意法半导体图像传感器的崛起之路

????????文章来源：半导体行业观察

从Yole提供的数据我们可以看到，摄像头传感图像传感器在未来大有可为。，手机、工业以及汽车等应用是目前2D成像所关注的主要市场，成像技术也正在围绕这些市场实现有机增长。与此同时，3D深度感知市场，也迎来了大爆发。

作为一家在传感器方面有着多年积累的企业，意法半导体基于自身的产品和实力，在多个市场布局。据意法半导体成像子产品部个人电子、工业与大众市场业务线总监David MAUCOTEL介绍说，公司传感器的核心业务主要是智能手机前置摄像、智能手机后置摄像和个人电脑/笔记本这三个市场。

其中，前置摄像头主要是用于人脸识别，以及包括用户的面部ID；后置摄像则依赖于一个在2013年推出的Laser Autofocus的品牌，关注于暗光环境下的视频拍照和成像技术的生成；针对个人电脑和笔记本，意法半导体则推出了低功耗的人体存在检测技术。除此之外，公司还在这个市场的手势检测、人脸识别以及其他的安全应用方面有布局。

“除了面向大众市场推出覆盖机器人、无人机等领域应用的产品和现有的核心业务，我们还在发力面向未来的高增长业务，当中包括但不限于汽车、工业和新兴应用等。”David MAUCOTEL说。

据介绍，面向汽车领域，意法半导体提供了应用在驾驶员监测、乘员监测和外部摄像头等市场的车规级产品，能够满足中国欧洲和美国关于车辆道路安全法规的相关规定；针对工业市场的机器人、人数统计、无接触操作、智能家居和智能扬声器等热门应用，意法半导体也提供了传感器方案。此外，包括VR眼镜在内的智能眼镜摄像头和传感器，也是意法半导体看中的发展方向。

意法半导体的这系列故事，最早可以追溯到1999年收购了苏格兰的初创公司Vision。

意法半导体图像传感器的崛起之路

1990年，Vision作为爱丁堡大学的创业项目成立。公司致力于开发能够捕捉和处理图像的单芯片CMOS传感器。这些传感器广泛应用于桌面视频会议、数码相机、汽车、工业应用以及玩具等领域。

到了1999年，意法半导体宣布以3800万美元的现金的估值收购了这家CMOS图像传感器先驱。时任意法半导体公司副总裁Philippe Geyres表示：“收购CMOS图像传感器领域的领先技术将加强意法半导体在计算机外设、数字视频和汽车等多个关键应用领域的片上系统领导地位。”

在Vision团队的支持下，意法半导体的传感业务一路狂奔。在2002年，公司的手机摄像头与ISP出货量就突破了百万大关。

到了2003年，诺基亚手机进一步的普及了摄像头，意法半导体的影像部门也进入了黄金年代。但是后来，随着诺基亚的业务逐渐走下坡路，意法半导体开始推动摄像技术组合的多元化，并创造了FlightSense品牌。

“FlightSense代表Time of Flight，也就是飞行时间概念，它是一种传统的测距技术，而能够达到较高的表现水平，经济效益高。同时，它的尺寸也比较小，在安卓手机的使用方面获得了巨大的成功，有多家手机厂商能够使用这样技术来实现自动对焦辅助的功能，能够在拍照的时候实现更好的测距和辅助。”David MAUCOTEL表示。

直到今天，意法半导体还在持续的推动FlightSense品牌的开发。例如从2017年开始，公司就在其产品组合当中也开发了更多的新的技术（如全局快门），这些技术也已经在比较高端的手机当中得到了广泛的应用。

在过去的十年当中，意法半导体还进一步的开发和掌握了另外两项技术：环境光感测器以及微光学（超表面光学）。其中，前者可以帮助我们测量所看到的光学颜色传感器当中具体的场景的色调，并且进行微光的调整，能够有效的实现一个表面光透镜；后者则通过极具成本效益的微光学元件，为我们的相机传感器和飞行时间（ToF）传感器提供支持。

在持续投入25年之后，意法半导体已经发出了四个系列的传感器产品，包括3D深感、直接ToF模块、环境光传感器和2D摄像头。这些产品也在过去的二十多年里持续升级。

“过去十年之间，我们整体的直接飞行模块的测距也从传统的一到两米，慢慢地拓展到了五到八米，甚至到十米的范围。同时，我们的直接飞行模块的视野得到了进一步的提升，而且我们还可以将检测的区域从单点扩展到64区，进而扩展到256区。这些都是基于长度不到五毫米的小模块实现的。”David MAUCOTEL说。

在2D摄像头方面，David MAUCOTEL举例说，自2017年开始，意法半导体向市场整体出货已经有超过十亿部的2D摄像头，公司也可以从非常小的分辨率一直抵达超过五百万像素的分辨率。与此同时，意法半导体还拥有全局快门黑白近红外RGB的颜色，让开发者在笔记本电脑的Windows系统当中的ID身份识别也可以通过2D摄像头完成。

从下图，我们可以看到意法把半导体在传感器方面的实力。当中，在面向包括智能手机在内的全市场细分领域，意法半导体累计向市场推出了10亿颗产品，其全局快门摄像头的市场份额位居全球第一；ToF模块和3D ToF传感器的出货量超过20亿，也是全球第一。

成功背后的四大价值主张

据David MAUCOTEL介绍，公司的传感器获得这样的成绩，公司超过八百名的研发工程师固然功不可没。此外，位于法国的克罗尔和鲁赛以及新加坡的三个晶圆制造厂和电子晶圆的检测厂以及位于中国深圳和位于卡兰巴的后道工厂也是意法半导体的核心竞争力所在。“从以上布局可以看到，ST是世界上唯一一家集成设备制造商。我们从传统的设备的架构一直到最终的产品链，都是自己全覆盖。”David MAUCOTEL说。

David MAUCOTEL总结说，意法半导体传感器之所以能在全球竞争当中脱颖而出，这要得益于公司在以下四方面的价值主张：

首先，意法半导体是全球知名的公司之一，公司可以在12英寸的晶圆上实现3D堆叠技术，这就意味着公司可以在晶圆的顶部来实现一个像素阵列的形成，而在其数据核下方，意法半导体可以通过混合键合的堆叠能够实现晶圆的夹层，并完成相关的加工。

“这就能够帮助我们进一步的去降低生产成本，同时也能够帮助我们实现顶级的性能表现。”David MAUCOTEL说。

其次，意法半导体可以向市场提供一站式的交钥匙解决方案。这就意味着公司可以不依赖外部合作伙伴来实现产品的制造。更重要的一点，意法半导体可以在深圳工厂将无源器件、激光器、微光学和基板集成到一个微模块当中，这也是在市场上独一无二的能力。

第三，意法半导器一直以构建差异化功能为初衷，而不是一味地跟进市场当中的技术，这让公司在同质化竞争的市场中打造出了更具竞争力的产品。以光学传感器为例，意法半导体的芯片可以进一步调高高动态范围功能，也能够带来基于事件的摄像头功能。在芯片中，意法半导体还提供了超低功耗以及自主唤醒等模式，帮助进一步提升设备使用过程当中的数据处理以及安全性。

最后，ST最独特的一点就体现在公司的生态系统。以摄像头为例，意法半导体提供了一站式的交钥匙解决方案，公司能够和全球合作伙伴通力合作，提供光学的封装和模块，确保公司的摄像头业务能够提供高质量的服务。此外，意法半导体还能够提供和摄像头以及影像产品所配套的评估套件、相关设计，帮助客户更快地将产品快速推向市场。

“和全球其他的一些光学传感器供应商不同，除了影像产品部门以外，意法半导体还拥有市场知名的STM32 MCU、射频、MEMS以及模拟和电源等产品线。这让我们能够为客户提供一站式的解决方案、完整的生态系统，以及相关的传感器和计算单元，帮助客户在生态系统当中进一步通过人工智能的加持来提供客户最终的产品表现能力。”David MAUCOTEL强调。

一站式人在感测解决方案，赋能PC

基于这些深厚积累，意法半导体为PC市场提供了一个叫做“ST Presence”的一站式的人在感测解决方案。得益于其先进的优势，采用意法半导体人员存在检测技术的PC机迄今已超过280款。近期，公司更是带来了新一代的解决方案，为PC市场带来更多赋能。

据介绍，作为公司第五代交钥匙传感器解决方案，ST Presence通过“硬件+算法+AI”的融合，高度优化了个人电脑与笔记本的节能、安全与用户体验。从意法半导体成像子产品部业务发展总监Herve GROTARD介绍我们得知，该方案的核心依托于公司FlightSense 8×8 64区飞行时间传感器，通过发射不可见红外光测量距离，配合意法半导体专有的人工智能算法，可实现人体存在检测、多人检测和头部朝向跟踪等功能。这种集成化方法为主机厂商（OEM）带来一个独特的即用型解决方案，无需额外的开发工作。

此外，第五代传感器还集成了其他高级功能，例如，手势识别、手形势识别和通过分析人体姿势的健康监测。意法半导体的专家们总结道，公司的人体存在检测（HPD）解决方案可以实现以下功能：

1、自适应调节屏幕亮度功能可以追踪头部朝向，当发现用户没有注视屏幕时，自动调暗屏幕，从而降低用电量20%以上。

2、离席位锁屏和看屏唤醒功能可以在用户离开座位时自动锁定设备，在用户返回座位时，自动唤醒设备，从而提高信息安全性和操作便捷性。

3、多人检测功能在有人偷看屏幕时向用户发出警报，增强隐私保护。

当然，得益于意法半导体的全链条布局，公司这个方案还拥有节能省电、安全等多方面的优势。

正因为拥有如此多优势，除了PC/笔记本电脑、包括消费电子、工业设备（机器人、红外安全幕）、智能家居（控制面板、恒温器、门禁/门锁/手部检测、银行等）等领域的厂商，也正在评估意法半导体的HPD解决方案。

“与以前的基于网络摄像头的用户登录解决方案不同，ToF传感器不需要捕捉图像或使用摄像头，确保用户隐私得到全面保护。”意法半导体方面强调。