近日,惚恍微发布自研的Spot dToF(散斑直接飞行时间)系统,为国内首发。
Spot dToF是目前市场上热门、前沿的3DLidar Scanner方案,最开始是由苹果公司iPad Pro 2020款带火。在这款设备的后置摄像头模组中,苹果正是采用了Spot dToF技术。它是两种先进技术的结合,包括Spot投射技术和基于SPAD阵列的dToF技术。
我们通过翻看一份名为《一种激光散斑投射ToF深度感知方法及装置》的专利能够看到,相较于传统的ToF系统,最大的区别在于发射端,需要有一个散斑编码投射器,然后反射回来的光信息还是由ToF接收镜头接收,并经过混合解码器来处理,最终得到不同距离的高精度信息。
根据报道,在惚恍微的Spot dToF系统模组中,发射端的散斑投射器由4×16的点阵垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片、准直镜和3×3复制系数的光学衍射元件(DOE)组成,其投射的940nm激光光斑图案,为均匀排布的576个光斑,每相邻最近的3个Spot构成一个等边三角形。
Spot技术在半导体光刻、摄像和汽车大灯控制等领域都有应用,比如在汽车大灯控制方面,有Spot Lighting 聚光投射技术,可以协助驾驶人聚焦在前方路上的行人、骑士、动物等。
Spot dToF技术里另一个关键要素是SPAD dToF技术,这是一种3D深度传感技术。SPAD dToF一般是SPAD+TDC组合,也就是一个高速的光电探测器和高精度的时间数字转换电路配合,其原理是高偏置,深势阱的结构可诱发单光子产生雪崩电流,并不存在光电子积累的过程,其测量精度受光噪声的影响比较小。
我们看到索尼和国内的灵光电子都曾发布过SPAD dToF芯片产品,其中索尼IMX459芯片利用在CMOS图像传感器开发过程中创造的背照式像素结构、堆叠结构和Cu-Cu连接等技术,成功地构建了一种将SPAD像素和测距处理电路封装在单个芯片的独特元器件结构,可进行高精度、高速度的距离测量,支持应用于高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶(AD)系统。
灵光电子则是发布过240 x 160像素的SPAD dToF图像传感器,该公司通过3D堆叠技术解决了单光子计数(TCSPC)方案在SPAD和精确的时间数字转换器(TDC)之间进行大量的连接线导致布线困难的问题,实现了更高的SPAD光子检测效率(PDE)、更高的分辨率、更低的功耗以及更好的综合性能。
惚恍微的SPAD阵列的像素分辨率为120 × 120,点云深度精度约3mm,在相同的激光功率下,其深度数据的SNR有10×以上的提升。
通过Spot散斑投射技术发射更多的光脉冲信息,再通过SPAD接受系统进行接收和数据处理,得到一张物体点云分布的直方图,上面的数据量显然比传统的探测器要多得多,便可以对场景进行更好地识别,这也是为什么苹果会将Spot dToF带入到消费电子领域,并且很可能在后续的产品设计中继续使用。
据悉,惚恍微是国内为数不多有Spot dToF芯片研发能力的公司,Polarstar模组为国内首发,这得益于该公司在该领域深厚的技术积累。虽然该公司2021年年初才刚刚成立,但今年以来已经陆续发布了首款SPAD芯片以及我们今天讲到的Spot dToF系统。
惚恍微曾在产品发布新闻中提到,惚恍微通过搭建基于HHC0101的成像系统Demo,积累了关于SPAD成像的宝贵Knowhow,并计划在下一颗芯片中合入优化设计,包括小像素、分辨率、DCR、DeadTime、PRNU以及时序控制等,进一步提升SPAD面阵的成像能力。随着Spot dToF系统的发布,惚恍微无疑做到了这一点。
当前,为了解决拍摄、支付、解锁等应用场景中的问题,安卓智能手机正紧随苹果的脚步布局dToF,正如文中提到的,dToF的方式不止一种,加入不同的技术就会有不一样的效果,随着各手机厂对AR/VR的探索,预计Spot dToF系统会有更大的施展空间,进一步提升用户体验。
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