機器視覺作為(wei) 實現工業(ye) 自動化和智能化的關(guan) 鍵核心技術，正成為(wei) 人工智能發展最快的一個(ge) 分支。機器視覺對於(yu) 人工智能的意義(yi) ，正如眼睛之於(yu) 人類的價(jia) 值。激光光源作為(wei) 機器視覺最為(wei) 關(guan) 鍵的部分之一，直接影響到圖像的質量和感知的精度，為(wei) 機器視覺賦予“智慧之光”。機器視覺正快速擴展至消費電子、汽車電子和工業(ye) 控製等新應用領域。新應用和新功能推動了對激光光源更大功率，更高效率和更小體(ti) 積的需求。

據麥姆斯谘詢報道，9月16日至18日在深圳舉(ju) 辦的中國光博會(hui) （CIOE 2021）上，坐落於(yu) “深圳激光穀”的檸檬光子將展示多款應用於(yu) 機器視覺的激光光源芯片及模組產(chan) 品，憑借其先進的激光芯片技術和光學設計能力，旨在打造一站式智能機器人行業(ye) 激光雷達光源解決(jue) 方案。

激光雷達行業(ye) 技術處於(yu) 生命周期初期，多維度、多元化技術創新不斷湧現。技術創新帶來的產(chan) 品升級是機器視覺行業(ye) 規模擴大的核心驅動力。掃地機器人是近年來增長迅猛的智能機器人領域。當前在掃地機器人移動導航領域的主流技術是 SLAM （Simultaneous Localization and Mapping）即時定位與(yu) 地圖構建技術。按傳(chuan) 感器種類來劃分，SLAM技術主要分為(wei) 兩(liang) 類，一類是基於(yu) 激光測距傳(chuan) 感器的LDS SLAM技術，另一類是基於(yu) 機器視覺的VSLAM技術。LDS SLAM目前為(wei) 市場主流技術。表一對三種主流的LDS SLAM方案進行了對比。立體(ti) 視覺方案憑借其在分辨率、測量精度、抗幹擾性和成本等方麵的綜合優(you) 勢，是目前被廣泛采用的LDS SLAM方案。ToF方案的地圖構建能力更強，但相對成本較高。結構光方案由於(yu) 測量距離受限和抗幹擾性相對較弱，應用也相對受限。在應用相對廣泛的立體(ti) 視覺和ToF方案中，傳(chuan) 統的激光雷達光源一般采用邊發射激光器 （EEL）。檸檬光子基於(yu) 自主研發的高性能垂直腔麵發射激光芯片（VCSEL）和水平腔麵發射激光芯片（HCSEL），為(wei) 主流的LDS SLAM係統提供性能更優(you) 異的激光光源方案。

表一：三種主流LDS SLAM方案對比

一、麵向三角法測量立體(ti) 視覺方案的VCSEL點激光準直模組

檸檬光子的VCSEL係列點激光準直模組（如圖一）采用定製的VCSEL單點芯片，相比於(yu) 傳(chuan) 統EEL準直模組，具有溫漂係數小，光斑圓度和均勻度高，抗靜電能力強，可靠性高，易於(yu) 封裝和性價(jia) 比高等優(you) 勢。該產(chan) 品已通過多家激光雷達方案商和智能機器人終端客戶性能及可靠性驗證，並進入批量生產(chan) 。

圖一：檸檬光子麵向三角法測量激光雷達的VCSEL點光源準直模組

二、麵向dToF方案的多結VCSEL點激光準直模組

檸檬光子推出了業(ye) 界領先的多結VCSEL芯片係列產(chan) 品，峰值電光轉換效率可達56%（如圖二）。該係列產(chan) 品具有高功率密度、高可靠性和優(you) 異的高溫性能等特點，廣泛適用於(yu) 短脈衝(chong) （ns級）和高峰值功率應用。多結技術代表著 VCSEL行業(ye) 的下一個(ge) 飛躍，為(wei) 機器視覺應用領域帶來諸多優(you) 勢。高功率密度可減小封裝尺寸，優(you) 化係統架構；高電光轉換效率可以降低整機熱負載；高斜率效率可以降低脈衝(chong) 電流，進而提升驅動芯片的切換速度。結合上文所述VCSEL技術相較於(yu) EEL的諸多優(you) 勢，基於(yu) 多結VCSEL的點激光準直模組可望優(you) 勢替代傳(chuan) 統EEL模組，使得dToF激光雷達方案能夠更廣泛地應用於(yu) 機器人視覺領域。

圖二：檸檬光子多結VCSEL芯片實測LI和PCE數據（測試條件：200μs脈衝(chong) 寬度，1%占空比）

三、麵向結構光方案的大角度平頂光場VCSEL線激光模組

檸檬光子VCSEL係列線激光模組采用定製VCSEL陣列芯片和特殊設計的大角度線鏡，可實現高質量線型光場。其相對傳(chuan) 統的EEL線光源的優(you) 勢如下：

- 行業(ye) 首創大角度平頂光場：無邊緣斷線的120度大角度平頂光場分布，邊緣能量更強，更利於(yu) 大角度雷達彌補邊緣能量（見圖四中與(yu) 傳(chuan) 統EEL模組的光場分布對比）；

- 激光線寬更窄：能量更集中，在空域有效提高信噪比；

- 溫漂係數小：是EEL的1/5，接收端可采用更窄帶濾光片，在頻域有效提高信噪比；

- 更高可靠性：VCSEL發光麵比EEL更大，相對功率密度低，可靠性更好；

- 性價(jia) 比高：VCSEL在芯片、封裝和模組組裝等方麵提供更優(you) 化的成本。

圖三：檸檬光子麵向線結構光避障雷達的VCSEL線激光模組

圖四：檸檬光子VCSEL線光源和EEL線光源的光場圖對比：（a）檸檬VCSEL線光源實現120度光場，其中平頂光分布大於(yu) 90度；（b）傳(chuan) 統EEL線光源呈近高斯光場分布，邊緣能量不滿足傳(chuan) 感信號需求，且大角度處出現斷線

四、麵向ToF方案的大角度平頂光場HCSEL線激光模組

檸檬光子的HCSEL激光芯片結合了EEL高功率輸出和VCSEL更適合大規模量產(chan) 的優(you) 勢，可同時滿足激光雷達普及應用對激光光源的三大需求：更高峰值功率、更小光譜溫度漂移和更長的激光波段，從(cong) 而實現更長的3D感測距離、更高信噪比和人眼安全防護。

相比VCSEL及EEL，HCSEL芯片技術優(you) 勢如下：

- 超高的功率，可實現單管峰值功率數百瓦；

- 大輸出口徑賦予芯片更高的可靠性；

- 光譜線寬窄，波長穩定，便於(yu) 3D傳(chuan) 感和LiDAR應用有效濾除噪聲；

- 優(you) 異的光束質量降低光學整形難度和提高光場利用率；

- 優(you) 異的偏振度利於(yu) 傳(chuan) 感探測和光學合束；

- 簡單的芯片製造工藝從(cong) 理論上保證更可控的成本。

線掃描的3D傳(chuan) 感方案具有相對較高的方案集成度，以及相對低成本的更成熟的線陣光電接收芯片，使得線掃描方案越來越多的受到傳(chuan) 感行業(ye) 的關(guan) 注。傳(chuan) 統的EEL和VCSEL激光芯片由於(yu) 其較大的遠場發散角，很難通過diffuser直接形成相對低成本、小體(ti) 積的均勻線光斑。檸檬光子的新型HCSEL激光芯片憑借其一個(ge) 方向近乎準直的出光發散角，可以大大提高經diffuser整形過後的光場銳利度和均勻度，在較小的封裝尺寸內(nei) ，實現理想的線光斑。圖五是2W VCSEL和HCSEL經過同一120度 x 1度diffuser之後的光場效果對比。

圖五：VCSEL和HCSEL芯片經120度 x 1度diffuser的光場對比：（a）VCSEL不通過準直鏡，光場無法被diffuser壓縮，光束發散，雜散光形成噪聲；（b）HCSEL直接通過diffuser便形成銳利的線光斑，線寬更窄，均勻度更好

圖六：基於(yu) 4037封裝形式的HCSEL線激光投射模組

檸檬光子的HCSEL新型半導體(ti) 激光器芯片作為(wei) 下一代新型ToF光源，將會(hui) 以更高性能、更高可靠性和更低成本的特性，將3D傳(chuan) 感應用提升到一個(ge) 新的高度。目前檸檬光子可提供2~50W峰值功率的HCSEL線激光投射光源，已有多家國際知名廠商采用HCSEL芯片技術方案。

檸檬光子致力於(yu) 開發高性能激光芯片及光源模組，努力為(wei) 蓬勃發展的智能機器人行業(ye) 提供一站式半導體(ti) 激光光源解決(jue) 方案。檸檬光子持續研發新技術，迭代新產(chan) 品，誠邀業(ye) 界有識之士加盟，聯係email：hr@lemon-photonics.com。

檸檬光子簡介：

檸檬光子是一家由半導體(ti) 激光行業(ye) 海歸專(zhuan) 業(ye) 團隊和風險投資以及產(chan) 業(ye) 投資機構共同創辦的高科技企業(ye) ，致力於(yu) 高端半導體(ti) 激光芯片以及激光投射光源模組的產(chan) 業(ye) 化。公司擁有國際領先的全方位半導體(ti) 激光技術和工藝，包括獨家擁有的新一代激光芯片技術。公司以自主的核心技術為(wei) 基礎，致力於(yu) 打造一站式半導體(ti) 激光芯片及光源解決(jue) 方案的核心光源元器件供應商。