3D传感应用全面爆发 ams提供全套解决方案

3D传感为动作捕捉、三维建模、VR/AR、室内导航与定位等多种痛点型应用打开了局面。自去年iPhone X首次引入3D传感技术，基本上3D传感一出场，就艳惊四座。于5月11日举行的第四届中国半导体行业协会 MEMS 分会市场年会上，ams VCSEL 3D 应用技术资深应用工程师徐冰博士发表的关于ams 3D传感解决方案的演讲引起强烈关注。

ams VCSEL 3D 应用技术资深应用工程师徐冰博士发表演讲

咨询机构Yole Développement预测，受益于消费电子市场可以预见的爆发式增长，3D成像与传感市场将从2016年的13亿美元增长至2022年的90亿美元。

3D摄像头主要有三条主流技术路线：飞行时间（TOF，Time of Flight）、结构光（structured light）和双目视觉技术（Stereo Vision）。三种技术各有千秋，但目前前两种应用较多。结构光深度图像分辨率比较高，TOF抗干扰性好视角更宽，双目方案成本较低。ams能为三种主流方案提供核心的元件，包括VCSEL、晶圆级光学元件(WLO)、衍射光学元件(DOE)等。

这次的演讲主要关注ams的以下技术：

一流的 VCSEL 技术

结构光技术方案

TOF技术方案

3D摄像头产业链与传统摄像头产业链相比主要新增加“红外光源+光学组件+红外传感器”等部分，其中最关键的部分就是红外光源，我们就从这三种方案都不可或缺的红外光发射器VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔表面发射激光器）说起。

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VCSEL技术：红外光源的不二选择

✔ 红外光源由LED向VCSEL转变是必然趋势

3D摄像头技术通常使用红外光来检测目标，早期一般都使用LED作为红外光源。但LED不具有谐振器，导致光束更加发散，在耦合性方面也不如VCSEL。而VCSEL在精确度、小型化、低功耗、可靠性方面都更有优势，所以现在常见的3D摄像头系统一般都采用VCSEL作为红外光源。

✔ 收购Princeton Optronics，扩展3D传感实力

ams于2017年收购VCSEL技术主要玩家之一的Princeton Optronics，强化供应链能力。同时与国内的一些模组厂合作，扩大市场占有率和应用版图。

✔ ams VCSEL优势

效率高达65％

最小pitch 18μm：更高分辨率和更低成本

较高的工作温度上限：在100℃下依然能高效工作，工作温度上限为150℃

高可靠性、使用寿命长

功率密度高：超过3.5kW/cm2

各种形式因素的设备记录功率：100W-单个器件，1kW-一块5×5毫米芯片上的VCSEL阵列

国内最先进的研究和中试生产设施

VCSEL是一系列产品和技术的核心，为智能手机、移动设备、智能家居、车联网、医疗和通信市场提供广泛应用。

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主流技术之结构光方案

结构光3D成像的原理是首先将结构光投射至物体表面，再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案，由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形，故可以试图通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息。结构光方案优势在于技术成熟，深度图像分辨率比较高，缺点是容易受光照影响。

ams能为结构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阵列领域拥有领先优势。

✔晶圆级光学元件(WLO):在基于结构光技术的3D成像中需要WLO将光束进行匀光、分束均匀地分布投射至周围环境中。ams在技术壁垒很高的WLO领域有15年的制造经验。

✔ 衍射光学元件(DOE): 利用光的衍射原理，将点光源转换为散斑图案，使得激光最终在物体表面上的落点产生位移，从而能够计算出其深度信息。ams拥有强大的DOE设计能力与制造经验。

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主流技术方案之TOF方案

TOF的原理是发射一束经过相位调制的红外激光到被测物体，当红外激光被反射回摄像头，会因为光飞行时间的延迟，导致相位跟发射时的相位有微小的变化，通过计算相位的变化，就可以计算出被测物体到摄像头之间的距离。TOF方案抗干扰性能好，视角更宽，不足是深度图像分辨率较低。

ams同样能提供具有市场竞争力的TOF解决方案：

✔高度先进的光学封装：基于晶圆级封装技术✔TOF传感芯片：高性能、高可靠性、低功耗✔ 一流的VCSEL激光器

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ams先进的集成式光学系统集成了世界上最先进的3D传感关键元件，同时能结合ams的高度先进的光学封装，实现最佳性能。

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ams 3D传感产品组合

ams为结构光、TOF和双目方案提供支持

3D传感将迎来全面的应用爆发，ams能为市场提供全套的3D传感解决方案。徐冰博士表示：“ams能提供一流的VCSEL激光器、WLO、DOE、光传感器，还有基于结构光技术、TOF技术和双目技术的完整的3D感测解决方案，致力于实现自动化机器人、智能家居、物联网AR/VR、智能家居和游戏等领域的应用。”