鯤游光電研發(fā)總監(jiān)樓歆曄暢談晶圓級(jí)光學(xué)

    鯤游光電受邀參加2021年中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)。與會(huì)期間，研發(fā)總監(jiān)樓歆曄博士，做客“基于鏡頭模組的成像技術(shù)高峰論壇", 并發(fā)表了《晶圓級(jí)微納光學(xué)元件在消費(fèi)電子和車載領(lǐng)域中的應(yīng)用》主題演講。

    當(dāng)光學(xué)遇上半導(dǎo)體技術(shù)

    光學(xué)是一門有悠久歷史的學(xué)科，也是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿陣地之一。從兩千多年前原始透鏡的發(fā)明以來(lái)，光學(xué)元件的生產(chǎn)一直沿襲單透鏡玻璃冷加工方式，到上世紀(jì)五六十年代伴隨著消費(fèi)類光學(xué)產(chǎn)品的萌芽，注塑的塑料透鏡才初見(jiàn)雛形。在過(guò)去幾十年間，光學(xué)元器件經(jīng)歷了初創(chuàng)、成長(zhǎng)和快速發(fā)展階段，應(yīng)用領(lǐng)域也從消費(fèi)領(lǐng)域向監(jiān)控、車載、機(jī)器視覺(jué)、VR/AR設(shè)備快速蔓延。行業(yè)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈中上游產(chǎn)能和成本的需求又反過(guò)來(lái)大大推動(dòng)了透鏡的注塑和模壓工藝的迅猛發(fā)展，使光學(xué)元件的加工方式擺脫了單一的單片串行模式，進(jìn)入到單模多片乃至幾十片并行的可大規(guī)模量產(chǎn)水平。

    半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是另一個(gè)全球創(chuàng)新最為活躍的領(lǐng)域。半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)等眾多核心領(lǐng)域都有應(yīng)用。鯤游光電以微納光學(xué)為立足點(diǎn)，精通半導(dǎo)體晶圓級(jí)制程，一直以來(lái)專注于將半導(dǎo)體與光學(xué)結(jié)合，充分依托半導(dǎo)體的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為晶圓級(jí)光學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)造更多新興的應(yīng)用方向。傳統(tǒng)的光學(xué)注塑和模壓工藝可支持單模至多幾十個(gè)元件并行生產(chǎn)，而我們的晶圓級(jí)光學(xué)工藝可在一張8寸或者12寸的超薄基底上集成幾千乃至上萬(wàn)個(gè)擁有獨(dú)立復(fù)雜光學(xué)功能的元件，集成化產(chǎn)能與成本優(yōu)勢(shì)顯著。也正是結(jié)合了半導(dǎo)體的能力，我們的晶圓級(jí)產(chǎn)品覆蓋了從納米到毫米的結(jié)構(gòu)尺度范圍，在全尺度制程下，做到了高重復(fù)精度、KK級(jí)產(chǎn)能以及極具競(jìng)爭(zhēng)力的成本。

    當(dāng)前大家能明確感知到光學(xué)在整個(gè)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)鏈中的引領(lǐng)作用，并已成為消費(fèi)電子領(lǐng)域最優(yōu)秀的賽道之一。例如，手機(jī)攝像頭，光學(xué)鏡頭持續(xù)朝高像素升級(jí)，多攝不斷普及，量?jī)r(jià)齊升，一直以來(lái)引領(lǐng)著手機(jī)終端的技術(shù)革新。展望未來(lái)，在3D傳感、AR/VR、車載等領(lǐng)域?qū)⑷谌朐絹?lái)越多晶圓級(jí)光學(xué)的新型元件以及新型制造方法，引領(lǐng)未來(lái)的三維感知升級(jí)和下一個(gè)交互革命。

    晶圓級(jí)微納光學(xué)在3D傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用

    自蘋果從2017年推出具備3D傳感人臉識(shí)別功能的iPhone X以來(lái)，3D傳感已成為手機(jī)品牌旗艦機(jī)型在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的重要指標(biāo)。手機(jī)領(lǐng)域的另一經(jīng)典作品是華為P及Mate系列旗艦機(jī)型的后置TOF模組，鯤游光電作為其光學(xué)芯片的供應(yīng)商已規(guī)模出貨�；�于手機(jī)3D傳感衍生的豐富應(yīng)用，例如人臉解鎖、刷臉支付、測(cè)距、攝像景深、3D物體檢測(cè)、空間建模等，在各大手機(jī)終端的加持作用下，已成為智能手機(jī)的關(guān)鍵亮點(diǎn)之一。3D傳感在非手機(jī)終端的應(yīng)用也同樣豐富，例如安防監(jiān)控、臉部識(shí)別、AR空間感知、體感游戲等。

    目前3D傳感技術(shù)兩大主要解決方案是：3D結(jié)構(gòu)光（Structured Light）和TOF飛行時(shí)間法（Time of Flight），兩者分別通過(guò)計(jì)算近紅外激光散斑投射在物體表面造成的光信號(hào)變化和從發(fā)射到接收的飛行時(shí)間差來(lái)計(jì)算物體的位置和深度信息。作為兩大主動(dòng)探測(cè)3D信息的技術(shù)路線，3D結(jié)構(gòu)光和TOF的精準(zhǔn)測(cè)量與模組發(fā)射端的核心光學(xué)芯片DOE（衍射光學(xué)元件）和Diffuser（勻光元件）息息相關(guān)。截止目前，鯤游光電已建成完備的DOE和Diffuser光芯片的研發(fā)量產(chǎn)閉環(huán)，以高性價(jià)比為客戶提供定制化設(shè)計(jì)、工藝制作和大規(guī)模量產(chǎn)的一站式服務(wù)。

    DOE方面，鯤游研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的標(biāo)量&矢量混合算法，兼顧計(jì)算效率和準(zhǔn)確性，可滿足各種衍射應(yīng)用需求；量產(chǎn)工藝可使用納米壓印或刻蝕技術(shù)以提供多種不同材料的產(chǎn)品，比如玻璃-聚酯復(fù)合POG（Polymer on Glass）系列、聚酯系列、Si或石英系列等。在TOF Diffuser的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)能力上，鯤游自研的高階自由曲面微透鏡面型設(shè)計(jì)可精確獲得客戶所需的光場(chǎng)分布，消相干隨機(jī)微透鏡陣列設(shè)計(jì)算法可有效解決TOF模組中相關(guān)光源帶來(lái)的干涉條紋問(wèn)題。經(jīng)過(guò)工藝的持續(xù)改進(jìn)、精細(xì)控制及嚴(yán)格管控，在向國(guó)際頂級(jí)手機(jī)終端廠商的KK級(jí)批量供貨項(xiàng)目中，已達(dá)到99%以上的晶圓量產(chǎn)良率。下一步將繼續(xù)拓展新型的3D產(chǎn)品類型（如dToF、短距離雷達(dá)等），以及新需求（如掃地機(jī)器人，門鎖，生物識(shí)別等）。

    晶圓級(jí)微納光學(xué)在AR光學(xué)顯示中的應(yīng)用

    AR/VR是目前最理想的現(xiàn)實(shí)與虛擬世界接口，將成為元宇宙的重要組成部分。隨著AR/VR的發(fā)展進(jìn)入到新階段及元宇宙概念的興起，國(guó)內(nèi)外對(duì)于AR市場(chǎng)的普遍觀點(diǎn)是未來(lái)2-3年將步入快速增長(zhǎng)階段。理想的AR體驗(yàn)對(duì)舒適度有極高的要求，當(dāng)前AR光學(xué)顯示架構(gòu)雖呈現(xiàn)多元化，但光波導(dǎo)由于形態(tài)輕薄類似平日佩戴的眼鏡，具備長(zhǎng)時(shí)間佩戴可能，光波導(dǎo)技術(shù)被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是AR顯示未來(lái)的發(fā)展方向和最終形態(tài)。其中SRG（表面浮雕光柵）衍射光波導(dǎo)依靠在量產(chǎn)性和材料成熟度上的優(yōu)勢(shì)，在多個(gè)光波導(dǎo)方案中脫穎而出，成為眾多國(guó)際一流廠商的首選技術(shù)方案。鯤游光電以SRG衍射光柵光波導(dǎo)為主要技術(shù)路線，正加速拓展其研發(fā)與量產(chǎn)能力，可為客戶提供定制化視場(chǎng)角及ID形態(tài)、大視窗、高解析度、高透過(guò)率的衍射光波導(dǎo)產(chǎn)品。其中：

    鯤游光電擁有完整的AR SRG衍射光柵光波導(dǎo)自主仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)能力：精確分析模擬單光柵的衍射特性和光波導(dǎo)系統(tǒng)的顯示性能，如效率、均勻性、顏色均勻性等，采用自研的自適應(yīng)方向反饋式算法優(yōu)化光柵結(jié)構(gòu)及分布規(guī)律以獲得優(yōu)化的系統(tǒng)顯示性能；

    公司實(shí)現(xiàn)了SRG衍射光柵光波導(dǎo)的研發(fā)和量產(chǎn)閉環(huán)，包括以光波導(dǎo)設(shè)計(jì)、母版制作、納米壓印、切割、疊合、邊緣黑化和質(zhì)量管控為主要步驟的全流程內(nèi)部管控；

    公司將持續(xù)推進(jìn)“逍遙”與“扶搖”兩大不同定位的產(chǎn)品序列，兼顧體積輕薄、顯示類應(yīng)用的高性價(jià)比需求及大視場(chǎng)強(qiáng)沉浸、高分辨率、極致清晰的高性能需求。“逍遙”系列產(chǎn)品自2020年起導(dǎo)入小規(guī)模量產(chǎn)，正穩(wěn)步爬升規(guī)模，性能與品類正按既定研發(fā)計(jì)劃高速迭代；“扶搖”系列產(chǎn)品也于近期導(dǎo)入小規(guī)模量產(chǎn)，其研發(fā)迭代在高速并行中。

    晶圓級(jí)微納光學(xué)在車載領(lǐng)域中的應(yīng)用

    面向未來(lái)，公司進(jìn)一步開拓新技術(shù)與新需求的發(fā)展方向。其中新能源車與自動(dòng)駕駛的迅猛發(fā)展為新型光學(xué)傳感帶來(lái)了新的應(yīng)用機(jī)會(huì)：例如將Spot LiDAR移植到車載ADAS輔助駕駛系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)小體積、高精度、高魯棒性的純固態(tài)感知方案；TOF賦能以傳感器和人工智能為基礎(chǔ)的座艙監(jiān)控（In-cabin monitoring），通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)汽車座艙內(nèi)環(huán)境來(lái)提升駕駛員及乘客的安全性；TOF賦能智能座艙，通過(guò)識(shí)別三維手勢(shì)來(lái)控制或與設(shè)備交互等等。

    大視場(chǎng)角全景式車載AR HUD（平視顯示器）是未來(lái)自動(dòng)駕駛的必備功能，傳統(tǒng)的ARHUD光學(xué)方案在日益增大的視場(chǎng)角需求下系統(tǒng)體積呈指數(shù)增加趨勢(shì)，成為新型車輛設(shè)計(jì)整合的難題。將光波導(dǎo)運(yùn)用于車載ARHUD可在同等性能規(guī)格下大幅減小系統(tǒng)體積，并通過(guò)出瞳擴(kuò)展可提供優(yōu)于傳統(tǒng)方案的視窗面積。公司當(dāng)前在積極探索這一研發(fā)方向。

    車載激光雷達(dá)LiDAR是微納光模組在車載領(lǐng)域的另一應(yīng)用趨勢(shì)。作為未來(lái)自動(dòng)駕駛的硬件基礎(chǔ)，公司開發(fā)的微納光模組已于2021年下半年順利通過(guò)車載客戶量產(chǎn)認(rèn)證，并將于2022年1季度起于國(guó)際一線新能源汽車主流型號(hào)上導(dǎo)入量產(chǎn)。

    關(guān)于鯤游光電

    鯤游光電是專注于晶圓級(jí)光學(xué)、光集成領(lǐng)域的高科技企業(yè)，總部位于中國(guó)上海。公司由國(guó)際國(guó)內(nèi)光電子領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)者、多年光電產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)資深人員組成。核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)及管理層包括斯坦福大學(xué)、羅切斯特大學(xué)、南洋理工大學(xué)、劍橋大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交大等知名光電院所的教授、博士；前微軟、NASA、Oplink、GE、飛利浦、暴風(fēng)等國(guó)際知名企業(yè)高管。依托自身深厚的技術(shù)積累、高精度的制造工藝，鯤游光電通過(guò)融合集成光學(xué)與集成電路的創(chuàng)新思路，致力于探索前沿光子、光電子領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)與創(chuàng)新應(yīng)用，助力中國(guó)在下一代光子科技領(lǐng)域的彎道超車，拉開消費(fèi)光子的序幕。

    自2017年年初成立以來(lái)，公司始終致力于以高性價(jià)比為國(guó)內(nèi)外客戶提供設(shè)計(jì)、定制、生產(chǎn)一站式的緊密微光學(xué)產(chǎn)品及服務(wù)，已全面建立了晶圓級(jí)光學(xué)完整的研發(fā)量產(chǎn)系統(tǒng)閉環(huán)，并已向國(guó)際頂級(jí)的終端廠商的核心機(jī)型批量供貨。公司上海臨港基地第一期近萬(wàn)方超凈間已建成投入使用，二期正式進(jìn)入實(shí)質(zhì)規(guī)劃。