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dTOF(직접 비행 시간) 기술은 TCSPC(시간 상관 단일 광자 계산) 방법을 활용하여 빛의 비행 시간을 정확하게 측정하는 혁신적인 접근 방식입니다. 이 기술은 가전제품의 근접 감지부터 자동차 애플리케이션의 고급 LiDAR 시스템에 이르기까지 다양한 애플리케이션에 필수적입니다. 기본적으로 dTOF 시스템은 몇 가지 주요 구성 요소로 구성되며 각 구성 요소는 정확한 거리 측정을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
dTOF 시스템의 핵심 구성 요소
레이저 드라이버 및 레이저
송신기 회로의 중추적인 부분인 레이저 드라이버는 MOSFET 스위칭을 통해 레이저 방출을 제어하는 디지털 펄스 신호를 생성합니다. 레이저는 특히수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)은 좁은 스펙트럼, 높은 에너지 강도, 빠른 변조 기능 및 통합 용이성으로 인해 선호됩니다. 응용 분야에 따라 850nm 또는 940nm의 파장을 선택하여 태양 스펙트럼 흡수 피크와 센서 양자 효율 사이의 균형을 맞춥니다.
송신 및 수신 광학 장치
송신 측에서는 간단한 광학 렌즈 또는 시준 렌즈와 회절 광학 요소(DOE)의 조합이 레이저 빔을 원하는 시야에 걸쳐 지향시킵니다. 대상 시야 내에서 빛을 모으는 것을 목표로 하는 수신 광학 장치는 외부 빛 간섭을 제거하기 위해 협대역 필터와 함께 낮은 F값과 높은 상대 조명을 갖춘 렌즈의 이점을 활용합니다.
SPAD 및 SiPM 센서
SPAD(단일 광자 사태 다이오드) 및 SiPM(실리콘 광전자 증배관)은 dTOF 시스템의 기본 센서입니다. SPAD는 단일 광자에 반응하여 단 하나의 광자로 강력한 눈사태 전류를 유발하는 능력으로 구별되므로 고정밀 측정에 이상적입니다. 그러나 기존 CMOS 센서에 비해 픽셀 크기가 더 크기 때문에 dTOF 시스템의 공간 해상도가 제한됩니다.
TDC(시간-디지털 변환기)
TDC 회로는 아날로그 신호를 시간으로 표시되는 디지털 신호로 변환하여 각 광자 펄스가 기록되는 정확한 순간을 포착합니다. 이 정확도는 기록된 펄스의 히스토그램을 기반으로 대상 물체의 위치를 결정하는 데 중요합니다.
dTOF 성능 매개변수 탐색
감지 범위 및 정확도
dTOF 시스템의 감지 범위는 이론적으로 광 펄스가 이동하여 센서로 다시 반사되어 노이즈와 구별되는 범위까지 확장됩니다. 소비자 가전의 경우 VCSEL을 활용하여 초점이 5m 범위 내에 있는 경우가 많지만, 자동차 애플리케이션의 경우 100m 이상의 감지 범위가 필요할 수 있으므로 EEL 또는섬유 레이저.
최대 명확한 범위
모호함이 없는 최대 범위는 방출된 펄스 사이의 간격과 레이저의 변조 주파수에 따라 달라집니다. 예를 들어 변조 주파수가 1MHz인 경우 명확한 범위는 최대 150m에 도달할 수 있습니다.
정밀도와 오류
dTOF 시스템의 정밀도는 본질적으로 레이저의 펄스 폭에 의해 제한되는 반면 오류는 레이저 드라이버, SPAD 센서 응답 및 TDC 회로 정확도를 포함한 구성 요소의 다양한 불확실성으로 인해 발생할 수 있습니다. 참조 SPAD를 사용하는 것과 같은 전략은 타이밍과 거리에 대한 기준을 설정하여 이러한 오류를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
소음 및 간섭 저항
dTOF 시스템은 특히 강한 조명 환경에서 배경 소음과 싸워야 합니다. 다양한 감쇠 수준의 다중 SPAD 픽셀을 사용하는 등의 기술은 이러한 문제를 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 직접 반사와 다중 경로 반사를 구별하는 dTOF 기능은 간섭에 대한 견고성을 향상시킵니다.
공간 해상도 및 전력 소비
전면 조명(FSI)에서 후면 조명(BSI) 프로세스로의 전환과 같은 SPAD 센서 기술의 발전으로 광자 흡수율과 센서 효율성이 크게 향상되었습니다. 이러한 발전은 dTOF 시스템의 펄스 특성과 결합되어 iTOF와 같은 연속파 시스템에 비해 전력 소비가 낮아집니다.
dTOF 기술의 미래
dTOF 기술과 관련된 높은 기술 장벽과 비용에도 불구하고 정확도, 범위 및 전력 효율성의 장점으로 인해 dTOF는 다양한 분야의 미래 응용 분야에 유망한 후보입니다. 센서 기술과 전자 회로 설계가 계속 발전함에 따라 dTOF 시스템은 소비자 가전, 자동차 안전 등의 분야에서 혁신을 주도하면서 더 폭넓게 채택될 준비가 되어 있습니다.
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게시 시간: 2024년 3월 7일