Sony Semiconductor Solutions Corporation ha annunciato il lancio di IMX459, un sensore di profondità SPAD stacked destinato alle applicazioni LiDAR del settore automobilistico che sfrutta il metodo del tempo di volo diretto (o dToF, direct Time of Flight): una novità assoluta nel settore.
I microscopici pixel “a valanga” del diodo fotorivelatore a singolo fotone (SPAD) da 10 μm quadrati e il circuito di elaborazione della misurazione della distanza sono racchiusi in un unico chip dal formato compatto (solo 1/2,9″), progettato per assicurare la massima precisione e velocità.
IMX459, sensore di profondità SPAD stacked: a cosa serve?
Il nuovo sensore contribuirà in futuro a migliorare la sicurezza della mobilità, ottimizzando le prestazioni di rilevamento e riconoscimento dei LiDAR automobilistici, un elemento indispensabile nei sempre più diffusi sistemi di assistenza alla guida avanzati (ADAS) e di guida autonoma (AD).
Così come le videocamere di bordo e i radar a onde millimetriche, i LiDAR stanno acquistando sempre più importanza per rilevare e riconoscere con estrema precisione le condizioni stradali o la posizione e la forma di oggetti quali veicoli e pedoni. Lo sviluppo e la diffusione di questa tecnologia sul mercato, tuttavia, sono rallentati da alcuni ostacoli tecnici, come ad esempio la necessità di migliorare ulteriormente la misurazione delle distanze, offrire un maggior livello di sicurezza e affidabilità, indipendentemente dall’ambiente e dalle condizioni d’uso, e passare a un design a stato solido per ridurre sia l’ingombro che i costi. Per far fronte a queste sfide, sono già allo studio numerose soluzioni.
Fra i vari metodi impiegati per la misurazione delle distanze, quello dei sensori dToF si serve dei pixel SPAD come rilevatori, calcolando la distanza dagli oggetti in base al tempo di volo, ovvero il tempo impiegato dalla luce emessa per raggiungere il bersaglio e tornare alla sorgente. Prendendo le mosse dalle tecnologie messe a punto per i sensori d’immagine CMOS (in particolare la struttura di pixel retroilluminata, le configurazioni stacked e i collegamenti Cu-Cu), Sony è riuscita a ideare un dispositivo dall’anatomia unica, che unisce i pixel SPAD e il circuito elettronico per la misurazione della distanza in un solo chip. Grazie a questo design, la dimensione dei pixel non supera i 10 μm quadrati, traducendosi in un dispositivo compatto da 1/2,9″ in grado di raggiungere una risoluzione di circa 100.000 pixel effettivi. Non solo: sia la rilevazione dei fotoni che la reattività sono state potenziate per garantire una misurazione della distanza ad alta velocità e altra precisione a risoluzioni con un range di 15 centimetri, dalle lunghe alle brevi distanze. Il prodotto è pienamente conforme agli standard di sicurezza funzionale delle applicazioni automotive, a tutto vantaggio dell’affidabilità del LiDAR, mentre la struttura mono-chip contribuisce a ridurre le dimensioni e i costi del sistema.
Le Caratteristiche principali
Calcolo delle distanze ad alta velocità e alta precisione grazie alla configurazione stacked (a strato) che riunisce i pixel SPAD da 10 μm quadrati e il circuito di elaborazione della misurazione.
La configurazione stacked del nuovo sensore si basa su collegamenti Cu-Cu per condurre la carica da ogni singolo pixel SPAD retroilluminato (sopra) al chip logico dotato di circuito di elaborazione della misurazione della distanza (sotto). Questa sovrapposizione consente di mantenere un elevato rapporto di apertura, contenendo al tempo stesso la dimensione dei pixel a soli 10 μm quadrati. Il prodotto, inoltre, si avvale di un piano a superficie irregolare per rifrangere la luce incidente, migliorando l’indice di assorbimento.
Tutte queste caratteristiche portano il tasso di efficienza nel rilevamento dei fotoni al 24% a 905 nm, ossia la lunghezza d’onda normalmente impiegata dalle sorgenti laser dei LiDAR automobilistici. In questo modo è possibile, ad esempio, rilevare oggetti molti distanti con un basso coefficiente di riflessione e mantenendo elevata risoluzione e risoluzione in distanza. La sezione del circuito include anche un circuito di ricarica attivo provvisto di un collegamento Cu-Cu per ciascun pixel, che limita la velocità di risposta a circa 6 nanosecondi per fotone in condizioni d’esercizio standard.
Questa esclusiva struttura stacked consente di eseguire misurazioni con estrema rapidità e accuratezza a una risoluzione di 15 cm, dalle lunghe alle brevi distanze, contribuendo a ottimizzare sensibilmente le prestazioni di rilevamento e riconoscimento dei LiDAR a bordo dei veicoli.
LiDAR: conformità degli standard di sicurezza per le app automobilistiche
Il nuovo sensore sarà sottoposto ai test previsti dallo standard AEC-Q100 Grade 2 per i componenti elettronici automobilistici, che ne certificheranno l’assoluta affidabilità. Sony ha introdotto anche un processo di sviluppo che, oltre a rispettare le disposizioni della norma ISO 26262 per la sicurezza funzionale nell’industria automobilistica, raggiunge un livello di sicurezza funzionale ASIL- B(D) per funzioni quali rilevamento dei guasti, segnalazione e controllo. Una garanzia di affidabilità per i futuri LiDAR.
Sony ha disegnato un progetto di un LiDAR a scansione meccanica di riferimento che integra il nuovo sensore e che sarà messo disposizione di clienti e partner. Il che offre offre il duplice vantaggio di risparmiare ore di manodopera nel processo di sviluppo del sistema e ridurre i costi, ottimizzando la selezione dei dispositivi.