選定取扱図書 N20255


2020 スマホ・車載カメラ徹底解説

 

 刊 行:2020年6月 
 体 裁:A5判、266頁(カラー184頁)、上質紙、フィルムカバー 

 価 格:30,360円(税込)

 

 ※CD(PDFファイル)の販売も承ります。
 価 格:30,360円(税込)
 ※本・CDを同時購入の場合は【セット価格:45,540円(税込)】となります。


  発行 共創企画

 
発刊にあたって
 カメラモジュールは、ノートPC、携帯電話、スマホなど、モバイル機器市場を中心に普及拡大してきました。さらに、ここ数年は急速に市場滲透する
先進運転支援システム(ADAS)や技術革新が急進する自動運転の「周辺認知用センサ」の主役となる車載用カメラも急増しています。自動運転技術
は、高度なAI技術「Deep Learning」プロセッサが低消費電力化により車載が可能になったこと、Networkを使ったProgramのUp Load/Down Loadが可
能な「On The Air」機能搭載車がBEV(Battery EV)を中心に増加しつつあること、大量・高速・低遅延の5G高速通信サービスが開始されたこと、Baidu
のOpen Platform「Apollo PJ」など、ハードウエア、ソフトウエアのノウハウを業界で共有化する仕組み作りが活性化していることなどから、今後飛躍的
進化が期待されています。さらに、欧米、中国などで再生可能エネルギーが順調に増加しており、それにともない電力コストが急激に下がっています。
欧米では、「カーボンフリー電力」を有効に活用すべく、BEV車用高速充電網の設置が始まっており(15分程度の充電で400kmの走行が可能)、今後そ
の本格普及が見込まれます。さらに、再生可能エネルギー最大の欠点である「発電量の変動」を抑制するため、二次電池による蓄電システム構築だ
けでなく、水電解による水素を発電、化学品材料、燃料電池用などに活用する動きも進んでおり、既設の総延長数千kmにおよぶ水素パイプラインを有
効利用する「水素Grid」を構築する動きが活性化しています。また難易度は非常に高くなりますが再生可能エネルギー利用の海水電解による水素生
成も研究されており、それが可能になれば砂漠地帯での燃料電池発電により副産物として水資源を作り出すことも可能になります。BEVは次世代自
動車の大本命の一つですが、多大な電力を必要とする長距離バスや輸送用トラックなどには不向きな技術です。これらには、CO2を発生しないうえ、
ガソリンのように燃料補給が短時間で容易にできるFCEV (Fuel Cell EV:燃料電池車)が適しています。しかし、2019年に韓国、ノルウェーで相次いで
発生した水素タンク、水素ステーションの『爆発事故』からみるように、安全性をより一層高めることが必須です。加えて、「万全」はあり得ませんので、
人家の近くへの水素ステーション設置は回避すべきです。安全性をさらに高める施策を行い、用途は長距離移動・業務用に限定し、水素供給ステー
ションは更なる安全性に配慮した上で、周囲に人家がない郊外に設置するのが現実的なようです。
 OnlineでEnergy供給可能なBEVに対し、Offlineで且つ危険が伴うFCEV、限定した範囲の業務用以外では完全に勝負はあったようです。
 また、BEVイコール自動運転ではありませんが、Deep Learning Processor搭載、5G高速通信機能搭載、車内LANの高速・大容量化などを考慮する
と、搭載Battery容量は多い方が有利です。さらに、ADAS、自動運転で搭載カメラ数が増加にともない、拡大し続ける映像情報処理の面でも有利です。
自動運転技術は、通信・輸送・エネルギーのインターネットの高度な融合が必要であり、その構築はIoT全般の進展にも多大な恩恵を与えるものです。
「眼の機能」であるカメラモジュールが果たす役割は、IoT全般に対しても非常に大きく、その普及に付随して、より一層のカメラモジュール市場規模拡
大が期待されます。
 IoTの一つの事例として、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、人間の能力が短期間で効率的に向上できると期待されるVR
機器が、2016年ころから続々と登場しました。VR(Virtual Reality) Game機「PlayStationR VR」やスマホ用VRアダプターなどです。同年は「VR元年」と
言われ、VR/ AR(Augmented Reality:拡張現実、車載HUDもこの分類) / MR (Mixed Reality)などの仮想現実技術が、今後さまざまな業種への恩恵が
期待されています。これらの機器でも、3D Gesture、3Dマップ作成用など、カメラモジュールの果たす役割は大きいため、今後の大幅な市場規模拡大
が見込まれています。
 一方、カメラモジュール市場を牽引してきたスマホは世界中に行き渡り、その市場規模は5年ほど前から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Dual ~ Pentaカメラに
よるComputational Photography技術・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、イメージセンサメーカーは今後も市場拡大の恩恵を享受することができます。しかし、「モジュール数」はスマホの動向に強
く影響を受けるため、技術力・スピード感が劣るカメラモジュールメーカーはふるい落とされることになり、寡占化が進むと見込まれます。また、高感度技
術BSI、低背カメラ用素子分離型、NIR高感度、多機能積層構造などのイメージセンサ、Binning技術など、スマホ用に開発された高感度、高性能技術が
短期間で車載用に移植されており、他の製品への影響力は日に日に高まっています。
 このように、カメラモジュールは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、その地位を不動のものにしつつあります。それは、眼の誕生
が脳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。IoTとは「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」と言えるでしょう。それを確たるものにするた
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の一つとして、WLO(Wafer Level
Optics)を採用したカメラモジュールがあります。その中でも、組立技術に依存しないWLCM(Wafer Level Camera Module: リフローカメラモジュール)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(0.5 x 0.5mm)が血管カテーテル用に開発され、高度医療の信頼性向上に貢献しています。この
例のように、カメラモジュールが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新たな、そして有益なApplicationが登場するでしょう。
 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を、DSLRの置き換えを目指すスマホ用の多機能・高画質化、自動運転本格化に向
かう車載用でのSensing技術の動向、そしてIoT本格化に向かう市場の流れなど、多方面にわたり徹底解説します。
 新型コロナウイルスの影響による経済の停滞が続く中ですが、長期にわたり経済が停滞することはありえません。本書に記載した内容も進捗スピードが
当面低下するかもしれませんが、復興後は今まで以上に加速されることと信じています。
                                          2020年6月15日       著者

 

 

著者 

中條 博則
  共創企画 代表 (元・株式会社東芝) 

 

◆第一章◆ スマホ、次世代自動車のTrend

1.革新的!スマホConcept ---------- 1〜16
 1-1 iPhone成功、3つのKey Words (Fun to ownership)
  1-1-1 iPhoneの源流「Apple Newton」
  1-1-2 iPhone成功のKey Word (I)「独自インフラ」構築
  1-1-3 iPhone成功のKey Word (II)「Interaction Design」確立
  1-1-4 iPhone成功のKey Word (III)「Localize Free」実現
 1-2 Appleの独自Cloud Computing環境に倣った競合
 1-3 2009年以降、急激に市場拡大したスマホ
  1-3-1 中国VenderをWorldwide Brandに仕立てた「QRD」プログラムの威力
  1-3-2 2014年以降、QRDの影響を受け中国市場での低迷が続くSamsung電子
  1-3-3 2013~2015年、中国Venderを中心に急激に進んだスマホの薄型化
   1-3-3-1 スマホの薄型構造設計のDe factoになった「iPhone 4」
 1-4 スマホの新たなConceptは「カメラ機能重視」

2.ADASから自動運転へ ---------- 17〜38
 2-1 運転支援システムADASの動向
  2-1-1 ADASとは
  2-1-2 ADAS普及を加速した「2010国連国際交通安全宣言」
  2-1-3 ADAS・自動運転に必須、多種類のセンサによる「Sensor Fusion」
   2-1-3-1 ADAS用、主要センサ市場動向
  2-1-4 ADAS用ではDe facto、Mobileye「EyeQ」システム
 2-2 Connected機能の拡大
  2-2-1 スマホ市場飽和を予知、車載Infotainmentに活路を求めたApple、Google
  2-2-2 証明されたInfotainment機器の脆弱性
  2-2-3 自動車業界、独自Infotainment OSでApple、Googleに対抗
 2-3 自動運転のTrend
  2-3-1 自動運転の国際定義と意味合い
  2-3-2 実車自動運転で先行するTesla
   2-3-2-1 Mobileyeとの訣別が加速した自動運転技術「Auto Pilot」
        - Intel、Mobileye買収、自動運転市場に本格参入
   2-3-2-2 OTA、Fleet Learningで自動運転精度が向上し続ける「Auto Pilot」
 2-4 激化する自動運転システム覇権争い
  2-4-1 自動運転の世界標準を目指すBaidu『Project Apollo』
  2-4-2 Apple、Googleが車載市場に参入した狙い
  2-4-3 自動運転実現に向け5Gの運用前倒し
  2-4-4 世界初、SAE Level 4完全自動運転安全規格ANSI/ UL 4600発行

3.BEV本格普及始動 ---------- 39〜56
 3-1 BEV特許公開、市場拡大を牽引するTeslaの取り組み
  3-1-1 発電・充電・蓄電、Teslaが進める独自Eco system
  3-1-2 Tesla独自高速充電仕様ver.Up、新充電器設置増でBEV普及促進
  3-1-3 上海Giga Factory 3 (GF3) 始動・増設、独 GF4も着工
  3-1-4 逆転の発想、廉価・低調達リスク、リン酸鉄LiB、BEV普通車で初の採用
  3-1-5 TeslaのBEV Conceptは自動車の「スマホ化」 (Fun to ownership)
   3-1-5-1 Amazon 米Start up「RIVIAN」に配送用BEV 10万台発注
 3-2 EUのBEV開発・普及急加速
  3-2-1 EUのBEV普及Concept、「限界費用ZERO」に向かう再エネの有効活用
   3-2-1-1 各国の水素エネルギー活用の取組
  3-2-2 Teslaの躍進で危機感Up、Daimler内燃機関新規開発中止
  3-2-3 EU独自の超高速充電仕様Combo 350kW充電器設置加速
   3-2-3-1 Combo 350kW と既存高速充電規格との比較
        - 日本製City Commuter BEVのLiB選択の注意
   3-2-3-2 「時期尚早・危険論」を覆すCombo 350kW対応への布石
  3-2-4 FCEVの動向
 3-3 自動運転を加速するAI技術の動向
  3-3-1 「Deep learning」の急激・急速な進化
  3-3-2 AI技術の高度化、普及を促進する業界団体「Partnership on AI」設立

◆第二章◆ カメラ、DisplayのTrend

1.スマホ、カメラ・センサの動向 ---------- 57〜94
 1-1 カメラ機能が必要なさまざまな製品
  1-1-1 各種製品用イメージセンサ市場動向
 1-2 携帯電話・スマホ用カメラの「世代(C*G)」変遷
  1-2-1 撮像機能と認識されたC1G (携帯電話)、C2G (スマホ)
  1-2-2 Compact DSC代替と認知されたC3G
   1-2-2-1 AF高速化、OIS搭載でCompact DSC並の性能・機能実現
  1-2-3 C3Gで必須になったカメラモジュール低背化技術
   1-2-3-1 カメラモジュール高さを決定する重要な要素「光路長」
   1-2-3-2 Lens及びカメラモジュール設計の基準となる「光学サイズ」とは
   1-2-3-3 光路長の低背度合いを判定する「Height Rate(H/R)」
   1-2-3-4 H/Rを極大化するカメラモジュールの低背設計手法
  1-2-4 DSLRの画質・性能キャッチアップを目指すC4G
   1-2-4-1 DSLR並の高画質、「Dual カメラ」急増
   1-2-4-2 FrontカメラにもDual仕様登場、高感度技術「Binning」採用
  1-2-5 DSLRの画質・性能超越を目指すC5G
   1-2-5-1 Tripleカメラによる高画質化、高機能化
   1-2-5-2 DSLRの祭典「フォトキナ」にHuaweiスマホで初見参
  1-2-6 DSLRの完全代替を目指すC6G
   1-2-6-1 Pentaカメラで打倒DSLRの高画質・高性能追求「Huawei P40 Pro」
  1-2-7 スマホ用カメラモジュールの市場動向
 1-3 スマホ用イメージセンサの動向
  1-3-1 スマホの低背化に貢献、高CRA対応イメージセンサ
   1-3-1-1 「色シェーディング抑制」、高CRA対応IRCF
  1-3-2 スマホの低背化に貢献、イメージセンサのCell Size微細化Trend
   1-3-2-1 多眼カメラ用、Sub-micron特殊素子構造多画素イメージセンサ
   1-3-2-2 高画質の追求、「Big Cell」への回帰
   1-3-2-3 車載・IoT用にも展開、微細Cellでも高感度BSIイメージセンサ
   1-3-2-4 車載・IoT用にも最適、高感度「素子分離型」イメージセンサ
  1-3-3 カメラ機能を向上させる超高速1000fps/ 3層イメージセンサ

2.車載他カメラ、センサの動向 ---------- 95〜114
 2-1 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
  2-1-1 車載カメラの製品分類と市場動向
  2-1-2 主な車載カメラと搭載箇所
  2-1-3 Viewingカメラおよび主要部品の市場動向とSupply Chain
  2-1-4 Sensingカメラおよび主要部品の市場動向とSupply Chain
 2-2 車載用イメージセンサの主要機能
  2-2-1 即時性が重要、Sensingカメラ用HDR機能
  2-2-2 DSM(ドライバー監視モニター)では必須、Global Shutter機能
  2-2-3 Sensingカメラで多画素化進展 (7.42MP/ Binning機能搭載)
  2-2-4 車載用では必須、LEDフリッカ抑制技術、HDR併用品も登場
  2-2-5 夜間歩行者検出用「超高感度」イメージセンサ
 2-3 車載用で今後有望な特殊カメラ・イメージセンサ
  2-3-1 夜間運転で重要な役割を果たすFIR(遠赤外線)カメラの概要
   2-3-1-1 FIRカメラの市場動向
   2-3-1-2 現行のFIRカメラ用Lensの種類と特徴
   2-3-1-3 FIRカメラのコストダウン手法
  2-3-2 SWS技術を応用した「Black Silicon」NIRイメージセンサ
 2-4 AR/ VR/MR機器でも存在感を示すカメラ機能
  2-4-1 AR/ VR/ MR技術が期待される分野と用途
  2-4-2 HMD/ Smart Glassに搭載されるカメラ仕様

3.スマホ・車載Displayの動向 ---------- 123〜146
 3-1 スマホ用カメラとDisplayの画素数の関係
  3-1-1 Display Size・画素数・解像度の関係
  3-1-2 Display解像度の適正・過剰を判定する「視力」の基礎知識
  3-1-3 製品別適正解像度(視認距離3cm ~ over 100m Display)
 3-2 スマホ用Display、LCDからAMOLEDへの急激な移行
  3-2-1 LCD主要メーカーが看過したスマホ用AMOLED本格採用の兆し
  3-2-2 AMOLEDの市場動向、Keyとなる製造装置
  3-2-3 AMOLED、車載用展開の可能性
  3-2-4 車載用に最適な印刷方式AMOLEDの量産始まる
 3-3 静電容量式Touch Panelの分類
  3-3-1 iPhone 5から採用されたIn-Cell Touch Panel
  3-3-2 効率的切断技術確立、iPhone 5から採用された薄型GorillaR Glass
 3-4 Post AMOLED、次世代Displayの概要
  3-4-1 マイクロLED、量子ドット(QD) Displayの開発動向

◆第三章◆ 主要部品の技術動向
 
1.イメージセンサの技術動向 ---------- 147〜162
 1-1 CCDとCMOS、2種類のイメージセンサの動作原理と特徴
 1-2 イメージセンサの市場動向
  1-2-1 スマホ用CMOSイメージセンサの市場動向
  1-2-2 車載用イメージセンサの過去の市場動向
 1-3 特殊なイメージセンサ
  1-3-1 Color Filter不要、垂直色分離型イメージセンサ
  1-3-2 有機CMOSイメージセンサ
  1-3-3 AppleがM&A、QDイメージセンサメーカー
  1-3-4 Lens lessカメラ
 1-4 次世代Displayとイメージセンサは共通技術への回帰

2.Lensの設計・製法基礎知識 ---------- 163〜180
 2-1 Lens性能を左右する収差と今に生きる「基本設計」
  2-1-1 Lens材料とその特徴
  2-1-2 Lens設計上の留意点
  2-1-3 熱可塑性樹脂Lensの特徴と製法
 2-2 車載カメラ用Lens樹脂化の可能性
 2-3 Lensの諸特性・MTF(伝達関数)
  2-3-1 カメラモジュールのMTF
  2-3-2 Lensが解像可能なCell Sizeの限界

3.WLO、リフローカメラの動向 ---------- 181〜222
 3-1 小型化・モジュール化に最適なWLOリフローカメラ
  3-1-1 リフローカメラモジュールの分類
  3-1-2 TSV技術確立により実現したCSP仕様イメージセンサ
  3-1-3 リフローカメラモジュールの製造フロー
 3-2 リフローカメラモジュール用「耐熱」Lensの分類と概要
 3-3 各種耐熱Lensの製法と特徴
  3-3-1 移動金型式GMOの製法と特徴
  3-3-2 熱硬化性樹脂Injection Mold Lensの製法と特徴
  3-3-3 Hybrid WLO/ Single Lensの製法と特徴
  3-3-4 Casting WLOの製法と特徴
  3-3-5 Casting WLO金型製法
        - Casting WLOとHybrid WLO製法比較
  3-3-6 Casting WLO主な製造装置
  3-3-7 WLOの非球面測定法
  3-3-8 複屈折が解像度に与える影響、各種Lensの複屈折の実力
  3-3-9 各種Lensの材料費・設備投資額比較
  3-3-10 各種耐熱性樹脂の特性
        - 耐熱性樹脂の光学特性
        - Casting WLO設計値との誤差
 3-4 超短Pulse Laser DicerによるWLO非熱個片化技術
  3-4-1 Hybrid WLO個片化技術の問題点
  3-4-2 非熱加工、超短Pulse Laser Dicer (旧ミシガン特許)
 3-5 超小型具現を活かしたS-WLCMの新展開
  3-5-1 WLCM新たな展開「顔認証用Dot Projector」に採用
  3-5-2 製法の特長を活かした医療用超小型S-WLCM量産始まる
 3-6 S-WLCM車載用への展開の可能性

4.放熱仕様PCB ---------- 223〜224
 4-1 放熱効果も期待できる部品内蔵基板
 4-2 リジッド基板で、メタル基板の役割も兼ねる「銅インレイ基板」

◆第四章◆ カメラ組立・実装技術

1.カメラモジュールの組立技術 ---------- 225〜230
 1-1 多岐にわたる製造技術が必要なカメラモジュール
 1-2 コスト、性能、品質を決定付ける部品選定
 1-3 カメラモジュールの製造フロー
  1-3-1 リフロー実装技術
        - リフロー実装の主要技術

2.接着の基礎知識 ---------- 231〜236
 2-1 接着の原理
 2-2 さまざまな接着方法
  2-2-1 品質向上に直結する接着剤の保管方法

3.Dust不良削減方法と洗浄技術 ---------- 237〜242
 3-1 Dust不良削減、1つ目の工夫「持ち込まない」
 3-2 Dust不良削減、2つ目の工夫「出さない」
 3-3 Dust不良削減、3つ目の工夫「持ち出さない」
 3-4 Dust不良削減、「最後の砦」洗浄技術
  3-4-1 湿式洗浄の理論
  3-4-2 洗浄品質向上の鍵、浸漬洗浄では「引き上げはゆっくり」

4.主要製造技術と設備 ---------- 243〜248
 4-1 COB/ Chip On Board
 4-2 SMT/ Surface Mount Technology

5.完成品検査(FAT)の概要 ---------- 249〜254
 5-1 FATの概要
 5-2 各検査工程の内容
 5-3 FAT関連基礎知識

参考文献


 

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