惚恍微发布Spot dToF系统，为国内首发

近日，惚恍微发布自研的Spot dToF（散斑直接飞行时间）系统，为国内首发。

Spot dToF是目前市场上热门、前沿的3DLidar Scanner方案，最开始是由苹果公司iPad Pro 2020款带火。在这款设备的后置摄像头模组中，苹果正是采用了Spot dToF技术。它是两种先进技术的结合，包括Spot投射技术和基于SPAD阵列的dToF技术。
 
我们通过翻看一份名为《一种激光散斑投射ToF深度感知方法及装置》的专利能够看到，相较于传统的ToF系统，最大的区别在于发射端，需要有一个散斑编码投射器，然后反射回来的光信息还是由ToF接收镜头接收，并经过混合解码器来处理，最终得到不同距离的高精度信息。
 
根据报道，在惚恍微的Spot dToF系统模组中，发射端的散斑投射器由4×16的点阵垂直腔面发射激光器（VCSEL）芯片、准直镜和3×3复制系数的光学衍射元件（DOE）组成，其投射的940nm激光光斑图案，为均匀排布的576个光斑，每相邻最近的3个Spot构成一个等边三角形。
 
Spot技术在半导体光刻、摄像和汽车大灯控制等领域都有应用，比如在汽车大灯控制方面，有Spot Lighting 聚光投射技术，可以协助驾驶人聚焦在前方路上的行人、骑士、动物等。
 
Spot dToF技术里另一个关键要素是SPAD dToF技术，这是一种3D深度传感技术。SPAD dToF一般是SPAD+TDC组合，也就是一个高速的光电探测器和高精度的时间数字转换电路配合，其原理是高偏置，深势阱的结构可诱发单光子产生雪崩电流，并不存在光电子积累的过程，其测量精度受光噪声的影响比较小。
 
我们看到索尼和国内的灵光电子都曾发布过SPAD dToF芯片产品，其中索尼IMX459芯片利用在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，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。
 
灵光电子则是发布过240 x 160像素的SPAD dToF图像传感器，该公司通过3D堆叠技术解决了单光子计数（TCSPC）方案在SPAD和精确的时间数字转换器（TDC）之间进行大量的连接线导致布线困难的问题，实现了更高的SPAD光子检测效率（PDE）、更高的分辨率、更低的功耗以及更好的综合性能。
 
惚恍微的SPAD阵列的像素分辨率为120 × 120，点云深度精度约3mm，在相同的激光功率下，其深度数据的SNR有10×以上的提升。
 
通过Spot散斑投射技术发射更多的光脉冲信息，再通过SPAD接受系统进行接收和数据处理，得到一张物体点云分布的直方图，上面的数据量显然比传统的探测器要多得多，便可以对场景进行更好地识别，这也是为什么苹果会将Spot dToF带入到消费电子领域，并且很可能在后续的产品设计中继续使用。
 
据悉，惚恍微是国内为数不多有Spot dToF芯片研发能力的公司，Polarstar模组为国内首发，这得益于该公司在该领域深厚的技术积累。虽然该公司2021年年初才刚刚成立，但今年以来已经陆续发布了首款SPAD芯片以及我们今天讲到的Spot dToF系统。
 
惚恍微曾在产品发布新闻中提到，惚恍微通过搭建基于HHC0101的成像系统Demo，积累了关于SPAD成像的宝贵Knowhow，并计划在下一颗芯片中合入优化设计，包括小像素、分辨率、DCR、DeadTime、PRNU以及时序控制等，进一步提升SPAD面阵的成像能力。随着Spot dToF系统的发布，惚恍微无疑做到了这一点。
 
当前，为了解决拍摄、支付、解锁等应用场景中的问题，安卓智能手机正紧随苹果的脚步布局dToF，正如文中提到的，dToF的方式不止一种，加入不同的技术就会有不一样的效果，随着各手机厂对AR/VR的探索，预计Spot dToF系统会有更大的施展空间，进一步提升用户体验。