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(1)光學(xué)鏡頭產(chǎn)業(yè)鏈
光學(xué)鏡頭屬于光電產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分。其中上游產(chǎn)業(yè)鏈由光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料等光學(xué)原材料供應(yīng)商和鏡片、濾光片等光學(xué)元件供應(yīng)商組成。光學(xué)鏡頭及鏡頭模組是光學(xué)成像系統(tǒng)中的核心組成部分,其通過光學(xué)折射原理將需拍攝的景物聚焦到圖像傳感器芯片上,實現(xiàn)光學(xué)成像。
作為產(chǎn)業(yè)鏈中游,光學(xué)鏡頭是光電技術(shù)結(jié)合最緊密的部分,是制造各種光電產(chǎn)品、光學(xué)儀器的核心,需要根據(jù)下游不同應(yīng)用領(lǐng)域的差異化需求進行研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn),具備較高的技術(shù)門檻。下游為光電技術(shù)與視頻監(jiān)控、人工智能、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)檢測、智能車載、激光顯示等領(lǐng)域結(jié)合而成的各類產(chǎn)品,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
圖:光電產(chǎn)業(yè)鏈示意
隨著光電子技術(shù)以及移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)快速發(fā)展,作為重要信息輸入端口的光學(xué)鏡頭,應(yīng)用范圍從傳統(tǒng)的相機、光學(xué)顯微鏡、望遠鏡等領(lǐng)域向視頻監(jiān)控、智能手機等領(lǐng)域充分滲透,并不斷拓展到機器視覺、自動駕駛、人工智能、生物識別、物聯(lián)網(wǎng)等熱門應(yīng)用領(lǐng)域。光學(xué)鏡頭設(shè)計及精密制造技術(shù)、光學(xué)材料開發(fā)及光學(xué)元件加工技術(shù)的不斷進步使光學(xué)鏡頭在功能和性能方面得到快速發(fā)展,成為智慧城市、智慧交通、智能制造、航空航天、空間探測、遙感觀測、半導(dǎo)體制造、生物醫(yī)療等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)展的重要支撐。
(2)全球產(chǎn)業(yè)布局
德國:德國的光學(xué)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚,光學(xué)鏡頭研究與制造具有悠久的歷史與傳統(tǒng),造就了徠卡(Leica)和卡爾·蔡司(Carl Zeiss)等行業(yè)巨頭,蔡司鏡頭和徠卡相機至今仍代表了世界光學(xué)設(shè)計、加工和相機制造技術(shù)的最高水準。
日本:日本光學(xué)產(chǎn)業(yè)自二十世紀五十年代以來后發(fā)展迅猛,依靠產(chǎn)品的性價比優(yōu)勢逐漸占據(jù)了市場主導(dǎo),其主要生產(chǎn)企業(yè)有日本佳能(Canon)、日本尼康(Nikon )、日本富士(Fuji )、日本奧林巴斯(Olympus )、日本騰龍(Tarmon)等。隨著中國等其他國家光學(xué)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,日本逐漸退出勞動密集、附加值較低的低端光學(xué)產(chǎn)品加工制造業(yè)務(wù),除少量高精密的光學(xué)元組件的設(shè)計、加工外,重點向光學(xué)材料開發(fā)、光學(xué)檢測設(shè)備和檢測技術(shù)研發(fā)、光學(xué)加工和鍍膜設(shè)備制造等方面發(fā)展,成為主要的光學(xué)材料、精密檢測及加工設(shè)備輸出國之一。
中國臺灣地區(qū):伴隨著發(fā)達國家光學(xué)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程,臺灣地區(qū)憑借其地域和貿(mào)易優(yōu)勢,積極與國際企業(yè)合作,成為日本等發(fā)達國家逐步退出光學(xué)元組件加工制造領(lǐng)域后主要的技術(shù)和市場承接者,培育出了以大立光、亞洲光學(xué)、揚明光學(xué)、今國光學(xué)等為代表的光學(xué)企業(yè)集群。
中國大陸:得益于巨大的下游市場需求、較低的制造成本以及技術(shù)的快速發(fā)展,日本、德國、中國臺灣等國家/地區(qū)的光學(xué)產(chǎn)業(yè)加緊向中國大陸轉(zhuǎn)移。在積極承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的同時,國內(nèi)企業(yè)不斷加大研發(fā)投入,主動參與國際競爭,培育出了一批技術(shù)先進、定制開發(fā)能力強、產(chǎn)品質(zhì)量控制能力優(yōu)秀的光學(xué)鏡頭制造企業(yè),行業(yè)發(fā)展明顯提速,在理論研究、技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)制造等方面逐漸縮小與國際先進水平的差距。
但因起步較晚,中國大陸的光學(xué)產(chǎn)業(yè)尚在發(fā)展完善中并在產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)呈現(xiàn)不同的國產(chǎn)化程度,具體體現(xiàn)在:①光學(xué)組件:數(shù)字安防、車載等領(lǐng)域的鏡頭、模組設(shè)計及制造逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化,但機器視覺、激光電視等新興領(lǐng)域仍由國外廠商占據(jù)較大市場份額;②光學(xué)元件:玻璃球面鏡片市場已充分國產(chǎn)化,但在加工工藝難度更高的非球面鏡片、自由曲面鏡片等光學(xué)元件市場仍由國外廠商主導(dǎo),國內(nèi)廠商積極進行技術(shù)研究、參與市場競爭;③光學(xué)材料:光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料等主要由國外廠商供應(yīng),部分國內(nèi)廠商參與競爭。
(3)光學(xué)鏡頭類別
光學(xué)鏡頭具備多維分類方式,按照焦距是否可變劃分為變焦鏡頭和定焦鏡頭,按照鏡片材質(zhì)不同可劃分為玻璃鏡頭、塑料鏡頭、玻塑混合鏡頭,不同類別鏡頭具備不同特點。
①按照焦距是否可變分類
光學(xué)鏡頭的焦距決定了其拍攝范圍,光學(xué)鏡頭根據(jù)焦距是否可變劃分為變焦鏡頭和定焦鏡頭,定焦鏡頭焦距唯一,為固定值,變焦鏡頭焦距可變,為一段范圍,其中變焦倍率為其最長焦距與最短焦距的比值,代表焦距變化范圍的大小。
定焦鏡頭及不同倍率的變焦鏡頭因具備不同的優(yōu)缺點而擁有不同的應(yīng)用場景。相較定焦鏡頭,變焦鏡頭的焦距為一段區(qū)間,一顆鏡頭即能覆蓋多顆不同焦距定焦鏡頭的拍攝范圍,實現(xiàn)不同距離及視場角的自由切換,尤其在拍攝對象為動態(tài)或被攝物體位于較遠距離時,鏡頭可以在不損失畫面清晰度的前提下通過光學(xué)變焦實現(xiàn)對拍攝對象的快速跟蹤及高清畫面的捕捉,具備較大優(yōu)勢及應(yīng)用前景。
但由于變焦鏡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜,相對運動的光學(xué)元件較多,通常由多枚光學(xué)鏡片組合,依靠機械結(jié)構(gòu)保證光學(xué)鏡片位置,通過電路控制實現(xiàn)光學(xué)鏡片的移動,以滿足不同距離下的成像需求,融合光學(xué)、機械、電子等多學(xué)科技術(shù),設(shè)計過程需考慮鏡片移動過程中各個焦距的性能情況,并保證各焦距下的成像質(zhì)量、解像力、畸變等多項參數(shù)的一致性,技術(shù)門檻極高,且變焦倍率越大,技術(shù)難度越高。因其極高的設(shè)計及加工難度,變焦鏡頭早期停留在理論研究及小范圍應(yīng)用階段。
21 世紀以來,隨著光學(xué)設(shè)計技術(shù)、光學(xué)冷加工技術(shù)、精密機械加工技術(shù)的發(fā)展,變焦鏡頭進入快速發(fā)展時期,幾乎所有之前定焦鏡頭出現(xiàn)的領(lǐng)域,都有變焦鏡頭替代的身影,包括相機鏡頭、電影鏡頭、安防鏡頭、手機鏡頭、無人機鏡頭、視訊會議鏡頭等。
盡管如此,變焦鏡頭若要與定焦鏡頭的解像力、成像質(zhì)量等規(guī)格指標達到相同水平仍具備極高技術(shù)難度,即使在每個焦距下均實現(xiàn)與定焦鏡頭相同的成像質(zhì)量,也會因其需要更多的鏡片實現(xiàn)變焦功能而致使鏡頭整體體積龐大、重量較重。因其設(shè)計難度、體積重量、制造成本等因素,變焦鏡頭在下游終端的應(yīng)用仍具有較大突破空間。
在對成像畫質(zhì)要求極為嚴苛的領(lǐng)域,如半導(dǎo)體檢測、電影拍攝、醫(yī)療檢測等,或?qū)w積、重量及規(guī)模制造要求較高的領(lǐng)域如無人機、車載、手機、智能家居、AR/VR 鏡頭等,目前仍更多使用定焦鏡頭。未來隨著多組元聯(lián)動式變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、玻塑混合光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計等技術(shù)的進一步發(fā)展,在保證成像質(zhì)量的情況下,變焦鏡頭體積進一步縮小、成本進一步降低,預(yù)計會帶來更大的市場空間。
②按照光學(xué)鏡片材質(zhì)分類
光學(xué)鏡頭根據(jù)使用的鏡片材質(zhì)不同可分為玻璃鏡頭、塑料鏡頭、玻璃塑料混合鏡頭(簡稱“玻塑混合鏡頭”)。由于不同材質(zhì)鏡片在材料特性、加工工藝、透光率等方面存在較大差異,因此最終的適用范圍也不同:塑料鏡片具有重量輕、體積小、可塑性強且量產(chǎn)能力高等特點,廣泛應(yīng)用于對體積要求嚴苛并追求大規(guī)模量產(chǎn)的鏡頭設(shè)計、生產(chǎn)中,如智能手機鏡頭;玻璃鏡片透光率高、耐熱性好,但對模造技術(shù)、鍍膜工藝、精密加工等方面具有較高的要求,量產(chǎn)能力低,應(yīng)用于對光學(xué)性能或使用環(huán)境要求較高的領(lǐng)域,如單反相機、安防視頻監(jiān)控、機器視覺等;玻塑混合鏡頭結(jié)合了兩者的特點,具備小型輕量化的特點并良好地平衡了光學(xué)性能及規(guī)模量產(chǎn)能力,應(yīng)用范圍較上述鏡頭更為廣泛,工藝難度較高。
隨著光學(xué)設(shè)計及上游光學(xué)冷加工技術(shù)的不斷進步,光學(xué)鏡頭正呈現(xiàn)多材質(zhì)鏡片融合使用的趨勢,如原先采用全塑設(shè)計的手機鏡頭為提升畫質(zhì)正逐步使用少量玻璃鏡片替換塑料鏡片,原先采用全玻設(shè)計的安防鏡頭、車載鏡頭、無人機鏡頭等為提升小型化性能、量產(chǎn)能力等也在向玻塑混合光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)突破,預(yù)計玻塑混合鏡頭未來具備較大市場空間及應(yīng)用前景。
編輯:如皋
來源:中潤光學(xué) 思瀚