探索dTOF的基本原理和核心組件

時(shí)間：2025-03-19  10:52:31  來源: 深圳市軒展科技有限公司  瀏覽數(shù): 2

1、dTOF的基本原理

dTOF（Direct Time-of-Flight，直接飛行時(shí)間）是一種通過發(fā)射脈沖光并測(cè)量其往返時(shí)間差來計(jì)算目標(biāo)距離的技術(shù)。其核心原理是利用光速恒定的特性，通過精確測(cè)量光脈沖從發(fā)射到返回的時(shí)間，計(jì)算出目標(biāo)物體與傳感器之間的距離。具體公式為：

距離 = 光速 x 飛行時(shí)間 / 2

dTOF技術(shù)的關(guān)鍵在于能夠直接測(cè)量光子的飛行時(shí)間，而不是通過相位差或其他間接方法。

2、dTOF的核心組件

dTOF技術(shù)主要由以下核心組件構(gòu)成：

2.1 發(fā)射端

VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）：VCSEL是dTOF系統(tǒng)中常用的發(fā)射光源，具有高效、緊湊、低功耗和快速調(diào)制的特點(diǎn)。它能夠發(fā)射出高能量密度的脈沖光，適合短距離和高精度的測(cè)距。

光學(xué)組件：包括準(zhǔn)直鏡頭和衍射光學(xué)元件（DOE），用于將激光束準(zhǔn)直并分配到目標(biāo)區(qū)域。

2.2 接收端

SPAD（單光子雪崩二極管）：SPAD是dTOF系統(tǒng)的核心接收傳感器，能夠?qū)蝹€(gè)光子產(chǎn)生響應(yīng)并觸發(fā)雪崩效應(yīng)，從而輸出電流信號(hào)。SPAD的高靈敏度使其能夠在低光環(huán)境下工作，并提供高精度的時(shí)間測(cè)量。

SiPM（硅光子光電倍增管）：在某些應(yīng)用中，SiPM也被用作接收傳感器，其內(nèi)部包含多個(gè)SPAD像素，能夠提供更高的信號(hào)強(qiáng)度。

2.3 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）

TDC是將光脈沖的飛行時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。它記錄發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時(shí)間間隔，并通過時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)（TCSPC）技術(shù)生成時(shí)間分布直方圖，從而確定目標(biāo)距離。

2.4 窄帶濾光片

為了減少環(huán)境光的干擾，dTOF系統(tǒng)通常配備窄帶濾光片，僅允許特定波長（如940nm）的光通過，從而提高信噪比。

2.5 激光驅(qū)動(dòng)電路

激光驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)控制VCSEL的發(fā)射，提供高功率的脈沖信號(hào)，以確保發(fā)射光的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

3. dTOF的優(yōu)勢(shì)

高精度測(cè)距：通過直接測(cè)量光子飛行時(shí)間，dTOF能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的距離測(cè)量。

低功耗：VCSEL和SPAD的高效特性使得dTOF系統(tǒng)在低功耗下運(yùn)行。

抗干擾能力強(qiáng)：窄帶濾光片和高靈敏度的SPAD使其在復(fù)雜環(huán)境下表現(xiàn)出色。

dTOF技術(shù)因其高精度和低功耗的特性，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、3D成像、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人導(dǎo)航、無人機(jī)導(dǎo)航等領(lǐng)域。

在3D成像領(lǐng)域，dToF技術(shù)能夠捕獲高精度的深度圖像，為物體識(shí)別和場景重建提供有力支持。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，dToF技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的距離測(cè)量和障礙物檢測(cè)，為車輛的安全行駛提供重要保障。