开拓红外传感应用，Lumileds红外LED大放异彩
2019-08-15 08:44:50   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微访谈：亮锐（Lumileds）商务开发及销售总监黄林加

采访背景：

亮锐（英文名：Lumileds）是高性能发光二极管（LED）领域的创新者以及高级照明解决方案领域的领导者。公司由飞利浦LED部门及飞利浦汽车照明部门合并而成，于2017年从飞利浦集团剥离出来，独立运营。公司致力于为汽车、移动、物联网和照明行业开发照明解决方案，并不断改善客户的照明条件，帮助客户获得和维持竞争优势。作为照明行业的先驱，Lumileds拥有100多年的创新历史，业务遍及30多个国家，全球拥有9000余位员工。Lumileds与其客户携手合作，共同推动光的应用界限。

据麦姆斯咨询介绍，红外光源（包括红外LED和红外激光二极管）并不是新技术，早在20世纪60年代就诞生了。但是，最近随着固态照明（SSL）的发展而迅速崛起。红外光源现已广泛用于消费电子、汽车、工业及通信等领域，并实现更多的高价值功能。当前，传感正成为红外LED的发展驱动力，例如智能手机中的接近传感、汽车去中的手势识别、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备中的眼球追踪等。此外，红外LED还努力在3D成像与传感方面参与竞争，开拓人脸识别和激光雷达市场！据《红外LED和激光二极管：技术、应用和产业趋势》报告称，红外光源市场预计在2018年将达到18亿美元，而2023年将达到65亿美元，复合年增长率为29%。

麦姆斯咨询有幸邀请到Lumileds出席今年9月5日在深圳举办的『第二十七届“微言大义”研讨会：机器视觉及工业检测』。在此之前，麦姆斯咨询与Lumileds商务开发及销售总监黄林加先生，就红外LED产品在传感方面的应用及市场开发进行了深入交谈！

亮锐（Lumileds）商务开发及销售总监黄林加

麦姆斯咨询：首先，感谢Lumileds接受麦姆斯咨询的采访。请您向我们的读者分享一下Lumileds的发展历程及公司现状吧。

黄林加：亮锐（Lumileds）是由前飞利浦LED部门及前飞利浦汽车照明合并而成。目前注册地为荷兰阿姆斯特丹，运营总部位于美国硅谷的圣何塞。生产地主要分布于新加坡、马来西亚、德国、波兰及中国多地。

Lumileds的LED生产及研发起源于惠普的固态照明部，成立于1968年，同时也是红光芯片的发明者。1996年，当时的LED固态照明部协同安捷伦（Agilent）一起从惠普集团剥离。并于1999年，与飞利浦集团成立了合资公司，各持股50%，命名Lumileds Lighting Company。2006年，飞利浦将安捷伦的50%股份全额收购，使Lumileds成为飞利浦的全资子公司，并保留Lumileds品牌。2015年，飞利浦集团将LED部门与旗下的汽车照明部门进行股权合并，出售给私募基金Apollo，Lumileds开始独立运营。

Lumileds目前年销售额近20亿美金，位居LED行业第三名。主要业务包括汽车照明、通用照明和特种光源。汽车照明位居世界领先地位，特种光源主要服务于消费电子市场，特别是针对手机闪光的拥有领先的市场份额。对于通用照明市场，Lumileds也是行业新技术的领导者，不断拓展LED光源在照明领域的新应用、新市场。

麦姆斯咨询：您主要负责Lumileds红外产品市场开发及商务拓展。请您谈一谈当前红外LED主要有哪些新兴应用？

黄林加：红外产品作为监控夜视设备的补光光源，已在市场上有较广泛的应用。随着智能设备的发展，自动驾驶及应用的日臻成熟，红外光源在如下一些应用中寻找到了新的市场增长点。在技术应用上也在不断突破提高。

（1）车载类：车载的防疲劳驾驶，智能驾舱的监控功能。

（2）支付类：消费领域基于图像识别的固定或移动支付应用，包括线上线下的金融支付系统和银行终端设备。

（3）门禁类：基于生物识别技术的门禁系统，包括智能门锁、楼宇门禁等。

（4）消费类机器人：应用ToF技术，在消费型机器人上实现3D感知、区域建图、物体识别等功能针对于不同的应用，Lumileds公司根据客户不同级别的需要，不单单可以提供单一的红外LED光源产品，还可以提供完整定制化的补光方案，甚至是与合作伙伴一起提供整体硬件解决方案。

麦姆斯咨询：面对广泛的红外传感应用，特别是移动和消费领域（如人脸识别、虹膜识别、眼球追踪、手势识别等），当前Lumileds可提供的红外LED产品和服务主要有哪些？

黄林加：针对于目前日益增长的基于红外传感器的图像识别应用，Lumileds推出两款红外LED产品。一款为与市面通用的3838封装可直接一对一替换的大功率双晶LED，并具有多个固定出光角度可供选择。另一款是基于Lumileds对于摄像模组应用推出的超小型尺寸大功率双晶LED，需要适配二次光学一起使用，达到高度定制化并优化光学特性。

鉴于目前客户对摄像头模组的镜头关注和研究较多，但对于红外光源及配套光学元器件的理解和设计相对薄弱的现状，Lumileds为客户提供了丰富的配套光学设计。同时，基于不同应用场景的光路设计，以及客户对于光学的定制化需求，Lumileds在中国上海和荷兰埃因霍芬还配备了强大的光学配套设计，为客户第一时间提供定制化的光学、热学和电路驱动设计服务。

麦姆斯咨询：当前红外LED市场选用的波长主要以850nm和940nm为主，请您为大家分析一下这两种红外光的主要应用差异，以及两种红外LED产品的技术难度。

黄林加：虽然850nm和940nm波段同属不可见光波段，但两者最直观的差异是：以850nm为中心波长的LED仍含有可见光部分，所以对于人眼是可以看到红光的。但对于以940nm为中心波长的LED，相对可见光能量就低很多，所以几乎看不到红光。从光谱能量的角度讲，由于太阳光透射过大气层后，大气层对940nm波段的太阳光谱有明显的吸收效果，因此940nm波段的光谱能量相对较弱。与此同时，摄像头传感器（Camera sensor）对于850nm波段的光谱相较于940nm波段敏感度要高三倍以上。所以，从补光距离来说850nm的红外光距离长，940nm波段补光距离短。940nm波段更适于户外应用，即存在太阳光干扰的条件；850nm波段更适用于没有太阳光干扰的环境。

850nm和940nm两种红外波段应用差异比较

麦姆斯咨询：Lumileds针对850nm和940nm高功率红外应用推出了Luxeon IR系列产品，请您谈谈Luxeon IR系列产品的市场定位，相比市场上其它厂商的同类型产品，主要有哪些特色和优点。

黄林加：Lumileds LUXEON IR系列产品包括4大类：

（1）LUXEON IR Domed Line（带一次光学整形的LED），封装尺寸3737，850nm/940nm，全高半宽角度分为60度、90度和150度。

（2）LUXEON IR Compact Line（不带一次光学整形的LED），封装尺寸1419，850nm/940nm，全高半宽角度150度。

（3）LUXEON IR Asymmetric Dome（带偏光角的LED），封装尺寸3737，850nm/940nm，出光角度X方向95度，Y方向58度。

（4）LUXEON IR ONYX（宽光谱），封装3020，750nm~1100nm带宽。

Lumileds LUXEON红外系列产品

相比市场上其它厂商的同类型产品，Lumileds的IR系列产品具有低热阻、高可靠性、高光效的特点。特别是对于红外LED最敏感的热阻值，Lumileds的IR产品低至2.5 C/W。相当于当1W的电功率输入到LED中，在直流额定电流条件下，节温升温仅仅2.5℃。这是同类型产品的至少1/4。低热阻值的红外LED将有助于降低系统温升，提高产品可靠性，降低功耗。

除了与市场上同类型的红外LED外，Lumileds还推出了更小封装尺寸的IR Compact。IR Compact同为3W双晶大功率LED，但封装尺寸只有1.4mm x 1.9mm。而且由于IR Compact是不带一次光学透镜的，使得可视光源面积减小。以此有助于设计出更小型化的二次光学器件，从而进一步缩小整体模组的尺寸。同时，Lumileds通过提供定制化的光学设计服务，可以满足客户不同场景不同性能需要的光学解决方案，进而使得光源的使用效率达到最优化效果。

此外，考虑到图像传感器均为4:3尺寸，利用传统的以圆形光斑为配光曲线的红外LED，经常会出现中心过曝，边角区域补光不足的现象。基于Lumileds对于LED生产工艺的高效控制和对于图像成像要求的理解，我们推出了带偏光角度的异形LED——Asymmetric Dome LED。此LED带有“类蝙蝠翼”的配光曲线，使得中心辐照度降低边缘辐照度升高，从而达到更高的配光均匀度。同时95度 x 58度的偏光角度，完美适配4:3矩形尺寸的图像传感器。

LUXEON带偏光角度的异形LED有效改善图像传感器边角配光均匀度

麦姆斯咨询：当前，市场上基于飞行时间（ToF）方案的3D传感应用，红外光源主要为垂直腔面发射激光器（VCSEL），不过VCSEL存在成本高昂、产能紧缺、产品寿命短等问题。目前Lumileds已成功突破高功率红外LED高频应用，在部分ToF应用中可采用LED与VCSEL竞争，请您在此详细介绍。

黄林加：ToF作为未来指日可期的3D成像技术，一直是Lumileds在红外应用领域关注的重点。目前，Lumileds已于包括瑷镨瑞思（EPC）、迈来芯（Melexis）、亚德诺（ADI）等主流ToF芯片供应商通力合作，开发基于红外LED为光源的ToF解决方案。

相较于VCSEL，LED具有低成本、高可靠性、高寿命，无人眼安全及生物安全顾虑以及量产供应保障等优势。当然，由于LED发光原理的限制，主要是由于PN结中寄生电容充放电的过程，造成LED的开关响应速度相较于VCSEL速度较慢。但对于基于相位法原理的ToF，只要调制频率限制在40MHz以下；对于基于时序法原理的ToF，只要脉宽在25nS以上，都是可以使用LED作为红外光源。其精度和效率与VCSEL相较无异。

Lumileds和Melexis的工程设计团队开发的评估套件，可以在高达40MHz的高频运行LUXEON红外LED，以支持850nm和940nm、范围为3米的飞行时间应用。

麦姆斯咨询：在汽车领域，基于ToF技术的激光雷达也非常热门，Lumileds是否进行了布局？如果有，请您谈谈。

黄林加：的确，基于ToF技术的激光雷达技术在汽车辅助驾驶中是一个新兴的应用领域。虽然现在激光雷达的光源多为EEL或VCSEL，但考虑到元器件的车规要求，苛刻的使用环境和系统的成本压力，在可行的条件下，仍有众多企业尝试使用LED光源作为激光雷达的光源方案。

目前Lumileds正在和Melexis一起合作开发符合车规标准，基于LED光源的PToF模组，与EPC合作开发IToF模组，旨在为中短距离的辅助驾驶提供更经济实惠、可靠性更高、寿命更长的完整解决方案。关于具体参数和方案细节，我会在研讨会上与与会听众进行分享。

麦姆斯咨询：苹果iPhone X的3D人脸识别系统带火了以VCSEL为光源的散斑结构光方案，不过消费产品对成本非常敏感，最新Lumileds推出了基于红外LED光源的低成本结构光解决方案，请您介绍一下该方案，与VCSEL光源相比，该方案具有哪些独特优势。

黄林加：由于iPhone X的突破性创新，将3D人脸识别技术带进了普通消费者的视野，从而带动了3D识别技术在普通消费领域的快速导入与应用。基于VCSEL为光源，DOE为衍射光学元件的结构光方案提供了很高精度的识别特征点，从而在图像识别中有利于识别算法高速精准的恢复深度信息，进而完成3D特征信息的重建，达到识别功能。但VCSEL的成本、DOE的制造工艺、散斑光源的校准等等一直是滞障结构光模组更大规模导入到消费层面的因素。

基于与结构光类似的成像及识别原理，利用LED和传统光学的生产制程优势，Lumileds创新的推出了利用LED加微光学设计的方式提供特征信息，从而达到恢复深度信息，完成活体识别功能，进而完成人脸识别功能的完整光学解决方案。同时，Lumileds与算法公司合作，一同开发出完整的摄像头模组解决方案。以期共同推进市场的导入与拓展。

Lumileds基于红外LED的低成本结构光解决方案在3D人脸识别的应用

麦姆斯咨询：随着机器视觉检测功能和应用范围的扩大，高光谱成像技术开始在工业检测和民用侦测兴起，比如生产线自动化分拣、食品的安全与品质检测、环境的监测等等。宽光谱光源对于高光谱系统很重要，传统的LED光源光谱往往非常窄。请您谈谈Lumileds的宽光谱光学解决方案，你们是如何实现技术突破的。

黄加林：Lumileds秉承几十年来在LED领域的研发与生产技术，一直致力于拓展LED产品在人类生产生活中各个领域的应用。特别是基于对于荧光粉技术的独到研究和持续创新，我们在不断探索基于蓝宝石芯片为基地的荧光粉转换技术应用于不同种类不同波谱的LED特殊光源产品。LUXEON ONYX就是基于这一创新技术而开发出来的宽波谱LED产品。LUXEON ONYX具有从600nm至1050nm全波谱稳定输出的特点。可广泛应用于光谱检测和机器视觉等应用领域。利用LED光源替换卤素灯或卤钨灯耦合的传统光源可以带来更好的耐用性，更精准的电控特性，以及节能环保的优势。所以我相信与业界同仁一起合作开发宽波谱产品，必然带来新的产业升级的可能性。

Lumileds宽波谱LED产品LUXEON IR ONYX

麦姆斯咨询：感谢Lumileds对“微言大义”研讨会的关注与支持。今年麦姆斯咨询将于9月5日在深圳举办『第二十七届“微言大义”研讨会：机器视觉及工业检测』，Lumileds也将发表主题演讲。大家对您的演讲非常期待，可以预先透露一些精彩内容吗？

黄林加：感谢麦姆斯咨询提供这次宝贵的机会可以和业界同仁交流机器视觉应用的产业发展趋势、新技术与新应用。Lumileds作为专注LED研发、制造及应用逾50年的行业领先企业，真诚地期望借此机会将我司特有的红外产品推荐给产业朋友。在此次“微言大义”的研讨会上，我不单单会介绍我司的多个LED产品系列及产品特点，更希望和产业同仁一起分享我司取得的成功案例，以及正在开发研制的一些系统方案。通过研讨会的分享，希望与会者能够感受到我们不是在推荐产品，而是分享经验；更是让大家看到Lumileds是一家有实力也有意愿为产业提供完整解决方案，与上下游企业创造合作共赢局面，并值得信赖的合作伙伴。

推荐会议：

2019年9月5日，麦姆斯咨询将在深圳会展中心举办『第二十七届“微言大义”研讨会：机器视觉及工业检测』（同期展会：第二十一届中国国际光电博览会）。本次研讨会特邀机器视觉相关行业技术大咖、业界精英和企业高管深入交流和探讨，内容包含工业相机及核心元器件技术、3D成像与传感技术、机器视觉技术及应用等等，把脉机器视觉在工业及自动化领域未来发展趋势，带来最前沿的行业技术分享及创新成果展示！目前已邀请到华睿科技、知微传感、图漾科技、高德智感、曼普拉斯、驭光科技、Teledyne e2v、II-VI、亮锐（Lumileds）、上海微技术工业研究院、普密斯、深浅优视等企业进行演讲。

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