作為名為 SPAD 的新型感測器系列的一部分，Sony的 IMX 459 不僅具有令人難以置信的高效能和精確性，而且比競爭對手便宜得多。足以加速自動駕駛汽車的出現嗎？也許是這樣。
自動駕駛和智慧汽車不會憑空出現。它將是眾多創新的結果，這些創新將賦予它看、聽和理解的「感覺」。用電子元件取代眼睛、耳朵和大腦。許多科技公司都在爭奪這個新興市場的份額，無論是英特爾還是英偉達。但其他更令人驚訝的演員也在競選中。索尼的情況就是如此，它推出了新的影像感測器，它的名字叫 IMX459。
一種新型組件將大大降低汽車光達的價格，我們現在知道這是未來汽車民主化所必需的先決條件。
將單一光子轉化為有形訊息
在我們的專欄中，您經常會看到有關攝影的新聞和測試，其中提到了索尼的“IMX”感測器，這是合乎邏輯的，因為這家日本電子製造商是影像感測器領域的世界第一。
然而，雖然 IMX459 使用了一些您聽說過的語言和技術元素，但它與相機和其他智慧型手機配備的 CMOS 影像感測器有很大不同。
它不是試圖以我們的方式感知世界的感測器，而是 SPAD 型感測器：單光子雪崩二極體（對單一光子做出反應的雪崩光電二極體）。 「飛行時間」類型，該感測器與雷射發射器耦合。
透過同步雷射發射器和影像感測器，該系統可以透過將光子傳播時間減半來高精度測量物體的距離。與我們智慧型手機或平板電腦的 ToF 感應器相比，IMX459 極其複雜且靈敏度超高。
一方面，該感測器包含 100,000 個光電二極管，而第一代光達僅包含一個。另一方面，這些「像素」屬於 SPAD 類型，也就是說光電二極體的極端不穩定狀態使其能夠以奇妙的方式做出反應。來自脈衝雷射的單一光子訊號產生的訊號強度是其一百萬倍。
簡而言之：無需發送高強度雷射來掃描景觀。這種高像素密度（針對其場）及其極高的靈敏度使得可以減少隨附雷射的尺寸和功率，從而降低系統的成本。
0.1 Mpix：超清晰…在光達的世界裡！
IMX 459 是一款 579 x 168 像素感光元件，或約 0.1 Mpix。對於您的度假照片來說清晰度太低，但對於目標應用來說足夠了。更好的是，這種低定義對於其正常運行是必要的，因為它有助於車輛安全，因此必須快速運行。
從物理角度來看，它的速度已經非常快了，因為它的每個光電二極體（彼此獨立運行）的反應時間為 6 奈秒（十億分之一秒，所以是的，確實非常快）。
但隨後必須對該訊號進行處理和解釋。
«目前的定義足以偵測障礙物及其速度，且資料量經過校準，以免處理器充滿不必要的資訊。», 索尼歐洲汽車市場銷售和行銷團隊負責人羅伯特·卡爾曼 (Robert Kalman) 解釋道。
我們身處汽車世界，而不是處理器頻率吹噓的世界。
«我們不需要建立場景的完整圖片，而是建立場景中的點。關鍵是其遠距離視角和精度：我們需要 120° 的水平角度覆蓋、90° 的垂直覆蓋以及 200m 處 10-15cm 的精度»，他解釋。
最後，如果說0.1 Mpix的這個定義在影像感測器領域是低的，那麼在雷射雷達SPAD領域則是一個記錄。相較之下，iPad Pro 的 ToF 感光元件只有 10,000 個像素，有效距離僅 3 或 4 m。在這裡，它是清晰度的十倍和距離的五十倍。
安全高於一切
這種對目標市場的掌握和非常嚴格的汽車世界的限制也體現在製造過程中。當蘋果和其他公司正在努力生產 5 奈米晶片時（台積電已經在為明年的 3 奈米晶片做準備），這款尖端感測器卻採用 40 奈米製程生產。
«我們所處的智慧型手機市場不容許故障，我們會在幾個小時內將有缺陷的產品更換為另一個產品，也不會在兩三年後更換設備。當您購買汽車時，車內的半導體在購買 15 年後仍應能正常工作，並且不會出現故障（這可能導致死亡，編者註）是不能容忍的。這就是為什麼我們的非常高的標準（例如工作溫度測試標準）阻止我們使用尖端的生產工藝，直到它們完全合格為止。s，”羅伯特·卡爾曼解釋道。
當我們談論標準時，羅伯特·卡爾曼在這裡特別指的是 ISO 26262，該標準管理汽車中的電子元件，特別是晶片必須承受顯著的溫度變化。
«該感測器能夠承受 150°C 的峰值溫度，在 120°C 下運行超過 1,000 小時，且誤差幅度為零。汽車類感測器 15 年後應該能正常運作»，羅伯特‧卡爾曼。
因此，一億像素和其他 3 nm 雕刻距離汽車世界所需的安全性和可靠性還很遠。
索尼充分利用其消費技術
從紙面上看，索尼最近發布的各種感測器顯示了日本人在這一領域的主導地位，無論是影像感測器、飛行時間感測器（SPAD 或其他），甚至是 EVS 感測器。
其主導地位在於其將流程工業化的能力。為了快速讀取訊息，IMX 459 採用所謂的「堆疊感測器」模型進行設計，其中記憶體直接整合到感測器的背面。
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這個過程在消費者感測器術語中稱為 Exmor RS，我們首先在智慧型手機感測器上看到它。這是從2012年開始的索尼已經開始在這些較小的感測器上試驗這項技術，因此提供了良好的測試潛力（小型感測器的產量比大型感測器更好）。
然後，一旦在智慧型手機領域掌握了該流程，索尼就將其部署在其 1 英寸感測器上，我們在其專業緊湊型產品中發現了該感測器RX100 Mark IV。然後增大尺寸最高可達 Alpha A9 的全片幅感光元件/A9 Mark II，其配備 24×36 感光元件的混合相機。
最後，一旦生產方法經過消費產品多年的驗證，索尼現在將其整合到像 IMX 459 這樣的「專業」產品中。
電路生產技術銅-銅 (Cu-Cu) 連接也是如此，該技術首先在更通用的公共產品中得到驗證。
這種對尖端製程工業化的掌握無疑賦予了該感測器的其他技術優勢之一：其在檢測所發射的雷射輻射的光子方面的有效性。
雖然 SPAD 世界始於雷射雷達僅回收 1% 的光子，如今上限為檢測到的光子的 18%，但 IMX 459 的效率提高了 30%，檢測到的光子為 24%。所有這些都具有創紀錄的清晰度、最小的體積……以及前所未有的價格。
光達系統僅需 500 美元？
“第一批雷射雷達的售價約為 75,000 美元，相當於一輛豪華車的價格，這讓它們遙不可及”」R.卡爾曼說。
索尼憑藉其 IMX 459 承諾提供極其便宜的設備。
«如果我們要銷售完整的光達套件以供合作夥伴評估我們的技術，我們就不會製造光達。我們將只提供感測器和軟體工具，由我們的合作夥伴選擇他們的雷射、鏡子機制、光學器件等。但根據我們的評估，fPGA處理器和DSP分開（負責資料處理，編者註），我們估計我們的感測器將使雷射雷達的開發成本在 500 到 2,000 美元之間波動，具體取決於整合的技術»，羅伯特‧卡爾曼。
這個價格可能是大規模部署的代名詞。雖然目前的雷射雷達僅出現在奧迪 R8 等非常高端的車型上，但 500 至 2,000 美元的額外成本聽起來更接近您可以選擇購買的選項，以利用卓越的安全性和智能功能。
不過，要驗證索尼的承諾，我們至少要等到 2023 年。
«IMX 459 將於 2022 年秋季開始量產，因為我們仍在對感測器電阻器進行資格認證。 »
技術愛好者可能會覺得這個時間很長，“但這是品質和安全的代價»，羅伯特·卡爾曼堅持。考慮到我們汽車未來的重要性，我們將珍惜這段漫長的時間。如果時間就是金錢，那麼安全就是無價的。
