Was ist ein ToF-Sensor?
ToF-Sensoren (Time of Flight) sind Sensoren, die Entfernungen messen können, indem sie die Zeit messen, die das ausgesendete Licht braucht, um reflektiert und zurückgeworfen zu werden. Viele Sensoren messen Infrarotstrahlung, die von Lasern und anderen Quellen ausgesendet wird. Die Erkennungsgenauigkeit bleibt unabhängig von kurzen oder langen Entfernungen konstant.
Anwendungen von ToF-Sensoren
1. Erkennung in VR und AR
Da ToF-Sensoren die Entfernung zu einem Objekt genau messen können, werden sie für die VR- und AR-Erkennung eingesetzt, die sich in den letzten Jahren zu einem heißen Thema entwickelt hat und es ermöglicht, Bilder mit einem dreidimensionaleren Effekt als je zuvor darzustellen.
Das iPhone 12 Pro ist mit dem Lidar-Sensor, einem ToF-Sensor, ausgestattet.
2. Überwachung
Das iPhone 12 Pro wird als Füllstandssensor zur Überwachung der Hubkapazität von Maschinen, der Restmenge in Tanks und zur Kontrolle des Lagerbestands eingesetzt.
3. Smartphone-Gesichtserkennungsfunktion
ToF-Sensoren können das Bild eines Objekts auch an dunklen Orten dreidimensional erfassen und die Autofokusfunktion verbessern. Daher wird erwartet, dass sie in Zukunft für die Gesichtserkennungsfunktion von Smartphones eingesetzt werden.
Funktionsweise von ToF-Sensoren
Die Funktionsweise des ToF-Sensors ist relativ einfach. Zunächst werden modulierte Nahinfrarotstrahlen von einer Laserdiode im Sensor ausgesandt. Die Nahinfrarotstrahlen treffen auf das Objekt und werden durch die Linse zurück zum lichtempfangenden Element im Sensor reflektiert. Die Phasendifferenz zwischen den ausgesandten und reflektierten Nahinfrarotstrahlen wird in eine Zeitdifferenz umgewandelt und mit der Geschwindigkeit des ausgesandten Lichts multipliziert, um die Entfernung zu bestimmen. Für diese Berechnung wird die Wellenlängenformel verwendet, die man in der Schule in Physik gelernt hat.
ToF-Sensoren sind anderen Sensoren insofern überlegen, als ihre Erkennungsgenauigkeit unabhängig von der Entfernung konstant ist und sie auch in dunklen Umgebungen mit guter Tiefengenauigkeit arbeiten können.
Für das Laserlicht wird häufig Infrarot- und Nahinfrarotlicht verwendet, doch hängt dies vom Sensor ab und einige Wellenlängen sind für das menschliche Auge schädlich, so dass je nach Anwendung Vorsicht geboten ist.
Bei Infrarot- und Nahinfrarot-Lasern kann der Messpunkt nicht visuell überprüft werden, so dass ein separates Zielfernrohr oder ein Leitlaser erforderlich ist, um zu prüfen, ob der Laser das Objekt beleuchtet oder nicht.