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A tecnulugia Direct Time-of-Flight (dTOF) hè un approcciu innovativu per misurà precisamente u tempu di volu di a luce, utilizendu u metudu Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC). Sta tecnulugia hè parte integrante di una varietà di applicazioni, da u rilevamentu di prossimità in l'elettronica di cunsumu à i sistemi LiDAR avanzati in l'applicazioni automobilistiche. À u so core, i sistemi dTOF sò custituiti da parechji cumpunenti chjave, ognunu di i quali ghjoca un rolu cruciale per assicurà misurazioni precise di a distanza.
I cumpunenti principali di i sistemi dTOF
Driver Laser è Laser
U driver laser, una parte pivotale di u circuitu di u trasmettitore, genera signali d'impulsi digitali per cuntrullà l'emissione di u laser via a commutazione MOSFET. I laser, in particulareLaser à emissione superficiale di cavità verticale(VCSEL), sò favuriti per u so spettru strettu, l'alta intensità energetica, e capacità di modulazione rapida è a facilità d'integrazione. Sicondu l'applicazione, si selezziunanu lunghezze d'onda di 850 nm o 940 nm per equilibrà trà i picchi d'assorbimentu di u spettru solare è l'efficienza quantica di u sensore.
Ottica di trasmissione è ricezione
Da u latu di trasmissione, una lente ottica simplice o una cumminazione di lenti collimatrici è elementi ottici diffrattivi (DOE) dirige u raghju laser attraversu u campu visuale desideratu. L'ottica ricevente, destinata à raccoglie a luce in u campu visuale di destinazione, beneficia di lenti cù numeri F più bassi è illuminazione relativa più alta, accumpagnata da filtri à banda stretta per eliminà l'interferenza di luce estranea.
Sensori SPAD è SiPM
I diodi à valanga à fotone unicu (SPAD) è i fotomoltiplicatori di siliciu (SiPM) sò i sensori principali in i sistemi dTOF. I SPAD si distinguenu per a so capacità di risponde à fotoni singuli, scatenendu una forte corrente di valanga cù un solu fotone, ciò chì li rende ideali per misurazioni di alta precisione. Tuttavia, a so dimensione di pixel più grande paragunata à i sensori CMOS tradiziunali limita a risoluzione spaziale di i sistemi dTOF.
Convertitore di tempu à digitale (TDC)
U circuitu TDC traduce i signali analogichi in signali digitali rapprisentati da u tempu, catturendu u mumentu precisu chì ogni impulsu di fotone hè registratu. Questa precisione hè cruciale per determinà a pusizione di l'ughjettu di destinazione basatu annantu à l'istogramma di l'impulsi registrati.
Esplorazione di i parametri di prestazione di dTOF
Gamma di rilevazione è precisione
A portata di rilevazione di un sistema dTOF teoricamente si estende finu à induve i so impulsi di luce ponu viaghjà è esse riflessi versu u sensore, identificati distintamente da u rumore. Per l'elettronica di cunsumu, u focu hè spessu in una portata di 5 m, utilizendu VCSEL, mentre chì l'applicazioni automobilistiche ponu richiede portate di rilevazione di 100 m o più, chì necessitanu diverse tecnulugie cum'è EEL olaser à fibra.
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Gamma massima senza ambiguità
A portata massima senza ambiguità dipende da l'intervallu trà l'impulsi emessi è da a frequenza di modulazione di u laser. Per esempiu, cù una frequenza di modulazione di 1 MHz, a portata senza ambiguità pò ghjunghje sin'à 150 m.
Precisione è Errore
A precisione in i sistemi dTOF hè intrinsecamente limitata da a larghezza di l'impulsu di u laser, mentre chì l'errori ponu nasce da varie incertezze in i cumpunenti, cumprese u driver laser, a risposta di u sensore SPAD è a precisione di u circuitu TDC. Strategie cum'è l'impiegu di un SPAD di riferimentu ponu aiutà à mitigà questi errori stabilendu una linea di basa per u timing è a distanza.
Resistenza à u rumore è à l'interferenza
I sistemi dTOF devenu fà fronte à u rumore di fondu, in particulare in ambienti cù luce forte. Tecniche cum'è l'usu di parechji pixel SPAD cù diversi livelli di attenuazione ponu aiutà à gestisce sta sfida. Inoltre, a capacità di dTOF di distingue trà riflessioni dirette è multipath migliora a so robustezza contr'à l'interferenze.
Risoluzione Spaziale è Cunsumu d'Energia
I progressi in a tecnulugia di i sensori SPAD, cum'è a transizione da i prucessi di illuminazione frontale (FSI) à quelli di illuminazione posteriore (BSI), anu migliuratu significativamente i tassi di assorbimentu di fotoni è l'efficienza di i sensori. Stu prugressu, cumminatu cù a natura pulsata di i sistemi dTOF, si traduce in un cunsumu energeticu più bassu paragunatu à i sistemi à onda cuntinua cum'è iTOF.
U futuru di a tecnulugia dTOF
Malgradu l'alti ostaculi tecnichi è i costi assuciati à a tecnulugia dTOF, i so vantaghji in termini di precisione, portata è efficienza energetica ne facenu un candidatu promettente per applicazioni future in diversi campi. Cù a continua evoluzione di a tecnulugia di i sensori è di a cuncepzione di circuiti elettronichi, i sistemi dTOF sò pronti per una adozione più larga, chì prumove innovazioni in l'elettronica di cunsumu, a sicurezza automobilistica è oltre.
- Da a pagina web02.02 TOF系统 第二章 dTOF系统 - 超光 Faster than light (faster-than-light.net)
- di l'autore: Chao Guang
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Data di publicazione: 07 marzu 2024