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直接飛行時間（DTOF）テクノロジーは、時間相関の単一光子カウント（TCSPC）メソッドを利用して、光の飛行時間を正確に測定するための革新的なアプローチです。この技術は、家電の近接センシングから自動車用途の高度なLIDARシステムまで、さまざまなアプリケーションに不可欠です。 DTOFシステムは、そのコアでは、いくつかの重要なコンポーネントで構成され、それぞれが正確な距離測定を確保する上で重要な役割を果たしています。
DTOFシステムのコアコンポーネント
レーザードライバーとレーザー
トランスミッター回路の極めて重要な部分であるレーザードライバーは、MOSFETスイッチングを介してレーザーの放射を制御するためにデジタルパルス信号を生成します。特にレーザー垂直キャビティ表面放射レーザー（VCSEL）は、狭いスペクトル、高エネルギー強度、高速変調機能、統合の容易さに好まれています。アプリケーションに応じて、850nmまたは940nmの波長は、太陽スペクトル吸収ピークとセンサー量子効率のバランスをとるために選択されます。
光学系の送信と受信
送信側では、単純な光学レンズまたはコリメーションレンズと回折光学要素（do）の組み合わせが、目的の視野全体にレーザービームを導きます。ターゲットの視野内に光を収集することを目的とした受信光学系は、外部の光干渉を排除するための狭帯域フィルターとともに、より低いFナンバーとより高い相対照明を備えたレンズの恩恵を受けます。
SPADおよびSIPMセンサー
単一光子雪崩ダイオード（SPAD）およびシリコン光運動障害（SIPM）は、DTOFシステムの主要なセンサーです。 SPADは、単一の光子に応答する能力によって区別され、1つの光子で強い雪崩電流を引き起こし、高精度の測定に最適です。ただし、従来のCMOSセンサーと比較してピクセルサイズが大きいため、DTOFシステムの空間解像度が制限されます。
デジタルコンバーター（TDC）までの時間
TDC回路は、アナログ信号を時間で表すデジタル信号に変換し、各光子パルスが記録される正確なモーメントをキャプチャします。この精度は、記録されたパルスのヒストグラムに基づいてターゲットオブジェクトの位置を決定するために重要です。
DTOFパフォーマンスパラメーターの調査
検出範囲と精度
DTOFシステムの検出範囲は、その光パルスが移動し、ノイズとはっきりと識別されるセンサーに戻ることができる限り、理論的には拡張されます。家電の場合、VCSELを利用して5mの範囲内に焦点が当てられますが、自動車用途では100m以上の検出範囲が必要になる場合があり、ウナギやなどのさまざまなテクノロジーを必要とします。ファイバーレーザー.
最大範囲の範囲
あいまいさのない最大範囲は、放出されたパルスとレーザーの変調周波数の間隔に依存します。たとえば、1MHzの変調周波数では、明確な範囲が最大150mに達する可能性があります。
精度とエラー
DTOFシステムの精度は、レーザーのパルス幅によって本質的に制限されていますが、レーザードライバー、SPADセンサー応答、TDC回路の精度など、コンポーネントのさまざまな不確実性からエラーが発生する可能性があります。参照SPADを使用するなどの戦略は、タイミングと距離のベースラインを確立することにより、これらのエラーを軽減するのに役立ちます。
ノイズと干渉抵抗
DTOFシステムは、特に強い光環境では、バックグラウンドノイズと対戦する必要があります。さまざまな減衰レベルで複数のSPADピクセルを使用するなどの手法は、この課題を管理するのに役立ちます。さらに、直接反射とマルチパス反射を区別するDTOFの能力は、干渉に対する堅牢性を高めます。
空間解像度と消費電力
フロントサイド照明（FSI）からバックサイド照明（BSI）プロセスへの移行など、SPADセンサー技術の進歩により、光子吸収速度とセンサー効率が大幅に改善されました。この進行は、DTOFシステムのパルスされた性質と組み合わされて、ITOFのような連続波システムと比較して、消費電力が低くなります。
DTOFテクノロジーの未来
DTOFテクノロジーに関連する高い技術的障壁とコストにもかかわらず、正確性、範囲、電力効率の利点により、多様な分野での将来のアプリケーションの有望な候補となります。センサーテクノロジーと電子回路設計が進化し続けるにつれて、DTOFシステムは、より広範な採用、家電、自動車の安全性などの革新を促進する態勢が整っています。
- Webページから02.02 tof
- 著者：Chao Guang
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投稿時間：3月7日 - 2024年