索尼SPAD dToF距离传感器的应用实例分析

以领先的光子探测率实现高精度、低功耗测距

据麦姆斯咨询报道，近期，索尼半导体解决方案公司（中文简称：索尼；英文简称：Sony）发布了一款用于智能手机的直接飞行时间（dToF）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）像素构造，可以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程序（APP）的新价值创造做出贡献。

索尼SPAD dToF距离传感器IMX611

该SPAD dToF距离传感器能够正确地测量与目标物体的距离，可被应用于能见度较差的暗光环境，有助于提高摄像头自动对焦性能，也可以实现目标物体的背景虚化、广角拍摄和远摄的无缝切换等功能，从而拓展智能手机的拍摄体验。同时，让三维空间识别、增强现实（AR）应用、动作捕捉、手势识别等成为可能，随着今后“元宇宙（Metaverse）”的普及，虚拟现实（VR）头戴式设备和AR眼镜的市场需求也将大增，该传感器还将有望提升此类设备的人机交互性能。 

  使用索尼SPAD dToF距离传感器的应用示例：

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）连接方式堆叠了背照式SPAD像素芯片（上层）和搭载了信号处理电路的逻辑芯片（下层）——实现每一个像素与电路的连接。通过在像素层的下方部署电路层，确保开口率的同时，实现了SPAD微小的像素尺寸（10μm）。此外，索尼还在像素方面进行了如下优化：

・在光入射面上设置凹凸结构，通过让入射光衍射来提高吸光率；

・通过优化像素内雪崩区域的设计，有效地产生倍增现象。

索尼SPAD dToF距离传感器结构图

得益于上述索尼自研的像素结构，在目前广泛普及的940 nm波长的智能手机VCSEL光源下，该SPAD图像传感器实现了领先的光子探测率（28%），能够高精度测距的同时，减少了系统整体的耗电量。

■ 索尼自研的信号处理功能，让系统整体开发更简易

通过在SPAD dToF距离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像素取得的原始RAW信息转换为距离信息之后输出。上述整个过程在该传感器内部即可完成，这样可以减轻后期处理的负担，从而简化智能手机系统整体的开发。

编辑：黄飞