指纹识别的算法 对3D和vcesl产业做一个超详细的科普(11)

1、iPhone8 VCSEL激光器光学组件推测版

通过产业链调研，我们目前能验证到iPhone8十周年用VCSEL激光器光学组件包括微型准直透镜、DOE（衍射光栅）等，（不排除还有其他光学组件没有验证到）。

微型准直透镜：是用来对发散的激光光源进行准直处理，达到平行、均匀光斑的作用；

DOE（衍射光栅）：是用来将平行发射的一束或多束光源，通过衍射光栅之后，均匀打出呈倍数的激光束，用以增加测量的精度与信息量，完成全面场景的录入。

滤光片（在接收端镜头上）：目前VCSEL发出去的是红外波长的光束，反射回来之后，通过传感器计算出距离。但外部环境对于光束会有影响，反射回来作为测量用的光束不是单纯的发射波段，因此需要滤光片过滤掉非工作波段的光波。

涉及到相关产品线的A股公司包括，VCSEL-光迅科技：2015年宣布自主研发的VCSEL阵列芯片将投入商用；微型准直透镜-福晶科技：为JDSU（Lumentum）、Finisar等光通信企业供给通信级准直镜头；DOE-福晶科技：为微软HoloLens联合研发相关光学组件；滤光片-水晶科技：为Kinect供应滤光片。

以下分别就三类比较重要的激光光学元件做分析，并对激光光学元件做全面梳理。

2、三种重要激光器光学元件分析之一：DOE

衍射光学元件（DOE，Diffractive Optical Elements）预计将是未来激光光束整形的最核心元件。它是利用计算机辅助设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片上(或传统光学器件表面)刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构，形成同轴再现、且具有极高衍射效率的一类光学元件。DOE主要特性包括轻薄体积小、衍射效率高、设计自由度高、热稳定性良好、整形光路结构简单等优良特性，目前已经成为诸多光学仪器的重要元件。

DOE的基本原理是利用衍射原理在元件表面制备一定深度的台阶，光束通过时产生不同的光程差。通过不同表明设计来控制光束的发散角和形成光斑的形貌，实现光束均匀化、准直、聚焦或形成特定图案等功能。

目前DOE已经被应用于消费电子、医疗、激光加工等领域：

大客户新产品有望采用类似Kinect的结构光方案：VCSEL激光器发射出的光束通过准直镜准直后，通过DOE器件得到25*25的激光散斑，然后再利用光栅进行“衍射复制”后得到更大的散斑图案，从而扩大投射角度。之后红外传感器捕捉散斑信息，通过位移量算法计算出环境物体的深度信息。

我们结合HoloLens采用的显示方案来对衍射光学器件（DOE）的应用进行说明。如下图所示，为实现混合现实效果，让自然光与投影图像同时进入人眼，微软在HoloLens单镜片上应用了三块表面刻蚀光栅（SGR,是DOE的一种），分别是下左图绿点与红点所圈出的三块区域，对应下右图中所标示的52、54、56三部分。

图像首先通过LCoS微型投影仪进入绿点所圈的52号区域，也就是入耦合光栅（in-coupling SGR）。如下左图所示，在给定介质中，光线在特定角度下会实现全内反射。入耦合光栅的主要作用就是通过DOE的微观结构来通过衍射来使光线以特定角度入射，以实现光线在镜片内的全内反射。

光线通过54号折叠光栅（fold SGR）所处的位置，折叠光栅会将图像折叠（偏转）90度，到达下方56号出口光栅处（exit SGR），出口光栅通过衍射来成像并以特定角度输出光线，使光线进入人眼的角度与虚拟物体所在位置重合，以达到增强现实（AR）的效果。

DOE集体积小、衍射效率高、能够自由设计光学功能等优良特点于一身，未来将在激光投影、全息技术等领域大显身手。我们认为，随着准分子激光加工工艺、复制工艺的发展，DOE的制造成本将大幅降低并且能够实现规模化生产，有望成为促进光学系统实现微型化、阵列化和集成化的关键技术！福晶科技已与微软联合研发HoloLens，预计其中就包括DOE等相关光学组件，微软Kincet是体感游戏机的鼻祖，亦是AR眼镜领域最受期待的厂商。

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