WNEVC2022灵明光子臧凯：SPADdToF构建数字化慧眼助力汽车与

由中国科学技术协会，北京市人民政府，海南省人民政府，科技部，工业和信息化部，生态环境部，住房和城乡建设部，交通运输部，国家市场监督管理总局，国家能源局联合主办的第四届世界新能源汽车大会于8月26—28日在北京和海南以线上线下的方式举行其中，北京会场位于北京经济技术开发区艺创国际会展中心

会议由中国汽车工程学会等单位主办，以碳中和愿景下的全方位电动化与全球合作为主题，邀请世界各国政产学研各界代表共同探讨大会将包括20多场会议，13，000平方米的技术展览和多项同期活动200多位政府高层领导，海外机构官员，全球商界领袖，院士和行业专家将出席会议并发表演讲

其中，灵明光子CEO臧凯在8月26日下午举行的车载轨距芯片技术的突破与产业化发展技术研讨会论坛上做了精彩演讲。

以下为现场演讲实录:

大家好，今天很荣幸被邀请来分享灵明光子的进展我们报告的主题是SPAD dToF的测量方法，这是对未来数字社会的洞察在这里，我们将重点讨论这种测距方法如何帮助汽车和消费者传感器相辅相成

首先给大家介绍一下dToFDToF是一种深度测量方法与超声波和毫米波相比，它是汽车上广泛使用的一种测距方法但是这两种方法波长都比较长，很难对物体进行精确建模当我们真的想知道确切的情况，距离或位置时，我们需要光学波段这里有几种不同的方法，其中一种类似于人眼和动物眼它的连接很简单，但是只能测量，而且只能识别前后量程，要实现精确的量程测量非常困难对于结构光，最早应用于苹果手机的FaceID，现在用于人脸识别和智能解锁它可以真正实现通常的三维成像，包括测距，定位和建模这就是飞行时间法，分为两种方式一种是间接飞行时间法，称为iToF，另一种是直接飞行时间法，称为dToF间接飞行时间法的工作原理接近相机，发射的是连续波认识到波的发射和接收之间的相位差，从而可以间接计算物体的距离而直接飞行时间法比较简单粗暴，它发射大范围的脉冲光，接收脉冲光，从而计算光在飞行中的时间所以相比iToF，dToF的方法更直接，带来的技术挑战也更艰巨

就业界而言，其实dToF是目前最前沿的技术趋势首先，苹果手机和iPad，iPhone12，iPhone13Pro，Pro Max系列都搭载了基于SPAD的DTOF芯片，包括手机，包括未来的AR，VR，虚拟现实，增强现实等应用另一方面，单光子的奇迹，相对于MOSFET的激光雷达，逐渐推向市场索尼采用3D堆叠技术，实现了低成本高性能的远距离车载固体激光器我们可以看到，无论是苹果还是索尼，行业内的龙头企业都在以消费类产品和汽车为代表进行产品布局

这里简单介绍一下SPAD和dToF直飞法的工作原理一般来说，传统的探测器受到一个光脉冲，电信号和光信号是一致的或者接近的但是，单光子探测器的工作原理并不是这样对于单个光子，比如苹果手机，测量像素距离需要20万个光脉冲在每个周期中，当接收到光脉冲时，它们在周期中仅启动一次但是每次出发，我们都会记录出发时间和真实地点，我们称之为时间冲重复200，000次后，逐渐做一个脉冲时间的直方图，这个直方图实际上反映了接收器接收到的光信号从这里可以看出，任何单光子的信号技术都是非常庞大的可以说，任何一个像素要成为统计直方图都需要20万个18位或者更高的位，所以它的实际数据量大约是iToF或者其他SAS相机的100—1000倍甚至上万倍但是这个统计直方图给我们带来的是大量的统计数据，所以我们不仅知道目标物体的飞行时间在哪里，还知道它的前方是否有透明物体比如像手机上的玻璃改版或者激光雷达的玻璃保护壳，我们也知道镜头脏不脏同时我们也知道视野和像素还有其他的干扰，我们也可以准确的知道环境光的噪声有多大

所以，这里我们希望打个简单的比方比如这里用的是iToF和dToF中的商用芯片首先，我们的工程师在制作一张纸的时候，原则上应该是平面的，用dToF显示但是iToF会有棋盘的效果，体现在纸面上的高低起伏，所以这对实际物体的测量有一定的影响同时，刚才也提到了多径干扰的问题在右边的实验中，我们展示的是iToF放在桌子上，工程师的物质始终没有变化但是去掉黑纸，iToF受到多径干扰，测得工程师的位置发生了很大变化，而dToF就没有这个问题了所以从这个角度来说，dToF可以比iToF有更准确的测量效果

所以在这里，不管是哪种测试方法，不管是对于单点还是散点还是大面阵还是扫描成像介质，dToF都可以考虑到基于刚才的陈述和工作原理的介绍，我们对iToF和dToF做了一些简单的比较，其中dToF代表了低功耗和高标准的特点同时由于对微弱信号非常敏感，在室外强光下也能实现更好的室外测距刚才已经表明，iToF受到多径干扰，所以在这些点上，dToF在测量外部位置时比iToF更精确但这也意味着，一旦任何一家公司突破了这些系统和芯片的技术护城河，就意味着存在非常大的技术壁垒我们灵明光子也希望成为dToF的领导者对于iToF来说，技术已经成熟，再加上相机，所以索尼占据了大部分的市场份额

这里还要介绍一下以索尼为代表的芯片厂商，他们在激光雷达中积极使用SPAD技术dToF在汽车上的应用到底是怎样的这里简单总结一下在激光雷达方面，我们认为室外激光雷达包括两个维度，既有能看到150米到600米的激光雷达，也有近距离看360米左右的激光雷达在车上，提到驾驶员监控系统或智能交互是否被识别，可以通过dToF大面积阵列传感器交给市场

在这里，我们也对车载激光雷达做一个简单的总结第一，典型的后置式激光雷达布局，因为安全事故是公司日常运营非常重要的考核标准，必须尽可能避免任何安全问题所以这样的公司采用的激光雷达方案是机械旋转的360°激光雷达，要求的要求是能看得越远越好对相应汽车周围一圈激光的要求比较低，要求10米以上或者有摄像头监控对于国产乘用车来说，可以说其前置激光雷达的布局并不完全是一个思路第一，对于远距离激光雷达，其对国产乘用车的实际应用距离一般在150m—300m左右然后，在车的周围，还应该有一圈360°的激光雷达，用来测量撞击雷达的方向

我们对激光雷达的不同场景进行了分类，包括实际使用场景下堵车中的前视激光雷达，智能停车中360°左右的障碍物雷达，城市交通中防止外卖小哥碰撞的弯道各方面测试车的长距离激光雷达与360°左右的障碍物雷达进行了匹配还有几种情况，自然是远程激光雷达为主，侧向激光雷达是平行和并列郊区是比较复杂的环境，可以看到基于dToF的激光雷达无论是高速应用场景还是中低速应用场景，都可以帮助智能汽车更加智能

所以未来无论是电动车还是汽油车，整体都会在智能驾驶，自动驾驶或者辅助驾驶领域我们会认为会有三个车载雷达FMCW模式是基于150波段的，它往往能看得更远，比如从远距离看大约300m—600m在这种使用场景下，成本相对更高，所以高成本对应高性能我们的观点是基于FMCW激光雷达，最后一个是针对欧美高速不限速使用的另一种是基于大货车，因为刹车更强，对安全性的要求更高如果用在这种情况下，当然它的成本相对要高很多相应的实施例是混合固态雷达基于SiPM—MEMS旋转镜的方案有两个，和宝马的方案差不多但是不管是哪种方案，半固体激光雷达方案，我们认为中短期内，国产乘用车的远程方案是一维和二维，扫描

至于纯固态方案，这里没有扫描器件，发射端是SPADIS—VCSEL方案在这种情况下，我们认为在纯固态场景下可以实现200m以上的测距，但主要距离还是30—50m左右所以对于国产乘用车来说，远程激光雷达是基于半固态转镜+MEMES对于纯固态的方案，更适合360°防障碍激光雷达当然，你可能会说，车载激光雷达从一个产品的想法到最终生产出汽车需要两年时间这个过程对任何创业公司，任何团队都是极大的考验但是，我们可以说，除了车载激光雷达领域，基于单光子的dToF在很多领域都有应用除了刚才说的激光雷达和智能驾驶舱，在工业，物流和消费场景中也有应用其中，单个大面阵呈现的3D直接图像及其抗强环境光的能力，不仅有助于智能制造和工业制造，也促进了XR和VR虚拟现实的融合因为在未来的消费领域，越来越多的人需要采集3D数据，从而实现3D直播或者更多的3D世界的人机交互

在这里，我们也要介绍一下灵明光子我们是一家人，很高兴使用先进的单光子SPAD技术来开发用于手机和激光雷达的高性能dToF3D传感器芯片至今成立4年多，总部在深圳，在上海张江设有办公室，员工100人

刚才我们介绍了SPAD+芯片在车辆各个方面的应用这里也要介绍一下灵明光子的三大产品线，灵明光子最著名的3D堆叠SPAD芯片我们在去年7月推出了中国第一款3D芯片，目前我们是中国唯一一家将这款芯片发给客户评估使用的公司对于这种芯片解决方案，一方面类似于苹果手机消费者需求，也是以索尼激光雷达为代表的远距离避障解决方案这是一个3D叠加解决方案，由灵明光子提供同时，基于这个方案，也就是刚才给大家介绍的远程激光雷达，产品形式是硅光子SIPM倍增管，这是世界领先的性能，预计今年年初要完成车辆法规认证，以便供应给激光雷达公司除了这两条产品线，还有第三条产品线，主要应用是有限的dToF芯片对于这个芯片，苹果在7Plus开始使用，更像是国内的替代采用，我们希望能处于更好的状态

这里也简单介绍一下灵明光子的产品现状首先我们推出了全球最高的PDE，20%，超低串扰一般工况只有5%左右有望通过AEC—Q102车辆法规认证这里，我们来做一个简单的对比灵明光子五代最好的表现就是全面超越日本滨松同时，我们的性能系数在很大范围内优于国际竞争对手可以用在汽车和机器上，也可以通过AEC—Q102认证，也会通过第三方认证

第二个产品是3D堆叠SPADI大面积阵列，微连接，分辨率SK这是第一代芯片，也是目前世界上最好的产品在这里，我们可以清楚地看到中距离成像的原始人脸，成像后的状态和人像在这里，我们也用在物流的使用场景中正如我们所看到的，它可以测量集装箱内的物理体积，从而帮助卡车估计可以预装多少额外的货物

第三个产品其实是相对而言的，同样适用于智能手机自动对焦，精神感应以及各种家用。

所以，总的来说，灵明光子的战略眼光是分不同阶段的我们认为基于SPAD dToF单光子探测器和dToF的工作原理，其整个产业发展可以分为三个阶段阶段1:蓄力，这个阶段进行更多的基础积累第二阶段:摔跤现阶段希望以产品为载体，积极稳妥地开拓市场第三阶段:获胜2026年，无论是车载手机，还是智能眼镜，都将大规模普及现阶段，我们希望除了技术壁垒和产品壁垒之外，还能构建商业和市场之间的壁垒，从而真正让灵明光子成为3D传感领域的世界级领导者

这是我这次给你的报告感谢您的聆听谢谢您们