近兩年的趨勢(shì)預(yù)測(cè)中，似有許多媒體資料和分析機(jī)構(gòu)提到了ToF(Time of Flight)技術(shù)的即將爆發(fā)，但卻似乎又后勁乏力的消息。比如有人認(rèn)為掣肘ToF發(fā)展的主因是應(yīng)用場(chǎng)景受限，所以ToF迄今似乎都沒(méi)有什么驚人的市場(chǎng)爆發(fā)現(xiàn)象。
在本文中，我們不想刻意琢磨統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，而是嘗試從ToF技術(shù)本身的原理，及其在手機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用出發(fā)，來(lái)探討這些年有關(guān)ToF技術(shù)的傳言是否可靠，尤其是在今年新版蘋果iPad Pro面世以后，后置新增的那個(gè)LiDAR模塊是否有機(jī)會(huì)帶動(dòng)ToF技術(shù)發(fā)展;且包括華為手機(jī)在內(nèi)的不少智能手機(jī)已經(jīng)連續(xù)數(shù)年將ToF模組應(yīng)用于前攝。
2015年ToF在手機(jī)上的發(fā)展
如果用簡(jiǎn)單的話來(lái)解釋ToF，無(wú)非就是飛行時(shí)間(Time of Flight)。從我們翻閱的資料來(lái)看，ToF并不限于光學(xué)領(lǐng)域，利用微波、超聲波的“飛行時(shí)間”來(lái)計(jì)算對(duì)象距離的，都可以認(rèn)為是ToF技術(shù)的應(yīng)用。那么實(shí)際上普通的微波雷達(dá)也可說(shuō)是應(yīng)用了ToF技術(shù)的典型設(shè)備。如此，ToF涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域也就變得非常廣，而且ToF存在的歷史又可以往前推幾十年。
若將ToF限制在光學(xué)測(cè)距范疇，則ToF也就特指“光的飛行時(shí)間”，這也是目前我們對(duì)于ToF的狹義理解方式，或者特指“ToF攝像頭”。相對(duì)簡(jiǎn)單的解釋是：若要測(cè)得ToF模組與場(chǎng)景中某個(gè)對(duì)象(或某個(gè)點(diǎn))的距離，則由ToF模組的光源向該對(duì)象發(fā)出光(子)。光在發(fā)出后抵達(dá)該對(duì)象，并反射回來(lái)，由ToF模組的傳感器獲得。計(jì)量此間“光的飛行時(shí)間”，在光速已知的前提下，即可得到距離數(shù)據(jù)，如圖1所示。
圖1
這是個(gè)十分簡(jiǎn)化的模型，但也基本闡述了ToF技術(shù)的核心。而且它也至少透露了ToF模組在硬件實(shí)現(xiàn)上，至少需要包括發(fā)射端和接收端，當(dāng)然另外還需要處理信號(hào)的芯片、算法與軟件。
近兩年ToF話題火熱的主因，似乎是3D感知、3D視覺(jué)應(yīng)用的崛起。典型的如iPad Pro所用的后置LiDAR激光雷達(dá)。這在我們探討的ToF范疇內(nèi)，如果不考慮汽車LiDAR這種能量級(jí)別，則iPad Pro的ToF應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)高級(jí)和復(fù)雜，看起來(lái)和消費(fèi)用戶的距離似乎也稍遠(yuǎn)。在談這種技術(shù)之前，不妨先看看更早以及更貼近生活的ToF應(yīng)用。
手機(jī)對(duì)于“測(cè)距”的典型需求是前面板的距離感應(yīng)：這是多年前功能機(jī)時(shí)代就存在的特性，即通過(guò)距離感應(yīng)，在接打電話時(shí)，耳朵貼近屏幕就讓屏幕自動(dòng)熄屏。早年的距離感應(yīng)只通過(guò)簡(jiǎn)單的一個(gè)光電二極管實(shí)現(xiàn)，這種簡(jiǎn)單的方案在某些場(chǎng)景下會(huì)失效，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)測(cè)定外部亮度級(jí)變化實(shí)現(xiàn)所謂的“距離感應(yīng)”的。
從2015年前后，主動(dòng)光學(xué)測(cè)距開(kāi)始應(yīng)用到手機(jī)上：這種測(cè)距系統(tǒng)結(jié)合了一枚LED，與光傳感器。LED會(huì)主動(dòng)發(fā)光，如果傳感器獲取到的反射光強(qiáng)度超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值，手機(jī)就熄屏。這幾乎可以認(rèn)為是ToF的雛形了，iPhone 6s時(shí)代已經(jīng)在采用這種技術(shù)。從TechInsights的拆解分析來(lái)看，iPhone 7真正落實(shí)了ToF傳感器：即不再依賴于反射光強(qiáng)度級(jí)變化，而開(kāi)始計(jì)量來(lái)自激光二極管的光子飛行時(shí)間。
更早將ToF模組應(yīng)用于前面板的手機(jī)，可追溯至2014年的LG G3、黑莓Passport等。TechInsights的顯微拆解顯示，當(dāng)時(shí)這些手機(jī)普遍開(kāi)始應(yīng)用意法半導(dǎo)體的早期VL6180方案。從分析來(lái)看，這是一個(gè)三合一的光學(xué)模組，其中包含了距離傳感器、環(huán)境光傳感器，以及VCSEL光源(垂直腔面發(fā)射激光器)。
圖2，來(lái)源：TechInsights
