農林漁牧網

您現在的位置是:首頁 > 漁業

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

2022-01-18由 未來智庫 發表于 漁業

眼間距窄帶什麼眼鏡

(如需報告請登入

未來智庫)

報告綜述

光學創新疊加場景拓展雙輪驅動,光學產業鏈賽道優且長

移動網際網路時代,電子裝置資訊輸入及輸出對光學應用的依賴度不斷提升。 我們認為光學創新疊加應用場景拓展將為光學產業鏈注入持續增長動能, 主因 1)高畫質+廣角+長焦+3D 多攝方案將成主流,滲透率持續提升;2)生 物識別從手機向多終端滲透;3)智慧駕駛興起,全方位、高規格車載鏡頭 需求增加;4)5G 時代 VR/AR 實景互動升級打造光學新場景。我們看好 技術儲備和創新能力突出的上游光學元件供應商、鏡頭及模組廠商,推薦 水晶光電、歌爾股份,建議關注匯頂科技、韋爾股份、歐菲光、聯創電子。

高畫質、廣角、長焦、3D 多攝方案持續滲透,光學產業鏈需求全線放量

從 2000 年夏普推出首款拍照手機至今,消費者對移動網際網路時代照片實 時分享、短影片、直播等依賴使得光學已成為智慧手機廠商的重要創新方 向。隨著手機鏡頭模組不斷從單攝向高畫質、廣角、長焦、3D 的多攝方案升 級,Counterpoint 預計 2021 年全球三攝及以上機型滲透率將從 2019 年的 15%提升至 50%。

我們測算這將新增至少 14。4 億顆攝像頭需求(基於 2019 年全球智慧手機 13。7 億部出貨),較 2018 年的 41。5 億顆增加 35%,由此 帶動鏡頭模組及上游光學元件需求全線放量。此外,玻塑混合鏡頭、潛望 式攝像頭(微型稜鏡)等光學創新也將成為手機光學產業鏈重點關注方向。

手機端生物識別應用興起,3D 感知應用場景拓展帶來全新增量

隨著全面屏推廣,屏下光學指紋成為安卓系替代傳統指紋解鎖的主流方案。 CINNO Research 預計 2024 年全球支援屏下指紋解鎖的手機出貨量將達 到 12。6 億部,對應 19-24 年 CAGR 為 89%。

蘋果釋出支援面部識別的 iPhone X 開啟生物識別新潮流,用於面部解鎖、支付的前置結構光方案和 用於增強拍攝效果、支援體感遊戲的後置 ToF 方案也逐漸在華為、OPPO 等旗艦機型中應用。隨著手機端 3D 感知滲透率提升,應用場景向 NB/Pad、 工控、安防、醫療等領域拓展,3D 模組以及上游 Vcsel 鐳射器、WLO 準 直鏡頭、窄帶濾光片、DOE、Diffuser 將成為光學產業鏈全新增量。

智慧駕駛、VR/AR 接棒光學應用新場景,5G 時代大有可為

智慧駕駛興起,單車車載鏡頭從後視向側視、前視、環視、內視等高規格 品類拓展,Yole 預計 2023 年全球單車平均車載鏡頭數量將從 18 年的 1。7 顆增加至 3 顆。隨著 5G 大幕拉開,VR/AR 產業生態在硬體技術裝置最佳化、 高速網路環境支援、以及應用場景拓展推動下逐步成熟,基於 3D 感知的 實景互動將進一步提升 VR/AR 使用者體驗、昇華社交屬性。我們認為 VR/AR 有望成為 5G 時代繼 TWS、智慧手錶之後的主流可穿戴裝置,與此相關的 菲涅爾透鏡、光波導以及 3D 感知也將成為 5G 時代光學產業鏈的新天地。

高畫質、超大廣角、高倍變焦的多攝已成手機光學升級首選

光學升級成為智慧手機廠商重點關注的創新領域。

從 2000 年夏普推出全球首款搭載後置 11 萬畫素攝像頭的拍照手機 J-SH04 開始,到 2007 年三星推出全球首款後置雙攝鏡頭手 機 SCH-B710,2012 年 OPPO 推出全球首款具備美顏拍照功能的 U701,手機逐步成為 相機、單反的替代品。移動網際網路時代,照片實時分享、短影片、直播等應用興起使得消 費者對手機拍照效能的要求進一步提升,光學升級也由此成為智慧手機廠商重點關注的創 新領域。

2019年, OPPO推出可實現10倍光學變焦的Reno、華為推出搭載徠卡四攝的Mate 30 Pro、 小米推出後置五攝且主攝畫素高達 108MP 的 CC9 等,我們看到智慧手機光學創新已從單 一的畫素升級向多元化多攝方案升級。根據 DxoMark 對智慧手機拍照效能測評結果, 2019 年推出的拍照效能前十名智慧手機前置畫素均已超過 10MP,後置個數均超過 3 個,國產 品牌主攝畫素超過 40MP。隨著手機光學升級繼續,我們認為“廣角+超廣角+長焦”三攝 或“廣角+超廣角+微距+景深”四攝已成為智慧手機多攝的主流方案,而

主攝畫素升級、 輻攝功能多元化、多攝模組升級、以及光學創新不斷從高階機型向中低端機型滲透都將為 光學產業鏈帶來持續的增量。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

主流品牌在售手機主攝畫素超過 40MP,升級趨勢仍在繼續 像

素是數碼影像的基本單元,也是影響成像效果真實度的重要引數。畫素越大,照片分辨 率就越大,即鏡頭對於畫面的解析能力就越強。

在手機相機升級替代單反的過程中,畫素 升級便成為消費者及手機廠商關注的重要引數。

華為2013年3月推出的首款Mate手機,前置畫素100萬(1MP)、後置畫素800萬(8MP); 至 2019 年 9 月,華為 Mate 30 Pro 已達到前置 32MP,後置廣角雙 40MP+長焦 8MP+ToF 四攝鏡頭。根據 DxoMark 對智慧手機拍照效能測評結果,2019 年推出的拍照效能前十名 智慧手機中,除 iPhone 11 Pro Max 和三星三款 Galaxy 系列外,其他機型後置主攝畫素 已超過 4000 萬畫素(40MP),前攝畫素也普遍超過 10MP。小米推出的 CC9 Pro 後置主 攝畫素更是達到 108MP,前置畫素達到 32MP。由此可見,畫素升級仍然是手機廠商鏡頭 升級的重要突破方向。

2017 年中高階機型 13MP 及以上畫素滲透率超過 51%。

根據 Yole 及觀研天下資料, 2017 年 200 美元以上價位的機型均已採用 8MP 以上的鏡頭,13MP 以上出貨佔比達到 51%, 8MP 以上出貨佔比達到 78%;而從 CMOS 影象感測器出貨分佈來看,5MP 及以下的手 持裝置 CMOS 影象感測器出貨量逐年走低,至 2018 年已有超過一半的手持裝置畫素超過 13MP,且隨著智慧手機畫素不斷升級,Yole 預計 2019 年 13MP 及以上手持裝置 CMOS 影象感測器出貨量將進一步提升。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

鏡頭廠商 10MP 以上鏡頭出貨佔比持續提升。

根據舜宇光學半年報披露, 1H14 公司 10MP 以上鏡頭模組出貨佔模組總出貨量比例為 13%,1H18 最高達到 78%,1H19 環比小幅回 落但同比仍有提升。根據丘鈦科技月度公告資料,丘鈦科技自 2018 年初起鏡頭模組出貨 量除季節因素波動外總體呈現持續增長態勢,2019 年丘鈦鏡頭模組總出貨量中 10MP 以 上模組出貨佔比同比提升 10pct 至 54%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

影象感測器為鏡頭模組關鍵元件,畫素升級推動 CMOS 迭代升級

從鏡頭成像原理來說,手機攝像頭是透過鏡頭捕捉畫面並在影象感測器上產生可移動電荷, 然後經由影象感測器將電訊號轉化為數字訊號、DSP 對數字訊號處理後,在螢幕上呈現圖 像。因此,除鏡頭捕捉畫面能力強弱外,影象感測器也是影響攝像成像效果的關鍵因素。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

根據前瞻產業研究院估算,2018 年單顆攝像頭成本構成中,約 52%來自於影象感測器、 20%來自於鏡頭、19%來自於模組封裝,僅 6%和 3%來自於音圈馬達和紅外濾光片。目 前,影象感測器可分為 CCD(電荷耦合器件)感測器和 CMOS(互補金氧半導體) 感測器(CIS)兩大類。CCD 影象感測器是一種用於捕捉影象的感光半導體晶片,其所捕 捉到的畫面中每個畫素的電荷資料會依次傳送到下一個畫素中,由最底端輸出後經感測器 邊緣放大後輸出。CIS 是將影象資訊經光電轉換後產生電流或電壓訊號,在 CMOS 晶體 管開關陣列中直接讀取,無需逐行讀取,因此在靈活性和整合度上顯著優於 CCD。

影象感測器尺寸是影響感光元件成像效果的關鍵因素,即感測器尺寸越大,感光面積越大, 成像效果越好。儘管 CCD 在靈敏度、解析度和噪音控制等方面表現均好於 CIS,但隨著 CMOS 工藝發展以及手機畫素升級,CIS 低功耗、高整合度的特性使得其能夠在實現高像 素、大感光面積的同時有效控制成本,因而成為高畫素時代手機影象感測器的首選方案。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

根據 Yole 資料,2018 年全球 CIS 市場中索尼獨佔 50%份額,三星和豪威(被韋爾收購) 分別以 21%和 12%市佔率位居二三。為匹配手機畫素升級需求,作為全球 CIS 龍頭,索 尼於2018年率先推出48MP的CIS IMX586,單位畫素僅0。8μm,並且使用了“Quad Bayer” 4 畫素同色綠色器陣列,可在夜拍模式下將單個畫素調整為 1。6μm,由此最佳化夜間拍攝效 果。隨後,三星和豪威也先後推出了 48MP 的 CMOS 影象感測器 GM1 和 O48B。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

高畫素時代多片式鏡頭為主流,2018 年中國 6P 主攝鏡頭滲透率為 64.3%

在畫素升級的過程中,為了進一步最佳化成像效果,鏡頭廠商往往選擇多片式鏡頭,因為增 加鏡片能夠增強鏡頭匯聚光線的能力從而最佳化鏡頭解析力與對比度,同時改善暗態出現眩 光的現象。此外,多鏡片還能夠實現大光圈、變焦等不同功能。根據華經產業研究院資料, 2018 年中國智慧手機出貨中有 35。6%主攝像頭為五片式 5P 鏡頭,64。3%主攝像頭為六片 式 6P 鏡頭,還有 0。1%主攝像頭為七片式 7P 鏡頭。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

鏡片數增加導致光線損耗、鏡頭體積增大,且對光學設計提出更高要求。

小米於 19 年 11 月 5 日釋出的 CC9 Pro 採用後置五攝方案,其主攝採用了 7P 鏡頭(尊享版 8P 鏡頭)實 現 1 億畫素,1/1。33 英寸超大感光元件和 f1。7 大光圈。鏡頭片數增加直接導致鏡頭體積增 加。根據驅動中國不同畫素鏡頭體積對比,我們測算 108MP 畫素鏡頭垂直投影面積約為 2。9 cm2,遠高於 13MP 畫素鏡頭垂直投影面積(約 0。7 cm2)。儘管畫素升級過程中仍需 要鏡頭片數增加以最佳化成像效果,但我們認為鏡片廠商及手機品牌商也需要權衡鏡片數量 增加以提升畫素和多鏡片導致的光線損耗、設計難度增加、以及鏡頭體積輕薄化之間的矛 盾。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

玻塑混合鏡頭解決鏡頭效能瓶頸,但量產難度高尚未普及。

目前常見的鏡片材質為玻璃和 塑膠兩類,儘管玻璃相比於塑膠具有更高的折射率和更好的透光性,但受制於重量、生產 良率、成本等因素,玻璃鏡頭較難在手機領域廣泛應用,因此目前常見的手機鏡頭為多片 式塑膠鏡頭,而我們通常所說的 6P 鏡頭也多指六片式塑膠鏡頭。2017 年,舜宇實現全球 首款玻塑混合鏡頭量產。相比之下,玻塑混合鏡頭能夠改善多片式塑膠鏡頭所導致的光線 損耗、畫面失真等問題,但現階段其生產成本和量產難度均高於塑膠鏡片,因此在智慧手 機領域的應用較為有限。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

大光圈、廣角、變焦興起,對鏡頭廠商設計能力提出較高要求

2007 年,三星釋出全球首款後置雙攝鏡頭手機 SCH-B710,但直至 2016 年華為推出首款 搭載徠卡雙攝鏡頭模組的 P9 機型起,智慧手機正式開啟雙攝時代,而 2018 年華為推出 的全球首款後置三攝手機 P20 Pro,則進一步將智慧手機推向多攝時代。隨著後置攝像頭 數量增加,手機拍照功能也從高畫質向大光圈、長焦、廣角等方向豐富,使得手機替代單反 成為可能。

但考慮到大光圈、廣角鏡頭及長焦鏡頭在成像過程中受光線折射影響易出現畸 變現象,鏡頭廠商在此類鏡頭的光學設計及調配組裝能力也面臨較大挑戰。

光圈是鏡頭控制感光元件進光量的裝置。在感光元件大小相同、鏡頭焦距不變的情況下, 鏡頭通光直徑越小(F/通光直徑),鏡頭光圈越大,鏡頭進光量就越大。在此情況下,大 光圈能夠實現背景虛化,同時提升快門速度有效防抖以捕捉動態畫面。為了最佳化手機拍照 功能使其接近單反使用體驗,如今大光圈已成為主流品牌旗艦機攝像模組標配。2019 年 6 月推出的榮耀 20 Pro 主攝光圈達到 F/1。4,成為目前光圈最大的機型。然而,光圈變大會 導致光線在折射過程中色差、色散增加,因此鏡頭廠商所面臨的光學設計難度(校正像差) 和裝配除錯難度(確保同軸組立精確度)也隨之增加。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

廣角鏡頭可透過較小的焦距實現更大的視角範圍,

目前主流智慧手機品牌旗艦機型已有部 分採用了廣角鏡頭(焦距 24-35mm,視角範圍 60-84度)和超大廣角鏡頭(焦距 14-20mm, 視角範圍 94-118 度)。廣角鏡頭的設計難度在於受鏡片折射影響畫面邊緣會產生畸變,因 而需要透過更為精細鏡片組合最佳化光學設計、採用高質量光學玻璃生產鏡片,以及通過後 期演算法對鏡片成像效果進行處理。

長焦鏡頭是指焦距 85mm 的鏡頭,視角範圍小,可用於拍攝距離較遠的物體。

相比於數碼 變焦僅透過擴大固定區域內單個畫素點面積拍攝遠景,長焦鏡頭能夠在不損失畫質的情況 下實現遠景更為真實的呈現。

例如華為 Mate 20 Pro 後置採用了徠卡三攝鏡頭,包括 40MP 廣角鏡頭(焦距 27mm)、 20MP(焦距 16mm)超廣角鏡頭和 8MP 長焦鏡頭,其變焦模 式包括 3 倍光學變焦、5 倍混合變焦和 10 倍數字變焦。

潛望式鏡頭解決多倍變焦與機身厚度矛盾,華為 P30 Pro 及 OPPO Reno 機型均已搭

載 在智慧手機不斷向著機身輕薄化趨勢發展之際,手機長焦鏡頭變焦倍數增加所帶來的模組 厚度增加將導致高倍數的變焦模組很難嵌入手機之中;而潛望式攝像頭能夠在滿足變焦需 求的基礎上,透過將鏡頭模組與機身平行設計從而避免因變焦鏡頭帶來的機身增厚情況。 OPPO 於 17 年 2 月釋出了其獨創的透過內建光學稜鏡實現的 5 倍無損變焦技術。微型稜 鏡是手機能夠實現高倍數光學變焦的重要配件,目前華為的旗艦款手機 P30 Pro 已搭載 潛望式攝像頭,OPPO 也於 19 年 4 月釋出了可實現 10 倍混合光學變焦技術的 Reno 系 列(48MP 主攝鏡頭+8MP 超廣角鏡頭+13MP 潛望式長焦鏡頭)

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

AI 演算法加盟,打造“逆光也清晰”、“照亮你的美”彌補硬體缺憾

在智慧手機光學升級過程中,除光學元器件本身效能、數量提升之外,後期光學成像效果 也成為手機廠商新的突破方向。隨著搭載全球首顆負責 AI 計算的 NPU 智慧手機處理晶片 的華為 Mate 10、以及搭載引入神經網路引擎的 A11 晶片的 iPhone8/8Plus/X 推出,AI 拍照成為 2018 年以來智慧手機攝影新風潮。例如,華為 P30 Pro 已將 AI 技術應用在夜景 拍攝、HDR 逆光美豔、背景虛化、場景識別、智慧防抖等場景。

AI 演算法的引入,首要解決的則是傳統智慧手機在夜間低光場景下的拍攝限制。以 iPhone 11/11 Pro 為例,手機識別夜景場景後拍攝時可一次性拍攝多張照片,然後運用內建 AI 算 法的相機軟體,在其 A13 仿生晶片的支援下,透過協調多張照片清晰部分進行拼和來修正 抖動的畫面,然後以演算法自動調節整張照片對比度,使得畫面中所有元素保持整體色彩平 衡,並按照自然真實的視覺色彩對畫面進行顏色精調,最後透過 AI 演算法智慧處理,消除 圖片中的噪點,並補充細節,生成清晰的夜拍照片。

谷歌於 2017 年推出的 Pixel 2,雖為單攝配置,但透過在攝像頭中加入專門用於影象處理 協處理器(IPU)及各類感測器,該攝像頭能夠主動感知空間深度並透過 AI 演算法調整曝光 時間,智慧處理並最終生成清晰自然的夜景照片。根據指令碼之家訊,谷歌於 2019 年 10 月 15 日最新推出的 Pixel 4XL,已能夠在演算法支援下直接拍攝清晰星空銀河。

此外,在背景虛化、HDR 及逆光拍攝面部提亮處理上,AI 技術還解決了傳統多攝模組在 背景虛化與拍攝主體分割處理不自然、缺乏細節處理的問題。以華為 P30 Pro 為例,搭載 新一代 NPU 麒麟 990 5G 晶片引入 AI 分割演算法後,後置多攝模組能夠在最佳化背景虛化細 節的同時,還能夠增強實時影片的背景虛化渲染能力,而前置攝像頭則透過採用 AI HDR+ 人像分割演算法,使得鏡頭捕捉畫面中的人、景分離,逆光條件下也能最大程度保證拍攝主 體尤其是面部明亮自然,背景清晰細膩。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

多攝模組組裝難度提升,技術優勢及創新能力成制勝關鍵

在雙攝問世之前,單顆攝像頭模組(CCM)封裝技術門檻較低,因此拍照手機盛行便吸引 了大量供應商湧入 CCM 封裝行業。但隨著 CCM 向多攝升級,具備量產能力的模組廠商 數量逐漸減少,因為多攝模組對模組精度、組裝裝置和技術有著更高要求,而模組廠商在 進行組裝時需要考慮鏡頭增加對模組體積的影響,以及鏡頭增加帶來的成像系統校準難度 增加的問題,組裝難度及裝置投入也會因此大幅增加。根據 ittbank 不完全統計,全球單 攝模組供應商超過 28 個,而雙攝模組供應商為 10 個,三攝模組供應商僅剩 3 個。

多攝升級及滲透率提升為手機鏡頭行業帶來可觀的增量需求,但對模組廠商而言這既是機 遇又是挑戰。考慮到技術研發難度提升,模組廠在多攝模組生產初期會因良率爬坡面臨較 大的利潤壓力,且隨著模組生產進入成熟期,模組廠商又需要面臨來自下游客戶的價格壓 力。在此情況下,保證技術優勢與創新能力將成為模組廠商同業競爭的制勝關鍵。

常見的影象感測器封裝技術包括晶片尺寸封裝 CSP、板上晶片封裝 COB 和倒裝晶片封裝 FC 三類;其中,CSP 多用於低畫素(5M 以下)感測器,透過 SMT 產線組裝即可完成, COB/FC 適用於中高階畫素(5M 以上)感測器,能夠實現較高的影象質量與緻密精確性, 模組厚度相對較薄,但產線成本也更高。為滿足手機畫素升級需求,目前主流品牌攝像頭 模組供應商如舜宇、歐菲光、丘鈦、LG、夏普、索尼等均採用了 COB/FC 的封裝技術。

CIS 晶片封裝完成後,模組廠需根據裝置調節引數移動零部件,將影象感測器與馬達、鏡 頭、線路板、鏡座等組裝起來;但隨著畫素提升、鏡頭個數增加,模組零部件間疊加公差 加大,難以保證鏡頭與感測器光軸同心度和垂直度,將導致成像畫面周邊出現暗角、模糊 等現象,因此需要 AA(光學主動對準)裝置進行主動式調焦。根據立鼎產業研究院資料, AA 裝置單價約 200-300 萬元,目前一線模組廠多采用進口裝置,國內模組廠如舜宇也在 進行自主研發。AA 裝置的高成本也成為中小型模組廠涉足多攝模組的資本障礙。

除自主研發 AA 裝置外,舜宇還自主研發了 MOB(板上封裝)和 MOC(晶片上封裝)新 型封裝技術。MOB/MOC 封裝可用於大光圈模組封裝,能夠進一步壓縮模組尺寸,更符合 全面屏窄邊框的設定,並且此類技術能夠最佳化模組結構效能,無需再透過 AA 工序進行校 準。根據旭日大資料,舜宇所研發的 MOB、MOC 技術相較於 COB 技術能夠將模組基座 面積縮減 11。4%、22。2%。根據公司官網資訊,歐菲光也於 2017 年 6 月自主研發了 CMP 小型化封裝工藝,並於 2018 年第三季度正式量產。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

安卓系市佔率提升且多攝升級節奏快,供應鏈高階多攝模組廠出貨創新高

作為全球首家釋出後置徠卡雙攝機型的品牌,華為在雙攝機型的普及速度上顯著領先其他 廠商。根據旭日大資料,2017 年華為雙攝滲透率已達到 52。7%,Vivo、蘋果、OPPO、 小米雙攝滲透率也已經達到 41。9%、35。0%、22。6%、16。8%。隨著各品牌多攝滲透率進 一步提升,根據中國信通院資料, 2018 年中國在售手機中後置雙攝機型佔比已達到 64%, 前置雙攝滲透率也已達到 7%。根據前瞻產業研究院資料,2018 年全球平均每部手機搭載 攝像頭個數已達到 2。84 個。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

根據 Yole 資料,2018 年全球 CCM 市場規模為 271 億美元,預計 2024 年將達到 457 億 美元,對應 2019-2024 年複合增速為 9。1%。從市場份額來看,2018 年 LG 與三星在全球 CCM 市場市佔率均達到 12%,並列市場龍頭;夏普市佔率 11%位居第二;國內模組廠商 歐菲光和舜宇則均以 9%市佔率並列第三;丘鈦科技與 Liteon 均以 4%市佔率位列第四。

根據旭日大資料,2017 年歐菲光前三大客戶華為/小米/OPPO 分別貢獻公司當年 CCM 出 貨量的 35%/19%/8%;舜宇光學前四大客戶華為/OPPO/Vivo/小米分別貢獻公司當年 CCM 出貨量的 28%/25%/17%/11%;丘鈦科技前四大客戶 Vivo/OPPO/聯想/小米分別貢獻公司 當年 CCM 出貨量的 28%/21%/16%/13%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

2019 年 CCM 出貨高增長態勢延續。

受益於安卓系國產品牌市佔率提升及多攝模組滲透率 提升,根據各公司年報,2018 年中國前三大模組廠商歐菲光、舜宇、丘鈦 CCM 出貨量分 別同比增加 14%、30%、53%至 5。5 億件、4。2 億件、2。6 億件。根據公司月度公告,2019 年舜宇、丘鈦 CCM 出貨量分別同比增長 28%、54%至 5。4 億件、4。1 億件。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

多攝滲透率提升驅動下,鏡頭及上游元件需求全面放量

在多攝升級驅動下,據前瞻產業研究院資料,2018 年全球智慧手機攝像頭出貨達到 41。5 億顆,較 2014 年的 28。6 億顆增長 45%;平均每部手機搭載的攝像頭也已達到 2。84 顆。 根據 Counterpoint 資料,2019 年全球三攝及以上機型滲透率為 15%,2021 年這一比率 將達到 50%。

我們基於 IDC 所示的 2019 年全球智慧手機 13.7 億部出貨,可測算得出 2019-2021 年僅三攝及以上滲透率由 15%提升至 50%將帶來 14.4 億顆新增攝像頭需求, 較 2018 年全球 41.5 億顆智慧手機攝像頭出貨增加 35%。在多攝滲透率提升推動手機鏡 頭需求增加情況下,手機鏡頭廠商將成為直接受益者。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

根據 IDC 資料,2018 年大立光在 IOS 系鏡頭供應鏈市佔率約 54%,居龍頭地位;在安卓 系市佔率約 38%,高於舜宇(34%)。 隨著安卓系手機市場份額持續提升,且多攝升級不 斷向中低端機型滲透,以大立光、舜宇為首的鏡頭廠商 2018 年至今鏡頭出貨量大幅增長。 除了數量需求提升之外,主攝鏡頭畫素提升、超大光圈、潛望式鏡頭等升級趨勢也將為鏡 頭廠商帶來產品單價提升的增長點。

根據 Wind 資料,2019 年大立光收入同比增長 22%至 608。4 億新臺幣,其中 11M19 單月 收入同比增長 66%至 66。6 億新臺幣,創近兩年新高。根據舜宇月度公告,2019 年公司手 機鏡頭出貨量同比增長 41%至 13。4 億顆,其中 2019 年 12 月單月手機鏡頭出貨量同比增 長 68%至 1。27 億片。

另一方面,由於手機效能升級、內建電子元器件增加將導致機身厚度增加,而智慧手機又 不斷向輕薄便攜化發展方向,因此超薄鏡頭以及內建微稜鏡的潛望式攝像頭成為鏡頭廠商 的創新方向。2019 上半年舜宇在完成 64MP 大像面(1/1。7’’)手機鏡頭研發的同時,也實 現了 16MP 超大廣角、超小頭部、 7P 超大光圈以及 16MP 超薄手機鏡頭的量產。根據 2019 年 1 月互動平臺資訊,水晶光電的稜鏡產品可應用於手機攝像頭,並已實現小批量出貨。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

多攝滲透率提升及畫素升級有望帶動 CIS 元件量價齊升。

CIS 是鏡頭模組的重要元件,受 益於多攝滲透率提升及畫素升級,單位 CIS 尺寸增加將帶動其價值量提升。根據群智諮詢 資料,2019-2021 年全球智慧手機感測器市場將在量價齊升推動下同比增長 41%/40%/32% 至 116/162/214 億美元。在 CIS 需求大幅放量之際,全球 CIS 龍頭廠商也開始面臨產能瓶 頸。根據臺灣《經濟日報》2019 年 12 月 8 日訊息,索尼因產能不足首次將高階 CIS 訂單 轉至臺積電生產,而臺積電也已根據訂單需求採購裝置,正積極進行擴產準備。

馬達是高畫素鏡頭模組的重要零部件,透過在永久磁場內改變馬達內線圈直流電流的大小、 控制彈簧片的拉昇位置,實現鏡頭微距移動達到自動聚焦(AF)的效果。隨著前置以及後 置多攝模組中畫素規格升級,馬達需求也將相應增加。根據旭日大資料,2018 年全球前 十名攝像頭馬達廠商出貨共計 10。7 億顆,2019 年將同比增長 19%至 12。8 億顆。

此外,儘管濾光片在鏡頭模組中成本佔比較低,但作為不可或缺的光學元件,在手機、電 腦、車載、安防等多領域攝像頭需求推動下,濾光片需求也維持強勁。

根據手機報線上消 息,2019 年業內多家攝像頭濾光片廠商也維持了訂單持續滿產的狀態。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

生物識別潮流興起,應用場景拓展帶來全新機遇

全面屏普及催生全新手機解鎖方案,屏下光學指紋與人臉識別同步發展

從 2016 年小米釋出全球首款全面屏手機 Mix 起,智慧手機便已正式進入全面屏時代。根 據 WitsView 資料,2017/2018 年全球全面屏智慧手機滲透率約為 9%/44。6%,2021 年有 望突破 90%。全面屏時代,傳統正面按鍵式指紋解鎖將被淘汰,取而代之的將是新的指紋 解鎖方案以及面部識別。

2017 年 VIVO 首發光學屏下指紋解鎖方案,低成本或加速終端滲透

指紋解鎖根據技術原理可分為電容式、光學和超聲波三種。由於傳統的電容式指紋解鎖是 利用手機正面或背面的電容感測器採集指紋資訊完成解鎖、較難透過開孔、在屏下放置電 容指紋識別感測器,因此全面屏時代正面電容式指紋解鎖方案不再適用。同時,考慮到後 置開孔式設計有損手機一體性和美觀性,而超薄機身設計導致側面指紋解鎖難度加大,因 此屏下指紋解鎖成為全面屏時代手機廠商以及消費者更為青睞的指紋解鎖方案。

目前,屏下指紋解鎖有光學與超聲波兩種方案。儘管超聲波方案成像能力強、解鎖更為精 確,但在現有技術能力支援下,屏下光學指紋方案成熟度高、成本低廉,更符合高性價比 定位的國產安卓系機型,也因此成為國產品牌智慧手機屏下指紋解鎖首選方案。2017 年, VIVO 釋出全球首款搭載屏下指紋解鎖方案的手機 X21,隨後三星 Galaxy S10/Note 10、 OPPO Reno、小米 8 屏下指紋版、華為 Mate 20 Pro 等機型也紛紛採用了屏下指紋解鎖 方案。根據 CINNO Research 資料, 1H19 中國搭載屏下指紋的手機出貨量合計 4400 萬, 其中 OPPO 屏下指紋系列手機出貨最多達到 1880 萬部;我們基於 IDC 所公佈的 1H19 中 國智慧手機 1。8 億部出貨,測算出 1H19 中國屏下指紋手機滲透率為 24%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

OLED 面板自發光特性與光學屏下指紋方案形成完美搭檔。

光學屏下指紋是借用 OLED (多為 AMOLED)面板自發光特性照射指紋,然後將光線反射到螢幕下方的指紋感測器 上,因此目前屏下光學指紋方案主要用於 AMOLED 面板機型上。由於 AMOLED 面板具 有更輕薄、反應速度快的特點,因而終端智慧手機面板也在逐步由 LCD 向 OLED 升級。

中國屏下指紋識別手機機型滲透率快速提升。

根據 CINNO Research 資料,2Q19 中國智 能手機出貨同比下降4。8%至9740萬部, AMOLED智慧手機出貨同比增長22。3%至3290 萬部,其中支援屏下指紋識別的智慧手機出貨從 2Q18 的 150 萬部增長到 2847 萬部,在 AMOLED 機型中滲透率為 86。5%,在中國智慧手機市場滲透率為 29%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

儘管 AMOLED 為目前屏下光學指紋首選面板型別,但根據匯頂科技 CEO 張帆 2020 年新 年致辭,公司針對 LCD 的屏下光學指紋方案預計將在 2020 年實現量產。該方案是將指紋 感測器設定在液晶面板非顯示器區域的下方,即指紋感測器所接收的手指反射的光訊號不 需要經過背光模組;同時該方案還設定了完整的指紋採集演算法流程,以保證指紋採集內容 能夠滿足完成指紋識別的資訊要求。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

根據丘鈦科技年報及月度公告, 2018 年公司指紋模組出貨共 77。8 萬件,其中 2H18 推出 的光學屏下指紋模組出貨合計 9。2 萬件,僅佔總出貨量的 11。8%;2019 年公司光學屏下 指紋模組出貨大幅提升,其中僅 9M19 單月出貨達到 68。2 萬件。根據 CINNO Research 資料,2018 年全球支援屏下指紋識別的智慧手機出貨 0。28 億部,隨著全面屏時代屏下指 紋滲透率提升,預計 2019 年全球支援屏下指紋識別的智慧手機出貨量有望增加至 2。2 億 部,2024 年將達到 12。6 億部,對應 2019-2024 年複合增速為 89%。

我們認為,隨著 LCD 屏下光學指紋推出,光學屏下指紋方案將進一步向搭載 LCD 顯示屏 的機型滲透,光學屏下指紋在整個智慧手機市場的滲透率也將進一步提升,而具備光學屏 下指紋模組量產能力的企業將從中持續受益。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

蘋果首推 3D 面部識別方案,開啟手機生物識別新潮流

隨著全面屏時代來臨,2017 年 9 月,在 iphone 問世十週年之際,蘋果也釋出了其首款全 面屏手機 iphone X,採用 3D 感知結構光模組以 Face ID 替代 Touch ID,透過使用紅外傳 感器、點陣投影系統和泛光照明器建立 3D 人臉模型完成解鎖,並在隨後的 iphone 系列中 延續了這一方案。在蘋果手機開啟 3D 感知生物識別浪潮後,2018 年 10 月,華為在其發 布的 Mate 20 Pro 前置攝像頭中也採用了自研 3D 結構光方案。

結構光是基於鐳射散斑原理,透過採集物體的三維資料構建 3D 模型,具有成像精度較高、 反應速度快與成本適中的特點,主要用於近距離 3D 人臉識別,實現手機面部解鎖、智慧 支付等功能。此外,3D 感知還包括飛行時間測距法(ToF)和立體視覺方案。其中,飛行 時間測距法(ToF)利用反射時間差原理,透過計算探測光飛行時間實現 3D 成像,重新整理 率較快,能夠覆蓋中遠距離,可廣泛應用在手勢追蹤、手機後置輔助相機等。立體視覺需 要測距並配合三角測量,成本高且使用環境受限,並未廣泛應用。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

手機後置 ToF 方案推廣,應用場景豐富或進一步帶動 ToF 滲透率提升。

2018 年 8 月, OPPO 推出 R17/R17 Pro,全球範圍內首次在後置攝像頭中搭載 ToF 鏡頭,透過採集景 深資料實現更為細膩、精確的背景虛化效果。隨後,榮耀 V20、Vivo NEX 雙屏版以及華 為 P30 Pro 機型也紛紛在後置攝像頭採用 ToF 方案。除用於增強拍攝效果外,手機後置 ToF 還可用於 3D 體感遊戲、3D 試裝、AR 遊戲、全息影像互動等;例如 OPPO R17 Pro 後置 ToF 鏡頭可作為 AR 測量工具,透過 3D 感知建模測量實際場景中的物體距離。

前後置雙 3D 或成未來旗艦機型標配。

2019 年 9 月,華為推出 Mate 30 系列新機,其中 Mate 30 Pro(4G/5G)在延續後置 ToF 鏡頭的同時,新增前置 3D 攝像頭用於面部識別 以及手機捕捉,成為首款選用雙 3D 方案的智慧手機。考慮到 3D 感知方案在精確度以及 便利性方面優於屏下指紋,我們認為未來前後雙 3D 或成為主流品牌旗艦機型標配。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

在 3D 感知應用推廣驅動下,3D 感知模組出貨量也不斷增加。

根據舜宇光學月度公告, 2019 年公司其他光電產品出貨量同比增長 505%至 6128 萬件,主要是由於結構光和 ToF 等 3D 產品出貨量增加。根據 LEDinside 最新預測,儘管 2019 全球智慧手機市場或同比 下降,但隨著 3D 感知方案在手機端滲透率提升,2020 年全球智慧手機 3D 感知模組市場 規模將達到 59。6 億美元,較 2018 年的 30。8 億美元增加 94%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

3D 人臉識別更精準捕捉生物資訊,生物識別場景不斷豐富

2017 年蘋果推出 iPhone X 開啟了人臉識別新潮流,但這並非人臉識別概念首次提出。人 臉識別應用最早於 1964 年提出,但最初僅限於用機器識別研究人臉特徵,尚未實現自動 化。隨著技術不斷進步,1991 年人臉識別進入演算法輔助的半自動化階段,1998 年起可以 透過非接觸完成人臉識別。2015 年起,隨著移動網際網路興起技術持續完善,人臉識別開 始在安防領域推廣應用,考勤機、門禁機等產品也在銀行、軍隊、電子商務等領域廣泛應 用。

隨著 3D 感知應用興起,終端 3D 人臉識別的應用場景也隨之豐富。儘管 3D 感知模組成本 相對較高,但相比於 2D 人臉識別,

3D 人臉識別技術能夠排除姿態、光照、表情等因素 更為精準的捕捉生物資訊,並對採集資料進行識別計算、建模檢索等。

如今,智慧手機解 鎖、人臉支付、安防公安等領域已成為 3D 人臉識別的重要應用方向。根據前瞻產業研究 院資料,2018 年全球人臉識別市場規模為 23。91 億美元,同比增長 11%,較 2010 年的 3。51 億美元增長近 6 倍;中國人臉識別市場規模同比增長 26%至 27。6 億元,其中 3D 人 臉識別技術滲透率已超過 2D 人臉識別技術達到 51%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

除手機端採用結構光及 ToF 方案外,3D 感知的應用也在不斷向膝上型電腦等其他消費電 子產品推廣。

根據中關村線上,蘋果在 2018 年推出的 iPad Pro 中引入 Face ID,並計劃 在未來推出的 MacBook Pro、iPad Air 等產品中陸續引入 Face ID。根據 Yole 預測,2023 年全球 3D 成像與感測器市場規模將從 2017 年 21 億美元增加至 185 億美元,對應 2018-2023 年 CAGR 達到 44%;其中,消費電子市場發展最為迅速,2023 年 3D 成像與 感測器在消費電子領域的市場規模將達到 138 億美元,約佔總市場規模的 75%,對應 2018-2023 年 CAGR 為 82%。

此外,3D 感知還將向汽車(智慧駕駛)、VR/AR(3D 實景互動)、工業控制(工業流程虛 擬 3D 視覺化)、 安防(3D 人臉識別與檢測)、醫療(VR 虛擬教學、案例模擬)、家裝(設 計方案 3D 視覺化)等領域拓展。根據 Yole 預測,2023 年汽車將成為僅次於消費電子的 第二大 3D 感知應用場景,其 3D 成像和感測器市場規模達到 24 億美元,對應 2018-2023 年複合增速為 35%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

3D 感知興起為產業鏈帶來全新增量,模組及上游元件需求同步提升

受 3D 感知應用推廣,包括結構光、ToF 在內的 3D 感知模組及上游光學元件均迎來了新 的發展機遇。3D 感知模組與傳統攝像頭模組結構不同之處在於紅外光源、光學元件和紅 外感測器。以蘋果 iPhone X 前置模組的拆解為例,3D 結構光模組分為發射端、接收端 和加強端 3 個部分,其中接收端和發射端完成主要的 3D 感應過程,而加強端可以在較暗 環境下完成人臉識別功能,並進行初步人臉探測工作。

3D 模組發射端和增強端最重要的光學元件是紅外鐳射發射源,能夠提供 800-1000nm 波 段的紅外光源包括紅外 LED、紅外發射鐳射二極體 LD-EEL 和垂直腔面發射鐳射器 Vcsel 三類。相比之下,Vcsel 具有精度準、低功耗、可靠性高等優點,且 Vcsel 垂直結構更適 合晶圓級製造封裝,具有尺寸小、一致性好的特點,規模量產後更具成本優勢。隨著技術 成熟價效比提升,如今 3D 感知模組多采用 Vcsel。但由於 Vcsel 發出的光波較寬不利於 後續衍射,因此需要採用準直鏡頭將較寬的光匯聚為窄波光。此外,結構光模組發射端還 需要衍射光學元件 DOE 將光源轉化為擴散圖案,得到結構光方案所需的散斑圖案。

3D 模組接收端為紅外攝像機,是在傳統鏡頭結構基礎上增加僅允許特定波段光訊號透過 的窄帶濾光片和用於接收紅外光線生成深景資訊的紅外 CMOS。窄帶濾光片與傳統攝像頭 中紅外濾光片功能恰好相反,其工作原理是透過多次鍍膜使得光線在穿過濾光片時僅保留 紅外光穿過。窄帶濾光片對生產商的鍍膜技術和裝置提出較高要求,目前全球具備窄帶濾 光片大型量產能力的企業僅有美國的 VIAVI 和國內的水晶光電。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

從蘋果推出 iPhone X 首次引入 3D 感知模組至今已有 2 年,但目前 3D 模組在安卓系的使 用仍集中在 ToF 方案,結構光應用較少,這主要是因為結構光所需的高效 Vcsel 元件生產 難度高,且結構光模組 3D 模型準確度更高,因而模組運算複雜性以及設計難度均高於 ToF 方案。此外,3D 感知模組在組裝時熱脹冷縮問題也會提高組裝難度,導致具備 3D 感知模 組組裝能力的廠商較為有限。以上技術難點在一定程度上為 3D 感知行業設立了較高的準 入門檻,但另一方面而言,對於已經實現技術突破的廠商而言,高准入門檻又成為其有效 的行業護城河。

在生物識別應用興起之際,國內外廠商也在積極結合產業鏈上下游進行 3D 感知模組的研 發生產。

根據映維網訊,高通與奇景光電 2017 年 8 月宣佈合作研發高解析度、低功耗的 3D 深度感知模組。根據芯智訊訊息,舜宇光學與 AMS 合作聯合開發移動裝置和汽車應用 場景所需的 3D 結構光攝像頭解決方案,其子公司寧波舜宇光電也與 PMD technologies 合作為中國及全球移動裝置 OEM 廠商開發 3D 感測攝像頭解決方案。此外,國內非上市 企業奧比中光也已推出了針對智慧手機的前置 3D 人臉識別結構光攝像頭模組方案 Astra P;OPPO 於 2018 年釋出的 Find X 機型便是採用了奧比中光 3D 結構光模組。

根據拓璞產業研究院資料,2018 年全球 3D 感知模組市場規模為 51。2 億元,其中 iphone 所貢獻的產值達到 84。5%。

隨著終端 3D 感知模組方案逐步成熟,我們認為安卓系前置、 後置 3D 感知方案的應用也將進一步提升。

根據旭日大資料測算,2018 年全球 3D 感知模 組的滲透率僅有 9%,2019 年 3D 感知模組滲透率將達到 25%。在 3D 感知滲透率提升驅 動下,根據 LEDinside 資料,2018 年全球手機 3D 感測用 Vcsel 市場規模為 9。0 億美元, 2019 年將同比增長 26%至 11。4 億美元。

此外,隨著生物識別 3D 感知從手機、電腦端向汽車、工業製造、VR/AR、遊戲、家裝、 安防攝像頭、工業製造等領域拓展,全球 3D 感知市場空間將進一步擴大。根據 Yole 預測, 2018 年全球 3D 感測應用涉及的照明器件市場規模為 7。2 億美元, 2024 年將達到 61 億美 元,對應 2019-2024 年複合增長率高達 42。6%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

智慧駕駛興起,“全方位+高標準”車載攝像頭市場方興未艾

駕駛智慧化提升,車載鏡頭從後視向側視、環視、前視、內視多方位拓展

根據國際汽車工程師協會(SAE)制定的標準,汽車智慧化可根據駕駛操作、環境監測、 回退效能、系統接管四個方面的自動化程度分為 L0-L5 五個等級,其中自 L3 等級開始汽 車在完成綜合輔助功能的同時還需具備環境感知能力。目前,海外已有部分車企能夠實現 接近 3 的智慧駕駛方案,但國產品牌仍停留在 L1 至 L2 之間,距離自動駕駛仍有很大升級 空間。

環境感知包括視覺感知和雷達感知兩個方面,其中視覺感知主要透過車載攝像頭捕捉畫面 識別資訊

。隨著駕駛智慧化程度不斷提升,其對於車載攝像頭的需求也逐步從後視向側視、 環視、前視、內視多個方位拓展,

用於捕捉外部環境中的車輛、行人、車道線、路標等信 息,以及識別車內駕駛員狀態。由於後視攝像頭多用於倒車環境監測,其畫面覆蓋範圍小 且工作時間短,而側視、環視、前視、內視等鏡頭需要提供穩定的拍攝內容、排除外界幹 擾並保持長期工作,因此非後視攝像頭對於鏡頭的質量、效能等都相對於普通攝像頭有更 高的要求。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

2023 年全球單車鏡頭數將達 3 顆,高規格車載鏡頭滲透空間更大

通常,一套完整的 ADAS 系統需包括 6 個攝像頭(1 個前視,1 個後視,4 個環視),而 高階智慧汽車的攝像頭個數可達到 8 個。

例如,根據電子發燒友網,特斯拉 Autopilot 搭 載了 3 個前視,2 個側視和 3 個後視用於視覺感知。隨著汽車智慧化程度不斷提升,根據 Yole 資料,2023 年全球平均每輛汽車搭載將從 2018 年的 1。7 顆增加至 3 顆,但距離完整 ADAS 系統所需的攝像頭個數仍有差距。據高工智慧產業研究院預測,2020 年我國後視 攝像頭(1 顆)滲透率為 50%,前視攝像頭(1 顆)滲透率為 30%,側視攝像頭(2 顆) 滲透率為 20%,內建攝像頭(1 顆)滲透率僅有 6%。從不同型別車載攝像頭滲透率來看, 我國智慧駕駛車載攝像頭市場,尤其是高規格車載鏡頭仍有很大發展空間。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

儘管全球汽車需求疲弱,但隨著汽車智慧化推動單車車載攝像頭數量提升,TSR 預計全球 車載攝像頭總出貨量將由2018年的1。09億顆增加至2021年的1。43億顆,對應2019-2021 年 CAGR 為 6。9%。舜宇光學作為全球車載市場龍頭企業,2018 年車載鏡頭出貨 3395 萬 顆,佔全球車載攝像頭總出貨的 37%;2019 年舜宇車載攝像頭同比增長 25%至 5010 萬 顆,創歷史新高,表明終端車載攝像頭需求仍在不斷增長。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

考慮到車載攝像頭,尤其是側視、環視、前視、內視等鏡頭對效能要求較高因而對質量要 求更高,據 Allied Market Research 資料,2017 年全球車載攝像頭市場規模約 114 億美 元,2025 年將有望達到 241 億美元,對應 2018-2025 年複合增長率為 9。7%。中國作為 智慧駕駛發展尚在初期的地區,根據 QYResearch 預測,2023 年中國汽車駕駛輔助系統 (ADAS)市場規模將超過 1200 億元,對應 2018-2023 年複合增速為 37%,其中前裝市 場規模約為 950 億元,後裝市場規模約為 250 億元。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

5G 大幕拉開,VR/AR 實景互動開啟光學新場景

從 2G 到 4G,人類基於移動終端資訊互動媒介經歷了文字、語言、圖片、影片的演進, 而隨著 5G 時代到來,我們認為資訊傳遞縱深有望繼續拓展,而基於 VR/AR 的實景互動 或代表通訊產業新的發展方向。

根據《5G 經濟社會影響白皮書》,從 1G 到 2G 移動通訊技術完成了從模擬到數字的轉變; 從 2G 到 3G,資料傳輸能力得到顯著提升,峰值速率可達 2Mbps 至數十 Mbps;從 3G 到 4G,峰值速率進一步提升到 100Mps 至 1Gbps,預計 5G 將提供峰值 10Gbps 以上帶 寬、毫秒級時延和超高密度連線,有效支援虛擬顯示、物聯網、車聯網等應用要求。在 5G 網路環境解決 3D 內容實時傳輸以及因時延所產生眩暈問題的情況下,我們認為 VR/AR 光學產業也由此進入了全新的發展階段。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

VR 發展進入新階段,菲涅爾透鏡打造廣 FOV 輕型

VR 頭顯是區別 VR產品的核心器件,而 影響 VR頭顯成像效果的主要引數包括視場角(FOV)、 顯示解析度、重新整理率等

。5G 網路環境下的超低時延可將 VR 頭顯整體時延控制在 20ms 以內,有效解決使用者在 4G 時代因時延所產生的眩暈感;與此同時,5G 技術路徑可以實 現 100-1024Mbps 位元速率,即在 90Hz 重新整理率以及 H。264 壓縮協議情況下,5G 網路能夠滿 足現階段最高的 4K 解析度所需位元速率,甚至還可以滿足未來單眼 8K 的位元速率要求。另一方 面,目前京東方推出的 Fast LCD 重新整理率能夠滿足現階段 VR 顯示需求,且根據公司 2019 年 12 月 27 日《關於投資建設 12 英寸 OLED 微顯示器生產線專案的公告》 ,京東方擬投 資 34 億建設 Micro OLED 生產線,以滿足高階 VR/AR 顯示需求。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

在重新整理率及解析度滿足 VR 顯示需求的情況下,VR 裝置需要擴大視場角(FOV)進而增 強使用者沉浸感、最佳化使用者體驗。

由於採用多片式薄鏡片會拉長眼睛至螢幕距離、擴大頭顯 體積,採用較厚的透鏡能夠縮短人眼至鏡頭的距離又會增加頭顯重量,因此 VR 頭顯需要 平衡 FOV 與頭顯體積的關係。菲涅爾透鏡目前已成為擴大 FOV 增強使用者沉浸感同時控制 頭顯尺寸重量的主流解決方案,因其一側的等鋸齒紋能夠對指定光譜範圍的光進行反射或 折射,可實現在不增加鏡片厚度的情況下擴大 FOV。根據青亭網訊,菲涅爾透鏡在 Oculus Quest、HTC Vivo 等產品中均有應用。國內能夠提供菲涅爾透鏡的廠商包括舜宇光學、歌 爾股份。

根據華為官網, 2019年9月華為釋出VR Glass,該款VR眼鏡機身厚度26。6mm, 是Oculus Quest 的 1/3,重量僅 166 克,並採用兩塊獨立 Fast LCD 顯示屏實現 1058PPI,以及超 短焦光學模組支援 700°以內近視人群觀看。根據華為官網訊,華為 VR 眼鏡 12 月 19 日 開售首日銷量破萬臺。

我們認為,VR 眼鏡的熱銷表明消費者對智慧娛樂社交終端產品接 受度及需求已有提升, 而在網路、裝置全面最佳化 VR 體驗的情況下 VR 或重回高增長賽道。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

光學系統為 AR 成像關鍵,光波導技術進步將推動 AR 向 C 端普及

AR 眼鏡作為增強現實裝置,其成像效果對使用者體同樣至關重要。根據 Vittimes 資料,目 前 AR 眼鏡光學顯示模組成本佔 AR 眼鏡總成本的 50%左右,可見光學系統效能是決定 AR 眼鏡成像效果的關鍵因素。根據 AR 眼鏡所採用的光學原理不同,目前常見的 AR 顯 示方案包括四類,其中光波導技術憑藉全反射、成像清晰、對比度高等優點被視為目前 AR 眼鏡較優方案,但其量產難度也較高。

2012 年 Google Glass 釋出之時,受產品使用者視野受限、定價過高且定位不明確等影響, 並未取得使用者認可。而根據公司官網資料,微軟在 2015 年 1 月所釋出的 Hololens1 採用 了光波導技術實現 30 度 FOV,2019 年 2 月釋出的 Hololens 2 進一步將 FOV 提升至 52 度,並搭載 4 顆 800 萬畫素提供 2K 解析度顯示器,進一步最佳化使用者體驗。

隨著採用光波導技術的 HoloLens 1、2 以及 Magic Leap One 產品問世,光波導逐漸被視 為滿足 AR 眼鏡成像需求的主流解決方案,這主要是因為光波導能夠實現光的全反射,即 光機完成成像後,將光耦合進入波導的玻璃基底,透過“全反射”原理將光傳輸到眼鏡前 方,再釋放出來。光波導的“全反射”在保證成像清晰、影象對比度高的基礎上,還能為 使用者提高較大的 FOV。光波導在技術原理上滿足了 AR 眼鏡的成像需求,但其生產工藝復 雜且良率低所造成的高成本,又成為眾多廠商選擇光波導生產 AR 眼鏡的阻礙。

隨著 AR 逐漸興起,全球多家廠商紛紛佈局光波導領域的技術研發,包括初創企業靈犀微 光、瓏璟光電、Magic Leap 和 DigiLens 等,以及傳統光學巨頭 Sony、肖特等。2019 年 6 月,Vivo 公佈首款 AR 眼鏡產品,作為 5G 手機螢幕擴充套件的附屬產品,鏡片內配置兩 塊獨立光波導顯示屏。2019 年 12 月,OPPO 釋出首款 AR 眼鏡,採用衍射光波導技術, 並計劃於 1Q20 釋出商用版。在 C 端 AR 眼鏡新品陸續推出之際,

我們認為,隨著 AR 行 業發展推動終端技術進步,光波導鏡片成本將逐步下降,推動 AR 眼鏡向 C 端加速滲透。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

萬物互聯時代,3D 感知將重構 VR/AR 實景互動想象空間

隨著 5G 商用啟動、VR/AR 硬體裝置效能最佳化,消費者在 VR/AR 實景互動中的體驗有所 最佳化,對 VR/AR 的應用也重燃熱情。除了視覺感受最佳化外,VR/AR 的定位追蹤也成為實 景互動的重要渠道,目前常見的定位追蹤是透過外接 3DOF 或 6DOF 配件實現實景互動。

DOF 即自由度,指物體在空間移動的不同方式,可分為平移和旋轉兩類;其中平移包括 前後、上下、左右三類,旋轉包括縱搖、橫搖和垂搖三類。通常,3DOF 能夠感知頭部上 下、左右、前後迴轉三類動作,但無法捕捉移動過程中的 VR 裝置,早期 Oculus Go、Google Glass 均屬於 3DOF 方案;6DOF 能夠捕捉裝置在空間中不同方向不同型別的自由移動, 在 3DOF 基礎上能夠增加捕捉使用者身體上下、前後、左右的移動資訊, 2018 年推出的 HTC Vive Wave VR一體機、Magic Leap One AR眼鏡、以及2019年推出的華為VR Glass 均配備了可實現 6DOF 的配件。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

外接 DOF 配件可以支援使用者在虛擬/增強現實場景下進行實景互動,但隨著

生物識別應用 興起,我們認為搭載 3D 感知方案的終端裝置如手機、電視等也可用於構建 VR/AR 場景, 並透過與 VR/AR 裝置定位追蹤等功能結合,進一步豐富並最佳化 VR/AR 實景互動體驗。

2016 年,任天堂推出手機端 AR 遊戲《Pokémon Go》, 使用者透過手機後置鏡頭拍攝現實 場景並根據遊戲設定捕捉手機拍攝畫面中的寵物精靈。然而,Pokémon Go 推出之時手機 端並無 3D 模組搭載,我們認為如果採用搭載 3D 感知模組的手機執行 AR 遊戲,其對現 實場景的捕捉將更加細膩,由此也將帶來更好的使用者體驗。2019 年 12 月,OPPO 在未來 科技大會上公佈了首款一體式AR眼鏡,採用衍射光波導光學模組實現40°FOV,單眼720p 解析度,搭載高畫質 RGB 相機用於完成手勢互動的同時,還配備了 ToF 模組用於測距和三 維建模。根據青亭網使用體驗,OPPO AR 眼鏡可支援單手握拳豎大拇指(確認)、揮手、 滑動、雙手縮放以及手勢互動與追蹤等,整體操作流暢穩定。

儘管目前尚無 3D 感知疊加 VR 裝置的成熟方案,但隨著 3D 感知及 VR 生態成熟,我們認 為可在現有 VR+6DOF 配件基礎上增加 TOF 方案用於識別真實場景,並透過將真實場景 的三維模型與虛擬場景相結合,打造更為生動的 VR 體驗。此外,我們認為 3D 感知模組 的應用還能夠透過實現同一真實空間多人互動 VR 遊戲體驗,進一步昇華 VR 社交屬性。

進入 5G 時代,隨著 VR/AR 資料運算與儲存轉入雲端,VR/AR 將不斷向著效能升級、外 形輕便化方向發展。在硬體技術裝置不斷最佳化以及高速網路環境的支援下,VR/AR 娛樂遊 戲體驗將進一步最佳化,應用場景也將不斷向醫療、家裝、工業、智慧辦公等領域拓展,由 此帶動 VR/AR 產業生態不斷成熟。與此同時,基於 3D 感知方案引入也將進一步昇華 VR/AR 使用者實景互動體驗和社交屬性。我們認為 VR/AR 有望成為下一代繼 TWS、智慧 手錶之後在終端滲透的主流可穿戴裝置。IDC 預計 2023 年全球 VR/AR 出貨量將達到 6728 萬臺,對應2019-2023年複合增速為71%;中國信通院預測2022 年全球 VR/AR 市 場規模將達到 4750 億元,對應 2019-2022 年複合增速為 61%。

電子元器件之光學產業鏈深度研究報告:多功能疊加多場景

推薦及建議關注標的一覽

水晶光電(002273.SZ)

水晶成立於 2002 年,居全球紅外濾光片市場龍頭地位,是全球僅次於 VIAVA 的大型具備 窄帶濾光片供應商。同時,水晶積極佈局潛望式攝像頭稜鏡、晶圓級光學元件,並圍繞鏡 頭減薄、光學面板、3D 成像智慧家居端應用等與客戶展開合作。此外,根據公司年報及 中報,水晶透過投資全球陣列光波導激素龍頭企業 Lumus、與全球著名玻璃供應商肖特成 立合資公司提供成像晶圓材料。根據青亭網訊,2019 年 12 月 18 日, AR 全息波導顯示 技術領軍企業 Digilenns 宣佈與水晶合作,聯合拓展中國市場,把握 AR 產業發展機遇。

歌爾股份(002241.SZ)

歌爾成立於 2001 年,主要從事聲光電精密零元件、聲學智慧整機、智慧硬體等裝置的研 發、製造和銷售。根據公司官網及年報資料,公司於 2010 年建立光電產業園,16 年起獨 家代工索尼 PSVR 及 Oculus。除提供 VR/AR 聲學方案外,歌爾還掌握了前沿的 VR/AR 領域光學技術解決方案,提供 VR 產品主流的菲涅爾透鏡,並與全球領先的衍射光波導元 件企業 WaveOptics 簽訂了獨家代工協議。

匯頂科技(603160.SH)

匯頂成立於 2002 年,主要從事移動智慧終端人機互動及生物識別領域的晶片設計、軟體 開發及整體解決方案。根據 19 年中報,公司作為全球指紋識別晶片龍頭企業,自 18 年推 出屏下光學指紋晶片以來,受益於光學屏下指紋的快速推廣, 1H19 營業收入同比增長 108% 至28。9億元,其中86%來自指紋識別晶片。光學屏下指紋解決方案廣泛商用於華為、 OPPO、 Vivo、小米、一加、魅族、聯想等主流品牌,並已拓展至平板、膝上型電腦、IoT 等領域。

韋爾股份(603501.SH)

韋爾成立於 2007 年,主要從事半導體分立器件、電源管理 IC 等產品的研發以及被動件、 結構器件、分立器件等半導體產品分銷。根據公司 2019 年中報,2019 年 7 月 30 日,公 司已成對北京豪威 100%股權收購,而北京豪威主要經營實體為美國豪威,即全球第三大 CIS 廠商。在手機攝像頭多攝滲透率提升、主攝畫素提升、智慧駕駛興起、以及生物識別 多場景應用驅動下,CIS 作為鏡頭重要的元件將成為核心受益環節。根據 IT 之家 2019 年 6 月 17 日訊息,豪威已推出首款 0。8um 48MP CIS,可達到 1/2’’光學尺寸解析度,4Q19 量產。

歐菲光(002456.SZ)

歐菲光成立於 2001 年,是全球手機攝像頭模組市場高階雙攝、三攝模組主力供應商,且 具備光學式和超聲波式屏下指紋識別模組批量出貨能力,是各品牌機型屏下指紋識別模組 的主力供應商。根據公司 2019 年中報,在多攝升級、滲透率提升以及屏下指紋在終端應 用推廣驅動下,1H19 年公司攝像頭模組收入同比增長 40%至 143 億元,出貨量同比增長 23%至 2。9 億顆;生物識別產品收入同比增長 40%至 1。36 億顆,收入同比增長 100%至 39。4 億元。

聯創電子(002036.SZ)

聯創成立於 1998 年,主要從事手機、平板電腦、智慧駕駛、智慧家居、VR/AR 等領域光 學鏡頭、攝像頭模組等產品的研發生產及銷售。根據 1H19 中報,公司主要向華勤、聞泰、 龍勤等國內 ODM 提供手機鏡頭和模組,研發的結構光鐳射準直鏡頭已量產出貨,屏下光 學指紋鏡頭也獲得國際知名手機品牌客戶認可。此外,公司已有十多款車載鏡頭獲國際知 名汽車電子廠商 Valeo、Magna 認可並量產出貨,且 Tesla 車載鏡頭也在穩定量產出貨中。

(報告來源:華泰證券)

(如需報告請登入

未來智庫)