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無遠弗屆的ToF 飛時測距應用一眼看透透

圖一 : ToF應用領域
圖一 : ToF應用領域

【作者: 王岫晨】

ToF的應用情境非常多元。從小到手機,大至工業環境以及防疫用途的使用,都是ToF可以發揮所長的應用領域。本文也將以ST的ToF解決方案為例,說明ToF技術在各種不同領域的應用現況與優勢。

接近偵測

圖二 : 飛行時間測距原理
圖二 : 飛行時間測距原理

首先針對消費性電子,所要探討的第一個領域是接近偵測。接近偵測的實際使用範例非常,例如,平板電腦、水龍頭、燈和停車場。關於存在偵測,典型應用是家用電器和智慧家庭、衛浴設備和教育平板電腦。所有這些應用情境都會偵測使用者是否存在,以及使用者位置,接著相對應地打開或關閉相關系統或螢幕。以平板電腦為例,當接近和離開平板電腦時,螢幕將會打開或鎖屏;甚至還可以設定閱讀距離,當使用者離螢幕太近時,透過ToF的解決方案,將能提醒使用者保護眼睛。

投影機

接下來,投影機也是ToF技術非常適合的另一個重要市場,包括辦公用大型投影機、微型投影機和攜帶式投影機。如今,在家庭娛樂系統中,攜帶式投影機可以代替電視或平板電腦。測距主要應用是自動對焦,因此,我們須再進行手動對焦。投影機內部的ToF感測器可以為系統提供鏡頭到螢幕的距離資訊,而系統將立即自動對焦。此外,還有偵測使用者是否存在的工具。當使用者靠近對人眼有害的投影鏡頭時,ToF解決方案透過測距和存在偵測功能,讓系統能夠連續警示使用者不要靠近投影機鏡頭。

針對投影機的應用,ST的解決方案還能提供一個非常重要的幾何形狀調整功能,又稱梯形校正。在使用投影機時經常會遇到投影形狀發生畸變的問題,投向牆壁的影像不是向右傾斜就是向左傾斜,修正這種梯形通常需要在系統內實現複雜的演算技術。現在透過新一代的ToF感測器,使用者就可以非常快速、準確地修正梯形,而且系統成本非常親民。目前ST也正在研究手勢控制。對於這些類似應用,ST的核心優勢是超高速測距,這可以達到快速自動對焦,速度快到讓使用者都不會發現對焦過程,使對焦變得非常自然、快速。因為測距很快,所以當使用者接近時,調光功能立即啟動。因此,安全不是問題。產品效能也很高,因此,十分適合電池供電產品。

服務機器人

在消費性電子方面還有掃地機器人和服務機器人應用。我們都知道,服務機器人正在到來,在一些家庭裡面,已經有家庭助理機器人,甚至還有寵物機器人。它們都需要透過ToF感測器來提供同一種用途,這就是避障,因此,機器人不會撞人、撞桌椅、撞牆。當掃地機器人掃地而且房間有人走動時,機器人以合理的方式移動顯得尤為重要,不僅避障,還要循牆和防墜落偵測,這樣機器人才不會掉到樓下或卡在沙發底下。同樣的,有了無觸摸操作,不再需要用手觸摸特定按鈕。有了ToF精確、可靠的測距功能,所有這些應用情境都完全可以被實踐。

工業應用

在工業方面的應用,ToF也有很多範例。包括工業機器人、輸送帶、工廠管理和倉庫存儲。測距感測器可以統計輸送帶運貨量,因為當輸送帶移動貨品時,貨品和感測器之間的距離會變化。在生產安全方面,感測器可以用於監測使用者和操作員,並警示不要靠近特定的危險的機器或工作位置。空間佔用偵測和接觸偵測可以實現工廠管理智慧化,使用者無需親自進入集裝箱內,就可以知道貨車的裝載率。至於核心優勢,遠距離測距不再需要到現場,並且遠距離測量速度足以維持工廠正常運營,這樣的速度是100HZ,表示每秒可完成100次測距。

容量管理

接著來討論容量管理或空間佔用偵測的工作原理。在貨車上裝了一些貨物,行駛在高速公路上,卡車和集裝箱內裝有ToF感測器,透過測量貨物的距離,可以得知裝載率資訊,瞭解裝載的是什麼貨物,以便合理地調整物流安排。在倉庫中,感測器能夠讓我們知道貨架上貨物的擺放情況,是滿載還是空置。其它實例包括垃圾桶、封閉式回收罐,甚至停車位,因為測距感測器可以偵測空間佔用情況。因此,ToF感測器可以為容量管理提供所需的全部工具。

防疫應用

圖三 : 在疫情中的使用情境
圖三 : 在疫情中的使用情境

【欲閱讀更豐富的內容,請參閱CTIMES雜誌 2021 年第 351 期1 月號】

2021.1月(第351期)展望2021年科技趨勢
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