索尼公開了一款使用SPAD像素作為探測(cè)單元的測(cè)距傳感器

本文來源：智車科技

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日本索尼公司去年通過原型車「VISION－S」高調(diào)進(jìn)入了自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

VISION－S已經(jīng)完成了開發(fā)，并從今年初開始在奧地利上路測(cè)試。

而近日，索尼又公開了一款面向車載LiDAR的基于堆疊式dToF（直接飛行時(shí)間法）的測(cè)距傳感器，并使用SPAD像素作為探測(cè)單元。

索尼開發(fā)的這款激光雷達(dá)的主要特點(diǎn)是，能夠高精度、高速以15cm的間隔測(cè)量長(zhǎng)達(dá)300米的距離，并且即使在－40℃到125℃的劇烈溫度變化和惡劣的天氣條件下也可以保持高可靠性。

主要規(guī)格參數(shù)

SPAD dToF的原理

深度傳感器的測(cè)量機(jī)制一般有三種：結(jié)構(gòu)光（例如iPhone的FaceID）、相機(jī)陣列（攝像頭）和ToF（激光雷達(dá)用）。結(jié)構(gòu)光和相機(jī)陣列是基于幾何原理做間接深度估計(jì)，而ToF（time－of－flight，飛行時(shí)間）則是測(cè)量發(fā)射光和反射光之間的飛行時(shí)間并根據(jù)光速來直接估計(jì)目標(biāo)距離。

ToF可以分成間接飛行時(shí)間（iToF）和直接飛行時(shí)間（dToF）兩大類。dToF和iToF的原理區(qū)別主要在于發(fā)射和反射光的區(qū)別。

dToF即直接發(fā)射一個(gè)光脈沖，并測(cè)量反射光脈沖和發(fā)射光脈沖之間的時(shí)間間隔，從而得到光的飛行時(shí)間并計(jì)算距離。

iToF發(fā)射的并非一個(gè)光脈沖，而是明暗強(qiáng)度呈規(guī)律變換的正弦波調(diào)制。通過檢測(cè)接收到的反射調(diào)制光和發(fā)射的調(diào)制光之間的相位差，測(cè)量出飛行時(shí)間，從而估計(jì)出距離。

順便提一下，蘋果最新的ipad pro和iPhone12 pro的激光雷達(dá)也是采用了dToF技術(shù)。

dToF的優(yōu)勢(shì)：

· dToF可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的測(cè)距距離和較高的測(cè)距精度。

· dToF對(duì)于環(huán)境光干擾較不敏感，可以在不同光照強(qiáng)度的場(chǎng)景下使用。

SPAD（Single Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極管）是dToF傳感器常見的探測(cè)單元。SPAD是一種可以檢測(cè)弱光的像素結(jié)構(gòu)，即利用雪崩倍增效應(yīng)放大來自單個(gè)入射光子產(chǎn)生的電子，從而可以探測(cè)微弱的光。

將SPAD作為激光雷達(dá)dToF傳感器中的探測(cè)單元，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度的深度測(cè)量。

SPAD像素的原理

所謂堆疊式，是通過Cu－Cu連接SPAD像素芯片和邏輯芯片，來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。該方法可以提高設(shè)計(jì)靈活性、生產(chǎn)率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化和高性能。

堆疊式結(jié)構(gòu)

越來越多的公司專注于LiDAR

日本的索尼、佳能等半導(dǎo)體相關(guān)公司憑借長(zhǎng)期以來在CMOS圖像傳感器領(lǐng)域的積累，擁有相對(duì)領(lǐng)先的技術(shù)，從而進(jìn)入自動(dòng)駕駛車載傳感器領(lǐng)域。

例如，先鋒公司（Pioneer）于2019年4月與佳能合作開發(fā)3D－LiDAR傳感器，并已發(fā)布了一種小型、高性能的量產(chǎn)模型3D－LiDAR。2021年1月，在CES 2020上，先鋒又推出了能夠測(cè)量500米長(zhǎng)距離的下一代3D－LiDAR原型。而東芝公司將研發(fā)重點(diǎn)放在LiDAR相關(guān)技術(shù)上，2019年4月公開了一種測(cè)量算法技術(shù)，該技術(shù)提高了LiDAR的距離測(cè)量分辨率。2020年7月，東芝又研發(fā)了一系列用于固態(tài)LiDAR的光接收技術(shù)，可支持L4或以上的自動(dòng)駕駛。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的方法大致有兩種方案，一種是使用激光雷達(dá)，另一種是不使用激光雷達(dá)。目前前者占多數(shù)，并且越來越多的公司專注于LiDAR的開發(fā)。

根據(jù)某市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告，從2017年到2030年，包括LiDAR在內(nèi)的激光傳感器市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)擴(kuò)大200倍。

另外，最近蘋果與多家LiDAR供應(yīng)商聯(lián)系以開發(fā)自動(dòng)駕駛EV，也成為熱門討論話題。俯瞰整個(gè)自動(dòng)駕駛行業(yè)，可以說激光雷達(dá)公司的發(fā)展勢(shì)不可擋。