一、智能手机3D感测渗透加速，TOF有望成主流技术
1、3D感测渗透加速，主流手机厂商加入TOF阵营
3D结构光在消费电子领域的商用最早可追溯到2009年，微软与以色列3D感测公司PrimeSense合作发布了搭载3D结构光模组的体感设备Kinect一代，2010年11月上市后，该产品成为2011年销售最快的消费电子设备。尽管产品大获成功，但第一代Kinect的准确度、图像分辨率和响应速度并不理想，微软在2009年和2010年先后收购了以色列TOF相机公司3DVSystems和3D手势识别公司Canesta，并在2013年终止了与PrimeSense的合作，自行研发推出搭载TOF摄像头的Kinect2代产品。
然而好景不长，由于缺乏爆款游戏应用、硬件亏本销售等问题的存在，2017年10月微软表示已经停止生产Kinect，自2011年上市以来累计销量仅3500万部。
尽管Kinect失败，但在游戏市场的沉淀使得3D感测技术日益成熟。2017年苹果发布iPhoneX，首次搭载3D结构光模组，可实现3D人脸识别技术，成为苹果近两年最大的创新。
此前由于半导体工艺等多方面技术的限制，3D感测很难应用到体积非常有限、功耗要求低的手机上，因此iPhoneX的发布是3D结构光技术的重大突破，市场对3D结构光技术的热情重新点燃。苹果的3D结构光方案正是来自为微软Kinect一代提供技术方案的PrimeSense，苹果在2013年11月宣布以3.6亿美元收购该公司。
苹果之外，主要3D结构光方案厂商还有美国的英特尔、高通/Himax，以色列MantisVision以及国内华为、奥比中光等公司。
2014年英特尔发布全球首款内嵌于各种智能设备的3D景深摄像头RealSense，采用3D结构光技术，应用在联想、戴尔等多款超极本电脑以及无人机等设备中。同年高通宣布与影像IC设计公司奇景光电Himax合作提供高分辨率、低功耗的3D结构光模组SLiMTM。
iPhoneX发布后，国内小米、华为和OPPO也先后发布了首款搭载3D结构光模组的智能手机，其中小米采用的是以色列MantisVision公司的解决方案，华为采用的是自研方案，OPPO采用的是国内公司奥比中光的解决方案。苹果在2018年和2019年的iPhone新产品中也全部搭载了3D结构光模组。
目前已经发布的搭载3D结构光模组的智能手机包括苹果的iPhoneX以后的所有机型，华为的Mate20Pro、荣耀Magic2和Mate30Pro,小米的小米8探索版以及OPPOFindX。据DigiTimes数据，2018年搭载3D结构光的智能手机整体约1亿台，其中苹果占比约88%。
TOF最早的商用可追溯到2006年7月，衍生自CSEM（瑞士电子与微技术中心）的MESAImaging公司成立，并推出商用TOF摄像头产品系列SwissRanger，最开始应用于汽车的被动安全检测。2014年，MESA被新加坡微型光学器件厂商Heptagon收购，Heptagon在2016年又被奥地利知名传感器厂商ams（艾迈斯半导体）收购，在小型化TOF传感器领域已经具备了一定优势。
2013年，微软在第二代Kinect中采用了TOF技术，方案来自2010年收购的TOF相机公司3DVSystems。
2015年，索尼索尼收购比利时手势识别技术公司SoftKinetic，该公司拥有知名DepthSenseTOF感测系统，两年后索尼就发布了全球最小的TOF模组。
TOF技术首次应用到智能手机是在2016年，Google和联想合作推出了全球首个搭载TOF模组的智能手机Phab2Pro，采用的是pmd/英飞凌的TOF方案，该手机可实现一些如三维测量等简易的AR应用，但并没有引起市场较大的反响。
英飞凌和德国3D感测公司pmd在TOF领域合作了数十年，并开发出了知名的REAL3TOF传感器芯片，其中pmd主要提供TOF像素矩阵，英飞凌主要提供芯片上系统（SoC）集成的所有功能组件，并开发相应的制造工艺，该方案还用在了华硕2017年发布的AR智能手机Zenfone上。
2018年8月6日，OPPO在北京召开了TOF技术沟通会,并在8月23日发布了其首部搭载TOF摄像头的智能手机OPPOR17Pro，采用了Sony的解决方案。随后在2018年12月，vivo发布了其首部搭载TOF摄像头的智能手机vivoNEX双屏版，采用了松下的解决方案；华为发布了其首部搭载TOF摄像头模组的智能手机荣耀V20，采用的是OPPOR17Pro相同的TOF方案。
进入2019年后，安卓厂商纷纷加入TOF镜头的阵营，2019年2月，三星发布了GalaxyS105G，前后分别各搭载一颗TOF镜头；LG发布了LGG8ThinQ，搭载后置TOF镜头，采用了英飞凌的解决方案；联想发布了Z6Pro5G手机，搭载了后置TOF镜头。华为在6月份在中端机型nova5Pro上也搭载了后置TOF镜头。
目前除小米以外，主要安卓手机厂商均发布了搭载TOF模组的智能手机，其中华为和三星发布的机型数量相对较多。
据报道，供应链消息称苹果将在2020年的iPadPro和两款iPhone中搭载TOF后置镜头，前置人脸识别摄像头则还是沿用3D结构光的技术。报道还表示苹果或借助定制CMOS的方式模拟人眼功能，实现AR实景导航等应用，突破当前TOF镜头缺乏“硬”用的瓶颈。苹果的入局有望加快安卓端的渗透速度，业界普遍看好TOF模组将在2020年迎来放量。
我们对主要品牌手机厂商的TOF机型2019年和2020年的渗透率进行了假设，预测2019/2020年全球搭载TOF模组的智能手机出货量分别为4300万和1.5亿部。考虑到华为、三星等部分高端机型搭载前后TOF模组，预测2019/2020年全球智能手机的TOF模组合计为5700万和1.83亿个。
2、3D结构光vsTOF：手机厂为何选择TOF方案？
原理和系统组成对比
3D结构光方案的原理是采用红外光源，发射出来的光经过一定的编码投影在物体上，这些图案经物体表面反射回来时，随着物体距离的不同会发生不同的形变，图像传感器将形变后的图案拍下来。基于三角定位法，可以通过计算拍下来的图案里的每个像素的变形量，来得到对应的视差，从而进一步得到深度值。
对比iPhone的3D结构光模组和OPPOR17Pro的TOF模组，可看出二者的组成结构类似，3D结构光只是在发射端多了一个点阵投影仪，但实际上两种方案中采用的泛光照明器和近红外摄像头有很大区别。3D结构光模组中最复杂的器件为点阵投影仪，TOF模组中最复杂的器件为近红外摄像头（即TOFSensor，TOF传感器）。
3D结构光模组中点阵投影仪（DotProjector）由一个高功率VCESEL（Vertical-CavitySurface-EmittingLaser，垂直腔表面发射激光器）、一组WLOlens（Wafer-LevelOpticslens，晶圆级光学透镜）和DOE（DiffractiveOpticalElements，光学衍射元件）组成，用于发射特定编码的光学图案。VCSEL：发射出特定波长的近红外光（一般为880nm/910nm/940nm）；
WLOlens：
具体包括光束整形器（Beamshaper）和投射透镜（Projectionlens），其中光束整形器又包括扩束元件（BeamHomogenizer）和准直元件（Collimator）。光束整形器的作用是将VCSEL输出的光束变成横截面积较大的、均匀的准直光束，其中扩束元件的作用在于扩大激光的横截面积，使其可以覆盖整个DOE，准直元件的作用是将扩束后的激光重新调成平行光。投影透镜位于DOE之后，用于放大光束，，使其达到一定的覆盖范围；
DOE：
指采用光刻工艺生产的表面带有阶梯状衍射结构的光学元件，用于形成特定编码的光学图案，是整个3D结构光模组中最核心的部件，光学图案最后经过投射透镜发射出去。
3D结构光和TOF中的泛光照明器（Floodilluminator）都由一个VCSEL和Diffuser（扩散器）组成，两者主要区别在于3D结构光中采用的是低功率VCSEL，用于在光线较暗的环境下补光，从而在黑夜中也能提供完整的深度图；TOF中采用的是高功率VCSEL，用于向物体发射光脉冲，需要在白天和夜晚都能工作。iPhoneX中的泛光照明器和TOF距离传感器（ProximitySensor）封装在一起，由STM供应。3D结构光和TOF中的近红外摄像头（Near-infraredCamera）都由一个红外CMOS传感器、窄带滤光片（Narrowbandfilter）和聚焦透镜（Focuslens）组成，二者的主要区别在于红外CMOS传感器的性能不同。
VCSEL对比：
3D结构光中点阵投影仪、泛光照明器以及TOF中泛光照明器中采用的VCSEL性能有很大区别。结构光的VCSEL需要制作成特定的图案，对图案表现的一致性、器件高温漂移情况、发热表现、耐环境高温等都会有更高的要求，从而对供应商的设计能力、工艺及产品良率的考验也更大，全球可实现量产的厂商仅有美国Lumetum、被ams收购PrincetonOptronics等。TOF中泛光照明器的VCSEL输出光束无需经过编码，因此器件制作上更为简单，可供选择的VCSEL供应商也更多。
Diffuser（扩散器）：
Diffuser是DOE的一种,也属于波束整形器，用于对输入光束进行均一化，通过使较大折射角处具有更大屈光度，使得较窄的光束扩展到更宽的角度范围内，并具备均匀的照明场。TOF中的Diffuser的设计制作难度，比3D结构光点阵投影仪中的DOE要简单很多，全球具备先进DOE设计与制造的公司屈指可数，主要有德国CDA、法国Silios和德国Holoeye，iPhoneX中的DOE由Primesense自行设计pattern图案，台积电提供pattern微纳加工，采钰提供ITO材料，精材科技提供器件封装。Diffuser的供货厂商则较多，包括Finisar（被II-VI收购）、PRC（被Viavi收购）及Himax等。
窄带滤光片：
由于发射端光源VCSEL发射的是特定波长（850nm/940nm）的近红外光，窄带滤光片可将该波长以外的环境光“剔除”，使仅有该波长的近红外光进入图像传感器，从而避免环境光的干扰。窄带滤光片的薄膜由低折射率和高折射率的两种膜组成，叠加后层数达几十层，每一层薄膜的参数漂移都可能影响最终性能。而且窄带滤光片透过率对薄膜的损耗非常敏感，所以制备峰值透过率很高、半带宽又很窄的滤光片非常困难。全球仅有美国厂商Viavi和国内厂商水晶光电可供应。
近红外摄像头对比：
随着图像传感器厂商不断提高CMOS传感器的技术，通过背照式（BIS,BacksideIllumination）设计、电流辅助光子演示（CPAD）技术，并将高速率多帧图像合成单张图像用以计算最终的深度，在降低图像噪声的同时降低了功耗，从而使TOF应用于手机成为可能，但对应的TOF传感器芯片成本也高出很多。
5G时代物联网/VR/AR应用拉动TOF需求
尽管目前已经推出的TOF手机功能众多，利如美图功能可进一步优化手机拍照的景深效果，“三维建模”功能可以实现体型测量、AR尺子、Emoji表情等，但以上功能对于用户而言更多是尝鲜，并不实用，难以拉动长期需求。实际上，在智能手机之外，TOF模组还有更广阔的应用市场，包括智慧驾驶、机器人、智能家居、智慧电视、智能安防和VR/AR等，目前在这些领域，TOF技术的应用尚处于起步阶段。
5G时代推动物联网应用，从而带来各类智能设备对三维感知能力的需求。TOF凭借其成本优势、优秀的实时感知能力将成为主流的3D感测方案。尤其是在VR/AR应用领域，对于时延有很高要求，从而避免眩晕感，TOF则是相对最适合的空间定位技术。在汽车应用领域，TOF可以用于手势识别、车内驾驶员状态监测、以及车外物体探测等。在工业物流应用领域，TOF可以用于采集包裹的三维信息，直接计算不同包裹的体积，从而降低人工成本；此外TOF还可以用于避障系统，如扫地机器人，且凭借其对光照条件不敏感的优点可用于户外远距离应用，如物流机器人、引导机器人等。
据IHSMarkit报告，2018年全球TOF传感器市场规模为3.7亿美元，占整个3D感测市场的33%，2019年其市场规模将同比增长35%，达5亿美元，占比提高至40%左右。基于TOF方案的多方面优势，尤其是成本优势，预计2022年TOF市场规模将达到15亿美元，占比整个3D感测市场的50%左右。
从具体应用领域来看，未来3年TOF主要的应用市场还是来自智能手机市场，预计2020年对应市场规模超过6亿美元，占整个市场的90%以上，其次是平板电脑市场、建筑物检测、智能家居、汽车中控、无人机等应用领域，2021年平板电脑市场将迎来翻倍增长。我们认为IHS对于2020年TOF市场规模预测较为保守，按照我们在第一章内容中的预测，2020年全球智能手机TOF模组出货量约1.83亿个，按10美金的单价计算，对应市场规模约18亿美元。
二、国内厂商在镜头、滤光片和模组环节具备优势
1、产业链全景图
整个3D感测产业链包括3D摄像头模组(包括3D结构光和TOF)、软件算法以及系统整体解决方案提供商3个环节。而3D结构光和TOF模组基本组成相同，都由光源（illuminator）、传感器阵列（SensorArray）和光学器件（Optics）等零部件组成。据Yole预测，2023年整个3D摄像头模组的市场规模可达155亿美元，其中光源市场占14%，传感器市场占17%，光学器件市场占28%，模组市场占40%。
方案商方面，3D结构光阵营厂商主要有苹果（收购PrimeSense）、英特尔（RealSense产品）、ams、高通/Himax、MantisVision、华为、奥比中光等。TOF阵营厂商主要有微软、索尼、松下、英飞凌/pmd、ADI、ams、ST、TI、Melexis、ESPROS以及国内公司聚芯微电子、炬佑智能等。
ams整个行业布局最完善的公司，拥有3D结构光和TOF两种解决方案，且基本全产业链都有布局。iPhoneX3D结构光模组中的点阵投影仪即为ams供应，其中的WLO透镜（来自2017年收购的子公司Heptagon）也由其供应。在TOF方案中，公司拥有TARA和TARASLIM两个系列的泛光照明器产品，分别适用于家用机器人和汽车等应用的广角手势传感和头部追踪以及手机中的脸部识别。
Sony是CIS（图像传感器）领域的龙头厂商，因此在TOF传感器领域具备先发优势，公司从2009年起开始研发BSI(背照式)传感器技术，与2015年收购的Softkinetic研发的电流辅助光子调节器（CAPD）相结合，推出了深度感应性能更高，体积更小的新型背照式TOF传感器DepthSense系列产品。2017年公司推出的首个背照式TOF传感器IMX456QL尺寸仅有1/2英寸(8mm)，并拥有VGA分辨率（30万像素），价格约人民币176元。目前市场上大半的TOF手机采用的都是Sony的TOF方案。此外，知名汽车半导体Melexis在2015年与索尼签订了专利许可协议，获准在自家产品中应用索尼的DepthSenseToF技术。
英飞凌是全球领先的半导体公司，与知名TOF厂商pmd合作研发TOF模组，其中pmd主要负责TOF像素和TOF系统研发,英飞凌主要负责半导体工艺、产品研发和产生。目前，双方已合作推出多款REAL3系列ToF图像传感器，最新款第四代REAL3图像传感器型号为IRS2771C，芯片面积仅为4.6mm×5mm，接近HVGA（15万像素）的分辨率。
华为Mate30Pro采用的是Sony的方案，另外前后两颗TOF摄像头的模组厂商主要有欧菲光和舜宇光学、镜头供应商主要为大立光和舜宇光学，Diffuser由美国厂商Viavi和国内舜宇光学供应，VCSEL由Lumentum、纵慧等供应。
2、接收端——近红外摄像头（NIRCamera）
传感器芯片
ToF接收端的传感器芯片仍是以Sony为主，Sony和三星作为图像传感器芯片的龙头公司，在TOF市场也积累深厚，未来将成为市场的主要领导。国内主要由被韦尔股份收购的豪威科技，目前在TOF领域还没有明显动作。
光学镜头
手机镜头领域，台湾大立光公司遥遥领先，2017年占据全球市场38%的份额，其次是国内公司舜宇光学，占据17%的市场份额。华为Mate30Pro前后两颗TOF摄像头的镜头供应商主要为大立光和舜宇光学，看好TOF市场爆发对舜宇光学业绩的拉动。
窄带滤光片
窄带滤光片的薄膜一般由低折射率和高折射率的两种膜组成，叠加后层数达几十层，每一层薄膜的参数漂移都可能影响最终性能。而且窄带滤光片透过率对薄膜的损耗非常敏感，所以制备峰值透过率很高、半带宽又很窄的滤光片非常困难。目前全球供应商仅有美国公司Viavi和国内水晶光电，水晶光电给Viavi提供代工服务。iPhone的3D结构光模组中Viavi在后期将部分订单释放给水晶光电以减少生产费用，TOF模组中也有望延续。此外，在安卓端，水晶光电有望成为三星和华为的窄带滤光片的直接供货商，毛利率将进一步提高。
1、欧菲光
欧菲光是全球手机摄像头模组龙头企业。公司目前业务包含两大部分：一是智能手机业务，主要产品包括手机摄像头模组、触控显示模组和生物识别模组；二是智能汽车业务，主要产品包括智能中控系统、智能驾驶系统（ADAS）和车身电子等。
公司近5年营收保持快速增长，手机摄像头模组是公司最主要的业务，2017年营收占公司总营收的50%左右。2018年随着内嵌触控（In-Cell）方案的崛起，公司的外挂式触控业务受到重大影响，大幅拖累当年业绩。
2、水晶光电
水晶光电是全球滤光片龙头厂商，主要业务包括成像光学、新型显示、生物识别、反光材料和蓝宝石衬底五大业务板块。成像光学主要包括手机摄像头采用的红外滤光片等产品，新型显示主要包括视频眼镜、超短焦投影、HUD（Head-upDisplay，抬头显示器）和为微影光引擎等产品。
公司2018年营业收入为23.26亿元，同比增长8.39%，相比之前几年的增速有较大幅度放缓，主要是因为2018年全球消费类电子尤其是手机行业的发展渐入平稳期，增速放缓，以及LED业务产能过剩，导致蓝宝石衬底业务收入萎缩；公司2018年归母净利润为4.68亿元，同比增长31.57%，主要系公司出售日本光驰股份带来的1.62亿投资收益所致。2019年前三季度公司实现营业收入20.66亿元，同比增长26.43%；归母净利润为3.60亿元，同比下滑11.18%，主要系非经常性损益金额减少所致；扣非归母净利润为2.87亿元，同比增长14.32%。‘
公司作为全球仅有的两家窄带滤光片供应商之一，未来随着TOF渗透率提高，一方面在A客户端受益Viavi的部分订单释放，另一方面受益安卓端的需求增长，将成为三星和华为的窄带滤光片的直接供货商，毛利率进一步提高。
3、联创电子
公司是国内光学镜头、摄像头模组和触控显示产品领先厂商，产品应用于智能手机、平板电脑等消费电子领域、以及运动相机、智能驾驶、智能家居、VR/AR等其他领域。据官网信息，公司目前具备年产高清广角镜头及手机镜头1亿颗、触摸屏6000万片、显示模组8000万片、触摸显示一体化8000万片的生产能力。公司2015-2017年营收和净利润都保持较高的增速。2018年受到下游消费电子需求下滑等外部因素影响，公司营收和归母净利润有所下滑。2019年上半年公司光学业务营收同比增长88%，达4.66亿元，带动公司整体营收重回上升通道。
公司目前手机镜头客户主要为韩国大客户，用于3D感测的准直镜头已实现量产，并已小批量出货给华为，公司是华为3D结构光模组准直镜头的唯一供应商。公司表示目前已经具备TOF镜头及模组的生产能力，看好TOF模组渗透率提高对公司业绩的拉动。