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VCSEL

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3D感測/自駕車光達帶動 VCSEL產業潛力三級跳

根據產業研究機構LightCounting的最新研究指出,2019年,智慧手機中的VCSEL(垂直共振腔面射型雷射)應用在感測光源的市場規模將超過10億美元,幾乎是通訊VCSEL市場規模的三倍,然而這個市場三年前幾乎不存在。另外,自動駕駛的關鍵感測元件光學雷達(LiDAR),也是另外一個帶動VCSEL發展的強大動能,儘管近年自動駕駛商業化出現越來越多雜音,不過車用光達的大量商業化應用只是時間的問題。 單模VCSEL 資料來源:TRUMPF 智慧手機中的3D感測市場崛起十分迅速,但技術基礎則是由幾年前微軟Kinect奠定的。Kinect是針對遊戲玩家的運動感應應用所設計,於2010年發布,但由於銷量低迷於2017年停產。Lumentum在iPhone出現之前將近十年向Kinect提供了雷射。當蘋果決定於2017年9月推出3D感測進行臉部識別時,該公司已準備好從iPhone X機會中獲利。 Android陣營近來積極在其旗艦手機中導入3D感測技術,2018年,小米Mi8 Explorer和Oppo Find X手機拔得頭籌,儘管這些手機銷售成績僅達數百萬美元。華為也推出了具有3D感測功能的新手機,但美國目前對這家中國公司的出口禁令必定會損害該公司在中國境外的產業競爭力。自2017年以來,Apple發行的所有新iPhone均在其手機提供”刷臉”功能,因此Apple將繼續主導市場。預計蘋果將在2020年為後鏡頭(World-Facing)導入3D感測功能,這將為每部手機增加另一個雷射晶片。 Velodyne 64 Channel LiDAR 資料來源:Velodyne 另外,2018年之前,光學雷達LiDAR的感測光源還不在LightCounting的市場研究主題中,因為該單位認為在預測期內光達不太可能大幅滲透到消費市場。現在,所有指標都顯示,光達市場將在2022年及以後逐步增加。光學元件公司現在正在向開發下一代光達系統的客戶運送VCSEL,邊緣發射器和同調雷射的原型和樣品,其中許多都是基於其在光通訊和智慧手機感測光源方面的專業知識而建立的。 與智慧手機一樣,光達技術已經發展一段時間,DARPA Challenge 2007獲勝的車輛使用了Velodyne Acoustics(現為Velodyne Lidar)的64線(Beam)光達系統。光達被業界大多數人視為自動駕駛所需的關鍵感測元件,可幫助車輛在環境中導航並檢測其路徑中的障礙物。商業部署已經開始,在德國,奧迪A8的光達使汽車可以在特定條件下在有限的時間內自動駕駛;在美國亞利桑那州的鳳凰城,可以乘坐Waymo robotaxi。 根據LightCounting對公開可獲得的投資數據的分析,不可否認的是,許多投資者對光達具有高度期待,2019年光達新創廠商獲得將近5億美元投資。包括3月美國公司Ouster以6,000萬美元被收購,同月以色列Innoviz Technologies Series獲得C輪1.32億美元投資,以及7月美國Luminar Technologies以1億美元被收購。有趣的是,這些案例說明了光達技術的多樣性:每個公司都基於不同的波長構建不同類型的光達:Ouster為850nm、Innoviz為905nm、Luminar為1550nm。同時,這也是一場新科技的競爭,鹿死誰手還在未定之天。 汽車光達市場似乎已接近過度期望(Inflated Expectations)的高峰。汽車是一個巨大的產業,每年生產近1億輛汽車(包括卡車)。像百度、通用汽車和Waymo之類的公司都有雄厚的企業實力作為後盾,而像Aurora和Pony.ai這樣的新進入者正在吸引數億美元的投資。英特爾在2017年以153億美元收購Mobileye的同時,它還致力於自動駕駛。ams甫成功以46億歐元(約51億美元)收購OSRAM超過55%(最低收購門檻)以上的股份,強化其車用感測技術實力。 但是,跡象表明,進入幻滅低谷的下降可能已經開始。Waymo尚未更廣泛地推廣其robotaxi服務,該公司承認其車輛需要在雨中進行更多測試。通用汽車郵輪公司已將無人駕駛汽車的商業服務推遲到2019年以後,並且不願說明新的時間表,LightCounting認為,光達已經投入商用化,但價格不利於大規模生產,並且在法規、安全、道德和消費者接受度方面存在懸而未決的問題。
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ToF技術大躍進 意法模組供貨突破10億

意法半導體(ST宣布其飛時(ToF)模組出貨量達到10億顆。 意法半導體影像事業部總經理Eric Aussedat表示,ST是最早開發飛行時間技術的廠商之一,現已完成科技研究成果的轉化,將其產品變成可完全量產之系列產品。目前這些產品被150多款智慧型手機所採用,出貨量已突破10億大關。在繼續投資這項技術的過程中,ST的FlightSense飛行時間產品藍圖從高性能單區測距裝置,擴展到多區域偵測解決方案,最近另增加高解析度3D深度感測器,為先進的接近檢測感測器、人體存在檢測和雷射自動對焦應用帶來創新。 意法半導體的ToF感測器採用其單光子雪崩二極體(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)感測器技術,在法國Crolles的意法半導體 300mm前段製程晶圓廠所製造。最終模組整合SPAD感測器和垂直腔面發射雷射器(Vertical Cavity Surface Emission Laser, VCSEL),以及提升產品性能的必要光學元件,封裝測試在意法半導體內部的後段製造廠完成。 VL6180、VL53L0和VL53L1系列產品以及其他產品亦已量產,目標應用是消費性電子、個人電腦和工業市場。意法半導體採用其垂直整合製造模式生產飛行時間感測器,為客戶提供良好服務水準、產品品質、客戶支援和產品性能。
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2024年固態光源產業規模將達將323億美元

固態光源(Solid-State Lighting, SSL)不是新技術。實際上,它們自1960年代就已經存在。但是,直到最近25年,才開始出現大規模應用。根據產業研究機構Yole Développement(Yole)估計,整個SSL產業規模將從2018年的204億美元成長到2024年的323億美元,2018~2024年複合成長率為8%。 Yole表示,成長將主要由LED技術推動。但是,LED的產業比重將從2018年的約84%下降到2024年的73%。除了LED之外,其他SSL如智慧手機中的VCSEL則是更具成長動能,智慧手機最多可以整合三個VCSEL模組:帶泛光照明器的3D識別、微型投影機和ToF(Time of Flight)。2017年發表的Apple iPhone X及其光學感測器為VCSEL廠商帶來了新機會。未來,則有如LiDAR或3D感測器之類的新應用,也深具市場成長潛力。 在這種動態的背景下,Yole表示,在未來五年中,LED的營收將繼續在可見光應用上蓬勃發展,其中通用照明將占大多數約45%。汽車照明和直視型顯示器是其他蓬勃發展的LED應用。LED產業很大一部分在不可見光LED市場,UV和IR LED突出了幾種高潛力的應用(即氣體感應和水消毒)。但是這些需求仍在發展中,並且需要一些時間才能實現。 同時,雷射二極體(LD)產業蓬勃發展。邊射型雷射(Edge Emitting  Laser, EEL)產業規模將從2018年的25億美元,成長至2024年的51億美元。在智慧手機整合前置3D攝像頭的驅動下,VCSEL可能會在2018年至2024年期間實現5倍的市場營收成長。另外,EEL在同一時期將經歷強勁但穩定的成長,這主要是受光收發器和電信基礎設施發展的推動(約占EEL市場機會的55%~65%)。  
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報價43億歐元 ams計畫收購歐司朗

半導體產業購併風潮近來明顯升溫,除了博通(Broadcom)有意收購賽門鐵克(Symantec),艾邁斯半導體(ams)近來也報價43億歐元,計畫購併照明設備大廠歐司朗(OSRAM),希望透過雙方的市場互補優勢,提升ams產品組合的多樣性,以及加速突破性光學解決方案的研發時程。 據悉,ams提出以每股38.50歐元的價格(共計43億歐元)收購歐司朗,若此一購併計劃成功,雙方合併後,ams將擁有廣泛的感測器解決方案和光學產品組合,而全體收入預計將達約50億歐元。 ams指出,目前感測器與光學元件逐漸整合成單一解決方案,而收購歐司朗將有利於ams從效能、尺寸、成本等方面強化旗下感測器和光學產品組合;同時,歐司朗在紅外線LED和邊射型雷射(Edge Emitting Laser, EEL)等市場具備領先地位,可藉此完善ams高性能VCSEL和VCSEL陣列發射器產品組合,進而讓ams成為光學半導體市場的領先者,以滿足3D感測、汽車人機介面、工業影像、自動駕駛、AR/VR和個人醫療保健等應用需求。同時,ams也希望透過購併歐司朗使公司收入組合更加多樣化,轉化成更加平衡、波動性更小的收益和現金流組合。 簡而言之,收購歐司朗雖還未定案,但ams期望能透過雙方合併,結合彼此的市場優勢與渠道,與全球領先的行動/消費性產品OEM、醫療影像供應商、汽車OEM和工業客戶建立更深厚的關係,並藉由兩家公司的技術、產品,提升感測器和光學產品組合的多樣性,滿足客戶需求。 ams計畫收購歐司朗拓展其產品應用領域。  
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2019年手機3D感測用VCSEL產值達11.39億美元

根據TrendForce LED研究(LEDinside)最新紅外線感測市場報告指出,在2019年智慧型手機整體出貨預估衰退的情況下,手機品牌廠商針對下半年旗艦機祭出規格競賽,3D感測模組成為其中一項重要配備。受此趨勢帶動,預估2019年手機3D感測用VCSEL市場產值有望成長至11.39億美元。 TrendForce表示,2019年除了蘋果iPhone仍將全面搭載臉部3D辨識外,包括三星、華為與Sony也規畫在下半年的旗艦機種搭載後鏡頭3D感測(World Facing 3D Sensing)。到2020年估計將有近10款高階機種可能採用3D感測方案,且部分機種將擴大至前後鏡頭皆採用,進一步拉升VCSEL產值。 目前應用於消費性市場的3D感測方案為結構光與飛時測距(TOF)。結構光是以圖案成像,其深度的準確性極高,然而缺點為成本與運算複雜性高,加上專利主要由蘋果掌握,專利壁壘難以突破。 飛時測距的精度和深度不及結構光,但是反應速度快,辨識範圍也更有優勢。飛時測距分為前鏡頭(Front Facing)和後鏡頭(World Facing),前鏡頭成本相對較高,後鏡頭則需要功率較高的VCSEL。目前主要VCSEL相關供應商為Lumentum、Finisar、OSRAM旗下Vixar、ams、穩懋、宏捷科、VIAVI Solutions Inc.等。隨著3D感測的市場需求興起,未來的手機3D感測將不再只限於單純的臉部辨識與解鎖用途,將進一步延伸至立體景物的辨識以及模型建構及擴增實境等功能。  
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VCSEL狂飆! 2024產業規模超越37億美元

根據產業研究機構Yole Développement研究顯示,全球垂直共振腔面射雷射(VCSEL)市場規模到2024年將超過37億美元,在2018年至2024年間以31%的年複合成長率(CAGR)成長。其中行動與消費性應用占最大比重,到2024年市場規模達到34億美元。智慧型手機應用之外,具有新興3D感應功能的汽車產業也出現高度成長CAGR為185%。 2017年,每部智慧型手機的VCSEL總成本估計為4~5美元,2018年,進一步降至2~3美元,Yole認為,出貨量大幅成長刺激成本下降;更多VCSEL製造商獲得智慧型手機製造商的認可,導致利潤率降低。未來,智慧型手機應該嵌入用於接近感應和前後3D感應的VCSEL,整體VCSEL成本約為2美元。 2017年11月,Apple推出FaceID新功能,帶動VCSEL的高度成長;行動和消費性應用在2018~2024年之間的CAGR為35%。其他應用也有望在不同的市場中導入VCSEL包括:汽車和運輸以及工業。在LiDAR中,預計VCSEL將與EEL競爭,特別是中短程光達。由於能夠輕鬆構建陣列,VCSEL是降低LiDAR成本並達到OEM設定目標的解決方案之一。到2032年,光達的VCSEL市場可以創造約8億美元的營收。  
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搶攻ADAS商機 光寶CES大秀車電應用新品

光寶積極搶攻先進駕駛輔助系統(ADAS)市場,並於2019美國消費性電子展(CES),以「智慧移動:互聯革命(Smart Mobility:The Connectivity Revolution)」主題參展,在「車電應用」展區大秀旗下產品,像是結合深度學習的汽車攝影鏡頭、擴增實境抬頭顯示器、車聯網技術等。 光寶科技汽車電子事業部總經理王明仁表示,光寶自2006年投入車用攝影鏡頭產品以來,透過堅強的光學設計團隊與車用鏡頭供應夥伴,發揮「1加1大於2」的加乘效應,共同開發出駕駛偵測攝像頭的專用鏡頭;並且掌握駕駛偵測、手勢辨識所需相關技術,像是IR LED、垂直共振腔面射雷射(VCSEL)等。此外,該公司也熟悉車用攝影鏡頭相關應用與驗證需求,透過模組化設計,產品均符合全球品牌客戶要求,縮短開發週期,進而提供高品質、高信賴度的車用影鏡頭產品。 據悉,在製造流程上,光寶科技透過自動化生產線,導入生產組裝與全自動化六軸調焦(Active Alignment(AA)/ End-of-Line)測試機台,以確保駕駛偵測與手勢辨識攝影鏡頭的品質。同時,光寶也將汽車攝影鏡頭結合深度學習技術,能作為自動駕駛及駕駛監視系統(Driver Monitoring System)應用,包括臉部檢測、頭部姿勢追蹤、分心與睏倦檢測,還有情緒讀取,判斷駕駛人是否在最佳駕駛狀態。 除了車用攝影鏡頭之外,因應ADAS市場,光寶也投入研發抬頭顯示器。光寶智慧汽車應用事業部總經理廖正堯指出,汽車光碟機需求消長,轉型腳步走向抬頭顯示器,結合ADAS、車聯網技術,在娛樂功能外,也化身駕駛人的行車資料庫。未來該公司將結合AR技術,研發新一代AR HUD,並積極導入全球知名車廠。 另外,針對行車資料傳輸所需的車聯網(V2X)技術,光寶科技車聯網應用事業總監安志東則透露,該公司旗下的車載T-Box(Telematics Box)、智慧鯊魚鰭天線能與符合當地規範的平台連接,透過OBU車機模組與鯊魚鰭射頻整合天線等技術,提升車載安全警示、即時路況傳遞效能,滿足新世代車載資通訊(Telematics)系統需求。
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3D感測/機器視覺強強聯手 AI升級智慧製造商機無限

AI人工智慧讓智慧製造能力再上一層樓,而應用已久的機器視覺,亦從成熟的光學檢測AOI,蛻變為內含深度學習(Deep Learning)技術的電腦視覺,搖身一變成為智慧製造的核心技術,影像與視訊內容的自動擷取、處理、分析與應用更加迅速、普遍與成熟。這樣的轉變不僅展現在生產效率的提升上,更可以進一步精簡人力成本,未來AI系統甚至可以針對機台的問題進行自我檢測,分析問題與成因,然而這僅僅是十八般武藝的開端。 近來,許多新興技術發展並與機器視覺結合,進一步擴大了其功能與應用範疇,3D感測技術包括飛時測距(Time of Flight, ToF)、立體雙目視覺(Stereo Vision)、結構光(Structured Light)等技術可以建立三維感測資訊,尤其測距應用的延伸,將使電腦視覺的功力不斷提升,本活動介紹機器視覺技術架構與應用最新動態,加上多個感測技術的加持,並剖析其與AI結合的發展與應用趨勢。 機器視覺助智慧製造一臂之力 而製造業從工業4.0口號被打響以來,製造系統從自動化進入智慧化的另一個全新的發展境界,機器視覺(Machine Vision)/電腦視覺(Computer Vision)就是達成此目標非常關鍵的技術。倢恩科技研發部經理邱威堯(圖1)提到,導入機器視覺可以使傳統製造業產線的生產方法更具彈性與可變性,並改善作業人員工作環境,遠離危險惡劣的工作流程。使用機器視覺的生產線,讓產品從人工檢測進步到自動品質管理,可增進品管重現性/一致性,以達成高度品質管制,降低人員因疲勞或情緒不佳誤判所造成的損失,同時讓檢測數據數值化,自動產生統計報表以便於管理與決策分析。 圖1 倢恩科技研發部經理邱威堯提到,導入機器視覺可以使傳統製造業產線的生產方法更具彈性與可變性,並改善作業人員工作環境。 機器視覺的基本要點包括:檢測(Inspection)、物件識別(Object Recognition)、量測(Gauging)、機器導引與定位(Machine Guiding and Positioning)。 檢測Inspection 利用機器視覺技術自動檢驗製程中工業產品之瑕疵,例如印刷電路板上的線路是否短路、斷路,半導體晶圓之表面缺陷及LCD面板之缺陷等。 物件識別Object Recognition 用於確認物件的身分,例如車牌辨識、條碼辨識、IC元件之光學字元辨識(OCR)及鍵盤檢視、人臉辨識、指紋辨識、瑕疵分類等。 量測Gauging 以機器視覺技術進行非接觸式的量測,例如工件之尺寸、夾角、真圓度及印刷電路板之線寬等。 機器導引與定位Machine Guiding and Positioning 利用機器視覺引導自動化機器之路徑,例如引導銲接機器人之銲道,無人搬運車之行進軌跡;亦可用於決定目標物位置,如SMT、PCB自動裝配作業的定位與機器人的行走路徑等。 機器視覺影像處理要點 進入作業程序後,機器視覺系統針對擷取到的影像進行處理則是另外一個重點,邱威堯進一步說明,影像強化、影像分割、影像編碼、影像還原等為主要的技術。影像強化是使處理過的影像比原始影像更適合於某一特殊應用,方式包括空間域(Spatial Domain)與頻率域(Frequency Domain)。影像分割則是凸顯出影像中感興趣的部分。 影像編碼就是使用較少的位元來顯示一幅影像,壓縮是最常見的方法。影像還原則是改善或重建一幅遭到破壞的影像,邱威堯說,影像還原技術通常需要大量運算時間,且還原後的效果不見得可以接受,建議由取像環境、設備與技術來改善影像的品質。 機器視覺硬體選擇無唯一解 在機器視覺硬體部分,主要由打光、鏡頭與相機組成。邱威堯指出,打光是機器視覺中非常困難的一部分,需要許多直覺與實驗,而打光技術也無通則,但對於特定應用場合已有經驗可循,而打光的方法是根據待測物的光學特性來決定,打光的目的則包括,取得與強化待測物中有興趣之特徵,使前景與背景明顯不同,強化訊噪比,以得到更高品質的影像,凍結移動中物體的運動並去除鏡反射(Specular Refection)等。 而打光的方式則分為正向打光、背向打光與結構打光。並可再進一步細分為擴散式正向打光、直向式正向打光、低角度斜向打光、同軸打光、擴散式背向打光、遮背式背向打光等多種,端視需要的效果而定。光源部分則以人工光源最常用,種類包括白熾燈的鎢絲燈泡、鹵素燈;放電燈的螢光燈、水銀燈、高壓鈉氣燈、複金屬燈、氙氣燈;固態光源的LED與固體雷射。其中,近年在實務應用上LED燈儼然已是主流。 另一個重點就是鏡頭,邱威堯強調,這部分的選擇同樣沒有最佳解,端視需求與使用者掌握的資源而定,選擇的要素包括視野、焦距、工作距離、相機底座、相機格式(感光元件尺寸)、景深、光圈值、相機型式等。以景深為例,其代表聚焦清晰的範圍,長景深表示聚焦清楚範圍大,短景深表示聚焦清楚範圍小,一般景深可以透過縮小鏡頭光圈來增加,但是照明的亮度也要相對提升,原則上要避免出現短景深的情況,以追求長景深為目標。 3D感測加值機器視覺 3D感測技術並不是全新的技術,由於iPhone X的人臉辨識解鎖應用,讓市場大為驚艷,帶動的發展熱潮逐漸滲透到不同領域。目前主要技術為立體雙目視覺、結構光與飛時測距,艾邁斯半導體(ams)資深應用工程師湯治邦(圖2)表示,這三個技術都需要搭配光源,現階段主流光源是垂直腔體表面雷射(VCSEL),並使用不可見的紅外光,波長850nm與940nm為主,因有極少部分人可看見850nm的紅外光,所以近年940nm使用比例逐漸提升。 圖2 艾邁斯半導體資深應用工程師湯治邦表示,飛時測距、立體雙目視覺、結構光技術特性有些差異,造成不同應用與需求各有優勢。 發光源的部分,除了熱門的VCSEL之外,LED與邊射型雷射(Edge Emitters Laser, EEL)都是常見的光源,以技術特性來深入比較,湯治邦指出,VCSEL雷射光的光線集中,LED則呈現散射方式,因此VCSEL波長範圍穩定,可產生波長最精準的光線,操作溫度最高可達200℃,溫度特性比LED與EEL優異,製造成本與半導體製程的簡易度也有相對優勢,是該技術受到高度注目的原因。 此外,主流的三個3D感測技術,技術特性有些許差異,造成不同應用與需求下各有優勢,立體雙目是由兩個攝影機分別擷取影像,理論與人眼相似,透過三角函數可以測知物體的深度,與其他兩個技術相較由於感測元件技術成熟成本較低,但模組體積較大、耗電量較高,也易受環境變化影響,如天候昏暗就會影響感測品質與準確性。 因為iPhone...
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艾邁斯發布超薄距離/色彩感測器模組

艾邁斯半導體(ams)近日推出了一款1.44mm寬的全整合式色彩/環境光/距離感測器模組,該模組採用超薄封裝尺寸,能夠滿足最新的窄邊框手機工業設計的要求。借助此模組,製造商能夠更加優化智慧手機螢幕的功能,包括在通話過程中自動禁用以及根據環境條件調整螢幕亮度,可讓智慧手機使用起來更舒適,能耗更低。 艾邁斯半導體新推出的TMD3702VC三合一整合模組採用1.44mm×2.84mm×0.65mm封裝。智慧手機製造商可用它代替之前尺寸更寬的模組,實施窄邊框設計,增大顯示幕區域與機身尺寸之間的比例,同時保持重要的紅外線距離和光感應功能。 該模組整合了一個IR發射器、一個IR探測器、四個色彩感測通道和多個濾光片。憑藉艾邁斯半導體專門開發的全新精密光學封裝和設計技術,TMD3702VC能夠表現出一流的性能。距離感測器採用垂直腔面發射雷射器(VCSEL)1級人眼安全型940nm發射器,其光學效率比同類設備採用的LED發射器更高。因此,1.8V TMD3702VC主動模式下的平均功耗可保持在非常低的水準。在睡眠模式下,該設備僅消耗0.7µA。 TMD3702VC採用新款半透明複合模封裝,提供±48°的超寬視野。該距離引擎具有廣泛的動態範圍,支援環境光削減和先進的光串擾雜訊消除技術,能夠動態消除電子和光串擾,實現可靠的距離檢測。
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Ams/Qualcomm合作開發主動雙目攝像解決方案

高效能感測器解決方案供應商艾邁斯半導體(ams)與高通公司的子公司Qualcomm Technologies聯合宣布計畫集中工程優勢力量,開發適用於手機應用的3D深度感測相機解決方案,包括3D成像、掃描,特別是臉面部生物特徵是別。 艾邁斯半導體先進的VCSEL光源和光學IR圖案技術採用經過批量生產驗證的晶圓級光學元件,兩家公司的目標是將其與Qualcomm Snapdragon行動平台結合在一起,開發一種Android系統手機所使用、具有成本優勢的主動3D雙目攝像解決方案參考設計。該平台解決方案的應用範圍可包括需要先進3D成像技術(例如臉部識別)的前置應用,這是實現安全線上支付以及動態深度臉部掃描等其他應用所必不可少的技術。 艾邁斯半導體執行長Alexander Everke表示,艾邁斯半導體提供全套的IR照明設備,專攻三種3D技術:主動式立體視覺、結構光和飛時測距(ToF)。將這種領先功能與Qualcomm Technologies的行動應用處理器結合起來,用於開發主動雙目攝像解決方案,是個不可多得的機會。希望能夠快速實現商業化,並為Android系統智慧手機和行動設備大範圍提供高品質的3D感測解決方案,而這次合作正是朝著這一目標邁出的第一步。
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