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佳能申请堆栈式SPAD传感器专利
2021-04-14 17:15:51   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

近日,佳能申请的一件日本专利获得公开(JP2021013147A),这件专利申请讨论了一种堆栈式双核像素自动对焦(DPAF)SPAD传感器。这意味着该技术并非用于3D传感应用。

佳能申请堆栈式SPAD传感器专利

据麦姆斯咨询报道,近期,日本佳能(Canon)公开了多件采用单光子雪崩二极管(SPAD)像素的传感器专利申请。顾名思义,单光子雪崩光电二极管和普通光电二极管之间的区别在于,单光子雪崩光电二极管可以捕捉并计算接收到的单个光子。

SPAD传感器能够探测最微弱的光,捕捉光子量级水平的能量,这无疑听起来非常喜人,有望实现很多有意思的低光照摄影应用。SPAD传感器还能够探测与被摄体之间的距离信息作为成像数据,因此,SAPD传感器在基于飞行时间(ToF)原理的激光雷达(LiDAR)等3D传感领域也有巨大的应用潜力。目前,这些传感器已经常见于高端智能手机,以帮助自动对焦,不过分辨率通常相当有限。

近日,佳能申请的一件日本专利获得公开(JP2021013147A),这件专利申请讨论了一种堆栈式双核像素自动对焦(DPAF)SPAD传感器。这意味着该技术并非用于3D传感应用。

尽管SPAD传感器能够探测单个光子,但其每个像素都需要自己的存储器或计数器,并且单个光子产生雪崩倍增效应需要高电压,因此需要具有足够绝缘能力的耐高压结构。这些要求不可避免地导致了更大的像素,以及相当低效的传感器设计。

因此,佳能提出了一种堆栈式传感器设计,从而获得更小的像素,同时还支持双像素自动对焦。堆栈的下层为每个像素提供了一个比较器和一个计数器。尽管,通过专利还不清楚佳能的设计目标,不过,具有DPAF的SPAD传感器加上暗光视觉能力,或将带来很多有趣的应用。

佳能在这件专利的一个实施例中,讨论了一种配备这类传感器设计的数码相机。尽管,这只是一个实施例,但结合DPAF技术,这项专利技术应该是为了捕捉某种图像,而不是3D传感应用。

佳能100万像素时间门控SPAD图像传感器架构

佳能100万像素时间门控SPAD图像传感器架构

据麦姆斯咨询此前报道,佳能在2020年年中发布了世界上第一款具有信号放大像素的100万像素SPAD图像传感器。这款传感器由佳能和瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)联合开发。该传感器采用了全局快门,可以同时控制每个像素的曝光,并且曝光时间缩短至3.8纳秒,从而实现清晰无失真的图像捕捉。此外,该传感器能够支持高达每秒24000帧(FPS)1位输出,从而能够在极短的时间内实现快速运动的慢动作捕捉。

这款100万像素SPAD传感器还具有高达100皮秒的时间分辨率,使其能够以超高精度探测光子到达像素的精确时间。利用该特性,这款SPAD传感器能够实现精确的飞行时间(ToF)距离测量。更重要的是,借助100万像素的高分辨率和高速图像捕捉,它还能够在多个对象重叠的情况下,精确地进行3D距离测量,非常适用于自动驾驶汽车、扩展现实(xR——增强现实AR、混合现实MR、虚拟现实VR)等设备的3D环境感知应用。

延伸阅读:

《飞行时间(ToF)传感器技术及应用-2020版》

《激光雷达产业及核心元器件-2020版》

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