3D Sensing 摄像头及VCSEL模组分析报告( 80 页)

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一、3D Sensing 摄像头：智能手机行业十年来最大创新 智能硬件向 AR 全面发展的大杀器！ ........... 11

（一）为什么说 3D Sensing 摄像头是智能手机行业十年来最大创新 ...... 11

（二）“痛点型”应用场景层出不穷，将迎来手机标配到智能终端争配的爆发 ........ 12

1、场景 1-人脸识别元年来临，指纹识别之后脱颖而出 ........ 12

2、场景 2-手势识别：人机交互方式核心痛点....... 14

3、场景 3-三维重构基础技术，AR/VR 领域将大放异彩 ....... 15

二、3D Sensing 摄像头：一场“有预谋”的变革 iPhone8 引入已经箭在弦上！......... 18

（一）技术路线已经成熟：TOF 及结构光 殊途同归........ 18

1、光飞时间（Time Of Flight）技术 ............. 18

2、结构光（structure light）技术.......... 19

3、多角成像（Multi-Camera）技术...... 20

（二）国际消费电子大厂均已具备成熟 3D Sensing 摄像头技术 苹果积淀最为深厚....... 23

（三）iPhone 在距离传感器的应用已炉火纯青 3D Sensing 摄像头配置于十周年纪念版成为必然 ........ 25

三、解密 3D Sensing 摄像头产业链 最大变化在于 IR VCSEL 模组（光源+光学组件） ...... 28

（一）拆解 3D Sensing 摄像头......... 28

（二）关键点之一——红外线传感器：距离传感器之高配版 暂无国内企业切入的可能.......... 33

（三）关键点之二——IR VCSEL：从光通信到消费电子 激光器迎来爆发...... 33

1、VCSEL 是什么？...... 34

2、什么要使用 VCSEL 作为消费电子应用的光源？ ............. 34

3、VCSEL 领域有哪些大玩家？ ........... 39

4、海外映射的角度看，VCSEL 如何从光通信领域扩展至消费电子领域？.......... 41

5、VCSEL 发展趋势：高速度、高效率、低功耗、低成本，消费电子的应用将为进一步拓展创造条件...... 47

6、激光大时代即将来临：iPhone 引领之规模化量产后 激光应用开启潘多拉魔盒...... 50

（四）关键点之三——VCSEL 激光器光学组件........ 56

1、iPhone8 VCSEL 激光器光学组件推测版 ......... 56

2、三种重要激光器光学元件分析之一：DOE....... 57

3、三种重要激光器光学元件分析之二：准直镜头 ........ 60

4、三种重要激光器光学元件分析之三：滤光片............ 61

5、一种重要的光学镜头封装方式：WLO 将大幅降低生产成本，提升效率和良率....... 62

6、激光器光学组件是激光发射处理的必须且重要环节......... 64

四、几个对于 VCSEL 模组的思考 ........... 67

（一）Eye-Safe 是激光消费应用必须考虑的问题............. 67

1、为什么 VCSEL 要从 850nm 做成 940nm？............. 67

2、940nm VCESL 是否考虑了 Eye-Safe？ .......... 68

（二）VCSEL 会否在结构上优化，达到更低功耗、更高效率的要求....... 69

1、一种明确的优化——单模光子晶体 .......... 69

2、会否有其他优化？............ 70

五、相关公司 ......... 71

（一）福晶科技——全球激光器光学元器件隐形冠军 迎来光通信与消费级应用之燃爆良机 .......... 71

1、公司是全球激光器光学元器件隐形冠军........... 71

2、16 年公司业绩首创历史新高 通信与消费级激光的应用将带动公司驶入高速车道.......... 74

（二）光迅科技——国内唯一实现工业级 VCSEL 商用期待消费级的突破....... 75

1、公司在 VCSEL 的积淀 具备消费级突破的可能....... 75

2、公司有望在未来三年光电子景气高潮中 冲入全球前三甲........ 76

（三）水晶光电——滤光片行业的前三 积极布局 AR 业务...... 78

（四）其他 3D Sensing 受益上市公司全汇总........... 79

图表

图表 1 3D 摄像头 VS 2D 摄像头........... 11

图表 2 3D 摄像头具有广泛的消费级和工业级应用需求........ 11

图表 3 Zion Research 预计 2015-2021 3D 摄像头市场以 CAGR 35%持续增长.......... 12

图表 4 全球生物识别行业市场规模（亿美元）............. 13

图表 5 全球生物识别行业细分市场 ....... 13

图表 6 采用红外线的 3D 人脸识别解决了环境光照影响....... 13

图表 7 Intel RealSense 3D 摄像头进行 3D 人脸识别示意图 ........ 14

图表 8 3D 摄像头通过深度信息进行手势识别示意图............ 14

图表 9 3D 摄像头手势识别实例............. 14

图表 10 AR/VR 设备 3D 摄像头原理图 ......... 15

图表 11 HoloLens 的 3D 摄像头结构 ............ 15

图表 12 利用 3D 摄像头得到的点云模型....... 15

图表 13 深度摄像头同时生成 RGB 和深度图像............ 15

图表 14 利用 3D 摄像头进行三维重建 .......... 16

图表 15 利用 3D 摄像头进行场景还原和虚拟叠加........ 16

图表 16 HoloLens 与体感设备 Kinect 对应部件............ 16

图表 17 手势识别将成为未来 AR/VR 核心交换手段 ............. 17

图表 18 Kinect 的 3D 摄像头结构图...... 17

图表 19 HiAR Glasses 的 3D 摄像头模块............. 17

图表 20 Epson Moverio 采用了凌感手势交互模组........ 17

图表 21 部分采用 3D 摄像头技术的 AR 产品........ 17

图表 22 3D 摄像头的三条主流技术路线示意图............. 18

图表 23 TOF 技术原理示意图 ....... 19

图表 24 TOF 利用发射光和反射光相位差进行计算 ...... 19

图表 25 CMOS SPAD 结构........... 19

图表 26 单光子成像主要组件........ 19

图表 27 结构光原理示意图............ 20

图表 28 激光通过光栅投射至物体上............. 20

图表 29 多角成像技术示意图........ 20

图表 30 多角成像技术示意图........ 20

图表 31 3 种主流 3D 摄像头技术对比........... 21

图表 32 目前部分已面世产品采用技术情况 .......... 21

图表 33 除 Apple 外消费电子巨头布局 3D 摄像头情况......... 23

图表 34 苹果布局 3D 摄像头时间轴...... 24

图表 35 苹果收购的相应公司........ 24

图表 36 苹果 3D 摄像头及相关应用的专利........... 25

图表 37 苹果披露利用景深信息进行手势识别专利 ....... 25

图表 38 iPhone 前置摄像头与传感器............ 26

图表 39 拆解后能够发现明显三孔设计.......... 26

图表 40 双通道环境光传感器集成了了距离传感器接收端 ............ 26

图表 41 历代 iPhone 的前置结构及部件功能........ 27

图表 42 iPhone 在光学方案上的创新及未来预测.......... 28

图表 43 联想 Phab 2 Pro ...... 29

图表 44 红框部分是 ToF 传感器............ 29

图表 45 Phab 2 Pro 3D 摄像头模块拆解....... 29

图表 46 tango 产品所用的红外发射器 .......... 29

图表 47 REAL3™图像传感器芯片基于 TOF 技术进行 3D 感知 ............. 30

图表 48 RealSense 3D 摄像头正面结构....... 30

图表 49 RealSense 3D 摄像头架构 ...... 30

图表 50 iPhone 3D Sensing 摄像头产业链梳理............ 31

图表 51 3D Sensing 摄像头产业链厂家一览......... 31

图表 52 一个典型 TOF 3D 摄像头结构拆解.......... 32

图表 53 AMS IR 传感器......... 33

图表 54 意法半导体 IR 传感器 ............. 33

图表 55 VCSEL 结构图......... 34

图表 56 VCSEL 发光原理 ............. 34

图表 57 VCSEL 的优良特点.......... 35

图表 58 VCSEL 与 LED 光源性能对比.......... 35

图表 59 VCSEL 指向性远胜于 LED ...... 36

图表 60 三种典型半导体激光器 ............ 36

图表 61 VCSEL 与边发射激光器进行对比............ 36

图表 62 FP、DFB、VCSEL 三类激光器对比 ....... 37

图表 63 主流 3D 摄像头及模组光源选择（红色为 LED，蓝色为 VCSEL）......... 37

图表 64 采用 VCSEL 光源的 3D 摄像头及模块一览 ............. 38

图表 65 VL6180X 具有 VCSEL 接口............. 39

图表 66 意法半导体 3in1 光学模组 VL6180X ....... 39

图表 67 VCSEL 领域主要厂商...... 39

图表 68 II-VI VCSEL 芯片系列...... 40

图表 69 Lumentum 公司的红外发射器产品 .......... 40

图表 70 VCSEL 厂商代表性 VCSEL 产品介绍 ............. 40

图表 71 公司股价走势........... 41

图表 72 Lumentum 营收 ....... 42

图表 73 Lumentum 毛利率............ 42

图表 74 光器件、光模块以及子系统产品示例....... 42

图表 75 Lumentum 工业级应用激光器产品 .......... 43

图表 76 公司在消费电子领域激光产品.......... 43

图表 77 Lumentum 激光器产线齐全 ............. 43

图表 78 公司 2014Q1-2017Q2 财季产品收入分布情况（百万美元） ......... 44

图表 79 finisar 上市以来营收（百万美元）........... 45

图表 80 Finisar 的 VCSEL 产品一览............. 45

图表 81 VCSEL 逐渐由光通信向消费电子、工业激光器领域发展 ....... 46

图表 82 VCSEL 器件发展趋势...... 48

图表 83 VCSEL 应用领域发展...... 48

图表 84 VCSEL 应用领域变化...... 49

图表 85 VCSEL 由光通信向消费电子领域发展的技术基础 .......... 50

图表 86 HoloLens 各单元...... 51

图表 87 HoloLens 成像示意图 ...... 51

图表 88 HoloLens 可能采用奇景光电 LCOS 组件 ........ 51

图表 89 Hololens 上投影仪所在............ 52

图表 90 Metad 的 TOF 摄像头同样位于正前方............. 52

图表 91 Meta 的手势识别功能 ...... 53

图表 92 Meta 通过 3D 摄像头进行手势追踪识别.......... 53

图表 93 Meta 的成像模块...... 53

图表 94 Meta 的成像原理...... 53

图表 95 lumus DK 眼镜拆解.......... 54

图表 96 lumus 也应用微投技术进行成像...... 54

图表 97 三基色纯激光显示原理示意图.......... 54

图表 98 采用 VCSEL 作为蓝光/红光阵列...... 55

图表 99 VCSEL 单元光束经微透镜准直化后输出......... 55

图表 100 基于单色激光+DLP 技术的投影方案 ............. 55

图表 101 混合光源方案......... 55

图表 102 Trilumina 基于 VCSEL 阵列的激光雷达......... 56

图表 103 激光雷达感应周围车距、三维重建 ........ 56

图表 104 iPhone8 VCSEL 激光器光学组件推测版....... 57

图表 105 衍射光学器件表面微结构....... 57

图表 106 DOE 的优良特性............ 57

图表 107 DOE 通过不同设计实现多种光学功能........... 58

图表 108 DOE 目前部分应用领域......... 58

图表 109 DOE 的应用领域及实现功能.......... 58

图表 110 Kinect 结构光方案投射出的激光散斑............. 59

图表 111 利用红光激光器和 DOE 投射出全息键盘....... 59

图表 112 HoloLens 表明刻蚀光栅示意图...... 59

图表 113 专利上示意图 ......... 59

图表 114 全内反射示意图...... 60

图表 115 光线通过入耦合光栅实现全内反射 ........ 60

图表 116 激光器发射光束经准直器准直........ 60

图表 117 不同应用领域下的准直器件 ........... 61

图表 118 一款典型 850nm 窄带滤光片产品及其曲线图........ 62

图表 119 滤光片选取考虑...... 62

图表 120 利用紫外贴合技术进行光学透镜堆叠............. 63

图表 121 晶圆级别光学元件制造及光电器件集成示意图...... 63

图表 122 WLO 光学元件制造过程 ........ 64

图表 123 常用的光束处理光学元件和功能............ 65

图表 124 高斯光束 VS 平顶光束........... 66

图表 125 激光器分类............. 66

图表 126 典型激光器工作波长...... 66

图表 127 850nm 与 940nm VCSEL 性能对比....... 67

图表 128 940nm VCESL 探测距离与范围成倍提升...... 67

图表 129 绝对安全的波长在小于 400nm、大于 1400nm ............. 68

图表 130 不同辐射波长聚焦在眼镜的位置............ 68

图表 131 海泰光电 Eye-Safe OPO 技术示意图............ 69

图表 132 引入光子晶体的 VCSEL 结构 ........ 70

图表 133 光子晶体 VCSEL 较传统 VCSEL 有关键改善........ 70

图表 134 福晶科技主要产品全球市占率 ......... 71

图表 135 福晶科技收入变化.......... 71

图表 136 福晶科技净利润变化...... 71

图表 137 福晶科技分产品收入变化......... 72

图表 138 福晶科技收入与净利润变化............. 72

图表 139 福晶科技主要客户............ 72

图表 140 福晶科技研发投入占营收比重 ......... 73

图表 141 福晶科技综合毛利率情况......... 73

图表 142 福晶科技各产品毛利率情况........... 74

图表 143 福晶科技上市之后 ROE 情况......... 74

图表 144 福晶科技 16 年业绩创历史新高 ............. 74

图表 145 福晶科技激光光学元器件持续 6 年增长......... 74

图表 146 光迅科技基于 VCSEL 的光模块产品 ............. 75

图表 147 光迅科技与主流厂商 VCSEL 产品的性能对比....... 76

图表 148 光迅科技科技红利角度观察........... 76

图表 149 光迅科技收入、利润与压强系数变化............. 77

图表 150 光迅科技收入扩张情况 .......... 77

图表 151 光迅科技利润扩张情况 .......... 77

图表 152 水晶光电收入与净利润变化........... 78

图表 153 水晶光电毛利率与主要产品毛利率 ........ 78

图表 154 水晶光电收入结构情况 .......... 78

图表 155 水晶光电研发投入占营收比重 ....... 78

图表 156 3D 摄像头产业链相关上市公司...... 79