原创 艾迈斯欧司朗 dToF，一部4000万片出货量背后的“技术经”

感光百科：4000万片出货量背后的“技术经”

目前，仅单点dToF，艾迈斯欧司朗的累积出货量就已超过了4000万片。

大量采用的背后必然代表无数用户对这一技术的认可和信赖。

究竟是什么魔力，让dToF传感器拥有如此强大的吸引力？又是怎样的know-how积累让艾迈斯欧司朗的dToF产品如此受到青睐？

让我们再次回到底层原理来探究dToF 4000万片出货量背后的“技术经”。

01、底层原理决定应用上限

dToF传感器，顾名思义，直接飞行时间测量，基于光速不变，测量光子从发射端到接收端的光程差，从而直接计算二者之间的距离。

一般来说，dToF传感器从硬件结构上可分为三部分：

VCSEL，发射模块，它的特点就是发射一个短时的高强度光脉冲。而在光信号发射同时，TDC，高精度高分辨率的计时器，开启计时；

SPAD，接收模块，在接收到光脉冲后，会给TDC一个停止计时的信号，此时便可得到时间差数据，基于光速不变理论，用时间差乘以光速除以2就是检测距离。

这是一个非常浅显易懂的原理。

艾迈斯欧司朗现场技术支持高级经理王志强认为正是因为原理层的简单直接，带给dToF传感器3个重要特征：

dToF均是直接进行距离的测量，而且基本上都是基于940nm的红外波段，本身对被测物体的颜色、纹理、还有形状都不是很敏感，因此应用表现更优秀；

dToF的测量是基于光速，由于光速非常快，因此可以将它理解成为一个低延时的距离测量方式，同时SPAD雪崩二极管的灵敏度也非常高，因而dToF的发射端能量可以设计到很低，整体的系统应用也更易于实现低功耗；

dToF传感器的检测特点允许它可以在一个方向上同时检测2个物体，能够实现其他距离传感器做不到的特色功能。

02、干扰对它的影响？

然而，在实际使用中，由于光的量子效应，一次测量不能只发射一次光脉冲，因为在某些情况下，即使场景中有待测物体，dToF传感器也会接收不到信号。

因此，为了保证单次测量的可靠性和精度，dToF每测量一次距离，就需要发射一连串时间间隔固定的光脉冲，然后同时计数，如此一来便会得到类似下图右侧所示的直方图。

艾迈斯欧司朗的dToF传感器会有自身的一套算法对该直方图进行处理，通过计算两个物体之间信号的时间差，就可以得到较为精确的距离数据。

“在实际应用中，比如太阳光也有940nm红外光能量，它会在一些我们意想不到的地方触发信号，但这种概率较低，和真正的待测物体相比概率会低很多，所以通过这种方式就会消除掉部分外界干扰，得到更为可靠的信号输出。”

直方图算法还会得到一些额外的好处：

比如，从系统层面，因为最终是计算接收端和发射端之间的时间差，因而dToF传感器在计算时对信号强度在一定程度上并不敏感。

这个特点在实际应用中又会带来哪些意义？

据悉，dToF是一个光学传感器，在模块前面一般都会有一个透明结构比如玻璃，这块玻璃在出厂时肯定是干净的，所以它的噪声也会特别小。但在使用过程中，会有水渍、脏污以及灰尘，势必会形成遮挡。

此时，如果你的测量主要基于强度，那么会对你的检测结果带来很大的影响。艾迈斯欧司朗由于采用直方图的方式，测量的是信号之间的时间差，这就保证了即使在使用过程中有一些脏污或者损伤，也不会对dToF的性能带来多大影响。

“此外，艾迈斯欧司朗在光学系统中还有额外优势，例如我们对光学滤波器设计会有know-how总结，积累一些独到经验。”

特别是由于艾迈斯欧司朗的滤波器会和自家发射端940nm的光源匹配度更好，这就意味着环境光里的大部分干扰光源都会被滤除掉，dToF的信噪比等各项指标也会直接受益。

假设在太阳光条件下，比如艾迈斯欧司朗的单点dToF产品在100K lux，检测距离还能做到1m以上，那么市面上的其他产品一般在5K lux太阳光条件下，检测距离就只能做到0.5m了（如下图所示）。

03、闯出一片天

艾迈斯欧司朗配备了非常全面的dToF“产品库”（如下图）。

左侧的产品均为单点dToF，且所有产品均是Pin to Pin的，封装完全一样，可以混用，方便客户根据不同的应用场景选择适合的产品。

其中，TMF8806是艾迈斯欧司朗新近发布的一款dToF产品。

它不仅体积小巧（3.6mm×2.2mm×1.0mm），得益于超短光脉冲技术、更广的探测范围以及节能设计，还可以在任何环境下实现快速、低功耗的测量，得出精确距离。

强化单区检测功能的TMF8806，其标准模式下检测范围可从1cm扩展至2.5m，远程模式下更可达5m，进一步拓宽了dToF产品的应用领域。

在单点产品之外，艾迈斯欧司朗还推出了多点TMF882X系列，TMF8820、TMF8821和TMF8828，分别支持3×3，4×4和8×8的分区。这3款产品同样是Pin to Pin的，便于复用。

如果谈到dToF的应用前景，用“非常广阔”4个字来概括恰如其分。

“目前来看，出货量最大的还是测距以及辅助对焦的应用，主要的应用载体便是智能手机，不论是单点测距还是多点测距，甚至是辅助背景虚化的应用。”

此外，智能家居中的避障、防跌落检测以及沿边检测，智能门锁乃至智慧屏中的非接触式交互设计，例如接近亮屏、手势识别；

即使在工业上，也可辅助无人机避障、降落，包括流水线的特定操作触发；

最后，就是当下很火的PC端智能交互应用。现在有一部分高端PC，可以做到监测用户的注意力，当它侦测到用户并没有注视屏幕时，屏幕便可以熄灭或者降低刷新率，做低功耗处理。

“如果配上我们的8×8多点dToF传感器TMF8828以及匹配的算法，还将赋能高端PC在一定程度上识别人的转头角度从而规划更多智能化操作。”

据王志强介绍，面对后续更多的分区需求，艾迈斯欧司朗已经在规划更新的TMF882X产品，它最高可以支持到32×32个分区，同时可以将检测距离从当前的5米延长到8米的范围。

此外，艾迈斯欧司朗还将3D ToF产品列入规划当中，据悉其分辨率达到1000点，在和摄像头配合时，可以实现更精确的手势识别，或者完成一些场景的3D重建。

“我们的产品规划还是非常丰富的，从单点，多点到3D产品都会一一布局。”