尤為值得一提的是，其中的距離傳感器實質(zhì)是SPAD(單光子雪崩二極管)構(gòu)成的——有關(guān)SPAD后文還會更具體地提及。至少，這顆模組里就已經(jīng)有了完整的ToF發(fā)射端和接收端。2016年意法半導(dǎo)體發(fā)布VL53L0，其中去除了環(huán)境光傳感器，SPAD陣列也發(fā)生了變化。雖然從現(xiàn)有拆解資料并不能確定，不過iPhone 7的前置光學(xué)模組實際上和VL53L0非常相似，只是更緊湊(圖2)。

在此，這顆ToF模組實際扮演的角色可能至少包括了距離感應(yīng)，以及應(yīng)用于前置攝像頭的精準(zhǔn)測距(對焦)。當(dāng)時意法半導(dǎo)體在宣傳資料中也有特別提及“第二代激光測距傳感器”VL53L0X，是“世界上最小的飛行時間測距傳感器”。意法半導(dǎo)體的ToF方案選擇的皆為SPAD技術(shù)，如最新VL53L1、V53L3以及VL53L5相較更早的產(chǎn)品提供相對更遠(yuǎn)的測距能力和更具彈性的軟件配置。目前的很多手機(jī)和消費電子產(chǎn)品，多見意法半導(dǎo)體的激光對焦方案。

意法半導(dǎo)體大中華區(qū)及南亞區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)市場經(jīng)理張程怡表示：“過去5、6年時間，意法半導(dǎo)體的ToF傳感器出貨量超過了10億，應(yīng)用到了超過150款手機(jī)攝像頭中;另外當(dāng)然還有消費級、工業(yè)級應(yīng)用，如平板、投影儀、機(jī)器人、閘機(jī)等?！?

到此便不難發(fā)現(xiàn)，ToF在電子科技領(lǐng)域，乃至窄化到移動設(shè)備方向的應(yīng)用，就不僅是這兩年才出現(xiàn)的。如手機(jī)的距離感應(yīng)，攝像頭激光對焦這些前兩年的熱點，實則都是ToF的典型應(yīng)用。我們認(rèn)為，ToF技術(shù)這兩年又熱起來，大致與消費市場的再炒作有關(guān);所謂的“應(yīng)用場景受限”“后勁乏力”從以上探討看來，也屬于絕對的偽命題，因為這片市場本來就非常繁榮?！皬恼麄€市場的角度來看，它和生活很接近，對于ToF效果的爭議，幾年前也早就結(jié)束了，現(xiàn)在大家都很認(rèn)可?！睆埑题f。

在這種ToF光學(xué)測距的“單點”之外，這兩年ToF的火熱更來自于當(dāng)這些“單點”形成多點，甚至到“面”和深度圖(depth map)的時候，它在3D感知，以及對計算攝影的輔助。華為P/Mate系列手機(jī)、蘋果iPad Pro平板即是其后的典型應(yīng)用。這可能才是更多人關(guān)注的話題。

由點到面的ToF

在談今年移動設(shè)備ToF發(fā)展前，有必要將ToF技術(shù)在光學(xué)測距技術(shù)中的存在位置做個梳理。這里我們主體上采用2001年 Optical Engineering(《光學(xué)工程》)一書中的分類方法，如下圖所示。

圖3，光學(xué)測距技術(shù)的分類，來源：T. Bosch, Laser ranging: a critical review of usual techniques for distance measurement, Optical Engineering

光學(xué)測距的方法整體上分成主動和被動兩種。其中被動(Passive)包括了立體視覺(Stereoscopy，比如人們常說的“雙攝測距”)、聚焦合成(Depth-from-Focus，典型的類似技術(shù)比如光場相機(jī));而ToF被歸類到主動光學(xué)測距技術(shù)中——主動技術(shù)還包括了三角測量(Triangulation，典型的如iPhone中Face ID的結(jié)構(gòu)光)、干涉量度分析法(interferometry)。

值得一提的是，這個分類方法或許仍然不夠全面。比如在不同切分維度中，三角測量這種方法本身就可以分成主動和被動兩種，雙攝測距的立體視覺就屬于被動三角測距方案。再比如說在被動光學(xué)測距技術(shù)分類上，在深度方面做文章的不僅有depth from focus，還有depth from motion、depth from shape等。由于篇幅限制，我們無法展開探討各種技術(shù)的優(yōu)劣。這部分內(nèi)容將在我們未來發(fā)布的ToF行業(yè)與技術(shù)報告中更具體地闡述。

由于ToF技術(shù)這兩年異常受關(guān)注，ToF測距大方向分成dToF(直接ToF)與iToF(間接ToF)兩類也逐漸被更多的人所知。前文提到的ToF簡化版原理，以及意法半導(dǎo)體的這類方案實際上說的就是dToF，即發(fā)射端發(fā)射一個激光脈沖，在碰到場景中的對象后反射，回到接收端的傳感器——或者說光電探測器。此間就有個“計時器”電路用于測量時間。從原理上來說，dToF是一種十分直接的技術(shù)。不過由于這種技術(shù)對于光電探測器、光源和時間檢測相關(guān)電路有著很高的技術(shù)要求，所以其實現(xiàn)相對比較晚。

也因此dToF所用的傳感器常見APD(雪崩光電二極管)——這種二極管有著較高的增益和量子效率，采用APD比較典型的ToF圖像傳感器廠商有松下。傳統(tǒng)的圖像傳感器，在單光子進(jìn)入到像素中以后一般僅轉(zhuǎn)為單電子，在光信號比較弱的時候，就有感光能力的問題。簡單地說，APD傳感器是實現(xiàn)電子倍增。

就脈沖調(diào)制光的方案來看，可采用較低工作周期的照明，主動照明光可以短脈沖寬度以及高峰值輸出功率，同時兼顧人眼安全。由于峰值功率較高、SBNR(signal-to-background-noise ratio)也就極大提升，探測距離也就可以比較遠(yuǎn);而且APD可以避免多徑干擾之類的問題。不過APD像素尺寸一般也非常大，要實施像素大陣列，或者說高像素也就很有挑戰(zhàn)。很多選擇APD像素的ToF裝置也因此需要有包含機(jī)械動作的掃描。這就不屬于我們要探討的移動設(shè)備或者手機(jī)范疇了。