ติดตามเราบนโซเชียลมีเดียเพื่อรับข่าวสารทันที
เทคโนโลยี Direct Time-of-Flight (dTOF) เป็นวิธีการใหม่ในการวัดเวลาการเดินทางของแสงอย่างแม่นยำ โดยใช้วิธีการนับโฟตอนเดี่ยวที่สัมพันธ์กับเวลา (Time Correlated Single Photon Counting: TCSPC) เทคโนโลยีนี้เป็นส่วนสำคัญในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมาย ตั้งแต่การตรวจจับระยะใกล้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ไปจนถึงระบบ LiDAR ขั้นสูงในแอปพลิเคชันยานยนต์ โดยพื้นฐานแล้ว ระบบ dTOF ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักหลายส่วน ซึ่งแต่ละส่วนมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการวัดระยะทางที่แม่นยำ
ส่วนประกอบหลักของระบบ dTOF
ตัวขับเลเซอร์และเลเซอร์
ตัวขับเลเซอร์ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของวงจรส่งสัญญาณ จะสร้างสัญญาณพัลส์ดิจิทัลเพื่อควบคุมการปล่อยแสงเลเซอร์ผ่านการสวิตช์ MOSFET เลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้งเลเซอร์เปล่งแสงแบบควอนตัมเซลลูโลส (VCSELs) เป็นที่นิยมเนื่องจากมีช่วงสเปกตรัมแคบ ความเข้มพลังงานสูง ความสามารถในการปรับเปลี่ยนความถี่อย่างรวดเร็ว และง่ายต่อการรวมเข้ากับระบบ โดยจะเลือกใช้ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรหรือ 940 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างจุดสูงสุดของการดูดซับสเปกตรัมแสงอาทิตย์และประสิทธิภาพควอนตัมของเซนเซอร์
ออปติกส์สำหรับการส่งและรับสัญญาณ
ในด้านการส่งลำแสง เลนส์ออปติคอลแบบธรรมดา หรือการผสมผสานระหว่างเลนส์ปรับลำแสงและองค์ประกอบออปติคอลแบบเลี้ยวเบน (DOE) จะช่วยนำลำแสงเลเซอร์ไปยังบริเวณเป้าหมายที่ต้องการ ส่วนด้านรับสัญญาณออปติก ซึ่งมีเป้าหมายในการรวบรวมแสงภายในบริเวณเป้าหมาย จะได้รับประโยชน์จากเลนส์ที่มีค่า F-number ต่ำกว่าและมีความสว่างสัมพัทธ์สูงกว่า พร้อมด้วยตัวกรองแบบแถบความถี่แคบเพื่อกำจัดแสงรบกวนจากภายนอก
เซ็นเซอร์ SPAD และ SiPM
ไดโอดอะวาแลนซ์แบบโฟตอนเดี่ยว (SPAD) และโฟโตมัลติพลายเออร์ซิลิคอน (SiPM) เป็นเซ็นเซอร์หลักในระบบ dTOF SPAD มีคุณสมบัติเด่นคือสามารถตอบสนองต่อโฟตอนเดี่ยวได้ โดยจะกระตุ้นกระแสอะวาแลนซ์ที่รุนแรงด้วยโฟตอนเพียงหนึ่งตัว ทำให้เหมาะสำหรับการวัดที่มีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม ขนาดพิกเซลที่ใหญ่กว่าเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์ CMOS แบบดั้งเดิม ทำให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ของระบบ dTOF มีข้อจำกัด
ตัวแปลงเวลาเป็นดิจิทัล (TDC)
วงจร TDC แปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลที่แสดงด้วยเวลา โดยบันทึกช่วงเวลาที่แน่นอนของพัลส์โฟตอนแต่ละพัลส์ ความแม่นยำนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกำหนดตำแหน่งของวัตถุเป้าหมายโดยอาศัยฮิสโตแกรมของพัลส์ที่บันทึกไว้
การสำรวจพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของ dTOF
ระยะการตรวจจับและความแม่นยำ
โดยทฤษฎีแล้ว ระบบ dTOF มีระยะการตรวจจับไกลสุดเท่าที่พัลส์แสงสามารถเดินทางและสะท้อนกลับมายังเซ็นเซอร์ได้ โดยสามารถแยกแยะออกจากสัญญาณรบกวนได้อย่างชัดเจน สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค มักจะเน้นที่ระยะ 5 เมตร โดยใช้ VCSEL ในขณะที่แอปพลิเคชันยานยนต์อาจต้องการระยะการตรวจจับ 100 เมตรขึ้นไป ซึ่งจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกัน เช่น EEL หรือเลเซอร์ไฟเบอร์.
คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์
ช่วงสูงสุดที่ไม่กำกวม
ระยะสูงสุดที่ไม่มีความกำกวมขึ้นอยู่กับช่วงเวลาระหว่างพัลส์ที่ปล่อยออกมาและความถี่การมอดูเลตของเลเซอร์ ตัวอย่างเช่น ด้วยความถี่การมอดูเลต 1 MHz ระยะที่ไม่มีความกำกวมสามารถเข้าถึงได้สูงสุดถึง 150 เมตร
ความแม่นยำและข้อผิดพลาด
ความแม่นยำในระบบ dTOF นั้นถูกจำกัดโดยธรรมชาติจากความกว้างของพัลส์เลเซอร์ ในขณะที่ข้อผิดพลาดอาจเกิดขึ้นจากความไม่แน่นอนต่างๆ ในส่วนประกอบต่างๆ รวมถึงตัวขับเลเซอร์ การตอบสนองของเซ็นเซอร์ SPAD และความแม่นยำของวงจร TDC กลยุทธ์ต่างๆ เช่น การใช้ SPAD อ้างอิง สามารถช่วยลดข้อผิดพลาดเหล่านี้ได้โดยการสร้างค่าพื้นฐานสำหรับการกำหนดเวลาและระยะทาง
ความต้านทานต่อเสียงรบกวนและการแทรกแซง
ระบบ dTOF ต้องเผชิญกับสัญญาณรบกวนพื้นหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้า เทคนิคต่างๆ เช่น การใช้พิกเซล SPAD หลายตัวที่มีระดับการลดทอนแสงแตกต่างกัน สามารถช่วยจัดการกับความท้าทายนี้ได้ นอกจากนี้ ความสามารถของ dTOF ในการแยกแยะระหว่างการสะท้อนโดยตรงและการสะท้อนแบบหลายเส้นทาง ยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อการรบกวนอีกด้วย
ความละเอียดเชิงพื้นที่และการใช้พลังงาน
ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ SPAD เช่น การเปลี่ยนจากกระบวนการส่องสว่างด้านหน้า (FSI) ไปเป็นกระบวนการส่องสว่างด้านหลัง (BSI) ได้ปรับปรุงอัตราการดูดซับโฟตอนและประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์อย่างมีนัยสำคัญ ความก้าวหน้านี้ เมื่อรวมกับลักษณะการทำงานแบบพัลส์ของระบบ dTOF ส่งผลให้มีการใช้พลังงานต่ำกว่าเมื่อเทียบกับระบบคลื่นต่อเนื่อง เช่น iTOF
อนาคตของเทคโนโลยี dTOF
แม้ว่าเทคโนโลยี dTOF จะมีอุปสรรคทางเทคนิคและต้นทุนสูง แต่ข้อดีในด้านความแม่นยำ ระยะการวัด และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ทำให้เทคโนโลยีนี้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับแอปพลิเคชันในอนาคตในหลากหลายสาขา เนื่องจากเทคโนโลยีเซ็นเซอร์และการออกแบบวงจรไฟฟ้ายังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ระบบ dTOF จึงพร้อมที่จะได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้น ซึ่งจะผลักดันนวัตกรรมในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ความปลอดภัยในยานยนต์ และอื่นๆ อีกมากมาย
- จากหน้าเว็บ02.02 TOF系统 第二章 dTOF系统 - 超光 เร็วกว่าแสง (faster-than-light.net)
- โดยผู้เขียน: เฉา กวง
ข้อสงวนสิทธิ์:
- เราขอประกาศว่า ภาพบางส่วนที่แสดงบนเว็บไซต์ของเรานั้น รวบรวมมาจากอินเทอร์เน็ตและวิกิพีเดีย โดยมีจุดประสงค์เพื่อส่งเสริมการศึกษาและการแบ่งปันข้อมูล เราเคารพสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้สร้างสรรค์ทุกท่าน การใช้ภาพเหล่านี้ไม่ได้มีเจตนาเพื่อแสวงหาผลกำไรทางการค้า
- หากคุณเชื่อว่าเนื้อหาใดๆ ที่ใช้ละเมิดลิขสิทธิ์ของคุณ โปรดติดต่อเรา เรายินดีที่จะดำเนินการที่เหมาะสม รวมถึงการลบภาพหรือการให้เครดิตอย่างถูกต้อง เพื่อให้เป็นไปตามกฎหมายและข้อบังคับด้านทรัพย์สินทางปัญญา เป้าหมายของเราคือการรักษาแพลตฟอร์มที่มีเนื้อหาคุณภาพสูง เป็นธรรม และเคารพสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้อื่น
- โปรดติดต่อเราได้ที่อีเมลต่อไปนี้:sales@lumispot.cnเรามุ่งมั่นที่จะดำเนินการทันทีเมื่อได้รับการแจ้งเตือนใดๆ และรับประกันความร่วมมืออย่างเต็มที่ในการแก้ไขปัญหาดังกล่าว
วันที่โพสต์: 7 มีนาคม 2024