隨著人臉識別等應用的火爆，ToF作為3D傳感的主要實現技術，一夜之間近乎成為各大手機品牌的標配。蘋果卻是個特例，對此熱潮一直持觀望態度，直到2020年才正式入場。

然而，蘋果的選擇，卻并非此前大行其道的iToF，而是更為創新、難度更大的dToF技術。不僅止于3月的iPad Pro應用，新近發布的iPhone 12 Pro/ Pro Max也都采用了dToF，可以說，蘋果通過此舉，正式向全天下昭告堅定站隊dToF。

為什么dToF會成為蘋果的心頭好？除了手機，它還有什么極具發展空間的應用預期？對此，ams可算是最有發言權——ams是目前業內唯一擁有3D傳感三種主流全技術（結構光、雙目立體視覺和飛行時間ToF）的傳感器領導廠商，且一年前剛推出了全球體積最小dToF模塊（戳視頻可詳細了解）。
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ams大咖談dToF的工作原理及應用前景

dToF技術的優勢和核心要點

dToF技術屬于1D ToF的一種，也就是對一個深度點提供精準測距。目前，1D ToF已廣泛應用于：距離檢測，如掃地機器人；接近傳感，擴展至筆記本電腦等更大屏幕的鎖屏和解鎖，以及自動化工廠中的安全距離檢測，即用于工人與機器人近距離協同工作時控制安全距離；Trigger Sensing，用于無人機做室內天花板/地面迫近檢測，以及商場中觸發自動開關門等。可以說，只要對距離有精確測量需求的場景，就需要用到1D ToF。

從技術實現方式來分，1D ToF有兩種，一是直接測距dToF，即通過發射、接收光并測量光子飛行時間從而確定距離；二是市面上很成熟的非直接測距iToF，即通過測量發射波形和接收波形間的相位差換算飛行時間從而確定距離。在具體實現上，dToF的難度更大，主要在于檢測器需要對光敏感度比非常高，以便精準捕捉極為微弱的光脈沖信號（常見為使用SPAD來實現）；同時，還需要能精細分辨細微的時間差（皮秒級，通常使用TDC來實現）。相比于iToF，dToF具有True-distance，快速響應、低功耗、抗光干擾以及多物體同步精確檢測等優勢，獲得越來越多的青睞。

蘋果指出，Pro機型中搭載dToF后，通過場景檢測和多對象檢測的可靠距離測量、背景虛化、觸摸對焦，以及弱光條件下也能實現的快速自動對焦，攝像頭應用變得更加強大。憑借dToF對光干擾不太敏感的特性，蘋果不僅將其用于輔助自動對焦，同時還在視頻拍攝和夜間模式中起到物體探測的作用。更重要的是，基于這些先進特性，蘋果正光速將增強現實（AR/VR應用）帶入全新境界。

ams 1D ToF主打產品分析

作為dToF傳感器的先行者和倡導者，ams推出的TMF8xxx系列，主打兩款為成熟的TMF8701和2019年底發布的升級版TMF8801，基于ams專有的單光子雪崩二極管（SPAD）像素設計和具有極窄脈寬的時間-數字轉換器 （TDC），可實時測量光子的直接飛行時間，實現快速精準確定物體的距離。（具體dToF技術原理，詳見篇首視頻講解）

TMF8701有兩種工作模式：0-10cm 接近/遠離檢測，可用于啟動顯示屏傳感器和關閉人臉識別系統；10-60cm準確距離測量，可用于觸發更高功耗的人臉識別系統。TMF8701能夠以低功率運行，在以10Hz頻率采樣時，接近傳感模塊耗能僅為940μA，非常適合保持常開，作為智能手機臉部識別系統的喚醒器件。相形之下，TMF8801的提升主要在于工作距離的擴展，可遠至2.5m。

ams的dToF傳感器TMF8xxx系列，有如下5大優勢（直方圖作用機制、產品參數對比等，請看視頻），即：

多路徑干擾抑制，即SPAD秒表計時的精確控制和直方圖機制，可最大限度降低多路徑效應影響；

卓越的油污抑制；

人眼安全檢測，已通過1級人眼安全認證；

環境光高抗干擾性，集成了光學濾波器，可以消除強光如太陽光中的紅外部分，把干擾降到最低；

芯片尺寸小，比市面成熟產品節省33%的空間。

抑制光干擾是光電設計中非常重要且極具挑戰性的工作，ams給出TMF8x01光設計指南如下：

空氣間隙（airgap），即Sensor的下表面到蓋板玻璃的下表面的間距，建議為0.3-0.6mm；

玻璃厚度0.55mm；

發射端和接收端的玻璃開孔孔徑分別為1.5和1.1mm；

擋墻設計；

蓋板上的油墨建議為85%透過率的紅外油墨；

組裝公差建議為+/-0.20mm。

1D ToF應用案例深度分享

在蘋果將dToF用于輔助自動對焦、不同光照下物體精準探測、用于提升AR/VR應用體驗之前，在智能手機中，1D ToF主要用于前置3D傳感面部識別系統。

這里，以基于1D ToF等傳感系統實現的Attention Aware功能為例，介紹下1D ToF的工作。Attention Aware功能可以用于記錄用戶在不同應用上的有效時間，幫助用戶優化其時間分配，同時，也可作為廣告客戶對眾多應用的投放參考。

具體的生效流程如下：

手機非鎖定狀態；

低功耗的1D ToF保持常開狀態，實時進行存在檢測及人臉距離檢測；

人臉在工作范圍內，喚醒功耗更高的泛光燈+紅外攝像去做2D的臉部和眼睛監測；

如用戶注意力監測時發現未檢測到人臉、眼睛轉向他處、閉眼過長時間等，即可判定用戶注意力不在手機上，則手機屏幕可在20秒內關閉。

3D人臉識別+Attention Aware的工作流程則略有擴展。在常開狀態的1D ToF檢測通過、喚醒泛光燈及紅外攝像后，做頭部、眼部檢測及距離檢測，通過后才喚醒高耗能的3D成像來進行臉部深度信息采樣，比對通過后解鎖。

需要留意的是，在3D提取臉部深度信息和特征信息做校驗時，依然需要1D ToF做距離檢測，以提供臉部距離給3D做距差還原后進行比對。這是因為，當人臉離屏幕的距離與掃描入庫時的規范距離不一致的時候，臉部會略有些變形，需要在比對時做還原處理。通過這樣縝密的人臉識別進行解鎖，能夠提升解鎖系統的安全性。

實測數據顯示，集成1D ToF的3D識別系統，1次解鎖流程可節能超70%。更需留意的是，未集成1D ToF的3D識別系統有效工作距離更窄，由正常的20-60cm縮減為25-40cm，用戶體驗更差（具體講解，請查閱開篇視頻）。

蘋果對dToF的創新應用將隨著這些高端產品逐步為廣大用戶所接受，業內追隨者必將步步緊跟，從而在消費電子領域掀起一股熱潮，一如早些年的iPhone、近兩年的AirPods。站在新一輪風口的你，準備好了嗎？！