技術成熟！智慧型手機將導入ToF感測

蘋果將在新一代iPhone 8中搭載全新3D感測（3D Sensing）技術，但事實上，所謂的3D感測技術其實就是基於飛時測距（Time of Flight，ToF）的感測技術，而且蘋果早在去年底推出的iPhone 7中就已經搭載ToF感測器。

隨著ToF技術日趨成熟，智慧型手機廠今年將大舉導入，有機會帶動新一波的3D感測新商機。

蘋果在前年推出的iPhone 6s中就採用了類似ToF的測距技術，但當時採用的是利用LED及感測器的整合型演算法，在運作方式上很類似去年底三星在手機中搭載的虹膜辨識功能的測距技術。

而去年底蘋果iPhone 7已經將測距技術進行升級，導入了ToF測距感測器，並且採用了意法半導體的方案。

事實上，飛時測距ToF技術除了可以用在智慧型手機上，也可用在許多市場，如汽車電子市場近年熱度不減的先進駕駛輔助系統（ADAS）中，有關自動煞車、道路偏移警示等，都有用到ToF技術。

至於無人機的室內導航、相機的加速對焦的新應用、或是雷射雷達（Lidar）及微波雷達等，也都是基於ToF開發的新市場。

雖然近期市場熱炒蘋果的3D感測技術，但ToF技術這幾年早已被許多手機廠採用。

意法半導體推出可應用在智慧型手機相機模組的ToF感測器，已經被華為、聯想、宏達電、樂金、摩托羅拉等手機廠採用。

而ToF感測器之所以沒有被市場注意，原因在於手機廠將ToF感測技術，與手機上已普遍採用的環境光源感測器（Ambient Light Sensor）及距離感測器（Proximity Sensor）等光感測IC模組整合。

不過，蘋果iPhone 8採用的3D感測技術會成為市場熱門討論焦點話題，當然也有其重要的技術突破點，那就是將採用了可以整合在CMOS半導體製程中的單光子雪崩二極體（SPAD），並且利用數組SPAD、環境光源感測器、垂直共振腔面射型電射二極體（VCSEL）以系統級封裝（SiP）技術整合為單一晶片。

以往採用舊技術進行測距時，光源太弱或是在黑暗情況下，都無法達成測距的功能。

新一代ToF感測器的最大特性，就是不必再依靠光源反射的光量，而是實際上可測量光子由電射二極體發射後的傳輸時間，而這個傳輸時間也不必再考量目標的表面反射率。

何謂ToF？

TOF是飛行時間（TIme of Flight）技術的縮寫，即傳感器發出經調製的近紅外光，遇物體後反射，傳感器通過計算光線發射和反射時間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產生深度信息，此外再結合傳統的相機拍攝，就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現出來。

發射的紅外光線被被測物體反射後回到傳感器，內置的計時器記錄其來回時間，然後即可計算出其距離。

聽起來好像和大家玩爛了的超聲波測距沒啥不同。

但其實不然，超聲波測距對反射物體要求比較高，面積小的物體，如線、錐形物體就基本測不到，而TOF紅外測距完全可克服此問題，同時TOF測距精度高，測距遠，響應快。

更多原理可參考：https://hal.inria.fr/hal-00725654/PDF/TOF.pdf

今天是《半導體行業觀察》為您分享的2017年第94期內容，歡迎關注。

R

eading