索尼半导体解决方案公司（下称：索尼）今日发布了一款用于智能手机的直接飞行时间(dToF)式SPAD距离传感器——IMX611。
该传感器采用了索尼自研的SPAD（单光子雪崩二极管）像素*1构造，可实现领先的光子探测率，高达28%。由此，在得以实现高精度测距性能的同时，还有助于系统整体功耗的降低。该传感器将被搭载于智能手机，为那些基于距离信息的新功能以及应用（APP）的新价值创造做出贡献。
*1：SPAD是一种像素结构，可利用雪崩倍增技术，将单个入射光子的电子放大，从而形成雪崩式叠加。
用于智能手机的SPAD ToF式距离传感器——IMX611
| 型号名称 | 样品出货时间 （预计） |
样品价格 （含税） |
|---|---|---|
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1/8.1英寸（对角线2.2mm）有效像素约2.3万*2 SPAD ToF式距离传感器IMX611 |
2023年3月 | 1,000日元 |
*2:基于图像传感器的有效像素测定方法。
一般而言，SPAD像素通过检测从光源反射回对象物的光的飞行时间来获取距离信息，作为直接飞行时间（dToF）感光元器件之一被广泛采用。
此次发布的传感器采用索尼自研的SPAD像素结构，实现了领先的光子探测率，达到28%。如此，即使是从光源反射回对象物的微弱光子也可被检测，实现高精度测距。此外，即使降低激光输出光源同样能实现高性能测距，为减少智能手机的系统整体的耗电做出贡献。
该传感器能正确地测量与被摄体的距离，所以被有效利用于能见度较差的暗光环境中，有助于提高自动对焦性能，被摄体的背景虚化，广角拍摄和远摄的无缝切换等，拓展智能手机的拍摄体验。同时，让三维空间识别，AR遮挡*3，动作捕捉·手势识别等成为可能，随着今后元宇宙的普及，VR头戴式显示器和AR眼镜的市场需求也将大增，该传感器还将有望贡献于此类设备的性能提升。
*3：AR空间中，虚拟物体被现实物体遮挡的状态。
测距结果（左：点云图 右：拍摄场景）
使用 SPAD ToF 距离传感器的应用示例
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手部追踪
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AR遮挡*3 -
AR地图
＜核心功能＞
■领先的光子探测率，可实现高精度、低能耗测距
该传感器通过铜-铜（Cu-Cu）连接堆叠了背照式SPAD像素芯片（上层）和搭载了信号处理电路的逻辑芯片（下层），可导通每一个像素。通过在像素层的下方部署电路层，确保开口率*4的同时，实现SPAD微小的10μm像素尺寸。此外，还在像素方面进行了如下优化。
得益于上述索尼自研的像素结构，在目前广泛普及的940nm波长的智能手机激光光源下，该图像传感器实现了领先的光子探测率，为28%。能够高精度测距，同时减少系统整体的耗电量。
*4: 画从每个像素的光入射面侧看的开口部分（遮光部以外）的比例。开口部分越宽，检测率越高。
■索尼自研的信号处理功能，让系统整体开发更简易
通过在该传感器内的逻辑芯片中内置索尼自研的信号处理功能，将从SPAD像素取得的RAW信息转换为距离信息后输出，上述整个过程在传感器内即可完成。这样可以减轻后期处理的负担，从而简化系统整体的开发。
SPAD ToF式距离传感器结构图
相关链接
| 型号名称 | IMX611 | |
|---|---|---|
| 有效像素 | 140像素 x 170像素 2.3万像素 | |
| 图像尺寸 | 对角线2.2mm（1/8.1英寸） | |
| SPAD单元尺寸 | 10.08 × 10.08 µm | |
| 建议光源波长 | 940nm | |
| 光子探测率 | 28% | |
| 耗电量 （8米情况*5） （长距离模式） |
110mW（传感器） 160mW（系统*6） |
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| 耗电量（3米情况**5） （短距离模式） |
40mW（传感器） 85mW（系统*6） |
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| 测距精度*5 | 误差0.1%以内 | |
| 测距信号处理 | 内置于传感器的逻辑芯片 | |