ToF・3Dセンシング向けCMOSセンサーランキング｜深度センシング技術の最前線


ToF・3Dセンシング向けCMOSセンサーランキング｜深度センシング技術の最前線

スマートフォンのFace ID・拡張現実（AR）デバイスのハンドトラッキング・自動運転車の障害物検知・産業ロボットの物体把持——これらすべてに「3次元センシング（3Dセンシング）」技術が使われています。その核となるのがToF（Time of Flight）センサーや構造化光センサーと組み合わさったCMOSイメージセンサーです。本記事では3Dセンシング向けCMOSセンサーの主要技術と市場リーダーを解説します。

Contents
  1. 3Dセンシングの主要方式
  2. ToF・3Dセンシング向けCMOSセンサーメーカーランキング
  3. 各社技術詳細解説
  4. Apple Face IDとLiDARが示す3Dセンシングの進化
  5. 自動運転向けLiDAR市場との関係
  6. まとめ

3Dセンシングの主要方式

dToF（ダイレクトToF）

光パルスを照射し反射光の飛行時間を直接計測。LiDARに採用される長距離高精度方式。Apple LiDARスキャナー（iPad/iPhone Pro）に採用。

iToF（間接ToF）

変調した光を照射し、反射光の位相差から距離を計算。短〜中距離で高フレームレートが得意。Intelリアルセンス・各社リアカメラ深度計測に採用。

構造化光（SL）

既知のパターン光を投影し、変形から3D形状を復元。Apple Face ID（前面カメラ認証）がこの方式。短距離・高精度で顔認証に最適。

ToF・3Dセンシング向けCMOSセンサーメーカーランキング

順位企業名国主力技術・製品主な採用先
1位Sony Semiconductor Solutions日本dToF（SPAD）、IMX556/569 iTOFセンサーiPhoneリアLiDAR、各社スマートフォン
2位STMicroelectronics仏・伊VL53シリーズ（iToF）、SPAD多数のスマートフォン・IoTデバイス
3位Infineon Technologies（IFX）ドイツREAL3シリーズ（iToF）PC・スマートフォン・産業
4位Softkinetic（Sony傘下）ベルギー/日本DepthSense（iToF）コンシューマ・産業ロボット
5位LG Innotek韓国ToFカメラモジュールSamsung Galaxy、各社スマホ
6位MelexisベルギーEVK75027（iToF）車載・産業用
7位Ams OSRAMオーストリアTMF882XシリーズIoT・スマートフォン補助AF
8位Teledyne FLIR米国Firefly DL（3D+熱画像融合）産業ロボット・ドローン
9位Microsoft（Azure Kinect）米国dToF + RGB融合センサー産業・研究・クラウド連携
10位Luminar Technologies米国Iris（自動車LiDAR）自動車向けLiDAR

各社技術詳細解説

1
Sony dToF（SPAD）センサー / iToF IMX556
Sony Semiconductor Solutions

ソニーはdToFとiToF双方で業界をリードします。Apple iPhone 12 Pro〜16 Pro向けのリアLiDARスキャナーにはソニーのSPAD（Single Photon Avalanche Diode）ベースのdToFセンサーが採用されており、単一光子を検出できる極限の感度で最大5mの距離を精密にスキャンします。このLiDARによりポートレートモードのボケ精度・ARオクルージョン・夜間のAF速度が大幅に改善しています。

iToF（間接ToF）では、IMX556/569シリーズが複数のAndroidスマートフォンメーカーに採用。深度情報をリアルタイムでRGBカメラと融合することで、背景ボケ・ARエフェクト・3D顔認証などを実現します。

技術SPAD（dToF）+ iToF
検出方式単一光子〜変調光
使用例iPhone リアLiDAR
到達距離最大5〜10m（dToF）

SPAD dToFApple LiDAR採用iToF対応

2
STMicroelectronics VL53シリーズ
STMicroelectronics

世界で最も広く普及しているToF距離センサーシリーズ。スマートフォンのカメラAF補助・デバイス接近検知・フリップカバー開閉検知など、幅広い用途で採用されています。チップサイズが極めて小さく（2mm×2mm以下）コスト競争力も高いため、ハイエンドからミドルレンジまでの多数のスマートフォンに採用されています。最新のVL53L8CHは64ゾーンの空間深度マップをリアルタイムで生成でき、ジェスチャー認識・スマートホームデバイスへの展開も進んでいます。

超小型・低コストAF補助普及率最高

3
Infineon REAL3 iToFセンサー
Infineon Technologies

PC・スマートフォン向けの高性能iToFセンサーシリーズ。Windows Helloの顔認証機能を搭載するPCのIR深度カメラに採用されており、ノートPC市場での存在感が大きい製品です。TOF技術に特化したREAL3プロセッサとセンサーを組み合わせたモジュールとして提供され、システムインテグレーションを容易にしています。産業用ロボットアームの空間認識にも採用例があります。

Windows Hello認証PC内蔵iToF

Apple Face IDとLiDARが示す3Dセンシングの進化

Apple 3Dセンシングシステムの構成（参考）：
Face ID（前面、構造化光方式）：
・ドットプロジェクタ（3万点の赤外線ドットを投影）
・赤外線カメラ（ドットパターンの変形を読み取り）
・RGBカメラ（通常撮影）
・「A〜A17 Proチップ」のNeural Engineが顔データを3Dマップ化

LiDARスキャナー（背面、dToF方式：iPhone 12 Pro〜）：
・SPADベースのdToFセンサー（Sony製）
・赤外線レーザー発光ユニット
・最大5mの精密3Dポイントクラウド生成
・夜間AF速度6倍向上・ARオクルージョン精度向上に貢献

自動運転向けLiDAR市場との関係

自動車向けのLiDAR（Light Detection and Ranging）は、より長距離（100〜200m）・高精度の3Dスキャンが求められ、消費者向けのToFセンサーとは技術的に異なる製品カテゴリです。Luminar・Velodyne・Waymoなどが競合し、いずれもSPAD・APD（アバランシェフォトダイオード）をベースにした独自センサーを開発しています。車載CMOSとLiDARセンサーを組み合わせたマルチモーダルセンシングが次世代自動運転の標準アーキテクチャになると見られています。

まとめ

3DセンシングとCMOSイメージセンサーの融合は、スマートフォン・AR/VR・自動運転・産業ロボットなど多岐にわたる市場で革命を起こしています。ソニーのSPAD技術・STMicroelectronicsの普及型ToFセンサー・Infineonの産業向け製品が市場を三分しながら、各社独自の強みで用途特化を進めています。Apple・Meta・Googleなどのプラットフォーム企業がAR/VRデバイスへの投資を拡大する中、3Dセンシングセンサーの需要は今後急拡大することが確実視されています。