共創企画 代表 中條博則
カメラモジュールは、ノートPC、携帯電話、Smartphoneなど、モバイル機器用を中心に市場が拡大してきました。さらに、急激に進化するADAS、自動運転の実現における主要部品として数量が急増しています。自動運転は、急激にコストダウンが進んでいる再生可能EnergyによるEV普及促進も梃子になり、大いに加速されています。一方、ここ数年のDeep LearningなどAI (人工知能)の着実な進歩にともない、世界はIoT社会の本格化に向かって邁進しています。「眼の機能」はIoT環境でも非常に重要であり、カメラモジュールの果たす役割は大きく、より一層の市場規模増加が見込まれています。
また、学習、訓練、旅行や現実的には不可能なことが疑似体験でき、人間の能力が効率的、短期的に向上できるとして待望されていたVR機器が、2016年ころから続々と登場しました。たとえば、VR(Virtual Reality) Game機「PlayStationR VR」であり、SmartphoneをVR用のHMD(Head Mount Display)にする Adaptorなどです。そのため、2016年は「VR元年」と言われ、VR/ AR (Augmented Reality:拡張現実、車載HUDもこのジャンル) / MR (Mixed Reality)などの仮想現実技術が、今後さまざまな業種に恩恵を与えると期待されています。これらの機器でも、3D Gesture、3D Mapping作成用など、カメラモジュールの果たす役割は大きく、2020年以降、非常に大きな市場規模になることが予測されています。
カメラモジュール市場を牽引してきたSmartphoneは世界中に行き渡り、その市場規模はここ2、3年飽和しつつあります。とはいえ、カメラモジュールには小型化、低背化はもちろん、高速オートフォーカス、光学ズーム、OIS(光学手ブレ補正システム)などの多機能化、さらに数量増が見込めるDual Camera、Triple CameraによるComputational Photography技術確立、AI機能の搭載などにより、一眼レフを超える高品位・高画質化が実現され、「本格的カメラ」としての期待が大いに高まっています。そのため、Smartphone市場向けのカメラモジュールは、今後も継続した数量増が期待されています。
このように、カメラモジュールはAI技術で知能が高まるさまざまな製品で重要な役割を果たし、多くのセンサの中、その地位を不動なものにしつつあります。それは、眼の誕生が脳の機能の発達を促したことにより、生物の多様化が一気に進んだ「カンブリア爆発」を彷彿とさせます。「カメラモジュールという眼の機能」が「脳の機能であるAI」の高度化を促進し、技術・製品の高度化、多様化が一気に進む、「現在版カンブリア爆発」が近い将来起きるかもしれません。それを実現するためには、膨大な数量のカメラを、高品質、廉価、そして円滑に供給できる体制の確立が必須です。その要求を満たせるものとしては、WLO(Wafer Level Optics)リフローカメラモジュール(WLCM: Wafer Level Camera Module)があります。組立技術に依存しないWLCMの最大の利点は、従来のカメラモジュールでは絶対不可能だった超小型品(たとえば0.5 x 0.5mm)が具現できることです。サイズの束縛から解放されることにより、いままで考えられなかったApplicationが登場するかもしれません。
本書では、大きく変わりつつあるカメラモジュールを取り巻く市場環境や、それに対応する事業戦略、設計技術、製造技術、部品の技術動向などについて徹底解説しました。
2018年 10月22日 著者 共創企画 代表 中條博則
◆ 発刊にあたって
◆ 【第 一 章】市場動向
[ 1 ] Smartphoneが加速した自動運転実現への路 --- 1 ~ 26
[ 1 ] - 1 : 2017年登場した世界初「条件付き」自動運転車は「本物」か? --- 1
[ 1 ] - 2 : Smartphone、その源流と事業成功への3つのKey Words --- 3
[ 1 ] - 2 - 1 : Concept倒れに終わったiPhoneの源流「Apple Newton」 --- 4
[ 1 ] - 2 - 2 : 1つ目のKey Word「独自インフラ」構築 --- 5
[ 1 ] - 2 - 3 : 2つ目のKey Word「Localize Free」実現 --- 7
[ 1 ] - 2 - 4 : 3つ目のKey Word「Interaction Design」確立 --- 8
[ 1 ] - 2 - 4 - 1 : Interactive Design無理解、衰退した日本TV業界 --- 10
[ 1 ] - 3 : Appleが構築した独自Cloud Computing環境に倣った競合 --- 13
[ 1 ] - 3 - 1 : 2010年代 IoTを活性化させた「IP v6」 --- 14
[ 1 ] - 4 : 巨大Serverの活路をInfotainment市場に求めたApple、Google --- 15
[ 1 ] - 4 - 1 : 証明された「想定外」IVI経由のハッキング --- 17
[ 1 ] - 4 - 2 : 独自のInfotainmentを推進する自動車業界 --- 18
[ 1 ] - 4 - 3 : Apple、Google車載市場参参入の真の狙い --- 21
[ 1 ] - 4 - 4 : 自動運転に向け5Gの運用早まる、Data Center光通信技術採用加速 --- 22
[ 1 ] - 5 : AI技術 --- 23
[ 1 ] - 5 - 1 : 急激な「Deep Learning」の進化 --- 24
[ 1 ] - 5 - 2 :大手IT企業など、AI技術の普及促進を目指す「Partnership on AI」設立 --- 25
[ 2 ] 激化する自動運転開発競争、そしてIoTへ --- 27 ~ 54
[ 2 ] - 1 : ADAS普及を加速した「2010国連国際交通安全宣言」 --- 27
[ 2 ] - 2 : 交通事故低減、日本の取組み --- 28
[ 2 ] - 3 : 1G Telematicsでは最先端、日本の取組み --- 31
[ 2 ] - 3 - 1 : Galapagos化に一直線、ITS Connect --- 31
[ 2 ] - 4 : ASV構想停滞、欧米安全立法促進で車載カメラ標準搭載加速 --- 33
[ 2 ] - 5 : 進化するADAS、自動運転で主役となるカメラ機能 --- 36
[ 2 ] - 5 - 1 : Sensor Fusionが進むADAS、Frugal Innovationが鍵 --- 37
[ 2 ] - 5 - 2 : ADAS用カメラシステムではDe factoの「Mobileye」だが・・・ --- 38
[ 2 ] - 6 : 自動運転技術開発を加速する欧州勢 --- 40
[ 2 ] - 6 - 1 : SAE方式に統一、自動運転の分類と関連国際法の動向 --- 40
[ 2 ] - 6 - 2 : ウィーン道路交通条約加盟国、SAE Level 3、4の公道走行が可能に --- 42
[ 2 ] - 6 - 2 - 1 : 脅威!国際道路交通安全条約の縛りがない中国の動向 --- 44
[ 2 ] - 6 - 3 : 「対話可能」な自動車実現、4D -Interactionの本命登場 --- 45
[ 2 ] - 6 - 4 : 「走るSmartphone」を具現するTesla --- 46
[ 2 ] - 6 - 4 - 1 : Mobileyeと決別、新ステージに突入したTesla --- 47
[ 2 ] - 6 - 4 - 2 : Teslaが構築、進化し続ける自動運転技術「Fleet Learning」 --- 49
[ 2 ] - 6 - 4 - 3 : Intel、Mobileye買収、自動運転市場に本格参入 --- 50
[ 2 ] - 6 - 5 : 激化するOver「SAE Level 3」自動運転システム覇権争い --- 51
[ 2 ] - 6 - 6 : 2017年は自動運転「元年」、ただしそれは「諦めが早い」もの --- 52
[ 2 ] - 6 - 6 - 1 : SAE Level 3運転技能認証制度導入必要性 --- 52
[ 2 ] - 6 - 7 : 自動運転の世界標準を目指すBaidu『Project Apollo』 --- 53
[ 3 ] EV化の目的はEnergy Internet構築 --- 55 ~ 66
[ 3 ] - 1 : EV化加速は限界費用0に向かう再エネの有効活用 --- 55
[ 3 ] - 1 - 1 : 石油メジャーも参画、大米大手350kW高速充電規格でEV化促進 --- 55
[ 3 ] - 1 - 1 - 1 : 世界の急速充電規格と比較 --- 56
[ 3 ] - 1 - 1 - 2 : 350kW高速充電は時期尚早で危険を伴うのか --- 57
[ 3 ] - 1 - 1 - 3 :「諸刃の剣」出遅れCHAdeMOとの高速充電共同開発 --- 58
[ 3 ] - 1 - 1 - 4 : EV普及に必須、Batteryの潤沢な供給 --- 59
[ 3 ] - 2 : 火力、原子力発電より、すでに廉価なEUの再エネ --- 61
[ 3 ] - 2 - 1 : Teslaが進める究極のEco System --- 62
[ 3 ] - 3 : IoTは、通信、移動・物流、エネルギーInternet上に成立するもの --- 63
[ 3 ] - 4 : IoTの進化はカメラとAIが織りなす現代版「カンブリア爆発」である --- 64
◆ 【 第 二 章 】カメラ機能のTrend
[ 1 ] カメラ/ イメージセンサの市場動向 --- 65 ~ 68
[ 1 ] - 1 :カメラ機能が必要な製品 --- 65
[ 1 ] - 1 - 1 : 各種製品用Image Sensor市場動向(数量&金額) --- 65
[ 2 ] Smartphone用カメラのTrend --- 69 ~ 104
[ 2 ] - 1: Smartphone / 搭載カメラの市場動向 --- 69
[ 2 ] - 1 - 1 : 2014年の中国市場での低迷がその後に影響したSamsung電子 --- 71
[ 2 ] - 1 - 2 : わずか2ヶ月でSmartphone量産!QRDの威力 --- 72
[ 2 ] - 1 - 3 : 2013-2015年、急激に薄型化が進んだSmartphone --- 74
[ 2 ] - 1 - 3 - 1 : 薄型Smartphone構造設計基準「iPhone 4」--- 74
[ 2 ] - 1 - 3 - 2 : iPhone 5から採用されたIn-Cell Touch Panel --- 76
[ 2 ] - 1 - 3 - 3 :「切断技術確立」、薄型GorillaR Glass iPhone 5sに採用 --- 78
[ 2 ] - 1 - 3 - 4 : GorillaR Glass、自動車でも採用 --- 80
[ 2 ] - 2 : Smartphone用カメラの技術・市場動向 --- 81
[ 2 ] - 2 - 1 :「搭載された」C1G~C2G、「Compact DSC代替と認知」C3G --- 83
[ 2 ] - 2 - 1 - 1 : AFの高速化、OIS搭載でDSC並の機能・性能を確保 --- 84
[ 2 ] - 2 - 1 - 2 : 高速・高機能AF技術により進むDSC機能の本格化 --- 87
[ 2 ] - 2 - 1 - 3 : C3Gで必須に、カメラモジュールの低背化技術 --- 89
[ 2 ] - 2 - 1 - 3 - 1 : 低背化とは、光学サイズの定義 --- 89
[ 2 ] - 2 - 1 - 3 - 2 : カメラモジュールの低背化度合い「Height Rate」 --- 92
[ 2 ] - 2 - 1 - 3 - 3 : カメラモジュールの低背設計手法 --- 94
[ 2 ] - 2 - 2 :「一眼レフキャッチアップを目指す」C4G --- 98
[ 2 ] - 2 - 2 - 1 : 一眼レフ並の高画質「Dual Camera」急増 --- 100
[ 2 ] - 2 - 2 - 2 : Dual仕様Front Cameraにも展開、究極の4 Camera登場 --- 101
[ 2 ] - 2 - 3 :「Triple Camera、AI搭載で一眼レフ淘汰を目指す」C5G --- 102
[ 2 ] - 3 : カメラモジュールメーカーの競合状況 --- 103
[ 3 ] 車載用カメラなどの動向 --- 105 ~ 122
[ 3 ] - 1 : 自動車安全立法、ADAS普遍化により急拡大する車載カメラ市場 --- 105
[ 3 ] - 1 - 1 : 車載カメラの製品分類・市場動向(e-mirror解禁) --- 106
[ 3 ] - 1 - 2 : 主な車載カメラの搭載箇所と課題 --- 108
[ 3 ] - 1 - 3 : Viewingカメラの市場動向とSupply Chain --- 109
[ 3 ] - 1 - 4 : Sensingカメラの市場動向とSupply Chain --- 110
[ 3 ] - 2 : 車載カメラ用Lensに要求される特性 --- 112
[ 3 ] - 3 : FIR(遠赤外線)カメラの概要およびコストダウン技術 --- 114
[ 3 ] - 3 - 1 : FIRカメラの市場動向 --- 114
[ 3 ] - 3 - 2 : FIRカメラ用Lensの種類と特徴 --- 115
[ 3 ] - 3 - 3 : Si WLOを採用、FIRカメラのコストダウン手法 --- 116
[ 3 ] - 4 : AR/ VR/ MR機器でも存在感を示すカメラ機能 --- 120
[ 3 ] - 4 - 1 : AR/ VR/ MR技術が期待される分野と用途 --- 121
[ 3 ] - 4 - 2 : HMD/Smart Glassに搭載されるカメラの仕様 --- 122
[ 4 ] リフローカメラモジュール --- 123 ~ 138
[ 4 ] - 1 : リフロー実装技術の歴史 --- 123
[ 4 ] - 2 : リフロー化の難易度を押し上げたRoHS指令 --- 124
[ 4 ] - 3 : リフローカメラモジュールの分類 --- 126
[ 4 ] - 4 : リフローカメラモジュールの特長 --- 128
[ 4 ] - 4 - 1 : TSV技術により実現したCSP仕様Image Sensor --- 129
[ 4 ] - 4 - 2 : 各種リフローカメラモジュールの製造フロー --- 130
[ 4 ] - 4 - 3 : 既存製法とリフロー仕様カメラモジュール比較 --- 131
[ 4 ] - 5 : Casting WLO製造装置 --- 132
[ 4 ] - 6 : S-WLCMの市場動向と可能性 --- 134
[ 4 ] - 6 - 1 : 現在入手可能なS-WLCM --- 134
[ 4 ] - 6 - 2 : サイズ無制約の特長を生かした超小型カメラモジュール --- 135
[ 4 ] - 6 - 3 : 複数のS-WLCMで構築する広角システムのアイデア --- 136
[ 4 ] - 6 - 4 : 複数のS-WLCMで構築する多機能モジュールのアイデア --- 137
[ 4 ] - 6 - 5 : ZDを目指すBackup機能付きe-mirrorシステム --- 137
[ 5 ] Displayとカメラ画素数の相関 --- 139 ~ 158
[ 5 ] - 1 : 撮像用カメラの画素数に影響するDisplayの動向 --- 140
[ 5 ] - 1 - 1 : Display Size / 画像Format / 解像度の関係 --- 141
[ 5 ] - 1 - 2 : Display解像度の適正・過剰を判定する「視力」の基礎知識 --- 142
[ 5 ] - 1 - 3 : 製品別適正解像度(視認距離3cm ~ over 100m Display) --- 144
[ 5 ] - 2 : AMOLEDの技術・市場動向 --- 149
[ 5 ] - 2 - 1 : 看過されたSmartphoneへのAMOLED本格採用の兆し --- 151
[ 5 ] - 2 - 2 : AMOLEDの市場動向、Keyとなる製造装置 --- 153
[ 5 ] - 2 - 3 : AMOLED、車載用展開の可能性 --- 154
[ 5 ] - 2 - 4 : 蒸着方式の「空白地帯」を埋める印刷方式AMOLED --- 156
[ 5 ] - 3 : Image Sensorとの共通技術への回帰、Post AMQLEDの動向 --- 157
◆ 【 第 三 章 】設計・製造の工夫
[ 1 ] 設計に必要な知恵・知識 --- 159 ~ 162
[ 1 ] - 1 : 多岐にわたる製造技術が必要なカメラモジュール --- 159
[ 1 ] - 2 : カメラモジュールのコスト、品質、性能に影響する電気部品 --- 159
[ 1 ] - 3 : 市場規模拡大に貢献した「正方形」カメラモジュール --- 160
[ 1 ] - 4 : カメラモジュールの製造フロー --- 161
[ 1 ] - 5 : 効率的短納期開発を実現するVRP設計手法 --- 162
[ 2 ] 接着の基礎知識 --- 163 ~ 168
[ 2 ] - 1 : 接着の原理 --- 163
[ 2 ] - 2 : さまざまな接着方法 --- 166
[ 2 ] - 3 : 品質向上に直結する接着剤の保管方法 --- 167
[ 3 ] Dust不良撲滅方法と洗浄技術 --- 169 ~ 174
[ 3 ] - 1 : Dust不良を撲滅する1つ目の工夫「持ち込まない」 --- 169
[ 3 ] - 2 : Dust不良を撲滅する2つ目の工夫「出さない」 --- 170
[ 3 ] - 3 : Dust不良を撲滅する3つ目の工夫「持ち出さない」 --- 171
[ 3 ] - 4 : Dust不良を撲滅する「最後の砦」洗浄技術 --- 172
[ 3 ] - 4 - 1 : 湿式洗浄の理論 --- 172
[ 3 ] - 4 - 2 : 洗浄品質向上の鍵は「あわてない事」 --- 174
[ 4 ] 製造設備の種類と選定 --- 175 ~ 180
[ 4 ] - 1 : COB : Chip On Board --- 175
[ 4 ] - 2 : SMT : Surface Mount Technology --- 178
[ 5 ] 完成品検査(FAT)概要 --- 181 ~ 186
[ 5 ] - 1 : FATの概要 --- 181
[ 5 ] - 2 : 各検査工程の内容 --- 181
[ 5 ] - 3 : FAT関連基礎知識 --- 183
◆ 【 第 四 章 】キーパーツの技術動向
[ 1 ] Image Sensor技術動向 --- 187 ~ 224
[ 1 ] - 1 : CCDとCMOS、2種類の Image Sensorの動作原理と特徴 --- 188
[ 1 ] - 2 : Image Sensorの市場動向 --- 191
[ 1 ] - 2 - 1 : Smartphone用CMOS Image Sensorの市場動向 --- 191
[ 1 ] - 2 - 2 : 車載用Image Sensorの市場動向 --- 194
[ 1 ] - 3 : Smartphoneの薄型化に貢献、高CRA対応Image Sensor技術 --- 196
[ 1 ] - 3 - 1 :「色シェーディング」抑制、高CRA対応IRCF --- 198
[ 1 ] - 3 - 2 :「BSI」 Image Sensor、車載用/ IoTでも高感度で採用 --- 200
[ 1 ] - 3 - 3 : 車載用/ IoTでも感度向上に寄与、素子分離型構造Image Sensor --- 201
[ 1 ] - 3 - 4 : 1000fps、超高速3層積層Image Sensor --- 202
[ 1 ] - 4 : CMOS Image SensorのCell Size 微細化Trend --- 204
[ 1 ] - 4 - 1 : あまり大きくない「Big Cell」への回帰、高画質追求 --- 205
[ 1 ] - 4 - 2 : ついに登場0.9mm、0.8mm Cellは「Binning」が主機能 --- 206
[ 1 ] - 4 - 3 : NIR感度Upに効果、SWS構造「Black Silicon」 --- 207
[ 1 ] - 5 : 車載用Image Sensor主要機能 --- 209
[ 1 ] - 5 - 1 :即時性が重要、Sensing Camera用HDR機能 --- 210
[ 1 ] - 5 - 2 : Global Shutter / LiDARには必須 --- 211
[ 1 ] - 5 - 3 : 多画素化始まる、7.42MP/ Binning機能搭載Image Sensor --- 212
[ 1 ] - 5 - 4 : 車載カメラに必須、LEDフリッカ抑制機能 --- 213
[ 1 ] - 5 - 5 : 夜間歩行者検出用でDe factoに、「超高感度」Image Sensor --- 213
[ 1 ] - 6 : FIR(遠赤外線) Image Sensor --- 216
[ 1 ] - 7 : 特殊構造のImage Sensor --- 218
[ 1 ] - 7 - 1 : Color Filter不要、垂直色分離型Image Sensor --- 218
[ 1 ] - 8 : 次世代Image Sensor --- 220
[ 1 ] - 8 - 1 : 量産せず「進化・変化」する有機CMOS Image Sensor --- 220
[ 1 ] - 8 - 2 : AppleがM&A、QD Image Sensor Startup --- 222
[ 1 ] - 8 - 3 : それらはDisplayとの共通技術への回帰 --- 223
[ 1 ] - 9 : Lens-lessカメラ --- 224
[ 2 ] Lens設計の基礎 --- 225 ~ 248
[ 2 ] - 1 : Lensの性能を決める収差の種類と今も生きる「基本設計」 --- 226
[ 2 ] - 2 : Lens材料とその特徴 --- 227
[ 2 ] - 3 : 熱可塑性樹脂Lens設計上の注意 --- 229
[ 2 ] - 4 : 熱可塑性樹脂Lens製造プロセス --- 232
[ 2 ] - 5 : 特定メーカーの強さが際立つSmartphone用Lens --- 235
[ 2 ] - 6 : Lens要求仕様作成上の注意 --- 237
[ 2 ] - 7 : Lensの諸特性 --- 242
[ 2 ] - 7 - 1 : Image SensorとカメラモジュールのMTF --- 245
[ 2 ] - 8 : Lensが解像可能なCell Size限界 --- 247
[ 3 ] 耐熱Lensの分類・製法・特徴 --- 249 ~ 280
[ 3 ] - 1 : 耐熱Lensの分類と概要 --- 249
[ 3 ] - 2 : 各種耐熱Lensの製法と特徴 --- 250
[ 3 ] - 2 - 1 : 移動金型式GMOの製法と特徴 --- 250
[ 3 ] - 2 - 2 : Injection Mold熱硬化性樹脂Lensの製法と特徴 --- 252
[ 3 ] - 2 - 3 : Hybrid Lensの製法と特徴 --- 253
[ 3 ] - 2 - 4 : Casting WLOの製法と特徴 --- 257
[ 3 ] - 2 - 4 - 1 : Casting WLOの金型製法、他方式との比較 --- 259
[ 3 ] - 3 : Hybrid WLOとCasting WLO製造装置比較 --- 261
[ 3 ] - 4 : WLOの非球面測定法 --- 263
[ 3 ] - 5 : 複屈折が解像度に与える影響、各種Lensの複屈折の実力 --- 264
[ 3 ] - 6 : 各種Lensの材料費比較 --- 266
[ 3 ] - 7 : 各種Lensの設備投資額比較 --- 269
[ 3 ] - 8 : 各種耐熱性樹脂の特性 --- 270
[ 3 ] - 8 - 1 : 耐熱性樹脂の光学特性 --- 272
[ 3 ] - 8 - 2 : Monolithic樹脂/ Casting WLO現物と設計値との誤差 --- 275
[ 3 ] - 9 : 超短Puslse Laser DicerによるWLO個片化技術 --- 276
[ 3 ] - 9 - 1 : Hybrid WLO個片化技術の問題点 --- 276
[ 3 ] - 9 - 2 : 非熱加工可能、超短Pulse Laser Dicer(旧ミシガン特許) --- 279
[ 4 ] PCB技術・課題 --- 281 ~ 284
[ 4 ] - 1 : 小型化、低背化、放熱、高速化など、重要な役割を果たすPCB --- 281
[ 4 ] - 2 : カメラモジュールの小型化に貢献した部品内蔵基板 --- 281
[ 4 ] - 2 - 1 : 部品内蔵基板の分類と開発品事例 --- 283
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