如果说十年前“光子时代”还像是一个概念,那么今天,它已经渗透到普通人生活的方方面面。
在消费电子领域,智能手机的3D人脸识别背后是VCSEL芯片的3D传感;智能家居中,扫地机器人通过激光雷达感知房间轮廓,避障、建图、规划路径,依赖光芯片的实时反馈。工业相机通过光学成像与算法结合,在锂电、半导体、PCB产线上完成高精度缺陷检测;色选机通过光谱识别,在大米、坚果、茶叶中精准剔除异物。
这些场景看似分散,但本质逻辑高度统一,即,用光子采集数据,用电子处理数据,用算法驱动决策。而合肥,正在光电领域深度布局。
光电的识别
合肥的色选机产业起步于上世纪90年代。当时,中国的大米加工企业主要依赖昂贵的进口色选设备,一台动辄上百万元,成为制约粮食加工业发展的瓶颈。
作为合肥光电产业的“老兵”,美亚光电的故事始于一颗大米的“颜值”。
成立于2000年的美亚光电(前身“安科光电”始创于1993年),专注于光电识别技术。在那个国外设备垄断的时代,美亚通过自主研发,将光电识别技术应用于农产品分选,其色选机能够精准识别并剔除大米、茶叶中的杂质,凭借高性价比打破了国际巨头的垄断。
色选机的本质是光电识别叠加高速喷吹。大米下落中,系统要快速识别出其中的杂质,颜色异常的米粒、混入的石头、变质的颗粒,以毫秒级的能力,精准地将其“打”出去。
真正考验技术的是,不仅要“打掉坏的”,更要“留住好的”。如果为了剔除一个石头,连带吹走了几十粒好米,那么“精度”是不合格的。“高的效率和效益,也能带来更高的处理能力。”美亚光电研发总监刘松告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者,美亚第一代色选机,每小时只能处理800公斤大米;而今天,最大型号的设备处理能力已经达到每小时30到40吨。
美亚光电的大米分选智能体色选机。受访者供图
过去,光学系统是色选机的“天花板”,镜头分辨率、光谱范围等,硬件指标决定了设备的性能上限。到今天,随着数据量的爆发和算法的进化,软件正在稀释光学的压力。从早期的可见光识别,到近红外识别、X光异物检测,再到如今AI深度学习加持下,实现高效智能分选。
美亚光电的全景品质分析仪。通过联接品质分析仪,实时采集数据并检测,自动调节精度。 澎湃新闻记者 彭艳秋 摄
美亚的技术触角不止于此。依托在食品安全领域的深厚积累,美亚将目光投向了壁垒更高的高端医疗影像领域。
2008年,美亚正式立项口腔CBCT项目。彼时,全中国拥有口腔CT的医疗机构,还是个位数,且集中在大型公立医院。进口设备动辄两三百万元,绝大多数口腔诊所无力承担。而高昂的设备成本,最终转嫁到患者身上。
美亚的切入,打破了这种格局。2012年,美亚成功研发出国产口腔CBCT。国产设备上市后,进口品牌被迫大幅降价,从200多万元一路下探,如今一台口腔CBCT的市场价已降至20万元左右。曾经只有大型公立医院才能用得起的设备,如今走进了无数民营口腔诊所。
以美亚光电为代表的领军企业,也在将色选技术向更广阔的领域延伸,进行废塑料、废玻璃、废旧金属的高效分选,成为循环经济的重要装备。目前,美亚的业务已覆盖全球100多个国家和地区,深度聚焦食品安全、医疗健康、再生资源三大板块。
工业之眼
如果说美亚光电深耕物料分选,让日常品质可见,那么埃科光电聚焦的是工业制造场景,为高端装备铸就“火眼金睛”。
机器视觉是智能制造的“眼睛”,是从物理的现实世界到计算机能认知的数字世界。工业自动化的第一步,就是把外界的信息输入,普遍用在需要生产的各个环节。但长期以来,这一领域的高端核心部件——工业相机、图像采集卡——被欧美和日本企业垄断。
在合肥光电产业的版图上,埃科光电的成长轨迹有着独特的意义。这家由中科大毕业生创办的企业,自成立之初便专注光学成像技术研发。恰逢彼时,有工业客户提出定制化工业相机需求,替代长期依赖的国外产品。埃科果断承接挑战,正式进军高端工业传感领域,踏上了打造国产“工业之眼”的征程。
2018年前后,贸易战叠加疫情,全球供应链的不确定性上升。长期以来,中国高端工业相机市场被欧美、日本企业垄断,国内用户习惯了“进口优先”的采购逻辑。但当供应链安全成为悬顶之剑,客户的视线开始转向国内,发现,原来还有埃科光电这样一家企业,已经在这个领域耕耘多年。埃科在关键时刻承接住了这份信任。
工业相机,不是单一技术的炫技,而是光学、机械、电子、计算、软件五大领域的平衡。光学的真正差距不在原理,而在基础积累。国外起步早,在光学设计软件、精密镀膜工艺、光学检测设备等底层环节积累了数十年优势。
不同的应用场景,需要不同的光谱选择。X光穿透力强,适合检测内部缺陷;可见光色彩还原好,适合表面检测;近红外则能识别物质成分。不同的光谱,对应着不同的成像机制和算法模型。波长越短,理论分辨率越高,但对成像系统和硬件的要求也相应提高,对信号处理与算法同样构成挑战。
从光信号转化为电信号,再从电信号转化为有效数据,这中间的电路设计、信号完整性、高速传输,每个环节都决定着相机的最终性能。而机械结构件上,更高的加工精度意味着更稳定的成像。
过去国内零部件的加工工艺不成熟,中国企业做工业相机的难度颇高。这既是产业链问题,也是基础研究领域的起步问题。“一旦中国人涉及到某一领域,在场景中不断迭代,真正做起来是能够带动上下游发展的。”埃科光电研发总监曹桂平对澎湃新闻记者表示,对于需要时间打磨的领域,一些工艺,只有积累到一个阶段,才能真正领悟。“和是否聪明无关,而是慢慢积累,包括技艺的传承。跑得快一点,时间可以压缩,但时间带来的差距无法消灭。除非另辟蹊径,否则国外企业走过的路都要走一遍。”
埃科光电产品集锦。 受访者供图
工业领域永远有一个话题,就是成本控制。“闭门造车是没有任何出路的,必须深入一线,第一手了解客户的需求。允许你出问题,但出了问题,能第一时间解决掉。”曹桂平说,检验目前技术水平的一个办法是,针对客户新的痛点难点,能迅速拉出一个队伍,半年到一年的时间内给出样机或成本可行下的解决方案。
“不单单是技术,更多时候竞争力来源于对行业的理解,对行业发展趋势的感受。”2025年,埃科光电营收增长77%,归母净利增逾306%。当“光机电算软”五位一体的系统能力,与国产替代的浪潮相遇,埃科光电的业绩增长,不是偶然。
光子时代到来
2018年的埃科光电在工业相机领域逐渐站稳脚跟,获得越来越多客户的认可。几乎同一时期,几位亲身参与并见证了全球首颗消费电子VCSEL(垂直腔面发射激光器)芯片量产的华人技术专家,放弃国外优渥的待遇,回国创办了半导体光芯片领域的硬科技公司——瑞识科技。
人类文明的发展史,本质上是一部信息采集、传输、处理的进化史。而在已知的物理介质中,光,是极具效率的选项。瑞识科技创始团队深切预感到,光子时代正在加速降临。
一般VCSEL芯片,只有米粒横截面大小,是现代智能感知系统的“心脏”。瑞识科技副总经理罗民说,光芯片从原理走到量产,横亘着一道巨大的技术鸿沟,而串扰正是其中最棘手的难题之一。能否攻克串扰,决定了芯片的可靠性与可用性,是行业公认的产业化瓶颈。
瑞识科技在这一领域取得突破性进展,其核心团队拥有深厚的半导体光电子产业化经验。他们通过独创的芯片设计与工艺,成功抑制了二维可寻址串扰,大幅提升芯片的长期工作可靠性和一致性,并实现大规模量产。
从深圳起步,瑞识2021年落子合肥后,迅速建成芯片封装测试和光学集成产线,打通了“芯片设计与量产+光学集成封装+应用与算法集成”的全链条。罗民说,创业的时候,天天都要思考战略和战术的平衡。团队也经常复盘,“人总会疲劳,我们要相互激励振奋。”团队相当于一个球队,每个人要踢好自己的位置,融合之后还要及时补位及时反思,不断复盘更新跟进。
2025年,瑞识科技成为国内首家成功推出并量产850nm单模偏振锁定VCSEL的企业。目前已推出自主研发的全系列高性能VCSEL芯片和光学集成模组产品,并服务全球超过100家客户。产品成功应用于智能驾驶、多形态机器人和智能传感应用场景中。
“瑞识创业的初衷,是高端光芯片的国产化,垂直应用领域的效率提升,以及推动更多的应用场景。一路走来,我们想哪怕失败了,也把技术和人员沉淀下来,沉淀在中国。”罗民说。
瑞识科技并不孤独。在合肥,光电产业不是“单兵作战”。这里有一条从“核心元器件”到“系统设备”再到“应用场景”的完整链条。有“芯”,有“眼”,有“脑”,有“屏”。它们之间或许没有直接的供应链关系,却在技术逻辑上形成天然的互补,这正是一个产业集群的健康生态。
这些力量在合肥汇聚,映照着这座城市独有的产业哲学——不追风口,只做长跑。