中金光学系列：AIoT时代开启，光学赋能终端持续升级_财富号

展望下一个十年，我们期待消费电子产业开启以AIoT终端为中心的创新周期，我们认为光学将成为确定性较高的横向技术持续赋能智能终端的视觉感知升级：1）车载光学市场有望伴随着汽车智能化不断加速成长，车载镜头、激光雷达需求有望持续提升；2）手机光学距专业相机仍存在差距，玻塑混合、防抖、定焦、深度信息等方面微创新动能不断；3）ARVR终端市场出货迎来成长，光学技术升级驱动终端体验感不断变革。

摘要

车载光学：光学未来十年的发展主旋律。我们看到，截止2020年底，汽车作为下一个“5G AIoT”时代的智能终端映入人们眼帘。我们认为车载摄像头作为自动驾驶技术迭代过程中的重要传感工具，有望持续助力汽车沿着电动化、智能化、网联化、共享化的趋势不断演进，我们预计，全球单车平均搭载摄像头个数有望从18年的1.5颗上升到25年的4.8颗，行业出货量扩张动能可期。同时光学部件在激光雷达发射及接收单元担任重要角色，我们也看好光学赋能激光雷达持续升级。

手机光学：微创新持续拉动规格提升。回顾过去，在智能手机出货进入平台期的背景下，华为推出P20 Pro三摄，受到市场认可，引领智能手机光学市场成长。站在当下，我们认为后置三摄/四摄已逐渐成为当前智能手机市场的标配，我们预测2021/2022年，全球手机镜头出货量分别为51.0/54.4亿颗，同比增长6%/7%。但我们看到，目前后置摄像在温漂、防抖、深度信息等方面较专业相机仍存在不小的差距。我们看好玻塑混合、双OIS、潜望式镜头、ToF等技术不断渗透，持续推动手机光学微创新动能延续。

ARVR光学：虚实交互升级贡献光学行业崭新跳变点。我们认为ARVR有望持续升级人机交互方式。VR光学方面，菲涅尔透镜已逐步被大部分VR设备采用，未来我们看好折叠光路技术帮助镜头模组进一步提升空间利用率，助力VR终端佩戴体验感提升；AR光学方面，硅基OLED 自由曲面/Birdbath仍是当前主流方案，但我们认为光波导方案搭配MicroLED或将成为AR终端在成像显示上的更优解决方案，推动AR产业新升级。

风险

AIoT终端渗透率低于预期，光学技术方案落地进度低于预期。

正文

光学赛道长坡厚雪，多重应用打开成长空间

光学微创新赋能智能终端持续升级，行业成长多点开花

回顾过去，光学微创新为手机提供了异质化的竞争优势：

2011-2017：手机光学创新萌芽。2011年LG首次推出双摄手机P925，拉开了手机光学创新的大幕，但由于彼时手机功能仍处在拓展阶段，光学未成为手机厂商的战略重阵。

2018-2020：手机光学高速成长。在智能手机进入平台期甚至出现负增长的背景下，华为推出P20 Pro三摄，受到市场认可，引领智能手机光学市场成长。据IDC，2020年全球手机摄像头出货48.1亿颗，同比增长15%，创下近5年来历史新高。

发展方向#1：汽车或将复刻手机光学的辉煌：

2021-2030：汽车开启全新创新周期。我们看到，截止2020年底，汽车作为下一个“5G AIoT”时代的智能终端进入人们眼帘。我们认为汽车有望沿着电动化、智能化、网联化、共享化的趋势不断演进，而车载摄像头作为自动驾驶技术迭代过程中的重要传感工具，需求抬升值得期待。我们预计，全球单车平均搭载摄像头个数有望从18年的1.5颗上升到25年的4.8颗，行业出货量扩张动能可期。

发展方向#2：ARVR及智能安防有望成为光学行业另外的成长动力：

2021-2030：伴随着5G和人工智能等底层技术成熟，我们注意到消费电子产品正沿着硬件多点开花与场景生态成熟两条主线交融成长，万物互联时代到来可期。除汽车外，我们看好ARVR及智能安防的逐步起量。伴随着终端应用的繁荣，我们认为如ARVR光学目镜、智能安防摄像头等光学方案将不断推陈出新，有望成为光学行业的新兴成长动力。

整体来看，我们看好平台型的光学制造公司不断赋能光学行业成长。

图表1：摄像头模组行业整体规模预判

资料来源：IDC，statista，高工智能汽车，各公司官网，万得资讯，中金公司研究部

需求引领变革，产业链国产化叠加玻璃材质入局趋势明显

光学产业链逐渐完成德国-日本-中国台湾-大陆的全球布局。1）19世纪末，德国光学技术在全球便奠定了龙头地位：肖特玻璃、蔡司镜头等知名厂商均起源于此，且两家的镜头及玻璃产品至今在光学行业仍处领先地位；2）二战时，受相机、望远镜、潜望镜等战需品的驱动，日本开始大力发展光学仪器产品的研发生产，诞生了一批知名相机厂商，如佳能、尼康、奥林巴斯等；3）同时，在早期光学以传统研磨工艺为主的生产背景下，中国台湾的大立光、亚洲光学以及中国大陆的舜宇光学、凤凰光学等厂商完成了技术及经验的原始积累，开始了自身光学的布局以及工艺的改进；4）伴随着2018年国内手机品牌逐步开启光学微创新，我们看到大陆的光学零部件制造能力不断增强。我们认为，当前的光学行业已初步形成德国-日本-中国台湾-大陆的全球布局。展望未来，伴随着汽车、ARVR、智能安防等终端的不断兴起，我们看好国内的光学相关零部件厂商凭借着自身优异的光学制造能力和经验，持续在光学领域深耕。

需求引领变革，传感交互属性引玻璃再入局。早期玻璃光学主要应用于功能属性强的产品，如望远镜、显微镜等，然而在手机多摄趋势开启后，低成本高量产的塑胶成为相较玻璃更优的材质选择，同时造就了塑胶镜头全球龙头大立光近十年行业龙头地位。当下，在手机、相机面临创新升级瓶颈，汽车、ARVR、安防步入智能化、网联化的AIoT时代，我们认为光学行业正迎来了新一轮变革浪潮，玻璃材质的稳定性需求逐渐凸显：1）玻塑镜片逐步出现在手机终端；2）车规级标准推动车载玻璃光学价值量持续提升。我们看好在感知、识别、交互的趋势下，光学的重要性在多应用中进一步提升，玻璃材质的稳定性有望持续赋能科技新领域。

图表2：光学产业需要全球协同

资料来源：光电学堂，各公司官网，中金公司研究部

风险提示

AIoT终端渗透率低于预期：AIoT仍处在早期阶段，硬件、平台、应用仍在发展，需密切关注终端渗透情况；

光学技术方案落地进度低于预期：若消费电子创新动能放缓，或造成光学技术方案落地不确定性增加。

车载光学：光学未来十年的发展主旋律

需求端：量规齐升下，全球车载摄像头市场高速成长

行业标准逐渐清晰，L2及以上高级自动驾驶加速落地。继美国SAE/NHTSA两大主流自动驾驶分级出台后，2020年3月我国正式进行《汽车驾驶自动化分级》推荐性国家标准报批公示[1]，新标准将于2022年3月1日起正式实施。据罗兰贝格统计，目前全球范围内中美地区仍以L0、L1级别ADAS为主，L2及L2级别以上的自动驾驶功能渗透率较低，仅有9%；欧盟地区自动驾驶制定标准较早，发展水平处于全球领先地位，L2及L2级别以上的渗透率达14%。伴随着行业标准的不断明晰以及相关政策的落地，我们看好自动驾驶市场发展环境持续改善，推动L2及以上级自动驾驶技术加速落地。

车载摄像头扮演“自动驾驶之眼”，开启光学赛道新主线。车载摄像头位于自动驾驶架构的底部感知层，负责采集数据，进而交由决策层处理数据，最后由执行层实现驾驶辅助相关功能，如自适应巡航系统ACC、自动紧急制动AEB、泊车辅助IPA等。相较于毫米波雷达、激光雷达，车载摄像头成像信息丰富，对交通标识、红绿灯、行人等能进行精准识别，同时技术成熟，具有成本优势，是构成ADAS感知层的重要组成部分。我们认为在智能汽车升级换代对安全、舒适性的侧重下，ADAS的持续投入将打开车载摄像头新空间。从具体应用来看，车载摄像头主要分为两类：为驾驶员显示车辆周边图像信息的视觉应用服务以及为采集系统决策所需信息的感知应用服务。

感知应用服务(Sensing)：包括座舱外的车道偏离预警（LDW）、前向碰撞预警（FCW）、行人碰撞预警（PCW）、交通标志识别（TSR）等功能，以及座舱内的驾驶员监控系统（DMS）等功能。以车道偏离预警为例，车载摄像头能够时刻采集车身与车道标识线的距离与位置参数，并在偏离车道时，通过传感器与控制器等及时预警驾驶员。我们看到，在感知应用领域，车载摄像头是采集外界信息的重要媒介，赋能车与环境的持续交互。

成像应用服务(Viewing)：包括360环视影像及泊车辅助等功能。以360环视影像为例，通过车体四周的超广角摄像头以及图像处理单元的运作，驾驶员可在座舱内部看到车身360度的全景俯视图，增强驾驶过程中倒车、侧方移位等操作的安全性。在成像应用领域，我们认为车载摄像头为驾驶员提供多样角度观察车体，能够有效保障驾驶质量。

图表3：自动驾驶系统构成

资料来源：头豹研究院，高工智能汽车，中金公司研究部

量：全车身布局摄像头，赋能多场景高级别自动驾驶。据ICVTank数据显示，2019年后视摄像头全球渗透率达50%，过去主要受益于法律强制规定配备的倒车镜头。英飞凌方案中显示L4/5高级别自动驾驶需搭载的摄像头个数至少8颗。同时随着前视双目立体视觉方案的引入，展望未来，在自动驾驶等级提升和新能源汽车崛起的趋势下，我们预计单车平均搭载摄像头个数将从18年的1.5颗上升到25年的4.8颗，行业出货量扩张动能可期。

图表4：2019年全球车载摄像头渗透率情况

资料来源：ICVTank，中金公司研究部

图表5：全球单车平均搭载摄像头个数

资料来源：TSR，Yole Development，万得资讯，中金公司研究部

规：像素升级保障优质自动驾驶体验，创新升级动能不断。据高工智能汽车，目前主流ADAS系统搭载的前视摄像头像素在1MP（百万像素）左右，基于视场角（FOV）的差异，可以探测100-120米以内的行人。由于摄像头的探测距离与视场角成反向关系，因此在像素相同的情况下，延长探测距离会使得视场角变窄，增加盲区区域。图像传感器像素的提升能够在视场角不变的情况，增加车载摄像头的探测距离，以获取更高质量的前向障碍信息。以蔚来ET7为例，其搭载的8MP摄像头能够探测约223米外的行人信息，较自身1.2MP解决方案的探测距离提升约3倍。我们认为，增强ADAS系统的探测距离将保证高质量的外部信息感知，提升车载摄像头像素有望成为未来的重要趋势之一。

图表6：摄像头的探测距离与视场角成反向关系（以35mm镜头为例）

资料来源：松下，中金公司研究部

供给端：模造工艺仍为主流，WLG初试放量

上游原材料供需较为平衡，非球面玻璃为首选方案。据先略投资统计数据，2015-2019年国内光学玻璃产量随着产能同步扩张，产量年复合增速约5.7%。车载光学材料主要分为球面玻璃和非球面玻璃，车载镜头目前主流采用非球面玻璃。相较于曲率恒定的球面玻璃，非球面玻璃的优势在于：1）矫正像差，较好提高了成像质量；2）消除光在边缘产生的畸变；3）简化镜头结构，提高透光率。

图表7：2015-2019年中国光学玻璃行业产能和产量情况

资料来源：先略投资，中金公司研究部

图表8：2015-2019年中国光学玻璃行业供需情况

资料来源：先略投资，中金公司研究部

图表9：非球面镜片对球面像差的矫正

资料来源：Xitek官网，中金公司研究部

模造玻璃为当下主流制造工艺。车载光学中，模造工艺通过预成形品可以直接压制成品，是目前较适合大规模量产的玻璃镜片制造技术，被国内外主要玻璃镜片生产厂商所采用。我们认为，基于模造玻璃工艺的高可靠性和高成熟度，目前仍将是多数厂家的主流选择。

WLG晶圆级工艺车载尚未普及，初试量产未来可期。WLG通过玻璃晶圆加工工艺实现一模多穴，具有一致性好、光学性能优异（进光量更大、色散更低，有效改善画质）的优势，同时在大规模标准化量产时，具有成本优势。但受限于定制化产品占主导、良率仍处爬坡等因素，尚未实现大规模放量。我们看好随着WLG项目的逐步落地和技术的成熟，晶圆级工艺有望在高性能要求的车载镜头上进一步普及。

图表10：球面研磨玻璃vs非球面模造玻璃工艺流程对比

资料来源：盖世汽车，豪雅光学官网，中金公司研究部

图表11：球面研磨玻璃vs非球面模造玻璃工艺流程对比

资料来源：盖世汽车，豪雅光学官网，Heptagon官网，中金公司研究部

车载光学产业链梳理：车载镜头国产主导，模组市场变革在即

车载镜头：国产镜头供应商多年占据全球市场主导，引领行业放量。据ICVTank数据显示，全球车载镜头供应商主要集中在东亚地区，其中舜宇光学从2012年开始全球车载镜头出货量第一并保持其市场龙头地位至今，Maxell（麦克赛尔，日本）、Fujifilm（富士胶片，日本）、Nidec（电产三协，日本）、Sekonix（世高光，韩国）依次位列其后。另外，联创电子作为国内厂家的后起之秀，16年切入车载领域，为多家新势力车企提供镜头。展望未来，我们看好国产厂商凭借精密的光学制造能力，在全球市场上不断拓宽自身客户并持续成长。

车载摄像模组：供应链周期缩短，传统镜头厂商踏入模组大门。我们看到，在智能汽车电气化架构的演进下，新势力车厂对供应链把控加强，同时方案解决商和平台商的出现带动产业链变局，舜宇光学等传统镜头厂商开始直接为整车厂和方案商提供模组，缩短了产品周期。据中国产业信息网显示，2019年全球车载摄像模组市场主要由麦格纳、松下、法雷奥、博世等Tier1的外资厂商占据。我们看好国产厂商在汽车产业链重塑的趋势下凭借出色的成本控制和技术能力，带动模组封装产业向国内转移。

图表12：车载摄像模组产业链

资料来源：盖世汽车研究院，Systemplus，TriEye官网，智研咨询，中金公司研究部

以经验为贵，车载摄像行业壁垒高筑。我们认为，车载光学产品的核心竞争壁垒在于确保精度和良率下的车规级理解、工艺设计以及生产把控。具体体现在对技术Know-How的积累掌握，对主要工序的关键步骤进行改良，包括对生产模具的设计、制造（考虑非球面玻璃热模压过程中由于温度变化而造成镜片的膨胀系数、折射率和内应力变化）以及检测设备的调参运行。对技术经验的高要求同时可见人才资源的重要性，因此我们认为稳定研发生产团队将成为车载光学企业长期发展的关键。

图表13：车载光学工艺性能和行业壁垒

资料来源：盖世汽车，Aview官网，中金公司研究部

汽车vs手机：车规级标准提出更高稳定标准，光学引领终端智能汽车持续微创新

手机：回顾过去，在2018年之前，手机在芯片、声学零部件、Haptics触控反馈、电池、屏幕、手机外观等方面，均采用第三方的代工厂，而在功能方面逐渐趋于同质化，难以在竞争激烈的市场中，获得用户的亲睐。2018年，华为P20 Pro搭载后置三摄获得了市场的关注，其拍照功能也在当时为手机产品提供了充分的区分度和竞争优势。从华为引领手机光学的升级以来，其他安卓厂商和苹果纷纷跟进，加码多摄、算法、ToF、潜望式等多项新型技术，智能手机的光学像素、变焦倍数都获得了较大的提升。据IDC数据统计，截止3Q21，主摄像素大于48MP的机型已占总体出货量的~48%。我们认为，从手机历史来看，光学微创新带来的产品竞争优势引领了过去几年行业的持续扩容，同时得益于消费电子镜头相对较低的准入门槛，手机光学升级规格速度较快，带动单摄像头的价值量持续上行。

汽车：与手机行业相比，汽车行业的不同点在于：车载摄像头存在较高的行业壁垒，整体规格基数较低。汽车像素的主流解决方案普遍分布于2.5MP以下，较手机16-48MP的主流解决方案而言，整体规格仍处于较低的水平。我们认为，车载摄像头对工作温度、防水防磁抗震、使用寿命都有严格的规定，存在显著高于消费级水平的行业标准，因此在过去以L2为主流等级的自动驾驶时代，升级速率缓慢，规格基数较低；而与手机行业一致的是，车载摄像头的光学升级同样能为整车厂带来竞争优势。虽然目前的自动驾驶级别对于车载摄像头的像素要求并不高，但我们预计随着未来L3/L4 等驾驶级别的逐步尝试与商用，高像素的摄像解决方案将更有利于无人驾驶汽车在感知、决策、执行层上的指令接受与执行。据TSR预计，至2030年全球车载摄像头CMOS规格中超过5MP的高清方案比例将达到46%。综合来看，我们认为车载光学规格存在良好的上行空间，我们持续看好车载光学成为智能汽车异质竞争点之一。

车载光学新方向：激光雷达赋能高级别自动驾驶加速落地，光学部件扮演重要角色

激光雷达赋能高级别自动驾驶落地，技术路线尚未尘埃落定。激光雷达是自动驾驶感知层的重要传感器之一，能够解决毫米波雷达无法识别静止物体和摄像头易受照明条件影响的主要问题，通过多传感器融合提高车身对环境的感知能力。目前机械式扫描方案技术成熟，由于量产难度大、成本高且机械结构可靠性差的缺陷，混合固态式逐渐成为主流方案。混合固态中，转镜式技术较易实现，MEMS相比之下过车规难度更大。展望未来，我们认为Flash和OPA等固态式激光雷达凭借高可靠、高性能、量产后低成本的优势，将是发展的主要方向。据Yole数据预测，2025年全球自动驾驶激光雷达出货量将达到约360万台，总市场规模超17亿美元。

以机械式激光雷达为例，光学部件在发射及接收单元担任重要角色。2005年，Velodyne是业内首家将激光雷达技术用于自动驾驶的公司，以机械式扫描产品为主，是目前较为成熟的技术方案，但机械结构可靠性差且成本较高、体积较大，量产难度大。在激光雷达拆解图中我们可以看到，传统机械式激光雷达中，激光发射和接收处使用了透镜、反射镜、滤光片等光学元部件，是机械式激光雷达的重要组成部分。

图表14：Velodyne HDL-64E激光雷达产品拆解

资料来源：陈晓冬，张佳琛，庞伟凇，等.《智能驾驶车载激光雷达关键技术与应用算法》.光电工程，2019，46(7): 190182，中金公司研究部

L3级别的自动驾驶多采用混合固态式，主要分为转镜与MEMS解决方案：

1）转镜类似于机械式，保持收发模块不动，通过电机带动转镜运动，将激光反射到不同的方向实现一定范围内激光的扫描。目前转镜式激光雷达方案较成熟、易过车规，是图达通、法雷奥、镭神智能等多数厂商采用的主流方案方案。2017年奥迪A8搭载的法雷奥转镜式激光雷达是世界首款实现量产的车规级激光雷达。

2）MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）采用微振镜扫描，在微观上实现激光雷达发射端的光束操纵。MEMS微振镜是一种硅基半导体元器件，技术成熟，集成度高，它的引入可以帮助激光雷达减少马达、多棱镜等机械运动装置，减小尺寸空间，同时还可以减少激光器和探测器数量，极大地降低成本。由于其尺寸较小，限制了扫描范围和视场角，且稳定性较低，过车规难度较大，目前量产一致性较低。

图表15：SCALA转镜方案拆解

资料来源：Yole，法雷奥，中金公司研究部

图表16：MEMS激光雷达及微振镜工作原理图

资料来源：电子技术设计，中金公司研究部

成本持续下行带来放量空间，光学元器件价值量可观。激光雷达的三大核心元器件为激光器、光束操纵元件和光电探测器，我们看到光学系统在激光雷达技术路线迭代中，主要负责激光的发射和接收，是重要的组成部件。据禾赛科技招股说明书显示，2020年光学件原材料采购成本占总采购成本约10%。随着成本的进一步下探，我们看好光学元器件市场随激光雷达渗透率的提升迎来新的增长。

手机光学：微创新持续拉动规格提升

回顾过去，光学微创新为手机提供了异质化的竞争优势：

多摄趋势：快速增长接近尾声

手机摄像头增量趋缓，后置三摄或成主流。2018年，在智能手机进入平台期的背景下，华为推出P20 Pro三摄，受到市场认可，引领多摄潮流。据IDC，2020年三摄及以上渗透率达58%，平均单机搭载的摄像头个数从2017年的2.2个提升到了2020年的3.7个。我们预测2021/2022年，全球手机镜头出货量分别为51.0/54.4亿颗，同比增长6%/7%。

图表17：全球智能手机摄像头需求

资料来源：IDC，中金公司研究部

规格：手机摄像持续向专业相机靠拢

中高端机型升级趋势不变，多点微创新持续挖掘摄像新需求。从华为旗舰机型的技术方案来看，过去前后置主摄的发展趋势主要为像素的提升和变焦上的突破：后置主摄像素规格从2017年的20M上升到了2021年的50M；后置变焦也从华为P10的2倍数码变焦升级到P50 Pro的100倍数码变焦，并支持3.5倍光学变焦。到2021年，我们预计未来主摄升级之外，景深镜头、黑白镜头、微距镜头等副摄规格将逐步提升，手机摄像将持续向更专业的摄像技术进步，为客户提供更高的画质。

图表18：目前相机与手机技术性能对比

资料来源：雷科技，中金公司研究部

与专业相机的参数对比可以看出，手机的像面尺寸、光学变焦倍数、光圈大小在持续向相机靠拢，但仍有一定差距。我们看好以下几大升级趋势：

1）玻塑混合材质的引入。手机镜头是由多枚塑胶镜片组立而成，目前高端机型多采用7P镜头，工艺为注塑成型。将熔融的树脂挤压到模具内冷却成型后，开模取件。在塑胶镜头升规中，镜片数的叠加提高了组立难度，为了解决镜头厚度以及连续变焦带来的温漂问题，我们认为玻璃镜片的引入有望推动玻塑混合技术的应用，同时带来更好的光学性能。

图表19：塑料镜片与玻璃镜片对比以及主要手机厂家的技术布局

资料来源：智研咨询，《800万像素手机镜头的光学设计与制造》，电子工程专辑，中金公司研究部

2）变焦：手机中的变焦模式主要分为光学变焦、数码变焦和混合变焦。光学变焦是通过镜片的位移来实现画质无损失的变焦，成像效果最好但需要足够的位置空间；数码变焦是通过放大每个像素面积来实现放大的效果，相当于对图像进行剪裁；混合变焦是在数码变焦的基础上通过其他镜头补景实现，成像效果介于光学变焦和数码变焦之间。

a. 潜望式连续变焦解决“接力式”变焦问题。由于每个镜头的焦段是固定的，目前手机摄像采用了不同镜头接力实现特定范围的变焦。为了实现多倍连续光学变焦，引入潜望式长焦镜头为镜片的位移提供了空间。华为P40 Pro 通过3组棱镜的光路反射获得了10X光学变焦。

b. 液态镜头帮助实现快速连续变焦。液态镜头模仿人眼结构，通过睫状肌对晶状体的控制实现快速远近对焦，同时保持视角不变。液态镜头可以在较小的电压下几微秒内实现焦距和焦点的变化，将长焦镜头升级为同时纳入微距功能的动态镜头，主要优势有变焦范围广、响应速度快、结构简单。2021年3月发布的小米MIX FOLD是全球首款液态镜头手机，展示了其可靠性及可量产能力。但当下仍存在通光量少、杂散光多、成像清晰度较差、制造成本高的问题。

图表20：手机防抖技术分类

资料来源：CSDN，各公司官网，中金公司研究部

3）防抖：双OIS、微云台防抖不断升级，带来全新摄影体验。当下主流的手机防抖方案是光学防抖，包括Lens shift（镜头位移）和Sensor shift（传感器位移），实时判断机身抖动的方向和幅度等参数，通过算法提供相应的运动补偿。和电子防抖相比，无需裁切画面，对画质没有影响，防抖效果更佳。2020年5月，Vivo宣布微云台技术，将镜头和CMOS整合成独立的相机模组，再嵌入微云台架构内，实现100%模组整体防抖。

终端应用逐步多元，深度信息带来光学产业新变革

3D感测技术方案当前主流方案为结构光和ToF。结构光利用激光散斑编码实现，测距短、精度高、功耗低，更适合静态场景；ToF测距更远，精度低且功耗较高，更适合动态场景，同时具有成本优势。因此，结构光主要应用于前置的人脸识别及安全支付，ToF主要应用于后置摄影，提供深度信息。

图表21：3D sensing技术方案：双目立体视觉vs结构光 vs ToF

资料来源：Semantic Scholar，CSDN，芯智讯，中金公司研究部

dToF vs iToF，苹果安卓双分天下。2017年，苹果首次在iPhone X上采用前置结构光实现面部识别，是全球最先启用3D sensing技术的手机品牌。随后，2018年安卓手机品牌采用成本较低、设计相对简单的iToF技术进行短距测量，开启了安卓阵营的深度信息采集技术升级。2020年，苹果在先后推出的iPad Pro和iPhone 12 Pro/Pro Max上搭载了dToF激光雷达，与iToF技术相比，dToF技术性能更优，拥有低功耗、强抗干扰的优势，适用于对测距精度要求高的远距离测距场景，目前技术难点在于对光敏感度要求很高。

终端应用多元化，ToF引领手机镜头放量新方向。3D感测后置镜头最初用于摄像以提高散景和变焦性能，随着AR/VR技术的成熟落地，我们认为深度摄像未来将拓展到手机上的AR互动和游戏场景，同时在智能驾驶、智慧家居、安防监控上都有广阔的市场空间。据Yole调查显示，全球3D感测市场将以20%的年均复合增长率从2019年的50亿美元增长至2025年的150亿美元。伴随着终端应用的逐渐多元，我们看好深度方案开启手机光学新的市场空间。

手机光学产业链梳理：光学镜头、CMOS占据成本主体

手机摄像头主要由光学镜头、图像传感器CMOS、VCM和滤光片等部件组成。根据我们测算，与车载摄像头类似，最核心的部件CMOS和光学镜头各占成本约50%、20%，另外模组封装成本占比20%，构成了手机摄像头约90%的成本。

图表22：智能手机光学产业链

资料来源：Yole，智研咨询，旭日大数据，贝壳投研，HCT，第一手机界研究院，中金公司研究部

手机镜头市场龙头效应显著，国产化率超八成。据旭日大数据统计，2020年舜宇手机镜头出货量全球第一，大立光位列第二。大立光多年为全球手机塑胶镜头龙头，出货量和技术能力都处于领先水平，目前8P镜头已实现量产，储备了double free form、潜望式镜头等多项高规格技术；舜宇光学则通过多年的研发投入和技术积累，持续在中高端镜头上发力，下游客户涵盖了海内外多家知名安卓手机品牌商，并于今年成功发展到美国新客户，开拓市场新空间。同时国内还诞生了一批新势力光学厂商如瑞声科技、星聚宇等。我们看好随着新势力的成长，手机镜头的全球产能将向国内头部厂商进一步集中。

全球手机摄像模组竞争激烈，封装工艺为核心竞争点。据Yole数据统计，截至2019年，全球前五大手机摄像模组国内厂商占据前四位，第一梯队为欧菲光、舜宇光学和丘钛，合计市占率达37%。模组生产的核心在于良率的提升拉动毛利率爬坡，以头部厂商舜宇为例，工艺技术的精进和大规模的量产都是其核心优势。从工艺角度来看，安卓主流使用COB（Chip on Board）工艺，而苹果采用自身独有的FC（Flip Chip）倒装工艺。与COB相比，FC工艺能生产出更小更薄的摄像模组，但由于技术难度大且成本高，未被大范围普及，LG innotek、夏普、富士康和欧菲光（已出售）等公司对FC进行了技术储备。国内厂商在小型化摄像模组上也在持续进行研发投入，舜宇自研的第三代MOC（Molding on Chip）技术已具备量产条件，欧菲光研发的CMP（Chip Molding Package）技术在COB基础上做了进一步改良。我们认为，在摄像模组持续小型化、轻薄化的趋势下，封装工艺的技术储备以及规模效应将成为厂商的主要竞争力之一。

音圈马达仍以日企为主，光学防抖为未来主流方向。音圈马达在整个摄像模组中成本占比为约5%，主要用于推动镜头实现对焦，技术难度较低，对精度灵敏度要求较高。全球市场较分散，2018年前三大供应商阿尔卑斯、TDK、三美均为日企，CR3占45%。国内厂商相对起步较晚，目前代表企业皓泽、中蓝仍处于快速发展阶段。我们认为未来OIS光学防抖将成为VCM重要的功能之一，推动VCM朝更快对焦的方向发展。我们看好国内厂商技术投入的同时以成本优势进一步提升市场份额。

红外截止滤光片市场集中度高，国内厂商占主导地位。红外截止滤光片是用于过滤红外波段的滤镜，帮助消除红外光对成像的影响。据贝壳投研数据显示，2018年全球前两大供应商分别是国内的水晶光电和五方光电，市占率合计超四成，市场集中度高。国外主要供应商有田中技研（日本）和奥托仑（韩国）。我们认为随着手机摄像的升级以及车载光学的发展，红外滤光片的市场需求将大幅上升。

AR/VR：虚实交互升级贡献光学行业崭新跳变点

VR光学硬件升级趋势：非球面透镜—菲涅尔透镜—折叠光路

VR光学系统主要包含目镜及外置摄像头，以oculus quest 2为例，光学系统约占总成本的5%左右；其中VR设备的目镜目前多采用菲涅尔透镜（Fresnel lenses）方案。菲涅尔透镜在传统非球面透镜的基础上保留了光学性能，优势在于大幅地降低了镜片厚度，使镜头更轻薄。但缺陷在于其焦距仍受到限制，无法减少光学成像模组的整体厚度，同时齿距和非工作面造成的球差在一定程度上会影响成像质量。目前菲涅尔透镜技术较为成熟，我们预计短期内将是VR设备光学系统的主流方案。

折叠光路技术帮助镜头模组进一步提升空间利用率。折叠光路使用偏振膜将光路多次反射，以此来延长光路，降低模组整体厚度，从而降低VR头显的体积和重量，实现更好的成像并带来更广的视场角。但我们看到，该方案目前仍存在一些技术难点，如光线多次反射后强度的损失，轻薄设计与广视角、高分辨率难以兼得等。展望未来，随着技术的逐步升级和稳定，我们看好折叠光路技术进一步成熟，从而带动VR设备的用户体验提升。

图表23：Oculus Quest 2成本拆分（2020）

资料来源：iHS Markit，中金公司研究部

图表24：菲涅尔透镜与折叠光路方案对比

资料来源：Melusine，Facebook官网，中金公司研究部

图表25：HTC Vice光学组件展示

资料来源：IFIXIT，中金公司研究部

图表26：折叠光路模组组件薄度提升明显

资料来源：惠牛科技，Reddit，中金公司研究部

外置摄像头：VR搭载摄像头个数及像素提升空间大。目前VR新品多采用四颗外设摄像头来对玩家进行跟踪定位，根据我们统计，主流像素多在4MP左右的水平。随着产品的迭代升级以及消费者对用户体验需求的提升，我们看好未来VR设备上摄像头个数的增长以及高像素的发展方向，来帮助消费者在黑暗或低质感的环境中实现稳定的跟踪定位，扩大安全区。

AR光学硬件升级趋势：显示和成像为关键突破点，光波导技术未来可期

光学占据AR硬件最高价值点，显示和成像为关键突破点。根据莫尼塔测算，在成本1000美元级别的AR产品中光学系统成本占比接近一半，主要由显示和成像两大部分组成。当下主流搭配方案是硅基OLED 自由曲面/Birdbath，但其厚度较大且亮度存在局限性。

细分到成像方案，我们认为光波导技术未来可期。光波导与自由曲面、Birdbath相比，优势在于超薄的尺寸，以及更广的视场角。但目前光波导技术仍处于研发阶段，尚未实现量产且成本高昂。展望未来，我们认为，随着Micro LED显示方案的不断落地，我们看好光波导方案搭配Micro LED，实现更高的画面像素密度、亮度、光谱纯度以及对比度，推动AR产业新升级。

图表27：Hololens成本拆分（2020）