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3D感测器市场战云密布
 

【作者: 籃貫銘】2018年03月20日 星期二

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一下子,3D感测市场突然就热闹起来了,不仅晶片大厂接连推出新品,新创公司也陆续加入战局,转眼3D感测就变成了红海市场,战云密布。


然而3D感测的确是一个深具潜力的技术,不仅智慧手机可以搭载,AR和汽车也都有运用的空间,其市场其实正处於起飞期,究竟会达到什麽样的规模其实还很难估计。


根据集邦科技(TrendForce)的调查分析,光在行动装置上的3D感测模组市场产值就出现了跳跃式的成长,市场规模预计将从2017年的15亿美元,成长到2020年的140亿美元,年复合成长率为209%。未来若AR和汽车也开始逐步采用3D感测技术,则相关的元件市场更会呈现倍数的成长,因此相关的供应链无不加紧研发或者扩增产能。


本篇报导就整理了近期相关业者的产品与技术布局状况,让读者对当前3D感测市场的发展有所知悉。


低成本、高精度 ToF技术成应用主流

首先得先介绍一下时差测距(time-of-flight,飞时测距)技术。不同於使用2D图像来推算3D资讯,ToF是透过红外光在空气中的飞行时间,计算出目标体的距离。ToF技术也是机器视觉工业的重要里程碑,因其只需要使用低成本的CMOS感测器和主动光源技术就能提供3D场景的距离景深资讯。


此外,不同於单点逐点扫描方式,ToF是每个图元都能测量对应目标体的亮度和反射回来的到达时间,从而计算出该点对应的距离景深。ToF提供了视角范围内场景的整个分辨率的距离景深资料。该技术结构简单,容易使用,不依赖环境光,且兼具高精度和高帧率。



图一 : ToF的技术原理(source: terabee.com)
图一 : ToF的技术原理(source: terabee.com)

Lumentum收购Oclaro 龙头地位更加稳固

3D感测器的龙头美商Lumentum,在3月12日正式收购光通讯创新解决方案供应商Oclaro,更加奠定了其3D感测市场一哥的地位。


Lumentum目前是苹果的VCSEL技术的独家供应商,更是3D感测器市场的指标业者。该公司为3D感测应用提供了一系列全面的雷射二极体产品,包含边缘发射的雷射二极体,光纤耦合雷射二极体,以及当前火红的VCSEL。


在今年的美国西部光电展(SPIE Photonics West)中,Lumentum与合作夥伴Himax展示了针对行动装置平台的Face ID面部辨识的应用。Himax在其SLiM模组中采用了Lumentum的雷射二极体,晶圆级光学器件(WLO),和衍射光学元件(DOE)。


另一家3D感应合作夥伴Orbbec在其Astra Mini相机中使用Lumentum雷射二极体。这款高度紧凑的平台非常适合各种设置,包括手势控制,机器人技术,3D扫描,以及能运用至从学校到工业环境,甚至零售场所的行动装置的点云(point cloud)应用的开发。


Occipital则将Lumentum的雷射技术运用在其Bridge混合实境的头戴装置上,让用户可以将虚拟内容与其真实世界环境无?连结。


老牌雷射光学厂Finisar今年将大秀VCSEL技术

Finisar是全球最大的光通信器件产品的供应商,旗下产品同样横跨消费性与工业应用,而其VCSEL技术同样拥有一定的市场占有率。


在今年的美国西部光电展上,Finisar也展示了用於深度感应应用的VCSEL技术,能在消费性电子设备上实现3D面部识别的应用。此外,该公司还将推出新型高速光电探测器,并从其测试和测量产品组合中展示WaveSource可编程雷射技术。



图二 : Finisar在VCSEL技术已研发超过二十年,其在1996年就首次实现商业化。
图二 : Finisar在VCSEL技术已研发超过二十年,其在1996年就首次实现商业化。

Finisar的3D感测辨识技术同样是使用了结构光和ToF深度感测技术,能为消费性电子和自动驾驶车辆提供了许多新的应用,包括3D面部辨识,扩增实境(AR)和汽车电子LIDAR的应用。


事实上,Finisar在VCSEL技术已研发超过二十年,其在1996年就首次实现商业化,从那时起,Finisar便不断研发,设计和制造该产品技术,并拥有领先市场的效能。而Finisar更表示,在今年稍晚将会发表极具竞争力的VCSEL叁考设计。


英飞凌携手pmdtechnolgies AG 主打手机辨识

虽然没有自有3D感测器技术,但英飞凌(Infineon)找了一个相当强大的合作夥伴:pmdtechnolgies AG,共同合作推出新一代3D影像感测晶片解决方案,专门针对有感测需求的行动装置,提供非常小尺寸且高效的感测与辨识功能。


这款感测晶片采用飞时测距(ToF)技术,内建英飞凌的REAL3处理晶片,是全球最小巧的摄影机模组,面积不到12mmx8mm,并内含接收光学元件与VCSEL(垂直腔面发射雷射)照明。


英飞凌指出,该款晶片集结了德国与奥地利两地团队的专业知识,於德国慕尼黑和奥地利格拉兹研发,并在德国德勒斯登生产。而相较於其他3D感测原理(例如:立体光或结构光等),ToF技术在电池供电的行动装置能提供更隹的效能、尺寸、及功耗表现。



图三 : 英飞凌与pmdtechnolgies AG,共同合作推出新一代3D影像感测晶片解决方案。
图三 : 英飞凌与pmdtechnolgies AG,共同合作推出新一代3D影像感测晶片解决方案。

跳脱消费性市场 ams前进车用市场

奥地利微电子(ams AG)一直是感测器市场的????者,其感测器产品也早早就打进苹果(Apple)供应链中,但为持续巩固其领先位置并於3D感测市场占据一席之地,在去年就并购了VCSEL厂Princeton,强化其供应链与产能,也与其他的零组件业者结盟,扩大其市占率和应用版图。


为了拓展中国汽车市场,ams与中国舜宇光学科技集团(Sunny Optical Technology子公司宁波舜宇光电信息 (Ningbo Sunny Opotech合作,共同开发和行销3D感测影像方案,以供应中国和全球其他地区的行动装置与汽车应用OEM市场。


ams在新闻发布里指出,这项合作结合了双方在光学感测与影像空间的技术,为OEM和系统供应商提供吸引人的3D感测方案,加速高效能3D影像系统的上市时程。


根据双方的合作内容,ams和宁波舜宇光电将合作为3D感测应用开发影像方案,并提供相关软体和演算法。这项夥伴关系聚焦於全球OEM行动装置与智慧型手机商机,以促成创新的3D消费者应用,并且将延伸至汽车3D感测影像系统商机。


意法半导体推出世界最小的ToF模组 主打小型应用

而同样看好3D感测器市场的商机,意法半导体(STMicroelectronics;ST)近期也发布了第二代镭射测距感测器VL53L0。新款感测器同样基於其市场知名的FlightSense技术,能实现更快、更远、更精确的测距功能,大幅提升手机和平板电脑的拍照性能,为机器人、使用者辨识、无人机、物联网和穿戴式装置市场开拓新的应用机会。


ST指出,这款VL53L0感测器尺寸仅有4.4 x 2.4 x 1mm,是世界上最小的ToF模组,同时还是首款整合了940奈米制程的VCSEL光源、SPAD 光子检测器和先进微控制器的测距感测器。


VL53L0能够在一帧画面内完成全部测量操作,用时通常小於30ms,距离小於2米,能大幅改善拍照系统在摄像和连拍模式下瞬间对焦的性能,甚至在低光或低对比度场景中保持同样的性能表现。此外,由於测距精确度非常出色,VL53L0还可提升智慧手机应用性能,包括双摄像头深度图(dual-camera-based depth-mapping)。



图四 : ST指出,这款VL53L0感测器尺寸仅有4.4 x 2.4 x 1mm,是世界上最小的ToF模组。
图四 : ST指出,这款VL53L0感测器尺寸仅有4.4 x 2.4 x 1mm,是世界上最小的ToF模组。

3D感测技术新创公司:上海数迹智能科技

中国是3D感测器业者的重点市场,不仅因其具有庞大的智慧型手机市场,同时在汽车、物联网与各式工业应用也具备相当的发展潜力,因此除了国际大厂争相进入外,新创的业者也是陆续展露头角,上海的数迹智能科技便是其中一家。


数迹智能科技主要专注於3D智慧模组的研发,提供SmartTOF系列3D智慧模组,以及针对VR/AR,机器人,无人机等产业的整合解决方案。根据该公司的简介,他们已与国际级的3D感测器厂商合作,目前拥有多项技术专利,也已有数项的合作成果。


该公司的产品包含一款SmartToF 3D(TCM-E2系列)镜头模组,也是采用TOF技术的CCD深度感测器,尺寸小於35mm,输出可达320x240 @ 60fps,测距范围可达8公尺,测量的精度可达毫米级。此外,抗环境光达130Klux,可室外使用,也能依据客户的需求客制化,并提供SDK跨平台(Windows /Linux /ROS/Android)支援。


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