工商時報【拓墣產業研究院研究員蔡卓卲、黃敬哲】
蘋果iPhone X搭載Face ID功能，掀起產業對3D感測的高度關注，除了安卓陣營廠商如華為、小米等將跟進，高通與奇景開發的3D感測方案也已經進入實機展示階段。拓墣產業研究院預估，至2020年全球智慧型手機3D感測模組產值將達108.5億美元，而智慧型手機搭載3D感測的滲透率，也將從今年預估的13.1％增至28.6％。
3D感測技術原理
3D感測技術最關鍵也最具挑戰的部分，在於精確進行距離量測，而各家演算法不同形成了專利壁壘，也讓每家3D感測模組零組件產生些微差異。目前較常見的感測技術包括Stereo Vision、Structured Light以及Time of Flight（ToF）。
Stereo Vision是透過2個相機模組拍攝影像，進行三角測量法取得物體距離，此方法也是三者中唯一只需RGB相機模組，而不用IR模組的技術。此外，由於Stereo Vision需進行影像運算，多數狀況是需要1個
額外的影像運算晶片輔助，所以也有
些晶片廠商會推動此技術發展。
Structured Light的原理是以獨特的圖形打出IR雷射，透過雷射散斑的獨特性分析不同區域的IR距離，來獲得景深圖，基本零組件包括IR發射器、IR相機模組與RGB相機模組。
ToF的原理是透過IR發射，獲得空間中每一點達到觀測點的時間，進而推算出距離，然後再得出3D景深圖，因此ToF同樣需IR發射器和接收器，並配合RGB相機模組。如果只是要透過ToF測量距離，接收器可用單顆感光二極體即可，但如果需要3D景深圖，就得採用感光元件或至少感應陣列。
3D感測產業鏈拆解
隨著3D感測崛起的關鍵零組件非VCSEL（垂直腔面發射器）莫屬，它是IR發射器模組的光源，也是目前ToF和Structured Light等技術常用的光源。相較於LED，VCSEL擁有更佳光束品質、較低光束發散度，耗電也較低，VCSEL體積也比EEL（邊緣發射雷射器）更有優勢。
以結構來說，VCSEL晶片在切割好後，需與其他2項關鍵元件做封裝：晶圓級光學鏡頭WLO和繞射式光學元件DOE，封裝好的VCSEL模組功能作為發射端，再與接收端如紅外線鏡頭搭配，即可建構成一套基本的3D感測系統。
VCSEL利用半導體製程生產，蘋果陣營採用6吋砷化鎵晶圓做切割，但目前業界能達到6吋量產的廠商並不多；其他VCSEL供應商目前能量產的多數為4吋、少數為3吋，使市場整體供需情況緊繃，也連帶影響非蘋陣營導入3D感測技術的速度。
以3D感測技術供應商來看，除了蘋果的Lumentum╱II-VI外，有能力提供3D感測模組的供應商並不多，其中之一為德國PMD，PMD設計IR CIS並由Infineon代工，關鍵的VCSEL則由Princeton Optronics提供，另一個組合則是高通和奇景，由高通提供解決方案和晶片設計，奇景提供WLO和DOE等光學元件。
結合以上因素，非蘋陣營採用3D感測模組的門檻不低。因此，如曠視科技提供的平台式人臉解鎖，將成為安卓陣營克服以上難題的過渡期方案。
從iPhone X開始 商機無限
觀察3D感測的發展，聯想與華碩均曾推出支援Google Tango的手機，但市場反應有限，直到2017年iPhone X導入TrueDepth相機，才使3D感測重新受到市場關注。從產品角度來看，iPhone X是擁有處理AR和AI運算能力的裝置，攝影上來說對光的處理從被動走向主動，是3D感測普及於行動裝置的啟始。
現階段市場最關注的莫過於安卓陣營中，誰將率先跟進搭載3D感測模組，呼聲最高的華為預計將會在2018年推出搭載後置3D感測模組的產品，主要應用是強化AR功能，並非iPhone X的人臉辨識，顯示安卓陣營將先採取技術門檻較低的ToF方案。
此外，VCSEL主要供應商Lumentum與蘋果之間存在專利協議，使得安卓陣營若欲在短期內跟進只能捨VCSEL而擇EEL，然而EEL的光電轉換效率較差，且成本較高，這將使安卓陣營的3D感測方案在效率與成本上仍難與蘋果匹敵。
也因此，保守估計2018年最多可能僅有兩家安卓廠商跟進，也就是華為與小米，惟生產數量都不會太多，所以蘋果仍將是手機3D感測的最大採用者。預計2018年全球搭載3D感測模組的智慧型手機總生產量為1.97億支，其中iPhone就占了1.65億支，此外，2018年的3D感測模組產值預估約為51.2億美元，其中iPhone的比重就高達84.5％。
不過，3D感測模組帶來的應用也不僅只有人臉辨識，還包括提升相機表現，甚至帶來人機互動介面革新等，若要與蘋果競爭，非蘋陣營要大舉跟進採用3D感測模組的可能性還是很大，長期而言將有助於3D感測在智慧型手機上的普及。預計至2020年整體產值將達108.5億美元，而2018∼2020年CAGR為45.6％。
3D感測技術不只有望成為智慧型手機的標準配備，未來也將逐步導入至筆電、電視、遊戲機、無人機、自動駕駛、居家自動化等領域，從生物辨識、AR強化到體感追蹤，帶來更多的可能性與商機。
（本文作者為拓墣產業研究院研究員蔡卓卲、黃敬哲）
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