TimeofFlightVerfahren

TimeofFlightVerfahren bezeichnet Messprinzipien, bei denen die Zeit zwischen der Aussendung eines Signals und dem Nachweis desselben Signals nach einer Interaktion mit einer Probe, einer Szene oder einem Teilchen gemessen wird. Ziel ist es, aus der gemessenen Flugzeit Rückschlüsse auf Entfernungen, Geschwindigkeiten, Massen oder Konzentrationen zu ziehen. Dabei hängt die Auswertung von der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals ab; bei elektromagnetischer Strahlung ergibt sich t = 2d/c für einen Reflexionspfad (Hin- und Rückflug), während bei Massenspektrometrie der Flugzeit-Verlauf t ∝ sqrt(m/q) gilt.

Zu den Hauptvarianten gehören optische ToF-Systeme, bei denen pulsed ToF kurze Lichtimpulse senden und der Rücklauf gemessen wird, sowie phasenbasierte ToF-Verfahren, bei denen die Phasenverschiebung eines kontinuierlich modulierten Signals zur Bestimmung der Zeitdifferenz genutzt wird. In der TimeofFlight-Massenspektrometrie wird ein Strahl geladener Ionen beschleunigt und deren Flugzeit durch den Freiflug bestimmt; aus der Flugzeit lassen sich Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse ableiten.

Anwendungen finden sich in der dreidimensionalen Bildgebung und Tiefenerfassung (ToF-Kameras, Roboter- und Automobiltechnik, Lidar), in der analytischen Chemie und Biologie (TOF-MS) sowie in der medizinischen Bildgebung (Time-of-Flight-Ultraschall). Vorteile des Verfahrens sind eine schnelle, berührungslose Messung und eine hohe zeitliche Auflösung; Herausforderungen umfassen Kalibrierung, Dispersionseffekte, Mehrwege- und Mehrreflexionsprobleme sowie Kosten und Komplexität der Timing-Hardware.