光学镜头面临的挑战

光学镜头面临的挑战 一、 光学镜头面临的挑战 1、光学镜头行业技术更新升级较快，对企业研发投入要求较高 近年来，光学镜头行业技术升级更新快速，对企业研发投入要求较高。光学镜头设计与制造技术需要企业长期的专业知识积累及研发投入，由于我国光学行业发展较晚，国内企业在高端光学镜头的核心技术方面与国外尚有一定差距。而随着国外先进技术外溢效应减弱，以及下游领域对镜头产品技术标准要求的快速提高，国内企业正面临新产品新技术快速升级、开发周期短、标准要求更高等方面的挑战。 2、光学镜头专业技术人才缺乏 光学镜头是技术密集型产业，在研发过程中，需掌握并运用光学、机械、电子等多领域专业知识，制造过程的加工精度要求、生产效率等对工艺技术的掌握也具有较高要求，产业的发展需依靠技术持续创新来支撑。同时，光学镜头需要根据下游不同应用领域需求进行开发、生产，才可发挥其作用。因此，光学镜头开发、生产过程中，相关专业技术人才不仅需具备多领域行业知识，还要理解下游应用领域的理论知识和技术，对专业技术人才的要求较高。目前中国的光学镜头企业从业人员中，技术人员的配套系统还未完善，存在人才供需问题。随着中国积极倡导中国制造业向智慧化、数字化发展，这一趋势使得各行业对专业技术人员的需求不断攀升，导致人才供需失衡的矛盾正日益凸显，若相应技术人才不足，将导致行业技术无法创新，行业的研发水平难以提高。 二、 各类材质镜片搭配使用提高光学镜头性能 随着人们对成像理论的理解越来越深刻，产品开发应用经验越来越丰富，在光学镜头设计中，对镜片材质、特性的选择及搭配愈发多样化。例如使用玻璃镜片与塑料镜片的组合来实现成像质量、光学镜头整体体积、重量及规模量产能力之间的平衡，推动了镜头的规模应用；使用具备不同色散特性的镜片材料组合来消除成像色差，实现可见光、红外光、紫外光等不同波长光线的成像，进一步拓宽镜头应用领域；使用具备不同线膨胀系数的镜片搭配组合，抵消温度带来的影响，大幅提升镜头的可靠性、拓展使用场景。 三、 光学镜头变焦光学系统设计技术创新发展 二十世纪初，美国光学专家Allen•Mann首次采用物像交换原理成功设计出了世界上第一款真正意义上的变焦距镜头（美国专利U．S．P．696788）。但初期由于计算机技术的落后和光学冷加工、镀膜技术的不完善，使得变焦光学系统设计技术的实际应用受到较大限制，仍处于研究阶段。1932年德国光学专家赫尔穆特专门为西门子设计了一款焦距25-80mm，变焦倍率3．2倍的变焦镜头。该镜头中由变焦群组和聚焦群组（群组指由光学镜片组成的光学元组件）分别独立运动，不仅实现了焦距的变化，同时保证了成像面在焦距变化过程中的稳定，是双组元变焦光学系统设计技术的突破及应用。随着光学设计技术、光学冷加工技术、精密机械加工技术的发展，变焦镜头的设计与生产进入快速发展时期，变焦镜头成像质量不断提升，成为下游市场的应用热点。发展至今，变焦光学系统设计技术仍然具备极大的创新空间及应用场景。随着各类场景需求的不同，在解决了成像质量的前提下，人们开始追求以扩大变焦倍率、增大光圈、减小镜头体积等为主要研究目标，并由此突破了多组元联动式变焦光学系统设计技术，不断提升变焦镜头的性能，拓宽变焦镜头应用领域。 四、 光学镜头发展历程 我国大陆光学镜头产业起步较晚，2000年之后才有部分光学企业涉足民用光学镜头市场。2008年之前，国内光学镜头市场基本上被被日本、德国品牌所垄断，安防监控市场、手机市场、医疗影像市场的光学图像设备上基本没有中国大陆自主生产的镜头，中国台湾企业生产的镜头产品也仅出现在少数较为低端的设备上。2008年之后，随着镜头制造工业日益成熟，光学产品成本逐步降低，日本的光学技术逐渐扩散到邻近国家和地区，包括中国台湾、韩国以及中国大陆在光学镜头生产上的规模日益扩大，涌现出像中国台湾大立光、亚洲光学等具有世界先进水平的企业。 五、 光学镜头全球现状 随着光学镜头下游应用场景愈发广泛、主要制造生产国出台扶持政策及相关制造技术的进步与创新，全球光学镜头需求量逐年递增，行业市场规模稳定增长。据资料显示，2021年全球光学镜头行业市场规模为70亿美元，同比增长12．9%。随着行业下游需求量的不断增长，近年来全球光学镜头出货量持续增长。据资料显示，2021年全球光学镜头出货量为77亿只，同比增长11．6%。 六、 光学镜头产业链 光学镜头属于光电产业链的重要部分。其中上游产业链由光学玻璃、光学塑料等光学原材料供应商和镜片、滤光片等光学元件供应商组成。光学镜头及镜头模组是光学成像系统中的核心组成部分，其通过光学折射原理将需拍摄的景物聚焦到图像传感器芯片上，实现光学成像。 作为产业链中游，光学镜头是光电技术结合最紧密的部分，是制造各种光电产品、光学仪器的核心，需要根据下游不同应用领域的差异化需求进行研发、设计和生产，具备较高的技术门槛。下游为光电技术与视频监控、人工智能、智能制造、物联网、工业检测、智能车载、激光显示等领域结合而成的各类产品，应用领域广泛。 随着光电子技术以及移动互联网、物联网、人工智能等技术快速发展，作为重要信息输入端口的光学镜头，应用范围从传统的相机、光学显微镜、望远镜等领域向视频监控、智能手机等领域充分渗透，并不断拓展到机器视觉、自动驾驶、人工智能、生物识别、物联网等热门应用领域。光学镜头设计及精密制造技术、光学材料开发及光学元件加工技术的不断进步使光学镜头在功能和性能方面得到快速发展，成为智慧城市、智慧交通、智能制造、航空航天、空间探测、遥感观测、半导体制造、生物医疗等关键领域发展的重要支撑。 七、 光学镜头竞争格局 目前，光学镜头行业市场集中度较高，行业龙头优势明显。从全球手机镜头方面来看，2020年全球手机镜头行业集中度显著提高，呈现双寡头格局，2015年全球手机镜头CR5为65%，而到2020年则上升至78%，并且相比较于2015年大立光一家独大，2020年的手机镜头行业龙头易主，舜宇光学由2015年的9%迅速上升至2020年的30%，而大立光则由35%下降至29%，2020年CR2高达59%，这意味着行业集中度上升，进入垄断竞争格局，行业进入门槛提高。 随着互联网、物联网等技术与制造业加速融合，光学镜头的终端应用产品向数字化、智能化发展，下游应用领域也持续拓宽，从智能手机等消费电子领域进一步扩展到汽车、其他消费电子领域如AR/VR设备、工业、医疗等多元领域。此外随着下游消费电子、汽车、工业、医疗等市场需求持续增长，光学镜头应用场景的广度和深度亦将进一步增大，带动光学镜头出货量提升。随着产品持续迭代升级，光学镜头厂商为维持稳定的盈利能力，需要不断提升大规模生产能力、自动化生产程度和精益生产水平，提升产能利用率和产品良率。 随着下游应用领域对光学镜头技术提出更高要求，本土光学镜头厂商在光学变焦、自动对焦、光学防抖等技术方面不断实现突破，在设计、图像仿真算法、光学仿真、高精度光学模具、自动化流程覆盖及工艺方面形成领先优势，不断提升精密制造能力，逐步建立并巩固在国际市场的竞争优势，促进了中国高端光学镜头的本土自主化发展。 八、 光学镜头行业发展现状及前景 光学镜头一般由精密结构件、塑料零件、镜片、光圈等光机电器件和镜筒组成，是光电行业的重要分支及机器视觉系统中不可缺少的部件。光学镜头通过借助光学折射原理将需拍照的景物聚焦到胶片或图像传感器芯片上，从而完成光学成像。按照光学镜片材料构成，光学镜头的可分类为塑料镜头、玻塑混合镜头、玻璃镜头三种类型，其结构均由多片镜片构成，镜片越多，镜头的成像质量越高。 光学镜头属于光电产业链的重要部分。其中上游产业链由光学玻璃、光学塑料等光学原材料供应商和镜片、滤光片等光学元件供应商组成。下游为光电技术与视频监控、人工智能、智能制造、物联网、工业检测、智能车载、激光显示等领域结合而成的各类产品，应用领域广泛。 国内光学镜头企业起步较晚，近年来随着光学产业转移、国内企业持续投入，国产镜头从中低端市场进入，以高性价比与海外品牌竞争，并逐步向高端市场演进，加速。2021年我国光学镜头产量为35．69亿个，同期进口数量为20．63亿个，出口数量为17．29亿个，我国光学镜头需求总量为39．03亿个。 光学镜头作为视频、图像信息的入海口，对信息采集的质量起着关键性作用，是人工智能（AI）和信息化世界的眼睛，是国家战略提出的人工智能、大数据、智慧城市、智慧物联（AIoT）、数字经济发展的实现基础。得益于下游应用行业的高速增长，以光学镜头为核心的光学解决方案具有广阔的市场前景。随着消费者对于手机摄影、摄像及各种拍摄场景下图片画质的要求不断提高，智能手机厂商更加注重手机镜头的光学性能。同时，车载等下游应用领域也对镜头的光学性能不断提出了更高的要求。 光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，是光电行业的重要分支，也是机器视觉系统中不可缺少的部件，一般由精密五金、塑胶零件、镜片、光圈、驱动马达、传感器等光机电器件和镜筒组成。光学镜头是光学成像系统中的重要核心组成部分，其功能是光学成像，通过借助光学折射原理将需拍照的景物聚焦到胶片或图像传感器芯片上，其中成像的分辨率、对比度、各像差等指标是衡量光学镜头质量的标准，影响成像质量的优劣、算法的实现和效果。 按材质的不同，光学镜头主要可以分为玻璃镜头、塑料镜头和玻璃混合镜头。其中玻璃镜头工艺难度和生产成本较高，透光率达到99%，主要用于高端成像领域，例如视频监控、单反相机、车载镜头等。塑料镜头可塑性强，工艺难度和生产成本较低，但是透光率有所降低，因此广泛应用于智能手机和智能相机等领域。玻璃混合镜头是前两者的结合体，主要搭载于智能手机、安防视频监控、车载镜头等领域。