結構光3D成像技術主要由4大部分組成：
1)不可見光紅外線(IR)發(fā)射模組：用于發(fā)射經(jīng)過特殊調(diào)制的不可見紅外光至拍攝物體。
2)不可見光紅外線(IR)接收模組：接收由被拍攝物體反射回來的不可見紅外光，通過計算獲取被拍攝物體的空間信息。
3)鏡頭模組：采用普通鏡頭模組，用于2D彩色圖片拍攝。
4)圖像處理芯片：將普通鏡頭模組拍攝的2D彩色圖片和IR接收模組獲取的3D信息集合，經(jīng)算法處理得當具備3D信息的彩色圖片。
一、IR發(fā)射模組：核心部件高壁壘，影響成像效果
IR發(fā)射模組的工作流程主要為：1)不可見紅外光發(fā)射源(激光器或者LED)發(fā)射出不可見紅外光;2)不可見紅外光通過準直鏡頭(WLO)進行校準;3)校準后的不可見紅外光通過光學衍射元件(DOE)進行散射，進而得到所需的散斑圖案。因為散斑圖案發(fā)射角度有限，所以需要光柵將散斑圖案進行衍射“復制”后，擴大其投射角度。
因此IR發(fā)射模組主要部件包括：不可見紅外光發(fā)射源(激光器或者LED)、準直鏡頭(WLO)、光學衍射元件(DOE)。
1.1不可見紅外光發(fā)射源：將以VCSEL為主流
紅外主要波長是700nm-2500nm。目前的攝像頭對900nm以上的紅外光感應差，需要更強的光才能感測到;而800nm以下的波長，太靠近可見光，極其容易受到太陽光的干擾，所以一般紅外的波長在800nm-900nm。目前，可以提供800-900nm波段的光源主要有三種：紅外LED、紅外LD(激光二極管)和VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)。
VCSEL是以砷化鎵半導體材料為基礎研制，主要包含激光工作物質(zhì)、崩浦源和光學諧振腔3大部分。相比較而言VCSEL光譜準確性更高、響應速度更快、使用壽命更長、投射距離更長，因此比LED光源具有明顯優(yōu)勢，在智能設備中VCSEL將成為主流。
VCSEL全名為垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，簡稱面射型激光，是一種垂直表面出光的新型激光器，也是光纖通訊所采用的光源之一。VCSEL 的制造依賴于MBE(分子束外延)或MOCVD(金屬有機物氣相沉積)工藝，在GaAs(80%左右的份額)或InP(15%左右的份額)晶圓上生長多層反射層與發(fā)射層。由于VCSEL 主要采用三五族化合物半導體材料GaAs 或 InP(含有In、Al 等摻雜)，因此移動端VCSEL產(chǎn)業(yè)鏈與化合物半導體產(chǎn)業(yè)鏈結構類似。
目前， 全球范圍內(nèi)主要的設計者包括Finsar 、Lumentum、Princeton Optronics 、Heptagon、ⅡⅥ等公司，它們在移動端VCSEL處于前沿的研發(fā)角色。由IQE、全新、聯(lián)亞光電等公司提供三五族化合物EPI 外延硅片， 然后由宏捷科( Princeton Optronics 合作方)、穩(wěn)懋(Heptagon 合作方)等公司進行晶圓制造，再經(jīng)過聯(lián)鈞、矽品等公司的封測，便變成了獨立的VCSEL 器件。然后由設計公司提供給意法半導體、德州儀器、英飛凌等綜合解決方案商，再提供給下游消費電子廠商。
1.2準直鏡頭：預計將以WLO工藝為主
由VCSEL發(fā)出的紅外光需要經(jīng)過準直鏡頭的校準，準直鏡頭利用光的折射原理，將波瓣較寬的衍射圖案校準匯聚為窄波瓣的近似平行光。準直鏡頭可以采用傳統(tǒng)的光學鏡頭制造方法，也可以采用WLO(晶圓級鏡頭)。
根據(jù)傳統(tǒng)光學鏡頭和WLO的性能對比，WLO成本更低、生產(chǎn)效率更高、鏡頭一致性更好，更適合用于制造準直鏡頭。同時根據(jù)廠商信息，AMS旗下Heptagon是該市場領導者，公司表示將在2017年中看到明顯的營收增長，我們相信這一預期主要來之蘋果的訂單。
1.3光學衍射元件(DOE)
經(jīng)過準直鏡頭校準后的激光束并沒有特征信息，因此下一步需要對激光束進行調(diào)制，使其具備特征結構，光學衍射元件(DOE)就是用來完成這一任務的。VCSEL射出的激光束經(jīng)準直后，通過DOE進行散射，即可得到所需的散斑圖案(Pattern)。由于DOE對于光束進行散射的角度(FOV)有限，所以需要光柵將散斑圖案進行衍射“復制”后，擴大其投射角度。
光學衍射元件DOE的制造門檻較高，預計將由臺積電采購玻璃后進行pattern，精材科技將臺積電pattern后的玻璃與VCSEL進行堆疊、封裝和研磨，然后交采鈺進行ITO工序，最后由精材科技進行切割。
二、IR接收模組：窄帶濾光片為國內(nèi)廠商主要機會
IR接收模組用于對被拍攝物體反射的紅外光進行接受和處理，獲取被拍攝物體的空間信息。IR接收模組主要由3部分組成：1)特制紅外CMOS；2)窄帶濾光片；3)鏡頭Lens;
2.1特制紅外CMOS
接收端CMOS的要求是其能接受被拍攝物體發(fā)射回來的紅外散斑圖案，不需要對其他波長的光線進行成像。相對普通RGB CMOS而言，紅外CMOS是一個相對小眾的市場，但是增速很快，目前主要廠商包括：意法半導體、奇景光電、三星電子、富士通等。
2.2窄帶濾光片
在IR發(fā)送端，VCSEL發(fā)射的是940nm波長的紅外光，因此在接受端需要將940nm以外的環(huán)境光剔除，讓接受端的特制紅外CMOS只接收到940nm的紅外光。為達到這一目的，需要用到窄帶濾光片。所謂窄帶濾光片，就是在特定的波段允許光信號通過，而偏離這個波段以外的兩側光信號被阻止，窄帶濾光片的通帶相對來說比較窄，一般為中心波長值的5%以下。窄帶濾光片主要采用干涉原理，需要幾十層光學鍍膜構成，相比普通的RGB吸收型濾光片具有更高的技術難度和產(chǎn)品價格。目前業(yè)內(nèi)主要廠商為VIAVI(JDSU拆分而來)和國內(nèi)的水晶光電。
2.3接收端鏡頭(Lens)
接收端鏡頭為普通鏡頭，業(yè)內(nèi)方案成熟，大立光、玉晶光、Kantatsu等廠商都能提供。
總體而言，接收端除窄帶濾波片較特殊，制造難度較高外，特征紅外CMOS和鏡頭都是成熟產(chǎn)品，不存在制造難度。
三、鏡頭成像端：產(chǎn)業(yè)鏈成熟，非增量業(yè)務
鏡頭成像端就是指目前智能手機的手機鏡頭模組，主要包含：音圈馬達(Voice Coil Motor，VCM)，鏡頭(Lens)，紅外截止濾光片(IR-Cut Filter，IRCF)，圖像傳感器(CMOS Image Sensor)以及印刷線路板(Printed Circuit Board，PCB)。產(chǎn)業(yè)鏈成熟，供應商眾多，在此不再贅述，同時3D成像的興起對鏡頭成像端而言并無變革。
四、3D圖像處理芯片：難度高，突破難
3D成像所需的圖像處理芯片和一般的圖像處理芯片有所區(qū)別，其通過復雜的算法將IR接收端采集的空間信息和鏡頭成像端采集的色彩信息相結合，生成具備空間信息的三維圖像。該芯片設計壁壘高，目前供應商僅為幾個芯片巨頭，包括STM(意法半導體)、TI(德州儀器)、NXP(恩智浦)。
4.1 產(chǎn)業(yè)鏈梳理：外資為主，國內(nèi)廠商有所卡位
目前結構光產(chǎn)業(yè)鏈一流供應商皆已被蘋果鎖定，包括整體方案商PrimeSense(2013年以3.45億美元收購)，核心部件VCSEL、DOE、WLO、Fliter中的一流供應商皆在與蘋果做試樣。目前國內(nèi)廠商在Fliter(水晶光電)、模組(歐菲光)方面具備較強實力，但在VCSEL、DOE、WLO、IR CIS、3D圖像處理芯片方面能力欠缺，以下是我們對結構光產(chǎn)業(yè)鏈的完全梳理。
4.2 2017年為3D成像元年，未來3年市場增長迅速
在結構光中，鏡頭成像端就是原來的前置攝像頭，因此采用結構光方案對前置攝像頭模組無拉動效應，增量部分來自IR發(fā)射模組、IR接收模組、3D圖像處理IC。
2017年3D成像市場主要由iPhone新款手機貢獻，預計iPhone手機2017年3D成像滲透率為21.3%。進入2018年我們預計iPhone手機將全面使用前置3D成像，后置3D成像開始逐步采用。預計蘋果帶來的3D成像市場規(guī)模從2017-2020年分別為5、18.6、30.1、32.3億美元。非蘋陣營3D成像的啟動時間預計在2018年，雖起步晚，但出貨量大，我們預計2018-2020年非蘋陣營帶來的3D成像市場需求分別為15.8、37.5、69.6億美元?？傆?017-2020年智能手機3D成像市場規(guī)模為5、34.4、67.6、102.3億美元。目前，有部分國內(nèi)手機廠家已經(jīng)開始涉獵3D成像產(chǎn)品，拍攝即能形成3D圖像，如前不久發(fā)布的金立S10。
左右晃動即能呈現(xiàn)各個方位的細節(jié)
智能手機是3D成像技術的主要應用市場，但不是唯一市場，預計PAD和NB未來也將搭載3D成像技術。如果考慮來自PAD和NB市場的3D成像需求，我們預測2017-2020年市場規(guī)模為5、34.6、68.5、107.2億美元。
