iPhone X 前置 3D 結(jié)構(gòu)光攝像模組

從上圖可以看到，在 iPhone X 的前置 3D 結(jié)構(gòu)光攝像模組中，最右端的投射模組正在向外發(fā)射光束，它的底部是一個激光器——投射模組的核心器件，名為衍射光學(xué)器件（DOE）。

這是一種表面形貌具有復(fù)雜設(shè)計結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件，并身處三維傳感器內(nèi)的核心組件位置，DOE（衍射光學(xué)器件）能夠?qū)鞲衅鞯募す庠谧R別目標(biāo)上衍射成不同的散斑編碼，通過一套特定的算法解碼帶有編碼信息的圖片便能夠產(chǎn)生帶有深度信息的圖像。

基于深度圖像與事先儲存的真實人臉等深度圖像進行對比，設(shè)備將具備高可靠度地進行身份認證的能力，是金融與支付、風(fēng)險管理、安全認證等場景中必不可少的一環(huán)。

據(jù)多份行業(yè)研報顯示，目前具有先進 DOE 設(shè)計與制造的公司較少，全球范圍內(nèi)主要供應(yīng)商有德國 CDA、法國 Silios、德國 Holoeye 等，特別是在移動端微小型 DOE 器件方面更是稀缺。根據(jù)臺灣科技媒體中時電子報的分析，國內(nèi)目前未見具有可用的 DOE 設(shè)計與加工能力的公司。

而來自中國的馭光科技不僅填補了這項空白，并且推動了全球在 DOE 研發(fā)、設(shè)計及量產(chǎn)能力的進一步發(fā)展。

拿下 Magic2 訂單

2018 年初，華為正為榮耀 Magic 2 方案的 3D 深度視覺模組進行方案招標(biāo)。領(lǐng)域內(nèi)的頂尖廠商將方案擺上臺面，馭光科技迎來了和手機供應(yīng)鏈領(lǐng)域兩家國際知名上市公司的直面競爭。競標(biāo)方案采取器件設(shè)計公司與代工廠兩兩配對的方式，共同提供成型方案，然后逐一進行角逐。

最終，一家公司因技術(shù)未能中標(biāo)遭遇淘汰，而另一家公司在樣品、試產(chǎn)和量產(chǎn)爬坡過程中的三次考核均未通過，馭光順利成為榮耀 3D 視覺方案中的 DOE 器件的唯一供應(yīng)商。

2018 年 10 月，榮耀年度旗艦機型 Magic 2 發(fā)布，采用滑蓋全面屏設(shè)計，前攝搭載有三顆攝像頭，采用 3D 結(jié)構(gòu)光解鎖方案。在這套方案中采用的 DOE 微納元件正是來自馭光科技。

針對目前市面上三類典型的結(jié)構(gòu)光解鎖方案，馭光科技創(chuàng)始人兼 CEO 田克漢分析，這三套投射系統(tǒng)都需要 VCSEL 激光發(fā)射器和 DOE 衍射器件配合，但在具體器件的組合和配置方面具有明顯差異，比如，相比另外兩套方案，馭光提供的方案具備三個明顯優(yōu)勢：

第一，成本更低，馭光提供的方案因為采用單 DOE 元件方案，成本相對傳統(tǒng)方案 I 可節(jié)省五美元以上，相比傳統(tǒng)方案 II 可節(jié)省一個多美元。

第二，體積更小，因為減少了 2-3 個準(zhǔn)直透鏡，能夠有效減少模組高度。

第三，可消除零級和中心亮點，以提高人眼安全。

基于以上三個方面的性能優(yōu)勢，田克漢認為，馭光提供的榮耀方案在難度上具備挑戰(zhàn)性，同時相比已有的主流方案具備更高性價比。

一個值得注意的細節(jié)，在榮耀手機的 3D 深度視覺方案競標(biāo)中，最初有能力提供 DOE 器件供應(yīng)商也不過三家，這與手機市場一般的多套備選方案商情況有所不同。田克漢對此解釋，這是非常少見的情況。在衍射光學(xué)器件領(lǐng)域，供應(yīng)商非常有限。而 DOE 本身又是 3D 結(jié)構(gòu)光光視覺方案中的核心器件，衍射圖案的發(fā)散角大小、發(fā)散角、均勻性、光效率等均由 DOE 來決定。

「目前全世界真正能夠批量生產(chǎn)只有四家，我們，奇景光電、AMS，以及德國 CDA?！固锟藵h談道，「而這其中，能夠通過技術(shù)創(chuàng)新，成功降低整體系統(tǒng)的成本和組裝難度的，目前只有我們一家」。

就芯片而言，制程工藝節(jié)點越先進，挑戰(zhàn)就會更大。而對于 DOE 器件，它的難度挑戰(zhàn)在哪里？為什么即使在全球范圍內(nèi)，供應(yīng)商數(shù)量也十分有限？

田克漢表示，普通的半導(dǎo)體芯片注重平面尺寸，橫向尺度一般在幾十 nm 的級別；但光學(xué)器件對縱向尺度上的準(zhǔn)確性要求也很高高，即上圖左上角的階梯狀，深度在微米量級。這對半導(dǎo)體工藝提出更高要求，同時在深度和寬度兩個不同維度上進行精確控制。

「尺寸當(dāng)然是越小越難，但批量量產(chǎn)的實力同樣不容小覷，我們創(chuàng)新性地采用了標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體光刻工藝，效率非常高，能夠保證批量出貨?！固锟藵h介紹道。

比如，德國某公司采用電子束工藝，2mm～3mm 尺寸的 DOE 生產(chǎn)需要以天來計；而馭光團隊利用主流半導(dǎo)體光刻工藝生產(chǎn)一個 6 寸、8 寸或者 12 寸的晶圓大概需要幾十分鐘，而且使用不同的工藝生產(chǎn)出的 DOE，在精度、一致性和穩(wěn)定性等方面具有較大差異，主流的半導(dǎo)體光刻工藝在這些方面都具有很多優(yōu)勢。

需要說明的是，雖然 DOE 采用了與芯片生產(chǎn)相同的光刻工藝，但在形態(tài)上二者并不相同。田克漢形象地將前者表述為「看上去就像是一塊毛玻璃」，用硅片上的光刻工藝生產(chǎn)「毛玻璃」還是業(yè)界首創(chuàng)。

目前在消費級市場，三維傳感器的大規(guī)模市場場景有兩個，一是游戲主機領(lǐng)域的體感設(shè)備，比如微軟 XBox 游戲機；第二個就是手機?！冈谄渌I(lǐng)域還沒進入到真正的量產(chǎn)階段，所以它的稀缺性還沒有完全體現(xiàn)出來。」田克漢認為。

而在大多數(shù)報告中常提到的「工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用」，多指傳統(tǒng)常采用的結(jié)構(gòu)投影技術(shù)。比如，在激光拼焊焊縫表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)中, 通過投影以獲得焊縫結(jié)構(gòu)光條紋中心線和特征點的位置。80-90 年代，大部分工業(yè)采用該套方案，一直延續(xù)至今。但是由于其投影光亮度不夠，圖案精細度不夠，使用效果受限。而激光方案則具有很多優(yōu)勢，現(xiàn)在正在逐步取代舊有方案。

田克漢認為，目前只有在消費電子領(lǐng)域，才正式對微納器件體積和成本等方面提出了嚴(yán)格和明確的要求。

他談道，團隊開創(chuàng)的是一個更通用的光學(xué)精密加工技術(shù)，不局限于三維傳感。當(dāng)然三維傳感是一個突破性的應(yīng)用?！肝乙恢眻孕殴鈱W(xué)器件的趨勢是越來越小，越來越集成，這也是光學(xué)精密儀器公司未來的方向。」

根據(jù)法國市場研究與戰(zhàn)略咨詢公司 Yole 報告，預(yù)計 2022 年全球 3D 視覺市場規(guī)模將達到 90 億美元，從 2017 年到 2022 年的復(fù)合年均增速將達到 38.05%，增長的動力主要來自于消費級市場的放量，預(yù)計 2022 年消費級 3D 視覺市場規(guī)模將達到 60 億美元。

海通證券給出了手機市場更細分的數(shù)據(jù)，2020 年全球智能手機端 3D 視覺硬件市場規(guī)模將到達 99.25 億美元，其中蘋果手機為 31.48 億美元，安卓手機為 67.77 億美元；前置結(jié)構(gòu)光 3D 視覺市場規(guī)模為 66.78 億美元，后置時間光 3D 視覺市場規(guī)模為 32.47 億美元。

Yole 預(yù)計，全球 3D 成像和傳感市場將從 2017 年的 21 億美元增長至 2023 年的 185 億美元，復(fù)合年增長率高達 44%。由于消費類市場的帶動（復(fù)合年增長率為 82%），汽車電子（復(fù)合年增長率為 35%）、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用（復(fù)合年增長率為 12%）和其它高端市場也將進入快速增長通道。

盡管上述市場分析機構(gòu)針對 3D 視覺市場均給予了樂觀期望值，但從 2018 年全球智能手機市場的整體表現(xiàn)而言，3D 視覺方案的普及率仍然不如上半年的萬眾期待，在華為、小米、ov 等廠商給出旗艦款的示范設(shè)計之后，其他機型的追隨和跟進的步伐有所遲疑。

但田克漢仍然表示，目前落地節(jié)奏放緩很大程度還在于供應(yīng)鏈與器件市場不夠成熟，導(dǎo)致成本過高、供貨不夠穩(wěn)定等原因?qū)е?。而三維技術(shù)的發(fā)展方向毋庸置疑。

此外，田克漢表示，長久來看，馭光將不只局限在做三維傳感領(lǐng)域，公司的發(fā)展包括兩個維度。在橫向維度上，馭光將會為多種應(yīng)用設(shè)計和制造精密光學(xué)器件。在縱向維度上，還會向模組、算法、傳感系統(tǒng)拓展。

田克漢表示，三維傳感系統(tǒng)的市場和衍射光學(xué)器件的市場有一定重合，全年智能手機出貨量在數(shù)十億規(guī)模，手機市場的規(guī)模在數(shù)十億美元，足夠成就一家公司。

目前，馭光是中國唯一一家擁有完整 in-house 的三維傳感系統(tǒng)設(shè)計與制造能力的供應(yīng)商，同時是國際上用半導(dǎo)體芯片工藝加工加工精密光學(xué)器件的少有廠商之一，其技術(shù)水平也處于國際領(lǐng)先水平。

角色進化

在基礎(chǔ)工藝之上，還需要明確的場景來推動應(yīng)用，田克漢團隊認為，三維傳感里面的衍射光學(xué)器件就是第一步應(yīng)用；結(jié)合團隊自有算法，能夠建立一套完整的三維傳感系統(tǒng)。

在手機市場，馭光為模組廠提供核心器件；在智能門鎖、安防監(jiān)控、在車載（導(dǎo)航）、自動駕駛，工業(yè)自動化檢測等領(lǐng)域，馭光將提供整套的三維傳感模組和系統(tǒng)。

1、智能門鎖的藍海市場

以智能門鎖為例，據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，2017 年家庭端銷量 600 萬套，公寓端 200 萬套，行業(yè)總產(chǎn)值超過 100 億元，在 2016 年的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了翻倍，增長迅猛。根據(jù)測算，到 2022 年，我國智能門鎖的年銷量將超過 4600 萬把，達到 4604 萬把；總市場規(guī)模將超過 400 億人民幣，達到 437 億元。

在巨大的市場規(guī)模和高速增長的背景下，田克漢認準(zhǔn)智能門鎖市場還有一層更深刻的判斷——它和手機產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同效應(yīng)。

事實上，智能門鎖從密碼鎖升級到目前的指紋鎖的根本原因就在于手機產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展——因為手機指紋模組的普及，降低了模組成本，豐富了模組廠商資源，因而能夠?qū)⑹謾C上的指紋模組搬到了門鎖上。比如匯頂科技，就是在智能門鎖市場升級中收獲紅利的手機供應(yīng)鏈廠商之一。而在此之前，很多嘗試指紋門鎖方案的廠商由于成本、供應(yīng)鏈不夠成熟而止步。

此外，將手機作為先驗市場的意義還不局限于出貨，更為重要的在于迅速積累供應(yīng)鏈?zhǔn)袌鼋?jīng)驗和快速迭代工藝程序?！敢驗槭謾C幾乎是所有消費產(chǎn)品中難度最高、技術(shù)含量最高的市場，所以為手機供貨就成為了器件廠商和方案廠商的試金石?！固锟藵h談道，「如果能做手機，那其他市場肯定沒問題?！故謾C的成熟低成本指紋方案在過去三年迅速擴展到智能門鎖，類似的顛覆性擴展有望重演，智能門鎖廠商積極向馭光尋求三維人臉識別門鎖的解決方案，將高端手機上安全便捷的三維人臉識別體驗遷移到門鎖上，在激烈的競爭中獲得差異化優(yōu)勢。

談到智能門鎖市場的實際需求，田克漢表示，目前市場格局整體還比較分散，中國的鎖廠上千家，但最大的鎖廠也不過占 2%-3%。我們主要向重點廠商出售整個三維傳感/識別模塊，甚至包括后續(xù)數(shù)據(jù)的分析，建立標(biāo)桿方案后再推而廣之。

目前馭光科技已經(jīng)和小米以及聯(lián)想生態(tài)鏈的多家廠商達成合作，同時針對投射模組進行小批量出貨，給到目標(biāo)廠商進行試用和評測。「我個人判斷，今年第三、四季度將會有搭載馭光模組的智能門鎖產(chǎn)品出貨。」田克漢談道。

2、泛安防市場大有可為

安防行業(yè)龍頭企業(yè)也在探索三維傳感新產(chǎn)品。前段時間，在我國江浙某地區(qū)，信號燈人臉識別系統(tǒng)將董明珠廣告牌誤認為本人事件引起了業(yè)界廣泛討論：如果采用雙目視覺或者采集到深度信息，就能避免這種情況；但不少人也認為，如果要在馬路用量這么大的場景下推廣，投入成本會過高。手機行業(yè)三維傳感的大規(guī)模應(yīng)用，將解決方案的成本進一步降低，也讓三維傳感在其它行業(yè)的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

田克漢表示，通過和行業(yè)客戶交流反饋來看，安防領(lǐng)域的成本并不是首要考慮。目前，用于城市級的天網(wǎng)攝像頭價格均在千元至萬元量級，其中不僅包括了攝像頭器件本身的價格，更多溢價還分攤在計算芯片、傳輸、分析等部分；在這個基礎(chǔ)之上，增加一個三維深度傳感投射模組并不會抬升過多成本，卻能將數(shù)據(jù)質(zhì)量和智能方案提升一個維度。

對于可觀的泛安防市場，馭光科技嘗試先從新零售的支付場景切入，提供金融級的三維傳感模組和系統(tǒng)兩套方案。目前，馭光正在與銀行、互聯(lián)網(wǎng)金融等廠商跟進方案。在更狹義的公共安全場景中，馭光則選擇與安防巨頭廠商探討更長遠的落地計劃。

田克漢表示，短期內(nèi)，手機市場是重中之重，但該領(lǐng)域以提供器件方案為主。在模組方案層面，第一步是打開智能門鎖市場，工業(yè)領(lǐng)域的物流和勘測；第二步的中期目標(biāo)包括安防監(jiān)控；第三步長期來看即自動駕駛。

模組和系統(tǒng)的很多部分在不同場景里都是通用的，但其中的核心 DOE 需要根據(jù)使用場景和深度圖算法去配合調(diào)整，其核心難點在于 DOE 的設(shè)計和量產(chǎn)。田克漢提到，馭光已經(jīng)完成了核心難點的攻關(guān)，定制化的解決方案是我們的強大優(yōu)勢。因此談到與其他方案廠商的競合關(guān)系時，「更偏向上下游合作」，和客戶一起針對應(yīng)用場景定制高效的創(chuàng)新解決方案。

通過深入分析從微納器件到投射模組、深度算法、視覺系統(tǒng)等不同環(huán)節(jié)的技術(shù)、量產(chǎn)和定制化難度，田克漢認為，如果將整個系統(tǒng)比作一座橋梁，那么微納器件和深度算法構(gòu)成了它的兩個橋墩，而這同時也是馭光科技的兩大核心優(yōu)勢。

中年「清華幫」

稍有留意，就會發(fā)現(xiàn)馭光的早期骨干團隊均來自清華，整合了來自光學(xué)和半導(dǎo)體行業(yè)兩個領(lǐng)域的人才，「我花了很大精力組建這個團隊，大家基本都是原來的師兄弟?！固锟藵h談道。

清華畢業(yè)后，他們先后進入到全球領(lǐng)先的科技公司，包括 IBM、3M、飛利浦、臺聯(lián)電、三星電子、佛吉亞等，均在業(yè)內(nèi)有平均十余年的研發(fā)及高級管理經(jīng)驗。團隊架構(gòu)上，馭光針對光學(xué)、系統(tǒng)、工藝三部分均設(shè)置了相應(yīng)的研發(fā)和產(chǎn)品負責(zé)人，各司其職、有效協(xié)同。

田克漢介紹，馭光工程總監(jiān)張國偉博士、工藝研發(fā)總監(jiān)蔣超出身芯片行業(yè)，在意法半導(dǎo)體、新加坡聯(lián)華電子等芯片公司從業(yè)近二十年；光學(xué)研發(fā)總監(jiān)楊興朋博士、系統(tǒng)產(chǎn)品總監(jiān)苑京立、研發(fā)總監(jiān)朱慶峰則在飛利浦、三星、斯倫貝謝等高科技創(chuàng)新企業(yè)沉淀了十余年研發(fā)和管理經(jīng)驗。目前，馭光已經(jīng)建立起近百人的研發(fā)工程師團隊，發(fā)明專利二十余項。

「我們是既有光學(xué)精密加工系統(tǒng)和算法、又有生產(chǎn)能力，還能實現(xiàn)行業(yè)解決方案的落地，團隊很全面?！固锟藵h談道，「這是個很大的事業(yè)，我希望借助這個平臺和師兄弟們做出不一樣的事?！?/span>

馭光創(chuàng)始人兼CEO田克漢

田克漢擁有清華大學(xué)精密儀器系學(xué)士學(xué)位、美國麻省理工學(xué)院博士學(xué)位。曾在美國 IBM 公司 T. J. Watson 研究中心和半導(dǎo)體研發(fā)中心擔(dān)任資深科學(xué)家/研究員（教授級），從事全球領(lǐng)先的先進半導(dǎo)體，先進光刻，先進微納衍射光學(xué)領(lǐng)域的研究。在 2010 和 2012 年兩度獲得 IBM 最高研究成就獎，2014 年獲得 IBM 發(fā)明大師（Master Inventor）稱號（IBM 最高發(fā)明獎）。

「做光學(xué)的人通常不懂半導(dǎo)體，做半導(dǎo)體工藝的人也通常不涉及光學(xué)。我在清華和 MIT 所學(xué)的都是光學(xué)，并不做精密加工，在 IBM 工作做芯片制造，做光刻。所以我既了解到傳統(tǒng)精密加工技術(shù)的缺陷，也明白其中的機遇。」田克漢認為，利用半導(dǎo)體工藝進行光學(xué)的精密加工屬于交叉學(xué)科，需要多學(xué)科知識的融合。

在制造資源方面，馭光和多家國內(nèi)一流的芯片代工廠合作，利用其芯片廠設(shè)備來加工器件?！概c其說他們是我們的代工廠，不如說，他們更像是我們的設(shè)備租賃商。」田克漢談道，這并不是說半導(dǎo)體工藝拿過來，就能直接加工光學(xué)芯片，因為這里面還有很多工藝都需要我們自己開發(fā)，專門針對光學(xué)精密加工的工藝都是我們自有的。

目前，馭光已經(jīng)建立起一套獨立的知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計軟件，包含優(yōu)化算法，EDA 軟件、矢量計算、模組仿真等內(nèi)容。完整的微納衍射光學(xué)器件生產(chǎn)線已經(jīng)投入量產(chǎn)，包括兩千平米千級超凈間 (局部百級)，一千平米萬級超凈間，以及自主開發(fā)的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的微納衍射光學(xué)器件檢測設(shè)備。

此外，馭光還提出了業(yè)內(nèi)一套示范性的光學(xué)器件的檢測方案?！敢驗檫@是個非常新的領(lǐng)域，市面上并沒有成熟的檢測供應(yīng)商，我們曾試圖找到一家臺灣的供應(yīng)商，但是對比我們自有方案，反而是我們的更好?！?/span>

針對 DOE 器件的檢測內(nèi)容包括光學(xué)（性能）檢測、表面檢測、電學(xué)檢測，其中光學(xué)（性能）檢測最為關(guān)鍵，檢測光效果，包括均勻性、光效率、圖案準(zhǔn)確度。目前的檢測標(biāo)準(zhǔn)由手機廠商確定最終的光效果，然后器件廠商從算法反推，檢測如何與他們的算法去匹配。馭光也針對自主設(shè)計生產(chǎn)的面向不同行業(yè)應(yīng)用的多款投射模組，設(shè)計了專用檢測設(shè)備，用以可靠保障量產(chǎn)產(chǎn)能和效率。