作為全球前三的大高集成度ToF模塊廠商，ST已推出三代TOF產(chǎn)品，將于明年推出第四代TOF產(chǎn)品，在近日的媒體交流會(huì)上，意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張程怡與ST影像業(yè)務(wù)部應(yīng)用及技術(shù)經(jīng)理李詠深入分析了ST在TOF領(lǐng)域的成長(zhǎng)情況、TOF的市場(chǎng)前景，并介紹了ST較新的TOF產(chǎn)品的性能和主要特點(diǎn)。

根據(jù)IHS-Markit的統(tǒng)計(jì)，ST在整個(gè)CMOS影像傳感器與其他光電產(chǎn)品的市場(chǎng)份額中排在第五位，而ToF就屬于其他光電產(chǎn)品。利用先進(jìn)像素技術(shù)和硅制造工藝，以及光學(xué)封裝/模塊與影像系統(tǒng)的專長(zhǎng)，ST能提供差異化的智能傳感和光源解決方案。在TOF傳感器領(lǐng)域，ST率先將ToF傳感技術(shù)從研究實(shí)驗(yàn)室商業(yè)化為完全工業(yè)化生產(chǎn)的市場(chǎng)前列產(chǎn)品，ST是全球前三的大高集成度飛行時(shí)間(ToF)模塊廠商，迄今這些產(chǎn)品已經(jīng)在150多款智能手機(jī)中得到使用，并在近日已累計(jì)出貨10億顆。

而近日，ST宣布達(dá)成了10億顆ToF傳感器模組出貨里程碑，迄今這些產(chǎn)品已經(jīng)在150多款智能手機(jī)中得到使用，目前市場(chǎng)公認(rèn)的“十大拍照”智能手機(jī)，其中多款都配備了意法半導(dǎo)體的ToF傳感技術(shù)。TOF憑借自身優(yōu)勢(shì)儼然成為在移動(dòng)端較被看好的方案。據(jù)悉2018年前，ST的TOF出貨量為3.5億，發(fā)生如此高的成長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)因素有哪些呢?張程怡解釋到，一方面是主要得益于手機(jī)市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，另一方面是在客戶數(shù)以及在各個(gè)客戶數(shù)上面拿到的項(xiàng)目從未停過(guò)。ST的ToF產(chǎn)品叫做FlightSense。

FlightSense利用飛行時(shí)間ToF原理，提供高精度的距離測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于FlightSense的測(cè)距原理，張程怡介紹道，ToF測(cè)距芯片發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇到物體后反射，F(xiàn)lightSense傳感器根據(jù)光子往返飛行時(shí)間來(lái)直接測(cè)算物體與傳感器的距離，測(cè)量精度不輕易受被測(cè)物體表面特性的影響，是通過(guò)激光強(qiáng)度差進(jìn)行測(cè)距所達(dá)不到的。同時(shí)，該方式測(cè)距時(shí)間非?？?，僅需幾毫秒。并集成為一個(gè)符合安規(guī)，保障人體安全的激光傳感器。

5年以來(lái)，ST已經(jīng)陸續(xù)推出了VL6180X、VL53L0X、VL53L1、VL53L3、VL53L5四代FlightSense產(chǎn)品。其中VL53L5是ST第四代產(chǎn)品，將于明年正式推出。ST的FlightSense路線圖從高性能一維測(cè)距器件擴(kuò)展到了多區(qū)域解決方案，并且最近還增加了高分辨率3D深度感知能力，以實(shí)現(xiàn)采用先進(jìn)接近感應(yīng)、人體存在檢測(cè)和激光自動(dòng)對(duì)焦的創(chuàng)新應(yīng)用。“經(jīng)過(guò)不同世代產(chǎn)品的累計(jì)，我們已經(jīng)突破10億出貨量。有趣的是，我們沒(méi)有因?yàn)槌隽说诙桶训谝淮麥缌?，因?yàn)槊恳淮胁煌拈L(zhǎng)短距離、不同的角度，可滿足不同的需要。”張程怡介紹到。ST的VL6180、VL53L0和VL53L1等系列產(chǎn)品正在大批量生產(chǎn)，用于消費(fèi)類、個(gè)人計(jì)算機(jī)和工業(yè)市場(chǎng)。

新推出的VL53L5尺寸為6.4x3.0x1.5mm，主要有兩大特點(diǎn)：

特點(diǎn)一：角度大。張程怡講到，普通的產(chǎn)品視場(chǎng)角一般控制在25-27度左右，ST的VL53L5視場(chǎng)角(FOV)較大能夠達(dá)到61度。FOV61度的好處有兩點(diǎn)：一是大角度覆蓋范圍更廣，更適合大家電、大熒幕等稍大些的產(chǎn)品;二是此大角度可以編程，客戶可根據(jù)自己的需求編程到所需要的角度，在所謂FOV有效角度上，可透過(guò)算法縮小、中間變化給予新的彈性。

特點(diǎn)二：可切割。L5具有MZ(multi-zone，多區(qū)域)的特點(diǎn)，可以做切割，切割后分成四個(gè)區(qū)塊，即四個(gè)象限，每個(gè)象限可以再切割，達(dá)到16個(gè)區(qū)域或更多，以16有效區(qū)域?yàn)槔總€(gè)區(qū)域都能獨(dú)立輸出測(cè)距，這代表了初步的深度變化。以人臉為例，臉是有深淺差別的，在臉上切的格子達(dá)到的效果：鼻頭距離較短、耳朵距離較遠(yuǎn)、額頭距離中間，以此得到臉的雛形。

據(jù)張程怡介紹，從前幾代的27度增大到61度，L5在軟硬件上均做了改進(jìn)，硬件上發(fā)射端加了鏡頭，以擴(kuò)展更大的角度;接收端的凸透鏡也做了放大，但因?yàn)榧恿诉@些光學(xué)的鏡頭套件，L5芯片的尺寸比前代稍大了一點(diǎn)。軟件的改進(jìn)也十分重要，因?yàn)槭盏降男盘?hào)會(huì)更多，軟件要有足夠的能力去識(shí)別和處理。

STTOF產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

相較于其他ToF，意法半導(dǎo)體的ToF有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：尺寸小，一級(jí)安規(guī)，數(shù)字輸出，非模擬值，高精度。張程怡介紹到，STTOF芯片更大的賣點(diǎn)是高精度，能夠抗溫度變化、各類室內(nèi)光源、目標(biāo)物顏色干擾。冬天大家的衣服是深色，這個(gè)光發(fā)出來(lái)都被吸收了，返回的很少，普通的TOF會(huì)認(rèn)為信號(hào)弱距離短，所有穿黑衣服的都是距離近的，所有穿白衣服的都是遠(yuǎn)的，如果不是STToF就很容易得出這一非常誤導(dǎo)的結(jié)果，是因?yàn)橐路压馕辗瓷淞恕?/p>

這些TOF產(chǎn)品能有如此優(yōu)越的特點(diǎn)，ST獨(dú)有的光學(xué)制程有著不可磨滅的貢獻(xiàn)。據(jù)悉，ST的ToF傳感器模組采用其單光子雪崩二極管(SPAD)傳感技術(shù)，在ST位于法國(guó)Crolles的300mm前端晶圓廠制造，在其先進(jìn)的后端封測(cè)廠進(jìn)行組裝和測(cè)試(ST在深圳和菲律賓共有2個(gè)后工序封測(cè)廠)。最終的ToF傳感器模組集成了SPAD探測(cè)器、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)以及確保器件卓越性能的必要光學(xué)元件。

除此之外，ST的生態(tài)系統(tǒng)也在支持FlightSense和STM32軟硬套件充分整合。“我們的開發(fā)工具還提供推薦的蓋片樣片給客戶，即在芯片上搭濾光片，就像人體的眼皮蓋住眼睛一樣，芯片也需要一個(gè)實(shí)物保護(hù)，因?yàn)樾酒幸话l(fā)一收兩個(gè)開口，空氣中有水氣、灰塵，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)有問(wèn)題，所以要適當(dāng)?shù)恼谏w。”

ToF應(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)

ST的ToF傳感器模組已被廣泛設(shè)計(jì)用于機(jī)器人吸塵器、筆記本電腦、兒童平板電腦(保護(hù)眼睛)、自動(dòng)水龍頭、家用無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和投影儀等。ST的FlightSense支持在一個(gè)機(jī)器人中安裝多個(gè)傳感器，且集成過(guò)程非常容易;還可以用于用戶存在檢測(cè)，測(cè)距長(zhǎng)度從近距離到4米;FlightSense不僅可以提高人類用戶體驗(yàn)，還能給寵物增加生活樂(lè)趣。ST非常看好ToF市場(chǎng)的發(fā)展前景，并將繼續(xù)開發(fā)能夠助力創(chuàng)新用例的ToF傳感器模組，憑借卓越的交付和品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)關(guān)鍵市場(chǎng)的高要求客戶。

根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)也顯示，全球3D成像和傳感器的市場(chǎng)規(guī)模在2016–2022年的CAGR為38%，2017年市場(chǎng)規(guī)模18.3億美元，2022年將超過(guò)90億美元。其中，消費(fèi)電子是增速較快的應(yīng)用場(chǎng)，2016–2022年的CAGR高達(dá)160%，到2022年消費(fèi)電子市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)60億美元。目前ToF傳感器仍是以手機(jī)相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦輔助為應(yīng)用為主，然而，在手機(jī)市場(chǎng)已趨飽和的情況下，ST也開始布局其他的應(yīng)用領(lǐng)域，包括測(cè)距、接近檢測(cè)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、門禁、農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)等等。張程怡總結(jié)到主要有三大應(yīng)用：

一是應(yīng)用于對(duì)焦，照相是一種對(duì)焦，因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確得到距離，投影儀是一種對(duì)焦，因?yàn)閷?duì)著墻來(lái)投影，因此TOF通常用于設(shè)計(jì)比較高端的照相系統(tǒng)或投影系統(tǒng)；二是人的檢測(cè)?，F(xiàn)在的智能系統(tǒng)，比如進(jìn)高鐵機(jī)場(chǎng)的閘機(jī)還不夠完善，還需要人員操作，當(dāng)這個(gè)事情持續(xù)推廣下去，人在一米處系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)，不管是刷臉、刷指紋，系統(tǒng)會(huì)非常流暢。再就是更先進(jìn)的有人臉識(shí)別機(jī)、廣告機(jī)，當(dāng)人過(guò)來(lái)的時(shí)候進(jìn)行啟動(dòng)；三是物件的檢驗(yàn)。較簡(jiǎn)單的是掃地機(jī)器人的避障。