TOF是飛行時(shí)間（Time of Flight）技術(shù)的縮寫，即傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產(chǎn)生深度信息，此外再結(jié)合傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝，就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現(xiàn)出來。

不論是自動(dòng)駕駛，還是VR；亦或是現(xiàn)在市面上層出不窮的平衡車，都離不開ToF技術(shù)。

TOF測(cè)量原理

發(fā)射的紅外光線被被測(cè)物體反射后回到傳感器，內(nèi)置的計(jì)時(shí)器記錄其來回時(shí)間，然后即可計(jì)算出其距離。聽起來好像和大家玩爛了的超聲波測(cè)距沒啥不同。但其實(shí)不然，超聲波測(cè)距對(duì)反射物體要求比較高，面積小的物體，如線、錐形物體就基本測(cè)不到，而TOF紅外測(cè)距完全可克服此問題，同時(shí)TOF測(cè)距精度高，測(cè)距遠(yuǎn)，響應(yīng)快。

這種技術(shù)跟3D激光傳感器原理基本類似，只不過3D激光傳感器是逐點(diǎn)掃描，而TOF相機(jī)則是同時(shí)得到整幅圖像的深度信息。

ToF的原理是通過光子的反射測(cè)距。傳統(tǒng)上是紅外測(cè)距，但紅外測(cè)距沒有計(jì)算時(shí)間差的能力，主要靠測(cè)光強(qiáng)，但打在黑色、白色等顏色物體上，由于材料本身的吸收度不同，也會(huì)影響測(cè)距效果，因此ST的FlightSense采用計(jì)算發(fā)射和返回的光子時(shí)間差，即計(jì)算飛行時(shí)間（ToF）方案。另外在集成度上，ST的方案是發(fā)射和接收都做在一起，而紅外測(cè)距往往是分立方案。

市面上有多家公司采用ToF方法，但主要采用相位測(cè)距法，主要用于工業(yè)，原理是脈沖計(jì)算法，但在波谷的能量就不測(cè)量了，會(huì)造成能量損失。

為何ST方案的測(cè)距角度都是25°？因手機(jī)鏡頭弧度是25°左右，所以市面上的產(chǎn)品往往是25~30°視角。FlightSense二代之所以是2米測(cè)距，因手機(jī)拍攝的理想距離是1.2~1.5米。

ST的FlightSense有三代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是VL6180X，15fps，是40 cm+環(huán)境光傳感器，2014年第二季度推出;第二代是VL53L0X，為30fps，最大200 cm，是2016年以來主推的;新的第三代是VL53L1X，為60fps，最大400 cm，2018年2月問世。

*第一代測(cè)距傳感器——VL6180系列可用于教育面板，因?yàn)榧议L(zhǎng)特別在乎孩子眼睛是不是看得太近。專業(yè)的筆記本上也有測(cè)距器件，不只是監(jiān)控閱讀的距離，同時(shí)也做了開關(guān)，當(dāng)人離開后就把屏幕關(guān)掉，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和保密。還有智能家居面板與服務(wù)機(jī)器人，它們?cè)跊]人的時(shí)候會(huì)關(guān)閉，有人過來后會(huì)開啟。

其中，Amiro智能化妝鏡很有創(chuàng)意，其外緣有一圈智能燈。有時(shí)候你在家里的化妝鏡前，明明涂的是桃紅色3號(hào)口紅，結(jié)果一去宴會(huì)會(huì)場(chǎng)它卻成了紫色8號(hào)的顏色。原因是環(huán)境光的影響。所以Amiro鏡子有幾種模擬光，可模擬太陽光、室內(nèi)光等，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的科學(xué)模擬。例如你今天主要是去野餐的，你今天就要用它的3號(hào)光，你的桃色3號(hào)口紅在野外就會(huì)呈現(xiàn)這個(gè)顏色。FlightSense用于感應(yīng)到你是否到鏡子面前，此方案中的最遠(yuǎn)感應(yīng)距離約20 cm。

*第二代測(cè)距傳感器VL53L0X的測(cè)距更遠(yuǎn)，達(dá)2 m。可以用于衛(wèi)浴，現(xiàn)在還在發(fā)展沖水馬桶，但它對(duì)可靠性要求比較嚴(yán)苛，因?yàn)橐髾z測(cè)率達(dá)100%。還可用于距離更遠(yuǎn)的照明開關(guān)，例如辦公室的燈。廣告機(jī)的測(cè)距距離也要更遠(yuǎn)，有人就自動(dòng)開啟。

*第三代測(cè)距傳感器VL53L1X于2018年2月推到市場(chǎng)，可用于探測(cè)距離達(dá)4 m的無人機(jī)，用于定高。還有室內(nèi)機(jī)器人/掃地機(jī)器人的避障等。另外一個(gè)有前景的應(yīng)用是室內(nèi)門禁，門禁機(jī)開始采用人臉識(shí)別，然而常發(fā)生這樣一個(gè)尷尬現(xiàn)象，識(shí)別需要很長(zhǎng)時(shí)間，識(shí)別完后，門又擋住了人，又需要再回去感應(yīng)，如何在識(shí)別完成后，人一動(dòng)，門就會(huì)迅速打開，這就需要對(duì)距離有非常敏銳感覺的感應(yīng)器。再有，投影儀和相機(jī)，有了測(cè)距能夠拍攝得更遠(yuǎn)更好。

飛行時(shí)間（ToF）傳感系統(tǒng)是最有盈利空間的創(chuàng)新成像技術(shù)之一。市場(chǎng)上的主要消費(fèi)類產(chǎn)品制造商都希望在各種智能硬件中集成飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距，以提供3D成像、接近感應(yīng)、環(huán)境光感測(cè)、手勢(shì)識(shí)別等功能。

意法半導(dǎo)體在飛行時(shí)間（ToF）傳感方面潛心研究，而iPhone 7 Plus中的飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距傳感器是意法半導(dǎo)體為蘋果公司定制的產(chǎn)品。

這款為蘋果定制的產(chǎn)品位于iPhone手機(jī)前面、主揚(yáng)聲器上方，采用光學(xué)柵格陣列（LGA）封裝形式，尺寸為2.8mm x 2.40mm，小于意法半導(dǎo)體對(duì)外公開銷售的任一款ToF傳感器。

蘋果iPhone 7 Plus拆解

ToF傳感器包括紅外發(fā)射器（垂直腔面發(fā)射激光器，VCSEL）、紅外探測(cè)器（單光子雪崩二極管，SPAD）。

意法半導(dǎo)體飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距傳感器封裝尺寸

意法半導(dǎo)體飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距傳感器逆向分析

VCSEL芯片剖面圖（樣刊模糊化）

意法半導(dǎo)體第二代飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距傳感器VL53L0X采用4.4 mm x 2.4 mm x 1 mm回流焊封裝，主要有以下優(yōu)勢(shì)：（1）不到30 ms即可提供最長(zhǎng)2米的絕對(duì)距離讀值；（2）快速模式：50Hz快速測(cè)距操作；（3）高精度（精確度控制在±3%范圍內(nèi)），低功耗（正常工作模式下功耗僅20mW，待機(jī)功耗只有5μA）；（4）先進(jìn)的環(huán)境光抑制的設(shè)計(jì)；（5）采用940nm紅外光。