مستشعر dTOF: مبدأ العمل والمكونات الرئيسية.

اشترك في وسائل التواصل الاجتماعي الخاصة بنا للحصول على مشاركة سريعة

تعد تقنية وقت الطيران المباشر (dTOF) طريقة مبتكرة لقياس زمن رحلة الضوء بدقة، وذلك باستخدام طريقة حساب الفوتون الفردي المرتبط بالوقت (TCSPC).تعد هذه التقنية جزءًا لا يتجزأ من مجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من استشعار القرب في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وحتى 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.

مبدأ عمل حساس dtof

المكونات الأساسية لأنظمة dTOF

سائق الليزر والليزر

يقوم محرك الليزر، وهو جزء محوري من دائرة الإرسال، بتوليد إشارات نبضية رقمية للتحكم في انبعاث الليزر عبر تبديل MOSFET.الليزر على وجه الخصوصالتجويف العمودي السطحي الذي ينبعث منه الليزر(VCSELs)، مفضلة بسبب طيفها الضيق، وكثافة الطاقة العالية، وقدرات التعديل السريعة، وسهولة التكامل.اعتمادًا على التطبيق، يتم اختيار أطوال موجية تبلغ 850 نانومتر أو 940 نانومتر لتحقيق التوازن بين قمم امتصاص الطيف الشمسي والكفاءة الكمومية للمستشعر.

إرسال واستقبال البصريات

على جانب الإرسال، تقوم عدسة بصرية بسيطة أو مجموعة من العدسات المتوازية والعناصر الضوئية الحيادية (DOEs) بتوجيه شعاع الليزر عبر مجال الرؤية المطلوب.تستفيد البصريات المستقبلة، التي تهدف إلى جمع الضوء داخل مجال الرؤية المستهدف، من العدسات ذات الأرقام البؤرية المنخفضة والإضاءة النسبية الأعلى، جنبًا إلى جنب مع مرشحات النطاق الضيق للتخلص من تداخل الضوء الدخيل.

أجهزة استشعار SPAD وSiPM

تعد الثنائيات الانهيارية أحادية الفوتون (SPAD) والمضاعفات الضوئية السيليكونية (SiPM) من المستشعرات الأساسية في أنظمة dTOF.تتميز أجهزة SPAD بقدرتها على الاستجابة للفوتونات المفردة، مما يؤدي إلى حدوث تيار ثلجي قوي بفوتون واحد فقط، مما يجعلها مثالية للقياسات عالية الدقة.ومع ذلك، فإن حجم البكسل الأكبر مقارنة بأجهزة استشعار CMOS التقليدية يحد من الدقة المكانية لأنظمة dTOF.

مستشعر CMOS مقابل مستشعر SPAD
مستشعر CMOS مقابل مستشعر SPAD

محول الوقت إلى الرقمي (TDC)

تقوم دائرة TDC بترجمة الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية ممثلة بالوقت، مما يلتقط اللحظة الدقيقة التي يتم فيها تسجيل كل نبضة فوتون.تعد هذه الدقة أمرًا بالغ الأهمية لتحديد موضع الجسم المستهدف استنادًا إلى الرسم البياني للنبضات المسجلة.

استكشاف معلمات أداء dTOF

نطاق الكشف والدقة

يمتد نطاق الكشف لنظام dTOF نظريًا بقدر ما يمكن أن تنتقل نبضات الضوء وتنعكس مرة أخرى إلى المستشعر، الذي يتم تحديده بشكل واضح عن الضوضاء.بالنسبة للإلكترونيات الاستهلاكية، غالبًا ما يكون التركيز ضمن نطاق 5 أمتار، باستخدام VCSELs، 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

الحد الأقصى لنطاق لا لبس فيه

يعتمد المدى الأقصى بدون غموض على الفاصل الزمني بين النبضات المنبعثة وتردد تعديل الليزر.على سبيل المثال، مع تردد تعديل يبلغ 1 ميجاهرتز، يمكن أن يصل النطاق الذي لا لبس فيه إلى 150 مترًا.

الدقة والخطأ

الدقة في أنظمة dTOF محدودة بطبيعتها بعرض نبضة الليزر، في حين يمكن أن تنشأ الأخطاء من حالات عدم اليقين المختلفة في المكونات، بما في ذلك محرك الليزر، واستجابة مستشعر SPAD، ودقة دائرة TDC.يمكن أن تساعد استراتيجيات مثل استخدام SPAD المرجعي في تخفيف هذه الأخطاء من خلال إنشاء خط أساس للتوقيت والمسافة.

مقاومة الضوضاء والتدخل

يجب أن تتعامل أنظمة dTOF مع الضوضاء الخلفية، خاصة في بيئات الإضاءة القوية.يمكن أن تساعد تقنيات مثل استخدام وحدات بكسل SPAD متعددة بمستويات توهين مختلفة في إدارة هذا التحدي.بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرة dTOF على التمييز بين الانعكاسات المباشرة والمسارات المتعددة تعزز متانتها ضد التداخل.

الدقة المكانية واستهلاك الطاقة

أدت التطورات في تكنولوجيا مستشعر SPAD، مثل الانتقال من عمليات إضاءة الجانب الأمامي (FSI) إلى عمليات إضاءة الجانب الخلفي (BSI)، إلى تحسين معدلات امتصاص الفوتون وكفاءة المستشعر بشكل كبير.يؤدي هذا التقدم، جنبًا إلى جنب مع الطبيعة النبضية لأنظمة dTOF، إلى انخفاض استهلاك الطاقة مقارنة بأنظمة الموجات المستمرة مثل iTOF.

مستقبل تقنية dTOF

على الرغم من العوائق التقنية العالية والتكاليف المرتبطة بتقنية dTOF، فإن مزاياها من حيث الدقة والمدى وكفاءة الطاقة تجعلها مرشحًا واعدًا للتطبيقات المستقبلية في مجالات متنوعة.مع استمرار تطور تكنولوجيا الاستشعار وتصميم الدوائر الإلكترونية، تستعد أنظمة dTOF لاعتمادها على نطاق أوسع، مما يؤدي إلى دفع الابتكارات في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية، وسلامة السيارات، وما هو أبعد من ذلك.

 

تنصل:

  • نعلن بموجب هذا أن بعض الصور المعروضة على موقعنا تم جمعها من الإنترنت وويكيبيديا، بهدف تعزيز التعليم وتبادل المعلومات.نحن نحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع المبدعين.وليس المقصود من استخدام هذه الصور تحقيق مكاسب تجارية.
  • إذا كنت تعتقد أن أيًا من المحتوى المستخدم ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك، فيرجى الاتصال بنا.نحن على أتم استعداد لاتخاذ التدابير المناسبة، بما في ذلك إزالة الصور أو تقديم الإسناد المناسب، 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.cn.ونحن نلتزم باتخاذ إجراءات فورية عند تلقي أي إشعار ونضمن التعاون بنسبة 100% في حل أي من هذه المشكلات.
أخبار ذات صلة
>> المحتوى ذو الصلة

وقت النشر: 07 مارس 2024