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精密光学产业发展现状梳理及前景分析 工业级消费市场不断拓展 产业发展空间较大

一、精密光学产业向工业级消费市场不断拓展

精密光学是一种高度精确的技术,其应用范围涵盖了很多领域,如航天、国防、医疗、通讯等。它主要关注设计和制造各种高精度的光学元件和系统,例如透镜、棱镜、反射镜、光栅等。这些光学元件可以用于调节和控制光线的传输和聚焦,并且在各种高精度的设备中被广泛应用。

根据观研报告网发布的《中国精密光学产业现状深度分析与投资前景预测报告(2023-2030年)》显示,光学器件(或“光学元件”)是指利用光学原理实现各种观察、测量、分析记录、信息处理、像质评价、能量传输与转换等功能的光学系统中的主要器件,是各种光学仪器、图像显示产品、光学存储设备核心部件的重要组成部分。根据精度和用途的不同,可分为传统光学器件和精密光学器件,其中精密光学器件根据应用领域的不同可进一步细分为消费级精密光学器件及工业级精密光学器件。

精密光学器件分类

分类

细分类型

精度要求

应用领域

传统光学器件

--

面形:面形差于 N=10/△N=3

镀膜:增透膜,R1% 高反膜,R90%

表面光洁度:差于60/40

传统照相机、望远镜、显微镜等传统光学产品

精密光学器件

消费级精密光学器件

面形:面形精度相当于 N=5/△N=2 ②镀膜:增透膜,Ravg0.5% 高反膜,R95% 分光膜,T/R=1:17:3„ ③表面光洁度:差于40/20

智能手机、投影机、数码类照相机、摄像机等消费电子产品

工业级精密光学器件

面形:面形精度相当于 N=2/△N=0.5

镀膜:增透膜,Ravg0.25% Rmin0.5% 高反膜,R99.5% 高端滤光片,T92%OD8

表面光洁度:优于20/10

多光谱相机、工业测量、激光雷达、AR/VR 检测仪器、基因测序仪、遥感卫星、半导体封装与检测等

资料来源:网络,慧泊产业资讯分析数据中心整理

精密光学镜头是以精密光学器件为基础,利用先进的模组,组装、加工而成的光 学组件,对分辨率、对比度、景深以及各种像差等成像质量的关键性指标起着决定性的作用。根据光学镜头产品设计、生产技术的先进性、制造工艺的难易程度不同,可分为传统光学镜头和精密光学镜头。

光学镜头分类及特点

分类 特点
传统光学镜头 ①基本为定焦镜头产品,结构简单,所涉及零部件较少,对开发设计要求不高;②产品技术、工艺较为简单;③生产厂家数量众多,市场竞争激烈;④产品毛利率相对较低
精密光学器件 ①部分产品具备变焦功能,结构复杂,镜片数量≥10 片,F/#≤2.0,对开发设计要求非常高;②零件精度:镜片加工偏心≤1',中心厚度公差≤0.02mm,胶合件胶合需要保证无应力,镀膜可能存在特殊要求,例如膜层损失阈值要求等,粗糙度需要达到 1nm 以内的超光滑等;③装配精度:镜片装调偏心≤1',空气间隔公差≤0.02m,并且绝大多数镜片需要根据最终的性能做空气间隔或者偏心的主动装调,以达到更高的性能;④最终性能:分辨率≥80%衍射极限,并且要求在一定景深和焦深范围内依然能够贴近衍射极限

资料来源:网络,慧泊产业资讯分析数据中心整理

人工智能的日益普及和自动化生产设备的广泛推广,掀起了自动化试验、自动化检测、自动化测量仪器和设备的研制浪潮。自动化的光学系统/仪器主要承担了将光学信息数字化的功能,将生成的数字化图像、频谱信息、扫描点云等数字信息,结合各种图像处理算法,提取出目标信息,用以在线指导和辅助人们的工作、进行产品质量的自动鉴别,结合专家系统对样本进行快速筛选,减少后续人工判断的工作量。

精密光学系统/仪器分类及特点

分类 特点 应用领域
传统光学系统/仪器 人工检查产品的外观缺陷,耗费大量人力及时间;使用特定系统/仪器对产品进行性能检测,耗时耗力;使用替代的尺寸指标控制光学性能,灵敏度不够;利用专业人员的经验,对试验样本/病理样本进行详细分析及查看,资源有限,检测吞吐量小 产品检测/精密装配/样本分析领域
精密光学器件 利用快速图像采集及形态学方法,进行产品缺陷的自动检测,高效且错误率低;结合机械手臂/自动传送装置等产品分级测量系统;直接利用光学图像法自动检测光学性能指标,取代传统探测量;利用人工智能算法在大量样本中甄别关注特征信息,并提交专家作最终判断,提高效率,减低人员负荷 自动化产品检测/精密装配/样本分析领域

资料来源:网络,慧泊产业资讯分析数据中心整理

近年来,受到生命科学、半导体以及生物识别等下游应用领域需求的驱动,工业级精密光学市场从2018年的103.2亿人民币上升到2022年的146.9亿人民币。作为当前科技发展的前沿阵地,半导体和生命科学在未来几年仍将吸引大量投入,对工业级精密光学产品的需求有望扩大。此外,在元宇宙、大数据、AI、等技术概念的驱动下,加之人们生活与消费理念的持续升级,无人驾驶以及AR/VR等领域呈现爆发式发展的趋势,为工业级精密光学产品带来广阔的空间。预计全球工业级精密光学市场规模2023年将达到163.8亿元。

资料来源:慧泊产业资讯分析数据中心整理

二、产业挑战与机遇并存,企业需补足短板

1产业优势

1)良好政策环境为精密光学发展提供有利保障

近年来,国家陆续出台多项政策,持续引导和鼓励精密光学产业的发展。例如,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》明确提出,加快研制高功率光纤激光器、扫描振镜、动态聚焦镜及高性能电子枪等配套核心器件,提升软硬件协同创新能力。《“十三五”国家科技创新规划》提出,研制满足高速光通信设备所需的光电子集成器件;突破光电子器件制造的标准化难题和技术瓶颈,建立和发展光电子器件应用示范平台和支撑技术体系,推动我国信息光电子器件技术和集成电路设计达到国际先进水平。

2)科技创新引领产业升级,推动市场需求不断增加

精密光学产业是集光学设计、超精密加工、材料学、机构学、电子学等先进科技于一体的技术密集型产业。随着电子信息技术的日新月异,更新换代速度越来越快,光学产品精密度要求愈加提高,光学镜头及其模组等光学产品在各类高端产业应用中的重要性不断提升,市场需求将持续保持增长。同时受益于科技的快速发展和创新,精密光学产品可以更多地和电子通信产品相结合,创造更多的市场需求,带动精密光学产业的持续快速发展。

2、产业劣势

1)知识产权保护难度大

精密光学技术和产品推出市场后容易被模仿和复制,知识产权保护难度较大,侵权风险高。同时由于我国知识产权保护还不完善,企业维权成本较高,不利于产业整体的进步和创新,容易造成产业恶性竞争和不良竞争。

2)环保要求高

由于精密光学产品生产过程中需要使用大量化学品和能源,对环境的影响较大。同时由于环保污染的产生,需要企业使用大量资金和精力处理环保问题。因此,环保问题的存在使得企业经营压力较大,压缩了产业的经营利润。

3、产业机会

1)由消费级迈向工业级,精密光学应用领域逐步扩张

精密光学产业的发展受下游整机设备产品需求的变化而变化。近几年,随着智能手机、笔记本电脑、平板电脑等消费类电子产品普及率的快速提升,产业整体进入饱和期。与此同时,随着国家大力推进供给侧结构性改革,构建现代产业体系,提升创新能力,进一步发展壮大新一代信息技术、高端装备等战略性新兴产业,新兴领域需求的高速成长带动了精密光学产业的结构调整。光电产业下游产品结构的调整带动了处于产业链中游的精密光学产业的转型发展,调整产品结构,向半导体、生命科学、AR/VR检测等高端科技应用领域靠拢。未来,随着现代科技的发展,精密光学在该等领域的应用将朝纵深化发展,终端市场的需求增长亦将拉动精密光学产业产业链整体市场规模增长。

2)产业结构调整和转移带动我国精密光学产业发展

随着经济全球化和发达国家光电产业的结构调整加快,全球光学产业正逐渐向中 国内地转移,德国、美国、日本、我国台湾地区的知名光学企业已在中国大陆设厂,带动了国内精密光学产业的发展。随着技术水平的不断提升,本土精密光学企业正在逐步追赶国际先进水平,出现了一批技术与装备先进、自动化程度较高、有较强的品质保证与过程控制能力、精密光学批量化生产水平具有国际市场竞争力的企业,能够立足全球精密光学产业平台并全面参与全球高端市场的竞争,为中国精密光学产业发展提供了良好的市场机会。

4、产业威胁

1)核心设备依赖进口

精密光学产业是一个资金密集并融合了光学技术、机械技术和电子技术等诸多当代先进科技的技术引领型产业。一方面,精密光学产业对自动化精密生产、检测设备的投入要求较大;另一方面,精密光学产业的技术含量较高,核心工艺设备的先进水平直接影响产品质量和良品率高低,直接决定企业在市场竞争中的成本优势,并对产能规模提升形成制约。长期以来,我国产业资讯分析的关键制造、检测设备较为依赖进口,例如德国莱宝生产的镀膜机等,而国内生产的相关设备可靠性较低,从而给我国精密光学产业的发展带来了一定的挑战。

2)高端人才短缺

精密光学产业在方案设计环节需要系统利用光学设计、机械设计、电子控制、软件设计和精密加工等诸多技术;生产组装环节对部件加工精度、组装精度、自动化设 备及工具都有严格的标准和规范,同时还需要生产厂商具备精益求精的工艺,以严格管控机电配合、零件加工精度、组装偏芯、零件内部应力、镜片间隙及零件热胀冷缩;检验环节则通常需要超高精度加工检测设备,以及经验丰富、功底深厚的专家团队。因此,精密光学产业对于多学科复合型人才、经验丰富的技术工程人员的要求较高。但是目前,我国劳动力供求的结构性矛盾突出,能满足精密光学产业需要的高端技术人才较为短缺,成为业内企业规模扩张的重要挑战

精密光学产业SWOT

资料来源:慧泊产业资讯分析数据中心整理

当前产业的优势主要来自于良好的经济环境和政治环境,机会主要来自于下游需求市场的扩大以及产业结构升级的需要。产业的劣势主要来自于知识产权的不完善以及严峻的环保问题,此外企业还需要面对核心设备依赖进口的问题。因此精密光学企业需要把握好市场机会,并不断加强技术研发,避免核心设备“卡脖子”的问题。

细分领域较大,产业竞争格局较为分散

目前,我国精密光学产业整体市场空间较广阔,但市场集中度较高,2021年,CR5为46%;市场分散且广阔,呈现差异化竞争格局,尚未形成激烈的争夺。主要是因为我国精密光学产业产业链较长,细分领域产品种类众多,不同领域之间存在较大的技术壁垒,规模经济效益较小。2022年,新进入产业的企业数量有所增加,产业竞争加剧,产业集中度有所下降,预计2022年产业集中度CR5为40%。

资料来源:慧泊产业资讯分析数据中心整理

全球市场上,欧美精密光学企业处于领先地位,美国 Newport 公司、德国 Jenoptik 公司为全球精密光学产业的标杆企业。国内市场上,头部企业的主营业务均含有精密光学,业务占比大部分都高于20%。主要企业有福光股份、永新光学、福特科、蓝特光学、腾景科技。

主要企业简介

公司名称 主要产品 市场地位
福光股份 光学镜头、光电系统及光学元组件,分为定制产品和非定制产品 国内最重要的特种光学镜头、光电系统提供商之一; 2017 年在全球安防视频监控镜头销量市场占有率达到 11.8%,全球排名第三,其中变焦镜头全球销量排名第 二,市场占有率约为 8.9%;2016 年在全球 4K 高清镜头 的市场占有率达到 65.8%;2018 年率先设计开发出25-300mm、8K高清连续变焦镜头。
永新光学 光学显微镜、光学器件组件和其他光学产品 专注光学元件组件加工领域与显微镜研发及生产领域,研发能力、生产工艺水平、快速响应客户需求能力、生产成本控制能力均处于产业领先地位,客户包括新美亚、日本尼康、徕卡相机、徕卡显微系统、德国蔡司、美国捷普等知名企业。
福特科 精密光学元组件、精密光学镜头 业务规模居于国内光学企业的第二梯队。2018 年在全球安防视频监控镜头市场占有率达到 5.6%,全球排名第六。在 720P-960P、4K 等高清、超高清视频监控镜头市场占有率分别排名第四和第三。在精密光学元件组件领域,拥有 DANAHER、ALIGN、TRUMPF、NOVA 等知名客户,精密光学镜头领域的主要客户包括华为、大华股份、宇视科技、高德红外等。
蓝特光学 光学棱镜、玻璃非球面透镜、玻璃晶圆、汽车后视镜、玻璃球面透镜、玻璃平片、光学镜头 在光学棱镜、玻璃非球面透镜、玻璃晶圆、汽车后视镜四大领域均处于产业先进水平,与 AMS 集团、康宁集团、麦格纳集团、舜宇集团等知名企业有稳定的合作关系。在 AMS 集团(苹果供应链中光学传感器最主要的供应商)3D 结构光人脸识别部件双面红外反射长条棱镜产品上占据同类产品采购总量的80%以上。
腾景科技 精密光学元件、光纤器件 公司的数据中心用 CWDM 滤光片、应用于 WSS 模块的光学元件、高功率镀膜光纤线等产品具有较高的市场影响力;与全球主要的光模块厂商 Finisar、Lumentum 和主要的激光器厂商IPG、锐科激光等均建立了合作。

资料来源:慧泊产业资讯分析数据中心整理(Qmm)

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