2023-05-15 Sony IMX611堆疊式SPAD深度感測器簡介

Sony發佈一款用於智慧手機的直接飛行時間(dToF)式SPAD距離感測器—IMX611,該感測器採用Sony研發的SPAD(square single-photon avalanche diode,單光子崩潰二極體)構造,可提高光子探測率高達28%,由此,在得以實現高精度測距性能的同時,還有助於系統整體功耗的降低,該感測器將被搭載智慧手機,為那些基於距離資訊的新功能以及應用的新價值創造做出貢獻。

一般而言,SPAD畫素通過檢測從光源反射回物件物的光的飛行時間來獲取距離資訊,作為直接飛行時間(dToF)感測器被廣泛採用,IMX611感測器採用Sony的SPAD畫素結構,實現了領先的光子探測率,如此,即使是從光源反射回物件物的微弱光子也可被檢測,執行高精度測距,此外,即使降低鐳射輸出光源同樣能實現高性能測距,可為減少智慧手機的系統整體的耗電做出貢獻。該感測器能正確地測量與被攝體的距離,所以被有效利用於能見度較差的暗光環境中,有助於提高自動對焦性能,被攝物體的背景虛化,廣角拍攝和遠攝的無縫切換等,拓展智慧手機的拍攝體驗,同時,讓三維空間識別、AR遮擋、動作捕捉、手勢識別等成為可能,隨著今後元宇宙的普及,VR頭戴式顯示器和AR眼鏡的市場需求大增,該感測器有望貢獻於此類設備的性能提升。

核心功能:
領先的光子探測率,可實現高精度、低能耗測距
該感測器通過銅-銅(Cu-Cu)連接堆疊了背照式SPAD畫素晶片(上層)和搭載信號處理電路的邏輯晶片(下層),可導通每一個畫素,通過在畫素層的下方配置電路層,確保開口率的同時,實現SPAD微小的10μm畫素尺寸。此外,還在畫素方面進行了如下優化。
・在光入射面上設置凹凸,通過讓入射光衍射來提高吸光率。
・通過優化畫素內雪崩區域的設計,有效地產生倍增現象。
得益於上述Sony感測器的畫素結構,在目前廣泛普及的940nm波長的智慧手機鐳射光源下,該影像感測器實現了領先的光子探測率為28%。能夠高精度測距,同時減少系統整體的耗電量。

Sony研發的信號處理功能,讓系統整體開發更簡易
通過在該感測器內的邏輯晶片中內置Sony的信號處理功能,將從SPAD畫素取得的RAW資訊轉換為距離資訊後輸出,整個過程在感測器內即可完成。這樣可以減輕後期處理的負擔,從而簡化系統整體的開發。

主要規格: 

Product specification

Model name

IMX611

Number of effective pixels

140 x 170, 23,000 pixels

Image size

Diagonal 2.2 mm (1/8.1-type)

Recommended light source wavelength 

940 nm

SPAD unit cell size

10.08 x 10.08 µm

Photon detection efficiency        

28%

Power consumption at 8m
(long-distance mode)

110mW (sensor)
160mW (system)

Power consumption at 3m
(short-distance mode)

40mW (sensor)
85mW (system)

Distance precision

Less than 0.1% error

Distance signal processing

Included in the sensor’s logic chip

資料來源: https://www.Sony-semicon.com/en/news/2023/2023030601.html

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