至於，為什麼要用 VCSEL？隨著 VCSEL 技術的成熟，VCSEL 在有高精確度、小型化、低功耗、可靠性等全方面都佔有優的情況下，現在常見的 3D 鏡頭系統一般都採用 VCSEL 作為紅外線光源。這也就是當前被談及最多的 VCSEL 技術應用來源。

iPhone X 導入3D 感測，市場掀起追隨風潮

 

在談完了 3D 感測系統的技術來源之後，我們再來看看 iPhone X 在 3D 感測系統上的應用架構是如何。先把 iPhone X 拿來看到正面螢幕上方的 「瀏海」 部分，也就是安裝 3D 感測系統與前置相機的地方。由左邊看起陸續是紅外線鏡頭、泛光照明器、接近感測器、環境光感測器、喇叭、麥克風、700 萬像素前置鏡頭、以及點陣投射器等等。而 iPhone X 的 3D 感測運作，就是先利用點陣投射器投射出超過 30,000 個雷射光點到目標物上，然後藉由 30,000 個雷射光點反射到紅外線鏡頭中，將物體的「深度」與「距離」測繪完畢後，再傳遞至晶片中辨識面孔安全性。如果臉部感測過關，手機就會自動解鎖！

 

至於，在「瀏海」中的其他設備，泛光照明器是輔助投射紅外線，讓物體在暗處也能看得清楚，為 VCSEL 系統中重要的零組件。而環境光感測器與接近感測器則是手機常見的省電功能，環境光感測器可以偵測使用者的環境光源，自動調整手機亮度。而接近感測器則是會自動偵測手機與使用者的距離。如果太過靠近，就像手機使用者以聽筒接聽電話時，手機螢幕就會自動關閉。

在瞭解了 iPhone X 在 3D 感測系統上的複雜應用架構之後，大家可能會認為蘋果的 iPhone X 是第一個將 VCSEL 系統實際商用化的產品。其實不然，蘋果公司 AirPods 在這款頗受歡迎的耳機中，感測器用來監測目前是被摘下還是正在使用的狀態。目前 iPhone X 使用了 3 顆 VCSEL 晶片，隨著 iPhone X 的出貨量逐漸走高，蘋果對該晶片的需求也開始加大。蘋果公司透露，和 2016 年相比，2017 年第 4 季對 VCSEL 晶片的採購增加了 10 倍。

 

Android 陣營加入3D感測戰場，2018年相關產品亮相

 

目前 3D 感測應用已成為智慧型手機市場關注的新焦點，儘管蘋果有意掌控關鍵元件 VCSEL 的產能，但其市場上對相關技術發展已長達 20 多年，並應用於光通訊及光收發等市場。而且，隨著應用市場迎接接下來的爆發期，不僅是原有的雷射光元件廠商、砷化鎵代工廠加入戰局，還有同樣採用 MOCVD 機台的 LED 磊晶廠亦躍躍欲試。

 

據瞭解，目前 3D 感測技術上，VCSEL 供應商除了 Lumentum、Finisar 之外，目前還有 Princeton Optronics 等。而上游 VCSEL 磊晶與晶片供應廠包含 IQE 、晶電、華立捷等亦伺機搶奪市場大餅。至於，高通與奇景光電也攜手搶進 3D 感測市場，可望搶下 Android 陣營手機客戶大單。其中，小米手機採用 3D 感測技術將基高通與奇景光電的技術方案。

 

由於，2017 年推出的蘋果 iPhone X 在導入 3D 感測技術，其 3D 感測器供應商之一為 Finisar 在不久前，蘋果宣佈將提供 3D 感測器供應商 Finisar 約 3.9 億美元資金，業界一度傳言是蘋果入股 Finisar，如今雙方澄清是作為未來訂單的預付款項。

 

據業內人士透露，Finisar 將借由蘋果的資金，改造其位於德州 Sherman 的工廠，預計 2018 年下半開始供應 VCSEL 新產能，蘋果在掌握 VCSEL 龐大產能之後，有助於進一步將正面 TrueDepth 相機導入更多 iPhone 產品線，或是於 iPhone 背部新增第二顆的感測器陣列，不僅能進行臉部辨識，亦能掃描使用者所處的周遭環境，蘋果有意通過 VCSEL 技術強化擴增實境 (Augmented Reality，AR) 版圖佈局。

 

儘管 2017 年率先切入蘋果 3D 感測供應鏈的美系大廠 Lumentum 搶盡風頭，然而 Lumentum 卻傳出產能供不應求。供應鏈廠商稱，由於 2018 年秋季蘋果不僅將臉部辨識導入於其他 iPhone 新機，高階大尺寸 iPad 亦將採用 3D 感測技術，以延伸其 AR 的附加功能，因此，蘋果勢必得扶植第 2 供應商，以確保 2018 年下半新機問世後的零元件供應順暢。

 

另外，據供應鏈廠商透露，在蘋果持續擴大 3D 感測臉部辨識優勢的同時，Android 陣營手機品牌廠亦將全力推出導入 3D 感測應用的旗艦機種，藉以抗衡蘋果。事實上，對 Android 陣營來說，要取得 3D 感測硬體模組並不難，因為就算蘋果以製程專利卡住了 VCSEL 產能，但仍可以利用傳統光感測元件的 IR LED 或是邊射型雷射來達到光源發射的目的，至於 CMOS 影像感測器則有許多供應商。

 

目前包括華為、Oppo、小米、Vivo、三星等手機品牌大廠均加速搶入，近期相關零元件廠商送樣認證的品牌客戶就達到 5 到 10 家，預期最快 2018 年第 2 季將看到新品問世。LEDinside 預估 2020 年 VCSEL 與邊射型雷射組成的紅外線雷射模組市場規模將達到 19.53 億美元。

3D感測當紅，台灣供應鏈水漲船高

 

而隨著 Android 陣營的手機廠商積極搶入 3D 感測應用，台廠供應鏈也隨之看俏。其中，運用在 VCSEL 上紅外線光源的砷化鎵廠商，近期也成為市場上關注的焦點。國內的砷化鎵三雄穩懋、宏捷科、全新光電都相繼切入 VCSEL 的應用。其中，穩懋在 VCSEL 上會是未來營收的主要成長動能。由於，VCSEL 製造商若想切入新應用市場，須具備磊晶生成配方技術及採用 6 吋晶圓廠生產，而穩懋已掌握全球主要光纖、微波通信約一半的代工市場，且加速擴增新晶圓廠、增加產能。

 

至於，在宏捷科的部分，在主力產品從功率放大器 ( PA ) 擴大到 VCSEL 之後，2017 年營收狀況開始回溫。且 VCSEL 產品已出貨到歐洲，加上日前 AMS 宣布合併的 Princeton，其 VCSEL 代工廠就是宏捷科，使得宏捷科進一步能切入 AMS 供應鏈、進入 3D 感測市場中。

 

另一家供應商全新光電，其 VCSEL 磊晶除了手機應用外，未來還包括車用及安全監控等產品也已經案子在開發送樣中。全新目前 PA 磊晶營收占 80%，在無線通訊應用表現穩定，手機的應用將隨著終端客戶表現而定，由於市場看好 iPhone X 銷售力量將延續到 2018 年第 1 季。

 

另外，3D 感測技術最難的部份，第一是要能夠精確的進行距離量測，目前主要應用的技術包括了飛時測距及結構光等兩大主流。第二則是要具體可以解讀 ToF 或 SL 測距參數，同時進行臉部或虹膜比對辨識的演算法。Android 陣營手機業者指出，要在 2018 年新款手機導入 3D 感測的最大問題不在硬體模組，而是在要採用正確的測距技術及正確的演算法，而演算法更是關鍵中的關鍵。

3D感測未來應用多元，市場發展後續可期

 

供應鏈廠商指出，由於過去 VCSEL 主要用於光纖通信與資料傳輸等應用，供應鏈廠商在穩定成長下，多半採取小而美的營運模式，市場統計過去 20 年來銷往各種終端市場的 VCSEL 總量約為 10 億支，而 2016 年應用於光收發器的 VCSEL 的銷量逾 3,000 萬支。2017 年，iPhone X 推出後，消費性電子產品的 VCSEL 出貨規模，已超越原有的光通訊市場，預期到 2019 年應用於智慧型手機的 VCSEL 將達到 2.4 億支，幾乎是光通信應用需求量的 5 倍。

 

所以，長期而言，因應物聯網及雲端運算等應用發展趨勢，VCSEL 市場成長潛力龐大。尤其，是應用於資料中心、汽車夜視、自動駕駛等領域將更趨廣泛。近年來，中國積極扶植的砷化鎵及通訊元件產業，亦將加速投入 VCSEL 戰場，產業競爭將愈趨激烈。

 

因此，供應鏈廠商認為，消費性電子產品快速發展已為 VCSEL 產業帶來顛覆性的改變。2018 年手機品牌廠與上游供應鏈合作將浮上檯面，然而蘋果已針對 VCSEL 及演算法等技術佈局多項專利，有意分食市場大餅的業者如何在避免侵犯專利疑慮下，提高 3D 感測精準度及性價比，恐怕是比擴充產能更為關鍵的要素。

( 合作媒體：科技新報 )