根據市場研究公司Yole Développement的最新調查顯示,全球3D成像與感測市場將以20%的年均複合成長率(CAGR)從2019年的50億美元成長至2025年達到150億美元。」

Yole, 3D Sensing, 2015-2025

2017年9月iPhone X上市,讓蘋果(Apple)在消費領域為3D感測設立了技術與用例標準。兩年後,Android手機製造商另闢蹊徑,採用飛時測距(ToF)相機取代結構光,並將其置於手機背面。

Yole光電、感測與顯示業務技術與市場分析師Richard Liu補充道:「相較於結構光,ToF模組在發射端只需一個垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)和一個擴散片,降低了複雜性。藉由背照式(BSI)感光技術,ToF感測器現在已有了大幅改善。成熟的生態系統也為他們帶來了成本優勢。這就是ToF之所以能贏得Android手機廠商青睞的主要原因。」

毫無疑問,3D感測的主要趨勢是從手機前部到後部的轉變以及ToF相機的大量採用。Yole在其年度成像技術與市場分析《3D成像與感測》(3D Imaging & Sensing 2020)報告中指出,後置將超過前置,其市場滲透率將在 2025 年達到近42%。

Yole, 3D camera, 2015-2025

3D後置感測應用多元化

行動裝置上的3D後置感測技術應該增加應用用例的多樣性。它最初被用於照相,以提高散景(bokeh)和變焦性能,現在將擴展到擴增實境(AR)和遊戲領域。除了智慧型手機,ToF相機模組面前還有著廣闊的應用市場,包括智慧駕駛、機器人、智慧家庭、智慧電視、智慧監控和VR/AR等。目前ToF感測技術在這些領域中的應用仍然處於起步階段。

3D感測市場的重要性意味著從成像到感測的轉變正在發生。由人工智慧(AI)驅動的裝置和機器人開始對其周圍環境更加瞭解,並發展出更深層次的人機互動。用於先進駕駛助系統(ADAS)的立體相機就是3D成像與感測技術備受期待的應用之一。

Liu解釋,「目前已有許多供應商聚焦於這項應用中最重要的元件——光達。市場上也有大量可供選擇的LiDAR技術,使得這一領域競爭日趨激烈。」

除了車用ADAS,物流業中的工業自動導引車(AGV)以及商業領域中的臉部辨識和刷臉支付也都十分成功。3D感測技術就這樣變得越來越無處不在。包括全域快門影像感測器、VCSEL、射出成型以及玻璃光纖、繞射光學元件(DOE)和半導體封裝技術等供應商們正從中獲益。

ToF重塑3D感測模組價值

那麼,ToF的應用對於供應鏈有何影響?

Yole成像業務總分析師Pierre Cambou指出,「行動裝置3D感測供應鏈正快速變化中。就像2017年結構光技術被導入iPhone一樣,包括Lumentum、艾邁斯(ams)和意法半導體(STMicroelectronics)贏得了第一輪。接下來,Princeton Optronics (ams旗下子公司)和 Finisar已經準備好進軍VCSEL市場,因此市場確實很快就會充滿競爭。」

2019年,工程材料和光電元件供應商II-VI Incorporated收購了Finisar,並協助其鞏固了現有的工業業務。在此期間,還另外發生了幾起大型併購案,如Philips Photonics被創浦(Trumpf)收購,ams買下歐司朗(OSRAM)。Trumpf和ams正積極向Android陣營的3D相機供應鏈邁進,分別為三星(Samsung)和華為(Huawei)提供VCSEL。

此外,還有另一家中國公司也正進軍3D感測生態系統:用於ToF的泛光發射器之VCSEL輸出光束無需編碼,因此更容易產生。這有助於中國供應商縱慧芯光(Vertilite)加入該市場,同時還贏得了華為的2019年3D感測訂單。此舉也受到在中美貿易衝突期間中國培養當地供應鏈的政策推動。

Yole, 3D imaging, main player

對於行動裝置後置3D感測來說,ToF陣列是關鍵的元件。ToF相機技術在201年首先應用於Phab 2 Pro智慧型手機,它採用的是pmd和英飛凌(Infineon Technologies)兩家公司的ToF陣列。在此之前一年,Sony買下了比利時手勢辨識公司SoftKinetic,取得其知名的DepthSense ToF感測系統。到2019年ToF相機模組起飛之時,此舉已讓Sony在3D感測接收器晶片市場的佔有率從零攀升至45%。憑藉其強勁的技術實力和供應產能,預計Sony將保持其於ToF領域的領導地位。

然而,由於CMOS影像感測器(CIS)晶片製造業一直競爭不斷,這一領域的競爭也將隨之加劇。pmd則與英飛凌聯手推出一款可以與之匹配的晶片。Yole分析師預計CIS巨擘三星和意法半導體將在今年各自推出間接ToF陣列感測器。三星已在其Galaxy Note 10+中採用了ToF技術。System Plus Consulting已在其反向工程與成本分析報告《三星Galaxy Note 10+ 3D飛時測距技術深度感測相機模組》(Samsung Galaxy Note 10+ 3D Time of Flight Depth Sensing Camera Module)一文中對其進行了深入分析。

Yole, ToF

整體而言,這場競爭在一小群CIS廠商中依然相當激烈。從中期來看,Yole預計隨著汽車LiDAR應用可能加入,將會出現更多的併購(M&A)機會。屆時將有大量極具競爭力的新興公司,其中還包括幾家中國新創公司,如禾賽科技(Hesai Technology)、速騰聚創(RoboSense)和鐳神智能系統有限公司(LeiShen Intelligence),提供大致上相同的基本半導體產品,包括CIS晶片、VCSEL、MEMS、晶圓級光學元件等。