中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據麥姆斯咨詢(xún)報道，近日，國際領(lǐng)先的半導體光源方案公司瑞識科技對外宣布，基于其獨家專(zhuān)利的1.5次光學(xué)集成的封裝技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)門(mén)針對3D傳感應用的FRay系列LED泛光源解決方案，大大降低3D結構光光源模組的成本，加速3D視覺(jué)技術(shù)在消費領(lǐng)域的應用。
隨著(zhù)2017年9月iPhone X的問(wèn)世，蘋(píng)果（Apple）公司為消費類(lèi)3D成像和傳感應用設立了新標桿，標志著(zhù)3D面部識別進(jìn)入消費級應用。此后，Oppo Find X，華為Mate 20 Pro等一線(xiàn)品牌的旗艦機也都陸續配置了3D結構光面部識別模組。除了面部解鎖功能之外，3D結構光技術(shù)能應用到更廣泛和深層的應用：支付級人臉識別、計算攝影和AR/VR等場(chǎng)景?？梢灶A見(jiàn)的是，3D結構光功能將成為今后手機及終端類(lèi)產(chǎn)品的標配功能。
在手機應用場(chǎng)景下，業(yè)內專(zhuān)家認為，目前真正制約3D結構光面部識別方案應用的瓶頸是兩個(gè)因素：一個(gè)是結構光技術(shù)的瓶頸，另一個(gè)，則是整個(gè)模塊的成本。從技術(shù)架構上來(lái)說(shuō)，結構光模塊包含發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包含散斑投射器（Dot Projector）和紅外補光的泛光源 (Flood Illuminator)，接收端包含紅外CMOS相機，接收端部分目前在手機領(lǐng)域已有廣泛的應用和較為優(yōu)化的解決方案；所以從模組結構組成上分析，3D結構光面部識別的應用是否能大量的普及，主要攻克核心點(diǎn)在發(fā)射端的技術(shù)突破和整個(gè)模塊的成本控制。
圖1：iPhone X手機3D結構光模組解析圖
在現行的方案中，泛光源均采用VCSEL+Diffuser的光源方案， VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）所發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光學(xué)擴散片（Optical Diffuser）后均勻分布在設計的角度范圍之內，具有很好的補光效果。但VCSEL芯片成本高，而且擴散片的成本也十分高昂，再加上芯片封裝成本，在可以預見(jiàn)的時(shí)間內，VCSEL方案的泛光源成本都不太可能降到應用端大量使用的預期值以下。
業(yè)內認為，目前可用的降成本方法是使用紅外LED代替VCSEL芯片。然而LED朗伯型的出光，需要經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡處理才能達到應用端的需求。使用普通一次光學(xué)透鏡，光斑的均勻性完全無(wú)法達到算法端精確計算對照明均勻度的要求。此外，該方案也無(wú)法有效的收集和利用LED芯片側面出光，一次透鏡的LED產(chǎn)品在亮度方面也無(wú)法滿(mǎn)足應用需求。如果采用二次光學(xué)透鏡進(jìn)行光束整形和勻光處理，封裝尺寸又過(guò)大，亦無(wú)法滿(mǎn)足消費類(lèi)手機應用所需的小體積光源需求。
針對行業(yè)痛點(diǎn)，瑞識科技獨創(chuàng )“1.5次光學(xué)集成技術(shù)”，并基于此開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)門(mén)針對3D傳感應用的FRay系列LED泛光源產(chǎn)品。如下圖所示，普通紅外LED光斑，均勻性比較差，中間光強高，側面衰減比較大，在應用體現出來(lái)的效果是近距離，很小范圍照射光強很強，但是往周邊擴散光強衰減很快；在較遠距離，整體亮度無(wú)法達到應用所需的亮度。而瑞識科技的LED泛光源，可以有效提升產(chǎn)品的光強分布的均勻度，通過(guò)多層光學(xué)界面配合處理LED近似朗伯型光源的光路，獲得光強分布均勻的光斑，保證光源對目標物體的均勻補光，達到了類(lèi)似VCSEL泛光源的效果。瑞識科技1.5次透鏡技術(shù)在泛光源產(chǎn)品上的成功應用，使泛光源的成本獲得有效的降低，為 3D結構光方案的大規模普及提供了成本和技術(shù)方面的有力保障。
圖2：瑞識科技LED泛光源與常規LED泛光源，VCSEL泛光源光斑對比圖
瑞識科技的1.5次光學(xué)集成封裝技術(shù)，使得FRay系列的LED泛光源解決方案在應用場(chǎng)景中表現優(yōu)異，具體呈現的優(yōu)點(diǎn)為：高效地收攏普通LED器件無(wú)法利用的側面光，其總體出光利用率高，光子效率大大提高，因而產(chǎn)品整體亮度大為增強；另一方面，常規LED中間亮度高，往外擴散亮度衰減大，而通過(guò)1.5次透鏡技術(shù)的方案，能有效抑制中心光強以補充到中心往外的目標區域，實(shí)現角度可控的光斑設計，在設計目標范圍之內，亮度均勻。
圖3：瑞識科技FRay系列3D傳感用LED泛光源產(chǎn)品圖片
在產(chǎn)品性能及應用方面，1.5次光學(xué)集成技術(shù)將二次光學(xué)器件的尺寸縮小到了器件級，更小的產(chǎn)品尺寸更符合終端應用小型化的趨勢要求，尤其適用于消費電子領(lǐng)域；同時(shí)光學(xué)器件尺寸縮小，材料用量相應減小，系統組裝工藝大大簡(jiǎn)化，系統成本更低；在更重要的光學(xué)對準方面（尤其是紅外非可見(jiàn)光器件），1.5次光學(xué)集成技術(shù)因為在器件制造過(guò)程中就已經(jīng)完成芯片和光學(xué)透鏡的高精度對準匹配，完全避免了二次透鏡的安裝費用，設備投入以及生產(chǎn)不良導致的高額成本。1.5次光學(xué)集成技術(shù)無(wú)論在性能，成本還是應用方面，都為半導體光源產(chǎn)品提供更多可能性，是器件級光學(xué)集成的平臺技術(shù)，瑞識科技研發(fā)團隊目前正在積極開(kāi)發(fā)適合更多應用場(chǎng)景的創(chuàng )新性半導體光源產(chǎn)品。
“1.5次光學(xué)集成技術(shù)”的概念，是瑞識科技在行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng )新提法。瑞識科技創(chuàng )始人汪洋博士表示，“我們希望通過(guò)技術(shù)命名，向業(yè)界表達我們的光學(xué)集成技術(shù)與常規光源器件的一次光學(xué)透鏡和二次光學(xué)系統的區別?！?/p>
圖4：瑞識科技1.5次光學(xué)集成技術(shù)示意圖
據了解，光源器件的一次透鏡只有單一光學(xué)界面，對光路改變及影響有限；二次光學(xué)系統，是獨立于光源器件之外的光學(xué)組件，尺寸通常遠大于器件；而瑞識科技提出的1.5次光學(xué)系統，是器件層面的多界面光學(xué)系統集成，僅有一次透鏡的尺寸卻兼具二次光學(xué)系統的功能?？梢哉f(shuō)，1.5次光學(xué)集成封裝技術(shù)，是一次透鏡尺寸具備二次透鏡的功能的光學(xué)集成技術(shù)，是真正的器件級光學(xué)集成。
此外，瑞識科技還與業(yè)界知名的3D算法及解決方案供應商合作，經(jīng)過(guò)測試對比，瑞識科技的FRay系列的LED泛光源，在均勻性和亮度方面，均比供應商此前使用的LED方案有顯著(zhù)地提升，尤其是在遠距離（50cm）的補光效果，如下圖拍攝的人偶模型所示，之前的LED解決方案，幾乎看不清楚細節，而瑞識科技的LED泛光源解決方案能清楚地顯示人偶模型。
圖5：瑞識科技FRay系列LED泛光源與常規LED泛光源實(shí)際使用效果圖對比（50cm）
據瑞識科技方面透露，基于1.5次光學(xué)集成封裝技術(shù)，其FRay系列LED泛光源產(chǎn)品目前已通過(guò)可靠性驗證和光生物安全認證，目前在跟客戶(hù)配合準備量產(chǎn)導入。
圖6：瑞識科技FRay系列LED泛光源高溫高濕可靠性驗證1000小時(shí)數據
據了解，瑞識科技(RAYSEES)是一家源自硅谷的高科技公司，由美國海歸博士團隊創(chuàng )建。核心團隊在半導體光學(xué)領(lǐng)域深耕多年，擁有國際領(lǐng)先的光電芯片和器件自主研發(fā)和創(chuàng )新能力。瑞識科技目前已掌握包括光芯片設計、光學(xué)透鏡集成、器件級集成封裝、光電系統整合優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，并已進(jìn)行了全方面的專(zhuān)利布局，申請國內外技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利幾十項。
