一線手機廠力挺，ToF 市場 2019 年迎來大成長，三星將大軍揮進
2018 年，全球手機市場銷量迎來了一去不回頭的下滑走勢，根據市場研究機構 IDC 的統計，2018 年第 3 季全球手機銷量出現了 6% 的跌幅，而這已經是連續第 4 個季度的銷量衰退。除了因為手機普及率已然碰觸到無法再向上增長的天花板以外，新購手機需求不可能再成為新的成長動能，必須靠換機刺激帶動整體市場銷量。而在過去幾年，除了 5.5 寸以上的大尺寸手機曾經帶動一波相對顯著的換機需求外，不論是三星的 Note 系列，華為的 Mate 系列，甚或是最晚才推出的蘋果（Apple）iPhone Plus 系列，都在當時成功的帶動一波換機潮。
也就是因為如此，面對近年全球手機市場銷量積弱不振的表現，許多人都在問：下一個帶動換機需求的熱點會是什麼？不可否認的是，以近期各家手機廠的新產品發展方向來看，摺疊手機無疑是最被看好的下一波帶動換機需求的主角。但值得注意的是，摺疊手機雖然備受矚目，卻也同時雜音不斷，畢竟在產品推出初期仍有許多顯然易見的技術問題有待克服，即使是在使用者體驗上，過重或過厚等問題，也成為外界擔憂摺疊手機扛不起未來換機需求的可能原因。
展望 2019 年，摺疊手機或許只是初試水溫，還不足以真的撼動市場，但手機廠商並不會就此原地等待，在 2019 年的新機功能上，3D 成像感測已然成為一個新的戰場，多家手機廠都已開始積極佈局，希望以此結合應用刺激停滯許久的市場買氣。
3D 成像感測市場起飛
近年影象感測器（Image Sensor）的趨勢除了主要業者的焦點已從電荷耦合器件（CCD）轉向互補金氧半導體（CMOS）之外，另一個就是從二維（2D）邁向三維（3D）。過去，微軟遊戲機 Xbox 的 Kinect 技術、或是 Leap Motion 手勢操作測試 3D 成像感測的商業潛力，在遊戲領域算是一度取得成功，後來英特爾想要讓平板、筆記本也有此功能，推出 RealSense 攝像頭，結果卻不如預期，一直等到近年 iPhone X 問世，以及機器人、車用市場的帶動下，才使得市場真正爆發，讓 3D 成像感測正變得無處不在。
提到 3D 成像技術，總免不了會提到三種主要方案：立體視覺如雙攝像頭或多攝像頭、結構光、飛行時間（ToF）測距。蘋果採用“結構光”原理設計出複雜的 True Depth 攝像頭，讓面部解鎖、刷臉支付成為熱門的功能，其他手機業者只好紛紛跟進，讓結構光一舉竄出，不過，在邁入 2019 年，市場焦點很可能轉向到 ToF，原因就在於搭載 ToF 後置攝像頭的新手機紛紛開案。
為什麼要讓後置攝像頭也有 3D 成像感測能力，除了提升影象立體度之外，更在於創造更多新鮮的應用，包括增強現實（AR）／混合實境（MR）、對實體世界的物件進行 3D 掃描建模等功能，3D 成像感測的應用就不再侷限於現有前置攝像頭的面部識別、解鎖、支付而已。
2018 年下半年 OPPO 推出 R17 Pro 手機，後置攝像頭共有三個，除了兩個傳統 RGB 攝像頭，還有一個 ToF 攝像頭，讓使用者拍出立體影象。到了 2019 年，這股 ToF 後置風潮過更明顯， 近來 vivo 被爆出即將推出一款重量級手機 NEX2，特色在於雙螢幕設計，主螢幕採用屏下指紋解鎖，背螢幕則會搭載 ToF 攝像頭。另外，韓國媒體 ET News 報道，三星規劃的高階手機 SAMSUNG Galaxy S10，在前置及後置攝像頭都採用了 ToF 技術。
圖 | vivo 海外市場部高階副總裁馮磊曾在微博分享了網路上曝光疑似 NEX2 實機的圖片，但現已刪除（來源：IT之家）
再來就是最重要的蘋果，就在日前美國專利商標局（USPTO，The United States Patent and Trademark Office）公佈了蘋果新的專利申請，使用光學電子元件如 VCSEL 以及 ToF、單光子雪崩二極體（SPAD）為基礎的鐳射 LiDAR 來改進深度攝像頭。
圖：蘋果最新申請的專利，使用包括 VCSEL、ToF、SPAD 等技術來改進深度攝像頭（圖片來源：ofollow,noindex"> http:// patentlyapple.com ）
市場屢傳蘋果有意在 2019 年的 iPhone 採用 ToF 攝像頭，但目前看來，謠言成分居多。反倒是 iPad 較有可能先採用，因為蘋果一直在提升 iPad 用於工作辦公的實用性，而且 iPad 其實獲得不少設計創意行業的人使用，若進一步讓後置攝像頭提供 3D 建模功能，再搭配 Apple Pencil，商務市場會是一個不錯的機會。
但先不論蘋果到底會不會採用，ToF 至少獲得了三星、vivo、OPPO 支援，在一線大廠力挺下，將帶動整體 ToF 市場在 2019 年出現大成長。
三星將切入 ToF Sensor 領域
在整個 3D 成像感測的生態圈裡，除了立體視覺使用兩個或以上現有的 RGB 攝像頭之外，結構光跟 ToF 還需要搭配發射及接收模組，架構相對複雜許多。
圖｜3D 成像感測的生態圈（圖片來源：Yole Developpement）
ToF 的原理是測量攝像頭和拍攝物體之間光訊號來回通行的時間，再根據已知的光速，推算兩者的距離有多遠。在 ToF 方案有不少的關鍵零部件，在發射端部分，就有紅外光（IR）LED、垂直腔面發射鐳射器（VCSEL），其中 VCSEL 的技術門檻及專利壁壘很高，全球能供貨的廠商有限，因此到目前為止，業者的產能一直呈現吃緊狀態。而接收端部分，則有攝像頭、IR 感測器、ToF 感測器（ToF Sensor）。攝像頭模組廠再把上述這些關鍵零部件組裝起來，成為完整的 ToF 感測器模組。除硬體之外，軟體演算法、韌體、校正能力也是影響方案品質的關鍵。
目前來看，ToF Sensor 可說是掌握在日歐美業者手中，像是日本的松下（Panasonic）、索尼，歐洲則有 PMD、Infineon、ESPROS Photonics Corporation（EPC）、意法半導體（ST），美國的 TI。
不過，行業人士透露，以往供應 CMOS Sensor 的三星，將在 2019 年大軍揮進 ToF Sensor 領域，與攝像頭模組廠 Patron 合作，並將供貨給三星自家的手機使用，由於三星目前仍是全球第一大手機公司，基於龐大出海口的支援下，三星有機會在 ToF Sensor 領域快速崛起。
圖｜三星向 USPTO 申請 ToF 技術專利（圖片來源：GSMArena）
為什麼 ToF 從後置鏡頭崛起？
上述三種 3D 成像感測方案各有其優缺點，舉例來說，雙目的成本比較低，提供立體視覺 3D 成像軟體的矽谷初創公司 Lucid 業務拓展經理蔡承志對 DT 君表示，目前結構光模組報價約 20 美元，但 RGB 攝像頭已經很成熟，所以雙攝像頭方案大約 10 美元左右，另一個優點就是不需使用 VCSEL 等零部件，例如好萊塢專業攝影器材品牌 RED 開發的 Hydrogen One 手機，採用雙攝像頭及 Lucid 軟體，在沒有任何附加的發射或以雷射為基礎的硬體元件下，提供 3D 成像感測功能。
不過，雙目的缺點就是精準度較差，同時會受到兩個攝像頭擺放位置之間的距離（baseline）來決定只能看遠或看近，看的距離長遠是固定的，另外，因採用兩個攝像頭，影象的計算量相對較複雜，且不適合昏暗環境使用。
結構光及 ToF 精準度高，但也有其缺點，比如成本高，結構光模組約 20 美元，ToF 模組報價約 15 美元，結構光僅適合短距離測量，這就是為什麼 iPhone 將其用在前置攝像頭做臉部識別，而不是後置攝像頭。另外 ToF 的解析度則比結構光低。
不過，專攻 3D 機器視覺的初創公司 LIPS 創始人劉凌偉表示，近幾年 ToF 技術頗有突破，最初 ToF 只能在室內使用，但現在打上不同波長的鐳射如 940 nm，測距長度可達數公尺（各家方案不同），就可以在戶外使用。另一個推力則是業界轉進背照 BSI（Back Side Illumination）製程，提升感光效果及量子效率（QE，Quantum Efficiency）。
正因為 ToF 適合遠距離，這就是為什麼適合放在手機後置攝像頭、無人機，甚至有不少人希望藉由 ToF 來取代自動駕駛的鐳射雷達（LiDAR）。
像是索尼及松下都推出遠端的 ToF 感測器，像是索尼新型 BSI ToF 感測器因靈敏度提高，可測量距離超過 10 米，另外，松下針對工業與車用市場，在 2018 年 7 月推出新的遠端 ToF 感測器，能夠在夜間前方 250 米處感測到物體。
手機成長大，工業及車用需求同樣看好
ToF 之所以受到行業關注，一大原因在於如果被匯入智慧手機，需求量會快速爆增，因為手機的出貨量很大，會是帶動 ToF 市場起飛的關鍵。但除了手機之外，在工業領域跟車用市場潛力其實也很看好，“工廠用來檢測產品的需求真的很強，”劉凌偉對 DT 君說。
目前工廠在生產線上執行瑕疵檢測或外觀檢測，是採用自動化光學檢測（AOI）技術，利用高精度跟高速度的光學鏡頭來協助檢查產品是否有缺陷，不過，近來 AOI 的新趨勢除了希望通過機器學習演算法提高正確率之外，另一個就是邁向三維，因為傳統 AOI 多是應用在“平面的”印刷電路板（PCB）、面板等行業，通過 ToF 3D 感測技術再搭配機器手臂協作，就可以快速檢測曲面、立體的產品，因此許多製造業者都對此技術很有興趣。
另一個潛在商機龐大的就是汽車電子，不論是先進駕駛輔助系統（ADAS）或是自動駕駛汽車，都需要許多的感測器作為“視覺”，感知空間和物體，進行實時的 3D 建模，隨著 ToF 的測距距離增加，可應用的領域也有機會從倒車偵測，轉移到前方或側邊，做 ADAS 或自動駕駛方案中的一部分，例如獲得博世和三星旗下的風投機構 Robert Bosch Venture Capital 及 Samsung Catalyst Fund 與富士康投資的加州公司 TetraVue，針對自動駕駛開發的 3D 成像方案，深度感測器就採用了 ToF 技術。
整體來看，在今日技術與整個市場需求走向了三維之後，就很難再退回到二維世界，不同的 3D 感測技術基於效能特性、成本結構等因素，將被應用於在不同的場域，而值得跟關注的是，這一波在 2017 年由結構光技術領頭帶動的風潮，在 2019 年很可能由 ToF 接棒演出。