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2022艾迈斯欧司朗光学技术论坛完美成功


2022年7月27日——全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗举办2022“万物光感”光学技术在线研讨会。这是艾迈斯欧司朗合并后,首次全景式展示市场上最广泛的光学传感产品和方案组合。此次在线论坛聚焦移动与可穿戴,汽车与出行,工业与医疗,照明与智能四大主题,解锁艾迈斯欧司朗光发射和光传感的前沿产品和技术在AR/VR、智能座舱、智慧工业、植物照明、智慧家居等场景中的应用。

在开幕式上,艾迈斯欧司朗高级副总裁陈平路先生致辞表示:“非常高兴有这个机会跟大家一起来分享一下艾迈斯欧司朗作为全球的光学解决方案的领导者,如何在我们新的年代里加速进入第二个百年加速器。为什么是第二个百年,因为公司的传承背后已经有一百年的历史了,接下来的一百年我们会继续传承,继续加速,在光学半导体领域里面继续领跑。”同时希望和线上的所有合作伙伴一起创新思想,深入交流,开拓思维,然后开拓出更多的,更广泛的应用。


照明与智能演讲

迟光伟|植物照明LED与传感器

主持人:首先我们有请第一位,来自ams OSRAM客户技术支持经理迟光伟先生为大家带来《植物照明 LED与传感器》的分享,有请!

迟光伟:大家好,我是ams OSRAM的客户技术支持经理迟光伟。我今天跟大家分享的题目是《植物照明LED与传感器介绍》。

植物照明和动物照明都是农业照明中的一个部分,其中植物照明有三个比较重要的应用,分别是温室、室内种植和消费类。这三个领域所种植的作物也不一样。在温室中主要是以花卉和果蔬为主,在室内种植中以绿叶类蔬菜,特殊经济作物为主。在消费类中以食用蔬菜还有观赏性花卉为主。因为这几种应用形式不一样,所以它们对于光的要求也不一样。我们下边逐一介绍。

这个是以前机构做的一些推测。左边这个图下边橙色的部分47%LED显示的意思是在目前除了LED和HPS传统灯之内,LED的占比是47%,左边这个黑色的框框代表的意思就是说这些温室还有很多它是没有引入到人工的光源,所以从这个图来看,不论是LED还是其他光源都有非常大的增长和成长空间。

在过去的两到三年的时间,很多植物照明的从业者都感觉到了植物照明非常火爆。在植物照明快速迸发的阶段,在它的背后也有非常深刻的逻辑。这些逻辑也会支持着植物照明进一步的发展,我今天会重点讲一下。

第一个很重要的方面就是食品短缺、安全和人口激增问题。据机构预测,2050年全球人口预计增加到96亿,食品短缺的问题将会非常明显。同时叠加到最近地缘的一些冲突、战争,把食品短缺的问题一下子提到了前所未有的高度。植物照明的灯具它可以缩短作物生长的周期,提高作物的产量,所以它是有效的解决食品短缺这样一个技术方案。

第二个因素,我们可以看一下短期和中期来看,某些特殊经济作物的一个全球化和合法化是一个很大的趋势。不论是在北美,在欧洲,还有在亚洲,这一块我们都看到了很多,它全球化推广的这一些消息。它在这个短期之内确实是极大的促进了植物照明的快速发展,除此以外还有城镇化,资源能源匮乏,光资源分布不均,还有LED的技术突破,这几点我就不会一一进行具体解析了。

从这几个方面来看,他们都是支撑植物照明长期发展的非常坚实的基础,只要这些问题不能够得到彻底的解决,他们就必然还是需要这样一个植物的灯具。

下边我们看一下两张图,左边这个图显示的是全球市场的趋势,从2018到2023年机构预测植物照明每年会有25%的增长率,从2020年我们来看这里有很多彩图,其中绿色的代表Greenhouse,也就是我们常说的温室,紫色的部分代表INDOOR Farming, 都有增长,尤其是室内种植它的增长比例大概是5到6倍,这是之前的一些预测。

 LED与传统灯的对比及趋势。在植物照明的市场上,除了LED以外,之前也有很多传统的灯,包括一些荧光灯,钠灯,这些都占据着市场上一定份额,根据预测,2023年LED的市场占比将达到94%,是处于整个市场的主导。

下面介绍一下在不同的应用中对于光的需求。首先我们谈的是温室,温室整体市场占比是大于50%,在温室之中LED灯具的形式主要以Top-lighting和inter-lighting,因为温室之中,它上边会有玻璃棚或者其他透明的棚,或者说太阳光它是能够照进来的,所以这种应用的特点是以补充照明为主。

在这种Greenhouse的应用,大多数的情况下客户都会选择这种高效率,长寿命,大功率的LED。

第二个应用是室内和垂直种植。整个市场占比目前大于30%,这个应用的特点是它在工作的环境中完全没有太阳光和自然光,完全需要用人工光来做主导。LED主要选择的是中功率和大功率的组合。

第三个应用是商铺和家庭种植类。整个市场占比约10%,因为它是直接走向终端,所以说它对于整个成本的要求非常敏感,整个LED体系以中小功率的产品为主。

在设计灯具的过程中会有许多方面的考量。以下四个方面是比较重要的。第一个是光谱,因为植物照明它是给植物生长来做贡献的,所以说针对于不同的植物需要有一个正确的光谱,如果没有正确的光谱,那后边那些参数也就没有什么太大意义了。选定好正确的光谱之后,第二点我们还要特别关注于灯具的可靠性,因为植物照明和我们通用照明有一个比较大的差别,通用照明的灯可以理解为一种耗材,基本上买回来之后,它并不会给你产生经济方面的价值,而植物照明不一样,它买过来了以后可以用这个灯更大程度的促进植物的生长,提高收成,是可以帮助客户来实现盈利赚钱的目的。

所以说可靠性在这个环节中非常重要。一般我们谈到这里的可靠性是两个比较重要的测试。一个测试是光通光子的维持率,我们在这个领域叫做Q90,第二个是腐蚀性气体的测试,主要包括硫化氢在不同温度和湿度下的测试。第三点是性能,第四点是能耗,这两点就不再重点展开。现在的情况下我们可以看到能源价格都在飞速上涨,所以如果有更高的节能产品,肯定会有很大的程度吸引到客户的关注。

下边这页PPT介绍一下目前市场面最主要的两款产品。也是市面上占比非常大的产品。左边的这个图显示的是Top-light的产品在温室中的应用,其中LED选择的是3030的大功率。从光谱构成来看是以红光为主,其中有一些很少的蓝光成分。整个系统的PPE非常高,大于3.5umol/J这样一个参数。

右边的灯具我们一般叫做八爪鱼,指的是它这样一个外形。其中LED选择的是中功率产品和大功率的红光产品的组合搭配。可以看到它的光谱成分在右边这个图中,有非常明显的,非常高的白光成分的输入,所以说也导致了整个系统的PPE值低于3.0这样一个情况。这两个光谱目前都是市面上非常重要的光谱。我们最近也看到有一些光谱方面的改变。

下面谈一下光配方对植物生长的影响。这一方面的研究也是非常多。当前PPT这里展示的是密西根大学的教授针对在相同条件下来种植植物,来看光对于植物形态的影响,设定的条件是除了光配方有差异之外,其他的光照、温度、湿度、二氧化碳还有肥料都保持相同的情况。大家可以明显的看到随着蓝光比例的改变,植株的形貌包括它的外在高度,还有它的茂密程度,叶片数量,直径,都有比较大的差别。

下面我们看一下它的内部。这是一款叫水生菜,我们用两种不同的光谱去照射,一种是红+蓝的搭配,如上面光谱所示,右边是一个宽光谱,我们发现经过成分分析,除了生菜内部分类的这个有机物的合成两者不一样,除此之外,像是一些矿物质元素的吸收也不一样。通过这个实验我们可以了解到光配方对于植物内部的矿物质吸收和这种有机物的合成也是有非常重要的影响。这也体现光配方确实值得大家好好研究。

在补充照明和唯一照明这两种情况下,在植物不同的发育阶段大家都会采用不同的光谱去最大的科学化的帮助植物生长,简单的划分植物生长的过程分成大概三个阶段。一个是发芽阶段,生长阶段和开花结果阶段。其中在发芽阶段,我们会多增加一些蓝光这样光的输出。在成长阶段会多增加一些红光,而在开花阶段,大家也会增加一些这种远红光来起到一个诱导开花结果的作用。在不同植物的时候可能是有不同的光配方,我们需要具体针对性的讨论。

ams OSRAM在植物照明领域已经深耕多年,有非常好的产品系列。现在我介绍给大家,从横坐标来看重点分成了两个部分。左边是包括采光有三个部分,是Deep blue 深蓝光的455纳米,然后是Hyper red 660纳米和Far red 730纳米,这个是采光系列。除了以外还有White白光系列,我们从纵坐标来看,越往上代表是专业度越高  ,我们ams OSRAM会有非常多的产品集中在专业性,陶瓷封装产品的区域。这个也是我们一直处于领先这样一个地方,另外在Horti White产品,我们也有好几款是陶瓷封装的系列产品。

下面我分别做一下介绍。首先是OSLON的系列产品组合。这是ams OSRAM植物照明最主要的产品,包括有三个系列,分别是OSLON Square  、OSLON Square  Batwing和OSLON Optimal产品系列。每个系列的产品都包括有几款采光还有Horti white的产品。这个系列最主要的特点是高性能,同时是高可靠性,长寿命,这个是它最主要的特点。

这里显示的是我们最新的5.24的660纳米的产品。它在700毫安的情况下PPF值5.82,PFE是4.16,目前是行业最领先的水准。同时它拥有Q90大于102KA小时这样一个Q90的测试报告。

拿性能最接近于我们的同类产品进行对比,如果我们的RM5产品跟同类产品相比高4%的光效,我们在右边看一下这会给我们的客户带来怎样的利益?分成三种条件去测试,第一个条件是保持相同的光效,经过计算,因为要保持相同比较高的高效,同类产品就需要降低电流,所以它需要用到更多的颗数,因此RM5产品具备高达21%的成本优势。如果我们保持相同的光输出,RM5具有这样一个竞争优势。尤其是考虑到这样一个维持率和可靠性。它的竞争优势在产品使用后期将会更加明显。

第三个是保持在特定的额定电流下使用,采用RM5的客户,他可以同时拥有高的光输出和高的光效两方面优势。

除了产品性能以外,ams OSRAM对于可靠性的关注处于非常高的水平,一直特别关注可靠性,把可靠性和性能放在同样的地位参考。目前我们的产品有17K小时的长期真实的测试,在1安培,非常大的电流下,根据TM21的推测,我们的Q90满足102KA小时的维持率。即使是在105度这样非常严苛的温度下,我们也能维持非常高的光输出的维持率,这非常不容易。

下面介绍OSLON Optimal, Optimal是我们新推出的一款新的芯片技术的产品,这款产品在ams OSRAM的整个产品系列中非常重要。当前市场上用的比较多的产品是OSLON Square 和OSLON的SSL这两款产品, Optimal的产品它的市场定位在二者之间,从性能上来说它非常接近于OSLON Square 非常高的性能,但是从成本上来说,它的价格又会去向OSLON SSL看齐,所以说它是兼具性能和成本一个最好的方案。这是Optimal产品的spike,在350毫安的情况下它的光输出有520毫瓦,PPE达到了4.0,这个在整个和行业同类产品比较中来说,在同样条件下它都是具有非常大的性能优势。

我们看一下在一个相同的温室条件下,我们设置了一个7千平米的温室,PPE的设定是2.5,PPFD是300,我们有 Optimal的方案Square 的方案和业内其他同类方案,在这三个方案中达到相同的技术参数, Optimal所需要投资的钱是最少的,与行业同类产品相比, Optimal可以节省高达60%的成本。这个图显示出来它在成本节省这一块巨大的优势。

下边介绍白光类Horti White产品,Horti White产品我们主要针对的是普通白光来看,我们是改进了荧光粉的发射条件,可以看到跟普通白光比我们可以降低其中的红光成分,然后在系统之中补充,由芯片直接发出红光的产品,从而增加整体的系统效率,下边我用图来解释一下。

 这个是我们Square 的 Horti White产品,我们有两款,一款是Square Horti White,还有一款是5050的Horti White产品,右边这个图是Horti White是传统光谱的对比。我们在600纳米的位置画一条线,可以看到600纳米以外的红光部分,Horti White红光含量比普通的红光含量降低了很多,这个是通过改善荧光粉的结构和种类来实现这样一个设计的概念。

我们有四个颜色Bin,不同的颜色Bin它光输出的光谱配方不一样,右边的这个框图也显示了里边不同的红绿蓝成分的比例,PPF比例是不一样的,一般情况下在客户那里会根据客户的项目需求来进行选择。

我们和传统的普通白光做一个对比,下边是Horti White的方案,与上边的方案保持相同的红绿蓝这样一个光子输出,可以看到Horti White整体在系统效率可以增加5%,这个是Horti White概念带来的技术优势。

 光均匀性改善 OSLON Square Batwing,我们有新一代的Batwing这样的一系列产品,从这个产品的外观大家可以注意到Batwing这个产品,它的光学透镜是一个平头的透镜,是传统的这种圆形的透镜有比较大的差别,Batwing产品我们有四款,分别是红光,蓝光,远红和Horti White产品。它最大的差别在于它的发射角度。其中三款是140度,只有远红是150度,它做成这样的一个光学透镜的目的是为了改善这样一个光的分布,提高整个种植面的光均匀性。然后Batwing系统的PPF和PPE光电转换效率相对来说都是非常高的。

这里我们跟传统的普通的圆形的LED来做个对比。Batwing的产品表面我们只需要加一个透光率96%或者97%的一个平板玻璃,如果是圆形的LED来说,我们需要加这样一个类似于花生米的透镜,但是它的透光率一般来说是90%到94%。

相比较来说我们看到有三方面优点。第一,Batwing的产品可以有更高的,6%及以上的光效输出。第二是因为我们没有采用那种比较复杂的光学透镜,所以我们节省了光学透镜的成本。第三,我们这个产品的系统组装也更加的简洁。左边的图显示的是使用Batwing的产品,我们有机会实现更加均匀的输出,对于种植者来说有机会降低整体这样的功耗,从而降低系统投资的成本。

ams OSRAM除了具有用于植物照明应用的LED以外,我们还有创新应用的传感器。这里介绍的传感器名字叫做AS7343,这是一款光谱传感器,应用传感器在灯具上它可以实时的监控灯具的光输出,通过监测灯具光的一些参数来去实时的感知灯具运行的状况。我们有机会的话通过合理采用这款传感器可以降低整个系统的功耗,延长LED的使用寿命,同时优化作物生长并提高产量。

这里显示的就是我们AS7343的PD还有它的一个外围线路。这是一款14通道的光学传感器,它的外围设置布局也非常的简洁。客户这里我们现在都可以提供这样一个整体的demo,客户只需要简单的连接上电脑,下载软件,就可以在他种植的环境下验证我们这款创新应用的传感器可以给到植物照明,给到种植者带来哪些价值。我们也欢迎更多客户与我们咨询沟通。

ams OSRAM在植物照明领域做了很多年,我们有非常多的应用,无论是在温室或者是在垂直农场,还有在消费类产品中,这些应用的非常多。未来也会有更多的应用和大家来进行及时的沟通和分享。

植物照明相对通用照明来说它的难度会有一定的增加。ams OSRAM可以提供一站式的技术支持服务,尤其是对于难度最高的就是在于方案设计或者是计算这一块,ams OSRAM这里有非常多的经验,我们可以帮助客户做一些计算模拟,帮助客户提供一些最优化的方案,帮助客户缩减产品设计开发周期,这个也是我们ams OSRAM的非常大的优势。非常感谢大家对于ams OSRAM的关注和支持,希望我们的产品能够帮助您取得成功,谢谢!


陈嘉华|赋能户外/室内智慧照明创新应用

主持人:好的,感谢迟光伟先生带来的分享。我们也有与NASA在宇宙飞船上进行的一个合作,做植物种植的实验。最近ams OSRAM在植物照明这块可以说真的是新品不断。就在今天我们的官方微信还推送了一个好消息,ams OSRAM首创的蝠翼型光束LED,也就是前面迟先生提到的Batwing产品在美国国际照明展上斩获了两项大奖,恭喜团队。我们现在进行第二场的演讲,有请ams OSRAM资深市场专员陈嘉华先生带来《赋能户外与室内智慧照明的创新应用》,有请!

陈嘉华:感谢各位线上的观众能够继续留步我们直播间到现在。接下来我们将为大家分享《赋能户外/室内智慧照明创新应用》,在这部分我们会分享ams OSRAM新一代的户外照明解决方案以及室内照明创新应用相关的解决方案,以及会分享一些成功案例。

首先我们进入新一代户外照明方案的专题。说到ams OSRAM,在我们相关的户外照明行业深耕了很多年。我们会提供相对完善的LED产品组合,包括像小功率,中功率,大功率的产品去满足我们不同的智慧城市相关的应用场景。比如我们一些景观照明、楼宇亮化、智慧安防监控,智慧建筑、路灯等等,不同应用场合。像一些娱乐、文体、相关的照明场合,会提供不同的有高性能或者是高性价比的解决方案给到客户,以及像我们前面同事提到的用到一些传感解决的方案,或者说这些光谱传感监测应用到一些相关的监测控制解决方案。那具体我们哪些产品给到大家?

按照产品的封装系列来分,我们可以分成三种类型。第一类是陶瓷封装,我们有提供了OSLON系列,包括SSL,以及Square 系列,这个系列产品定位是属于我们的旗舰产品,主要是满足客户对于高可靠性,高性能相关的需求,尤其是我们这边举例的Square系列,在近期也是不断的做了产品性能方面的迭代升级,推出了新一代Gen 5系列,它的光效得到了持续提升,作为这个产品我们主要一些应用场景会包括类似于像前面提到的景观、道路,比方说像路灯、安防监控等等,以及文体娱乐照明,体育场馆,特别像一些球场,它需要一些高光效,高显指的一些照明。

室内、商照、博物馆,甚至是我们医疗,不同应用场景,稍后我们会做一个展开的分享。

第二种类型是我们的EMC封装,我们有OSCONIQ? P系列。这款产品应用到我们一些车用级的EMC材料封装。主要是针对一些客户有高性价比的大功率应用场合。比如像我们前面提到的这款产品有P3737 2W,我们也叫P8系列,在最近也是推出了全新的Gen2系列,在光效这方面做了进一步提升,这款产品主打的会是一些,比方说像移动照明,手电筒、工作灯、防爆灯、包括工业当中一些高棚灯,以及一些道路的安防监控,后装等等相关一些追求高性价比的市场需求。

第三类是我们一款比较特殊CSP封装,芯片级封装。在这个产品系列我们推出了OSLON PURE 1010,以及OSCONIQ? C 2424系列,其中OSLON PURE1010系列是我们目前业内首款真正意义上的芯片级封装,它的尺寸,如它的型号1010所示是1乘1平方毫米这样一个芯片级封装,如图所示,它主要是满足客户需要在小尺寸发光面,一些定制的高密度的,比方说一些灯组相关类场合,射灯、筒灯,或者说可调色温应用场合。

接下来我们具体展开看一下。这一页就是我们前面提到按照不同系列产品分类,纵轴是我们的封装类型,横轴是不同的功率数,1W、2W、3W不等,对应的产品系列。首先我们来看一下OSLON Square 系列,前面提到 OSLON Square 目前主打是旗舰产品,目标是一些高性能需求。这款产品目前在业内是处于一个领先的亮度等级,以及光效水平,包括它的一些可靠性,稳定性,耐腐蚀性能都是非常优秀的,能够满足客户,比方说他要去做一些DLC认证相关需求。

 陶瓷封装3乘3这样一个封装尺寸,同时能够满足不同类型的色温,从常规的,比方说像2700到6500色温不等。可以提供低色温的规格,2200、2500、2700等不同的色温规格。前面提到了像Square 90这样一个产品,我们推出了Gen5,提供更好的亮度光效,满足前面提到像体育场馆,因为像一些转播灯它需要一些比较高的专业级的,包括像R9性能需求。针对于这款产品,目前我们有不同类型,比方说70、80、90显,满足不同的光效水平,70显的Gen5目前可以提供182lm/W光效值,像90显可以提供CM,包括一些特殊定制化的90,甚至是95显相关的显指,满足的应用场合,前面提到有户外照明、工业照明,以及商用、医疗照明。我们这边会有相关案例给大家做一个分享。

比如我们最常见的路灯,传统的客户像之前他用了OSLON Square Gen3,正好我们现在做了一个产品迭代升级推出了Gen5,我们给到客户做了design in,客户正好有这样一个700lm路灯的项目需求,用了我们新的Gen5系列Square 产品,这是它的一个样品板。每个板子上面用到72颗灯珠,满足客户不同类型的,需要做到不同的光效,亮度的需求。

我们在给客户做一些方案设计的时候会提供完善的产品支持培训,包括一些像方案估算、光学模拟以及认证报告。像LM80/TM21等等去做一些DLC认证这块的产品支持,包括产品性价比的支持。所以选择ams OSRAM,可以提供我们完善的售前售后服务。

另外我们前面提到像医疗照明这个部分,OSLON Square 有CRI95显指这样一款产品,我们在一些客户,特别像一些做医疗无影灯的客户当中,它需要非常好的光显指性去做到实际的手术室使用的时候,一个比较好的还原性。我们这客户当中,它一个实物图,它是一套这样一个无影灯灯组里面用到了85颗我们的OSLON Square 95显指灯珠,包括客户他有一些特殊的色温色彩的需求,像TM-30这样一个规格,我们也是提供了相关的可靠性分析报告给到客户做一个评估。

所以针对于我们像大功率产品可以满足室内、室外、不同类型的应用场合的需求。如果客户有相关的技术需求,可以跟我们的SSE团队做沟通。

下一部分来看一下我们的EMC封装产品。前面提到有OSCONIQ P 3737,有2W还有3W,2W就是我们常规的叫P8,3W对应的是P9,这个产品主打的是高性价比这样一个产品市场需求。比如我们P9 70显目前可以做到业内最高亮度504lm,对应的光效是折合172lm/W,P8前面正好提到我们这款产品是升级到了Gen2,新的一代,它的亮度可以达到326lm,光效目前达到174lm/W,以及这款产品可以提供非常好的寿命,包括可靠性还有耐腐蚀性,所以可以满足客户,特别是一些户外苛刻工况,像路灯、高棚灯、高杆灯、体育照明、包括一些移动照明,像工作灯、手电等等客户的需求。

P8的话目前是有70、80两款显指,P9可以满足70到90显,比方说像P9这样一些90显,在客户去做一些体育照明,像我们有奥运会、亚运会等等不同的体育赛事,会去做一些直播转播,它需要一些高光效,高显指等等,去满足一个稳定的直播需求,可以用到我们相关产品,我们也是有相关的一些成功案例。

在这个部分我们分享的案例是关于手电筒照明。客户之前用到的是我们第一代的P8,在产品当中,目前也是运用到新的Gen2,我们也是给客户做design in,应用一些像我们手电筒,移动照明。本身在手电筒应用当中,客户需要一些高亮度,比方说一些紧凑型的空间,以及一些比较好的过电流能力,包括一些可靠性,在这一部分当中,我们用到一颗新的第二代的P8的灯珠帮助客户去实现700lm这样一个手电筒的亮度需求。同时去做一些项目的评估。包括像性能,光效、寿命等等,我们也是给客户提供了一个完善的产品测试的支持。

第三部分我们来看一下我们的CSP系列,前面有提到像这款是真正意义上的芯片级封装,可以做到1乘1平方毫米,OSLON? PURE 1010系列,这款产品它可以满足我们户外、室内等等不同类型的白光以及彩光的要求。白光它可以支持80显、90显、满足客户,比方说不同应用的场景,工业、医疗一些相关的照相机,或者是内窥镜,包括像我们商照,珠宝灯或者博物馆场馆里面需要用到一些窄光束高密度的一些灯组可以用到我们这款产品。

在彩色这个部分,可以看到我们支持不同类型的色彩,比方像红光、绿光、蓝光、黄光等等。如果这款产品它标的PC的话,代表这款产品它是属于荧光粉转换这样一个类型。以图上为例,如果有客户需要用到一些小尺寸的高密度封装的,类似于像这种舞台灯、娱乐灯,包括一些景观照明,可以通过这样一个自由搭配组合,实现一个小尺寸的RGBW等等,不同类型的采光组合,包括有一些特殊的光谱,比方说超市里面一些食品或者等等一些其他区域做一些照明,我们可以通过这款产品小尺寸的封装,满足客户去做一个非常好的紧凑型的照明设计方案。

这款产品它主要的特性,跟我们市场上其他友商品牌相比。它是一款表面发光,它的尺寸小,而其他品牌一般它们会是整体发光,尺寸差不多在1.4乘1.4平方毫米,所以在实际的去做一些光学测试时候,相关的我们OSLON? PURE 1010系列可以做到更好的二次光学的设计。如图所示,它的光斑相比其他品牌一些友商,不会有那种十字交叉的光斑,可以看到它的这个光斑的均称性会非常好。其他品牌相对来说我们会去做一些模拟发现,它会有这种光斑的干扰。假设它有多颗紧凑型安装的话,在实际成斑的时候会有一定的干扰,所以这也是我们OSLON? PURE 1010系列产品它的一个主要特点。

成功案例的话我们前面提到,像这款OSLON? PURE 1010,目前我们有做新的一些场景类型应用。比如像工业级的照相机,比如探伤内窥镜,医疗的内窥镜,或者像胶囊式内窥镜,在这个案例当中,客户是用在一款工业级的照相机当中,它在前端光学模组当中应用到了两颗OSLON? PURE 1010的灯珠,满足他相关的一个照度需求。其中他选择的是我们这款80显的1010,前面提过这款产品它是提供80显和90显两种规格给到客户。作为一个工业照相机,它的应用场合会是这种PWM脉冲宽度调制,它需要一种非常快的频闪。我们的产品可以满足客户对于这块频闪,同时亮度、显指等相关需求。在相关的产品实际测试当中我们也是提供客户完善了一些测试报告去满足验证它的热能包括光学相关的测试。

CSP封装第二款产品是我们的OSCONIQ? C2424,源于我们OSCONIQ CSP封装平台,沿用了它P系列的高可靠性以及稳定性,同时它的尺寸是2.4乘2.4平方毫米,可以类似于前面提到的P8 2W这样一个规格。它可以满足有70、80、90显,不同的显质,宽色温,从2200到6500K色温不等,ESD耐压等级可以达到8kV,可以满足客户对于一些高光效,比方说像70显可以做到168lm/W,目前我们在客户当中去做一些推广,比如说像我们的后装客户,路灯,高棚灯客户,以及一些安防监控的补光灯,客户如果像之前用到比如说这款是2W相关的规格,可以相关产品做一个测试,可以实现不同光效以及光学设计,满足客户对一些特定场景高性价比的需求。

以上是我们讲的第一部分,相关的新一代户外照明的解决方案。

第二部分我们来看一下室内照明创新应用。说到室内照明创新应用,我们一般想到比方说办公室、工厂、酒店、商照包括教育照明。现在越来越多的现代人去关注人因照明,希望通过一些光解决方案去帮助我们营造一种更健康的工作环境。所以ams OSRAM除了提供LED光传感器等等去实现一个整体化的室内照明解决方案。

比如像人因照明这一块,我们可以去满足不同的,符合人体昼夜节律这样一种类型的照明方式,可以帮助我们去提高工作效率,甚至是改善人的情绪,包括心理状况。

目前我们有提供相关新一代的产品,OSCONIQ? E 2835我们也提供不同类型。稍后我们将做逐一分享。前面我提到高品质照明越来越多的受到大家关注,办公、商铺、酒店、教育等等,我们通过跟客户走访以及相关市场分析发现现在大家比较关注的点在哪?第一部分还是围绕我们LED光源本身,追求一个高光效,要满足比如说像DLC标准,标准款是大于100lm/W,高阶标准是125lm/W。第二关注点是寿命要求。比方说像L90要求大于36K小时,L70要求大于60K小时,第三个,也是我们前面提到的,会发现人们会关注如何通过改变光谱来调节我们的昼夜节律。我们这边有一个数据,叫做MDER值,稍后我们会做一个分享。通过相关的光谱改变能够调节我们人体的昼夜节律。比方说我们的工作模式或夜间的休息模式。

相关的应用场景,比方说像格栅灯、线性灯、筒灯、平板灯。在显指这一块我们发现用户希望比传统的80显会追求更好的显指,90显去更接近自然的光源,太阳光更还原的一个颜色显示,即我们的显指,以及更关注一些健康。比如说对于眼部的干扰,希望低的一些蓝光比例去缓解我们的用眼压力,保护我们的视力。

第一款是我们的专业级室内照明产品OSCONIQ? E 2835 CRI80产品,这款产品是我们全新的基于2835的封装,光效典型值可以达到212lm/W,全色温,低色温2200K以及最高6500K。像这款212lm/W,可以满足DLC一些高阶标准的需求,包括它的寿命,L70,L90都能够满足对于DLC高阶标准需求,所以客户如果是去打造一些专业级的室内照明,可以通过我们这样一款产品,正好可以帮助你满足相关的对于高性能、高光效、高可靠性、高寿命相关需求。

第二个产品系列,前面提到如何通过改变LED光谱来调节MDER值,我们通过相关的专业研究发现,MDER值可以根据相关的数值高低去改变人体的节律,如果我们在一个工作模式当中,工作时间去有意识的通过相关的LED光谱的改变提高MDER值,可以有助于我们人体抑制褪黑素分泌,帮助我们提高更好的专注度,甚至能够改变我们人体的情绪状态。像我们前面提到,很多人现在有一些亚健康,而且心理健康的问题,甚至有一些抑郁的情绪,我们通过专业机构发现,在这部分可以帮助我们人体,一方面是改善我们的专注度,一方面能够改善我们的心理状况,调节我们的情绪,能够有效的抑制抑郁的情绪。

在这个产品当中会发现,通过直接发光这样一个Cyan Enhanced,我们叫青蓝光增强,去提高我们这样一个系列的MDER值,去实现相关的一个更好性能,基于这样一个原理,ams OSRAM也是提供了新一代的节律健康照明产品,OSCONIQ? E 2835  青蓝光增强,Cyan Enhanced这样一个产品。通过改善MDER值去帮助我们相关的建筑在健康建筑这个领域能够获得得分点,类似的是2835的PCT封装,同时比方说我们有不同颜色的色温,以我们典型值4000K CCT为例,它能够实现MDER值达到0.71,右下角这边一个图表,不同类型的色温能够满足的MDER值。

这款产品目前达到光效是157lm/W,所以我们在前面提到针对于不同的应用场景比较关注一些像节律照明或者说人因照明等等,像工业,比方说车间、厂房,通过相关的光谱改善去提高工人的专注度,降低一些操作失误率。教育照明,在教室当中如何帮助学生去提高听课的相关专注度,包括改善他的一些心理状态,可能像学生因为等等原因会有抑郁的情绪。包括像航空照明,比方说飞机客舱的内饰,如何去改变相关内饰的光谱,调节乘客在航行途中相关的节律状态。

第三部分室内解决方案是我们提到新的技术叫量子点荧光粉。在这个部分ams OSRAM也是不断的做了技术方面的升级去推出相关的产品,满足我们客户对于这一块相关的应用。

比如更卓越的光谱特性,例如窄带发射谱,相关的波长可以调配,稳定。第二部分是优秀的可靠性,前面提到相关的像Q90,Q70相关的报告,耐腐蚀的性能,高转换率,也就是我们的光效,可以提供更高的光效去满足客户像DLC高阶标准的需求,良好的可加工性,如何优化我们产品的工艺。

基于此我们提供了OSCONIQ? E 2835 QD系列产品,这款产品可以实现CRI90这样一个高显指,实现高显指下的高光效。我们称之为鱼和熊掌皆得。2835的封装,120度光束角,CRI90高显指,混合分Bin,包括ESD耐压,可以实现2千伏。目前我们主打的一些市场,高端的室内照明,像博物馆、零售、包括像健康的照护。比方说养老院,医院等等,不同的应用场合。与前面的2835系列类似的,这一款也是满足我们DLC高阶标准对于寿命以及光效的需求,这款产品可以实现典型光效195lm/W,CRI90显指状态下。

所以通过我们今天分享可以看到ams OSRAM在我们现有的照明领域,无论是户外照明领域以及室内照明领域都在做一个不断的产品迭代升级,包括通过去了解市场需求,客户的需求,去打造更好的能够满足客户在不同应用场景下面的产品解决方案。所以在日后我们也希望跟各位客户能够保持更多的沟通,不断的能够推出满足我们客户需求的产品解决方案。


范镓 | UV-C LED 消杀市场及创新应用

主持人:感谢陈嘉华先生的分享。每次我路过一些地标建筑的时候都在想这么完美的照明方案一定就是用了我们的产品。接下来我们有请ams OSRAM市场经理范镓女士为大家分享《UV-C LED 消杀市场与创新应用》,有请!

范镓:大家好,我是ams OSRAM市场部的范镓,今天在这边给大家分享的是我们公司在UV-C LED消杀市场方面的一些产品以及创新应用。

大家可以先看一下我们对于紫外的定位,紫外分为三个波段,UV-C 、UV-B和UV-A,UV-A是长波段,一般存在在大气中,会给我们皮肤带来一些晒伤和晒黑的情况。UV-C基本上被云层所遮挡,所以在大气当中基本上不存在。地球上的一些生物都没有进化出对于UV-C的一个抵抗,我们就利用于这一点,用这个人工光的UV-C对病原体进行消杀,所以我们今天的主题主要是讲短波,也就是UV-C波段我们相关的产品和应用。

如刚才所说地球上的病原体都没有对UV-C的抵抗力,UV-C它实际上是通过高能光子打破了DNA、RNA当中胸腺嘧啶-腺嘌呤键,相邻的两个键互相键合,细菌和病毒的繁殖过程就这样失活了。键合被打断的过程,在于波长的265纳米,也就是265纳米是UV-C整个效段中杀菌效率最高的波长,大家可以记住这个重点,265纳米。

另外一方面,从剂量上来看,杀菌的剂量对于杀菌的效果是决定性的,剂量的算法是在等于单位面积的光功率乘以暴露时间,单位面积光功率我们可以简单理解为类似于一个照度的概念,每平米内有多少W,乘以我们的暴露时间,如果说单位面积光功率较小需要暴露更长的时间,反之单位面积功率大可以用更段的时间完成这个杀菌过程。

从杀菌效果的指标来讲,一般是以百分之多少个9来衡量,常见的指标是99.9%,也就是3个9,一般被称为log3,还有4个9的标准,99.99%,也就是log4,这两种指标是最常见的。

大家应该对于UV-C杀菌设备已经不陌生了,市面上绝大多数的消杀产品用的是UV-C的注汞的紫外灯管,这是比较传统的一种照明器件方式,它的特点是功率比较大,目前来讲对于我们UV-C LED它的区别和联系,我们在这边给大家简单介绍下。注汞灯管它因为是玻璃外壳,所以结构上来讲它较易碎,同时在系统设计方面对于系统设计要求比较高。LED它的特点是不易碎,同时结构设计方面更加友好,我可以把系统设计成任意形状,因为UV-C LED的封装是比较小的,同时从有汞无汞来看,注汞灯管是有汞的,虽然现在的水俣公约对于UV-C的灯管是豁免状态,但是长期来讲从趋势来看,我们还是会逐渐转为无汞的LED方式。

波长来看,注汞灯管它的波长因为是固定的253.7纳米,它基本上不可调。回想我们刚才讲到的,最佳杀菌波长是265纳米,这点来看紫灯管是不可能做到这个波长,但是LED相对来说它由于是由化合物半导体直接合成我们的外延层,它的波长是可以由厂商选择去制定的。265纳米是完全可以做到的一个技术。

从寿命来讲,注汞灯光基本上在6500、7000,还有1万小时左右,LED因为它的特性来讲,目前是1万小时左右,经过未来三到五年努力,UV-C LED的寿命有希望可以达到2万甚至3万小时。

效率角度看,目前注汞灯管效率是比较高的,25%到30%WPE,相对来说紫外LED的紫外目前是3%到6%左右。LED后面还需要长期做一些提升跟改进。

散热方面,由于注汞灯管是在同一表面发出光和热,LED它是正面出光,背面散热。所以散热方面LED它是更方便于我们的系统把散热和出光分开处理的。

启动时间,LED也是具有优势。大家知道注汞灯管是需要一定的启动时间。LED因为它是横流器件,所以它可以瞬态启动,不需要等待时间,同时也可以频繁开关。

从应用市场角度来看,我们把紫外消毒分为三个大类市场。第一个是表面消毒类,包括一些公共区域,特别是一些医院的污染区表面,比如说采血采样的检测台,候诊室、接诊室、CT室、手术台等等。还有最近经常引起大家注意的冷链物流,大家也知道疫情期间因为冷链导致疫情传播的新闻有很多。冷链物流也是表面消杀比较重要的市场。另外是食品生产线,这种大规模的表面消毒,目前最主要还是由UV-C灯管所占据,当我们UV-C LED效率逐渐提升以后,目标在于大面积的取代UV-C灯管。

另外是空气消毒,包括并不限于大型的通风系统,还有家用的小型空调。大家知道像一些公共空间,包括车站、机场、交通工具内部,都是存在大量的病原体。在通风系统当中,包括养殖场也是需要新风的。大家可以回忆一下,今年年初上海疫情发源地华亭宾馆的事件,就是因为宾馆的中央空调当中是互相连通,并且没有消杀功能,所以导致病毒在整个宾馆内造成传播。空气和通风系统也是非常有必要进行消毒产品的置入。

第三点就是水消毒,这个领域目前市面上很多的饮水机厂商已经开始引入了UV-C,包括UV-C LED。后面的成功案例当中会给大家进行分享。包括市政的设施还有入户的饮水机还有净水器,都是一个很大的市场。

刚才我们提到从现在看来,UV-C LED的效率是远不如UV-C灯管的。但是长期来看,我们可以预想今后的5年到10年会是一个UV-C LED逐渐降本增效,逐渐向市场推开的过程,我们把这个过程预测为四个阶段。

第一个阶段就是近几年,大概近一两年内消费类的便携式消毒设备和一些小型家用电器,使用紫外的LED基本上单颗在3到30毫瓦左右,2%的WPE就基本够用了,寿命也不需要很长,3000小时对设备来说已经够用了。

第二阶段我们会拓展到一些小规模的流动水,通风以及室内一些公共表面,还有一些食品消杀。这个时候当我们的单颗器件提升到100毫瓦左右的时候,预计可以把这一块市场逐渐进行拓展。

第三阶段,当我们的UV-C LED的WPE提升到10%左右,单颗达到200毫瓦以上的时候,我们预计会在专业的流动水,比如说一些大型的水处理水厂,医疗、公共交通工具上面进行使用,后面会逐步导入车载的前装。把车内的消毒系统做到前装的空调集群里面,以及刚才所说到的冷链,项目型的公共场所,比如机场、火车站,大规模的水厂,来全面替代目前占据主流地位的石英紫外灯管。

目前来看适用场合,也如我们刚才所说,小功率10毫瓦左右基本适用于消费类,消费和后装市场。对于工业和专业我们需要到50毫瓦乃至100毫瓦以上的单颗产品。

这边给大家着重分析的是我们的产品在以后替代紫外灯管的情况下,我们是跟紫外灯管如何对标。刚才咱们提到紫外灯管它的波长是253.7纳米,离最优的265纳米还是有点偏离。这个时候需要考虑一个剂量的补充,我们经过科学的计算,用注汞紫外灯管的时候需要补偿16%的剂量才能达到跟265纳米的紫外同样的效果。也就是说当咱们使用265纳米的LED的时候,我只需要达到紫外灯管的86%的功率输出即可以实现性能上的完全替换。

同时市场面我们现在看到一些280纳米的紫外LED的时候,也应该对它进行一个估算。如果我用275纳米的LED去替换280纳米的LED,同功率的情况下可以节省16%的颗数。这页给大家简单说一下紫外LED跟蓝光LED,从IP上面的一些区别。蓝光LED也是现在白光LED的一个芯片,它的制造技术外延层是铟镓氮,epi技术相对比较成熟,效率非常高。在400纳米前后都是使用这个比较成熟的技术。

对于UV-A,外面市面上见到一些做工业固化的近紫外,它的成本相对较低,使用的外延也是铟镓氮为主。为什么深紫外这么贵?主要是因为它在外延当中需要进行一个掺铝的工艺来调节它的波长到达深紫外的波段。它的外延掺杂工艺挑战性也比较高,,掺铝比例越高,波长越短,良率越低,发光效率也是大受影响。随之深紫外工艺的进一步改善,掺铝工艺的成熟化后面也会逐渐提高良率,降低成本。

这边给大家简单看一下我们目前有的产品系列。目前ams OSRAM深紫外LED,我们主要做的是273到275纳米。后面我们也会逐渐引入更短波长的,刚才所说的最优波长265纳米。我们的产品主要包含从4.7毫瓦到100毫瓦功率段,个位数的4.7毫瓦,还有13.5到17毫瓦,以及42和80毫瓦,最高是100毫瓦,这都是单颗的一个典型辐射功率。从WPE来看,目前中小功率是2%到3%左右,大功率我们的WPE可以做到6%,大家可以回想一下现在市面上的UV-C LED能达到6%的厂商基本上他们做的都是波长偏长,比如280纳米的一个UV-C LED,大家刚才看到外延技术的简介也可以了解到波长越短越难做到高光效的,这也是ams OSRAM在这方面技术领先的体现。

总的来看ams OSRAM在UV-C LED竞争优势主要体现在四个方面。第一个,使用了坚固的封装和陶瓷基板。同时符合ROHS,以及有ESD保护。

第二点,在中小功率方面突出的特点是性能比较高,输出比较高。

第三点,ams OSRAM有稳定的工厂和供应链以及合作伙伴。我们在国内也有非常可靠的代理商,合作伙伴。

第四点,我们这边在欧洲与大学一起做资助项目,不断在在UV-C的前端,上游技术方面有持续的跟学校合作进行开发。同时我们在末端也有跟众多的模组厂商在应用方面进行长期合作跟探索。

这一页是我们目前UV-C LED实际的测试效果。这边是我们跟欧洲那边和意大利帕多瓦大学分子医学系进行的实验,利用我们的LED对SARS-CoV-2病毒进行照射,有效实现了杀菌效果。具体的剂量和照射时间我们已经列在这里,大家可以简单看到实现3log的消杀效果,辐射剂量是2.7毫焦每平方厘米,实现4个9,所需的剂量是3.6毫焦每平方厘米。高度是放在离病原体300毫米。

这边是我们跟国内第三方机构合作做的一些对于病毒跟各种病原体进行的消杀测试。拿H1N1冠状病毒来讲,我们也实现了在2厘米照射距离,30秒之内4个9的消杀效果,以及大肠杆菌和枯草牙孢杆菌,在10秒内实现了有效的4个9的消杀。

后面是我们产品的路线图。大家可以看到除了现有的中小功率以外,我们还在把17毫瓦和80毫瓦,以及超过100毫瓦产品也在逐渐开发中,基本会在今年年底到明年中间推出。

后面给大家介绍一些我们的应用案例。首先最成功的案例是跟我们国内的一个厂商合作开发的牙刷消毒架,这个上面也是进行了品牌联营,相当于一个授权,它对于我们使用ams OSRAM的UV-C LED产品,上面可以通过我们内部程序完成一个品牌授权,在终端产品上出现OSRAM的标记。

后面这是一个电梯扶手公共台面消杀的案例,上面是电梯扶手的设备,里面用了9颗UV-C LED。装配在电梯扶手的滚动扶手的最底端,替代人工擦试方式去对扶手进行持续消毒。

公共台面,这个主要用在一些比如说网吧、图书馆方面的一个小设备。在有人员轮换的地方,中间使用这个设备照射大概10秒钟时间,对台面进行消杀。

接下来两个案例是比较有特点的,一个是医疗给药器,医疗上因为大家知道有一些病人需要长期身上有留置针,留置针的针口会有细菌感染的风险。当我们这边加装了一颗UV-C LED以后,对留置针的位置进行持续消杀,保证患者降低感染风险,以及我们一些客户他们采用了创新的便携式消毒棒的设计,用type-c的方式,把便携式消毒棒连接在手机上面,对于我们随手经过需要消毒的地方进行照射,进行消毒。

以及后面一些消毒的餐具筒,触控笔的杀菌架,这些都是创新的LED应用,并且也是紫外灯管目前无法做到的一些应用。

后面给大家分享一些其他的参考设计。这里是针对除螨仪表面消毒的设计。除螨仪目前常见应用的紫外部分,他们使用的是一些短弧氙灯,我们也可以通过LED来优化除螨仪消毒部分的体积,以及扫地机当中在下面添加UV-C LED,因为扫地机的特点是它的底盘离地面非常近,这样就有利于提高我们的剂量减少时间,剂量足够的情况下,因为距离非常短,所以可以实现秒杀的效果。

后面提到的是水消毒,刚才我们也提到了,饮用水的安全是持续以来大家非常重视的一件事,这个里面我们也成功的应用到了几个客户,做到一定量产,这个静态水水箱的消毒模组,包括咖啡机,饮水机,通过添加一个UV-C LED的模组在水箱上端,间歇性照射饮用水的出水桶,对静态水进行持续的消毒,目前这个案例也已经量产了一段时间。

流动水方面,因为流动水所需剂量可能会稍微大一些。目前我们还是在持续往大功率拓展的情况下,保持跟流动水消毒的客户保持合作。常见的一些应用,流动水更加需要的单颗大概在80毫瓦以上,会用到若干颗80乃至100毫瓦以上的UV-C LED产品。

这里是一个参考举例。时间关系我就不在这边念了,大家有兴趣可以关注我们发布的一些公众号的信息。流动水模组其实在家庭包括一些酒店,无论是直饮水端,还是厨房的净水系统当中都是相对容易做嵌入的,市场应用非常广泛,还包括牙科的这种流动水,包括游泳池,智能马桶这些方面,都是能够很方便的使用UV-C LED的场合。

空气净化。现在我们常见的应用主要是集中在对于空调过滤网进行消毒,对于过滤网照射来说效率比较高,同时也比较节能,这种方式目前也被我们的客户,包括国内以及亚太区的其他客户进行了采用。

另外空气消毒还包括加湿器,因为加湿器当中它是一个恒温恒湿的条件,很容易滋生细菌。在这个当中,如果能够添加单颗100毫瓦左右的UV-C LED就能够实现比较良好的杀菌效果。

当UV-C LED功率提高之后,我们还可以把它拓展到包括移动式的消毒机器人,以及公共空间顶层空气消毒的一些灯具。以及未来车内,汽车的舱内以及客车,地铁、高铁、机舱内都可以,在空调孔当中增加一颗100毫瓦LED,把它们做成模组添加到其中,使得进入的空气得到充分的消毒。公共交通工具在没有人的期间也可以短期开启进行空间和表面的全面消杀。

从剂量来看,如果是静态水和流量水是按照流速来定义系统输出功率的。如果是10升每分钟以内,一般来说采用中小功率能够实现,对于工厂以及大范围的工业级净水,会要求使用更大剂量的UV-C ,目前来看还是主要由灯管来实现这个功能。

再说回OSLON UV的市场定位。我们跟目前市场上已有的产品,相比之下主要优势在于同样的电功率下,我们有更高的输出。比如当我们采用了一个竞品,要求我们同样功率达到500毫瓦的时候,当我们采用一个10毫瓦的竞品可能需要31颗,但是如果采用OSLON UV 13毫瓦典型值24毫瓦最大值的情况下只需要24颗,可以帮大家节省颗数的同时,大家在系统无论是散热还是结构方面都能够做更多的节省。

同时我们可以提供一个专业的寿命和可靠性报告,大家如果有相应条件也可以发给我们技术部门进行模拟,我们可以帮大家计算出大概的寿命,帮大家估算成品的使用寿命。同时我们有品牌联营服务。刚才我们提到了,这方面也可以帮大家实现1+1大于2的价值。

 从市场要求来看,目前市场对于UV-C LED的要求集中在性价比方面,寿命可靠性方面,还有高效率、以及服务和支持。这方面我们ams OSRAM通过丰富的产品组合,高可靠性和质量导向的公司文化,以及大功率WPE可以高达7%的产品性能,以及我们提供品牌联营和有力的本地代理商支持,给大家提供一个非常适合的选择。


移动与可穿戴演讲

郭海波光传感器助力智能设备持续创新 

主持人:让我们有请今天的第一位专家,来自艾迈斯欧司朗的资深市场经理郭海波先生为大家带来分享主题光传感器助力智能设备持续创新,有请郭海波先生。

郭海波:好的,谢谢主持人。大家好,我是艾迈斯欧司朗半导体的市场经理郭海波。我今天想跟大家介绍的是我们的光传感器在助力智能设备创新这一块,特别是在智能手机和智能穿戴这块的产品,跟大家简单介绍一下。

这是我今天主要的话题,第一部分是屏幕管理方案这块的光传感器。第二大部分是颜色传感器对摄像头,3A也就是AF、AWB以及AE自动曝光这块的提升。第三大块是我们的光传感器应用于现在新兴的可穿戴设备。

 刚刚提到我们的光传感器在业界一直是引领创新,以及与我们的重点客户,智能手机的客户一块协同创新、协同演进、一起发展。我们创新的光传感器在手机的快速演变过程中,起到了一个比较大的辅助作用去协助他们使这些创新以及这些灵活的工业设计变得可能。

这里我跟大家回顾一下近几年智能手机的快速发展,从2016年非常宽边框的手机屏幕逐渐演变成手机边框越来越窄,再逐步演进到刘海屏、水滴屏以及现在还在主流打孔屏以及新兴的折叠屏。这一路演进其实都离不开光传感器的协同辅助。因为传统的光传感器都是放在屏幕上部靠近听筒的位置。随着屏幕的屏占比越来越高,屏幕的边框越来越窄,光传感器也是要随之演变来使这种工业设计变得可能,使大家拿到手上的手机看起来更加美观,整个屏幕显示更大的屏占比,看起来更加赏心悦目,这里面是光传感器提供了协助。

我们的光传感器演进也从原来的尺寸比较大,从支持大光学开孔的三合一的器件,一路演进,尺寸越变越小,从而去贴合现在屏幕的演进潮流,一直到近年最新流行的手机已经把光传感器放到了手机屏幕的下面,用来适配现在最流行的工业设计。所以我们最新的光接近传感器已经能够放在OLED屏下面,且不受OLED屏的本身发光以及低透过率的影响,我们创新的光传感器帮助手机腾出屏幕顶部宝贵的空间,使得灵活的工业设计变得可能。

我们目前有非常多的光传感器应用在智能手机领域,主要我们划成两大部分,一部分是屏幕管理的部分。另外一部分是在影像增强的部分。

在屏幕管理这块我们针对LCD 屏提供了狭缝的色温、光感与接近感应,就是把光传感器放到顶部的点胶区这个刘海的位置。然后我们也提供针对OLED屏,我们也提供屏下的光感与接近。后置的摄像头的影像增强这块我们提供光谱传感器配合Flicker闪烁检测,还有就是光源的闪烁检测结合色温传感器,再降阶的话是环境光传感器加Flicker的组合,我们全部都能够提供。

针对这个AF这块,快速对焦这块,我们既提供单点的对焦,飞行时间对焦传感器,也提供3×3、4×4的多区的激光对焦,也提供8×8的快速激光对焦

刚刚提到接近传感器在智能手机当中的应用,它的主要功用是用来做什么呢?如果说对这块不太了解的客户可以观看这一页,来电的时候,它是起到一个检测物体或人存在或不存在的作用,如果这张动画所示,当手机抬手准备接听来电的时候,靠近人脸,会有一个靠近触发的过程,接近传感器主要就起这个作用,用来防止电容屏的误触。因为如果没有感应器检测手机靠近人脸,电容屏是会被脸部的接触或者耳朵接触电容屏产生误触发的。这还有很大的目的其实是接电话的时候,屏幕是不需要亮的,及时感应接近并灭屏也起到一个节约电能的作用。

还有一个很大的作用,在日常使用当中,我们的客户也做了很多创新的应用,他们会以很低的采样率来做手机是不是放在口袋里面这样的检测。因为口袋是紧贴着人体的皮肤的,这个时候可能会误触把电容屏点亮,这个时候有这个接近传感器的存在,也能够防止频繁地启用电容屏或者电容指纹的检测,这个主要也是接近传感器的一个应用。

跟大家再简单介绍一下我们接近传感器的工作原理,刚刚其实已经讲到它的主要作用是用来防止电容屏被误触发,用来灭屏节约电能。在整个的接近过程中,靠近人脸或人耳朵接听电话的过程中,我们这个传感器的主要部分是如右手边这个框图所画,它有一个红外的led以及一个红外的接收器,同时内部集成了一个光传感器。

它的主要原理就是红外led发射红外线,940纳米的红外线往外发射,靠表面反射回来的能量的强弱来判断接近远离。靠得越近的时候,反射回来的能量是越强的,这个时候我们的传感器能够做出快速判断。光传感器主要用来检测外界的环境光的亮度,当然它很重要的一个点就是需要去排除环境光红外的干扰,主要是来自于阳光。还有一个很重要的点就是它要能够比较好地模拟人眼的响应,因为最终这个产品以及我们的手机都是为人服务的。

艾迈斯欧司朗的接近传感器里面集成了先进的光学滤片,这个光学滤片一个作用就是能够滤除环境的干扰,还有一个就是把它本身光学传感器的响应曲线很好地去模拟人眼的响应曲线,从而得到我们人眼能够感受到的环境光的变化。

我们的接近传感器提供非常多的组合,大家刚刚也看到了,各种尺寸、规格,甚至放到屏下面的,这样使得灵活的工业设计变得可能。大家在市面上看到各种形态的手机,也就有各种各样的光学传感器的适配,从而使这些灵活的外观设计、工业设计都变得可能,送到各位消费者手中。

刚刚提到了接近传感器,再简单讲一下环境光传感器的演进。环境光传感器我们分为三大类,最简单的就是传统的检测亮度的环境光传感器,次之就是颜色类的RGBCW,就是我们所谓的红绿蓝检测的颜色传感器,再下来是多区的光谱类的传感器。在整个我们能够肉眼看到的可见光领域,我们的传感器都能够覆盖,甚至在非可见领域UV波段以及近红外领域,我们的光传感器也都有相应的产品去做覆盖,这是我们目前提供的各种光学传感器、环境光传感器的品类。

环境光传感器在智能手机当中主要是用来起什么作用呢?主要起的作用,一个它能够去智慧地调整屏幕的亮度,因为屏幕其实无论是智能手机还是我们的电视还是笔记本还是平板,它的屏幕都是最大的电能消耗部件。如果说你的屏幕一直处于高亮状态或者不能智能调节,那会极大地消耗电能。第二大作用就是视力的保护,大家有一个感受就是夜晚如果关灯的状态,你的手机屏幕亮度不能自然调整的话,你会感觉非常刺眼,会非常不舒服。最后一个就是做显示优化,随着环境的色温变化,我们能够做一些智能调整变化使得这个整个显示看起来更加柔和,更加贴合人眼的响应需求。

这里就需要介绍到我们的自适应显示技术,这个技术我们有推出一款先进的XYZ传感器,这款传感器是比普通的RGBC的红绿蓝的传感器,它能够更加精准地模拟人眼的响应曲线,因为人眼里面是有三种响应细胞,它会对环境当中的各种光线颜色做一个响应。下面这个就是我们这个环境光传感器XYZ传感器的响应曲线。这个响应曲线基本上是跟咱们人眼的响应曲线极度贴合的。

而且我们这个XYZ传感器不仅能获得准确的色温值,它还能够把ΔUV以及G-M shift,也就是绿到洋红这样的偏差把它抓取出来。因为只是抓取准确的色温值是不够的。它是通过传感器的实时上报的环境光色温信息,就是我们所处的环境当中的色温信息,实现屏幕的智能化调节。

如果说用这个demo来展示,可能大家会有更直观的感受,大家可以看到这个图片,左边一台手机,右边一台手机,同样在这样一个图片背景里面,上面是我们的色温灯箱变化,现在是6500K的色温,左边手机是装了我们传感器的,右边没有装。看不太出来两个手机显示有明显区别,两个手机的显示图片跟背景搭配显得也不会太突兀。但是随着色温调整成3000K,大家可以看到右边的这个屏幕明显偏蓝。再继续把这个色温的灯光调成2700K,色温越低,我们人眼感受的光源越暖越黄,这时候看到右边这个没有色温传感器的屏幕已经明显发蓝了。当然我们人眼有自适应性,如果说你没有传感器调节,它会强迫你的眼睛去适应,但这样眼睛会变得非常容易疲劳。我们的自适应技术能很好地帮助解决这一点。

刚刚介绍的是我们屏幕管理方案的传感器,接下来跟大家再简单过一下我们摄像头3A这块的提升。大家知道环境光线对拍照的白平衡影响是非常显著的,特别是混合照明和反射光。大家可以看到这两张图片,同样一个物体,不同的环境灯光下面,白平衡如果做得不好,整个图片拍出来这个差异是非常非常大的。我们的光传感器是如何帮助AWB白平衡以及AE自动曝光呢?我们的传统的RGBCWF传感器相对于普通的摄像头来说,因为摄像头里面只有RGB,一个优势是响应速度快。第二个加上这个扩散片之后,我们传感器能够获得比摄像头更大的视场角。

还有一个我们传感器有集成这个Flicker光源闪烁的功能,可以去检测环境光源的闪烁频率,从而去帮你消除闪烁的影响。还有一个就是我们能够提供准确的CCT的信息。

光谱传感器相对于我们的RGBCWF传感器又有什么提升呢?相对来说,一个是CCT精度进一步提升。第二个,准确地还原环境光源的光谱,去除反射光对CCT造成的误判。所谓的反射光就是你一个光源有一定的色温,这个光源照在一个有颜色的物体上面,它反射回来的光,比如说你照射在一个红色的色卡,红色的色卡会反射红光,对整个的CCT检测会造成误判,这个时候传统的RGBCW传感器是测不出来的,这个是需要光谱的重构从而来还原光源真实的光谱。还有就是光谱传感器可以提供更多维度的信息,这是我们用于AWB与AE辅助的光传感器。

这是一个视频,可以很明显地感受到左边这个是有我们这个Flicker传感器的,大家看到这个摄像头拍视频的时候,拍后面这个本子的时候,屏幕显示整个是没有在抖的。但右边这个抖得非常厉害,就是因为摄像头没有办法去判断环境光源的闪烁。我们的Flicker光闪烁传感器对自动曝光这块有很显著的提升。

刚刚提到我们的光谱传感器相对于传统的RGBCW传感器还有很大的提升是因为它能够重构光谱,像这样一个场景,这是一台手机放在一个皮沙发上面,这个沙发偏黄,原始的灯光是2536K的灯光,直接测量这个时候你对着沙发拍照的时候,用传感器测量出来,会测到一个错误的1800多K。你如果能做光谱还原,我知道头顶的光源是什么,直接通过预估还原,能够把准确的CCT预估出来,不然你得到的是一个环境光照射在皮沙发上反射回来的色温值,这样就是不准的,特别是在大面积纯色背景当中,它这样一个光谱还原的能力对整个的摄像头的白平衡会有极大的帮助。

除了刚刚提到的摄像头的白平衡以及自动曝光之外,我们还有飞行时间的传感器激光传感器,用来提升摄像头的自动聚焦。我们这颗激光传感器是一个多合一的,把发射器、高精度的计时器以及SPAD接收器、信号处理的部分全部集成在一个模组里面,它是我们目前业界最小的一个封装,非常适合像智能手机或者这种对结构非常紧凑的工业设计的要求,然后它是一个直接测量光飞行时间的传感器。高度集成化的,发射能量符合人眼安全认证的激光发射器,而且我们里面集成了艾迈斯欧司朗自产自研的高性能的光学滤膜,它可以极大地抵御环境光红外线的干扰,在10万lux这样一个环境光照明条件下,它依然能够达到60公分以上的探测距离。

最后一个部分是我们的光传感器应用于非常新兴的可穿戴设备,目前可穿戴设备成长非常快速,除了我们常见的智能手环、智能手表等等之外,我们还有新兴的AR、VR、智能眼镜,这些都是新兴的穿戴设备。

 我们的光传感器,这里我着重介绍一下我们的TSL25853P这个超薄的环境光集成UVA检测的传感器,就是如图片所示的这颗,这个器件非常重要的一个特点是它的尺寸只有2×1×0.35,非常薄非常小。它除了可以智能地准确地检测环境光之外,它还集成了UVA的检测,就是紫外线的检测。它的主要应用场景是拿来干什么?一个是我们的智能手表,它其实也是要调整屏幕的背光的,不然的话我们晚上去看智能手表的屏幕,熄灯的状态也是会非常刺眼睛,所以智能地去调节这个屏幕背光对智能穿戴也是非常重要的。

还有一个特点,因为它本身能够检测UVA,能够实现UVI也就是紫外指数的预估,也可以用于我们的智能眼镜。其实智能眼镜一个很重要的功能,除了的智能助手的功能之外,因为眼镜是要跟真实场景进行结合,它不像VR是在家里面看视频不用外出的,眼镜是要戴着外出的,所以它除了有传统的智能设备的功能之外,还有个非常重要的点就是需要外出,有时尚的功能,你如果做得太难看,消费者不一定会买单。所以我们的UVA检测也可以在你外出的时候同步去检测户外的紫外能量,从而做一个UVI的预估,比如说在智能眼镜的屏幕上进行一个UVI显示,进行一个提醒。特别是我们去海滩边等有紫外照射顾虑的时候。

UVC基本上被我们的大气层里面的臭氧层隔绝了。UVB很难穿透皮肤的表层。UVA是能够深入到我们的皮肤表层,容易造成人体的皮肤衰老,所以这个概念对消费者来说也是非常重要的,如果你能够做准确地UVI的检测和预估,对整个智能设备概念的提升也是会有一定助力的。如图是我们传感器的光谱响应曲线,左边这个紫色的就是我们UVA光谱响应,绿色是我们环境光感测这块,红色是我们红外这块,通过右边这两个光谱响应可以计算出准确的环境光,左边的UVA是实现UVI的检测,我们在穿戴设备上主要介绍就是这一颗。

给大家回顾一下我们今天主要讲的就是手机上的智能的光与接近传感器,用于前面的屏幕管理,后置的快速对焦、自动曝光辅助、白平衡辅助,以及我们穿戴设备的UVI预估检测,我的主要分享就是这些,谢谢各位。

主持人:感谢郭海波先生精彩地分享。艾迈斯欧司朗真的是在实现手机和移动设备的无边框及超薄上不遗余力,现在手机拥有这么好这么灵活的工业设计,艾迈斯欧司朗传感器也非常希望可以利用和凸显这些工业设计的优势,给到大家在移动设备上最好的体验。

 

黄三豪|生命体征监测应用于可穿戴

主持人:手机有了新的发展,可穿戴设备也不能忽略,因为可穿戴设备现在是我们每天每个人的必备。所以现在让我们有请第二位演讲者,来自艾迈斯欧司朗应用技术经理黄三豪先生给大家做分享的主题,生命体征监测应用可穿戴设备,感谢黄三豪先生,我们有请他。

黄三豪:谢谢。大家好,我是黄三豪。艾迈斯欧司朗的应用工程师,我专职负责于生命体征监测应用或者是大家常听到的健康监测。我今天就来跟大家介绍什么是生命体征监测以及用于生命体征监测的传感器。

什么是生命体征监测呢?顾名思义,对我们人体的生命体征去透过设备、仪器进行测量以及记录人体的参数,再透过这些参数总体去评估一个人身体的健康状态。右边有张示意图,当一个人在运动状态的时候,你自己大概只能感受到我现在是不是累了,是不是渴了,但是你没有办法进一步去得知说我现在的热量消耗是多少,我的心跳是多少,因此我们可以透过一些传感器设备来捕捉你这些生命的特征讯息。

除了运动之外,随着我们传感器的进步,轻薄、短小光电传感器的发展,我们更期待的是大众的长时间方便佩戴在身上,一个长时间的追踪。比如说你每天的心跳可能都是70、80下,突然之间可能跳到100多下或者突然之间变得很低,是否意味着昨晚没睡好或者一些压力的情况出现,来去做一个提早辨别自己身体的状况。

我们艾迈斯欧司朗可以协助来做什么呢?利用无创式的方式获得生命体征参数,比如说心率、血氧或者用电极片的方式获得心电图,就是大家常听到的ECG。像心率、心电图、血氧我们会称为是基础的生命体征参数,透过这些基础的生命体征参数,我们可以进一步再去获得其他的比如说呼吸的频率、压力的状况、情绪心情甚至你的基础代谢率或者是所谓的心率变异性,都可以透过心率、血氧、心电图来拓展你更多的健康监测的应用。

这里来跟大家分享两个应用原理,心率与血氧。我想大家现在如果有在关注智慧型手表手环的话,可以看到这两个应用基本上是标配,都可以看到它已经很成熟地在各个消费者手上所应用。它的应用原理也就是所谓的PPG,大家应该也常听到PPG,PPG是什么?就是光电容积脉搏波,用光电的器件去记录我们脉搏的一个状态,一个讯号。

我下方放了两张图跟大家做介绍,左边这张是心率监测的原理,这里是一个皮肤的示意图,这里有一个血管,这里有肤色的地方是有皮肤,下面是我们的传感器。这两条,一条黑、一条红,这是我们跳动的血管,我们透过底下的发光二极管也就是我们的LED投射出光源打到我们跳动的血管,反射回来的光给我们的光电二极管,我们常简称叫PD,来做接收。随着我们血管的舒张收缩,我们的光就会反射回来跟着变大变小,我们的光电二极管PD上面随之就会得到光电流的讯号,一个跳动的讯号,我们就可以知道我们现在心跳是怎么样的频率,怎么样的次数。

右手边这边是一个血氧的图,横轴的地方是波长,500到1000纳米,有一个绿光,红光660纳米,红外940纳米。纵轴的地方是一个血液的吸收率,0.1就是比较低,100比较高。另外这里有两条曲线,红色跟蓝色的曲线,这里讲的是含氧的血红蛋白以及不含氧的血红蛋白。这两条曲线我们可以看到在红光660纳米的地方,含氧气的吸收率相对于蓝色是比较低的。在940红外的地方,这两条曲线是颠倒过来的。因此我们测血氧的原理就是利用红光以及红外对于血液里面氧气的吸收率的差异值去做对比,来得到你血液里面的氧气浓度有多少。

我们现在看手腕上的应用,也可以看到绿光,绿光主要是测心率的,很多人问说绿光可不可以测血氧?答案是不行的。我们可以看绿光这个地方,可以看到有含氧气和没含氧气的这两条曲线基本上是重叠在一起的,所以是不能做氧气的判断的。因此你在手腕上的这么一个应用,你要两大功能心率与血氧同时实现的话,你必须有三种光源,绿光、红光以及红外光。

接下来生命体征监测的位置有哪些地方?其实我们人体上面可以监测的位置非常多,首先手腕是大家现在已经耳熟能详的手环手表。手指的话,或许去医院也可以看到夹手指式的产品,随时夹在手指上去监测你的心跳和血氧。手臂也是一个地方,胸膛的话可能也有听过所谓的胸带,绑在身上的胸带。耳朵的话是这一两年更加兴起的,一个可以把我们健康监测应用的场景就是所谓的TWS耳机无线耳机,确实我们已经有蛮多客户开始导入在健康监测里面应用在我们的无线耳机里面。

前额跟眼镜也就是眼睛旁边这个地方也是一个非常好的量测健康体征的一个位置,这个的话当然就是我们现在一样的元宇宙的兴起,AR、VR我们在一个虚拟空间戴上头盔做运动的时候,可以透过我们头盔上面的健康传感器去判断说你在一个虚拟的空间里面一个运动的状况是怎么样,心跳的状况是怎么样,这些都是一个很好的量测健康体征的位置。

最后还有比较特别的位置就是在脚部的地方也可以量测我们的身体健康讯号。这个市场比较特别,可能应用在婴儿市场,其实也知道我们婴儿小朋友如果说绑着一个手环手表在手上的话,他可能会随时把它摆脱或挣脱掉。但相对我们可以绑在脚上,也是一个很好来监测我们小朋友的健康体征状况的位置。

如何来实现我们健康监测呢?这里有五大系统我们一一来做介绍,首先有最前端的光电器件LED发光二极管,PD接收管,以及LED和PD集成在一起的器件。我们另外还需要AFE就是模拟前端来作为一个控制,AFE里面会有LED的驱动,它需要去控制LED电流的大小甚至于你的占空比,以及PD信号的读取,我们要把PD得到的光电流收集进来,最后当然还有ACDC数据的读取,我要把ACDC的信号传到我们的MCU,那再补充上算法,我们的算法就可以得知说你的心跳实际到底是跳了70下、80下、100下,以及氧气的部分,现在含氧量到底是90%、98%这样子。

最后可以再补充上一个运动传感器来判别说我们这个消费者的使用的情境状态,比如说你现在可能是静态或者动态的,动态方面的话,我们可以进一步选择你是一个跑步的状态、骑单车的状态甚至是游泳的状态,来让整个健康监测,让消费者的体验感更加流畅,更加舒服。

这里我摆了几张图片,这些就是专门为健康监测这个穿戴应用所特别开发的器件,像这边是LED,像中间这个芯片比较大,这个就是PD光电二极管。我接下来的时间会着重介绍我们的集成式的器件,LED和PD集成在一起的器件以及我们的AFE。

首先第一款我们的产品SFH7070,它是一款专门来做心率的产品,可以看到最右边这张图,这是我们器件长的样子。黄色的地方就是我们的绿光芯片,中间的地方是我们的光电二极管PD,这个PD的吸收光频谱有特别做过处理,可以看到我们中间这张图,把我们红光红外地方过滤掉,专门来接收绿光的部分。我们心率就是用绿光来做,我们希望得到的信号是完完全全纯粹的绿光,我们环境光里面会有一些红外的干扰,所以利用这样的镀膜技术,IR-Cut镀膜技术,我们就可以收到一个很单纯的绿光的产品。

这里我还特别摆了一个第一代的产品,7070是我们第二代集成式的器件了,这边有一个7050A是我们第一代的产品,两者的差异在什么地方?除了这个黑色、白色明显的差异之外,另外一个就是它所谓的芯片这些光电元器件布局的方式,我们看到第一代产品这个PD、LED是各自摆一边的。第二代的产品是两个绿光的芯片夹着我们中间的PD,这个叫做对称式的排法。对称式的排法布局是对于我们现在的穿戴应用手环上的应用特别重要的一环,或者大家可以看现在的产品,也可以看到都是往这个方向去走。

为什么要排对称式呢?因为毕竟我们每个消费者在使用这些穿戴产品的时候并不会把它绑得很紧,会不舒服,大家可能会绑得比较松。那在运动模式下的时候就会造成你手表是没有贴紧皮肤的,有一端会翘起来,对称式的排法就可以有效地帮助这件事,在这个翘起来的状况,你永远都会有一端,可能是PD或者是LED接触着你的皮肤,来得到一个良好的信号。

接下来这款是SFH7072,这款是我们基于刚刚的7070再加上血氧的功能,可以看中间器件的图,这两个黄色的芯片是LED绿光的部分,中间的话一样是带着IR-Cut专门来收绿光的PD,这两个小黑色的是我们红跟红外给远方的PD来做,完成你的血氧的收集。这样的集成式的产品有什么最大的好处呢?讲到我们LED跟PD其实是需要所有排布间距的考量,甚至于所有LED跟PD中间要有挡墙的设计,我们这样的产品全部都考虑好了,不管是间距、挡墙全部都一次性处理好。所以说把这样的一个集成式的器件拿回去使用,贴到你的板子上面,再加上你的盖板,再加上橡胶圈或泡棉就可以取得一个良好的心率、血氧的信号了。

另外我们这些集成式的器件还有一个大特点,就是我们Pin脚都是独立的,因此你可以随时任意地自由发挥,你要什么时候LED点亮,你要什么时候让哪个PD来接收信号,全部都可以自由操作。

接下来是我们第三款产品SFH7074,这是我们第三代产品,相对于刚刚的7070、7072,这个是我们第三代的产品,这个差异又是在哪里呢?刚刚的第二代产品大家也看到是LED比较多。我们7074是PD比较多,这里有摆了三个PD,刚刚最多是两个PD,这样在LED中间的部分就变成是三个,红光、红外、绿光,旁边这两个红色的PD一样是镀上IR-Cut专门来接收绿光的信号。远方的PD就是全通道的,可以收我们的红光、红外来接收血氧的信号。

为什么会从多LED变成多PD呢?其实道理也不复杂,其实我们LED摆上我们的手环手表或者是我们耳机上面的时候,你既然摆了LED,你就是要给它电,就是要给它发亮,就是要产生功耗的问题,那PD相对就简单很多,你就摆在那里安安静静,它就是收光,基本上没有什么功耗的问题。所以也可以看到现在的一个穿戴产品的趋势就是往多PD去发展,LED相对摆得比较少。

我们7074这个第三代产品还有一个特色,可以看到它是一个黑白相间的封装,白色的地方就是给LED,它可以来帮助我们光的取出率,白色的挡墙,白色的底部可以让光反射出来。黑色的部分就是给PD我们希望PD收到信号很纯粹很直接,就是从我们血管里面反射回来的。所以我们就希望其他的地方这些挡墙可以帮我们阻绝掉、吸收掉。所以7074是我们最新一代的产品,这样的产品拿回去贴到你的板子上面,盖板加上去,你就可以很好取得到你心率、血氧的信号了。包含刚刚提到的每个芯片都可以独立控制,灵活度、设计度也都是相当相当高。

接下来介绍我们的AFE,首先这是第一款AS7050,它是一款高性能、设计度高灵活性的PPG加ECG的功能。它是一个高性能的AFE,它的动态输入104dB,那它低功耗25Hz的采样频率只需要20微安,刚刚提到高灵活性,它有6个PD的通道,8个LED的通道,可以看到我们这个方块图,有8个LED通道,6个PD,所以不管你要做所谓的多PD的方案或者是多LED的方案,完完全全都可以满足你。更重要的它集成了医疗级的心电图ECG的功能,所以等于说你采集心电的时候跟PPG两者是可以同步的,如同我一开始说的可以借由这些基础的健康体征信号拓展出更多的所谓的代谢率、情绪、呼吸率等等这样的应用。

接下来第二款AFE叫AS7057,这款产品一个最大的特色就是紧凑型的封装,1.68×1.68,尺寸非常小,不到两个毫米。一样它的性能保持高性能,我们是120dB的动态输入范围,一样的低功耗,25Hz只需要20微安。这里因为尺寸缩小了,相对它的通道变成各只有三个。即便是三个LED的通道也是一样可以满足到心率、血氧的功能。绿光、红光、红外,所以也是可以完全满足这样一个健康监测的需求。同时它是两个ADC的信号处理,这么小的一个封装尺寸,除了相比7050成本更有优势之外,毕竟也没有ECG的功能。另外就是它紧凑型的封装,我们穿戴上面就是要放哪里都很好放,特别是我们耳机上面的应用,我们确实有一些客户都在耳机上应用开始在尝试着7057的这款产品。

最后这里我还是把我们所有健康穿戴产品做一个清单,快速来跟大家分享一下,毕竟因为时间的关系。首先有这个分离式的器件,纯粹我们LED的部分,CT开头,这个尺寸是2.2×1.8,我们习惯称呼它叫2218的绿灯产品。这样的绿灯产品效率非常高,电压非常低,所以非常省功耗。一样,去市面上看一些手环手表产品都可以看到它的存在。

另外介绍这款7015,一个二合一的产品,红光和红外集成在一起的,这样的产品也是我们首先开发出来的非常紧凑型的二合一封装产品,它就可以实现一个血氧的功能。所以像这样一个SFH7015跟这个2218搭配,在市面上可以很经常看见它。

 接下来是分离式的PD,我们分离式的PD也非常多元,大概分类是分成三大块,首先有大的PD,这个22开头,2201,最小型的PD2704,这个小型的PD的面积大概是刚刚的大PD的四分之一,现在更流行或者是大家主要在用的是这种中型的2703、2705、2706这样的中型的PD。这样的中型的PD更适合拿来做所谓的环形的排布,间隔形的排布。

这是刚刚介绍到的我们的LED和PD集成的模块,有7070,拿着回去就可以完成心率的应用,不用再思考我挡墙怎么设计,LED的间距怎么设计,方便快速地去实现你心率的应用,以及7072一样的心率加血氧,以及第三代的产品7074,在我们的第二代产品做更大的升级,让你的心率的信号、血氧的信号进一步优化。

接下来就是我们的AFE有三款,7050刚刚讲了,高性能的产品,有8个LED的通道,6个PD到通道,包含着ECG的功能。7057是1.68×1.68,一个紧凑型的产品,塞哪里都非常方便,特别是耳机上面的应用。我们7057还有另外一双胞胎的产品是7056,它的差异点是在于它的LED通道,把一个LED改成一个垂直面发光激光的驱动管,这里我们这三款产品主推在市面上。

以上就是我今天全部的器件的介绍,这里做个简单小结论,可以看到我们在穿戴上的应用,不管是发射管或者接收管都相当多元,再加上我们AFE,我们整个前端的一个所谓硬件服务都可以一站式到位,所以大家可以很好很容易地从我们这里得到一站式完整的服务与支持。谢谢,今天以上就是我的分享介绍。


孙文轩|AR眼镜中的光科技

主持人:好的,谢谢黄三豪先生带来的精彩分享。大家有没有想过在健康监测其实可以集成在各种可穿戴的设备中,比如说我们接下来要谈的AR眼镜,大家如果有关注艾迈斯欧司朗另一个技术专栏的公众号感光现象的话,肯定知道有关AR眼镜的趋势,因为我们已经做了两期关于AR眼镜的音频节目了。我们下面就来更具体地聊一聊AR眼镜中的一些新科技,让我们有请艾迈斯欧司朗系统方案工程经理孙文轩先生带来主题分享,AR眼镜中的光科技,让我们有请孙先生。

孙文轩:大家好,我是来自于艾迈斯欧司朗系统工程部门的孙文轩。今天我带来的主题是AR眼镜中的光科技。毫无疑问,随着去年“元宇宙”概念的火爆,其主要的硬件载体AR/VR设备成为了近一两年来科技创新的重要领域之一。在我看来,元宇宙或者是AR/VR主要由四个部分构成,硬件、软件、内容和平台。而我今天的主题属于硬件的部分,想讲一下AR显示光机中所使用的光源。

在正式进入到今天的主题之前,我想先和各位介绍一下艾迈斯欧司朗可以为AR/VR设备提供哪些光电传感器件。

我们看一下VR。先说一下可用在佩戴检测中的TMD2636,作为AR/VR设备自动开关的传感器,特别是在有大功耗设备启动前的场景确认,TMD2636可以有效地降低系统功耗,具有超小封装、低功耗等优点。另外有可编程接近补偿校正,可以有效消除环境底噪干扰,并且有远近双PD,支持发射与接收区域的偏心设计。

再说一下用于眼球追踪和手势识别上的传感器,Mira系列的CMOS相机可以作为接收端,具有低功耗、小尺寸、高效率等优势。另外Global Shutter也具有响应快、避免重影等优点。不同级别的像素选择可以分别匹配眼球追踪或者手势识别对于像素的不同要求。另外在发射端,我们也可以提供不同功率等级以及不同封装形式的发射器,比如SFH 4053和SFH 4060可以作为眼球追踪应用中所使用的红外发射部分,具有体积小、贴装灵活等优点。而SFH 4716AS和SFH 4182S可以满足手势识别应用中的对红外发射器的大功率和均匀视场的要求。

而在AR眼镜中除了佩戴检测和眼球追踪以外,我们还提供用于显示光机的光源和显示管理的传感器。其中显示光机的光源是我今天想要分享的主题,等一下会单独介绍。而用于显示管理的传感器TSL2522和TCS3410可以帮助显示模块实现显示色调和物理环境光线变化的自然融合,增强虚拟和现实环境的一体化体验。其中TSL2522具有高灵敏度、小尺寸的优点。TCS3410可以识别环境光的颜色、色温和光强,另外也可以实现最大7000Hz的闪烁检测。

下面进入到我今天想要跟各位分享的正题部分,主要分为六大块,我不在这里一一赘述,后面会单独给大家分享。

第一部分是AR眼镜的市场划分。一般来说我们把AR眼镜区分成两大块,一部分是针对于普通消费者的,另外一部分是针对于工业/企业用户。普通消费者的部分我们可以归纳用户对于眼镜的要求是”舒适为王”,而工业/企业用户的话,对于AR眼镜的要求一般是”功能优先”。

差别在哪里?普通的消费者一般会要求将来的或者说他想用的AR眼镜会和普通的眼镜有类似的外观和手感,包括类似的重量、体积等等。另外这个眼镜是非常高效节能的,可以有很长的待机时间,不会受到电池等相关因素的限制。另外它应该是一个没有线束束缚的眼镜,因为目前有一些AR眼镜需要外接电源的部分,所会有一些线束束缚眼镜的佩戴。

而工业/企业用户来说,会对眼镜的功能有比较大的优先性,眼镜的美观并不是那么重要。这个眼镜只要符合人体工学、佩戴舒适就可以了。另外在某些特别的场景下,头戴式或者头盔式的AR眼镜也是可以接受的。

如果大家之前有关注到Yole的分析报告的话,可以看到针对于AR眼镜这个领域来说,绝大部分的篇幅都在讨论什么样的显示技术以及什么样的光学技术,其他功能上讨论篇幅很少。大家可以感受到AR眼镜的显示技术在眼镜里所占的比重有多大。

在这里简单介绍一下几种用于AR眼镜的显示技术,主要有三大块,第一部分是被动式的微显示技术,第二部分是主动式的微显示技术,第三部分就是近两年随着HoloLens 2的兴起,一些扫描相关的显示技术。

被动式的微显示技术包括比较传统的LCD以及现在在AR眼镜市场上比较主流的显示技术DLP和LCOS,加上RGB的LED或RGB的激光器作为光源。主动式的微显示技术,包括我们在VR上面已经普遍采用的Micro OLED的技术以及大家都在期待的Micro LED的技术。扫描显示技术部分基本上是以LBS的方案为主,就是laser beam scanning的技术。

稍微带一下几种显示技术的优缺点,DLP/LCOS加上LED,技术非常成熟,有高亮度、高色域等优点。缺点是体积会相对比较大,会有比较有限的光展量。如果是DLP/LCOS加上激光的方案,除了和LED类似的优点以外,它的体积相比于LED的光机会小一些,但是相对Micro LED和LBS技术的显示会有点大。另外因为激光的单色性导致的一些干涉效应,它的图象质量比较难以提升。

主动式的显示技术,Micro OLED和Micro LED。Micro OLED用在VR上是非常好的,因为它不是一个和环境融合的显示情景。在一个封闭的环境里面,它的亮度足够。但是Micro OLED对于AR这样一个可能在阳光下使用的场景,亮度远远不够。

我们再看后面的两个技术,Micro LED在AR显示领域和市场上讨论了很久很久,它的优点非常多,系统很简单、效率高、亮度高、色域对比度都非常好,也容易扩展。目前市场上有一些单色的Micro LED已经在使用,但是从量产的成熟性来说,目前还不是很高。最大的问题在于RGB的集成难度非常大,从我们所看到的情况来说,如果RGB的三种芯片都集成在同一个Panel上实现Micro LED显示的话,需要走的路还非常长。

我们再说一下扫描显示技术LBS,它是使用RGB激光器作为调制光源进行扫描成像的显示技术。有体积小、效率高、高色域和高对比度的优点,比较容易扩展。它的难点在于系统相对复杂,特别是在光学和电子方面。另外图象的质量也有待于提升,还是由于激光的干涉所导致的一些散斑效应,需要不断改善。

目前艾迈斯欧司朗在其中的两个主要领域即DLP/LCOS这样LED微投影方案中提供LED光源,在LBS扫描显示技术上提供RGB的激光器。

下一个部分想讨论一下AR显示的应用要求和目前我们面临的技术挑战。左边这部分大家可以看到罗列了10个以上的应用要求,AR显示本身是一个显示部件,有针对显示器件一般的技术要求,像色域或者亮度对比度等,再加上使用在眼镜这样一个特殊的场景上,增加了很多有挑战的技术要求,像尺寸、重量和美观性,眼动范围和视野角等等。目前我们所看到的情况是各项要求之间相互作用,在目前的技术水平下,取舍不可避免。

总结来说,以目前的AR显示技术方案来看,并没有万能的解决方案,我们需要基于需求去设置不同的优先级进而决定相关的显示方案。

下一部分想谈一下使用LED的微显示系统。我们有几款LED一直在这个领域提供光源。双通道分色镜的方案,我们有红蓝集成在一起的二合一的Q7WM LED,再搭配单绿LED。单绿LED可以有两个选择,一个是直接的绿光即Q8WM,另有一颗转换的绿光,即H9RM。这种双通道方案在很多光机上都有使用。

另外还有使用导光柱方案的三合一LED N7WM, RGB三颗芯片集成到一个封装里面,搭配导光柱去实现照明场景。再加上DLP/LCOS去实现成像。

解释一下这两种用在AR显示上的合光方案,左边是分色镜方案,右边导光柱方案。优缺点方面,分色镜方案,大家可以看这个图示,它可以收取更多的光能量,会有比较好的颜色均一度,进而可以有更高的显示亮度。缺点是需要更多的光学器件,这样会造成光机的尺寸较大,对于组装的精度要求会比较高。

第二种方案是用导光柱的方案,优点是不需要这么多的光学元件,所以组装的精度要求也会较低,光机的尺寸小,成本相对较低。缺点是因为芯片排布的关系,显示器可以利用到的LED光能量比较低。另外因为芯片位置的差异,相比于分色镜的合光方案会有较差的颜色均一度。

 在这个基础上,我们开发了一些新型的LED,在原本的RGB芯片一字形排列的基础上,开发了这两颗MOSAIC LED,芯片呈田字形排列,有RGGB四芯片版本和RRGGBB六芯片版本。它相对于原本的一字型排列LED的提升主要在两个方面,一个是芯片排布的方式,从一字形的排列转变成田字形的排列,这对于颜色均一度会有较大改善。另外它的芯片的表面和封装表面的距离进一步减小,从原来的0.44mm降到0.15mm,这样可以让光学部件离芯片更近,收光更容易,颜色更均匀。

我们针对RGGB这颗LED做了一个显示器亮度计算的示例,因为大家经常会问到LED的功耗以及能实现多少的入眼亮度。以1W的LED电功率为例,可以输出50lm的光通量,经过前端的光学系统,在到达光波导镜片之前,可以维持约5到10lm光通量。再匹配不同的光波导类型,最终可以达到入眼亮度从350nits到6500nits不等。

前面一直在说普通的消费者会需要什么样的AR眼镜,在那么多技术参数的要求里面,我们总结下来 - 尺寸、重量和美观最重要。所以我们做了这样一个对比表来讨论用什么样的方案能实现多大的光机尺寸。

比较传统2通道方案,LED加上分色镜的方案可以实现的光机体积大概在5到10 cc,cc在这里是立方厘米的意思。再看一下我们新推的MOSAIC LED,如果搭配DLP/LCOS,一般会有大概3到5 cc的光机体积。但是针对于普通消费者来说,这2个体积还是非常大。所以再看LBS的方案,我们针对性的开发了一款RGB集成的激光器,使用这颗集成的RGB激光器搭配MEMS,有机会把整个光机体积缩小到1cc以下,就是一个立方厘米之内。我们觉得对整个AR显示应用来说会有比较大的促进作用,特别是对于消费者端的AR设备会有比较大的帮助。

接下来具体说一下LBS的方案。首先LBS激光束扫描成像是怎么实现的。需要三个基本要素,第一是RGB的三色激光器。第二是用于光束整形的光学,主要包括对于激光光束的准直和合束。第三是MEMS,即图象上每一个点的像素怎么样去实现的。

看一下使用我们新开发的RGB三合一的激光器所实现的光机尺寸的例子,左边的这幅图是早期使用TO封装的激光器做的LBS光机。光机尺寸大概是在1.7cc左右。而使用我们新推出的RGB三合一的激光器,把三颗激光芯片集成在一个封装里面,光机的尺寸可以降低到0.7cc,在一个立方厘米之内。

 这颗激光器的基本参数列在这里,大家可以先看一下左边的图示,激光芯片在一个基板上排布,经过一个45度棱镜实现光束90度的转折。这颗激光器可以直接做SMD贴装,另外为了保护激光芯片免受环境影响,我们做了气密性封装。尺寸大约是7mm×4.6mm×1.2mm。光功率方面,红色可以最大到100mW,绿色可以最大到50mW,蓝色可以到80mW。光束的发散角约7×22度。比较特别注意的是激光器的设计还没有能集成光束整形光学,所以光束的合束和准直需要在封装外面完成。

我们和客户讨论相关的显示方案时,经常会被问到显示方案大概能实现多少的入眼亮度,消耗所少电功率以及怎么样去匹配相应的每颗芯片的光功率,我们做了这样一个简单的计算。

如果设置1500nits入眼亮度的目标,光波导的转换率大概是每lm150nits,在进入到光波导之前,光通量需要在10lm左右,经过前段光学器件的准直合束,预计会有50%以上的收集光的效率,需要激光器约17lm的输出,转换成三个颜色,总的光功率要求约78mW,再依据于每个芯片目前所能实现的效率来计算,需要约0.8W的电功率输入。

再说一下做这样一个估算我们大概需要哪些参数。主要有三个部分,一个是RGB激光器的波长。第二是我们想要达到的目标白点,一般是6500K。还有一个是在目标白点下的等效白光通量。当我们需要一个等效17lm的白光通量时,大概需要红色芯片输出39mW的光功率,绿色芯片输出25mW的光功率,蓝色芯片输出14mW的光功率,这就是前面78mW光功率需求的来源。

这页是我今天最后分享的部分,在AR显示领域,除了万众期待的Micro LED,这里所说的Micro LED是指真正的RGB的三种芯片都能集成在一个Panel上的Micro LED,是否还有其他方法可以实现AR眼镜更小、更轻薄呢?基于LBS扩展的方案,我们可以叫它MBS,就是Multi-Beam Scanning。

举个例子来说,可以在目前一个发射点的绿光激光器的基础上,在芯片上做出多个发射点。如下演示图可以看到,如果只有单个点去扫描的话,可以看到一个比较稀疏的扫描曲线。但是如果一颗激光器可以有多个点同时点亮去扫描的话,就可以有更高更密集的扫描点出现,这对于提升显示分辨率和均匀性来说有非常大的帮助。所以想说即使除了Micro LED以外,也有其他的技术可以实现非常轻薄的AR眼镜显示方案。

我今天的分享就到这里,谢谢大家。


 汽车与出行演讲

李铭豪|高性能车载位置传感和高精度电池能量计量

主持人:艾迈斯欧司朗汽车客户经理李铭豪先生,分享主题《高性能车载位置传感和高精度电池能量计量》。

有请李铭豪先生。

 李铭豪:各位下午好,我是艾迈斯欧司朗负责汽车客户技术支持的李铭豪。

我今天要分享一下我们公司高性能的车载位置传感器,以及高精度的电池能量计量一些方面的产品。首先我们来看一下,在汽车里面,可以看到我们很多产品的应用,比如说位置传感器,你们在车子里面可以看到车身其实在运行的时候,它会有一个车身平衡,我们也称作车身高度的检测。这个当中就会用到一个角度的传感,待会我会介绍一下这个具体的产品。

 其他的地方我们也可以看到,像在刹车的执行器里面,包括现在有一些刹车是用电机做辅助控制的,这个方面也是会有我们的一个位置传感器。

在车里面有很多的档位,包括一些执行器,这个就是纯粹测一个角度。我们通过一个角度,我们知道它的位置在哪里,档位在哪里,或者说离合器跑到一个什么位置,这样的一些检测。

另外还有一些启动电机、发电机、油泵,这些都需要一些角度的传感,通过这个角度的传感,我们可以很好地去控制电机的运行。

我们还有一些应用,也是车子里面必须的,就像节气门。所有的汽油发动机,它都会有一个节气门,这个作用是什么呢?它要控制它的进气量跟油的混合比例,不然发动机可能就会燃爆,所以节气门在汽车里面是非常重要的。

另外像EPS系统,就是电动的助力转向系统。现在很多的EPS系统,并不像以前的转向系统是由机械去驱动的,现在都是通过电子的方式,通过传感器去感应方向盘的角度,然后用电机或者是油泵去驱动轮子的方向,这个现在是电池化的重要标志了。

当然我们现在在车子里面看到一些主驱的电机,主驱电机它对于角度的精度要求非常的高。因为角度的大小,这个误差的大小会影响到电机的效率。对于几十千瓦或者上百千瓦的主驱电机来说,哪怕它是1%的损耗,也是会产生非常大的热,所以对精度要求是非常高的。

当然还有一些产品,像离合器、尾气再循环,这里面都是有看到位置传感器的影子。

另外我们想介绍一下,我们有一个电池管理的BMS芯片,这个在行业里面也算是一个标杆性的产品。

我们首先来介绍一下高性能磁位置传感器和电感式的位置传感器。这边我跟大家介绍两种,一种是基于磁原理的,就是用HALL传感的方式来检测磁场变化的状况,然后判别出角度的位置。

另外就是用电感耦合这种方式,我们通过一个高频的磁场频率,通过线圈之间的耦合系数,我们可以换算出一个角度。

首先介绍一下我们的磁旋转角度传感器。其实我们传感器会有一个配套的磁铁,这个磁铁是左右分布的结对的磁铁,一个N和一个S。我们来看一下,从它的结构上我们可以看到,N它有磁力线流出来,就会返回到S极。所以我们在它的磁铁下方或者正上方,我们放置一个里面有4个HALL组成一个阵列的传感器。每个HALL传感器,我们就可以去感应到斜着切割过来的磁场。这个传感器,因为我们是基于HALL原理的一个传感器,如果是水平分布的HALL传感器,通常我们只能去检测Z组方向的分量,我们就会把这个磁力线分解成一个Z组和一个X组或Y组这样的分量,我们的器件是检测Z组方向的分量。

为什么我们公司选用Z组呢?这个有个好处,你会看到我们这个图就是一个Z组的分量,你看到这边是有非常好的线性。很少有公司采用,很多公司有可能采用不同的原理,用类似于TMR或者是一些磁加上一个磁环的作用。只有我们的产品是真正磁感应垂直方向的分量,而其他的公司很多会感应到水平方向的分量。

我们为什么会用这个原理呢?我们就要去看一下我们是怎么去工作的?首先一点,我们把两个对角的HALL传感器去做一个差分,一个对角出来的就是一个sin,另外一个对角出来的就是cos。所以我们通过上这个sin去除以cos,我们就知道这个角度的值,这是一个(方法)。

我们这个方法,当中采用了差分的工作原理,我们这个是可以去抵消掉。但是有很多的其他公司,采用的是水平方向的分量,所以我们可以知道的是,只有垂直方向的分量,因为它是同方向的,所以它在经过差分之后是可以抵消掉。其他的公司,如果用水平方向,因为它是一个相向的矢量,所以它没法在经过差分之后抵消掉,而是会被放大成两倍。

所以我们产品对于外部的磁场是免疫的,我们可以看下面这张图,这个就是我们免疫的工作原理,当一个磁场,在一个两个对角的HALL传感器上面产生的磁场,它是一个相反方向的感应。但是对于外部磁场来说,它是同方向的,所以我们是在这个基础上做了一个叠加。所以你看到我们这个叠加,它的绝对值有变化,但是之间的差值是没有任何的变化,这个就是我们的产品为什么会对外部的杂乱磁场有免疫,这样一个重要的工作原理。

同时我们这个产品,刚才讲它是在一个很好的线性区,所以我们这个产品的输出本身是就会有非常好的线性特点。这个是我们的产品的一个工作原理,反正最主要的就是突出的一点,就是我们对外部磁场的免疫是有一个很好的抑制作用。

另外我们有一个电感式的方案。电感式的方案它不在用磁场,而是用电磁场,它的频率也会比较高,可能是1MHz-4MHz这样一个比较高的频率。我们这边是有一个金属靶片,PC板上是我们是画了一些线圈的,我们通过线圈和线圈之间的耦合,得到一些它的角度信息。

这个当中是怎么来工作,我们来看一下这个非常简单的(示意图)。首先我们的芯片会发出一个震荡的频率,这个是一个LC(音)的震荡频率,我们刚才讲通常就是1MHz-4MHz这样的一个频率,就是这个TX的频率。当它发射出去之后,这个外面的一圈是我们发射的天线,我们在周边会产生类似这样的磁场。这个磁场如果没有金属靶面的影响,它就接会被偶合在红的和蓝的这两组接收的线圈,这两个线圈是成90°正交的模式。当有金属遮挡之后,金属上面就会产生电涡流的现象,这部分的磁场就会被抵消、被减弱。所以当我这个叶片在转动的时候,它的遮挡面跟绿色和红色两个线圈之间的产生的面,会有一定的变化。所以看到这个地方就会产生一个带包络信号的正弦和余弦信号。然后我们通过它的调制信号,如果解调,我们就可以得到一个正弦、余弦的信号。然后通过一些算法,我们就可以知道它的角度。

这两种方法,磁的方法跟电感式的方法,其实它各有一些优缺点。磁比较适合一些对精度要求相对来说弱一点的产品,而电感式的,他可以做到精度要求会更高的应用上面,所以这个是不同的一些应用。

 然后我们通过一些实际的案例,来看我们一些产品是如何运用在这方面的一些产品上面的。车身高度,当你的车在转弯或者是上下坡的时候,你会发觉你的前大灯照射的区域,可能不一定能够满足到你的实际需求。所以当转弯或者是上下坡的时候,你的车灯是会有一个自适应的角度,去做这样的调整。这个信号来自什么地方?是来自于车轮子的轴跟车身之间,它会产生一个夹角。我们通过这个夹角产生的一个角度,去做一个检测,这样就可以知道我的车到底是在上下坡还是左转右转,这样的一个方法。

    这个就是夹角的检测电路,我们这个电路是做了一个简单化的设计,我们把所有的外围器件都封装在一个芯片里面了,所以客户就类似于用三端稳压器一样,你只需要一个插头去连接到这个芯片上面,就直接通过一个AD采样的芯片,我们就可以去知道它的角度。所以这个目前来说是类似于车身高度检测里面非常流行的一种检测方式。

在电机的应用当中,比如说像这种阻尼避震的电机系统中,我们有一些用在电机当中的角度传感器。我们这个产品,是很好地用在类似于像避震的电机上面。我们的产品对于油污这些东西是不敏感的,所以我们可以用在像油泵的环境当中,去做一个高度的检测、一个位置的检测,这样的一个应用。

还有像我们EPS的电机系统,我们的角度传感器用了非常多。所有的电机,像现在的无刷电机,包括直流无刷电机和永磁同步电机,我们都可以看到一个磁的编码器用在里面,这个就是一个磁铁,可以去检测它的角度。通过这个电机轴的转动,我们去得到这样一个角度的值。

我们这个可以支持到非常高的转速,比如说3万多转或者更高的,我们有产品可以支持到8万多转的这样一个产品。在这个产品当中,其实最主要的点我们对外部的磁场有非常好的免疫作用。其实在那个电器里面,它的驱动电流是非常大的,像这个产品的设计它就会有一个很大的问题,就是驱动电机的电流会产生一个磁场,对本身的磁场会有一定的影响。

我们的产品对于外部的磁场是有免疫作用,所以我们可以很好地运用在这样一个应用产品上面。

另外我们有一些车身挡位的的应用,像自动挡的,除了它有前后拨的时候挡位有一个转动,我们可以转换成转动的检测以外,那个挡位可能还要左右去拨动。所以我们这个芯片可以除了转动以外,我们还可以测到它的距离的离开和接近。所以在一些大公司的挡位里面,基本上都是用了我们这个5200产品。

还有一些比较特殊的应用,像刹车电机。刹车电机它有一个特点,就是它的轴是两边延伸的,所以它就很难有空间去放磁边产品,我们就这个很好地的用了电感式的这种方式,它的轴就可以两边延伸出来的,符合刹车电机的应用。现在很多的公司,基本上都可以看到我们这个产品的(应用)。

我再总结一下,我们最主要的一点,我们对杂散磁场的免疫作用非常好,我们也是一个非常高的精度。同时我需要说我们这些产品都是汽车级的产品,我们是符合ISO26262这样一些支持标准。同时我们还有双Die冗余,可以看到这个就是一个双Die冗余的设计的产品。所以我们这个产品,可以达到像最高等级的ASL-D这样一些车规的标准。

刚才是一个位置传感器,后面简单介绍一下我们有一个高精度的汽车动力电池的计量。大家知道电池包,是需要去做一个计量的,因为锂电池它的能量检测,不能用电压的方式来做检测,因为它在10%-90%能量的地方,基本上电压是完全相同的。所以我们一般来说都是检测它的能量,也就是说它的流进多少库仑和流出多少库仑,来做一个检测。

当中检测,需要去做一个电流检测和一个电压检测。电流检测有很多的方法,比如说用HALL传感的方式,或者是有类似于这种的,我们叫做合金电阻Shunt这种检测的方式。

HALL传感的方式有一个很大的问题,它测量的值会随着温度的漂移而做一些漂移,所以这个产品相对来说精度很难得到控制。而我们现在在市面上看到的一个主流的趋向,就是这种合金的电阻。这种合金的电阻它的阻值非常小,比如说只有50vo-100vo。但是它可以支持到,从几个毫安的电流一直到几千安培的电流,所以这方面的应用范围,对于它的动态范围是要求非常高的。

而我们这个产品8510,我们在行业里面是一个标杆性的产品,我们很好的去配合了Shunt电阻,然后我们可以测刚才讲的几个毫安到几十个毫安,有一个非常好的线性功能。

我们这个产品不需要去多介绍一些好的特性,但是有一个非常好的特性,就是它是一个零漂移的产品。这个是非常重要的,因为我们希望我们测量的产品,我们不希望它随着温度的漂移而漂移。比如说你在充电的时候,你是在20℃的温度下,而你使用的时候是50℃的温度,假如说你这个计量的库仑数是有误差的,你的电池就很难被准确地计量你还有残留多少能量。

我这个产品是真正零漂移的,所以在整个产品里面不需要做温度的补偿曲线,是这样的,非常精确的。

 同时我们这个产品有一个非常好的线性,所以我们这个产品给客户带来的好处是什么?我们只需要在常规下做一点矫正,而不需要像以前的产品,需我们这个动态范围非常大,本身是有16位的ADC,再加上一个4倍增益的可选,所以嗯我们有一个130dB的动态范围,就是刚才我讲从几个毫安可以测到几千安培的电流,我们有这个AEC Q 100的认证,这个温度是内部已经做了一些矫正的电路,所以这个电路也是非常简单的。

 我们这个产品也可以结合像8525这些的应用。像这种应用,我们可以在像宝马的车系列、特斯拉的系列,包括国内的一些系列,我们都可以看到这样一些产品的影子。

这个就是我们应用推荐的应用电路,我们主要的目的就是替代HALL的传感,不存在直流漂移、温度漂移的问题,所以这个产品对客户的使用来说是非常简单的。

我今天的产品介绍就分享到这里,谢谢大家。

主持人:好,谢谢李铭豪先生带来的分享,李铭豪先生已经是艾迈斯欧司朗非常资深的专家了。

 在这里我其实也想给大家推荐一下,艾迈斯欧司朗最新的一个一站式汽车应用小程序,大家可以在微信里搜索汽车应用,就可以找到,或者从艾迈斯欧司朗官方微信的菜单也可以进入,整个小程序都整合了艾迈斯欧司朗所有的车外应用和舱内应用的介绍,以及相关的一些资料,也可以参与我们最新的汽车活动,观看我们所有的汽车应用的视频。最重要的是,通过这个小程序可以很快速地和艾迈斯欧司朗汽车团队进行联络。

好,我们到下一个演讲,让我们有请艾迈斯欧司朗中国区汽车LED高级产品市场经理窦明杰先生给大家带来《可见光赋能数字汽车座舱的主题》,谢谢。

 

窦明杰|可见光赋能数字汽车座舱

窦明杰:主持人好,各位嘉宾好,今天我带来的演讲主题是《可见光赋能数字汽车座舱》。

大家可能已经很明显的感觉到了,这几年其实汽车的座舱已经进行了一个革命性的演进,实际上这个趋势像过去十几年,由功能手机向智能手机转变的这么一个潮流,其实这个趋势在汽车上已经开始演进。所以今天来讲,汽车的交互变成了最大改变我们汽车车内、舱内体验的这么一个方向,今天我会刚给大家分享可见光在这个趋势的演进过程中扮演的一些作用。

 我今天的演讲主要分为两个部分,第一个是我们的直下式背光的LED,如何提高我们车载显示屏的显示效率和品质。另外一个是我们智能RGB的产品如何帮助大家实现一个沉浸式的座舱体验。显示屏和RGB的氛围灯,相信都是在车座舱内最吸引眼球,大家一眼可见的人机交互的最重要的两部分。

首先我从车载直下式背光来说起,大家可以看到汽车座舱内,这个趋势是非常明显的,就是我们显示屏的数量在增加,随着显示屏的数量和尺寸的增加,我们现在对显示质量又有了新的要求,所以说我们看到越来越多的显示屏在追求更高的色域,更高的对比度。当然在后面设计的角度,可能要把显示屏融入到整个汽车内饰的设计当中,成为内饰的一部分。从显示效率上来讲,随着屏幕的增加,对整车的功耗也提出了挑战,特别是一些新能源车里程焦虑,可能随着显示屏的增长而增长。现在有一个话题,就是我们如何把大尺寸的屏幕效率提升,使它更省电,能省出更多的里程来,这都是我们未来几年会面临的一个课题。

这个是我们艾迈斯欧司朗结合IHS的一些数据,包括我们跟客户的一些谈话和日常的交谈和交流,我们得出一个车载显示技术的趋势预测,这就是我们自己内部的预测。可以看到从显示技术方面来讲,基本上这两块绿色的应该都是基于LCD的显示技术,传统的侧入式背光和直下式背光,当然会有一些新的显示技术,像O-LED的显示屏,现在可以看到在车内已经开始出现了。当然还有一个终极的显示技术,Micro LED (μLED),可能还比较遥远。

可以看到我们预测的趋势当中,实际上其实这几个部分当中,成长率最高的应该是直下式背光,基于TFD技术的直下式背光,它的好处就是工艺比较成熟,显示的效果能够接近于O-LED的效果,同时成本和可靠性又有一个比较好的平衡,所以说未来在我们可见光的产品布局方面,我们也会跟随这个趋势,在直下式背光上着力下一些文章。

这个是我们刚才说的直下式背光的一些技术优势,右边的这个是大家普遍在汽车仪表上可以看到的一个UI界面,我们的直下式背光实际上就把屏幕分成了若干区域,每个区域下面都会有相应背光的LED,背光的LED可以在相应的区域里面进行开和闭,还可以进行灰度的调整,来匹配显示的UI。这样既能取得高对比度,又能在不需要显示的地方把LED关掉,这样达到一个高对比度、节能的效果,特别是大尺寸的屏幕在晚上显示的时候,比较黑的黑色能够减少眩光,减少对驾驶员注意力的干扰。所以说这个是我们看到的一些直下式背光的优势。当然了,相对O-LED来讲,它的成本会更低,可靠性和性能,大家知道其实消费类市场,O-LED的屏幕已经成为一个市场的主流,但在汽车上,我们更多是要考虑寿命和可靠性,所以说在寿命和可靠性上,传统LCD的屏幕是远高于O-LED的。在加工供应链上的各个环节也都是比较成熟的,已经设立好了很多年的一个供应链体系。所以从加工方面和供应链方面,它也是一个非常成熟的技术。

回到我们的产品,针对直下式背光,我们主推的是一个叫1515的产品,它的长和宽都是1515,高度大概差不多1.42。它最大的一个特点就是它是独一无二的全角度发光。这个发光体有什么好处?会接下来下一页PPT中给大家演示。

其他的性能方面,基本上就是车规的认证,比较强健的EMC的外壳,包括高电压、低电流的驱动形式,都给客户带来很大的灵活性和可靠性。

 这个是我们360°角LED发光的一个特性,左边这个是大家最常见的一个顶发光的 LED产品,它是一个朗伯型光的分布,在零度角垂直LED上方,它的光强是最高的。随着这个观看角度的变大,基本上LED的光强会有一个线性的减小。这个用在直下式背光上,会有一个比较明显的缺陷,就是说我们把它放在PCB板往上照的时候,照到这个导光板上的时候,你可以看到其实最垂直的上方,光学的路径其实最短,斜向方向它的路径是比较长的。在比较短的路径下,我的光强相对来讲比较多,在比较长的路径下,我的光强相对比较弱,这样就很容易造成一个中心区域的光斑,一个hotspot这种现象,我们这个360°角的LED,其实它从顶上,这个白帽子可以看到,产品它的白帽子其实也是透光的,所以说它的光学特性在0度角,我们是有光强出来、是有一些光通量出来。随着一个观看角度的变大,它会像一个蝙蝠翼一样之类的光形分布。这样实际上我们在做直下式背光的时候,我们在垂直路径上比较短的时候,相对的光通量的输出是比较小的。在侧向,我们的光通量是比较大一点,如果再配上我们合适的反光系统,等于让整个背光的单个区域会变得非常均匀。

当然左边的这个也可以让它变得均匀,但是也会牺牲掉从PCB板到第一层导光板之间的距离,你必须把这个距离往上抬,抬上去以后可能它会变得均匀,但是这个距离,就是从PCB板到第一层导光板之间这个距离叫OD,其实在背光是一个比较重要的参数,而这个OD距离就决定了整个显示模组的厚度。

如今我们看到所有的项目,基本上主机厂对OD都会有比较严格的要求,不希望把这个屏幕模组做得非常厚。所以如果说使用这种正常的顶发光,会面临一个OD不能满足图像需求的挑战,使用我们这种,基本上就解决了这样一个问题。而且在单独的整个区域里面,它光的均匀性会非常的好。

接下来这个是我们自己做的一个模组,基本上是用了我们9×9的一个LED阵列,配合一些反光杯,这个OD就是PCB板到第一层扩散板之间的距离,大概是5mm。我们自己做了一些模拟,这个背光模组无论从均匀度上还是从对比度上来讲,还是从光晕控制来讲,都是达到了一个比较理想的要求。当然我们不是专业做这个东西的,我觉得我们的客户经过他们自己的优化,实际上取得的效果应该比我们还好,这个只是给大家做一个参考,均匀度大概都做到90%以上。

从对比度上来讲,我刚才讲到了,我们这颗LED相对于顶发光的LED来讲,它比较容易做得很均匀。实际上均匀度和对比度在直下式背光里面是两个互相矛盾的话题,一般来讲均匀度做得非常好,对比度就会稍微差一点。所以说我们的LED搭配反光杯的设计,对比度也做得比较好,左边这张是我们用1515,右边一张是我们用普通的顶发光的LED做的一个东西,当然了我们1515是搭配了一个反光杯的设计。大家可以看到,这个对比度来讲,比右边的顶发光的,就正常朗伯型发光的LED对比路还要来得更好一些。

所以说我们也是通过反光杯或者是反射材料的优化,我们同时实现均匀度和对比度的完美平衡。当然在光晕控制方面,做了一些优化,可以做到R20这么一个光晕的尺寸,这也是公司相对来讲比较少的一个尺寸。

接下来就是产品路线,产品路线目前我们这块1515已经是量产状态,我们在欧洲、北美和日本,在今年下半年开始都已经有直下式的车载屏幕背光产品已经在开始出货了。接下来我们会提升这颗LED的色域,从当前的85%提升到110,这个是通过增加短波长的绿色荧光粉实现。

接下来产品的发展方向,可能我们还处在概念阶段,应该还是向更高的一个效率发展,因为随着分区的数量越来越多,可能客户更多地会用到这种分时复用的扫描方式,来驱动LED,以节省驱动的成本。这样对LED在短时间里面承受大电流会有一些要求,所以说我们会加大芯片的尺寸,提升它的效率,以方便客户来使用分时复用的扫描模式,来驱动LED,这个是大致的产品路线。

接下来的话题是智能RGB和沉浸式的座舱体验的介绍。我们可以看到,车里面的RGB的应用趋势,这个最大的趋势可以看到,我们的RGB氛围灯从静态已经开始向动态进行发展,由局部的装饰向全车的氛围发展。它会结合车里的材料,比如说天窗玻璃,譬如说门的饰板或者是迎宾踏板,甚至是座椅上的织物,再进行一个融合。

然后在应用层面上来讲,现在的RGB大部分还处于一个装饰的功能,实际上很多主机厂已经把它在未来作为人机交互的一部分,譬如说它结合你的导航,可以显示一些转向之类的信息,或者是你开了门以后,它会闪烁或者结合我们的DMS,当侦测到驾驶员有分心的时候,它可以闪动车里面的LED进行报警。基本上除了装饰以外,它会承担更多人机交互的功能。

当然了,它还会结合一些其他的传感器来进行增强式的交互性。譬如说我结合一些接近传感器,当你手接近的时候,不同的部位RGB会变色,会跟着你手的位置进行移动,这样可以给客户一个更加增强性的RGB交互体验。

我们RGB的产品布局,都是根据这些应用的趋势进行布局,最普通的是这种RGB的顶发和侧发的产品,它这些数据就是驱动和标定数据,驱动式外置、标定数据要在线测量。我们还有带二维码,让标定数据可以快速获取,但是驱动还是外置的。

最高一层级的就是我们所谓的智能RGB或者叫RGBi,它是把PWM的driver,包括车里面我们出厂时候RGB芯片内置的一个标定数据,全部储存在IC里面。这样它通过一些协议,跟外面的MCU进行联系,然后LED和LED之间也可以进行一些串联,这样实现一个更动态、范围更广的车内动态RGB的分布,是这样。

这个是RGBI的一个基本概述,我刚才已经讲到一部分了。实际上它几个比较关键点,第一个我们这个通信协议,是一个开放协议。然后我们这个灯带上,每个灯带可以支持高达1000颗LED的串联。我们的驱动模式PWM模式有两种,在推动电流上有10mA和50mA两种标定,我们还有一些温度补偿的sensor,来帮助大家获取LED一些实时的芯片温度信息,来帮助大家做一些额外的温度补偿,让颜色更稳定。当然了,我们的RGB,基于我们的一些open开放协议,它实际上还可以串联更多的传感器或者MCU,实现更多的功能。当然它内部还有一些诊断模式,比如说高温或者开路、或者是短路、或者是其他的一些模式,一些诊断模式碰到这些情况,会向这个MCU进行提醒。

RGBI它相对于普通的传统的方案,它的一些优势。看传统的方法,现在最多的是几种,第一种就是一个controller加一个RGB,多少个RCB就要有多少个controller。

另外一种第三种其实是它的升级,现在市面上有一种多通道的、可以一拖三左右,这样的RGB的driver,带lin通信的,基本上本质上第三种是对第一种的一种升级。

还有一种方式就是通过分立电路,我们用MCU搭配恒流源的一些驱动,来驱动到这些RGB。

这是市面上目前来讲比较主流的三种RGB的驱动方式。这些驱动方式随着我刚才说的动态RGB现在开始流行,整车里面RGB的数量可能有几个、十几个变成上百个、几百个的时候,而且分布在全车的各个地方,天窗、门板、仪表、后座,整个系统的复杂性得到了很大的提升。这样如果要用普通的RGB的驱动方法,它们有共通的一些痛点,比如说系统元器件比较多,PCB板的设计会比较复杂,PCB板的尺寸很难做得非常小,整车的布线、走线会比较复杂。还有一些缺点,像所有普通的RGB驱动方式都有的一个痛点,就是所有的RGB LED你都要进行一个在线的校验,就是在线读取每个RGB的三色的原始的亮度、波长这些指标,这样在线标定需要花设备的成本,需要在生产线上加设设备。另外还需要时间成本,因为去校验每颗LED,可能平均每颗LED都要花几秒钟的时间,在生产效率上也是一个很大的问题。

所以说针对我刚才说的,就是全车的RGB分布在不同的位置,我们RGBI这种形式,相对来讲解决了其他痛点。第一个就是我的在线校验这一步被省掉,因为我们已经内置了一些RGB的数据,只需要在初始化的时候跟MCU进行一个对接,就可以读取每颗RGB的数据。当然通过写入程序,可以驱动每颗RGB。RGB和RGB之间可以通过LVDS非常快速的传输,大概100颗LED传输速度可能延时就在10ms之内。

另外一个就是系统的整个复杂性,特别是在PCB的灯条上得到了极大的简化,可能原先用三层板,现在可以用两层板,甚至一层板,甚至可以用一些FPC,来实现一些2.5D的造型。这个都是RGBI使用的一些灵活性,特别是在这种全车多颗RGB,多个点位都有RGB的情况下,这种比传统RGB的驱动方式,是有一个很大的优势和灵活性。

这个是一个典型的,就是我们智能RGB的应用构架,实际上就是我们的RGB灯条,是通过我们的CAN Transceivers 跟主控MCU之间进行联系。当然了,我们虽然用了一个CAN Transceivers,但并不是走的CAN走向,只是用了CAN Transceivers的一个物理层芯片,用它的物理层进行通信,但是协议并不是CAN的协议。这个好处就是这是一个点对点的连接,尤其是全车有多串RGB的灯串,有些灯串可能在后门位置,离开前面的主控芯片比较远的情况下,在车内很复杂的电磁环境下,用传统的方法非常容易受到车内的一些电磁干扰。用这种点对点的传输,会比较方便去避免这么一些电子干扰的现象。

我们的RGB灯条上,还可以串一些MCU或者一些接近传感器,或者是其他一些电容传感器之类的东西,实现更复杂的或者更有想象力的交互功能。这是一个典型的应用构架。

当然了,可能有一些朋友知道,其实这种智能RGB现在市面上有一种叫ISELED,这个ISELED其实我们艾迈斯欧司朗也是有产品的。

这两种智能RGB之间可能有些什么区别呢?最大的区别,几个比较核心的点,比如说第一个我们这个license,我刚才说了这是一个open的协议、开放的协议,我们不需要license,不需要收一些费用,这是一个比较灵活的地方。

另外一个有了license free这么一个东西,我们跟它匹配的MCU而不仅仅限于NXP了,还可以用ST或者其他的MCU。当然从校验来讲,ISELED是第六D65白点上进行校验,RGBi是三色进行校验,也就是我们的色域可以各个不同主机厂的需求选择不同的色域,各个主机厂做到一些差异化。

另外ISELED第六个D65白点的校验有个限制,它的亮度是在1800毫CD,1800毫CD分到每个颜色上,可能蓝色最低,能到100多,红色在五六百,绿色在1000、1200左右。这几个就是红绿蓝三色,分别显示单色的时候最上限的值了,也就是说一旦这个点设定以后,红绿蓝三色单色的最高亮度已经限定死,是改不掉的。在很多时候,这个场景就不适用了,有些OEM,像奔驰就比较喜欢用高亮的蓝光,那我们这种可选的色域的RGB相对来讲灵活性比较高,白点的最高亮度能到2500到3000。在这种环境下,蓝色或者单色的亮度也能比ISELED亮度得到翻倍的提升,它的灵活性是比较高的。

这是我们的RGBI对比现有的ISELED驱动方式最大的不同。

最后一页图,我用一个demo来结束今天的分享。这个东西是我们如何起诉上手RGBI,我们会提供一些样品,软件的评估包,包括里面有我们一些Open standard protocal开放协议的东西,还有一些快速入门手册、数据手册,包括带灯条的一些评估板,还有我们这上面是一块黑色的评估板,来帮大家实现快速的上手。这个灯条两端是带了CAN FD Transceivers的,如果你有足够多的灯条,可以无限期连下去,可以连1000颗。

以上是我今天的分享,谢谢大家。

主持人:好的,谢谢窦明杰先生的分享,非常贴心的为大家准备了很多的技术资料和工具。刚刚窦明杰先生分享的更多是ams OSRAM独具优势的车载显示技术,以及营造了非常有质感的未来带车内的动态氛围灯,非常有前瞻性的一些应用。

 

苏阳|艾迈斯欧司朗在智能座舱中的产品和应用

主持人:接下来我们有请ams OSRAM线上应用工程师苏阳先生为大家分享智能座舱中传感器产品的这部分应用,有请苏阳先生。

苏阳:各位下午好,我是来自ams OSRAM汽车的现场应用工程师,我叫苏阳。今天我给大家分享的是关于ams OSRAM在智能座舱中的产品和应用。

我的一个agenda大概分两部分:一部分是舱内的监控系统;另外一个是关于我们公司离手检测的产品以及应用。

我们可以看一下汽车舱内传感的应用概览,我们公司目前把它定义为三个大的部分:

首先我们看到的是DMS,DMS全称是Driver Monitoring System,就是驾驶员的状态监测,目前是车舱内监控比较主流的一个应用。这个应用的主要功能是监测驾驶员的疲劳,或者是在驾驶中会有抽烟或者是双手离方向盘,还有像在高速中视线偏移的情况。在未来会和其他的一些应用,比如说HUD,抬头显示这块会根据驾驶员不同的身高,可以进行HUD投射的调整。

和DMS比较相近的是舱内的监控。舱内监控这块,目前也是2D的应用会比较主流。我们可以看到它主要是监测副驾驶和后排的乘客,比如说监测安全带是否有正常的配戴,包括乘客、孩童的遗留的问题。目前也会有一些公司去研发3D的IMS的应用,主要是跟比如安全气囊的产品进行联动的配合,它可以在车祸发生前的一刻,快速地去检测乘客的姿态以及相对于airbag的距离,这样何以去联动它的安全气囊系统,来进行比如说弹射角度的控制,或者力度的控制,来避免对乘客的二次伤害。

我们来看一下第三个应用,是手势识别系统。这一块,目前整车厂已经有一个量产的应用了,这一块主要是对于中控娱乐系统的操作,以及车舱舱内的车门,或者是车窗进行手势识别的控制。这块目前也是用iToF的原理,去做的手势识别的系统。艾迈斯欧司朗在这三大应用中主要提供的是红外的光源部分。

我们来看一下舱内监控系统。在2022年之前的几年,对于舱内监控欧洲的NCAP对于舱内的一些应用会有一些规范,包括系统要怎么去研发、具备哪些功能,也是配合这些应用快路地落地,有一定的规范作用。2022年之后,在2023年开始欧洲这块的NCAP对舱内的监控会有一些比较新的进一步的定义规划,主要体现在DSM上面,会有认知分心、酒后驾驶,以及一些突发疾病,会使用摄像头去进行间接的一些检测。儿童的在场检测对于安全这方面会有一个考量,包括占位检测、安全带的是否配戴的提醒。从2025年开始,欧洲的这些主机厂,他们的车中只有安装了主动传感器系统才会给予新的评级。目前国内的市场在前两年已经对舱内感知这一块的系统应用进行了布局,可能近两年会有一个落地的措施。我们也展望,近两年国内对于舱内系统的法律法规可以尽快地落地,对于目前国内车厂用这样的一个应用产品会有一个推动的作用。

我们大概看一下舱内DMS的应用,这块主要是针对驾驶员左侧驾驶舱位,用到的角度大概是60度×50度的角度范围内,对于DMS整个系统,包括红外光源,接收光红外光的CMOS部分,后面可能还会有相关的红外光的一些驱动,包括后面的算法这边作为一个支撑。IMS对于DMS的舱内应有提供的是一个红外光的照射,这块目前我们公司可以有像红外的VCSEL的激光,和红外的LED进行补光的产品。

对于DMS实际的应用,包括安装位置,可能客户会有一些实际的需求,我们有不同的产品可以推给客户。如果客户这边有一些需求是我的安装位置会在A柱上,那对于模组的体积有一定的要求,我们会推荐像VCSEL的激光产品给到客户,在散热和制作模块的体积方面有一定的优势,可以安装在对于体积非常有考量的这种安装的位置。

客户在夜间驾驶的时候,如果用一些红外的补光器,可能会有一些近红外的光被人眼捕捉到,在夜间会有一部分红色的可见光,这样对于司机的安全驾驶会有一定的影响,这块也可以用红外的激光,像940纳米的产品,在一个比较窄的范围内可以没有近红外光射到司机的眼睛里面。

那红外的LED,有些车厂会考量,一方面是成本上的原因,另一方面DMS会有一个眼球的追踪功能。眼球追踪功能用红外的LED会更好一些。为什么更好?一方面红外的LED波长会相对比VCSEL的要长一些,长一些的情况下,不会有像激光的干涉性。没有这种干涉性,对于眼球建模的捕捉,它的噪点会更小一些,这样更有利于算法进行编写,对眼球捕捉的功能用红外的LED更能实现。

基于DMS的应用,我们可以看一下IMS舱内乘客检测的应用。我们可以看到,现在的客户大部分会趋向于用大角度的,就是大于100度的角度去进行舱内全局的补光。这块也会有客户想去涵盖DMS的功能,但是考虑到安装的位置是基于中间向全车布局的方式,对于驾驶的监测可能会有一定的角度问题,对于脸部和眼睛部分,因为有一定的倾斜角度,所以在监测上面对于软件的压力更大一些,监测功能上的识别成功率会下降,DMS还是有自己在市场应用中的一席之地,它安装在驾舱内是正对着司机的,角度会比较小。IMS还是更趋向于监测全车乘客状态的功能。这块主流的也是用2D的方式去做,我们同样会有红外的激光和红外的LED两种产品给到客户。

优缺点跟DMS会有雷同,如果客户对于红曝这样的现象比较在意,推荐红外的VCSEL会更好一些,红外的LED相对的可能价格可以更低一些,作为2D补光可以用多颗的方式进行全局的覆盖。

我们来看一下目前舱内手势识别的应用,现在整车厂已经有落地的一些项目在进行使用了,我们可以看到一些新能源车上会用到手势识别这样的应用。这块我们还是主推用VCSEL激光的产品,然后用ToF的Sensor可以进行一个模块的搭建。后续因为这个对于使用的距离,每家车厂可能不一样,基本上在1米以内的使用距离,但是有的车厂也会用到2米开外的距离,对于产品本身在高频驱动的情况下,是否能够达到亮度的要求,是否在短时间驱动的情况下可以达到更高的电流,会有一定的考量。

 我们大概看一下VCSEL和LED的区别。我们公司有两种不同品种的红外器件给到客户,那到底是用红外的LED好,还是用红外的VCSEL好?会看客户具体的需求。

我们可以看一下红外的第一个A这块作为一个对比,红外VCSEL的窗口效率可能会更高一些,我们可以看到它可以覆盖到camera视场角的区域内,中间的这一块是亮的,往外扩散以后,周边也是有用匀光片进行导光的补偿,在窗口上的效率可以更高一些。LED相对的棱镜是用光锥的方式投射出去的,中间会更亮一些,周围一圈会越来越暗的情况。

我们可以看一下,舱内如果用红外LED,可能会用两颗以上的方式进行光源的叠加,并且会用一个外加的lens进行二次的光形整合,那样可以达到一个比较好的效果。

我们可以看一下均匀性,图像的均匀性我们可以看到在辐照度VCSEL的中心点会稍微弱一些,两头稍微增强一些,可以弥补它在平面上面光强比较弱的情况。LED的中间处会相对比较亮一些,两边弱一些,这是LED模组上的lens,导致了它直接均匀性的差异。

我们可以看一下C这块,VCSEL的波长,940波长可能在正负5到10纳米的范围区间,在全温度范围下,它也可以在九百二十几到九百六十几纳米的区间进行漂移。这样一个比较窄的波长产品,在真正使用的时候,大部分的光是可以被CMOS这边接收到的,滤光片的滤光效果不会把这一部分的能量进行过滤,这样整体在模组中使用VCSEL的数量可以更少,单颗的能量不会有一部分被滤光片吸收掉,这样的效率会更高一些。

 这样一个比较窄的波长,也就是我刚刚提到会有激光的相干性,他在做眼球追踪的时候,因为这个相干性,它的波峰跟波谷会有一个叠加,在CMOS上接收到的图案,这些叠加的部分会变成一个失效点。这个失效点在人体比较大的范围内,比如说脸部或者手部影响不会很大,但是在眼球追踪,在眼球上面比如说有几十个特征点,一旦有一半以上的特征点是失效点的话,那对于眼球的捕捉成功率会大大降低。

红外的LED我们可以看到它的波长范围比较大,红曝会被看到的部分,其实是在近红外的这一块地方,如果在全温度范围下面,它向左漂移这部分近红外可能会更多一些,就是因为有这样一个比较宽的波长形式,不会像激光这样有一个相干性的可能。在DMS做眼球追踪这一部分功能的时候,可以更容易实现眼球的定位捕捉。

我们看一下D,VCSEL驱动的脉冲可以更快速,在小几纳秒的驱动时间,它可以迅速地抬升电流,这样在手势识别可能会用到60兆赫兹以上的驱动频率。这样的驱动频率,它可以在短时间之内可以抬升到2安培,甚至更高的电流,但是相对的红外的LED驱动脉冲可能会有拖尾,前后都会有拖尾,这样的情况,它可能只能支持到几十纳秒,最少也是在10-20纳秒的样子,它在一些高频驱动使用的条件下面,可能没有办法达到客户要求的大电流的情况。

我们来看一下舱内红外LED的产品,最左边的这个Black系列,是有不同的圆锥视场角可以给客户进行选择,像正负25度、40度和正负75度,正负75度也就是150度的光锥角。我们后续也会有一些新的产品,是基于红外LED的发射源,会有一些长方形、矩形的视场角可以给到客户进行选择。像中间这一款,因为有一些客户需要用到多颗LED,但是不希望有角度上的一些拼接,那可以他自己去设计一个用多颗裸Die的形式,自己去设置一个大的lens,去调整整体匀光的效果。基于裸Die的形式,我们后面也有功率更小一些的,有小型化的产品,以及它相对应的小角度的透镜的叠加,会有一个新的品类的产品。

关于舱内VCSEL光源产品,我们目前量产的产品有940跟850纳米两种波长的产品。目前这一款量产的产品是激光的产品,后续会有技术迭代的产品,在原来的匀光片上面附一层ITO的膜。这个膜使用的场景在有一些外力,对外部的匀光片进行损坏,碎裂或者脱落的情况下,它可以关闭掉后边激光的发射,来保护人眼安全的机制。这块不需要有非常多复杂的,像MCU去监测信号,并判断,然后关断VCSEL的机制。这个简单的在后续在电路上面可以做一个简单的与非门,它可以去判断ITO上面这个膜电阻的变化,以至于后面可以关断VCSEL的光源。

第二部分,我们来介绍一下艾迈斯欧司朗在舱内电容室的离手检测方案。我们大概可以看一下,目前市面上面有这么几种方案:基于扭矩传感器的离手检测,这是来检测你手握在方向盘上转动方向盘,会有一个应力在那边,它可以检测你是否控制方向盘,但是这一部分也是共用了扭矩的传感器,比如说你用膝盖或者肚子碰这个方向盘,同样可以感知到这块的力,可能会有一些误判断。

第二种方案是基于现在舱内DMS红外的摄像头系统,它可以看到你手是不是握在放向盘上面,但是它安装位置的关系,可能会有一些角度捕捉不到,比如说你手握在方向盘下部的时候它看不到,另外它没法检测你手对方向盘是否有直接的控制应力。

 第三个是我们目前看到的电容式传感的一个方式,它可以检测你是否握在方向盘上,包括用一些物理的机制去检测你的手是左手还是右手,或者有几根手指握在方向盘上,包括握的力道,它都能通过电容值变化的方式进行感知。当然我在这边也不是说哪一种方案特别好,哪一种方案特别不好,在未来的智能驾驶中,舱内的一些感知的系统会比较多,这样也会像红外的DMS和HOD的方案会有一个多模态的形式,这样也是确保我检测到的数据的可靠性可以更高一些。

大家看一下应用的案例。我们可以看到在方向盘上会有一个感应的感知层,这个是直接可以连接到我们芯片的感知端口上面进行离手检测的感知,如果你手握在上面它就可以感知到它的电容的一个变化。这块也有另外一个功能,就是可以跟加热丝进行复用,现在有很多车在方向盘上会有加热的功能,加热丝本身也是有导电的感知层铺在上面的,这个导电层,我可以复用作为HOD的感知层,这样我只需要铺这样一层的东西在方向盘上,中间用开关管进行分时复用的方式,加热的同时也可以起到感知的作用。

我们来看一下技术细节。这个是手握在方向盘上电容C值变化的一个内部参数。有哪些参数会直接影响到这个芯片测试电容的变化?首先我们看到,我们芯片的操作原理是在芯片内部会发射一个Sin的正弦波,通过感知线发射到方向盘以后,我的手触摸到方向盘之后,它会有一个等效的电容和电阻的状态。我们可以看到,大部分的情况下面,我们都是去检测它的电容值,电容值会有几种因素在那边,一个是介电常数。介电常数会有导电织布的平台所决定,那织布的密集度,外部包络和皮革的材质都会影响介电常数。我在一个平台介电常数,我们统一它会有一个固定的范围,不会变化,非常大。这个介电常数也同样的会影响,比如说有些人有疑问,我戴手套的时候摸方向盘,它会不会有变化,会不会能识别出?在戴手套的时候,你手上的一些介质也是参与到出碰到C的电容的公式里面,它的介电常数也会有一些偏移。同样的,我戴了手套之后,我手离方向盘的距离会变大,变大以后,这个参数中的第一参数也会也一定的变化。我戴手套触摸方向盘的时候,它也可以感知到你电容的变化,只不过跟里裸手接触到的变化值是不一样的,你不用担心我戴了手套或者穿的衣服特别厚,我摸方向盘它是没有感应的。

还有一个是它的A,A就是我手接触到方向盘的面积,我更多的手指接触上去以后,它铺开的面积,包括我用力捏方向盘,它的这个皮肤也会受到力的作用,在方向盘上进行铺开,它的面积也都会增大,它的电容值随着不同的手势这个值也会不同。

我们芯片这部分,除了测量它的C值之外,也会去测量它的电阻值。我们可以看到,我们目前使用的手机都是电容屏的,你在洗完手或者雨天的时候,屏幕上面有非常多的水在那边的时候,你的手在出碰的时候会有一定的断触,会有失效。这样的情况下,在我的离手检测上面也会发生,如果只是单纯的去测它的电容值,我的手在手湿或者大雨的情况下,会有一定的情况,C值是不准确的。这个时候芯片内部也会去测量它的电阻值,电阻值可能在一定电容值失效的情况下作为一个参考引入,这样在一些特殊的情况下面,它也可以作为一个离手检测的依据。

 我们来看一下这款芯片的介绍。目前这款芯片有10路通道,我们可以对客户的应用层面、在方向盘层面进行分区的使用。我们可以用把方向盘的感知层分成左右两块,这样可以进行左右手逻辑上的区分,我们在使用的时候可以判断你的左手是否握在方向盘上。我们也可以说在方向盘的后半圈去布一层导电织布,在上半圈去布左右两层,这样可以感知你的手是否有扣在方向盘上进行安全的操作。剩下的一些感知的通道,我们也可以用在方向盘本身上面,会有一些电容的按键,也可以进行多通道的复用。

这款芯片一共是14比特的分辨率,7个比特测量的是电容、7个比特测量的是电阻,10个通道可以给客户进行分区,甚至可以做为其他功能按键的一些用途,本身是车载品,功能的安全也可以达到ASIL B的等级。

封装方面,它是一个相对比较小型化的SSOP24的封装,在快速的像PCB板的一些成型方面、制作方面,只要有一个外加的电源就可以去使用。

在应用的一些场景,像驾驶员的离手检测,包括舱内的占座也可以用电容的方式检测,有一些电容式的一些内部的开关,比如说开车窗,或者是开一些中控娱乐系统,也是可以用电容式的方式去进行开关的制作。

看一下电容感应方案的对比。目前市面上面会有一些基于电容充电的方式测量,他也是对于充电时间的计算,来看它具体的电容值。这个电容值对于一些寄生电容和阻抗,可能会造成测试值的不太精准。目前我们这一块芯片产品对于电容值和电阻止不是绝对值的测量,它会有一个baseline的测定,之后对它的变化量进行检测。这样在不同的温度下面,它的基础值可能会不一样,这个后期需要通过软件算法标定。

看一下关于在电容传感方案的挑战和艾迈斯欧司朗给出的方案。我们这款产品是电阻和电容双测量的方式,有14比特的分辨率可以给到客户。它的测量范围在2到2000pF的范围,对于目前来说,方向盘,或者是人手摸上去,或者是有一些其他的衣物,或者一些其他的情况,它是完全可以覆盖到这样一个大范围的测量的,然后高精度。

像温度影响方面,现在对于电容产品,都会受到温度的影响,对于温度影响,后期我们芯片内部会有一个DC偏置的调制补偿,同时配合软件温度的baseline的补偿效果会更好。本身它的这个小封装还可以跟加热丝进行复用,进行加热和感知的复用的情况,对于附加的成本较低方面也可以有一个不小的提升。

本身这款产品对于EMC外部的噪声,会有一定的敏感性。这一块芯片内部sin波频率的输出会有四种不同的频率,这样对于客户系统本身有一定特定频率会被干扰的情况,它可以起到抗干扰的作用。同时车载品也是符合ISO26262的认证,在系动级别也是可以做到ASIL B的一个状态。

最后这边是对于HOD的这个产品,我们也会有相关的规格书和评估板,包括PCB的一些设计指南,还有软件这边基础代码的支持。因为这块应用在国内相对也是比较新的应用,在客户那边上手会更困难一些,所以我们会有包括使用手册都可以给到客户先快速上手,然后评估的一套套件,这样可以给到客户更好的加速他们方案的一个定型。

最后我想说的是,很遗憾没有办法驾车带大家去领略大好河山,但是ams OSRAM可以在你们追寻诗和远方的路上给到你们一个比较安全和舒适的驾驶环境。谢谢大家。

 

工业与医疗演讲

王树刚|智慧赋能 - ToF在工业中的应用

主持人:智慧赋能—ToF在工业中的应用,有请王树刚先生。

王树刚:我是ams OSRAM的市场部经理王树刚,我接下来跟大家分享一下我们的产品ToF在工业市场中的应用,主要包含三部分内容。第一部分就是我们ToF产品的一些特点跟接下来的产品路线。第二个,我们ams OSRAM作为一家芯片公司,我们不单单是提供硬件产品,同时也提供相应的算法,提供一整套的解决方案,例如手势识别,以及在一些智能产品上的一些应用。第三部分主要就是在投影仪跟扫地机器人上的一些应用。

第一部分,我们ToF有什么产品特点,第一个,目前我们是业界最小的ToF sensor,另外,我们有超过20年的光学设计经验,我们从光的发射到光学结构的设计到光学的接收,到算法,我们可以提供一整套的设计,所以我们才可以做到All in one dToF,我们说ToF产品当中除了包含这些器件之外,也包含了一个MCU,所以是一个总的解决方案。

另外一个,因为我们是提供了自主算法,加上我们自主研发的光学滤光片,所以我们可以有非常好的这种抗阳光的效果,还有抗油污,抗灰尘干扰的能力,我们现在的ToF已经被多家头部,例如手机、笔记本、机器人、投影仪一些客户批量采用。

简单说一下我们ToF的原理,就是Time of Flight,就是利用光子的这种,按照光速的飞行时间,乘以时间之后再除以2,那就是得到了它被测物体的距离,比方说这个例子当中我们要测的被测物体距离就是2.1米。右边是一个直方图,我们利用这种直方图来测算它的距离信息,横坐标就是它的距离信息,纵坐标是我们被测物体返回的这种光子的Count数,两个峰值,第一个峰值就是玻璃盖板的距离,我们把它定为0点距离,因为你的产品当中,比如手机会加一个屏幕,你的扫地机器人上面会加一个背盖板,这个就作为0点的距离。第二个峰值就是目标物体的距离,这里是210厘米。

下面就是一个环境光带来的干扰,这种底噪,我们就是利用这个峰值,峰值跟噪声的这种信噪比,来判断我们所测的数值是否可信。你可以看到我们现在这种玻璃盖板所得到的Count值是1800,但实际使用环境当中肯定会有一些灰尘,会有一些油污的干扰被覆盖到玻璃盖板上,我们这种方案可以有效去除干扰。比如当你玻璃盖板有油污的情况下,它返回的Count值已经达到了18000,但是对于我来说,只要目标物体刚才讲过的这种信噪比足够大,我就可以有效判断出目标物体的距离,从而规避油污、灰尘带来的干扰,这是我们非常大的优势。

再来介绍一下我们产品的Roadmap,我们第一代产品是8701,它的特点测的是近距离,从0厘米就可以输出一些数据,它广泛地被用在之前手机前置摄像头,用来3D识别,用来辅助判断。另外现在扫地机器人做沿边检测,还有避障检测,都有批量应用。第二代产品就是8801跟8805它的检测距离从60厘米已经增加到了2.5米,它现在被广泛用在,第一个就是手机后置摄像头辅助Camera拍照,可以实现快速对焦。另外投影仪的自动对焦,然后是机器人的避障,跟沿边检测都可以。另外还有一些,比如饮水机,咖啡机,还有智能水杯它的液位检测都可以用这个产品。

 第三代产品就是我们的882X系列,它就是一个多点的ToF,它可以把目标物体的区域分成,比如说3×3,得9这么一个区域,最大可以分成八八64个区域,它的FOV斜对角可以最大到63度,FOV。它的检测距离也从2.5米增加到了5米。另外一个重要的特点,我们基于882X系列做了很多算法,比方说人体检测,手势识别,用在投影仪上的梯形校正的一些算法,做了很多这种自主的算法,可以提供总的解决方案,后边这些会再具体介绍。

我们ToF目前在一些工业领域里面主要用在这几个领域,第一个,笔记本电脑,还有Pad,我们应用的,比方说人体在位检测,检测如果有人来,那就开始亮屏,人走就灭屏,后面会做具体详细介绍,还有手势识别。用在智能电视跟显示器上,我们有韩国一个著名的客户,就是这样一个应用,也是用来检测有没有人来,人走就进入熄屏状态。投影仪就是快速对焦,屏幕校正。扫地机器人就是避障,建图,相机,除了手机,还有一些直播相机,也可以同时用到它这种快速对焦的功能。一些门禁,智能门锁是检测在不在,可以起到节省功耗的作用,饮水机,智能水杯液位检测。

接下来详细介绍一下我们的在位检测跟手势识别,首先这部分应用是用在PC、Pad上,人来可以快速识别到有人来,可以进行解锁,人走之后可以熄屏,可以起到保护屏幕内容的作用,也可以节省功耗,延长电池寿命。同时还有一个防偷窥的功能,你在办公的时候,后边如果有人在看,我们同样可以给你输出一个信息,或者是直接熄屏。再来就是手势识别,比方说我们基本的功能就是左挥、右挥、单击、双击,我们同时在开发其他很多种手势识别,我们很重要的一个特点就是高识别率跟低的误识别率,因为你要提高识别率的同时,就意味着你很多手势可能都会识别,但是问题在于很多你本来不是那个手势,也容易被识别成你要做的手势,比方说你的左挥,你在左挥的情况下,如果提高了很高的识别率,稍微手扶一下眼镜或者是拿一下水杯,这些都是误操作,都有可能被识别成你左挥。但是我们的优势在于我们提高识别率的同时,可以降低误识别率,原因在于我们用的是AI算法,我们会做大量模拟测算,来判断出哪些你是用来左挥的,哪些不是左挥的,比如扶眼镜之类的。另外它的应用,比方说一些智能设备的操作,比方说音箱,PC,另外一些媒体播放,比方说你在看电影,你想暂停或者是回放一下刚才精彩的镜头,就是媒体播放器的作用。

另外一个就是PPT的演示,比方说你演示的时候离PC的距离稍微远一点,你可能翻页的时候再跑到电脑旁边按个按键,可能就不太方便,有了手势识别,你左挥右挥,单击双击或者放大之类的,这样就会非常方便。

给大家具体演示一下我们视频的Demo,第一部分,你看这个presence如果是1,画了一个对号,就说明检测有人在,现在这个状态就是这个人一直在动,就很容易别检测出来。第二部分,他是静止的状态,他没有动,我们同样可以检测出来面前是有一个人的,现在这个人离开了,他这里会马上变成0,人已经离开了,屏幕就会锁屏,返回来之后又变成1的状态,检测到人。右边这个是手势识别,现在是人坐在电脑前,他离屏幕的距离差不多是70多厘米进行的左挥、右挥,单击、双击,非常快速、准确地会识别出来,我们现在是30赫兹的状态,他现在是站起来了,离开屏幕差不多大概一米的距离,同样做这些动作,都是100%的识别。这个就是我们现在挑出来的几个手势识别和在位检测应用到其他的一些智能设备上的一些应用,当然大家可以也考虑一下我们的这种功能是否适合在你们现在产品当中的一些应用,比方说AR、VR,智能音箱,抽油烟机,还有智能灯,尤其是智能灯,因为现在很多场合,包括家用的灯,它都会调节它的颜色跟调节亮度,很多情况下,你需要用遥控器去开关,去调整,但是很麻烦,但是如果用手势识别,你挥下手就可以了。这个就是智能电视,这个是比较大的一个客厅,屏幕也比较大,如果一直亮屏一直开着,放电视,也会比较耗电,比如说看电影过程当中,如果人离开的话,回来再回放也不方便,所以它可以检测第一个有没有人,第二个,也在考虑用一些手势识别的算法。

接下来就是ToF产品在投影仪上的一些应用,投影仪目前做自动对焦,还有梯形校正,目前要么就是手动,要么就是用传统相机的方案,但是相机做自动对焦,还有梯形校正,它都会有一个动作,这样会非常影响客户的这种观感,例如正看着电影,体验感会非常差。

另外一个就是你做梯形校正的时候它会有角度误差,尤其是短焦的产品,距离非常近,而且还上扬60度的角,你稍微有点偏差,你感觉效果就非常差,所以我们现在有相应的方案,我们有单点的,可以解决你自动对焦的这种问题,多点的可以给你解决自动梯形校正的问题,而且很重要一点,我们现在正在做自己的梯形校正的算法,因为梯形校正它的角度误差很大,所以我们在提供硬件的同时也提供了自己的软件算法,给你提供一整套的方案。

在这种扫地机器人上的应用,我们可以做非常多的检测,比方说跌落检测,有台阶的情况下,然后就是你扫的过程当中这种沿边检测,是不是要靠到墙了,比方说如果没有这种功能,有一些贵重的家具,你一下撞上去,损失会比较大,所以要有这种功能。另外就是建图,再来就是避障,还有突然来了一个运动物体的检测,另外就是刚刚讲的因为你使用环境当中有一些有阳光,有油污,有灰尘这样的,我们会有比较好的抗油污、抗灰尘干扰的效果。

强调一下我们多点ToF在这种扫地机器人上的优势,比如刚刚讲的,我们可以3×3,9个纵,其中一个应用就是你7、8、9已经打到地上了,我可以检测到这已经到地了,上边六个区域我检测到的是墙,我就可以感知到你这个机器人上下是不是有一定的偏转。同样的道理就是左右,如果机身不是正对着墙,那4跟6的距离应该是不一样的,你可以判断出它是朝哪偏转。我们这个ToF除了在扫地机器人上的应用之外,在其他很多机器人都可以用,很多这些基本上都有成功的应用案例,都已经量产,服务机器人,宠物机器人,还有一些无人机,都是有成功的案例。

另外就是ToF用在一些其他的智能设备上,比如电梯检测有没有人,闸机自动人脸识别,起到辅助,一些智能灯,净水机,门铃之类的。然后就是一些智能家居设备上的一些应用,比如说智能门锁,如果你一直开着会很耗电,检测到有人来再开启,咖啡机,检测液位,咖啡机,饮水机,还有智能音箱,抽油烟机,包括一些空调,检测有没有人,或者是做一些风随人动的效果。

我的分享就到这里,谢谢。

 

郑运强|可见激光的应用及新兴市场

主持人:好的,感谢王树刚先生的分享,虽然主题是ToF在工业中的应用,但其实几乎涵盖了ToF在工业消费电子和智能家居中所有的应用和潜在的应用,我们也欢迎大家脑洞大开,创造更多ToF的应用于ams OSRAM一起来开创未来。好,我们下面有请第二场的演讲嘉宾,ams OSRAM市场工程师郑运强先生带来的分享主题《可见激光应用于新兴市场》,欢迎郑先生。

郑运强:谢谢,大家下午好,我是来自ams OSRAM市场部的郑运强,今天跟大家分享的题目是《可见激光的应用及新兴市场》。

可见激光,顾名思义,就是可以看得见的激光,在可见光的波段范围,与可见激光相对应的就是不可见的激光,就激光而言,ams OSRAM能够给大家提供的产品非常全面,包括可见激光,不可见激光,垂直发射,以及边发射等不同技术的产品组合。我们今天将主要围绕着可见激光给大家介绍它主要的特性、应用以及新兴市场。

可见激光可以用在各种应用以及市场,我们归纳一下,有工业,商业,汽车,特种照明,消费,以及医疗等等,有些应用可能在我们的日常生活中,有些应用可能接触的会比较少,这里我们列举了一些主要的应用,比如在电影院演播厅,或者是会议室里面使用的激光投影,在工程建筑装修的时候,师傅使用的激光水平仪,在做PPT演讲的时候使用的激光笔,或者在市政规划的时候使用的激光测距仪,还有高端的汽车里面用到的激光大灯,或者是在舞台演唱会,酒吧KTV里边用到的光束摇头灯,效果灯,甚至在我们日常的家里面用到的吸尘器也可以用得上激光,最后一个是医疗上面的DNA测序,可以说激光可以应用的方面非常多。

刚才提到的是各种应用场景,可能会需要用到各种不同的激光二极管,不同的颜色,波长,或者是封装,功率等等,我们接下来针对绿激光介绍它的一些主要应用,在此之前,我们看一下绿激光的主要特点以及优势,讲到优势,一般是跟同类竞品对比,这里我们日常经常会用到的像红激光,以及二极管泵浦固体激光器(DPSSL)。先说红激光,跟绿激光相比,同样是半导体的激光器,最主要的差别在于波长,用不同的半导体材料产生不一样的电子跃迁,经过谐振腔的作用,产生不同的频率、能量以及波长等激光,我们把它放在一个视觉函数曲线里面,来看它的一个灵敏度,纵坐标表示它的灵敏度,这么看的话,对比就会非常明显,绿激光跟红激光的对比,在灵敏度,可视性上,绿激光差不多是红激光的3.5倍。我们再看一下DPSSL,它产生的方式其实就是红外激光加激光晶体泵浦而来,虽然也可以产生绿激光,但是本身由于红外激光的特性,在低温的稳定性会比较差,同时由于整个系统的结构会更加复杂,所以抗振动性也会更差一点。因此,由于绿激光的优势特点,它更好的可视性,可靠性等等,它已经在很多领域取代了红激光跟DPSSL。

接下来我们介绍的绿激光的一些主要应用,首先水平仪是绿激光目前来讲最主要的一个应用之一,水平仪一般分两种,一个是一字线跟360模组,一字线顾名思义,就是一条直线,它的原理就是激光束在经过圆柱形的透镜的作用下,形成一条直线,就跟下面这个图所示,通常一个激光模块可以产生一条激光线,然后一个产品可能需要三到五个激光模块来照亮不同的区域,就像这个图上面标示的一样,产品最终的尺寸取决于激光模块的数量。另外一种水平仪就是360,顾名思义,就是可以产生360度激光线的模组,它的原理是通过激光束照射在一个锥形的反射镜上面,反射出360度的直线。通常来讲,一个锥形的激光模组可以实现360度的照明,可以替代3个类似一字线这样的激光模块,一个产品使用两到三个激光模块,因此360模组可以实现更小的尺寸,更紧凑的设计。

绿激光的另外一个应用是在激光测距,它的工作原理是基于ToF原理,利用激光作为发射管,APD作为接收管进行探测,从而测量它的一个距离,在激光测距的应用里面,绿激光的优势也很明显,前面有提到它比红激光的可视性更好,比DPSSL的可靠性更高,内部集成的PD可以实现控制激光的光功率的稳定输出,同时绿激光的功耗比较低,效率也比较高,非常适合中长距离的测距。

日常生活中我们会接触到各种扫码,比如去超市,购物店,或者是日常货物的进出管理,或者我们日常的物流,快递等等,这些可能都会用到扫描枪,激光在扫描枪应用的原理是激光束经过光学系统之后发射出来,经过条形码反射,再返回到阅读器,通过扫描器或者是终端上面的译码软件进行译码,从而得到条形码上面的信息。在扫描枪的应用里面,绿激光的主要优势,首先它的输出功率稳定,扫描速度也比较快,它可以实现比较远的扫描距离,可以超过30厘米,最后它的识别率也会比较高,误码率比较低。

接下来也是我们绿激光非常重要的新应用,我们很多人家里面可能都会有吸尘器,当地面有垃圾或者是灰尘的时候可以用来清洁,一般垃圾我们可以看得很清楚,但是灰尘太小,通常是不容易看见的,除非是灰尘比较厚,就会有一个问题,我们不容易判断到底哪里需要清洁,或者说哪里已经清洁干净了,在这种情况下,绿激光灰尘探测系统就可以帮助我们,激光探测系统的原理是利用激光的方向性以及高视觉识别性,用一个角度非常精确的绿激光二极管,以很小的光束角在地面几毫米的地方识别出通常看不到的灰尘粒子,这个功能集成到吸尘器上面,就可以使地面的灰尘显现,于是就可以清楚地看到哪里需要清洁,或者说哪里已经清洁干净了,从而确保地板被深度清洁。在吸尘器的这个应用里面,绿激光的优势也非常明显,第一,它的可视性,相干性非常好,能够探测地面上肉眼难以看见的微小灰尘,可以到微米级。第二,绿激光的方向性非常好,可以集中照亮前方区域。第三,集成的PD可以控制激光的输出功率,并且可以通过IEC60825Class2的安规认证。第四,激光二极管采用的是完全气密性封装,具有业界最高等级的可靠性。这样加一个小小的绿激光光源,就可以让吸尘这项劳动体验感好很多,我们预计吸尘器会是绿激光非常重要的新兴消费市场。

可见激光在生命科学领域也有着广泛的应用,荧光的跟踪技术,在案件调查的时候,法医用到的DNA分析,基于DNA流感类型的分析,在食品安全里面,细菌DNA检测,以及DNA运用在水质的监测,或者是基于DNA的作物跟害虫防治等等。一般根据不同的应用要求,需要的激光二极管的波长也会有不一样。

可见激光在医学诊断上面的应用也有着快速的发展,它有着非常大的成本优势,对比其他光源,比如说在DNA分析里面,它可以替代原来比较昂贵的光源,或者说在UVC光源里面,它可以通过蓝激光加SHG产生成本更低的UVC光源,因此,医用激光二极管正在取代传统的气体激光器,液态激光器以及固态激光器等等,各种医学公司或者是实验室等,也在基于医用激光二极管开发新的诊断方法跟工具,目标是为患者提供护理所需要的专业以及消费级的诊断的设备。

刚才我们介绍了很多激光的一些应用,它们都可以从ams OSRAM中低功率的可见激光产品里面找到合适的解决方案,这里我们列举了一些ams OSRAM中功率的可见激光的标准产品,产品比较多,时间有限,我们就不一一介绍了,它们主要的特性,首先多波长,从450到520纳米,多光功率的选择,从10毫瓦到110毫瓦,两种封装的尺寸,TO56是稳健的工业应用的理想选择,TO38它的封装尺寸会比较小,它适用于对尺寸要求比较高的应用。都是采用密封封装,具有业界最高等级的可靠性跟寿命,最后是根据应用的需要可以选择集成监控的二极管。大家有需要可以联系我们。

刚才介绍的是中低功率可见激光的应用,第二部分我们分享一些大功率的可见激光的应用,在这之前,我们用大功率的LED跟激光做类比,我们同样采用光功率4瓦的大功率的蓝光LED跟蓝激光,通常蓝光我们用光功率来衡量,我们知道LED是相当于面发光,这款LED的发光面是1平方毫米,发光光型是朗勃形正负90度。而这个蓝激光是侧发光,就是右图所示的,它的发光面是一个非常小的窄缝,发光光型是一个类似很小的椭球形,正负10度乘以正负40度。最后我们对比一下它的辐亮度,也就是我们说的光密度,LED的光密度大概就是0.6瓦每平方毫米,每立体角,我们再看激光是27万,相差了整整45万倍。由此可见,激光的光功率密度比LED的光功率密度要高非常多,大概高五个数量级。在尺寸有限的情况下面,一般高光功率密度的激光是非常有利于实现复杂的光学设计,也可以实现更高的系统性能,比如说更小的光束角,更远的照射距离。

接下来我们分享一些大功率可见激光的应用,目前显示是大功率可见激光最主要的应用市场,包括激光投影,激光电视,以及汽车上面用到的抬头显示等等。激光显示通常有两种实现方式,第一种就是用蓝激光加荧光粉,转白光,我们叫蓝转白,另一种方式是RGB三原色的激光,我们看蓝转白的优势,这种设计通常可以更加灵活,可以实现更小的光学及系统的尺寸,可以根据不同的应用需要,匹配不同的荧光粉,实现不同的颜色,或者说高亮度的白光。它对比RGB这种方式,它的成本也会更低一点,RGB三原色激光的优势,由于不需要经过荧光粉的转化,或者是在荧光粉里面的散射,它最大程度保留了激光自身的特性,如颜色的饱和度,激光光束的准直性等等,可以实现高质量的光束,并且也具备高可靠性。

除了显示的应用,大功率蓝激光在照明领域也有着广泛的应用,比如激光大灯,工作灯,或者是手电筒,探照灯,搜索灯,以及舞台上面或者是户外亮化一些标志性的建筑上面用到的激光灯等等,我们来对比一下这些应用,基本上都有一个共同点,它对光源,对光学都有着极高的要求,而大功率的蓝激光正好可以为这些特殊的照明应用提供他们自身的优势。首先激光对比传统光源,它的亮度高很多,高功率密度的激光光源可以使设计更加自由,缩小光学以及成像系统的尺寸,也可以实现更高的光学利用效率,更小的光束角,以及更远的照射距离,总之可以实现更小的系统尺寸以及更高的系统性能。随着技术的进步,成本的降低,我们参考LED的发展历程,我们相信激光照明的应用也会越来越广泛。

这个应用是激光雕刻,切割,它是蓝激光一个非常重要的新兴市场,疫情以来,大家居家的时间变得更多,家用的消费品需求也更大,特别是在国外,很多人比较喜欢动手创作,于是蓝激光雕刻,切割,这一个DIY市场也跟着发展起来。激光雕刻切割的原理是利用激光的高方向性,高强度性,通过光学系统把激光光束聚焦在加工物品上面,使加工物品表面受到强大的热能,温度急剧增加,然后使该点因为高温而迅速的融化或者汽化,然后配合激光头的运行轨迹从而达到激光雕刻、切割。在激光雕刻切割应用上面,蓝激光可以应用在非常多的材料,它可以适用在各种金属、木材或者是我们平常穿的衣服布料以及各种类型的礼品,在各种类型的礼品上面刻上特殊的符号,会使这个礼品显得更有意义。相比于其他光源,蓝激光可以实现更小的光学或者是系统的尺寸,同时蓝激光也可以实现更低的系统成本,因此蓝激光雕刻切割非常适合对系统成本要求比较高,对系统的尺寸要求也比较高的DIY的消费市场,随着技术更加成熟,未来在工业市场上面的应用也会越来越多。

接下来我们来看一下ams OSRAM大功率蓝激光,目前主要有两个封装产品,我们来看主要的性能,它主要的波长都是标准的447纳米,光功率范围大概在1.6W到5W,采用的是密封的封装,具有业界最高等级的可靠性。工业标准的密封封装有TO56跟TO90,其中TO56是中功率产品的最优选择,它有非常小的发光的孔径,只有15微米的发光孔径,因此可以提供一流的光束性能,非常适合需要耦合到光波导或者是光纤,或者是需要高的光功率密度的应用场合。TO90是高功率密度最佳热阻跟性能,最高5W的光功率,具有非常稳定的表现,适合应用在高光功率密度的工业应用。大家可以根据应用的需要选择合适产品。

刚才跟大家分享的可见激光的应用跟新兴市场,我们相信未来肯定会有更多的一些应用,我们也非常欢迎大家跟我们一起共同探索跟开发,我的分享到此结束,谢谢大家。

 

王明海 |红外相机应用分享 (Mira)

主持人:好的,谢谢郑运强先生给大家带来的分享,帮我们解答了为何激光是一种非常理想的光源,前面提到的绿激光二极管在吸尘器上的应用,其实现在目前市场上的头部品牌已经有了应用,大家如果使用过的,我相信一定是真的深有体会,非常好用。下面我们有请ams OSRAM资深现场支持工程师王明海先生,给大家带来下一个分享主题,《红外相机应用分享》,有请王明海先生。

王明海:大家好,我是来自ams OSRAM技术支持团队的王明海,主要是负责图像类传感器技术的支持,今天我们主要给大家分享的是我们最新的图像传感器Mira系列和我们NanEye系列中新产品的特点及其应用。

首先我们来看一下,目前一些新的技术应用在图像传感器上面来增加图像传感器本身的性能和它的使用、应用的场景,我们这边基本罗列了四个关键的技术,我们可以看到第一个,比如像我们现在在像元设计上面,我们很多新的图像传感器采用了BSI,相对之前FSI,前者是背照式,后者是前照式,大家可以在右边这个图里面,我们可以清楚地看到,FSI和BSI的区别,主要是在于它的PED(PD的位置),是下沉到下面这一层还是抬到我们Filter下面来,这样直接影响到它的感光距离,所以这种BSI的技术,我们可以提高PD它本身的灵敏度,同向也可以提高本身产品的量子效率。

另外一个技术我们叫做堆叠设计技术,这个技术在其他半导体行业已经在普遍应用,而在图像传感器这一块,我们目前,包括ams OSRAM,包括有一些其他的厂家也把这个技术放在图像传感器里面,主要的体现还在右图,右边这一块,大家可以看到除了Lens,Filter 图像传感器的PD,我们把半导体处理的例如ADC这些晶圆层,放到了下面,这样好处是说之前我们单个像元里面,我们的PD部分,真实感光部分可能只占到30%到40%,采用这种方式以后,我们整个像元基本都等同于我们的感光区,同样如果像元尺寸不变,感光距尺寸不变的情况下,我们整个图像传感器封装也可以做得更小,可以适合目前越来越多需要小型化的相机模组这样的应用。

下一个技术特点就是全局曝光和卷帘式曝光的技术更新,我们从左边螺旋桨的这两张图上可以清晰地看到,如果我们去拍动态图,我们全局曝光就可以拍到很清晰的图片,而用卷帘式,因为它是逐行扫描的方式,所以它会有图像的拖影。在ams OSRAM这边我们除了有一个系列是用卷帘以外,其他的我们基本都是用的全局曝光,并且我们有自己的电压式全局曝光像元设计的专利。同样,因为我们现在的最终端客户)越来越丰富,除了我们专门做相机的一些客户以外,还有做应用层的一些客户,对做应用层的客户而言,我们如果把图像传感器做成系统化或者是方案式这种方式,会极大方便于他们的应用,所以我们在图像传感器的基础上,也会向一个系统化或者是模块化的设计改进。同样,在右边这个图,我们主要是来展示ams OSRAM晶圆级光学透镜设计和生产能力,中间要做成相机模组,需要很多小的光学的组件,而我们ams OSRAM有这一块自己的设计能力跟生产的能力。

继续往下,下面这个主要是罗列了我们现在有的图像传感器的系列和它针对的市场,ams OSRAM我们有的面阵跟线阵,之前面线阵主要聚焦在工厂自动化应用上面,我们新出的Mira和NanEye新的系列,我们把应用扩展到了医疗,偏消费类的一些工业和直接的消费类的应用产品上面。

往下来看我们本身的路线图,主要是分成两大类,在左边这一块是面阵,它具体的数字就相当于是我们面阵它自己的分辨率,前面的字母部分相当于它的系列,我们新的Mira,目前我们有Mira220跟Mira050两个产品,Mira050即将量产。这边就是线阵系列,同样后面的数字就代表我们线阵的分辨率,现在我们就可以按照自己的需求来进行相应的选择。

这一块我们具体来看一下Mira系列它本身的特点,刚才我们讲到了一些新技术都已经应用在Mira系列里面,包括全局曝光,包括BSI设计,另外有一个值得强调的特性就是对它的量子效率上面,我们把Mira系列称为近红外增强,原因就是我们量子效率,这条蓝线就代表我们Mira系列量子效率,而这条红线代表已经是增强过的,图像传感器它的量子效率,我们来看红外波段,比如像940nm这个波段,我们Mira系列可以做到38%的QE,但是一般通用图像传感器在940nm,就是12%或者13%这样的量级,所以我们已经把这些红外波段的增益提高了好几倍。同样,Mira因为它用了堆叠式的设计,我们在左边这可以看到有两个对比,如果不是做堆叠式的设计,它的感光区的占比,在整个占比可能大概就20%~30%,而Mira系列大部分都是我们红色区域,就是我们感光区域,我们可以看到至少在60%以上。同样在Mira系列上, 我们在每个Pixel单元(微透镜)设计上,白色方块代表我们Pixel lens,它们在不同区域,一个是在最中间,一个是在最边缘,可以看到在lens的设计跟安置上面,它的位置是不一样的,这传感器我们可以适配于不同CRA,就是客户相机上面的Lens规格。

同样在Mira系列里面,我们包括了很多智能化的功能模块,中间有事件检测,自动底噪消除,还有自动失效像素的校正,当然还有其他功能,下面我们会有一些介绍。刚才有提到我们的分辨率现在主要是在220,就代表220万,050就是50万的分辨率,同样,就像刚才我们提到的新的技术里面最后一项,我们要有一些模块化或者是方案化的设计,同时我们本身是有提供这样的客户可以去做我们的评估板,去拿我们这个评估板做一些性能检测,这上面也用到了我们不同的光学器件。

这张主要是针对它需要的应用场景,我们大概做了一些分类,主要是三类,一个是在人脸识别的应用上,另外一个是服务机器人或者是陪伴机器人,第三个是在工厂或者物流自动化这一块,在Mira相应的一些应用。这三个分类最主要就是它的使用场景,包括它的应用范围,会有一些差异,所以我们在选择产品上,也会有一些差异化的选择,从具体的应用上面来看,像3D人脸识别在工业上面我们一些产品的门禁,机械门禁,或者是我们车站的检测系统。从服务和陪伴机器人这一块,主要是结合我们3D或者是2D\3D这样的应用,来做一些实时避障或者是定位和地图重建。同样从工业和物流自动化上面,最典型的就像这些AGV,自动巡航的一些小车,它就需要有避障,有自己持续的分配和实时建图的功能,主要都是搭配相应的方案来应用到这些产品上面去。

 这边我们分享一个使用我们Mira220的案例,这是典型双目的模组,这个双目模组里面,实际上是一个完整的相机平台再加上算法,可以为终端客户提供的是2D,3D,深度图,或者点云图的输出,这是我刚才提到的,很多现在的用户他主要是基于在应用层上面的应用,它不是专业做相机的,这样的应用平台可以让客户非常方便拿到在深度图的基础上,或者甚至在更进一步的应用上去实现他们自身本身不同的一些应用,所以在这一个分享上面,我们客户本身是做图像传感器的处理器的一个厂家,他配合我们做的产品,这样一个完整的方案以后,对终端本身和我们的应用推广上面,我们可以到终端应用,尽快落地,不需要很长开发的过程。

我们Mira系列在这个系统中,我们表现出来的特点,刚才我们的package封装尺寸在同样分辨率的情况下,非常小,这样可以做各种小型化,比如像服务机器人里面它整个模组的开孔就比较小,我们也可以做一些适合非常小型化的设计。

另外,在红外增强这一块,在暗光或者是低的补光的情况下,我们还是可以得到很好的效果和信息,这样能够增强或者是扩展应用的范围跟场景。

我们现在Mira虽然只有220和050但是我们也在为后续Mira系列做一些准备跟拓展,这一边的这些信息是我们通过市场交流或者是一些各方面的调查,我们自己总结出来的一些信息,供大家参考一下,也不算是权威,但是是我们平常交流中总结的信息,主要就分为五点,更小,以后的一些应用会越来越小,甚至我们看到右下角有一个手机,那就是手机的3D应用,它需要非常小型化的元器件。另外就是更高,这个更高是对图像传感器本身,除了我们开始提到的那些新的技术以外,我们还要再增加其他的一些技术或者是革新,来打造更高的量子效率,低噪声和更宽的动态范围。第三点是更低,主要是针对功耗,包括传感器和包括传感器给系统本身带来的功耗的解释。第四点就是更智能,你不仅仅是一个图像传感器,可能图像传感器里面还可以实现更多的功能。第五个就是更优,指性价比,特别是消费类市场,对价格会非常敏感。

 我这边就简单介绍一下,因为我们说Mira是智能传感器,我们主要介绍里面的两个模块,一个是事件检测,这个案例里面,它是检测场景有没有变化,在不变化的情况下,我们可以看到它在这个模式下运行,它只需要3mW的功耗,如果我们发现这个场景里面有车进来,或者是状态发生变化以后,我们传感器本身就可以直接切换到我们正常运行模式,正常运行模式就会到75mW的功耗,所以这就像是图像传感器本身我可以自动来切换运行在不同一些模式下面。

另外一个我们叫直方图功能,如果玩过单反相机大家都应该很熟悉,右下角的画面,其实它告诉你画面里面不同的灰阶大概占比是多少,同样,我们MIRA系列也会提供这样的32个bin这样的一组直方图的信息,直接告诉你整个画面里面可能接近曝光的数量是多少。整个系统就可以通过这些信息来做补光或者是做曝光时间的控制,或者是增益的控制,当然我们Mira系列本身就带了自动增益控制和自动曝光时间控制这样的功能模块。所以优点我们也可以很明显,因为我们读出更少的数据,相对读出的时间缩短,从而降低功耗,整个系统可以让它休眠的时间,待机时间就会更长,帮助整个系统降低功耗。

我们刚才有讲到,从我们图像传感器怎么把它变成完整的相机,我们在目前的图像传感器系列里面,我们NanEye系列,是做成一种微相机模组,所以在左边这个图里面,最下面这个就是图像传感器,上面是我们各个光学部件或者其他部件的堆叠,其实我们可以看到,在整个里面,我们的透镜设计就有三层,它达到的效果包括了,它的后焦距离,包括了它的,调制的曲线,参数,都会更平滑,它覆盖的场景会更广,这就是通过这个系列。这个系列的尺寸,,就是1毫米乘以1毫米这样的尺寸,这些微透镜光学器件,我们需要自己来研发,同时我们在产线上面要保证批量生产,达到精确度,满足我们传感器模组的性能。这就是我们的NanEye系列,它整身加上外面的package就是这样,这个图上面黑体的两个传感器,它通过数据线,可以把图像信息传到后台来控制,这中间就说是我们NanEye系列的一些特定的参数,我们实际可以从右边的图上来看,右下角的四张图就是用NanEye系列拍出来的图片的效果,上面是对比,上面右边黑白色这个是用三层lens形成的图,左边这个是用一层lens出现的,所以我们可以看到它本身图片的清晰跟平展度要比单层的lens好很多。

这一个主要就是我们本身微透镜模组它的产品系列和它应用市场,产品系列来讲,2D是目前市场上一直在用的系列,我们现在新的有M系列和XS系列,我还有一个消费类的系列,后缀是C,我们没有在这面列出来,它的应用场景而言,我们目前主要是在可抛弃型的内窥镜市场,同样我们还可以在牙科影像这一块和包括其他的医疗,比如像注射器这一块的产品上加以应用。

因为今天由于时间问题,没有办法把某一个产品讲得特别细,会后如果有需要了解的也可以联系我们ams OSRAM的销售团队,我们拿到具体的资料,也可以安排我们一对一的一些具体技术的沟通,以上是我今天分享的全部内容,谢谢。

主持人:感谢王明海先生带来的精彩分享,有关Mira220,ams OSRAM在8月中旬还会有一场在线研讨会,有兴趣的观众可以密切关注ams OSRAM官方微信推送,进行及时报名。Mira220,ams OSRAM在8月中旬还会有一场在线研讨会,有兴趣的观众可以密切关注ams OSRAM官方微信推送,进行及时报名。


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