3D感測熱潮來襲，智能型手機市場迎接新變革

source：Apple 官網

Apple iPhone X搭載Face ID功能，掀起產業對3D感測的高度關注，除了Android陣營廠商如華為、小米等預期將跟進，高通與奇景開發的3D感測方案也已經進入實機展示階段。

拓墣預估，至2020年全球智能型手機3D感測模塊產值將達108.5億美元。

3D感測技術原理

3D感測技術最關鍵也最具挑戰的部分，在於能夠精確的進行距離量測，而各家演算法不同形成了專利壁壘，也讓每家3D感測模塊零組件產生些微差異。目前較常見的感測技術包括Stereo Vision、Structured Light及Time of Flight(ToF)。

Stereo Vision透過2個相機模塊拍攝影像，進行三角測量法(Triangulation)等運算取得物體距離，此方法也是三者中唯一只需RGB相機模塊，而不用IR模塊技術。

此外，由於Stereo Vision需進行影像運算，多數狀況是需要1個額外的影像運算晶元輔助，所以也有些晶元廠商會推動此技術發展。

Structured Light原理是對空間以獨特的圖形打出IR雷射，透過雷射散斑(Laser Speckle)獨特性分析不同區域的IR距離，獲得景深圖。基本零組件包括IR發射器、IR相機模塊與RGB相機模塊。

Time of Flight原理是透過IR發射，獲得空間中每一點達到觀測點的時間，進而推算出距離，然後再得出3D景深圖，因此ToF同樣需IR發射器和接收器，並配合RGB相機模塊。

如果單純只是要透過ToF測量距離，接收器可用單顆感光二極體即可，但如果需要3D景深圖，就得採用感光元件或至少感應陣列。

3D感測產業鏈拆解

隨著3D感測崛起的關鍵零組件非VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面發射器)莫屬，其為IR發射器模塊光源，也是目前ToF和Structured Light等技術常用的光源。

相較於被取代的LED，VCSEL擁有更佳光束質量、較低光束髮散度(Divergence)，能耗也較低。此外，在模塊體積上，VCSEL也比邊緣發射激光器(Edge-Emitting Laser，EEL)更有優勢。

以結構來說，VCSEL晶元在切割好後，需與其他2項關鍵元件做封裝：晶圓級光學鏡頭WLO(Wafer Level Optics)和繞射式光學元件DOE(Diffractive Optical Elements)。封裝好的VCSEL模塊功能作為發射端(TX)，再與接收端(RX)如紅外線鏡頭搭配，即可建構成一套基本的3D感測系統。

VCSEL利用半導體製程生產，Apple陣營採用6吋砷化鎵晶圓做切割，但目前業界能達到6英寸量產的廠商並不多；其他VCSEL供應商目前能量產的多數為4吋、少數為3吋，使市場整體供需情況緊繃，也連帶影響非蘋陣營導入3D感測技術的速度。

以3D感測技術供應商來看，除了Apple陣營的Lumentum/II-VI外，非蘋陣營中，解決方案較完整(有能力提供模塊)的供應商實際上並不多，目前已出貨3D感測模塊給手機廠商的是Google陣營，由德國PMD設計IR CIS和Infineon代工，關鍵的VCSEL由Princeton Optronics提供。

另一個陣營是Qualcomm和奇景的組合，由Qualcomm提供解決方案和晶元設計，奇景提供WLO和DOE等光學元件。

結合以上因素，非蘋陣營要跟進採用3D感測模塊的門檻不低，因此如曠視科技提供的平台式人臉解鎖，將成為Android陣營克服以上難題的過渡期方案。

從iPhone X開始發酵，3D感測商機無限

觀察3D感測發展，過去聯想與華碩曾推出搭載Google Tango模塊的手機產品，但市場反應有限，直到2017年iPhone X導入TrueDepth相機模塊，才使3D感測重新受到市場關注。

從產品角度來看，iPhone X是支擁有處理AR和AI所需大量運算的裝置；在攝影角度上是除了二維信息外，擁有記錄空間概念的裝置，對光的處理從被動走向主動；在3D感測角度上來看，是3D感測將普及於行動裝置的啟始。

現階段市場最關注的莫過於Android陣營中，誰將率先跟進搭載3D感測模塊，目前呼聲最高的華為預計將會在2018年推出搭載後置3D感測模塊產品，主要應用功能是強化AR功能，並非iPhone X的人臉辨識，顯示Android陣營將先採取技術門檻較低的ToF方案。

此外，VCSEL主要供應商Lumentum與Apple間存在專利協議，使得Android陣營若欲在短期內跟進只能舍VCSEL而擇EEL，然而EEL的光電轉換效率較差，且成本較高，這將使Android陣營的3D感測方案在效率與成本上仍難與Apple匹敵。

據此，保守估計2018年最多可能僅有兩家Android廠商跟進，包括華為及呼聲亦高的小米，惟生產數量都不會太多，所以Apple仍將是手機3D感測的最大採用者。預計2018年全球搭載3D感測模塊的智能型手機生產總量將來到1.97億支，其中iPhone就佔了1.65億支。

此外，2018年的3D感測模塊市場產值預估約為51.2億美元，其中由iPhone貢獻比重就高達84.5%。

不過，3D感測模塊帶來的應用也不僅只有人臉辨識，還包括提升相機表現，甚至帶來人機互動界面革新等，因此若要與Apple競爭，非蘋陣營要大舉跟進採用3D感測模塊的可能性還是很大，長期而言，將有助於3D感測在智能型手機上的普及。

預計至2020年整體產值將達108.5億美元，而2018～2020年CAGR為45.6%。

3D感測技術不只有望成為智能型手機的標準配備，未來也將逐步導入至NB、電視、遊戲機、無人機、自動駕駛、居家自動化等領域，從生物辨識、AR強化到體感追蹤，帶來更多的可能性與商機。

文丨拓墣產業研究院 蔡卓邵