חדשות - חיישן dTOF: עקרון עבודה ורכיבים מרכזיים.

הירשם למדיה החברתית שלנו לקבלת פוסט מהיר

טכנולוגיית Direct Time-of-Flight (dTOF) היא גישה חדשנית למדידה מדויקת של זמן הטיסה של האור, תוך שימוש בשיטת Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC). טכנולוגיה זו היא חלק בלתי נפרד ממגוון יישומים, החל מחישת קרבה באלקטרוניקה צרכנית ועד למערכות LiDAR מתקדמות ביישומי רכב. בבסיסה, מערכות dTOF מורכבות ממספר מרכיבים מרכזיים, שלכל אחד תפקיד מכריע בהבטחת מדידות מרחק מדויקות.

מרכיבי הליבה של מערכות dTOF

דרייבר לייזר ולייזר

דרייבר הלייזר, חלק מרכזי במעגל המשדר, מייצר אותות פולסים דיגיטליים כדי לשלוט בפליטת הלייזר באמצעות מיתוג MOSFET. לייזרים, במיוחדלייזרים פולטי משטח חלל אנכי(VCSELs), מועדפים בשל הספקטרום הצר שלהם, עוצמת האנרגיה הגבוהה, יכולות האפנון המהירות וקלות האינטגרציה שלהם. בהתאם ליישום, אורכי גל של 850 ננומטר או 940 ננומטר נבחרים כדי לאזן בין שיאי ספיגת ספקטרום השמש ויעילות קוונטית החיישן.

אופטיקה של שידור וקבלה

בצד המשדר, עדשה אופטית פשוטה או שילוב של עדשות קולימציה ואלמנטים אופטיים דיפראקטיביים (DOEs) מכוונים את קרן הלייזר על פני שדה הראייה הרצוי. האופטיקה הקליטה, שמטרתה לאסוף אור בתוך שדה הראייה של המטרה, נהנית מעדשות עם מספרי F נמוכים יותר ותאורה יחסית גבוהה יותר, לצד מסנני פס צר למניעת הפרעות אור חיצוניות.

חיישני SPAD ו-SiPM

דיודות מפולת חד-פוטונים (SPAD) ומכפילי צילום סיליקון (SiPM) הם החיישנים העיקריים במערכות dTOF. SPAD נבדלים ביכולתם להגיב לפוטונים בודדים, ולעורר זרם מפולת שלגים חזק עם פוטון אחד בלבד, מה שהופך אותם לאידיאליים למדידות ברמת דיוק גבוהה. עם זאת, גודל הפיקסלים הגדול יותר שלהם בהשוואה לחיישני CMOS מסורתיים מגביל את הרזולוציה המרחבית של מערכות dTOF.

ממיר זמן לדיגיטל (TDC)

מעגל ה-TDC מתרגם אותות אנלוגיים לאותות דיגיטליים המיוצגים על ידי זמן, לוכד את הרגע המדויק שבו כל פולס פוטון מוקלט. דיוק זה חיוני לקביעת המיקום של אובייקט המטרה בהתבסס על ההיסטוגרמה של פולסים מתועדים.

בחינת פרמטרי ביצועים של dTOF

טווח ודיוק זיהוי

טווח הזיהוי של מערכת dTOF משתרע באופן תיאורטי עד שפולסי האור שלה יכולים לנוע ולהשתקף חזרה לחיישן, מזוהה באופן ברור מרעש. עבור מוצרי אלקטרוניקה, הפוקוס הוא לרוב בטווח של 5 מ', תוך שימוש ב-VCSELs, בעוד שיישומי רכב עשויים לדרוש טווחי זיהוי של 100 מ' או יותר, מה שמחייב טכנולוגיות שונות כמו EELs אולייזרים סיבים.

לחץ כאן כדי ללמוד עוד על המוצר

טווח חד משמעי מקסימלי

הטווח המרבי ללא עמימות תלוי במרווח בין פולסים הנפלטים ותדירות האפנון של הלייזר. לדוגמה, עם תדר אפנון של 1MHz, הטווח החד משמעי יכול להגיע עד 150 מטר.

דיוק ושגיאה

הדיוק במערכות dTOF מוגבל מטבעו על ידי רוחב הפולסים של הלייזר, בעוד שגיאות יכולות לנבוע מאי ודאות שונות ברכיבים, כולל דרייבר הלייזר, תגובת חיישן SPAD ודיוק מעגל TDC. אסטרטגיות כמו שימוש ב-SPAD התייחסות יכולות לסייע בהפחתת שגיאות אלו על ידי קביעת קו בסיס לתזמון ולמרחק.

עמידות בפני רעש והפרעות

מערכות dTOF חייבות להתמודד עם רעשי רקע, במיוחד בסביבות אור חזקות. טכניקות כמו שימוש במספר פיקסלים SPAD עם רמות הנחתה משתנות יכולות לעזור בניהול האתגר הזה. בנוסף, היכולת של dTOF להבחין בין השתקפויות ישירות לרב-נתיבים משפרת את חוסנו מפני הפרעות.

רזולוציה מרחבית וצריכת חשמל

ההתקדמות בטכנולוגיית חיישני SPAD, כגון המעבר מתאורת צד קדמית (FSI) לתהליכי תאורה אחורית (BSI), שיפרו משמעותית את שיעורי ספיגת הפוטונים ויעילות החיישן. התקדמות זו, בשילוב עם האופי הפועם של מערכות dTOF, מביאה לצריכת חשמל נמוכה יותר בהשוואה למערכות גל רציף כמו iTOF.

העתיד של טכנולוגיית dTOF

למרות החסמים הטכניים הגבוהים והעלויות הכרוכות בטכנולוגיית dTOF, היתרונות שלה בדיוק, בטווח וביעילות ההספק הופכים אותו למועמד מבטיח ליישומים עתידיים בתחומים מגוונים. ככל שטכנולוגיית החיישנים ועיצוב המעגלים האלקטרוניים ממשיכים להתפתח, מערכות dTOF מוכנות לאימוץ רחב יותר, ומניעות חידושים בתחום האלקטרוניקה הצרכנית, בטיחות הרכב ומעבר לכך.

מתוך דף האינטרנט02.02 TOF系统第二章 dTOF系统 - 超光 מהר מהאור (faster-than-light.net)
מאת המחבר: צ'או גואנג

כתב ויתור:

אנו מצהירים בזאת כי חלק מהתמונות המוצגות באתר האינטרנט שלנו נאספות מהאינטרנט ומוויקיפדיה, במטרה לקדם חינוך ושיתוף מידע. אנו מכבדים את זכויות הקניין הרוחני של כל היוצרים. השימוש בתמונות אלו אינו מיועד למטרות מסחריות.
אם אתה סבור שאחד מהתכנים שבהם נעשה שימוש מפר את זכויות היוצרים שלך, אנא צור איתנו קשר. אנחנו יותר מנכונים לנקוט באמצעים מתאימים, כולל הסרת תמונות או מתן ייחוס נאות, כדי להבטיח עמידה בחוקים ובתקנות הקניין הרוחני. המטרה שלנו היא לשמור על פלטפורמה עשירה בתוכן, הוגנת ומכבדת את זכויות הקניין הרוחני של אחרים.
אנא צור איתנו קשר בכתובת המייל הבאה:sales@lumispot.cn. אנו מתחייבים לנקוט בפעולה מיידית עם קבלת כל הודעה ומבטיחים שיתוף פעולה של 100% בפתרון בעיות מסוג זה.