激光雷達(dá)的CMOS傳感器之爭(zhēng)

  ICC訊 CMOS圖像傳感器可以說(shuō)為現(xiàn)代的3D成像帶來(lái)了改頭換面的革新，即便是興起的激光雷達(dá)市場(chǎng)也不例外。不少SPAD CMOS傳感器就用于Flash固態(tài)激光雷達(dá)中，尤其是在自動(dòng)駕駛應(yīng)用要求越來(lái)越高的前提下，一些主做消費(fèi)級(jí)圖像傳感器的廠商憑借自己的技術(shù)家底，也紛紛入局激光雷達(dá)市場(chǎng)。

  Newsight Imaging

      eTOF激光雷達(dá)參考設(shè)計(jì) / Newsight Imaging

  來(lái)自以色列的Newsight Imaging是一家成立于2016年的半導(dǎo)體公司，致力于3D CMOS圖像傳感器的開發(fā)，傳感器芯片的生產(chǎn)制造均由同處以色列的高塔半導(dǎo)體負(fù)責(zé)。Newsight 于2020年發(fā)布的NSI1000是一款高性價(jià)比的CMOS圖像傳感器芯片，采用了Newsight特有的eTOF(增強(qiáng)TOF)技術(shù)，擁有32x1024的像素陣列，支持遠(yuǎn)近距離的3D深度圖像捕捉。Newsight也推出了基于這一傳感器芯片的eTOF固態(tài)激光雷達(dá)參考設(shè)計(jì)，采用的是無(wú)MEMS的純固態(tài)方案，可做到0.2到100米的測(cè)量范圍。

  近日，Newsight公布了全新的NSI9000 CMOS圖像傳感器，一款用于深度感知和激光雷達(dá)應(yīng)用的低成本傳感器。NSI9000并沒有采用堆棧式的設(shè)計(jì)，而是選擇了單芯片的設(shè)計(jì)，芯片封裝大小只有12.7mm x 12.7mm。該傳感器可提供491K(1024x480)的像素分辨率，最高支持到130的幀率。而在Newsight給出的信息中，如此性能的圖像傳感器只需要1800日元的樣片價(jià)格。

  與NSI1000對(duì)比，NSI9000不僅進(jìn)一步增加了像素分辨率，也將全分辨率下的探測(cè)距離提升至200米，還能做到高于1%的精度。不僅如此，NSI9000遵循了基于事件驅(qū)動(dòng)成像的設(shè)計(jì)，采用了事件感知的特色電路，可以通過(guò)該電路連接到每一個(gè)像素。

  在Newsight Imaging發(fā)布的公開信息中，也用到了一款競(jìng)品芯片作為對(duì)比，指出其像素分辨率達(dá)到競(jìng)品的5倍，甚至詳細(xì)到了競(jìng)品的價(jià)格——15000日元，很明顯這對(duì)標(biāo)的就是日廠了，經(jīng)過(guò)信息比對(duì)，不難看出這家廠正是圖像傳感器大廠索尼。

  索尼

  索尼作為CMOS大廠，近年來(lái)也開始涉足汽車行業(yè)，尤其是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。在展出概念車后，索尼終于在今年的CES 2022上宣布成立索尼移動(dòng)公司，以探索電動(dòng)汽車市場(chǎng)。攝像頭作為純視覺方案中至關(guān)重要的一環(huán)，雖然索尼在車用攝像頭上的市場(chǎng)份額不算高，但索尼的CMOS業(yè)務(wù)憑借多年的技術(shù)積累，主攻這一方向的話還是可以打造出優(yōu)秀的車規(guī)傳感器。

  然而，索尼似乎并不滿足于攝像頭，同樣想要進(jìn)軍激光雷達(dá)市場(chǎng)。去年，索尼半導(dǎo)體推出了IMX459堆疊式SPAD距離傳感器，用于汽車激光雷達(dá)進(jìn)行dToF的探測(cè)與識(shí)別。IMX459將10平方微米的SPAD像素和測(cè)距處理電路封裝在單個(gè)芯片上，憑借1/2.9尺寸大小的傳感器提供100K(597x168)左右的有效像素，實(shí)現(xiàn)高精度高速的距離測(cè)量。

       IMX459機(jī)械式掃描激光雷達(dá)參考設(shè)計(jì) / 索尼

  在激光雷達(dá)的測(cè)距方案中，SPAD像素可用于dToF傳感器的探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量光源反射的時(shí)間差來(lái)完成距離的測(cè)量。該傳感器充分利用了索尼在CMOS圖像傳感器上積累的技術(shù)，比如背照式像素結(jié)構(gòu)、銅互連等，而且在對(duì)角線長(zhǎng)度僅有6.25毫米的傳感器大小下，很適合用于對(duì)小尺寸要求高的固態(tài)雷達(dá)中。索尼計(jì)劃今年3月開始提供樣片，不過(guò)目前僅提供了機(jī)械式激光雷達(dá)的參考設(shè)計(jì)。

  根據(jù)索尼的說(shuō)法，IMX459還用到了不規(guī)則的光入射面來(lái)折射入射光，從而提高傳感器的吸收率，在激光雷達(dá)常用的905nm波長(zhǎng)光源下，也能達(dá)到24%的光子探測(cè)率，所以分辨率和反射率的表現(xiàn)上比較優(yōu)秀，在300米的探測(cè)范圍最高可做到15cm的精度。索尼也已經(jīng)展出了這一傳感器的首秀，用于在CES上展出的純電概念車中。

  小結(jié)

  在激光雷達(dá)仍在探索不同技術(shù)路線的前提下，多一種選擇并非壞事，最終這個(gè)市場(chǎng)會(huì)根據(jù)成本、產(chǎn)量和性能決定誰(shuí)去誰(shuí)留。CMOS傳感器的突破創(chuàng)新無(wú)疑給了激光雷達(dá)一種低成本的路線，CMOS傳感器廠家也在面向自動(dòng)駕駛開發(fā)新的設(shè)計(jì)方案，這樣的內(nèi)卷對(duì)未來(lái)的汽車市場(chǎng)無(wú)疑是越多越好。