出货10亿ToF模块，起底意法半导体传感器转型

在ToF(飞行传感器)传感器领域，首先最容易让人想到的企业是艾迈斯 (AMS)和英飞凌(Infineon)。但是现在，意法半导体杀出重围，后来居上，好不生猛。近日，意法半导体官网宣布，自家ToF传感器出货量达到10亿颗，已经被150多款智能手机采用。

什么是ToF传感器?ToF又名飞行传感器，是一种接近传感器，主要利用自身发出的对脉冲发射光在某种介质中行进一段时间到达物体并反射回ToF传感器所用的时间来测量传感器与物体之间的距离，进而再通过ToF图像传感器来确定测量的点形成的深度图像(景深)或者3D图像，前面所说的测量飞行时间来确定距离的方法其实有三种，分别为脉冲光法、幅度调制波的相移测量法以及带电电容器的差分电压测量法。

其实，ToF传感器显得有些大器晚成，最早现身在普罗大众的视野里，还是在2014年黑莓发布的Blackberry Passport智能手机中，它使用了ST三合一智能光学模块VL6180X，整合了接近传感器、环境光传感器以及VCSEL光源，随后LG也开始使用这款光学模块。

图像传感业务转型

就像之前提到的，ToF传感器的玩家众多，意法半导体作为ToF传感器的资深玩家，在ToF上的发展速度也是十分惊人。根据HIS Markit的统计，从使用率、出货量以及评估套件销量来看，意法半导体目前已经成为ToF传感器全球头号供应商。在2018年之前，ST的ToF出货量仅为3.5亿。

去年某次“全球CEO峰会”上，ST的CEO Jean-Marc Chery说出了2012-2016年公司传感器业务转型的故事。由于大环境以及索尼CMOS传感器的高市场占有率，导致ST成像业务处于一个比较尴尬的位置，2012年期间，Chery果断向公司建议将普通成像业务转向高级成像开发，将机顶盒、数字电视和微控制器部门的人员调入成像部门，重点关注ToF、全局快门和图像信号处理器等技术。

根据Chery表示，其实与苹果合作开发结构光技术是转型时期关键的事件。与苹果合作的结构光技术让ST成功积累了3D感应经验，并且在ToF、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和模拟驱动器的红外泛光感应元件模块的研发上也获得了不小的成绩。同时，在策略上，ST采用了完全定制的解决方案，利用专门的研发团队与客户合作。

不过，所有资源押注在一小批客户上存在着很多风险，所以为了分散投资，ST同时进行了基于单光子雪崩二极管(SPAD)和光电二极管ToF传感器的成像产品开发，也就是ST的FlightSense系列产品。5年研发的历程，让FlightSense系列从高性能一维测距器件，拓展到多区域解决方案，再到我们现在看到的具有高分辨率3D深度感知能力的产品。

技术和应用走向

市场走向反映了技术的发展。在意法半导体10亿ToF传感器出货量的背后，我们看到了ToF未来的发展前景。与现在也很热门的结构光成像对比来看，由于ToF发射的是面光源，所以不会像结构光发射的散斑那样，在一定距离内出现光强衰减，同时ToF的感光元件的单位像素大于10μm，光采集量有保障，所以在保证发射端功率的基础上，ToF的使用距离会更远一些，一般参考值为0.4-5m。

当然，ToF最大的缺点就是功耗，在索尼2017年推出IMX456QL CMOS图像传感器之前，ToF集成的图像传感器是CCD。另外，由于是光电传感器，ToF在强光下的表现会稍弱一些，高光强产生的噪音会影响精度。

目前，ToF传感器还是以手机相机的自动对焦辅助为应用为主。但是在未来，以接近检测传感器、人体存在检测，激光自动对焦为代表的三大类应用对ToF技术的需求尤为可期，例如智能垃圾桶、机器人、智能灯具、智能货架等应用领域。

（编辑：南平站长网）

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