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潛望式鏡頭行業專題報告:潛望式鏡頭今明兩年有望爆發

本文由用戶 配角只有偶 發表于 2020年6月18日 未來智庫      參與:27人 查看 我來說兩句
  1.潛望式鏡頭開啟智能手機高倍變焦之旅
  
  1.1.手機攝像頭變焦發展史
  
  手機攝像頭創新愈演愈烈,試圖從各項性能方面追趕數碼相機,近年來變 焦倍數成為手機廠商關注的重要性能之一。變焦的作用類似于望遠鏡,可幫助 人們看清遠處物體的細節。變焦技術分為“光學變焦”和“數碼變焦”兩種,“光學變焦”通過移動鏡頭內部鏡片組改變鏡頭焦距,同時也改變鏡頭視角, 實現拍攝物體范圍的改變,得到的拍攝圖像是完全無損的!皵荡a變焦”不改 變鏡頭的焦距,通過改變 CMOS 傳感器的成像范圍,使其局部成像,從而改變 鏡頭的視角,實現拍攝物體范圍的改變,再將 CMOS 傳感器的局部畫面進行像 素間距離擴大,通過“插值”算法放大畫面,其得到的拍攝圖像是有損的,且 變焦倍數越大,圖像畫質就越差。光學變焦的最大變焦倍數等于變焦鏡頭的最 大焦距/最小焦距。對于目前厚度不到 10mm 的智能手機來說,搭載單反中 100mm 以上的長焦鏡頭顯然是不可能的,因此此前智能手機采用的基本都是數碼變焦 的方式,最大變焦倍數不超過 5 倍,且放大后的畫質很差。
  
  早前也有手機廠商推出部分支持光學變焦的機型,主要采用兩種設計:一 種是借鑒主流卡片機的伸縮式變焦鏡頭,另一種借鑒了少數卡片機中的潛望式 變焦鏡頭。兩種鏡頭都搭載了電動馬達,可實現真正的光學變焦,但均由于過 于笨重、能耗高等缺點未能成為主流應用。其中搭載伸縮式鏡頭的智能手機代 表機型有三星 2013 年推出的三星 S4 Zoom 和 2014 年推出的 K Zoom,都可實現 10 倍光學連續變焦,但厚度分別達到 15.4mm 和 16.4mm,過于笨重。此外伸縮 式鏡頭還有其他缺點:1)由于需要伸出的設計特性,在長焦距拍攝的時候機 身容易造成不穩定,長焦端圖像容易因抖動模糊;2)相對容易進灰,防塵性 能一般;3)內部搭載的電動馬達的故障率也相對較高。
  
  搭載潛望式鏡頭的智能手機代表機型包括夏普V602SH、三星G810、諾基亞N93i、 索愛 SO905iCS 和華碩 ZenFone Zoom 等。2004 年夏普推出的 V602SH 是全球第 一臺搭載潛望式鏡頭的手機,搭載 130 萬像素的 CCD 圖像傳感器,可實現 2 倍光學變焦。2015 年,華碩推出的 ZenFone Zoom 采用日本 HOYA 的 10 片式 攝像頭模組,是首部搭載潛望式鏡頭的智能手機,搭載 1300 萬像素的 CMOS 感 光元件,可實現 3 倍光學變焦。潛望式鏡頭是利用折射鏡在機身內驅動鏡片移 動實現變焦,這種設計雖然相比伸縮式鏡頭設計更加輕薄,解決了長焦拍攝不 穩定、防塵難等問題,但由于鏡片數量多,且需搭載馬達,仍然難以達到輕薄 的要求,華碩 ZenFone Zoom 的厚度為 11.9mm,比華為 P30 PRO 8.14mm 的厚 度多出近 4mm。此外,馬達的存在也會增加手機能耗,因此這種設計也未能成 為主流。
  
  在無法直接采用光學變焦的情況下,為提高手機攝像頭變焦倍數,手機廠 商做出了許多努力,包括:
  
  1) 通過采用超高像素傳感器可稍微提高數碼變焦的圖像質量。手機攝像頭主 流的像素數量已經從早期的幾百萬向 4800 萬、6400 萬演進,小米今年發布 的小米 10Pro 甚至推出了 1 億像素的攝像頭。但目前很多 6400 萬像素和 1 億像素的概念主要是營銷噱頭,手機成像效果不僅僅取決于像素大小,更 多還要看 CMOS 傳感器尺寸。同樣尺寸的 CMOS 傳感器,像素數越高,則單 位像素面積越小,從而進光量越小,成像效果也差。數碼相機由于尺寸比 較大,因此可容納的 CMOS 尺寸較大,常用的尺寸包括全畫幅、APS-C 半畫 幅、4/3 畫幅、1/2.5”等。手機攝像頭由于體積受限,采用的圖像傳感器 尺寸也更小,最早常用的為 1/3”,現在隨著手機攝像頭性能不斷升級,采 用的 CMOS 傳感器尺寸也在逐步提高,旗艦機采用的 CMOS 尺寸通常在 1/2” 以上,華為最新發布的 P40 Pro+搭載的 CMOS 芯片尺寸達到 1/1.28”,成 為史上最大底。小米 1 億像素的主攝像頭采用的是 1/3”的 CMOS 芯片,通 過四合一像素合并技術提高 2700 萬像素照片的成像質量。

  2) 通過“彩色+黑白”的雙攝方案補充畫面細節,本質仍是數碼變焦。該方案 利用兩顆攝像頭同時成像,彩色鏡頭負責色彩的捕捉,黑白鏡頭用于細節 的抓拍,再通過 ISP(Image Signal Processor,圖像處理器)后期合成, 從而既保留了彩色攝像頭的顏色信息,又保留了黑白攝像頭的清晰度,可 提升照片輪廓刻畫等細節表現。
  
  3) 通過“廣角+長焦”的雙攝方案進行接力變焦,本質是光學變焦疊加數碼變 焦。該方案通過鏡頭切換的方式,拍近景時使用廣角鏡頭,拍遠景時使用 長焦鏡頭,從而實現光學變焦功能。如 iPhone 7 Plus 采用“28mm 等效焦 距的廣角主攝+56mm 等效焦距的長焦副攝”的雙攝配置,可實現 2 倍 (56mm/28mm)光學變焦,6 倍數碼變焦。在 1-2 倍采用廣角鏡頭,進行數 碼變焦;2 倍處切換長焦鏡頭,無需進行數碼變焦,是真正的無損光學變 焦;2-6 倍采用長焦鏡頭,進行數碼變焦,從而改善較大變焦倍數的成像 效果。
  
  4) 引入潛望式長焦鏡頭,通過“超廣角+廣角+長焦”的三攝方案進行接力變 焦,是方案 3)的加強版。該方案由華為和 OPPO 引領,2019 年 3 月,華為 推出搭載“超廣角/16mm+廣角主攝/27mm+潛望式長焦/125mm+TOF”四攝模 組的智能手機,可實現 5 倍(125mm/27mm)光學變焦、10 倍混合光學變 焦和 50 倍數碼變焦。2019 年 4 月,OPPO 推出“超廣角/16mm +廣角主攝 /27mm+潛望式長焦/160mm”三攝模組的智能手機 OPPO Reno 10 倍變焦版, 可實現 6 倍光學變焦(160mm/27mm,, OPPO 未公布主攝等效焦距,27mm 為 測算值)和 10 倍混合光學變焦和 60 倍數碼變焦。要注意的是,這里的潛 望式鏡頭是定焦鏡頭,而非此前提到的潛望式變焦鏡頭,內部無馬達,且 5 倍光學變焦是在“以廣角主攝拍攝的畫面為 1 倍”的基礎上。
  
  4) 引入潛望式長焦鏡頭,通過“超廣角+廣角+長焦”的三攝方案進行接力變 焦,是方案 3)的加強版。該方案由華為和 OPPO 引領,2019 年 3 月,華為 推出搭載“超廣角/16mm+廣角主攝/27mm+潛望式長焦/125mm+TOF”四攝模 組的智能手機,可實現 5 倍(125mm/27mm)光學變焦、10 倍混合光學變 焦和 50 倍數碼變焦。2019 年 4 月,OPPO 推出“超廣角/16mm +廣角主攝 /27mm+潛望式長焦/160mm”三攝模組的智能手機 OPPO Reno 10 倍變焦版, 可實現 6 倍光學變焦(160mm/27mm,, OPPO 未公布主攝等效焦距,27mm 為 測算值)和 10 倍混合光學變焦和 60 倍數碼變焦。要注意的是,這里的潛 望式鏡頭是定焦鏡頭,而非此前提到的潛望式變焦鏡頭,內部無馬達,且 5 倍光學變焦是在“以廣角主攝拍攝的畫面為 1 倍”的基礎上。
  
  4) 引入潛望式長焦鏡頭,通過“超廣角+廣角+長焦”的三攝方案進行接力變 焦,是方案 3)的加強版。該方案由華為和 OPPO 引領,2019 年 3 月,華為 推出搭載“超廣角/16mm+廣角主攝/27mm+潛望式長焦/125mm+TOF”四攝模 組的智能手機,可實現 5 倍(125mm/27mm)光學變焦、10 倍混合光學變 焦和 50 倍數碼變焦。2019 年 4 月,OPPO 推出“超廣角/16mm +廣角主攝 /27mm+潛望式長焦/160mm”三攝模組的智能手機 OPPO Reno 10 倍變焦版, 可實現 6 倍光學變焦(160mm/27mm,, OPPO 未公布主攝等效焦距,27mm 為 測算值)和 10 倍混合光學變焦和 60 倍數碼變焦。要注意的是,這里的潛 望式鏡頭是定焦鏡頭,而非此前提到的潛望式變焦鏡頭,內部無馬達,且 5 倍光學變焦是在“以廣角主攝拍攝的畫面為 1 倍”的基礎上。
  
  對于華為 P30 Pro,變焦倍數為 1-3 倍時采用廣角主攝,進行數碼變焦;變 焦倍數 3-5 倍時同時采用廣角主攝和潛望式長焦鏡頭,由長焦拍攝畫面中 間部分,廣角主攝通過數碼變焦來補充邊緣部分;變焦倍數剛好 5 倍時, 采用潛望式長焦鏡頭,無需進行數碼變焦,屬于無損光學變焦;變焦倍數 5-10 倍時以長焦鏡頭為主,廣角主攝和超廣角鏡頭為輔,進行數碼變焦; 變焦倍數 10-50 倍時,基本采用潛望式長焦鏡頭,進行數碼變焦。 OPPO Reno 的原理和 P30 Pro 類似,只是其采用的主攝和長焦鏡頭焦距不同,在變焦 倍數為 6 倍的時候為光學無損變焦。要注意的是,只有在 0.6 倍、1 倍和 5 倍變焦時,才是真正的光學無損變焦,這里所謂的 5 倍光學變焦,0.6-1 倍,1-5 倍和 5-50 倍之間都是“光學+數碼”混合變焦。至于廠商所宣稱 的 10 倍混合光學變焦,更多的是一種營銷概念,其與 50 倍數碼變焦的實 際區別在于 10 倍以內的變焦,除潛望式鏡頭參與外,超廣角和廣角主攝也 會同時參與,而 10 倍以外的變焦,超廣角和廣角主攝基本起不到作用,因 此稱為 50 倍數碼變焦。如華為 P30 Pro 所宣稱的 10 倍無損變焦實際是指 利用方案 1)中的技術,通過 4000 萬像素的主鏡頭的高像素來彌補從 5 倍 放大到 10 倍的畫面裁切損失,并不是真正意義上的光學無損。
  
  潛望式鏡頭是提高手機攝像頭變焦倍數的關鍵因素,其特殊的設計使其 能夠實現容納進智能手機中的長焦鏡頭。通常手機攝像頭是垂直于手機背面放 置,即 CMOS 傳感器與手機背面平行,從而鏡頭焦距受到手機厚度的限制。潛 望式鏡頭則是平行于手機背面放置,即 CMOS 傳感器與手機背面垂直,從而可 容納的鏡頭組長度大幅提高,然后通過增加棱鏡使進入攝像頭的光線彎曲 90° 后分別進入鏡片組和圖像傳感器中。
  
  1.2.主要安卓廠商均推出相關產品,技術成熟后蘋果有望跟進
  
  在華為和 OPPO 之后,vivo、三星和小米也相繼發布搭載潛望式鏡頭的旗 艦機型。目前已發布的潛望式智能手機機型包括華為的 P30 Pro、P40 Pro、P40 Pro Plus,OPPO 的 Reno 10 倍變焦版、Find X2 Pro,vivo 的 X30 Pro,三星 的 Galaxy S20 Ultra 和小米的小米 10 青春版,除華為 P40 Pro Plus 和 vivo X30 Pro 外基本采用“超廣角+廣角主攝+潛望式長焦”的接力式混合變焦方案,但 具體的攝像頭參數和工藝都各不相同。華為 P40 Pro Plus 在以上方案的基礎 上還增加一顆普通長焦鏡頭,具備 80mm 等效焦距,可實現 3 倍光學變焦,其 潛望式長焦鏡頭具備 240mm 等效焦距,可實現 10 倍光學變焦。vivo X30 Pro 則是“超廣角+廣角主攝+潛望式長焦”的方案基礎上增加了一顆用于拍攝人像 的標準鏡頭,具備 50mm 等效焦距,可實現 2 倍光學變焦,其潛望式長焦鏡頭 具備 135mm 等效焦距,可實現 5 倍光學變焦。
  
  目前安卓主要手機廠商均已推出搭載潛望式鏡頭的手機機型,蘋果雖然 還未推出產品,但也已有相關專利布局。2019 年 10 月 8 日,美國專利商標 局公布了蘋果的兩項專利,分別為“三鏡片折疊鏡頭系統”和“五鏡片折疊鏡 頭系統”。兩個鏡頭系統都采用單棱鏡潛望式鏡頭設計,其中三鏡片鏡頭為長 焦鏡頭,可以提供 80-200mm 焦距;五鏡片鏡頭為廣角鏡頭,可以提供 50-85mm 焦距。蘋果布局潛望式鏡頭的最初目的可能是為解決后置攝像頭凸起的難題, 是否會將該設計用于高倍光學變焦目前還不得而知。但我們認為隨著安卓端加 速布局并完善高倍光學變焦功能,蘋果跟進應該是遲早的事情。蘋果一直以來 對于推出新功能都比較謹慎,之所以還未搭載潛望式鏡頭也是因為目前的高倍 數碼變焦技術還并不完善。一方面,潛望式結構在解決了鏡頭組長度限制的難 題同時,也帶來了新的問題:1)攝像頭模組水平放置意味著鏡片尺寸和 CMOS 尺寸都受到手機厚度的限制;2)潛望式結構由于透光率低,從而對鏡片的透 光性要求進一步提升。另一方面,目前最大的光學變焦倍數僅有 10 倍,和數 碼相機相比仍有十分大的差距,可能的改進方案包括:3)設計焦距更大的潛 望式長焦鏡頭;4)高倍變焦下的防抖仍需進一步提升,且長焦鏡頭對焦普遍 比主攝略慢,尤其是拍運動物體很容易失焦;5)視場融合算法需要進一步提 升以提高混合變焦的畫質。
  
  對于問題 1), 據 OPPO 工程師表示,用普通鏡片工藝的話,潛望式鏡頭組 成的三攝模組厚度將達 7.1mm,再加上屏幕的厚度、對焦馬達的空間和背板的 厚度,手機厚度將超過 10mm。因此 OPPO 對鏡片組的前兩個鏡片采用了“D-Cut” 工藝,即切掉鏡片的上下邊緣,在保證有效光學尺寸,減小鏡片尺寸,從而將 潛望式長焦鏡頭模組的厚度控制在 5.75 毫米,后置攝像頭無凸起,整個機身 厚度為 9.3mm。除 OPPO 外,最新發布的小米 10 青春版也采用了“D-Cut”工藝, 其后置攝像頭略微突起,整個機身厚度僅有 7.8mm。三星 Galaxy S20 Ultra 采 用的是普通鏡片工藝,其鏡頭明顯凸起,超過 2mm,機身厚度為 8.8mm,加上 凸起機身厚度近 11mm,消費者普遍反映手持體驗較差。 “D-Cut”工藝從技術難 度和生產成本來說都大大提高,因此對于鏡頭供應商提出更高要求。
  
  為解決圖像傳感器寬度受潛望式鏡頭厚度限制的問題,華為于 2014 年申 請的專利“潛望式鏡頭和終端設備”中提出雙棱鏡結構,該結構中光線在經過 變焦鏡片組前后均經過棱鏡反射,從而使得 CMOS 芯片可以平行于手機背面放 置,從而 CMOS 芯片寬度不受潛望式鏡頭厚度的限制。通過“雙棱鏡結構”可 以進一步提高潛望式鏡頭的成像質量,同時保證整個攝像頭模組的輕薄。雙棱 鏡結構意味著棱鏡需求量提升,將利好棱鏡元件供應商。
  
  對于問題 2), 潛望式長焦鏡頭天生具備進光量較小的特點,一是由于光圈 f 值=鏡頭的焦距/鏡頭口徑的直徑,鏡頭直徑一定的情況下,焦距越大,光圈 f 值越大,光圈越。催M光量越。,因此長焦鏡頭的光圈通常較小,通常在 f/3.0-f/3.5 之間;二是由于潛望式結構中光線需要經過棱鏡模塊的反射,從 而進一步導致進光量的損失;因此需要通過增加鏡片的透光率來提升整個潛望 式長焦鏡頭的進光量,以保證成像質量。玻璃鏡片的透光率要比塑料鏡片更好, 但塑料鏡片具備重量輕,易加工,價格便宜的優點,因此全塑鏡頭是此前手機 攝像頭模組的主要選擇。隨著攝像頭中 CMOS 芯片像素的提升,對鏡頭的解析 力要求也越來越高,通過增加鏡頭中鏡片數量可提高鏡頭的解析力,可看到目 前攝像頭中鏡頭正在從 6P(即 6 片塑料鏡片)及以上規格發展。但由于鏡頭空 間有限,鏡片數量的增加也會提高加工難度,8P 鏡頭的加工難度非常大。因此 玻塑混合鏡頭的技術被提出,同樣厚度的玻璃鏡片擁有更高的透光率、折射率 以及穩定性,用玻璃鏡片替代 1-2 片塑料鏡片可解決全塑鏡頭鏡片數量難以進 一步增加的困局,同時也可以解決潛望式鏡頭進光量小的難題。華為 P30 Pro、 OPPO Reno 變焦版以及三星 Galaxy S20 Ultra 的潛望式鏡頭模組采用的都是 5P 全塑鏡頭,華為 P40 Pro Plus 突破性地采用了 1G2P 的玻塑混合鏡頭。玻塑 混合鏡頭的應用將利好相玻璃鏡片制造廠商以及具備玻塑混合技術儲備的鏡 頭制造商。
  
  對于問題 3),從已推出的潛望式鏡頭手機來看,華為 P40 Pro+的“10 倍 光學變焦,100 倍數碼變焦” 目前領先于其他廠商。該手機的潛望式長焦鏡頭 通過 1 個棱鏡加 2 面鏡子的設計,經過 5 次反射延長光路,光程較 P30 Pro 增 加了 178%。該設計并非只是多放幾個反射鏡這么簡單,經過多次反射后光路畸 變會對成像質量造成較大影響,只有對棱鏡模塊內的反射鏡組裝平面的精度控 制在納米級別,才能有效降低光路畸變,實現畫質無損。華為 P40 Pro+中該精 度控制達到約 30 納米,對棱鏡模塊生產廠商要求極高。未來隨著棱鏡模塊的 設計更加復雜,其價值量也有望同步提升,利好棱鏡模塊供應商。
  
  對于問題 4),如何解決長焦鏡頭的防抖和對焦慢的問題,以保證成像質量, OPPO Reno 變焦版采用了滾珠式雙重 OIS 光學防抖,通過在光學棱鏡上使用兩 個精度高達 0.001445°的滾珠式 VCM 驅動補償 x、y 上的偏移所帶來的抖動, 從而有效保障長焦鏡頭的高成片率,抵消手機抖動影響。華為 P40 Pro+則是采 用滑槽式 AF 長壽命馬達,放置于反射鏡的后面以避開復雜的光路。通過滑槽式 承載方式,搭配極強的磁力與精密杠桿結構,精巧地平衡了前端的反射鏡負載, 同時采用優異的潤滑材料,使馬達能夠高穩定、高精度地移動反射鏡,實現自 動對焦功能。防抖和對焦性能的提升對音圈馬達廠商提出更高要求。
  
  對于問題 5),視場融合算法需要進一步提升以提高混合變焦的畫質。據消 費者普遍反映,目前廠商宣稱的 50 倍或 60 倍數碼變焦基本只是宣傳的噱頭, 實際在 10 倍混合變焦之外,成像質量就明顯下降。未來更高倍數的數碼變焦 還需進一步提升算法。目前算法廠商主要由手機廠商自行提供,知名的第三方 算法廠商較少,代表廠商為國內廠商虹軟科技。
  
  2.潛望式鏡頭今明兩年有望迎來爆發
  
  目前搭載潛望式鏡頭的智能手機均為旗艦機型,參照三攝的滲透過程,我 們認為隨著潛望式鏡頭的成本逐步下降,未來中低端機型也有望逐步搭載較低 規格的潛望式鏡頭,今明兩年潛望式鏡頭出貨量有望迎來爆發。2019 年隨著三 攝算法的成熟和模組廠能力的提升,三攝逐步滲透到千元智能手機。根據群智 咨詢數據,2018 年華為引領三攝智能手機市場,后置三攝滲透率達 7%;三星、 OPPO 緊隨其后,滲透率約為 1%,其他品牌滲透率為 0。到了 19 年,各品牌后 置三攝滲透率大幅提升,華為、蘋果領先,分別達 31%和 20%;小米、三星和 vivo 隨后,分別為 17%、16%和 16%;OPPO 達 11%。
  
  潛望式鏡頭方面,仍是華為主導,OPPO 和三星緊跟。據群智咨詢數據,預 計 2019 年全球搭載潛望式鏡頭的智能手機出貨量約 1500 萬部,其中主要貢獻 來自華為 P&Mate 系列,以及 OPPO Reno 系列。隨著潛望式鏡頭的供應鏈進一 步成熟,零部件成本會進一步下降,從而帶動潛望式鏡頭向中低端智能手機下 沉。目前售價僅 2099 元的小米 10 青春版已經打響頭陣,成為首部搭載潛望式 鏡頭的中端機型。群智咨詢預計,2020 年全球搭載潛望式鏡頭的智能手機出貨 量將達到 8300 萬部,2023 年有機會突破 4 億部。
  
  3.棱鏡、鏡頭、VCM 及組裝環節迎來增量
  
  3.1.產業鏈全景圖
  
  潛望式攝像頭的零部件主要包括棱鏡模塊、鏡頭、VCM、CMOS 傳感器和濾 光片,相比普通攝像頭增加了棱鏡模塊。對于鏡頭環節,前面提到潛望式攝像 頭的鏡頭需要更高的透光率和更小的體積,因此需要重新設計。對于 VCM 環節, 前面也提到焦距越長,對防抖要求越高,從而 VCM 的設計也更加復雜。對于 CMOS 環節,由于攝像頭模組體積的限制,潛望式鏡頭的 CMOS 規格相對較低。最后 對于組裝廠商來說,包含潛望式攝像頭的三攝模組對一致性要求更高,因此對 模組廠商要求也更高。因此對于供應鏈來說,潛望式鏡頭主要在棱鏡、鏡頭、 VCM 和組裝環節帶來增量。
  
  從價值量來看,以華為 P30 Pro 為例,包含潛望式鏡頭的整個后置四攝模 組成本約 65-75 美元,其中棱鏡模塊的價值量高達 14-16 美元,包含棱鏡 (2.5-3.5 美元)、 VCM(10 美元左右)和支架等,鏡頭價值量約 2.5-3.5 美元, CMOS 傳感器價值量約 3-4 美元,考慮算法公司成本,單個潛望式鏡頭成本約 20-30 美元。華為消費者業務總裁余承東在接受媒體采訪時透露,P40 的整個 攝像頭模組成本是 100 美元,P40 Pro 和 P40 Pro Plus 的成本則更高。 另外 Techinsights 的拆解報告顯示,S20 Ultra 的攝像頭模組成本高達 107 美元, 是該機成本最高的零部件。
  
  從已發布的幾款潛望式鏡頭智能手機來看,主要模組供應商均為頭部手機 攝像頭廠商,包括舜宇光學、歐菲光、立景光電和三星電機等,主要鏡頭供應 商為大立光和舜宇光學,主要 CMOS 芯片供應商為索尼和三星,主要 VCM 供應 商為 TDK 和 Mitsumi,主要棱鏡供應商包括舜宇光學、中光學(利達光電)、亞 洲光學、水晶光電和 Optrontec 等?煽闯鰢鴥葟S商在棱鏡、鏡頭和模組環節 占據一定優勢,在 VCM 和 CMOS 環節仍處于追趕階段。
  
  3.2.棱鏡模塊
  
  在舜宇光學 2019 年發布的專利中,可看出單獨的潛望式鏡頭模塊分別由 棱鏡模塊(下圖 13)、光學鏡頭(下圖 12)和 CMOS 傳感器(下圖 11)構成。 棱鏡模塊包括一棱鏡(下圖 131)、一轉向載體(下圖 132)、一基座(下圖 133)、 一彈性支架(下圖 134)和兩個 VCM(下圖 135)。棱鏡通過卡合、嵌套或膠粘 等方式被安裝于轉向載體,轉向載體通過彈性支架連接在基座上,并可以在基 座上轉動。 VCM 可以沿著棱鏡反射面的垂直方向驅動轉向載體和棱鏡一起轉動, 以實現光學防抖效果。
  
  棱鏡模塊由棱鏡供應商組裝,棱鏡的原材料為光學玻璃,其加工工藝為光 學冷加工,其技術門檻相對較低。潛望式鏡頭中棱鏡的制備工藝相比傳統工藝 復雜度提升,需要進行硬化、遮光和切割處理,以提高強度、美觀度和輕薄度。 全球主要棱鏡供應商集中在中國大陸、中國臺灣和韓國。中國大陸主要廠商有 舜宇光學、中光學(原利達光電)、水晶光電,其中舜宇光學和中光學是華為 棱鏡模塊主要供應商,另外歐菲光、福光股份、五方光電也表示在布局棱鏡相 關產能。中國臺灣主要廠商有亞洲光電,是華為 P30 Pro 的棱鏡模塊供應商之 一。韓國主要廠商有 Optron-Tec,是三星 S20 Ultra 和 OPPO Reno 變焦版的 和三星 S20 Ultra 的棱鏡模塊供應商之一。隨著更多廠商的產能釋放,棱鏡模 塊未來 ASP 有望下降。
  
  3.3.音圈馬達(VCM)
  
  音圈馬達(VCM,Voice Coil Motor)的作用是實現自動對焦(AF, Auto-Focus) 和光學防抖(OIS, Optical Image Stabilization)。拍攝過程中相機的輕微抖 動會造成畫面模糊,鏡頭內的陀螺儀偵測到微小的移動后將信號傳至微處理器, 計算出需要補償的位移量,通過馬達對鏡片組進行補償,從而可盡量減少成像 的偏移,降低抖動的影響。對于長焦鏡頭來說,同樣程度抖動造成的偏移量更 大,從而對成像效果影響也更大。此外,長焦鏡頭對焦普遍比主攝略慢,尤其 是拍運動物體很容易失焦。因此潛望式長焦鏡頭的 VCM 設計也更加復雜,相應 的價值量也更高。華為 P40 Pro Plus 的長焦鏡頭搭載的是滑槽式 AF 長壽命馬 達,為了不干擾復雜的光路設計,該馬達設計在反射鏡的后面,并采用滑槽式 承載方式,搭配極強的磁力與精密杠桿結構,平衡了前端的反射鏡負載。此外 該馬達采用了優異的潤滑材料,使馬達能夠高穩定、高精度地移動反射鏡,實 現自動對焦功能,并擁有足夠長的使用壽命。華為已為該馬達申請了專利。
  
  從全球競爭格局來看,目前日韓廠商占據主導地位,以 ALPS、 TDK、Mitsumi、 SEMCO 和 JAHWA 為代表的日韓廠商占據了 60%左右的市場份額,目前潛望式鏡 頭的馬達主要由 Mitsumi 和 TDK 提供,價格在 10 美金左右。
  
  國內廠商近兩年在國內手機廠商的扶持下也不斷崛起,代表廠商皓澤 (HOZEL)、中藍電子(ZET)、新思考(New-Shicoh)和比路(BL)等,上述廠 商已經全面進入華為、小米、OPPO 和 vivo 等為代表的中國手機主流品牌廠家 供應鏈,在中低端手機產品線開始快速替代國際 VCM 大廠。目前新思考也推出 了潛望式光學變焦馬達,未來有望受益潛望式攝像頭的滲透。
  
  3.4.鏡頭
  
  全球手機鏡頭市場的競爭格局相對穩定,目前中國臺灣廠商大立光仍處于 絕對領先地位,2019 年全球市場份額達到 35%,其次市占率靠前的為中國大陸 廠商舜宇光學、中國臺灣廠商玉晶光電、韓國廠商 SEKONIX(世高光)和日本 廠商關東辰美,2019 年全球市場份額分別為 9%/9%/6%/6%。
  
  大立光不論是在出貨量還是在技術方面都是行業絕對的龍頭,公司 8P(塑 膠鏡片)已于 2019 年第 4 季開始出貨,但良率十分低。前面提到為解決潛望式結構進光量小的問題,玻塑混合鏡頭方案被提出,用玻璃鏡片替代 1-2 片塑料 鏡片。玻璃鏡片主流工藝包括:模造工藝、WLO(Wafer-Level Optics,晶圓級 光學)工藝和 WLG(Wafer-Level Glass,晶圓級光學玻璃)工藝。模造工藝相對成 熟,目前主要采用毫米級注塑工藝,即將玻璃初胚置于精密加工成型模具中, 升高溫度使玻璃軟化,再使玻璃受力變形分模取出,得到所需要的鏡片形狀。 模造工藝是目前主流的鏡片加工工藝,其加工效率低,性價比較低。WLO 工藝 是在整片玻璃晶圓上,用半導體工藝批量復制加工鏡頭,將多個鏡頭晶圓壓合 在一起再切割成單顆鏡頭,優點是尺寸小、一致性好,但目前可達到的像素較 低,主要用于準直鏡頭。WLG 工藝是 WLO 工藝的升級版,在切割晶圓前,使用 專用膠水印刷到玻璃上制成非球面玻璃,其光學性能更好,生產效率更高,但 目前技術還不成熟,良率有待突破。隨著玻塑混合鏡頭生產工藝進一步成熟, 手機廠商有望逐步采用該技術。模造玻璃的技術門檻很高,目前全球僅有日本 廠商 HOYA、中國臺灣廠商亞洲光學、中國大陸廠商舜宇光學、聯創電子和聯合 光電等少數公司可實現量產,HOYA 是華為 P40 Pro 的潛望式鏡頭中的玻璃鏡片 供應商,聯創電子的 6P1G 鏡頭厚度僅有 7.2mm,比主流的 7P 塑料鏡頭薄 0.3mm, 于 2019 年下半年量產出貨,良率超過 40%,應用于榮耀 V30。WLG 工藝方面, 瑞聲科技(AAC)是全球唯一掌握 WLG 晶圓級光學玻璃鏡片量產技術的公司, 并于 19 年年底開始投產。舜宇光學在三種工藝上均有所儲備,公司是榮耀 V30 6P1G 玻塑混合鏡頭一供,聯創電子為二供。
  
  大立光目前對于玻塑混合技術仍然不太看好,認為其在手機鏡頭應用上無 論是價格或是品質都不具有優勢,因此仍以高端全塑鏡頭為方向,目前 9P 鏡 頭正在設計中。
  
  3.5.圖像傳感器(CIS)
  
  前面提到過,由于攝像頭模組厚度限制,潛望式鏡頭內的圖像傳感器無法 采用較大的尺寸,因此采用的都是規格相對較低的 CMOS 芯片,對于圖像傳感 器廠商來說受益較小。目前全球 CMOS 傳感器市場處于寡頭壟斷階段,索尼遙 遙領先,據 TSR 數據,2019 年全球圖像傳感器市場索尼市占率達 49.1%,其次 是三星、豪威(被韋爾股份收購),市占率分別為 17.9%和 9.5%,加上安森美 半導體和 SK 海力士前五大公司全球市場份額超過 90%。目前發布的潛望式鏡頭 智能手機采用的基本是索尼和三星的 CMOS 芯片。國內公司韋爾股份通過 2019 年對美國豪威科技的收購,使我國在 CMOS 傳感器市場擁有一席之地。豪威科 技于 1995 年在美國加州成立,CMOS 傳感器是其主要收入來源,目前公司已經 進入華為供應鏈,并在 19 年 6 月正式推出 4800 萬像素產品,進入主攝像頭領 域。除豪威科技外,韋爾股份還通過收購分別獲得了國內兩家 CMOS 芯片廠商 視信源和思比科 79.93%和 85.31%的股權,進一步鞏固了 CMOS 傳感器領域的布 局。
  
  3.6.模組
  
  由于潛望式鏡頭增加了棱鏡模塊,光路更加復雜,因此對裝配公差的要求 也更高,從而一線模組廠商具備競爭優勢。從營收來看,LG innotek、Semco、 富士康、舜宇光學和歐菲光等屬于第一梯隊,2018 年全球市占率分別為 12%/12%/11%/9%/9%;第二梯隊包括立景光電、丘鈦科技等廠商,市占率為 3%-4%。 從出貨量來看,歐菲光和舜宇光學出貨量相對領先,由于 LG innotek 和 Semco 等韓國廠商主要供應蘋果和三星,因此單機價值量相對更高。目前潛望式鏡頭 模組的主要供應商包括歐菲光、舜宇光學和立景光電等,上述廠商未來有望進 一步受益潛望式鏡頭滲透率的提升。
  
  4. A 股推薦標的(略,詳見報告原文)
  
  4.1.水晶光電
  
  4.2.聯創電子
  
  4.3.歐菲光
  
  ……
  
  作者:未來智庫
  
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評 論
21樓 52RD網友 219.133.*.* 發表于 2020/6/18 14:11 回復
潛望鏡應該是未來的趨勢。
共有評論21篇 查看所有評論
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