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充分了解應用特性 是開發3D光感測的成功關鍵
【東西講座】活動報導

【作者: 籃貫銘】   2021年12月27日 星期一

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以「探索3D光感測的無限可能」為題的【東西講座】,於12月10日(五)以現場實體與線上直播的方式舉辦,並由全球領先的光學與感測技術方案大廠艾邁斯歐司朗(ams OSRAM)擔任講者,共吸引了滿座的產業人士親赴現場聽課與交流。


在蘋果iPhone臉部辨識的帶動下,再加上汽車先進駕駛輔助系統,與各式智慧應用的加持,3D光感測已成為當今終端裝置開發的必備應用之一,其相關的技術包含VCSEL、CMOS Image Sensor、ToF和LiDAR等,本次講座也針對這些技術進行深入的說明,同時也剖析了光感測系統整合上的挑戰。


本場講者ams OSRAM資深技術應用工程師湯治邦特別強調,要開發出高品質的光感測系統,必須要充分了解系統的應用特性,才能正確拿捏感測、光學與電子機構的搭配關鍵。


他表示,光感測是以光譜的波長為基本原理,因此必須對於光譜的範圍和應用有一定的了解,才能更準確的使用元件。以人眼為例,大概是以200nm到780nm左右。而以矽為基礎的CMOS感測元件,其能感應的光波長頻段大概是從200nm到1100nm之間,而製程的範圍大概是從0.2微米到1.1微米。


也因此,IC所能看到的範圍是比人眼更寬,就能藉由這個特性開發出很多創新應用,特別是不可見光的部分。


湯治邦指出,在各式光源中,日光(太陽光)對於光感測系統的影響最大,尤其是在不可見的紅外光(700~1100nm)的範圍內,若是所開發的感測系統是屬於室外的應用,一定要特別留心日光所產生的干擾。



圖一 : ams OSRAM資深技術應用工程師湯治邦深入剖析3D光感測技術與應用。
圖一 : ams OSRAM資深技術應用工程師湯治邦深入剖析3D光感測技術與應用。

ToF技術領軍 光感測應用將無所不在

在目前這幾個光感測技術中,湯治邦認為ToF會是相當重要的一項,幾乎所有正在開發的新興應用,都會使用ToF的技術來實現。而ToF又分成直接式的dToF和非直接的iToF兩種架構,要依據所開發的應用需求來選擇。


至於影像感測器的技術發展,湯治邦舉火星探測機的鏡頭數量為例,他指出,未來影像鏡頭將會與人們的生活密不可分,幾乎所有的應用都會使用,同時數量也會越來越多。


而再選擇影像感測鏡頭上,量子效率(Quantum efficiency)是非常關鍵的一項因素。湯治邦表示,影像感測器的效能取決於光轉換為電作用,因此要盡可能的提高量子效率的曲線。而目前的技術都是在可見光的部分比現較好,但不可見光則會大幅衰退。


至於在車用與工業漸漸火熱的光達(LiDAR)技術,湯治邦指出,以發光源來區分,光達大概分成EEL(Edge-emitting Laser)和VCSEL兩種,目前在汽車領域的需求非常的高,而且逐步從高價車款下放到中價位的國產汽車上,未來每部車都將會配備光達的感測器。


在汽車的應用上,主要就是一種跟車與環境偵測的系統,實際的功用包含:塞車導引、高速公路導引、城市駕駛導引、機器人計程車等。


湯治邦表示,在發射端,光達元件最重要的就是功率與距離的問題,尤其是在各種惡劣的環境之中,能否還可以達到規定的效能目標。而所使用的光源技術包含光纖雷射、側邊雷射(EEL)和VCSEL幾種,但在發射技術方面,又可分為Flash、TSS,以及機械式幾種類型,各自有各自的特色。其中又以VCSEL的半導體整合能力最佳。


而在光感測系統的整合方面,湯治邦特別指出,現在的業者都會要求完整的系統的方案,因此開發者除了要懂感測元件外,也必須要掌握光學的,以及訊號控制和演算法等,才能夠完成高品質的光感測應用。而唯有充分了解所欲開發的裝置特性,才能越精準掌握元件與系統的整合度。



圖二 : 觀看講座直播錄影
圖二 : 觀看講座直播錄影
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