通過對iPhone X的3D攝像頭產(chǎn)品進行拆解分析，3D攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈可以被分為：       

• 上游：紅外傳感器、紅外光源、光學組件、光學鏡頭以及CMOS圖像傳感器；
  

• 中游：傳感器模組、攝像頭模組、光源代工、光源檢測以及圖像算法；
  

• 下游：終端廠商以及應用。
  
  

iPhone X“齊劉?！苯Y(jié)構(gòu)

iPhone X“齊劉?！彼捎玫?D成像模組X-Ray照

3D攝像頭在傳統(tǒng)攝像頭基礎上引入基于TOF或結(jié)構(gòu)光的3D感知技術(shù)，這兩種3D感知技術(shù)均為主動感知，因此3D攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈與傳統(tǒng)攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈相比，關鍵部件在于：1、紅外傳感器；2、紅外光源；3、光學組件。

紅外傳感器

紅外傳感器是距離傳感器之高配版，紅外傳感器目前主要分為AMS/Heptagon和ST兩大陣營，TI和Infineon也在這一領域有所布局。AMS從iPhone 4起為蘋果供應環(huán)境光傳感器，旗下Heptagon一直致力于小型化TOF傳感器開發(fā)，2016年被AMS收購。ST近年來開發(fā)數(shù)款集成紅外傳感器、紅外激光發(fā)射器的3D攝像頭模塊，其中基于TOF技術(shù)的VL6180X方案被iPhone 7采用作為距離傳感器使用。

紅外光源

3D攝像頭的紅外光源主要有紅外LED和激光器兩種。早期3D傳感系統(tǒng)一般都使用LED作為紅外光源。在技術(shù)方面，由于LED不具有諧振器，導致光束更加發(fā)散，在耦合性方面也不如VCSEL。由于VCSEL在精確度、小型化、低功耗、可靠性全方面占優(yōu)的情況下，現(xiàn)在常見的3D攝像頭系統(tǒng)一般都采用VCSEL作為紅外光源。從紅外LED到VCSEL激光器，這就是3D攝像頭中紅外光源的前生今世。

LED與VCSEL光源性能對比

從上市的具有3D攝像頭的產(chǎn)品也能看到，紅外光源由LED向VCSEL轉(zhuǎn)變是必然趨勢！ 從2016年意法半導體及AMS旗下Heptagon發(fā)布的光學模塊新產(chǎn)品來看，均采用VCSEL作為紅外線光源，且早期的消費級產(chǎn)品聯(lián)想Phab 2 Pro AR手機與Intel RealSense SR300，到2017年發(fā)布的iPone 8/X以及今年的iPone XS、小米8探索版均采用了VCSEL作為紅外光源。

主流3D攝像頭及模組光源選擇（紅色為LED，綠色為VCSEL）

激光器按照發(fā)射方向可以分為邊發(fā)射激光器（EEL）和面發(fā)射激光器，其中邊發(fā)射激光器主要有FP（法布里-泊羅）和DFB（分布式反饋）兩種，面發(fā)射激光器目前主要指VCSEL（垂直腔面發(fā)射）。

三種典型半導體激光器結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)邊發(fā)射激光器相比，VCSEL在光束質(zhì)量、與光纖耦合效率、腔面反射率上都具有較大優(yōu)勢，且因為VCSEL發(fā)射光線垂直于襯底而邊發(fā)射激光器發(fā)射光線平行于襯底，因此VCSEL能夠?qū)崿F(xiàn)二維陣列而邊發(fā)射激光器不行。所以在消費電子領域，VCSEL受到3D攝像頭的青睞。

VCSEL與EEL對比

紅外光源的市場前景

紅外光源市場份額（2016年 vs. 2022年）

2016年，紅外LED市場仍占據(jù)整個紅外光源市場的65%，到2022年其市場份額將被VCSEL吞食20%，降至45%。雖然營收持續(xù)增長，但是不能不承認，隨著VCSEL技術(shù)的成熟，性能的絕對優(yōu)勢必將獲得與紅外LED“平分天下”的地位。

VCSEL國外廠商主要有Broadcom、Lumentum、Finisar、II-VI、Philips Photonics、ams、Osram等，國內(nèi)主要有江蘇華芯、武漢光迅，其他還有山東太平洋、深圳源國、國星光電、華工科技、三安光電、乾照光電、華燦光電以及睿熙科技等公司?？梢钥闯?，VCSEL最初應用在通訊領域，隨著蘋果iPhone 8的3D攝像頭采用VCSEL技術(shù)引起廣泛關注。一旦智能手機市場被撬動，VCSEL的需求量將迅速打開，這就是未來6年VCSEL強勁增長的巨大推動力。

光學組件

光學組件主要包括準直鏡頭、DOE衍射光學元件、濾光片三個部分。

3D攝像頭結(jié)構(gòu)光方案TX發(fā)射部分結(jié)構(gòu)圖

光學組件一：準直鏡頭

在3D攝像技術(shù)以及激光投影等消費電子應用領域，對激光器發(fā)出的光束進行整形更加具有必要性。在基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的3D攝像中需要將光束進行勻光、分束均勻地分布投射至周圍環(huán)境中，形成多個散斑來進行捕捉、分析。同時若不進行勻束地話光束中心能量過大還可能對人眼造成傷害。采用準直鏡頭對 VCSEL 出射光束進行準直、形成散斑等整形處理。WLO（Wafer-level Optics）晶圓級光學器件，是指晶圓級鏡頭制造技術(shù)和工藝。與傳統(tǒng)光學器件的加工技術(shù)不同，WLO工藝在整片玻璃晶圓上，用半導體工藝批量復制加工鏡頭，多個鏡頭晶圓壓合在一起，然后切割成單顆鏡頭，具有尺寸小、高度低、一致性好等特點。

在WLO準直鏡頭方面，技術(shù)主要掌握在Heptagon（被AMS收購）、Aptina（被安森美收購）、Himax奇景光電、Visera采鈺以及設備廠EV Group手中。

Heptagon掌握了大部分專利，臺灣奇景光電2018年初宣布從一家美國科技公司收購了某些先進的納米3D模具制造資產(chǎn)、知識產(chǎn)權(quán)及相關業(yè)務。這種先進的納米3D制造模具主要用于轉(zhuǎn)印復制工藝，制造衍射光學元件（DOE）、導光元件、準直鏡頭以及微透鏡陣列。采鈺科技2014年從臺積電剝離，提供ITO工序。國內(nèi)水晶光電參與一部分鍍膜工藝，福晶科技曾為JDSU、Finisar等光通信企業(yè)供給通信級準直鏡頭，有望拓展進軍消費級準直鏡頭領域。華天科技和晶方科技在WLO方面布局較早，主要提供WLO后段加工技術(shù)，特別是華天科技具備成熟的加工技術(shù)。

光學組件二：DOE衍射光學元件

DOE衍射光學元件（Diffractive Optical Elements）是基于光波的衍射原理，利用計算機輔助設計，并通過半導體芯片制造工藝，在基片上（或傳統(tǒng)光學器件表面）刻蝕產(chǎn)生臺階型或連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)，行成同軸再現(xiàn)，且具有高衍射效率的一類光學元件。

與傳統(tǒng)折射光學元件比較，DOE的光學處理功能非常靈活，可產(chǎn)生傳統(tǒng)光學難以實現(xiàn)的異形光場分布，具備設計自由度高、光學功能全面、器件體積小等優(yōu)點，能集中多種光學功能于一體，使光學系統(tǒng)得以向輕型化、微型化和集成化發(fā)展。

DOE應用領域廣泛用于LED節(jié)能照明、激光照明、安防監(jiān)控、智能識別、夜視照明、人機交互、VR/電視/手機、工業(yè)自動化、機器人、無人機、車載輔助等。

在3D攝像頭結(jié)構(gòu)光方案中，DOE的作用就是利用光的衍射原理，將激光器的點光源轉(zhuǎn)換為散斑圖案（pattern）。首先根據(jù)特定衍射圖像的光學需求，設計并制作出三維母模，然后根據(jù)母模再制作出DOE光柵，光柵表面具有三維的微結(jié)構(gòu)圖案，尺寸都在微米級別。激光器發(fā)射的線性激光通過DOE的時候發(fā)生衍射，衍射光的角度和數(shù)量是受DOE上pattern的控制，衍射出來的光斑具備lighting code信息。

DOE衍射光學元件的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)主要為：DOE光學圖案設計、DOE制造與加工、光學元件模組封裝，此外還需要原材料（主要為特種石英玻璃、光敏玻璃等）與精密光學加工設備（如光刻機等）這兩大支持性輔助環(huán)節(jié)。

DOE衍射光學元件產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

目前全球范圍內(nèi)主要供應商有德國CDA、法國Silios、德國Holoeye、Himax奇景光電、臺積電、精材科技、Visera采玨科技等。蘋果3D攝像頭結(jié)構(gòu)光用DOE將由Primesense（2013年被蘋果收購）自行設計pattern圖案、臺積電提供pattern微納加工、采鈺提供ITO材料、精材科技提供器件封裝。奇景光電透過收購獲得了納米3D模具制造工藝，包括制造衍射光學元件（DOE）、導光元件。高通研發(fā)的3D攝像頭結(jié)構(gòu)光方案，在DOE和WLO方面，采用奇景光電的方案。福晶科技為微軟AR眼鏡HoloLens聯(lián)合研發(fā)DOE等相關元件，福晶科技主要從事各類功能晶體元器件、精密光學元器件和激光器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。國內(nèi)初創(chuàng)公司馭光科技成立于2016年，但從2014年開始就在國內(nèi)設計、生產(chǎn)DOE產(chǎn)品，目前已進入安卓手機3D傳感核心器件供應商，在嘉興有全資子公司馭光光電大規(guī)模量產(chǎn)DOE器件。

光學組件三：濾光片

近紅外識別系統(tǒng)中所用到的窄帶濾光片及超薄高性能鍍膜也是基于結(jié)構(gòu)光及TOF的3D攝像頭技術(shù)關鍵。3D攝像頭在接收反射光時要求只有特定波長的光線能夠穿過鏡頭，攔截頻率帶之外的光線，即隔離干擾光、通過信號光凸顯有用信息，因此需要濾光片在接收端過濾掉非工作波段的光波。

目前窄帶濾光片領域主要廠商有兩家，一家是由JDSU分拆出的美國的Viavi，一家則是國內(nèi)廠商水晶光電，其他廠商還有布勒萊寶光學（Buhler）、美題隆精密光學（Materion）、波長科技（Wavelength）等。水晶光電將窄帶濾光片加入光學業(yè)務中，再次驗證水晶光電的窄帶濾光片鍍膜技術(shù)的成熟。

基于上述準直鏡頭、DOE衍射光學元件、濾光片這三種光學組件，不排除還有其他光學組件。光學組件在3D攝像頭整個市場中顯得小而雜但很專業(yè)，國外廠商、臺灣廠商領先于國內(nèi)，國內(nèi)水晶光電、福晶科技占主要位置。隨著3D攝像頭結(jié)構(gòu)光或TOF方案市場的打開，未來光學組件也存在大幅爆發(fā)的機會。