电子元器件行业深度报告：光学创新再辟百亿蓝海，龙头企业发力3D传感.pdf

cgws 请参考最后一页评级说明及重要声明 投资评级： 推荐 （ 维持 ） 报告日期： 2020 年 01 月 13 日 分析师：邹兰兰 S1070518060001 021-31829706 zoulanlancgws 联系人（研究助理）：舒迪 S1070119070023 021-31829734 shudicgws 行业表现 数据来源：贝格数据 相关报告 2019-12-17 光学创新再辟百亿蓝海，龙头企业发力3D 传感 电子元器件 行业深度报告 股票名称 EPS PE 19E 20E 19E 20E 晶方科技 0.44 1.33 124.32 41.13 汇顶科技 5.27 6.47 49.39 40.23 韦尔股份 0.74 2.89 226.19 57.92 欧菲光 0.19 0.59 85.42 27.51 水晶光电 0.38 0.56 45.24 30.70 资料来源：长城证券研究所 TOF 成安卓手机厂商主流选择，苹果手机 Face ID 为结构光应用主力：由于结构光与 TOF 方案原理的差异，结构光适用于安全性要求高而测量距离较低的场景，苹果 Face ID 为目前主力应用，预计 2020 年苹果新机延续使用结构光方案。 2019 年，安卓手机大量推广使用 TOF 摄像头，总计 13 款机型，主流安卓手机厂商均推出 TOF 方案；其中荣耀 V20 与华为nova 5 Pro 机型价位仅为 2999 元， 3D 感测功能正式走向中低端机型。预计 2020 年安卓手机厂商 TOF 渗透率将 加速提升。 手机与汽车市场双引擎驱动 3D传感应用， 2020年 3D传感有望加速放量：根据 Yole数据，全球 3D传感器市场规模在 20172023年的 CAGR为 44%，其中消费与汽车的 CAGR 分别为 82%与 35%，消费与汽车将成为 3D 传感市场的最大增长引擎。根据手机和汽车摄像头出货量以及渗透率判断，我们预计 2020 年 3D 感测模组出货量合计约 3.55 亿颗，对应市场规模约55.5 亿美元 ，市场放量有望推动国内厂商导入供应链，利好 3D 传感产业链 。 发射端新增元器件进入壁垒高，传统摄像头 各 环节龙头厂商有望 业务延伸至 3D 传感领域： 发射端 VCSEL、 WLO、 DOE 以及接收端 IR CIS、窄带滤光片为主要新增元器件，加工难度与价值量高。发射端成本占比约53.6%，市场空间巨大，主流供应商以海外或台系厂商为主，进入壁垒高。接收端部分环节与传统摄像头类似，各环节龙头厂商有望将业务延伸至3D 传感领域。新增环节的技术突破或者原有环节的业务延伸将为国内厂商提供突破口，配合手机与汽车市场放量有望实现业绩爆发式增长。 投资建议： 我们看好 3D 传感方案在手机与汽车领域放量在即 ， 推荐 3D传感产业链 。 1） 收购 Anteryon 实 现 WLO 技术整合厂商 晶方科技， 预计2019-2021 年的归母净利润分别为 1.01/3.05/4.18 亿元， EPS 为 0.44/1.33/1.82 元，对应 PE 分别约为 124X、 41X、 30X，维持“强烈推荐”评级 。 2） 持续加大投入 TOF 整体方案厂商 汇顶科技 ， 预计 2019-2021 年-20%0%20%40%60%沪深 300 电子元器件 核心观点 重点推荐公司盈利预测 分析师 证券研究报告 行业深度报告 行业报告 电子元器件行业 行业深度报告 长城证券 2 请参考最后一页评级说明及重要声明 归母净利润 24.03/29.49/38.22 亿元，对应 EPS 分别为 5.27/6.47/8.39 元 。 3）延伸 CMOS芯片业务至 3D传感领域的龙头企业 韦尔股份 ，预计 2019-2021年的归母净利润为 6.38/24.92/33.38 亿元， EPS 分别为 0.74/2.89/3.87 元，对应 PE 分别为 226X、 58X、 43X，维持“ 推荐”评级。 4） 已 导入苹果产业链 IR 接收端模组组装 厂商 欧菲光 , 预计 2019-2021 年归母净利润5.03/15.97/24.03 亿元，对应 EPS 分别为 0.19/0.59/0.89 元 。 5） 已导入苹果产业链的窄带滤光片厂商 水晶光电 ， 预计 2019-2021 年归母净利润4.23/6.25/7.55 亿元，对应 EPS 分别为 0.38/0.56/0.67 元。 风险提示： 3D 传感方案渗透率 不及预期 ；技术突破不及预期 。 行业深度报告 长城证券 3 请参考最后一页评级说明及重要声明 目录 1. 3D 传感方案介绍：手机厂商放量在即， TOF 方案有望拓宽应用市场 . 6 1.1 结构光与 TOF 为 3D 传感主流方案， TOF 有望拓展广阔应用市场 . 6 1.2 手机厂商持续布局 3D 传感技术，安卓 TOF 方案放量在即 . 9 2. 需求端：手机与汽车市场加速渗透，发射端新增元器件价值占比高 . 11 2.1 手机与汽车市场双引擎驱动 3D 传感加速渗透， 2020 年 iPhone 仍占据主要市场11 2.2 发射端新增元器件价值量高， TOF 方案有望以成本优势加速应用 . 13 3. 供给端：苹果抢占全球成熟产业资源，发 射端组件壁垒高利润高 . 15 3.1 苹果抢占全球成熟产业资源，安卓厂商有望在 TOF 方案实现超车 . 15 3.2 发射端新增元器件进入壁垒高，传统摄像头各环节龙头厂商有望业务延伸至 3D传感领域 18 4. 投资总结：国内厂 商有望在 WLO、滤光片、模组和整体方案环节导入供应体系 . 21 4.1 晶方科技：收购 Anteryon 整合 WLO 技术 . 21 4.2 汇顶科技：持续加大投入 TOF 整体方案 . 24 4.3 韦尔股份： CMOS 芯片龙头业务延伸至 3D 传感领域 . 26 4.4 欧菲光：导入苹果产业链 IR 接收端模组组装 . 27 4.5 水晶光电：导入苹果产业链窄带滤光片环节 . 30 行业深度报告 长城证券 4 请参考最后一页评级说明及重要声明 图表目录 图 1： 主流 3D 传感技术对比：双目视觉、结构光、 TOF . 6 图 2： iPhone 前置散斑结构光 3D 传感器组成与光路结构 . 6 图 3： TOF 传感器原理介绍 . 7 图 4： 三种 3D 传感技术对比 . 8 图 5： 3D 传感技术应用距离与深度信息综合对比 . 8 图 6： Apple 近年在 3D 传感领域收购布局情况 . 9 图 7： 目前已发布的搭载 3D 传感功能的手机梳理 . 10 图 8： 3D 传感的主要应用场景 . 11 图 9： 20172023 年 3D 传感的主要细分领域市场规模（亿美元） . 11 图 10： 3D 传感的主要细分领域市场规模（亿美元） . 12 图 11： 3D 传感主要由发射端、接收端以及图像处理芯片组成 . 14 图 12： 3D 传感模组各组件成本占比（ %） . 14 图 13： 3D 传感模组苹果产业链梳理 . 15 图 14： 3D 传感模组非苹果产业链 . 16 图 15： VCSEL 原理图 . 18 图 16： 全球 GaAs 晶圆代工（含 VCSEL）市场份额 . 18 图 17： WLO 技术简介 . 19 图 18： Heptagon WLO 工艺对比 . 19 图 19： 单层锯齿状衍射光学元件结构示意图 . 20 图 20： DOE 微观结构电镜图 . 20 图 21： 太阳光能量分布图 . 20 图 22： 940nm 窄带滤光片透光率曲线 . 20 图 23： 公司发展历程 . 21 图 24： 公司收入结构构成（亿元） . 22 图 25： 公司各业务毛利率 情况 . 22 图 26： 公司营业收入、增速及毛利率 . 23 图 27： 公司归母净利润、净利率及 ROE . 23 图 28： 公司经营活动现金流量净额及占营收比例 . 23 图 29： 公司总资产及剔除预收款后资产负债率 . 23 图 30： 公司发展历程及重要节点 . 24 图 31： 公司的收入结构构成 (亿元 ) . 25 图 32： 公司各业务毛利率情况 . 25 图 33： 公司营业收入、增速及毛利 . 25 图 34： 公司归母净利润、净利率及 ROE . 25 图 35： 公司经营活动现金流量净额（亿元）及占营收比 . 25 图 36： 公司总资产及剔除预收款后资产负债率 . 25 图 37： 公司发展历程及重要节点 . 26 图 38： 公司营业收入、增速及毛利 . 26 图 39： 公司归母净利润、净利率及 ROE . 26 图 40： 公司经营活动现金流量净额及占营收比例 . 27 图 41： 公司总资产及资产负债率 . 27 图 42： 北京豪威营业收入、增速及毛利 . 27 行业深度报告 长城证券 5 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 43： 北京豪威净利润、净利率及 ROE . 27 图 44： 公司发展历程及重要节点 . 28 图 45： 公司收入结构构成（亿元） . 28 图 46： 公司各业务毛利率情况 . 28 图 47： 公司营业收入、增速及毛利率 . 29 图 48： 公司归母净利润、净利率及 ROE . 29 图 49： 公司经营活动现金流量净额（亿元）及占营收比 . 29 图 50： 公司总资产及剔除预收款后资产负债率 . 29 图 51： 公司发展历程及重要节点 . 30 图 52： 公司收入结构（百万元） . 30 图 53： 公司主要业务毛利率（ %） . 30 图 54： 公司营业收入、增速及毛利 . 31 图 55： 公司归母净利润、净利率及 ROE . 31 图 56： 公司经营活动现金流量净额及占营收比例 . 31 图 57： 公司总资产及资产负债率 . 31 行业深度报告 长城证券 6 请参考最后一页评级说明及重要声明 1. 3D 传感 方案介绍：手机厂商放量在即，TOF 方案有望拓宽应用市场 1.1 结构光 与 TOF 为 3D 传感主流方案， TOF 有望拓展广阔应用市场 图像传感器逐渐从 2D 发展至 3D，深度信息的带入使得手机、汽车、 AR 等应用的可拓展性变得越来越高，从 2D 走向 3D 是未来传感器发展的一大趋势。目前， 3D 传感的主流技术包括：双目视觉、结构光与 TOF（ time of flight）。 双目视觉与结构光主要基于三角定位原理测距， TOF 主要基于光的飞行时间测距。 图 1： 主流 3D传感 技术对比 ：双目视觉、结构光、 TOF 资料来源： 摄像头观察， 长城证券研究所 双目视觉是基于视差原理并利用成像设备从不同位置获取被测物体的两幅图像，通过三角定位方法获取深度信息 ，属于被动式方案 。但由于现实世界难以精准抓取定位点，目前推广度较差。 结构光技术原理 是将结构光投射至物体表面 ， 再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案 ， 根据物体距离不同而带来的形变再结合三角定位测算物体表面的空间信息。结构光是指一些具有特定模式的光，包括点、线、面等。 图 2： iPhone 前置散斑结构光 3D传感器组成与光路结构 行业深度报告 长城证券 7 请参考最后一页评级说明及重要声明 资料来源： AMS， Techinsights and Bernstein analysis， 长城证券研究所 目前，结构光主要分为散斑结构光与编码结构光。散斑结构光的激光散斑具有高度的随机性，而且随着距离的不同会出现不同的图案，在同一空间中任何两个地方的散斑图案都不相同。 只要在空间中打上这样的结构光然后加以记忆就让整个空间都像是被做了标记，然后把一个物体放入这个空间后只需要从物体的散斑图 案中特征点的位移量，通过三角测量法可计算出所测物体的深度信息。编码结构光法通过将一幅或多幅以特定的编码投射到待测物上，得到一幅对应的编码图像。利用编码方式对编码图像进行解码得到各像点所对应物点上的光线投射角，最后由结构光法基本公式获得景物的三维坐标。 目前，散斑结构光的安全性与计算复杂程度高于编码结构光。 TOF 方案 原理是通过向目标物体 发射红外光源 ，测量光在镜头和物体之间传输时间，通过 光脉飞行时间 来计算被测物体离相机的距离 。 TOF 技术具备抗干扰性强、 FPS 刷新率更高的特性，因此在动态场景中能有较好表现。另外 TOF 技术深度信息计算量小，对应的 CPU/ASIC 计算量也低，因此对算法的要求更低。但相对于结构光技术， TOF 技术的缺点在于其 3D 成像精度和深度图分辨率相对较低，功耗较高。 图 3： TOF 传感器原理介绍 资料来源： VIAVI， 长城证券研究所 行业深度报告 长城证券 8 请参考最后一页评级说明及重要声明 目前， 3D 传感主流应用技术为结构光与 TOF。 两种传感技术从原理上决定了其应用领域的不同，我们从测量距离、深度精准度、算法复杂度、扫描与响应速度、各类环境适应性、硬件成本进行对比分析，阐明两种技术各自适用的应用领域。 深度信息精准度方面，散斑结构光发射光源具有一定随机性，安全性最高，深度信息最为精准；而 TOF 深度信息精准度与发射光强度和图像传感器精度有关， 精准度 通常低于结构光方案。结构光目前可达 1280*800，而 TOF 最高精度约为 640*480。 测量距离方面，结构光 需投射散斑或编码等结构性图案，远距离光强衰减过快，方案易失效；而 TOF 采用面 光源，抗衰减好，适用测量距离更远。结构光测量距离在 1.2m 以内， TOF 最高测量距离在 5m 至 10m。而在算法复杂度、扫描响应速度、 弱光与强光适应性以及硬件成本等方面上， TOF 方案均优于结构光。 因此，结构光 3D 方案适用于对安全性要求高而测量距离较低的 场景 ，例如人脸识别、AOI 检测等。而 TOF 方案应用更加宽广，例如 3D 建模、游戏、导航、汽车避障、自动驾驶、手势捕捉、导航、 AR 等各个方面。 图 4： 三种 3D传感技术对比 图 5： 3D传感技术应用距离与深度信息综合对比 对比项目 双目视觉 结构光 TOF 深度精准度 中等 高 中等 测量距离 中等 低 高 算法复杂程度 高 中等 低 扫描响应速度 中等 低 高 低光照环境 差 好 好 室外强光 好 较差 好 硬件成本 低 高 中等 应用领域适用情况 游戏 否 是 是 3D 电影 是 否 否 3D 扫描 否 是 是 用户界面控制 否 否 是 AR 是 否 是 行业深度报告 长城证券 9 请参考最后一页评级说明及重要声明 资料来源： Time of Flight Camera- An Introduction， 长城证券研究所 资料来源： 3D Vision System Development， 长城证券研究所 1.2 手机厂商持续布局 3D 传感技术，安卓 TOF 方案放量在即 3D 结构光方案由苹果 iPhone X 正式打开消费电子市场，该方案来自 2013 年苹果收购的3D 视觉整体解决方案提供商 Primesense。苹果自 2013 年起，积极布局 3D 传感领域，并率先成功打开手机市场，持续引领 3D 传感技术的发展与应用。 图 6： Apple 近年在 3D传感领域收购布局情况 时间 收购公司 业务 2013.11 Primesense 3D 视觉整体解决方案服务 2015.04 LinX Imaging 多孔摄像头 2015.05 Metaio AR/VR 2015.08 Faceshift 面部表情捕捉 2016.01 Emotient 面部表情 2016.01 Flyby Media AR/VR 2017.02 RealFace 面部 3D 扫描 2018.08 Akonia Holographics AR 眼镜 2019.08 Fashwell AI 视觉 2019.12 Spectral Edge 改善图片质量 资料来源： 公开资料， 长城证券研究所 自 2017 年 9 月苹果 iPhone X 发布搭载结构光 3D 感测功能后，安卓阵营逐步推广 3D 感测功能。至今，全球 已 发布结构光手机型号 7 款， TOF 手机型号 13 款，其中 2 款手机前后各搭载一颗 TOF 摄像头。 从 已 上市的手机来看，苹果 手机 前置采用 散斑 结构光实现面部解锁功能 ；安卓手机 2018 年有 4 台手机跟进结构光技术，小米采用编码结构光简化算法难度。结构光技术由于成本高、量产难度大以及算法复杂，目前在安卓阵营推广较慢。 2019 年，安卓手机大量推广使用 TOF 摄像头，总计 13 款机型。荣耀 V20 与华为 nova 5 Pro机型价位仅为 2999 元， 3D 感测功能正式走向中低端机型。 华为 Mate 30 Pro 与三星 S10 5G 前后各搭载一颗 TOF 摄像头，有望引领 2020 年新机潮流。 2019 年可谓手机端 TOF摄像头元年，预计 2020 年 TOF 摄像头渗透率仍将进一步提升。 行业深度报告 长城证券 10 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 7： 目前已发布的搭载 3D传感功能的手机梳理 品牌 型号 上市时间 发布价格 结构光 苹果 iPhone X 2017.9.13 999 美元起 iPhone XR 和 XS 系列 2018.9.13 749 美元起 iPhone 11 系列 2019.9.11 700 美元起 小米 小米 8 2018.5.31 3699 元起 OPPO OPPO FindX 2018.6.20 4999 元起 华为 华为 Mate20 Pro 2018.10.16 5399 元起 荣耀 Magic 2 2018.10.31 3799 元起 TOF OPPO OPPO R17 Pro 2018.8.23 4299 元起 OPPO Reno3 Pro 2019.12.26 3999 元起 vivo vivo NEX 双屏版 2018.12.19 4998 元 华为 荣耀 V20 2018.12.26 2999 元起 华为 Mate X 2019.2.24 16999 元起 华为 P30 Pro 2019.3.26 5488 元起 华为 nova 5 Pro 2019.6.21 2999 元起 华为 Mate 30 Pro （前后两颗） 2019.9.26 5799 元起 三星 三星 S10 5G（前后两颗） 2019.2.21 8270 元 三星 A80 2019.4.10 4440 元 三星 Note 10+ 2019.8.8 1099 美元起 LG LG G8 2019.2.25 5300 元 联想 联想 Z6 Pro 5G 2019.4.23 3299 元 资料来源： 公司官网， 长城证券研究所