在工作时 , VCSEL 激光源首先会发射出数百束特定频率的红外光 , 这些红外光经过准直镜头的校准之后 , 被传导到 DOE 扩散片 , 扩散片会将红外光束分散成 3 万多个随机的红外光点 , 照射到人的面部;
经过面部反射之后的红外光被接收端接收 , 在经过窄带滤光片的过滤之后 , 特定频率的红外光经过光学镜头的投射被红外 CIS 所接收 。
▲3D Sensing 的硬件有发射端和接收端组成
▲iPhone X 的 3D Sensing 发射端拆解
3D Sensing 是一个全新的增量市场 , 将给产业链带来新的成长动力 。
发射端的元器件大部分是创造了新的产业 , 价值量较大 , 在 VCSEL 激光源、准直镜头、DOE 光学衍射元件、模组等领域给相关企业带来了巨大的全新需求 。
但发射端元器件的难度较高 , 需要较多的技术积累 , 所以目前主要是海外企业参与供应链 , 这也给未来大陆厂商的突破带来了契机 。
接收端的元器件主要是在对存量产品应用领域的进一步的扩大 , 价值量相对发射端要小 。
大陆企业在窄带滤光片、光学镜头、模组等领域已经具有较强的实力 , 完全可以参与进去 。 但在红外 CIS 方面还是空白 , 需要未来的进一步突破 。
▲3D Sensing 产业链供应商及单机价值量
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VCSEL 激光源
技术难度大 , 海外厂商主导
VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser , 垂直共振腔表面射型激光)具有光束集中、精度高、小型化、低功耗、高可靠、转换效率高、成本低等诸多优点 , 从而顺理成章地击败红外 LED 和 EEL 成为 3D Sensing的主流红外光源 , 被苹果等厂商所使用 。
在 VCSEL 中 , 发光层被称为多量子阱(MQW) , 其中由铟镓砷(InGaAs)和铝镓砷(AlGaAs)组成的 MQW 最为合适 。
铟(In)的比例可以决定最后发射激光的波长 , 当铟(In)的比例为 0 时 , 发射的是波长 850nm 的红外激光 , 这时的外延工艺较为简单 , 这也是 850nm 红外激光被广泛使用的原因;
当铟(In)的比例为 20%时 , 发射的是 940nm 波长的红外激光 , 这也是 iPhone X 所使用的红外激光的波长 。
在 MQW 发光层的上下部分是 p-DBR 与 n-DBR , 用于筛选出特定波长的“纯净”光 。
由于出射光的方向一般是顶部 , 所以在底部还需要一层衬底 。
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