行业深度报告：光学为终端竞争焦点，华为回归有望促进行业发展

光学为手机终端竞争焦点，华为回归有望促进行业发展 自手机普及以来，光学摄影能力一直为各终端厂商创新升级的要点，并由此发展出围绕手机光学的产业链，包括镜片、马达、镜头、CIS芯片、组装代工等生产环节。从2020年成本占比来看，光学镜头模组成本占手机总体BOM成本15%左右，其中CIS芯片成本占光学镜头模组成本50%左右，行业体量大。从产业链看来，光学产业链国产化程度较高，其中光学镜片、光学镜头、组装代工等环节大多在中国大陆和中国台湾进行；CIS芯片早期以索尼、三星等海外厂商为主，近年来国内厂商发展势头良好。国内高端手机市场主要由华为引领，此次华为在手机领域的回归有望带动整体产业链向前发展。 镜头端：玻塑混合镜头和潜望式镜头带动行业微创新 镜头材质方面，目前手机镜头大多为塑胶材质，具有轻便、低成本和量产效率高等特点，与手机适配性高。玻璃镜头透光性和抗形变能力更好，但工艺难度和生产成本更高，通常适用于车载、高端监控、军事等领域。随着手机大创新周期结束以及各厂商对成像效果的进一步追求，玻塑混合镜头渗透率有望进一步提升，带动玻璃镜头行业发展。潜望式镜头方面，早期安卓厂商已经在部分产品上搭载潜望式镜头，苹果于iPhone15ProMax上首次搭载四反射式潜望式镜头，进一步认证其行业趋势。 CIS端：像素结构持续变化，国内厂商首次进入安卓旗舰主摄 目前手机平均搭载摄像头数量变化已趋于平稳，后置三摄成为最主流的方案。 CIS像素方面仍有迭代空间，如Techinsights预测全球48MP-100MP像素的CIS出货量有望从2020年10%左右提升至2023年20%左右，其中主要是48MP和50MP的大量出货。竞争方面，豪威的50MP产品首次进入安卓高端旗舰手机主摄中，体现国产CIS厂商技术进展和对市场需求的精准把握。未来国内CIS厂商有望进一步在32MP以上的高像素产品中持续提升竞争能力，叠加华为等安卓手机的国产替代，国内CIS厂商有望迎来新机会。 受益标的 光学元组件：蓝特光学、水晶光电、昀冢科技、联创电子、欧菲光、舜宇光学科技、玉晶光、大立光等； 模组加工：丘钛科技、舜宇光学科技、欧菲光等； CIS芯片：韦尔股份、格科微、思特威等。 风险提示：市场销量不及预期的风险；技术研发不及预期的风险；客户导入不及预期的风险；原材料成本上升的风险。 1、光学镜头模组：占手机BOM成本15%左右 手机的光学镜头模组通常由镜头组、CMOS图像传感器、闪光灯模组、PFC柔性电路板以及相应的支架、后盖等支撑包装件组成。模组中的光学镜头通常由多块玻璃镜片或塑胶镜片组合而成，镜头设计即对镜片数量、材质、厚度、空气间隔等变量进行设计，以达到理想的成像效果。 图1：手机摄像头模组由镜头组和图像传感器等组成 图2：手机镜头通常由多块镜片组合而成 CIS占据镜头模组成本的52%。从成本结构来看，镜头模组的重要组成部分主要为光学镜头、音圈马达、红外滤光片、CMOS图像传感器等。据华经产业研究院2020年数据，CIS占摄像头成本的52%，光学镜头占比20%，模组封装占比19%。 图3：2020年CIS占据镜头模组成本的52% 相机模组占手机BOM成本通常在15%以内：以iPhone14ProMax为例，其BOM成本中屏幕占比20%，处理芯片占比20%，相机占比11%，其中相机模组成本占比相对于iPhone13ProMax提升1个百分点，主要是因为iPhone14ProMax上搭载了新款48MP的主摄。三星GalaxyS23Ultra中相机模组占比14%，其镜头方案为三星提供的200MP广角和12MP前摄，索尼提供12MP超广角、10MP长焦和潜望式长焦。 图4：iPhone14ProMax相机模组占成本11% 图5：三星GalaxyS23Ultra相机模组占成本14% 2、光学镜头产业链：厂商集中在中国大陆和中国台湾等地 光学镜头和模组属于光学产业链的中游。光学产业链上游主要为生产光学元件和组件所需要的光学玻璃、镀膜材料等原材料，中游为透镜、棱镜、滤光片等元件以及镜头、模组等组件，下游主要为手机、车载等摄像头模组终端厂商。 图6：产业链主要尤上游材料、中游元组件和下游终端组成 竞争格局：手机镜头方面，月产能在100kk及以上的为舜宇光学科技（180kk），大立光（150kk）和玉晶光（100kk），产品结构丰富，主要出货5P-8P中高端手机镜头，生产基地集中在台湾、江浙等地，客户群体覆盖苹果、华为、OPPO、小米等头部终端厂商。2P-4P左右的低端镜头产品主要生产基地在大陆，客户群体以小米、传音和联想为主。手机摄像头模组方面，舜宇光学、欧菲光和丘钛科技分别拥有75kk、70kk和65kk的月产能，下游主要为小米、OPPO、vivo、华为等手机厂商，且公司均在积极扩展车载、XR、无人机和IoT等领域。 表1：2023全球手机镜头企业综合竞争力TOP10 表2：手机摄像头模组企业综合竞争力TOP10 3、光学镜头看点1：镜头向玻塑混合和潜望式镜头升级 3.1、玻塑混合镜头：成像性能优，成本显著高于塑胶镜头 玻塑混合镜头可以兼具塑胶镜头和玻璃镜头优点。目前手机摄像头大多使用塑胶镜片，塑胶镜片工艺难度和成本较低，重量轻，适合智能手机这类注重便携性的下游应用。玻璃镜片透光性和抗高温性更好，但工艺难度和生产成本更高，常用于高端监控摄像头、车载和军事等领域。玻塑镜头透光性优于塑胶镜头，成本和难度低于玻璃镜头，较好地结合了两者的优点，逐渐开始使用在监控和智能手机中。 表3：玻塑镜头兼具塑胶和玻璃镜头优点 与三片式塑胶镜头（3P）相比，2G1P采用两片玻璃镜片代替塑胶镜片，分辨率从200万提升到310万像素，视场角从60°扩大到66°，MTF值在极限频率下从0.12增加到0.15（MTF值是对镜头锐度、反差和分辨率进行综合评价的数值，MTF值越大说明镜头性能越好），说明2G1P镜头的成像质量更佳。 表4：2G1P镜头比3P镜头性能更优 玻塑混合镜头具有以下优势：（1）更大光圈及进光量：玻塑混合镜头相比同等规格塑胶镜头能够实现更大光圈以及更多的进光量，可增强对噪点的抑制能力，提升高频解析力，从而更好地适应消费者对于成像清晰度和暗光性能需求。（2）更好的热稳定性：玻璃材质热稳定性好，可基本消除温度引起的像场弯曲。（3）更高的解析力和更好的色差控制：利用超低色散玻璃可有效抑制色差和几何相差，提高解析力和整体成像质量。 图7：2G6P玻塑混合镜头方案 图8：8P塑料镜头方案 制造玻璃镜片方法主要有GMO模造玻璃工艺、WLG晶圆级玻璃工艺和WLO晶圆级光学工艺。目前行业中普遍采用GMO模造玻璃工艺生产玻璃镜片，该工艺较容易实现，但GMO中普遍为单模仁模具，模穴数量少会导致制造效率偏低，较难以经济高效的方式大规模量产。WLG将玻璃晶圆通过软化、高精度模具对位、加热成型、切割等方式加工成型，在大批量量产可行性、生产效率、镜片精度和性能方面具有优势。WLG工艺主要由辰瑞光学引领，辰瑞光学于2010年收购拥有精密光学玻璃模具加工技术的丹麦出厂公司Kaleido，并以此为基础布局WLG技术的研究开发。WLO采用半导体光刻、固化、切割的方式制作玻璃镜头，具有尺寸小、一致性好等特点，但由于半导体工艺和流程更为复杂，技术成熟度相对较低。 表5：模造工艺和WLG工艺已有量产产品 量价方面：目前玻塑混合镜头体量小，单价高。现阶段玻塑混合镜头的供应商主要为大立光、舜宇和瑞声科技子公司辰瑞光学。以辰瑞光学为例，公司2021年塑胶镜头销量为5.38亿件，玻塑混合镜头销量201.2万件，销量仅为塑胶镜头的0.4%，体量差异较大。从销售单价来看，2019-2021年玻塑混合镜头的平均单价为21.7元/件，远高于塑胶镜头3.2元/件，其中玻塑混合镜头2020年单价最高达到33.3元/件。 图9：辰瑞光学塑胶镜头销量远大于玻塑混合镜头 图10：辰瑞光学玻塑混合镜头单价远高于塑胶混合镜头 从搭载机型来看，存在以下特点：（1）主要为国内安卓系厂商搭载，以小米、OPPO、Vivo为代表，海外厂商三星、苹果等搭载较少；（2）搭载机型均为该品牌中高端旗舰机型，终端售价也处于中高端价位；（3）玻塑混合镜头通常采用1G6P方案，搭载于后置主摄位置。总体来看，受限于高成本等因素，目前采用玻塑混合镜头的手机型号较少。未来随着成本下降，以及各厂商对成像效果的进一步追求，玻塑混合镜头渗透率有望逐渐提升。 图11：玻塑混合镜头多为安卓厂商搭载 3.2、潜望式镜头：增强手机长焦能力，苹果于iPhone15中首次搭载 潜望式长焦镜头，手机光学创新带动增长。潜望式镜头是提高手机摄像头变焦倍数的关键，它将原本竖排放置的摄像头在手机内横向排放，并以特殊的光线转向微棱镜，让光线折射进入镜头组，从而为镜头组提供更长的空间选择。潜望式镜头利用了手机内部的横向空间，在保持手机尽量轻薄的同时大幅度提高手机远摄能力。 与普通光学变焦相比，潜望式镜头变焦倍数更大，看得更远，成像效果更优。 目前苹果、华为、小米等均有搭载潜望式镜头的产品发售，最长等效焦距为240mm。早期的潜望式长焦镜头主要由安卓市场引导，华为P30Pro、OPPOReno10等机型打开手机远摄的市场。从焦距来看，华为P40Pro+和三星S22U/S23U的物理焦距分别为28.75mm和27.2mm，等效焦距分别为240mm和230mm，为统计样本中等效焦距最长的两款产品。苹果于iPhone15ProMax中首次搭载潜望式镜头，该镜头采用四次反射结构，等效焦距为120mm。苹果的加入有望带动潜望式镜头渗透率的持续上升。 表6：目前几乎所有手机厂商均有搭载潜望式镜头的产品出售 苹果的潜望式方案相比安卓方案更为复杂但整体性能更好。传统潜望式棱镜通常采用一块45°角的棱镜方案，光线在棱镜内部只经过一次全反射就射出。苹果的潜望式棱镜方案中，光线在棱镜内会发生四次全反射，同样的体积下光程更长，便于得到更长的焦距。 图12：苹果潜望式棱镜形态与安卓方案不同 4、光学镜头看点2：CIS向小Pixel大光学尺寸升级 4.1、CIS：光电转换第一步，决定成像效果的关键部件 CMOS图像传感器（CIS）将光信号转换为数字信号：光线穿过镜头投射到图像传感器，图像传感器上的像素阵列通过光电效应将光子转换为电子，随后积累的电荷传输到检测节点被转换为电压，再由模数转换器将其转换为数字信号。经过CIS处理后得到的数字信号通过图像处理器（ISP）进行进一步处理，最终形成屏幕上的图像。CIS完成第一步光信号的转换，充当手机、相机等设备的“眼睛”角色。 图13：CIS将光信号转换为数字信号 CIS结构：前照式→背照式：CIS由微透镜、颜色过滤器、金属布线和光电二极管组成。传统前照式结构中，光学由微透镜汇聚并穿过彩色过滤器和金属布线达到光电二极管完成光电转换。前照式结构中光信号在传输过程或达到光电二极管之前就被反射丢失，对传感器的光学透过率影响较大。为了提升传感器性能，索尼公司研发背照式结构，在硅晶圆一侧制作所有电路并将晶圆翻转倒置，从硅晶圆的背面进行光的照射，可以消除FSI中金属布线的影响，增加单位像素进光量。背照式结构还可以抑制光线入射角度变化导致的感光度下降问题，在昏暗场景中也能拍到高画质影像。 图14：CIS由微透镜、颜色过滤器、金属布线和光电二极管组成 图15：背照式CIS中光线从背面直接照射光电二极管 图16：背照式CIS拥有高感光度的特点 堆栈式结构：两层堆栈→三层堆栈：2012年，索尼在背照式的基础上推出堆栈式结构，堆栈式CIS把原本与像素处于同一平面的逻辑电路与像素层分开，形成像素层和逻辑芯片两层，可进一步实现图像传感器和像素的小型化。堆栈式结构中像素部分和电路部分独立设计，像素部分可以针对高画质进行优化，电路部分可针对高性能进行优化，在保证影像画质的前提下可大幅提升成像速度，契合智能手机需求。2017年