光学镜头新装市场需求持续增长

光学镜头新装市场需求持续增长 一、 光学镜头新装市场需求持续增长 近年来，人工智能、大数据、物联网、生物特征识别等新一代信息技术与安防行业快速融合应用，有效支撑了平安城市、、智慧城市建设，为创新社会治理、实现中国之治做出了重大贡献。国家财政公共安全支出每年稳定增长，从2012年公共安全支出7，112亿元至2019年成倍增长至13，902亿元。十四五期间，国家提出建设更高水平的平安中国，各级政府将深入推进新型平安城市、社会治理、智慧城市等重大项目建设，实施城市大脑、平安乡村、智慧社区等重大工程，持续拉动数字安防需求。同时，边防、海防、森林防护、轨道交通安全等国家整体安全防控体系信息化建设推动光学镜头深化应用。随着我国经济社会发展和智慧城市建设步伐的加快，新基建工程项目等内生需求旺盛，数字化转型、智能化提升、融合化创新将步入快车道，与此紧密相关的智慧交通、智慧医疗、智慧制造、智慧能源、智慧环保、智慧社区、智安小区等将成为新的市场热点。 5G物联网AI技术发展为光学镜头应用创造更多可能。相比于4G，5G高带宽、低延时、广连接的特点使得万物互联、海量数据传输成为可能，超高清监控画面中的有效信息数量呈倍速增长，不仅有利于家庭、社区、店铺、农田等泛家庭场景的安防体系建设，也可以满足医疗、港口、矿山等行业借助视频进行远程辅助操作的需要。另一方面，物联网技术的发展带动了终端数量的快速增长，安防企业不断探索挖掘摄像头的新功能和新应用，为用户创造多层安全保障。在大数据、人工智能等新一代技术的驱动下，安防行业市场应用不断外延，园区、工地、校园等细分市场需求不断涌现。 二、 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。 三、 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。 四、 光学镜头行业技术创新及发展 非球面镜片在提高光学性能、解决畸变、压缩镜头尺寸等问题上具备突出优势。一枚非球面镜片对球差、场曲等光学像差的矫正效果相当于数枚球面镜片，因此在光学镜头设计中引入非球面镜片，可以在保证成像性能的前提下，有效压缩光学系统的长度和体积，实现镜头的小型轻量化设计。 日本厂商尼康、佳能等在1960年左右即开始了非球面镜片设计、制造相关的技术研究并推出使用非球面镜片的相机镜头，是光学镜头行业的一大进步。后国内光学厂商也相继突破该项技术，能够在设计中应用非球面镜片，但对该项技术的掌握程度仍存在差异。 组合使用各类特征复杂矢量曲面镜片技术至今仍是光学镜头设计技术的一大热点，镜片的使用从传统球面不断向非球面、自由曲面等发展，在矫正像差、提高成像质量、扩大视场、减少镜片数量、压缩镜头尺寸等方面的性能不断提升，光学设计具备更大自由度和灵活性，满足各个场景下的清晰成像需求。 五、 光学镜头类别 光学镜头具备多维分类方式，按照焦距是否可变划分为变焦镜头和定焦镜头，按照镜片材质不同可划分为玻璃镜头、塑料镜头、玻塑混合镜头，不同类别镜头具备不同特点。 光学镜头的焦距决定了其拍摄范围，光学镜头根据焦距是否可变划分为变焦镜头和定焦镜头，定焦镜头焦距唯一，为固定值，变焦镜头焦距可变，为一段范围，其中变焦倍率为其最长焦距与最短焦距的比值，代表焦距变化范围的大小。 定焦镜头及不同倍率的变焦镜头因具备不同的优缺点而拥有不同的应用场景。相较定焦镜头，变焦镜头的焦距为一段区间，一颗镜头即能覆盖多颗不同焦距定焦镜头的拍摄范围，实现不同距离及视场角的自由切换，尤其在拍摄对象为动态或被摄物体位于较远距离时，镜头可以在不损失画面清晰度的前提下通过光学变焦实现对拍摄对象的快速跟踪及高清画面的捕捉，具备较大优势及应用前景。 但由于变焦镜头结构复杂，相对运动的光学元件较多，通常由多枚光学镜片组合，依靠机械结构保证光学镜片位置，通过电路控制实现光学镜片的移动，以满足不同距离下的成像需求，融合光学、机械、电子等多学科技术，设计过程需考虑镜片移动过程中各个焦距的性能情况，并保证各焦距下的成像质量、解像力、畸变等多项参数的一致性，技术门槛极高，且变焦倍率越大，技术难度越高。因其极高的设计及加工难度，变焦镜头早期停留在理论研究及小范围应用阶段。 21世纪以来，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，变焦镜头进入快速发展时期，几乎所有之前定焦镜头出现的领域，都有变焦镜头替代的身影，包括相机镜头、电影镜头、安防镜头、手机镜头、无人机镜头、视讯会议镜头等。 尽管如此，变焦镜头若要与定焦镜头的解像力、成像质量等规格指标达到相同水平仍具备极高技术难度，即使在每个焦距下均实现与定焦镜头相同的成像质量，也会因其需要更多的镜片实现变焦功能而致使镜头整体体积庞大、重量较重。因其设计难度、体积重量、制造成本等因素，变焦镜头在下游终端的应用仍具有较大突破空间。 在对成像画质要求极为严苛的领域，如半导体检测、电影拍摄、医疗检测等，或对体积、重量及规模制造要求较高的领域如无人机、车载、手机、智能家居、AR/VR镜头等，目前仍更多使用定焦镜头。未来随着多组元联动式变焦光学系统设计、玻塑混合光学系统设计等技术的进一步发展，在保证成像质量的情况下，变焦镜头体积进一步缩小、成本进一步降低，预计会带来更大的市场空间。 光学镜头根据使用的镜片材质不同可分为玻璃镜头、塑料镜头、玻璃塑料混合镜头（简称玻塑混合镜头）。由于不同材质镜片在材料特性、加工工艺、透光率等方面存在较大差异，因此最终的适用范围也不同：塑料镜片具有重量轻、体积小、可塑性强且量产能力高等特点，广泛应用于对体积要求严苛并追求大规模量产的镜头设计、生产中，如智能手机镜头；玻璃镜片透光率高、耐热性好，但对模造技术、镀膜工艺、精密加工等方面具有较高的要求，量产能力低，应用于对光学性能或使用环境要求较高的领域，如单反相机、安防视频监控、机器视觉等；玻塑混合镜头结合了两者的特点，具备小型轻量化的特点并良好地平衡了光学性能及规模量产能力，应用范围较上述镜头更为广泛，工艺难度较高。 随着光学设计及上游光学冷加工技术的不断进步，光学镜头正呈现多材质镜片融合使用的趋势，如原先采用全塑设计的手机镜头为提升画质正逐步使用少量玻璃镜片替换塑料镜片，原先采用全玻设计的安防镜头、车载镜头、无人机镜头等为提升小型化性能、量产能力等也在向玻塑混合光学系统设计技术突破，预计玻塑混合镜头未来具备较大市场空间及应用前景。 六、 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。 七、 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%。 八、 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。