电子元器件之光学产业链深度研究报告：多功能叠加多场景

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报告综述

光学创新叠加场景拓展双轮驱动，光学产业链赛道优且长

移动互联网时代，电子设备信息输入及输出对光学应用的依赖度不断提升。 我们认为光学创新叠加应用场景拓展将为光学产业链注入持续增长动能， 主因 1)高清+广角+长焦+3D 多摄方案将成主流，渗透率持续提升;2)生 物识别从手机向多终端渗透;3)智能驾驶兴起，全方位、高规格车载镜头 需求增加;4)5G 时代 VR/AR 实景交互升级打造光学新场景。我们看好 技术储备和创新能力突出的上游光学元件供应商、镜头及模组厂商，推荐 水晶光电、歌尔股份，建议关注汇顶科技、韦尔股份、欧菲光、联创电子。

高清、广角、长焦、3D 多摄方案持续渗透，光学产业链需求全线放量

从 2000 年夏普推出首款拍照手机至今，消费者对移动互联网时代照片实 时分享、短视频、直播等依赖使得光学已成为智能手机厂商的重要创新方 向。随着手机镜头模组不断从单摄向高清、广角、长焦、3D 的多摄方案升 级，Counterpoint 预计 2021 年全球三摄及以上机型渗透率将从 2019 年的 15%提升至 50%，我们测算这将新增至少 14.4 亿颗摄像头需求(基于 2019 年全球智能手机 13.7 亿部出货)，较 2018 年的 41.5 亿颗增加 35%，由此 带动镜头模组及上游光学元件需求全线放量。此外，玻塑混合镜头、潜望 式摄像头(微型棱镜)等光学创新也将成为手机光学产业链重点关注方向。

手机端生物识别应用兴起，3D 感知应用场景拓展带来全新增量

随着全面屏推广，屏下光学指纹成为安卓系替代传统指纹解锁的主流方案。 CINNO Research 预计 2024 年全球支持屏下指纹解锁的手机出货量将达 到 12.6 亿部，对应 19-24 年 CAGR 为 89%。苹果发布支持面部识别的 iPhone X 开启生物识别新潮流，用于面部解锁、支付的前置结构光方案和 用于增强拍摄效果、支持体感游戏的后置 ToF 方案也逐渐在华为、OPPO 等旗舰机型中应用。随着手机端 3D 感知渗透率提升，应用场景向 NB/Pad、 工控、安防、医疗等领域拓展，3D 模组以及上游 Vcsel 激光器、WLO 准 直镜头、窄带滤光片、DOE、Diffuser 将成为光学产业链全新增量。

智能驾驶、VR/AR 接棒光学应用新场景，5G 时代大有可为

智能驾驶兴起，单车车载镜头从后视向侧视、前视、环视、内视等高规格 品类拓展，Yole 预计 2023 年全球单车平均车载镜头数量将从 18 年的 1.7 颗增加至 3 颗。随着 5G 大幕拉开，VR/AR 产业生态在硬件技术设备优化、 高速网络环境支持、以及应用场景拓展推动下逐步成熟，基于 3D 感知的 实景交互将进一步提升 VR/AR 用户体验、升华社交属性。我们认为 VR/AR 有望成为 5G 时代继 TWS、智能手表之后的主流可穿戴设备，与此相关的 菲涅尔透镜、光波导以及 3D 感知也将成为 5G 时代光学产业链的新天地。

高清、超大广角、高倍变焦的多摄已成手机光学升级首选

光学升级成为智能手机厂商重点关注的创新领域。 从 2000 年夏普推出全球首款搭载后置 11 万像素摄像头的拍照手机 J-SH04 开始，到 2007 年三星推出全球首款后置双摄镜头手 机 SCH-B710，2012 年 OPPO 推出全球首款具备美颜拍照功能的 U701，手机逐步成为 相机、单反的替代品。移动互联网时代，照片实时分享、短视频、直播等应用兴起使得消 费者对手机拍照性能的要求进一步提升，光学升级也由此成为智能手机厂商重点关注的创 新领域。

2019年， OPPO推出可实现10倍光学变焦的Reno、华为推出搭载徕卡四摄的Mate 30 Pro、 小米推出后置五摄且主摄像素高达 108MP 的 CC9 等，我们看到智能手机光学创新已从单 一的像素升级向多元化多摄方案升级。根据 DxoMark 对智能手机拍照性能测评结果， 2019 年推出的拍照性能前十名智能手机前置像素均已超过 10MP，后置个数均超过 3 个，国产 品牌主摄像素超过 40MP。随着手机光学升级继续，我们认为“广角+超广角+长焦”三摄 或“广角+超广角+微距+景深”四摄已成为智能手机多摄的主流方案，而主摄像素升级、 辐摄功能多元化、多摄模组升级、以及光学创新不断从高端机型向中低端机型渗透都将为 光学产业链带来持续的增量。

高清仍为手机拍照第一要素，前置后置像素升级同步进行

主流品牌在售手机主摄像素超过 40MP，升级趋势仍在继续 像

素是数码影像的基本单元，也是影响成像效果真实度的重要参数。像素越大，照片分辨 率就越大，即镜头对于画面的解析能力就越强。在手机相机升级替代单反的过程中，像素 升级便成为消费者及手机厂商关注的重要参数。

华为2013年3月推出的首款Mate手机，前置像素100万（1MP）、后置像素800万（8MP）； 至 2019 年 9 月，华为 Mate 30 Pro 已达到前置 32MP，后置广角双 40MP+长焦 8MP+ToF 四摄镜头。根据 DxoMark 对智能手机拍照性能测评结果，2019 年推出的拍照性能前十名 智能手机中，除 iPhone 11 Pro Max 和三星三款 Galaxy 系列外，其他机型后置主摄像素 已超过 4000 万像素（40MP），前摄像素也普遍超过 10MP。小米推出的 CC9 Pro 后置主 摄像素更是达到 108MP，前置像素达到 32MP。由此可见，像素升级仍然是手机厂商镜头 升级的重要突破方向。

2017 年中高端机型 13MP 及以上像素渗透率超过 51%。 根据 Yole 及观研天下数据， 2017 年 200 美元以上价位的机型均已采用 8MP 以上的镜头，13MP 以上出货占比达到 51%， 8MP 以上出货占比达到 78%；而从 CMOS 图像传感器出货分布来看，5MP 及以下的手 持设备 CMOS 图像传感器出货量逐年走低，至 2018 年已有超过一半的手持设备像素超过 13MP，且随着智能手机像素不断升级，Yole 预计 2019 年 13MP 及以上手持设备 CMOS 图像传感器出货量将进一步提升。

镜头厂商 10MP 以上镜头出货占比持续提升。 根据舜宇光学半年报披露， 1H14 公司 10MP 以上镜头模组出货占模组总出货量比例为 13%，1H18 最高达到 78%，1H19 环比小幅回 落但同比仍有提升。根据丘钛科技月度公告数据，丘钛科技自 2018 年初起镜头模组出货 量除季节因素波动外总体呈现持续增长态势，2019 年丘钛镜头模组总出货量中 10MP 以 上模组出货占比同比提升 10pct 至 54%。

图像传感器为镜头模组关键元件，像素升级推动 CMOS 迭代升级

从镜头成像原理来说，手机摄像头是通过镜头捕捉画面并在图像传感器上产生可移动电荷， 然后经由图像传感器将电信号转化为数字信号、DSP 对数字信号处理后，在屏幕上呈现图 像。因此，除镜头捕捉画面能力强弱外，图像传感器也是影响摄像成像效果的关键因素。

根据前瞻产业研究院估算，2018 年单颗摄像头成本构成中，约 52%来自于图像传感器、 20%来自于镜头、19%来自于模组封装，仅 6%和 3%来自于音圈马达和红外滤光片。目 前，图像传感器可分为 CCD（电荷耦合器件）传感器和 CMOS（互补金属氧化物半导体） 传感器（CIS）两大类。CCD 图像传感器是一种用于捕捉图像的感光半导体芯片，其所捕 捉到的画面中每个像素的电荷数据会依次传送到下一个像素中，由最底端输出后经传感器 边缘放大后输出。CIS 是将图像信息经光电转换后产生电流或电压信号，在 CMOS 晶体 管开关阵列中直接读取，无需逐行读取，因此在灵活性和集成度上显著优于 CCD。

图像传感器尺寸是影响感光元件成像效果的关键因素，即传感器尺寸越大，感光面积越大， 成像效果越好。尽管 CCD 在灵敏度、分辨率和噪音控制等方面表现均好于 CIS，但随着 CMOS 工艺发展以及手机像素升级，CIS 低功耗、高集成度的特性使得其能够在实现高像 素、大感光面积的同时有效控制成本，因而成为高像素时代手机图像传感器的首选方案。

根据 Yole 数据，2018 年全球 CIS 市场中索尼独占 50%份额，三星和豪威（被韦尔收购） 分别以 21%和 12%市占率位居二三。为匹配手机像素升级需求，作为全球 CIS 龙头，索 尼于2018年率先推出48MP的CIS IMX586，单位像素仅0.8μm，并且使用了“Quad Bayer” 4 像素同色绿色器阵列，可在夜拍模式下将单个像素调整为 1.6μm，由此优化夜间拍摄效 果。随后，三星和豪威也先后推出了 48MP 的 CMOS 图像传感器 GM1 和 O48B。

高像素时代多片式镜头为主流，2018 年中国 6P 主摄镜头渗透率为 64.3%

在像素升级的过程中，为了进一步优化成像效果，镜头厂商往往选择多片式镜头，因为增 加镜片能够增强镜头汇聚光线的能力从而优化镜头解析力与对比度，同时改善暗态出现眩 光的现象。此外，多镜片还能够实现大光圈、变焦等不同功能。根据华经产业研究院数据， 2018 年中国智能手机出货中有 35.6%主摄像头为五片式 5P 镜头，64.3%主摄像头为六片 式 6P 镜头，还有 0.1%主摄像头为七片式 7P 镜头。

镜片数增加导致光线损耗、镜头体积增大，且对光学设计提出更高要求。 小米于 19 年 11 月 5 日发布的 CC9 Pro 采用后置五摄方案，其主摄采用了 7P 镜头（尊享版 8P 镜头）实 现 1 亿像素，1/1.33 英寸超大感光元件和 f1.7 大光圈。镜头片数增加直接导致镜头体积增 加。根据驱动中国不同像素镜头体积对比，我们测算 108MP 像素镜头垂直投影面积约为 2.9 cm2，远高于 13MP 像素镜头垂直投影面积（约 0.7 cm2）。尽管像素升级过程中仍需 要镜头片数增加以优化成像效果，但我们认为镜片厂商及手机品牌商也需要权衡镜片数量 增加以提升像素和多镜片导致的光线损耗、设计难度增加、以及镜头体积轻薄化之间的矛 盾。

玻塑混合镜头解决镜头性能瓶颈，但量产难度高尚未普及。 目前常见的镜片材质为玻璃和 塑料两类，尽管玻璃相比于塑料具有更高的折射率和更好的透光性，但受制于重量、生产 良率、成本等因素，玻璃镜头较难在手机领域广泛应用，因此目前常见的手机镜头为多片 式塑料镜头，而我们通常所说的 6P 镜头也多指六片式塑料镜头。2017 年，舜宇实现全球 首款玻塑混合镜头量产。相比之下，玻塑混合镜头能够改善多片式塑料镜头所导致的光线 损耗、画面失真等问题，但现阶段其生产成本和量产难度均高于塑料镜片，因此在智能手 机领域的应用较为有限。

多摄时代镜头升级多元化发展，手机替代单反成为可能

大光圈、广角、变焦兴起，对镜头厂商设计能力提出较高要求

2007 年，三星发布全球首款后置双摄镜头手机 SCH-B710，但直至 2016 年华为推出首款 搭载徕卡双摄镜头模组的 P9 机型起，智能手机正式开启双摄时代，而 2018 年华为推出 的全球首款后置三摄手机 P20 Pro，则进一步将智能手机推向多摄时代。随着后置摄像头 数量增加，手机拍照功能也从高清向大光圈、长焦、广角等方向丰富，使得手机替代单反 成为可能。但考虑到大光圈、广角镜头及长焦镜头在成像过程中受光线折射影响易出现畸 变现象，镜头厂商在此类镜头的光学设计及调配组装能力也面临较大挑战。

光圈是镜头控制感光元件进光量的装置。在感光元件大小相同、镜头焦距不变的情况下， 镜头通光直径越小（F/通光直径），镜头光圈越大，镜头进光量就越大。在此情况下，大 光圈能够实现背景虚化，同时提升快门速度有效防抖以捕捉动态画面。为了优化手机拍照 功能使其接近单反使用体验，如今大光圈已成为主流品牌旗舰机摄像模组标配。2019 年 6 月推出的荣耀 20 Pro 主摄光圈达到 F/1.4，成为目前光圈最大的机型。然而，光圈变大会 导致光线在折射过程中色差、色散增加，因此镜头厂商所面临的光学设计难度（校正像差） 和装配调试难度（确保同轴组立精确度）也随之增加。

广角镜头可通过较小的焦距实现更大的视角范围， 目前主流智能手机品牌旗舰机型已有部 分采用了广角镜头（焦距 24-35mm，视角范围 60-84度）和超大广角镜头（焦距 14-20mm， 视角范围 94-118 度）。广角镜头的设计难度在于受镜片折射影响画面边缘会产生畸变，因 而需要通过更为精细镜片组合优化光学设计、采用高质量光学玻璃生产镜片，以及通过后 期算法对镜片成像效果进行处理。

长焦镜头是指焦距 85mm 的镜头，视角范围小，可用于拍摄距离较远的物体。相比于数码 变焦仅通过扩大固定区域内单个像素点面积拍摄远景，长焦镜头能够在不损失画质的情况 下实现远景更为真实的呈现。 例如华为 Mate 20 Pro 后置采用了徕卡三摄镜头，包括 40MP 广角镜头（焦距 27mm）、 20MP（焦距 16mm）超广角镜头和 8MP 长焦镜头，其变焦模 式包括 3 倍光学变焦、5 倍混合变焦和 10 倍数字变焦。

潜望式镜头解决多倍变焦与机身厚度矛盾，华为 P30 Pro 及 OPPO Reno 机型均已搭 载 在智能手机不断向着机身轻薄化趋势发展之际，手机长焦镜头变焦倍数增加所带来的模组 厚度增加将导致高倍数的变焦模组很难嵌入手机之中；而潜望式摄像头能够在满足变焦需 求的基础上，通过将镜头模组与机身平行设计从而避免因变焦镜头带来的机身增厚情况。 OPPO 于 17 年 2 月发布了其独创的通过内置光学棱镜实现的 5 倍无损变焦技术。微型棱 镜是手机能够实现高倍数光学变焦的重要配件，目前华为的旗舰款手机 P30 Pro 已搭载 潜望式摄像头，OPPO 也于 19 年 4 月发布了可实现 10 倍混合光学变焦技术的 Reno 系 列（48MP 主摄镜头+8MP 超广角镜头+13MP 潜望式长焦镜头）

AI 算法加盟，打造“逆光也清晰”、“照亮你的美”弥补硬件缺憾

在智能手机光学升级过程中，除光学元器件本身性能、数量提升之外，后期光学成像效果 也成为手机厂商新的突破方向。随着搭载全球首颗负责 AI 计算的 NPU 智能手机处理芯片 的华为 Mate 10、以及搭载引入神经网络引擎的 A11 芯片的 iPhone8/8Plus/X 推出，AI 拍照成为 2018 年以来智能手机摄影新风潮。例如，华为 P30 Pro 已将 AI 技术应用在夜景 拍摄、HDR 逆光美艳、背景虚化、场景识别、智能防抖等场景。

AI 算法的引入，首要解决的则是传统智能手机在夜间低光场景下的拍摄限制。以 iPhone 11/11 Pro 为例，手机识别夜景场景后拍摄时可一次性拍摄多张照片，然后运用内置 AI 算 法的相机软件，在其 A13 仿生芯片的支持下，通过协调多张照片清晰部分进行拼和来修正 抖动的画面，然后以算法自动调节整张照片对比度，使得画面中所有元素保持整体色彩平 衡，并按照自然真实的视觉色彩对画面进行颜色精调，最后通过 AI 算法智能处理，消除 图片中的噪点，并补充细节，生成清晰的夜拍照片。

谷歌于 2017 年推出的 Pixel 2，虽为单摄配置，但通过在摄像头中加入专门用于图像处理 协处理器（IPU）及各类传感器，该摄像头能够主动感知空间深度并通过 AI 算法调整曝光 时间，智能处理并最终生成清晰自然的夜景照片。根据脚本之家讯，谷歌于 2019 年 10 月 15 日最新推出的 Pixel 4XL，已能够在算法支持下直接拍摄清晰星空银河。

此外，在背景虚化、HDR 及逆光拍摄面部提亮处理上，AI 技术还解决了传统多摄模组在 背景虚化与拍摄主体分割处理不自然、缺乏细节处理的问题。以华为 P30 Pro 为例，搭载 新一代 NPU 麒麟 990 5G 芯片引入 AI 分割算法后，后置多摄模组能够在优化背景虚化细 节的同时，还能够增强实时视频的背景虚化渲染能力，而前置摄像头则通过采用 AI HDR+ 人像分割算法，使得镜头捕捉画面中的人、景分离，逆光条件下也能最大程度保证拍摄主 体尤其是面部明亮自然，背景清晰细腻。

多摄渗透率提升全面推动光学产业链增长，安卓系增长更胜一筹

多摄模组组装难度提升，技术优势及创新能力成制胜关键

在双摄问世之前，单颗摄像头模组（CCM）封装技术门槛较低，因此拍照手机盛行便吸引 了大量供应商涌入 CCM 封装行业。但随着 CCM 向多摄升级，具备量产能力的模组厂商 数量逐渐减少，因为多摄模组对模组精度、组装设备和技术有着更高要求，而模组厂商在 进行组装时需要考虑镜头增加对模组体积的影响，以及镜头增加带来的成像系统校准难度 增加的问题，组装难度及设备投入也会因此大幅增加。根据 ittbank 不完全统计，全球单 摄模组供应商超过 28 个，而双摄模组供应商为 10 个，三摄模组供应商仅剩 3 个。

多摄升级及渗透率提升为手机镜头行业带来可观的增量需求，但对模组厂商而言这既是机 遇又是挑战。考虑到技术研发难度提升，模组厂在多摄模组生产初期会因良率爬坡面临较 大的利润压力，且随着模组生产进入成熟期，模组厂商又需要面临来自下游客户的价格压 力。在此情况下，保证技术优势与创新能力将成为模组厂商同业竞争的制胜关键。

常见的图像传感器封装技术包括芯片尺寸封装 CSP、板上芯片封装 COB 和倒装芯片封装 FC 三类；其中，CSP 多用于低像素（5M 以下）传感器，通过 SMT 产线组装即可完成， COB/FC 适用于中高级像素（5M 以上）传感器，能够实现较高的图像质量与致密精确性， 模组厚度相对较薄，但产线成本也更高。为满足手机像素升级需求，目前主流品牌摄像头 模组供应商如舜宇、欧菲光、丘钛、LG、夏普、索尼等均采用了 COB/FC 的封装技术。

CIS 芯片封装完成后，模组厂需根据设备调节参数移动零部件，将图像传感器与马达、镜 头、线路板、镜座等组装起来；但随着像素提升、镜头个数增加，模组零部件间叠加公差 加大，难以保证镜头与传感器光轴同心度和垂直度，将导致成像画面周边出现暗角、模糊 等现象，因此需要 AA（光学主动对准）设备进行主动式调焦。根据立鼎产业研究院数据， AA 设备单价约 200-300 万元，目前一线模组厂多采用进口设备，国内模组厂如舜宇也在 进行自主研发。AA 设备的高成本也成为中小型模组厂涉足多摄模组的资本障碍。

除自主研发 AA 设备外，舜宇还自主研发了 MOB（板上封装）和 MOC（芯片上封装）新 型封装技术。MOB/MOC 封装可用于大光圈模组封装，能够进一步压缩模组尺寸，更符合 全面屏窄边框的设置，并且此类技术能够优化模组结构性能，无需再通过 AA 工序进行校 准。根据旭日大数据，舜宇所研发的 MOB、MOC 技术相较于 COB 技术能够将模组基座 面积缩减 11.4%、22.2%。根据公司官网信息，欧菲光也于 2017 年 6 月自主研发了 CMP 小型化封装工艺，并于 2018 年第三季度正式量产。

安卓系市占率提升且多摄升级节奏快，供应链高端多摄模组厂出货创新高

作为全球首家发布后置徕卡双摄机型的品牌，华为在双摄机型的普及速度上显著领先其他 厂商。根据旭日大数据，2017 年华为双摄渗透率已达到 52.7%，Vivo、苹果、OPPO、 小米双摄渗透率也已经达到 41.9%、35.0%、22.6%、16.8%。随着各品牌多摄渗透率进 一步提升，根据中国信通院数据， 2018 年中国在售手机中后置双摄机型占比已达到 64%， 前置双摄渗透率也已达到 7%。根据前瞻产业研究院数据，2018 年全球平均每部手机搭载 摄像头个数已达到 2.84 个。

根据 Yole 数据，2018 年全球 CCM 市场规模为 271 亿美元，预计 2024 年将达到 457 亿 美元，对应 2019-2024 年复合增速为 9.1%。从市场份额来看，2018 年 LG 与三星在全球 CCM 市场市占率均达到 12%，并列市场龙头；夏普市占率 11%位居第二；国内模组厂商 欧菲光和舜宇则均以 9%市占率并列第三；丘钛科技与 Liteon 均以 4%市占率位列第四。

根据旭日大数据，2017 年欧菲光前三大客户华为/小米/OPPO 分别贡献公司当年 CCM 出 货量的 35%/19%/8%；舜宇光学前四大客户华为/OPPO/Vivo/小米分别贡献公司当年 CCM 出货量的 28%/25%/17%/11%；丘钛科技前四大客户 Vivo/OPPO/联想/小米分别贡献公司 当年 CCM 出货量的 28%/21%/16%/13%。

2019 年 CCM 出货高增长态势延续。 受益于安卓系国产品牌市占率提升及多摄模组渗透率 提升，根据各公司年报，2018 年中国前三大模组厂商欧菲光、舜宇、丘钛 CCM 出货量分 别同比增加 14%、30%、53%至 5.5 亿件、4.2 亿件、2.6 亿件。根据公司月度公告，2019 年舜宇、丘钛 CCM 出货量分别同比增长 28%、54%至 5.4 亿件、4.1 亿件。

多摄渗透率提升驱动下，镜头及上游元件需求全面放量

在多摄升级驱动下，据前瞻产业研究院数据，2018 年全球智能手机摄像头出货达到 41.5 亿颗，较 2014 年的 28.6 亿颗增长 45%；平均每部手机搭载的摄像头也已达到 2.84 颗。 根据 Counterpoint 数据，2019 年全球三摄及以上机型渗透率为 15%，2021 年这一比率 将达到 50%。我们基于 IDC 所示的 2019 年全球智能手机 13.7 亿部出货，可测算得出 2019-2021 年仅三摄及以上渗透率由 15%提升至 50%将带来 14.4 亿颗新增摄像头需求， 较 2018 年全球 41.5 亿颗智能手机摄像头出货增加 35%。在多摄渗透率提升推动手机镜 头需求增加情况下，手机镜头厂商将成为直接受益者。

根据 IDC 数据，2018 年大立光在 IOS 系镜头供应链市占率约 54%，居龙头地位；在安卓 系市占率约 38%，高于舜宇（34%）。 随着安卓系手机市场份额持续提升，且多摄升级不 断向中低端机型渗透，以大立光、舜宇为首的镜头厂商 2018 年至今镜头出货量大幅增长。 除了数量需求提升之外，主摄镜头像素提升、超大光圈、潜望式镜头等升级趋势也将为镜 头厂商带来产品单价提升的增长点。

根据 Wind 数据，2019 年大立光收入同比增长 22%至 608.4 亿新台币，其中 11M19 单月 收入同比增长 66%至 66.6 亿新台币，创近两年新高。根据舜宇月度公告，2019 年公司手 机镜头出货量同比增长 41%至 13.4 亿颗，其中 2019 年 12 月单月手机镜头出货量同比增 长 68%至 1.27 亿片。

另一方面，由于手机性能升级、内置电子元器件增加将导致机身厚度增加，而智能手机又 不断向轻薄便携化发展方向，因此超薄镜头以及内置微棱镜的潜望式摄像头成为镜头厂商 的创新方向。2019 上半年舜宇在完成 64MP 大像面（1/1.7’’）手机镜头研发的同时，也实 现了 16MP 超大广角、超小头部、 7P 超大光圈以及 16MP 超薄手机镜头的量产。根据 2019 年 1 月互动平台信息，水晶光电的棱镜产品可应用于手机摄像头，并已实现小批量出货。

多摄渗透率提升及像素升级有望带动 CIS 元件量价齐升。 CIS 是镜头模组的重要元件，受 益于多摄渗透率提升及像素升级，单位 CIS 尺寸增加将带动其价值量提升。根据群智咨询 数据，2019-2021 年全球智能手机传感器市场将在量价齐升推动下同比增长 41%/40%/32% 至 116/162/214 亿美元。在 CIS 需求大幅放量之际，全球 CIS 龙头厂商也开始面临产能瓶 颈。根据台湾《经济日报》2019 年 12 月 8 日消息，索尼因产能不足首次将高端 CIS 订单 转至台积电生产，而台积电也已根据订单需求采购设备，正积极进行扩产准备。

马达是高像素镜头模组的重要零部件，通过在永久磁场内改变马达内线圈直流电流的大小、 控制弹簧片的拉升位置，实现镜头微距移动达到自动聚焦（AF）的效果。随着前置以及后 置多摄模组中像素规格升级，马达需求也将相应增加。根据旭日大数据，2018 年全球前 十名摄像头马达厂商出货共计 10.7 亿颗，2019 年将同比增长 19%至 12.8 亿颗。

此外，尽管滤光片在镜头模组中成本占比较低，但作为不可或缺的光学元件，在手机、电 脑、车载、安防等多领域摄像头需求推动下，滤光片需求也维持强劲。根据手机报在线消 息，2019 年业内多家摄像头滤光片厂商也维持了订单持续满产的状态。

生物识别潮流兴起，应用场景拓展带来全新机遇

全面屏普及催生全新手机解锁方案，屏下光学指纹与人脸识别同步发展

从 2016 年小米发布全球首款全面屏手机 Mix 起，智能手机便已正式进入全面屏时代。根 据 WitsView 数据，2017/2018 年全球全面屏智能手机渗透率约为 9%/44.6%，2021 年有 望突破 90%。全面屏时代，传统正面按键式指纹解锁将被淘汰，取而代之的将是新的指纹 解锁方案以及面部识别。

2017 年 VIVO 首发光学屏下指纹解锁方案，低成本或加速终端渗透

指纹解锁根据技术原理可分为电容式、光学和超声波三种。由于传统的电容式指纹解锁是 利用手机正面或背面的电容传感器采集指纹信息完成解锁、较难通过开孔、在屏下放置电 容指纹识别传感器，因此全面屏时代正面电容式指纹解锁方案不再适用。同时，考虑到后 置开孔式设计有损手机一体性和美观性，而超薄机身设计导致侧面指纹解锁难度加大，因 此屏下指纹解锁成为全面屏时代手机厂商以及消费者更为青睐的指纹解锁方案。

目前，屏下指纹解锁有光学与超声波两种方案。尽管超声波方案成像能力强、解锁更为精 确，但在现有技术能力支持下，屏下光学指纹方案成熟度高、成本低廉，更符合高性价比 定位的国产安卓系机型，也因此成为国产品牌智能手机屏下指纹解锁首选方案。2017 年， VIVO 发布全球首款搭载屏下指纹解锁方案的手机 X21，随后三星 Galaxy S10/Note 10、 OPPO Reno、小米 8 屏下指纹版、华为 Mate 20 Pro 等机型也纷纷采用了屏下指纹解锁 方案。根据 CINNO Research 数据， 1H19 中国搭载屏下指纹的手机出货量合计 4400 万， 其中 OPPO 屏下指纹系列手机出货最多达到 1880 万部；我们基于 IDC 所公布的 1H19 中 国智能手机 1.8 亿部出货，测算出 1H19 中国屏下指纹手机渗透率为 24%。

OLED 面板自发光特性与光学屏下指纹方案形成完美搭档。 光学屏下指纹是借用 OLED （多为 AMOLED）面板自发光特性照射指纹，然后将光线反射到屏幕下方的指纹传感器 上，因此目前屏下光学指纹方案主要用于 AMOLED 面板机型上。由于 AMOLED 面板具 有更轻薄、反应速度快的特点，因而终端智能手机面板也在逐步由 LCD 向 OLED 升级。

中国屏下指纹识别手机机型渗透率快速提升。 根据 CINNO Research 数据，2Q19 中国智 能手机出货同比下降4.8%至9740万部， AMOLED智能手机出货同比增长22.3%至3290 万部，其中支持屏下指纹识别的智能手机出货从 2Q18 的 150 万部增长到 2847 万部，在 AMOLED 机型中渗透率为 86.5%，在中国智能手机市场渗透率为 29%。

尽管 AMOLED 为目前屏下光学指纹首选面板类型，但根据汇顶科技 CEO 张帆 2020 年新 年致辞，公司针对 LCD 的屏下光学指纹方案预计将在 2020 年实现量产。该方案是将指纹 传感器设置在液晶面板非显示器区域的下方，即指纹传感器所接收的手指反射的光信号不 需要经过背光模组；同时该方案还设定了完整的指纹采集算法流程，以保证指纹采集内容 能够满足完成指纹识别的信息要求。

根据丘钛科技年报及月度公告， 2018 年公司指纹模组出货共 77.8 万件，其中 2H18 推出 的光学屏下指纹模组出货合计 9.2 万件，仅占总出货量的 11.8%；2019 年公司光学屏下 指纹模组出货大幅提升，其中仅 9M19 单月出货达到 68.2 万件。根据 CINNO Research 数据，2018 年全球支持屏下指纹识别的智能手机出货 0.28 亿部，随着全面屏时代屏下指 纹渗透率提升，预计 2019 年全球支持屏下指纹识别的智能手机出货量有望增加至 2.2 亿 部，2024 年将达到 12.6 亿部，对应 2019-2024 年复合增速为 89%。

我们认为，随着 LCD 屏下光学指纹推出，光学屏下指纹方案将进一步向搭载 LCD 显示屏 的机型渗透，光学屏下指纹在整个智能手机市场的渗透率也将进一步提升，而具备光学屏 下指纹模组量产能力的企业将从中持续受益。

苹果首推 3D 面部识别方案，开启手机生物识别新潮流

随着全面屏时代来临，2017 年 9 月，在 iphone 问世十周年之际，苹果也发布了其首款全 面屏手机 iphone X，采用 3D 感知结构光模组以 Face ID 替代 Touch ID，通过使用红外传 感器、点阵投影系统和泛光照明器创建 3D 人脸模型完成解锁，并在随后的 iphone 系列中 延续了这一方案。在苹果手机开启 3D 感知生物识别浪潮后，2018 年 10 月，华为在其发 布的 Mate 20 Pro 前置摄像头中也采用了自研 3D 结构光方案。

结构光是基于激光散斑原理，通过采集物体的三维数据构建 3D 模型，具有成像精度较高、 反应速度快与成本适中的特点，主要用于近距离 3D 人脸识别，实现手机面部解锁、智能 支付等功能。此外，3D 感知还包括飞行时间测距法（ToF）和立体视觉方案。其中，飞行 时间测距法（ToF）利用反射时间差原理，通过计算探测光飞行时间实现 3D 成像，刷新 率较快，能够覆盖中远距离，可广泛应用在手势追踪、手机后置辅助相机等。立体视觉需 要测距并配合三角测量，成本高且使用环境受限，并未广泛应用。

手机后置 ToF 方案推广，应用场景丰富或进一步带动 ToF 渗透率提升。 2018 年 8 月， OPPO 推出 R17/R17 Pro，全球范围内首次在后置摄像头中搭载 ToF 镜头，通过采集景 深数据实现更为细腻、精确的背景虚化效果。随后，荣耀 V20、Vivo NEX 双屏版以及华 为 P30 Pro 机型也纷纷在后置摄像头采用 ToF 方案。除用于增强拍摄效果外，手机后置 ToF 还可用于 3D 体感游戏、3D 试装、AR 游戏、全息影像交互等；例如 OPPO R17 Pro 后置 ToF 镜头可作为 AR 测量工具，通过 3D 感知建模测量实际场景中的物体距离。

前后置双 3D 或成未来旗舰机型标配。 2019 年 9 月，华为推出 Mate 30 系列新机，其中 Mate 30 Pro（4G/5G）在延续后置 ToF 镜头的同时，添加前置 3D 摄像头用于面部识别 以及手机捕捉，成为首款选用双 3D 方案的智能手机。考虑到 3D 感知方案在精确度以及 便利性方面优于屏下指纹，我们认为未来前后双 3D 或成为主流品牌旗舰机型标配。

在 3D 感知应用推广驱动下，3D 感知模组出货量也不断增加。 根据舜宇光学月度公告， 2019 年公司其他光电产品出货量同比增长 505%至 6128 万件，主要是由于结构光和 ToF 等 3D 产品出货量增加。根据 LEDinside 最新预测，尽管 2019 全球智能手机市场或同比 下降，但随着 3D 感知方案在手机端渗透率提升，2020 年全球智能手机 3D 感知模组市场 规模将达到 59.6 亿美元，较 2018 年的 30.8 亿美元增加 94%。

生物识别拓展产业链新机遇，3D 感知带来全新需求

3D 人脸识别更精准捕捉生物信息，生物识别场景不断丰富

2017 年苹果推出 iPhone X 开启了人脸识别新潮流，但这并非人脸识别概念首次提出。人 脸识别应用最早于 1964 年提出，但最初仅限于用机器识别研究人脸特征，尚未实现自动 化。随着技术不断进步，1991 年人脸识别进入算法辅助的半自动化阶段，1998 年起可以 通过非接触完成人脸识别。2015 年起，随着移动互联网兴起技术持续完善，人脸识别开 始在安防领域推广应用，考勤机、门禁机等产品也在银行、军队、电子商务等领域广泛应 用。

随着 3D 感知应用兴起，终端 3D 人脸识别的应用场景也随之丰富。尽管 3D 感知模组成本 相对较高，但相比于 2D 人脸识别， 3D 人脸识别技术能够排除姿态、光照、表情等因素 更为精准的捕捉生物信息，并对采集数据进行识别计算、建模检索等。 如今，智能手机解 锁、人脸支付、安防公安等领域已成为 3D 人脸识别的重要应用方向。根据前瞻产业研究 院数据，2018 年全球人脸识别市场规模为 23.91 亿美元，同比增长 11%，较 2010 年的 3.51 亿美元增长近 6 倍；中国人脸识别市场规模同比增长 26%至 27.6 亿元，其中 3D 人 脸识别技术渗透率已超过 2D 人脸识别技术达到 51%。

除手机端采用结构光及 ToF 方案外，3D 感知的应用也在不断向笔记本电脑等其他消费电 子产品推广。 根据中关村在线，苹果在 2018 年推出的 iPad Pro 中引入 Face ID，并计划 在未来推出的 MacBook Pro、iPad Air 等产品中陆续引入 Face ID。根据 Yole 预测，2023 年全球 3D 成像与传感器市场规模将从 2017 年 21 亿美元增加至 185 亿美元，对应 2018-2023 年 CAGR 达到 44%；其中，消费电子市场发展最为迅速，2023 年 3D 成像与 传感器在消费电子领域的市场规模将达到 138 亿美元，约占总市场规模的 75%，对应 2018-2023 年 CAGR 为 82%。

此外，3D 感知还将向汽车（智能驾驶）、VR/AR（3D 实景交互）、工业控制（工业流程虚 拟 3D 可视化）、 安防（3D 人脸识别与检测）、医疗（VR 虚拟教学、案例模拟）、家装（设 计方案 3D 可视化）等领域拓展。根据 Yole 预测，2023 年汽车将成为仅次于消费电子的 第二大 3D 感知应用场景，其 3D 成像和传感器市场规模达到 24 亿美元，对应 2018-2023 年复合增速为 35%。

3D 感知兴起为产业链带来全新增量，模组及上游元件需求同步提升

受 3D 感知应用推广，包括结构光、ToF 在内的 3D 感知模组及上游光学元件均迎来了新 的发展机遇。3D 感知模组与传统摄像头模组结构不同之处在于红外光源、光学组件和红 外传感器。以苹果 iPhone X 前置模组的拆解为例，3D 结构光模组分为发射端、接收端 和加强端 3 个部分，其中接收端和发射端完成主要的 3D 感应过程，而加强端可以在较暗 环境下完成人脸识别功能，并进行初步人脸探测工作。

3D 模组发射端和增强端最重要的光学元件是红外激光发射源，能够提供 800-1000nm 波 段的红外光源包括红外 LED、红外发射激光二极管 LD-EEL 和垂直腔面发射激光器 Vcsel 三类。相比之下，Vcsel 具有精度准、低功耗、可靠性高等优点，且 Vcsel 垂直结构更适 合晶圆级制造封装，具有尺寸小、一致性好的特点，规模量产后更具成本优势。随着技术 成熟性价比提升，如今 3D 感知模组多采用 Vcsel。但由于 Vcsel 发出的光波较宽不利于 后续衍射，因此需要采用准直镜头将较宽的光汇聚为窄波光。此外，结构光模组发射端还 需要衍射光学元件 DOE 将光源转化为扩散图案，得到结构光方案所需的散斑图案。

3D 模组接收端为红外摄像机，是在传统镜头结构基础上增加仅允许特定波段光信号通过 的窄带滤光片和用于接收红外光线生成深景信息的红外 CMOS。窄带滤光片与传统摄像头 中红外滤光片功能恰好相反，其工作原理是通过多次镀膜使得光线在穿过滤光片时仅保留 红外光穿过。窄带滤光片对生产商的镀膜技术和设备提出较高要求，目前全球具备窄带滤 光片大型量产能力的企业仅有美国的 VIAVI 和国内的水晶光电。

从苹果推出 iPhone X 首次引入 3D 感知模组至今已有 2 年，但目前 3D 模组在安卓系的使 用仍集中在 ToF 方案，结构光应用较少，这主要是因为结构光所需的高效 Vcsel 组件生产 难度高，且结构光模组 3D 模型准确度更高，因而模组运算复杂性以及设计难度均高于 ToF 方案。此外，3D 感知模组在组装时热胀冷缩问题也会提高组装难度，导致具备 3D 感知模 组组装能力的厂商较为有限。以上技术难点在一定程度上为 3D 感知行业设立了较高的准 入门槛，但另一方面而言，对于已经实现技术突破的厂商而言，高准入门槛又成为其有效 的行业护城河。

在生物识别应用兴起之际，国内外厂商也在积极结合产业链上下游进行 3D 感知模组的研 发生产。 根据映维网讯，高通与奇景光电 2017 年 8 月宣布合作研发高分辨率、低功耗的 3D 深度感知模组。根据芯智讯消息，舜宇光学与 AMS 合作联合开发移动设备和汽车应用 场景所需的 3D 结构光摄像头解决方案，其子公司宁波舜宇光电也与 PMD technologies 合作为中国及全球移动设备 OEM 厂商开发 3D 传感摄像头解决方案。此外，国内非上市 企业奥比中光也已推出了针对智能手机的前置 3D 人脸识别结构光摄像头模组方案 Astra P；OPPO 于 2018 年发布的 Find X 机型便是采用了奥比中光 3D 结构光模组。

根据拓璞产业研究院数据，2018 年全球 3D 感知模组市场规模为 51.2 亿元，其中 iphone 所贡献的产值达到 84.5%。随着终端 3D 感知模组方案逐步成熟，我们认为安卓系前置、 后置 3D 感知方案的应用也将进一步提升。 根据旭日大数据测算，2018 年全球 3D 感知模 组的渗透率仅有 9%，2019 年 3D 感知模组渗透率将达到 25%。在 3D 感知渗透率提升驱 动下，根据 LEDinside 数据，2018 年全球手机 3D 感测用 Vcsel 市场规模为 9.0 亿美元， 2019 年将同比增长 26%至 11.4 亿美元。

此外，随着生物识别 3D 感知从手机、电脑端向汽车、工业制造、VR/AR、游戏、家装、 安防摄像头、工业制造等领域拓展，全球 3D 感知市场空间将进一步扩大。根据 Yole 预测， 2018 年全球 3D 传感应用涉及的照明器件市场规模为 7.2 亿美元， 2024 年将达到 61 亿美 元，对应 2019-2024 年复合增长率高达 42.6%。

智能驾驶兴起，“全方位+高标准”车载摄像头市场方兴未艾

驾驶智能化提升，车载镜头从后视向侧视、环视、前视、内视多方位拓展

根据国际汽车工程师协会（SAE）制定的标准，汽车智能化可根据驾驶操作、环境监测、 回退性能、系统接管四个方面的自动化程度分为 L0-L5 五个等级，其中自 L3 等级开始汽 车在完成综合辅助功能的同时还需具备环境感知能力。目前，海外已有部分车企能够实现 接近 3 的智能驾驶方案，但国产品牌仍停留在 L1 至 L2 之间，距离自动驾驶仍有很大升级 空间。

环境感知包括视觉感知和雷达感知两个方面，其中视觉感知主要通过车载摄像头捕捉画面 识别信息。随着驾驶智能化程度不断提升，其对于车载摄像头的需求也逐步从后视向侧视、 环视、前视、内视多个方位拓展， 用于捕捉外部环境中的车辆、行人、车道线、路标等信 息，以及识别车内驾驶员状态。由于后视摄像头多用于倒车环境监测，其画面覆盖范围小 且工作时间短，而侧视、环视、前视、内视等镜头需要提供稳定的拍摄内容、排除外界干 扰并保持长期工作，因此非后视摄像头对于镜头的质量、性能等都相对于普通摄像头有更 高的要求。

2023 年全球单车镜头数将达 3 颗，高规格车载镜头渗透空间更大

通常，一套完整的 ADAS 系统需包括 6 个摄像头（1 个前视，1 个后视，4 个环视），而 高端智能汽车的摄像头个数可达到 8 个。 例如，根据电子发烧友网，特斯拉 Autopilot 搭 载了 3 个前视，2 个侧视和 3 个后视用于视觉感知。随着汽车智能化程度不断提升，根据 Yole 数据，2023 年全球平均每辆汽车搭载将从 2018 年的 1.7 颗增加至 3 颗，但距离完整 ADAS 系统所需的摄像头个数仍有差距。据高工智能产业研究院预测，2020 年我国后视 摄像头（1 颗）渗透率为 50%，前视摄像头（1 颗）渗透率为 30%，侧视摄像头（2 颗） 渗透率为 20%，内置摄像头（1 颗）渗透率仅有 6%。从不同类型车载摄像头渗透率来看， 我国智能驾驶车载摄像头市场，尤其是高规格车载镜头仍有很大发展空间。

尽管全球汽车需求疲弱，但随着汽车智能化推动单车车载摄像头数量提升，TSR 预计全球 车载摄像头总出货量将由2018年的1.09亿颗增加至2021年的1.43亿颗，对应2019-2021 年 CAGR 为 6.9%。舜宇光学作为全球车载市场龙头企业，2018 年车载镜头出货 3395 万 颗，占全球车载摄像头总出货的 37%；2019 年舜宇车载摄像头同比增长 25%至 5010 万 颗，创历史新高，表明终端车载摄像头需求仍在不断增长。

考虑到车载摄像头，尤其是侧视、环视、前视、内视等镜头对性能要求较高因而对质量要 求更高，据 Allied Market Research 数据，2017 年全球车载摄像头市场规模约 114 亿美 元，2025 年将有望达到 241 亿美元，对应 2018-2025 年复合增长率为 9.7%。中国作为 智能驾驶发展尚在初期的地区，根据 QYResearch 预测，2023 年中国汽车驾驶辅助系统 （ADAS）市场规模将超过 1200 亿元，对应 2018-2023 年复合增速为 37%，其中前装市 场规模约为 950 亿元，后装市场规模约为 250 亿元。

5G 大幕拉开，VR/AR 实景交互打开光学新场景

从 2G 到 4G，人类基于移动终端信息交互媒介经历了文字、语言、图片、视频的演进， 而随着 5G 时代到来，我们认为信息传递纵深有望继续拓展，而基于 VR/AR 的实景交互 或代表通信产业新的发展方向。

根据《5G 经济社会影响白皮书》，从 1G 到 2G 移动通信技术完成了从模拟到数字的转变； 从 2G 到 3G，数据传输能力得到显著提升，峰值速率可达 2Mbps 至数十 Mbps；从 3G 到 4G，峰值速率进一步提升到 100Mps 至 1Gbps，预计 5G 将提供峰值 10Gbps 以上带 宽、毫秒级时延和超高密度连接，有效支持虚拟显示、物联网、车联网等应用要求。在 5G 网络环境解决 3D 内容实时传输以及因时延所产生眩晕问题的情况下，我们认为 VR/AR 光学产业也由此进入了全新的发展阶段。

VR 发展进入新阶段，菲涅尔透镜打造广 FOV 轻型

VR 头显是区别 VR产品的核心器件，而 影响 VR头显成像效果的主要参数包括视场角（FOV）、 显示分辨率、刷新率等 。5G 网络环境下的超低时延可将 VR 头显整体时延控制在 20ms 以内，有效解决用户在 4G 时代因时延所产生的眩晕感；与此同时，5G 技术路径可以实 现 100-1024Mbps 码率，即在 90Hz 刷新率以及 H.264 压缩协议情况下，5G 网络能够满 足现阶段最高的 4K 分辨率所需码率，甚至还可以满足未来单眼 8K 的码率要求。另一方 面，目前京东方推出的 Fast LCD 刷新率能够满足现阶段 VR 显示需求，且根据公司 2019 年 12 月 27 日《关于投资建设 12 英寸 OLED 微显示器生产线项目的公告》 ，京东方拟投 资 34 亿建设 Micro OLED 生产线，以满足高端 VR/AR 显示需求。

在刷新率及分辨率满足 VR 显示需求的情况下，VR 设备需要扩大视场角（FOV）进而增 强用户沉浸感、优化用户体验。 由于采用多片式薄镜片会拉长眼睛至屏幕距离、扩大头显 体积，采用较厚的透镜能够缩短人眼至镜头的距离又会增加头显重量，因此 VR 头显需要 平衡 FOV 与头显体积的关系。菲涅尔透镜目前已成为扩大 FOV 增强用户沉浸感同时控制 头显尺寸重量的主流解决方案，因其一侧的等锯齿纹能够对指定光谱范围的光进行反射或 折射，可实现在不增加镜片厚度的情况下扩大 FOV。根据青亭网讯，菲涅尔透镜在 Oculus Quest、HTC Vivo 等产品中均有应用。国内能够提供菲涅尔透镜的厂商包括舜宇光学、歌 尔股份。

根据华为官网， 2019年9月华为发布VR Glass，该款VR眼镜机身厚度26.6mm， 是Oculus Quest 的 1/3，重量仅 166 克，并采用两块独立 Fast LCD 显示屏实现 1058PPI，以及超 短焦光学模组支持 700°以内近视人群观看。根据华为官网讯，华为 VR 眼镜 12 月 19 日 开售首日销量破万台。我们认为，VR 眼镜的热销表明消费者对智能娱乐社交终端产品接 受度及需求已有提升， 而在网络、设备全面优化 VR 体验的情况下 VR 或重回高增长赛道。

光学系统为 AR 成像关键，光波导技术进步将推动 AR 向 C 端普及

AR 眼镜作为增强现实设备，其成像效果对用户体同样至关重要。根据 Vittimes 数据，目 前 AR 眼镜光学显示模组成本占 AR 眼镜总成本的 50%左右，可见光学系统性能是决定 AR 眼镜成像效果的关键因素。根据 AR 眼镜所采用的光学原理不同，目前常见的 AR 显 示方案包括四类，其中光波导技术凭借全反射、成像清晰、对比度高等优点被视为目前 AR 眼镜较优方案，但其量产难度也较高。

2012 年 Google Glass 发布之时，受产品用户视野受限、定价过高且定位不明确等影响， 并未取得用户认可。而根据公司官网资料，微软在 2015 年 1 月所发布的 Hololens1 采用 了光波导技术实现 30 度 FOV，2019 年 2 月发布的 Hololens 2 进一步将 FOV 提升至 52 度，并搭载 4 颗 800 万像素提供 2K 分辨率显示器，进一步优化用户体验。

随着采用光波导技术的 HoloLens 1、2 以及 Magic Leap One 产品问世，光波导逐渐被视 为满足 AR 眼镜成像需求的主流解决方案，这主要是因为光波导能够实现光的全反射，即 光机完成成像后，将光耦合进入波导的玻璃基底，通过“全反射”原理将光传输到眼镜前 方，再释放出来。光波导的“全反射”在保证成像清晰、图像对比度高的基础上，还能为 用户提高较大的 FOV。光波导在技术原理上满足了 AR 眼镜的成像需求，但其生产工艺复 杂且良率低所造成的高成本，又成为众多厂商选择光波导生产 AR 眼镜的阻碍。

随着 AR 逐渐兴起，全球多家厂商纷纷布局光波导领域的技术研发，包括初创企业灵犀微 光、珑璟光电、Magic Leap 和 DigiLens 等，以及传统光学巨头 Sony、肖特等。2019 年 6 月，Vivo 公布首款 AR 眼镜产品，作为 5G 手机屏幕扩展的附属产品，镜片内配置两 块独立光波导显示屏。2019 年 12 月，OPPO 发布首款 AR 眼镜，采用衍射光波导技术， 并计划于 1Q20 发布商用版。在 C 端 AR 眼镜新品陆续推出之际，我们认为，随着 AR 行 业发展推动终端技术进步，光波导镜片成本将逐步下降，推动 AR 眼镜向 C 端加速渗透。

万物互联时代，3D 感知将重构 VR/AR 实景交互想象空间

随着 5G 商用启动、VR/AR 硬件设备性能优化，消费者在 VR/AR 实景交互中的体验有所 优化，对 VR/AR 的应用也重燃热情。除了视觉感受优化外，VR/AR 的定位追踪也成为实 景交互的重要渠道，目前常见的定位追踪是通过外接 3DOF 或 6DOF 配件实现实景交互。

DOF 即自由度，指物体在空间移动的不同方式，可分为平移和旋转两类；其中平移包括 前后、上下、左右三类，旋转包括纵摇、横摇和垂摇三类。通常，3DOF 能够感知头部上 下、左右、前后回转三类动作，但无法捕捉移动过程中的 VR 设备，早期 Oculus Go、Google Glass 均属于 3DOF 方案；6DOF 能够捕捉设备在空间中不同方向不同类型的自由移动， 在 3DOF 基础上能够增加捕捉用户身体上下、前后、左右的移动信息， 2018 年推出的 HTC Vive Wave VR一体机、Magic Leap One AR眼镜、以及2019年推出的华为VR Glass 均配备了可实现 6DOF 的配件。

外接 DOF 配件可以支持用户在虚拟/增强现实场景下进行实景交互，但随着生物识别应用 兴起，我们认为搭载 3D 感知方案的终端设备如手机、电视等也可用于构建 VR/AR 场景， 并通过与 VR/AR 设备定位追踪等功能结合，进一步丰富并优化 VR/AR 实景交互体验。

2016 年，任天堂推出手机端 AR 游戏《Pokémon Go》， 用户通过手机后置镜头拍摄现实 场景并根据游戏设定捕捉手机拍摄画面中的宠物精灵。然而，Pokémon Go 推出之时手机 端并无 3D 模组搭载，我们认为如果采用搭载 3D 感知模组的手机运行 AR 游戏，其对现 实场景的捕捉将更加细腻，由此也将带来更好的用户体验。2019 年 12 月，OPPO 在未来 科技大会上公布了首款一体式AR眼镜，采用衍射光波导光学模组实现40°FOV，单眼720p 分辨率，搭载高清 RGB 相机用于完成手势交互的同时，还配备了 ToF 模组用于测距和三 维建模。根据青亭网使用体验，OPPO AR 眼镜可支持单手握拳竖大拇指（确认）、挥手、 滑动、双手缩放以及手势交互与追踪等，整体操作流畅稳定。

尽管目前尚无 3D 感知叠加 VR 设备的成熟方案，但随着 3D 感知及 VR 生态成熟，我们认 为可在现有 VR+6DOF 配件基础上增加 TOF 方案用于识别真实场景，并通过将真实场景 的三维模型与虚拟场景相结合，打造更为生动的 VR 体验。此外，我们认为 3D 感知模组 的应用还能够通过实现同一真实空间多人互动 VR 游戏体验，进一步升华 VR 社交属性。

进入 5G 时代，随着 VR/AR 数据运算与存储转入云端，VR/AR 将不断向着性能升级、外 形轻便化方向发展。在硬件技术设备不断优化以及高速网络环境的支持下，VR/AR 娱乐游 戏体验将进一步优化，应用场景也将不断向医疗、家装、工业、智能办公等领域拓展，由 此带动 VR/AR 产业生态不断成熟。与此同时，基于 3D 感知方案引入也将进一步升华 VR/AR 用户实景交互体验和社交属性。我们认为 VR/AR 有望成为下一代继 TWS、智能 手表之后在终端渗透的主流可穿戴设备。IDC 预计 2023 年全球 VR/AR 出货量将达到 6728 万台，对应2019-2023年复合增速为71%；中国信通院预测2022 年全球 VR/AR 市 场规模将达到 4750 亿元，对应 2019-2022 年复合增速为 61%。

推荐及建议关注标的一览

水晶光电（002273.SZ）

水晶成立于 2002 年，居全球红外滤光片市场龙头地位，是全球仅次于 VIAVA 的大型具备 窄带滤光片供应商。同时，水晶积极布局潜望式摄像头棱镜、晶圆级光学元件，并围绕镜 头减薄、光学面板、3D 成像智能家居端应用等与客户展开合作。此外，根据公司年报及 中报，水晶通过投资全球阵列光波导激素龙头企业 Lumus、与全球著名玻璃供应商肖特成 立合资公司提供成像晶圆材料。根据青亭网讯，2019 年 12 月 18 日， AR 全息波导显示 技术领军企业 Digilenns 宣布与水晶合作，联合拓展中国市场，把握 AR 产业发展机遇。

歌尔股份（002241.SZ）

歌尔成立于 2001 年，主要从事声光电精密零组件、声学智能整机、智能硬件等设备的研 发、制造和销售。根据公司官网及年报资料，公司于 2010 年建立光电产业园，16 年起独 家代工索尼 PSVR 及 Oculus。除提供 VR/AR 声学方案外，歌尔还掌握了前沿的 VR/AR 领域光学技术解决方案，提供 VR 产品主流的菲涅尔透镜，并与全球领先的衍射光波导元 件企业 WaveOptics 签订了独家代工协议。

汇顶科技（603160.SH）

汇顶成立于 2002 年，主要从事移动智能终端人机交互及生物识别领域的芯片设计、软件 开发及整体解决方案。根据 19 年中报，公司作为全球指纹识别芯片龙头企业，自 18 年推 出屏下光学指纹芯片以来，受益于光学屏下指纹的快速推广， 1H19 营业收入同比增长 108% 至28.9亿元，其中86%来自指纹识别芯片。光学屏下指纹解决方案广泛商用于华为、 OPPO、 Vivo、小米、一加、魅族、联想等主流品牌，并已拓展至平板、笔记本电脑、IoT 等领域。

韦尔股份（603501.SH）

韦尔成立于 2007 年，主要从事半导体分立器件、电源管理 IC 等产品的研发以及被动件、 结构器件、分立器件等半导体产品分销。根据公司 2019 年中报，2019 年 7 月 30 日，公 司已成对北京豪威 100%股权收购，而北京豪威主要经营实体为美国豪威，即全球第三大 CIS 厂商。在手机摄像头多摄渗透率提升、主摄像素提升、智能驾驶兴起、以及生物识别 多场景应用驱动下，CIS 作为镜头重要的元件将成为核心受益环节。根据 IT 之家 2019 年 6 月 17 日消息，豪威已推出首款 0.8um 48MP CIS，可达到 1/2’’光学尺寸分辨率，4Q19 量产。

欧菲光（002456.SZ）

欧菲光成立于 2001 年，是全球手机摄像头模组市场高端双摄、三摄模组主力供应商，且 具备光学式和超声波式屏下指纹识别模组批量出货能力，是各品牌机型屏下指纹识别模组 的主力供应商。根据公司 2019 年中报，在多摄升级、渗透率提升以及屏下指纹在终端应 用推广驱动下，1H19 年公司摄像头模组收入同比增长 40%至 143 亿元，出货量同比增长 23%至 2.9 亿颗；生物识别产品收入同比增长 40%至 1.36 亿颗，收入同比增长 100%至 39.4 亿元。

联创电子（002036.SZ）

联创成立于 1998 年，主要从事手机、平板电脑、智能驾驶、智能家居、VR/AR 等领域光 学镜头、摄像头模组等产品的研发生产及销售。根据 1H19 中报，公司主要向华勤、闻泰、 龙勤等国内 ODM 提供手机镜头和模组，研发的结构光激光准直镜头已量产出货，屏下光 学指纹镜头也获得国际知名手机品牌客户认可。此外，公司已有十多款车载镜头获国际知 名汽车电子厂商 Valeo、Magna 认可并量产出货，且 Tesla 车载镜头也在稳定量产出货中。

（报告来源：华泰证券）

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镜头学堂｜工业镜头参数知多少

机器视觉系统中，镜头作为机器的眼睛，其主要作用是将目标物体的图像聚焦在图像传感器（相机）的光敏器件上。数据系统所处理的所有图像信息均需要通过镜头得到，镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。

这一期镜头学堂将对机器视觉工业镜头相关参数做简要介绍：

01

焦距（EFL）

定义

透镜中心到像方焦点的距离。

光学系统中的焦距用来衡量光学系统汇聚或发散光线的能力。

焦距示意图

该如何理解焦距与视场角的关系呢？

对于相同的感光元件，搭配的镜头焦距越长，视场角越小，反之成立（排除枕形畸变的影响)。

可以根据下面这组图片来直观的感受一下

注：使用同款感光芯片

02

光圈数（F.No）

定义

焦距（EFL）与入瞳（D，光圈在物方空间的像）的比值，即F.No=EFL/D。

F.No数的大小是如何对画面亮度、景深及装配灵敏度产生影响的呢？

a．画面亮度

F.No数的大小决定进入光学系统能量的多少。

F.No越大，进入光学系统的光线越少，画面越暗；F.No越小，进入光学系统的光线越多，画面越亮。

如下图所示：

注:此项默认相机曝光时间、增益等参数恒定。

b．景深

在其它所有参数保持一致的前提下，F.No越大，景深越大；F.No越小，景深越小。

c．装配灵敏度

F.No越大，图像对安装倾斜的灵敏度低，越易于装配；F.No越小，图像对安装倾斜的灵敏度高，越不易于装配。

03

畸变（Distortion）

定义

光学系统中，由于光学透镜固有的透视失真导致实际成像相对于被摄物体的失真程度。

光学畸变

OP

Distortion

光学畸变指的是物体经过光学系统所成的像对于物体本身而言的失真程度。

光学畸变计算方法：

OP.Dist(%)=(实际像高－理想像高)/理想像高 × 100%

TV 畸变

TV

Distortion

TV畸变指的是实际拍摄图像时，像的变形程度。

TV畸变计算方法：

TV.Dist(%)=(H1 - H2)/H

TV畸变可分为枕形畸变和桶形畸变，对角线向外延长的变形（畸变值为正）称作枕形畸变，反之，对角线向内缩短的变形（畸变值为负负）称作桶形畸变。

04

视场角（Field of View）

定义

镜头在感光元器件上所能看到的空间角度范围，即光学系统入瞳中心对物的张角或出瞳中心对像的张角。

视场角与焦距(EFL)的关系：

若Y为Sensor的半对角线长度，在不考虑光学系统畸变的前提下，对角线视场角（2θ）=2*arctan(Y/EFL)，如下图所示：

注：视场角与镜头焦距、Sensor靶面大小和镜头畸变有关：

a.镜头焦距相同的情况下，Sensor靶面越大,视场角越大；

b.Sensor靶面相同的情况下，镜头焦距越小,视场角越大；

c. 镜头焦距和Sensor靶面都相同的情况下,枕形(负)畸变越大,视场角越大。

05

清晰度（Resolution）

定义

分辨率和反差综合表现的结果。

分辨率又称分辨力、解析力、鉴别率、解析度，指的是镜头清晰的再现被摄景物细节的能力，分辨率越高的镜头，拍摄的图像越清晰细腻。

清晰度也可以用像面上镜头在单位MM内能够分辨的线对数表示，单位是LP/MM，能够分辨的线对数越多，代表镜头分辨率越高。如下图所示：

反差即对比度，用来形容图像最亮处和最暗处的差别；用MTF（ModulationTransfer Function调制传递函数）来表示，MTF描述的是光学成像系统对各频率分量对比度的传递特性，如下式所示：

其中I’max和I’min表示像的最大和最小灰度值，Imax和Imin表示物的最大和最小灰度值。

很明显，调制度介于0和1之间，调制度M越高，意味着反差越大；当图像中的最大亮度和最小亮度相等，反差完全消失，此时调制度为0。

下图为分辨率为10LP/MM，MTF在0.05~0.4之间的对比图片，从下图可以看出，人眼可接受的最小可分辨的MTF数值在0.15~0.2之间。

MTF如何影响到镜头的整体成像效果？

低频率时的MTF值决定了图像的对比度，高频率时的MTF值决定了图像的分辨力，MTF的优劣直接影响到镜头的整体成像效果，如下图：

A曲线: 曲线平滑下降,说明图像的解像力和对比度均达到了较好的水平，见A图;

B曲线: 低频率时的MTF值持续很高,说明图像的对比度很好；但是高频率时的MTF很低，说明图像的解像力较差，见B图；

C曲线: 低频率时的MTF值下降较快，说明图像对比度较差;高频时的MTF较B曲线高，说明图像解像力效果比B好，见C图；

06

相对照度（Relative Illumination）

定义

图像边缘亮度与中心亮度的比值。Sensor表面不同位置的照度的大小与该处入射于像面的光线入射角的Cosin四次方成正比。

相对照度 <1?

相对照度＜1的原因：中心视场与边缘视场的有效通光孔径不同(如左图)，造成中心与边缘的亮度差异。

07

景深（Depth of Field）

定义

能够在像平面上呈现清晰的像的物方空间深度范围。

那么景深是如何计算的？又和哪些因素有关呢？

可成清晰像的最远的物平面称为远景平面，它与对准平面的距离成为后景深△L1；能成清晰像的最近物平面称为近景平面，它与对准平面的距离称为前景深△L2；景深=前景深+后景深，如下图所示：

前景深 ΔL1= FδL²/ （f² + FδL）

后景深 ΔL2= FδL²/ （f² - FδL）

景深 ΔL =ΔL1+ΔL2=2f²FδL²/（ f 4- F²δ²L²）

δ——容许弥散圆直径

f——镜头焦距

F——镜头的拍摄光圈值

L——对焦距离

ΔL1—— 前景深

ΔL2——后景深

ΔL——景深

由景深计算公式可以看出，景深与镜头使用的F.No 、 f焦距、拍摄距离以及对图像质量的要求(表现为容许弥散圆的大小)有关。

这些主要因素对景深的影响如下（假定其他的条件都不改变）：

a. 镜头光圈：

光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；

b. 镜头焦距:

镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；

c. 拍摄距离:

距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。

08

放大倍率（Magnification）

定义

像高和物高的大小之比。

放大倍率的计算方法：

09

靶面大小（Max Image Circle）

定义

感光元器件对角线尺寸。

靶面大小示意图

传感器类型

对角线长度（mm）

传感器宽度（mm）

传感器高度（mm）

1/3"

6.000

4.800

3.600

1/2.5"

7.182

5.760

4.290

1/2"

8.000

6.400

4.800

1/1.8"

8.933

7.176

5.319

2/3"

11.000

8.800

6.600

1"

16.000

12.800

9.600

4/3"

22.500

18.800

13.500

全画幅-35mm

43.300

36.000

24.000

10

镜头接口（Mount）

C接口 是工业镜头最为常用的一种接口，其法兰距(法兰面距离感光芯片的距离)为17.526mm，螺纹规格:直径1英寸，螺距1-32UNF；

CS接口 是监控行业较为常用的一种接口，其法兰距(法兰面距离感光芯片的距离)为12.526mm，螺纹规格：直径1英寸，螺距1-32UNF；

从下图来直观地了解C接口与CS接口区别：

a. C接口 的相机不能搭配CS接口的镜头使用，会导致图像不清晰；

b. CS接口 的相机可以搭配C接口的镜头使用，但是要使用5mm转接圈才能正常聚焦；

F接口 是一种卡口型接口,法兰距46.5mm，最早由Nikon为其35mm式相机而开发。目前较多的应用在大靶面相机和线扫描相机上，使用此接口,镜头可轻松安装和拆卸；

M接口 是一种螺纹接口,通常用于替换较大靶面相机的F接口，由接口直径(42mm、58mm、72mm等)、螺距(0.75mm、1mm等)和法兰距定义,种类较多；

S接口是M接口的一种，规格：螺纹直径12mm，螺距0.5mm。

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