【導讀】對(dui)於(yu)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)來(lai)說(shuo)，自(zi)己(ji)的(de)設(she)計(ji)能(neng)夠(gou)在(zai)眾(zhong)多(duo)競(jing)品(pin)中(zhong)脫(tuo)穎(ying)而(er)出(chu)，無(wu)疑(yi)是(shi)令(ling)人(ren)興(xing)奮(fen)的(de)事(shi)。想(xiang)要(yao)修(xiu)煉(lian)到(dao)這(zhe)個(ge)境(jing)界(jie)，簡(jian)單(dan)地(di)堆(dui)料(liao)肯(ken)定(ding)不(bu)行(xing)
，找(zhao)到(dao)創(chuang)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)加(jia)持(chi)才(cai)是(shi)不(bu)二(er)法(fa)門(men)。如(ru)果(guo)要(yao)拉(la)個(ge)清(qing)單(dan)，盤(pan)點(dian)一(yi)下(xia)有(you)哪(na)些(xie)創(chuang)新(xin)技(ji)術(shu)值(zhi)得(de)關(guan)注(zhu)，相(xiang)信(xin)“光學技術”應該是榜上有名。

所謂的光學技術，就是基於光電效應衍生出來的一係列技術，其能夠賦能光信號的發射、傳輸、感(gan)測(ce)，以(yi)及(ji)相(xiang)關(guan)信(xin)息(xi)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)
，打(da)造(zao)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)的(de)光(guang)學(xue)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。實(shi)際(ji)上(shang)，光(guang)學(xue)技(ji)術(shu)由(you)來(lai)已(yi)久(jiu)，不(bu)過(guo)之(zhi)前(qian)很(hen)長(chang)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)其(qi)應(ying)用(yong)都(dou)是(shi)聚(ju)焦(jiao)在(zai)一(yi)些(xie)專(zhuan)業(ye)領(ling)域(yu)，而(er)直(zhi)到(dao)近(jin)年(nian)才(cai)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)滲(shen)透(tou)到(dao)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)領(ling)域(yu)，特(te)別(bie)是(shi)手(shou)機(ji)領(ling)域(yu)，受(shou)到(dao)更(geng)為(wei)廣(guang)泛(fan)的(de)關(guan)注(zhu)。

光學技術：不斷擴張的應用版圖

在這個過程中，不得不提的一個重要推手就是蘋果公司，其在2017年推出的iPhone X中，首次將一個基於3D結構光的Face ID人臉識別係統集成到了手機中。為了實現這一功能
，蘋果在手機屏幕的“齊劉海”中，集成了一係列的光學組件，並在後端以性能強悍的處理器和優化的算法提供強大的算力支撐。Face ID的成功最終讓人們意識到，光學技術的應用，還可以帶來如此大的想象空間。

圖1：iPhone X的Face ID人臉識別係統中采用了一係列光學組件（圖源：網絡）

zainazhihou，womenmingxianganjiaodaoguangxuechuanganjishuyingyongbantudekuozhangsuduzaijiakuai
，gegelingyuduiyuguangxuejishugengguangkuoyingyongkongjiandetansuo

，youruzaiguangxuelingyukaiqileyici“地理大發現”。

機器視覺是光學檢測技術一個重要的發力點
，其建立在性能和分辨率不斷提升的CMOS圖像傳感器基礎上
，模擬人眼對於2D圖像信號的捕捉和感知，進而代替人眼在安防、汽車
、工業、機器人
、消費電子等各個領域獲取海量的視覺信息

，這些視覺信息最終被轉化為數據
，成為高度自動化的各類智能應用的驅動力。

圖2：CMOS圖像傳感器讓機器視覺無處不在

（圖源：ams OSRAM）

在圖像傳感器所提供的2D視覺信息基礎之上
，人們對於借助光學技術進一步獲取深度信息
、構建3D立體視覺也充滿了興趣。為此
，人們在結構光、雙目立體成像和ToF（飛行時間）三個技術路徑上不斷探索，其中尤以ToF技術的發展勢頭最為強勁。ToF技ji術shu的de原yuan理li是shi通tong過guo向xiang目mu標biao發fa射she連lian續xu的de特te定ding波bo長chang的de紅hong外wai光guang脈mai衝chong，再zai由you特te定ding的de傳chuan感gan器qi接jie收shou被bei測ce物wu體ti傳chuan回hui的de光guang信xin號hao，通tong過guo計ji算suan光guang線xian往wang返fan的de飛fei行xing時shi間jian或huo相xiang位wei差cha，進jin而er獲huo得de目mu標biao物wu體ti的de深shen度du信xin息xi。與yu其qi他ta技ji術shu相xiang比bi，ToF具有抗幹擾性強
、動態場景支持好、對算力要求不高、作用距離遠、係統複雜性低等特點，因此應用開發尤為活躍。

圖3：ToF技術實現精準的深度信息測量

（圖源：ams OSRAM）

除chu了le手shou機ji等deng消xiao費fei電dian子zi市shi場chang
，健jian康kang醫yi療liao與yu可ke穿chuan戴dai領ling域yu也ye在zai成cheng為wei光guang電dian技ji術shu發fa展zhan的de沃wo土tu。在zai新xin冠guan疫yi情qing流liu行xing期qi間jian
，成cheng為wei爆bao款kuan的de血xue氧yang儀yi就jiu是shi一yi個ge很hen好hao的de案an例li。血xue氧yang儀yi的de係xi統tong並bing不bu複fu雜za，其qi分fen別bie通tong過guo紅hong光guangLED和紅外線LED交(jiao)替(ti)發(fa)出(chu)光(guang)線(xian)，並(bing)由(you)一(yi)個(ge)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)接(jie)收(shou)經(jing)過(guo)血(xue)管(guan)組(zu)織(zhi)反(fan)射(she)或(huo)透(tou)射(she)的(de)光(guang)信(xin)號(hao)，再(zai)根(gen)據(ju)含(han)氧(yang)氣(qi)水(shui)平(ping)不(bu)同(tong)的(de)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)對(dui)紅(hong)光(guang)和(he)紅(hong)外(wai)光(guang)線(xian)的(de)吸(xi)收(shou)量(liang)的(de)差(cha)異(yi)，計(ji)算(suan)出(chu)血(xue)液(ye)中(zhong)含(han)氧(yang)的(de)百(bai)分(fen)比(bi)。光(guang)學(xue)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)
，催(cui)生(sheng)出(chu)高(gao)性(xing)能(neng)
、高集成度的生物傳感器，成功地讓血氧儀的醫療健康設備實現了便攜化和市場化
，飛入尋常百姓家

，守護每個人的健康。

圖4：光學生物傳感器守護每個人的健康

（圖源：ams OSRAM）

從眾多應用案例我們還可以看出
，光學技術的創新是“全光譜”
，除了上麵提到的可見光
、紅外領域，其在紫外領域同樣找到了堅實市場支點。基於UV-Cdeziwaixiaodu
，yizhishiguangxuejishudedianxingyingyong，zaixinguanyiqingliuxingqijian，zheyiyingyongdexuqiugengweipoqie。zaichuantongdejishufanganzhong，ruhekongzhijiliang，quebaoziwaixiaoduchuliguochengdejingjixingheanquanxing，yizhishigenanti。erjiyuxinyidaide UV LED和UV傳感器
，開發者可以搭建起一個完整的控製閉環，針對不同應用精準調控紫外光的劑量和時間等參數，實現應用的智能化。

圖5：更經濟更安全的智能化紫外消毒方案

（圖源：ams OSRAM）

上述幾個案例，僅僅是近年來我們觸手可及的光學技術的一些成功用例
，而它們的出現就像是在市場的“水池”中拋入了一塊巨石，其激發出的漣漪也在向各個領域迅速擴散。

光學解決方案中有哪些技術要素？

現實中
，打造一個完整的光學解決方案來實現design-win
，需要開發者組合不同的技術要素。這些技術要素包括：

光發射器

就是我們通常說的光源
，它們通常需要按照應用的要求發射出特定光譜下的光線。隨著固態照明技術的發展，憑借低功耗、小型化
、更環保等優勢，LED的應用日趨廣泛，並在越來越多的應用場景中取代傳統光源。

光學元件

它們主要是在光路上完成對光線的處理，如濾波、傳輸、反/zheshedeng
，yingyongzhonghuitongguoduogeyuanjiandezuhegouchengwanzhengdeguangxuemozu。youshizaizhexieguangxuemozuzhongyehuijiarudianzihejixiezujian，yiwanchengduiguangxueyuanjiandetiaojiehekongzhi。

傳感器

也(ye)被(bei)稱(cheng)為(wei)探(tan)測(ce)器(qi)，是(shi)整(zheng)個(ge)光(guang)學(xue)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong)十(shi)分(fen)關(guan)鍵(jian)的(de)一(yi)環(huan)，其(qi)職(zhi)責(ze)是(shi)將(jiang)經(jing)由(you)光(guang)路(lu)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)光(guang)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)光(guang)電(dian)轉(zhuan)化(hua)，形(xing)成(cheng)可(ke)供(gong)後(hou)端(duan)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)識(shi)別(bie)和(he)處(chu)理(li)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)和(he)數(shu)據(ju)。為(wei)了(le)能(neng)夠(gou)應(ying)對(dui)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)對(dui)不(bu)同(tong)光(guang)信(xin)號(hao)感(gan)測(ce)的(de)需(xu)求(qiu)，傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)逐(zhu)漸(jian)演(yan)化(hua)出(chu)了(le)多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)，諸(zhu)如(ru)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)、圖像傳感器、生物傳感器等等。

相關芯片和算法

即在光電信號的采集
、放大、傳輸、轉化
、處理全過程中，信號鏈設計需要用到的軟硬件資源

，主要包括前端對於模擬信號的調理
，以及後端對於由光電信號轉化而來的數字信息（數據）的處理。這也是光學解決方式智能化的關鍵所在。

圖6：光學解決方案所需的技術要素

（圖源：ams OSRAM）

值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)的(de)是(shi)
，將(jiang)上(shang)述(shu)幾(ji)種(zhong)或(huo)者(zhe)是(shi)所(suo)有(you)的(de)技(ji)術(shu)要(yao)素(su)整(zheng)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)
，打(da)造(zao)高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)光(guang)學(xue)技(ji)術(shu)演(yan)進(jin)發(fa)展(zhan)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)方(fang)向(xiang)。藉(ji)此(ci)光(guang)學(xue)技(ji)術(shu)就(jiu)能(neng)夠(gou)更(geng)方(fang)便(bian)地(di)被(bei)植(zhi)入(ru)到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)體(ti)驗(yan)。

光學技術應用開發，一站解決！

dangran，womenyebunankanchu，guangxuejishugurankeyirangchanpinshejigengjuchayihua
，gengxijing
，danshixiangjiangshangshusuoyouzhexieruanyingjianziyuantonghezaiyiqi
，xingchengzuizhongdefanganhechanpin
，duiyuhenduokaifazhelaijiangyebingfeiyishi。

好在已經有技術廠商洞察到了這一點，正在通過周密布局
，力求為光學技術開發者提供一個一站式的技術平台。在這方麵
，ams OSRAM的表現尤為突出，他們圍繞著傳感
、照明、可視化幾條賽道，已經構建起完備的產品組合
，近年來推出的不少新品總是能夠直擊市場的“痛點”，讓人眼前一亮。

今天，我們就為大家介紹幾款這樣的產品
，它們中的每一款都能夠讓你的產品設計更加閃亮，更加卓爾不群。

Mira220

全局快門圖像傳感器

這是一款專為2D和3D消費類和工業機器視覺應用而打造的220萬像素近紅外（NIR）增強型全局快門圖像傳感器。由於采用了先進的背照（BSI）技術
，Mira220具有非常高的靈敏度和量子效率——ams OSRAM內部測試顯示
，Mira220在使用940nm近紅外波長下具有高信噪比和高量子效率，最高可達38%——這使其無懼昏暗的照明條件，並可搭配使用低功率發射器，從而降低係統總功耗。

同時
，BSI技術還帶來了更小的裸片尺寸，堆疊式芯片設計使得Mira220封裝尺寸縮小到了5.3mm x 5.3mm，這為空間受限的產品（如智能眼鏡和AR/VR設備）的設計帶來了更大的靈活性 。上述這些特性令Mira220在競爭激烈的圖像傳感器市場中十分搶眼。

Mira220傳感器的其他特性還包括：有效分辨率1600px x 1400px，最大位深度為12位，光學格式為1/2.7”；傳感器支持外部觸發、加窗以及水平或垂直鏡像等片上操作；MIPI CSI-2接口可以方便地與處理器或FPGA連接
，還可通過I²C接口訪問片上寄存器，輕鬆對傳感器進行配置；數字相關雙采樣（CDS）和行噪聲校正功能可帶來出色的降噪性能。可見，其在低功耗、小型化的新興光學應用中是一款很有競爭力的產品。

圖7：Mira220圖像傳感器框圖

（圖源：網絡）

TMF882x

多區域ToF傳感器

TMF882x係列是ams OSRAM推出的第三代ToF傳感器產品，與前兩代產品相比，其最大不同就是可以實現多個區域的目標檢測（最多8 x 8個區域），且能在每個區域中檢測多個物體，並確保精確的測量結果。因此
，其特別適用於機器人等需要更強空間感知能力的應用。

作為一個高集成度的解決方案，TMF882x係列多區域傳感器在單一緊湊型模塊化封裝中，集成了垂直腔麵發射激光器（VCSEL）、單光子雪崩二極管 (SPAD) 陣列、時間數字轉換器 (TDC) 和直方圖技術，以及與SPAD搭配使用的支持高達63°動態可調視場的高品質鏡頭。該傳感器可在片上執行所有原始數據處理
，並通過I2C接口與主控製器通信，報告距離信息和置信值。可以說，隻需一顆料，即可實現多區域ToF傳感的所有功能。

圖8：TMF882x係列多區域傳感器框圖

（圖源：ams OSRAM）

AS7331

3通道UV-A/B/C光譜傳感器

在紫外應用領域
，AS7331光譜傳感器IC提供了一個低功耗、低噪聲、高集成的解決方案。該器件具有三個獨立的UVA
、UVB和UVC通道，可通過光電二極管將光學輻射信號轉換為數字信號
，並實現連續或觸發測量。

在應用中，AS7331通過增益、轉換時間和內部時鍾頻率提供可調的照度響應，從而設置靈敏度、滿量程範圍和LSB。AS7331可將設置增益和轉換時間配置中檢測到的輻射量顯示為數字計數。其具有12增益步進範圍（每步為2）；同時，轉換時間可在15步進範圍內進行控製（每步為2）。借助輸入引腳 (SYN)，AS7331可以通過外部控製轉換時間，從而按需進行測量值調節。

總而言之——AS7331所提供的精準而靈活的UV測量特性，能夠很好地實現紫外應用中對於光照劑量和安全性的控製，讓產品的智能化水平上一個新台階。

圖9：AS7331 UV-A/B/C光譜傳感器框圖

（圖源：ams OSRAM）

Metal Can®️ 

Nanostack脈衝激光二極管

在介紹了幾款傳感器產品之後，讓我們將目光轉向ams OSRAM的光發射器產品。

ams OSRAM的Metal Can®️ Nanostack脈衝激光二極管 (PLD) ，是采用緊湊型TO-56封裝的大功率短脈衝激光器，是實現基於ToF技術的距離和速度測量不可或缺的光發射器。

由於采用了Nanostack技術，該PLD可經由小型激光孔徑提供高光輸出功率，並具有出色的可靠性。每個PLD中都包含有3個外延堆疊發射器
，以串聯方式連接，組合到單個封裝中。

該產品的主要技術特性包括：

●  波長範圍：895nm至915nm

；905nm（典型值）

●  峰值輸出功率：120W

●  工作電壓：11V

●  閾值電流：0.6A

●  適合從1ns到100ns的短激光脈衝

●  工作溫度範圍：-40°C至+85°C

●  采用堅固的TO-56 Metal Can封裝（直徑5.6mm）

●  重量：312.0mg（近似值）

SFH701x

多片式LED

在光發射器的設計上
，ams OSRAM除了追求更高的性能，還在另一個創新維度頗有建樹——那就是提升產品的集成度，即在單一封裝內包含多個光源元件，為設計的小型化賦能。

SFH701x多片式LED就是其中一款很具代表性的產品，其在一個矽膠封裝中集成了2個綠光發射器 (530nm)、1個紅光發射器 (655nm) 和1個紅外發射器 (940nm)，每個發射器都可單獨控製。該多片式LED發射器模塊具有2kV的ESD防護，采用SMT封裝，可以很方便地被集成在日益現代化的健康監控、心率監視、脈搏血氧儀等醫療健康應用中，大大簡化產品的設計。

AS7038RB

生物傳感器解決方案

這是一款血氧飽和度（SpO2）測量專用傳感器，其將小尺寸、多功能和高性能信號鏈整合在一起
，非常適合在空間受限的消費產品和醫療產品中開發創新型健康監測應用。

具體來講，AS7038RB在一個3.70 mm x 3.10 mm小型封裝中集成了1個高靈敏度光電二極管、4個LED驅動器、1個模擬前端和1個程序發生器，而且厚度僅0.65mm！同時，AS7038RB還隨附進行SpO2和心率測量所需的應用軟件。此外，該器件的模擬前端還支持同時進行ECG測量，並且符合IEC 6060-2-47醫學標準的要求。

AS7038RB測量SpO2的準確性很大程度上得益於ams OSRAM獨有的晶圓級幹涉濾光片技術，該技術使得AS7038RB能夠精準捕獲590nm-710nm和近紅外（800nm-1050nm）波(bo)長(chang)頻(pin)段(duan)的(de)信(xin)號(hao)，同(tong)時(shi)屏(ping)蔽(bi)其(qi)他(ta)波(bo)長(chang)的(de)環(huan)境(jing)光(guang)幹(gan)擾(rao)。如(ru)果(guo)與(yu)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)組(zu)合(he)使(shi)用(yong)時(shi)，可(ke)實(shi)現(xian)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)光(guang)學(xue)信(xin)噪(zao)比(bi)。此(ci)外(wai)，集(ji)成(cheng)式(shi)LED驅動器可以調節驅動電流，此特性讓開發者得以靈活地兼顧係統功耗和測量性能，有利於延長采用小電池供電設備的續航時間。

尺寸小、功能全、靈敏度和信噪比高、係統功耗低……集諸多優勢特性於一身，因此AS7038RB可以被應用於多場景無創生命體征的監測，充分激發出應用開發者的想象力。

圖10：AS7038RB生物傳感器係統框圖

（圖源：ams OSRAM）

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