10亿颗ToF传感器模组出货

 作为全球前三的大高集成度ToF模块厂商，ST已推出三代TOF产品，将于明年推出第四代TOF产品，在近日的媒体交流会上，意法半导体大中华暨南亚区影像事业部技术市场经理张程怡与ST影像业务部应用及技术经理李咏深入分析了ST在TOF领域的成长情况、TOF的市场前景，并介绍了ST较新的TOF产品的性能和主要特点。

根据IHS-Markit的统计，ST在整个CMOS影像传感器与其他光电产品的市场份额中排在第五位，而ToF就属于其他光电产品。利用先进像素技术和硅制造工艺，以及光学封装/模块与影像系统的专长，ST能提供差异化的智能传感和光源解决方案。在TOF传感器领域，ST率先将ToF传感技术从研究实验室商业化为完全工业化生产的市场前列产品，ST是全球前三的大高集成度飞行时间(ToF)模块厂商，迄今这些产品已经在150多款智能手机中得到使用，并在近日已累计出货10亿颗。

而近日，ST宣布达成了10亿颗ToF传感器模组出货里程碑，迄今这些产品已经在150多款智能手机中得到使用，目前市场公认的“十大拍照”智能手机，其中多款都配备了意法半导体的ToF传感技术。TOF凭借自身优势俨然成为在移动端较被看好的方案。据悉2018年前，ST的TOF出货量为3.5亿，发生如此高的成长的驱动因素有哪些呢?张程怡解释到，一方面是主要得益于手机市场的驱动，另一方面是在客户数以及在各个客户数上面拿到的项目从未停过。ST的ToF产品叫做FlightSense。

FlightSense利用飞行时间ToF原理，提供高精度的距离测量数据。对于FlightSense的测距原理，张程怡介绍道，ToF测距芯片发出经调制的近红外光，遇到物体后反射，FlightSense传感器根据光子往返飞行时间来直接测算物体与传感器的距离，测量精度不轻易受被测物体表面特性的影响，是通过激光强度差进行测距所达不到的。同时，该方式测距时间非常快，仅需几毫秒。并集成为一个符合安规，保障人体安全的激光传感器。

5年以来，ST已经陆续推出了VL6180X、VL53L0X、VL53L1、VL53L3、VL53L5四代FlightSense产品。其中VL53L5是ST第四代产品，将于明年正式推出。ST的FlightSense路线图从高性能一维测距器件扩展到了多区域解决方案，并且最近还增加了高分辨率3D深度感知能力，以实现采用先进接近感应、人体存在检测和激光自动对焦的创新应用。“经过不同世代产品的累计，我们已经突破10亿出货量。有趣的是，我们没有因为出了第二代就把第一代消灭了，因为每一代有不同的长短距离、不同的角度，可满足不同的需要。”张程怡介绍到。ST的VL6180、VL53L0和VL53L1等系列产品正在大批量生产，用于消费类、个人计算机和工业市场。

新推出的VL53L5尺寸为6.4x3.0x1.5mm，主要有两大特点：

特点一：角度大。张程怡讲到，普通的产品视场角一般控制在25-27度左右，ST的VL53L5视场角(FOV)较大能够达到61度。FOV61度的好处有两点：一是大角度覆盖范围更广，更适合大家电、大荧幕等稍大些的产品;二是此大角度可以编程，客户可根据自己的需求编程到所需要的角度，在所谓FOV有效角度上，可透过算法缩小、中间变化给予新的弹性。

特点二：可切割。L5具有MZ(multi-zone，多区域)的特点，可以做切割，切割后分成四个区块，即四个象限，每个象限可以再切割，达到16个区域或更多，以16有效区域为例，每个区域都能独立输出测距，这代表了初步的深度变化。以人脸为例，脸是有深浅差别的，在脸上切的格子达到的效果：鼻头距离较短、耳朵距离较远、额头距离中间，以此得到脸的雏形。

据张程怡介绍，从前几代的27度增大到61度，L5在软硬件上均做了改进，硬件上发射端加了镜头，以扩展更大的角度;接收端的凸透镜也做了放大，但因为加了这些光学的镜头套件，L5芯片的尺寸比前代稍大了一点。软件的改进也十分重要，因为收到的信号会更多，软件要有足够的能力去识别和处理。

STTOF产品的优势

相较于其他ToF，意法半导体的ToF有着独特的优势：尺寸小，一级安规，数字输出，非模拟值，高精度。张程怡介绍到，STTOF芯片更大的卖点是高精度，能够抗温度变化、各类室内光源、目标物颜色干扰。冬天大家的衣服是深色，这个光发出来都被吸收了，返回的很少，普通的TOF会认为信号弱距离短，所有穿黑衣服的都是距离近的，所有穿白衣服的都是远的，如果不是STToF就很容易得出这一非常误导的结果，是因为衣服把光吸收反射了。

这些TOF产品能有如此优越的特点，ST独有的光学制程有着不可磨灭的贡献。据悉，ST的ToF传感器模组采用其单光子雪崩二极管(SPAD)传感技术，在ST位于法国Crolles的300mm前端晶圆厂制造，在其先进的后端封测厂进行组装和测试(ST在深圳和菲律宾共有2个后工序封测厂)。最终的ToF传感器模组集成了SPAD探测器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及确保器件卓越性能的必要光学元件。

除此之外，ST的生态系统也在支持FlightSense和STM32软硬套件充分整合。“我们的开发工具还提供推荐的盖片样片给客户，即在芯片上搭滤光片，就像人体的眼皮盖住眼睛一样，芯片也需要一个实物保护，因为芯片有一发一收两个开口，空气中有水气、灰尘，时间长了就会有问题，所以要适当的遮盖。”

ToF应用前景广阔，市场需求持续增长

ST的ToF传感器模组已被广泛设计用于机器人吸尘器、笔记本电脑、儿童平板电脑(保护眼睛)、自动水龙头、家用无人机、机器人和投影仪等。ST的FlightSense支持在一个机器人中安装多个传感器，且集成过程非常容易;还可以用于用户存在检测，测距长度从近距离到4米;FlightSense不仅可以提高人类用户体验，还能给宠物增加生活乐趣。ST非常看好ToF市场的发展前景，并将继续开发能够助力创新用例的ToF传感器模组，凭借卓越的交付和品质标准，服务关键市场的高要求客户。

根据Yole的预测数据也显示，全球3D成像和传感器的市场规模在2016–2022年的CAGR为38%，2017年市场规模18.3亿美元，2022年将超过90亿美元。其中，消费电子是增速较快的应用场，2016–2022年的CAGR高达160%，到2022年消费电子市场规模将超过60亿美元。目前ToF传感器仍是以手机相机的自动对焦辅助为应用为主，然而，在手机市场已趋饱和的情况下，ST也开始布局其他的应用领域，包括测距、接近检测、人数统计、门禁、农业无人机等等。张程怡总结到主要有三大应用：

一是应用于对焦，照相是一种对焦，因为可以准确得到距离，投影仪是一种对焦，因为对着墙来投影，因此TOF通常用于设计比较高端的照相系统或投影系统；二是人的检测。现在的智能系统，比如进高铁机场的闸机还不够完善，还需要人员操作，当这个事情持续推广下去，人在一米处系统就会启动，不管是刷脸、刷指纹，系统会非常流畅。再就是更先进的有人脸识别机、广告机，当人过来的时候进行启动；三是物件的检验。较简单的是扫地机器人的避障。