（2017年06月05日，東京，日本）——索尼公司（下稱索尼）宣布已開發(fā)出10微米像素間距的背照式飛行時間（下稱ToF）測距傳感器。這項成果得以實現(xiàn)，綜合了Softkinetic Systems S.A.公司（2015年被索尼收購，下稱Softkinetic）的ToF測距傳感器技術和索尼自身的背照式CMOS影像傳感器技術。對此傳感器的研究成果于本周一，即本月5日，在日本東京的“2017年超大規(guī)模集成電路技術和電路研討會”上公布。
運用ToF技術，到達某物體的距離可以通過光線從光源到達物體，再反射回傳感器的時間來測量。ToF測距傳感器的每個像素都參與測距，從而獲得高精度的深度圖。通過保證反射的光被有效接收，同時測距所要求的處理程序得以高幀率執(zhí)行，精度得到進一步提升。此外，通過有效地收集和處理反射光也降低了能耗，更有效、更少的光源即可實現(xiàn)測距。
應用于索尼新品的ToF技術的關鍵在于Softkinetic專有的電流輔助光電子解調(diào)器（下稱CAPD），其采用獨有的像素結構，借助像素中的漂移電流*1進行高速調(diào)制，能以更佳的精度檢測光信號。這項技術提升了每個像素層面的距離測量精度，因此實現(xiàn)了更準確的測量結果和遠距離的深度圖采集。
*1內(nèi)置的像素漂移電流：和普通的影像傳感器不同，電流通過兩個電極間的電位差產(chǎn)生，沒有形成耗盡層。
索尼將CAPD和自身的背照式CMOS影像傳感技術相結合，用于開發(fā)新的背照式ToF測距傳感器。其特點是像素間距為10微米，目前業(yè)內(nèi)最小。新的傳感器利用背照式像素結構的優(yōu)勢，可將電路置于光電檢測器之下。通過最優(yōu)化CAPD的像素結構和電路，本款索尼新品展現(xiàn)出更出色的光收集效率并且能進行高速距離測量處理。這項設計能提供和傳統(tǒng)方法相同的測量精度，但是測量距離可增加到1.5倍遠。*2光收集效率的提高使弱光源的使用成為可能，也降低了能耗，使ToF鏡頭模組更加緊湊小巧。
*2?和索尼的前照式ToF測距傳感器相比較
近年來，對更精準深度傳感的需求一直在增加，尤其是在增強現(xiàn)實（AR）、虛擬現(xiàn)實（VR），以及其他要求自動操作的應用程序，例如機器人和無人機。新的傳感器是DepthSense?產(chǎn)品陣容的一部分，使手勢、物體識別及障礙檢測這些功能得以實現(xiàn)。通過緊湊的機身，以較低的能耗提供高精度的深度傳感表現(xiàn)，新的傳感器將會幫助擴展ToF影像傳感器的應用范圍。
*DepthSense?：為Softkinetic Systems S.A.公司的注冊商標。
產(chǎn)品特點
CAPD像素技術實現(xiàn)高效率信號輸出
SoftKinetic的CAPD技術利用光源的飛行時間在不同相位多次讀取信號, 然后輸出信號比，再轉(zhuǎn)換為距離信息。一般而言, 為了提高深度圖的信噪比(SNR), 需要在像素內(nèi)放置多個讀取電路來準確地讀取不同相位的多個信號, 從而精確計算出反射光的延遲, 也提高了反射光信號的使用效率。深度測量的精度也取決于使用更快的調(diào)制頻率的能力。
為了滿足這些要求, CAPD動態(tài)地創(chuàng)造了一個潛在的梯度 (電子轉(zhuǎn)移的斜率)，并通過內(nèi)部像素漂移電流*1進行高速傳輸. 這個設計使得在兩個收集器之間從反射光中轉(zhuǎn)換出來的電子可以高效、高速傳輸, 從而能夠更準確地獲得不同相位的信號。
* 深度精度與下式所示相關。?
σdepth: 測量距離的變化，F(xiàn)mod: 調(diào)制頻率，Cmod:信號分布比率
高精度背照式ToF影像傳感器擁有10微米像素間距。
ToF 通常在像素內(nèi)部包含多個讀取電路。因此，在前照式CMOS影像傳感器中，處于影像檢測器頂部的多個晶體管和電路板，會與物體反射回來的光產(chǎn)生干擾，于是降低了距離測量的準確性。
索尼提供了背照式CMOS影像傳感器技術去提升有效像素進光比例。這種設計提高了光的采集效率，使10微米的像素間距即可達到前照式傳感器15微米像素間距的水平。其結果是開發(fā)出一個結構更為緊湊的影像傳感器卻實現(xiàn)了更為精準的深度感知功能。
此外，除了采用背照式的結構，像素的構建和像素中電路的分布也針對ToF技術進行了優(yōu)化，使距離測算過程中所需要的相位差異檢測的速度得到提升。由此，和傳統(tǒng)方法*2相比，調(diào)頻范圍得以提高一倍。在保持對反射光利用效率的同時，在同樣距離的測算當中，獲得了更好的、更精準的深度圖，這也相當于采用傳統(tǒng)方式*2所獲取深度圖的1.5倍準確度。
由該CMOS影像傳感器拍攝的照片
在同樣距離下所獲取深度圖的對比，左邊為新型傳感器，右邊為傳統(tǒng)傳感器。
在深度準確性相當?shù)那闆r下，可測算距離的對比。（環(huán)境光線：2k lux；光源：104 mW；調(diào)頻：100 MHz）
主要技術規(guī)格
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索尼公司是世界上民用及專業(yè)視聽產(chǎn)品、游戲產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、核心部件和信息技術等領域的先導之一。它在音樂、影視、電腦娛樂以及在線業(yè)務方面的成就也使其成為全球領先的電子和娛樂公司。公司在截止到2017年3月31日結束的2016財年，合并銷售額達678.86億美元。
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