鯤游光電受邀參加2021年中國國際光電博覽會。與會期間，研發總監樓歆曄博士，做客“基于鏡頭模組的成像技術高峰論壇", 并發表了《晶圓級微納光學元件在消費電子和車載領域中的應用》主題演講。

    當光學遇上半導體技術

    光學是一門有悠久歷史的學科，也是當前科學領域中最活躍的前沿陣地之一。從兩千多年前原始透鏡的發明以來，光學元件的生產一直沿襲單透鏡玻璃冷加工方式，到上世紀五六十年代伴隨著消費類光學產品的萌芽，注塑的塑料透鏡才初見雛形。在過去幾十年間，光學元器件經歷了初創、成長和快速發展階段，應用領域也從消費領域向監控、車載、機器視覺、VR/AR設備快速蔓延。行業對產業鏈中上游產能和成本的需求又反過來大大推動了透鏡的注塑和模壓工藝的迅猛發展，使光學元件的加工方式擺脫了單一的單片串行模式，進入到單模多片乃至幾十片并行的可大規模量產水平。

    半導體產業是另一個全球創新最為活躍的領域。半導體在集成電路、消費電子、通信系統等眾多核心領域都有應用。鯤游光電以微納光學為立足點，精通半導體晶圓級制程，一直以來專注于將半導體與光學結合，充分依托半導體的核心競爭力，為晶圓級光學領域創造更多新興的應用方向。傳統的光學注塑和模壓工藝可支持單模至多幾十個元件并行生產，而我們的晶圓級光學工藝可在一張8寸或者12寸的超薄基底上集成幾千乃至上萬個擁有獨立復雜光學功能的元件，集成化產能與成本優勢顯著。也正是結合了半導體的能力，我們的晶圓級產品覆蓋了從納米到毫米的結構尺度范圍，在全尺度制程下，做到了高重復精度、KK級產能以及極具競爭力的成本。

    當前大家能明確感知到光學在整個消費電子產業鏈中的引領作用，并已成為消費電子領域最優秀的賽道之一。例如，手機攝像頭，光學鏡頭持續朝高像素升級，多攝不斷普及，量價齊升，一直以來引領著手機終端的技術革新。展望未來，在3D傳感、AR/VR、車載等領域將融入越來越多晶圓級光學的新型元件以及新型制造方法，引領未來的三維感知升級和下一個交互革命。

    晶圓級微納光學在3D傳感領域中的應用

    自蘋果從2017年推出具備3D傳感人臉識別功能的iPhone X以來，3D傳感已成為手機品牌旗艦機型在市場競爭中的重要指標。手機領域的另一經典作品是華為P及Mate系列旗艦機型的后置TOF模組，鯤游光電作為其光學芯片的供應商已規模出貨。基于手機3D傳感衍生的豐富應用，例如人臉解鎖、刷臉支付、測距、攝像景深、3D物體檢測、空間建模等，在各大手機終端的加持作用下，已成為智能手機的關鍵亮點之一。3D傳感在非手機終端的應用也同樣豐富，例如安防監控、臉部識別、AR空間感知、體感游戲等。

    目前3D傳感技術兩大主要解決方案是：3D結構光（Structured Light）和TOF飛行時間法（Time of Flight），兩者分別通過計算近紅外激光散斑投射在物體表面造成的光信號變化和從發射到接收的飛行時間差來計算物體的位置和深度信息。作為兩大主動探測3D信息的技術路線，3D結構光和TOF的精準測量與模組發射端的核心光學芯片DOE（衍射光學元件）和Diffuser（勻光元件）息息相關。截止目前，鯤游光電已建成完備的DOE和Diffuser光芯片的研發量產閉環，以高性價比為客戶提供定制化設計、工藝制作和大規模量產的一站式服務。

    DOE方面，鯤游研發設計團隊構建的標量&矢量混合算法，兼顧計算效率和準確性，可滿足各種衍射應用需求；量產工藝可使用納米壓印或刻蝕技術以提供多種不同材料的產品，比如玻璃-聚酯復合POG（Polymer on Glass）系列、聚酯系列、Si或石英系列等。在TOF Diffuser的關鍵性設計能力上，鯤游自研的高階自由曲面微透鏡面型設計可精確獲得客戶所需的光場分布，消相干隨機微透鏡陣列設計算法可有效解決TOF模組中相關光源帶來的干涉條紋問題。經過工藝的持續改進、精細控制及嚴格管控，在向國際頂級手機終端廠商的KK級批量供貨項目中，已達到99%以上的晶圓量產良率。下一步將繼續拓展新型的3D產品類型（如dToF、短距離雷達等），以及新需求（如掃地機器人，門鎖，生物識別等）。

    晶圓級微納光學在AR光學顯示中的應用

    AR/VR是目前最理想的現實與虛擬世界接口，將成為元宇宙的重要組成部分。隨著AR/VR的發展進入到新階段及元宇宙概念的興起，國內外對于AR市場的普遍觀點是未來2-3年將步入快速增長階段。理想的AR體驗對舒適度有極高的要求，當前AR光學顯示架構雖呈現多元化，但光波導由于形態輕薄類似平日佩戴的眼鏡，具備長時間佩戴可能，光波導技術被業內認為是AR顯示未來的發展方向和最終形態。其中SRG（表面浮雕光柵）衍射光波導依靠在量產性和材料成熟度上的優勢，在多個光波導方案中脫穎而出，成為眾多國際一流廠商的首選技術方案。鯤游光電以SRG衍射光柵光波導為主要技術路線，正加速拓展其研發與量產能力，可為客戶提供定制化視場角及ID形態、大視窗、高解析度、高透過率的衍射光波導產品。其中：

    鯤游光電擁有完整的AR SRG衍射光柵光波導自主仿真優化設計能力：精確分析模擬單光柵的衍射特性和光波導系統的顯示性能，如效率、均勻性、顏色均勻性等，采用自研的自適應方向反饋式算法優化光柵結構及分布規律以獲得優化的系統顯示性能；

    公司實現了SRG衍射光柵光波導的研發和量產閉環，包括以光波導設計、母版制作、納米壓印、切割、疊合、邊緣黑化和質量管控為主要步驟的全流程內部管控；

    公司將持續推進“逍遙”與“扶搖”兩大不同定位的產品序列，兼顧體積輕薄、顯示類應用的高性價比需求及大視場強沉浸、高分辨率、極致清晰的高性能需求。“逍遙”系列產品自2020年起導入小規模量產，正穩步爬升規模，性能與品類正按既定研發計劃高速迭代；“扶搖”系列產品也于近期導入小規模量產，其研發迭代在高速并行中。

    晶圓級微納光學在車載領域中的應用

    面向未來，公司進一步開拓新技術與新需求的發展方向。其中新能源車與自動駕駛的迅猛發展為新型光學傳感帶來了新的應用機會：例如將Spot LiDAR移植到車載ADAS輔助駕駛系統中實現小體積、高精度、高魯棒性的純固態感知方案；TOF賦能以傳感器和人工智能為基礎的座艙監控（In-cabin monitoring），通過實時監控整個汽車座艙內環境來提升駕駛員及乘客的安全性；TOF賦能智能座艙，通過識別三維手勢來控制或與設備交互等等。

    大視場角全景式車載AR HUD（平視顯示器）是未來自動駕駛的必備功能，傳統的ARHUD光學方案在日益增大的視場角需求下系統體積呈指數增加趨勢，成為新型車輛設計整合的難題。將光波導運用于車載ARHUD可在同等性能規格下大幅減小系統體積，并通過出瞳擴展可提供優于傳統方案的視窗面積。公司當前在積極探索這一研發方向。

    車載激光雷達LiDAR是微納光模組在車載領域的另一應用趨勢。作為未來自動駕駛的硬件基礎，公司開發的微納光模組已于2021年下半年順利通過車載客戶量產認證，并將于2022年1季度起于國際一線新能源汽車主流型號上導入量產。

    關于鯤游光電

    鯤游光電是專注于晶圓級光學、光集成領域的高科技企業，總部位于中國上海。公司由國際國內光電子領域頂級學者、多年光電產業經驗的行業資深人員組成。核心研發團隊及管理層包括斯坦福大學、羅切斯特大學、南洋理工大學、劍橋大學、浙江大學、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、暴風等國際知名企業高管。依托自身深厚的技術積累、高精度的制造工藝，鯤游光電通過融合集成光學與集成電路的創新思路，致力于探索前沿光子、光電子領域的實現與創新應用，助力中國在下一代光子科技領域的彎道超車，拉開消費光子的序幕。

    自2017年年初成立以來，公司始終致力于以高性價比為國內外客戶提供設計、定制、生產一站式的緊密微光學產品及服務，已全面建立了晶圓級光學完整的研發量產系統閉環，并已向國際頂級的終端廠商的核心機型批量供貨。公司上海臨港基地第一期近萬方超凈間已建成投入使用，二期正式進入實質規劃。