近日，索尼在其官微發(fā)布直接飛行時(shí)間（dToF）堆疊式 SPAD（單光子雪崩二極管）深度傳感器 IMX459，可用于汽車激光雷達(dá)。
除了車載攝像頭和毫米波雷達(dá)等傳感設(shè)備，激光雷達(dá)作為一種高精度探測(cè)和識(shí)別道路狀況以及汽車和行人等物體位置和形狀的手段，正變得越來越重要。同時(shí)，激光雷達(dá)進(jìn)一步發(fā)展并深入市場(chǎng)仍然需要克服一些技術(shù)障礙，包括需要進(jìn)一步提高測(cè)距性能；可以實(shí)現(xiàn)更高的安全性和可靠性；以及向固態(tài)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)小型化和更低的成本。
在用于激光雷達(dá)測(cè)距的諸多方法之中，SPAD 像素用作 dToF 傳感器中的一種探測(cè)元素，它根據(jù)光源發(fā)射的光被物體反射后返回到傳感器的飛行時(shí)間（時(shí)間差），來測(cè)量到物體的距離。索尼利用在 CMOS 圖像傳感器開發(fā)過程中創(chuàng)造的背照式像素結(jié)構(gòu)、堆疊結(jié)構(gòu)和 Cu-Cu 連接等技術(shù)，成功地構(gòu)建了一種將 SPAD 像素和測(cè)距處理電路封裝在單個(gè)芯片的獨(dú)特元器件結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)令微小至 10 平方微米的像素尺寸得以實(shí)現(xiàn)，在小型化的同時(shí)在 1/2.9 型尺寸規(guī)格上達(dá)到約十萬有效像素的高分辨率，還能增強(qiáng)光子探測(cè)效率和提升響應(yīng)能力，以每 15 厘米作為一個(gè)單位范圍從遠(yuǎn)距離到近距離進(jìn)行高速度、高精度的距離測(cè)量。該產(chǎn)品符合汽車應(yīng)用的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，有助于提高激光雷達(dá)的可靠性，單芯片結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)更小型、低成本的激光雷達(dá)。
資料顯示，該產(chǎn)品將尺寸僅為 10 平方微米的 SPAD（單光子雪崩二極管）像素和測(cè)距處理電路封裝在單個(gè)芯片上，外形尺寸為 1/2.9 英寸，可進(jìn)行高精度、高速度的距離測(cè)量，支持應(yīng)用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛（AD）系統(tǒng)。預(yù)計(jì) 2022 年 3 月出貨，價(jià)格為 15000 日元（約 879 元人民幣）。
該傳感器采用堆疊式結(jié)構(gòu)，背照式 SPAD 像素芯片（上）和搭載測(cè)距處理電路的邏輯芯片（下）之間通過 Cu-Cu 連接實(shí)現(xiàn)各個(gè)像素的導(dǎo)通。這樣的結(jié)構(gòu)允許將電路放置在像素芯片底部，保持高開口率，同時(shí)實(shí)現(xiàn) 10 平方微米的小像素尺寸。傳感器還采用表面不規(guī)則的光入射面來折射入射光，從而提高吸收率。這些特點(diǎn)使汽車激光雷達(dá)光源常用的 905 納米波長(zhǎng)達(dá)到 24% 的光子探測(cè)效率。例如，可以實(shí)現(xiàn)以高分辨率和距離分辨率探測(cè)到反射率低的遠(yuǎn)處物體。此外，電路部分包含一個(gè)有源充電電路，由 Cu-Cu 連接各個(gè)像素，令單個(gè)光子在正常工作時(shí)的響應(yīng)速度達(dá)到約 6 納秒。
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