3D视觉产业火热，核“芯”器件厂商成绩亮眼
2021-09-30 16:07:16   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

『第三十一届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』专题报道

——激光雷达和3D摄像头核“芯”器件进展

据麦姆斯咨询报道，无论是激光雷达（LiDAR）还是3D摄像头，都由光源、光束操纵元件和光电探测器构成，实现对目标的测距和成像。光束操纵元件包括MEMS微振镜、衍射光学元件（DOE）、光学相控阵（OPA）芯片等，光源涵盖LED（发光二极管）、EEL（边缘发射激光器）、VCSEL（垂直腔面发射激光器）和光纤激光器，而探测器包括雪崩光电二极管（APD）、单光子雪崩光电二极管（SPAD）、硅光倍增管（SiPM）、CMOS图像传感器、CCD图像传感器等。此外，3D视觉产业的火热，也吸引了3D视觉配套产业链的兴起，如VCSEL测试设备、纳米压印设备、胶粘材料和设备等。

2021年9月16日至17日，由麦姆斯咨询与贺戎博闻主办的『第三十一届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』在第23届中国国际光电博览会（2021 CIOE）同期举办。9月17日会议主题为《激光雷达和3D摄像头核“芯”器件》，由特邀嘉宾长光华芯副总经理、激光系统事业部总经理吴真林先生主持，长光华芯、芯视界、微视传感、艾迈斯欧司朗、远方信息、3M、纵慧芯光、老鹰半导体、灵明光子、思特威、炬佑智能、柯泰测试、仟目激光、Lumentum和睿熙科技等国内外激光雷达和3D摄像头核“芯”器件厂商及配套产业链厂商参与并发表了精彩演讲。

9月16日主题为《激光雷达和3D摄像头技术及应用》的研讨会新闻报道：中国3D视觉产业土壤丰沃，量产规模化应用开花结果。

9月17日主题为《3D视觉核“芯”器件：激光光源》的研讨会新闻报道：VCSEL技术与时俱进，迎接3D视觉黄金时代。

公开版演讲报告下载地址：https://www.memseminar.com/31/

『第三十一届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』会场座无虚席

3D视觉核“芯”器件：光束操纵元件

1．微视传感《基于MEMS扫描微镜的3D视觉技术》

微视传感副总经理程进先生介绍基于MEMS扫描微镜的3D视觉技术

微视传感副总经理程进先生简单介绍了MEMS扫描微镜的发展历程、不同驱动原理（静电式、压电式、电磁式）及其优缺点、基于MEMS扫描微镜的MEMS激光雷达工作原理（旁轴、同轴）。

目前，微视传感已开发出一维和二维静电式MEMS扫描微镜。基于自研的MEMS扫描微镜，又进一步推出基于MEMS微镜技术的编码结构光投射模组、3D深度相机以及激光雷达模组等3D感知硬件产品。

微视传感的MEMS扫描微镜芯片

程进先生向观众分析了3D结构光相机的工作原理：系统主要由MEMS结构光投射装置和工业相机组成，扫描时使用MEMS结构光投射装置向被测物体投射一组光强呈正弦分布的光栅图像，并使用工业相机同时拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图像；再利用拍摄得到的光栅图像，根据相位计算方法得到光栅图像的绝对相位值；最后根据预先标定的系统参数或相位高度映射关系，从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据。而微视传感掌握了其中MEMS扫描微镜芯片、结构光光机、控制电路和结构光算法等核心技术。

微视传感掌握的3D结构光相机核心技术

3D视觉核“芯”器件：光电探测器

1．芯视界《基于SPAD的dToF技术，未来3D传感应用的突破性技术？》

芯视界创始人兼首席执行官李成先生谈SPAD dToF技术的应用前景

芯视界创始人兼首席执行官李成先生首先分析了各种3D视觉技术的工作原理，指出单光子雪崩光电二极管（SPAD）因其超高灵敏的探测特性，并配合光脉冲直接飞行时间（dToF）测量的优势，已经逐步为消费、汽车、工业和安防等市场认可和接受。

dToF技术与iToF技术对比

接下来，李成先生展示了芯视界已推出的dToF传感器产品、性能及应用领域。（1）1D ToF产品：VI4300、VI4301是长距离、高性能、全集成激光测距芯片，其中VI4300是全球第一款也是目前唯一一款为扫地机等定制的激光测距量产芯片；VI5300是一款用于接近传感和激光对焦的传感器，内部集成VCSEL。（2）3D ToF产品：芯视界陆续推出了VI4310、VI4320、VI4330三款芯片，VI4330的单光子像素解析度达到了QVGA（320 x 240像素），这也是当时全球最大规模的3D dToF芯片，这三款芯片已经在安防监控、扫地机器人、AGV等领域方案落地，实现了小批量出货。芯视界正在开发全球最先进的基于背照式（BSI）工艺的单光子SPAD器件，采用堆叠工艺的3D dToF图像传感器，光电探测效率（PDE）大于20% @ 940 nm。李成先生用一系列视频对比dToF技术与iToF技术在室内外测试时对反射率差异较大、环境光干扰较大等情况下的实测效果，充分展现了芯视界dToF技术的前沿性和优势！

芯视界dToF传感器产品系列

2．灵明光子《dToF：未来数字化世界的慧眼》

灵明光子联合创始人、董事长兼首席执行官臧凯先生阐述公司三大产品线

灵明光子联合创始人、董事长兼首席执行官臧凯先生首先分享了对不同深度传感器的优劣势及应用场景的理解，基于灵明光子团队的SPAD技术积累，定义了dToF技术的两种产品形态：（1）SiPM（硅光倍增管，也称为多像素光子计数器，MPPC）；（2）SPADIS（SPAD面阵，基于TCSPC时间相关光子计数法），分别针对：（1）因探测对象移动速度较快、无法等待几千上万次回波信息、像素尺寸大、成像能力弱的汽车激光雷达和测距仪；（2）探测对象移动速度相对较慢、像素尺寸小、面阵成像需求高的3D摄像头和超高动态范围（UHDR）摄像头。

灵明光子dToF技术产品形态

臧凯先生向在场观众亮出了灵明光子打造的三大拳拳到肉的SPAD产品：硅光倍增管（SiPM）、有限点dToF芯片及模组、单光子成像阵列（SPADIS）及dToF模组。其中，SiPM主要面向汽车激光雷达、机器人和无人机等应用；有限点dToF芯片及模组适合极高能耗、对体积要求搞的测距避障需求，如智能手机、机器人和无人机等应用；SPADIS及dToF模组则是消费电子产品的最完美选择，适用于智能手机、安防摄像头和机器人等应用。

灵明光子的三大产品线

3．思特威《CMOS图像传感器助推3D视觉感知万物》

思特威工业和新兴传感器部副总裁金方其先生介绍公司概况

首先，思特威工业和新兴传感器部副总裁金方其先生介绍了成立十年的思特威所取得的成绩：安防监控应用领域市占率连续四年业内领先，2020年以34%的市占率位于行业之首；新兴机器视觉全局曝光图像传感器领域在2020年的市占率为41%。

思特威之所以得到业内重要合作伙伴的青睐，缘于其对CMOS图像传感器前沿技术的持续追求。（1）业内领先的低照成像技术：独有的SFCPixel™专利技术，提供更高的灵敏度以及更出色的夜视成像效果；（2）业内尖端的HDR（高动态范围）技术；（3）创新的近红外（NIR）增强技术，第二代技术不仅将量子效率（QE）提升了两倍，清晰度也同步提高；（4）不断迭代的“背照式（BSI） + 全局曝光（global shutter）”架构，2021年正在进行第三代产品的研发；（5）LED闪烁抑制（LFS）技术，能精准捕捉交通信号，是汽车应用的最佳选择。

思特威专利技术加持的低照成像技术

最后，金方其先生还介绍了思特威面向机器视觉推出的SmartGS系列，如用于无人机、扫地机器人、智能翻译笔、扫码识别设备的最高帧率达240 fps的SC035HGS、用于DMS的SC133GS、用于智能交通的SC910GS和SC410GS、面向高端工业场景的大靶面图像传感器SC2110。并介绍了思特威“新鲜出炉”的三款全新SmartGS-2系列图像传感器：SC350HGS、SC650HGS和SC950HGS，以高帧率无形变的清晰影像赋能3 MP~9 MP智能化应用工业相机。

思特威最新推出的SmartGS-2系列图像传感器

4．炬佑智能《mToF》

炬佑智能首席执行官刘洋先生分享对ToF技术的新理解

从事ToF行业多年，炬佑智能首席执行官刘洋先生在开场分享了自己的感受——ToF：Tough on Fun。这几年，3D视觉行业对ToF技术的关注度越来越高，但ToF技术的实际应用落地依然面临着非常多的困难。炬佑智能清楚地认识到iToF和dToF技术的优劣势，提出了mToF概念。mToF核心架构是融合iToF和dToF各自的最优组件和自研发动态模式验算，其分辨率性能、精度、成本、可配置度等达到最优，是未来长期发展的不二之选。

mToF核心架构和参数表现

尽管ToF产业困难重重，但刘洋先生表示来自消费电子、智能汽车、AR 　& VR、智能医美等应用浪潮不断涌来，未来可期。炬佑智能秉承“打造三位一体产品线和完整的系统解决方案”的理念，技术优势覆盖像素能力、矫正算法、行业IP积累等多方面，从集成电路（IC）、ToF系统、模组等构建多元场景的ToF全产品矩阵，目前已有多个落地案例。如智能照明产品，可通过ToF技术判断3D坐姿并捕捉其变化；4K高清视频会议摄像头，采用了炬佑智能的“Dragonfly”模组，其优越的产品增益效果已经得到顶级客户的价值认可，未来将进军汽车DMS系统；自动校正和用户探测的投影仪；实现3D ToF人脸识别、动态活体检测和对比等功能的智能门锁。

炬佑智能构建多元场景的ToF全产品矩阵

3D视觉核“芯”器件：配套产业链

1．远方信息《VCSEL光辐射检测技术及最新进展》

远方信息光电研究院副所长杨雄先生分析VCSEL光电测试方案

简单回顾了VCSEL典型应用案例之后，远方信息光电研究院副所长杨雄先生总结了VCSEL的几大特点：带宽极窄、光效高、光脉冲上升速度快、温漂小，因此VCSEL测试主要需考虑以下三个方面：光电特性测量、辐射分布测量、近场特性测量。

针对光电特性测量，远方信息推出了VTS-200 VCSEL光电测试分析系统，其光谱分辨率高达0.2 nm，采用VCSEL测量专用微秒和纳秒级脉冲电源（恒流型），测量动态范围大，适用于LIV曲线测量（阈值电流、微分电阻、斜率效率分析）等。针对视场角（FOV）和辐射分布测量，远方信息推出的VGS-200 VCSEL辐射角分布测量系统同步设计确保VCSEL在脉冲条件下实现辐射强度分布的测量，并配备FOV特性测量（不同距离），并达到人眼安全测定级别。针对近场特性测量，远方信息可一次性提供VCSEL的发光点数量、孔径大小、孔径数量、阵列尺寸等直接关系器件性能的表面特性测量结果。

远方信息推出的VGS-200 VCSEL测量系统

2．3M《自动驾驶：激光雷达、视觉镜头、MEMS传感器组装解决方案》

3M商务拓展经理蔡敏先生分析3M粘接技术在自动驾驶中的作用

3M商务拓展经理蔡敏先生笑称“3米之内必定有3M产品”，1902年创立于美国的3M公司，其产品和技术早已深深融入人们的生活。一百多年以来，3M开发了六万多种产品，从家庭用品到医疗产品，从运输、建筑到商业、教育和电子、通信等各个领域。实际上，在自动驾驶车辆中的激光雷达、摄像头、MEMS传感器中，3M的产品也是“隐形”冠军。

蔡敏先生用多个与客户合作的实际案例向在场观众分享了在激光雷达中的3M胶粘方案：如光窗透膜粘接、MEMS振镜粘接、镜片/镜头模组粘接、镜头调焦粘接、PCB板与支架粘接、玻璃透镜与支架粘接，甚至车规级标签。3M可以为激光雷达客户带来的价值体现在低温固化、固化速度快，同时保证高强度和柔性，避免产生形变和断裂等问题。

3M粘接技术在MEMS激光雷达中的作用

车载摄像头模组与激光雷达一样，对防尘防水、防高压水枪、耐化学试剂、耐紫外线老化、双85等有明确的需求。蔡敏先生也分析了3M胶粘方案在镜头罩盖密封粘接、镜头固定胶、镜头内滤光片粘接、镜头与PCB板、前罩/后罩盖密封粘接、线束灌封等方面的具体应用案例。

3M胶粘技术在车载摄像头模组中的作用

结束语

近几年，无论是汽车激光雷达还是智能手机3D摄像头产业，都经历了期望膨胀期、幻想破灭的谷底期。欣喜地看到，如今3D视觉产业进入了稳定爬坡的光明阶段。激光雷达上车正在进行中，安卓阵营在3D视觉应用的布局依然摩拳擦掌，智能门锁、机器人、安防摄像头、扫地机等应用市场兴起，AR智能眼镜、VR头戴式设备、元宇宙等勾勒出巨大的市场蓝图。我们期待着更多预见到和未预见到的3D视觉应用，带领3D视觉产业上下游企业，为人类打造未来的数字化世界！

道阻且长，行则将至！激光雷达和3D摄像头核“芯”器件厂商在『第三十一届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』上亮出的成绩单依然让人眼前一亮，我们期待着在2022年同主题会议上见证更优秀的成绩单！

延伸阅读：

《自动驾驶汽车、机器人出租车及其传感器-2021版》

《传感应用的VCSEL技术及市场-2021版》

《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》