激光雷達的CMOS傳感器之爭

  ICC訊 CMOS圖像傳感器可以說(shuō)為現代的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)激光雷達中，尤其是在自動(dòng)駕駛應用要求越來(lái)越高的前提下，一些主做消費級圖像傳感器的廠(chǎng)商憑借自己的技術(shù)家底，也紛紛入局激光雷達市場(chǎng)。

  Newsight Imaging

      eTOF激光雷達參考設計 / Newsight Imaging

  來(lái)自以色列的Newsight Imaging是一家成立于2016年的半導體公司，致力于3D CMOS圖像傳感器的開(kāi)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體負責。Newsight 于2020年發(fā)布的NSI1000是一款高性?xún)r(jià)比的CMOS圖像傳感器芯片，采用了Newsight特有的eTOF(增強TOF)技術(shù)，擁有32x1024的像素陣列，支持遠近距離的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)激光雷達參考設計，采用的是無(wú)MEMS的純固態(tài)方案，可做到0.2到100米的測量范圍。

  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應用的低成本傳感器。NSI9000并沒(méi)有采用堆棧式的設計，而是選擇了單芯片的設計，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遵循了基于事件驅動(dòng)成像的設計，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(kāi)信息中，也用到了一款競品芯片作為對比，指出其像素分辨率達到競品的5倍，甚至詳細到了競品的價(jià)格——15000日元，很明顯這對標的就是日廠(chǎng)了，經(jīng)過(guò)信息比對，不難看出這家廠(chǎng)正是圖像傳感器大廠(chǎng)索尼。

  索尼

  索尼作為CMOS大廠(chǎng)，近年來(lái)也開(kāi)始涉足汽車(chē)行業(yè)，尤其是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。在展出概念車(chē)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(chē)市場(chǎng)。攝像頭作為純視覺(jué)方案中至關(guān)重要的一環(huán)，雖然索尼在車(chē)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(huà)還是可以打造出優(yōu)秀的車(chē)規傳感器。

  然而，索尼似乎并不滿(mǎn)足于攝像頭，同樣想要進(jìn)軍激光雷達市場(chǎng)。去年，索尼半導體推出了IMX459堆疊式SPAD距離傳感器，用于汽車(chē)激光雷達進(jìn)行dToF的探測與識別。IMX459將10平方微米的SPAD像素和測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)現高精度高速的距離測量。

       IMX459機械式掃描激光雷達參考設計 / 索尼

  在激光雷達的測距方案中，SPAD像素可用于dToF傳感器的探測器，通過(guò)測量光源反射的時(shí)間差來(lái)完成距離的測量。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)，比如背照式像素結構、銅互連等，而且在對角線(xiàn)長(cháng)度僅有6.25毫米的傳感器大小下，很適合用于對小尺寸要求高的固態(tài)雷達中。索尼計劃今年3月開(kāi)始提供樣片，不過(guò)目前僅提供了機械式激光雷達的參考設計。

  根據索尼的說(shuō)法，IMX459還用到了不規則的光入射面來(lái)折射入射光，從而提高傳感器的吸收率，在激光雷達常用的905nm波長(cháng)光源下，也能達到24%的光子探測率，所以分辨率和反射率的表現上比較優(yōu)秀，在300米的探測范圍最高可做到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(chē)中。

  小結

  在激光雷達仍在探索不同技術(shù)路線(xiàn)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)疑給了激光雷達一種低成本的路線(xiàn)，CMOS傳感器廠(chǎng)家也在面向自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)新的設計方案，這樣的內卷對未來(lái)的汽車(chē)市場(chǎng)無(wú)疑是越多越好。