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12月9日晚間，國(guó)內(nèi)光學(xué)領(lǐng)軍企業(yè)舜宇光學(xué)公布了11月份數(shù)據(jù)，其3D攝像頭的核心關(guān)鍵器件的Vcsel（垂直腔面發(fā)射激光器）銷量也迎來(lái)大幅增長(zhǎng)。目前蘋果、華為等大廠高階手機(jī)已開始越來(lái)越多配置前后VCSEL，業(yè)內(nèi)預(yù)期VCSEL將逐漸成為3D Sensing（3D傳感）模組的主流。隨著3D攝像頭的快速滲透，全球配備VCSEL手機(jī)在以往的基礎(chǔ)上將大幅增長(zhǎng)。業(yè)內(nèi)此前預(yù)計(jì)，配備前后VCSEL的手機(jī)出貨量，將在2020年顯著成長(zhǎng)450%-500%，數(shù)量將成長(zhǎng)至7500萬(wàn)到8000萬(wàn)支。

一、什么是VCSEL：從TOF說(shuō)起

VCSEL是什么？也許很多讀者對(duì)VCSEL還不了解，那就讓我們從TOF開始說(shuō)起。

TOF全稱是Time of Flight，中文翻譯為飛行測(cè)距，原理其通過(guò)向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的特定波長(zhǎng)的紅外光線脈沖，再由特定傳感器接收待測(cè)物體傳回的光信號(hào)，計(jì)算光線往返的飛行時(shí)間或相位差，從而獲取目標(biāo)物體的深度信息。

TOF是目前主流的三種 3D Sensing（3D傳感）技術(shù)路線之一，另兩個(gè)分別為雙目立體成像和結(jié)構(gòu)光，目前已經(jīng)比較成熟的方案是結(jié)構(gòu)光和 TOF。其中結(jié)構(gòu)光方案最為成熟，已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè) 3D 視覺(jué)，TOF 則憑借自身優(yōu)勢(shì)成為在移動(dòng)端較被看好的方案。

國(guó)盛證券表示，外觀系列創(chuàng)新之后，下一波移動(dòng)終端創(chuàng)新將圍繞 AR 進(jìn)行革命性創(chuàng)新。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，內(nèi)容廠商不斷推動(dòng) AR/VR 開發(fā)平臺(tái)的發(fā)展，必然會(huì)推動(dòng) TOF 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。TOF 有望接力結(jié)構(gòu)光，從生物感知到虛擬現(xiàn)實(shí)，從人臉識(shí)別到 3D 建模，帶來(lái)產(chǎn)業(yè)端升級(jí)和用戶體驗(yàn)優(yōu)化，前置人臉識(shí)別+后置虛擬現(xiàn)實(shí)功能可能成為手機(jī)的下一個(gè)形態(tài)。伴隨 AR/VR 的發(fā)展，TOF 有望成為智能手機(jī)攝像頭的下一個(gè)風(fēng)口。

2019 年 3D Sensing 手機(jī)大多集中在高端機(jī)等旗艦機(jī)型，結(jié)構(gòu)光以蘋果為代表，自 iPhone X 后的機(jī)型都已經(jīng)搭載結(jié)構(gòu)光功能，而華為搭載 TOF 的機(jī)型數(shù)量最多。根據(jù) Yole 的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)也顯示，全球3D 成像和傳感器的市場(chǎng)規(guī)模在2016–2022 年的CAGR 為38％， 2017 年市場(chǎng)規(guī)模 18.3 億美元，2022 年將超過(guò) 90 億美元。其中，消費(fèi)電子是增速最快的應(yīng)用場(chǎng)，2016–2022 年的CAGR 高達(dá)160％，到 2022 年消費(fèi)電子市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 60 億美元。

二、VCSEL與之關(guān)系：一個(gè)TOF鏡頭需要什么

TOF和VCSEL又有什么關(guān)系呢？一個(gè)TOF鏡頭的硬件可以分為發(fā)射端與接收端，發(fā)射端由 VCSEL 激光源、準(zhǔn)直鏡頭和 DOE 擴(kuò)散片組成，接收端由窄帶濾光片、光學(xué)鏡頭和紅外 CIS 組成。

發(fā)射端普遍技術(shù)難度高、價(jià)值量大，接收端則相對(duì)技術(shù)難度和價(jià)值量都較小。目前 3D Sensing 供應(yīng)商主要來(lái)自海外，但大陸企業(yè)在準(zhǔn)直鏡頭、窄帶濾光片和模組環(huán)節(jié)已經(jīng)具備較強(qiáng)的實(shí)力，部分產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入蘋果供應(yīng)鏈，有望受益 3D Sensing 在未來(lái)兩年的快速滲透。

三、談?wù)刅CSEL：國(guó)內(nèi)廠商逐步突破

1、VCSEL更適用于3D Sensing

發(fā)射光源包括兩種，一種是邊發(fā)射的（如 LD），一種是垂直的（如 VCSEL）， 前者一般波長(zhǎng)較長(zhǎng)，用于信息傳輸；后者可以通過(guò)壓縮垂直腔體的容積用于體積較小的應(yīng)用中，更適合作為 3D Sensing 的發(fā)光源。

早期 3D Sensing 經(jīng)常使用 LED 作為光源，但紅外 LED 的響應(yīng)速度較差，掃描結(jié)果不夠精準(zhǔn)。VCSEL 具有效率高、功耗低、傳輸速率快、制造成本低等優(yōu)良特點(diǎn)，在3DSensing逐漸替代了 LED 成為主流選擇。

2、VCSEL 主要進(jìn)入壁壘在于資質(zhì)認(rèn)證和量產(chǎn)能力

目前 VCSEL 領(lǐng)域主要廠商為光通訊芯片領(lǐng)域的國(guó)外大廠，在目前在VCSEL設(shè)計(jì)方面主要有Finsar（菲尼薩）、Lumentum、Princeton Optronics（艾邁斯半導(dǎo)體）。而在制造和封測(cè)方面，目前主要是臺(tái)灣化合物半導(dǎo)體廠商參與。

TOF 的 VCSEL 并不像結(jié)構(gòu)光那樣對(duì)編碼圖案有一定要求，常規(guī)的規(guī)則排列即可，因此可供選擇的 VCSEL 供應(yīng)商也會(huì)更多。未來(lái) VCSEL 需求量激增，但 VCSEL 產(chǎn)業(yè)鏈被美國(guó)和日本少數(shù)廠商把控。去年蘋果推出 iPhone X 后，VCSEL 需求持續(xù)發(fā)酵。蘋果已與幾家供應(yīng)商簽訂協(xié)議，對(duì)他們進(jìn)行大規(guī)模的投資，對(duì)其產(chǎn)能進(jìn)行了封鎖。從整個(gè) VCSEL 產(chǎn)業(yè)來(lái)看，供應(yīng)鏈還是比較緊俏的，因此留給國(guó)內(nèi)VCSEL公司很大的成長(zhǎng)空間和市場(chǎng)空間。國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商如縱慧、睿熙、華芯等均取得了不小的突破，其中縱慧在2015年A輪融資中獲得華西股份（000936）旗下一村資本的數(shù)千萬(wàn)元入股。

3、VCSEL 市場(chǎng)增長(zhǎng)有望開啟

據(jù)機(jī)構(gòu)估計(jì)，隨著 VCSEL 成本的逐步降低以及在消費(fèi)電子領(lǐng)域的逐漸滲透，VCSEL 在智能終端的應(yīng)用將出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，2022 年 VCSEL 的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá) 31.2 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá) 17.3％，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司有望受益。

華創(chuàng)證券整理了A股相關(guān)上市公司入下：

光迅科技（002281）垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）可廣泛應(yīng)用于 3D 傳感器領(lǐng)域。

乾照光電（300102）2018 年出資近 16 億元投建 VCSEL 等半導(dǎo)體研發(fā)生產(chǎn)項(xiàng)目。

海特高新（002023）已經(jīng)完成三吋和六吋的 Vcsel 產(chǎn)品工藝開發(fā)。

國(guó)星光電（002449）有 VCSEL 封裝器件產(chǎn)品。

福晶科技（002222）是全球激光器光學(xué)元器件隱形冠軍，2015 年宣布自主研發(fā)的 VCSEL 陣列芯片將投入商用。

匯頂科技（603160）3DSensing 方面在 VCSEL、圖像處理、DOE 等芯片都有設(shè)計(jì)能力。

匯川技術(shù)（300124）間接持股新亮智能 8.38%的股權(quán)，新亮智能的 VCSEL 激光芯片和激光測(cè)距傳感器曾在第七屆中國(guó)電子信息博覽會(huì)參展。

四、TOF其他環(huán)節(jié)

1、窄帶濾光片：高護(hù)城河

窄帶濾光片是帶通濾光片的一種，是光譜特性曲線透射帶兩側(cè)鄰接截止帶的濾光片，即 在特定的波段允許光信號(hào)通過(guò)，在其他波段則阻止光信號(hào)，在其他波段則阻止光信號(hào)，窄帶濾光片的通帶較窄，一 般小于中心波長(zhǎng)的 5%。目前全球主要的窄帶濾光片主要有兩家，美國(guó)的 VIAVI 和中國(guó)的水晶光電（002273）。

目前國(guó)內(nèi)外大客戶的窄帶濾光片方案是以水晶光電與 VIAV 合作的方式供應(yīng)。窄帶濾光片技術(shù)護(hù)城河較高，國(guó)盛證券預(yù)計(jì)新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能切入，水晶光電有望抓住下游 3D Sensing 需求的放量，憑借技術(shù)和先發(fā)優(yōu)勢(shì)將充分受益。

2、CMOS 圖像傳感器（CIS）：大需求量

當(dāng)前除了以智能手機(jī)為代表的消費(fèi)類電子市場(chǎng)外，攝像頭在汽車電子、安防監(jiān)控、人工智能等多個(gè)新興領(lǐng)域的需求量也持續(xù)增加，在11月時(shí)CIS芯片（CMOS圖像傳感器）已經(jīng)開始出現(xiàn)缺貨的現(xiàn)象。TOF采用的紅外CIS也是促使需求量加大的原因之一。

Yole Development 數(shù)據(jù)顯示，2016 年 CMOS 圖像傳感器（CIS）市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 115 億美元，相較 2015 年同比增長(zhǎng)約 13%，預(yù)計(jì)2016 至 2022 年全球CMOS 圖像傳感器市場(chǎng)復(fù)合年均增長(zhǎng)率將保持在 10.50%左右，2022 年將達(dá)到約 210 億美元。出貨量方面，2017 年全球CIS 出貨量超 40 億顆，預(yù)計(jì)2021 年全球出貨量將達(dá) 70 億顆。

CIS 芯片中高端市場(chǎng)呈現(xiàn)出中國(guó)豪威、韓國(guó)三星、日本索尼三強(qiáng)爭(zhēng)霸格局，方正證券指出，韋爾股份（603501）在 CIS 芯片領(lǐng)域?qū)⒅鸩较蛑懈叨耸袌?chǎng)擴(kuò)張，與豪威并購(gòu)之后將打通銷售體系、供應(yīng)鏈體系，進(jìn)一步強(qiáng)化與下游客戶的合作深度及產(chǎn)品廣度；晶方科技（603005）是全球領(lǐng)先的 CIS 芯片封裝供應(yīng)商。

五、風(fēng)險(xiǎn)提示

下游需求不及預(yù)期，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇。