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La technologie directe du temps de vol (DTOF) est une approche innovante pour mesurer avec précision le temps de vol de la lumière, en utilisant la méthode de comptage de photons unique corrélé (TCSPC). Cette technologie fait partie intégrante de diverses applications, de la détection de proximité dans l'électronique grand public aux systèmes LIDAR avancés dans les applications automobiles. À la base, les systèmes DTOF se composent de plusieurs composants clés, chacun jouant un rôle crucial pour assurer des mesures de distance précises.
Les composants principaux des systèmes DTOF
Conducteur laser et laser
Le pilote laser, une partie pivot du circuit de l'émetteur, génère des signaux d'impulsion numériques pour contrôler l'émission du laser via la commutation MOSFET. Lasers, en particulierVertical Cavity Surface émettant des lasers(VCSELS), sont favorisés pour leur spectre étroit, leur intensité d'énergie élevée, leurs capacités de modulation rapide et leur facilité d'intégration. Selon l'application, des longueurs d'onde de 850 nm ou 940 nm sont sélectionnées pour équilibrer les pics d'absorption du spectre solaire et l'efficacité quantique du capteur.
Transmission et réception d'optiques
Du côté transmis, une lentille optique simple ou une combinaison de lentilles de collimation et d'éléments optiques diffractifs (DO) dirige le faisceau laser à travers le champ de vision souhaité. L'optique réceptrice, visant à rassembler la lumière dans le champ de vision cible, bénéficie des lentilles avec des nombres F inférieurs et un éclairage relatif plus élevé, aux côtés de filtres à bande étroite pour éliminer les interférences de lumière étrangère.
Capteurs SPAD et SIPM
Les diodes d'avalanche à photon unique (SPAD) et les photomultipliles en silicium (SIPM) sont les principaux capteurs des systèmes DTOF. Les Spads se distinguent par leur capacité à répondre aux photons uniques, déclenchant un fort courant d'avalanche avec un seul photon, ce qui les rend idéaux pour des mesures de haute précision. Cependant, leur taille de pixel plus grande par rapport aux capteurs CMOS traditionnels limite la résolution spatiale des systèmes DTOF.
Convertisseur de temps à numérique (TDC)
Le circuit TDC traduit les signaux analogiques en signaux numériques représentés par le temps, capturant le moment précis chaque impulsion de photons est enregistrée. Cette précision est cruciale pour déterminer la position de l'objet cible en fonction de l'histogramme des impulsions enregistrées.
Exploration des paramètres de performance DTOF
Plage de détection et précision
La plage de détection d'un système DTOF s'étend théoriquement jusqu'à ce que ses impulsions lumineuses puissent voyager et être réfléchies au capteur, identifiées distinctement du bruit. Pour l'électronique grand public, l'accent est souvent mis dans une plage de 5 m, en utilisant des VCSEL, tandis que les applications automobiles peuvent nécessiter des gammes de détection de 100 m ou plus, nécessitant différentes technologies comme les anguilles oulasers en fibre.
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Gamme maximale sans ambiguïté
La plage maximale sans ambiguïté dépend de l'intervalle entre les impulsions émises et la fréquence de modulation du laser. Par exemple, avec une fréquence de modulation de 1 MHz, la plage sans ambiguïté peut atteindre jusqu'à 150 m.
Précision et erreur
La précision dans les systèmes DTOF est intrinsèquement limitée par la largeur d'impulsion du laser, tandis que les erreurs peuvent résulter de diverses incertitudes dans les composants, y compris le conducteur laser, la réponse du capteur SPAD et la précision du circuit TDC. Des stratégies telles que l'utilisation d'un SPAD de référence peuvent aider à atténuer ces erreurs en établissant une base de référence pour le calendrier et la distance.
Résistance au bruit et aux interférences
Les systèmes DTOF doivent faire face au bruit de fond, en particulier dans des environnements lumineux forts. Des techniques telles que l'utilisation de plusieurs pixels SPAD avec des niveaux d'atténuation variables peuvent aider à gérer ce défi. De plus, la capacité de DTOF à faire la distinction entre les réflexions directes et les trajets multiples améliore sa robustesse contre les interférences.
Résolution spatiale et consommation d'énergie
Les progrès de la technologie des capteurs SPAD, tels que la transition de l'éclairage frontal (FSI) aux processus d'éclairage du côté arrière (BSI), ont considérablement amélioré les taux d'absorption des photons et l'efficacité du capteur. Cette progression, combinée à la nature pulsée des systèmes DTOF, entraîne une consommation d'énergie plus faible par rapport aux systèmes d'ondes continues comme ITOF.
L'avenir de la technologie DTOF
Malgré les obstacles techniques élevés et les coûts associés à la technologie DTOF, ses avantages en matière d'exactitude, de gamme et d'efficacité énergétique en font un candidat prometteur pour les applications futures dans divers domaines. Alors que la technologie des capteurs et la conception des circuits électroniques continuent d'évoluer, les systèmes DTOF sont prêts à être plus larges, ce qui stimule les innovations dans l'électronique grand public, la sécurité automobile et au-delà.
- De la page Web02.02 tof 系统 第二章 dtof 系统 - 超光 plus rapide que la lumière (plus rapide que light.net)
- par l'auteur: Chao Guang
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