元宇宙号角响起 3D传感更见锋芒

元宇宙(Metaverse)是利用多种新型技术，打破虚拟、真实世界与网络的界线，透过戴上AR/VR装置後，即可创造分身进入3D虚拟世界与人交流互动，并可自由穿梭各平台、空间。

市场与产业人士关注的焦点，除了包括科技巨擘们对於延展实境(XR)整体的蓝图想像，另一块就是在协助上述愿景落地的硬件装置，如发展的较早的VR头戴式装置，到诉求更多元应用场景、使用者体验更佳AR眼镜等。

与所有创新的科技产品一样，要促成上述的XR装置要能真正大规模商用、走进人们的生活，有赖许多周边技术不断升级、进步来支持，而时差测距(Time of Flight；ToF)技术便是其一。

ToF技术近年已被大举应用在智能手机，作为脸部解锁设计成形关键，也持续在不同的应用场景、多重终端中现身。举例而言，像是电竞键盘也采用ToF镜头，来侦测使用者是否有在使用，甚至包括物流、品质检测、机器人、门禁、保全维安、医疗以及驾驶监控等使用情境，都会运用到3D深度传感ToF技术，以解决传统2D技术无法克服的许多问题，凸显ToF技术未来应用范畴相当广泛，当元宇宙号角响起，ToF技术也被看好在AR/VR装置中绽放光芒。

根据全球市场产业调查分析，全球ToF传感器的市场规模在2021~2025年内，预计将有20%的年复合成长率，规模有望来到7亿8,863万美元，其中，市场成长驱动力主要来自AR/VR应用、3D镜头以及车用领域等。

手机品牌厂拥抱3D ToF　茁壮AR生态系

在前几大手机品牌厂的旗舰机中，已可看见导入3D ToF的技术。3D ToF可被用於手机前置镜头、後摄镜头中，除了都能在拍摄功能加分外，品牌厂其实更看好的是导入3D ToF镜头後，对於动作捕捉，与环境、空间、人像的3D建模等功能，能替未来自家AR生态系蓝图增添实力。

从整体市场面来看，当愈来愈多3D与精准定位的数据被蒐集，也能带动更多不同供应链成员，投入相应的资源在开发AR相关应用，替下一个被认为有望扛起「杀手级应用」之称的AR眼镜铺路。

熟悉光学元件的产业人士指出，AR眼镜相比与VR头戴式装置的技术难度已是不同量级，由於AR体验得与现实场景发生的状况互动，因此成像系统的设计更为复杂。

若再拿极具指标意义的苹果(Apple)希望打造的规格、功能来看，从显示技术、光学、芯片设计都还有关卡要过，但只要事成，绝对能将AR商机带上另一个层次。

此外，不论在VR或AR装置中，几乎已可确定物件侦测、手势识别将成为元宇宙愿景落实的基石，3D传感技术的重要性自然不言可喻。

从光学镜头、光学镀膜业者的角度来看，2022年VR装置相关需求将持续、稳定放大，并在2~3年内随着用户数有感成长，发展到一个相对成熟的阶段，关键推力包含相关零组件成本降低、品牌业者订出具备市场竞争力的终端售价、软件/虚拟世界的丰富度上升等。

而AR装置，在2022年多半从终端品牌厂的角度视之，还不算被定位在量产型的设计，但零组件供应商都会在客户要求下，推出新一代版本设计，寻求技术突破，替未来商机蓄积量能。

可以确定的是，如配合光波导显像技术的光波导元件(LOE)、对应结构光3D传感的高折射绕射元件(DOE)、眼球追踪相关元件，以及AR相关投影、传感镜头、目镜等，需求都将持续成长。

ToF庞大商机　供应链争相竞逐

ToF技术市场应用的庞大商机，也引爆了相关供应链的争相竞逐。观察iPhone 12 Pro中的3D後端镜头采用了结构光(Structured Light)技术，同时也引入了带有dToF阵列传感器的3D镜头，加上iPhone 13也全系列导入ToF镜头，这让3D传感市场向前迈出了一大步。

其中，意法半导体(STM)和Lumentum因为在苹果供应链中，因此受益最大；其他供应商包含Sony、奥地利微电子(AMS)和大立光等主要3D镜头零组件厂商，以及模块制造商乐金Innotek(LG Innotek)和舜宇光学等，也都从中受益。

而ToF在车用产业链中，若以激光雷达传感器制造商为中心，上游供应商包括光源、光传感器、前端信号处理或控制芯片的设计及制造商，下游客户则为汽车产业中的Tier 1零组件供应商或是汽车厂商。

目前激光雷达传感器的主要系统业者包括有博世(Bosh)、ASC(Advanced Scientific Concepts)、电装(Denso)、Ibeo、Quanergy、Valeo、威力登(Velodyne)等公司投入，并已针对车用激光雷达传感器及AI演算法相关技术整合进行专利布局。

随着ToF成为激光雷达传感器的关键技术，大家也好奇ToF模块的关键零件到底是什麽？简单将ToF的发射端、接收端分成四大部分，分别为ToF传感器(sensor)、VCSEL、红外光窄带滤光片(NBPF filter)、镜片(lens)，其中sensor是最主要的主导者，而在车用的ToF sensor中，目前全球主要的角力玩家，包括有意法半导体、安森美(Onsemi)、Sony、亚德诺半导体(ADI)等，也就是属於接收端的ToF传感器方面，现在都以模块的方式出货，而其激光雷达系统商则为博世、ASC、电装等。

至於ToF发射端则需要精密的光学元件，协助光束达到均匀化、散射或集中、高穿透等目标。在接收端也需要镜片及红外光窄带滤光片，协助接收由发射光接触前方物件反射之光源，同时滤除环境杂讯後留下特定波长之光信号(通常为850nm、940nm、1350nm、1550nm)，也因此，ToF模块成败的关键，很重要的一个部分在於NBPF Fliter，也就是如何在除去杂讯後，让光源可以接近100%实体样貌，并精准运算距离。

後进者快速掠夺市场的秘密

目前在全球NBPF Fliter供应商中，具有技术能力及专利的业者主要有两家，一是美商Viavi，另一家则是台湾的晶瑞光。在中美科技战开打後，众多品牌业者及关键sensor厂商积极寻找第二供应来源，这也使得台湾的晶瑞光得以发挥战略地位。

晶瑞光表示，其自行开发的940nm NBPF filter产品，主要是运用光学多层薄膜溅镀技术，共经过70~90层溅镀制程技术，能控制中心波长值穿透率大於96%以上，与外界一般NBPF filter产品仅能达到90%相比，效能相对优良，同时能协助客户从高效能单曲测距装置，扩展到多区域侦测解决方案，满足广角镜头应用。

晶瑞光的NBPF产品拥有欧美、日本等多国专利保护，获得欧系、日系两大sensor厂商认可，并已进入品牌厂验证阶段；至於在激光雷达方面，也已获得1家sensor厂认证为NBPF指定供应商，预计於2022年第2季量产。

晶瑞光早在2017年即开始积极布局3D立体影像传感技术ToF、VCSEL等关键零组件模块的光学滤光片，目前晶瑞光与三家国际ToF sensor大厂密切开发中，其中，在欧洲及日本的国际传感器已取得AVL，第三家在韩国的S半导体厂也已完成光学验证，日前正进行ToF模块功能测试。 晶瑞光於2020年已取得台湾、国内、日本、德国等相关NBPF产品的发明专利技术，并於2021年第2季後陆续再取得韩国、法国、美国等三国的发明专利，陆续仍有多国在申请中，此外，产能规划的布建也逐步到位。

晶瑞光表示，随着主要客户的发展，将持续打入更多智能手机品牌与车载应用供应链中，对於NBPF filter产品的需求放大，将带动新产线生产学习曲线良率提升，同时也将进一步发挥产能规模经济的效益。

3D传感市场前景蓬勃

苹果在2017年时，透过结构光技术将3D传感带进手机应用领域，另一项3D传感的ToF技术接续成为手机品牌接受度最广的解决方案，许多手机品牌已悄然将3D传感视为一项具有巨大潜力的技术，使得市场前景蓬勃发展。

加上自动驾驶将加速激光雷达(LiDAR)在单一车款的渗透率，并可望以倍数成长，视汽车高低端车款的定位以及智能自驾效能的高低，预估平均将从6~8组大幅提高至24~36组，使得ToF技术需求不断攀升。

这样的情况下，随着ToF市场兴起，未来手机的3D传感技术将不再局限於简单的人脸识别和人脸解锁应用，而是进一步扩展到3D物体识别、建模、AR等各种功能。

谁能拥有最佳的战略地位，并伴随着专利保护的壁垒以及充足的产能，将成为3D传感市场大饼分食者的致胜关键。

责任编辑：陈至娴