اشترك في وسائل التواصل الاجتماعي الخاصة بنا للحصول على منشورات سريعة
تقنية زمن الطيران المباشر (dTOF) هي نهج مبتكر لقياس زمن طيران الضوء بدقة، باستخدام طريقة عد الفوتونات المفردة المرتبطة زمنيًا (TCSPC). تُعد هذه التقنية جزءًا لا يتجزأ من مجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من استشعار القرب في الإلكترونيات الاستهلاكية ووصولًا إلى أنظمة LiDAR المتقدمة في تطبيقات السيارات. تتكون أنظمة dTOF، في جوهرها، من عدة مكونات رئيسية، يلعب كل منها دورًا حاسمًا في ضمان دقة قياسات المسافة.
المكونات الأساسية لأنظمة dTOF
محرك الليزر والليزر
يُولّد مُشغّل الليزر، وهو جزءٌ أساسيٌّ من دائرة المُرسِل، إشارات نبضية رقمية للتحكم في انبعاث الليزر عبر تبديل MOSFET. الليزر، وخاصةًليزرات انبعاث السطح ذات التجويف الرأسيتُفضّل مُركّبات VCSELs لضيق طيفها، وكثافتها العالية من الطاقة، وسرعتها في التعديل، وسهولة دمجها. وحسب التطبيق، يتم اختيار أطوال موجية 850 أو 940 نانومتر لتحقيق التوازن بين ذروة امتصاص الطيف الشمسي وكفاءة المستشعر الكمومية.
بصريات الإرسال والاستقبال
من ناحية الإرسال، تُوجَّه شعاع الليزر عبر مجال الرؤية المطلوب باستخدام عدسة بصرية بسيطة، أو مزيج من عدسات التوازي والعناصر البصرية الحيودية (DOEs). أما البصريات المستقبلة، التي تهدف إلى جمع الضوء ضمن مجال الرؤية المستهدف، فتستفيد من عدسات ذات أرقام F أقل وإضاءة نسبية أعلى، إلى جانب مرشحات ضيقة النطاق لمنع تداخل الضوء الخارجي.
أجهزة استشعار SPAD و SiPM
تُعد ثنائيات الانهيار أحادي الفوتون (SPAD) ومضاعفات السيليكون الضوئية (SiPM) المستشعرات الرئيسية في أنظمة dTOF. تتميز ثنائيات SPAD بقدرتها على الاستجابة للفوتونات المفردة، حيث تُطلق تيار انهيار قوي بفوتون واحد فقط، مما يجعلها مثالية للقياسات عالية الدقة. ومع ذلك، فإن حجم البكسل الأكبر فيها، مقارنةً بمستشعرات CMOS التقليدية، يحد من الدقة المكانية لأنظمة dTOF.
محول الزمن إلى الرقمي (TDC)
تُحوّل دائرة TDC الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية، مُمَثَّلة بالزمن، مُسجِّلةً اللحظة الدقيقة لتسجيل كل نبضة فوتون. تُعدّ هذه الدقة أساسيةً لتحديد موقع الجسم المستهدف بناءً على الهيستوغرام للنبضات المُسجَّلة.
استكشاف معلمات أداء dTOF
مدى الكشف والدقة
يمتد نطاق الكشف لنظام dTOF نظريًا إلى أقصى مدى يمكن لنبضات الضوء أن تقطعه وتنعكس به إلى المستشعر، مما يُميزه عن الضوضاء. بالنسبة للإلكترونيات الاستهلاكية، غالبًا ما يكون التركيز ضمن نطاق 5 أمتار، باستخدام تقنية VCSEL، بينما قد تتطلب تطبيقات السيارات نطاقات كشف تصل إلى 100 متر أو أكثر، مما يستلزم تقنيات مختلفة مثل EELs أوليزر الألياف.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن المنتج
أقصى مدى واضح
يعتمد أقصى مدى واضح على الفاصل الزمني بين النبضات المنبعثة وتردد تعديل الليزر. على سبيل المثال، مع تردد تعديل 1 ميجاهرتز، يمكن أن يصل المدى الواضح إلى 150 مترًا.
الدقة والخطأ
الدقة في أنظمة dTOF محدودة بطبيعتها بعرض نبضة الليزر، بينما قد تنشأ أخطاء من شكوك مختلفة في المكونات، بما في ذلك مُشغِّل الليزر، واستجابة مستشعر SPAD، ودقة دائرة TDC. يمكن لاستراتيجيات مثل استخدام SPAD مرجعي أن تُساعد في تخفيف هذه الأخطاء من خلال تحديد خط أساس للتوقيت والمسافة.
مقاومة الضوضاء والتداخل
يجب أن تتعامل أنظمة dTOF مع ضوضاء الخلفية، خاصةً في بيئات الإضاءة القوية. يمكن لتقنيات مثل استخدام وحدات بكسل SPAD متعددة بمستويات توهين متفاوتة أن تساعد في التغلب على هذا التحدي. بالإضافة إلى ذلك، تُعزز قدرة dTOF على التمييز بين الانعكاسات المباشرة ومتعددة المسارات من متانتها ضد التداخل.
الدقة المكانية واستهلاك الطاقة
أدت التطورات في تقنية مستشعرات SPAD، مثل الانتقال من عمليات الإضاءة الأمامية (FSI) إلى الإضاءة الخلفية (BSI)، إلى تحسين معدلات امتصاص الفوتونات وكفاءة المستشعر بشكل ملحوظ. هذا التقدم، بالإضافة إلى الطبيعة النبضية لأنظمة dTOF، يُؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة مقارنةً بأنظمة الموجات المستمرة مثل iTOF.
مستقبل تقنية dTOF
على الرغم من العوائق التقنية العالية والتكاليف المرتبطة بتقنية dTOF، إلا أن مزاياها من حيث الدقة والمدى وكفاءة الطاقة تجعلها مرشحًا واعدًا للتطبيقات المستقبلية في مجالات متنوعة. ومع استمرار تطور تكنولوجيا المستشعرات وتصميم الدوائر الإلكترونية، فإن أنظمة dTOF مهيأة للانتشار على نطاق أوسع، مما يدفع عجلة الابتكارات في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية وسلامة السيارات، وغيرها.
- من صفحة الويب02.02 TOF系统 第二章 dTOF系统 - أسرع من الضوء (faster-than-light.net)
- من تأليف: تشاو قوانغ
تنصل:
- نُعلن بموجب هذا أن بعض الصور المعروضة على موقعنا الإلكتروني مُجمّعة من الإنترنت وويكيبيديا، بهدف تعزيز التعليم وتبادل المعلومات. نحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع المبدعين، ولا يُقصد استخدام هذه الصور لأغراض تجارية.
- إذا كنت تعتقد أن أيًا من المحتوى المستخدم ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك، يُرجى التواصل معنا. نحن على أتم الاستعداد لاتخاذ الإجراءات المناسبة، بما في ذلك إزالة الصور أو ذكر المصدر بشكل صحيح، لضمان الامتثال لقوانين ولوائح الملكية الفكرية. هدفنا هو الحفاظ على منصة غنية بالمحتوى، وعادلة، وتحترم حقوق الملكية الفكرية للآخرين.
- يرجى الاتصال بنا على عنوان البريد الإلكتروني التالي:sales@lumispot.cnنحن نلتزم باتخاذ إجراءات فورية عند تلقي أي إشعار ونضمن التعاون بنسبة 100٪ في حل أي من هذه المشكلات.
وقت النشر: ٧ مارس ٢٠٢٤