【研報】光學行業專題研究報告：手機攝像頭持續創新多方位支撐技術升級-20200520[43頁].pdf

1、 1 / 43 20202020 年年 5 5 月月 2020 日日 證券研究報告證券研究報告 光學光學專題專題研究研究報告報告 手機攝像頭手機攝像頭持續持續創新，創新，多方位多方位支撐技術升級支撐技術升級 主要觀點：主要觀點： 手機是攝像頭的主要終端應用市場手機是攝像頭的主要終端應用市場。攝像頭是使用凸透鏡 成像原理來實現圖像的成像并記錄的設備。當前常見的攝像頭與 數碼相機結構相近，基本都包括鏡頭、濾光片、圖像傳感器（主要 為 CMOS 圖像傳感器，即 CIS）、馬達（可選）等零部件構成。從 下游應用角度來看，手機、 視頻監控、車載攝像機是三個最大的 終端市場，其中手機又是最大的應用領域，根

2、據 TSR 數據，2018 年手機鏡頭市場規模約為 60.45 億美元，占整體市場約 69%；而 Yole 數據顯示，2019Q4 智能手機 CMOS（Complementary Metal- Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器份額約 為 70%；從攝像頭模組的角度來看，2018 年手機應用銷量和銷售 額占比分別約為 83%和 76%。 圖像傳感器和鏡頭構成攝像頭的主要成本來源圖像傳感器和鏡頭構成攝像頭的主要成本來源。從成本來 看，在手機攝像頭中，根據前瞻產業研究院數據，圖像傳感器成本 占比最高，達 52%；其次是光學鏡頭，占比 19%；另外，模組封裝 環

3、節成本達 20%。Yole 的數據顯示，在 CMOS 攝像頭模組（使用 CMOS 圖像傳感器）中，圖像傳感器成本占比達 45.2%；鏡頭成本 占比為 15.1%；音圈馬達成本占比為 8.5%；模組封裝環節及其他 元件成本占比為 31.3%。 圖像傳感器和鏡頭不僅占據了攝像頭模組 成本的大部分， 同時這兩個領域相對其他環節具有更高的壁壘， 體 現在技術和人才等多方面。 手機攝像頭圖像傳感器演進方向手機攝像頭圖像傳感器演進方向： 傳感器尺寸增加傳感器尺寸增加。 傳感器 的尺寸很大程度上決定了相片的成像質量，增加傳感器尺寸作用 主要體現在：1）增加感光面積，提升獲取信息豐富度；2）擴大成 像的視角；

4、 3）有助于實現背景虛化；4）為提高解析度和暗光能 力創造條件。 目前各手機品牌廠商使用的傳感器尺寸逐步增大（尤其是旗 艦級），2019 年以前發布的手機采用的傳感器尺寸通常在 1/2 英 寸以下， 而2019年以后采用1/2英寸以上傳感器的機型陸續上市， 2020 年 2 月發布的 Samsung Galaxy S20/S20+/S20 Ultra 傳感器分 別為 1/1.76 英寸、1/1.76 英寸、1/1.33 英寸，而 2020 年 2 月發布 的華為 P40 系列傳感器尺寸達到 1/1.28 英寸。 長城國瑞證券研究所長城國瑞證券研究所 分析師：分析師： 劉億劉億 執業證書編號：執

5、業證書編號：S0200519090001 聯系電話：聯系電話：0592-5169085 地址： 廈門市思明區蓮前西路地址： 廈門市思明區蓮前西路 2 號號 蓮富大廈蓮富大廈 17 樓樓 長城國瑞證券有限公司長城國瑞證券有限公司 投資評級 看好 評級變動 首次評級 行業研究行業研究 行業研究 2 / 43 鏡頭改進方向鏡頭改進方向：鏡片數量鏡片數量和材質和材質。鏡頭鏡片數量增加， 有助 于提高聚光能力、消除像差，從而改善成像質量，同時增強變焦、 防抖等輔助功能。從國內智能手機主攝像頭鏡片數分布情況來看， 5P 鏡頭和 6P 鏡頭占據主要市場份額， 2018 年我國智能手機主攝 中 6P 鏡頭占比

6、達 64.3%， 5P 鏡頭占比達 35.6%， 7P 鏡頭出貨量相 對較少。2019 年 11 月，小米 CC9 率先采用 8P 主攝像頭。 玻璃材質鏡頭光學性能優于塑料材質鏡頭，但是由于工藝難 度大，成本上存在劣勢，在手機中以塑料鏡頭為主。玻璃塑料混合 鏡頭結合了玻璃鏡頭和塑料鏡頭的優點，已被 LG V30、榮耀 20 Pro 等機型使用。 隨著技術進步、 成本降低以及消費者對拍照/攝像 質量要求提升，預計玻塑混合鏡頭將得到進一步推廣。 其他創新和發展其他創新和發展：多攝方案多攝方案、3D 感測感測、潛望潛望式鏡頭式鏡頭。從后 置攝像頭數量來看， 目前最多的是后置五攝， 機型如華為 P40

7、 Pro+、 小米 CC9 Pro 等；前置攝像頭方面，Vivo X9、華為 P40 系列采用 前置雙攝，此外還有華為 Magic2、美圖 V7 等采用前置三攝。 根據 Yole 數據，2019 年智能手機平均攝像頭數量約為 3.06 顆，同比增 長 21.7%，預計智能手機攝像頭數量穩步提升，2025 年平均每臺 智能手機攝像頭數量約為 3.83 顆。 3D 感測技術能記錄場景或對象的深度值，為解決復雜任務提 供了全新可能。在手機攝像頭中應用的 3D 技術包括：立體視覺 （Stereo vision）、結構光（structured light）、飛行時間（Time-of- flight）。Y

8、ole 預計 2025 年 3D 傳感在后置攝像頭（結構光和 ToF 方案）的攝像頭為 42%，超過前置攝像頭的約 25%水平。 變焦能力是目前手機攝像頭的重要賣點， 受手機厚度限制， 一 般長焦攝像頭焦距提升空間較窄，因而潛望式長焦攝像頭應運而 生，目前華為、三星、OPPO、Vivo 推出的最新系列均具備潛望式 長焦機型。預計未來潛望式攝像頭在大屏手機中的滲透率有望提 升。 投資建議投資建議： 攝像頭產業鏈包括圖像傳感器、鏡頭、濾光片、馬達、模組封 裝等環節， 根據 Yole 數據， 2018 年全球攝像頭模組銷售規模為 271 億美元， 其中圖像傳感器價值占比約為 45%， 鏡頭價值占比約

9、 15%。 從下游終端來看，手機仍是主要應用領域，占價值量比重大概 70- 80%。 在手機領域， 攝像頭一直是主要創新點， 各類創新旨在改善拍 攝質量或輔助功能，包括大尺寸傳感器、多鏡片鏡頭、玻塑混合鏡 頭、3D 感測鏡頭、潛望式鏡頭、不同類型攝像頭組合等方面（以 及尚未應用的屏下攝像頭） 。 持續的創新在一定程度上提升了行業 rQoRoPnOnQpOwPoMyQqMuM8O8QbRsQmMoMpPkPoOqNiNpNpO9PqQvMNZmNrPuOmMvM 行業研究 3 / 43 壁壘，建議持續關注圖像傳感器、鏡頭、濾光片、模組制造等各個 環節中具備較高研發實力、具有優質客戶資源的龍頭企業

10、。 風險提示：風險提示： 宏觀經濟下行致消費不振風險； 手機銷售量不及預期風險； 突 發事件帶來的供需沖擊風險； 創新不受市場認可風險； 市場競爭風 險。 行業研究 4 / 43 目目 錄錄 1 攝像頭簡介和應用領域攝像頭簡介和應用領域 . 7 1.1 攝像頭成像原理和組成部分. 7 1.2 手機是攝像頭最大的終端應用領域. 9 2 攝像頭主要環節和演進發展方向攝像頭主要環節和演進發展方向 . 12 2.1 圖像傳感器：產業鏈價值占比最高，向大尺寸方向推進. 13 2.2 鏡頭：鏡片數量增加仍為噱頭，玻塑混合鏡頭有望逐步推廣. 20 2.3 其他：馬達、濾光片、模組封裝. 24 3 手機攝像頭

11、其他創新和發展手機攝像頭其他創新和發展 . 32 3.1 多攝方案：攝像頭數量持續增加. 32 3.2 3D 感測：ToF 方案應用前景廣闊 . 36 3.3 潛望式鏡頭：突破厚度限制，實現 5 倍及以上光學變焦. 40 行業研究 5 / 43 圖目錄圖目錄 圖 1：1951-2018 年全球相機出貨結構情況 . 8 圖 2：數碼相機成像框架 . 8 圖 3：手機攝像頭的基本結構 . 9 圖 4：攝像頭產業鏈簡要圖示 . 9 圖 5：全球光學鏡頭模組收入及結構（百萬美元） . 10 圖 6：2015Q4-2019Q4 全球 CMOS 圖像傳感器分領域銷售情況 . 11 圖 7：2012-202

12、4 年全球攝像頭模組分領域銷售情況與預測 . 11 圖 8：2016 年手機攝像頭模組成本構成 . 12 圖 9：2018 年 CMOS 攝像頭模組價值構成 . 12 圖 10：2018 和 2024 年攝像頭模組價值結構（億美元） . 12 圖 11：圖像傳感器的發展歷程 . 13 圖 12：CCD 和 CMOS 圖像傳感器設計比較 . 14 圖 13：2017 年圖像傳感器市場結構 . 15 圖 14：2018 年圖像傳感器市場結構 . 15 圖 15：2007-2022 年 CMOS 圖像傳感器銷售額及預測 . 16 圖 16：2016-2025 年 CMOS 圖像傳感器市場規模及預測

13、. 16 圖 17：2015-2025 年 CMOS 圖像傳感器平均單價及預測 . 17 圖 18：圖像傳感器市場前三廠商份額情況 . 17 圖 19：2017 年 CMOS 圖像傳感器市場份額情況 . 17 圖 20：2017Q4-2020Q4 主要廠商分季度圖像傳感器收入情況與預測 . 18 圖 21：CMOS 傳感器結構圖 . 19 圖 22：兩種像素四合一方案（RGGB 和 RYYB）像素陣列比較 . 19 圖 23：光學鏡頭參數示意圖 . 21 圖 24：2018 年國內智能手機主攝像頭鏡片數分布 . 22 圖 25：華為 P30 后置攝像頭鏡片結構 . 23 圖 26：2018 年

14、手機攝像頭鏡頭市場份額情況 . 24 圖 27：2018 年安防攝像頭鏡頭市場份額情況 . 24 圖 28：FF 攝像頭模組結構 . 25 圖 29：AF 攝像頭模組結構 . 25 圖 30：音圈馬達的結構 . 26 圖 31：全球音圈馬達市場規模和銷量情況 . 27 圖 32：部分濾光片圖示 . 28 圖 33：紅外截止濾光片效果圖示. 29 圖 34：攝像頭模組封裝形式（單芯片） . 30 圖 35：2017 和 2018 年全球攝像頭模組市場格局 . 31 圖 36：iPhone 11Pro 三攝像頭方案配置情況 . 34 圖 37：2014-2018 年全球智能手機搭載攝像頭數量情況

15、. 35 行業研究 6 / 43 圖 38：2018-2020 年智能手機市場攝像頭數量結構與預測 . 35 圖 39：2017-2025 年全球智能手機單機搭載攝像頭數量情況與預測 . 35 圖 40：3D 成像和傳感市場結構和規模預測 . 36 圖 41：iPhone X“齊劉?！眰鞲衅髋渲眉皢硬襟E . 37 圖 42：智能手機 3D 攝像頭滲透率及預測 . 37 圖 43：結構光和飛行時間（ToF）應用機型發布情況 . 39 圖 44：立體視覺、結構光和飛行時間 3D 方案相機模組比較 . 40 圖 45：移動和消費應用 3D 傳感生態鏈及規模預測 . 40 圖 46：潛望式攝像頭結構

16、及光路. 41 表目錄表目錄 表 1：傳統相機和數碼相機比較 . 7 表 2：攝像頭的基本元件及功能 . 8 表 3：CCD 和 CMOS 圖像傳感器比較 . 14 表 4：索尼近年部分圖像傳感器型號及應用情況 . 19 表 5：光學鏡頭主要參數介紹 . 20 表 6：不同材料鏡頭比較 . 21 表 7：主要手機品牌商攝像頭鏡片數量情況（2019 年以來新機） . 22 表 8：光學鏡頭行業主要壁壘 . 24 表 9：不同變焦方式比較 . 25 表 10：三種對焦/變焦馬達比較 . 25 表 11：2019 年 10 月-2020 年 1 月全球主要攝像頭馬達出貨情況（單位 kk，百萬顆） .

17、 27 表 12：不同材質紅外截止濾光片比較 . 29 表 13：不同攝像頭模組封裝形式比較 . 30 表 14：手機攝像頭的創新點及應用情況 . 32 表 15：不同雙攝像頭方案比較. 33 表 16：主要手機品牌部分后置多攝像頭方案 . 33 表 17：主要 3D 技術及應用場景 . 38 表 18：立體視覺、結構光和飛行時間 3D 方案比較 . 38 表 19：潛望式攝像頭對鏡頭和模組廠商的要求變化 . 42 表 20：采用潛望式攝像頭的智能手機機型基本情況 . 42 行業研究 7 / 43 1 攝像頭攝像頭簡介和應用領域簡介和應用領域 1.1 攝像頭成像原理和組成部分 攝像頭是使用凸透

18、鏡成像原理來實現圖像的成像并記錄的設備。在圖像記錄方面，傳統相 機（膠片相機）采用膠片對影像進行記錄，膠片上主要由感光材料（通常為鹵化銀）構成，感 光材料經曝光后，會發生化學變化從而形成潛影，再經顯影和定影后形成最終照片；數碼相機 則是將透鏡生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面，然后轉換為電信號，并經過 A/D（模擬/數 字）轉化后送到圖像信號處理器（ISP）進行加工處理，最后以特定格式進行儲存或通過顯示器 件顯示。 表 1：傳統相機和數碼相機比較 項目項目 傳統相機傳統相機 數碼相機數碼相機 成像原理 凸透鏡成像原理。 凸透鏡成像原理。 成像過程 1、經過鏡頭把景物影像聚焦在膠片上； 2、膠片

19、上的感光劑隨光發生變化，形成潛影； 3、 膠片上受光后變化了的感光劑經顯影液顯影和定 影后，形成和景物相反或色彩互補的影像。 1.經過鏡頭光聚焦在圖像傳感器（CCD/CMOS）上； 2.圖像傳感器（CCD/CMOS）將光轉換成電信號； 3.經處理器加工，記錄在相機的內存上； 4.通過電腦處理和顯示器的電光轉換，或經打印機 打印便形成影像。 分辨率 感光元素數量是分子數量級的，以億為單位。 感光器件只有幾百萬到上千萬像素。 感光方位 膠片感光是全方位的，正前方來的光線和側方來的 光線同樣起作用。 數碼感光器件有錯位、拖后的“管狀效應”，對于 中央來的光線敏感，對于側面來的光線不敏感。 照片質感

20、有層次，膠片上感光物質涂層對光線顏色、程度等 反應不同，照片顯得有厚度。 照片是電子信息，一般照片很高清，也會比較平。 色彩 不同的膠片拍同一個場景會有不同的顏色風格。 相對來說比較真實。 資料來源：公開資料、長城國瑞證券研究所 根據日本國際相機影像器材工業協會（CIPA）數據，膠片相機出貨量在 2000 年前后達到峰 值，之后迅速被數碼相機取代，而數碼相機出貨量在 2010 年左右達到峰值，然后迅速下滑，其 中尤以一體型數碼相機下降尤為明顯。 行業研究 8 / 43 圖 1：1951-2018 年全球相機出貨結構情況 資料來源：日本國際相機影像器材工業協會（CIPA）、長城國瑞證券研究所 與

21、數碼相機結構類似， 目前各種類型的攝像頭基本都包括鏡頭、 濾光片、 圖像傳感器 （CIS） 等零組件，另外，大部分攝像頭還包括音圈馬達（Voice Coil Motor，VCM），用于控制鏡頭對 焦。攝像頭與圖像信號處理器（Image Signal Processor，ISP）共同實現攝像功能。 圖 2：數碼相機成像框架 資料來源：公開資料、長城國瑞證券研究所 表 2：攝像頭的基本元件及功能 元器件元器件 主要功能主要功能 代表企業代表企業 鏡頭（Lens） 其組成是透鏡結構，由幾片透鏡組成，一般可分為塑膠透鏡（plastic）或玻 璃透鏡（glass）。其功能是利用透鏡成像原理在圖像傳感器表

22、面成像。 蔡司、徠卡、大立光、舜 宇光、玉晶光等 音 圈 馬 達（ Voice Coil Motor） 控制鏡頭對焦。 索尼、夏普、Shicoh、 Hysonic、TDK 等 紅外截止濾光片 （IR cut filter） 位于 LENS 與 Sensor 之間。因人眼與 CMOS Sensor 對各波長的響應不同， 人眼看不到紅外光但 sensor 會感應，因此需要 IR cut filter 阻絕紅外光?？?分為反射式（普通 IR）及吸收式（藍玻璃）兩種。 水晶光電、 五方光電、 歐 菲光等 圖像傳感器 （Image Sensor） 將從鏡頭上傳導過來的光線轉換為電信號， 再通過內部的 DA 轉換為數字信 號。圖像傳感器是起感光記錄作用的元件，和膠卷類似。主要分兩種：CCD 索尼、 三星、 豪威科技等 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 1951 1953 1955 1957 1959 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 20