ソニー、dToF方式のSPAD距離センサーを開発：光子検出効率は業界最高レベル

ソニーセミコンダクタソリューションズは、光子検出効率が28％と高いdToF（直接Time of Flight）方式のSPAD距離センサー「IMX611」を開発、サンプル出荷を始める。スマートフォンに向けた製品で、高い測距性能と消費電力の削減を可能にした。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

スマホ向けに、高い測距性能と低消費電力を実現

　ソニーセミコンダクタソリューションズは2023年3月、光子検出効率が28％と高いdToF（直接Time of Flight）方式のSPAD（Single Photon Avalanche Diode）距離センサー「IMX611」を開発、サンプル出荷を始める。スマートフォンに向けた製品で、高い測距性能と消費電力の削減を可能にした。

　IMX611は、独自のSPAD画素構造を採用したセンサー。裏面照射型のSPAD画素を用いた画素チップの下に、信号処理などを行うロジックチップを配置して積層、Cu-Cu接続により1画素ごとが電気的につながった構造になっている。これにより、高い開口率を維持しつつSPADとしては10μm角という微細な画素サイズを実現した。

　その上、画素には2つの工夫を施した。1つは、光の入射面に凹凸を設け、入射光を回折させることで吸収率を向上させた。もう1つは、画素内のアバランシェ領域の設計を最適化することで、増倍現象を効率的に発生させたことである。これらの工夫により、940nmの波長使用時において、スマートフォン用SPAD距離センサーとしては業界最高となる28％の光子検出効率を実現できたという。

IMX611の外観と構造図（クリックで拡大） 出所：ソニーセミコンダクタソリューションズ

　さらに、画素チップとロジックチップを積層したことで、SPAD画素に入力されたRAWデータを距離情報に変換して出力するまでの処理をセンサー内部で行える。これにより、後段で行っていた演算処理の負荷を軽減でき、システム全体の設計も簡素化することが可能になる。

　IMX611は、イメージサイズが対角2.2mm（1/8.1型）で、有効画素数は約2.3万画素（140×170画素）、SPADユニットセルサイズは10.08×10.08μmである。測距精度は誤差0.1％以内（30フレーム/秒、室内撮影時）。消費電力は長距離モード（8m）の場合にセンサー部が110mW、レーザー光源や信号処理を含むシステム全体では160mW。同様に短距離モード（3m）の場合には、それぞれ40mWと85mWとなった。サンプル価格は1000円。

SPAD ToF方式距離センサーの活用例（クリックで拡大） 出所：ソニーセミコンダクタソリューションズ