九九福利影院-九九国产视频-九九国产在线观看-九九国内精品-九九精品-九九精品久久-九九精品免费观看-九九精品免费视频

       近年來，對深度傳感的需求在各類應用領域都有所增加，如手勢控制用戶界面、三維建模、虛擬現實/增強現實（VR/AR）、機器人技術、用于支持安全駕駛的汽車攝像頭等。這些應用皆需要對場景中的對象進行識別和分類。然而，這些應用使用的多為傳統的二維成像儀和圖像處理算法。盡管這種方法可以良好的適用于目標場景控制，但是對于場景照明不受控制的應用，深度采集技術就具有更獨特的優勢。

圖1深度采集技術

       目前，市面上有多種深度采集技術可供選擇，例如結構光解決方案、飛行時間(TOF：Time-of-Flight)測距方案等。

       結構光方案可以提供更高的深度精度，但通常具有較慢的響應時間，因為二進制模式的投影方法需要通過多次圖像獲取以生成深度圖。

       飛行時間測距方案是目前應用較為廣泛的方案。在TOF中，場景到物體的距離是通過物體反射的主動照明定時的延遲來測量的。 TOF方案可分為兩個子類：脈沖光測距和交流調制連續波間接光測距，即我們常說的D-TOF（直接飛行時間測距法）和I-TOF（間接飛行時間測距法）。D-TOF傳感器通常利用單光子雪崩二極管（SPAD）來精確探測活動光的往返時間；而I-TOF則通過測量每個像素的主動照明往返時間的延遲，利用該延遲與場景中到對象的距離成比例的關系，最終通過以下方程將延遲轉換為距離：

       一般來說，I- TOF方法實施起來會更為簡單（但在精度要求更高時，信號調制實施難度也很有挑戰性）。然而，I- TOF方法在技術上也存在一些難點和阻礙：例如，如要獲得相位差數據，就要求多調制頻率下相關函數的四次采樣，如此一來，如果再加上多幀處理，后端數據處理的復雜性會明顯增加。

       目前，以英飛凌和索尼為代表的公司在移動消費市場的I-TOF技術方面占據主流地位。后文將針對目前I-TOF技術市場最具代表性的SONY所采用的調制器件來做一個簡單解讀。

       SONY在近場3D測距的I-TOF測距方案中，采用的是2-tap調制的電流輔助型光子解調器件CAPD（Current-Asisted Photonic Demodulator）, 雖然CAPD和當下較為普遍使用的Pinned型光電二極管都可以應用到3D測距的I-TOF測距方案中，但是工作原理卻大相徑庭。

圖2 CAPD器件結構示意圖（圖片來自網絡）

       不同于Pinned型光電二極管調制器件采用MIS調制柵結構調制電場實現電荷信號的分離的工作原理， CAPD采用如圖2所示的器件結構，DETA和DETB為兩個采集電極，VmixA和VmixB為調制電極。當施加在VmixA和VmixB之間的電壓為零時，DETA和DETB在光照射到設備上時會收集等量的光產生電子。如果在VmixA和VmixB之間施加電壓，兩個調制電極之間會產生空穴電流，通過p型外延層產生歐姆下降，產生的電場引導光產生的電子被DETA和DETB兩個收集節點所收集。

       這種結構的調制電極直接與Si接觸，相比于傳統的MIS調制柵的器件，調制電場能夠深入硅襯底，因此具有良好的靈敏度、解調對比度。此外，在兩個采集電極處可以像傳統光電二極管像素傳感器一樣，采用電荷積分方式進行信號讀出，從而降低像素的電路復雜度。CAPD結構重要之處在于它是非表面器件，光電過程產生的體區光電流也能通過該結構的體區縱向調制電場得以快速轉移至外部積分節點，是一種調制對比度較高的器件形式。但該結構主要缺點在于它是阻性負載的調制器件，使得其熱損耗與驅動負載壓力較大，同時熱噪聲也會伴隨整個調制過程，因此該結構并不適合于高分辨率、大負載條件下的調制使用。相信Sony應該也會在未來的I-TOF像素單元中引入新的器件結構。

圖3 解調對比度（圖片來自網絡）

       如圖3所示，在FSI的工藝中， SONY采用的前照式工藝結構就可以實現100 MHz 40%的解調對比度，此參數在同代工藝和產品中，已經算是佼佼者。然而，隨著FSI工藝CAPD像素的調制頻率增加，其調制對比度依然顯著降低。 

       伴隨BSI以及stacking工藝的日趨成熟，SONY最新一代已經開始逐漸采用BSI  CAPD像素，使得其可以在更高的調制頻率下實現更高的調制對比度，從而進一步優化器件的性能參數，使得其在100MHz的調制頻率下可以達到85%的解調對比度，測距精度達到了5.9mm@1m，從而更加滿足于I- TOF 應用對高分辨率與高測距精度的需求。

       所以，在當下TOF圖像傳感器的市場中，SONY的像素無論從功能和性能方面，表現都是非常優異的。