1D ToF的創新應用有哪些？它是如何提升3D識別系統可靠性、穩定性，降低系統功耗的？擁有傳感器核心技術的ams，能從哪些方面提升你的手機系統設計水平呢？

近日，在1D ToF研討會中，ams資深技術支持經理白燕恭就以上熱點問題以及1D ToF的工作原理、應用要點等做了精彩闡述，吸引到數百名專業觀眾觀看并參與互動，整場提出200多個專業問題，火爆程度可見一斑。精彩講解摘錄如下（詳盡內容請看視頻回放）。

注：對ams或1D ToF還有任何想了解的，歡迎留言提出（有禮品相送，不可錯過）。

視頻鏈接：https://v.qq.com/x/page/o09073bovlm.html

正式開講之前，例行做下公司介紹：ams是一家高速增長、擁有核心傳感器技術的公司，產品廣泛應用于通信、消費、信息處理、汽車、工業和醫療電子等領域。

在智能手機和可穿戴市場上，ams傳感器已覆蓋的方向有：

• 近來需求火爆的3D傳感，包括核心組件垂直腔表面發射激光器（VCSEL）、泛光燈、飛行時間（ToF）等；
• 智能耳機，包括業界首次實現的半入耳式耳機主動降噪等；
• 后置相機的場景優化，如白平衡、閃爍光源檢測、自動對焦等；
• 健康管理應用中的血壓、血氧、心率等生命體征監測；
• 可為電子商務，如網購，提供更精確顏色檢測的光譜傳感器；
• 更自然、更柔和的屏幕顯示等。

dToF技術的優勢和核心要點

1D ToF技術已廣泛應用于：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。相比之下，dToF具有True-distance，快速響應、低功耗以及多物體同步精確檢測等優勢。

目前領先的dToF傳感器，如ams的1D TMF8xxx系列，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）

ams 1D ToF主打產品分析

簡單講下ams兩個主打dToF產品的特性，已成熟量產的TMF8701和即將發布的升級版TMF8801。

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（具體工作原理解析見視頻，文字摘錄見下節案例分享）。TMF8801的提升主要在于工作距離的擴展，可遠至2.5m。

值得特別留意的是，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，極低的功耗使其非常適合保持常開，可作為智能手機臉部識別系統的喚醒器件。

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：

1. 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；
2. 卓越的油污抑制；
3. 人眼安全檢測，已通過1級人眼安全認證；
4. 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；
5. 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

最后，講下1D ToF的應用案例。除了廣為人知的應用方式，在智能手機中，1D ToF還可用于當下最流行的前置3D傳感面部識別系統。以基于1D ToF等傳感系統實現的Attention Aware功能為例。

現在用戶手機里的應用越來越多，每個應用上花費的有效時間是多少？這個數據可以幫助用戶優化其時間分配，同時，也是廣告客戶應用投放參考。而Attention Aware功能就可以用于記錄用戶在不同應用上的有效時間。

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，請看開篇視頻）。

可以說，白燕恭就像一位諄諄教誨的老師一樣，從1D ToF的技術、產品到應用全方位做了詳解。很多聽眾都很有收獲，你呢？歡迎轉給好友共同學習進步！

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