隨著時代不斷發(fā)展，光電技術(shù)在各大應(yīng)用領(lǐng)域遍地開花，中國光博會面向光通信/信息處理與儲存、消費電子、先進制造、國防安防、半導(dǎo)體加工、能源、傳感及測試測量、照明顯示、醫(yī)療等九大應(yīng)用領(lǐng)域展示前沿技術(shù)及創(chuàng)新綜合解決方案。

光學變焦原理圖

雙攝

三攝

3D成像

3D 成像技術(shù)主要有3 種：1）結(jié)構(gòu)光（散斑結(jié)構(gòu)光、編碼結(jié)構(gòu)光）；2）ToF-飛行時間法；3）雙目立體視覺。前兩種是主流。

iPhone X 采用的 3D Sensing 核心元件包括點陣投影器（Dot projector）、接近傳感器（TOF）和泛光照明（Floodilluminator）等。

CMOS芯片PART/01

當前主流CMOS廠商可以被分為兩類。

1、采用自主一體化模式

從芯片設(shè)計->制造->封裝->檢測完全由公司獨自承擔完成，例如索尼和三星，,這類模式可發(fā)揮產(chǎn)品先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢，良率高，利潤獨享，供應(yīng)鏈周期穩(wěn)定等特點。

2、采用分段外包模式

自身設(shè)計芯片->制造商代加工->第三方封裝檢測

代表公司例如豪威(Omnivision)、安森美半導(dǎo)體(OnSemiconductor)、中國格科微等，中芯國際是格科微的制造商，晶方科技和昆山西鈦為其封裝檢測。

臺積電為豪威代加工，晶方科技和華天科技等為其完成封裝檢測；

這類模式主要針對同質(zhì)化產(chǎn)品，可以迅速根據(jù)市場需求調(diào)整產(chǎn)能結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)嫁制造風險給代加工企業(yè)。

目前高端CMOS芯片系列:主要有三星主導(dǎo)ISO cell,和索尼主導(dǎo)背照式、堆棧式的IMX。

鏡頭PART/02

塑料鏡頭當?shù)?，注塑成型為主要生產(chǎn)工藝

手機鏡頭（Lens）負責將光線聚焦至CIS，是決定手機攝像頭成像品質(zhì)的重要部分。鏡頭一般是由幾片透鏡組成，其材料主要是球面玻璃（Glass，G）或非球面塑膠（Plastic，P）。玻璃的透光量和光損失表現(xiàn)比塑料鏡頭要好，但是成本更高，因此除了一些高端攝像設(shè)備，現(xiàn)在更多的鏡頭一般采用塑料材質(zhì)。通過增加鏡片可以改變焦距，消除畸變，但過多會使得等效光圈變小。

手機鏡頭生產(chǎn)主要流程

不同鏡片數(shù)量鏡頭

一般而言鏡頭片數(shù)越多，成像效果越好，高像素一般對應(yīng)更多的鏡頭片數(shù)。在2MP 上3P 是主流，5MP 上4P 是主流，但也有為了實現(xiàn)低價而采用3P。8MP 采用4P 和5P，5P 為主流。12-13MP 采用了5P 和6P，也有對13MP 進行4P 產(chǎn)品化的情況。16-20MP 采用5-6P。

WLG（晶圓級模造玻璃）有望降低成本，推動玻塑混合鏡頭發(fā)展

傳統(tǒng)的玻璃鏡片生產(chǎn)主要依賴研磨，拋光等工藝，存在生產(chǎn)成本高，效率低等缺點。一種升級的加工手段為玻璃鏡片模造加工，通過將玻璃加熱軟化，之后利用具有高精密表面的成型模具加壓制成非球面形狀。

傳統(tǒng)玻璃加工VS 模造加工

然而傳統(tǒng)的模造加工只能針對單個鏡片加工，加工效率低，成本高，因此晶圓級模造玻璃（WLG）因運而生。顧名思義，WLG 是對整片玻璃基板進行加熱壓縮，一次性制造多顆模造鏡片。晶圓級模造玻璃的模具的典型制造材料為硬質(zhì)碳化鎢。

WLG 制造工藝

WLG 成品

WLO 尚無法支持高像素應(yīng)用，準直鏡為其應(yīng)用方向

WLO（晶圓級鏡頭）是指晶元級鏡頭制造技術(shù)和工藝，與傳統(tǒng)光學元件的加工技術(shù)不同，WLO 工藝在整片玻璃晶元上，用半導(dǎo)體工藝批量復(fù)制加工鏡頭，多個鏡頭晶元壓合在一起，然后切割成單顆鏡頭，具有尺寸小、高度低、一致性好等特點。

傳統(tǒng)鏡頭VS WLO（晶圓級鏡頭）

WLO 制造流程

WLO 壓印和光刻流程

馬達PART/03

馬達在攝像模組中的作用主要是實現(xiàn)AF（自動對焦）與OIS（光學防抖），目前智能手機采用的馬達主要分為三種：步進馬達、超聲波馬達和音圈馬達。

其中音圈馬達以其結(jié)構(gòu)簡單、體積小等特點較好的契合了智能手機市場對于外觀的需求，是目前智能手機高精密微攝像頭主流應(yīng)用技術(shù)。音圈馬達VCM (Voice Coil Motor) 屬于線性直流馬達的一種，其組成組件主要包括永久磁鐵、軛鐵與線圈三部分，是一種具有直接驅(qū)動、固定行程特性的致動器，所產(chǎn)生的推力與流經(jīng)線圈電流成正比。音圈馬達從功能上可分為開馬達（Open loop）、閉環(huán)馬達（Close loop）、Alternate（中置馬達）、OIS 光學防抖馬達（分平移式、移軸式、記憶金屬式等）、OIS+Closeloop 六軸馬達。

VCM 結(jié)構(gòu)

模組PART/04

多攝需AA 制程，提高CCM 門檻：攝像頭模組的封裝涉及到圖像傳感器（CIS）、鏡頭、音圈馬達（VCM）、PCB 電路板等零配件的多次組裝，由于傳統(tǒng)的封裝工藝（如COB）一般是根據(jù)設(shè)備調(diào)節(jié)的參數(shù)進行零配件的移動裝配的，造成零配件的疊加公差越來越大，最終將導(dǎo)致成像最清晰位置偏離中心、畫質(zhì)均勻性較差等諸多問題。例如：鏡頭可能會偏離垂直軸線一定角度，從而導(dǎo)致鏡頭中心和CIS 中心不在一個水平線上。因此邊角的圖像信息會損失。而傳統(tǒng)封裝工藝使得CIS 本身可能逆向偏離垂直軸線一個角度，從而使得邊角的損失更大。

傳統(tǒng)封裝帶來的誤差

對于這一問題的解決方案稱為AA（Active Alignment）主動對準技術(shù)，按照光學效果而非機械參數(shù)進行裝配。擁有AA 制程的設(shè)備在組裝每一個零配件時，設(shè)備將檢測被組裝的半成品，并根據(jù)被組裝半成品的實際情況主動對準，然后將下一個零配件組裝到位。AA 制程通過調(diào)節(jié)鏡頭對準至6 個自由度（X，Y，Z，θX，θY，θZ），即調(diào)節(jié)相對位置和鏡頭傾斜，可確保拍照畫面中心最清晰，以及提升畫質(zhì)均勻性，產(chǎn)品一致性得到顯著提升。

AA 制程實現(xiàn)主動對準

對于攝像頭模組廠而言：1）AA 制程技術(shù)難度大，要保證模組調(diào)度效率的一致性、穩(wěn)定性和平衡性，對設(shè)備和工作人員要求較高；2）設(shè)備價格高，每臺價值30-40 萬美金，資金占用量大。但是在圖像傳感器像素持續(xù)走高和單像素面積不斷降低的大趨勢下，鏡頭與傳感器相對定位的準確性要求在不斷提高，傳統(tǒng)的封裝工藝已經(jīng)力不從心，AA 制程已成為高質(zhì)量攝像頭的門檻。

攝像頭模組主流的封裝技術(shù)分為三種，一種為CSP 技術(shù)（chip sizepackage），一種為COB 技術(shù)（chip on board），以及FC（flip chip）技術(shù)。

3D成像：結(jié)構(gòu)光與ToF 將為3D 成像主流方案PART/04

結(jié)構(gòu)光

“結(jié)構(gòu)光”指一些具有特定模式的光，其模式圖案可以是點、線、面等。結(jié)構(gòu)光3D 成像的原理是首先將結(jié)構(gòu)光投射至物體表面，再使用攝像機接收該物體表面反射的結(jié)構(gòu)光圖案，由于接收圖案必會因物體的立體型狀而發(fā)生變形，故可以試圖通過該圖案在攝像機上的位置和形變程度來計算物體表面的空間信息。

規(guī)則光柵的結(jié)構(gòu)光

PrimeSense 結(jié)構(gòu)光

ToF（飛行時間法）

ToF 技術(shù)是發(fā)射一束經(jīng)過相位調(diào)制的紅外激光到被測物體，當紅外激光被反射回攝像頭，會因為光飛行時間的延遲，導(dǎo)致相位跟發(fā)射時的相位有微小的變化，通過計算相位的變化，就可以計算出被測物體到攝像頭之間的距離。

ToF 成像原理

雙目立體視覺

所謂雙目立體成像就是利用兩個攝像頭捕捉的圖像之前的視場角度差，來計算出被測物體到攝像頭的距離，當視場角越大說明距離越近，反之則越遠。

雙目立體視覺技術(shù)

雙目立體視覺、結(jié)構(gòu)光和ToF 三種成像技術(shù)對比

綜合而言，雙目立體視覺在檢測范圍，3D 建模時間，弱光環(huán)境性能，功耗，算法復(fù)雜度等指標上明顯弱于結(jié)構(gòu)光和ToF，存在明顯缺陷，因此我們判斷未來該技術(shù)在手機3D 成像領(lǐng)域前景暗淡。結(jié)構(gòu)光與ToF 各有優(yōu)劣，都具備商用推廣的基礎(chǔ)。

1） 結(jié)構(gòu)光：適合近距離場景，目前已被手機作為前置3D 成像方案采用。同時結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈當前成熟度最高，已具備量產(chǎn)能力，在蘋果的引領(lǐng)下安卓陣營在2018 年也陸續(xù)導(dǎo)入。

2） ToF：適合遠距離場景，同時在強光下表現(xiàn)較好，預(yù)計將成為手機后置3D 成像主流方案。另外考慮到ToF 相比結(jié)構(gòu)光方案在尺寸和成本上具備優(yōu)勢，因此預(yù)計在前置3D 成像方面也將有所滲透。