汽車(chē)應(yīng)用的圖像傳感器是汽車(chē)安全和未來(lái)不可或缺的功能。索尼半導(dǎo)體解決方案集團(tuán)（“集團(tuán)”）在圖像傳感器領(lǐng)域擁有全球第一的市場(chǎng)份額，但在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域,，索尼卻相對(duì)落后,。為了在該領(lǐng)域獲得競(jìng)爭(zhēng)力，索尼開(kāi)發(fā)了一種用于汽車(chē)攝像頭的圖像傳感器,，可提供高水平的高動(dòng)態(tài)范圍 （HDR） 和 LED 閃爍抑制 （LFM）,。

　　在索尼看來(lái)，開(kāi)發(fā)具有不熟悉的技術(shù)特性的圖像傳感器的任務(wù)意味著進(jìn)入新業(yè)務(wù)領(lǐng)域時(shí)常見(jiàn)的各種困難,。汽車(chē)給開(kāi)發(fā)者提出了難以克服的嚴(yán)酷條件,，例如高溫、潮濕和振動(dòng),，同時(shí)必須確保高質(zhì)量,。這意味著設(shè)計(jì)、制造,、和質(zhì)量保證部門(mén)都有自己獨(dú)特的挑戰(zhàn)需要解決和克服,。

　　在這次采訪中，索尼展現(xiàn)了SafetyCocoon 概念和有關(guān)開(kāi)發(fā)汽車(chē)圖像傳感器的幕后故事,，這是自動(dòng)駕駛汽車(chē)技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵要素,。

　　汽車(chē)圖像傳感器始于安防，但客戶(hù)的要求空前嚴(yán)格

　　問(wèn)：公司決定進(jìn)入汽車(chē)圖像傳感器業(yè)務(wù)背后的故事是什么,？

　　Azami：我最初是安全和工業(yè)應(yīng)用圖像傳感器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人（D-PL）,。2012 年左右，集團(tuán)開(kāi)始研究汽車(chē)業(yè)務(wù),，我被任命為該項(xiàng)目的第一個(gè)產(chǎn)品 IMX224 的 D-PL,。我認(rèn)為這是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，因?yàn)槲耶?dāng)時(shí)對(duì)與外國(guó)公司合作很感興趣,。

　　一開(kāi)始,，該項(xiàng)目開(kāi)始開(kāi)發(fā)以安全圖像傳感器為模型的汽車(chē)圖像傳感器。其基本思想是安全傳感器具有對(duì)汽車(chē)傳感器有用的屬性,，例如廣泛的耐用性和在暗處捕獲圖像的能力,。然而，一旦業(yè)務(wù)成立,，我們發(fā)現(xiàn)汽車(chē)圖像傳感器有一系列不同的要求,。那些日子里，我會(huì)拜訪海外客戶(hù),，然后一次又一次地對(duì)他們的反饋感到沮喪,。

　　問(wèn)：汽車(chē)圖像傳感器面臨哪些特殊挑戰(zhàn),？

　　Azami：與安全或工業(yè)圖像傳感器不同，汽車(chē)圖像傳感器有專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)應(yīng)用制定的標(biāo)準(zhǔn),，例如我們已經(jīng)知道的IATF16949 *1和AEC-Q100, *2,。我們非常努力地使我們的設(shè)計(jì)符合這些標(biāo)準(zhǔn)，但我們的提案被一位客戶(hù)難道了,。

　　問(wèn)題是高動(dòng)態(tài)范圍 （HDR）,。HDR 允許在從暗到亮的廣泛亮度范圍內(nèi)捕獲圖像，這必須是傳感器內(nèi)的完整系統(tǒng),。對(duì)于安防圖像傳感器,，有一種叫做DOL（數(shù)字重疊）的方法可以實(shí)現(xiàn)HDR，但是這種方法是在傳感器外合成不同曝光下的圖像,。因?yàn)樗髂岵痪邆湓趥鞲衅鲀?nèi)完成圖像合成的專(zhuān)業(yè)知識(shí),，所以必須從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā)。

　　另一個(gè)挑戰(zhàn)是 LED 閃爍,，*3當(dāng)今社會(huì)無(wú)處不在的現(xiàn)象,。客戶(hù)要求必須在每一幀中捕捉 LED 燈,，例如剎車(chē)燈和交通燈,。這被證明是一個(gè)艱難的挑戰(zhàn)，因?yàn)?LED 光頻率沒(méi)有既定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，這給確保覆蓋所有 LED 帶來(lái)了困難,。我需要幫助，所以我請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)部門(mén)的Sakano-san加入我,，我們一次又一次地進(jìn)行頭腦風(fēng)暴,。

　　*1：專(zhuān)為汽車(chē)行業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量管理體系國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

　　*2：AEC（汽車(chē)電子委員會(huì)）規(guī)定的汽車(chē)IC質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),。

　　*3：拍攝 LED 指示燈,、交通信號(hào)燈等時(shí)發(fā)生的 LED 閃爍。

　　Sakano：我一直對(duì)HDR很感興趣,，歡迎Azami-san的邀請(qǐng)。但有一個(gè)問(wèn)題,。汽車(chē)攝像頭的圖像傳感器需要非常高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),，初始缺陷率必須極低。通常,，其他圖像傳感器通過(guò)重復(fù)生產(chǎn)周期的過(guò)程迭代改進(jìn),。而汽車(chē)圖像傳感器必須采用成熟的工藝制造，這是不成文的規(guī)定,。出于這個(gè)原因,，我所在的負(fù)責(zé)工藝開(kāi)發(fā)的研究部門(mén)有一個(gè)規(guī)定,，即汽車(chē)應(yīng)用的圖像傳感器超出了我的負(fù)責(zé)范圍。因此,，我參與該項(xiàng)目最初是非官方的,，是自愿參與的。

　　Azami：除了設(shè)計(jì),，制造方面也有挑戰(zhàn),。那時(shí)，我們沒(méi)有汽車(chē)行業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò),、知識(shí)和專(zhuān)有技術(shù),。因此，即使學(xué)習(xí)IATF 16949和ISO 26262等該行業(yè)特有的標(biāo)準(zhǔn)也是一項(xiàng)艱巨的工作,。*4我們一次又一次地與,、Nishizuka-san和Shimozono-san舉行了學(xué)習(xí)會(huì)。

　　*4：關(guān)于道路車(chē)輛電氣/電子系統(tǒng)功能安全的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),。

　　Nishizuka：IATF 16949 和 ISO 26262 等標(biāo)準(zhǔn)本身已經(jīng)很清楚了,，但是我們的工作流程很難適應(yīng)它們。探索和理解每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)本身就很困難,，但讓我們的項(xiàng)目成員適應(yīng)這種理解更具挑戰(zhàn)性,。有必要讓每個(gè)成員都了解并執(zhí)行我們不熟悉的做事方式。

　　盡管存在這些困難,，但有一個(gè)積極的方面,，即為實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目所做的所有努力都是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和其他未來(lái)的進(jìn)步。

　　Shimozono：IATF 16949 和 ISO 26262 等標(biāo)準(zhǔn)中的要求非常具體,，與我們通常處理的不同,。我們需要找出在實(shí)際制造中應(yīng)用它們的方法。汽車(chē)應(yīng)用的另一個(gè)特殊性是涉及到如此多的客戶(hù)檢查,。我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的解釋往往令我們的客戶(hù)不滿(mǎn)意,，他們也向我們反饋了他們的具體要求。滿(mǎn)足所有這些要求和要求真是太辛苦了,。

　　要求性能和生產(chǎn)管理提高一百倍,，不超過(guò) 1 ppm

　　問(wèn)：您是如何克服汽車(chē)應(yīng)用中預(yù)期的高可靠性問(wèn)題的？

　　Nishizuka：這個(gè)問(wèn)題成為重大挑戰(zhàn)的原因有幾個(gè)方面,。例如,，儀表板在夏季可以加熱超過(guò) 100°C。因此,，傳感器必須能夠承受這些溫度,。其次，在道路上行駛會(huì)引起振動(dòng)。制造能夠承受振動(dòng)和運(yùn)行而不會(huì)出錯(cuò)的精密設(shè)備需要極高的工程水平,。

　　另外,，正如 Sakano-san 之前提到的，存在零缺陷期望,，即最小化初始缺陷,。該要求低于 1 ppm，這意味著每生產(chǎn) 100 萬(wàn)件產(chǎn)品中只能有不到一個(gè)缺陷產(chǎn)品,。為了同時(shí)滿(mǎn)足高性能和高可靠性的要求,，我們不得不建立前所未有的嚴(yán)格的產(chǎn)品評(píng)估環(huán)境。

　　Sakano：在HDR方面,，汽車(chē)傳感器需要120分貝,，而其他應(yīng)用大約是70分貝。將動(dòng)態(tài)范圍從70分貝提高到120分貝,，并不是簡(jiǎn)單地將信號(hào)處理能力提高120除以70,，即1.7倍。實(shí)際上是將其增加了 320 倍,。這個(gè)數(shù)字是傳統(tǒng)圖像傳感器架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,。我們需要開(kāi)發(fā)一個(gè)全新的架構(gòu)。

　　以前,，傳感器設(shè)計(jì)用于在光電二極管中存儲(chǔ)電荷,。為了騰出數(shù)百倍的空間來(lái)處理信號(hào)，我們決定創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的容器來(lái)存儲(chǔ)電荷,。在這一點(diǎn)上,，我們將DRAM等內(nèi)存使用的容量用于圖像傳感器，之前圖像傳感器沒(méi)有使用過(guò),。新的像素結(jié)構(gòu)和像素控制方法使傳感器能夠同時(shí)捕捉不同曝光下的多個(gè)圖像,。這極大地增強(qiáng)了動(dòng)態(tài)范圍。

　　Shimozono：對(duì)于制造部門(mén)來(lái)說(shuō),，任務(wù)是為新架構(gòu)提供新的結(jié)構(gòu),。為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)應(yīng)用所需的性能，我們調(diào)整了每條生產(chǎn)線工藝,。生產(chǎn)以最小的余量運(yùn)行,。最終的粉塵控制水平是確保生產(chǎn)線無(wú)塵的必要條件，以消除缺陷,，實(shí)現(xiàn)零缺陷的目標(biāo),。

　　汽車(chē)圖像傳感器需要在-40至125°C的溫度范圍內(nèi)保證性能，因此需要在許多方面進(jìn)行改進(jìn),，例如高溫環(huán)境下的黑暗期性能。為了實(shí)現(xiàn)HDR功能，光電二極管的性能需要提高,。此外,，像素必須平衡。開(kāi)發(fā)過(guò)程中有很多問(wèn)題需要解決,。因此,，我們與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)密切合作并制定了工藝要求。

　　至于封裝,，我們面臨的挑戰(zhàn)是確?？煽堪惭b，盡管在汽車(chē)應(yīng)用所需的不同極端溫度和 250 度的高溫回流下膨脹系數(shù)存在差異,。這些問(wèn)題通過(guò)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用于汽車(chē)傳感器的特殊封裝得以克服,。

　　開(kāi)發(fā)和制造部門(mén)之間的密切溝通

　　問(wèn)：索尼半導(dǎo)體解決方案集團(tuán)的汽車(chē)圖像傳感器有哪些優(yōu)勢(shì)？

　　Azami：與集團(tuán)所有圖像傳感器一樣,，我們用于汽車(chē)應(yīng)用的圖像傳感器在黑暗環(huán)境中具有低噪聲和低白點(diǎn)缺陷的技術(shù)優(yōu)越,，即使在 105°C 的高溫下也能拍攝圖像，這是我們競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無(wú)可匹敵的,。

　　我認(rèn)為,，使這成為可能的原因在于，我們擁有工廠的專(zhuān)有技術(shù),，建立在我們?cè)?CCD 方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)之上,，而且我們的像素設(shè)計(jì)和制造部門(mén)都在公司內(nèi)協(xié)同工作。我們緊密合作,，所以我們可以得到及時(shí)的反饋,，這有助于加快改進(jìn)。通過(guò)討論,，我們可以確定問(wèn)題是否可以在流程或設(shè)計(jì)方面得到解決,。事實(shí)上，我們可以自己確定這些細(xì)微的細(xì)節(jié),，這對(duì)集團(tuán)來(lái)說(shuō)是一筆巨大的財(cái)富,。

　　我們的圖像傳感器的另一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是HDR 和 LFM 的高度集成。我們的全球客戶(hù)支持也是我們的大本營(yíng),。我相信,，集團(tuán)擁有使我們能夠在我們的產(chǎn)品中準(zhǔn)確反映客戶(hù)要求的技術(shù)和環(huán)境。

　　Sakano：鑒于圖像傳感器就像終極模擬設(shè)備,，如果沒(méi)有設(shè)計(jì)和工藝團(tuán)隊(duì)之間的密切合作,，很難進(jìn)行改進(jìn)。因此,，該集團(tuán)在擁有這種允許設(shè)計(jì)和流程部門(mén)之間密切溝通的環(huán)境方面具有巨大優(yōu)勢(shì),。

　　Nishizuka：我們經(jīng)常有客戶(hù)質(zhì)量檢查，但他們對(duì)我們的工廠和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的反饋總是非常積極的。我們告訴我們的客戶(hù),，他們可以隨時(shí)來(lái)找我們進(jìn)行檢查,，盡管目前 Covid-19 情況使其變得困難，這是因?yàn)槲覀兿嘈判湃魏托判氖瞧?chē)相關(guān)產(chǎn)品的關(guān)鍵要素,。

　　問(wèn)：您認(rèn)為在汽車(chē)應(yīng)用方面最困難的是什么,？

　　Sakano：我認(rèn)為是與性能相關(guān)的耐熱性。-40 到 125°C 的溫度范圍畢竟是功能保證,。這并不意味著保證性能,。但是，只要傳感器起作用,，就會(huì)產(chǎn)生圖像,，而這些圖像可能會(huì)引起投訴。困難在于沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn),。投訴取決于客戶(hù),。

　　工作過(guò)程也帶來(lái)了一些困難。除了索尼自己的可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)外,，還有其他行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)規(guī)定的可靠性測(cè)試,。鑒于此，盡管與其他類(lèi)別相比,，開(kāi)發(fā)的總體時(shí)間表相對(duì)較長(zhǎng),，但分配給流程開(kāi)發(fā)的時(shí)間并不長(zhǎng)。此外,，在進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)之前,，該過(guò)程需要高度完整和可靠，這包括產(chǎn)量,。因此,，我們的工藝開(kāi)發(fā)承受著巨大的壓力。

　　從業(yè)務(wù)的角度來(lái)看,，還有一個(gè)困難,。這個(gè)行業(yè)的慣例是，一個(gè)產(chǎn)品要想做成生意,，必須在最終確定下來(lái)之后,，通過(guò)很多的競(jìng)爭(zhēng)。我們是這項(xiàng)業(yè)務(wù)的后來(lái)者之一,，尚未能夠在開(kāi)始產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之前與客戶(hù)協(xié)商并就規(guī)格達(dá)成一致,。這種情況讓負(fù)責(zé)技術(shù)規(guī)劃的我們承受著相當(dāng)大的壓力，直到我們看到結(jié)果,。

　　Shimozono：客戶(hù)的要求非?？量?。他們想要圖像傳感器的各種性能屬性。例如,，在某些容易發(fā)生突出爆裂的條件下,，例如在明亮的陽(yáng)光下和地面上的雪下，它不應(yīng)飽和,，并應(yīng)在高溫或低溫下保持穩(wěn)定運(yùn)行等質(zhì)量保證要求。

　　可靠性,、質(zhì)量管理和客戶(hù)服務(wù)的預(yù)期水平遠(yuǎn)高于其他類(lèi)別,。滿(mǎn)足所有這些要求并確保產(chǎn)品的高性能需要真正的承諾。

　　Nishizuka：現(xiàn)在,，我們正在走向自動(dòng)駕駛,。這使我們肩負(fù)著在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)零缺陷和安全保障的任務(wù)。這些雄心勃勃的目標(biāo)將是一項(xiàng)艱巨的工作,。只有少數(shù)缺陷會(huì)導(dǎo)致重大失敗這一事實(shí)使我們保持警覺(jué),。

　　汽車(chē)傳感器將引領(lǐng)零交通事故和自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)

　　問(wèn)：索尼半導(dǎo)體解決方案集團(tuán)希望通過(guò)其汽車(chē)圖像傳感器實(shí)現(xiàn)什么樣的未來(lái)？

　　Azami：我認(rèn)為配備集團(tuán)用于汽車(chē)應(yīng)用的圖像傳感器的汽車(chē)將使我們的Safety Cocoon 概念成為現(xiàn)實(shí),，通過(guò)將汽車(chē)和道路系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)提供安全性,。

　　Sakano：在汽車(chē)應(yīng)用方面，我也在做汽車(chē)激光雷達(dá)的SPAD深度傳感器,。從這個(gè)意義上說(shuō),，我想通過(guò)這些不同傳感器的組合為實(shí)現(xiàn)Safety Cocoon概念做出貢獻(xiàn)。我的志向是超越汽車(chē)業(yè)務(wù),，通過(guò)在 HDR 技術(shù)上取得領(lǐng)先地位,，為集團(tuán)的其他領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。

　　Nishizuka：讓世界認(rèn)可我們的汽車(chē)圖像傳感器對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全和保障不可或缺,，這讓我感到自豪,。如果我們的圖像傳感器被世界各地的所有汽車(chē)采用并且自動(dòng)駕駛成為現(xiàn)實(shí)，那就太好了,。

　　想象一下未來(lái)的移動(dòng)性,，人們可以在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中享受索尼的游戲、音樂(lè),、電影和其他形式的娛樂(lè),。這是一個(gè)多么有趣的主意！

　　Shimozono：移動(dòng)安全當(dāng)然很重要,，但我也想幫助解決社會(huì)問(wèn)題,，例如交通事故和社會(huì)中的移動(dòng)弱勢(shì)群體，通過(guò)我們的技術(shù)豐富人們的生活,。

　　據(jù)說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)的推出改變了汽車(chē)行業(yè),，預(yù)計(jì)圖像傳感器也將發(fā)揮與汽車(chē)電池一樣重要的作用,。因此，如果我們的努力刺激了這個(gè)不斷增長(zhǎng)的細(xì)分市場(chǎng)以支持日本工業(yè),，那就太好了,。

　　問(wèn)：最后，你未來(lái)的挑戰(zhàn)是什么,？

　　Azami：交通事故危及生命,。如果您僅根據(jù)價(jià)格來(lái)選擇您的汽車(chē)，那么您可能會(huì)在意外事故中后悔自己的選擇,。因此,，我們有責(zé)任謹(jǐn)慎宣傳我們的圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)，以便客戶(hù)充分了解情況并做出不會(huì)后悔的選擇,。這種努力也相當(dāng)于使人們免于在交通事故中失去親人,。牢記這一想法，我想致力于零缺陷以及下一代解決方案的開(kāi)發(fā),，例如自我診斷和警告圖像傳感器故障的系統(tǒng),。

　　Sakano：對(duì)我來(lái)說(shuō)，因?yàn)槲覐囊婚_(kāi)始就涉足汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域,，我的目標(biāo)是通過(guò)我們?cè)诠こ毯图夹g(shù)方面的領(lǐng)先專(zhuān)業(yè)知識(shí),，使集團(tuán)能夠在這個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域中獲利。在此過(guò)程中,，我想開(kāi)發(fā)一種智能架構(gòu),，考慮到環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)檢測(cè)和評(píng)估環(huán)境來(lái)確保高效率和自我控制系統(tǒng),。通過(guò)向行業(yè)提出這樣的架構(gòu),，我希望我們的集團(tuán)能夠在行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。

　　2021年4月8日是日本警察廳 53 年監(jiān)視期間的第一個(gè)無(wú)事故日,。我希望我們的努力將消除這個(gè)世界上的交通事故,，零事故將成為一個(gè)常態(tài)。如果我們的圖像傳感器有助于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),，我會(huì)感到非常自豪,。

　　Nishizuka：我的目標(biāo)是真正實(shí)現(xiàn)集團(tuán)汽車(chē)圖像傳感器的零缺陷質(zhì)量。老實(shí)說(shuō),，集團(tuán)汽車(chē)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的所有成員齊心協(xié)力,，這是可以實(shí)現(xiàn)的。

　　Shimozono：我的第一個(gè)目標(biāo)是成為世界第一的汽車(chē)應(yīng)用圖像傳感器供應(yīng)商,。在傳感方面,，我們應(yīng)該通過(guò)小型化提高分辨率來(lái)提高檢測(cè)距離和視角，從而提高安全性,。從這個(gè)意義上說(shuō),，我想通過(guò)將 SPAD 深度傳感器融入傳感技術(shù)來(lái)追求增強(qiáng)的環(huán)境魯棒性,。

　　除了提供可以豐富人們生活的圖像傳感器之外，我還想在集團(tuán)中創(chuàng)造工作帶來(lái)快樂(lè)的工作環(huán)境,。