3D感测技术,你不可不知的厂商动态与技术发展

2018-01-04

虽然2018年才刚开始,但Apple于2017年9月推出iPhone X后,3D感测等新技术便成为今年讨论度最高的议题。说到3D感测,消费者最有印象的大概就是脸部解锁、Animoji表情侦测两项功能。随着其他手机厂商也将陆续跟进,之后可望见到非苹阵营手机搭载3D感测技术,集邦咨询LED研究中心(LEDinside)预估,全球行动装置3D感测市值将在2020年上升至15亿美元,年复合成长率为209%。

除行动装置外,3D感测技术也可见于其他多项应用,包含扩增/虚拟现实装置、车用领域、无人机、生物辨识、机器人、游戏设备、笔记本电脑和居家设备等。这也意味着有众多厂商投入3D感测模块、零组件、系统或是算法之研发。笔者列出各研发领域中主要厂商与其动态发展,其中包括我们早已熟知的科技大厂和一些耕耘多年也值得关注的厂商。

3D感测主要包含几项技术:飞时测距、结构光、Light Coding和 Stereo Vision,厂商以研发前两项居多。

Microsoft, Sony等大厂早已投入TOF飞时测距感测技术开发

TOF主要是透过光在镜头模块与受测物体间来回通行的速度来计算出与受测物体间的距离,而模块系统中关键零组件包含打出脉冲光的LED或雷射二极管和感测组件。经多年研发,TOF感测技术也渐成熟,主要投入研发的厂商有Microsoft、Sony、Infineon、 PMD Technologies。

从厂商投入TOF技术研发的历史来看,外界对Microsoft着力于3D感测技术研发的第一印象可追溯于2009年Microsoft以3500万美元买下3DV Systems,以及来年并购3D感测芯片研发厂Canesta的动态。此后推出的Xbox One游戏设备中的Kinect即搭载TOF感测技术,让玩家可以利用手势辨识或语音指令进行游戏。

另一大厂Sony,则是在2015年买下比利时手势识别技术公司SoftKinetic和其最知名的DepthSense TOF感测系统。两年后,Sony便推出全球最小的TOF感测组件,体积仅10微米平方像素却能非常精准执行距离量测。

同时,德国半导体厂商Infineon和PMD Technologies也投入3D TOF感测组件的开发使用于诸多应用,更合作开发华硕Zenfone AR中的REAL3 TOF图像感测组件。包含Google Tango和联想Phab 2 Pro中的3D模块,皆是采用PMD所研发的模块。

2017年七月PMD也宣布与中国新创公司Untouch合作,采用后者研发的3D手势辨识方案—黎曼平台作为CamBoard Pico flexx模块的中间件,可以让人们在使用行动装置过程中体验更直觉式的人机互动。

另外,德州仪器也为机器人、自动化建筑等领域研发了一系列TOF感测技术。

其实,大致看来,因为感测原理和距离计算方式等因素,TOF感测技术许多时候较常被使用于着重距离或物体侦测的应用中,为其提供量测距离等数据。

结构光感测技术由苹果供应链厂商主导

一个结构光感测模块内主要包含发射器和接收器,藉由向受测物体打出一个光形,接收物体反射回来的形变光,再透过算法来推算物体深度。而其中,VCSEL的角色便是提升出光集中度并确保光在通过晶圆级光学透镜和绕射组件后能均匀分布在物体上。

相较之下,以市面上的产品来说,结构光感测原理为推算法(推算物体深度),较常用在着重辨识/识别的应用里。依据不同算法,一方面可以辨别受测人或物的特征是否与系统中预存数据相符合,进而确认是否需解锁该应用装置,这正是iPhone X的face ID功能,因而,我们可以重新检视苹果的3D感测模块供应链。

苹果TrueDepth发射器模块中的dot projector、flood illuminator、proximity sensor代表先进光学半导体技术的集成。VCSEL的部分结合Lumentum和II-VI的设计、IQE的长晶技术、Winsemi的切割和AWSC的封装技术,而形塑结构光的DOE组件则是由Corning提供材料、台积电制造再由采钰和精材完成后段制程。

接收器模块则是采用苹果原有的700万画素相机和由大立光、STM、同欣电接力制造的红外线镜头。

而苹果前一阵子也宣布向Finisar下单3.9亿美元购买VCSEL置入无线耳机Airpods中,Finisar预计在2018下半年开始出货。

Qualcomm搭Himax将成2018年下旬观察焦点

除此之外,今年又将有另一条3D感测供应链浮出台面,成员包含:Qualcomm、Himax,再另外搭配潜在VCSEL供货商Lumentum或ams旗下的Princeton,可以期待将有搭载Himax研发的WLO、DOE组件与Qualcomm自家运算芯片和算法的3D感测模块上市。至于VCSEL的来源目前推测可能是具有生产6吋晶圆能力的Princeton和Lumentum两者其一。Qualcomm和Himax阵营的3D模块最快可能在下半年推出的Android手机中可以见到真面目。

3D感测需要的技术繁复,举凡算法、芯片、光学组件都必须符合高效、高规格标准,可以想象这背后投入的厂商数量何其多,未来几年更会越来越多,参与的厂商类别也会越来越多元。

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