揭秘快车道上的光学摄像头行业，手机成为最大助力 | 智东西内参

随着用户对手机拍照性能要求不断提高，未来手机拍照技术将不断创新升级，逐步向多摄、CIS高像素、7P/8P、玻璃、等。 -塑料混合、潜望式镜头和3D 传感TOF。 Yole数据显示，受益于光学行业景气度的整体改善，全球相机市场预计将在2023年突破450亿美元，2023年至2023年复合年增长率为12.2%。中国产业信息网数据显示，手机摄像头占据80%以上市场份额，是全球摄像头市场的核心增长动力。手机摄像头行业规模预计将从271亿美元增长至271亿美元。预计2023年出货量将达到75亿台，复合年增长率为7.75%，2023年至2024年出货量将达到457亿美元。

新业态、新模式植根于数字经济发展土壤，以数字技术创新应用为导向，以数据要素价值转化为核心，面向多元化、多元化、个性化重构而衍生。产业元素整合。新业态、新业态、新产业组织、新价值链是数字经济高质量发展的重要因素，具有巨大增长潜力。

对于这个问题的智能内部参考，我们推荐赛迪智库的研究报告《数字经济新业态新模式发展研究报告》。本报告详细介绍了在手机摄像头、全面屏、5G驱动下光学行业的相关行业发展现状。

本期内部参考来源：苏州证券

原标题：

《技术创新+多领域需求扩展，光学行业景气度全面提升》

作者：王平阳等

一、光学相机市场持续增长，推动产业链完善1、整体市场规模持续增长，技术升级和5G浪潮成为推动光学创新和应用的强劲动力。自从2000年夏普发布全球首款配备11万像素后置摄像头的摄像头手机J-SH04以来，用户对智能手机拍照性能的要求不断提高，厂商开始改进手机摄像头我们已经逐步更新了我们的技术。我们朝着多摄像头、CIS高像素、7P/8P、玻塑混合镜头、潜望式镜头变焦、TOF等多方向发展。此外，全面屏将推动光学屏下指纹识别市场崛起，ADAS渗透率提升将扩大车载镜头市场空间，5G浪潮将有利于AR/VR的逐步推广，推动技术创新。应用领域的拓展为光学产业链增添了持续的增长动力，吸引了手机、汽车、AR/VR等众多行业的创新。

对相机的需求不断增加和技术升级正在成为趋势。 摄像头是用于图像和视频输入的光学设备，已广泛应用于视频会议、远程医疗和实时监控等领域。由于互联网技术的发展和网络速度的不断提高，以及感光成像器件技术的成熟及其在相机制造中的广泛应用，目前广泛应用于智能手机、笔记本电脑、安防监控等领域。未来，随着科技的进步和发展，技术的快速更新和重复，人机交互、智能眼镜和投影、智能汽车驾驶和安防等领域对精密光学元件的需求将会增加。等要做的事。光学相机仍有很大的增长空间，并持续快速增长。

相机的工作原理是让物体通过镜头，将生成的光学图像投影到彩色图像传感器上，进行去除噪声等处理，然后传输电信号。数字信号经过DSP处理后，送到处理器进行解码（编码）处理，最终转换成我们可以看到的图像。

相机成像原理

技术升级将促进相机类型的扩展。相机按照外观分为球形相机、针孔相机、鱼眼相机等，按照下游分为长焦相机、广角相机、变焦相机等。应用可分为数码相机、智能手机相机、汽车相机和安全相机。

相机分类

相机主要由五个部分组成。据旭日大数据显示，相机的各个部件的功能和成本比例不同，其中图像传感器（将表面上层镜头发出的光信号转换为电信号）占52%。相机组件（收集光线并将物体成像到图像传感器上）和音圈电机（驱动镜头移动聚焦）的成本占成本的20%。 % 红外截止滤光片（剪掉多余的红外线和紫外线，使拍摄图像的颜色更接近人眼看到的颜色），占相机组件成本的6%），相机组件占3%其中，最终模块封装（将相机组件集成为完整相机）占相机成本的19%。

相机结构拆解

相机成本结构

国内外企业相互竞争。 中国厂商涉足各类相机零部件的生产并占据一席之地。尤其是在CIS、镜头、滤光片、模组封装领域，豪威科技（威尔）、水晶光电、欧菲光等A股主要企业处于世界领先地位，可以与国外企业竞争。

全球主要相机零部件制造商

光学相机市场持续增长，其中手机是增长的核心驱动力。 Yole 数据显示，全球相机行业持续扩张，预计到2023 年将超过450 亿美元。 2023年至2023年复合年增长率为12.2%，行业保持持续稳定增长。相机下游应用方面，2023年第四季度手机份额将超过80%，成为相机行业的核心应用领域。

全球相机行业规模及预测

2023Q4相机下游应用占比

手机摄像头的市场规模和需求不断扩大。中国产业信息网数据显示，根据Yole数据，2023年至2024年，手机摄像头行业规模预计将从271亿美元增长至457亿美元，复合年增长率为7.75%。出货量也持续增长，预计2023年出货量将达到44亿台，到2023年将达到75亿台。

手机摄像头市场规模及预测

手机摄像头需求及预测

2、摄像头需求的增加将刺激上游光学元件市场的扩大，需求的增加和技术的升级将推动手机摄像头元件及整体市场规模的扩大。 Yole数据显示，2023年至2024年，CIS市场规模预计将以9.2%的复合年增长率增长，从123亿美元增长至208亿美元，镜头市场规模预计将以41亿美元的复合年增长率增长至208亿美元。我是60 亿美元。音圈电机市场规模预计将从23亿美元增长至44亿美元，复合年增长率为11.5%，模块封装市场规模预计将从85亿美元增长至139亿美元，复合年增长率为8.9%。全球手机摄像头市场预计将从271亿美元增长至457亿美元，复合年增长率为9.1%。受益于下游需求增长和技术升级，相机零部件及其整体预计将进入快速增长期，行业景气度将持续改善。

手机摄像头模组各部分市场规模及预测

CIS市场规模和整体出货量预计将继续扩大。目前，大多数带有摄像头的设备都使用CIS。 Yole数据显示，2015年至2023年，CIS市场规模预计将从102.48亿美元增至154.78亿美元，2024年将达到近240亿美元。总体来看，规模持续增长，群智咨询数据显示，预计2023年全球CIS出货量将达到47亿颗，2024年将达到65亿颗。

CIS 市场规模（百万美元）

CIS 全球发货量

市场集中度高，巨头遥遥领先。 Yole数据显示，CIS市场集中度较高，CR3占比80.2%，其中索尼占49.2%，三星19.8%，豪威11.2%。群智咨询数据显示，2023年CIS全球出货量为47亿台，前三名分别为索尼（13.2亿台）、三星（7.2亿台）、豪威科技（6亿台）。遥遥领先于其他厂商，稳居榜首。

2023年CIS市场规模竞争态势

2023年主要厂商CIS出货量

镜头市场持续增长，下游应用占比保持稳定。受益于手机、汽车、监控等市场的发展，镜头市场规模逐年扩大。中国产业信息网数据显示，全球镜头市场规模已从27.55亿美元增长至6.743美元亿美元，已增长至100 万美元。预计2023年将达到约75.64亿美元，2014年至2023年复合年增长率为16.09%。

中国产业信息网数据显示，从下游应用来看，手机、视频监控、车载摄像头是三大应用市场，2014年至2023年全年市场份额保持稳定。手机镜头占比72-80%，监控镜头占比9-13%，车载镜头占比9-15%。

全球镜片市场规模

全球镜片下游市场份额

镜头市场高度集中，主要厂商出货量遥遥领先。据中国产业信息网数据显示，2023年CR3占比54%，大立光电占比35%，舜宇光学占比10%，宇晶光占比9%。据旭日大数据数据显示，2023年仅大立光电和舜宇光学月出货量过亿，为行业绝对领先者12。

玻璃和塑料混合镜头有望成为镜头发展的新趋势。相机镜头主要分为塑料镜头、玻璃镜头、玻塑混合镜头。虽然塑料镜片的透光率存在一定的缺点，但由于手机镜片的需求量大、成本高，塑料镜片在工艺难度、量产难度、成本等方面的优势是我的。目前80%以上的手机镜头主要应用于手机市场，因此各大厂商主要以塑料镜头为主。

2023年全球镜片市场竞争状况

2023年12月全球制造商镜头出货量

在安防车辆领域，玻璃镜片的使用较多，因为对镜片透光率的要求较高，且相对成本无关。玻璃与塑料混合镜片比塑料镜片具有更高的透光率，比玻璃镜片更不易量产，应用于手机等广泛领域。玻塑混合镜头有望在未来得到广泛应用，是提高照片质量的一个不错的选择。

各种镜头对比

VCM市场规模和出货量持续增长。 Yole数据显示，VCM市场规模预计将从2023年起从17亿美元增长至24亿美元，复合年增长率为9%，2023年至2024年出货量预计将达到44亿美元。 2023年，出货量预计将从1亿台增至23.4亿台，价值152亿美元，复合年增长率为11.39%，到2024年将增至40.2亿台。

VCM技术壁垒低，市场结构分散。 VCM技术并不复杂，但需要高灵敏度，因此制造过程中的精确控制以及设计和材料的改进非常重要。正因为VCM技术难度不大，全球有数百家厂商参与VCM行业，市场相对分散（根据第一移动电话产业研究所的数据，CR3仅为44.4%）。市场份额不到一半，没有绝对的领导者，市场份额最大的阿尔卑斯公司也只有17%的份额，市场呈现出多个寡头之间的冲突。据旭日大数据显示，2023年12月全球VCM出货量排名前三的厂商分别为阿尔卑斯（2900万台）、TDK（2700万台）、三星电机（2650万台），差异不大。下列。

全球主要厂商VCM出货量202312

蓝玻璃IRCF具有广泛的应用范围。红外截止滤光片（IRCF，IR-Cut filter）是一种透射可见光并截止红外光的光学滤光片。当光线进入镜头时，可见光和红外光经过折射后成像到不同的目标平面上。可见光以彩色成像，红外光以黑白成像。可见光形成的图像经过调整后，红外光在目标表面形成虚像，影响图像的颜色和质量。 IRCF的制造中最重要的是镀膜工艺和镀膜基材，它利用吸收来过滤630nm以上的红外辐射，因此需要保证镀膜的均匀性和一致性。虽然光的波长相对透明，但IRCF是在普通玻璃的基材上涂有涂层，通过反射来隔断红外光，并隔断容易产生干扰的波长为650 nm及以上的光。效果比蓝玻璃IRCF差。

市场规模不断扩大，IRCF数量和价格不断上涨。旭日大数据数据显示，预计2023-2023年全球IRCF市场规模将从44亿元增长至68亿元，复合年增长率为11.5%。据Wind数据显示，全球IRCF出货量也在增长，出货量也在增加。 2023年将增至33.2亿枚，2023年将增至46.9亿枚。同时，每件单价将从2023年的1.32元上涨至2023年的1.45元。 IRCF市场在数量和价格上均呈现增长趋势。

全球IRCF市场规模

全球IRCF出货量

相机模组（CCM）技术壁垒较低，市场相对分散。 摄像头模组的技术壁垒较低，行业进入成本也较低，这也导致了手机摄像头模组市场的碎片化。群智咨询数据显示，2023年CR3将占相机模组市场出货量的32.7%，其中第一名是欧菲光（12.6%），第二名是舜宇光学（11.5%），第三名是秋钛科技（8.6%）。第三位有。整体市场比较分散。中国产业信息网数据显示，2023年国内手机CCM出货量前三名分别为欧菲光（4.78亿台）、舜宇光学（4.23亿台）、邱钛科技（2.64亿台）。出货量均低于2亿台，主要厂商保持一定领先。

MOB/MOC是模块化封装技术的未来趋势。 模组封装是将相机组件集成到相机中的过程。手机摄像头模组主流封装工艺有四种：CSP、COB、MOB/MOC、FC。其中CSP主要用于低端产品，COB则多采用。 MOB/MOC是目前最主流的技术，是COB的演进，目前只有一些大厂使用，而FC只有苹果使用。 COB封装正在向MOB和MOC发展。 MOB和COB的区别在于，MOB比MOB更先进的是，它通过覆盖内部电路元件来减少模块的厚度。通过将内部覆盖为一体，模块的厚度进一步减小。与COB相比，MOB/MOC具有更好的封装性能，正在逐渐接近FC封装性能。同时成本比FC更低，是未来模组封装的趋势。

模块贴装技术比较

从长远来看，大型制造商具有显着的成本优势，技术变革有望提高市场集中度。舜宇、欧菲光等主要模组厂商均采用COB技术进行封装。设备成本较高，但从长远来看产品成本较低。对于大型厂商来说，选择CSP是因为设备成本高，成本低，综合考虑初始成本和风险规避。中小企业长期处于竞争劣势，因为从长远来看，最终工序的产品成本往往较高，下游需求也往往持续增加。

FC是苹果公司的专有封装技术，主要由索尼、LG和夏普等制造商使用，该技术生产的模块最薄，但设备和封装成本较高。 MOB和MOC在改进COB技术后初始成本较高，但由于其安装成本低且模块厚度薄，预计将成为各大制造商具有成本效益的安装技术，作为COB和FC的替代方案。未来将成为各大厂商的首选。受新型冠状病毒感染的蔓延和技术创新的影响，中小型制造业的生存变得越来越困难，预计未来市场将逐渐变得更加集中。

2、手机摄像头全面升级，光学上各种创新不断升级，有一定的旋律。 随着移动互联网和智能手机的兴起，QQ、微信、短视频、直播等应用不断受到消费者的青睐，消费者越来越多地使用手机拍照、录制视频的机会也越来越多。分享相关活动。此外，对相机性能的不断追求体现在图像色彩的丰富度、照片的清晰度、视野的宽阔、图像的立体效果、镜头的变焦功能等各个方面。这是一个重要的创新领域。

每个厂商都会搭载多种不同性能的镜头来提升整体拍摄性能，比如用来增强三维效果的TOF镜头，以及用来增强空间感的超广角镜头，我们开始将其应用到手机上。可以通过增加单镜头的像素数和增加单镜头的元件数量来提高清晰度。潜望镜镜头的开发是为了克服光学变焦因手机尺寸而受到的限制。 2023年，苹果将推出iPhone 11 Pro Max，性能参数为“前置12MP+后置12MP广角主摄+12MP长焦镜头+12MP超广角镜头”。华为还将推出具有性能的iPhone 11 Pro Max。 “前置12MP像素，后置40MP超广角镜头”“广角主摄+40MP超广角+8MP长焦+TOF深度相机”相信Mate 30 Pro的参数不会停止光学升级。多摄像头趋势、单镜头升级、潜望式镜头变焦、TOF镜头应用是光卡持续繁荣的主要驱动力。

镜头的量变导致图像质变，这是行业趋势。 由于手机外观和硬件的限制，仅靠手机镜头很难在测距、变焦、受光灵敏度等方面达到与相机镜头一样优异的性能。于是手机厂商找到了一种彩色镜头+黑白同时拍照的新方式，利用手机算法将两张照片合二为一。以华为P9的镜头组合为例，彩色镜头主要负责拍摄整体画面，黑白镜头主要负责拍摄细节。随着广角、长焦、超高感光镜头的发展，手机现在可以配备三、四甚至五类镜头，各种镜头组合的解决方案也越来越受欢迎。已成为行业趋势。

手机多摄像头趋势明显，渗透率预计将超过60%。 对手机摄影的追求导致单摄镜头配置的增加以及三四镜头手机的增多。 IDC数据显示，从2023年到2023年，Android智能手机的双摄像头渗透率预计将在2023年达到53%，然后开始下降，2023年降至31%。 2023年，四摄像头将快速增长，分别达到45%和16%。苹果的多摄像头渗透率预计将遵循与Android相同的模式，双摄像头渗透率在2023年后开始下降，而苹果的三摄像头和四摄像头渗透率将逐渐上升。到2023年，这一比例将分别达到50%和10%。到2023年，安卓和苹果的多摄像头渗透率将超过60%，显然多摄像头手机未来将占据绝对优势。

2023年至2023年Android相机渗透率及预测

2023-2023年苹果相机渗透率及预测

还将添加前置3D 摄像头。 IHS数据显示，2023年至2023年，前置单摄镜头和双摄镜头的出货量将基本保持稳定，而3D镜头的出货量预计将从8500万片增长至2.7亿片。该比例也从5.65% 增加到15.64%。

2023年至2023年前置摄像头出货量（单位：百万台）

2023-2023年前置镜片占比及预测

多后置摄像头出货量不断增加，行业保持高景气。 IHS数据显示，2023年到2023年，后置单摄镜头的出货量将从8.53亿颗大幅减少至1.31亿颗，而后置双摄镜头的出货量则不会有太大变化。出货量将从0.21/0.001万台分别增加至462/218/1.85亿台。后置3摄、4摄、3D镜头的出货份额将从1.48%/0.00%/0.07%分别提升至28.15%/13.28%/11.27%。

2023-2023年后置摄像头出货量（百万台）

2023-2023年后置镜头占比及预测

手机存量市场，由于光学系统升级，镜头需求稳步增长。 IHS数据显示，2023年至2023年，全球智能手机出货量预计将从14.17亿部增长至14.56亿部，复合年增长率为0.91%。 0.91%、16.79%。根据我们的计算，每部智能手机的平均镜头数量将从2.50 个增加到3.88 个，复合年增长率为15.78%。这表明，一旦人口红利消失、手机进入库存时代，每部智能手机的平均镜头数量将从2.50个增加到3.88个。市场继续保持稳定增长，手机中安装的摄像头数量呈上升趋势。

2023-2023年全球手机出货量及镜头需求

2023年至2023年每台相机的平均镜头数量及增长率

Pixel是手机厂商升级镜头的重要方向。 像素是摄影的基础，像素越高，照片的分辨率越高，镜头的图像分析能力越强。根据Yole 的数据，到2023 年，8-13MP 和13-20MP 像素摄像头将成为200 美元以上手机的主流，其中10MP 手机占所有手机的90%。从2015年到2023年，华为手机的前后像素同时升级，前置主摄像头从8MP增加到32MP，后置主摄像头从13MP增加到40MP。 2023年发布的Mate 30 Pro就搭载了它。小米新推出的CC9 Pro配备了前置32MP和后置108MP主摄像头。未来手机的卖点和重要参数升级是必然的。

2023年不同价位手机摄像头像素分布

华为手机像素升级流程

在高像素分辨率时代，CIS是相机行业的首选。 在图像处理中，手机镜头首先捕获图像，图像传感器将电信号转换为数字信号以形成图像。传感器很重要。图像传感器可分为两种类型：CCD（电荷耦合器件）传感器和CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器（CIS）。 CCD具有高灵敏度、高分辨率、低噪声的特点，而CIS具有能耗低、体积小、重量轻、集成度高、成本低的特点。而且，经过像素和CMOS的反复升级，即使在高感光度下也能取得不错的效果。这就是为什么CIS 是推荐的相机解决方案。

CCD与CIS的比较

高像素CIS出货量快速增长。 随着高像素镜头使用量的增加，高像素CIS的出货量也相应增加。 Yole和看研天下的数据显示，从2013年到2023年，5MP以下的CIS出货量从21亿颗减少。 1300万像素以上CIS单元出货量从6亿台大幅增长至39亿台，高像素CIS单元出货量也在快速增长。

手持设备CIS出货量像素分布（亿台）

镜头数量逐渐增多，从6P发展到7P、8P。 当光线经过镜头的镜头时，镜头可以过滤掉杂散光，而且镜头越多，图像的对比度和分辨率就越高，这进一步受到手机尺寸的限制。在手机摄像头模组中，镜头的可动范围和焦距都比较长，因此有望从目前的主流镜头演变为采用短多镜头来优化成像效果。从6P镜头到7P、8P镜头。华晶产业研究院数据显示，2023年国产智能手机中，35.6%的智能手机将采用5P镜头作为主摄镜头，64.3%的智能手机将采用6P镜头作为主摄镜头，0.1%的智能手机将采用5P镜头作为主摄镜头。 6P镜头作为主摄像头%。该智能手机将配备7P镜头作为主摄像头。 2023年发布的OPPO R17 Pro、2023年发布的小米9透明探索版、华为P30 Pro等均搭载7P镜头。小米2023年推出的CC9 Pro是首款采用8P镜头的手机。

玻璃与塑料混合镜头有望突破瓶颈，应用于主流高端机型。 目前常见的相机均采用塑料镜头，而玻璃镜头成本低、易于批量生产，因此存在图像清晰度有限、畸变率高等缺点。很难跟上当前超高像素手机摄像头的潮流。玻璃镜片虽然性能优异，但难以量产，制造成本较高，难以在手机领域得到广泛应用。 8P镜头的开发是为了提供更清晰、更真实的图像，但如果镜头数量过多，镜头的厚度就会增加，这不利于手机的轻薄化。镜片的清晰度是有限度的。过多的塑料镜片也会增加畸变率。目前，玻塑混合镜头的推出打破了性能瓶颈。

玻塑混合镜头是塑料镜头和玻璃镜头的组合。它提供比塑料镜头更清晰的图像，其成本介于塑料镜头和玻璃镜头之间。 6个塑料镜片+1个玻璃镜片相当于8个塑料镜片，但由于镜片数量减少，镜片厚度提高，预计主流旗舰机型将采用玻塑混合镜片。

不同材质镜片参数对比

传统的手机镜头变焦系统难以满足远距离摄影的需求。 缩放可以理解为使图像中的对象显得更近或更远。放大以捕捉更近的距离的目标，缩小以捕捉更多的空间。手机变焦主要分为光学变焦、数码变焦、混合变焦。光学变焦通过改变镜头之间的距离来实现变焦，但其效果受到手机厚度的限制。数字变焦会从原始图像中剪切场景，从而放大像素并显着降低照片质量。通常，人工智能算法用于弥补缺陷。

混合变焦是光学变焦、数字变焦和软件算法的结合，当变焦需求超出镜头的物理限制（仍然受到镜头厚度的限制）时，您可以从光学变焦切换到数字变焦，以获得更好的效果。电话。由于手机轻薄化的趋势，锐光学变焦倍率和混合变焦倍率都很小，数码变焦倍率很大，但锐度有限。

潜望式镜头可实现高放大倍率和清晰的变焦。 通过将长焦镜头横向排列，广角镜头纵向排列，潜望式镜头可以在保证手机轻薄化的同时，显着延长相机的焦距。抑制透镜色散较困难，对棱镜的折射透过率和放置精度有很高的要求。

很多手机已经配备了潜望式镜头，未来市场前景广阔。 目前，华为P30 Pro/P40 Pro/P40Pro+、OPPO Reno系列、Vivo X30均搭载潜望式镜头。华为P30 Pro/P40 Pro/P40 Pro+采用潜望式镜头，大幅降低四个摄像头模组的厚度，提供5-10倍光学变焦，远超传统的2-3倍光学变焦，让你清晰捕捉远处场景。群智咨询数据显示，预计2023年全球搭载潜望式镜头的智能手机出货量将达到8300万部，到2023年将突破4亿部。潜望式镜头成为光学变焦升级的重要方向。

3D结构光在苹果的支持下打开消费电子市场。 2023年9月，苹果发布了首款支持面部识别的全面屏手机iPhone X，开启了生物识别认证的新趋势。 3D 结构光解决方案还拓展了消费电子产品的可能性

子市场。目前 3D 人脸识别仍然是高端手机的必备配置。 2023 年发行的 iPhone11 系列和华为Mate 30 Pro 均采用了 3D 人脸识别和解锁方案，售价均在 5000 元以上。 3D 人脸识别不仅用于手机解锁，还可以用于人脸支付，误识率低于百万分之一，反应时间仅 40ms，生成结果高度可靠。自苹果发布搭载结构光 3D Sensing 功能后，安卓阵营逐步推广 3DSensing 功能，手机 TOF（ Time of Flight）镜头配置应运而生。
手机后置 TOF 运用和交互场景运用带动 TOF 渗透率提升。 前置 3D 结构光方案主要被苹果采用，安卓端由于产业链尚不成熟，导入十分困难，后置 TOF 方案成为安卓厂商重点突破的方向， TOF 镜头是深度摄像头的一种，利用飞行时间进行测距。 2023年 8 月， OPPO 率先推出后摄中搭载 TOF 镜头的 R17/R17 Pro 两款手机，通过采集景深数据实现细腻的背景虚化效果，随后华为、 Vivo 等手机品牌也在后置模组中搭载 TOF镜头，用于增强拍摄效果，还在 3D、 AR 等交互应用上进行延伸。 2023 年，主流安卓手机厂商均推出了配置 TOF 镜头的手机机型，同时这种配置正在走向中低端机型，未来安卓手机厂商的 TOF 渗透率将进一步提升。
实现 3D Sensing 的技术有三种：双目立体成像、结构光和 TOF。其中结构光技术最为成熟，已经大规模应用于工业 3D 视觉领域， TOF 则由于自身特性快速在手机等移动终端加以应用。
3D Sensing 三种技术原理
1）双目立体视觉是基于视差原理，并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法；
2）结构光技术原理是在激光器外放置一个光栅，激光通过光栅进行投射成像时会发生折射，从而使得激光最终在物体表面上的落点产生位移。当物体距离激光投射器比较近的时候，折射而产生的位移就较小；当物体距离较远时，折射而产生的位移也就会相应的变大。这时使用一个摄像头来检测采集投射到物体表面上的图样，通过图样的位移变化，就能用算法计算出物体的位置和深度信息，进而复原整个三维空间；
3） TOF 技术通过向目标发射连续的特定波长的红外光线脉冲，再由特定传感器接收待测物体传回的光信号，计算光线往返的飞行时间或相位差，从而获取目标物体的深度信息。
3D Sensing 三种技术对比
目前主流应用技术为结构光与 TOF。 结构光与 TOF 技术由于原理差异，应用领域也不相同。结构光由于测距较近、对照明系统要求较高，适用于安全性要求高而测量距离较近的场景，比如人脸识别、 AOI 检测等，苹果是目前结构光技术应用的主力军，预计未来苹果新机在前置将继续延用结构光方案。而 TOF 凭借其不容易受外界光干扰、刷新响应速度快的特性适用于测量远距离场景，除了手机之外应用范围广泛，比如 3D建模、游戏、汽车导航、 AR 等，未来 TOF 在单部手机上的应用也会增多，目前华为Mate30 Pro 机型已经配置前后 TOF 镜头，单机光学价值量大幅提升。
苹果发布 TOF 新机将推动 TOF 技术应用进程。 根据 DigiTimes 报告， 2023 年发布的 iPhone 将搭载 ToF 传感器。近期受新冠疫情影响，手机终端及供应商上下游市场遭受重创，手机市场出货量衰退， TOF 订单也由此受到影响。但对 TOF 市场而言，随着下半年苹果发布 TOF 新机， TOF 技术应用将迎来拐点，苹果在手机市场上具有重要的地位，后期的 TOF 应用将会受苹果影响变得更加成熟和普及。根据 IDC 和旭日大数据的预测，预计 2023 年配置 TOF 的手机出货量有望达到 1.48 亿部， 2023 年将达到 2.67亿部。
配置 TOF 手机出货量（百万部）
5G 时代搭载 TOF 镜头将成为未来趋势。 从人脸识别到 AR/VR 虚拟现实， TOF 有望接力结构光，带来手机产业的全新升级，前置人脸识别+后置虚拟现实功能可能成为手机下一个发展趋势。 对手机来说， TOF 比结构光更适合于 3D 视觉成像技术。 TOF 前置镜头也能应用于面部识别解锁，加上 TOF 自身的优良特性，用户体验好，而且 TOF成本较低，应用范围更广，更为手机厂商所青睐，越来越多的厂商开始尝试后置摄像头TOF 方案。 5G 商用为手机 3D 视觉的应用迎来新的发展机遇。在 5G 技术的支持下， TOF镜头将会逐步运用以满足 VR/AR 游戏场景等需求， 5G 时代搭载 TOF 镜头将成为趋势。根据 Techno Systems Research 数据， 2023 年采用 TOF 的智能手机渗透率为 3%，到 2023年渗透率有望突破 30%，成为中高端机型的标配。
TOF 手机渗透率
dToF 性能优越， 5G AR 大潮下有望成为市场主流。 iTOF 和 dTOF 原理各不相同。 激光雷达发射的光波存在两种调制方式：直接飞行时间（ dToF）测量和间接飞行时间（ iToF）测量， dToF 和 iToF 的原理区别主要在于发射和反射光的区别。 dToF 即直接发射一个光脉冲，之后测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔，就可以得到光的飞行时间。而 iToF 发射的并非一个光脉冲，而是调制过的光，由于接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在相位差，通过检测该相位差就能测量出飞行时间，从而估计出距离。
dToF（左）与 iToF（右）测距原理
SPAD+TDC 是 dTOF 成败关键。 在具体的实现上， dToF 相较于 iToF 来说难度要大很多。 dToF 的难点在于要检测的光信号是一个脉冲信号，因此检测器对于光的敏感度比需要非常高。常见的 dToF 传感器实现是使用 SPAD（ single-photon avalanche diode，单光子雪崩二极管）。此外，从读出电路来看， dToF 需要能分辨出非常精细的时间差（通常使用 time-to-digital converter， TDC 来实现）。例如如果需要实现 1.5cm 的测距精度，则 TDC 的分辨率需要达到 10ps，这并不容易。总体而言， dTOF 拥有响应快、功耗低、精度高等优势，未来有望成为 TOF 主流技术趋势。
iToF 与 dToF 性能对比
dToF进一步提升 AR体验。 目前苹果 iPad Pro 用的是dToF技术，而华为 Mate30 pro、vivo NEX 等手机采用的是 iToF 技术。安卓手机利用 iToF 技术主要是提升照片的立体感，如华为 Mate30 pro 的 ToF 镜头可精准定位物体深度信息，摄影时成像立体分明，错落有致。而 2023 款 iPad Pro，使用了一颗激光雷达 dToF 镜头， AR 体验的精准度、流畅度将大大提高，功耗也会大幅降低，助力了 iPad Pro 展示在 AR 方面强大的应用，例如，Apple Arcade Hot Lava 游戏中， iPad Pro 可以更快更准确地为客厅建模以生成游戏表面。
催生 5G 时代 AR 杀手级应用， dToF 有望成为主流。 随着 5G 网络逐步普及， VR/AR显示延迟将得到完美解决，在 5G 网络的加持之下， VR/AR 将应用在娱乐游戏、医疗、国防军事、航空航天、智慧城市、装备制造、电视直播等众多领域中，谁能抓住 VR/AR，谁就能在 5G 时代大放异彩。 dToF 的相对于 iToF 测量精准、分辨率高、响应快、功耗低、抗干扰能力强，技术优势非常明显，是进化版的 ToF 镜头，可以配合更多 AR 应用，未来有望以其技术优势在应用层催生 AR 杀手级应用，在 5G 浪潮下推动 AR 产业快速发展。与此同时 AR 的普及也将推动 dToF 的广泛使用，成为未来 TOF 技术主流趋势，也为 TOF 镜头自身上游供应链带来新的机遇。
三、 全面屏+5G 推动光学新市场扩张1、 全面屏时代屏下指纹识别开启新解锁方式指纹识别是生物特征识别技术中的一种。 生物特征识别技术是指利用人体的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定，可用的生物特征识别技术有指纹、人脸、声纹、虹膜等。其中，指纹识别在生物特征识别技术中应用较为广泛。近年来，指纹识别技术逐步应用到智能手机上，成为支持手机解锁、在线支付的重要技术之一。
屏下指纹方式兴起。 如今，由于手机全面屏技术的突破，屏下指纹应运而生。屏下指纹技术(Fingerprint on Display, FOD)，是指在屏幕玻璃下方完成指纹采集并完成识别的新技术，主要利用光学、超声波等穿透技术，穿透各种不同的材质，从而达到识别指纹的目的。屏下指纹识别比较稳定，可以较大程度地降低手指污垢、油脂以及汗水对解锁的影响。屏下指纹主要有两种：光学屏下指纹和超声波屏下指纹。光学屏下指纹抗环境光干扰性强，但是指纹识别容易受污渍影响；超声波屏下指纹识别抗污渍能力较强，但成像质量低，识别率也有待提升。
屏下指纹识别技术对比
光学屏下指纹有望大规模应用于 LCD。 光学屏下指纹目前大部分是用在 OLED 屏幕上，其原理是当用户按压 OLED 屏幕后， OLED 产生的光线会照射手指纹理，然后光线再反射到屏幕下的指纹识别传感器上，产生指纹图像，进而与数据库进行对比分析，最终识别指纹。目前光学屏下指纹识别技术成熟，是屏下指纹识别的主流。智能手机使用的光学屏下指纹放弃了传统光学系统，改用手机屏幕作为光源，因此自发光的 OELD屏幕一直是光学屏下指纹的选择。
但在 2023 年， LCD 屏下光学指纹方案有所突破。 2023年 4 月底，国内厂商阜时科技展示了 LCD 屏的屏下指纹解锁方案，之后友达宣布推出全球首款全屏幕光学指纹识别LCD屏幕，同年6月京东方副总裁刘晓东表示京东方LCD屏下光学指纹感测技术已研发成功。 2023 年初，汇顶科技 CEO 张帆表示公司将在今年实现 LCD 屏下光学指纹方案的量产。
光学屏下指纹技术原理图
屏下指纹识别应用规模显著扩大。 以智能手机为例，智能手机呈现全面屏趋势，若采用电容式指纹识别方式，会造成手机设备外观的影响，近年来传统电容式指纹识别方式在手机上的应用占比快速下降，屏下指纹识别占比不断提升。根据 Trendforce数据， 2023 年屏下指纹识别在指纹识别中的占比仅为 4%， 2023 年上升至 23%，到 2023年有望达到 50%。
屏下指纹识别占比情况
全面屏需求驱动光学指纹渗透率提升。 目前，光学指纹识别产业链成熟，供应商数量较多。光学式屏下指纹识别凭借其技术优势、成熟的供应链和良好的用户体验，取得了大部分的市场份额。根据 Trendforce 数据， 2023 年屏下指纹识别中，光学占 82%，超声波占 18%。当下，全面屏手机已经成为智能手机选择的主流，随着光学屏下指纹识别技术的进一步成熟，成本会快速下降，运用光学屏下指纹方案的手机厂商会逐步增多。同时，随着 2023 年 LCD 屏下指纹识别方案量产，光学屏下指纹技术将会下沉到千元机的市场，渗透率将会得到快速提升。根据 IHS Markit 数据， 2023 年光学式指纹识别模组的出货量为 1.8 亿颗， 2023 年出货量有望超过 2.8 亿颗。
光学屏下指纹出货量及预测
光学屏下指纹识别将成为指纹识别主流。 根据 CINNO Research 预测， 2024 年全球支持屏下指纹解锁的手机出货量将达到 12.6 亿部，对应 2023-2024 年 CAGR 为 89%。目前，光学式屏下指纹识别技术相对成熟，产业链内有众多供应商，市面上大部分全面屏手机运用的都是屏下光学指纹识别解锁方案，代表品牌有华为 P30 与 Mate30 系列、小米 9 系列等。随着相关技术和产业链进一步完善，加上 LCD 屏下指纹识别方案有望在 2023 年实现商用突破，量产可期，光学屏下指纹成本会大幅降低，加速渗透市场。预计在未来光学屏下指纹识别都将是市场主流，有望占据市场绝对优势。
ADAS 渗透率提升，车载镜头市场空间广阔。 车载摄像头应用广泛。光学镜头在汽车领域应用广泛，摄像头可将外部环境中车辆、行人、道路标志等相关信息进行及时反馈。自 2012 年以来，车载摄像头应用进入快速成长阶段，如车载摄像头取代后视镜，在座舱内通过液晶显示屏同步显示车身周围环境，保证安全驾驶。车载摄像头配合雷达、红外线等构成汽车辅助驾驶系统，包括倒车辅助影响，行车监控录像等，为驾驶者提供更为全面的安全保障。
车载镜头是自动驾驶功能实现的必备传感器。 智能驾驶旨在通过人工智能、全球定位、雷达监控等技术支持，辅助或替代人类直接参与到机动车辆的驾驶过程。其中，高级驾驶辅助系统（ ADAS）是自动驾驶的主流发展趋势，这一系统将通过安装在车身上的激光雷达、单/双目摄像头等多种传感器，收集行车过程中外部环境数据，结合导航仪地图，运用算法加以系统性运算和分析，做出相应行为判断并及时告知驾驶者，保障汽车安全驾驶。随着汽车驾驶自动化发展，特别是 ADAS 渗透率提高，车载镜头成为 ADAS车道偏离预警、交通标志识别等众多功能实现的必备传感器组件。根据安装位置的不同，可分为前视、后视、环视、侧视、内置五种，将与雷达等其他车载传感器共同作用，感知汽车行驶过程中的环境变化，进行动态、静态物体识别、侦测及追踪，从而预先告知驾驶者潜在风险，以提升驾驶的安全性及舒适性。
ADAS 车载摄像头功能
智能驾驶将驱动车载镜头需求增长。一般来说， ADAS 系统功能完整实现需要单车配备至少 6 个摄像头，随着自动驾驶化程度提升，将驱使车载摄像头数量增长。目前特斯拉 Autopilot2.0 使用 8 颗摄像头,其中包括 3 个前视、 3 个后视及 2 个侧视，索尼首次对外公布的智能汽车产品“VISION-S”在车身内外嵌入 33 个传感器，其中包括 12 个车载摄像头，为驾驶者提供全景影像，以全方位保证车辆行驶安全。自动驾驶技术将有效促进驾驶安全，美国、日本等多国政府鼓励安装 ADAS 系统，进而加速 ADAS 技术渗透，车载摄像头需求将保持强劲，加之汽车市场规模基数较大，车载镜头市场规模将进一步提升。根据 IHS 及智研咨询数据， 2014-2023 年，全球车载摄像头出货量将从 2800万枚增长到 8277 万枚， CAGR 将达到 16.75%， 2015-2023 年，车载摄像头市场规模将从 78 亿元增长到 171 亿元， CAGR 为 13.98%。
全球车载摄像头出货量及预测
全球车载摄像头市场规模及预测
光波导成为 AR 成像主流技术， AR 有望向 C 端普及 。 AR/VR 终端产品类别多样，一体机将成为发展方向。 增强现实技术（ AugmentedReality,简称 AR）是一种实时计算摄影机影像位置及角度，通过结合图片、视频、 3D 模型等在屏幕上实现虚拟环境和现实世界结合互动的技术；虚拟现实技术（ Virtual Reality,简称 VR）则可以通过计算机仿真系统模拟虚拟世界，提供交互式的三维实景和实体行为，以便于用户沉浸环境中进行体验。
目前，市场上的 AR/VR 产品大致可分为移动端头戴显示设备、外接式头戴设备及一体机式头戴设备三类，其中移动端头戴设备生产成本低，使用门槛低，是入门体验级 VR 产品；外接式头戴设备依靠外接设备为用户呈现高沉浸感 VR 效果及极佳的体验感，是目前市场上的主流 VR 产品；一体式头戴设备兼顾性能和轻便性，对生产工艺技术要求较高，是未来 AR/VR 产品发展的主要方向。
5G 浪潮推动万物互联， AR/VR 发展迎新机。 随着 5G 时代到来， AR/VR 产业将进入新的发展阶段。目前，因受到通讯技术限制， AR/VR 产品存在动作延迟、分辨率较低，易产生晕眩感等问题， 5G 通讯建设后，高带宽、传速快、低时延的网络特性将为消费者带来全新用户体验。同时，借助于高速稳定的网络， 5G+云渲染技术将提升图像渲染分辨率。华为 Cloud AR/VR 可以使得虚拟图像的生成从本地移动到云端，使终端使用更加操作简单，依托于云端的强大数据存储和计算处理能力，将减少 VR/AR 产品对高性能 CPU 的依赖，从而降低使用成本，促进 AR/VR 的广泛应用。
华为云 AR/VR 演进及连接需求
微型显示器和光学元件组合是 AR 眼镜成像关键。一般来说，对于 AR/VR 等智能眼镜的硬件部分由近眼显示（ NED）、应用处理系统（ AP）、外观设计等构成,其中近眼显示(Near-eye Display,简称 NED)是 AR/VR 硬件设备的核心所在，旨在将显示器上的像素通过光学元件成像，形成虚像并投射在人眼中。其中， AR 相比于直接显示虚拟图像的 VR 技术来说，因其成像系统不能挡在视线前方，需要实现透视，所以需要多加一组光学组合器以“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体。目前， AR 眼镜的显示系统多为包括 LCOS、 LBS、 Micro OLED 等微型显示屏和棱镜、自由曲面、光波导、Birdbath 等光学元件的组合，这些光学元件是决定 AR 眼镜成像效果的关键。
AR/VR 近眼显示系统比较（ NED）
视场角大小和体积的之间的矛盾是 AR 眼镜技术痛点。 AR/VR 设备成像质量不仅取决于微型显示屏的分辨率，也会受到近眼光学设计的影响，包括视场角（ Field of View，简称FOV）、眼距（ Eye Relief）、眼动范围（ Eye Box）等。视场角大多不超过 30 度，近两年有新的技术突破， AR 眼镜成像时，视场角 FOV 越大，虚拟图像越大，沉浸感越强，然而，市面上的 AR 眼镜无论是采用棱镜还是自由曲面的组合方案都面临着的视场角越大，光学镜片越厚的技术痛点，平衡视场角大小和设备体积的之间的矛盾是 AR 眼镜亟需解决的技术问题。
光波导“全反射”无损成像成为主流技术，推动 AR 在 C 端普及。 光波导技术包括耦入、波导、耦出三部分，可将光线耦合进入玻璃基地，并通过“全反射”原理传输至眼前方释放，实现视场折叠和复原，保证光线无损传输。光波导的无漏损传输和高穿透性在实现了轻薄光学镜片的同时，亦可为用户提供较大的 FOV，保证眼镜成像清晰。此外,光波导是独立于成像系统而存在的单独元件,可将显示屏和成像系统移到额头顶部或其他位置,减少对用户的视线阻挡,优化设备佩戴感受。因此，光波导技术逐渐被视为满足 AR 眼镜成像需求的主流解决方案，有望促进 AR 眼镜向 C 端普及。
不同类型光波导原理
AR/VR 有望成为 5G 最终受益端。目前 VR 产业逐渐步入高速发展阶段，产品形态基本成型，成像画质逐渐提升，用户体验不断优化。 5G 通讯网络高速传送及云渲染技术有望推动 AR/VR 产品技术进一步更迭，刺激市场需求增长。根据 IDC 数据， 2023 年全球独立 AR 及 VR 硬件出货量将分别达到 2700 万件、 7200 万件。而赛迪顾问数据显示，截止 2023 年，我国 AR/VR 市场规模将达到 544.5 亿元，同比增长 95.2%， AR/VR有望成为 5G 最受益终端。
VR/AR 硬件出货量及预测
中国 VR/AR 市场规模预测
智东西认为， 在手机进入存量时代下，单机摄像头数量提升已然成为趋势。与此同时，单摄像头像素提升亦成为镜头升级重要方向，对应 CIS 向高像素方向发展 由于用户对手机摄像性能要求不断提高，手机摄像头技术不断创新升级，未来将逐渐向多摄、 CIS 高像素、 7P/8P、玻塑混合、潜望式镜头、 3D Sensing TOF等多方向发展。 随着手机全面屏需求增加，OLED 屏下光学指纹出货量持续提升，随着 LCD 屏下光学指纹技术突破； 汽车领域， ADAS 渗透率不断提升，车载摄像头需求保持强劲增长 。在多中利好因素作用下，相信光学行业会迎来疫情后的快速增长。