3D dToF傳感市場升溫 ams搶進頭籌

自從蘋果去年在其最新產(chǎn)品中導(dǎo)入dToF后，基于dToF的3D傳感市場開始升溫，圍繞3D場景的應(yīng)用有望成為今年智能手機升級價值亮點。這些場景包括影像增強、對象掃描、AR和自動對焦輔助等，它們通常基于手機的后置傳感來實現(xiàn)。其中AR應(yīng)用正在成為一個新的增長點，而這一應(yīng)用需要高精度、低噪聲和高可信度的深度圖，并且要低功耗和穩(wěn)定的幀率——減少重建時間并支持與其他攝像頭進行圖像融合。

圖：后置3D ToF用例中對分辨率、功耗和距離在性能上有不同要求

這些都離不開3D深度攝像頭。在dToF浮出水面之后，有關(guān)iToF和dToF之間差異比較的討論已經(jīng)很多，畢竟之前包括手機在內(nèi)的設(shè)備搭載的ToF都是前者，因其原理簡單，系統(tǒng)容易集成，也不需要額外測量電路和算法。但iToF由于其工作機制，在分辨率、功耗、多路徑干擾和標(biāo)定上都存在短板，而dToF則沒有這方面的問題。

圖：dToF與iToF的關(guān)鍵規(guī)格對比

既然性能優(yōu)勢明顯，那為什么至今除了蘋果搭載，其他手機廠商都未見有相關(guān)產(chǎn)品面市？因為dToF系統(tǒng)門檻很高，供應(yīng)商需要在VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)發(fā)射器、SPAD(單光子雪崩二極管)接收器、TDC讀出電路、軟件和算法以及系統(tǒng)集成和制造工藝上擁有深厚的功力才能提供整套方案。

顯然，這正是3D傳感器頭部廠商發(fā)力的領(lǐng)域。ams最近發(fā)布了一款3D dToF傳感器方案，包含VCSEL陣列、點陣光學(xué)系統(tǒng)和SPAD傳感器。ams市場經(jīng)理Sarah Cheng強調(diào)，基于其晶圓級光學(xué)WLO技術(shù)，以及微型化封裝和獨特的人眼安全集成工藝，ams這套方案在3個方面體現(xiàn)出其獨有的差異化特性：

一是在所有光線條件（包括強光，弱光，室內(nèi)，室外，較復(fù)雜的環(huán)境光等）下，在恒定分辨率下可實現(xiàn)較大的距離檢測范圍和絕對的距離檢測精度，目前iToF和結(jié)構(gòu)光傳感方案都不可能實現(xiàn)這點；二是高環(huán)境光抗擾性，和目前市面上的3D ToF方案相比，其峰值功率高出20倍，意味著該傳感器可以在室外強光的環(huán)境下仍然保持非常好的精度和性能；三是針對移動設(shè)備在室內(nèi)掃描距離范圍內(nèi)的高幀率（>30fps）運行環(huán)境，優(yōu)化最低平均功耗。

圖：ams 3D dToF方案設(shè)計初稿和性能目標(biāo)

“整個系統(tǒng)分為兩個模組，一個是高功效的光源模組，而另外一個是SPAD 3D 攝像模組，”Sarah Cheng說，“把兩個模組分開有一個好處，在手機廠商設(shè)計整個系統(tǒng)的時候，他們可能有更多的靈活性在主板上去做零部件的排位和設(shè)計，提高了靈活性?！?/p>

無疑，這套方案顯示出ams在激光架構(gòu)上的核心技術(shù)優(yōu)勢，包括高功效的自有IP架構(gòu)的點陣發(fā)射器，大功率VCSEL技術(shù)以實現(xiàn)高環(huán)境光抗擾性，針對超短脈沖的優(yōu)化連接以實現(xiàn)高距離精度以及低EMI輻射的VCSEL驅(qū)動器(VOD)系統(tǒng)。此外，其優(yōu)化的封裝設(shè)計使整套系統(tǒng)在傳熱性能和人眼安全上都得到了優(yōu)化。

一組在室內(nèi)光線和微弱光線下該方案評估套件的3D渲染深度圖像輸出演示顯示出其深度信息的精確性，包括5米內(nèi)不同沙發(fā)的位置以及背景墻等。ams大中華區(qū)應(yīng)用市場總監(jiān)Bing Xu博士表示，ams的這套方案的絕對分辨率是在所有的測試范圍距離內(nèi)小于8mm，借助于CMOS的堆疊封裝工藝，其SPAD、TDC和信號處理器進行了高度集成。

圖：該方案基于高通平臺的安卓開發(fā)板

針對這套3D dToF傳感方案，ams和計算機視覺成像軟件供應(yīng)商虹軟進行了合作。這一合作針對ams光學(xué)傳感系統(tǒng)的特點，結(jié)合RGB相機的輸出，對虹軟中間件進行了優(yōu)化，實現(xiàn)即時定位與地圖構(gòu)建（SLAM）和3D圖像處理，將深度圖轉(zhuǎn)換為精確的場景重建。此外，虹軟軟件還集成了3D圖像輸出和移動設(shè)備的顯示，以支持更多沉浸式AR體驗，這使得制造商能夠快速簡單地在移動設(shè)備中實現(xiàn)AR功能。而對于移動設(shè)備OEM而言，因為方案本身能與安卓操作環(huán)境集成，減少了集成dToF功能的工作量。

在去年與歐司朗整合后，ams在2020年的自然年度的營收為42億美元。ams大中華區(qū)銷售和市場高級副總裁陳平路解釋，該營收是ams全年和歐司朗下半年的收入總和。整合帶來的最大變化在于，ams的業(yè)務(wù)范圍由原來的消費電子擴張到汽車工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，并且IP專利也有很大提升，目前已有的和正在申請的專利超過15000個。而這一整合也將給ams核心的可視化、光源和傳感業(yè)務(wù)帶來更多的市場機會。

在剛剛結(jié)束的上海MWC 2021展上，ams展出了這套3D dToF方案，該方案預(yù)計將在2021年年底前量產(chǎn)。