作为名为 SPAD 的新型传感器系列的一部分，索尼的 IMX 459 不仅具有令人难以置信的高效和精确性，而且还比竞争对手便宜得多。足以加速自动驾驶汽车的出现吗？也许是这样。
自动驾驶和智能汽车不会凭空出现。它将是众多创新的结果，这些创新将赋予它看、听和理解的“感觉”。用电子元件代替眼睛、耳朵和大脑。许多科技公司都在争夺这个新兴市场的份额，无论是英特尔还是英伟达。但其他更令人惊讶的演员也在竞选中。索尼的情况就是如此，它推出了新的图像传感器，它的名字叫 IMX459。
一种新型组件将大大降低汽车激光雷达的价格，我们现在知道这是未来汽车民主化所必需的先决条件。
将单个光子转化为有形信息
在我们的专栏中，您经常会看到有关摄影的新闻和测试，其中提到了索尼的“IMX”传感器，这是合乎逻辑的，因为这家日本电子制造商是图像传感器领域的世界第一。
然而，虽然 IMX459 使用了一些您听说过的语言和技术元素，但它与相机和其他智能手机配备的 CMOS 图像传感器有很大不同。
它不是试图以我们的方式感知世界的传感器，而是 SPAD 型传感器：单光子雪崩二极管（对单个光子做出反应的雪崩光电二极管）。 “飞行时间”类型，该传感器与激光发射器耦合。
通过同步激光发射器和图像传感器，该系统可以通过将光子传播时间减半来高精度测量物体的距离。与我们智能手机或平板电脑的 ToF 传感器相比，IMX459 极其复杂且灵敏度超高。
一方面，该传感器包含 100,000 个光电二极管，而第一代激光雷达仅包含一个。另一方面，这些“像素”属于 SPAD 类型，也就是说光电二极管的极端不稳定状态使其能够以奇妙的方式做出反应。来自脉冲激光的单个光子信号产生的信号强度是其一百万倍。
简而言之：无需发送高强度激光来扫描景观。这种高像素密度（针对其场）及其极高的灵敏度使得可以减小随附激光器的尺寸和功率，从而降低系统的成本。
0.1 Mpix：超清晰……在激光雷达的世界里！
IMX 459 是一款 579 x 168 像素传感器，或大约 0.1 Mpix。对于您的度假照片来说清晰度太低，但对于目标应用来说足够了。更好的是，这种低定义对于其正常运行是必要的，因为它有助于车辆安全，因此必须快速运行。
从物理角度来看，它的速度已经非常快了，因为它的每个光电二极管（彼此独立运行）的反应时间为 6 纳秒（十亿分之一秒，所以是的，确实非常快）。
但随后必须对该信号进行处理和解释。
«当前的定义足以检测障碍物及其速度，并且数据量经过校准，以免处理器充满不必要的信息。», 索尼欧洲汽车市场销售和营销团队负责人罗伯特·卡尔曼 (Robert Kalman) 解释道。
我们身处汽车世界，而不是处理器频率吹嘘的世界。
«我们不需要构建场景的完整图片，而是构建场景中的点。关键是其远距离视角和精度：我们需要 120° 的水平角度覆盖、90° 的垂直覆盖以及 200m 处 10-15cm 的精度»，他解释道。
最后，如果说0.1 Mpix的这个定义在图像传感器领域是低的，那么在激光雷达SPAD领域则是一个记录。相比之下，iPad Pro 的 ToF 传感器只有 10,000 个像素，有效距离仅为 3 或 4 m。在这里，它是清晰度的十倍和距离的五十倍。
安全高于一切
这种对目标市场的掌握和非常严格的汽车世界的限制也体现在制造过程中。当苹果和其他公司正在努力生产 5 纳米芯片时（台积电已经在为明年的 3 纳米芯片做准备），这款尖端传感器却采用 40 纳米工艺生产。
«我们所处的智能手机市场不容许出现故障，我们会在几个小时内将有缺陷的产品更换为另一个产品，也不会在两三年后更换设备。当您购买汽车时，车内的半导体在购买 15 年后仍应能正常工作，并且不会出现故障（这可能导致死亡，编者注）是不能容忍的。这就是为什么我们的非常高的标准（例如工作温度测试标准）阻止我们使用尖端的生产工艺，直到它们完全合格为止。s，”罗伯特·卡尔曼解释道。
当我们谈论标准时，罗伯特·卡尔曼在这里特别指的是 ISO 26262，该标准管理汽车中的电子元件，特别是芯片必须承受显着的温度变化。
«该传感器能够承受 150°C 的峰值温度，在 120°C 下运行超过 1,000 小时，且误差幅度为零。汽车类传感器 15 年后应该能正常工作»，罗伯特·卡尔曼。
因此，一亿像素和其他 3 nm 雕刻距离汽车世界所需的安全性和可靠性还很远。
索尼充分利用其消费技术
从纸面上看，索尼最近发布的各种传感器显示了日本人在这一领域的主导地位，无论是图像传感器、飞行时间传感器（SPAD 或其他），甚至是 EVS 传感器。
其主导地位在于其将流程工业化的能力。为了快速读取信息，IMX 459 采用所谓的“堆叠传感器”模型进行设计，其中内存直接集成到传感器的背面。
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这个过程在消费者传感器术语中称为 Exmor RS，我们首先在智能手机传感器上看到它。这是从2012年开始的索尼已经开始在这些较小的传感器上试验这项技术，因此提供了良好的测试潜力（小型传感器的产量比大型传感器更好）。
然后，一旦在智能手机领域掌握了该流程，索尼就将其部署在其 1 英寸传感器上，我们在其专业紧凑型产品中发现了该传感器RX100 Mark IV。然后增大尺寸最高可达 Alpha A9 的全画幅传感器/A9 Mark II，其配备 24×36 传感器的混合相机。
最后，一旦生产方法经过消费产品多年的验证，索尼现在将其集成到像 IMX 459 这样的“专业”产品中。
电路生产技术铜-铜 (Cu-Cu) 连接也是如此，该技术首先在更通用的公共产品中得到验证。
这种对尖端工艺工业化的掌握无疑赋予了该传感器的其他技术优势之一：其在检测所发射的激光辐射的光子方面的有效性。
虽然 SPAD 世界始于激光雷达仅回收 1% 的光子，如今上限为检测到的光子的 18%，但 IMX 459 的效率提高了 30%，检测到的光子为 24%。所有这些都具有创纪录的清晰度、最小的体积……以及前所未有的价格。
激光雷达系统仅需 500 美元？
“第一批激光雷达的售价约为 75,000 美元，相当于一辆豪华车的价格，这让它们遥不可及””R.卡尔曼说。
索尼凭借其 IMX 459 承诺提供极其便宜的设备。
«如果我们要销售完整的激光雷达套件以供合作伙伴评估我们的技术，我们就不会制造激光雷达。我们将只提供传感器和软件工具，由我们的合作伙伴选择他们的激光器、镜子机制、光学器件等。但根据我们的评估，fPGA处理器和DSP分开（负责数据处理，编者注），我们估计我们的传感器将使激光雷达的开发成本在 500 到 2,000 美元之间波动，具体取决于集成的技术»，罗伯特·卡尔曼。
这个价格可能是大规模部署的代名词。虽然目前的激光雷达仅出现在奥迪 R8 等非常高端的车型上，但 500 至 2,000 美元的额外成本听起来更接近您可以选择购买的选项，以利用卓越的安全性和智能功能。
不过，要验证索尼的承诺，我们至少要等到 2023 年。
«IMX 459 将于 2022 年秋季开始量产，因为我们仍在对传感器电阻器进行资格认证。 »
技术爱好者可能会觉得这个时间很长，“但这是质量和安全的代价»，罗伯特·卡尔曼坚持认为。考虑到我们汽车未来的重要性，我们将珍惜这段漫长的时间。如果时间就是金钱，那么安全就是无价的。
