世界是三維的。 這句話如此容易理解，以至於(yu) 大多數人從(cong) 未懷疑過自己感知世界的方式。 但事實上，人的每隻眼睛每次可捕獲一幅平麵圖像，就像相機一樣。根據雙眼捕獲的兩(liang) 幅平麵圖像形成 3D 感知，這個(ge) 神奇的過程隻會(hui) 發生在人的大腦中。

Coherent 是 3D 感測先進照明解決(jue) 方案的大型供應商。

如今，我們(men) 越來越需要數字係統與(yu) 3D 世界交互——無論是解讀手勢控製、進行麵部識別，還是讓汽車進行自動駕駛。 為(wei) 了完成這些任務，我們(men) 需要至少給數字係統賦予人類的一些深度感知能力。

深度感測

數位成像領域使用兩(liang) 種基本的 3D（深度）感測方法：三角測量和飛行時間 （time-of-flight， ToF） 測量。這兩(liang) 種技術有時甚至結合使用。

三角測量基於(yu) 幾何學。 雙眼視覺是三角測量的一種形式，是人類 3D（立體(ti) ）視覺的工作方式。 人的雙眼呈水平分開。 這意味著兩(liang) 隻眼睛分別從(cong) 略微不同的角度看世界。 這種角度差異會(hui) 產(chan) 生視差，即，物體(ti) 相對於(yu) 背景的位置會(hui) 根據你用哪隻眼睛看而發生偏移。 然後，大腦利用這些視差信息來感知視野範圍內(nei) 物體(ti) 的深度（距離），並產(chan) 生對視野的 3D 感知。

然而，立體(ti) 視覺可能依賴於(yu) 照明條件，且需要獨特的紋理表麵。 這導致難以可靠地實現立體(ti) 視覺。 相反，計算機視覺係統使用三角測量的另一種形式，依賴於(yu) 結構光。 “結構光”這個(ge) 名稱聽起來很深奧，其實就是指將圖案（例如，一係列線條或無數光點）投射到物體(ti) 上，並從(cong) 略微不同的角度分析圖案的畸變程度。 相較於(yu) 重建真實的雙眼視覺，這種方法對處理能力的要求低很多，而且使計算機能夠快速計算深度信息並重建 3D 場景。

在其中一種形式的三角測量深度感測技術中，結構光圖案被投射在場景中，再由成像係統分析圖案的畸變程度，以獲得照明區域的深度信息

三角測量法在處理表麵的高分辨率繪圖方麵具有優(you) 勢。 這種方法在短距離應用中效果最佳，因此對於(yu) 麵部識別等任務非常有用。

飛行時間 （ToF） 成像技術有兩(liang) 種不同的形式。 在“直接飛行時間”（direct Time-of-Flight，dToF）技術中，場景被光脈衝(chong) 照亮，係統會(hui) 測量光脈衝(chong) 反射回來所需的時間。 由於(yu) 光速是已知的，因此這個(ge) 回程時間可直接轉換為(wei) 距離。 如果針對圖像的每個(ge) 像素獨立進行這項計算，即可得出場景中每個(ge) 點的深度值。

ToF 技術的第二種形式是“間接飛行時間”（indirect Time-of-Flight， iToF）。 在 iToF 技術中，照明光源是連續的調變信號。係統會(hui) 在返回光中測量這種調變模式的相移。這樣可提供用於(yu) 計算物體(ti) 距離的數據。

ToF 技術的優(you) 勢在於(yu) 能夠快速完成大麵積和長距離的測量。 這使它非常適合虛擬實境頭戴式裝置中的房間掃描或機器人導航中的障礙物檢測等任務。

直接飛行時間感測光脈衝(chong) 的往返行程時間，並將測得的時間轉換為(wei) 距離

3D 感光源要求

光源的特性是決(jue) 定三角測量和 ToF 3D 感測方法的有效性和準確性的關(guan) 鍵因素。每種應用都有獨特的照明要求，但也有某些共同需求。

三角測量使用Coherent光源有許多好處，有助於(yu) 更靈活地創建圖案。還能夠形成更高分辨率的結構化圖案，並在更長的距離內(nei) 保持圖案完整性。

三角測量光源還需要具有穩定的光束指向特性。 這種特性的任何波動都可能導致深度測量不準確。

ToF 係統要求光源能夠發射精確的短光脈衝(chong) （dToF）或可進行高頻調變的連續輸出（iToF）。 要進行準確的距離測量，精確且升降時間很短的脈衝(chong) 時間和調變頻率至關(guan) 重要。

ToF 係統（尤其是使用泛光照明來覆蓋大麵積或長距離的係統）通常需要比三角測量係統更高的輸出功率。 這可確保返回光具有足夠的強度，能被檢測到，並確保係統在有強烈環境光的情況下能夠正常運行。

隨著輸出功率的提高，對功率效率（光輸出功率與(yu) 輸入電功率之比）的需求變得更加重要。對於(yu) 便攜式設備（由電池供電），效率尤其重要。

激光幫助實現更高質量的深度感測

二極管雷射比任何其他光源都能更好地滿足這些要求（對於(yu) 三角測量和 TOF 感測）。 早就有一些 3D 感測應用部署了發光二極管 （Light emitting diode， LED），因為(wei) LED 容易獲得且成本相對較低。但隨著對 3D 感測係統性能和效率的需求不斷提高，LED 變得不太符合要求。

其中一個(ge) 原因是，二極管激光具有幾個(ge) 獨特的特性：光譜輸出窄、光束相幹性、亮度高。 這些特性使二極管激光非常適用於(yu) 創建精確、高對比度、穩定的結構化光圖案。

由於(yu) 雷射的光譜輸出窄，使得可以輕而易舉(ju) 地在檢測係統中過濾掉環境光。這樣可提高各種感測係統在明亮的陽光下或其他光線充足的場景中的性能。

二極管激光具有更高亮度，這可進一步提高返回信號的功率。特別是對於(yu) TOF 應用來說，這意味著更短的光閘時間、更高的幀速率，以及能夠更敏銳地看到反射性不高的物體(ti) 。 同樣，這將會(hui) 提高係統在光線充足的場景中的性能。由於(yu) 強度較低，因此LED難以實現同樣水平的細節分辨率和深度分辨率。

此外，與(yu) LED相比，二極管雷射在功耗和尺寸方麵具有明顯優(you) 勢。 二極管激光外形小巧，而又能夠發射強信號，因此成為(wei) 了由電池供電的小型設備的理想之選。

最後，二極管激光的切換或調變速率比 LED 快得多。這種快速調變使得可以采用準確性更高的先進ToF技術。

COHERENT 在3D 感測領域出類拔萃

Coherent 是 3D 感測照明源領域的全球領導者之一，我們(men) 的出貨量累計超過 20 億(yi) 件！ 我們(men) 的產(chan) 品群組包括雷射、光學元件和完整的照明模塊。

我們(men) 的光源包括垂直腔麵發射雷射 （Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL）、VCSEL 陣列和邊緣發射二極管激光 （edge-emitting diode laser， EEL）。

特別是，VCSEL 陣列（典型輸出為(wei) 940 nm）如今已成為(wei) 主要的 3D 感光源。 這有幾個(ge) 原因。其中一個(ge) 原因是，VCSEL 從(cong) 裝置頂部發射光，而不是像EEL一樣從(cong) 側(ce) 麵發射光。 這使得更容易在電路板上將 VCSEL 與(yu) 其他元件整合。此外，在 3D 感測使用的功率水平下，VCSEL 的成本低於(yu) EEL。因此，EEL 通常僅(jin) 部署在高性能 VCSEL 尚不可用的較長波長 （>1200 nm） 處。這些較長波長的關(guan) 鍵優(you) 勢是，在明亮的陽光下具有更穩健的性能（幾乎能夠過濾掉所有陽光），以及對眼睛更安全（功率水平可能比近紅外波長高 10 倍）。

在 6 吋 GaAs 晶圓的基礎上，Coherent 打造了成熟的 VCSEL 和 EEL 製造平台。 這使我們(men) 成為(wei) 了這一技術領域的銷量佼佼者，並能夠始終如一地提供具有出色可靠性和性能的設備。

3D 感光源通常配置為(wei) 泛光照明器或圖案投影器。泛光照明器可在特定角度提供均勻的光覆蓋範圍，用於(yu) 麵部識別和手勢檢測等應用。此類應用的特點是，光在整個(ge) 視野範圍內(nei) 的均勻分布是確保測量準確性的關(guan) 鍵。 

圖案投影器實際上用於(yu) 三角測量和 ToF 係統。將光圖案與(yu) ToF 測量相結合可提高信噪比並減少多路徑產(chan) 生的測量誤差。這種誤差是指由於(yu) 光在到達傳(chuan) 感器之前在多個(ge) 表麵上發生了反彈而造成的不準確性。

在這兩(liang) 種配置中，光學元件都用於(yu) 形成和轉換激光輸出，以滿足應用的確切要求。通常可使用相對簡單、低成本的模壓塑膠透鏡來生產(chan) 泛光照明器。 但是，對結構光源的要求則更為(wei) 嚴(yan) 格。

Coherent 的衍射光學元件 （diffractive optical element， DOE） 和微透鏡光學技術可滿足結構光照明需求。微透鏡光學技術利用奈米結構（比光波長更小的物理性質）來改變傳(chuan) 播特性。這可能包括改變光束形狀、發散角和強度分布，以及分離光束以創建結構光圖案。 

Coherent 微透鏡光學技術的一大優(you) 點是，能夠將多種光學功能（例如光束準直和光束分離）整合到一個(ge) 緊湊的元件中。 這樣可縮減光學係統的尺寸並降低係統複雜性，還可提高 3D 感測模塊的整體(ti) 性能。

Coherent 的另一個(ge) 關(guan) 鍵差異化因素是，我們(men) 能夠設計並垂直整合整個(ge) 照明模塊解決(jue) 方案。 這種整合可確保光源、光學元件、驅動器IC和封裝全都經過優(you) 化，能夠無縫協同工作，為(wei) 我們(men) 的客戶提供可靠、高性能且經濟實惠的產(chan) 品，以供隨時大規模使用在要求嚴(yan) 苛的應用中。

Coherent 製造的泛光照明模塊和點陣投影模塊

例如，我們(men) 的 3D 感測照明模塊旨在盡量減少電氣寄生現象（不必要的電容、電感或電阻）。 這對於(yu) 提供高精度ToF傳(chuan) 感器所依賴的奈秒脈衝(chong) 寬度和亞(ya) 奈秒升降時間至關(guan) 重要。 此外，我們(men) 強調眼睛安全的重要性，納入了用於(yu) 監控設備完整性和輸出功率的功能，以確保光輸出在任何情況下都始終保持在規定的安全水平範圍內(nei) 。 消費型裝置必須做到這一點。

綜上所述，Coherent 不僅(jin) 隻是提供一流的元件：我們(men) 的團隊了解複雜的 3D 感測技術，可提供完善的整合解決(jue) 方案來提高設備性能並確保使用者安全。 通過與(yu) 我們(men) 合作，我們(men) 追求卓越的傳(chuan) 統以及堅持不懈的光子產(chan) 品創新開發能為(wei) 您提供依靠。