（2017年06月05日，東京，日本）——索尼公司（下稱索尼）宣布已開發(fā)出10微米像素間距的背照式飛行時(shí)間（下稱ToF）測(cè)距傳感器。這項(xiàng)成果得以實(shí)現(xiàn)，綜合了Softkinetic Systems S.A.公司（2015年被索尼收購(gòu)，下稱Softkinetic）的ToF測(cè)距傳感器技術(shù)和索尼自身的背照式CMOS影像傳感器技術(shù)。對(duì)此傳感器的研究成果于本周一，即本月5日，在日本東京的“2017年超大規(guī)模集成電路技術(shù)和電路研討會(huì)”上公布。
運(yùn)用ToF技術(shù)，到達(dá)某物體的距離可以通過(guò)光線從光源到達(dá)物體，再反射回傳感器的時(shí)間來(lái)測(cè)量。ToF測(cè)距傳感器的每個(gè)像素都參與測(cè)距，從而獲得高精度的深度圖。通過(guò)保證反射的光被有效接收，同時(shí)測(cè)距所要求的處理程序得以高幀率執(zhí)行，精度得到進(jìn)一步提升。此外，通過(guò)有效地收集和處理反射光也降低了能耗，更有效、更少的光源即可實(shí)現(xiàn)測(cè)距。
應(yīng)用于索尼新品的ToF技術(shù)的關(guān)鍵在于Softkinetic專有的電流輔助光電子解調(diào)器（下稱CAPD），其采用獨(dú)有的像素結(jié)構(gòu)，借助像素中的漂移電流*1進(jìn)行高速調(diào)制，能以更佳的精度檢測(cè)光信號(hào)。這項(xiàng)技術(shù)提升了每個(gè)像素層面的距離測(cè)量精度，因此實(shí)現(xiàn)了更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果和遠(yuǎn)距離的深度圖采集。
*1內(nèi)置的像素漂移電流：和普通的影像傳感器不同，電流通過(guò)兩個(gè)電極間的電位差產(chǎn)生，沒(méi)有形成耗盡層。
索尼將CAPD和自身的背照式CMOS影像傳感技術(shù)相結(jié)合，用于開發(fā)新的背照式ToF測(cè)距傳感器。其特點(diǎn)是像素間距為10微米，目前業(yè)內(nèi)最小。新的傳感器利用背照式像素結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，可將電路置于光電檢測(cè)器之下。通過(guò)最優(yōu)化CAPD的像素結(jié)構(gòu)和電路，本款索尼新品展現(xiàn)出更出色的光收集效率并且能進(jìn)行高速距離測(cè)量處理。這項(xiàng)設(shè)計(jì)能提供和傳統(tǒng)方法相同的測(cè)量精度，但是測(cè)量距離可增加到1.5倍遠(yuǎn)。*2光收集效率的提高使弱光源的使用成為可能，也降低了能耗，使ToF鏡頭模組更加緊湊小巧。
*2?和索尼的前照式ToF測(cè)距傳感器相比較
近年來(lái)，對(duì)更精準(zhǔn)深度傳感的需求一直在增加，尤其是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR），以及其他要求自動(dòng)操作的應(yīng)用程序，例如機(jī)器人和無(wú)人機(jī)。新的傳感器是DepthSense?產(chǎn)品陣容的一部分，使手勢(shì)、物體識(shí)別及障礙檢測(cè)這些功能得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)緊湊的機(jī)身，以較低的能耗提供高精度的深度傳感表現(xiàn)，新的傳感器將會(huì)幫助擴(kuò)展ToF影像傳感器的應(yīng)用范圍。
*DepthSense?：為Softkinetic Systems S.A.公司的注冊(cè)商標(biāo)。
產(chǎn)品特點(diǎn)
CAPD像素技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效率信號(hào)輸出
SoftKinetic的CAPD技術(shù)利用光源的飛行時(shí)間在不同相位多次讀取信號(hào), 然后輸出信號(hào)比，再轉(zhuǎn)換為距離信息。一般而言, 為了提高深度圖的信噪比(SNR), 需要在像素內(nèi)放置多個(gè)讀取電路來(lái)準(zhǔn)確地讀取不同相位的多個(gè)信號(hào), 從而精確計(jì)算出反射光的延遲, 也提高了反射光信號(hào)的使用效率。深度測(cè)量的精度也取決于使用更快的調(diào)制頻率的能力。
為了滿足這些要求, CAPD動(dòng)態(tài)地創(chuàng)造了一個(gè)潛在的梯度 (電子轉(zhuǎn)移的斜率)，并通過(guò)內(nèi)部像素漂移電流*1進(jìn)行高速傳輸. 這個(gè)設(shè)計(jì)使得在兩個(gè)收集器之間從反射光中轉(zhuǎn)換出來(lái)的電子可以高效、高速傳輸, 從而能夠更準(zhǔn)確地獲得不同相位的信號(hào)。
* 深度精度與下式所示相關(guān)。?
σdepth: 測(cè)量距離的變化，F(xiàn)mod: 調(diào)制頻率，Cmod:信號(hào)分布比率
高精度背照式ToF影像傳感器擁有10微米像素間距。
ToF 通常在像素內(nèi)部包含多個(gè)讀取電路。因此，在前照式CMOS影像傳感器中，處于影像檢測(cè)器頂部的多個(gè)晶體管和電路板，會(huì)與物體反射回來(lái)的光產(chǎn)生干擾，于是降低了距離測(cè)量的準(zhǔn)確性。
索尼提供了背照式CMOS影像傳感器技術(shù)去提升有效像素進(jìn)光比例。這種設(shè)計(jì)提高了光的采集效率，使10微米的像素間距即可達(dá)到前照式傳感器15微米像素間距的水平。其結(jié)果是開發(fā)出一個(gè)結(jié)構(gòu)更為緊湊的影像傳感器卻實(shí)現(xiàn)了更為精準(zhǔn)的深度感知功能。
此外，除了采用背照式的結(jié)構(gòu)，像素的構(gòu)建和像素中電路的分布也針對(duì)ToF技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使距離測(cè)算過(guò)程中所需要的相位差異檢測(cè)的速度得到提升。由此，和傳統(tǒng)方法*2相比，調(diào)頻范圍得以提高一倍。在保持對(duì)反射光利用效率的同時(shí)，在同樣距離的測(cè)算當(dāng)中，獲得了更好的、更精準(zhǔn)的深度圖，這也相當(dāng)于采用傳統(tǒng)方式*2所獲取深度圖的1.5倍準(zhǔn)確度。
由該CMOS影像傳感器拍攝的照片
在同樣距離下所獲取深度圖的對(duì)比，左邊為新型傳感器，右邊為傳統(tǒng)傳感器。
在深度準(zhǔn)確性相當(dāng)?shù)那闆r下，可測(cè)算距離的對(duì)比。（環(huán)境光線：2k lux；光源：104 mW；調(diào)頻：100 MHz）
主要技術(shù)規(guī)格
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索尼公司是世界上民用及專業(yè)視聽(tīng)產(chǎn)品、游戲產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、核心部件和信息技術(shù)等領(lǐng)域的先導(dǎo)之一。它在音樂(lè)、影視、電腦娛樂(lè)以及在線業(yè)務(wù)方面的成就也使其成為全球領(lǐng)先的電子和娛樂(lè)公司。公司在截止到2017年3月31日結(jié)束的2016財(cái)年，合并銷售額達(dá)678.86億美元。
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