ESPROS金丰：量产经验助力现有ToF应用，下一代pToF蓄势待发
2019-09-30 09:08:22 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

三年前，大众对ToF技术缺乏深入了解，产品形态还不成熟；2018年，ToF技术逐渐成熟，在少量高端手机中尝试应用；2019年，随着多家手机厂商将ToF摄像头用于旗舰机型，ToF技术的优势和美好前景已深入人心。

近些年，瑞士公司瑷镨瑞思（ESPROS）中国区市场销售总监金丰先生在“微言大义”研讨会上的演讲主题，可谓是飞行时间（ToF）技术在中国消费类市场发展的缩影：从2017年《ToF的原理和应用》到2018年《量产为王-详释3D ToF模组量产难点》，直至2019年《2019：ToF元年》。三年前，大众对ToF技术缺乏深入了解，产品形态还不成熟；2018年，ToF技术逐渐成熟，在少量高端手机中尝试应用；2019年，随着多家手机厂商将ToF摄像头用于旗舰机型，ToF技术的优势和美好前景已深入人心。

据麦姆斯咨询报道，在近期举行的『第二十六届“微言大义”系列活动：3D视觉技术与应用（消费领域）』，金丰先生带着多个量产案例的经验，分享了多年来开拓中国ToF市场的感受！

ESPROS中国区市场销售总监金丰先生发表题为《2019：ToF元年》的演讲

金丰先生首先向在场观众简单介绍了瑷镨瑞思（ESPROS）的发展情况和核心竞争力：ESPROS是一家专注于近红外光图像传感器、3D ToF等光电产品和整体系统技术解决方案的供应商；拥有独一无二的CCD与CMOS相融合工艺及生产设备，能够突破现有工艺在近红外光范围的量子效应（85%@850nm），提供高性能的近红外片上光学传感器系统。自从2009年起，ESPROS在其研发的工艺OHC15L上开发出ToF像素（pixel），到2012年推出第一款片上ToF图像传感器，接下来则按照一年一颗ToF产品实现量产的节奏稳步推进ToF技术的应用。

ESPROS ToF图像传感器家族及相关参数

实践出真知。在最近一年多与客户实现ToF摄像头量产应用的过程中，ESPROS在ToF摄像头系统的标定和补偿方面也积累了许多宝贵经验。金丰先生提到“光速是30 cm/ns，硅基芯片上的电子移动速度是1 cm/ns，远远低于光速。如果我们想让ToF系统中所有像素的精度达到1.5cm，芯片上的信号处理需要控制在100ps之内，但这在我们生活的物理世界里是很难实现的。因此，在实际ToF应用案例中，利用软件算法对ToF摄像头进行标定和补偿是行之有效的方法。”

ToF摄像头系统由镜头、光源、软件、ToF图像传感器、光源驱动电路、接口、电源、控制器（MCU或FPGA，即现场可编程门阵列）以及其它相关变量参数等九部分组成。这九大部分相互影响又相对独立，每个单独部分存在的问题，很难用另一部分加以解决。因此，要设计一套性能卓越的ToF摄像头系统非常困难。从“设计”到“ToF模组生产”，再到“实际应用环境”，都会有一系列的误差引入，一套非常有效的标定补偿方法显得尤为重要。金丰先生在会上重点分享了这方面的心得“通常我们有很多的标定补偿工作要做，现在把它精简成四步。第一，环境光补偿；第二，原始距离信息的计算；第三，原始距离信息和实际距离信息的线性拟合；最后是温度的补偿。”

ToF摄像头系统主要组成部分

每个ToF系统厂商设计的不同，标定补偿方法不同。金丰先生介绍：“经过多年的量产案例摸索，ESPROS根据客户反馈，从芯片层面也做了进一步改进，从而在反射率、室外表现和多机干扰等各个方面有了明显改善。首先，ESPROS对芯片的ADC线性和像素线性进行优化，不受距离和相位的采样阶段影响，在ToF芯片测量范围内，终端客户不用再对不同的反射率物体进行标定和补偿。第二，针对室外环境光条件，我们专门进行了像素设计，目前我们的ToF图像传感器能够在室外达到130klux的环境光抑制能力，在低于20klux的光照条件或940nm波段近距离使用无需环境光的补偿。第三，关于多个ToF摄像头相互干扰产生的距离跳变问题，我们通过软件算法 + 硬件的配置，已为多机干扰提供解决方案。”

最后，金丰先生向大家介绍了ESPROS下一代芯片开发方向：pToF图像传感器。这款芯片为262 x 150像素，在905nm波段的量子效率依然大于70%。考虑到人眼安全和更远的探测距离，这款芯片像素尺寸设计较大，然后“配合系统设计，使得最终的发射脉冲宽度只有5ns即可达到远距离测量。从下面的测量图可以看到，棕红色水平线指检测到的电子数量为20个，这刚好达到pToF像素的灵敏度阈值；红色水平线指检测到的电子数量为80个，这说明测距的可靠性非常稳定。图中不同颜色代表的是反射率，例如绿色的是100%，蓝色的是10%。即使反射率为10%，pToF系统的最远测量距离是90米；如果反射率为100%，pToF系统的最远测量距离则达270米。”

ESPROS基于pToF技术的激光测距系统性能展示