最近服務機器人中火熱的無邊框擦玻璃機器人，應用其中的“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)領域的應用更加深入，亦打開了新興服務機器人、VR應用領域大門。
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。意法半導體（STM）另辟蹊徑，采用FlightSense技術，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，實現了測量距離更遠、幀速率更高、功耗更低。
意法半導體影像產品部技術市場經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)接近傳感器領先。另一方面，通過架構的革新和算法的優(yōu)化，ST近日推出的第二代ToF VL53L0X在測距、精度和尺寸方面實現了新的“質變”。
“ST第一代產品“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%?！睆埑题敿毥榻B說，“第二代產品VL53L0X內置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5μA。而其2.4mm x 4.4mm x 1mm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?！?/p>
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應用大有可為
有如此多的“光環(huán)”，自然ToF的應用也大幅拓展。
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，一是過去技術難以實現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；二是傳感器內部完成測距計算，通過I2C總線接口輸出數據，因而對手機主控制器的需求降至最低。因而，ST的第一代產品已被全球知名手機廠商的幾十種機型中，而第二代產品也被華為的P9、V8，聯想的moto g4+，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。
而ToF的應用還遠不止于此。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)自動化以及服務機器人及VR/AI領域，都有顯見的應用潛力。他舉例說，如家電感應面板、筆記本電腦的用戶探測或電源開關監(jiān)控器；衛(wèi)浴產品自動感應動作表現的提升，如水龍頭、皂液器、干手機；手勢識別；服務機器人的障礙物探測與防撞系統(tǒng)以及無人機和物聯網（IoT）應用等。
對于服務型機器人的市場前景，張程怡表示，“實現服務機器人的巡航控制、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?！?/p>
此外，針對VR/AR應用對動作捕捉和識別的需求提升，ToF或將大展身手。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，但在雙攝像頭應用中還要看VR應用發(fā)展，尚待挖掘。
未來將進行架構革新
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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，實現更高的精度。因此，此模塊將在結構上的革新，增加光學鏡頭等革新來實現?！?張程怡最后指出，“明年ST將推出測距達4米的第二代ToF傳感器?！?/p>