科技飛速的發展，AR/VR、無人駕駛、智能掃地機器人等產品進入我們的生活。這些產品得以應用與深度傳感器密切相關。深度傳感器是通過對周圍環境進行掃描生成電信號并傳回處理器的一個電子元件。傳感器的原理就像我們的感官系統一樣，能夠感知周圍事物并將感知傳遞到大腦，讓大腦進行判斷并作出指令。目前深度傳感器以技術區分可分為三種：結構光深度傳感器、雙目立體視覺傳感器、TOF(time of flight）深度傳感器。本文主要對TOF深度傳感器進行介紹。

（圖片來源：索尼官網）

ToF的基本原理是通過紅外發射器發射經過處理的光脈沖射線，光與物體接觸后進行反射，反射回來的光被接收器識別接受，并通過統計光脈沖從發射到反射被接收的時間計算出傳感器與物體的實際距離。這種調制方式對發射器和接收器的要求較高，光速那么快，對于時間的測量有極高的精度要求。

在實際應用中主要是通過以下三種方式來判斷光飛行的時間的。一是發射脈沖光并測量它們經反射后返回的時間間隔；二是調制光源的振幅并記錄反射光波的相移；三是發射占空比為50%的方波，并記錄在特定間隔內到達的返回光量。

與其他幾種深度傳感器技術相比，ToF技術主要有下面幾點優勢：

成本低，使用ToF傳感器能夠有效地降低設備成本，ToF傳感器與結構光傳感器或雙目立體傳感器相比更為便宜。

探測距離遠，ToF傳感器的工作原理是通過統計發射的激光往返時間來判斷距離的，因為激光的損耗較小能夠探測更遠的距離。

快速，ToF傳感器采用的是激光探測，光速相較于其他使用超聲波的傳感器更快，且受自然環境因素影響小。

智能家居、智能出行已經開始進入我們的生活，這些產物的普及帶動了TOF深度傳感器快速發展。據IHS Markit報告，基于ToF方案的多方面優勢，預計2022年ToF市場規模將達到15億美元，占3D傳感市場的50%左右。

完整的ToF傳感器產業鏈主要由發射測距激光的垂直共振腔面激光發射器（VCSEL）廠商、保持發出的光均勻的衍射光學器件（DOE）廠商、傳感器核心的芯片廠商、模組廠商組成。

VCSEL的國外供應商主要有II-VIIncorporated、Finisar、AMS、Lumentum等，國內供應商主要有縱慧芯光、光迅科技、三安光電等，DOE供應商有鯤游光電、Viavi等，芯片供應商有三星、TI、松下、微軟、高通、索尼、意法半導體、ADI、英特爾等，模組供應商有舜宇光學、歐菲光、海伯森、立訊精密、丘鈦科技、威豪等。

Lumentum是全球VCSEL的龍頭企業，是蘋果、華為、OPPO等手機廠商的供應商，并且是為數不多的能夠滿足VCSEL大批量供貨需求的廠商之一，并于今年3月發布了高功率五結和六結垂直腔面發射激光器（VCSEL）陣列產品。Lumentum自進入傳感器市場以來，邊發射激光器發貨量達5000萬顆，VCSEL發貨量超8億顆。據Lumentum財報顯示2021年第四季度營收為1.921億美元，同比增長7%，其中在3D傳感器市場同比增長40%，創歷史新高。

縱慧芯光國內第一家擁有VCSEL 自主知識產權的芯片公司。在2019年全球 ToF 傳感器市場中占比32.6%排名全球第二。2018年為被Lumentum斷供VCSEL的華為提供VCSEL實現國產化替代。據Yole Development預測，到 2026 年，用于汽車和移動設備的 VCSEL 將增長至 5700 萬美元，復合年增長率為 122%。

DOE方面，鯤游光電是我國一家專注光學的高科技企業，對3D成像中的DOE器件頗有研究，現量產型完整8寸滿副DOE晶圓良率可達97.5%以上。

在ToF芯片方面，由于ToF技術對靈敏度要求較高，目前ToF傳感器芯片市場主要還是以國外大廠三星、索尼、AD等為主，索尼在攝像頭領域一直都處于領先地位，并于2015年收購擅長TOF影像技術的Softkinetic公司，索尼的感光芯片多應用于國產手機的TOF方案中。ADI在ToF芯片方面也是十分具有優勢的，ADI能為客戶提供一系列解決方案，包括芯片、算法、激光驅動器、電源管理等，為客戶提供一站式服務。在國內市場，炬佑智能也是可以量產ToF芯片的企業，于2019年該企業推出國內首顆ToF智能光控芯片，據公開信息表示炬佑智能將會在2021年推出業內最小尺寸像素（鉆石像素）的分辨率達百萬級的ToF芯片，以填補國內市場。

在TOF模組方面，舜宇光學、歐菲光、威豪等國內廠商都憑借各自的垂直領域優勢占據著龍頭地位。歐菲光早在2017年就開始對TOF傳感器領域布局，并擁有多項專利，TOF模組已可實現大規模量產，現應用于小米掃地機器人中。據公開信息顯示2020年，歐菲光3D ToF模組產品實現營業收入10.22億元；綜合毛利率16.12%。

5G時代的到來，無人駕駛、工業機器人等智能設備改善了我們的生活，TOF在成本、感知距離和延遲方面都有不錯的表現，并且供貨穩定，成為了很多智能設備廠商首選的方案。