激光雷達的CMOS傳感器之爭

  ICC訊 CMOS圖像傳感器可以說為現(xiàn)代的3D成像帶來了改頭換面的革新，即便是興起的激光雷達市場也不例外。不少SPAD CMOS傳感器就用于Flash固態(tài)激光雷達中，尤其是在自動駕駛應用要求越來越高的前提下，一些主做消費級圖像傳感器的廠商憑借自己的技術家底，也紛紛入局激光雷達市場。

  Newsight Imaging

      eTOF激光雷達參考設計 / Newsight Imaging

  來自以色列的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是一款高性價比的CMOS圖像傳感器芯片，采用了Newsight特有的eTOF(增強TOF)技術，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日元的樣片價格。

  與NSI1000對比，NSI9000不僅進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(qū)動成像的設計，采用了事件感知的特色電路，可以通過該電路連接到每一個像素。

  在Newsight Imaging發(fā)布的公開信息中，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格——15000日元，很明顯這對標的就是日廠了，經(jīng)過信息比對，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，近年來也開始涉足汽車行業(yè)，尤其是自動駕駛領域。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公司，以探索電動汽車市場。攝像頭作為純視覺方案中至關重要的一環(huán)，雖然索尼在車用攝像頭上的市場份額不算高，但索尼的CMOS業(yè)務憑借多年的技術積累，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，同樣想要進軍激光雷達市場。去年，索尼半導體推出了IMX459堆疊式SPAD距離傳感器，用于汽車激光雷達進行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，實現(xiàn)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，通過測量光源反射的時間差來完成距離的測量。該傳感器充分利用了索尼在CMOS圖像傳感器上積累的技術，比如背照式像素結構、銅互連等，而且在對角線長度僅有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月開始提供樣片，不過目前僅提供了機械式激光雷達的參考設計。

  根據(jù)索尼的說法，IMX459還用到了不規(guī)則的光入射面來折射入射光，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(xiàn)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中。

  小結

  在激光雷達仍在探索不同技術路線的前提下，多一種選擇并非壞事，最終這個市場會根據(jù)成本、產(chǎn)量和性能決定誰去誰留。CMOS傳感器的突破創(chuàng)新無疑給了激光雷達一種低成本的路線，CMOS傳感器廠家也在面向自動駕駛開發(fā)新的設計方案，這樣的內(nèi)卷對未來的汽車市場無疑是越多越好。