2024年潜望式镜头行业专题分析:引领智能手机光学创新,产业链相关标的有望受益

  • 来源:华创证券
  • 发布时间:2024/04/26
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一、手机光学创新持续推进,潜望式镜头性能优异渗透率持续提升

(一)苹果/华为新机均采用潜望式镜头,已成为当前主要创新方向之一

苹果于 2023 年 9 月发布其 iPhone 15 系列,其中 iPhone 15 Pro Max 上搭载了一颗潜望式 长焦镜头,通过四种棱镜反射实现 5X 的光学变焦,光学变焦范围创 iPhone 纪录,这是 苹果首次在其 iPhone 上搭载潜望式镜头方案。为了辅助四重反射棱镜设计,iPhone 15 Pro Max 开创性地加入了 3D 传感器位移式光学图像防抖和自动对焦模块,能在全部三个方 向上进行位移来实现防抖。精细微调的频率可达以往两倍,每秒最高达 10000 次精细微 调。

2024 年 4 月 18 日,华为终端公众号宣布,旗下 Pure70 系列正式加入“先锋计划”。其主 打影像能力,全系标配 5000 万像素超聚光摄像头、潜望式长焦及卫星通信技术。其中 Pure70 搭载潜望式长焦摄像头,Pure70 Pro、Pure70 Pro+和 Pure70 Ultra 在潜望式镜头的 基础上升级为超聚光微距长焦摄像头,进一步提升影像能力。通过搭载 5 倍光学变焦潜 望式长焦摄像头,Pure70 系列最少可达 100 倍变焦范围,近赏远景。

(二)多摄已成行业主流,潜望式镜头提升多摄模组性能渗透率持续提升

光学已成智能手机主要创新方向之一,多摄已成为智能手机主流方案。智能手机作为一 个已经十分成熟的消费电子终端,当前以微创新为主,产品创新逐步聚焦于消费者感知 比较明确的光学、屏幕、充电等方面,其中光学的主要创新则围绕着多摄这一主线。根 据 Frost&Sullivan 统计,全球智能手机后置双摄及多摄(三摄及以上)的渗透率呈现持续 上升趋势,预计至 2024 年,后置双摄及多摄智能手机渗透率合计将达到 98.0%;与此同 时,平均单部智能手机所搭载的摄像头数量也在逐年上升,预计至 2024 年将达到 4.9 颗, 19-24 年 CAGR 可达 7.3%。

多摄搭配多个不同类型摄像头,实现拍摄功能的叠加和互补。智能手机的多摄方案通过 多个不同配置的摄像头,在算法的加持下实现功能的叠加和互补,通常采取高、中、低 性能摄像头组合配置的方式。通常,主流多摄智能手机往往采取前置 1-3 个摄像头、后置 2-5 个摄像头的配置。

数码变焦损失清晰度降低拍照质量,光学变焦清晰度优势显著。变焦即改变镜头的焦距, 从而放大或缩小拍摄的物体,变焦主要分为两种:数码变焦(Digital Zoom)和光学变焦 (Optical Zoom)。其中光学变焦为通过移动摄像头中的镜片来实现焦距的改变,从而实 现拍摄物体的放大和缩小,这一过程中图像可以保持原有的分辨率,可实现相对更高的 清晰度,但由于需要增加镜片移动相关的器件,整体成本也相对较高;而数码变焦则由 于镜头本身不发生焦距的改变,而是通过对画面的放大裁切来实现拍摄物体的放大和缩 小,会导致放大过程中的清晰度损失,照片的质量亦会受到影响,但由于不需要添加额 外的部件,因此成本相对较低。

混合变焦通过接力方式实现光学变焦和数码变焦的结合,为当前智能手机主流变焦方案。 对于传统的智能手机来说,由于其本身体积和厚度的限制,摄像头搭载变焦相关器件的 难度和成本较高,因此当前智能手机的镜头绝大多数为定焦镜头。而在这样的情况下, 手机拍照的变焦则需要依赖多个镜头的焦距的接力,在刚好符合某颗镜头的焦距的情况 下实现光学变焦,而在各个镜头的焦距区间内通过数码变焦+其他镜头算法插值来实现较 一般数码变焦更为清晰的变焦效果,这一变焦方式被称为混合变焦。

潜望式镜头能提供更长焦距,显著提升多摄模组变焦范围。潜望式镜头即模仿潜艇的潜 望镜,通过在镜头内部实现光线的折叠,延长光的传输距离,从而增加镜头焦距的一种 镜头。根据数码变焦的原理可知,手机数码变焦的焦距上限由多摄模组中的长焦镜头的 焦距决定,在这一范围外均为数码变焦,会对拍照的效果及清晰度造成损失。对于摄像 头而言,焦距往往和其厚度成正比,但受限于手机本身的厚度,多摄模组中的长焦镜头 焦距受限。在这样的背景下,潜望式镜头这一可以在不显著增加手机厚度的情况下大大 延长镜头焦距的设计,对提升多摄模组焦距范围具有重要的作用。

潜望式镜头已基本成为安卓/苹果高端手机标配,渗透率持续提升。2019 年 3 月,华为在 法国巴黎发布了华为 P30 系列,其中 P30 Pro 首次搭载了一颗 800 万像素的 5X 潜望式长 焦镜头,拉开了潜望式镜头在手机上应用的序幕。2023 年 9 月,苹果 iPhone 15 Pro Max 上亦搭载了一颗潜望式长焦镜头,通过四次反射实现 5X 的光学变焦。通过统计从 2023 年 2 月至今各个品牌主要发布的机型来看,潜望式长焦镜头当前已经基本成为安卓和苹 果阵营高端手机的标配,其通过优异的远景拍摄能力,大大提升了手机拍照的适用范围。

(三)潜望式镜头多方案并存,性能、成本和体积的权衡为各品牌核心考虑因素

潜望式镜头核心思路为提升镜头焦距,当前多种方案并存各有优劣。对于潜望式镜头而 言,其核心思路即为延长光在镜头内部的运动距离,从而提升镜头的焦距。比较传统的 即为单棱镜与双棱镜潜望式方案。

单棱镜潜望式方案成本最低,但受限于手机厚度性能受限。单棱镜潜望式方案即为 内部仅有一颗棱镜进行光线反射的方案。这一方案下摄像头模组在手机内部进行水 平放置,虽可延长摄像头焦距,但其镜片尺寸和 CIS 尺寸都会受到手机厚度的限制, 无法搭载大尺寸的 CIS,从而导致摄像头像素数和成像效果受限。由于其本身仅搭 载一颗棱镜且结构较为简单,成本相对于其他方案会更低。

双棱镜潜望式方案成本提升,但可大大提升成像效果,或成为未来主流方向。双棱 镜潜望式方案即在 CIS 前再增加一颗棱镜,从而使 CIS 可以水平放置,尺寸不再受 限于手机厚度,可大大提升 CIS 规格,进而提升成像效果。

华为创新 5 次反射潜望式镜头方案,但受限于精度要求过高较难得到大规模普及。华为 于 2020 年 3 月发布其 P40 系列手机,其中 P40 Pro+搭载了创新的 5 次反射潜望式镜头, 通过 5 倍光路折射,光程相比上一代 P30 Pro 增加 178%,可实现 10 倍光学变焦(240mm 等效焦距),性能出众。但 5 次反射所造成的光路畸变会对成像效果造成较大影响,因此 其对内部的反射镜组的精度提出了更高的要求,整体成本也会显著上升。

苹果通过单棱镜实现四次反射,延长焦距的同时尽可能缩小潜望式模组体积。苹果在 iPhone 15 Pro Max 上首次搭载了一颗潜望式镜头,与传统的潜望式方案不同,苹果采用 了一种四重反射棱镜,通过镜头后方的折叠玻璃结构,对光线进行四次反射。让光线在 空间不变的情况下经过的光路更长,从而在保证体积足够小的情况下实现了 120mm 焦 距,可实现 5 倍光学变焦和 25 倍数码变焦。另外苹果为了辅助四重反射棱镜设计,加入 了 3D 传感器位移式光学图像防抖和自动对焦模块,能在全部三个方向上进行位移来实 现防抖。这套防抖系统最高可以实现 10000 次/秒的精细微调。根据 ZEALER 的测评,苹果的这颗潜望式镜头在色散、炫光等方面均具备良好的表现,但受限于模组体积,在进 光量、最近对焦距离方面存在短板。

综上所述,目前潜望式镜头中单棱镜方案和双棱镜方案仍为大部分旗舰手机的主要方案, 其中双棱镜方案在光学方面具备较大优势,后续可能会成为较多旗舰机的主要选择。华 为的五反射方案在焦距方面具备较大优势,但其体积较大且成本较高。苹果的四折射方 案通过极简的结构设计在体积方面具备较大优势,但在进光量、对焦距离方面存在短板。 总体而言当前潜望式各项方案各具优势,终端品牌对不同方案的选择除了需考虑成本外, 还需要在成像效果、体积等方面进行权衡。

二、潜望式镜头出货量持续提升,产业链公司或有望受益

(一)潜望式镜头已成为智能手机主要创新之一,出货量持续提升

全球智能手机出货量或见底,行业有望进入缓慢修复阶段。受到智能手机创新停滞和疫 情的影响,自 2021 年以来全球智能手机出货量面临压力。根据 IDC 数据,全球智能手机 出货量连续多个季度同比下滑,2023 年三季度恢复同比增长,出货量迎来拐点。2023 年 全球智能手机出货量为 11.6 亿台,同比下降 3.2%,到达行业阶段性底部;预计 2024 年 全球智能手机出货量有望同比实现增长。

潜望式镜头已成为当前智能手机主要创新方向之一,出货量持续增长。潜望式镜头作为 当前光学方面的主要创新点,已经成为当前智能手机创新的主要方向之一,其出货量亦 伴随着行业发展持续增长。根据华经产业研究院数据,2020 年全球潜望式镜头出货量为 3500 万颗,同比增长 169%;预计至 2025 年出货量将增长至 1.28 亿颗,20 年至 25 年 CAGR 可达 30%。

(二)潜望式镜头产业链分工明确,棱镜、VCM、镜头和模组环节存在增量

潜望式镜头行业产业链分工明确,与传统镜头行业存在较多重叠。从产业链的角度来看, 潜望式镜头上游主要包括棱镜、镜头、CIS、VCM 在内的各种零组件,其中除棱镜是潜 望式镜头独有外,其他均与传统摄像头重合;中游则主要包括模组封装和设备环节;下 游则主要为苹果、华为等品牌商,产业链分工明确。

潜望式镜头结构较一般镜头复杂,带动棱镜、VCM、镜头和模组环节价值量提升。相对 于一般的镜头来说,潜望式镜头由于存在光线的反射,整体光路设计更为复杂,整个镜 头的结构也更为复杂,这为产业链部分环节带来了价值量提升。

棱镜:棱镜为潜望式镜头独有部件,可以使得光线在镜头内实现反射,从而达到延 长光路的目的。棱镜本身材质为玻璃,通过光学冷加工生产,并且在之后还需经过 镀膜等表面处理,以达到满足光学相关性能的诉求。

VCM 马达:VCM 马达即音圈马达(Voice Coil Motor),在镜头中主要实现对焦和光 学防抖的功能。潜望式镜头由于本身焦距较长,同行的抖动对画面的影响会比一般 的镜头更大,因此对光学防抖的性能提出了更高的要求,需要更高性能的 VCM,从 而带动 VCM 价值量提升。

镜头:当前智能手机传统的镜头内部主要通过塑料镜片进行光路设计,主流镜头以 6P-7P 为主,而塑料由于本身透光率较低,为提升 CIS 的进光量从而提升成像效果, 需靠增加玻璃镜片来实现更复杂的光路设计。而潜望式镜头由于本身光路更长,对 进光量的损耗更大,对玻璃镜片的使用提出了更高的需求,往往需要依赖玻塑混合 镜头,由于玻璃镜片成本较塑料镜片大大提升,从而为镜头厂商带来增量。

模组:潜望式镜头由于本身存在内部的光线折射,整体摄像头设计复杂度提升,对 装配公差的要求也相应提升,整体价值量也随之增加。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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