Tzu-Yu Wu

ADI 公司

0 前言

ToF是一种新兴3D 检测和成像技术，广泛应用于自动驾驶车辆、虚拟和增强现实、特征识别、物体尺寸标注等领域。ToF 摄像头通过测量光线从光源行进到场景中的物体再返回像素阵列所需的时间来获取景深图像。ADI 公司的ADSD3100 背光照明（BSI）CMOS 传感器实现的特定技术称为连续波（CW）调制，它是一种间接ToF 检测方法。在CW ToF 摄像头中，来自幅度调制光源的光线被摄像头视场（FOV）中的物体反向散射，然后测量发射波形和反射波形之间的相移。通过测量多个调制频率下的相移，便可计算每个像素的景深值。利用像素内光子混合解调，测量不同相对延迟下发射波形与接收波形之间的相关性，可以获得相移[2]。CW ToF 的概念如图1所示。

1 景深测量光学系统架构

图2显示了光学系统架构。它可以分为两个主要子模块：照明模块（也称为发射器或Tx）和成像模块（也称为接收器或Rx）。下面介绍每个组件的功能、ToF 系统特有的要求以及相应的设计示例。

1.1 照明模块

照明模块由光源、以高调制频率驱动光源的驱动器、将光束从光源投影到设计的照明区（FOI）的漫射器组成，如图2 所示。

1.1.1 光源和驱动器

ToF 模块通常使用波长的温度相关性较低的窄带光源，包括垂直腔面发射激光器（VCSEL）和边缘发射激光器（EEL）。发光二极管（LED）一般太慢，不满足ToF 调制要求。近年来，VCSEL 由于成本较低、外形尺寸小、可靠性高且易于集成到ToF 模块中而越来越受欢迎。与EEL（光线从侧面射出）和LED（光线从侧面和顶部射出）相比，VCSEL 射出的光束垂直于其表面，故生产良率更高且制造成本更低。……