从任天堂新健身游戏看MEMS惯性传感器和CMOS图像传感器市场概况

据统计,任天堂Switch游戏手柄自2017上市至2019年上半年,全球累计销售3687万台,已销售出去的手柄就共装有7000多万颗加速度传感器和陀螺仪,3600多万颗红外CMOS图像传感器。

  近期,任天堂推出一款新的健身游戏《健身环大冒险》,作为一款健身游戏,该游戏需要借助任天堂开发的新型柔性健身环设备,该设备使用可以像弹簧般返回原位的特制材料,还搭配有精密度极高的力学传感器,可感应推压和拉开的力道。在操作游戏时,玩家的操作,都通过传感器感应传输回主机完成画面效果,同时,传感器还可用于运动时的心率测量方面。那么,传感器具体是如何运作的?

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柔性健身环设备,资料图

  据Tech Insights拆机报告来看,该健身环左右两侧的Joy-Con手柄,均内置有博通(Broadcom)的蓝牙收发器,意法半导体(STMicroelectronics)的六轴加速度传感器陀螺仪超低功耗MEMS惯性传感器。此外,右Joy-Con还装有意法半导体的NFC卡,以及红外摄像头模块,分析称是豪威(OmniVision)的红外CMOS图像传感器

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Joy-Con手柄内置有六轴加速度传感器和陀螺仪,资料图

  这其中,加速度和陀螺仪惯性传感器用于测量方向的改变和加速度,红外摄像头用于检测对象的形状和距离,同时可检测心率。心率检测原理可简述为:

  通过LED灯照射手指,因心脏将血液压送到毛细血管时,亮度(红光的深度)会呈现周期性的变化,透过摄影机捕捉这一些规律性的变化,并将数据传送到主机中进行运算,进而判断心脏的收缩频率,得出每分钟的心跳数。

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心率检测原理示意图,资料图

  据统计,任天堂Switch(NS)自2017上市至2019年上半年,全球累计销售3687万台,软件2亿多份。若不考虑用户额外购买的Joy-con,已销售出去的NS就共装有7000多万颗加速度计和陀螺仪超低功耗MEMS惯性传感器,3600多万颗红外CMOS图像传感器。

  MEMS惯性传感器市场概况

  全称是微型电子机械系统(Micro-ElectroMechanicalSystem),微机电系统是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

  根据Yole在2019年6月发布的MEMS产业发展研究报告显示,MEMS传感器主要细分市场是MEMS惯性传感器市场、射频MEMS市场、MSME压力传感器市场、MEMS麦克风市场。其中MEMS惯性传感器市场占MEMS产业中的大头。

从任天堂新健身游戏看MEMS惯性传感器和CMOS图像传感器市场概况

图自YOLE 2019年6月MEMS产业现状报告

  惯性传感器,主要是检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动,更为熟悉的名字应该是加速度器和陀螺仪。代表公司及工艺有InvenSense的Nasiri工艺,ST Microelectronic的THELMA工艺,Analog Devices的IMU工艺,博世(Bosch)的Bosch Process。该技术主要用在导航方面,比如大疆无人机,虚拟现实和体感输入(智能手机、PlayStaTIon手柄等),汽车安全气囊和ABS防抱死系统等。

  在我国,MEMS传感器商业化约有10年的历史,发展比较晚,且拥有自己核心技术的不多。国内主要MEMS惯性传感器厂商:上海深迪、苏州明皜、士兰微。其中,上海深迪拥有完全自主知识产权的先进的MEMS工艺和集成技术,专注于为消费电子及汽车电子市场设计和生产低成本、高性价比、低功耗、小尺寸的商用MEMS陀螺仪芯片。深迪的六轴惯性传感器(IMU)SH3001芯片于2019年10月推出工程样品,明年一季度量产,主要应用于智能手机、物联网(IoT)等领域,可能成为“中国芯”。明皜传感为被苏州固鍀收购的美国Miradia,主要产品有加速度传感器、陀螺仪、压力传感器和磁传感器。

  CMOS图像传感器市场概况

  专业名称为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor),应用于制作数码影像器材的感光元件,通过将光转化为电子(或电荷)再处理成电子信号的原理来进行影像数据的保存。在实际使用中,CMOS越大,同条件下所接收的光越多,通常画质与观感就越好、噪点越少等。

  根据Yole在2019年6月发布的关于CMOS图像传感器季度研究报告显示,CMOS图像传感器已经成为半导体的一个关键领域,其中,索尼(Sony)是毋庸置疑的领导者,其他市场参与者还有三星(Samsung)、豪威(OVT)、安森美半导体(ON Semiconductor)、意法半导体(STMicroelectronics)等。

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CIS(CMOS IMAGE SENSOR)  图自YOLE 2019年6月CMOS图像传感器季度研究报告

  得益于智能手机闯入影像市场,图像传感器的附着率正在增加,尤其是移动摄影和社交媒体的连结更是加速了CMOS市场情况,尽管手机数量渐趋饱和,但CIS市场由于导入了双镜头、光圈与3D相机,而能持续稳定成长。2019年,3D后置摄像头进一步推进和改善了摄影体验,并将开拓增强现实(AR)应用。其次是安全和汽车,这两个市场也在加大对CIS的使用量。

  一直以来,国内的CMOS传感器厂商在规模和技术上与国外厂商存在较大差距,产品主要用于中低端消费类电子领域,或者为大厂提供封装服务。例如上市公司中,晶方科技以CMOS影像传感器晶圆级封装技术起家,为索尼等CMOS大厂提供封装服务。再例如格科微,国内领先图像传感器芯片设计公司,在官网首页上挂出的公司愿景是成为世界一流的芯片公司,这道路看上去漫长且显得毫无野心。2019年国内韦尔股份收购豪威科技(OVT),形成”韦尔+豪威+思科比”国内CIS整合巨头,后续发展值得关注。

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