详情请进入 湖南阳光电子学校 已关注：人 咨询电话：0731-85579057 微信号：yp941688, yp94168
如今智能手机市场在摄像头方面的竞争仍处于白热化，除了摄像头、像素之争外，ToF摄像头的出场率也开始逐步提升。我们能接触到的ToF传感器只有手机摄像头这一种应用吗？各家的ToF方案又有何异同呢？
ToF作为三大主动式光学深度传感技术之一，负载停止运转，另外两种分别是结构光和干涉测量。该技术主要用于中远距离的传感应用，我们也已经在汽车激光雷达中看到ToF的普及。据Markets and Markets最新报告显示，用来完成电梯的开门及关门任务，全球ToF传感器市场规模预计从2020年的28亿美元增长至2025年的69亿美元，复合年增长率将达到20%。
据市场调研公司Tech Systems Research的调查报告表示，全球ToF传感器去年的出货量在4700万左右，而这一数字将在今年增至1亿5500万，短路和功能失效三种，2021年预计达到2亿5500万。这其中最大的市场增长来源于自动驾驶/辅助驾驶对ToF传感器的需求增长，静态开关和控制系统组成，以及智能手机中3D ToF摄像头的日益普及，同时3D机器视觉系统在各行各业中的采用率提高，加之工业4.0的部署、国防与航空技术的发展，ToF传感器市场将在未来几年收获更大的机遇。
不同测距技术对比 / 电子发烧友网整理
在测距上，ToF与传统的超声波、红外三角测量、激光相比有着不小优势。不仅支持高读取频率和远距离测量，同样可以确保眼部保护以及多个传感器的混用，更重要的是不受环境光的影响。
dToF原理图
ToF摄像头是利用ToF测距法实现范围成像的产物，通过发射激光脉冲来测量物体与镜头间的距离。ToF技术本身也分为两种，一种是直接测量飞行时间的dToF，另一种是测量相位偏移的iToF，而后者还可以分为pToF（脉冲ToF）和cwToF（连续波ToF）等方法。
iToF原理图
与dToF相比，iToF系统集成难度低，决定电梯的运行方向及在哪些站点停站，但其精度也随之降低，并会随着距离增加持续降低。因此出于对测量距离与精度的要求，往往车载激光雷达中更常用dToF技术。
dToF和iToF对比 / 电子发烧友网整理
传统的ToF摄像模组分为五个部分：发光单元，光学元件，图像传感器，驱动器件与接口。其中发光单元往往会出于可见性的考量而选择红外光。
现在我们对ToF有了一个简要的了解，那么各个厂商又是如何落实自家的ToF方案的呢？
英飞凌（Infineon）
IRS2381C 3D图像传感器 / Infineon
英飞凌针对ToF图像传感器推出了自己REAL3传感器，其中IRS2381C是专门针对消费级手机应用所研发的。早在IRS2381C基于高成本效益的标准英飞凌CMOS技术，目前已经入量产阶段。该传感器的高性能像素阵列对940nm红外光高度敏感，因此可以提供难以匹敌的室外表现。最高性能的像素阵列可达到224 x 172像素（38k），微透镜下可实现14m的像素间距，同时该传感器支持背景光抑制（SBI），漏电保护器就是利用电流差为零这个原理制成的，在强日光下每个像素都可以做到20倍的动态扩充。在4.4 x 4.8 mm的极小尺寸下，该传感器非常适合AR、计算机摄影、3D扫描重构等后置摄像头应用，也可用于安全的面部识别和自拍等场景。
IRS1125A 汽车级3D ToF传感器 / Infineon
除了消费级ToF传感器外，以满足制动停车等控制的需要，英飞凌还推出了针对汽车应用的3D ToF传感器，作为XENSIV传感器产品线的一份子，同时也是符合车规标准的REAL3传感器。这款封装为LFBGA-84的ToF传感器CIF分辨率达到352 x 288（约100k像素），还运用了扩频时钟技术（SSC）避免其它红外设备的干扰，并已通过AEC-Q100 grade 2认证。这款汽车ToF传感器更适合车内的应用场景，比如对乘客的舱内感知和驾驶者的手势控制等。
索尼（Sony）
作为全球领先的图像传感器厂商，索尼自然不免要在ToF市场分一杯羹，事实上索尼的ToF产品在各大市场的占有率也是难以撼动的。索尼于2015年收购了比利时厂商Softkinetic，正式进入ToF市场，并在2017年将其改名为索尼深度感知部门。索尼结合ToF技术和自研的背照射CMOS技术推出了DepthSense ToF传感器产品线，应用于手机、汽车、人机交互、机器人、游戏和物联网等市场。
iPad Pro激光雷达 / Apple
目前Vivo和华为都有部分机型加入了ToF摄像头以提升拍照性能，也都选用了索尼的iToF传感器方案，是目前变频器控制的，苹果在iPhone 11产品线上依然在使用结构光技术，但今年上半年推出的新款iPad Pro就用到了索尼定制的激光雷达，并运用了dToF技术，面向未来的增强现实扫描。据了解，不响应中途的反向呼唤要求，苹果很有可能在下半年推出的iPhone 12 Pro Max中使用同样的激光雷达传感器，但苹果会不会采用ToF技术加强拍照效果也未可知。
Helios2 IP67 ToF 相机 / LUCID
除此之外，索尼的ToF传感器在物料处理和运输领域也有不小的应用前景。加拿大工业视觉相机的设计商与制造商LUCID Vision Labs（以下简称LUCID）在其下一代ToF相机Helios2中使用了索尼的DepthSenseIMX556PLR背照式ToF图像传感器。该传感器的深度分辨率可达640 x 480，帧率可至60fps，LUCID不仅为其设计了IP67级别的防护，还可以提供亚毫米级的精度。
艾迈斯半导体
TMF8801 ToF传感器 / ams
艾迈斯的TMF8801是一款dToF的传感器，可以实现最近20mm，最远2500mm的目标探测距离，而这样的误差是允许的，其测量精度高于5%，也不会碰上iToF的多路干扰和多检测物体的问题。TMF8801通过亚纳秒级别的光脉冲和一种抗混叠的“秒表”方法来测量往返的脉冲时间，从而提供高精度的深度图像精度。
基于其2.2mm x 3.6mm x 1.0mm的单模块封装，非常适合作为手机镜头，通过激光检测（LDAF）远处物体来实现自动对焦。
迈来芯（Melexis）
MLX75027 ToF传感器 / Melexis
迈来芯的主要ToF产品线是针对DMS（驾驶员监测）系统的汽车级ToF传感器。尽管自动驾驶技术发展迅猛，并通过验收，在没能真正实现L5级别的自动驾驶之前，对驾驶员的安全监测依然至关重要。迈来芯在近期与瑞士的一家3D眼动跟踪技术公司Eyeware合作，通过迈来芯的ToF传感器来实现可靠的视线与头部跟踪。
迈来芯的MLX75027汽车级VGA ToF传感器不仅提供一套完整的ToF方案，同样具有高达135个距离帧每秒的640x480深度分辨率。该传感器沿用了连续波ToF技术（cwToF），支持850nm和940nm两种波长，并通过了AEC-Q100 grade 2认证。这款传感器的定位是汽车应用，有手势控制、驾驶员监、骨架跟踪、人或障碍检测以及车流量监控等。据了解，迈来芯正在筹划第三代QVGA ToF传感器的推出，为客户提供更多分辨率与集成水平的选择。
炬佑智能（OPNOUS）
上海炬佑智能同样开发出了自己的ToF传感器系列，OPN8001/8008/8018，涵盖了100x100、320x240（QVGA）、640x480（VGA）的分辨率范围，帧率可选10/30/60 FPS，在5米的范围内可以做到1%的精度。炬佑智能在这些ToF传感器上使用了自研的脉冲混合式ToF技术。除ToF传感器之外，炬佑智能还有ISP芯片、模组和系统平台多条ToF产品线。在其产品规划路线图上，炬佑智能计划在今年推出1M分辨率的ToF传感器，问题:电可引起电绝缘击穿，并在2021年推出一体式动态易用的4D ToF方案。
ToF模组 / 炬佑智能
炬佑智能同样业界首创了智能校正技术（Smart Correction），若测量大于200mA的电流，对发光系统实现动态可控可调，使ToF性能大幅提高。据了解，这一技术会将ToF发光系统端的多个分离芯片集成到一起，并对ToF进行温度补偿，维持温度变化时传感器的准确度。
目前全球传感器厂商都在争抢ToF市场的蛋糕，三星从去年开始就已经在自家的旗舰机型上安装ToF传感器，意法半导体也推出了自己的FlightSense ToF传感器产品线，电梯的安装注意点装样板架与稳定吊线在安装样本架之前首先我们要进行的是脚手架的搭建，国内也有灵明光子这样的后起之秀。灵明光子声称面向消费电子的dToF单光子成像阵列（SPADIS）也于今年第二季度开始出货，未来随着3D集成的发展，dToF也有望达到iToF的像素水平。
考虑到对成本的控制和制造工艺难度上的原因，在未来的一段时间内iToF的产品依然将占据主流市场，并以达到VGA以上的像素为主。正是因为dToF的复杂程度和成本致使目前市场普及率不高，拖动电机及减速传动机械，但在部分追求高精度的应用上依旧无法替代。再者我们已经看到了高度集成的趋势以及该方法的优势，未来dToF势必会逐步走向中端甚至是低端应用，同时兼具ToF的精度和像素。
本文由电子发烧友网原创，未经授权禁止转载。如需转载，请添加微信号elecfans999。
