據(jù)麥姆斯咨詢報道，從最初為智能手機和平板電腦提供環(huán)境光和距離傳感器，到開發(fā)出可穿戴設(shè)備應(yīng)用的心率傳感器，再到推出“半定制”的光電傳感器創(chuàng)新商務(wù)模式，艾普柯微電子（上海）有限公司（以下簡稱：艾普柯）自2011年成立起，時刻保持著對光電傳感器解決方案的初心以及對消費電子市場的敏銳嗅覺，憑借超強核心競爭力及日益豐富的產(chǎn)品線，已躍升為中國大陸排名第一的光電傳感器公司。在本次由麥姆斯咨詢主辦的『第二十四屆“微言大義”研討會：3D視覺技術(shù)及應(yīng)用』中，艾普柯首席執(zhí)行官李碧洲帶來了關(guān)于飛行時間（ToF）產(chǎn)品小型化方案的精彩分享。
艾普柯首席執(zhí)行官李碧洲先生發(fā)表題為《ToF產(chǎn)品的小型化方案》的演講
艾普柯是國內(nèi)最早做ToF的企業(yè)之一，自2015年起在與合作伙伴的碰撞火花中開始了ToF傳感器的研發(fā)。李碧洲先生在一開場就介紹道：“目前多數(shù)ToF模組產(chǎn)品的尺寸在幾十毫米，這對于終端產(chǎn)品設(shè)計來說是非常受限的，大幅減小ToF模組產(chǎn)品的尺寸已是目前主流發(fā)展趨勢，我們已通過成功完成毫米級ToF小型化方案，提供目前市場上最小的ToF模組產(chǎn)品。”
艾普柯實現(xiàn)毫米級ToF小型化方案的“兩部走戰(zhàn)略”
第一步：完成ToF傳感器芯片小型化
李碧洲先生介紹“ToF傳感器采用主動發(fā)光檢測原理，與我們以前做的距離傳感器原理一致。但ToF傳感器的線性度非常好，受顏色的影響也不大，因此相比普通距離傳感器來說，更具有性能優(yōu)勢，當(dāng)前的首要課題是要縮小ToF芯片尺寸。”
在李碧洲先生看來，縮小ToF芯片尺寸可以從多方面入手。將發(fā)射端，也就是VCSEL芯片尺寸減小是其中重要方向之一。但要將發(fā)射端和接收端做到非常小的模組里難度不小，經(jīng)過多方比較驗證后，艾普柯想到以下兩種獨特的解決方法：
“CCD + CMOS”陣列式ToF技術(shù)方案：
在ToF技術(shù)方案中，通過采用片內(nèi)電路的方式可以實現(xiàn)無需龐大復(fù)雜的片外供電系統(tǒng)的問題，這一步的解決方法有不少，李碧洲先生剖析到“有些企業(yè)會采用CCD特定工藝的方案，但總體成本不菲，可加工的代工廠較少。CMOS的成本相對較低，且代工資源豐富。我們決定采用“CCD + CMOS”的陣列式ToF技術(shù)方案，可有效解決成本、尺寸和靈敏度三重問題。即采用CMOS工藝完成ADC/PLL/Interface/DSP/Memory等功能，結(jié)合定制化CCD ToF后端工藝實現(xiàn)高靈敏度像素設(shè)計，通過上萬次的積分得到精確的深度（距離）信息。這樣相當(dāng)于把兩種不同的IC集成到一顆芯片內(nèi)，也是我們?yōu)閷崿F(xiàn)ToF小型化先從芯片著手的第一步。”
艾普柯創(chuàng)造性地實現(xiàn)了CCD與CMOS兩種技術(shù)的高度集成
縮小像素設(shè)計：
接下來就是像素問題，艾普柯針對這一問題深入研究，經(jīng)過三年多的研發(fā)已將像素縮小到目前的17.5μm，未來還將開發(fā)10μm 甚至5μm 的ToF像素，這其中封裝技術(shù)的選擇也非常有學(xué)問，李碧洲先生解釋說：“TSV封裝可有效避免Wire bonding（引線鍵合）占用面積的問題，在業(yè)界非常有競爭力。”
第二步：實現(xiàn)ToF模組小型化
在李碧洲先生看來，實現(xiàn)ToF模組小型化，一方面必須重點從封裝技術(shù)入手，解決散熱、電干擾、光路設(shè)計校準(zhǔn)及檢測等問題，另一方面還要配合高效的算法，才能最終贏得3D ToF模組小型化這場硬仗。“核心部分是透鏡，一次注塑成型用的材料精度沒有像玻璃那么高，加工時候的難度會非常大，尺寸越小，對精度的要求也越高。我們還有別的方法來減少ToF模組的尺寸，分辨率越高，芯片尺寸就會越大，我們現(xiàn)在的方法是將3D ToF傳感器和旁邊的2D Camera結(jié)合，通過算法實現(xiàn)準(zhǔn)確的活體檢測。我們在采用算法輔助小型化的方面也做了很多努力，目標(biāo)是降低尺寸，最終可以應(yīng)用在手機上。”李碧洲先生也向在場觀眾展示了艾普柯通過高效算法，抓取1000個ToF深度像素形成的人臉圖像（見下圖），完全可以應(yīng)用在活體檢測。
艾普柯的算法輔助ToF產(chǎn)品小型化方案
談及VCSEL在ToF產(chǎn)品小型化的作用時，李碧洲先生認(rèn)為“目前的VCSEL還是采用Wire bonding與ToF傳感器連接。VCSEL的發(fā)射功率越大，尺寸越大。為了實現(xiàn)ToF模組小型化，VCSEL廠商還有很多事情要做。第一要提高發(fā)光效率，第二是解決驅(qū)動電路位于VCSEL下面的散熱問題和效率問題，這些都是關(guān)系到ToF模組品質(zhì)的核心問題。我相信有很多公司已經(jīng)在做這方面的努力，我們合作的VCSEL的供應(yīng)商，今天的演講嘉賓也會往這個方向努力。”
ToF小型化道路機會與極限并存，量產(chǎn)在望
在分享艾普柯ToF小型化的成果和經(jīng)驗后，李碧洲先生總結(jié)道“手機、AR眼鏡等消費類產(chǎn)品原始設(shè)備制造商（OEM）往往開門見山，直接談ToF模組的尺寸。ToF模組做到足夠小，成本降到可接受范圍，才有機會用在智能手機上。艾普柯提供的ToF模組尺寸已經(jīng)具備在手機上廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前，索尼已經(jīng)在高分辨率的3D ToF模組率先取得突破，意法半導(dǎo)體（ST）的單點ToF模組也已經(jīng)廣泛商業(yè)化，我們嘗試做中等規(guī)模分辨率、全球最小尺寸的3D ToF模組，這對我們來講也是冒險的嘗試。但是我們做了，并且已經(jīng)取得成果，預(yù)計2019年就可以到量產(chǎn)階段。”
