64区测距的ToF传感器来了，ST FlightSense将拓宽ToF传感器应用场景

上图是来自ST官网的一张动图，很好地展示了ToF工作的基本原理——通过计算光子飞行时间来推算距离。看似简单的原理背后，落实到硬件IC上有着更多的技术细节：从像素专业知识、到光子制造工艺、再到嵌入式和深度ISP...需要深厚的技术积累和完整的产线能力才可以提供出高性能可靠的ToF传感器。

作为行业内最早开始发售ToF传感器的厂商，ST的FlightSense系列ToF传感器在去年年底已经出货了超过10亿颗，是这个市场上最大的供应商。2020年ST发布了其第四代的ToF产品——VL53L5，并于近日专门召开了FlightSense线上媒体交流会。让我们跟随ST影像事业部技术市场经理张程怡先生的分享，来捕捉ToF的应用动态和ST最新一代ToF传感器的表现。

64区DToF出现后，ToF将不仅仅是个开关

据张程怡先生分享，FlightSense飞行时间传感器是通过激光发射模块发射光子测量距离，光子击中目标后被反射到传感器的另一个开口，即传接收器端。ToF有两个关键参数指标，一个是探测距离，一个是对角线视场角。下图是ST FlightSense系列四代产品的探测能力分布图。可以看到前四代产品都是保持几乎一致的对角线视场角（25度或27度），但是在探测距离上逐步有了大幅的提升。

在今年ST推出了一共三款产品：VL53L3CX提供最大5米的测距范围、VL53L1CB提供超长的8米的测距范围；这两款产品都支持基于ST直方图专利算法实现多目标距离测量，L3的近距检测性能更强，而L1的测距距离更远。除了这两款产品外，最为重磅的就是最近推出的VL53L5CX，这款产品最多可以支持提供每秒15帧的64区测距，最大FOV达到了61度，可以识别多个物体的距离。

据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 (Vincent LIN)先生分享，之前FlightSense的产品都是单区的，VL53L5CX是一款全新的多区检测的ToF产品。单区可能着重应用是单动作的开关，但是多区就提供了更多的可能，例如可以实现手势操控、或者是AR/VR的应用等。

作为第四代产品，VL53L5CX从一开始的制程设计就有所升级：前代产品都是65或90mn的工艺，而VL53L5CX采用的是40nm的工艺——制程缩小意味着同样面积上可以整合更多的二极管和电路，这样才能迎合多区检测的需求。“因为多区检测需要同时间输出更多光子，林国志分享道，“比如你用到64点，就要同时输出64点的信息。这时候用到的一些转换器或MCU的计算，就是单晶片的计算都必须要放在一个传感器上。”也就是说为了实现更大的FOV，光源部分需要采用多点VCSEL设计，接收和发射端的设计都是全新的。

10多亿颗ToF都用在了那里？

我们都知道ST属于从芯片设计、到前端生产、再到后道封测、最终到用户端的生态整合方面，都做的非常优秀的半导体厂商，善于打造适合人民的芯片。STM32的出货量已经超过了60亿颗，而FlightSense的ToF产品也毫不示弱，仅仅几年就已经出货量超过了10亿颗。这既代表了市场的无限增长潜力，也代表了ST ToF产品的受认可的品质。

那么这10亿颗ToF都应用在了哪里呢？张程怡先生分享了在消费和工业两大应用领域的诸多场景。

首先在消费领域，ToF主要的场景有接近检测、投影仪、扫地机器人和服务机器人等等。接近检测主要是检测用户是否存在和位置，然后实现一个操作的触发。在水龙头、停车场、灯具和移动设备等等具体终端场景中都有着非常广泛的应用。扫地机器人和服务机器人应用中，ToF主要是提供避障检测和隔空触控的功能。

投影机则是ST主攻的另一个重要市场，并推出了配套的ToF解决方案，通过该方案可以帮助投影仪来实现自动对焦，并且可以帮助快读准确地实现梯形矫正的功能，这样就免除了用户手动进行调试的繁琐，而且大大提高了准确性。“对于这些类似应用，我们的核心优势是超高速测距，这可以实现快速自动对焦，快得用户都没有注意到对焦过程，使对焦变得非常自然、快速。因为测距很快，所以当用户接近时，调光功能立即启动。因此，安全不是问题。产品能效也很高，因此，很适合电池供电产品。”张程怡先生介绍道。

在工业领域中，ST的ToF传感器主要应用于工厂自动化和容量管理等场景。自动化中主要使用ToF传感器来检测货物的位置，例如检测传动带上的货物是否达到了某个加工环节特定位置等。此外还有一个更为重要的是容量检测，通过ToF的测距来推断出货仓、货车或者其他装载空间中的容积。ST ToF传感器的核心优势在于远距离超高速的测距，减少了工作人员必须要到每个仓位单独查看装载量的工作，提高了整体的调配效率。

除了以上两大应用领域之外，张程怡先生还分享了ToF传感器在新冠形势下的诸多应用可能，凭借着无接触的操作优势，ToF可以说是非常适合当下的防控形态。

ST在ToF传感器领域一直表现优异，凭借着出色的设计、生产和生态整合的能力，致力于提供可以获得市场广泛认可的爆款产品。最新的第四代FlightSense传感器提供了更大的FOV，将会把ToF的应用面继续扩大，未来在一些手势识别、AR/VR的应用中或可看到FlightSense的身影。