【導讀】隨著LiDAR（光檢測和測距，激光雷達）技術日趨成熟，產品的價格已相對更為合理，目前已經廣泛地應用於導航

、測距、碰撞檢測、3D映射相關領域。本文將為您介紹由安森美（onsemi）所推出SiPM直接飛行時間（dToF）LiDAR的產品特性與應用。

傳統深度傳感技術精度較低距離較短

當今市場中許多應用都有對深度傳感進行精確測量的要求，包括工業、消費和汽車等相關產品。想要進行深度傳感有許多不同的方法，包括使用標準CMOS圖像傳感器以立體三角測量
、相位檢測像素和結構光方式進行測量。

立(li)體(ti)三(san)角(jiao)測(ce)量(liang)方(fang)式(shi)是(shi)通(tong)過(guo)對(dui)來(lai)自(zi)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)攝(she)像(xiang)頭(tou)的(de)接(jie)收(shou)光(guang)進(jin)行(xing)三(san)角(jiao)測(ce)量(liang)以(yi)獲(huo)得(de)距(ju)離(li)探(tan)測(ce)，通(tong)過(guo)比(bi)較(jiao)攝(she)像(xiang)頭(tou)拍(pai)攝(she)的(de)圖(tu)像(xiang)之(zhi)間(jian)物(wu)體(ti)的(de)位(wei)置(zhi)差(cha)異(yi)，便(bian)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)出(chu)攝(she)像(xiang)頭(tou)到(dao)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)優(you)點(dian)是(shi)采(cai)用(yong)被(bei)動(dong)方(fang)法(fa)與(yu)標(biao)準(zhun)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，缺(que)點(dian)便(bian)是(shi)得(de)需(xu)要(yao)2個攝像頭，最大探測距離則取決於攝像頭之間的距離
，並高度依賴光照條件，且需要計算時的成本
，適用於低成本深度攝像頭、室內短距離應用。

若ruo想xiang要yao使shi用yong單dan個ge攝she像xiang頭tou來lai獲huo取qu場chang景jing中zhong點dian的de距ju離li，便bian須xu采cai用yong相xiang位wei檢jian測ce像xiang素su技ji術shu，圖tu像xiang傳chuan感gan器qi可ke以yi在zai像xiang素su層ceng級ji通tong過guo在zai不bu同tong位wei置zhi使shi用yong具ju有you遮zhe光guang罩zhao的de像xiang素su，來lai計ji算suan接jie收shou光guang的de相xiang位wei差cha
，或huo使shi用yong同tong一yi微wei透tou鏡jing下xia的de多duo個ge光guang電dian二er極ji管guan來lai計ji算suan深shen度du，這zhe種zhong方fang式shi優you點dian為wei采cai用yong被bei動dong方fang法fa與yu標biao準zhun圖tu像xiang傳chuan感gan器qi，缺que點dian為wei深shen度du分fen辨bian率lv差cha，高gao度du依yi賴lai光guang照zhao條tiao件jian
，且qie需xu要yao計ji算suan時shi的de成cheng本ben，且qie測ce量liang的de距ju離li短duan
，適shi用yong於yu智zhi能neng手shou機ji的de自zi動dong對dui焦jiao。

另一種結構光方式則是采用帶有傳統CMOS圖像傳感器的攝像頭
，分析接收到的紅外光圖案，並使用失真來計算場景中的深度，失真的圖案可用於獲得物體的3Dxingzhuang，qiyoudianshishiheduanjuliceliang，quedianshicaiyongzhudongfangfa，duihuanjingguangmingan，qieshenduwuchahuisuijulizengjia
，bushiheyuanjuli，zhuyaoyongyurenlianshibie。

LiDAR技術提供高精度與較長距離

本文重點介紹的LiDARjishuyouyujuyougaoshenduhejiaodufenbianlv，yijishiyonghongwaiguangfasheqihejieshouqidezhudongfangfa
，ernenggouzaisuoyouguangzhaotiaojianxiagongzuo，yincikeyitigongyouyushangshutidaifangfadeshenduchuangan。LiDAR廣泛部署在許多不同的市場中，適用於各種應用和用例，包括汽車
、工業

、機器人以及消費類的增強和虛擬現實（AR/VR）應用。

通常
，LiDAR采用直接飛行時間（dToF）測量技術
，它計算發射信號與其回波之間的時間延遲，另一種方法則是間接飛行時間（iToF）
，兩種方法都可以使用脈衝或連續調製。

iToF利用圖像傳感器像素的調製
，將許多光脈衝集成在有限數量的倉中，通常為2個，返回脈衝的時序則是通過測量不同倉中的電荷來確定的。iToF適用於更短距離的深度傳感應用
，並在室內環境和傳感器沒有受到陽光直射的環境中使用。

dToFzeshiyongyuduanchenghechangchengshenduchuanganyingyong
，tatigonggengkuaidecaijisulvheceliangduogehuibodenengli，yunxujiancefanhuilujingzhongdeduogeduixiang
，gaifangfakeyitongguodancicelianghuomeicidushuleijiduocicelianglaishixian。

高靈敏度傳感器對LiDAR係統的性能至關重要，dToF LiDAR係統中使用的典型傳感器包括PIN二極管和雪崩光電二極管（APD）這類的線性模式檢測器

，這些傳統探測器正在迅速被高性能傳感器所取代，包括矽光電倍增管（SiPM）、SiPM陣列和單光子雪崩光電二極管（SPAD）陣列，這些傳感器采用CMOS工藝製造，可提供嚴格的部件間一致性
、低電壓操作和非常高的增益特性，這對於大批量低成本和高性能LiDAR大規模生產是相當理想的。

SiPM dToF LiDAR以低功率提供準確測距

在物聯網（IoT）
、汽車
、工業應用中，有越來越多的測距和傳感應用，希望從低功耗
、高性能SiPM技術中受益。特別是使用人眼安全的近紅外（NIR）波長的LiDAR應用

，例如汽車ADAS（高級駕駛員輔助係統）、3D深度圖、移動、消費和工業測距。

為了利用SiPM傳感器的高增益和高帶寬
，可以使用dToF技術以最低的功率預算提供準確的測距。當光子返回後，LiDAR係統信號鏈可以使用模數轉換器（ADC）或時間數字轉換器（TDC）將檢測到的激光回波數字化。基於ADC的係統允許完全脈衝數字化，這提供了關於目標的附加信息
，例如可以通過脈衝形狀推斷的反射率。然而，基於TDCdefangfajuyouchengbenhegonglvyoushi，yinweijianbiedianlushixianqilaixiangduijiandan，bingqiezhezhongfangfayuzhaimaichongkuandujiguangqijianrong。zheyiweizhemeigemaichongkeyishiyonggenggaodefengzhigonglv，erbuhuiyingxiangyanjinganquanxianzhi。

成本優化的工業和商業單點測距開發套件

由安森美推出的SECO-RANGEFINDER-GEVK，是一款SiPM dToF LiDAR平台，這是一款用於成本優化的工業和商業應用單點測距的完整開發套件。該套件基於安森美最新的NIR SiPM（RB係列），並集成了應用所需的所有基本子係統
，包括激光器和參考電路（Tx）、接收電路（Rx）、電源管理係統和核心FPGA和UART通信。

SiPM是一種單光敏
、高性能
、固態傳感器
，它由緊密排列的SPAD傳感器和集成降壓電阻的總和陣列組成

，從而形成具有高增益（~1x106）、高檢測效率（> 50%）和快速定時（次納秒的上升時間）。該套件已通過FDA認證，並包括一個多功能GUI，可對測距性能進行全麵評估
，並調整係統變量，例如脈衝緩衝數或SiPM-RB光電倍增管的偏置電壓。

SECO-RANGEFINDER-GEVK支持大於0.11 m至23 m可檢測範圍，具有開箱即用的操作，用戶友好的GUI和可調節的係統變量，可優化係統成本，內置TDC、基於FPGA（ice3），約為85ps的倉寬度
，可進行自動TDC校準（FPGA參考時鍾）
，支持不同的電源供應選擇

，包括USB（5V）
、PMOD連接器（3.3V），采用RB係列SiPM檢測器，這是一款905nm激光二極管發射器
，具有650-1050nm鍍膜BK7平凸透鏡
，可最大化距離測量，用於RX的則是905±5nm帶通濾光片（FWHM: 30±5nm）
，可在選定光譜中獲得最高的靈敏度，符合激光安全標準IEC/EN 60825-1:2014、21 CFR 1040.10和1040.11
，但根據Laser Notice No. 56的偏差除外

，安森美SiPM的高靈敏度允許使用低功率激光器來提高眼睛的安全性。

SECO-RANGEFINDER-GEVK提供適用於各種工業和物聯網應用的軟件可調設置，可基於FPGA的TDC、讀出、通信接口和兩個穩壓偏置電源的控製。安森美創建了一個軟件模型，可以準確確定各種輸入條件下的係統性能
，以及一個包含SiPM傳感器的硬件測距平台
，可幫助開發人員熟悉底層技術和所有必要的構建塊。

此外

，該套件有助於評估係統的核心組件，例如SiPM傳感器。通過硬件上提供的測試點以及GUI上的各種功能和可配置參數，開發人員將可快速且用戶友好的方式來評估套件，並加快應用的速度。此外，該套件還支持帶有藍牙®開發套件（BDK-GEVK）和其他各種傳感器、執行器的可擴展係統
，可應用於室內導航和測距、碰撞檢測、3D映射等領域。

結語

SiPM dToF LiDAR具備高增益和高帶寬
，能夠以最低的功率預算提供準確的測距

，可以滿足工業和商業應用的測距需求。安森美的SiPM dToF LiDAR開發平台
，提供完整的軟硬件組合，能夠加快產品的開發速度，值得有意投入測距應用產品的廠商深入了解與采用。

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