3D傳感為動(dòng)作捕捉、三維建模、VR/AR、室內(nèi)導(dǎo)航與定位等多種痛點(diǎn)型應(yīng)用打開(kāi)了局面。自去年iPhone X首次引入3D傳感技術(shù)，基本上3D傳感一出場(chǎng)，就艷驚四座。于5月11日舉行的第四屆中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì) MEMS 分會(huì)市場(chǎng)年會(huì)上，amsVCSEL 3D應(yīng)用技術(shù)資深應(yīng)用工程師徐冰博士發(fā)表的關(guān)于ams 3D傳感解決方案的演講引起強(qiáng)烈關(guān)注。

amsVCSEL 3D應(yīng)用技術(shù)資深應(yīng)用工程師徐冰博士發(fā)表演講

咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Yole Développement預(yù)測(cè)，受益于消費(fèi)電子市場(chǎng)可以預(yù)見(jiàn)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，3D成像與傳感市場(chǎng)將從2016年的13億美元增長(zhǎng)至2022年的90億美元。

3D攝像頭主要有三條主流技術(shù)路線：飛行時(shí)間（TOF，Time of Flight）、結(jié)構(gòu)光（structured light）和雙目視覺(jué)技術(shù)（Stereo Vision）。三種技術(shù)各有千秋，但目前前兩種應(yīng)用較多。結(jié)構(gòu)光深度圖像分辨率比較高，TOF抗干擾性好視角更寬，雙目方案成本較低。ams能為三種主流方案提供核心的元件，包括VCSEL、晶圓級(jí)光學(xué)元件(WLO)、衍射光學(xué)元件(DOE)等。

這次的演講主要關(guān)注ams的以下技術(shù)：

一流的 VCSEL 技術(shù)

結(jié)構(gòu)光技術(shù)方案

TOF技術(shù)方案

3D攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈與傳統(tǒng)攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈相比主要新增加“紅外光源+光學(xué)組件+紅外傳感器”等部分，其中最關(guān)鍵的部分就是紅外光源，我們就從這三種方案都不可或缺的紅外光發(fā)射器VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔表面發(fā)射激光器）說(shuō)起。

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VCSEL技術(shù)：紅外光源的不二選擇

?紅外光源由LED向VCSEL轉(zhuǎn)變是必然趨勢(shì)

3D攝像頭技術(shù)通常使用紅外光來(lái)檢測(cè)目標(biāo)，早期一般都使用LED作為紅外光源。但LED不具有諧振器，導(dǎo)致光束更加發(fā)散，在耦合性方面也不如VCSEL。而VCSEL在精確度、小型化、低功耗、可靠性方面都更有優(yōu)勢(shì)，所以現(xiàn)在常見(jiàn)的3D攝像頭系統(tǒng)一般都采用VCSEL作為紅外光源。

? 收購(gòu)Princeton Optronics，擴(kuò)展3D傳感實(shí)力

ams于2017年收購(gòu)VCSEL技術(shù)主要玩家之一的Princeton Optronics，強(qiáng)化供應(yīng)鏈能力。同時(shí)與國(guó)內(nèi)的一些模組廠合作，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率和應(yīng)用版圖。

?ams VCSEL優(yōu)勢(shì)

效率高達(dá)65％

最小pitch 18μm：更高分辨率和更低成本

較高的工作溫度上限：在100℃下依然能高效工作，工作溫度上限為150℃

高可靠性、使用壽命長(zhǎng)

功率密度高：超過(guò)3.5kW/cm2

各種形式因素的設(shè)備記錄功率：100W-單個(gè)器件，1kW-一塊5×5毫米芯片上的VCSEL陣列

國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的研究和中試生產(chǎn)設(shè)施

VCSEL是一系列產(chǎn)品和技術(shù)的核心，為智能手機(jī)、移動(dòng)設(shè)備、智能家居、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療和通信市場(chǎng)提供廣泛應(yīng)用。

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主流技術(shù)之結(jié)構(gòu)光方案

結(jié)構(gòu)光3D成像的原理是首先將結(jié)構(gòu)光投射至物體表面，再使用攝像機(jī)接收該物體表面反射的結(jié)構(gòu)光圖案，由于接收?qǐng)D案必會(huì)因物體的立體型狀而發(fā)生變形，故可以試圖通過(guò)該圖案在攝像機(jī)上的位置和形變程度來(lái)計(jì)算物體表面的空間信息。結(jié)構(gòu)光方案優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟，深度圖像分辨率比較高，缺點(diǎn)是容易受光照影響。

ams能為結(jié)構(gòu)光方案提供核心元件：

? VCSEL:一流的VCSEL激光器，在大功率VCSEL/多VCSEL 3D陣列領(lǐng)域擁有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

?晶圓級(jí)光學(xué)元件(WLO):在基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的3D成像中需要WLO將光束進(jìn)行勻光、分束均勻地分布投射至周?chē)h(huán)境中。ams在技術(shù)壁壘很高的WLO領(lǐng)域有15年的制造經(jīng)驗(yàn)。

?衍射光學(xué)元件(DOE):利用光的衍射原理，將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為散斑圖案，使得激光最終在物體表面上的落點(diǎn)產(chǎn)生位移，從而能夠計(jì)算出其深度信息。ams擁有強(qiáng)大的DOE設(shè)計(jì)能力與制造經(jīng)驗(yàn)。

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主流技術(shù)方案之TOF方案

TOF的原理是發(fā)射一束經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的紅外激光到被測(cè)物體，當(dāng)紅外激光被反射回?cái)z像頭，會(huì)因?yàn)楣怙w行時(shí)間的延遲，導(dǎo)致相位跟發(fā)射時(shí)的相位有微小的變化，通過(guò)計(jì)算相位的變化，就可以計(jì)算出被測(cè)物體到攝像頭之間的距離。TOF方案抗干擾性能好，視角更寬，不足是深度圖像分辨率較低。

ams同樣能提供具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的TOF解決方案：

?高度先進(jìn)的光學(xué)封裝：基于晶圓級(jí)封裝技術(shù)?TOF傳感芯片：高性能、高可靠性、低功耗? 一流的VCSEL激光器

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ams先進(jìn)的集成式光學(xué)系統(tǒng)集成了世界上最先進(jìn)的3D傳感關(guān)鍵元件，同時(shí)能結(jié)合ams的高度先進(jìn)的光學(xué)封裝，實(shí)現(xiàn)最佳性能。

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ams 3D傳感產(chǎn)品組合

ams為結(jié)構(gòu)光、TOF和雙目方案提供支持

3D傳感將迎來(lái)全面的應(yīng)用爆發(fā)，ams能為市場(chǎng)提供全套的3D傳感解決方案。徐冰博士表示：“ams能提供一流的VCSEL激光器、WLO、DOE、光傳感器，還有基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)、TOF技術(shù)和雙目技術(shù)的完整的3D感測(cè)解決方案，致力于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)器人、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)AR/VR、智能家居和游戲等領(lǐng)域的應(yīng)用。”