单光子雪崩二极管（SPAD）面阵传感器主要应用在直接飞行时间（dToF）3D传感领域，世瞳微另辟蹊径，对SPAD面阵的成像特性进行了探索，此次发布的芯片型号为HHC0101， 分辨率120 x 120像素， 传感器尺寸为1/3英寸，具有高感度、低暗噪声、天然高动态等特性，可用于RGB彩色成像，在暗光和高动态场景等场景下，相比传统CMOS图像传感器（CIS）具备优势。

世瞳（上海）微电子科技有限公司（以下简称“世瞳”）近日发布了其第一款SPAD面阵芯片原型（Single Photon Avalanche Diode, SPAD）：HHC0101，并展示了HHC0101用于彩色成像的Demo效果，在HDR场景中，HHC0101成像的动态范围表现，远超常规CMOS图像传感器。

目前SPAD面阵的主要应用领域为dToF 3D传感，其单光子雪崩效应配合高精度的时间数字转换器（TDC，10~100ps级别精度），提供了超高的灵敏度以及时间分辨能力，使得SPAD dToF成为3D传感领域最具潜力的技术。在消费电子领域，苹果于2020年在iPad Pro及后续的iPhone Pro机型上陆续搭载了SPAD dToF传感器（Lidar Scanner），开创了先河，未来有望在AR/VR领域迎来爆发；在车载领域，已有多家头部激光雷达厂商将目光瞄准了SPAD面阵，尤其是去年Sony发布了车载激光雷达专用的SPAD dToF传感器 IMX459，将大大加速SPAD在激光雷达领域的商业落地。

除了3D传感，SPAD也可以用于2D成像。2021年，Sony和Canon分别发表了学术论文，展示了SPAD面阵用于2D成像的效果，引起了业界广泛关注。

世瞳本次发布的SPAD面阵芯片HHC0101，其分辨率为120 x 120像素， 光学靶面尺寸为1/3英寸。HHC0101展现了不错的RGB成像效果，如图2所示。在HDR场景设置中，高亮的LED灯珠与标准24色卡中的黑色色块和黑色字体部分的亮度比例超过了96dB，而常规CIS单帧的动态范围（Dynamic Range）一般在60dB左右。通过对比可以发现，普通相机拍摄的图片中，高亮的LED灯珠对应的像素由于饱和而连成了一片，而HHC0101拍摄的图片中，LED灯珠部分SPAD像素并未饱和，灯芯清晰可见，如图3所示。

图3 HDR场景图片，右上角为高亮的LED灯珠：a) HHC0101所拍摄，LED部分未过曝；b）工业相机拍摄，10ms曝光，LED部分已严重过曝溢出；c）工业相机拍摄，为使LED部分像素不过曝，曝光时间为0.1ms。

据悉，世瞳是国内首家探索SPAD面阵传感器在成像领域应用的公司。通过搭建基于HHC0101的成像系统Demo，积累了关于SPAD成像的宝贵Knowhow，并计划在下一颗芯片中合入优化设计，包括小像素、分辨率、DCR、DeadTime、PRNU以及时序控制等，进一步提升SPAD面阵的成像能力。