升级的ToF传感器如何解锁更多绝招

（集微网报道）Markets and Markets最新报告称，全球飞行时间（ToF）传感器市场规模预计将从2020年的28亿美元增长到2025年的69亿美元，在此期间的复合年增长率（CAGR）为20.0%。

如此大规模的市场爆发，不单依靠智能手机的带动，更广泛的消费电子影像以及工业应用都是主要的推手。

针对于市场对ToF技术的更高要求，意法半导体（ST）公司近日推出了世界首个多合一的多区直接ToF传感器模块VL53L5，旨在为多领域提供最全面的解决方案。

据意法半导体大中华及南亚区影像事业部技术市场经理张程怡介绍， ST是最早开发销售飞行时间传感器的厂商，截止到今天，产品已经发展到第4代，合作的OEM厂商已有50多家。“最重要的是，到去年底，我们的ToF出货量已超过10亿颗。”

ToF系统通过激光发射模块发射光子，当光子从场景反射回来后，ToF摄像头将记录反射光，并测量所经过的时间或相移。然后，根据光的总飞行时间（按照光速）计算距离。

ST的新产品创新地集成了940nm垂直腔表面发射激光器（VCSEL）光源、带VCSEL驱动器的SoC传感器、单光子雪崩二极管（SPAD）接收阵列和运行复杂固件的低功耗32位MCU内核及加速器。

“与市场上其他的ToF产品相比， ST ToF传感器是最安全的解决方案。我们可以按照客户要求提供Class 1证书。”张程怡特意强调了ST产品的安全特性。

VL53L5 FlightSense多区直接ToF传感器采用了40nm SPAD制造工艺，最大测距距离可达4米，测距区域多达64个，有助于成像系统了解场景空间细节。

其封装在6.4 x 3.0 x 1.5 mm的模块中，发送镜头和接收镜头都集成到模块上，并将模块对角线视场角（FoV）扩展到61度。这种广视场角特别适合检测不在图像中心的物体，并确保在图像的各个角落都能完美自动对焦。 在“激光自动对焦”应用场合，VL53L5可以收集整个视场中多达64个区域的测距数据，支持“触摸对焦”和许多其他功能。这种灵活可变性大大提高了智能手机/相机的性能、便利性和多功能性。

张程怡表示，为了实现61度FoV，ST在产品接收端加入了更多的光电二极管，并在光源部分采用多点VCSEL设计。

同时，新产品可通过SPAD阵列可以获得更大的灵活性，该阵列可设为空间分辨率优先，以最快15fps的速度输出所有64个区域的测距数据；或者设为最大测距距离优先，其中传感器以60fps的帧率输出4x4/16个测距区。

与之前生产的产品相组合，ST可以提供覆盖多领域的解决方案。张程怡告诉集微网，在消费电子领域，ST的方案主要应用在接近检测中。“家用电器和智能家居、卫浴设备和教育平板电脑，都可以使用ST ToF来检测用户是否存在和用户位置，相应地打开或关闭相关系统或屏幕。”

“投影机是我们今年主攻的另一个重要市场，包括办公用大型投影仪、微型投影仪和便携式投影机。”张程怡说。投影机使用ToF传感器可以为系统提供镜头到屏幕的距离信息，帮助系统立即自动对焦。尤其是，ST ToF传感器还有助于非常快速、准确地修正梯形失真。

此外，扫地机器人和服务机器人也是ST ToF发挥准确测距功能的应用场合。

在工业领域，ST ToF的应用也很广泛。比如，用ToF来统计输送带运货量，监测用户和操作员，感知卡车的装载率和装载信息。

过去几个月新冠疫情的发展催生了很多无接触式应用场景，ST ToF在其中同样可以发挥关键作用。

除了提供ToF产品本身外，ST还具有非常强大的开发环境，即STM32开放式开发环境，硬件开发工具是STM32 NUCLEO开发板，功能非常丰富。软件工具能够为客户和开发人员开发ToF应用提供便利。

当前，很多高端手机都配备了ToF传感器，因此有推断说ToF的应用成本偏高。对此，意法半导体大中华及南亚区影像事业部技术市场经理林国志并不认同。“举个例子，大家都以为客户会把它用在一部分高端手机上，但事实上，在市场上销售的已经超过200多款手机用到ST ToF传感器，这200多款的手机不是只包含高端，也包含入门款。我们更在意的不是高端应用，而是看手机厂对这个产品的定义。目前来说，ST和主要供应商，比如联发科、高通等合作非常紧密，所以对客户使用来说并没有特别的问题。”

至于ToF未来的发展，ST持乐观态度。张程怡表示：“今年推出的新产品包括53L3CX、53L1CB、53L5CX，这三个产品都持续有客户订单，得到了全面的、持续的关注。所以我们看到市场对ToF产品的需求是持续增加的。”

（校对/Andrew)