SPAD ToF式距离传感器 1/2.9英寸约10万像素 IMX560 | 产业用图像传感器 [概述] | 图像传感器 | 产品・解决方案

概述

Time of Flight（ToF）式距离传感器将激光、LED等光源产生的光照射到对象物上，检测光反射回传感器的时间差，以此测量与对象物之间的距离。SPAD（Single Photon Avalanche Diode）像素的特点是利用具有“雪崩倍增效应”的像素结构，将单个入射光子的电子放大，从而形成雪崩式叠加，因此能检测到微弱的光。SPAD ToF式距离传感器（以下简称SPAD距离传感器）利用SPAD方式的受光元件检测光的飞行时间，从而实现了长距离、高精度的距离测量。

这种高精度的小型传感器能够获取远距离、大范围的距离信息，适用于AGV（Automatic Guided Vehicle／无人搬运车）和AMR（Autonomous Mobile Robot／自主搬运机器人），以检测行进方向上有无人和物体。并且该传感器具有很强的抗噪性，有望用于智能基础设施、3D测绘等室外用途。

特点

可实现长距离的3D测量

SPAD距离传感器会在捕获到光子时，以雪崩倍增效应增强电子，从而放大检测到的光子并将其转换为强信号，因此能高精度地检测到从远处返回的微弱光信号。它可以测量数十米以上的距离，相比indirect ToF方式（iToF），能够捕捉大范围的3D信息。可用于需要大范围检测对象物的用途，例如一边检测行进方向上有无障碍物一边自主行走的AGV/AMR、需要预判人员进入风险的安全光幕等。

高分辨率

SPAD距离传感器在芯片上搭载了Time-to-Digital转换器，因此可输出数字信号。它采用堆栈结构，并列配置多个Time-to-Digital转换器，从而能够同时对多个点进行测距，实现高分辨率，并以此提升物体的识别精度。

抗多路径干扰的测距方式

为了准确测量距离，相对于从相机光源发出后、被被摄体反射一次就到达传感器的信号，那些在非预期路径上反射回来的信号需要尽可能被排除。特别是像房间角落这类凹陷的形状，很可能在非预期路径上产生信号光，导致测量值出现偏差。而SPAD ToF的测距方式会多次测量与对象物之间的距离，对获取的各点的测量结果进行统计处理。因此能够稳定获取高精度、低噪点的数据，对角落也能精准测量。由此，可提升测量的可靠性，有望在各种用途上确保精度。

以小尺寸简化系统构建

索尼利用在CMOS图像传感器开发中自研的像素技术，将SPAD像素与测距处理电路集成在单个芯片上，实现了小型和高分辨率。由此可简化LiDAR的结构。另外，也适合需要省电及小型化、灵活性的场景，单芯片的设计也有助于降低LiDAR的成本。

技术

索尼的SPAD ToF式距离传感器，将采用背照式SPAD像素的像素芯片（顶部）与搭载测距处理电路的逻辑芯片（底部）以铜-铜连接的方式形成堆栈结构，并在每个像素上导通。将电路区配置在像素区的下方，确保了开口率^※，同时也实现了单边10μm的微细SPAD像素尺寸。此外，还对像素进行了以下改进。

・在光的入射面上增加凹凸，使入射光发生衍射，从而提高吸收率
・优化像素内的雪崩区域设计，有效激发倍增现象

凭借这些自研的像素结构，对远处反射率较低的对象物，也能以高分辨率和高距离分辨率进行检测。此外，每个像素采用铜-铜连接的堆栈结构提高了读出速度。传感器能够高精度、高速地对远距离及近距离进行测量，有助于提升检测和识别性能，降低整个系统的电力消耗。

※ 从每个像素的光入射面来看的开口部分（遮光部以外）的比例。开口部分越宽，检测效率越高。

SPAD ToF式距离传感器的堆栈结构示意图
（顶部：SPAD像素底部：测距处理电路）

此外，传感器内的逻辑芯片内置自研的信号处理功能，可在传感器内将从SPAD像素获取的RAW信息转换为距离信息并输出。由此，可减轻后段处理的负荷，使整个系统的开发得以简化。

ToF（Time of Flight）技术＜产业用＞

查看搭载于本组产品中的ToF技术信息

规格

型号	IMX560-AAMV
像素	SPAD (Single Photon Avalanche Diode) 像素
图像尺寸	对角6.25 mm (1/2.9英寸)
有效像素	597 (H) × 168 (V) 约10万SPAD像素
单位像素尺寸	10.08 µm (H) × 10.08 µm (V)
单元尺寸	3 (H) × 3 (V) SPAD 像素 ( i.e. 199 (H) x 56 (V) 单元)
最大帧率	100 frame/s^*1
推荐光源波长	850 nm, 905 nm, 940 nm etc.
光子探测效率	24% (905 nm)
采样频率	1 GHz / 0.5 GHz
输出接口	MIPI CSI-2 (4 lane / 2 lane)
输出模式	线模式 / 矩阵模式^*2
封装	152-pin BGA 15.35 mm (H) × 15.65 mm (V)
产品概要 PDF	IMX560-AAMV