ToF的產(chǎn)業(yè)機遇要來了？

今年 8 月，三星發(fā)布下半年的年度旗艦手機 Galaxy Note20 系列，傳言其旗艦機型 Galaxy Note20 Ultra 將取消 ToF 鏡頭，原因是作用不大。然近日，筆者在 “ST FlightSense ToF 傳感器線上媒體交流會”上卻發(fā)現(xiàn) Galaxy Note20 Ultra 使用了意法半導(dǎo)體的 FlightSenseTM ToF 傳感器，據(jù)悉這是世界上首個多區(qū)塊多合一測距傳感器模塊。打臉傳言之外，不禁要問一句：“ToF 真的日薄西山了嗎？”與非網(wǎng)決定帶著小伙伴們一探究竟。

什么是 ToF 傳感器?

TOF 是 Time of flight 的簡寫，直譯為飛行時間，是主流的 3D 成像技術(shù)之一（另外兩個是括結(jié)構(gòu)光和雙目測距）。按技術(shù)路線分，目前市面上的 ToF 產(chǎn)品可分為兩類：dToF（直接飛行時間，direct-ToF）和 iToF（間接飛行時間，indirect-ToF）。

dToF：通過直接向測量物體發(fā)射光脈沖，并測量反射光脈沖和發(fā)射光脈沖之間的時間間隔，得到光的飛行時間，從而直接計算待測物體的深度，具有深度算法相對簡單、低功耗、抗干擾性好等優(yōu)勢，但用以實現(xiàn)較高精度的 SPAD 是其難點所在。

iToF：通過發(fā)射特定頻率的調(diào)制光，檢測反射調(diào)制光和發(fā)射的調(diào)制光之間的相位差，測量飛行時間，具有傳感器電路相對簡單、成本低、分辨率較高等優(yōu)勢，但從原理上看，調(diào)制頻率越高則測距精度越好，高調(diào)制頻率意味著對應(yīng)的測距距離不能太大，并且環(huán)境光會對電路產(chǎn)生干擾。因此，測距精度的實現(xiàn)一定程度上限制了最大測距距離，而配套的深度算法是解決該系列問題的要點和難點所在。

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圖源 | 國盛證券研究所

ToF 真的日薄西山了嗎？企業(yè)和市場側(cè)觀點不謀而合

從去年開始，ToF 無用論就開始在互聯(lián)網(wǎng)中蔓延，有經(jīng)驗用戶的投訴，諸如“影響屏占比，對戴眼鏡人的不友好，解鎖角度刁鉆，不支持互聯(lián)網(wǎng)支付，還不如 2D 人臉識別”等等，因此有了文首的質(zhì)疑，并紛紛猜測其他手機廠商也會跟著棄用 ToF。
事實真的如此嗎？非也，除了小米以外的國內(nèi)安卓手機都在主推 iTOF 技術(shù)，而前面提到的三星高端機和 iPhone 12 系列則是引入了最新一代的 dTOF 技術(shù)。究其原因，這些手機廠商一方面希望其相機在復(fù)雜的場景中能夠更快、更準(zhǔn)確地對焦，另一方面是給未來的 AR 生態(tài)試水。

此外，如果你認(rèn)為 ToF 的應(yīng)用主要停留在手機側(cè)，那你就 out 了。

意法半導(dǎo)體大中華及南亞區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)市場經(jīng)理張程怡告訴與非網(wǎng)，“除了消費電子中的自動對焦、接近檢測和存在檢測以外，ToF 傳感器還被用在工業(yè)、醫(yī)療、無人機等領(lǐng)域。”

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圖源 | 意法半導(dǎo)體

另據(jù)全球市場調(diào)研機構(gòu) IHS 的報告顯示，“2018 年全球 TOF 傳感器市場規(guī)模為 3.7 億美元，2019 年其市場規(guī)模達到 5 億美金，同比+35%。隨著 ToF 傳感器技術(shù)的進步，測距目標(biāo)數(shù)、精度及響應(yīng)能力等進一步提升，應(yīng)用終端有望從個人電子設(shè)備拓寬至工業(yè)設(shè)備，如服務(wù)型機器人、室內(nèi)無人機、智能樓宇 / 照明、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，預(yù)計 2022 年 TOF 傳感器市場規(guī)模有望達到 15 億美元。”企業(yè)側(cè)和市場側(cè)觀點不謀而合。

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圖源 | IHS

ToF 傳感器的競爭焦點在哪里？

在未來 15 億美元的市場上，誰能夠分得蛋糕？除了取決于市場戰(zhàn)略外，最重要的還是要有硬貨，那什么才是硬貨？細心的小伙伴可能已經(jīng)在 IHS 的報告中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一二。沒錯，測距目標(biāo)數(shù)、精度以及響應(yīng)能力就是衡量 ToF 傳感器的核心指標(biāo)，篇幅受限，今天我們就以 dToF 為例展開來討論一下。

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圖源 | 麥姆斯咨詢（dToF 橫截面示意圖）

眾所周知，SPAD 是 dToF 技術(shù)中的難點，這點在文章前部分也有所提及，那我們?yōu)槭裁匆?dToF 中引入 SPAD 呢？這是因為 dToF 需要檢測納秒甚至皮秒級的光脈沖信號，因而對光的敏感度要求會很高，因此在接收端，我們通常會選擇 SPAD（單光子雪崩二極管）或者 APD（雪崩光電二極管）這類傳感器來實現(xiàn)，而這兩種傳感器的集成度弱于普通的 CMOS 圖像傳感器，其像素尺寸一般大于 10μm，因而分辨率通常較差，成本更高。此外，dToF 本身電路設(shè)計又比較復(fù)雜，需占據(jù)較大的片上尺寸，而 SPAD 作為 dTOF 技術(shù)的核心，不僅技術(shù)難度大，而且制作工藝復(fù)雜，因此目前世界上只有極少數(shù)的廠家具備量產(chǎn)能力，包括意法半導(dǎo)體、索尼、英飛凌和索尼等幾家。

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圖源 | 騰訊優(yōu)圖（dToF 實現(xiàn)難點）

雖然意法半導(dǎo)體、索尼、英飛凌和索尼，甚至包括三星在內(nèi)的一些企業(yè)都在布局 ToF 產(chǎn)業(yè)，但論覆蓋廣度，還是意法半導(dǎo)體一馬當(dāng)先，這也體現(xiàn)在了出貨量上面，意法半導(dǎo)體大中華及南亞區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)市場經(jīng)理林國志告訴與非網(wǎng)，“ST 的 ToF 產(chǎn)品去年年底出貨量累計已達 10 億顆，其中在市場上銷售的手機中，也已經(jīng)有 200 多款采用了 ST 的 ToF 方案。如此成績的背后，一方面得益于其產(chǎn)品的測距準(zhǔn)確度不受目標(biāo)顏色和反射率的影響，另一方面得益于意法半導(dǎo)體的 FlightSense?產(chǎn)品系列的安全保障和豐富度，可以滿足不同客戶和不同應(yīng)用的要求，比如將小型化做到極致的單區(qū)接近檢測傳感器VL53L3CX，比如基于全幅 FOV 視場角，測距能力最遠可達 8 米的單區(qū)或多區(qū)檢測傳感器VL53L1CB，又比如支持每秒 15 幀的 64 區(qū)測距，或每秒 60 幀的 4 x 4 / 16 區(qū)測距輸出，F(xiàn)oV 視場角可設(shè)置的中遠距離測距傳感器VL53L5CX?！?

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圖源 | 意法半導(dǎo)體

寫在最后

一家企業(yè)的崛起離不開市場、客戶的需求，一個行業(yè)的崛起離不開成熟的生態(tài)鏈。著眼于未來，意法半導(dǎo)體這一家從 1986 年就開始做影像產(chǎn)品的公司，他們相信自己有足夠的能力去滿足市場需求的變化，比如百點、千點，甚至萬點的 dToF，比如 100 萬像素高分辨率的 iToF。而對于 ToF 行業(yè)而言，有人認(rèn)為 AR/VR 產(chǎn)業(yè)是 ToF 傳感器的蓄能池，一旦 AR/VR 產(chǎn)業(yè)被做起來，ToF 傳感器行業(yè)必將爆發(fā)。
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