2017年，苹果iPhone X前置构造光(SL)模组开启了3D成像和传感时期。随后，安卓智能手机推进第二波3D成像和传感应用，iToF(间接飞行时间)模组加快浸透。2020年3月，苹果新款iPad Pro闪亮退场，捧红了dToF(直接飞行时间)模组——激光雷达扫描仪。那么，2020年下半年苹果行将发布的iPhone 12系列手机能否会再接再厉，加快dToF应用步伐呢？       3D视觉热潮来袭，“ToF”接力“构造光” 　　视觉是人类获取信息的主要载体；相似地，视觉传感器也是机器获取信息的主要载体。模拟人类视觉体验，机器视觉正从二维(2D)走向三维(3D)，并在某些方面超越人类视觉，为丰厚多彩的创新应用提供开展驱动力。往常，3D传感分离人工智能(AI)，正在改动着各行各业的运转形式和人类的生活方式：从“智能手机人脸辨认、批发行业刷脸支付”，到“交通工具自动驾驶、游戏范畴体感操控”，再到“加强理想(AR)、虚拟理想(VR)”…… 　　在消费电子范畴，3D成像和传感模组主要有三大类：平面视觉、构造光、飞行时间(ToF)。但是在智能手机上很难寻觅到平面视觉的身影，主要是构造光和ToF的竞争。构造光和ToF都属于主动光探测计划，包括发射端和接纳端两局部，以典型的3D iToF摄像头模组为例，发射端中心元器件包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)、扩散片(diffuser)和透镜，接纳端中心元器件包括ToF图像传感器、窄带滤光片和透镜。构造光的“舞台”是手机前置摄像头，而ToF则能够“前后通吃”，特别是应用手机后置摄像头完成加强理想(AR)功用，都是ToF的天下。固然iPhone X采用的构造光被以为是3D成像和传感时期的起点。但是越来越多的智能手机3D模组向ToF开展，从而提升屏占比(全面屏趋向)和抗阳光干扰性能，并降低计算量和本钱。 　　其实，智能手机的ToF应用早于2014年开端了，不过当时还没完成3D成像和传感，仅仅是单点或小阵列测距(1D dToF计划)，主要应用是自动对焦、接近检测、人体存在检测。2014~2018年期间，意法半导体(ST)简直独享手机ToF测距/接近传感器市场，2019年11月宣布出货量打破10亿大关。艾迈斯半导体(ams)嗅到了此商机，除了为华为定制了ToF测距/接近传感器，还于2019年推出全球最小的集成式ToF测距/接近传感器：TMF8701。 　　在3D ToF方面，人脸辨认、手势辨认、加强理想等应用成为增长驱动力。由于采用背照式(BSI)技术，iToF图像传感器如今有了很大的改良，分辨率可达VGA(640像素 x 480像素)以至更高。在成熟的3D视觉生态系统中，iToF计划也具有本钱优势。这些是iToF博得安卓智能手机厂商喜爱的主要缘由。除智能手机之外，3D ToF在智能驾驶、机器人、智能眼镜、智能电视、聪慧安防等范畴都具有宽广的开展前景，吸收了众多传统CMOS图像传感器、指纹辨认传感器厂商参加“战局”。其中，索尼(Sony)无疑是3D ToF范畴的领头羊，pmd与英飞凌(Infineon)也发布了一款极有竞争力的ToF图像传感器。业界预测CMOS图像传感器巨头三星(Samsung)和意法半导体将在2020~2021年推出本人的ToF图像传感器。 　　索尼在ToF范畴的胜利离不开一项收买——2015年10月8日收买比利时公司SoftKinetic，进军ToF传感器范畴。2017年12月18日，SoftKinetic正式更名为Sony DepthSensing Solutions，增强DepthSense®系列产品的市场位置。然后到2019年，ToF摄像头模组市场起飞时，这一举措使索尼在3D成像和传感接纳芯片范畴的市场份额从0%上升到45%。凭仗强大的技术研发和供给才能，索尼有望继续坚持在ToF传感器市场的抢先位置。       苹果捧红3D dToF技术，中国厂商积极规划 　　2020年3月，苹果(Apple)公司发布了新款平板电脑：iPad Pro，搭载了基于3D dToF技术的激光雷达扫描仪。这关于消费电子产业界来讲无疑是一场激烈的视觉“地震”！而“震中”则是索尼为苹果定制消费的dToF图像传感器，其基于SPAD(单光子雪崩光电二极管)阵列，分辨率到达3万像素。依据全球多位剖析师预测，2020年下半年苹果行将发布的iPhone 12 Pro Max很大可能后置激光雷达扫描仪，从而促使一些安卓智能手机从3D iToF转向3D dToF。拜苹果所赐，激光雷达从汽车电子范畴蹿红到消费电子范畴。 　　在单芯片上集成SPAD阵列和测距电路的光电探测处理计划，可完成低激光功率下的远间隔探测才能，并降低整体系统功耗和减小体积。但无论是对SPAD阵列芯片的设计才能，还是对制造工艺和封装技术，请求都十分高，因而，全球具有上述综合才能的厂商屈指可数。受益于中国的创业环境和应用市场，一批具有创新才能的海归专家和外乡精英投身于创业浪潮之中，撑起dToF传感一片天！据麦姆斯咨询调研，目前正在从事dToF传感器研发和消费的中国初创公司主要有芯视界(visionICs)、灵明光子(Adaps Photonics)、芯辉科技(Xilight)、飞芯电子(ABAX Sensing)、宇称电子(Microparity)、秉正讯腾等。 　　在实践的3D成像和传感应用中，外界环境复杂多变，会产生大量干扰和噪声，iToF技术面临着“多径干扰、飞行像素、精度随丈量间隔降落”等诸多应战，因而并没有取得苹果的喜爱。而dToF技术产生的误差在正常工作范围内不随间隔变化，受多径干扰的影响小，并且功耗更低。因而，相比iToF，dToF在远间隔、复杂环境的应用中具有优势，为智能手机加强理想(AR)及更普遍的3D传感应用范畴提供新的技术选择。在这里需求强调一句：iToF和dToF各有本人的特性和优势，用户应该依据实践应用场景选择适宜的技术道路。 　　SPAD自从被提出以来，就以其极快的响应速度和极高的灵活度等特性，成为弱光探测和高速成像研讨范畴的一个热点技术。但是SPAD芯片完成大阵列的技术难点有很多，既包括器件物理层面的问题，例如提升小像素的光子探测效率(PDE)，也涵盖电路设计和制造工艺方面的问题，例如TDC(时间-数字转换器)、淬火电路设计、跨阻放大器、3D堆叠工艺。       汽车激光雷达将成为ToF市场的发力点 　　汽车激光雷达作为一种采用ToF原理的测距系统，其中心元器件包括光源、光束支配元件和光电探测器。其中，光电探测器分离飞行时间丈量电路(包括TDC、TIA等)能够将探测目的的间隔信息由光信号转换为电信号，以便汽车ADAS或自动驾驶系统了解外界环境情况并及时操控驾驶行为。随着激光雷达中心元器件采用半导体技术，本钱不时降低，而性能不时优化，激光雷达也将从价钱昂贵、模仿信号输出、机械旋转式的初始阶段，逐步过渡到价钱亲民、数字信号输出、关键元件固态化的阶段，势必成为ToF市场的重要推进力气。 　　例如，Ouster采用共同的数字技术、多光束闪光激光雷达架构，提供高分辨率、高牢靠性、低本钱的数字激光雷达，其中心芯片均是自主研发，包括一颗VCSEL阵列和一颗SPAD芯阵列；览沃科技(Livox)发布的Horizon(浩界)高性能激光雷达采用具有六个敏感单元的APD线阵，其由日本滨松公司定制消费。 　　从激光雷达光电探测器的像元排列方式来看，能够分为单点式、线阵式和面阵式。机械旋转式激光雷达主要采用单点雪崩光电二极管(APD)，随着激光雷达固态化的开展，逐步过渡到线阵式和面阵式光电探测器，如SPAD阵列。但SPAD阵列制造难度高，供给商稀缺，产业链尚未成熟。硅光电倍增管(SiPM)也面临类似的问题，技术主要控制在国际大厂手中(如滨松、安森美半导体)。我们也十分等待着芯视界、灵明光子、芯辉科技、飞芯电子等国内光电探测器创业公司尽早完成技术打破和产品量产！