數(shù)據(jù)處理單元對這個誤差進(jìn)行校正。

ams的1D ToF系列，包括已成熟量產(chǎn)的TMF8701和新近發(fā)布的升級版TMF8801，基于ams專有的單光子雪崩二極管（SPAD）像素設(shè)計和具有極窄脈寬的時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器 （TDC），可實時測量光子的直接飛行時間，實現(xiàn)快速精準(zhǔn)確定物體的距離，測量距離可以從1.5cm到2.5m。

ams持續(xù)保持世界最小紀(jì)錄的1D ToF傳感器TMF8701、TMF8801系列，針對占位檢測進(jìn)行了優(yōu)化，是ams 3D傳感整體解決方案的一部分。通過1D ToF的占位檢測，可適時喚醒眼球追蹤、注意力檢測等功能，進(jìn)而適時喚醒3D識別系統(tǒng)，從而實現(xiàn)更低功耗、更縝密安全的人臉識別，適用于如移動設(shè)備的人臉識別應(yīng)用、家居系統(tǒng)的手勢和人員識別、機(jī)器人導(dǎo)航以及車用高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS）。