索尼推出首款面向汽车dToF激光雷达堆叠式SPAD深度传感器

近日，索尼在其官微发布直接飞行时间（dToF）堆叠式SPAD（单光子雪崩二极管）深度传感器IMX459，可用于汽车激光雷达。

除了车载摄像头和毫米波雷达等传感设备，激光雷达作为一种高精度探测和识别道路状况以及汽车和行人等物体位置和形状的手段，正变得越来越重要。同时，激光雷达进一步发展并深入市场仍然需要克服一些技术障碍，包括需要进一步提高测距性能；可以实现更高的安全性和可靠性；以及向固态化设计转变来实现小型化和更低的成本。

在用于激光雷达测距的诸多方法之中，SPAD像素用作dToF传感器中的一种探测元素，它根据光源发射的光被物体反射后返回到传感器的飞行时间（时间差），来测量到物体的距离。索尼利用在CMOS图像传感器开发过程中创造的背照式像素结构、堆叠结构和Cu-Cu连接等技术，成功地构建了一种将SPAD像素和测距处理电路封装在单个芯片的独特元器件结构。这种设计令微小至10平方微米的像素尺寸得以实现，在小型化的同时在1/2.9型尺寸规格上达到约十万有效像素的高分辨率，还能增强光子探测效率和提升响应能力，以每15厘米作为一个单位范围从远距离到近距离进行高速度、高精度的距离测量。该产品符合汽车应用的功能安全标准，有助于提高激光雷达的可靠性，单芯片结构有助于实现更小型、低成本的激光雷达。

资料显示，该产品将尺寸仅为10平方微米的SPAD（单光子雪崩二极管）像素和测距处理电路封装在单个芯片上，外形尺寸为1/2.9英寸，可进行高精度、高速度的距离测量，支持应用于高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶（AD）系统。预计2022年3月出货，价格为15000日元。

该传感器采用堆叠式结构，背照式SPAD像素芯片（上）和搭载测距处理电路的逻辑芯片（下）之间通过Cu-Cu连接实现各个像素的导通。这样的结构允许将电路放置在像素芯片底部，保持高开口率，同时实现10平方微米的小像素尺寸。传感器还采用表面不规则的光入射面来折射入射光，从而提高吸收率。这些特点使汽车激光雷达光源常用的905纳米波长达到24%的光子探测效率。例如，可以实现以高分辨率和距离分辨率探测到反射率低的远处物体。此外，电路部分包含一个有源充电电路，由Cu-Cu连接各个像素，令单个光子在正常工作时的响应速度达到约6纳秒。