【开源证券】行业深度报告：光学为终端竞争焦点，华为回归有望促进行业发展.pdf

2024-02-06

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1、光学镜头模组：占手机 BOM 成本 15%左右

手机的光学镜头模组通常由镜头组、CMOS 图像传感器、闪光灯模组、PFC 柔性电路板以及相应的支架、后盖等支撑包装件组成。模组中的光学镜头通常由多块玻璃镜片或塑胶镜片组合而成，镜头设计即对镜片数量、材质、厚度、空气间隔等变量进行设计，以达到理想的成像效果。

CIS 占据镜头模组成本的 52%。从成本结构来看，镜头模组的重要组成部分主要为光学镜头、音圈马达、红外滤光片、CMOS 图像传感器等。据华经产业研究院 2020 年数据， CIS 占摄像头成本的 52%，光学镜头占比 20%，模组封装占比 19%。

相机模组占手机 BOM 成本通常在 15%以内：以 iPhone14 Pro Max 为例，其 BOM 成本中屏幕占比 20%，处理芯片占比 20%，相机占比 11%，其中相机模组成本占比相对于 iPhone13 Pro Max 提升 1 个百分点，主要是因为 iPhone14 Pro Max 上搭载了新款 48MP 的主摄。三星 Galaxy S23 Ultra 中相机模组占比 14%，其镜头方案为三星提供的 200MP 广角和 12MP 前摄，索尼提供 12MP 超广角、10MP 长焦和潜望式长焦。

2、光学镜头产业链：厂商集中在中国大陆和中国台湾等地

光学镜头和模组属于光学产业链的中游。光学产业链上游主要为生产光学元件和组件所需要的光学玻璃、镀膜材料等原材料，中游为透镜、棱镜、滤光片等元件以及镜头、模组等组件，下游主要为手机、车载等摄像头模组终端厂商。

竞争格局：手机镜头方面，月产能在 100kk 及以上的为舜宇光学科技（180kk），大立光（150kk）和玉晶光（100kk），产品结构丰富，主要出货 5P-8P 中高端手机镜头，生产基地集中在台湾、江浙等地，客户群体覆盖苹果、华为、OPPO、小米等头部终端厂商。2P-4P 左右的低端镜头产品主要生产基地在大陆，客户群体以小米、传音和联想为主。手机摄像头模组方面，舜宇光学、欧菲光和丘钛科技分别拥有 75kk、 70kk 和 65kk 的月产能，下游主要为小米、OPPO、vivo、华为等手机厂商，且公司均在积极扩展车载、XR、无人机和 IoT 等领域。

3、光学镜头看点 1：镜头向玻塑混合和潜望式镜头升级

3.1、玻塑混合镜头：成像性能优，成本显著高于塑胶镜头

玻塑混合镜头可以兼具塑胶镜头和玻璃镜头优点。目前手机摄像头大多使用塑胶镜片，塑胶镜片工艺难度和成本较低，重量轻，适合智能手机这类注重便携性的下游应用。玻璃镜片透光性和抗高温性更好，但工艺难度和生产成本更高，常用于高端监控摄像头、车载和军事等领域。玻塑镜头透光性优于塑胶镜头，成本和难度低于玻璃镜头，较好地结合了两者的优点，逐渐开始使用在监控和智能手机中。

与三片式塑胶镜头（3P）相比，2G1P 采用两片玻璃镜片代替塑胶镜片，分辨率从 200 万提升到 310 万像素，视场角从 60°扩大到 66°，MTF 值在极限频率下从 0.12 增加到 0.15（MTF 值是对镜头锐度、反差和分辨率进行综合评价的数值，MTF 值越大说明镜头性能越好），说明 2G1P 镜头的成像质量更佳。

玻塑混合镜头具有以下优势：（1）更大光圈及进光量：玻塑混合镜头相比同等规格塑胶镜头能够实现更大光圈以及更多的进光量，可增强对噪点的抑制能力，提升高频解析力，从而更好地适应消费者对于成像清晰度和暗光性能需求。（2）更好的热稳定性：玻璃材质热稳定性好，可基本消除温度引起的像场弯曲。（3）更高的解析力和更好的色差控制：利用超低色散玻璃可有效抑制色差和几何相差，提高解析力和整体成像质量。

制造玻璃镜片方法主要有 GMO 模造玻璃工艺、WLG 晶圆级玻璃工艺和 WLO 晶圆级光学工艺。目前行业中普遍采用 GMO 模造玻璃工艺生产玻璃镜片，该工艺较容易实现，但 GMO 中普遍为单模仁模具，模穴数量少会导致制造效率偏低，较难以经济高效的方式大规模量产。WLG 将玻璃晶圆通过软化、高精度模具对位、加热成型、切割等方式加工成型，在大批量量产可行性、生产效率、镜片精度和性能方面具有优势。WLG 工艺主要由辰瑞光学引领，辰瑞光学于 2010 年收购拥有精密光学玻璃模具加工技术的丹麦出厂公司 Kaleido，并以此为基础布局 WLG 技术的研究开发。WLO 采用半导体光刻、固化、切割的方式制作玻璃镜头，具有尺寸小、一致性好等特点，但由于半导体工艺和流程更为复杂，技术成熟度相对较低。

量价方面：目前玻塑混合镜头体量小，单价高。现阶段玻塑混合镜头的供应商主要为大立光、舜宇和瑞声科技子公司辰瑞光学。以辰瑞光学为例，公司 2021 年塑胶镜头销量为 5.38 亿件，玻塑混合镜头销量 201.2 万件，销量仅为塑胶镜头的 0.4%，体量差异较大。从销售单价来看，2019-2021 年玻塑混合镜头的平均单价为 21.7 元/ 件，远高于塑胶镜头 3.2 元/件，其中玻塑混合镜头 2020 年单价最高达到 33.3 元/件。

从搭载机型来看，存在以下特点：（1）主要为国内安卓系厂商搭载，以小米、 OPPO、Vivo 为代表，海外厂商三星、苹果等搭载较少；（2）搭载机型均为该品牌中高端旗舰机型，终端售价也处于中高端价位；（3）玻塑混合镜头通常采用 1G6P 方案，搭载于后置主摄位置。总体来看，受限于高成本等因素，目前采用玻塑混合镜头的手机型号较少。未来随着成本下降，以及各厂商对成像效果的进一步追求，玻塑混合镜头渗透率有望逐渐提升。

3.2、潜望式镜头：增强手机长焦能力，苹果于 iPhone15 中首次搭载

潜望式长焦镜头，手机光学创新带动增长。潜望式镜头是提高手机摄像头变焦倍数的关键，它将原本竖排放置的摄像头在手机内横向排放，并以特殊的光线转向微棱镜，让光线折射进入镜头组，从而为镜头组提供更长的空间选择。潜望式镜头利用了手机内部的横向空间，在保持手机尽量轻薄的同时大幅度提高手机远摄能力。与普通光学变焦相比，潜望式镜头变焦倍数更大，看得更远，成像效果更优。目前苹果、华为、小米等均有搭载潜望式镜头的产品发售，最长等效焦距为 240mm。早期的潜望式长焦镜头主要由安卓市场引导，华为 P30 Pro、OPPO Reno10 等机型打开手机远摄的市场。从焦距来看，华为 P40 Pro+和三星 S22U/S23U 的物理焦距分别为 28.75mm 和 27.2mm，等效焦距分别为 240mm 和 230mm，为统计样本中等效焦距最长的两款产品。苹果于 iPhone15 Pro Max 中首次搭载潜望式镜头，该镜头采用四次反射结构，等效焦距为 120mm。苹果的加入有望带动潜望式镜头渗透率的持续上升。

苹果的潜望式方案相比安卓方案更为复杂但整体性能更好。传统潜望式棱镜通常采用一块 45°角的棱镜方案，光线在棱镜内部只经过一次全反射就射出。苹果的潜望式棱镜方案中，光线在棱镜内会发生四次全反射，同样的体积下光程更长，便于得到更长的焦距。

4、光学镜头看点 2：CIS 向小 Pixel 大光学尺寸升级

4.1、 CIS：光电转换第一步，决定成像效果的关键部件

CMOS 图像传感器（CIS）将光信号转换为数字信号：光线穿过镜头投射到图像传感器，图像传感器上的像素阵列通过光电效应将光子转换为电子，随后积累的电荷传输到检测节点被转换为电压，再由模数转换器将其转换为数字信号。经过 CIS 处理后得到的数字信号通过图像处理器（ISP）进行进一步处理，最终形成屏幕上的图像。CIS 完成第一步光信号的转换，充当手机、相机等设备的“眼睛”角色。

CIS 结构：前照式→背照式：CIS 由微透镜、颜色过滤器、金属布线和光电二极管组成。传统前照式结构中，光学由微透镜汇聚并穿过彩色过滤器和金属布线达到光电二极管完成光电转换。前照式结构中光信号在传输过程或达到光电二极管之前就被反射丢失，对传感器的光学透过率影响较大。为了提升传感器性能，索尼公司研发背照式结构，在硅晶圆一侧制作所有电路并将晶圆翻转倒置，从硅晶圆的背面进行光的照射，可以消除 FSI 中金属布线的影响，增加单位像素进光量。背照式结构还可以抑制光线入射角度变化导致的感光度下降问题，在昏暗场景中也能拍到高画质影像。

堆栈式结构：两层堆栈→三层堆栈：2012 年，索尼在背照式的基础上推出堆栈式结构，堆栈式 CIS 把原本与像素处于同一平面的逻辑电路与像素层分开，形成像素层和逻辑芯片两层，可进一步实现图像传感器和像素的小型化。堆栈式结构中像素部分和电路部分独立设计，像素部分可以针对高画质进行优化，电路部分可针对高性能进行优化，在保证影像画质的前提下可大幅提升成像速度，契合智能手机需求。2017 年，索尼在双层堆栈的结构上增加一层 DRAM 芯片以提升 CMOS 的数据处理速度，推出三层堆栈产品 IMX400。DRAM 可以临时存储高速读取的信号，并以最佳速度输出数据，在手机端实现慢动作摄影功能。

4.2、手机 CIS 市场：像素结构有所调整，中高端向 50M 集中

据 TrendForce 数据，2023 年全球智能手机镜头模组出货量预计为 40.65 亿颗，同比下滑 8.9%，继 2022 年以来再次下滑且幅度加大，主要因为 2023 年经济恢复不及预期，以及部分厂商采取较为保守的生产策略使得手机生产总量较 2022 年下滑。 2024 年全球手机镜头模组出货量有望回升至 41.71 亿颗，同比增长 3%。

手机后置三摄占比持续提升，48MP 以上 CIS 占比提升明显。据 Trendforce 数据，预计 2022 年全球手机后置三摄的渗透率从 34%提升至 44%，后置四摄及以上渗透率维持在 21%，体现各手机厂商不再单纯于摄像头数量上进行竞争，后置三摄逐渐成为最主流的方案。从像素结构来看，据 TechInsight 数据，2023 年预计 16MP 以下的 CIS 出货量占比为 70%左右，占据全球手机 CIS 大部分份额。16MP 及以上的像素中，48M-100MP 的 CIS 出货量提升明显，有望从 2020 年的 10%左右提升至 2023 年的 20%左右。48MP-100MP 占比提升的主要原因在于 48MP 和 50MP 的大量出货。其中 48MP 自 iPhone14 Pro 开始大规模搭载于苹果手机中，50MP 则广泛搭载于安卓的旗舰机主摄中。

2023H1 三星 50M 小 pixel 出货量最大，低像素格科微优势明显：TechInsights 统计了 2023H1 全球出货量最大的 CIS 芯片型号，除去参数缺失的型号，我们整理了剩下 15 款 CIS 芯片的参数情况。2023H1 全球出货第一的 CIS 型号为三星 S5KJN1，像素 50MP，像素大小 0.64μm，光学尺寸 1/2.76"，广泛搭载于安卓旗舰机超广角后摄中，为出货量排名前 20 中像素最高的 CIS 产品。索尼 IMX803 的 48MP 为第二高像素的 CIS 芯片，搭载于 iPhone14 pro 和 iPhone14 pro max 上。除去前述的 50MP 和 48MP 产品，剩下的 CIS 产品像素均在 16MP 以下，且 2MP 和 5MP 出货量大。格科微的 GC02M1B（2MP）、GC2375（2MP）、GC5035（5MP）出货量排名靠前，体现其在低像素产品市场的掌控力。

4.3、手机 CIS 技术：向小像素、大面积 CIS 升级

小像素：小像素可以在相同光学尺寸的情况下提升分辨率，主要由三星引领。过去十年三星手机CIS 分辨率从 10MP 提升至 200MP，像素大小从 5.6um减小到 2021 年的 0.64um，2022 年三星推出的 ISOCELL HP3 200MP 图像传感器进一步将单位像素尺寸缩小至 0.56um。像素相同的情况下，单位像素尺寸的缩小可以使传感器和模组的物理尺寸变得更小，进而减小整个镜头尺寸和宽度。但更小的像素尺寸可能导致设备中进光量减少，或者相邻的像素之间会互相干扰。三星小像素 CIS 芯片的成功还取决于其 ISOCELL 技术。普通背照式传感器的像素接收到过多光之后容易溢出影响到相邻像素。 ISOCELL 技术在图像传感器的像素之间形成一道物理性绝缘体，用来防止像素内的光信号外漏以及像素之间光信号的串扰影响。ISOCELL2.0 技术中升级像素隔离层的材料，解决金属隔离层造成的光线损耗问题，并在彩色滤镜之间新增屏蔽层，进一步提升感光灵敏度。ISOCELL 成功的关键为三星的专有技术全深槽隔离（DTI）技术，该技术从 DRAM 技术中延用过来，可以在 CIS 中提供更薄、更深的硅壁，提高 ISO 并减少串扰，成功将像素尺寸提升至 0.56um。

大尺寸 CIS：CIS 尺寸大小决定感光面积大小，从而直接影响成像质量。通常专业相机的 CIS 大小为 APS-C 画幅（22.5mm*15mm）或 135 全画幅（36mm*24mm），面积为 1/2.5 英寸（8.1mm*6.1mm）手机 CIS 面积的 7-17 倍，从根本上提升了专业相机的成像素质。手机的 CMOS 尺寸随着技术发展持续迭代，以索尼为例，早期产品 IMX214 的 CIS 尺寸为 1/3.06 英寸，后逐渐升级，用于 iPhone13 Pro Max 的 CIS 尺寸为 1/1.65 英寸，IMX766 尺寸为 1/1.28 英寸，目前索尼 IMX989 的尺寸已达到 1 英寸。

5、华为光学引领国产手机影像创新

华为引领国内手机影像升级创新，2016 年发布的华为 P9 即开始与徕卡合作，带来手机与高端相机品牌合作的风潮。2019 年华为 P30 Pro 首次搭载 800 万像素 5 倍潜望式长焦镜头，超前布局。根据潮电视觉与感知公众号，华为在即将推出的 2024 年新品上也将进一步创新，其中包括：（1）玻塑混合镜头。预计 P70 Art 广角相机将采用 1G6P 玻塑混合镜头，具有厚度更薄、抗形变能力更强等特点。（2）大尺寸 CMOS 传感器。预计 P70 系列主摄有望采用国产 CMOS 传感器，尺寸或接近一英寸。（3）长焦显微镜功能。华为于 2021 年提交手机显微镜技术专利，通过主摄和微距镜头共同完成该功能，可放大物品 20-200 倍，提升用户在微观领域的体验。

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