首届光学技术论坛，艾迈斯欧司朗展示移动与可穿戴的全面光学解决方案

今年是ams OSRAM合并的第一年，两家历史悠久的半导体厂商携手后，开启了第二个百年征程。一切都围绕着“光”来展开，ams OSRAM将会注重在传感、光源和可视化三大领域构建技术平台，从而提供业界最为完整和领先的光学解决方案。

“某些公司拥有单独的一项两项技术，但没有任何一家公司可以在三大技术平台上都提供核心器件、传感和算法。”艾迈斯欧司朗高级副总裁陈平路在近日召开的首届光学技术论坛开幕词上分享到，“ams OSRAM能够提供所有核心器件集成的全面解决方案，我们是毫无争议的光学解决方案领导者，继续保持这种领先地位也是公司未来的愿景。”

其实，光学传感已经深入到了人们生活的方方面面。在此次光学技术论坛的“移动与可穿戴”分论坛上，来自amsOSRAM的三位技术专家给我们进行了深入的分享。

光学传感器革新：助力智能设备持续创新

近几年智能手机的快速发展，离不开光学传感器的演进。从2016年至今，围绕着屏幕的创新层出不穷：超窄边框、刘海屏、水滴屏和折叠屏等。但其实屏幕的背后，离不开光学传感器的发展。

据ams OSRAM资深市场经理郭海波分享，光学传感器尺寸越来越小，最新的趋势中已经将光接近传感器放置在OLED下，从而腾出手机顶部宝贵空间，值得灵活的工业设计变为可能。ams OSRAM在智能手机上主要提供两大类的产品方案，分别是屏幕管理和摄像头3A（AF、AWB和AE）。

【智能手机：屏幕管理】

接近传感器在手机中用于感应人体或其他物体是否存在，常用于防误触、自动灭屏等具体应用。主要原理就是通过红外LED发射红外线，靠表面发射回来的能量强弱来判断接近远离。基于这种工作原理，接近传感器极易受到外部环境中的红外光干扰，例如太阳光等。

艾迈斯欧司朗的接近传感器里面集成了先进的光学滤片，该光学滤片一个作用就是能够滤除环境的干扰，另外还可以将本身光学传感器的响应曲线和人眼的响应曲线做一个模拟，从而得到人眼能够感受到的环境光的变化。

另一个在屏幕管理应用中的关键传感器是环境光传感器。环境光传感器分为三大类：传统的检测亮度的环境光传感器；颜色类的RGBCW，也就是红绿蓝检测的颜色传感器；以及多区的光谱类的传感器。

通过感知周围亮度，从而反馈给手机去智能地实现屏幕亮度调整，是环境光传感器在智能设备上的主要用途。这种智能亮度调节，可以优化设备的电池消耗，减少屏幕强光对于人眼的刺激。

艾迈斯欧司朗提供了一种自适应显示技术，通过先进的XYZ传感器，提供比传统RGBC更精准的人眼响应曲线的模拟。除此外，该传感器还能够将ΔUV以及G-M shift抓取出来，通过实时上报环境光色温信息，实现屏幕智能化调节。

【智能手机：摄像头3A】

环境光线对于拍照的白平衡影响显著，特别是混合照明和反射光。这时候就需要传感器来准确快速实现环境光的测量，消除闪烁影响。ams OSRAM为此提供了传统的RGBCWF传感器优化方案和光谱传感器方案，来助力实现AWB和AE的提升。

如上图中的表格所示，相对于普通的摄像头而言，ams OSRAM的RGBCWF传感器来说有着更快的响应速度；通过添加的扩散片，获得更大的视场角；摄像头中集成了Flicker光源闪烁的功能，从而实现环境光源闪烁频率检测，帮助消除其影响；CW通道用于计算IR成分，提供准确的CCT信息。

而全新的光谱传感器则在RGBCWF传感器的优秀性能基础上更进一步，实现了更高的CCT精度和更准确的环境光源光谱的还原，去除反射光对于CCT造成的误差 。

如上图所示，直接测量得出的光谱信息中叠加了反射光，因此得到的色温值并不准确。而ams OSRAM的光谱传感器可以预先检测到光源信息，通过预估还原之后，将更准确的CCT值预估出来。郭海波表示，这种光谱还原能力在大面积纯色背景中，对于整个摄像头的白平衡提升有着极大的帮助。

除了上面提到的白平衡和自动曝光外，另一个摄像头上非常重要的传感器应用是针自动对焦。ams OSRAM提供了多合一的ToF传感器模组，将激光发射器、计时器、SPAD接收器和信号处理都集成在一个模组中。

该ToF模组是目前业界最小的封装，非常适合像智能手机等非常紧凑外型的设计需求。此外该ToF模组内部集成了艾迈斯欧司朗自产自研的高性能的光学滤膜，它可以极大地抵御环境光红外线的干扰；在10万lux的环境光照明条件下，依然能够达到60公分以上的探测距离。

【新兴可穿戴设备：环境光+紫外线检测】

所谓的新兴可穿戴设备，指的是AR、VR和智能眼镜等。针对这种终端设备，ams OSRAM提供了超薄的环境光集成UVA检测的传感器——TSL25853P。该器件特点是在非常小的尺寸上实现了功能高度集成：除了可以智能地准确地检测环境光之外，它还集成了UVA的检测，能够实现紫外线的预估。

AR智能眼镜需要佩戴外出，所以外型上需要尽量轻巧。因此环境光传感器的尺寸要足够小巧，才能够满足外出佩戴的外型需求。而集成了UVA之后，传感器就可以直接检测外部紫外线指数，将其显示在眼睛屏幕上，从而实现一个UVI提醒的功能。

生命体征监测应用于可穿戴设备

可穿戴设备上的生命体征监测已经逐渐向更全面、更专业的方向发展，呼吸、心率、心电图、血氧等基础生命体征参数的采集，可以通过算法反馈出被监测人的压力、情绪乃至是基础代谢信息。

而心率与血氧的监测也离不开光学传感的参与。据艾迈斯欧司朗应用技术经理黄三豪分享，一个生命体征监测系统通常包含五大部分，分别是：光电前端（OFE）、模拟前端（AFE）、MCU、运动传感器和算法。ams OSRAM主要提供光电前端和模拟前端两类器件和解决方案。

【带有发射器的第二代集成光学前端解决方案】

SFH7070是ams OSRAM推出的第二代集成光学前端解决方案。相比第一代的产品，在光电元器件的布局上进行了革新，采用了对称式的布局，将PD放在了两个绿光芯片中间。PD的吸收光频谱中也有特别处理，通过IR-Cut镀膜技术滤除了环境中红外干扰，从而保证用更纯净的绿光实现心率监测。

黄三豪表示，消费者在佩戴可穿戴设备时，为了舒适并不会绑定的非常紧，所以在某些运动场景下，不能保证设备时刻紧贴皮肤，有时候设备一端会翘起。这时候采用对称式布局，就可以有效避免在这种情况下，传感器采集不到信号，一端的传感器采集不到，另一端的传感器仍可以采集到，确保至少一端的LED可以接触皮肤，捕捉到良好的信号。

SFH7072是在SFH7070的基础上，添加了血氧的检测功能。随着新冠疫情的发展，血氧的检测也愈发受到关注。而这种多传感信号的高集成度并不是那么简单，SFH7072已经将LED和PD等挡墙、间距设计全部处理好，因此用户直接拿到加上改版就可以实现精准心率和血氧测量。

SFH7074则是一个多PD的产品，在一个器件中提供了三个PD。两个红色的PD上同样使用了IR-Cut镀膜技术，而另一个远端PD上则没有镀膜，采用的是全通道的采样方式。

如上图所示，该产品的另一大特色在于其中间的LED挡墙采用了白色，PD挡墙采用黑色。白色是为了将底部的光反射出来，黑色则是为了让PD接收的信号更纯粹。这种黑白色挡墙的设计可以让采样的心率和血氧信号更加纯粹。

【AS7050和AS7057：PPG+ECG的AFE】

针对心电图等检测需求，ams OSRAM提供了PPG+ECG的AFE。AS7050动态输入104dB；具备极低功耗表现，25Hz的采样频率只需要20微安；内置6个PD通道和8个LED通道，提供更高的设计灵活性。更重要的是，它集成了医疗级的心电图ECG功能，ECG和PPG两者可以同步进行检测，适用于拓展出像代谢率、情绪、呼吸率等更多应用。

AS7057则是更紧凑封装的AFE产品，保持了和AS7050同样的低功耗表现，但动态输入范围提高到了120dB。因为尺寸缩小，所以通道数减少到了三个（绿光、红光和红外），但同样可以满足心率+血氧的检测需求。紧凑的封装、低功耗的特性和完备的传感能力，让其非常适合于耳机等小尺寸的可穿戴设备。

黄三豪总结道，ams OSRAM在可穿戴上的应用，不管是发射管或者接收管都相当多元。再加上AFE，整个前端的硬件服务都可以一站式到位，所以用户可以很容易地得到一站式完整的服务与支持。

AR眼镜中的光科技

作为元宇宙的最为重要的硬件设备，VR/AR眼镜的发展备受关注。ams OSRAM提供了非常全面的传感器方案。具体应用涉及到佩戴检测、眼球追踪、屏幕管理、手势识别、近眼显示和眼球追踪等。

【不同显示技术和用户需求之间的平衡】

在此次光学技术论坛上，艾迈斯欧司朗的系统方案工程师孙文轩重点分享了AR眼镜的光源技术趋势和解决方案。当前的AR眼镜的显示技术存在多种路线，主要分为被动式微显示技术、主动式微显示技术和扫描显示技术。

如上表所示，不同的技术路线各自存在不同的优缺点，具体哪种技术路线可以走出产业规模，还需要一段时间来观察。而进入应用层面，必须要考量AR显示的应用要求和我们目前面临的技术挑战；另一方面，不同应用市场（例如工业和消费）的用户需求也有着显著差异。

如上图所示，应用要求需要考量的点多达十几项，而在当前技术水平下，势必要做出取舍。孙文轩表示，“以目前的AR显示技术方案来看，并没有万能的解决方案，我们需要基于需求去设置不同的优先级进而决定相关的显示方案。”

【光机体积缩小是用户体验优化的关键】

ams OSRAM提供了DLP、LCoS被动显示系统所需的RGB LEDs和扫描显示系统所需的RGB Laser Diodes两种不同的光源方案。

在LED微显示系统中，分色镜和导光柱两种传统合光LED方案的基础上，ams OSRAM推出了一种全新的LED。在原本的RGB芯片一字形排列的基础上，开发了这两颗MOSAIC LED，芯片呈田字形排列，有RGGB四芯片版本和RRGGBB六芯片版本。它相对于原本的一字型排列LED，极大改善了颜色均匀度。封装表面距离进一步减小，光学部件可以离芯片更近，从而收光更容易，颜色更均匀。

传统LED+分色镜的两通道方案，可以实现的光机体积大概在5到10 cc，而MOSAIC LED搭配DLP/LCOS，一般可以做到大概3到5 cc的光机体积。

但为实现更好的消费者的使用体验，3～5cc的光机体积还是太大，因此ams OSRAM针对LBS方案开发了一款RGB集成的激光器，使用该激光器搭配MEMS，可以将光机体积缩小到1cc以下。

展望AR眼镜的未来发展，除了目前较热的Micro LED方案外，有一种基于LBS扩展的方案可以将光机体积做的更小，那就是MBS（Multi-Beam Scanning：多光束扫描）。也就是一颗激光器同时可以有多个点点亮进行扫描，这对于提高显示分辨率和均匀性而言帮助很大。针对这种多光束扫描的方案，ams OSRAM也在与合作伙伴积极开发中。

总结

此次光学技术论坛是ams OSRAM合并之后的首届，也是集合了两家公司在光学和传感器方面的绝大部分优势技术，进行的集中展示和讲解。基于如此庞大而深厚的积累，我们相信ams OSRAM会像陈平路所提到的那样，继续延续其在光学解决方案上的领导地位，向下一个百年迈进。