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一文看懂ToF市场现状

3D ToF市场的发展正呈现出飙高的趋势,不仅市场规模在未来5年内还将迅速扩张,而且供应链参与者近两年正持续着十分活跃的市场动作,还有企业正准备入市。与此同时,在技术方向上,ToF正面临一次重大决策。这些都是3D ToF市场迈向成熟之前的征兆。

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图3,来源:IHS MarkitgOOesmc

IHS Markit的另一份数据则切分了ToF传感器在不同应用市场的份额情况(详见图3)。显然手机以明显更大的占比,成为3D ToF应用市场上的最大组成部分。gOOesmc

从这些数据来看,3D感知市场目前仍然处在高速发展期,尤其是消费电子与汽车领域。ToF即是受惠于这一趋势的发展主力。而在3D ToF领域赚大钱的,显然都是在手机中部署ToF组件的那些市场参与者。但这一市场的当前发展阶段,更偏向于混战期靠后——即步入成熟期的前一个阶段:这一点可从市场参与者的竞争,与技术趋势上做探讨。gOOesmc

市场参与者愈发活跃

一个典型的ToF模组主要分成发射端和接收端两部分(图4,Galaxy Note 10+手机ToF模组剖面图)。gOOesmc

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图4,来源:System Plus ConsultinggOOesmc

发射端的核心是发光单元,以VCSEL(垂直腔面发射激光器)为主,供应商包括有Lumentum、ams、纵慧芯光(Vertilite)、菲尼萨(Finisar)等;发射端的核心组成部分,还包括了VCSEL光源前方的diffuser(扩散器)——这是一种光学器件,供应商包括有PRC、舜宇光学、Viavi Solution、菲尼萨等。gOOesmc

接收端的核心器件即常说的ToF图像传感器,主要供应商包括英飞凌/pmd、意法半导体、松下、ams、索尼等。通常我们认为,ToF图像传感器是整个ToF模组中相对最具有技术含量的部分(ToF模组的发射端在技术要求上是小于结构光技术的,而接收端则相反)。接收端的光学器件还包括了传感器前方的一枚窄带滤光片,供应商大致上就是Viavi Solutions和水晶光电;另外还有用于光线汇聚的镜组,供应商包括舜宇光学、欧菲光、瑞声科技、大立光、玉晶光等。gOOesmc

当然还有将ToF所有组件构成模组和解决方案的厂商,典型如索尼、意法半导体、英飞凌/pmd等。gOOesmc

从3D感知以及ToF市场参与者的动作来看,这个市场的竞争也正趋于激烈。以VCSEL组件为例,2019年菲尼萨被II-VI收购;Philips Photonics被TRUMPF收购;ams拿下了欧司朗(OSRAM)。其中TRUMPF和ams都开始向手机产品提供用于3D感知的VCSEL。加上ToF模组的发射端技术要求比结构光更低,中国国产VCSEL供应商相继入市。华为旗舰手机后置ToF摄像头的VCSEL激光器供应商名单中就出现了国内的纵慧芯光。预计在ToF模组的整个产业链上,国产厂商的参与度还将持续提高。gOOesmc

3D ToF技术核心所在的图像传感器,在市场竞争上也正在加剧。索尼虽是传统CIS图像传感器制造商,但原本在ToF市场并无涉足。索尼2015年收购SoftKinetic,并推出DepthSense ToF感知技术。于此,索尼很快在智能手机市场成为最大的ToF传感器与解决方案供应商:华为、三星近两年的旗舰机都在用索尼的DepthSense方案。gOOesmc

从Yole Developpement的数据来看,2019年索尼在3D感知接收端芯片上的市场份额已经一跃达到了45%。预期在ToF领域,索尼极有可能延续其强势地位。但这个市场仍有更多竞争者蓄势待发,分析师预计三星和意法半导体很快就会引入iToF传感器方案,与索尼展开竞争。gOOesmc

而英飞凌/pmd作为这一市场的主要竞争者,英飞凌电源与传感系统事业部大中华区射频及传感器部门总监麦正奇就表示,“智能手机是ToF传感器非常吸引人的一个应用”,英飞凌的技术“已涵盖诸多有助于改善消费者的手机生活的关键功能,如增强现实、渐变以及照片美化(如bokeh)”。虽然手机并非英飞凌ToF技术的唯一应用方向,却也是重要市场方向。gOOesmc

iToF与dToF之争

手机市场对3D ToF技术的需求量提升是不难理解的。如果单纯只说3D摄像头,那么手机应用前置3D摄像头从2017年开始爆发;而手机后置3D摄像头的爆发则始于2018年。到2019年年末,后置3D摄像头对于智能手机的市场渗透达到了将近10%,首次超过了前置3D摄像头的市场渗透率。gOOesmc

前置与后置3D摄像头的市场增长呈现出剪刀差的趋势,预计到2025年,70%的智能手机都会应用3D摄像头(包括前置与后置)。这也应当是ToF摄像头的主要市场增长点。这一市场预计在未来5年内都会蓬勃发展。gOOesmc

不过在ToF更具体的实施技术趋势上,2020年也可能成为一个重要转折点。因为今年苹果iPad Pro 2020面世了。这款平板设备的后摄采用dToF(Direct ToF)方案,这与当前华为、三星、LG这些OEM厂商普遍采用的iToF方案存在较大差异。索尼、英飞凌/pmd这些主要的ToF模组与ToF传感器供应商,实施方案主流也仍是iToF。gOOesmc

原本市场普遍认为,dToF的3D感知方案并不适用于消费电子产品,因为其成本更高,实施难度更大,尤其高像素实现在dToF方法上并不简单。但苹果却在平板产品上采用了这种方案,且从TechInsights的拆解来看,这枚dToF传感器来自索尼,单像素尺寸10μm,分辨率达到了3万像素——这个像素数量虽然和iToF方案的高像素产品还不能比(如索尼自己的iToF方案,IMX556分辨率为30万像素),2D精度也远低于结构光——但这在面向消费电子的dToF产品中已经是十分重要的迈进了。

原创
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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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