关于苹果新款iPad Pro激光雷达中的DOE

采访背景：衍射光学元件（DOE）是微光学元件的典型代表，也是3D传感和成像系统的核心元件，但全球具备DOE设计和量产制造能力的厂商屈指可数。成立于1994年的德国企业CDA GmbH（以下简称：CDA），在2005年进入微光学技术领域，掌握着DOE核心技术，并具备根据客户需求定制开发微光学元件的强大实力和丰富经验。

今年9月10日和9月24日，CDA将出席『第二十九届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』和『第三十届“微言大义”研讨会：3D视觉技术与应用』，与中国观众分享CDA在汽车和消费电子领域的最新进展和成功案例。在此之前，麦姆斯咨询与CDA首席技术官Dr. Nicolaus Hettler（以下简称：Nicolaus）、业务开发总监Mrs. Pia Harju（以下简称：Pia）进行了视频采访。以下是采访内容的整理，希望能让中国客户获取有关CDA的更多信息。

CDA首席技术官Dr. Nicolaus Hettler

麦姆斯咨询：非常感谢CDA接受麦姆斯咨询的采访！首先，请您向大家介绍CDA的基本情况、发展历程和企业文化（DNA），谢谢！

Nicolaus：非常感谢麦姆斯咨询提供的采访机会！CDA成立于1994年，以制造光盘（CD）起家。从2005年起，经过对CDA未来业务方向和核心竞争力的深入思考后，我们选择了两个方向作为CDA今后的核心业务。第一个是主要面向汽车娱乐信息系统等应用的SD存储卡、微型SD存储卡和固态硬盘（SSD），即CDA闪存介质解决方案（CDA Flash Media Solutions）业务单元。第二个就是我们今天讨论的CDA微纳光学解决方案（CDA Micro-functional Solutions）业务单元。2008年左右，基于高分子聚合物（Polymer）的晶圆级微光学元件（WLO）进入量产阶段。我们选择的衬底材料为聚合物，可以满足不同客户的定制要求（我们的客户群中，需求量少则一年仅40片，多则每周10万片）。

提及CDA企业文化，回顾过去，您可以看出CDA是一家非常灵活、勇于革新自我的企业。我们不断地审视过去，展望未来：“未来应用会有什么？市场需求是什么？我们可以为未来做出怎样的贡献？”同时，我们试图为客户做超前的筹划，竭力全力为客户思考各种创新性方案，旨在让客户满意！在微光学领域，不论是过去还在现在甚至未来，都充满了挑战。我们始终会与客户一起，不断思考，以最具成本效益的方法开发出创新性解决方案！

CDA旗帜上彰显企业文化

麦姆斯咨询：据我们了解，CDA主要业务有CDA闪存介质解决方案（CDA Flash Media Solutions）、CDA微纳光学解决方案（CDA Micro-functional Solutions）。请您详细介绍上述板块的业务情况。

Nicolaus：事实上，CDA有三块业务：CD压制业务（Impressing Solutions）、CDA闪存介质解决方案、CDA微纳光学解决方案。CD业务是CDA最早开展的业务，目前业务占总营收的比例逐渐减少。CDA闪存介质解决方案主要面向汽车导航和其它车内应用系统。CDA微纳光学解决方案，也就是我们如今所指的微光学元器件业务，目前占CDA营收的第二位。但我们相信，随着微光学元件业务的快速增长，两者的营收差距会越来越小，最终CDA微纳光学解决方案会成为我们营收的“大当家”！

麦姆斯咨询：CDA微纳光学解决方案主要提供光学元件、微流控和相关材料。全球掌握衍射光学元件（DOE）技术的厂商屈指可数。请谈谈造成这种局面的原因是什么？

Pia：CDA进入DOE制造领域的时间比较早，当然还有一些企业比我们更早进入该领域。但是，大部分DOE厂商都是采用玻璃作为衬底材料，带来的问题是产量不高。我们看到现在还有一些企业进入该领域，但能采用纯聚合物制造DOE的厂商非常少。CDA是第一家采用高分子聚合物实现晶圆级制造并量产的厂商。高分子聚合物作为衬底材料制造DOE，质量轻，安全性高，性能好，但对工艺制程要求极高，非常具有挑战性。正是CDA在正确的时机，选择了正确的材料，并摸索出一套正确的工艺流程，我们才取得了现在的成功！

麦姆斯咨询：CDA衍射光学元件（DOE）可以提供哪些功能？目前主要面向哪些应用领域提供产品？

Pia：CDA能够为客户提供非常完善的服务。从设计咨询、原型制造，到量产服务，还可以提供材料测试、光学测试、可靠性测试等所有服务。

目前，CDA主要面向三种应用提供产品：消费电子、汽车、工业。在消费电子领域，我们提供的微透镜阵列（MLA）、DOE（具备激光光束分束、匀束、准直、偏离等各种功能）、线型发生器、图案发生器、漫散扩散元件等，主要用于增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、混合现实（MR）以及人脸识别等各种应用中。在汽车领域，不论是车内还是车外的3D传感应用，如手势识别和激光雷达，都会用到DOE或diffuser。在工业领域，机器人、3D计量、距离测量和位置计算、物体表面缺陷检测等，也需要用到上述元器件。

麦姆斯咨询：与客户合作实现DOE解决方案时，在设计、制造、材料选择、封装、物流等环节，CDA可以为客户提供哪些标准服务和定制性服务？

Pia：当提出概念和设想时，我们或许会觉得一款标准产品就能满足要求；但一旦上量，就会出现各种问题，导致整个光学系统无法有效工作。对CDA来讲，从光学设计到量产制造，都必须对客户的光学系统有深刻理解。除此以外，我们能够为客户提供定制化服务，是因为除了光学参数规范，我们还对客户产品的其它需求也有深刻理解，比如：采用什么光源？探测距离要求是多少？留给微光学元件的空间尺寸是多少？光源与微光学元件之间还有其它元件吗？投影角度要求是什么？探测器分辨率是多少？在什么环境条件下使用？……当我们理解客户的具体需求后，才能为客户的定制化系统提供最适合的微光学元件，而且是独一无二的定制化服务。

CDA为客户设计和制造的每一款微光学元件都各具特色

Nicolaus：根据不同行业客户的需求，我们提供个性化物流服务。比如，汽车行业的客户选择寄售库存（consignment stock）的方式，将货物寄放于CDA或其工厂内；消费电子行业的客户会有缓冲库存（buffer stocks）的要求，我们可以提供除设计、生产以外的所有行政后勤事务的定制化服务。现代工业标准就是CDA遵守的标准。虽然每家客户都会有特殊要求，我们都会尽力去满足。灵活满足客户要求，让客户感受到与CDA合作是愉快且顺畅的。

CDA仓库可提供9000个托盘空间

麦姆斯咨询：根据客户的需求进行定制化服务是CDA的特色。请问从客户需求引入到实现量产的周期是多久？CDA如何高效保证不同需求量（small volume，serial production，mass manufacturing）客户产品的上市时间（Time to Market）？

Nicolaus：目前，CDA微光学元件产能已经达到每年1.5亿件。根据不同客户的需求量，我们均可以提供相应的服务。而关于上市时间（Time to Market），不同行业，差异巨大。消费电子产品需求量大，产品迭代速度快，认证周期短，大概3个月即可完成。而汽车电子产品的情况则完全不同，需求量相对消费电子产品少很多，上市时间大概为12-18个月。工业电子产品的上市时间介于前两者之间，在6~12月之间；需求量也介于前两者之间。当然不同地区不同客户的要求也存在较大的差异。

CDA为不同需求量客户提供灵活的产能服务

麦姆斯咨询：在消费电子领域，随着3D摄像头在智能手机上的应用普及，对DOE和扩散片的需求也出现急剧增长；同时，AR头戴显示（HMD）也是DOE的重要应用。能否谈谈您对消费电子市场的观点？

Pia：消费电子市场对微光学元件的需求增长速度令人印象深刻，CDA非常重视消费电子市场。我们看到消费电子产品中的元器件尺寸越来越小，集成度越来越高，性能也越来越优异，在设计时就需要综合考虑其它光学器件（如光源）、电路芯片和传感器。

Nicolaus：目前消费电子业务营收占CDA微纳光学解决方案业务总营收的50%以上。这块业务的重要性对CDA来讲是不言而喻的，不过我们也不会减少对其它应用市场的关注。比如，我们看到很多过去用于消费电子产品的解决方案开始融合到汽车和工业应用中，如驾驶员行为监控、乘客人脸识别等。此外，我们非常看好AR头戴式可视设备（HMD）的市场前景。据我们了解，目前为AR头戴式可视设备提供的微光学元件主要采用玻璃或熔融石英玻璃作为衬底材料，CDA可以提供塑料衬底的微光学元件，质量轻且成本低。

麦姆斯咨询：智能手机已经迎来了飞行时间（ToF）模组爆发的时代，从结构光方案到ToF方案，对微光学元件（DOE、扩散片）的性能和成本要求提出了哪些挑战？

Pia：在我看来，会带来以下几个方面的挑战：（1）对视场角（FOV）要求的提高，以前45°即可满足要求，而现在的要求是90°甚至100°；（2）对人眼安全的要求更为严格；（3）持续降低功耗，系统中的元件数量增加会造成整体功耗增加，因此更需要控制单个元件的功耗水平；（4）提高效率的需求。

为此，CDA会从以下几个方面提供解决方案，不仅能降低成本，还能提升系统性能：（1）提高单个微光学元件的衍射效率；（2）将多项功能集成于一片微光学元件，比如单个元件集成了衍射光学元件和反射光学元件、DOE设计时增加准直功能、取消背面的ITO设计（ITO成本高，还有开裂风险）。

Nicolaus：在智能手机领域，dToF解决方案希望得到更远的测量距离（从3米增加到5米），这是我们看到的另外一个挑战。我们已经和客户开展了dToF解决方案的合作，但暂时不方便透露太多的信息。当然，如果还有客户希望开发dToF解决方案，我们以开放的态度合作共赢！

麦姆斯咨询：2020年苹果发布了新一代的iPad Pro，基于直接飞行时间（dToF）技术的激光雷达扫描仪是这款平板电脑的最大亮点。激光雷达扫描仪采用了DOE元件进行点阵发射，每个点覆盖约1° x 1°的范围。这款产品在业界引起了巨大轰动，对DOE厂商会产生哪些影响？

Pia：首先，苹果iPad Pro的dToF激光雷达扫描仪设计并非全新的创新，这是存在数十年的技术。苹果作为消费电子舞台聚光灯下的主角，将这项激光雷达技术带进了大众视野。其实，CDA对这款dToF激光雷达扫描仪中DOE的研究和生产已有多年的经验。

苹果新款iPad Pro激光雷达中的DOE

Nicolaus：过去，dToF激光雷达扫描仪体积较大，苹果创新性地将其微型化并带入了千家万户。2009年微软发布体感周边外围设备Kinect，颠覆了游戏的人机交互方式，iPad Pro与Kinect为消费电子产品带来的创新意义一样重大！但DOE并不是才出现的元件，早在二十世纪六七十年代就已问世。不过很多客户会对此表示兴趣，常常会提出过于严格的参数规范。这时，我们会与客户探讨产品最重要的要求是什么，需要重点关注哪些参数，可以放宽哪些参数规范。因为客户也不希望DOE的定制价格高到几百欧元或几百美元。因此，我们与客户合作开发产品时，首先从技术角度判断，确定一套满足产品需求且合适的参数规范；当然，可制造性、在短期内可量产、具有成本效益，这些也是重要的考虑因素。

麦姆斯咨询：请您介绍微光学元件会出现在汽车上的哪些模组或系统中？

Nicolaus：首先我们谈谈微光学元件的主要车内应用。最典型的应用就是AR HUD（增强现实抬头显示），在驾驶人视线区域内合理、生动地叠加显示一些驾驶信息，并结合于实际交通路况中。这项技术并非新技术，在飞机上已使用多年，但对于汽车应用来讲还需要一些时日才能成熟。其次，驾驶员行为监控系统也是微光学元件的先进应用之一，这套系统可以观察驾驶员的状态——打瞌睡了，亦或是疲惫了（眼皮耷拉着）。第三种车内应用就是乘客人脸识别系统——乘客数量是多少？哪些乘客进入了车内？这些乘客是否被允许进入？

接着我们谈谈微光学元件的主要车外应用，用于障碍物识别的激光雷达是非常重要的应用。此外，还有一种很有趣的应用，比如：当你打开车门，在你将要经过的地面上投影出一条灯光地毯，地毯上出现特定的logo等图形或字样。如今，汽车的前灯和尾灯设计水平越来越高，尤其是中国车企的车灯设计感越来越强，MLA则是重要的光学元件之一。

麦姆斯咨询：能否谈谈微光学技术在汽车激光雷达上的“角色”？您如何预测用于激光雷达的微光学元件的市场机遇？

Pia：在汽车激光雷达上，微光学元件的主要作用是“辅助”光源：校正光源、聚焦光源，目的是将光源指向正确的方向。不论是安全行驶，还是经济效益的驱动，自动驾驶都是过去几年和未来的热门话题。自动驾驶的实现依赖于更多先进元器件，微光学元件也会为自动驾驶技术成熟“保驾护航”。

麦姆斯咨询：目前CDA在中国已开展哪些业务？未来更看好中国哪些应用领域的市场潜力？

Pia：CDA在全球主要布局了三大块业务，这些业务均已在中国开展。我们在上海建立了一家合资公司，并组建了一支非常高效的销售团队。同时，CDA也有意在中国建立生产线，为中国客户提供更优质的服务。我们看到了中国市场的许多独特商机，比如刷脸支付、利用手势控制的智能电视、服务机器人等应用，这些应用在中国和亚洲其它地区的市场增幅大大超过了欧洲和美国等地区。因此，我们会为中国团队提供更多资源来开拓这个巨大的市场。未来，我们还会在中国继续招募人才，壮大CDA中国区团队力量。

Nicolaus：是的，在2018年和2019年，我几乎每个月都会来中国，最近一次到中国是今年1月。很期待疫情结束后能早点来到中国，与中国团队共事，与中国客户交流。中国有很多令人兴奋的合作机会，我们的团队已经深入参与了许多合作项目。

麦姆斯咨询：中国有句老话“天时地利人和”。在中国本土，已经成长出一些有竞争力的微纳光学元件和解决方案提供厂商，他们占据着“地利”和“人和”的优势。作为一家德国企业，您认为CDA的竞争优势是什么？CDA会采取什么战略来开拓巨大的中国市场？

Pia：CDA在中国开展业务的时间已经超过了十年，积累了与中国企业开展合作的丰富经验。值得一提的是，我们与中国企业的合作，尤其是DOE供货方面，已经获得了良好的业绩记录，这为CDA进一步开拓新业务领域打下了坚实的基础。当然，我们还会继续努力。未来，随着中国团队的壮大和生产线的建立，相信会吸引到更多的中国合作伙伴。

与Nicolaus一样，在新冠疫情爆发前，我也几乎每个月都会来中国。我们从中国学到了很多理念，比如“Time is money， efficiency is life”（时间就是金钱，效率就是生命）。
责任编辑:pj