Sony empile le capteur SPAD et la logique dans une seule puce pour lidar automobile

En plus des dispositifs de détection tels que les caméras automobiles et les radars à ondes millimétriques, le lidar devient de plus en plus un élément essentiel de la détection et de la reconnaissance de haute précision des conditions routières, ainsi que de l'emplacement et de la forme d'objets tels que les voitures et les piétons. Cependant, le lidar a encore quelques obstacles techniques, notamment la nécessité d'améliorer encore les performances de mesure de distance, d'offrir une sécurité et une fiabilité accrues quels que soient l'environnement et les conditions d'utilisation, et le passage à une conception à semi-conducteurs pour obtenir une forme plus compacte et moindre coût. Diverses initiatives sont en cours pour relever ces défis.

Parmi les différentes méthodes utilisées pour la mesure de la distance lidar, les pixels de la diode à avalanche à photon unique (SPAD) sont utilisés comme type de détecteur dans un capteur de temps de vol direct (dToF), qui mesure la distance à un objet en détectant le temps de vol (différence de temps) de la lumière émise par une source jusqu'à ce qu'elle retourne au capteur après avoir été réfléchie par l'objet.

Sony a déclaré avoir réussi à créer une construction d'appareil unique qui comprend des pixels SPAD et un circuit de traitement de mesure de distance sur une seule puce, ce qui, selon lui, est une première dans l'industrie pour le lidar automobile, avec son nouveau capteur de profondeur IMX459 SPAD, qui devrait commencer à échantillonner à partir de mars. 2022. Le nouveau capteur contribuera à une mobilité future sûre et sécurisée en améliorant les performances de détection et de reconnaissance du lidar automobile requises pour les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) et la conduite autonome (AD).

Le nouveau IMX459 exploite les technologies de Sony créées lors du développement de capteurs d'image CMOS, telles qu'une structure de pixels rétro-éclairée, des configurations empilées et des connexions Cu-Cu. Cette conception permet d'obtenir une taille de pixel carré minuscule de 10 m, permettant une forme compacte et une haute résolution d'environ 100 000 pixels effectifs sur un format de type 1/2,9. Il offre également une efficacité de détection de photons améliorée et une réactivité améliorée, permettant une mesure de distance à grande vitesse et haute précision à des résolutions de plage de 15 centimètres, de longue portée à courte portée. Le produit est conforme aux normes de sécurité fonctionnelle pour les applications automobiles, ce qui contribue à améliorer la fiabilité du lidar, et la construction à puce unique contribue à un lidar plus compact et à faible coût.

Le produit utilise une configuration empilée, où une connexion Cu-Cu est utilisée pour réaliser la conduction pour chaque pixel entre la puce de pixel SPAD rétro-éclairée (en haut) et la puce logique équipée d'un circuit de traitement de mesure de distance (en bas). Cela permet une configuration avec un circuit placé au bas de la puce de pixel, maintenant un rapport d'ouverture élevé tout en résultant en une petite taille de pixel carré de 10 µm. Le produit utilise également un plan d'incidence de la lumière avec des irrégularités sur sa surface pour réfracter la lumière incidente, améliorant ainsi le taux d'absorption.

Ces caractéristiques se traduisent par une efficacité de détection de photons élevée de 24 % dans la longueur d'onde de 905 nm couramment utilisée dans les sources de lumière laser lidar automobiles. Par exemple, il est possible de détecter des objets éloignés avec un faible taux de réflexion à haute résolution et résolution de distance. De plus, un circuit de recharge actif est inclus dans la section du circuit, qui est livré avec une connexion Cu-Cu pour chaque pixel, permettant une vitesse de réponse d'environ 6 nanosecondes en fonctionnement normal pour chaque photon.

Le produit devrait également être certifié pour répondre aux exigences des tests de fiabilité des composants électroniques automobiles AEC-Q100 Grade 2. Sony a également introduit un processus de développement conforme aux normes de sécurité fonctionnelle automobile ISO 26262 et prenant en charge le niveau d'exigence de sécurité fonctionnelle ASIL-B(D) pour des fonctionnalités telles que la détection, la notification et le contrôle des pannes. Tout cela contribuera à améliorer la fiabilité du lidar.

Sony a également développé une conception de référence lidar à balayage mécanique équipée de ce nouveau produit, qui est désormais proposé aux clients et partenaires. Fournir la conception aidera les clients et les partenaires à économiser sur les heures de travail dans le processus de développement lidar ainsi qu'à réduire les coûts en optimisant la sélection des appareils.

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