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2020 年 3 月 26 日,華為舉辦全球線上釋出會,釋出其全新 P40 系列手機,包括 P40、 P40 PRO 和 P40 PRO+三個版本,全系搭載麒麟 990 5G 處理器,並 預置釋出不久的 HMS 服務。華為 P 系列向來以影像著稱,攝像頭依然是本次 P40 系列的亮點。三個版本機型 分別搭載三顆/四顆/五顆後置攝像頭,其中P40 PRO/PRO+均前置32MP自動對焦攝像頭, 搭載紅外深度攝像頭,能夠實現專業級的背景虛化,可進行 AI 隔空操控,能在暗光條件下 迅速進行臉部解鎖。後置來看,P40 PRO 延續潛望式長焦設計,後置搭載索尼定製 50MP 主攝,並且輔以 40MP(超廣角)+12MP(潛望式長焦)+3D TOF(景深鏡頭),可實現 5 倍光學變焦、10 倍混合變焦、50 倍數碼變焦,與 P30 PRO 相比採取新的 RYYB 感光元 件進光量提升 40%,帶來更強大的變焦能力;P40 PRO+搭載 50MP(主攝)+40MP(超 廣角)+8MP(潛望式長焦)+8MP(長焦)+3D ToF(景深鏡頭),為全球首款支援雙目 光學長焦的機型,3 倍光學長焦拍攝中等距離,10 光學長焦拍攝遠景,可支援 10 倍光學 變焦,20倍混合變焦,100 倍數碼變焦,實現從 3倍光變(P20 PRO)、5倍光變(P30 PRO) 到 10 倍光變(P40 PRO+)的飛躍,也是全球首款光學變焦高達 10 倍的手機,具備史上 最強智慧手機變焦效能,標誌著移動攝影再登巔峰。

潛望式結構源於拍照望遠需求,手機端初興起

傳統相機變焦方式多為光學變焦,手機端早期多采用數碼變焦,升級誕生“接力式”變焦。傳統相機中,由於空間足夠,拍照變焦方案多采用光學變焦。 (1)光學變焦:利用 鏡頭模組內的電動馬達移動鏡片組,從而改變鏡頭焦距,實現無損的長焦拍攝效果。鏡頭 越長,焦距可變物理範圍越大,變焦倍數越大。但這種方式要求在鏡頭模組內部配置電動 馬達,技術難度高且耗電量大,多用於專業相機中,難以在手機端普及。(2)數碼變焦: 手機鏡頭早期多采用數碼變焦的方式,利用軟體對已有畫素周邊的色彩進行判斷,根據周 邊色彩情況插入經特殊演算法加入的畫素,從而把圖片內的每個像素面積增大。這種變焦方式不改變鏡頭焦距,對畫質的損害也很大。在變焦效果升級需求的驅動下,手機端誕生出 (3)“接力式”變焦方式:利用兩顆/多顆定焦鏡頭的物理焦距不同,通過鏡頭切換和演算法 輔助實現比較平滑的變焦效果。此方式雖本質上並未改變鏡頭物理焦距,但實際效果可以與光學變焦媲美,變焦倍數等於長焦鏡頭等效焦段與廣角鏡頭等效焦段之比,如實際等效 焦段為 28mm-56mm 的廣角+長焦雙攝可實現 2X“接力式”變焦(56mm/28mm=2)。

潛望式結構:橫向放置長焦鏡頭,在不增加模組厚度的前提下,實現更高倍數的變焦, 為手機端未來趨勢。潛望式結構是一種通過折射稜鏡改變光路方向(如將垂直於機身的光線折射為平行光線),從而使得相應光學成像系統可以在手機內部橫向放置的鏡頭結構。 優勢在於(1)不增加模組厚度:鏡頭在相機/手機內部橫向放置,不必讓長焦鏡頭明顯突 出機身從而影響產品一體性。 (2)提升變焦倍數:變焦倍數與焦距可變物理範圍(即鏡頭 長度)直接相關。由於相機中空間足夠,小型化需求並不強烈,潛望式結構又伴隨變焦倍數受限、加工成本上升等問題,故主流相機廠商僅應用潛望式至單個系列,並未全面普及。 但在手機端,由於手機鏡頭目前採用“接力式”變焦方式,長焦鏡頭的焦距(即鏡頭長度)是限制手機鏡頭變焦倍數提升的直接因素,在手機輕薄化趨勢下,潛望式結構設計為手機 應用更長焦距的鏡頭帶來更大可能。

帶潛望式功能的攝像模組一般由“潛望式長焦鏡頭+常規短焦鏡頭(廣角、超廣角、 主攝等)”組成。在手機“接力式”變焦的方式下,利用潛望式結構進行變焦的模組設計 方案為潛望式長焦鏡頭+常規短焦鏡頭(常規短焦鏡頭包括廣角鏡頭、超廣角鏡頭、主攝 像頭等),即只有長焦鏡頭採用潛望式結構,其他鏡頭仍採用常規設計。潛望式長焦鏡頭在不增加模組厚度的前提下提升了鏡頭“接力式”變焦倍數上限,其他常規鏡頭與長焦鏡 頭配合,完成“接力式”變焦。

潛望式機型有望下沉至中低端,今年可期突破 1 億部

本章小結:以華為 P30 PRO 為標誌,2019 年至今已有 6 款安卓高階機搭載潛望式結 構,總體來看,目前安卓陣營除小米外已全部推出搭載潛望式攝像頭機型,其中華為/OPPO 潛望式結構手機已迭代至第二代產品。2019 年搭載潛望式攝像頭手機出貨量估計為 0.15 億部,來自華為、OPPO 和 VIVO。比較各家方案而言,各方案原理相同,均採用“接力 式”原理,通過三顆定焦鏡頭切換+演算法輔助實現“類光變”無損拍攝;差異之處在於硬 件引數及軟體演算法不同。展望未來,預計安卓繫有望全線搭載潛望式結構,並從高階下沉 至中低端機型,零部件廠商也正配合進行降成本研發,Sigmaintell 樂觀看 2020 年出貨量 有望達 1 億顆,2023 年有望突破 4 億顆;然新冠疫情蔓延至全球,或對 2020 年潛望式攝 像頭出貨量產生一定程度負面影響。關於疫情對廠商出貨的影響我們還將持續觀察。

回顧發展史,19 年至今已有 7 款高階機搭載潛望式結構,華 O 迭代至二代

2004-2018 年:潛望式結構在手機端應用較少,輕薄化趨勢下真正光學變焦難以普及。 繼相機端應用之後,潛望式鏡頭結構在手機端也進行了嘗試,初期搭載潛望式結構的手機,均通過鏡頭模組內的電動馬達移動鏡片組,改變鏡頭焦距,從而實現無損的長焦拍攝效果, 為真正意義上的光學變焦。2004 年,夏普推出了世界上第一臺搭載潛望式結構的手機 V602SH,具備 2 倍光學變焦,搭載 1.3MP 畫素的 CCD 感光元件。2008 年,索愛也推出 搭載潛望式結構、具備 3 倍光學變焦的手機 SO905iCS,搭載 5.1MP 畫素的 CCD 感光元 件,其主打拍照,效能達到了卡片相機級別,但未在國內上市。2015 年,華碩推出具有 3 倍光學變焦效果的手機 ZenFone Zoom,搭載 13MP 畫素的 CMOS 感光元件,採用日本 HOYA 的 10 片式攝像頭模組,是智慧機時代首部搭載潛望式結構的手機。然而真正意義 上的光學變焦攝像頭應用於手機端存在耗電高和體積大的問題:變焦鏡頭需利用馬達驅動鏡片組內的部分鏡片移動進行變焦,這種變焦方式無需廣角鏡頭與演算法處理配合即可實現無損拍攝,但是會增加手機的能耗負擔,同時還需要更大的散熱空間,導致機身普遍偏厚, 華碩 ZenFone Zoom 厚度為 11.9mm,相比之下華為 P30 PRO 厚度為 8.14mm,上述特 性與手機輕薄化趨勢難以相容。因此,真正的光學變焦功能未能在手機端普及。

2019 年至今:已有 7 款安卓高階機搭載潛望式結構,其中華為和 OPPO 已迭代至二 代產品。在 2017 年的 MWC 上,OPPO 與以色列 Core Photonics 合作,公佈了一項 5 倍 無損變焦潛望式結構技術,宣稱已把潛望式攝像頭模組的厚度降低到 5.7mm,比普通 2 倍 變焦光學模組的厚度還薄 10%。國內第一款採用潛望式接力變焦模組的是華為於 2019 年 3 月釋出的 P30 PRO,其後置搭載 20MP(超廣角)+40MP(廣角主攝)+8MP(潛望式 長焦)+ToF 模組(景深鏡頭),可實現 5 倍光學變焦、10 倍混合變焦及 50 倍數碼變焦。 2019 年 4 月,OPPO 釋出的新款旗艦機 RENO 10 倍變焦版同樣採用潛望式結構設計,其 後置搭載 8MP(超廣角)+48MP(廣角主攝)+13MP(潛望式長焦),可實現 10 倍混合 光學變焦及 60 倍數碼變焦。2019 年 12 月,VIVO 釋出的 X30 PRO 也搭載了潛望式攝像 模組,其後置搭載 8MP(超廣角)+64MP(廣角主攝)+13MP(潛望式長焦)+32MP(人 像鏡頭),可實現 5 倍光學變焦、10 倍混合光學變焦及 50 倍數碼變焦。2020 年 2 月, 三星釋出 S 系列旗艦新機 Galaxy S20 Ultra,為三星首款搭載潛望式結構的機型,其後置 搭載 12MP(超廣角)+108MP(廣角主攝)+48MP(潛望式長焦)+ToF 模組(景深鏡頭),可實現 10 倍混合光學變焦及 100 倍數碼變焦。2020 年 3 月,OPPO 推出旗下第二款搭載 潛望式結構機型 Find X2 PRO,後置搭載 48MP(超廣角)+48MP(廣角主攝)+13MP (潛望式長焦),其中潛望式長焦鏡頭與 RENO 變焦版所搭載的規格相同,同樣可實現 10 倍混合光學變焦及 60 倍數碼變焦。同月,華為 P40 系列新推出兩款搭載潛望式結構機 型,其中 P40 PRO 後置搭載 40MP(超廣角)+50MP(主攝)+12MP(潛望式長焦)+TOF 模組(景深鏡頭),可實現 5 倍光學變焦、10 倍混合光學變焦及 50 倍數碼變焦; P40 PRO+ 升級版引數再創記錄,搭載 40MP(超廣角)+50MP(主攝)+8MP(長焦)+8MP(潛望 式長焦)+TOF 模組(景深鏡頭),可實現 10 倍光學變焦、20 倍混合光學變焦及 100 倍 數碼變焦。總體來看,目前安卓陣營除小米外已全部推出搭載潛望式攝像頭機型,其中華 為/OPPO 潛望式結構手機已迭代至第二代產品,華為 P40 PRO+實現了從 5 倍光變到 10 倍光變的飛躍,但鏡頭畫素保持不變,而華為 P40 PRO 則在潛望式長焦鏡頭的畫素上進 一步升級;OPPO 也在畫素方面有所改善。

比較各家方案,均採用“接力式變焦”,焦距比、演算法和畫素決定效能

各方案原理相同,均採用“接力式”原理,通過三顆定焦鏡頭切換+演算法輔助實現“類 光變”無損拍攝。2019 年至今的 6 款搭載潛望式結構機型的“接力式變焦”方案工作原 理沒有差別,均為利用三顆定焦鏡頭的物理焦距不同,通過鏡頭切換和演算法輔助實現比較 平滑的“類光變”無損拍攝效果。以華為 P40 PRO 為例:2020 年 3 月推出的華為 P40 PRO 搭載廣角主攝(等效焦距 23mm)+超廣角(等效焦距 18mm)+潛望式長焦(等效焦距125mm)方案,在廣角主攝與長焦鏡頭的配合下可實現 5X 光學變焦(實際等效焦段為 23mm-125mm) ,同時 18mm 超廣角鏡頭賦予其 0.8X 超廣角變焦的能力。華為 P40 PRO 光學變焦的具體過程為:(1)變焦倍數為 0.8X 時,單顆超廣角鏡頭進行無損拍攝;(2) 變焦倍數為 0.8-1X 時,單顆超廣角鏡頭在自身焦段範圍內實現數碼變焦;(3)變焦倍數 為 1X 時,單顆廣角主攝像頭進行無損拍攝;(4)變焦倍數為 1-5X 時,單顆廣角主攝像頭 在自身焦段範圍內實現數碼變焦;(5)變焦倍數為 5X 時,單顆潛望式長焦鏡頭進行無損 拍攝;(6)變焦倍數為 5-10X 時,廣角主攝鏡頭和潛望式長焦鏡頭依然配合數碼變焦實現 工作,但以潛望式長焦鏡頭拍攝為主,主要靠演算法裁剪,因此畫質將出現明顯的損傷。在 演算法的輔助下,上述過程可以在變焦倍數 0.8-10X 間可以實現平滑的“接力”效果,雖然 沒有改變單顆鏡頭的焦距,但可以實現類似光學變焦的拍攝效果。

各方案差異之處:硬體引數及軟體演算法不同。其中光變倍數看長焦與廣角鏡頭的焦距 之比,混合變焦倍數看演算法,數碼變焦倍數看鏡頭畫素。

——鏡頭硬體有差異:長焦鏡頭等效焦距與廣角鏡頭等效焦距之比決定了光學變焦倍 數,比例越大,變倍效果越好。P40 PRO+擁有 10 倍光學變焦效果(240/23≈10.43), P40 PRO、P30 PRO 和 X30 PRO 的光學變焦效果均達到 5 倍,RENO 變焦版和 S20 Ultra 未直接公佈光學變焦倍數。我們根據後兩者攝像模組的引數測算其倍數,若以 RENO 變焦 版的主攝焦段視作 1倍光學變焦,其廣角主攝鏡頭、潛望式長焦鏡頭等效焦距分別為 27mm、 160mm,計算得出其支援 6 倍左右光學變焦效果(160/27≈5.93),同理測算出 S20 Ultra 支援 4 倍左右光學變焦效果(102/26≈3.92)。四家廠商在嘗試首款潛望式結構機型後, 陸續釋出了其他未搭載潛望式攝像頭的新款機型,華為 Mate30 系列手機只支援 3 倍光學 變焦,OPPO RENO2 在鏡頭隱藏在機身內的情況下只能實現 5 倍混合變焦。經對比我們 發現,要在保持機身輕薄的同時實現 4 倍以上的真光學變焦效果,搭載潛望式結構是目前 的必然選擇。

——軟體演算法有差異:廠商內建的演算法在後臺進行合成,達到混合變倍功能。在光學 變焦倍數與混合變焦倍數之間,廣角主攝鏡頭與潛望式長焦鏡頭配合進行數碼變焦,兩個攝像頭同時拍攝遠景和近景照片,在後臺進行演算法合成,成像效果可以達到光學變焦的效 果。已釋出的 6 款機型雖然攝像模組引數有所差異,但通過演算法呼叫均實現了 10 倍的混合變焦效果;而 P40 PRO+則進一步升級,其擁有的 10 倍潛望式鏡頭可實現 20 倍混合光 學變焦。

——畫素硬體有差異:畫素清晰度決定了數碼變焦倍數,越高清變倍率越大。當變焦 倍數達到混合光變倍數以上時,成像效果僅取決於由潛望式長焦鏡頭的畫素。P40 PRO+ 疊潛望式長焦鏡頭焦距長達240mm,經過畫素裁減後可達到 100倍數碼變焦,而 S20 Ultra 潛望式長焦鏡頭等效焦距僅有 102mm,不足 P40 PRO+的一半,但通過使用 48MP 的高 畫素感光元件,進行裁切以及 AI 運算後仍然可以支援高達 100 倍的變焦倍率,與 P40 PRO+所有機中並列第一。

趨勢上,潛望式結構獲手機廠和零部件廠商共同認可,有望下沉至中低端

終端手機廠商對潛望式態度:華為引領,安卓系全線跟進,北美大客戶暫未搭載,後 續有待觀望。攝像頭是智慧手機創新升級的主要方向之一,光學效能提升對消費者視覺體驗有明顯升級,拍攝效能已成為各手機品牌競爭的焦點。目前大部分手機廠商對潛望式結構攝像頭佈局較為積極,華為引領下,安卓陣營大部分已推出潛望式結構手機,唯一未推 出的小米目前已有相關專利。北美大客戶暫未推出相關產品,佈局情況仍有待後續觀望。

——安卓陣營:全線跟進。其中華為對潛望式結構最為積極,於 2019 年推出首款搭 載潛望式長焦的 P30 PRO,開啟智慧手機潛望式鏡頭髮展元年;2020 年釋出的 P40 系列 中 P40 PRO 和 P40 PRO+繼續搭載潛望式攝像頭,推廣度進一步提升,且 PRO+更是開 創性配備多反射潛望式長焦鏡頭;我們預計華為下一代 Mate 40 系列亦有望搭載潛望式結 構攝像頭,打造光學亮點。OPPO 與 VIVO 緊隨其後,於 2019 年推出首款搭載潛望式 結構機,OPPO 還 2020 年推出了第二款。三星雖落後一年, 2020 年才推出首款, 但其佈局較早,2019 年併購 Core Photonics(其為 2017MWC 上與 OPPO 合作公佈潛望 式結構技術的攝像頭公司),隨後三星電機成功開發了超薄 5 倍光學變焦模,並已 19 年 5 月進入量產;預計 S20 Ultra 之後,三星 Galaxy 系列手機亦有望搭載潛望式結 構。小米目前尚未推出搭載潛望式結構機,但是家智慧財產權局 2019 年 7 月 2 日公示 了小米一項專利,專利摘要顯示“本公開是關於一種攝像頭元件及電子裝置,所述攝像頭 元件包括:主鏡頭和至少一個潛望式輔助鏡頭”;且 小米此前已經向世界智慧財產權局(WIPO) 提交了潛望式鏡頭專利,專利檔案顯示該機採用了彈出式前置攝像頭設計,後置豎排攝,其中頂部為潛望式鏡頭,這一設計與華為 P30 PRO 和 OPPO Reno 10 倍變焦版所採 用的方案類似,我們預測小米下一代產品或將搭載潛望式攝像頭。

——北美客戶:對潛望式結構態度尚不明晰。北美客戶早在 2014 年就申請了名為可 摺疊長焦相機鏡頭系統的專利,試圖解決攝像頭凸出的問題,在這組鏡頭裡有可以移動的 浮動鏡組,通過數分之一毫米的微小浮動來實現變焦,原理與前文提及的華碩 ZenFone Zoom 類似,但並未有後續進展。2019 年 10 月 8 日,美國專利及商標局公佈了北美客戶 名為摺疊鏡頭系統的新專利,其內部有三到五個鏡片,通過稜鏡折射實現變焦,三鏡片設 置可以提供 80-200mm 焦距,適用於長焦拍攝,五鏡片設定提供 50-85mm,主要用於廣 角鏡頭。然而,相關潛望式結構專利雖然代表了北美客戶的研究和開發方向,但並不能保 證潛望式結構會被應用在其未來的新機型上。目前北美客戶對潛望式結構的態度仍不明朗, 我們將對其後續佈局情況進行持續跟蹤。

上游廠商對潛望式結構態度:均看好潛望式發展,積極研發致力推動機型下沉,但技 術趨勢尚存爭議。上游包括稜鏡模組、鏡頭、演算法和模組在內的供應商普遍看好潛望式結構的發展,認為光學升級趨勢源於需求端的爆發,將持續利好行業。其中部分廠商正致力於改進方案、降低成本,以將潛望式結構的機型下沉至中低端;在鏡頭髮展的技術趨勢上, 雖然採用玻塑混合還是全塑鏡頭依然有爭議,但多數廠商均同時佈局。

展望未來,搭載潛望式結構手機的出貨量樂觀看 2023 年有望突破 4 億部

潛望式攝像頭出貨量:Sigmaintell 樂觀估計 2020 年增長六倍以上達到 1 億顆,2023 年有望突破 4 億顆;疫情影響下滲透速度或放緩,但不改長期趨勢。目前來看潛望式結構 主要應用於長焦攝像頭,每部手機最多隻需搭載一個潛望式模組。根據 Sigmaintell,2019 年搭載潛望式攝像頭手機出貨量估計為 0.15 億部,均來自華為、OPPO 和 VIVO。截至目 前,安卓陣營除小米以外均已推出搭載潛望式攝像頭的手機,華為/OPPO 相關產品已迭代 至第二代。Sigmaintell 認為 2020 年高倍率的潛望攝像頭有望下探到 2500 元左右的機型, 預計將會達到 1 億顆的出貨量,其中華為有望佔據半壁江山。隨消費者對“拍得清、拍得 遠”需求的提升,各大手機廠商也將繼續挖掘潛望式鏡頭的能力。中國信通院和曠視科技 釋出的《2019 智慧手機影像技術應用觀察和趨勢分析》指出,未來潛望式攝像頭將成為 中低端手機的標配,Sigmaintell 預計,2023 年出貨量將突破 4 億顆。然而本次新型冠狀 病毒肺炎疫情波及全球,三星電子主要負責手機研發和生產的龜尾產業園所在地與南韓疫 情最嚴重的地區大邱相鄰,曾確診 4 例新冠肺炎患者,產線 2 次停運,或對 2020 年潛望 式攝像頭出貨量產生一定程度負面影響。關於疫情對廠商出貨的影響我們還將持續觀察。

產業鏈初具雛形,稜鏡模組、鏡頭及組裝成最大增量

攝像頭產業鏈包括上游零部件、中游模組封裝與下游手機終端,上游零部件廠提供鏡 頭、CIS 和 VCM 等給中游模組廠,下游手機廠採購演算法並授權給中游模組廠,最終由中 遊模組廠將零部件組裝成攝像頭模組並交付給下游手機廠。對比華為 P20 PRO 的後置三 攝和華為 P30 PRO 的後置潛望四攝,除新增的 TOF 模組外,變化主要來自於 P20 PRO 的 3 倍光變長焦鏡頭升級成了 P30 PRO 的 5 倍光變潛望式長焦鏡頭,模組由普通攝像頭變成潛望式長焦攝像頭帶來了產業鏈的一系列變化。

潛望式長焦模組的產業鏈依然包括上游零部件、中游模組封裝與下游手機終端三部分, 但是各部分均有升級。(1)從上游零部件來看,潛望式結構的零部件主要包括稜鏡模組、 鏡頭、CIS 和 VCM,在零部件廠中新增了提供稜鏡模組的廠商,稜鏡模組需對稜鏡做進一 步工藝處理,且通過與其他元件配合實現光學防抖效果;潛望式結構對透光性要求的提升 使鏡頭廠需要重新設計鏡頭組合,手機厚度的限制造成鏡片也需要進一步加工,且長遠來 看,鏡頭將向更高規格的全塑和玻塑混合鏡頭升級;潛望式長焦鏡頭的 CIS 與其他鏡頭相 比沒有特殊的要求,且由於尺寸受手機厚度的限制,目前大多使用 1300 萬畫素左右的 CIS 規格。(2)下游組合而言,由於潛望式結構所需演算法的複雜度顯著提升,疊加手機廠希望 融入自身對場景的理解,以 HOVM 為代表的部分手機廠從採購第三方演算法轉向自研演算法, 料使得專業演算法提供商的市場空間短期承壓。(3)中游模組製作來看,含潛望式結構模組 的裝配公差對一致性要求更高,導致二線模組廠難以突破含潛望式結構模組的進入壁壘。 我們下文會逐一詳細分析。

稜鏡模組:單塊 1-3 美金增量,重點關注舜宇光學、中光學和水晶光電

稜鏡模組是潛望式結構新增部件,稜鏡製備與光學防抖提升工藝難度。稜鏡模組是潛望式結構相對其他攝像頭唯一新增的零部件,稜鏡模組由稜鏡、安裝座、二軸鉸鏈、驅動裝置和鏡筒組成,其工作原理為將入射光線由進光軸反射到成像光軸,以便光線通過鏡頭 在影象感測器上成像。稜鏡模組的工藝難度體現在(1)稜鏡製備需做硬化、遮光和切割 處理,較傳統工藝有差異。首先由於稜鏡由玻璃材質構成,質地較脆需做硬化處理,其次稜鏡側面需要設定遮光材料,防止稜鏡側面向潛望式結構外部反射光線使使用者從外部通過 進光口看到手機內部結構,從而提升使用者體驗,最後遠離進光口的稜角由於不影響進光效果,需做切割處理,因此潛望式結構所需稜鏡的製備工藝與傳統工藝有差異。 (2)光學防 抖需與其他元件配合,提升工藝複雜度。由於在高倍率遠距離拍攝的場景下會造成手抖影響的放大,為了實現光學防抖,稜鏡還需要其他元件配合,首先需通過粘膠將稜鏡固定在 安裝座上組成轉光元件,再配合二軸鉸鏈與驅動裝置將轉光元件繞 X 向轉動實現在 Y 向的 光學防抖效果,X 向的防抖效果亦然,光學防抖效果的增加也使得稜鏡模組的工藝複雜度 提升。上述工藝的改變使具備稜鏡產能的廠商需要重新改造產線方能生產稜鏡模組。

稜鏡模組單塊價值量在3美金以內,國內重點關注舜宇光學科技、中光學和水晶光電。 當前稜鏡模組單塊的 ASP 為 2-3 美元,我們估算其毛利率在 20-30%水平。目前已經量產 稜鏡模組的廠商分為中國大陸、中國臺灣、韓系三大陣營。中國大陸廠商方面,舜宇光學 科技具備稜鏡生產能力,其產品廣泛應用於 AR、數碼相機、投影機和 DVD,目前具備量 產潛望式結構所需稜鏡模組的能力,是華為 P30 PRO 稜鏡模組主供之一;中光學有逾六 十年的光學冷加工經驗,是全球專業的稜鏡製造團隊之一,月生產各種稜鏡、薄膜完工品 400 餘萬件,稜鏡系列產品中投影顯示系統部分全球市場佔有率第一,也 是華為 P30 PRO 稜鏡模組的主供,2018H1 稜鏡收入佔比 33.39%,毛利率 18.62%;水晶光電亦可量產潛 望式結構所需稜鏡模組,同時具備生產組合稜鏡、微型三稜鏡、全反射稜鏡和偏振分光稜 鏡的能力,是華為 P30 PRO 和 OPPO RENO 變焦版稜鏡模組的供應商,隨產量提升,產 品良率正處爬坡期。中國臺灣廠商方面,亞洲光學亦是華為 P30 PRO 稜鏡模組的供應商, 具備生產高精度單體稜鏡、間隙稜鏡、楔形稜鏡和微型稜鏡等多種稜鏡產品的能力;韓系 廠商方面,Optrontec 具備量產潛望式結構所需稜鏡模組的能力,其產品供應 OPPO RENO 變焦版和三星 S20 Ultra。潛在供應商來看,福光股份、歐菲光有望進入稜鏡模組 市場,2020 年 3 月福光股份表示將投入 0.32 億元用於稜鏡冷加工專案,目標產能 54KK/ 年,歐菲光也在稜鏡方面有所佈局。隨著稜鏡模組供應端的進一步擴大和生產良率的持續 提升,疊加更多廠商切入稜鏡模組製造產業,我們認為稜鏡模組廠商議價能力不高,ASP 可能在 3 年之內下降到 1 美金。

鏡頭:潛望式長焦鏡頭單機價值量 2 美金+,重點關注大立光、舜宇光學

透光性要求提升潛望式長焦鏡頭研發難度,受限於手機厚度需對鏡片進行加工。手機攝像頭中除潛望式長焦鏡頭以外的其他鏡頭並不受潛望式結構影響,但潛望式長焦鏡頭的研發難度高於同規格鏡頭,且需對鏡片進行進一步工藝處理。 (1)潛望式結構進光量存在 先天不足,需重新設計鏡頭組合提升透光率。一方面,潛望式結構光學變焦倍數的大幅提 升建立在更長焦距的基礎之上,因此潛望式結構鏡頭光圈普遍不大,均介於 F/3.0-F/3.5 之間,鏡頭管光圈的縮小造成了進光量的損失;另一方面,進入潛望式結構的光線需要經 過稜鏡模組的反射,亦造成了進光量的損失。雙因素導致潛望式結構在進光量與其他攝像 頭相比存在先天不足,若在弱光/夜晚環境下進行長焦拍攝,所得圖片品質表現更加不佳。 為保證成像品質,潛望式結構使用的長焦鏡頭必須具備更高的透光率,導致鏡頭設計難度 較大,需要鏡頭廠商重新進行研發投入並設計新的鏡頭組合。 (2)潛望式結構鏡片寬度受 手機厚度影響,需對鏡片進行進一步的工藝處理。雖然潛望式結構的橫置使得其焦長不再受到限制,但是其帶來了鏡片組寬度受限的問題。為控制潛望式結構鏡片組的寬度,一種解決方案是運用 D-Cut 工藝,在傳統鏡片上平行割兩刀,降低鏡片寬度,這種方案被用於 OPPO RENO變焦版和三星S20 Ultra;另一種方案是對鏡片組的第一塊鏡片做裸露處理, 使其在鏡筒高度方向上裸露於鏡筒。

更長遠來看,為達到高透光性,潛望式鏡頭可能朝更高規格全塑方案、或玻塑混合方 案升級,技術路徑尚存不確定性。華為 P30 PRO 和 OPPO RENO 變焦版搭載的潛望式結 構鏡頭均為 5P 規格。未來,隨手機對光學變焦要求的進一步增加,潛望式結構需要更長 的焦距,進光量的損失對鏡頭透光性的要求進一步加大。鏡頭規格的未來發展路徑尚存不確定性,全塑鏡頭研發難度加大:如果選用全塑鏡頭,由於潛望式結構的長度不受限制, 留給鏡頭的空間相對充足,為提升透光性,全塑鏡頭將朝 6P 及以上規格發展,但工藝難 度較高,且隨著鏡片數的增加良率將顯著下降;玻塑混合鏡頭成本偏高 or 良率偏低:如 果採用玻璃混合鏡頭,由於玻璃鏡片的透光率達到 99%以上,有利於增強鏡頭的透光性, 然而目前較成熟的模造玻璃工藝採用毫米級注塑工藝,應用在潛望式鏡頭上的價效比不高, 給成本帶來挑戰,WLG 工藝作為奈米級半導體工藝本屬於最佳選擇,但目前良率還有待 突破。因此未來潛望式結構鏡頭會選用更高難度的全塑鏡頭還是更高成本的玻塑混合鏡頭, 有待進一步觀察。

潛望式長焦鏡頭單機價值量 2 美金+,大立光為絕對龍頭,港股重點關注舜宇光學科 技。當前潛望式結構 5P 鏡頭 ASP 約為 2 美金。目前有能力量產潛望式結構鏡頭的廠商有 限,大立光是全球光學鏡頭行業絕對龍頭,具備量產潛望式 5P 長焦鏡頭的能力,是三星S20 Ultra 潛望式結構鏡頭的供應商,目前已經研發出潛望式結構 6P 鏡頭,正在設計 7P、 8P 規格的潛望式鏡頭,玻塑混合的潛望式結構鏡頭也在研發中;舜宇光學科技緊隨其後, 已經開始大規模量產潛望式結構鏡頭,是華為 P30 PRO 潛望式結構鏡頭的供應商,目前 已經完成 10 倍光學變焦手機鏡頭的研發。其他鏡頭廠商方面,玉晶光正在配合多家手機 品牌客戶開發全塑潛望式結構鏡頭和玻塑混合潛望式結構鏡頭;歐菲光和聯創光電也均有 潛望式相關專利,未來有望做出突破;若 AAC 在 WLG 工藝有所突破,有望憑藉玻塑混合 鏡頭切入潛望式結構產業鏈。由於潛望式結構的鏡片數不受手機厚度的限制,隨著潛望式 結構透光性要求的提高,我們認為鏡頭 ASP 將隨規格提升而攀升,潛望式結構或將採用 5P 及以上全塑鏡頭或 1G5P 玻塑混合鏡頭,6P 鏡頭 ASP 有望翻番達到 4 美金,1G5P 鏡 頭 ASP 有望達 2.5 美金+。

CIS:與其他鏡頭相比無特殊要求,重點關注韋爾股份

潛望式鏡頭 CIS 規格與其他鏡頭相比無特殊要求,因尺寸受限主要集中在 1300 萬像 素。潛望式鏡頭的 CIS 與其他鏡頭相比沒有特殊要求,無需新增其他工藝處理;且由於潛 望式結構在手機中被橫置,CIS 尺寸受手機厚度限制,暫不具備使用大尺寸 CIS 的空間, 而 CIS 的規格與尺寸大小成正相關關係,因此潛望式結構的 CIS 規格相對偏低,以中低端 為主。當前搭載潛望式結構機型的長焦攝像頭 CIS 畫素集中在 1300 萬(所有機型中佔比 60%),華為 P30 Pro 的潛望映象素不足千萬,只有三星 S20 Ultra 的規格達到 4800 萬像 素。

CIS 正加速中國產替代,國內重點關注韋爾股份,非上市公司關注格科微。潛望式結構 CIS的ASP因規格而異, 8MP/13MP/48MP的感測器ASP分別約1.5美金/2美金/6美金, 高階 CIS 如 48MP 的毛利率區間位於 30-35%,而中低端 CIS 的毛利率僅有 15-20%。手 機 CIS 市場集中度較高,2019 年手機 CIS 市場份額 CR2 達 67%,高階 CIS 市場長期被 索尼、三星佔據,當前潛望式結構 CIS 供應商多為索尼、三星,但自中美貿易爭端以來, 手機零部件的中國產替代程序進一步加速,目前被韋爾股份收購成為中資廠商的豪威科技已 經可量產 4 款 1300 萬畫素的 CIS 和 7 款 800 萬畫素的 CIS,在高階 CIS 方面,豪威亦已 推出 2 款 4800 萬畫素的 CIS,其中 OV48B 已於 19Q4 量產,目前豪威正憑藉新產品打入 市場;之前主攻中低端市場的格科微電子也已擁有 1 款 1300 萬畫素的 CIS 和 2 款 800 萬 畫素的 CIS,並持續突破高階產品。我們認為潛望式結構工藝的持續改善將使 CIS 尺寸突 破手機厚度的限制,使 CIS 規格提升,其毛利率和 ASP 將隨規格提升而出現雙升。

演算法:複雜度提升,部分手機廠商轉向自研演算法,重點關注虹軟科技

配合潛望式結構所需演算法的複雜度提升,重點在提升效能、資訊融合能力與場景適應 化能力。潛望式結構所需演算法複雜度提升主要體現在: (1)攝像頭數量的增加要求演算法處 理效能進行進一步提升。多攝方案需要處理攝像頭在輸入影象和視訊資料的時間上做到同步,避免不同攝像頭位置引起的視差問題以及來自多個攝像頭的多輸入影像導致的殘影等 諸多問題,且需確保合理的演算法執行時間,要求平衡效能與時間的關係。(2)“接力式” 變焦方案增加了演算法融合難度。由於“接力式”方案需要三顆定焦攝像頭的配合,光變範圍內的無損變焦和混合光變範圍內的變焦均依賴演算法裁減,同時相較於傳統雙攝結構中的 直立式長焦鏡頭,潛望式鏡頭光學倍率更高,增加了其與廣角鏡頭之間的資訊融合難度。 (3)演算法還需要增強手機在更多應用領域的場景化適應能力。為提升使用者整體體驗感, 演算法開發需要更多地融入對場景的理解,包括高倍光學變焦、背光/弱光場景的成像能力, 人臉識別精確度的優化等等。

部分手機廠商轉向自研演算法,料使專業演算法提供商短期承壓,國內重點關注虹軟科技。 考慮到客戶體驗感的增強,以 HOVM 為代表的手機廠商已經開始藉助自己的工程師團隊 研發潛望式結構多攝演算法,融入自身對場景的理解;以華為的月亮拍攝模式為例,其在 2019 年 2 月申請了一項名為《一種拍攝月亮的方法和電子裝置》的專利,融入對夜景和長焦拍 攝的理解,並用 AI 技術增強月亮的細節與解析度。此前,由於演算法對處理效能、資訊融合 等方面的技術積累要求很高,手機廠商一般將拍攝演算法的開發委託給專業演算法提供商,其 中虹軟科技在演算法領域深耕多年,擁有豐富的智慧手機計算攝影、模式識別及 3D 演算法產 品線,2018 年智慧多攝視覺解決方案營收為 1.22 億元,營收佔比 26.9%;公司憑藉與產 業鏈上下游主流公司的廣泛合作,得以在客戶提出技術需求後的最短時間內及時響應;目前已經擁有智慧光學超級變焦解決方案,可實現潛望式長焦攝像頭無極變焦功能。我們認為短期虹軟的手機業務會受到品牌手機廠商自研潛望式結構演算法的衝擊,長期來看預計潛 望式結構將下沉至中低端機型,虹軟仍將受益行業升級。

模組:一致性要求更高,重點關注舜宇光學科技、丘鈦科技、歐菲光

含潛望式結構模組的裝配公差對一致性要求更高,技術壁壘進一步增加。含潛望式結構模組封裝的難度主要體現在零部件複雜程度提升對保持模組一致性的影響上。由於接力 式變焦方案至少需要三攝模組,封裝過程中涉及 CIS、鏡頭、VCM、稜鏡模組等零部件的 多次組裝,在水平、垂直、縱向三個方向產生偏差值,其中潛望式結構新增的稜鏡模組又 進一步放大了垂直方向的偏差(以稜鏡模組的入射光軸為垂直方向,即 v 方向),如圖所 示 v 方向上稜鏡模組偏差率分佈的模擬結果明顯劣於 u 方向,上述因素造成的裝配公差可 能導致拍照畫面最清晰位置可能偏離畫面中心、四角的清晰度不均勻等後果。因此,潛望式結構模組的進入壁壘較高。考慮到技術難度的提升,手機廠會優先選擇與一線模組廠合 作,其具備更好的 AA 製程效能,能通過採取零部件組裝的全域性最優策略有效降低模組裝 配公差,有能力應對一致性方面的挑戰;對中低端模組廠而言,二線模組廠在普通三攝模 組封裝上的良率不足 50%,考慮到潛望式結構造成模組封裝難度的進一步提升,較低的良 率使其沒有能力參與競爭。

高階版搭載潛望式結構模組ASP有望達60-70美金,低端版料可控制在25美金以內, 國內重點關注舜宇光學科技、丘鈦科技、歐菲光。當前搭載普通潛望式結構模組 ASP 在 30-40 美金,毛利率水平在 10-20%左右;華為新發布的 P40 PRO+配備多反射潛望式長 焦鏡頭,採用其獨創的 10 倍變焦結構,等效焦距 240mm,是業界唯一實現 10 倍純光學 變焦的手機,高階模組 ASP 有望達 60-70 美金。中國大陸廠商方面,舜宇光學科技為全 球攝像頭模組一線陣營,具備量產 5 倍光學變焦潛望式模組的能力,是華為 P30 PRO 潛 望式模組的主供,並已完成 10 倍光學變焦潛望式模組的研發,正推向市場;立景光電亦 是華為 P30 潛望式模組的供應商,具備量產 5 倍光學變焦潛望式模組的能力;歐菲光已 在潛望式攝像頭等前沿技術方向進行佈局,截至 2019H1 已經投入 0.42 億用於超薄型潛望 式攝像頭模組的研發;丘鈦科技已佈局潛望式模組技術,今年有望量產。此外,韓系廠商 中三星電機具備量產潛望式模組的能力,是 OPPO RENO 變焦版和三星 S20 Ultra 的供應 商,並能將模組厚度控制在 5mm。我們認為搭載潛望式結構模組的 ASP 因規格而異,低 端版含潛望式結構模組一般搭載三攝,其中潛望式長焦模組使用 5P鏡頭及較低規格CIS, 因此成本料可控制在 25 美金以內,毛利率將突破單位數達到 10%以上,高階版含潛望式 結構模組 ASP 搭載四攝,考慮增加 TOF 模組可達五攝,其中潛望式長焦模組使用較高規 格的鏡頭且可通過增加更多稜鏡模組實現更高規格 CIS 的配置,其 ASP 有望達 60-70 美 金,模組毛利率有望階段性達 20%,未來隨技術成熟及良率上升,成本有望逐年降低。

更長遠看,雙潛望式、雙稜鏡、玻塑混合等升級持續

目前來看,潛望式 1.0 版尚處於滲透初期,滲透率目前約為 1-2%。若更長遠看,我 們認為潛望式結構在現有方案基礎上,仍有持續升級的潛在技術方向:

未來可能如何實現更高光變倍數的突破?可能性在於:雙潛望式結構,反射鏡。光學 變焦倍數的提升主要是受焦長的限制從而導致手機無法突破 6 倍以上的光變。在相機端, 2006 年柯達釋出的 V610 數碼相機注入柯達萊丁娜雙鏡頭技術,採用兩隻潛望式德國專業 施耐德鏡頭和雙 CCD 技術,實現 10 倍光學變焦,是有史以來搭載潛望式結構相機實現的 最高光學變焦倍率。具體而言,其機身內搭載有兩個施耐德鏡頭,均採用潛望鏡式設計, 第一隻鏡頭負責 38-114mm 的焦段,第二隻鏡頭負責 130-380mm 的焦段,組合之後相當 於等效 38mm 焦距的 38-380mm 潛望式光學系統,達到 10 倍光學變焦的效果。通過雙潛 望式結構組合兩種焦段進行變焦可以達到更高的光學變焦倍數。此外,還可以利用反射鏡延長單個潛望式長焦鏡頭的焦距,通過反射鏡延長光線在潛望式長焦鏡頭內的折射路徑, 提升單個潛望式長焦鏡頭的焦距。

未來可能如何繼續提升成像品質?可能性在於:雙稜鏡配置,玻塑混合鏡頭。

——通過配置雙稜鏡可為更高規格 CIS 留出空間。當前採用的潛望式方案雖然延長了 焦距,但由於都是使用單稜鏡反射光線,導致 CMOS 畫素感測器的長寬受到手機厚度的 限制。P30 PRO、RENO 變焦版、X30 PRO 和 S20 Ultra 的潛望式長焦鏡頭分別為 800 萬、1300 萬、1300 萬和 4800 萬畫素,四者機身厚度依次為 8.41mm、8.8mm、9.3mm 和 7.8mm(其中 S20 Ultra 攝像頭凸出機身比較明顯)。如果延續單稜鏡的潛望式結構, 手機輕薄化的趨勢與潛望式長焦鏡頭 CIS 規格提升的趨勢是互相沖突的。根據華為專利 《潛望式鏡頭和終端裝置》:“如右圖所示,由於光線經過反射稜鏡模組結合變焦鏡進行兩 次反射後射入感測器,使得該感測器的位置相應改變,不需要垂直,因此潛望式鏡頭的厚 度 T1 不受感測器的寬度 T2 的限制。因此,一方面,當為了提高成像品質而增加潛望式鏡 頭中感測器的寬度 T2 時,可以保證該潛望式鏡頭的厚度 T1 不變;另一方面,當該感測器 的寬度 T2 不變時,可以減小該潛望式鏡頭的厚度 T1。 ” 配置雙稜鏡可能成為未來的趨勢, 因為雙稜鏡設定可以降低 CIS 的寬度對潛望式鏡頭厚度的限制,在為了提高成像品質而使 用更大尺寸 CIS 時,可以保證手機的輕薄,同時提升了潛望式鏡頭的成像品質。

——通過玻塑混合鏡頭可以提升透光性。當前玻塑混合的工藝主要有三種: (1)模造 工藝,比較成熟,但產品效率不高,產能貢獻有限,供應規模化程序慢; (2)球面玻璃工 藝,類似於傳統玻璃,主要用在數碼相機鏡片上,工藝更加成熟,產品的效能、品質等穩定; (3)晶圓級工藝,可分為 WLO 晶圓級和 WLG 晶圓級。鏡頭未來發展趨勢是延續全 塑還是走向玻塑混合,光學廠商尚未探索出一條一致的技術路徑,其中亞光和 AAC 旗幟 鮮明地支援玻塑混合(亞光主打模造工藝,AAC 發展 WLG 工藝),認為玻璃鏡片在散熱、 透光性、厚度、色散、解像力等諸多效能上優於塑料鏡片;大立光、舜宇則處於觀望狀態。雖然光學廠商對未來鏡頭的發展路徑尚未統一,但均在潛望式鏡頭的玻塑混合趨勢上達成 共識,認為玻璃鏡片 99%以上的透光率方可滿足潛望式鏡頭光學變焦方案的需求。

投資建議

潛望式結構解決了手機輕薄化趨勢下的光學變倍效能升級問題,目前由安卓端廠商引領,已在高階旗艦機中逐漸滲透。未來,我們認為潛望式機型有望從高階下沉至中低端, Sigmaintell 樂觀看今年可期突破 1 億部,2023 年更有望進一步滲透至 4 億部;若疫情影 響持續,則滲透速度可能放緩。在潛望式趨勢下,產業鏈上包括稜鏡、鏡頭、模組等均有望升級,我們看好相關產業鏈佈局,重點推薦佈局稜鏡、鏡頭、模組等的舜宇光學科技, 建議關注佈局玻塑混合鏡頭的瑞聲科技以及佈局鏡頭及模組的歐菲光、丘鈦科技。

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