據麥姆斯咨詢報道，近日，國際領先的半導體光源方案公司瑞識科技對外宣布，基于其獨家專利的1.5次光學集成的封裝技術，開發出了專門針對3D傳感應用的FRay系列LED泛光源解決方案，大大降低3D結構光光源模組的成本，加速3D視覺技術在消費領域的應用。

隨著2017年9月iPhone X的問世，蘋果（Apple）公司為消費類3D成像和傳感應用設立了新標桿，標志著3D面部識別進入消費級應用。此后，Oppo Find X，華為Mate 20 Pro等一線品牌的旗艦機也都陸續配置了3D結構光面部識別模組。除了面部解鎖功能之外，3D結構光技術能應用到更廣泛和深層的應用：支付級人臉識別、計算攝影和AR/VR等場景。可以預見的是，3D結構光功能將成為今后手機及終端類產品的標配功能。

在手機應用場景下，業內專家認為，目前真正制約3D結構光面部識別方案應用的瓶頸是兩個因素：一個是結構光技術的瓶頸，另一個，則是整個模塊的成本。從技術架構上來說，結構光模塊包含發射端和接收端，發射端包含散斑投射器（Dot Projector）和紅外補光的泛光源 (Flood Illuminator)，接收端包含紅外CMOS相機，接收端部分目前在手機領域已有廣泛的應用和較為優化的解決方案；所以從模組結構組成上分析，3D結構光面部識別的應用是否能大量的普及，主要攻克核心點在發射端的技術突破和整個模塊的成本控制。

圖1：iPhone X手機3D結構光模組解析圖

在現行的方案中，泛光源均采用VCSEL+Diffuser的光源方案， VCSEL（垂直腔面發射激光器）所發出的光經過光學擴散片（Optical Diffuser）后均勻分布在設計的角度范圍之內，具有很好的補光效果。但VCSEL芯片成本高，而且擴散片的成本也十分高昂，再加上芯片封裝成本，在可以預見的時間內，VCSEL方案的泛光源成本都不太可能降到應用端大量使用的預期值以下。

業內認為，目前可用的降成本方法是使用紅外LED代替VCSEL芯片。然而LED朗伯型的出光，需要經過光學透鏡處理才能達到應用端的需求。使用普通一次光學透鏡，光斑的均勻性完全無法達到算法端精確計算對照明均勻度的要求。此外，該方案也無法有效的收集和利用LED芯片側面出光，一次透鏡的LED產品在亮度方面也無法滿足應用需求。如果采用二次光學透鏡進行光束整形和勻光處理，封裝尺寸又過大，亦無法滿足消費類手機應用所需的小體積光源需求。

針對行業痛點，瑞識科技獨創“1.5次光學集成技術”，并基于此開發出了專門針對3D傳感應用的FRay系列LED泛光源產品。如下圖所示，普通紅外LED光斑，均勻性比較差，中間光強高，側面衰減比較大，在應用體現出來的效果是近距離，很小范圍照射光強很強，但是往周邊擴散光強衰減很快；在較遠距離，整體亮度無法達到應用所需的亮度。而瑞識科技的LED泛光源，可以有效提升產品的光強分布的均勻度，通過多層光學界面配合處理LED近似朗伯型光源的光路，獲得光強分布均勻的光斑，保證光源對目標物體的均勻補光，達到了類似VCSEL泛光源的效果。瑞識科技1.5次透鏡技術在泛光源產品上的成功應用，使泛光源的成本獲得有效的降低，為 3D結構光方案的大規模普及提供了成本和技術方面的有力保障。

圖2：瑞識科技LED泛光源與常規LED泛光源，VCSEL泛光源光斑對比圖

瑞識科技的1.5次光學集成封裝技術，使得FRay系列的LED泛光源解決方案在應用場景中表現優異，具體呈現的優點為：高效地收攏普通LED器件無法利用的側面光，其總體出光利用率高，光子效率大大提高，因而產品整體亮度大為增強；另一方面，常規LED中間亮度高，往外擴散亮度衰減大，而通過1.5次透鏡技術的方案，能有效抑制中心光強以補充到中心往外的目標區域，實現角度可控的光斑設計，在設計目標范圍之內，亮度均勻。

圖3：瑞識科技FRay系列3D傳感用LED泛光源產品圖片

在產品性能及應用方面，1.5次光學集成技術將二次光學器件的尺寸縮小到了器件級，更小的產品尺寸更符合終端應用小型化的趨勢要求，尤其適用于消費電子領域；同時光學器件尺寸縮小，材料用量相應減小，系統組裝工藝大大簡化，系統成本更低；在更重要的光學對準方面（尤其是紅外非可見光器件），1.5次光學集成技術因為在器件制造過程中就已經完成芯片和光學透鏡的高精度對準匹配，完全避免了二次透鏡的安裝費用，設備投入以及生產不良導致的高額成本。1.5次光學集成技術無論在性能，成本還是應用方面，都為半導體光源產品提供更多可能性，是器件級光學集成的平臺技術，瑞識科技研發團隊目前正在積極開發適合更多應用場景的創新性半導體光源產品。

“1.5次光學集成技術”的概念，是瑞識科技在行業技術領域的創新提法。瑞識科技創始人汪洋博士表示，“我們希望通過技術命名，向業界表達我們的光學集成技術與常規光源器件的一次光學透鏡和二次光學系統的區別。”

圖4：瑞識科技1.5次光學集成技術示意圖

據了解，光源器件的一次透鏡只有單一光學界面，對光路改變及影響有限；二次光學系統，是獨立于光源器件之外的光學組件，尺寸通常遠大于器件；而瑞識科技提出的1.5次光學系統，是器件層面的多界面光學系統集成，僅有一次透鏡的尺寸卻兼具二次光學系統的功能。可以說，1.5次光學集成封裝技術，是一次透鏡尺寸具備二次透鏡的功能的光學集成技術，是真正的器件級光學集成。

此外，瑞識科技還與業界知名的3D算法及解決方案供應商合作，經過測試對比，瑞識科技的FRay系列的LED泛光源，在均勻性和亮度方面，均比供應商此前使用的LED方案有顯著地提升，尤其是在遠距離（50cm）的補光效果，如下圖拍攝的人偶模型所示，之前的LED解決方案，幾乎看不清楚細節，而瑞識科技的LED泛光源解決方案能清楚地顯示人偶模型。

圖5：瑞識科技FRay系列LED泛光源與常規LED泛光源實際使用效果圖對比（50cm）

據瑞識科技方面透露，基于1.5次光學集成封裝技術，其FRay系列LED泛光源產品目前已通過可靠性驗證和光生物安全認證，目前在跟客戶配合準備量產導入。

圖6：瑞識科技FRay系列LED泛光源高溫高濕可靠性驗證1000小時數據

據了解，瑞識科技(RAYSEES)是一家源自硅谷的高科技公司，由美國海歸博士團隊創建。核心團隊在半導體光學領域深耕多年，擁有國際領先的光電芯片和器件自主研發和創新能力。瑞識科技目前已掌握包括光芯片設計、光學透鏡集成、器件級集成封裝、光電系統整合優化等關鍵技術，并已進行了全方面的專利布局，申請國內外技術發明專利幾十項。