3D传感器市场彻底引爆

 张程怡向记者介绍，“ST的FlightSense飞行时间产品开发路线图从高性能一维单点测距器件，扩展到多区域测距器件，并且添加了高分辨率3D深度传感器，使用先进的接近检测传感器、人体存在检测和激光自动对焦实现创新的应用。到目前为止，我们已经推出四款ToF产品，分别是Ewok(VL53L0)、EwokEvo(VL53L3)、EwokEvoPlus(VL53L1)和EwokMZ(VL53L5)，其中前三款已经量产，第四款预计在2020年量产。”

除了ST，ADI也推出3DToF技术方案，其中CCDToF前端芯片ADDI903x系列是ADIToF方案的核心器件之一，可支持CCD红外光ToF传感器，分辨率可达640x480;艾迈斯半导体今年也推出了ToF集成式模块TMF8801，主打小体积，比竞争对手减小超过30%，测量范围达到2cm至2.5m。尤其是在日光下的可用性，一般当玻璃出现脏污时，ToF传感器难以准确测量距离，而TMF8801可以利用片上直方图处理功能，保持高精度测量。

2017年苹果推出全球一款搭载3D结构光技术的智能手机iPhoneX，让3D人脸识别FaceID取代了TouchID指纹识别，3D传感器市场被彻底引爆。市场上有三种3D成像技术，分别是双目立体成像、结构光和飞行时间(ToF)。通过这些技术生成的3D数据可实现人脸识别、手部运动检测、行人探测，以及提供SLAM(即时定位与地图构建)功能。从技术上对比，双目成像技术具有分辨率高、精度高、抗强光干扰性强、成本低等优势，但是算法非常复杂、容易受到环境因素干扰、依赖环境光源、暗光场景表现不佳，因此目前在手机上应用相对较少。再看3D结构光，受到苹果的带动，技术已经成熟，通过一次成像可以得到深度信息，能耗低、成像分辨率高，已经广泛应用于3D人脸识别中，但是识别距离相对较短(大约0.2m-1.2m)，模组结构比较复杂，成像容易受强光干扰，成本相对较高。

相对而言，飞行时间(ToF)的3D成像精度和深度图分辨率相比结构光要低一些，功耗较高，但是其识别距离更远(可以达到0.4m到5m)，抗干扰性强，不仅可以应用于3D建模等应用，还适用于环境重构、手势识别、体感游戏、AR/VR等领域。因此，近几年ToF成像技术越来越受到关注。

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

ST新一代的ToF传感器VL53L5有两个重要优势，一是视场角(FOV)从原来的27度增大到61度。FOV达到60度有两个优势，一是涵盖范围更大，适用于稍大型产品，如：大家电，大银幕等;二是FOV可编程，用户可以根据实际需要设定FOV，灵活性更高。关于未来视场角是否会出现瓶颈，张程怡认为，未来角度不是较大的瓶颈，较大的瓶颈是如何在这样的角度之下做到更好的应用，将分辨率、精准度细致化是一个关键点。

能够将FOV提高到61度，是因为在硬件上的发射端加了镜头。光都是有散漫性的角度，加上镜头以后镜头可以很大，也可以很小。另外，接收的凸透镜，也做了放大，两个都放大之后范围就更大了，这也是建立在软件的基础上，我们在软硬件上同时并进，扩大了视场角。

VL53L5的另一个优势是可切割，这是革命性的突破，从VL53L5的代号EwokMZ可以看出，MZ代表锥形，里面可以切割。切割后分成四个象限，每个象限可以再切割，达到4x4=16个区域或更多。以16个有效区域为例，每个区域都能独立输出测距，这能够代表深度的变化，由于深度的不同可以形成3D建模块，因此，基于这16个区域的数字，可以进行手势识别。

在演示中可以看出，这台笔记本采用了VL53L5，图像被切割成64块，可以实现手势识别。目前，在某些手机上已经可以实现手势控制翻屏、返回等控制动作，只是确定是否采用ToF技术完成。

ToF的高精度得益于ST的40nmSPAD技术，SPAD是半导体技术中一个较特殊的光学制程，它的像素能接受的光亮是目前可行性技术上较大的，也就是比CMOS的sensor更强大的光接收能力。而且针对ToF的是典型光学封装，ST可以做专门的光学封装。张程怡还强调，“我们规划每一代产品时都考虑了其针对性，前几代产品不会因为新产品的推出而退出市场，每一代都有不同的测量距离、不同角度，可以满足不同的需要，因此几代产品同时在市场上被用户采用。”

既然ToF技术有这么多优势，用户较关心的一定是ToF可以应用在哪里?对焦、人体检测、物品检验是较重要的应用。

距离检测：这是ToF的人体检测。几乎所有小朋友对平板电脑都很着迷，但是离得很近一定会造成视力下降，安装ToF传感器可以测距，监督小朋友和平板电脑保持一定距离。

投影：利用ToF产品的自动对焦功能，用户在使用投影仪的时候再也不用手动调试，而是自动可以实现对焦，从现场的展示来看效果非常不错。

物体检测：较常见的应用就是避障，已经在扫地机器人、陪伴机器人中开始应用。TOF能做人脸识别吗?这是一个值得讨论的问题。张程怡认为，通过16个数字的变化已经可以识别手势。目前看16个点有些少，未来在3D的路上人脸识别会水到渠成。

从当前的技术性能对比来看，ToF和3D结构光各具优势，同时也各有不足。随着未来用量的增加和成本的降低，ToF的市场规模会快速扩大，除了手机，在其它检测应用中越来越广泛被采用。根据TrendForce预估，手机3D感测应用之Vcsel产值，2019年市场产值达11.39亿美元，增长26%;第三方权威市调机构Yole的预测，全球3D成像和传感器的市场规模2022年将超过90亿美元。其中，消费电子市场到2022年市场规模将超过60亿美元。

未来市场可期，必然引来多家厂商分割蛋糕，芯片厂商ST、艾迈斯、ADI、英飞凌纷纷入局。“ST是较早开发飞行时间技术的厂商之一，我们的ToF产品隶属于MEMS和专用图像传感器事业部部门。从IHS-Markit统计来看，2018年，ST的CMOS图像传感器和光电产品全球排名第五，营收达到9.03亿美元。”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表示，“很多手机厂商都已经采用ToF传感器，ST的ToF模块被150多款智能手机采用，目前出货量达到10亿颗。”