CMOS图像传感器爆发在即,国内厂商急起

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智能手机摄像头的工作原理是,拍摄景象通过镜头组生成光学图像,投射到图像传感器上,图像传感器将光学图像转换成电信号,电信号再经过模数转换变为数字信号,数字信号经过DSP(数字信号处理芯片)加工处理,再被送到处理器中进行处理,最终转换成屏幕上呈现的图像。物理结构上,其主要由镜头组、对焦马达、固定器/镜座、红外截止滤光片、图像传感器、PCB板等物理部件组成:

保护膜:主要对镜头起到防碰撞、防刮伤的保护作用;

棱镜组:镜头相当于摄像头模组的眼睛,决定了光线进入的质量以及在感

光材料上的成像。可以分为树脂镜头和玻璃镜头,树脂镜片是目前智能手机摄像头模组中的主流。

自动对焦器(VCM):主要功能是实现摄像头模组的自动对焦(Autofocus),通过改变VCM的驱动电流调整镜头的位置,从而实现对焦功能。若无该部件,则摄像头模组为定焦模组。

红外截止滤光片:利用精密光学镀膜技术在实现可见光区(-nm)高透,近红外(-nm)截止。主要作用是滤除掉红外光,保证到达图像传感器的光线为可见光,从而使拍摄的图像也符合眼睛的感应。

图像传感器(CIS):摄像头模组的核心部件,光线通过镜头进入摄像头模组后,在CIS上成像,CIS将光信号转变为电信号,目前的智能手机上几乎全部使用的都是CMOS技术的CIS。

柔性电路板:在摄像模组中起到线路连接,信号传输的作用。

根据Yole的统计,年CMOS图像传感器在手机摄像模组中的价值占比 ,其市场价值占比为42.3%;根据TrendForce的统计,年CMOS图像传感器在手机摄像模组中的价值占比为52%。

Yole统计的摄像头各环节市场规模()

CMOS图像传感器产业链主要由上游的晶圆代工厂、封装企业及测试企业,中游的芯片设计企业和下游的模组厂商及终端客户组成。CIS设计厂商处于产业链的核心环节,其产品方案通过代工方式委托给晶圆代工厂、封装和测试企业进行芯片的制造、加色、封装和测试。测试合格的产品经物流中心统一发货给终端客户(智能手机厂商、安全监控设备制造商、医疗设备制造商等)。

CMOS图像传感器产业链概览

从产业模式看,主要分为IDM和Fabless两种模式:

IDM(整合元件制造商)模式是指企业业务涵盖了芯片设计、芯片制造、芯片封测整个流程。主要厂商有三星、安森美半导体、SK海力士、意法半导体等。

Fabless(无晶圆厂)模式是指企业没有生产加工能力,仅进行产品的设计工作,之后将设计版图交给晶圆代工厂进行加工,再将代工厂商加工好的芯片交给封装和测试厂商进行封装和测试。北京豪威、格科微等即属于此类模式,原材料采购以晶圆为主。

根据YoleDevelopment数据,CMOS图像传感器广泛应用于智能手机、消费、计算机、汽车、医疗、安防和工业应用等领域,其中智能手机为主要下游应用,近几年占比均超60%

CMOS图像传感器下游应用以智能手机为主

光学赛道成为年手机硬件升级新战场

从需求端的偏好来看,光学摄像头则是消费者关心的重要因素。根据赛诺咨询所做的一项调查研究,在现有手机最终购买原因这个问题的回答上,选择机身造型设计(41.0%)、摄像头像素(27.8%)和拍照效果(21.7%)的消费者比例分别占据了外观、软硬件配置和操作体验三大维度的 位,表明了消费者对光学摄像头极其重视,这也是手机品牌厂商经常将智能手机的摄像头作为其产品的重要卖点的原因所在。因此在存量市场与消费升级的趋势下,光学摄像头将成为最为重要的消费电子赛道。

外观与摄像是消费者购买手机的两个最重要的原因

回顾手机摄像头的发展历史,其经历了-年的百万像素、-年的千万像素+初步创新、-年的高像素竞争、-年的大像素之争以及-年的双摄五个阶段,可以看出光学的发展与升级是围绕着像素升级与创新功能展开的。结合摄像头的发展历史、技术演进与消费者的偏好,我们认为消费电子光学摄像头的升级趋势将沿着以下两条路径展开:一是二维层面的技术升级,主要包含了技术升级以使得拍照效果逼近单反、摄像头模组小型甚至隐藏化以打造全面屏手机两部分;一是2D到3D的技术跨越,实现从获取二维图像到获取三维信息的转变。

光学发展的科技树

其中,技术升级以使得拍照效果逼近单反是其中非常重要的升级趋势。手机拍照功能近年来产生巨大的飞跃,但其和专业的单反相机仍有一定的差距,具体体现在成像画质(用单反拍摄的照片在画质、宽容度、色彩解析力和细节的处理上比手机更加优异)、景深控制(用单反拍摄的照片前景和远景都虚化得非常自然)和变焦功能(单反用的是光学变焦而不是数码变焦,变焦后分辨率不变,画质上不会有损失)三个方面。而造成手机相机和专业单反相机存在差距的原因主要在硬件上(如单反相机的感光元件的尺寸比手机相机要大很多,专业单反相机的光圈配置 手机,采用光学变焦等)。

但我们认为,虽然手机存在机身尺寸和内部空间限制等因素,导致在硬件和效果上与单反有差距,但智能手机相机在硬件上向单反靠拢,在效果上逼近单反,是手机品牌厂商极力追求的目标,也是消费者的诉求,因而也是未来升级的方向。因此,与拍照单反化有关的技术升级值得我们重点


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