艾迈斯半导体金安敏：先进传感器解决方案赋能固态激光雷达

第二届“光”+智能驾驶技术高峰论坛于2019年9月6日举行。本次论坛邀请了政府部门、咨询机构、整车厂商、激光雷达厂商、红外夜视、相机等重点传感器企业和知名科研院所，共同探讨灯光和汽车电子行业的市场前景。以下是艾姆斯半导体市场与业务拓展总监金的现场演讲:

下午好，艾姆斯半导体公司市场与业务拓展总监金！很高兴出席今天的峰会。刚才你听到广汽的郭先生提到了自动驾驶对激光雷达的要求。Qmented的领先企业介绍了关键MEMS阵列镜的开发情况。艾姆斯半导体是全球领先的光电半导体企业。我们在激光雷达方面积累了很多技术，这将为激光雷达中的光源、光源驱动器和接收器的发展带来入门。Ams现在是一个全球性的公司，在世界各地都有全面的布局。我们位于中国上海和深圳，在世界其他主要工业国家都有我们的R&D中心和商务办事处。全球约有10，000名员工，我们的主要生产区域在新加坡和奥地利。我们的业务市场主要分为两个部分:一个是CCC，主要是消费和通信业务。二是AIM，主要用于汽车、医疗、工业业务。刚才讲了光电子的半导体龙头企业。我们非常专注于传感器，尤其是与光电子相关的传感器。一个是光学传感器，另一个是成像传感器。消费电子产品中使用的耳机上的传感器也有半导体解决方案，如抗噪声耳机。还有专业的位置感应、环境感应、流量感应，都有很多行业的应用产品和经验。传感器技术和产品的经验主要得益于我们这几年更多的并购。近年来，我们收购了许多企业，包括在3D软件和CMOSIS领域拥有领先光学传感技术的企业，主要用于机器视觉领域的高性能成像。Heptagon还制造光学和半导体晶圆级器件。在过去，我们对技术先进的企业进行了许多并购，充分整合和吸收他们，以促进他们进入不同的市场，无论是消费市场还是汽车市场。我来讲一些一些技术应用在汽车上的案例。成像和光学的产品和技术近年来有了突飞猛进的发展，尤其是在应用层面。近年来，消费级3D的发展非常火热。最近一年生产的高端手机都是用于3D传感，涉及相应的半导体技术，包括光源、接收器、晶圆级光源器件。我们是世界上唯一一家提供全套关键半导体技术的公司。3D的技术会逐渐从消费行业迁移到其他方面，其中一个就是从手机到智能家居、智能楼宇、安防，涉及到手势识别，也可以通过3D技术实现。包括个人化住宅功能和所有者的识别，包括对住宅中特定物体的距离检测等。从消费级到工业级，我们会逐渐发现3D在汽车上会有哪些应用。刚才郭老师提到，在自动驾驶方面，尤其是L3和L4以上，激光雷达已经成为必不可少的系统，但是问题现在挑战很大，一是要通过车规，二是成本要下来，所以才会大规模使用。如何做到这一点，业界还没有给主机厂现成的答案。在这里，我们还介绍了我们的半导体方案，以实现纯固态激光雷达，并以相对较低的成本大规模使用它。现在我们已经和业内很多做激光雷达系统的公司做了全面的合作。3D在汽车上的应用，除了激光雷达了解环境信息和排序，包括对驾驶室内驾驶员的监控和识别，以及对驾驶员手势的检测，也是2D和3D的应用。此外，还涉及到投射。给汽车增加凉意的应用是智能投影，在地面上投影出大范围的高清图案，可以作为欢迎车主上车的欢迎应用，也可以用于安全方面，比如投影一个转弯图案或者倒车图案，提醒相关道路的用户我的车需要变道或者转弯。这是我们汽车通过现有3D技术进行应用开发的几个典型例子。总结起来，ams半导体业务主要围绕四个应用:一是激光雷达上的关键光源和光学技术；第二，人机交互，驾驶员监控，驾驶员识别；三、相对专业化的传感领域，位置传感，新能源趋势中的位置传感也会有一些新的应用，比如电机位置传感器，电气管理中使用的电流传感器，这是新四化和新能源带来的，我们更好的技术也可以应用。最后一块是投影照明，我刚才也提到了。这是我们比较关注的四块，未来会有很大的发展和很大的潜在应用。今天，我将更详细地介绍雷达。今天的主题也和自动驾驶有关。激光雷达是自动驾驶不可或缺的一部分。在雷达上，我们将相应地使用ams方案、VCSEL阵列技术和相应的驱动程序。我简单介绍一下激光雷达。我想在座的各位对激光雷达有更好的理解。L3级以上，尤其是L4级以上的激光雷达自动驾驶，是必不可少的系统。应用中有几大应用，包括高速公路上的自动驾驶，城市车辆拥堵时的辅助，包括停车时的自动泊车。还有城市自动驾驶等。这些主要应用是L3和L4自动驾驶的典型应用，将需要激光雷达。但是到目前为止，还没有一个成本低，通过规则的激光雷达系统，郭老师提到的一些产品也没有达到这个水平。刚刚介绍了机械转镜雷达的原理，这种雷达常见于激光雷达，现在也用在测试车上。它是通过有一个旋转的镜源将光源扫描到整个视场中，并接收反射市场的信息来判断整个市场是否被占领等等。这是在测试车上的大规模应用。但是没有办法应用量产车，因为成本高，而且很难监管车。第二类是针对短距离的，这里可以有激光雷达系统比如闪光灯。原理是通过光源阵列看整个市场。通过接收阵列，很多人可能用SPAD阵列接收信息，实现信息捕获，只能针对短距离。如果超过150米或者200米，就没有办法通过这种方式实现前面的应用。三是做一个纯固态激光雷达，需要做到低成本，通过交通法规。我们提出的方案是采用可寻址VCSEL阵列光源技术。原理是光源还是类似闪光灯光源。它在正面逐行逐列寻址，通过逐行发射光源扫描空间。从它前面发出的光的功率非常大。我们有大功率VCSEL技术来发射，然后接收信息，通过这个方法来实现纯固态激光雷达。这样可以降低成本，降低难度，是实现固态激光雷达非常关键的底层技术。说到固态激光雷达，我们有相应的技术。对于其他激光雷达，整个激光雷达行业提出了不同的方案，包括固态激光雷达和MEMS激光雷达。整个基本结构就是要有光源，控制光源，驱动发射。这里一般有两种方式发射光源:一种是边发射，另一种是VCSEL。目前，边缘发射器广泛应用于机械旋转激光雷达中。但未来会因为对应的侧边发射器而有一些障碍需要克服，比如组装的难度，然后它的效率会大大提高。VCSEL是实现光源阵列规模化生产，达到汽车级别的好方法，所以是光源的选择。我们的ams半导体主要是VCSEL解决方案。接收，传统的PIN方法是AIR，机械的APD方法，还有SPAD也是比较好的方法。纯固态激光雷达没有光源扫描组件，这个组件完全去掉了。如果机械激光雷达或MEMS激光雷达也有光速扫描的成分，无论是用MEMS阵列镜还是机械阵列镜实现。不同的激光雷达使用不同的组合。为了实现固态激光雷达，我们认为可以利用VCSEL和相应的组合SPAD，再加上适当的驱动来实现固态激光雷达。我们可以用VCSEL代替普通的边缘发射技术。这是典型的VCSEL技术和边发射激光技术在激光雷达中的应用。从放大的角度来看，VCSEL具有……明显的优点，包括VCSEL明显优于发射机。同时人眼是安全的，这在应用中是必须的。VCSEL相对于边缘发射体有明显的优势。我们与激光雷达制造商和系统制造商有密切的合作，使用VCSEL作为光源。实现固态激光雷达的关键基础技术是可寻址激光垂直腔面发射激光器阵列。如果存在由单个阳极驱动的VCSEL阵列，它是不可寻址的，并且整个阵列同时发光。接收同时也是接收。这是闪光灯，相对适合短距离。如果它是可寻址的，每一行和每一列都有一个阳极，可以逐行逐列地观察光源。每一行、每一列的光源功率足够高，足够远，可以实现激光雷达的应用。从逐行扫描到逐列扫描，可以在两个地方寻址，可能根据块的多少，甚至一次点亮一个点。通过充分利用可寻址的优势，可以分别捕获和分析每个点和每个单元块的信息。底层技术大概解释了这一点。听起来很直观的一种方式，以前没有实现过，因为VCSEL很难做到高功率，因为以前用于光通信和手机，以前功率比较低，很难满足汽车和激光雷达对远距离的要求。Ams收购普林斯顿光电，普林斯顿光电拥有高功率VCSEL技术，可以实现高功率。发射角度比较小，拍摄距离100多米。现在最好能做到150米到200米的距离，符合远距离激光雷达的应用。同时，面阵VCSEL的一个点可以达到5万个点，每个点可以达到0.1W到1W，甚至1.5W，整个面阵发出的功率非常高。所以发出去的功率很高，而且是一行行发出去的。假设有100条线，每条线也有很高的功率。有了这些优势，固态激光雷达的实现就是没有阵列镜的纯固态，然后成本大大降低。几个月前，我们发布了一份新闻稿，我们与Ibeo和ZF在激光雷达方面进行了全面合作。2021年前会有量产产品。同时，我们与其他激光雷达合作伙伴有一些深入的合作。无论在国内还是国外，我们都认为这项技术是非常关键的创新，可以用成本相对较低的激光雷达来实现。除了激光雷达，我们还在舱内做光学和成像传感器，其中一个是驾驶员监控，涉及手势识别和单点距离检测。单点距离检测可以作为一个有趣的应用来知道司机的头在哪里。如果发生交通事故，如何启动安全气囊，就是要知道驾驶员头部的准确位置，达到安全气囊的最佳效果。通过单点距离检测，这是一个有趣的应用。第二是我们对司机状态的监控。这就是我们现在可以在方向盘上增加相应的光电传感器。还有就是对驾驶员生命体征的检测，对驾驶员离手的检测。刚才广汽郭部长提到，Tier 1或者供应商要提供一个系统，准确的知道驾驶员的状态，脱手检测是一个很重要的指标。无论驾驶员的手是控制在方向盘上还是完全离开方向盘，整个ADAS系统是否需要启动或调整，都是一个非常重要的传感器输入。智能投影就是借助车外灯(装饰灯)投射大型图案。关键技术是晶圆级技术，微透镜阵列，在一个1×1的正方形上投射几十个相同的图案，然后把相同的图案叠加在地面上，使整个图案在大面积上保持非常清晰均匀，然后效果非常好，无论白天还是晚上。比较适合酷炫的迎宾亭，大面积的转角投影或者倒车范围的投影，或者汽车的投影。行人过马路时，当时没有斑马线，斑马线是投影让行人通过的。这些都是应用技术可以实现的更好的智能驾驶或者先进的下一代智能汽车的应用。今天在这里主要介绍一下。谢谢大家！第二届“光”+智能驾驶技术高峰论坛于2019年9月6日举行。本次论坛邀请了政府部门、咨询机构、整车厂商、激光雷达厂商、红外夜视、相机等重点传感器企业和知名科研院所，共同探讨灯光和汽车电子行业的市场前景。以下是艾姆斯半导体市场与业务拓展总监金的现场演讲:

下午好，艾姆斯半导体公司市场与业务拓展总监金！很高兴出席今天的峰会。刚才你听到广汽的郭先生提到了自动驾驶对激光雷达的要求。Qmented的领先企业介绍了关键MEMS阵列镜的开发情况。艾姆斯半导体是全球领先的光电半导体企业。我们在激光雷达方面积累了很多技术，这将为激光雷达中的光源、光源驱动器和接收器的发展带来入门。Ams现在是一个全球性的公司，在世界各地都有全面的布局。我们位于中国上海和深圳，在世界其他主要工业国家都有我们的R&D中心和商务办事处。全球约有10，000名员工，我们的主要生产区域在新加坡和奥地利。我们的业务市场主要分为两个部分:一个是CCC，主要是消费和通信业务。二是AIM，主要用于汽车、医疗、工业业务。刚才讲了光电子的半导体龙头企业。我们非常专注于传感器，尤其是与光电子相关的传感器。一个是光学传感器，另一个是成像传感器。消费电子产品中使用的耳机上的传感器也有半导体解决方案，如抗噪声耳机。还有专业的位置感应、环境感应、流量感应，都有很多行业的应用产品和经验。传感器技术和产品的经验主要得益于我们这几年更多的并购。近年来，我们收购了许多企业，包括在3D软件和CMOSIS领域拥有领先光学传感技术的企业，主要用于机器视觉领域的高性能成像。Heptagon还制造光学和半导体晶圆级器件。在过去，我们对技术先进的企业进行了许多并购，充分整合和吸收他们，以促进他们进入不同的市场，无论是消费市场还是汽车市场。我来讲一些一些技术应用在汽车上的案例。成像和光学的产品和技术近年来有了突飞猛进的发展，尤其是在应用层面。近年来，消费级3D的发展非常火热。最近一年生产的高端手机都是用于3D传感，涉及相应的半导体技术，包括光源、接收器、晶圆级光源器件。我们是世界上唯一一家提供全套关键半导体技术的公司。3D的技术会逐渐从消费行业迁移到其他方面，其中一个就是从手机到智能家居、智能楼宇、安防，涉及到手势识别，也可以通过3D技术实现。包括个人化住宅功能和所有者的识别，包括对住宅中特定物体的距离检测等。从消费级到工业级，我们会逐渐发现3D在汽车上会有哪些应用。刚才郭老师提到，在自动驾驶方面，尤其是L3和L4以上，激光雷达已经成为必不可少的系统，但是问题现在挑战很大，一是要通过车规，二是成本要下来，所以才会大规模使用。如何做到这一点，业界还没有给主机厂现成的答案。在这里，我们还介绍了我们的半导体方案，以实现纯固态激光雷达，并以相对较低的成本大规模使用它。现在我们已经和业内很多做激光雷达系统的公司做了全面的合作。3D在汽车上的应用，除了激光雷达了解环境信息和排序，包括对驾驶室内驾驶员的监控和识别，以及对驾驶员手势的检测，也是2D和3D的应用。此外，还涉及到投射。给汽车增加凉意的应用是智能投影，在地面上投影出大范围的高清图案，可以作为欢迎车主上车的欢迎应用，也可以用于安全方面，比如投影一个转弯图案或者倒车图案，提醒相关道路的用户我的车需要变道或者转弯。这是我们汽车通过现有3D技术进行应用开发的几个典型例子。总结起来，ams半导体业务主要围绕四个应用:一是激光雷达上的关键光源和光学技术；第二，人机交互，驾驶员监控，驾驶员识别；三、相对专业化的传感领域，位置传感，新能源趋势中的位置传感也会有一些新的应用，比如电机位置传感器，电气管理中使用的电流传感器，这是新四化和新能源带来的，我们更好的技术也可以应用。最后一块是投影照明，我刚才也提到了。这是我们比较关注的四块，未来会有很大的发展和很大的潜在应用。今天，我将更详细地介绍雷达。今天的主题也和自动驾驶有关。激光雷达是自动驾驶不可或缺的一部分。在雷达上，我们将相应地使用ams方案、VCSEL阵列技术和相应的驱动程序。我简单介绍一下激光雷达。我想在座的各位对激光雷达有更好的理解。L3级以上，尤其是L4级以上的激光雷达自动驾驶，是必不可少的系统。应用中有几大应用，包括高速公路上的自动驾驶，城市车辆拥堵时的辅助，包括停车时的自动泊车。还有城市自动驾驶等。这些主要应用是L3和L4自动驾驶的典型应用，将需要激光雷达。但是到目前为止，还没有一个成本低，通过规则的激光雷达系统，郭老师提到的一些产品也没有达到这个水平。刚刚介绍了机械转镜雷达的原理，这种雷达常见于激光雷达，现在也用在测试车上。它是通过有一个旋转的镜源将光源扫描到整个视场中，并接收反射市场的信息来判断整个市场是否被占领等等。这是在测试车上的大规模应用。但是没有办法应用量产车，因为成本高，而且很难监管车。第二类是针对短距离的，这里可以有激光雷达系统比如闪光灯。原理是通过光源阵列看整个市场。通过接收阵列，很多人可能用SPAD阵列接收信息，实现信息捕获，只能针对短距离。如果超过150米或者200米，就没有办法通过这种方式实现前面的应用。三是做一个纯固态激光雷达，需要做到低成本，通过交通法规。我们提出的方案是采用可寻址VCSEL阵列光源技术。原理是光源还是类似闪光灯光源。它在正面逐行逐列寻址，通过逐行发射光源扫描空间。从它前面发出的光的功率非常大。我们有大功率VCSEL技术来发射，然后接收信息，通过这个方法来实现纯固态激光雷达。这样可以降低成本，降低难度，是实现固态激光雷达非常关键的底层技术。说到固态激光雷达，我们有相应的技术。对于其他激光雷达，整个激光雷达行业提出了不同的方案，包括固态激光雷达和MEMS激光雷达。整个基本结构就是要有光源，控制光源，驱动发射。这里一般有两种方式发射光源:一种是边发射，另一种是VCSEL。目前，边缘发射器广泛应用于机械旋转激光雷达中。但未来会因为对应的侧边发射器而有一些障碍需要克服，比如组装的难度，然后它的效率会大大提高。VCSEL是实现光源阵列规模化生产，达到汽车级别的好方法，所以是光源的选择。我们的ams半导体主要是VCSEL解决方案。接收，传统的PIN方法是AIR，机械的APD方法，还有SPAD也是比较好的方法。纯固态激光雷达没有光源扫描组件，这个组件完全去掉了。如果机械激光雷达或MEMS激光雷达也有光速扫描的成分，无论是用MEMS阵列镜还是机械阵列镜实现。不同的激光雷达使用不同的组合。为了实现固态激光雷达，我们认为可以利用VCSEL和相应的组合SPAD，再加上适当的驱动来实现固态激光雷达。我们可以用VCSEL代替普通的边缘发射技术。这是典型的VCSEL技术和边发射激光技术在激光雷达中的应用。从放大的角度来看，VCSEL具有……明显的优点，包括VCSEL明显优于发射机。同时人眼是安全的，这在应用中是必须的。VCSEL相对于边缘发射体有明显的优势。我们与激光雷达制造商和系统制造商有密切的合作，使用VCSEL作为光源。实现固态激光雷达的关键基础技术是可寻址激光垂直腔面发射激光器阵列。如果存在由单个阳极驱动的VCSEL阵列，它是不可寻址的，并且整个阵列同时发光。接收同时也是接收。这是闪光灯，相对适合短距离。如果它是可寻址的，每一行和每一列都有一个阳极，可以逐行逐列地观察光源。每一行、每一列的光源功率足够高，足够远，可以实现激光雷达的应用。从逐行扫描到逐列扫描，可以在两个地方寻址，可能根据块的多少，甚至一次点亮一个点。通过充分利用可寻址的优势，可以分别捕获和分析每个点和每个单元块的信息。底层技术大概解释了这一点。听起来很直观的一种方式，以前没有实现过，因为VCSEL很难做到高功率，因为以前用于光通信和手机，以前功率比较低，很难满足汽车和激光雷达对远距离的要求。Ams收购普林斯顿光电，普林斯顿光电拥有高功率VCSEL技术，可以实现高功率。发射角度比较小，拍摄距离100多米。现在最好能做到150米到200米的距离，符合远距离激光雷达的应用。同时，面阵VCSEL的一个点可以达到5万个点，每个点可以达到0.1W到1W，甚至1.5W，整个面阵发出的功率非常高。所以发出去的功率很高，而且是一行行发出去的。假设有100条线，每条线也有很高的功率。有了这些优势，固态激光雷达的实现就是没有阵列镜的纯固态，然后成本大大降低。几个月前，我们发布了一份新闻稿，我们与Ibeo和ZF在激光雷达方面进行了全面合作。2021年前会有量产产品。同时，我们与其他激光雷达合作伙伴有一些深入的合作。无论在国内还是国外，我们都认为这项技术是非常关键的创新，可以用成本相对较低的激光雷达来实现。除了激光雷达，我们还在舱内做光学和成像传感器，其中一个是驾驶员监控，涉及手势识别和单点距离检测。单点距离检测可以作为一个有趣的应用来知道司机的头在哪里。如果发生交通事故，如何启动安全气囊，就是要知道驾驶员头部的准确位置，达到安全气囊的最佳效果。通过单点距离检测，这是一个有趣的应用。第二是我们对司机状态的监控。这就是我们现在可以在方向盘上增加相应的光电传感器。还有就是对驾驶员生命体征的检测，对驾驶员离手的检测。刚才广汽郭部长提到，Tier 1或者供应商要提供一个系统，准确的知道驾驶员的状态，脱手检测是一个很重要的指标。无论驾驶员的手是控制在方向盘上还是完全离开方向盘，整个ADAS系统是否需要启动或调整，都是一个非常重要的传感器输入。智能投影就是借助车外灯(装饰灯)投射大型图案。关键技术是晶圆级技术，微透镜阵列，在一个1×1的正方形上投射几十个相同的图案，然后把相同的图案叠加在地面上，使整个图案在大面积上保持非常清晰均匀，然后效果非常好，无论白天还是晚上。比较适合酷炫的迎宾亭，大面积的转角投影或者倒车范围的投影，或者汽车的投影。行人过马路时，当时没有斑马线，斑马线是投影让行人通过的。这些都是应用技术可以实现的更好的智能驾驶或者先进的下一代智能汽车的应用。今天在这里主要介绍一下。谢谢大家！

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