Sony stapelt SPAD-sensor en logica in één chip voor automotive lidar

Naast detectieapparatuur zoals autocamera's en millimetergolfradar, wordt lidar steeds meer een essentieel onderdeel van zeer nauwkeurige detectie en herkenning van wegomstandigheden en de locatie en vorm van objecten zoals auto's en voetgangers. Lidar heeft echter nog enkele technische hindernissen, waaronder de noodzaak van verdere verbeteringen in de prestaties van afstandsmetingen, het leveren van meer veiligheid en betrouwbaarheid ongeacht de gebruiksomgeving en -omstandigheden, en het overschakelen naar een solid-state ontwerp om een ​​compactere vorm en lagere kost. Er zijn verschillende initiatieven gaande om deze uitdagingen aan te pakken.

Van verschillende methoden die worden gebruikt voor lidar-afstandsmeting, worden single-photon lawinediode (SPAD) pixels gebruikt als een type detector in een directe time-of-flight (dToF) -sensor, die de afstand tot een object meet door de tijd te detecteren van de vlucht (tijdsverschil) van licht dat door een bron wordt uitgezonden totdat het terugkeert naar de sensor nadat het door het object is gereflecteerd.

Sony zei dat het erin geslaagd is een unieke apparaatconstructie te creëren die SPAD-pixels en afstandsmetingsverwerkingscircuit op een enkele chip omvat, waarvan het beweert dat het een primeur is voor automobiellidar, met zijn nieuwe IMX459 SPAD-dieptesensor, gepland om vanaf maart te beginnen met bemonsteren 2022. De nieuwe sensor zal bijdragen aan veilige, zekere toekomstige mobiliteit door de autolidar-detectie en herkenningsprestaties te verbeteren die vereist zijn voor geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS) en autonoom rijden (AD).

De nieuwe IMX459 maakt gebruik van Sony's technologieën die zijn ontwikkeld bij de ontwikkeling van CMOS-beeldsensoren, zoals een van achteren verlichte pixelstructuur, gestapelde configuraties en Cu-Cu-verbindingen. Dit ontwerp helpt bij het bereiken van een kleine pixelgrootte van 10 μm, waardoor een compacte vorm en een hoge resolutie van ongeveer 100.000 effectieve pixels op een formaat van het type 1/2.9 mogelijk is. Het levert ook verbeterde fotondetectie-efficiëntie en verbeterde responsiviteit, waardoor snelle, zeer nauwkeurige afstandsmetingen mogelijk zijn met resoluties van 15 centimeter, van lange tot korte afstanden. Het product voldoet aan functionele veiligheidsnormen voor autotoepassingen, die de betrouwbaarheid van lidar helpen verbeteren, en de constructie met één chip draagt ​​bij aan compactere, goedkope lidar.

Het product maakt gebruik van een gestapelde configuratie, waarbij een Cu-Cu-verbinding wordt gebruikt om geleiding te bereiken voor elke pixel tussen de van achteren verlichte SPAD-pixelchip (boven) en de logische chip die is uitgerust met een circuit voor het meten van afstanden (onder). Dit maakt een configuratie mogelijk met een circuit dat aan de onderkant van de pixelchip is geplaatst, waardoor een hoge diafragmaverhouding wordt behouden en een kleine vierkante pixelgrootte van 10 μm wordt verkregen. Het product maakt ook gebruik van een lichtinvalsvlak met onregelmatigheden op het oppervlak om invallend licht te breken, waardoor de absorptiesnelheid wordt verbeterd.

Deze kenmerken resulteren in een hoge 24% fotondetectie-efficiëntie in de 905 nm-golflengte die gewoonlijk wordt gebruikt in lidar-laserlichtbronnen voor auto's. Het is bijvoorbeeld mogelijk om verre objecten te detecteren met een lage reflectiesnelheid bij een hoge resolutie en afstandsresolutie. Bovendien is er een actief oplaadcircuit opgenomen in het circuitgedeelte, dat wordt geleverd met een Cu-Cu-verbinding voor elke pixel, waardoor een reactiesnelheid van ongeveer 6 nanoseconden bij normaal gebruik voor elk foton mogelijk is.

Het product zal ook worden gecertificeerd om te voldoen aan de vereisten van AEC-Q100 Grade 2 betrouwbaarheidstests voor elektronische auto-onderdelen. Sony heeft ook een ontwikkelingsproces geïntroduceerd dat voldoet aan ISO 26262 functionele veiligheidsnormen voor auto's en dat het functionele veiligheidsvereiste ASIL-B(D) ondersteunt voor functies zoals storingsdetectie, melding en controle. Dit alles zal bijdragen aan een verbeterde lidar-betrouwbaarheid.

Sony heeft ook een mechanisch scannend lidar-referentieontwerp ontwikkeld dat is uitgerust met dit nieuwe product, dat nu wordt aangeboden aan klanten en partners. Door het ontwerp te leveren, kunnen klanten en partners besparen op manuren in het lidar-ontwikkelingsproces en de kosten verlagen door de apparaatselectie te optimaliseren.

Gerelateerde inhoud:

• Autonome voertuigen bouwen voort op betere sensortechnologie
• Solid-state LiDAR biedt eenvoudigere automotive-detectieoplossing
• Inzicht in de golflengtekeuze in LiDAR-systemen
• Slimme steden:het pleidooi voor lidar in intelligente transportsystemen
• Time of flight systeemontwerp:systeemoverzicht
• Ontwikkelplatform voor beeldradar biedt 2K-resolutie