盤點(diǎn)｜2017年的四大熱點(diǎn)傳感器

一、消費(fèi)電子領(lǐng)域——3D視覺引爆消費(fèi)領(lǐng)域熱潮，帶動VCSEL技術(shù)快速發(fā)展

2017年9月，最新上市的蘋果iPhone X采用的3D視覺技術(shù)，徹底激活了3D視覺市場，3D視覺技術(shù)快速成為熱點(diǎn)話題，將3D傳感技術(shù)熱度推向高潮。

2017年可以說是3D視覺元年，預(yù)計(jì)2018年開始進(jìn)入爆發(fā)增長，大量3D成像和傳感產(chǎn)品將會面市，生物識別和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）將成為其主要應(yīng)用，移動設(shè)備是最多最主要的載體，無人機(jī)、機(jī)器人、安防也將從中受益。

根據(jù)法國市場研究公司Yole Developpement的報(bào)告《3D成像和傳感（2017版）》，未來5年，預(yù)計(jì)3D成像和傳感器件市場的復(fù)合年增長率為37.7%，到2022年將達(dá)到90億美元。增長的動力主要來自于消費(fèi)級產(chǎn)品市場的放量，到2022年達(dá)到60億美元。

（1）3D視覺概念

3D視覺其本質(zhì)就是立體視覺（Stereopsis），也稱雙眼視覺或雙目視覺。靈長類動物的雙眼都在頭部的前方，兩眼的鼻側(cè)視野相互重疊，因此落在此范圍內(nèi)的任何物體都能同時(shí)被兩眼所見，主觀上可產(chǎn)生被視物體的厚度以及空間的深度或距離等感覺，立體感更強(qiáng)，由此產(chǎn)生的視覺稱為雙眼視覺（Binocular Vision）。

目前市場上3D視覺的主流工作原理有三種：結(jié)構(gòu)光法、飛行時(shí)間法（ToF）和多目（雙目）立體視覺法。用于智能手機(jī)上的3D視覺傳感器主要采用結(jié)構(gòu)光法和ToF法。

（2）VCSEL技術(shù)

iPhone X使用結(jié)構(gòu)化光源，其點(diǎn)陣投影器在人臉上投射超過30000個(gè)紅外光的光點(diǎn)，紅外攝像頭接收從臉部反射回來的紅外光線，以創(chuàng)建3D面部模型，從而實(shí)現(xiàn)“刷臉”開機(jī)、付費(fèi)等功能。VCSEL技術(shù)是實(shí)現(xiàn)iPhone X使用結(jié)構(gòu)化光源投射光的核心元器件。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），即垂直腔面發(fā)射激光器，以砷化鎵半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)研制，能夠提供高頻調(diào)制、快速響應(yīng)、高質(zhì)量的光束，而且體積小、圓形輸出光斑、單縱模輸出、閾值電流小、指向性高、價(jià)格低廉、低功耗、易集成為大面積陣列。據(jù)Yole預(yù)計(jì)，隨著3D成像和自動對焦等應(yīng)用在智能手機(jī)和汽車中的發(fā)展，到2022年VCSEL市場將實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁增長。

（3）3D視覺產(chǎn)品供應(yīng)商

結(jié)構(gòu)光 法：ams、PrimeSense、Mantis Vision、高通、英特爾RealSense、奇景光電、圖漾科技、奧比中光、華捷艾米等。

飛行時(shí)間法（ToF）：索尼、意法半導(dǎo)體、谷歌、英飛凌、PMD 、MicroVision、?？低?、舜宇光學(xué)、樂行天下等。

多目立體視覺產(chǎn)品：英特爾RealSense、LeapMotion、圖漾科技、縱目科技、凌云光技術(shù)、西緯科技、弼智仿生、中科慧眼、輕客智能、江蘇鉅芯、偉景智能等。

（4）2017年最新推出的部分3D傳感器

意法半導(dǎo)體2月份發(fā)布了基于FlightSense技術(shù)的第三代激光測距傳感器VL53L1，采用專利硅—膜構(gòu)架，并首次在模塊上引入光學(xué)鏡頭；MicroVision基于其獨(dú)有的PicoP?掃描技術(shù)開發(fā)的首批3D ToF交互式顯示引擎開發(fā)套件PSE-0403sti在年中交付；奧比中光則將其第二代3D視覺ASIC芯片成功流片，而其應(yīng)用于手機(jī)的前置3D攝像頭也即將開始量產(chǎn)；舜宇光學(xué)在11月～ 12月其間推出了2款“點(diǎn)云深度攝像頭”產(chǎn)品——為華為定制的、識別精度達(dá)到亞毫米級別的全球首款散斑結(jié)構(gòu)光手機(jī)配件Jupiter X（舜宇內(nèi)部料號）和基于ToF深度感知技術(shù)的MRAS系列攝像頭；而縱目科技則早在1月即推出了基于高通驍龍820A平臺的環(huán)視ADAS產(chǎn)品，11月還發(fā)布了低速L4自動駕駛領(lǐng)域的首款產(chǎn)品——自主泊車1.0；華芯半導(dǎo)體則完成了30G高速VCSEL芯片的研制并成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

二、汽車電子——LiDAR引領(lǐng)自動駕駛前行

汽車電子是僅次于消費(fèi)電子的傳感器最大應(yīng)用市場之一，市場明確且競爭激烈。自動駕駛車輛有望在五年內(nèi)上路，而激光雷達(dá)（Light Detection and Ranging，LiDAR）則是其中最關(guān)鍵的傳感器之一，它的存在使得完全自動駕駛成為可能。LiDAR成為2017年汽車電子領(lǐng)域最為熱門的話題。

根據(jù)Yolo的研究報(bào)告《汽車激光雷達(dá)傳感器市場（2017版）》，全球汽車LiDAR傳感器市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2025年7.35億美元增長至2030年的25.573億美元，2025年～2030年期間的復(fù)合年增長率將達(dá)到28.32%。按應(yīng)用細(xì)分，自動駕駛汽車市場預(yù)計(jì)2025年將成為全球汽車LiDAR傳感器市場增長最快的細(xì)分市場。按技術(shù)細(xì)分，固態(tài)激光雷達(dá)在預(yù)測期內(nèi)預(yù)計(jì)將占據(jù)最大市場份額。

（1）LiDAR

LiDAR工作原理——飛行時(shí)間法（ToF），就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時(shí)間，計(jì)算與目標(biāo)的相對距離。激光光束可以準(zhǔn)確測量視場中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的點(diǎn)云并繪制出3D環(huán)境地圖，精度可達(dá)到厘米級別。

按有無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件分類，LiDAR包括機(jī)械式、混合固態(tài)和全固態(tài)三種。LiDAR的固態(tài)主要跟激光發(fā)射裝置是否存在機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件有關(guān)。全固態(tài)LiDAR沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，以電子部件來實(shí)現(xiàn)發(fā)射激光束的轉(zhuǎn)動?；旌瞎虘B(tài)LiDAR是將采用半導(dǎo)體“微動”器件——MEMS掃描鏡（代替宏觀機(jī)械式掃描器）在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)LiDAR發(fā)射端的激光掃描方式。機(jī)械式LiDAR通過不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭，將速度更快、發(fā)射更準(zhǔn)的激光束從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光（即32或64線雷達(dá)），形成多個(gè)面，達(dá)到動態(tài)3D掃描的目的。

固態(tài)LiDAR相比機(jī)械/掃描雷達(dá)來說體積更小、重量更輕、性價(jià)比更高。隨著組件成本持續(xù)降低，以及汽車LiDAR產(chǎn)業(yè)主要廠商的不斷入局參與競爭，都將有助于降低固態(tài)LiDAR的總體成本。LiDAR供應(yīng)商發(fā)力點(diǎn)都瞄準(zhǔn)在固態(tài)LiDAR，畢竟小型化、低成本、可靠性高是未來自動駕駛領(lǐng)域LiDAR的趨勢。直接切入全固態(tài)LiDAR或正朝著全固態(tài)LiDAR轉(zhuǎn)型的國內(nèi)外企業(yè)數(shù)量已逐步超過其它兩種。國外企業(yè)在混合固態(tài)LiDAR系統(tǒng)研發(fā)方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。而國內(nèi)企業(yè)如則處于蓄勢待發(fā)。

（2）LiDAR主要供應(yīng)商

機(jī)械式：Velodyne、Quanergy、Ibeo、Waymo、Ouster、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、北科天繪、鐳神智能等；

混 合 固 態(tài)：Led zdarTech、Pioneer、Cepton、 Draper、Spectrolab、AEye等；

全 固 態(tài)：Quanergy、LeddarTech、Oryx Vision、XenomatiX、Continental、TetraVue、Blackmore、Strobe / GE、Ibeo、光珀智能、北醒光子等。

（3）2017年部分LiDAR新產(chǎn)品

AEye：12月推出的 iDAR?，將微光電子機(jī)械系統(tǒng)（MOEMS）與微光攝像機(jī)（low-light camera）相結(jié)合，嵌入人工智能系統(tǒng)，軟件可定義和硬件可擴(kuò)展，并可根據(jù)實(shí)時(shí)需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)快速動態(tài)感知和路徑規(guī)劃；

Innovusion：12月 推 出 其 首 款LiDAR產(chǎn)品，分辨率相當(dāng)于300線以上，整個(gè)體積小于100in.3，樣機(jī)當(dāng)前的水平可視角是90°左右，垂直可視角40°左右，探測距離在200m以上；

Cepton：2017年5月 發(fā) 布 了HR80T遠(yuǎn)距離和HR80W廣角LiDAR產(chǎn)品，10月推出了輕量化3D LiDAR傳感器SORA 200，具備200m探測范圍，僅重550g，能夠?yàn)闊o人機(jī)提供遠(yuǎn)距離、高分辨率、低成本的測繪能力；

Panasonic：9月發(fā)布的一松款廣視角3D LiDAR傳感器專為自動機(jī)器人而設(shè)計(jì)，采用了松下獨(dú)有的激光掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了垂直方向60°、水平270°的廣角掃描，可進(jìn)行垂直方向掃描角度、分辨率的任意設(shè)定，能夠精確探測路面上的障礙物以及路面的起伏。

Velodyne：4月發(fā)布了固態(tài)LiDAR傳感器Velarray?，尺寸僅為125mm×50mm×55mm，提供最大120°的水平視場角和35°的垂直視場角，最大探測距離可達(dá)200m。

LeddarTech：2018年1月推出業(yè)界首款能夠?qū)崿F(xiàn)車用LiDAR大規(guī)模量產(chǎn)的3D固態(tài)LiDAR芯片——LeddarCore LCA2芯片，LeddarCore LCA3的樣品將于2018年推出；

Draper：2017年8月宣布正在開發(fā)一款MEMS混合固態(tài)LiDAR傳感器，探測距離300m，角分辨率小于0.1°，掃描速率為20frame/s，預(yù)計(jì)在規(guī)模量產(chǎn)后成本僅需50美元；

鐳神智能：11月與Newsight Imaging合作推出一款突破性3D脈沖式LiDAR——V-LiDAR?。將3D雷達(dá)技術(shù)與CMOS圖像傳感器技術(shù)相結(jié)合，在距離、速度以及可靠性測試方面均表現(xiàn)良好，成本較低；

禾賽科技：4月發(fā)布Pandar 40，一款混合固態(tài)40線、超小體積、150m有效距離的LiDAR，最小角分辨率達(dá)到了0.33°，等效于傳統(tǒng)83線激光雷達(dá)。2017年12月與百度共同發(fā)布基于Apollo平臺的集LiDAR、環(huán)視攝像頭模組、多傳感器融合和感知識別算法為一體的自動駕駛開發(fā)者套件Pandora，以解決自動駕駛調(diào)校問題；

速騰聚創(chuàng)：2017年9月宣布推出高精度32線LiDAR RL32，探測距離則達(dá)到200m。10月宣布啟動 “普羅米修斯”計(jì)劃免費(fèi)開放激光雷達(dá)算法；

北醒光子：7月發(fā)布ToF單點(diǎn)激光雷達(dá)TF02；

北科天繪：9月推出了兩款LiDAR新產(chǎn)品——小體積32線LiDAR R-Fans-32以及前裝64線局部視場LiDAR C-Rans；光珀 智 能：2017年9月發(fā)布三種新型固態(tài)LiDAR系列：GP001、GP002和 GP003。

三、工業(yè)電子——?dú)怏w傳感器，世界環(huán)境安全的防線

如今世界環(huán)境日益惡化，人類每天都在面臨著諸多危險(xiǎn)。尤其是工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)安全很大程度上取決于工業(yè)生產(chǎn)中的氣體安全程度，比如采礦行業(yè)礦井內(nèi)部CO2、CH4等氣體、化工行業(yè)有毒有害氣體，氣體傳感器就是探測這些氣體存在的第一道防線，也是一道生命線。

據(jù)Yole預(yù)計(jì)，包括氣體傳感器在內(nèi)的環(huán)境傳感器市場前景十分樂觀，2017年氣體傳感器市場規(guī)模約為6.9億美元，預(yù)計(jì)2021年將達(dá)到9.2億美元，期間復(fù)合年增長率為7.3%。

（1）氣體傳感器

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。氣體傳感器根據(jù)原理不同可分為：半導(dǎo)式、電化學(xué)式、催化燃燒式、熱導(dǎo)式、紅外線器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。

（2）主要供應(yīng)商

電化學(xué)技術(shù)（傳統(tǒng)）：Sensitron、EC Sense、根本、諾聯(lián)芯、煒盛/漢威等；

催化燃燒技術(shù)（傳統(tǒng)）：Sensitron、根本、煒盛/漢威（中國）等；

MOS 技術(shù)：Micronas、Microsens、ams、IDT、KWJ Engineering、Figaro、Sensitron、盛思銳、煒盛/漢威、慧聞、微納傳感等；

IR 技 術(shù)：ams、eLichens、GSS、Sensitron、smartGAS、SenseAir、麥樂克、四方光電、諾聯(lián)芯等；

色譜法：Spectral Engines、APIX、EcoLogicSense等。

（3）2017最新氣體傳感器部分產(chǎn)品

盛思銳：8月推出全球首款抗硅氧烷的MOS傳感器——多像素氣體傳感器SGP，11月新款SGM6200模塊微熱式天然氣計(jì)量技術(shù)取得突破性進(jìn)展。

AerNos：5月發(fā)布了一款微型高精度經(jīng)濟(jì)型納米氣體傳感器AerSCAP，能夠同時(shí)探測多種ppb級的有害氣體,專為物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備集成而設(shè)計(jì)。

GSS：5月發(fā)布全球檢測速度最快（每秒20次）的NDIR（Non-dispersive Infrared）CO2傳感器SprintIR6S，產(chǎn)品采用LED光源，即時(shí)發(fā)光，解決了IR光源響應(yīng)速度慢的問題。

四、醫(yī)療電子——微流控，為人類未病先治提供更快途徑

微流控技術(shù)已成為近些年快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，近些年已有應(yīng)用開始受益于微流控技術(shù)的突破。目前微流控產(chǎn)業(yè)多樣化凸顯，從微流控器件（如監(jiān)測芯片等）到微流控產(chǎn)品（如診斷應(yīng)用的試劑、疫苗等）都在面向終端用戶提供多種服務(wù)。其中器官芯片、即時(shí)檢驗(yàn)的需求推動著微流控產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

根據(jù)Yole預(yù)計(jì)，2017年微流控器件市場規(guī)模為25億美元，2022年微流控器件市場規(guī)模將達(dá)到58億美元，期間復(fù)合年增長率為18%。鑒于終端用戶對自動化、集成化、小型化解決方案的日益增長的需求，微流控產(chǎn)業(yè)將持續(xù)增長。并且，未來幾年微流控產(chǎn)業(yè)還可能出現(xiàn)加速增長的勢頭，尤其是癌癥診斷、治療和后續(xù)計(jì)劃將非常有希望更多地采用微流控技術(shù)。

（1）微流控

微流控（Micro fluidics）是一種精確控制和操控微尺度流體，尤其特指亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。因?yàn)榫哂形⑿突?、集成化等特征，微流控裝置通常被稱為微流控芯片，也被稱為芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab on a Chip, LoC）和微全分析系統(tǒng)（micro-Total Analytical System）。微流控主要細(xì)分為包括藥物輸送、分析設(shè)備、即時(shí)診斷（Point-of-care testing）、微反應(yīng)技術(shù)（Microreaction technology）等在內(nèi)的九類市場應(yīng)用。

（2）2017年微流控芯片研究動態(tài)

斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院：2月開發(fā)出可以價(jià)格低廉且可重復(fù)使用的診斷用“芯片實(shí)驗(yàn)室”。其可重復(fù)使用的電子條采用常規(guī)的噴墨打印機(jī)將市售的導(dǎo)電納米顆粒油墨印刷到柔性聚酯片材上而成，可將診斷芯片成本降至1美分，生產(chǎn)時(shí)間僅有20min，就此可能引發(fā)醫(yī)學(xué)診斷的革命；

美國西北大學(xué)：3月使用器官芯片（organ-on-a-chip）技術(shù)成功模擬女性月經(jīng)周期，標(biāo)志著人類在理解生殖系統(tǒng)功能方面邁出了重要一步；

美國食品藥品監(jiān)督管理局：4月開始測試一種肝臟芯片，是全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)首次嘗試用器官芯片替代動物試驗(yàn)；

普渡大學(xué)：8月推出自供電紙基電化學(xué)診斷裝置（self-powered, paper-based electrochemical device, SPED），完全由紙制成，無需水電或者其他的高端設(shè)備，利用電化學(xué)方法分析生物標(biāo)志物，通過紙張顏色變化反饋檢測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)疾病診療的目的；

雅培：10月發(fā)布全球首款兼容智能手機(jī)的可植入式心臟監(jiān)測器Confirm Rx，可通過手機(jī)的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間表發(fā)送給醫(yī)生，這是美國FDA批準(zhǔn)的首款同類設(shè)備；

MediaTek Sensio（聯(lián)發(fā)科）：12月推出六合一智能健康芯片MT6381，僅需60s即可測量用戶的心率、心率變異、血壓趨勢、血氧飽和度（SpO2）、心電圖（ECG）、光體積脈搏波圖（PPG）等6項(xiàng)生理數(shù)據(jù)，并可整合進(jìn)智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等終端中；

中科院大連化物所：利用器官芯片技術(shù)成功構(gòu)建了一種功能化腎芯片系統(tǒng)，并用于模擬糖尿病腎病早期病理變化；

BD：4月在中國首發(fā)微流控文庫制備儀BD CLiCTM 系統(tǒng)，助力精準(zhǔn)醫(yī)療；

博奧晶典：9月發(fā)布國內(nèi)首個(gè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微流控SNP芯片檢測系統(tǒng)，打破國外技術(shù)壟斷；

小海龜科技：12月發(fā)布國內(nèi)首款規(guī)模化量產(chǎn)的數(shù)字PCR產(chǎn)品-BioDigital·華。

五、結(jié)論

從2017年傳感器領(lǐng)域的熱點(diǎn)，我們可以看到，不少的熱門話題已不再停留在企業(yè)的“實(shí)驗(yàn)室”，而是已經(jīng)快速地從技術(shù)轉(zhuǎn)化成了實(shí)體，搶先占領(lǐng)風(fēng)口和市場的同時(shí)也在不斷的自我成熟和完善。

2018年，傳感器的想象空間更加巨大，在黑科技層出不窮的年代，我們有理由相信會有更多熱點(diǎn)呈現(xiàn)，賺足眼球的同時(shí)為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來更多智能化和感知能力！2018年9月10日-12日（上?？鐕少彆怪行模覀兿嗉sSENSOR CHINA，見證更多熱點(diǎn)和精彩！

（本文由上海科技會展有限公司供稿）