意法半导体教你巧用光线

张程怡介绍了FlightSense™ 飞行时间传感技术

日前，意法半导体在北京举办FlightSense™ ToF（Time-of-Flight，飞行时间）技术媒体沟通会，公司影像产品部技术市场经理张程怡先生和影像业务部应用及技术经理李咏先生介绍了FlightSense™ 飞行时间传感技术，并与记者进行了深入的交流与探讨。

影像解决方案领先业界

张程怡首先介绍了意法半导体专注四大终端市场的六大产品支柱：专用车规芯片、分立和功率晶体管和模拟芯片、工业级芯片功率转换器芯片、MEMS和专用影像传感器、数字ASIC，以及通用微控制器/安全微控制器/EEPROM。这些产品采用互补性产品组合与研发制造协同的模式运作。他的部门专攻影像传感器，专门研发FlightSense 传感技术、产品及应用。

谈到影像事业部的战略，他表示，这个部门主要是提供差异化智能光传感和光源解决方案，一块是专有技术：包括先进像素技术和硅制造工艺、光学封装/模块与影像系统专长；另一块是差异化方案：即飞行时间与专用影像传感器，包括接近检测（测距）、手势识别（深度图）、差分像素/可见光与红外光高动态范围与防闪烁成像、全局快门与卷帘快门。意法半导体所看好并为之提供针对性解决方案的快速增长应用包括：拍照自动对焦与摄像辅助对焦、3D传感器、HDR与防闪烁图像处理器、LiDAR激光雷达。

意法半导体影像解决方案

他强调，保证上述战略顺利实施的基础是意法半导体的影像产品制造厂布局，包括分布于法国、中国、新加坡和菲律宾的前工序制造厂和后工序制造厂。

飞行时间一马当先

张程怡说，用光速测距非常快速且经济划算，1厘米距离的往返时间仅为67皮秒。意法半导体专有的FlightSense™ 测距技术使用940nm完全不可见光光源实现，可以实现实距测量，快速而低功耗。

FlightSense™ 原理

意法半导体是飞行时间技术的先驱和先锋，也是飞行时间传感器全球第一大供应商。5年来，公司已推出四代多合一ToF解决方案，有50余家OEM客户，150余款手机采用了其飞行时间技术，在手机以外的其它领域也有大量的应用。意法半导体全盘掌控着相关供应链，其评估套件销量超过35,000套，ToF出货量已达10亿。

值得一提的是，第4代FlightSense™ VL53L5的问世并没有宣告其前几代产品在市场上销声匿迹，而是几代产品形成了完备的FlightSense™ 产品组合，分别针对不同市场应用，一直走俏。

FlightSense™ 产品组合

VL53L1优势尽显

意法半导体FlightSense™具有很多优势，包括小尺寸；采用数字输出非模拟值；符合一级安规；发射器和接收阵列完美集成在一起；高精度（抗温度变化、各类室内光源、目标物颜色干扰），无论目标颜色和反射率如何，都可以进行距离测量，抗干扰能力更强。

据张程怡介绍，FlightSense™ 模块是多合一（光源和传感器）飞行时间系统，是尺寸/性能/成本均衡的测距传感器。其光学组件集成了红外滤光片，还集成了单片ToF SoC、SPAD阵列、RAM/ROM和完全符合Class 1安全标准、性能强大的VCSEL驱动器。该模块在技术先进的意法半导体深圳封测厂组装。

VL53L1X模块

以VL53L1X为例，它采用微型回流焊封装，集成了SPAD接收阵列、940nm不可见1类激光发射器、物理红外滤光片和光学器件，在各种环境照明条件（带各种盖片选项）下实现最佳的测距性能。

与传统的IR传感器不同，VL53L1X使用ST最新一代ToF技术，可测量在任何目标颜色和反射率时的绝对距离。它还能调整接收阵列上兴趣区域（ROI）的大小来缩小传感器的视场角FoV。

FlightSense™ 帮你巧用光线

张程怡表示，FlightSense™ 的工业用例与应用不胜枚举，其主要功能包括：测距、接近检测、存在检测、环境光检测、反射率检测、多区域检测、3D检测；典型用例包括：天花板检测、内容分析、防跌落检测、手势控制、免提操作、灯光控制、负荷管理、物体检测、避障、乘员检测、车位检测、人数统计、省电、SLAM检测、非接触式操作、用户检测、音量控制、沿墙运动；而主要市场与应用有：门禁、增强现实/虚拟现实、自动取款机、条形码阅读器、智能垃圾桶、智能建筑、清洁机器人、输送带、智能农业、家用机器人、室内无人机、智能灯、灯光、智能锁、医用器材、智能梳妆镜、公共停车场、宠物健身机器人、卫浴用品、服务机器人、智能货架、运输、自动售货机、仓库、可穿戴设备和物联网、白色家电，涵盖的范围非常广泛。

他还列举了一些已经开发出来的FlightSense™ 用例。一类是专注机器人和机器人相关的应用，它支持在一个机器人中安装多个传感器，集成过程非常容易，以低功耗实现障碍物检测、沿边与防跌落，还可多颗芯片串联使用。

机器人应用

另一类是用例是专注用户存在检测应用，型号齐全的FlightSense™ 测距传感器具有尺寸及低功耗优势，测距长度从近距离到4米，可实现精准测距，为使用者提供即时距离检测。

即时距离检测

第三类用例是存在检测，获奖的创新技术FlightSense™ 可以带来新的用户体验，低功耗实时检测用户是否存在，例如一个房间进出了多少人；利用小封装集成在专业级别的笔记本电脑中，分辨人类与物体，支持隐私模式和手势控制，当用户离开时自动待机/自动唤醒。

实时检测用户是否存在

第四类用例是接近检测，FlightSense™ 不仅适用于多种触屏盖板材料，而且测距精度不受物体的颜色、表面、材质的影响。性能测试证明，它适用于具有挑战性的工业设计，175 µW/1 Hz的最低功耗更适合电池供电的高性能应用。

更适合电池供电的高性能应用

FlightSense™ 岂止用于人类，它还可以为任何宠物品种带来福音。用它开发的猫狗玩具加上具有挑战性的工业设计，可以充分调动宠物活泼好动的天性。

宠物喂食设计

张程怡还演示了一款采用FlightSense™ 的微型投影仪，以往的产品需要手工对焦，这款产品不管将画面投射到屋顶或墙面，都可以立即自动对焦，画面非常清晰

自动对焦的微型投影仪

利用VL53L5 EwokMZ 61°的视场角实现分区域对焦，多区域检测，捕捉多区域和多对象。这一功能将有助于电子产品的设计人员开发出与众不同的各种创新产品。

李咏演示多区域检测，捕捉多对象

为了支持FlightSense™ 传感器的创新，意法半导体提供一整套的生态系统工具，并且不断扩大这一生态系统所支持的影像产品和视觉技术。整合FlightSense传感器的意法半导体的STM32软硬套件，加上开发工具提供的扩展板和样片，以及第三方提供IP的模块，以及全局快门参考设计开发支持等，为客户提供了全方位的支持。

生态系统与工具

张程怡最后总结道，意法半导体是全球第一大高集成度飞行时间（ToF）模块厂商，FlightSense™ 技术利用飞行时间ToF原理，提供高精度的绝对距离测量数据。意法半导体正在用智能光传感与FlightSense™ 帮助客户巧用光线，实现各种各样与检测有关的智能应用。

智能检测应用五花八门

他深信，FlightSense™ 绝对距离测量技术应用前景广阔，各类市场需求持续成长；FlightSense™ 出货实绩继续领先，未来产品更具成长力度。