索尼推出首款面向汽車dToF激光雷達堆疊式SPAD深度傳感器

近日，索尼在其官微發布直接飛行時間（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。

除了車載攝像頭和毫米波雷達等傳感設備，激光雷達作為一種高精度探測和識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，激光雷達進一步發展并深入市場仍然需要克服一些技術障礙，包括需要進一步提高測距性能；可以實現更高的安全性和可靠性；以及向固態化設計轉變來實現小型化和更低的成本。

在用于激光雷達測距的諸多方法之中，SPAD像素用作dToF傳感器中的一種探測元素，它根據光源發射的光被物體反射后返回到傳感器的飛行時間（時間差），來測量到物體的距離。索尼利用在CMOS圖像傳感器開發過程中創造的背照式像素結構、堆疊結構和Cu-Cu連接等技術，成功地構建了一種將SPAD像素和測距處理電路封裝在單個芯片的獨特元器件結構。這種設計令微小至10平方微米的像素尺寸得以實現，在小型化的同時在1/2.9型尺寸規格上達到約十萬有效像素的高分辨率，還能增強光子探測效率和提升響應能力，以每15厘米作為一個單位范圍從遠距離到近距離進行高速度、高精度的距離測量。該產品符合汽車應用的功能安全標準，有助于提高激光雷達的可靠性，單芯片結構有助于實現更小型、低成本的激光雷達。

資料顯示，該產品將尺寸僅為10平方微米的SPAD（單光子雪崩二極管）像素和測距處理電路封裝在單個芯片上，外形尺寸為1/2.9英寸，可進行高精度、高速度的距離測量，支持應用于高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛（AD）系統。預計2022年3月出貨，價格為15000日元。

該傳感器采用堆疊式結構，背照式SPAD像素芯片（上）和搭載測距處理電路的邏輯芯片（下）之間通過Cu-Cu連接實現各個像素的導通。這樣的結構允許將電路放置在像素芯片底部，保持高開口率，同時實現10平方微米的小像素尺寸。傳感器還采用表面不規則的光入射面來折射入射光，從而提高吸收率。這些特點使汽車激光雷達光源常用的905納米波長達到24%的光子探測效率。例如，可以實現以高分辨率和距離分辨率探測到反射率低的遠處物體。此外，電路部分包含一個有源充電電路，由Cu-Cu連接各個像素，令單個光子在正常工作時的響應速度達到約6納秒。