SPAD ToF式距离传感器
产品
产业用图像传感器

SPAD ToF式距离传感器
1/2.9英寸 约10万像素 IMX560

可获取远距离、大范围的距离信息
小型、高分辨率

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。

各ToF方式的适用领域

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。

走廊下站立人物的拍摄比较

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。

高精度、低噪点地测量房间角落的示例

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。

LiDAR系统构造的示例

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
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)
SPAD ToF式距离传感器的成像示例
SPAD ToF式距离传感器的成像示例

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 PDF IMX560-AAMV

* 数值如有变更,恕不另行通知。
*1 帧率与采样数量之间为制约关系。
  增加采样数量能提升精度,但最大帧率会下降。
*2 矩阵模式: 1D可寻址(滚动)

应用

点击此处查看ToF式距离图像传感器的应用。

下载

IMX560-AAMV 产品概要

介绍产品概要、特点及规格的资料。

搭载ToF式距离图像传感器的相机列表

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