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Rückseitig beleuchtete Stacked-Struktur

SPAD-Tiefensensor für Lidar-Anwendungen

30. Juni 2025, 13:30 Uhr | Irina Hübner

Sony Semiconductor Solutions führt den IMX479 ein, einen gestapelten Direct-Time-of-Flight- (dToF-) SPAD-Tiefensensor für LiDAR-Systeme in Fahrzeugen. Der neue Sensor zeichnet sich sowohl durch eine hohe Auflösung als auch eine hohe Geschwindigkeit aus.

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Der IMX479 arbeitet mit einem Zeilenscan-Verfahren und nutzt eine dToF-Pixeleinheit mit 3×3 (horizontalen × vertikalen) SPAD-Pixeln als minimales Element zur Optimierung der Messgenauigkeit. Zudem unterstützt der Sensor eine Bildfrequenz von bis zu 20 Bildern pro Sekunde. Dies ist die nach Angaben von Sony Semiconductor Solutions (SSS) bislang schnellste Bildrate bei einem SPAD-Tiefensensor mit der hohen Auflösung von 520 dToF-Pixeln.

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Das dToF-Verfahren

SPAD-Tiefensensoren nutzen dToF, ein LiDAR-Verfahren zur Entfernungsmessung. Dabei wird der Abstand zu einem Objekt nach der Laufzeitmethode berechnet, bei der die Zeit gemessen wird, die ein ausgesandter Lichtimpuls braucht, um von dem Objekt reflektiert zu werden und zum Sensor zurückzukehren.

Der neue Sensor basiert auf Technologien, die SSS im Zusammenhang mit CMOS-Bildsensoren entwickelt hat, darunter eine rückseitig beleuchtete Stacked-Struktur und Cu-Cu (Kupfer-Kupfer)-Verbindungen. Da die neu entwickelten Schaltungen zur Abstandsmessung und die dToF-Pixel auf einem einzigen Chip untergebracht sind, erreicht der neue Sensor eine hohe Bildfrequenz von bis zu 20 Bilder pro Sekunde und zugleich eine hohe Auflösung von 520 dToF-Pixeln bei einer kleinen Pixelgröße von 10 μm im Quadrat.

Der SPAD-Tiefensensor erzielt eine vertikale Winkelauflösung von 0,05 Grad, was die vertikale Erkennungsgenauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Produkten um das 2,7-fache verbessert. Auf diese Weise können dreidimensionale Objekte erkannt werden, was für Lidar-Anwendungen in Fahrzeugen von entscheidender Bedeutung ist. So werden etwa Objekte mit einer Höhe bis zu 25 cm (beispielsweise Reifen oder andere Objekte auf der Straße) auf eine Entfernung von 250 m erkannt.

Hervorragende Entfernungsauflösung mit 5-cm-Intervallen

Die in diesem Produkt verwendeten, von SSS entwickelten Schaltkreise zur Verbesserung der Entfernungsauflösung verarbeiten die SPAD-Pixeldaten einzeln und berechnen jeweils die Entfernung. Auf diese Weise konnte die LiDAR-Entfernungsauflösung auf 5-cm-Intervalle verbessert werden.

Photonendetektion erlaubt Erkennung von 300 m entfernten Objekten

Der IMX479 verfügt über eine unebene Struktur sowohl auf der Einfallsebene als auch der Unterseite der Pixel sowie eine On-Chip-Linse mit optimierter Form. Das einfallende Licht wird gebeugt, um die Absorptionsrate zu erhöhen. Auf diese Weise wird eine Photonendetektion mit der hohen Effizienz von 37 % bei der Wellenlänge 940 nm erreicht, die üblicherweise bei Lidar-Laserlichtquellen für Fahrzeuge verwendet wird. Dadurch kann das System Objekte in einer Entfernung von bis zu 300 m mit hoher Präzision erfassen und erkennen, selbst in hellen Umgebungen mit einer Hintergrundbeleuchtung von 100.000 Lux oder höher.

Mechanisches Scanning-LiDAR-System zur Bewertung des Produkts

SSS hat ein mit diesem Sensor ausgestattetes mechanisches Scanning-LiDAR-System zur Produktevaluierung entwickelt, das Kunden und Partnern zur Verfügung gestellt wird. Damit möchte SSS Initiativen zur LiDAR-Entwicklung und Produktevaluierung bei den Kunden und Part-nern unterstützen.