VCSEL在智能手机等领域的应用.docx

《VCSEL在智能手机等领域的应用.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、VCSEL在智能手机等领域的应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：VCSEL在智能手机等领域的应用陈磊王凤玲张秋波一.以VCSEL为核心的3DSensing摄像头近年来，智能手机领域相关技术更新迭代十分迅速，由于人们的日常需求逐渐提高，手机的拍照，感应，识别等功能尤其受到关注，故手机摄像头用量提升的趋势仍处于加速态势，特别是3D摄像头等新创新的使用也将为手机摄像头领域提供增益，尤其以VCSEL激光器为核心

2、关键元器件的3DSensing摄像头在iPhoneX机型上的应用，将带动相关市场迎来一轮爆发。而随着苹果新机型的创新应用量产之后，将带动国内市场的全面启动，以华为，OPPO,VIVO等国产品牌为首的高端机型将快速响应与普及，从而进一步扩大VCSEL的需求量。1.3DSensing摄像头3DSensing摄像头相比于传统摄像头除了能够获取平面图像以外，还可以获得拍摄对象的深度信息，即三维的位置及尺寸信息，其通常由多个摄像头+深度传感器组成。3D摄像头实现实时三维信息采集，为消费电子终端加上了物体感知功能，从而引

3、入多个“痛点型应用场景”，包括人机交互、人脸识别、三维建模、安防和辅助驾驶等多个领域，3DSensing摄像头让交互方式从平面变成了立体。而3DSensing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。图一：因特尔公司研发的RealSense3D摄像头架构2.VCSEL作为红外光源的优势目前，可以提供800-1000nm波段的近红外光源主要有三种：红外LED、红外LD-EEL（边发射激光二极管）和VCSEL（垂直腔面发射激光器）。早期3D传感

4、系统一般都使用LED作为红外光源，但是随着VCSEL技术的成熟，性价比已经接近红外LED，除此之外，在技术方面，由于LED不具有谐振腔，导致光束更加发散，在耦合性方面很差，而VCSEL在精确度、小型化、低功耗、可靠性全方面占优的情况下，现在常见的3D摄像头系统一般都采用VCSEL作为红外光源。而与传统边发射激光器相比，VCSEL在光束质量、与光纤耦合效率、腔面反射率上都具有较大优势，且因为VCSEL发射光线垂直于衬底而边发射激光器发射光线平行于衬底，因此VCSEL能够实现二维阵列而边发射激光器不行。下图为三种

5、光源的比较图：图二：VCSEL与LED光源性能对比图图三：VCSEL与边发射激光器对比图从近两年上市的具有3D摄像头的产品也能看到，红外光源由LED向VCSEL转变是必定趋势。从2016年意法半导体及AMS旗下Heptagon发布的光学模块新产品来看，均采用VCSEL作为红外线光源，且消费级产品联想Phab2ProAR手机与IntelRealSenseSR300包括iPhoneX均采用了VCSEL作为红外光源。3.VCSEL产品目前VCSEL领域主要厂商共有5家，分别是Lumentum、Finisar、II-

6、VI、PhilipsPhotonics和HLJ华立捷。下图为各个公司的代表产品：图四：VCSEL厂商代表性VCSEL产品从图中可以看到，大部分VCSEL产品波长都在860nm左右，而实际上各大公司已经研发了940nm波长的VCSEL产品。相比于860nm波长的VCSEL，940nm波长VCSEL具有以下几个方面优势：（1）测距从840nmVCSEL的最大40cm提升至最大2m，使人脸识别，手势识别等应用更加方便；（2）由激光器所发射的940nm的波段在环境中数量很少，继而发出的光受到的干扰很小，测量精度会有较

7、高提升；（3）感应速度有较大提升。图五：第一代（860nm）与第二代（940nm）VCSEL产品测距和测量范围比较二.VCSEL在手机AR功能与投影领域的应用AR即增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。而AR最核心技术在于光学，尤其是激光技术，无论是手势识别、三维重构还是成像

8、，光学技术都是决定性基础。除了3D摄像模块，最关键的就是光学成像模块。例如微软公司的HoloLens配备两块光导透明全息透镜，虚拟内容采用LCoS（硅基液晶）投影技术，从前方微型投影仪投射至光导透镜后进入人眼。图六：HololensAR眼镜的LCoS微型投影仪LCOS（液晶覆硅技术）是小型化AR头显的关键技术之一。三片式的LCOS成像系统，首先将投影光源发出的白色光线，通过分光系统系统分成红绿蓝三原