LiDAR代表“光探測和測距”,是一種用於(yu) 測量物體(ti) 距傳(chuan) 感設備的距離的技術。使用的原理與(yu) 雷達(RADAR)非常相似,但使用LiDAR時,無線電波被光(通常是激光)代替。LiDAR係統發出的光束射到目標上,然後被反射回靠近光源的傳(chuan) 感器。通過測量光傳(chuan) 播所需的時間並知道光的恒定速度,可以高精度地計算目標的距離。這稱為(wei) 飛行時間(ToF)。

LiDAR在汽車行業(ye) 很有成效,尤其是在先進駕駛輔助係統(ADAS)中,可用於(yu) 障礙物檢測和避免碰撞以及自適應巡航控製(ACC)和導航。但是,LiDAR技術的一個(ge) 新的令人興(xing) 奮的領域是物聯網(IoT)中的工業(ye) 測距。

在此文中,我們(men) 領先的LiDAR專(zhuan) 家,智能感知部SensL分部應用工程師Edel Cashman,分享了她在測距和矽光電倍增管(SiPM)技術的專(zhuan) 知,並介紹了我們(men) 新的矽光電倍增管(SiPM)直接飛行時間(dToF) LiDAR平台。

Q

什麽(me) 是測距儀(yi) ?它為(wei) 何是物聯網的一部分?

測距儀(yi) 是深度測量係統,可用於(yu) 涉及深度感知、物體(ti) 探測和躲避以及位置映射的廣泛應用。

Q

LiDAR技術為(wei) 測距帶來什麽(me) 好處?

LiDAR具有高度可配置性,可以在各種環境和照明場景中使用,並且可以精確探測任何類型的固體(ti) 物體(ti) 。

Q

直接飛行時間(dToF)的原理是什麽(me) ?

所有LiDAR係統都使用光和“飛行時間”概念來測量距離。間接技術使用連續光和調製光與(yu) 反射光之間的相位差或頻率差。在dToF係統中,脈衝(chong) 激光提供了從(cong) 表麵反射並由傳(chuan) 感器探測到的光子。通過發出光子脈衝(chong) 的激光與(yu) 探測到光子脈衝(chong) 的接收器之間的時間差可算出距離。通常使用時間到模擬或時間到數字轉換器來實現。通過使用FPGA實現時間到數字的轉換,您可以準確地記錄發射開始的時間,並測量從(cong) 目標物體(ti) 反射後收到第一個(ge) 探測到的返回光子的時間。對於(yu) 遠距離探測,高度敏感的光電檢測器必不可少。

Q

為(wei) 什麽(me) dToF比間接飛行時間(iToF)更適合IoT應用?

iToF和dToF在測距方麵均具有優(you) 勢。dToF在照明、探測和處理方麵易於(yu) 實現,並且計算時間很短。dToF係統能夠區分視野(FoV)內(nei) 的多個(ge) 對象,並且不會(hui) 因相位周期而受距離模糊的影響。

Q

與(yu) 其他技術相比,SiPM有什麽(me) 優(you) 勢?

SiPM是高靈敏度光電探測器,具有低噪聲和快速響應時間。SiPM通過一次測量即可提供高度準確的ToF和強度信息。安森美半導體(ti) 的SiPM高度一致且成本低,非常適合大批量生產(chan) 。基於(yu) SiPM的係統設計簡單、可靠且可擴展。高近紅外(NIR)靈敏度意味著安森美半導體(ti) 的SiPM可以設計成具有低成本批量生產(chan) 激光二極管的係統,波長範圍850 nm至940 nm。

Q

開發測距應用有哪些挑戰?

開發測距應用有許多挑戰。對於(yu) 低功率應用,光子預算可能有限。對於(yu) 遠距離係統,可以通過對相同的平均能量使用較短的激光脈衝(chong) 寬度來優(you) 化激光源-SiPM可以輕鬆探測到較短的脈衝(chong) 寬度。多點測距將需要擴增探測器的數量或在單點探測器上添加掃描(光束控製)機製– SiPM高帶寬和快速響應時間可在掃描場景中實現高幀速率。

最小距離探測在測距儀(yi) 設計中也可能是個(ge) 挑戰。其他挑戰包括光學成本,以及在寬溫度範圍內(nei) 的激光一致性。

SiPM dToF LiDAR平台是單點測距開發套件,經成本優(you) 化用於(yu) 在工業(ye) 和消費者應用中大量部署。它提供一種簡單的方法在IoT應用中實施直接深度感測和距離測量。該套件基於(yu) 最新的RB係列矽光電倍增管(SiPM)探測器,這是一款近紅外(NIR)單光子敏感的高性能固態傳(chuan) 感器。

由安森美半導體(ti) 開發並在我們(men) 的平台中使用的RB係列SiPM傳(chuan) 感器采用緊湊、強固且對磁性不敏感的封裝,具有高(1x106)增益和高光子探測效率(在905 nm時為(wei) 10%)。它以約30 V的極低偏置電壓實現高增益,且噪聲水平幾乎完全在單光子範圍內(nei) 。安森美半導體(ti) 實現了微區之間的高度一致性,說明該傳(chuan) 感器能夠將檢測到的光子的精確數量區分為(wei) 輸出節點處不同的離散水平。

RB係列SiPM

該參考套件的目標距離在11厘米至23米之間。它含針對650至1050 nm信號優(you) 化的平凸透鏡,及一個(ge) 905 +/- 5nm帶通濾光片和905 nm激光二極管發射器。

該參考套件使用基於(yu) PC的圖形用戶接口(GUI, 已提供),開箱即用。它還含行業(ye) 標準的PMOD連接器,用於(yu) 創建完整的方案,還可提供所需的電源。設計人員也可選擇由USB連接器為(wei) 參考套件供電。用GUI能修改許多設置,從(cong) 而使該平台可用於(yu) 廣泛的工業(ye) 和IoT應用。