今年是ams OSRAM合并的第一年，兩家歷史悠久的半導體廠商攜手后，開啟了第二個百年征程。一切都圍繞著“光”來展開，ams OSRAM將會注重在傳感、光源和可視化三大領域構建技術平臺，從而提供業(yè)界最為完整和領先的光學解決方案。

“某些公司擁有單獨的一項兩項技術，但沒有任何一家公司可以在三大技術平臺上都提供核心器件、傳感和算法?！卑~斯歐司朗高級副總裁陳平路在近日召開的首屆光學技術論壇開幕詞上分享到，“ams OSRAM能夠提供所有核心器件集成的全面解決方案，我們是毫無爭議的光學解決方案領導者，繼續(xù)保持這種領先地位也是公司未來的愿景?！?

其實，光學傳感已經深入到了人們生活的方方面面。在此次光學技術論壇的“移動與可穿戴”分論壇上，來自amsOSRAM的三位技術專家給我們進行了深入的分享。

光學傳感器革新：助力智能設備持續(xù)創(chuàng)新

近幾年智能手機的快速發(fā)展，離不開光學傳感器的演進。從2016年至今，圍繞著屏幕的創(chuàng)新層出不窮：超窄邊框、劉海屏、水滴屏和折疊屏等。但其實屏幕的背后，離不開光學傳感器的發(fā)展。

據(jù)ams OSRAM資深市場經理郭海波分享，光學傳感器尺寸越來越小，最新的趨勢中已經將光接近傳感器放置在OLED下，從而騰出手機頂部寶貴空間，值得靈活的工業(yè)設計變?yōu)榭赡堋ms OSRAM在智能手機上主要提供兩大類的產品方案，分別是屏幕管理和攝像頭3A（AF、AWB和AE）。

【智能手機：屏幕管理】

接近傳感器在手機中用于感應人體或其他物體是否存在，常用于防誤觸、自動滅屏等具體應用。主要原理就是通過紅外LED發(fā)射紅外線，靠表面發(fā)射回來的能量強弱來判斷接近遠離。基于這種工作原理，接近傳感器極易受到外部環(huán)境中的紅外光干擾，例如太陽光等。

艾邁斯歐司朗的接近傳感器里面集成了先進的光學濾片，該光學濾片一個作用就是能夠濾除環(huán)境的干擾，另外還可以將本身光學傳感器的響應曲線和人眼的響應曲線做一個模擬，從而得到人眼能夠感受到的環(huán)境光的變化。

另一個在屏幕管理應用中的關鍵傳感器是環(huán)境光傳感器。環(huán)境光傳感器分為三大類：傳統(tǒng)的檢測亮度的環(huán)境光傳感器；顏色類的RGBCW，也就是紅綠藍檢測的顏色傳感器；以及多區(qū)的光譜類的傳感器。

通過感知周圍亮度，從而反饋給手機去智能地實現(xiàn)屏幕亮度調整，是環(huán)境光傳感器在智能設備上的主要用途。這種智能亮度調節(jié)，可以優(yōu)化設備的電池消耗，減少屏幕強光對于人眼的刺激。

艾邁斯歐司朗提供了一種自適應顯示技術，通過先進的XYZ傳感器，提供比傳統(tǒng)RGBC更精準的人眼響應曲線的模擬。除此外，該傳感器還能夠將ΔUV以及G-M shift抓取出來，通過實時上報環(huán)境光色溫信息，實現(xiàn)屏幕智能化調節(jié)。

【智能手機：攝像頭3A】

環(huán)境光線對于拍照的白平衡影響顯著，特別是混合照明和反射光。這時候就需要傳感器來準確快速實現(xiàn)環(huán)境光的測量，消除閃爍影響。ams OSRAM為此提供了傳統(tǒng)的RGBCWF傳感器優(yōu)化方案和光譜傳感器方案，來助力實現(xiàn)AWB和AE的提升。

如上圖中的表格所示，相對于普通的攝像頭而言，ams OSRAM的RGBCWF傳感器來說有著更快的響應速度；通過添加的擴散片，獲得更大的視場角；攝像頭中集成了Flicker光源閃爍的功能，從而實現(xiàn)環(huán)境光源閃爍頻率檢測，幫助消除其影響；CW通道用于計算IR成分，提供準確的CCT信息。

而全新的光譜傳感器則在RGBCWF傳感器的優(yōu)秀性能基礎上更進一步，實現(xiàn)了更高的CCT精度和更準確的環(huán)境光源光譜的還原，去除反射光對于CCT造成的誤差 。

如上圖所示，直接測量得出的光譜信息中疊加了反射光，因此得到的色溫值并不準確。而ams OSRAM的光譜傳感器可以預先檢測到光源信息，通過預估還原之后，將更準確的CCT值預估出來。郭海波表示，這種光譜還原能力在大面積純色背景中，對于整個攝像頭的白平衡提升有著極大的幫助。

除了上面提到的白平衡和自動曝光外，另一個攝像頭上非常重要的傳感器應用是針自動對焦。ams OSRAM提供了多合一的ToF傳感器模組，將激光發(fā)射器、計時器、SPAD接收器和信號處理都集成在一個模組中。

該ToF模組是目前業(yè)界最小的封裝，非常適合像智能手機等非常緊湊外型的設計需求。此外該ToF模組內部集成了艾邁斯歐司朗自產自研的高性能的光學濾膜，它可以極大地抵御環(huán)境光紅外線的干擾；在10萬lux的環(huán)境光照明條件下，依然能夠達到60公分以上的探測距離。

【新興可穿戴設備：環(huán)境光+紫外線檢測】

所謂的新興可穿戴設備，指的是AR、VR和智能眼鏡等。針對這種終端設備，ams OSRAM提供了超薄的環(huán)境光集成UVA檢測的傳感器——TSL25853P。該器件特點是在非常小的尺寸上實現(xiàn)了功能高度集成：除了可以智能地準確地檢測環(huán)境光之外，它還集成了UVA的檢測，能夠實現(xiàn)紫外線的預估。

AR智能眼鏡需要佩戴外出，所以外型上需要盡量輕巧。因此環(huán)境光傳感器的尺寸要足夠小巧，才能夠滿足外出佩戴的外型需求。而集成了UVA之后，傳感器就可以直接檢測外部紫外線指數(shù)，將其顯示在眼睛屏幕上，從而實現(xiàn)一個UVI提醒的功能。

生命體征監(jiān)測應用于可穿戴設備

可穿戴設備上的生命體征監(jiān)測已經逐漸向更全面、更專業(yè)的方向發(fā)展，呼吸、心率、心電圖、血氧等基礎生命體征參數(shù)的采集，可以通過算法反饋出被監(jiān)測人的壓力、情緒乃至是基礎代謝信息。

而心率與血氧的監(jiān)測也離不開光學傳感的參與。據(jù)艾邁斯歐司朗應用技術經理黃三豪分享，一個生命體征監(jiān)測系統(tǒng)通常包含五大部分，分別是：光電前端（OFE）、模擬前端（AFE）、MCU、運動傳感器和算法。ams OSRAM主要提供光電前端和模擬前端兩類器件和解決方案。

【帶有發(fā)射器的第二代集成光學前端解決方案】

SFH7070是ams OSRAM推出的第二代集成光學前端解決方案。相比第一代的產品，在光電元器件的布局上進行了革新，采用了對稱式的布局，將PD放在了兩個綠光芯片中間。PD的吸收光頻譜中也有特別處理，通過IR-Cut鍍膜技術濾除了環(huán)境中紅外干擾，從而保證用更純凈的綠光實現(xiàn)心率監(jiān)測。

黃三豪表示，消費者在佩戴可穿戴設備時，為了舒適并不會綁定的非常緊，所以在某些運動場景下，不能保證設備時刻緊貼皮膚，有時候設備一端會翹起。這時候采用對稱式布局，就可以有效避免在這種情況下，傳感器采集不到信號，一端的傳感器采集不到，另一端的傳感器仍可以采集到，確保至少一端的LED可以接觸皮膚，捕捉到良好的信號。

SFH7072是在SFH7070的基礎上，添加了血氧的檢測功能。隨著新冠疫情的發(fā)展，血氧的檢測也愈發(fā)受到關注。而這種多傳感信號的高集成度并不是那么簡單，SFH7072已經將LED和PD等擋墻、間距設計全部處理好，因此用戶直接拿到加上改版就可以實現(xiàn)精準心率和血氧測量。

SFH7074則是一個多PD的產品，在一個器件中提供了三個PD。兩個紅色的PD上同樣使用了IR-Cut鍍膜技術，而另一個遠端PD上則沒有鍍膜，采用的是全通道的采樣方式。

如上圖所示，該產品的另一大特色在于其中間的LED擋墻采用了白色，PD擋墻采用黑色。白色是為了將底部的光反射出來，黑色則是為了讓PD接收的信號更純粹。這種黑白色擋墻的設計可以讓采樣的心率和血氧信號更加純粹。

【AS7050和AS7057：PPG+ECG的AFE】

針對心電圖等檢測需求，ams OSRAM提供了PPG+ECG的AFE。AS7050動態(tài)輸入104dB；具備極低功耗表現(xiàn)，25Hz的采樣頻率只需要20微安；內置6個PD通道和8個LED通道，提供更高的設計靈活性。更重要的是，它集成了醫(yī)療級的心電圖ECG功能，ECG和PPG兩者可以同步進行檢測，適用于拓展出像代謝率、情緒、呼吸率等更多應用。

AS7057則是更緊湊封裝的AFE產品，保持了和AS7050同樣的低功耗表現(xiàn)，但動態(tài)輸入范圍提高到了120dB。因為尺寸縮小，所以通道數(shù)減少到了三個（綠光、紅光和紅外），但同樣可以滿足心率+血氧的檢測需求。緊湊的封裝、低功耗的特性和完備的傳感能力，讓其非常適合于耳機等小尺寸的可穿戴設備。

黃三豪總結道，ams OSRAM在可穿戴上的應用，不管是發(fā)射管或者接收管都相當多元。再加上AFE，整個前端的硬件服務都可以一站式到位，所以用戶可以很容易地得到一站式完整的服務與支持。

AR眼鏡中的光科技

作為元宇宙的最為重要的硬件設備，VR/AR眼鏡的發(fā)展備受關注。ams OSRAM提供了非常全面的傳感器方案。具體應用涉及到佩戴檢測、眼球追蹤、屏幕管理、手勢識別、近眼顯示和眼球追蹤等。

【不同顯示技術和用戶需求之間的平衡】

在此次光學技術論壇上，艾邁斯歐司朗的系統(tǒng)方案工程師孫文軒重點分享了AR眼鏡的光源技術趨勢和解決方案。當前的AR眼鏡的顯示技術存在多種路線，主要分為被動式微顯示技術、主動式微顯示技術和掃描顯示技術。

如上表所示，不同的技術路線各自存在不同的優(yōu)缺點，具體哪種技術路線可以走出產業(yè)規(guī)模，還需要一段時間來觀察。而進入應用層面，必須要考量AR顯示的應用要求和我們目前面臨的技術挑戰(zhàn)；另一方面，不同應用市場（例如工業(yè)和消費）的用戶需求也有著顯著差異。

如上圖所示，應用要求需要考量的點多達十幾項，而在當前技術水平下，勢必要做出取舍。孫文軒表示，“以目前的AR顯示技術方案來看，并沒有萬能的解決方案，我們需要基于需求去設置不同的優(yōu)先級進而決定相關的顯示方案?！?

【光機體積縮小是用戶體驗優(yōu)化的關鍵】

ams OSRAM提供了DLP、LCoS被動顯示系統(tǒng)所需的RGB LEDs和掃描顯示系統(tǒng)所需的RGB Laser Diodes兩種不同的光源方案。

在LED微顯示系統(tǒng)中，分色鏡和導光柱兩種傳統(tǒng)合光LED方案的基礎上，ams OSRAM推出了一種全新的LED。在原本的RGB芯片一字形排列的基礎上，開發(fā)了這兩顆MOSAIC LED，芯片呈田字形排列，有RGGB四芯片版本和RRGGBB六芯片版本。它相對于原本的一字型排列LED，極大改善了顏色均勻度。封裝表面距離進一步減小，光學部件可以離芯片更近，從而收光更容易，顏色更均勻。

傳統(tǒng)LED+分色鏡的兩通道方案，可以實現(xiàn)的光機體積大概在5到10 cc，而MOSAIC LED搭配DLP/LCOS，一般可以做到大概3到5 cc的光機體積。

但為實現(xiàn)更好的消費者的使用體驗，3～5cc的光機體積還是太大，因此ams OSRAM針對LBS方案開發(fā)了一款RGB集成的激光器，使用該激光器搭配MEMS，可以將光機體積縮小到1cc以下。

展望AR眼鏡的未來發(fā)展，除了目前較熱的Micro LED方案外，有一種基于LBS擴展的方案可以將光機體積做的更小，那就是MBS（Multi-Beam Scanning：多光束掃描）。也就是一顆激光器同時可以有多個點點亮進行掃描，這對于提高顯示分辨率和均勻性而言幫助很大。針對這種多光束掃描的方案，ams OSRAM也在與合作伙伴積極開發(fā)中。

總結

此次光學技術論壇是ams OSRAM合并之后的首屆，也是集合了兩家公司在光學和傳感器方面的絕大部分優(yōu)勢技術，進行的集中展示和講解。基于如此龐大而深厚的積累，我們相信ams OSRAM會像陳平路所提到的那樣，繼續(xù)延續(xù)其在光學解決方案上的領導地位，向下一個百年邁進。