盤點｜2017年的四大熱點傳感器

一、消費電子領域——3D視覺引爆消費領域熱潮，帶動VCSEL技術快速發展

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

2017年可以說是3D視覺元年，預計2018年開始進入爆發增長，大量3D成像和傳感產品將會面市，生物識別和增強現實（AR）將成為其主要應用，移動設備是最多最主要的載體，無人機、機器人、安防也將從中受益。

根據法國市場研究公司Yole Developpement的報告《3D成像和傳感（2017版）》，未來5年，預計3D成像和傳感器件市場的復合年增長率為37.7%，到2022年將達到90億美元。增長的動力主要來自于消費級產品市場的放量，到2022年達到60億美元。

（1）3D視覺概念

3D視覺其本質就是立體視覺（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，兩眼的鼻側視野相互重疊，因此落在此范圍內的任何物體都能同時被兩眼所見，主觀上可產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，由此產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：結構光法、飛行時間法（ToF）和多目（雙目）立體視覺法。用于智能手機上的3D視覺傳感器主要采用結構光法和ToF法。

（2）VCSEL技術

iPhone X使用結構化光源，其點陣投影器在人臉上投射超過30000個紅外光的光點，紅外攝像頭接收從臉部反射回來的紅外光線，以創建3D面部模型，從而實現“刷臉”開機、付費等功能。VCSEL技術是實現iPhone X使用結構化光源投射光的核心元器件。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），即垂直腔面發射激光器，以砷化鎵半導體材料為基礎研制，能夠提供高頻調制、快速響應、高質量的光束，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、價格低廉、低功耗、易集成為大面積陣列。據Yole預計，隨著3D成像和自動對焦等應用在智能手機和汽車中的發展，到2022年VCSEL市場將實現強勁增長。

（3）3D視覺產品供應商

結構光 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。

飛行時間法（ToF）：索尼、意法半導體、谷歌、英飛凌、PMD 、MicroVision、海康威視、舜宇光學、樂行天下等。

多目立體視覺產品：英特爾RealSense、LeapMotion、圖漾科技、縱目科技、凌云光技術、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

意法半導體2月份發布了基于FlightSense技術的第三代激光測距傳感器VL53L1，采用專利硅—膜構架，并首次在模塊上引入光學鏡頭；MicroVision基于其獨有的PicoP?掃描技術開發的首批3D ToF交互式顯示引擎開發套件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，而其應用于手機的前置3D攝像頭也即將開始量產；舜宇光學在11月～ 12月其間推出了2款“點云深度攝像頭”產品——為華為定制的、識別精度達到亞毫米級別的全球首款散斑結構光手機配件Jupiter X（舜宇內部料號）和基于ToF深度感知技術的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平臺的環視ADAS產品，11月還發布了低速L4自動駕駛領域的首款產品——自主泊車1.0；華芯半導體則完成了30G高速VCSEL芯片的研制并成功實現量產。

二、汽車電子——LiDAR引領自動駕駛前行

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

根據Yolo的研究報告《汽車激光雷達傳感器市場（2017版）》，全球汽車LiDAR傳感器市場規模預計將從2025年7.35億美元增長至2030年的25.573億美元，2025年～2030年期間的復合年增長率將達到28.32%。按應用細分，自動駕駛汽車市場預計2025年將成為全球汽車LiDAR傳感器市場增長最快的細分市場。按技術細分，固態激光雷達在預測期內預計將占據最大市場份額。

（1）LiDAR

LiDAR工作原理——飛行時間法（ToF），就是根據激光遇到障礙物后的折返時間，計算與目標的相對距離。激光光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與設備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的點云并繪制出3D環境地圖，精度可達到厘米級別。

按有無機械旋轉部件分類，LiDAR包括機械式、混合固態和全固態三種。LiDAR的固態主要跟激光發射裝置是否存在機械旋轉部件有關。全固態LiDAR沒有機械旋轉部件，以電子部件來實現發射激光束的轉動。混合固態LiDAR是將采用半導體“微動”器件——MEMS掃描鏡（代替宏觀機械式掃描器）在微觀尺度上實現LiDAR發射端的激光掃描方式。機械式LiDAR通過不斷旋轉發射頭，將速度更快、發射更準的激光束從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光（即32或64線雷達），形成多個面，達到動態3D掃描的目的。

固態LiDAR相比機械/掃描雷達來說體積更小、重量更輕、性價比更高。隨著組件成本持續降低，以及汽車LiDAR產業主要廠商的不斷入局參與競爭，都將有助于降低固態LiDAR的總體成本。LiDAR供應商發力點都瞄準在固態LiDAR，畢竟小型化、低成本、可靠性高是未來自動駕駛領域LiDAR的趨勢。直接切入全固態LiDAR或正朝著全固態LiDAR轉型的國內外企業數量已逐步超過其它兩種。國外企業在混合固態LiDAR系統研發方面具有領先優勢。而國內企業如則處于蓄勢待發。

（2）LiDAR主要供應商

機械式：Velodyne、Quanergy、Ibeo、Waymo、Ouster、禾賽科技、速騰聚創、北科天繪、鐳神智能等；

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

全 固 態：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新產品

AEye：12月推出的 iDAR?，將微光電子機械系統（MOEMS）與微光攝像機（low-light camera）相結合，嵌入人工智能系統，軟件可定義和硬件可擴展，并可根據實時需求進行動態調整，實現快速動態感知和路徑規劃；

Innovusion：12月 推 出 其 首 款LiDAR產品，分辨率相當于300線以上，整個體積小于100in.3，樣機當前的水平可視角是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 布 了HR80T遠距離和HR80W廣角LiDAR產品，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，能夠為無人機提供遠距離、高分辨率、低成本的測繪能力；

Panasonic：9月發布的一松款廣視角3D LiDAR傳感器專為自動機器人而設計，采用了松下獨有的激光掃描技術，實現了垂直方向60°、水平270°的廣角掃描，可進行垂直方向掃描角度、分辨率的任意設定，能夠精確探測路面上的障礙物以及路面的起伏。

Velodyne：4月發布了固態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200m。

LeddarTech：2018年1月推出業界首款能夠實現車用LiDAR大規模量產的3D固態LiDAR芯片——LeddarCore LCA2芯片，LeddarCore LCA3的樣品將于2018年推出；

Draper：2017年8月宣布正在開發一款MEMS混合固態LiDAR傳感器，探測距離300m，角分辨率小于0.1°，掃描速率為20frame/s，預計在規模量產后成本僅需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雷達技術與CMOS圖像傳感器技術相結合，在距離、速度以及可靠性測試方面均表現良好，成本較低；

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

速騰聚創：2017年9月宣布推出高精度32線LiDAR RL32，探測距離則達到200m。10月宣布啟動 “普羅米修斯”計劃免費開放激光雷達算法；

北醒光子：7月發布ToF單點激光雷達TF02；

北科天繪：9月推出了兩款LiDAR新產品——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月發布三種新型固態LiDAR系列：GP001、GP002和 GP003。

三、工業電子——氣體傳感器，世界環境安全的防線

如今世界環境日益惡化，人類每天都在面臨著諸多危險。尤其是工業領域，工業安全很大程度上取決于工業生產中的氣體安全程度，比如采礦行業礦井內部CO2、CH4等氣體、化工行業有毒有害氣體，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Yole預計，包括氣體傳感器在內的環境傳感器市場前景十分樂觀，2017年氣體傳感器市場規模約為6.9億美元，預計2021年將達到9.2億美元，期間復合年增長率為7.3%。

（1）氣體傳感器

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。氣體傳感器根據原理不同可分為：半導式、電化學式、催化燃燒式、熱導式、紅外線器、固體電解質氣體傳感器等。

（2）主要供應商

電化學技術（傳統）：Sensitron、EC Sense、根本、諾聯芯、煒盛/漢威等；

催化燃燒技術（傳統）：Sensitron、根本、煒盛/漢威（中國）等；

MOS 技術：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：ams、eLichens、GSS、Sensitron、smartGAS、SenseAir、麥樂克、四方光電、諾聯芯等；

色譜法：Spectral Engines、APIX、EcoLogicSense等。

（3）2017最新氣體傳感器部分產品

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量技術取得突破性進展。

AerNos：5月發布了一款微型高精度經濟型納米氣體傳感器AerSCAP，能夠同時探測多種ppb級的有害氣體,專為物聯網互聯設備集成而設計。

GSS：5月發布全球檢測速度最快（每秒20次）的NDIR（Non-dispersive Infrared）CO2傳感器SprintIR6S，產品采用LED光源，即時發光，解決了IR光源響應速度慢的問題。

四、醫療電子——微流控，為人類未病先治提供更快途徑

微流控技術已成為近些年快速發展的產業之一，近些年已有應用開始受益于微流控技術的突破。目前微流控產業多樣化凸顯，從微流控器件（如監測芯片等）到微流控產品（如診斷應用的試劑、疫苗等）都在面向終端用戶提供多種服務。其中器官芯片、即時檢驗的需求推動著微流控產業快速發展。

根據Yole預計，2017年微流控器件市場規模為25億美元，2022年微流控器件市場規模將達到58億美元，期間復合年增長率為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，微流控產業將持續增長。并且，未來幾年微流控產業還可能出現加速增長的勢頭，尤其是癌癥診斷、治療和后續計劃將非常有希望更多地采用微流控技術。

（1）微流控

微流控（Micro fluidics）是一種精確控制和操控微尺度流體，尤其特指亞微米結構的技術。因為具有微型化、集成化等特征，微流控裝置通常被稱為微流控芯片，也被稱為芯片實驗室（Lab on a Chip, LoC）和微全分析系統（micro-Total Analytical System）。微流控主要細分為包括藥物輸送、分析設備、即時診斷（Point-of-care testing）、微反應技術（Microreaction technology）等在內的九類市場應用。

（2）2017年微流控芯片研究動態

斯坦福大學醫學院：2月開發出可以價格低廉且可重復使用的診斷用“芯片實驗室”。其可重復使用的電子條采用常規的噴墨打印機將市售的導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，生產時間僅有20min，就此可能引發醫學診斷的革命；

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

美國食品藥品監督管理局：4月開始測試一種肝臟芯片，是全球監管機構首次嘗試用器官芯片替代動物試驗；

普渡大學：8月推出自供電紙基電化學診斷裝置（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備，利用電化學方法分析生物標志物，通過紙張顏色變化反饋檢測結果，實現疾病診療的目的；

雅培：10月發布全球首款兼容智能手機的可植入式心臟監測器Confirm Rx，可通過手機的應用程序將數據按照預設的時間表發送給醫生，這是美國FDA批準的首款同類設備；

MediaTek Sensio（聯發科）：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項生理數據，并可整合進智能手機、可穿戴設備等終端中；

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

BD：4月在中國首發微流控文庫制備儀BD CLiCTM 系統，助力精準醫療；

博奧晶典：9月發布國內首個具有自主知識產權的微流控SNP芯片檢測系統，打破國外技術壟斷；

小海龜科技：12月發布國內首款規模化量產的數字PCR產品-BioDigital·華。

五、結論

從2017年傳感器領域的熱點，我們可以看到，不少的熱門話題已不再停留在企業的“實驗室”，而是已經快速地從技術轉化成了實體，搶先占領風口和市場的同時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呈現，賺足眼球的同時為各個領域的應用帶來更多智能化和感知能力！2018年9月10日-12日（上海跨國采購會展中心），我們相約SENSOR CHINA，見證更多熱點和精彩！

（本文由上海科技會展有限公司供稿）