盘点｜2017年的四大热点传感器

一、消费电子领域——3D视觉引爆消费领域热潮，带动VCSEL技术快速发展

2017年9月，最新上市的苹果iPhone X采用的3D视觉技术，彻底激活了3D视觉市场，3D视觉技术快速成为热点话题，将3D传感技术热度推向高潮。

2017年可以说是3D视觉元年，预计2018年开始进入爆发增长，大量3D成像和传感产品将会面市，生物识别和增强现实（AR）将成为其主要应用，移动设备是最多最主要的载体，无人机、机器人、安防也将从中受益。

根据法国市场研究公司Yole Developpement的报告《3D成像和传感（2017版）》，未来5年，预计3D成像和传感器件市场的复合年增长率为37.7%，到2022年将达到90亿美元。增长的动力主要来自于消费级产品市场的放量，到2022年达到60亿美元。

（1）3D视觉概念

3D视觉其本质就是立体视觉（Stereopsis），也称双眼视觉或双目视觉。灵长类动物的双眼都在头部的前方，两眼的鼻侧视野相互重叠，因此落在此范围内的任何物体都能同时被两眼所见，主观上可产生被视物体的厚度以及空间的深度或距离等感觉，立体感更强，由此产生的视觉称为双眼视觉（Binocular Vision）。

目前市场上3D视觉的主流工作原理有三种：结构光法、飞行时间法（ToF）和多目（双目）立体视觉法。用于智能手机上的3D视觉传感器主要采用结构光法和ToF法。

（2）VCSEL技术

iPhone X使用结构化光源，其点阵投影器在人脸上投射超过30000个红外光的光点，红外摄像头接收从脸部反射回来的红外光线，以创建3D面部模型，从而实现“刷脸”开机、付费等功能。VCSEL技术是实现iPhone X使用结构化光源投射光的核心元器件。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），即垂直腔面发射激光器，以砷化镓半导体材料为基础研制，能够提供高频调制、快速响应、高质量的光束，而且体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、指向性高、价格低廉、低功耗、易集成为大面积阵列。据Yole预计，随着3D成像和自动对焦等应用在智能手机和汽车中的发展，到2022年VCSEL市场将实现强劲增长。

（3）3D视觉产品供应商

结构光 法：ams、PrimeSense、Mantis Vision、高通、英特尔RealSense、奇景光电、图漾科技、奥比中光、华捷艾米等。

飞行时间法（ToF）：索尼、意法半导体、谷歌、英飞凌、PMD 、MicroVision、海康威视、舜宇光学、乐行天下等。

多目立体视觉产品：英特尔RealSense、LeapMotion、图漾科技、纵目科技、凌云光技术、西纬科技、弼智仿生、中科慧眼、轻客智能、江苏钜芯、伟景智能等。

（4）2017年最新推出的部分3D传感器

意法半导体2月份发布了基于FlightSense技术的第三代激光测距传感器VL53L1，采用专利硅—膜构架，并首次在模块上引入光学镜头；MicroVision基于其独有的PicoP®扫描技术开发的首批3D ToF交互式显示引擎开发套件PSE-0403sti在年中交付；奥比中光则将其第二代3D视觉ASIC芯片成功流片，而其应用于手机的前置3D摄像头也即将开始量产；舜宇光学在11月～ 12月其间推出了2款“点云深度摄像头”产品——为华为定制的、识别精度达到亚毫米级别的全球首款散斑结构光手机配件Jupiter X（舜宇内部料号）和基于ToF深度感知技术的MRAS系列摄像头；而纵目科技则早在1月即推出了基于高通骁龙820A平台的环视ADAS产品，11月还发布了低速L4自动驾驶领域的首款产品——自主泊车1.0；华芯半导体则完成了30G高速VCSEL芯片的研制并成功实现量产。

二、汽车电子——LiDAR引领自动驾驶前行

汽车电子是仅次于消费电子的传感器最大应用市场之一，市场明确且竞争激烈。自动驾驶车辆有望在五年内上路，而激光雷达（Light Detection and Ranging，LiDAR）则是其中最关键的传感器之一，它的存在使得完全自动驾驶成为可能。LiDAR成为2017年汽车电子领域最为热门的话题。

根据Yolo的研究报告《汽车激光雷达传感器市场（2017版）》，全球汽车LiDAR传感器市场规模预计将从2025年7.35亿美元增长至2030年的25.573亿美元，2025年～2030年期间的复合年增长率将达到28.32%。按应用细分，自动驾驶汽车市场预计2025年将成为全球汽车LiDAR传感器市场增长最快的细分市场。按技术细分，固态激光雷达在预测期内预计将占据最大市场份额。

（1）LiDAR

LiDAR工作原理——飞行时间法（ToF），就是根据激光遇到障碍物后的折返时间，计算与目标的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出3D环境地图，精度可达到厘米级别。

按有无机械旋转部件分类，LiDAR包括机械式、混合固态和全固态三种。LiDAR的固态主要跟激光发射装置是否存在机械旋转部件有关。全固态LiDAR没有机械旋转部件，以电子部件来实现发射激光束的转动。混合固态LiDAR是将采用半导体“微动”器件——MEMS扫描镜（代替宏观机械式扫描器）在微观尺度上实现LiDAR发射端的激光扫描方式。机械式LiDAR通过不断旋转发射头，将速度更快、发射更准的激光束从“线”变成“面”，并在竖直方向上排布多束激光（即32或64线雷达），形成多个面，达到动态3D扫描的目的。

固态LiDAR相比机械/扫描雷达来说体积更小、重量更轻、性价比更高。随着组件成本持续降低，以及汽车LiDAR产业主要厂商的不断入局参与竞争，都将有助于降低固态LiDAR的总体成本。LiDAR供应商发力点都瞄准在固态LiDAR，毕竟小型化、低成本、可靠性高是未来自动驾驶领域LiDAR的趋势。直接切入全固态LiDAR或正朝着全固态LiDAR转型的国内外企业数量已逐步超过其它两种。国外企业在混合固态LiDAR系统研发方面具有领先优势。而国内企业如则处于蓄势待发。

（2）LiDAR主要供应商

机械式：Velodyne、Quanergy、Ibeo、Waymo、Ouster、禾赛科技、速腾聚创、北科天绘、镭神智能等；

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

全 固 态：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新产品

AEye：12月推出的 iDAR™，将微光电子机械系统（MOEMS）与微光摄像机（low-light camera）相结合，嵌入人工智能系统，软件可定义和硬件可扩展，并可根据实时需求进行动态调整，实现快速动态感知和路径规划；

Innovusion：12月 推 出 其 首 款LiDAR产品，分辨率相当于300线以上，整个体积小于100in.3，样机当前的水平可视角是90°左右，垂直可视角40°左右，探测距离在200m以上；

Cepton：2017年5月 发 布 了HR80T远距离和HR80W广角LiDAR产品，10月推出了轻量化3D LiDAR传感器SORA 200，具备200m探测范围，仅重550g，能够为无人机提供远距离、高分辨率、低成本的测绘能力；

Panasonic：9月发布的一松款广视角3D LiDAR传感器专为自动机器人而设计，采用了松下独有的激光扫描技术，实现了垂直方向60°、水平270°的广角扫描，可进行垂直方向扫描角度、分辨率的任意设定，能够精确探测路面上的障碍物以及路面的起伏。

Velodyne：4月发布了固态LiDAR传感器Velarray™，尺寸仅为125mm×50mm×55mm，提供最大120°的水平视场角和35°的垂直视场角，最大探测距离可达200m。

LeddarTech：2018年1月推出业界首款能够实现车用LiDAR大规模量产的3D固态LiDAR芯片——LeddarCore LCA2芯片，LeddarCore LCA3的样品将于2018年推出；

Draper：2017年8月宣布正在开发一款MEMS混合固态LiDAR传感器，探测距离300m，角分辨率小于0.1°，扫描速率为20frame/s，预计在规模量产后成本仅需50美元；

镭神智能：11月与Newsight Imaging合作推出一款突破性3D脉冲式LiDAR——V-LiDAR™。将3D雷达技术与CMOS图像传感器技术相结合，在距离、速度以及可靠性测试方面均表现良好，成本较低；

禾赛科技：4月发布Pandar 40，一款混合固态40线、超小体积、150m有效距离的LiDAR，最小角分辨率达到了0.33°，等效于传统83线激光雷达。2017年12月与百度共同发布基于Apollo平台的集LiDAR、环视摄像头模组、多传感器融合和感知识别算法为一体的自动驾驶开发者套件Pandora，以解决自动驾驶调校问题；

速腾聚创：2017年9月宣布推出高精度32线LiDAR RL32，探测距离则达到200m。10月宣布启动 “普罗米修斯”计划免费开放激光雷达算法；

北醒光子：7月发布ToF单点激光雷达TF02；

北科天绘：9月推出了两款LiDAR新产品——小体积32线LiDAR R-Fans-32以及前装64线局部视场LiDAR C-Rans；光珀 智 能：2017年9月发布三种新型固态LiDAR系列：GP001、GP002和 GP003。

三、工业电子——气体传感器，世界环境安全的防线

如今世界环境日益恶化，人类每天都在面临着诸多危险。尤其是工业领域，工业安全很大程度上取决于工业生产中的气体安全程度，比如采矿行业矿井内部CO2、CH4等气体、化工行业有毒有害气体，气体传感器就是探测这些气体存在的第一道防线，也是一道生命线。

据Yole预计，包括气体传感器在内的环境传感器市场前景十分乐观，2017年气体传感器市场规模约为6.9亿美元，预计2021年将达到9.2亿美元，期间复合年增长率为7.3%。

（1）气体传感器

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。气体传感器根据原理不同可分为：半导式、电化学式、催化燃烧式、热导式、红外线器、固体电解质气体传感器等。

（2）主要供应商

电化学技术（传统）：Sensitron、EC Sense、根本、诺联芯、炜盛/汉威等；

催化燃烧技术（传统）：Sensitron、根本、炜盛/汉威（中国）等；

MOS 技术：Micronas、Microsens、ams、IDT、KWJ Engineering、Figaro、Sensitron、盛思锐、炜盛/汉威、慧闻、微纳传感等；

IR 技 术：ams、eLichens、GSS、Sensitron、smartGAS、SenseAir、麦乐克、四方光电、诺联芯等；

色谱法：Spectral Engines、APIX、EcoLogicSense等。

（3）2017最新气体传感器部分产品

盛思锐：8月推出全球首款抗硅氧烷的MOS传感器——多像素气体传感器SGP，11月新款SGM6200模块微热式天然气计量技术取得突破性进展。

AerNos：5月发布了一款微型高精度经济型纳米气体传感器AerSCAP，能够同时探测多种ppb级的有害气体,专为物联网互联设备集成而设计。

GSS：5月发布全球检测速度最快（每秒20次）的NDIR（Non-dispersive Infrared）CO2传感器SprintIR6S，产品采用LED光源，即时发光，解决了IR光源响应速度慢的问题。

四、医疗电子——微流控，为人类未病先治提供更快途径

微流控技术已成为近些年快速发展的产业之一，近些年已有应用开始受益于微流控技术的突破。目前微流控产业多样化凸显，从微流控器件（如监测芯片等）到微流控产品（如诊断应用的试剂、疫苗等）都在面向终端用户提供多种服务。其中器官芯片、即时检验的需求推动着微流控产业快速发展。

根据Yole预计，2017年微流控器件市场规模为25亿美元，2022年微流控器件市场规模将达到58亿美元，期间复合年增长率为18%。鉴于终端用户对自动化、集成化、小型化解决方案的日益增长的需求，微流控产业将持续增长。并且，未来几年微流控产业还可能出现加速增长的势头，尤其是癌症诊断、治疗和后续计划将非常有希望更多地采用微流控技术。

（1）微流控

微流控（Micro fluidics）是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室（Lab on a Chip, LoC）和微全分析系统（micro-Total Analytical System）。微流控主要细分为包括药物输送、分析设备、即时诊断（Point-of-care testing）、微反应技术（Microreaction technology）等在内的九类市场应用。

（2）2017年微流控芯片研究动态

斯坦福大学医学院：2月开发出可以价格低廉且可重复使用的诊断用“芯片实验室”。其可重复使用的电子条采用常规的喷墨打印机将市售的导电纳米颗粒油墨印刷到柔性聚酯片材上而成，可将诊断芯片成本降至1美分，生产时间仅有20min，就此可能引发医学诊断的革命；

美国西北大学：3月使用器官芯片（organ-on-a-chip）技术成功模拟女性月经周期，标志着人类在理解生殖系统功能方面迈出了重要一步；

美国食品药品监督管理局：4月开始测试一种肝脏芯片，是全球监管机构首次尝试用器官芯片替代动物试验；

普渡大学：8月推出自供电纸基电化学诊断装置（self-powered, paper-based electrochemical device, SPED），完全由纸制成，无需水电或者其他的高端设备，利用电化学方法分析生物标志物，通过纸张颜色变化反馈检测结果，实现疾病诊疗的目的；

雅培：10月发布全球首款兼容智能手机的可植入式心脏监测器Confirm Rx，可通过手机的应用程序将数据按照预设的时间表发送给医生，这是美国FDA批准的首款同类设备；

MediaTek Sensio（联发科）：12月推出六合一智能健康芯片MT6381，仅需60s即可测量用户的心率、心率变异、血压趋势、血氧饱和度（SpO2）、心电图（ECG）、光体积脉搏波图（PPG）等6项生理数据，并可整合进智能手机、可穿戴设备等终端中；

中科院大连化物所：利用器官芯片技术成功构建了一种功能化肾芯片系统，并用于模拟糖尿病肾病早期病理变化；

BD：4月在中国首发微流控文库制备仪BD CLiCTM 系统，助力精准医疗；

博奥晶典：9月发布国内首个具有自主知识产权的微流控SNP芯片检测系统，打破国外技术垄断；

小海龟科技：12月发布国内首款规模化量产的数字PCR产品-BioDigital·華。

五、结论

从2017年传感器领域的热点，我们可以看到，不少的热门话题已不再停留在企业的“实验室”，而是已经快速地从技术转化成了实体，抢先占领风口和市场的同时也在不断的自我成熟和完善。

2018年，传感器的想象空间更加巨大，在黑科技层出不穷的年代，我们有理由相信会有更多热点呈现，赚足眼球的同时为各个领域的应用带来更多智能化和感知能力！2018年9月10日-12日（上海跨国采购会展中心），我们相约SENSOR CHINA，见证更多热点和精彩！

（本文由上海科技会展有限公司供稿）