天风电子:3D sensing打开应用市场产业链迎投资机会_新浪财经

　　Magic Leap通过发布AR头显Magic Leap One，官网显示开发者版本将于2018年发货。Magic Leap此前经历四轮融资，总额达到19亿美元。新产品Magic Leap One包含AR眼镜以及计算引擎、控制手柄共三款产品，拥有数字光场、视觉感知、持久化对象、声场音频、高性能芯片组和下一代交互等特性。与HoloLens不同，该款头显采用不同于立体显示的光场显示技术，从根本上解决AR设备常有的眩晕问题。

　　苹果新机搭载3D摄像，打开移动端AR/VR应用场景。3D sensing打开多样化应用场景，不仅仅包括现阶段大家最关注的iphone X人脸识别功能，在此之后的手势识别，乃至AR\VR融合，带来硬件+软件升级变化，才是重点。苹果的创新预期会带动整个安卓阵营，包括国产机厂商3D SENSING进入提速期。从技术方案上来看，3D sensing有结构光、TOF、双目三类技术路线，苹果采用AMS（Heptagon）的方案，预计安卓机可能采用高通&Himax/Mantis的方案，其他摄像头模组厂商会参与。依托于手机庞大的用户量，移动端AR将进入快速渗透期。

　　AR眼镜中长期将与手机平台协同发展，从专业级到消费级发展路径。手机端AR虽具备成本低、开发便捷、操作简便等特性，AR眼镜具备解放双手、沉浸感强、交互性强、用户体验佳等优势。基于此我们中期看好AR眼镜结合手机计算平台的模式。由于价格、体验等问题，此前消费级AR眼镜发展较慢，今年开始，AR眼镜在专业领域率先兴起。我们看好AR眼镜通过手势识别、语音识别、眼球跟踪等多种交互方式，成为独立的小型计算中心，在专业级+消费级市场共同发展。预计2017-2021年，独立AR设备年出货量由100万件增长至2700万件，市场复合增速达228%。光学是AR眼镜整机的核心环节，预计AR眼镜的爆发将主要集中在自由棱镜式以及阵列波导式的产品上。

　　投资建议：从光学零组件产业链角度推荐水晶光电（3D传感器发射及窄带滤光镀膜、AR光机制造）、联创电子（DOE、衍射屏及3D传感器镜头）、福晶科技（AR光机光学组件）、欧菲光（3D传感器模组）。从ODM整机角度推荐闻泰科技（分离式VR设计、高通平台开发支持）、歌尔股份（VR及AR产品开发）。

　　3D SENSING产业链投资机会

　　1、3D SENSING产业链

　　TOF（Time of flight）相较结构光需要额外的计时装置和驱动器，但核心零部件基本一致。我们以结构光方案来阐释3D SENSING 结构：

　　结构光3D摄像头主要硬件包括四部分：红外光发射器（IR LD或VCSEL）、红外光接收装置（IR CIS或者其他光电二极管）& 可见光摄像头（Vis CIS）、图像处理芯片。其与传统摄像头在硬件上最大的不同是前端引入了VCSEL模组。

　　3D sensing供应商上游环节有红外传感器、红外光源、红外滤光片、镜头等，中游包括传感器模组、摄像头模组等，下游为终端厂商。我们认为核心环节包括：红外发射、接受、图像处理芯片和系统组装，判断3D SENSING产业链兴起将给国内企业带来发展机会。

　　国内企业在组装制造及原材料环节具备优势，如VCSEL制造环节的三安光电、红外接受部分窄带滤光片供应商水晶光电、具备3D SENSING组装能力的水晶光电、欧菲光、舜宇光学、联创电子等。

　　2、红外发射部分

　　红外光发射部分是整个3D视觉重要的组件之一，提供最核心的近红外光源，其发射图像的质量对整个识别效果至关重要。除了红外光源外，结构光方案还需要采用pattern图像（如激光散斑等）进行空间标识，需要定制的DOE（衍射光栅）和WLO（wafer level optics，晶圆级光学透镜，包括扩束元件、准直元件、投射透镜等）。

　　红外光源

　　目前，可以提供800-1000nm波段的近红外光源主要有三种：红外LED、红外LD-EEL（边发射激光二极管）和VCSEL（垂直腔面发射激光器）。综合分析三种方案，LED虽然成本低，但是发射光角度大，必须输出更多的功率以克服损失。此外，LED不能快速调制，限制了分辨率，需要增加闪光持续时间；边发射LD也是手势识别的可选方案，但是输出功率固定，边缘发射的模式在制造工艺方面兼容性不好；VCSEL比LD-EEL的优势在于所需的驱动电压和电流小，功耗低，光源可调变频率更高（可达数GHz），与化合物半导体工艺兼容，适合大规模集成制造。尤其是VCSEL功耗低、可调频率高、垂直发射的优点，使其比LD-EEL更加适合消费电子智能终端。

　　VCSEL，全名为垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED（发光二极管）和LD（Laser Diode，激光二极管）等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，目前是3D SENSING模组中红外光发射器主要形式。VCSEL 的制造依赖于MBE（分子束外延）或MOCVD（金属有机物气相沉积）工艺，由于VCSEL 主要采用三五族化合物半导体材料GaAs 或 InP（含有In、Al 等掺杂），因此移动端VCSEL产业链与化合物半导体产业链结构类似。

　　目前，VCSEL全球范围内主要的设计者包括Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon、II VI等公司，它们在移动端VCSEL处于前沿的研发角色。由IQE、全新、联亚光电等公司提供三五族化合物EPI外延硅片，然后由宏捷科（Princeton Optronics合作方）、稳懋（Heptagon 合作方）等公司进行晶圆制造，再经过联钧、矽品等公司的封测，便变成了独立的VCSEL 器件。

　　国内苹果产业链上也已经开始准备切入这一市场。在光通讯领域中，国内光通讯器件厂商光迅科技在消费级VCSEL芯片积极布局，已有样片的流片和测试；而在代工环节，三安光电也已具备光通讯芯片的相关能力。

　　DOE衍射光栅

　　DOE衍射光学元件（Diffractive Optical Elements）是基于光的衍射原理，利用计算机辅助设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片上（或传统光学器件表面）刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构（一般为光栅结构）。在3D视觉结构光方案中，DOE的作用就是利用光的衍射原理，将激光器的点光源转换为散斑图案（pattern）。

　　DOE衍射光学元件的产业链结构主要为：DOE光学图案设计、DOE制造与加工、光学元件模组封装，此外还需要原材料（主要为特种石英玻璃、光敏玻璃等）与精密光学加工设备（如光刻机等）这两大支持性辅助环节。

　　目前具有先进DOE设计与制造的公司不多，全球范围内主要供应商有德国CDA、法国Silios、德国Holoeye等，中国厂商联创电子、Himax也有参与，特别是在移动端微小型DOE器件方面还没见相关产品。根据台湾科技媒体中时电子报的分析，高通目前正积极研发3D视觉结构光方案，在DOE和WLO方面，将采用Himax奇景光电的方案。

　　为了将结构光方案应用于移动端消费电子产品，发射端器件在体积和尺寸上需要压缩，因此光束整形器Beam Shaper和投射透镜Projection Lens等光学器件都是采用WLO（晶圆级光学器件）工艺加工而成。

　　3、红外接收部分

　　在3D结构光方案中，RX红外接收部分主要为一颗红外摄像头，用于接收被物体反射的红外光，采集空间信息。该红外摄像头主要包括三部分：红外CMOS传感器、光学镜头、红外窄带滤光片，在基本结构上与目前主流的可见光摄像头类似。

　　红外窄带滤光片

　　接收红外光，需要滤光片过滤出940nm波长的红外光。在lens窄带滤光片制作工艺远比传统的滤光片更难，其需要镀50层膜实现窄带带通，同时采用干涉原理，需要几十层光学镀膜构成，具有较高的技术难度，因而比传统截止型滤色片的价值高。

　　目前全球主要滤光片供应商除了龙头厂商VIAVI外，还包括布勒莱宝光学（Buhler）、美题隆精密光学（Materion）、波长科技（Wavelength）等公司。国内水晶光电拥有充足的红外截止滤光片技术积累，技术实力强，具有国际竞争力，也是全球红外窄带滤光片重要供应商之一。

　　红外CMOS传感器

　　红外CMOS图像传感器（IR CIS）用来接收被手部或脸部反射的红外光，在技术上这是一个比较成熟的器件。在搭载虹膜识别功能的三星Note7和富士通ARROWS NX F-04G手机中均出现IR CIS。

　　目前，红外CMOS图像传感器供应商主要包括意法半导体、奇景光电、三星电子、富士通、东芝等公司。根据Yole的分析，意法半导体已经开发出了可能用于iPhone 8的3D成像红外传感器，将于17年下半年开始大规模为苹果提供红外CMOS图像传感器。该芯片将由意法半导体设计、由台积电代工制造、由同欣电提供晶圆重组。国内方面，目前涉足红外CMOS传感器的公司不多，思比科和OV机会较大。

　　光学镜头

　　目前3D视觉产品多采用成熟的普通镜头，国外光学镜头供应商包括大立光、玉晶光电、关东辰美等，国内方面舜宇光学、联创电子、旭业、川禾田等公司均可提供。

　　4、系统组装

　　由于3D视觉方案涉及较多的硬件部分，需要红外发射激光器、红外接收摄像头、可见光摄像头、图像处理芯片四大部分的协同合作。特别是红外光的发射与接收之间的匹配对整个3D视觉方案的识别效果和准确度至关重要，因此整个系统模组的封装和集成是非常关键的。

　　移动端3D视觉模组制造难度大，主要体现在：1）TX发射端含有的DOE和WLO等精密光学元件，在组装时需要非常高的精确度，采用高难度的同轴度调整；2）发射端含有的VCSEL激光器，需要进行光谱检测和校准；3）TX发射端、RX接收端和可见摄像头是彼此独立的，三者在空间位置上的准确度和稳定性对于最终3D成像效果而言非常关键，需要高难度的匹配和校准。

　　苹果公司今年3D 视觉模组供应商包括夏普、LG等。今年苹果量产延迟，很大一部分原因也是3D发射端和接收端的组装良率不高，影响整个产品组装良率。可见3D发射端和接收端良率至关重要。国内包括舜宇光学、欧菲光、丘钛科技、联创光电等企业也都具备3D sensing系统集成能力。

　　注：文中观点节选自天风证券研究所已公开发布研究报告，具体报告内容及相关风险提示等详见完整版报告。

　　证券研究报告《3D识别到AR眼镜，从输入到输出的创新之路》

　　对外发布时间 2017年12月21日

　　报告发布机构天风证券股份有限公司

　　本报告分析师潘暕 SAC 执业证书编号： S1110517070005