“索尼开发堆叠式直接飞行时间深度传感器 可高速精确检测300米处的物体”

根据盖西汽车的信息，日前，索尼宣布开发出了一种适用于汽车激光雷达的使用单光子雪崩二极管( spad )像素的堆栈式直接飞行时间( dtof )深度传感器。

(照片来源:索尼)

除了照相机和毫米波雷达等传感设备外，激光雷达作为高精度检测和识别道路状况、车辆和行人等物体的位置和形状的一种做法，越来越重要。 adas的普及和自动驾驶技术的诉求推动了这一趋势。

spad是利用雪崩倍增技术放大单个入射光子的电子，形成雪崩叠加，即使是微弱的光也能够检测的像素结构。 dtof传感器根据光源发射的光被物体反射后返回传感器的飞行时间(时间差)，测量与物体的距离。 使用spad作为dtof传感器的探测器，可以进行远距离、高精度的距离测量。

索尼利用在cmos图像传感器开发过程中积累的背光式像素结构、堆叠结构、cu-cu连接等技术，利用一个芯片实现了spad像素和测距解决电路，开发了15厘米的距离分辨率、可以进行高精度、高速测量的紧凑型高分辨率传感器 这项新技术还有助于在各种温度和天气等恶劣条件下的检测和识别，提高激光雷达的可靠性对汽车设备至关重要。 另外，单片结构还有助于降低激光雷达的价格。 另外，索尼还开发了搭载这一新技术的微电子机械系统( mems )激光雷达系统，并将其用于判断。 现在，索尼正在向顾客和合作伙伴提供这个系统。

SPAD像素原理

在dtof深度/距离传感器中，spad可以检测单个光子。 向spad像素的电极施加破坏电压，接收大于破坏电压的超过偏压( vex )中的光子时，通过雪崩倍增效应放大光电转换中产生的电子。 电极间的电压下降到击穿电压值时，雪崩倍增停止。 雪崩倍增产生的电子被放电，恢复到破坏电压后(猝灭作用)，电极间的电压再次被设定为超过偏置电压，可以检测下一个光子(再充电作用)。 这种由光子到达引起的电子倍增作用被称为盖革模式( geiger mode )。

第一个好处[/s2/]

1、高精度测量，15厘米距离分辨率，测距可达300米；

新技术使用背光方式的spad像素结构，利用cu-cu连接方法，实现像素芯片(上部)和搭载了测距移位电路的逻辑芯片)下部之间各像素的导通。 该方法可以将光集成像素以外的所有电路配置在底部，实现高数值孔径和22%的高光子检测效率。 即使是小型芯片，在像素尺寸为10 μm的情况下，也可以实现约11万个比较有效的像素( 189×600像素)的高分辨率。 这样可以以15cm为单位的间隔进行高精度测量，测距距离最长可达300米，有助于提高激光雷达的检测和识别性能。

2 .采用索尼独有的时间数字转换器( tdc )和无源猝灭/充电电路，实现高速响应

索尼开发了将检测到的光子飞行时间转换为数字值，连接到各像素的cu-cu，从而将各光子正常时的响应速度提高到6纳秒的时间数字转换器( tdc )和无源猝灭/充电电路。 高速测距解决通过实时检测和识别周围的情况，提高了驾驶的安全性。

3 .恶劣条件下稳定的光子检测效率和响应速度

采用索尼独有的spad像素结构，在- 40℃~ 125℃的恶劣条件下也能实现稳定的光子检测效率和响应速度，有助于提高激光雷达的可靠性。