TOF是Time of flight的简写,直译为飞行时间的意思。飞行时间技术在广义上可理解为通过测量物体、粒子或波在固定介质中飞越一定距离所耗费时间(介质/距离/时间均为已知或可测量),从而进一步理解离子或媒介某些性质的技术。tof测量方式适合中远距离的非高精度应用。

TOF测量

itof英文:indirect time of flight, 顾名思义是间接测量时间的一种方法,大部分的间接测量方案都是采用了测相位偏移的方法,即发射的正弦波与接收的正弦波之间的相位差,飞行时间t,也即距离Z,是关于相位差的函数,因此可以解出Z,上述所说的正弦波:横坐标是时间,纵坐标是光强。正是由于基于正向偏压的光电二极管以及其测量电路的时间分辨率比较低,为了避免各种因素的干扰才采用测量相位偏移的方法来达到低于硬件系统时间分辨率的效果。

优点
1.原理简单
2.系统容易集成,不需要额外测量电路和算法

缺点:

1.精度偏低,厘米级,精度随距离下降
2.功耗大,目前采用的面光发射方式,随应用距离的增加,功耗大幅增加
3.多路径干扰,由于采用的是能量积分的形式,不同位置的反射光可能干扰精准测量,例如会把个直角拍成圆角,抗干扰能力差
4.模拟电路架构,即所谓ptof′(实际也是iof),采用的是模拟电路,需要一颗模数转换芯片才行
5.标定相对复杂,需要对多个距离进行标定


dtof 英文:direct time of
顾名思义就是直接测量飞行时最初就是希望能直接测量时间来对应距离,但能达到ps级分辨率的测量系统成熟的较慢,即SPAD+TDC. SPAD single photon
valance diode,单光子雪崩二极管,这是一种能在ps级的时间内产生响应电流的器件,其工作原理是采用反向偏压的光电二极管,使其工作在超过击穿电压而尚未击穿的很小的一个电压范围内此时的二极管处在非常敏感的工作区间,因此只要有微弱的光信号即可引发其产生雪崩电流,相应速度极快。TDC, time digtal converter,时间数字转换电路,通过与发射端的时间同步,接受到的光信号能够在ρs级的时间内产生电流并被TDC探测记录,经过N次的发射与接收,TDC能够记录
次(n<N)光飞行时间,于是生成一个关于飞行时间分布的直方图,求其出现频率最大的飞行时间值即为目标值t,z=c/2,即得距离。SPAD的工艺相对CS工艺要难得多,世界上能做的厂家很少,而SPAD的初衷并不是用来测距,而是用来记录一些超快实验的过程。随着阵列的出现,以及阵列数的迅速提升,相信dtof很怏会在未来取代itof案,因为dtof在很多关键性能方面对iof都有绝对优势,但其技术壁垒比较高。


优点:
1.PS级时间分辨率,10ps*3X10~8m/s=3mm;
2.理论上其精度不随距离增加而下降
3.超低功耗,采用ηs级的脉冲,能够达到超低占空比
4.抗干扰能力强,由于采用时间直方图的方式,能够很容易区分信号中的杂讯,解决多路径干扰
5.数字电路架构,不需要模数转换,易于后续集成
6.标定相对简单

缺点:
1.SPAD工艺复杂,资源少
2.需要高频驱动电路及额外的时间处理电路,系统集成难度高