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    • 1、SPAD dToF的原理
    • 2、越來(lái)越多的公司專注于LiDAR
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索尼長(zhǎng)距SPAD dToF激光雷達(dá)曝光

2021/03/04
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日本索尼公司去年通過(guò)原型車「VISION-S」高調(diào)進(jìn)入了自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

VISION-S已經(jīng)完成了開(kāi)發(fā),并從今年初開(kāi)始在奧地利上路測(cè)試。

而近日,索尼又公開(kāi)了一款面向車載LiDAR的基于堆疊式dToF(直接飛行時(shí)間法)的測(cè)距傳感器,并使用SPAD像素作為探測(cè)單元。

索尼開(kāi)發(fā)的這款激光雷達(dá)的主要特點(diǎn)是,能夠高精度、高速以15cm的間隔測(cè)量長(zhǎng)達(dá)300米的距離,并且即使在-40℃到125℃的劇烈溫度變化和惡劣的天氣條件下也可以保持高可靠性。

主要規(guī)格參數(shù)

1、SPAD dToF的原理

深度傳感器的測(cè)量機(jī)制一般有三種:結(jié)構(gòu)光(例如iPhone的FaceID)、相機(jī)陣列(攝像頭)和ToF(激光雷達(dá)用)。結(jié)構(gòu)光和相機(jī)陣列是基于幾何原理做間接深度估計(jì),而ToF(time-of-flight,飛行時(shí)間)則是測(cè)量發(fā)射光和反射光之間的飛行時(shí)間并根據(jù)光速來(lái)直接估計(jì)目標(biāo)距離。

ToF可以分成間接飛行時(shí)間(iToF)和直接飛行時(shí)間(dToF)兩大類。dToF和iToF的原理區(qū)別主要在于發(fā)射和反射光的區(qū)別。

dToF即直接發(fā)射一個(gè)光脈沖,并測(cè)量反射光脈沖和發(fā)射光脈沖之間的時(shí)間間隔,從而得到光的飛行時(shí)間并計(jì)算距離。

iToF發(fā)射的并非一個(gè)光脈沖,而是明暗強(qiáng)度呈規(guī)律變換的正弦波調(diào)制。通過(guò)檢測(cè)接收到的反射調(diào)制光和發(fā)射的調(diào)制光之間的相位差,測(cè)量出飛行時(shí)間,從而估計(jì)出距離。

順便提一下,蘋(píng)果最新的ipad pro和iPhone12 pro的激光雷達(dá)也是采用了dToF技術(shù)。

dToF的優(yōu)勢(shì):

· dToF可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的測(cè)距距離和較高的測(cè)距精度。

· dToF對(duì)于環(huán)境光干擾較不敏感,可以在不同光照強(qiáng)度的場(chǎng)景下使用。

SPAD(Single Photon Avalanche Diode,單光子雪崩二極管)是dToF傳感器常見(jiàn)的探測(cè)單元。SPAD是一種可以檢測(cè)弱光的像素結(jié)構(gòu),即利用雪崩倍增效應(yīng)放大來(lái)自單個(gè)入射光子產(chǎn)生的電子,從而可以探測(cè)微弱的光。

將SPAD作為激光雷達(dá)dToF傳感器中的探測(cè)單元,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度的深度測(cè)量。

SPAD像素的原理

所謂堆疊式,是通過(guò)Cu-Cu連接SPAD像素芯片邏輯芯片,來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。該方法可以提高設(shè)計(jì)靈活性、生產(chǎn)率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化和高性能。

堆疊式結(jié)構(gòu)

2、越來(lái)越多的公司專注于LiDAR

日本的索尼、佳能等半導(dǎo)體相關(guān)公司憑借長(zhǎng)期以來(lái)在CMOS圖像傳感器領(lǐng)域的積累,擁有相對(duì)領(lǐng)先的技術(shù),從而進(jìn)入自動(dòng)駕駛車載傳感器領(lǐng)域。

例如,先鋒公司(Pioneer)于2019年4月與佳能合作開(kāi)發(fā)3D-LiDAR傳感器,并已發(fā)布了一種小型、高性能的量產(chǎn)模型3D-LiDAR。2021年1月,在CES 2020上,先鋒又推出了能夠測(cè)量500米長(zhǎng)距離的下一代3D-LiDAR原型。而東芝公司將研發(fā)重點(diǎn)放在LiDAR相關(guān)技術(shù)上,2019年4月公開(kāi)了一種測(cè)量算法技術(shù),該技術(shù)提高了LiDAR的距離測(cè)量分辨率。2020年7月,東芝又研發(fā)了一系列用于固態(tài)LiDAR的光接收技術(shù),可支持L4或以上的自動(dòng)駕駛。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的方法大致有兩種方案,一種是使用激光雷達(dá),另一種是不使用激光雷達(dá)。目前前者占多數(shù),并且越來(lái)越多的公司專注于LiDAR的開(kāi)發(fā)。

根據(jù)某市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告,從2017年到2030年,包括LiDAR在內(nèi)的激光傳感器市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)擴(kuò)大200倍。

另外,最近蘋(píng)果與多家LiDAR供應(yīng)商聯(lián)系以開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛EV,也成為熱門討論話題。俯瞰整個(gè)自動(dòng)駕駛行業(yè),可以說(shuō)激光雷達(dá)公司的發(fā)展勢(shì)不可擋。

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