一、消费电子光学量价齐升

　　光学行业是信息技术中最重要的环节之一，从全球光学镜头的应用看，手机、视频监控、车载摄像机是三个最大的终端市场，而近些年火爆的VR/AR也很大程度上推动了光学行业的增长。

　　从手机摄像头的发展历程看，几乎每隔2到3年都会有至少一次光学的性创新，是绝对的成长性行业。随着手机多摄化的持续推进，手机行业仍在很长的一段时间内成为光学行业增长的主要动力。 而自动驾驶技术发展，带动车载镜头需求提升，重塑了光学行业天花板。 随着VR/AR硬件不断升级，应用场景的不断丰富， 光学行业开启新巨量赛道。

　　本期的智能内参，我们推荐华创证券的报告《 消费电子光学创新与汽车电子自动驾驶共振， 光学行业打开新巨量市场》，详细分析光学行业发展状况，并下沉分析各细分领域的竞争格局。

　　2000年第一台带摄像头的手机夏普J-SH04问世，随之而来的是第一台带有前置摄像头的摩托罗拉 C975；2011 年 2 月 LG P925 的发布，是全球首款支持双摄像头的手机。2018 年华为 P20 开启后置双摄时代，2019 年华为 P30 更是创举性的使用后置四摄，20 年的新品P40 Pro 更是将后置摄像头升级为 5 颗，多摄化进程进一步加速。

　　手机摄像头向着多摄化方向发展并不是偶然的，它有着其内在逻辑。 由于尺寸的限制，手机中的单个摄像头必然无法与专业摄影设备竞争。而引入多摄后，各个摄像头分工合作，在算法软件的配合下，具有主摄+广角+长焦+虚化等优势，目前已成为安卓系手机的主要配置。在不同的镜头组合下，多摄模组具有光学变焦、背景虚化、暗光拍摄等优势，极大提升了拍摄效果。

　　2019年全球智能手机摄像头总数达到44亿颗，平均每部手机搭载摄像头颗数达3.21颗，三摄市场渗透率迅猛提升。目前三星三摄及以上手机渗透率最高，达到27%，华为则以23%位居第二。手机摄像头个数增多，逐步推动了“广角”、“长焦”、“微距”和“虚化”等3D成像质量的提升，同时促进摄视觉解决方案市场规模稳步增长。

　　除了多摄，光学镜头高像素化仍然是大势所向。像素作为消费者最关注的参数之一，已经从手机搭载摄像头伊始的11万像素，迅速发展至千万像素摄像头成为主流。2018年12月，华为发布首款4800万像素主摄手机Nova 4，至19年，40/48MP摄像头已成为手机市场主流。小米于19年11月发布的CC9 pro中首次搭载1亿像素后置主摄，开启108MP后摄时代。

　　手机镜头过去都采用纯塑胶镜片，随着像素提升带动的镜头升级，相机使用的塑胶镜片数量持续增加。 现阶段手机镜头已有5片、6片向7片、8片方向升级，镜片数的提升，无疑会带来整机厚度的增加，并且随手机摄像头像素升级、光圈变大，塑料镜头在成像清晰度、失真率等光学性能方面遇到瓶颈。手机镜头在6镜片以后，开始出现玻塑混合镜头的方案，1片玻璃镜头加5片塑料镜头或者2片玻璃镜片加3片塑料镜片能够实现7片镜头功能。

　　玻塑混合镜头优点众多，或成未来主流镜头方案。当前玻璃镜片的生产工艺主要包括模造玻璃、WLO和WLG，其中模造玻璃以其工艺成熟、成本较低的优点，已经实现量产。玻塑混合镜头以玻璃镜片替代部分塑料镜片，由于玻璃镜片相较塑料镜片透光率更强、进光亮更大，能够提升成像质量，减少镜片数量而降低镜头厚度。自2017年LG采用玻塑混合镜头以来，玻璃镜片加工工艺的逐渐成熟、成本降低，现在已开始在手机终端规模化应用。

　　镜头升级多元化发展，大光圈、超广角也成为新趋势。 光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面光量的装置，通常而言光圈的大小是由镜头孔径和焦距决定的。当光线通过镜片之后，再经由光圈照射到CMOS感光元件上。

　　大光圈能够实现背景虚化，同时提升快门速度有效防抖以捕捉动态画面。镜头的光圈越大，单位时间内通过这个光圈的进光量就越多，感光元件获得的信息也就越丰富，最后照片的效果越好。光圈变大会导致光线在折射过程中色差、色散增加，对镜头厂商的光学设计能力（校正像差）和装配调试能力（确保同轴组立精确度）也提出了更高的要求。

　　很多厂商在宣传一款手机的拍照性能时，往往会强调它的摄像头像素、光圈等参数，例如iPhone 12 Pro就将配备F/1.6的大光圈摄像头。

　　超广角镜头有着宽广的视野，又不像鱼眼镜头有强烈的畸变，是很好消除了畸变的镜头。超广角镜头具有拍摄画面空间纵深感强、景深较长、拍摄景物范围广的特点。广角镜头的设计难度在于画面边缘会受镜片折射影响产生畸变，因此需要更为精细的镜片组合优化光学设计、采用高质量的光学镜片、通过后期算法对镜片成像效果进行处理，来达到更好的广角效果。

　　单反相机可以通过不同焦距的镜头来实现变焦，但手机摄像头无法更换镜头，多摄的渗透让手机拥有了多焦段拍摄的能力。长焦镜头能够在不损失画质的前提下更为真实地呈现远景。

　　手机镜头中除了镜片外，另外一个重要的组成部分是图像传感器。图像传感器主要历经摄像管、光电二极管阵列、CCD、CIS四个发展阶段。

　　（1）摄像管：1933年，V.K.兹沃雷金发明了光电摄像管，可看作第一个图像传感器，此后相继出现超正析像管、光导摄像管、硒砷碲摄像管等类型。

　　（2）光电二极管阵列：1967年，第一颗以光电二极管为阵列、基于MOS管的图像传感器诞生，这是现代CIS最早的原型。

　　（3）CCD：1969年，贝尔实验室发明了CCD；1982年，出现了使用CCD的相机产品；CCD在近20年里作为主流图像传感器应用。

　　CIS凭借体积小、成本低、功耗低、集成度高等优点，成为当前主流传感器。由于工艺原因，CCD无法将敏感元件和信号处理电路集成到同一芯片上，因而会有体积大、功耗大的问题。早期的CIS与CCD相比差距很大，但随着工艺的进步，CIS性能有了质的飞跃。CIS适用范围更广泛，目前已在消费电子领域完成对CCD的替代，而CCD仅在卫星、医疗等专业领域继续使用。

　　CIS市场迅速复苏，疫情不改长期成长趋势。据IC Insights预测，CIS芯片全球市场规模将在受疫情影响而短暂下滑后持续增长，预计2024年销售额达到261亿美元，2019-2024年CAGR达7.2%；2024年销量达到110亿颗，2019-2024年CAGR达11.5%。

　　据中国产业信息网统计，2018年用于手机的CIS芯片占比超过60%；受智能驾驶、超高清建设、医疗成像等需求推动，用于汽车、安防、医疗市场的CIS芯片增长最为迅猛，预计五年CAGR分别达到30%、20%、23%。

　　硬件上的进步无疑推动了手机光学的发展，而技术上的革新也是一个不可忽视的因素。技术进步首当其冲的是背照式兴起，使得拍照效果显著增强。传统前照式（FSI）结构中，滤镜与光电二极管存在金属连线，降低了进入传感器的光线%，拍照效果较差。

　　为了提升拍照质量，2008 年 6 月索尼宣布了背照式 CMOS 传感器，即将金属连线转移到光电二极管后面，光线可以直接进入光电二极管，大大降低了光线损耗，夜拍效果也随之增强。

　　另外，堆栈式结构也在技术升级中大放异彩。传统的前照式/背照式CIS中，像素和处理电路处于同一层，而堆栈式CIS将两个区域分离开来，将处理电路堆叠到像素区域下面，可按不同制程工艺制造像素和处理电路区域的同时，也极大地节省了空间。目前高端机CIS通常采用堆栈式结构，减少芯片尺寸的同时像素层面积占比提升至90%，成像质量得到极大的优化。

　　近年来，手机光学中的一个很重要的创新是3D Sensing。 3D Sensing是以多摄为基础的功能化升级，深度图像识别将赋予终端人脸识别和手势识别的能力，是未来智能手机应用拓展的功能基础，因此也是光学领域最具机会的方向之一。 2017 年苹果 iPhone X 率先大规模将 3D Sensing 技术应用到消费电子终端。