对话∣ToF元年，中瑞企业共话ToF传感器
2019-07-24 08:03:50 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
麦姆斯咨询邀请来自瑞士和中国本土的ToF传感器供应商：瑷镨瑞思（ESPROS）和艾普柯微电子进行“对话”交流。两家企业就ToF传感器的技术、应用和市场动态交换了意见。接下来，让我们一起聆听中瑞知名ToF传感器厂商的观点分享！
访谈嘉宾：艾普柯CEO李碧洲、瑷镨瑞思（ESPROS）中国区市场销售总监金丰
访谈背景：
据麦姆斯咨询报道，早在2016年，联想（Lenovo）就在Phab 2 Pro智能手机中使用了pmd/英飞凌（Infineon）的3D摄像头解决方案（详见《联想Phab 2 Pro三维飞行时间（ToF）摄像头》），但3D ToF技术在智能手机上的应用一直处于不温不火的状态。直至2018年第四季度，中国智能手机厂商异军突起：OPPO发布RX17 Pro，集成索尼3D ToF摄像头（详见《索尼3D飞行时间（ToF）摄像头模组》）；vivo发布NEX双屏版，在背面采用第二块屏幕——星环溢彩屏并嵌入来自松下的3D ToF摄像头（详见《松下3D飞行时间摄像头模组》）。这些信息预示前景光明的ToF市场一触即发！因此，2019年被业界誉为ToF元年，而ToF传感器作为3D ToF摄像头的核心元器件更是广受关注。
在此背景下，麦姆斯咨询邀请来自瑞士和中国本土的ToF传感器供应商：瑷镨瑞思（光学）有限公司（英文名：ESPROS）、艾普柯微电子（以下简称“艾普柯”，也曾是联想Phab 2 Pro智能手机的定制版距离传感器供应商），进行“对话”交流。两家企业就ToF传感器的技术、应用和市场动态交换了意见。接下来，让我们一起聆听中瑞知名ToF传感器厂商的观点分享！
左：艾普柯CEO李碧洲，右：瑷镨瑞思（ESPROS）中国区市场销售总监金丰
麦姆斯咨询：首先，感谢艾普柯首席执行官（CEO）李碧洲博士和瑷镨瑞思（ESPROS）中国区市场销售总监金丰先生受邀参与“对话”。请两位先简单介绍下各自公司的背景情况、企业定位和主要ToF传感器产品，让大家对你们有初步的了解。谢谢！
李碧洲：艾普柯是一家以光学传感器为核心的无晶圆厂（Fabless）设计公司，我们主要设计和生产高性能的用于智能手机上的光学传感器，包括环境光传感器、距离传感器和ToF传感器；目前我们有QVGA ToF传感器、Half QVGA ToF传感器以及一些小分辨率的ToF模组产品。同时，基于我们多年来不断探索和积累的产品应用经验，我们能够针对客户需求，帮助客户实现专业的光学解决方案。
金丰：瑷镨瑞思（光学）有限公司是一家专注于近红外光图像传感器、3D ToF等光电产品和整体系统技术解决方案的供应商。我司拥有独一无二的CCD与CMOS相融合工艺及生产设备，能够突破现有工艺在近红外光范围的量子效应，提供高性能的近红外片上光学传感器系统。我们致力于为全球客户提供卓越的近红外光学片上系统芯片（SoC），用于设计复杂的低光度、高速处理、高光谱图像技术等应用。目前我司产品的主要量产应用于汽车电子、机器人、轨道交通、安防、工业等多个领域。
麦姆斯咨询：2019年被誉为ToF元年，主要源自3D ToF摄像头在多家主流品牌智能手机上的落地应用。2019年已经过半，请两位谈谈这半年对“ToF元年”的感受！ToF产业氛围如何？
金丰：各家3D ToF摄像头供应商均在公司内部不断加深自己的技术储备和产品的量产化，并针对不同的市场，根据自己的产品优势，深耕相应的不同领域应用。并且产业链上下游的不同厂商也在抱团，一起努力合作，以便在即将到来的ToF元年占有自己的一席之地。我相信马上在各行各业将会有更多的3D ToF量产化成功案例出现。
李碧洲：这半年来，最大的感受就是很多客户在考虑使用ToF方案，在积极摸索ToF的应用模式。从实际运作的情况看，今年主要还是ToF硬件落地的一年。ToF技术真正取得发展还需等软件应用，特别是手机游戏应用程序（如增强现实游戏）的爆发。
麦姆斯咨询：智能手机中的3D传感方案之争，你们认为未来的胜者是ToF还是结构光？可以分别就前置和后置3D传感展开论述。
李碧洲：结构光和ToF有各自的特点，目前它们在产品上的应用情况主要还是受技术上的成熟程度的影响。但是从长远看，和我去年和前年分享的观点一样，我们认为ToF将是智能手机中的3D传感方案的胜者。前置应用和后置应用的侧重点不一样，ToF都有自己的相对优势。前置3D传感可能会以小分辨率或单点ToF为主；结构光人脸识别方案会被屏下指纹替代，在一些支付领域反而会获得更大的机会。
金丰：从原理出发，结构光在近距离范围内具有较大的精度优势，并且目前结构光方案已经在手机上有大量成熟的应用。因此在前置应用中ToF能否攻占该山头，还需要从性能和成本来综合考虑；针对后置3D传感应用，同样从原理出发，由于涉及到较远的距离范围，结构光有着一定的局限，因此随着ToF技术的发展，在功耗和精度提升后，相信ToF优势会更大。
麦姆斯咨询：金总，瑷镨瑞思（ESPROS）目前在市场上遇到的竞争对手有哪些？如何看待中国厂商的竞争力？李总，艾普柯面临的竞争对手又有哪些？如何在与国际领先厂商的竞争中取胜？
金丰：由于国外的ToF技术发展较早，技术积累多，产品量产化能力和供货水平相对领先。并且各家的ToF技术原理和芯片设计功能偏向不同，根据自己的产品特性尽快实现大规模落地应用是目前各家厂商的主要目标，因此相互重合的大规模竞争还没有完全出现。同时，国内同行的追赶速度亦非常快，相信如果产品能够多次迭代并具备量产能力后，对整个ToF市场更多更广的应用将会有很大的促进作用。
李碧洲：我们同意金总所说的相互重合的大规模竞争还没有完全出现。我们会在手机市场采取与国际大厂产品兼容的方式，首先取得量产机会，同时在产品性能和产品型态上加大创新力度，或可有机会取得突破。比如我们会在小尺寸封装产品上率先采取小阵列形式，我曾在『第二十四届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』（参考新闻报道《艾普柯李碧洲：ToF产品小型化的机会与极限并存》）上进行过详细的介绍。作为一家本土企业，我们更加注重产品的抓地能力，能够帮助客户快速地将产品落地，得到市场的回报。
麦姆斯咨询：除了智能手机的3D人脸识别应用，今年还有哪些ToF应用让你们感到兴奋？请举例谈谈。
金丰：众所周知，智能手机的应用对ToF传感器的用量最大，因此很多的ToF厂商均将其作为主攻市场。除此之外，汽车电子的ADAS（高级驾驶辅助系统）以及安防领域的探测对ToF技术也有很大的需求，相信不久会有很多不错的应用落地。
李碧洲：我们基于在业内多年的积累，创造性地将ToF的应用分为成像应用和非成像应用两大类。就成像应用而言，我们认为ToF在AR（增强现实）方面的应用会取得巨大的机会，特别是AR游戏。就非成像应用而言，我们认为ToF将会在机器人导航等自动化领域有很好的机会。
麦姆斯咨询：3D ToF摄像头模组离不开光源（如VCSEL）、ToF传感器、镜头、算法等产业链各个环节的密切配合。请两位结合各自企业的情况，谈谈与3D ToF产业链开展的合作、遇到的问题以及收获等！
李碧洲：目前艾普柯的3D ToF摄像头模组与国内几家主要模组厂商开展合作，并借力他们的资源。随着产品开发的深入，我们越来越发现3D ToF产品是一项复杂的工程，未来将会专注于自己擅长的芯片领域，将其它工作交给产业链上下游公司，开展广泛的深度合作。
金丰：3D ToF产品是一个非常复杂的系统工程。每个环节的设计均会影响到整体的模组性能，并且不同环节的问题需要各自解决，才能达到各个性能参数最优。ESPROS基于在ToF领域多年的耕耘，不仅能提供稳定量产的高性能ToF芯片，同时也能够协助上下游产业链的合作伙伴对3D ToF这项技术有更深的理解。例如去年我们就在中国地区连续举办了两届ToF Conference学院，旨在帮助我们的产业链伙伴以及客户设计出最有竞争力的产品！
麦姆斯咨询：艾普柯是Fabless公司；而瑷镨瑞思（ESPROS）是Fablite公司，具备芯片特殊工艺的制造能力。请谈谈各自所采用的运作模式的原因，谢谢！
金丰：核心竞争力是每家公司立足于市场并长期稳定发展的根本。因此对核心竞争力的把握以及整合能力是企业所特有的、能够经得起时间考验和具有延展性的，并且是竞争对手难以模仿的技术和能力。所以在很多年前我们就掌握自己芯片的特殊工艺制造能力，并在几年前就已经与TSMC（台积电）一起投入大量的人力和精力合作开发ToF芯片特殊工艺的制造能力。特别是目前我们所有的ToF系列量产芯片均是基于该成熟工艺的量产产品，这不仅能够保证我们产品质量的一致性，还能够保障拥有大批量芯片的交付能力。另外，为了进一步提高核心竞争力以及产品的持续领先，我们也已开始了下一代工艺的研发和升级。
李碧洲：没错，艾普柯是一家Fabless公司。我们在ToF产品线的决策阶段，针对公司已有的技术基础、工厂工艺、产品应用、未来市场的特点制定了自己的产品战略和产品研发战略，即瞄准大批量产品的高良品率，以改善工艺为主，创新工艺为辅，降低成本，缩短周期，增加迭代。正是因为这个成功的战略，今天我们闯出了一条自己的独特的ToF产研结合的新模式。比如，在一些关键工艺上我们也与代工厂（Fab）合作开发，实现独有的CCD像素阵列工艺。标准CMOS工艺和艾普柯的特殊工艺都在相同晶圆上完成，虽然难度很大，也花了几年时间，但是效果还不错。一方面降低了产品的总体成本，缩短了产品的生产周期，另一方面为产品的进一步迭代积累了经验，为产品市场推广取得了竞争优势。
麦姆斯咨询：ToF技术又分为DToF（直接飞行时间法）和IToF（间接飞行时间法）。请金总为大家科普下这两者的原理、优缺点和应用范围，谢谢！
金丰：ToF技术的根本原理可以理解为：光速x时间=距离。那么由于光速是恒定的，如何获取时间的不同方法也就分为了DToF和IToF。
DToF是通过直接计算光飞行所需的时间（至少皮秒、纳秒级别）来获得距离信息，因此具有速度快、功耗低（光源）、抗干扰能力强等优势。当然同时由于时间采样在皮秒、纳秒级，因此对芯片以及整个系统的设计要求极高。ESPROS将于今年推出世界上第一款面阵级别的DToF芯片，以满足客户对于不同场景下的应用需求。
IToF是指根据不同的方法来间接获取飞行所需的时间，然后乘以光速来获取距离信息。例如目前比较常见的有相位差、时间切片、多门电路等方法均属于该范畴（Pulse ToF，即脉冲ToF，是从发射光源的角度来定义，其芯片接收原理目前仍然为IToF为主，因为还是需要信号累积的方式获取时间差。）。IToF的优势在于通过间接、累积的方式，消除大部分噪声，可获得较高的精准度，同时也利于更高分辨率像素的芯片设计。其缺点也比较明显，例如拖影模糊、多机干扰、多路径串扰等问题，会对应用产生很大的影响。
麦姆斯咨询：ToF技术精度在远近距离探测上各受到哪些因素的影响？请李总结合艾普柯这么多年致力于开发高精度ToF传感器的经验，为大家科普下ToF技术精度的定义、影响因素和解决方案，谢谢！
李碧洲：ToF摄像头在远距离探测会遇到帧率过慢、功耗高、多机干扰灯、太阳光等问题；近距离探测会受到暗角、多路径干扰、安规等问题。ToF摄像头的设计需要合理控制电子的运动状态，需要解决好光学问题。
ToF精度包括绝对精度和相对精度。精度与很多因素有关，如光源、工艺、驱动、电源。提高精度首先从硬件着手，如优化工艺、电路、芯片、印刷电路板、驱动、光学、灯。其次需要通过标定、算法优化等进一步提高精度。
麦姆斯咨询：请谈谈2019年艾普柯和瑷镨瑞思（ESPROS）的ToF传感器新品计划，以及主要针对哪些应用领域？
李碧洲：2019年，艾普柯将推出Half QVGA ToF传感器和小封装ToF模组，主要针对智能手机终端和无人机等领域；QVGA ToF Sensor主要针对门禁、门锁等人脸识别支付领域。
金丰：目前ESPROS是市场上唯一能够提供不同分辨率等级（1 Pixel、64 Pixel、160 x 60 Pixel、320 x 240 Pixel）的全系列可量产化3D ToF芯片供应商。因此，对于该系列产品我们今年会更多地关注现有产品的应用落地，并结合客户的应用反馈，融入到下一代新产品的计划中。当然，我们也会在今年正式推出两款全新的ToF芯片，使我司的产品具有更高的分辨率以及更远的探测范围（>260米）。之所以称为全新的ToF芯片，是指从原理层面到核心的底层工艺及像素设计，与目前的ToF芯片完全不同，使其能够从根本上给予不同的应用场景提供完整的ToF解决方案。
麦姆斯咨询：请谈谈中美贸易战对你们的影响？
金丰：ESPROS是一家瑞士公司，因此中美贸易对我们暂时还没有太大的影响。另外从客户角度出发，ToF依然还是一项新技术。因此无论是国内还是国外的供应商，其产品的稳定性、可量产性以及后续的技术支持和服务能力，才是目前客户的主要选择因素。
李碧洲：中美贸易战激发了我们本土集成电路/传感器从业者的决心和责任感。换个角度来看，这对我们的产品进入一线大厂是有利的，我们有更多的机会进入其评估测试环节。我们也会抓住机会，努力减小与国际大厂的差距。
麦姆斯咨询：今年，很荣幸地邀请到两位出席9月3日在上海举办的『第二十六届“微言大义”系列活动：3D视觉技术与应用（消费领域）』。请向观众透露一下今年的演讲重点！
李碧洲：我已经连续三年作为演讲嘉宾参加由麦姆斯咨询组织的同主题“微言大义”研讨会。3D传感从最初的扫盲启蒙阶段，发展成为行业热点，这个研讨会 起到了非常大的作用。同时带来的副作用是做3D ToF的公司越来越多，激烈的市场竞争给刚刚起步的ToF市场带来了很多不确定性。我们认为未来几年ToF产业链分工会越来越明确，在产业链关键节点上的龙头企业将会获得更多的机会，专注于ToF传感器、VCSEL（垂直腔面发射激光器）、Diffuser（扩散片）、模组和算法等单一方向的公司会各出现一到两家代表性企业。
金丰：首先非常感谢麦姆斯咨询的再次邀请。我将代表ESPROS介绍我们的核心技术，以及各系列量产芯片在不同应用领域的落地情况。并希望能与3D视觉产业链上下游企业共谋产业发展蓝图，交流3D ToF的更多潜在应用，以推动技术的发展服务于我们的生活。
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