原标题：揭秘快车道上的光学摄潒头行业手机成为最大助力 | 智东西内参

由于用户对手机摄像性能要求不断提高，手机摄像头技术不断创新升级未来将逐渐向多摄、 CIS 高潒素、 7P/8P、玻塑混合、潜望式镜头、 3D Sensing TOF等多方向发展。受益光学行业景气度全面提升根据 Yole 数据，预计 2022 年全球摄像头市场规模将超过 450 亿美元 姩 CAGR 为 12.2%。手机摄像头市场占比超80%为全球摄像头市场核心增长动力，根据中国产业信息网数据预4计 年，手机摄像头行业规模预计将从 271

新业態、 新模式是根植数字经济发展土壤 以数字技术创新应用为牵引，以数据要素价值转化为核心 以多元化、 多样化、 个性化为方向， 经產业要素重构融合衍生而形成的商业新形态、 业务新环节、 产业新组织、 价值新链条是关系数字经济高质量发展的活力因子， 具有强大嘚成长潜力

本期的智能内参，我们推荐赛迪智库的研究报告《 数字经济新业态新模式发展研究报告》详解在手机摄像头、全面屏和5G驱動下，光学行业相关产业的发展状况

本期内参来源：东吴证券

《技术创新+多领域需求扩展，光学行业景气度全面提升》

一、 光学摄像头市场持续增长带动产业链持续向好1、 总体市场规模不断增长，技术升级+5G 浪潮成强力驱动

光学创新及应用推广永不眠 从 2000 年夏普推出全球艏款搭载后置 11 万像素摄像头的拍照手机 J-SH04 开始，用户对智能手机摄像性能要求不断提高各厂商技术不断更新迭代，手机摄像头逐渐向多摄、 CIS 高像素、 7P/8P、镜片玻塑混合、潜望式镜头变焦、 TOF 等多方向发展此外，全面屏推动光学屏下指纹识别市场兴起 ADAS 渗透率提升使车载镜头市場空间广阔， 5G 浪潮推动 AR/VR 逐渐推广技术创新+应用扩展为光学产业链增添持续增长动能，光学应用及创新成为手机、汽车、 AR/VR 等诸多行业关注嘚重点

摄像头需求增长和技术升级已成趋势。 摄像头是一种图像、视频输入的光学设备过去被广泛的运用于视频会议、远程医疗及实時监控等方面。随着互联网技术的发展网络速度的不断提高，再加上感光成像器件技术的成熟并大量用于摄像头的制造上现在被广泛應用于智能手机、笔电、安防监控等领域，未来随着科技的进步与发展，技术的快速更新迭代人机交互、智能眼镜及投影、智能汽车駕驶和安防等领域对精密光学元件的需求将大大增加且维持高速增长，光学摄像头仍然具有很大成长空间

摄像头的工作原理是将拍摄对潒通过镜头（ lens），将生成的光学图像投射到传感器上(colour image sensor)然后光学图像被转换成电信号，进行降噪等操作后电信号再经过模数转换变为数芓信号，数字信号经过 DSP 加工处理再被送到处理器中进行解码（ encoding）处理，最终转换成我们能够看到的图像

技术升级推动摄像头种类扩展。摄像头按照外形以划分成球面摄像头针孔摄像头，鱼眼摄像头等；而按照焦距可划分为长焦摄像头广角摄像头，变焦摄像头等；按丅游应用可分为数码相机摄像头智能手机摄像头，车载摄像头安防摄像头。

摄像头主要由五部分组成 根据旭日大数据，摄像头各组荿部分功能及成本占比各不相同主要包括图像传感器（将表面的上镜头送过来的光信号转化成为电信号），在摄像头组件成本中占比 52%；鏡头（收集光线然后将物体成像到图像传感器）在摄像头组件成本中占比 20%；音圈马达（推动镜头移动实现对焦，通过移动镜头可以得到清晰的照片）在摄像头组件成本中占比 6%；红外截止滤光片（过滤多余的红外光和紫外光，使得拍摄出来的图像颜色更加接近我们人眼所看到的颜色）在摄像头组件成本中占比 3%；以及最终的模组封装（将摄像头零组件整合到一起成为完整的摄像头），在摄像头成本中占比 19%

国内外企业分庭抗礼。 摄像头各组件生产领域均有中国厂商参与其中且占有一席之地。尤其在 CIS、镜头、滤光片、模组封装领域豪威科技（韦尔股份）、水晶光电、欧菲光等 A 股龙头企业更是处于国际领先地位，可与外国公司抗衡

▲全球摄像头组件主要厂商

光学摄像头市场规模不断增长，手机成核心增长动力 根据 Yole 数据，全球摄像头行业规模不断扩大到 2022 年有望超过 450 亿美元， 年 CAGR 为 12.2%行业保持持续稳定增長。从摄像头下游应用来看手机占据绝对优势， 2019Q4 占有率超过 80%是摄像头行业最为核心的应用领域。

▲全球摄像头行业规模及预测

▲2019Q4 摄像頭下游应用占比

手机摄像头市场规模及需求量齐升根据中国产业信息网数据， 年手机摄像头行业规模预计将从 271 亿美元增长到 457 亿美元， CAGR 為 7.75%； 根据 Yole数据手机摄像头出货量也将不断增长， 2019 年出货量为 44 亿颗 预计

▲手机摄像头市场规模及预测

▲手机摄像头需求量及预测

2、 摄像頭需求增长刺激上游光学组件市场扩张

需求增长+技术升级推动手机摄像头各组件及整体市场规模扩张。 根据 Yole 数据 年， CIS 市场规模将从 123 亿美え增长到 208 亿美元 CAGR 为 9.2%；镜头市场规模将从 41 亿美元增长到 为 11.5%；模组封装市场规模将从 85 亿美元增长到 139亿美元， CAGR 为 8.9%；全球手机摄像头市场规模将從 271 亿美元增长到 457 亿美元CAGR 为 9.1%。受益于下游需求增长及技术升级从摄像头各组件到整体都有望迎来高速增长期，行业景气度持续提升

▲掱机摄像头模组各组件市场规模及预测

CIS 市场规模和总体出货量有望不断走强。目前大部分带有摄像头设备使用的都是CIS 根据 Yole 数据， 10.86%预计 2024 姩达到近 240 亿美元，整体规模不断上升；根据群智咨询数据 2019 年全球 CIS 出货量高达

▲CIS 市场规模（百万美元）

▲全球 CIS 出货量

市场集中度高，龙头企业遥遥领先根据 Yole 数据， CIS 市场集中度较高 CR3为 80.2%，其中索尼占比 47 亿颗出货量前三名分别为索尼（ 13.2 亿颗），三星（ 7.2亿颗）豪威（ 6 亿颗），排名前三厂商出货量遥遥领先其他厂商龙头地位稳固。

镜头市场规模持续增长下游应用占比稳定。受益于手机、车载、监控等市场嘚发展镜头市场规模连年递增，根据中国产业信息网数据 年，全球镜头市场规模从 27.55 亿美元增长到 67.43

从下游应用来看手机、视频监控、車载摄像机是三个最大的应用市场，中国产业信息网数据显示 年，市占率方面常年保持稳定其中手机镜头占比72-80%，监控镜头占比 9-13%车载鏡头占比

▲全球镜头下游市场占比

镜头市场集中度高，龙头厂商出货量绝对领先根据中国产业信息网数据， 2018年 CR3 为 54%大立光占比 35%，舜宇光學占比 10%玉晶光占比 9%。根据旭日大数据的数据从出货量上可以看出， 201912 单月出货量上亿的仅有大立光和舜宇光学二者处于行业绝对领先哋位。

玻塑混合镜片有望成为镜片发展新趋势摄像头镜片主要分为塑料镜片、玻璃镜片和玻塑混合镜片。虽然塑料镜片透光率存在一定劣势但是由于手机镜头需求量大且对成本要求高，塑料镜片在工艺难度、量产难度、成本等方面优势便体现出来因此目前手机镜头多鉯塑料镜片为主，而手机市场应用占比 80%以上这也是龙头厂商多集中于塑料镜片的原因。

▲2018 年全球镜头市场竞争格局

▲2019 月 12 全球各厂商镜头絀货量

而在安防车载领域对镜片透光率要求更高，而对成本相对不敏感所以更多使用玻璃镜片。玻塑混合镜片透光率高于塑料镜片量产难度与成本低于玻璃镜片，且可应用领域更为广泛在手机、安防、车载领域均有使用，对于提升相片质量是较优的选择因此玻塑混合镜片有望在未来得到广泛应用。

VCM 市场规模及出货量持续上升根据 Yole 数据， 年 VCM 市场规模从 17 亿美元增长到

VCM 技术壁垒低，市场结构分散 VCM 嘚技术并不复杂，但由于对灵敏度的要求较高所以生产时的精度控制是关键，这涉及到设计、材料等各个环节的改进正因为VCM 技术难度並不高，所以全球参与 VCM 产业的厂商有上百家市场较为分散，根据第一手机界研究院数据 CR3 仅为 44.4%，未超市场的一半没有绝对的龙头，市占率最大的阿尔卑斯也仅有 17%的分额市场呈现多寡头对峙格局。根据旭日大数据 2019年 12 月全球 VCM 出货量前三的厂商分别为阿尔卑斯（ 2900 万颗）、 TDK（ 2700 万颗）、三星电机（ 2650 万颗），但与后续几名差距不大

是一种允许可见光透过而截止红外光的光学滤光片。当光线进入镜头折射后可見光和红外光会在不同靶面成像，可见光成像为彩色红外光成像为黑白。当把可见光所成图像调试好之后红外光会在此靶面形成虚像，影响图像的颜色和质量 IRCF 的生产最关键的是镀膜工艺和镀膜基材，镀膜需要保证镀膜的均匀性和一致性以蓝玻璃为基材镀膜制成的 IRCF，昰采用吸收的方式过滤红外光可过滤 630nm 以上波长的光，比较彻底；而以普通玻璃为基材镀膜所制成的 IRCF 是以反射的方式过滤掉红外光可过濾 650nm 以上波长的光，反射光容易造成干扰效果差于蓝玻璃 IRCF。

市场规模持续增长 IRCF 量价齐升。根据旭日大数据的数据 年全球IRCF 市场规模从 44 亿え增长到

▲全球 IRCF 市场规模

摄像头模组（ CCM）技术壁垒低，市场较为分散 摄像头模组技术壁垒较低，行业入场成本较低这也导致手机摄像頭模组市场比较分散。根据群智咨询数据 2019年摄像头模组市场出货量 CR3 为 32.7%，第一名欧菲光（ 12.6%）第二名舜宇光学（ 11.5%），第三名丘钛科技（ 8.6%）整个市场较为分散。根据中国产业信息网数据2018 年国内手机 CCM 出货量前三名分别为欧菲光（ 4.78 亿颗），舜宇光学（ 4.23 亿颗）丘钛科技（ 2.64 亿颗），其余厂商出货量都在 2 亿颗以下龙头厂商有一定领先优势。

MOB/MOC 是模组封装技术未来趋势 模组封装是将摄像头零组件整合成为摄像头的加工过程，手机摄像头模组主流封装工艺有 CSP、 COB、 MOB/MOC 和 改造升级后的技术暂时只有少数大厂商在使用， FC 则仅有苹果在使用 COB 封装正向 MOB和 MOC 发展， MOB 与 COB 的区别在于底座与线路板一体化 MOB 通过将电路器件包覆于内部，降低了模组厚度而 MOC 比 MOB 更加先进的地方在于将连接线一起包覆于内部，进一步降低了模组厚度 MOB/MOC 相较 COB，封装性能更优并且正在逐渐接近 FC 封装性能，同时相较于 FC 成本更低是模组封装的未来趋势。

大厂商长期成本优势显著技术更迭市场集中度有望提高。舜宇、欧菲光等较大的模组厂商均使用 COB 技术进行封装设备成本高但封装成本低，属于高端工艺长期而言，产品成本较低有利于企业的长期发展，这是大厂商的显著优势而中小厂商考虑到初始成本和风险规避，大多选擇设备成本较低的 CSP但由于封装成本高，属于低端工艺长期而言，产品成本相对较高在下游要求不断提升的趋势下，中小企业在长期競争中处于劣势

FC 是苹果特有的封装技术，主要是索尼、 LG、夏普等厂商在使用产出的模组厚度最薄但设备成本和封装成本均较高。在 COB 技術改进后的 MOB、 MOC虽然初始成本高但封装成本低，模组厚度较薄对大厂商而言是性价比较高的封装技术，未来有望取代 COB 和 FC成为大厂商偏愛的封装技术。由于新冠病毒疫情和技术更迭的冲击中小厂商的生存将愈加困难，未来市场集中度有望逐步提升

二、 手机摄像头全面升级，各类创新持续不断

光学升级旋律不断。 随着移动互联网和智能手机兴起 QQ、微信、短视频、直播等应用在消费者当中持续渗透，囚们利用手机拍照、录制视频并进行分享等相关活动也愈加频繁消费者也展现了对手机拍照性能的持续追求，具体体现在图片色彩丰满喥、照片清晰度、取景广度、成像立体感很强什么意思、镜头变焦能力等各个方面手机厂商也将光学升级做为重要创新领域。

厂商开始為手机搭载多个性能不同的镜头来提升拍照性能全面性如搭载 TOF 镜头提升立体感很强什么意思、搭载超广角镜头提升空间感等，通过提高單个镜头的像素、增加单个镜头镜片数来提升单镜头清晰度研发潜望式镜头来以突破因为手机体积，镜头进行光学变焦的限制 2019 深感摄潒头”的 Mate 30 Pro，我们认为光学升级不会停止，多摄趋势、单镜头升级、潜望式镜头变焦以及 TOF 镜头的应用将成为光学赛道持续景气的主要动力

镜头的量变造就图像的质变，多摄成行业趋势 受限于手机外观、硬件，单个手机镜头难以像相机镜头一样在测距、变焦、感光等方媔同时具备较好的性能。于是手机厂商另辟蹊径在手机上另外搭载一个不同性能的镜头同时拍照，利用手机上的算法将两张图片融合成┅张图片以华为 P9 的彩色镜头+黑白镜头组合为例，彩色镜头主要拍摄整体彩色画面黑白镜头主要负责捕捉更多细节，最后合成的照片画質更棒细节更清晰。随着广角、长焦、超感光等镜头的研发手机上可以搭载更多种类的镜头，三摄、四摄、五摄陆续出现各种镜头組合方案百花齐放，多摄已成为行业趋势

手机多摄趋势明显，渗透率有望超 6 成 出于手机拍照的追求，单机镜头配置数量增长更多的掱机将会配置三个或四个镜头。根据 IDC 数据 年，安卓手机的双摄渗透率在 2019 年达到 53%之后将开始下降，到 2021 年将下降至 31%但三摄与四摄的渗透率将迅速上升， 2021 年分别为 45%和 16%苹果的多摄渗透率和安卓系有同样的规律，双摄 2019 年后开始下降多摄渗透率逐步提升，预计 2021 年苹果三摄、四攝渗透率分别为 50%和 10%不难看出，安卓系和苹果多摄渗透率都将在 2021 年超过 60%多摄手机在未来将占据绝对主导地位。

▲ 年安卓系摄像头渗透率忣预测

▲ 年苹果摄像头渗透率及预测

前置 3D 摄像有望增加 根据 IHS 数据， 年前置单摄镜头、双摄镜头出货量基本稳定不变，而 3D 镜头出货量将

▲ 年前置摄像头出货量（百万颗）

▲ 年前置镜头占比及预测

后置多摄出货增长行业维持高景气度。 根据 IHS 数据 年，后置单摄镜头出货量將从 8.53 亿颗大幅降至 1.31 亿颗后置双摄镜头出货量变动不大，后置三摄镜头、四摄镜头以及

▲ 年后置摄像头出货量（百万颗）

▲ 年后置镜头占仳及预测

手机存量市场下光学升级推动镜头需求量稳定增长。 根据 IHS 数据 年，全球智能手机出货量将从 14.17 亿部增长至 14.56 为 16.79%经过我们计算，岼均每部智能手机镜头数将从 2.50 颗升至 3.88 颗 CAGR 为 15.78%，说明在人口红利消失手机进入存量时代下，单机平均镜头数仍然将保持稳健增长手机多攝增加已然成为趋势。

▲ 年全球手机出货量与镜头需求量

▲ 年单机平均镜头数及增速

像素是手机厂商镜头升级的重要方向 像素是摄影的基础，像素越高照片分辨率就越大，镜头对画面的解析能力就越强根据 Yole 数据， 2017 年$200 以上价位的手机中 8-13MP、 13-20MP 像素的摄像头成为主流，两者占比合计达到 90%手机千万像素成为普遍现象。 年华为手机前置、后置像素同步升级，前置主摄像素自8MP 32MP后置主摄像素达到 108MP，像素成为手機的重要卖点也是手机的关键参数，未来升级化趋势不可避免

▲2017 年不同价位手机摄像头像素分布

▲华为手机像素升级过程

高像素时代丅， CIS 为摄像头行业首选 成像过程中，手机镜头先捕捉画面转化成电信号，再由图像传感器将电信号转化成数字信号经过 DSP 处理后，再形成图片图像传感器在其中的作用至关重要。图像传感器可分为 CCD（电荷耦合器件）和 CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器（ CIS）两种 CCD 灵敏喥高、分辨率高、噪音小，但是 CIS 能耗低、体积小、 重量轻、集成度高、价格低而且经过像素与 CMOS 的迭代升级，在高感光度下也能有很好的荿像质量所以 CIS 已成为摄像头首选方案。

高像素 CIS 出货量激增 随着高像素镜头用量增加，与之匹配的高像素 CIS 出货量也同步上升根据 Yole 及观研天下数据， 年 出货量自 6 亿个大幅增长至 39 亿个，高像素 CIS 出货量迅速提升

▲手持设备 CIS 出货量按像素分布（亿个）

镜片数逐步拉升， 6P 向 7P、 8P 演进 当光线通过镜头的镜片时，镜片可以过滤杂光镜头片数提升，图像对比度与解析度越高成像越清晰、真实；另外，受限于手机攝像头模组体积镜头移动范围与焦距较短，可利用多镜片镜头去模拟超短焦距的镜头为了优化成像效果，镜头将有望从目前主流的 6P 镜頭向 7P、 8P 镜头演进根据华经产业研究院数据， 2018 年中国智能手机中 35.6%的智能手机主摄像头镜片为 5P 镜头，64.3%的手机主摄为 6P 镜头 0.1%的手机主摄为 7P 镜頭。 2018 年推出的

玻塑混合镜头突破瓶颈有望应用于主流高端机型。 目前常见的摄像头有塑料镜片和玻璃镜片塑料镜片成本低、易批量生產，成为手机镜头的主流但其成像清晰度有限，失真率过高难以跟上目前手机摄像头超高像素趋势。玻璃镜片性能更好但其量产难喥大，生产成本高难以在手机领域广泛应用。为了让图像更加清晰真实目前已发展到 8P 镜头，但镜片太多镜头厚度会相应增加，不利於手机轻薄化而且塑料镜片清晰度有限，太多塑料镜片也会提高失真率此时玻塑混合镜片的出现突破了性能瓶颈。

玻塑混合镜头将塑料镜片和玻璃镜片混合使用成像清晰度比塑料镜片高，成本也介于塑料镜片与玻璃镜片之间 6 片塑料镜片+1 片玻璃镜片组成的玻塑混合镜頭成像效果与 8 片塑料镜片相当，但其镜片数少镜头厚度有所改善，所以玻塑混合镜头有望应用于主流旗舰机型

▲不同材质镜片参数对仳

传统手机镜头变焦方式难以满足远景拍摄。 变焦可以理解为使物体在图像中显示的效果变得更近或更远通过放大可以让我们通过更近嘚距离拍摄目标，而缩小则可以拍摄到更广阔的空间手机变焦主要分为光学变焦、数码变焦与混合变焦。光学变焦通过改变镜头间的距離实现变焦效果较好，但受限于手机厚度数码变焦是对原有画面进行场景切割，会将像素放大照片的质量有明显的降低，通常利用 AI

混合变焦结合光学变焦、数码变焦以及软件算法当变焦需求超过镜头的物理极限时，就可以从光学变焦切换成数码变焦实现更好的效果，但还是受限于手机厚度在手机轻薄化趋势下，清晰的光学变焦倍数与混合变焦倍数非常小数码变焦倍数较大，但清晰度有限

潜朢式镜头实现高倍清晰变焦。 潜望式镜头是将长焦镜头横向排列与广角镜头形成垂直布局，利用棱镜折射实现成像能够在保证手机薄型外观的同时，大幅增加摄像头焦距但镜头色散抑制是难点，这就对棱镜的折射透光率、摆放精度要求非常高

倍光学变焦，可以清晰哋拍摄更远处的场景根据群智咨询数据，预计 2020 年全球配备潜望式镜头智能手机的出货量将达到 0.83 亿部 2023 年出货量有望突破 4 亿部，潜望式镜頭成为光学变焦升级的一个重要方向

3D 结构光借助苹果打开消费电子市场。 2017 年 9 月苹果发布首款全面屏手机iPhone X，支持面部识别开启生物识別新潮流。 3D 结构光方案也由此打开消费电子市场目前 3D 人脸识别仍然是高端手机的必备配置。 2019 年发行的 iPhone11 系列和华为Mate 30 Pro 均采用了 3D 人脸识别和解鎖方案售价均在 5000 元以上。 3D 人脸识别不仅用于手机解锁还可以用于人脸支付，误识率低于百万分之一反应时间仅 40ms，生成结果高度可靠自苹果发布搭载结构光 3D Sensing 功能后，安卓阵营逐步推广 3DSensing 功能手机

手机后置 TOF 运用和交互场景运用带动 TOF 渗透率提升。 前置 3D 结构光方案主要被苹果采用安卓端由于产业链尚不成熟，导入十分困难后置 TOF 方案成为安卓厂商重点突破的方向， TOF 镜头是深度摄像头的一种利用飞行时间進行测距。 2018年 8 月 OPPO 率先推出后摄中搭载 TOF 镜头的 R17/R17 Pro 两款手机，通过采集景深数据实现细腻的背景虚化效果随后华为、 Vivo 等手机品牌也在后置模組中搭载 TOF镜头，用于增强拍摄效果还在 3D、 AR 等交互应用上进行延伸。 2019 年主流安卓手机厂商均推出了配置 TOF 镜头的手机机型，同时这种配置囸在走向中低端机型未来安卓手机厂商的 TOF 渗透率将进一步提升。

实现 3D Sensing 的技术有三种：双目立体成像、结构光和 TOF其中结构光技术最为成熟，已经大规模应用于工业 3D 视觉领域 TOF 则由于自身特性快速在手机等移动终端加以应用。

1）双目立体视觉是基于视差原理并利用成像设備从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差来获取物体三维几何信息的方法；

2）结构光技术原理是在噭光器外放置一个光栅，激光通过光栅进行投射成像时会发生折射从而使得激光最终在物体表面上的落点产生位移。当物体距离激光投射器比较近的时候折射而产生的位移就较小；当物体距离较远时，折射而产生的位移也就会相应的变大这时使用一个摄像头来检测采集投射到物体表面上的图样，通过图样的位移变化就能用算法计算出物体的位置和深度信息，进而复原整个三维空间；

3） TOF 技术通过向目標发射连续的特定波长的红外光线脉冲再由特定传感器接收待测物体传回的光信号，计算光线往返的飞行时间或相位差从而获取目标粅体的深度信息。

目前主流应用技术为结构光与 TOF 结构光与 TOF 技术由于原理差异，应用领域也不相同结构光由于测距较近、对照明系统要求较高，适用于安全性要求高而测量距离较近的场景比如人脸识别、 AOI 检测等，苹果是目前结构光技术应用的主力军预计未来苹果新机茬前置将继续延用结构光方案。而 TOF 凭借其不容易受外界光干扰、刷新响应速度快的特性适用于测量远距离场景除了手机之外应用范围广泛，比如 3D建模、游戏、汽车导航、 AR 等未来 TOF 在单部手机上的应用也会增多，目前华为Mate30 Pro 机型已经配置前后 TOF 镜头单机光学价值量大幅提升。

姩发布的 iPhone 将搭载 ToF 传感器近期受新冠疫情影响，手机终端及供应商上下游市场遭受重创手机市场出货量衰退， TOF 订单也由此受到影响但對 TOF 市场而言，随着下半年苹果发布 TOF 新机 TOF 技术应用将迎来拐点，苹果在手机市场上具有重要的地位后期的 TOF 应用将会受苹果影响变得更加荿熟和普及。根据 IDC 和旭日大数据的预测预计 2020 年配置 TOF 的手机出货量有望达到 1.48 亿部， 2021 年将达到

▲配置 TOF 手机出货量（百万部）

5G 时代搭载 TOF 镜头将荿为未来趋势 从人脸识别到 AR/VR 虚拟现实， TOF 有望接力结构光带来手机产业的全新升级，前置人脸识别+后置虚拟现实功能可能成为手机下一個发展趋势 对手机来说， TOF 比结构光更适合于 3D 视觉成像技术 TOF 前置镜头也能应用于面部识别解锁，加上 TOF 自身的优良特性用户体验好，而苴 TOF成本较低应用范围更广，更为手机厂商所青睐越来越多的厂商开始尝试后置摄像头TOF 方案。 5G 商用为手机 3D 视觉的应用迎来新的发展机遇在 5G 技术的支持下， TOF镜头将会逐步运用以满足 VR/AR TOF 的智能手机渗透率为 3%到 2023年渗透率有望突破 30%，成为中高端机型的标配

dToF 性能优越， 5G AR 大潮下有朢成为市场主流 iTOF 和 dTOF 原理各不相同。 激光雷达发射的光波存在两种调制方式：直接飞行时间（ dToF）测量和间接飞行时间（ iToF）测量 dToF 和 iToF 的原理區别主要在于发射和反射光的区别。 dToF 即直接发射一个光脉冲之后测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔，就可以得到光的飞行时間而 iToF 发射的并非一个光脉冲，而是调制过的光由于接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在相位差，通过检测该相位差就能测量絀飞行时间从而估计出距离。

▲dToF（左）与 iToF（右）测距原理

dToF 的难点在于要检测的光信号是一个脉冲信号因此检测器对于光的敏感度比需偠非常高。常见的 dToF 传感器实现是使用 SPAD（ single-photon avalanche diode单光子雪崩二极管）。此外从读出电路来看， dToF 需要能分辨出非常精细的时间差（通常使用 time-to-digital converter TDC 来實现）。例如如果需要实现 1.5cm 的测距精度则 TDC 的分辨率需要达到 10ps，这并不容易总体而言， dTOF 拥有响应快、功耗低、精度高等优势未来有望荿为 TOF

NEX 等手机采用的是 iToF 技术。安卓手机利用 iToF 技术主要是提升照片的立体感很强什么意思如华为 Mate30 pro 的 ToF 镜头可精准定位物体深度信息，摄影时成潒立体分明错落有致。而 2020 款 iPad Pro使用了一颗激光雷达 dToF 镜头， AR 体验的精准度、流畅度将大大提高功耗也会大幅降低，助力了 iPad Pro 展示在 AR 方面强夶的应用例如，Apple Arcade Hot Lava 游戏中 iPad Pro 可以更快更准确地为客厅建模以生成游戏表面。

催生 5G 时代 AR 杀手级应用 dToF 有望成为主流。 随着 5G 网络逐步普及 VR/AR显礻延迟将得到完美解决，在 5G 网络的加持之下 VR/AR 将应用在娱乐游戏、医疗、国防军事、航空航天、智慧城市、装备制造、电视直播等众多领域中，谁能抓住 VR/AR谁就能在 5G 时代大放异彩。 dToF 的相对于 iToF 测量精准、分辨率高、响应快、功耗低、抗干扰能力强技术优势非常明显，是进化蝂的 ToF 镜头可以配合更多 AR 应用，未来有望以其技术优势在应用层催生 AR 杀手级应用在 5G 浪潮下推动 AR 产业快速发展。与此同时 AR 的普及也将推动 dToF 嘚广泛使用成为未来 TOF 技术主流趋势，也为 TOF 镜头自身上游供应链带来新的机遇

三、 全面屏+5G 推动光学新市场扩张1、 全面屏时代屏下指纹识別开启新解锁方式

指纹识别是生物特征识别技术中的一种。 生物特征识别技术是指利用人体的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定鈳用的生物特征识别技术有指纹、人脸、声纹、虹膜等。其中指纹识别在生物特征识别技术中应用较为广泛。近年来指纹识别技术逐步应用到智能手机上，成为支持手机解锁、在线支付的重要技术之一

屏下指纹方式兴起。 如今由于手机全面屏技术的突破，屏下指纹應运而生屏下指纹技术(Fingerprint on Display, FOD)，是指在屏幕玻璃下方完成指纹采集并完成识别的新技术主要利用光学、超声波等穿透技术，穿透各种不同的材质从而达到识别指纹的目的。屏下指纹识别比较稳定可以较大程度地降低手指污垢、油脂以及汗水对解锁的影响。屏下指纹主要有兩种：光学屏下指纹和超声波屏下指纹光学屏下指纹抗环境光干扰性强，但是指纹识别容易受污渍影响；超声波屏下指纹识别抗污渍能仂较强但成像质量低，识别率也有待提升

▲屏下指纹识别技术对比

光学屏下指纹有望大规模应用于 LCD。 光学屏下指纹目前大部分是用在 OLED 屏幕上其原理是当用户按压 OLED 屏幕后， OLED 产生的光线会照射手指纹理然后光线再反射到屏幕下的指纹识别传感器上，产生指纹图像进而與数据库进行对比分析，最终识别指纹目前光学屏下指纹识别技术成熟，是屏下指纹识别的主流智能手机使用的光学屏下指纹放弃了傳统光学系统，改用手机屏幕作为光源因此自发光的 OELD屏幕一直是光学屏下指纹的选择。

但在 2019 年 LCD 屏下光学指纹方案有所突破。 2019年 4 月底國内厂商阜时科技展示了 LCD 屏的屏下指纹解锁方案，之后友达宣布推出全球首款全屏幕光学指纹识别LCD屏幕同年6月京东方副总裁刘晓东表示京东方LCD屏下光学指纹感测技术已研发成功。 2020 年初汇顶科技 CEO 张帆表示公司将在今年实现 LCD 屏下光学指纹方案的量产。

▲光学屏下指纹技术原悝图

屏下指纹识别应用规模显著扩大 以智能手机为例，智能手机呈现全面屏趋势若采用电容式指纹识别方式，会造成手机设备外观的影响近年来传统电容式指纹识别方式在手机上的应用占比快速下降，屏下指纹识别占比不断提升根据 Trendforce数据， 2018 年屏下指纹识别在指纹识別中的占比仅为 4% 2019 年上升至 23%，到 2022年有望达到

▲屏下指纹识别占比情况

全面屏需求驱动光学指纹渗透率提升 目前，光学指纹识别产业链成熟供应商数量较多。光学式屏下指纹识别凭借其技术优势、成熟的供应链和良好的用户体验取得了大部分的市场份额。根据 Trendforce 数据 2019 年屏下指纹识别中，光学占 82%超声波占 18%。当下全面屏手机已经成为智能手机选择的主流，随着光学屏下指纹识别技术的进一步成熟成本會快速下降，运用光学屏下指纹方案的手机厂商会逐步增多同时，随着 2020 年 LCD 屏下指纹识别方案量产光学屏下指纹技术将会下沉到千元机嘚市场，渗透率将会得到快速提升根据 IHS Markit 数据， 2019 年光学式指纹识别模组的出货量为 1.8 亿颗 2021 年出货量有望超过 2.8 亿颗。

▲光学屏下指纹出货量忣预测

光学屏下指纹识别将成为指纹识别主流 根据 CINNO Research 预测， 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 年 CAGR 为 89%。目前光学式屏下指纹识别技术相对成熟，产业链内有众多供应商市面上大部分全面屏手机运用的都是屏下光学指纹识别解锁方案，代表品牌有华为 P30 與 Mate30 系列、小米 9 系列等随着相关技术和产业链进一步完善，加上 LCD 屏下指纹识别方案有望在 2020 年实现商用突破量产可期，光学屏下指纹成本會大幅降低加速渗透市场。预计在未来光学屏下指纹识别都将是市场主流有望占据市场绝对优势。

ADAS 渗透率提升车载镜头市场空间广闊。 车载摄像头应用广泛光学镜头在汽车领域应用广泛，摄像头可将外部环境中车辆、行人、道路标志等相关信息进行及时反馈自 2012 年鉯来，车载摄像头应用进入快速成长阶段如车载摄像头取代后视镜，在座舱内通过液晶显示屏同步显示车身周围环境保证安全驾驶。車载摄像头配合雷达、红外线等构成汽车辅助驾驶系统包括倒车辅助影响，行车监控录像等为驾驶者提供更为全面的安全保障。

车载鏡头是自动驾驶功能实现的必备传感器 智能驾驶旨在通过人工智能、全球定位、雷达监控等技术支持，辅助或替代人类直接参与到机动車辆的驾驶过程其中，高级驾驶辅助系统（ ADAS）是自动驾驶的主流发展趋势这一系统将通过安装在车身上的激光雷达、单/双目摄像头等哆种传感器，收集行车过程中外部环境数据结合导航仪地图，运用算法加以系统性运算和分析做出相应行为判断并及时告知驾驶者，保障汽车安全驾驶随着汽车驾驶自动化发展，特别是 ADAS 渗透率提高车载镜头成为 ADAS车道偏离预警、交通标志识别等众多功能实现的必备传感器组件。根据安装位置的不同可分为前视、后视、环视、侧视、内置五种，将与雷达等其他车载传感器共同作用感知汽车行驶过程Φ的环境变化，进行动态、静态物体识别、侦测及追踪从而预先告知驾驶者潜在风险，以提升驾驶的安全性及舒适性

▲ADAS 车载摄像头功能

智能驾驶将驱动车载镜头需求增长。一般来说 ADAS 系统功能完整实现需要单车配备至少 6 个摄像头，随着自动驾驶化程度提升将驱使车载攝像头数量增长。目前特斯拉 Autopilot2.0 使用 8 颗摄像头,其中包括 3 个前视、 3 个后视及 2 个侧视索尼首次对外公布的智能汽车产品“VISION-S”在车身内外嵌入 33 个傳感器，其中包括 12 个车载摄像头为驾驶者提供全景影像，以全方位保证车辆行驶安全自动驾驶技术将有效促进驾驶安全，美国、日本等多国政府鼓励安装 ADAS 系统进而加速 ADAS 技术渗透，车载摄像头需求将保持强劲加之汽车市场规模基数较大，车载镜头市场规模将进一步提升根据 IHS 及智研咨询数据， 年全球车载摄像头出货量将从 2800万枚增长到 8277 万枚， CAGR 将达到

▲全球车载摄像头出货量及预测

▲全球车载摄像头市場规模及预测

光波导成为 AR 成像主流技术 AR 有望向 C 端普及。 AR/VR 终端产品类别多样一体机将成为发展方向。 增强现实技术（ AugmentedReality,简称 AR）是一种实时計算摄影机影像位置及角度通过结合图片、视频、 3D 模型等在屏幕上实现虚拟环境和现实世界结合互动的技术；虚拟现实技术（ Virtual Reality,简称 VR）则鈳以通过计算机仿真系统模拟虚拟世界，提供交互式的三维实景和实体行为以便于用户沉浸环境中进行体验。

目前市场上的 AR/VR 产品大致鈳分为移动端头戴显示设备、外接式头戴设备及一体机式头戴设备三类，其中移动端头戴设备生产成本低使用门槛低，是入门体验级 VR 产品；外接式头戴设备依靠外接设备为用户呈现高沉浸感 VR 效果及极佳的体验感是目前市场上的主流 VR 产品；一体式头戴设备兼顾性能和轻便性，对生产工艺技术要求较高是未来 AR/VR 产品发展的主要方向。

5G 浪潮推动万物互联 AR/VR 发展迎新机。 随着 5G 时代到来 AR/VR 产业将进入新的发展阶段。目前因受到通讯技术限制， AR/VR 产品存在动作延迟、分辨率较低易产生晕眩感等问题， 5G 通讯建设后高带宽、传速快、低时延的网络特性将为消费者带来全新用户体验。同时借助于高速稳定的网络， 5G+云渲染技术将提升图像渲染分辨率华为 Cloud AR/VR 可以使得虚拟图像的生成从本哋移动到云端，使终端使用更加操作简单依托于云端的强大数据存储和计算处理能力，将减少 VR/AR 产品对高性能 CPU 的依赖从而降低使用成本，促进 AR/VR

▲华为云 AR/VR 演进及连接需求

微型显示器和光学元件组合是 AR 眼镜成像关键一般来说，对于 AR/VR 等智能眼镜的硬件部分由近眼显示（ NED）、应鼡处理系统（ 硬件设备的核心所在旨在将显示器上的像素通过光学元件成像，形成虚像并投射在人眼中其中， AR 相比于直接显示虚拟图潒的 VR 技术来说因其成像系统不能挡在视线前方，需要实现透视所以需要多加一组光学组合器以“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体目前， AR 眼镜的显示系统多为包括 LCOS、 LBS、 Micro OLED 等微型显示屏和棱镜、自由曲面、光波导、Birdbath 等光学元件的组合这些光学元件是决定 AR 眼鏡成像效果的关键。

▲AR/VR 近眼显示系统比较（ NED）

视场角大小和体积的之间的矛盾是 AR 眼镜技术痛点 AR/VR 设备成像质量不仅取决于微型显示屏的分辨率，也会受到近眼光学设计的影响包括视场角（ Field of View，简称FOV）、眼距（ Eye Relief）、眼动范围（ Eye Box）等视场角大多不超过 30 度，近两年有新的技术突破 AR 眼镜成像时，视场角 FOV 越大虚拟图像越大，沉浸感越强然而，市面上的 AR 眼镜无论是采用棱镜还是自由曲面的组合方案都面临着的视場角越大光学镜片越厚的技术痛点，平衡视场角大小和设备体积的之间的矛盾是 AR 眼镜亟需解决的技术问题

光波导“全反射”无损成像荿为主流技术，推动 AR 在 C 端普及 光波导技术包括耦入、波导、耦出三部分，可将光线耦合进入玻璃基地并通过“全反射”原理传输至眼湔方释放，实现视场折叠和复原保证光线无损传输。光波导的无漏损传输和高穿透性在实现了轻薄光学镜片的同时亦可为用户提供较夶的 FOV，保证眼镜成像清晰此外,光波导是独立于成像系统而存在的单独元件,可将显示屏和成像系统移到额头顶部或其他位置,减少对用户的視线阻挡,优化设备佩戴感受。因此光波导技术逐渐被视为满足 AR 眼镜成像需求的主流解决方案，有望促进 AR 眼镜向 C 端普及

AR/VR 有望成为 5G 最终受益端。目前 VR 产业逐渐步入高速发展阶段产品形态基本成型，成像画质逐渐提升用户体验不断优化。 5G 通讯网络高速传送及云渲染技术有朢推动 AR/VR 产品技术进一步更迭刺激市场需求增长。根据 IDC 数据 2021 年全球独立 AR 及 VR 硬件出货量将分别达到 亿元，同比增长 95.2% AR/VR有望成为 5G 最受益终端。

▲VR/AR 硬件出货量及预测

▲中国 VR/AR 市场规模预测

智东西认为 在手机进入存量时代下，单机摄像头数量提升已然成为趋势与此同时，单摄像頭像素提升亦成为镜头升级重要方向对应 CIS 向高像素方向发展由于用户对手机摄像性能要求不断提高，手机摄像头技术不断创新升级未來将逐渐向多摄、 CIS 高像素、 7P/8P、玻塑混合、潜望式镜头、 3D Sensing TOF等多方向发展。随着手机全面屏需求增加OLED 屏下光学指纹出货量持续提升，随着 LCD 屏丅光学指纹技术突破；汽车领域 ADAS 渗透率不断提升，车载摄像头需求保持强劲增长在多中利好因素作用下，相信光学行业会迎来疫情后嘚快速增长