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　　展望未来，我们期待汽车沿着电动化、智能化、网联化、共享化的趋势不断演进，看好光学作为横向技术持续赋能汽车智能化转型加速：1)激光雷达行业尚处早期，光学硬件多点开花，大陆产业链积极切入；2)HUD行业正处转型阶段，投影技术+光学镜面升级创新可期；3)车载摄像头大陆供应链成熟，需求抬升动能明确。

　　摘要

　　激光雷达：扫描方案百花齐放，大陆供应链积极切入。虽然当前激光雷达行业扫描量产方案仍未确定，但根据我们整理，光学相关硬件(主要包括激光器、探测器及传统光学零部件)在各方案激光雷达BOM总占比达到约60-85%，处于较为重要的产业地位。从在位厂商来看，我们看到大陆厂商基于早期的制造经验积累与较为成熟的供应链，正积极切入光学零部件的制作与组装环节，同时激光器、探测器等环节也正迎来蓬勃发展。我们预计2025年全球车载激光雷达光学硬件的市场有望达到247亿元，对应2021-25年264%的CAGR，正处于行业快速成长的阶段。

　　HUD:市场迎升级拐点，光学助方案突破。我们看到，HUD能够较好提升驾驶员的人车交互体验，但其升级持续受限于DLP/LCOS投影技术方案成熟度与高成本。从产业链维度看，我们认为国产厂商有望持续发挥自身在光学冷加工方面的精密制造经验，赋能光学镜面升级；同时积极发力DLP/LCOS投影技术的突破升级，以加速AR-HUD由多层式向光场式、全息式演进。我们预计2025年全球乘用车HUD光学硬件的市场有望达到150亿元，对应2021-25年56%的CAGR。

　　车载摄像头：扩容需求明确，整车厂推动积极。我们预计，全球单车平均搭载摄像头个数有望从2021年的2.0颗上升到2025年的5.0颗，需求抬升值得期待。根据我们整理，我们认为：1)当前新势力车厂正积极推动车载摄像头搭载颗数提升，但与计算平台仍未形成强绑定关系；2)传统整车厂车载摄像头搭载数虽短期不及新势力，但仍在持续跟进。我们持续看好车载摄像头作为“自动驾驶之眼”，助力汽车智能感知达到新台阶。

风险

　　汽车智能化进展低于预期，光学技术方案落地进度低于预期。

　　正文

　　投资摘要：光学创新赋能汽车智能化加速升级

　　光学技术推动自动驾驶感知与座舱智能化双线并行，创新动能持续可期

　　我们看到，汽车作为下一个“5G+AIoT”时代的智能终端正在逐渐进入人们眼帘，并沿着电动化、智能化、网联化、共享化的趋势不断演进。我们看好光学作为横向技术，持续赋能汽车智能化转型，在感知、识别、交互等多领域助力自动驾驶技术落地。

　　回顾过去，车载摄像头构成车载光学市场主要部分，行业扩容趋势依然可期。我们看到，在汽车“新四化”转型浪潮开启之前，车载摄像头几乎占据了车载光学市场主体。我们认为在早期光学以传统研磨工艺为主的生产背景下，中国大陆已基本完成了镜头制造经验的原始积累，并开始了自身光学产业的布局以及工艺改进。我们看好中国大陆供应链凭借自身优异的光学制造能力和经验，持续在车载摄像头领域深耕。我们预计，全球单车平均搭载摄像头个数有望从2021年的2.0颗上升到2025年的5.0颗，需求抬升值得期待。

　　发展方向#1:激光雷达产业尚处早期，光学硬件市场蓬勃发展。根据我们整理，光学硬件在激光雷达组成中占据较为重要的产业地位，主要聚焦于上游核心光学元器件领域，包含激光器(发射模块核心器件)、探测器(接收模块核心器件)、传统光学零部件(发射、扫描、接收模块均有涉及)等多个环节。我们看好大陆供应链厂商基于较强生产力与供应链管控能力，快速入局激光雷达光学组件的生产；同时在激光器及探测器领域持续突破。我们预计全球2025年车载激光雷达光学硬件的市场有望达到247亿元，对应2021-25年264%的CAGR。

　　发展方向#2:HUD市场迎升级拐点，光学助方案突破。HUD能够较好提升驾驶员的人车交互体验。据佐思汽研，HUD影像源+光学镜面的成本占比达70%，是其制造的核心壁垒。我们认为目前中国大陆厂商在上游光学镜面领域具备较强竞争力，同时积极发力DLP/LCOS投影技术以寻求突破升级，我们看好相关厂商持续布局以加速HUD升级进程。我们预计全球2025年乘用车HUD光学硬件的市场有望达到150亿元 ，对应2021-25年56%的CAGR。

　　图表1:光学技术推动自动驾驶感知与座舱智能化双线并行

　　资料来源：头豹研究院，高工智能汽车，德州仪器官网，中金公司研究部

　　光学产业全球协作，国产供应链零件制造能力卓越

　　光学产业链逐渐完成德国-日本-中国台湾-中国大陆的全球布局，国产供应链零件制造经验丰富。自19世纪末肖特、蔡司等知名光学企业在德国建立起，随着相机、望远镜、光学仪器、手机摄像等需求层出不穷，光学产业链在近2个世纪的时间逐步形成了德国-日本-中国台湾-大陆的全球布局。伴随着2018年国内手机品牌逐步开启光学微创新，我们看到大陆的光学零部件制造能力不断增强。当下，在手机摄像面临短期升级瓶颈时，我们认为以汽车为主要代表的智能终端正逐步开启新一轮光学微创新浪潮。展望未来，我们看好中国大陆的光学相关零部件厂商凭借着优异的光学制造能力和经验，持续在光学领域深耕，赋能车载光学升级再上台阶。

　　图表2:光学产业需要全球协同

　　注：图中logo仅列示了部分企业，并非代表全产业链参与企业

　　资料来源：光电学堂，各公司官网，中金公司研究部

　　风险提示

　　汽车智能化进展低于预期：目前汽车智能化仍处在早期阶段，硬件、计算平台、智能驾驶应用仍在发展，需密切关注渗透情况；

　　光学技术方案落地进度低于预期：若产业链创新动能放缓，或造成光学技术方案落地不确定性增加。

　　激光雷达：扫描方案百花齐放，大陆供应链积极切入

　　光学硬件赋能激光雷达持续升级，产业发展尚处早期

　　以“光”赋能自动驾驶3D感测。我们看到，自动驾驶技术正沿着智能化的路线快速迭代，其中激光雷达作为核心传感器之一，在3D建模、物体探测、速度探测等功能的实现方面均具有重要意义。从功能模块角度拆分，我们认为激光雷达可分为发射、扫描、接收和信息处理四大模块，并持续以“光”为主线赋能自动驾驶的3D感测落地：1)发射模块：由控制单元驱动电路产生周期性脉冲信号，激励源收到信号后输出电能，通过激光器(EEL/VCSEL/光纤激光器)和调制器两条路径进入光束控制器完成电光转换，随后由发射光学系统发射固定脉宽的激光窄脉冲；2)扫描模块：发射模块发出的脉冲激光通过扫描系统实现周期性扫描探测；3)接收模块：发射出的脉冲激光遇到目标物体后反射，被接收光学系统传递至光电探测器(APD/SAPD/SiPM)，并被转化为电信号；4)信息处理模块：在激光发射的同时，控制单元也向脉冲测距电路发射计时起始信号，目标物体反射回的激光被接收模块转化为电信号后，再经放大处理和数模转换，此时脉冲测距电路将根据处理后的电信号计算目标的距离信息，并向控制单元发送终止计时信号，从而完成一个周期内的工作流程。我们看到，激光雷达通过周期往复式的发射-扫描-接收-处理的模式，以激光为探测媒介，生成3D图像，完成环境感知的功能，赋能智能驾驶落地。

　　图表3:激光雷达工作原理及系统构成

　　资料来源：陈晓冬，张佳琛，庞伟凇等。智能驾驶车载激光雷达关键技术与应用算法[J]。光电工程，2019,46(07)：34-46.，Velodyne，汽车人参考，中金公司研究部

　　光学硬件涵盖激光器、探测器、传统光学零部件等多环节，组成激光雷达核心部分。根据我们整理，光学硬件在激光雷达组成中占据较为重要的产业地位，主要聚焦于上游核心光学元器件领域，包含激光器(发射模块核心器件)、探测器(接收模块核心器件)、传统光学零部件(发射、扫描、接收模块均有涉及)等多个环节。从在位厂商来看，我们认为：1)激光器：属发射模块核心部件，激光雷达应用中主要分为EEL半导体激光器、VCSEL半导体激光器和光纤激光器三类，国内长光华芯、炬光科技、瑞波光电等主要布局半导体激光器，光库科技、天孚通信则加码光纤激光器，Hamamatsu(滨松)、Lumentum等海外龙头厂商在上述三大激光器领域均有所布局；2)探测器：为接收模块核心部件，激光雷达应用中主要分为APD、SPAD、SiPM三类，国内主要玩家包括灵明光子、京邦科技、阜时科技、芯视界等未上市企业，海外厂商如滨松、安森美等在该领域占据主导地位；3)传统光学零部件：主要分为“发射与接收”和“扫描”两类。细分来看，在发射与接收模块，基于中国大陆厂商在光学加工方面的经验积累以及本身较为成熟的供应链，具备竞争力的厂商较多，目前已有包括舜宇光学、永新光学、蓝特光学、水晶光电、富兰光学等公司切入；在扫描模块，核心部件为MEMS微振镜等，滨松、意法半导体等海外厂商仍处于第一梯队。总结来看，我们认为，对于中国大陆厂商而言，目前在传统光学零部件领域具备较强的生产力与供应链管控能力，同时正积极切入发射端的激光器市场；而探测器领域仍处于早期发展阶段。

　　激光雷达扫描方案多点开花，光学硬件占据主要生产成本。我们认为，虽然在当下时点较难定论激光雷达的最终扫描方案，但从BOM角度看，光学硬件整体占比均处较高水平：1)机械式：以Velodyne 16 线机械激光雷达为例，根据汽车之心，其传统光学部件成本占比在10%左右，发射和接收模块的二极管占比约75%；2)MEMS微振镜式：以905nm、EEL激光器方案为例，传统光学部件占比约10%左右，发射和接收模块的二极管占比约50%；3)棱镜式：以Livox Horizon为例，根据System plus Consulting测算，其发射和接收器件成本占比为7%和4%，传统光学部件的成本占比为达到 54%。整体来看，光学相关硬件在各方案激光雷达BOM总占比达到约60-85%。展望未来，我们认为基于激光雷达本身的模块设计，光学将成为该传感器较难缺少的技术环节之一，赋能激光雷达持续升级。

　　图表4:激光雷达BOM成本拆分

　　资料来源：汽车之心，System plus Consulting，中金公司研究部；注：激光二极管即为激光器，光电二极管即为探测器；图表中相关信息截至2022/2

　　图表5:激光雷达产品部分扫描方案工作原理

　　资料来源：汽车之心，Elektrotechnik & Informationstechnik《MEMS-based lidar for autonomous driving》(2018)，中金公司研究部

　　激光器(发射端)：国产厂商持续卡位，VSCEL方案量产可期

　　激光器决定输出光束质量与功率，属发射模块核心部件。激光器是利用受激辐射方法产生可见光或不可见光的一种器件，主要由光学系统、电源系统、控制系统和机械机构四个部分组成，其中光学系统主要由激励源(泵浦源)、增益介质(工作物质)和谐振腔等光学器件材料组成。激励源(泵浦源)为增益介质提供能量激励，增益介质受激后产生光子从而生成并放大激光，谐振腔则是光子特性(频率、相位和运行方向)的调节场所，通过控制腔内光子振荡来获得高质量的输出光源。我们看到，作为终端设备的核心光学系统，激光器的性能往往直接决定激光设备输出光束的质量和功率，是发射模块中较为核心的部件。

　　图表6:激光器光学系统工作原理

　　资料来源：长光华芯招股说明书，中金公司研究部

　　图表7:半导体激光器分类及对比

　　资料来源：长光华芯招股说明书，麦姆斯咨询，欧司朗半导体，中金公司研究部

　　从增益介质维度，激光器可分为光纤、气体、固体、半导体/准分子等多种类型的激光器。其中半导体激光器根据谐振腔制造工艺的不同分为边发射激光器(EEL:Edge Emitting Lasers)和面发射激光器(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)两种。据Laser Focus World，2020 年全球半导体激光器市场规模整体约为67.24亿美元，预计未来将随着智能设备、消费电子、新能源、智能汽车等领域对激光器的需求稳步增长。

　　图表8:2019年半导体激光器占激光器市场收入约15%

　　资料来源：国际工业激光商业行情，中金公司研究部

　　图表9:全球半导体激光器市场规模

　　资料来源：Laser Focus World，长光华芯招股说明书，中金公司研究部

　　EEL方案先行，VSCEL量产可期。激光器的性能与成本是激光雷达商业落地的重要决定因素之一，从功率密度、温漂系数、光束质量、光谱宽度和生产成本等维度来看：1)功率密度：由于VCSEL 垂直于大面积的衬底发射激光，导致功率被分摊，也是目前EEL应用更为广泛的重要原因。但据麦姆斯咨询，Lumentum已开发出多结VCSEL以提升峰值功率，我们认为随着多结技术的不断发展，未来VCSEL激光器将能在长距激光雷达上得到更多应用；2)温漂系数：目前VCSEL激光器的温漂系数大约为0.07 nm/K，相比于EEL的0.3 nm/K，VCSEL能够较好减缓半导体光热效应导致的温漂现象；3)光束质量：EEL光源为非对称的椭圆形投射，发散角较大，而VCSEL光源为对称的正圆形投射，且发散角较小，光束形状和角度相对集中，光束质量更高；4)光谱宽度：由于滤光片在接收激光时需要过滤掉特定波长(905 nm/1550 nm)以外的光，因此光谱宽度越窄意味着激光的抗干扰性越强，信噪比也就越高。目前VCSEL激光器的光谱宽度在1~2 nm左右，低于EEL的3~8 nm，拥有较强的抗干扰性；5)VCSEL垂直于衬底发射激光，更加适合进行晶圆级制造和封测，同时VCSEL发射的正圆形光斑易于和可以量产的微型透镜整合，因此配套成本更低。我们认为，虽然目前激光雷达激光器方案因功率密度等原因仍以EEL方案为主，但展望未来，随着VSCEL方案量产成本的逐步下探以及多结技术的潜在发展，VSCEL或将成为更具吸引力的量产方案。

　　从消费电子到车：VCSEL供应链已具量产先例，车载领域应用值得期待。回顾过去，iPhone X 2017年推出的人脸识别功能令VCSEL技术步入消费电子应用，一定程度上扩大了产业规模：在发射端模组中，VCSEL作为激光源发射特定波长的近红外光(808 nm/850 nm/940 nm)，经过光束整形器(含光学扩束元件、准直元件)、DOE衍射光栅等形成特定的光学图案助力人脸识别功能的实现。我们认为，手机端的应用在过去已经为VCSEL产品的量产应用奠定了较好的供应链基础；尽管VCSEL目前受限于功率密度不高未能在长距激光雷达上得到广泛应用，但若VCSEL能够顺利突破发射功率的瓶颈，其在车载激光雷达领域的大规模量产将值得期待。

　　图表10:VCSEL激光器在iPhone X 3D感知中的应用

　　资料来源：长光华芯招股说明书，Viavi，苹果官网，中金公司研究部

　　半导体激光器仍为激光雷达厂商主流选择，未来降本趋势下光纤激光器[1]渗透率有望提升。短中期维度看，我们认为基于半导体激光器(EEL及VSCEL)较为成熟的技术和可控的成本水平，将成为当下激光雷达厂商激光器方案的主流水平。从长期维度看，我们认为光纤激光器或将成为新的可选方案之一，渗透率提升可期。半导体激光器发射波长普遍为905nm，而光纤激光器主要适用于1550nm波长的激光雷达，相较905nm而言对人眼伤害较小，且探测距离更远(>250m)。但由于自身的热管理，以及需配套使用InGaAs衬底的探测器，导致综合成本较半导体激光器相比仍处高位。根据IHS Markit数据，2019年905nm(较多采用半导体激光器)和1550nm(较多采用光纤激光器)的一个激光收发组件的价格分别为$4~20和$275，并预计到2025年分别为$2~10和$155.展望未来，半导体激光器领域，我们仍然看好VSCEL方案逐步实现对EEL方案的替代，但长期视角下，随着产品技术和供应链的不断成熟以及综合成本的下探，光纤激光器或将同样成为雷达厂商的可选方案之一。

　　探测器(接收端)：关注APD向SPAD/SiPM演进；国外厂商仍占产业链主导地位

　　探测器决定光电转换的效率，属接收模块核心部件。激光雷达探测器是利用光电效应将光信号转化为电信号的半导体器件；当有光照时，携带能量的光子在反向电压的作用下产生光电流，从而完成光电转换。基于探测器本身光强与光电流成正比的特性，我们认为探测器对光的灵敏度直接决定了其能否高质量地接收光信号，是激光雷达接收模块中的核心部件。

　　按照工作原理的不同，探测器可以划分为PIN PD(光电二极管)、APD(雪崩光电二极管)、SPAD(单光子雪崩二极管)和SiPM(硅光电倍增管)四类。基于探测器技术特点，展望未来，我们建议投资人关注探测器由APD向SPAD/SiPM演进的趋势：

　　APD(雪崩光电二极管)：当前ToF激光雷达的主流方案。APD相较传统光电二极管PD增益效果最高达100倍，且技术较为成熟，是当前激光雷达厂商的主流探测器方案之一。

　　SPAD(单光子雪崩二极管)：相较APD探测更为灵敏；器件损坏风险仍待考量。我们看到，SPAD由工作在盖革模式下的APD阵列组成，增益能力相比APD可提升1万倍，在低功率运行下也能实现较远的探测距离。但由于较高的雪崩电流会增加器件损坏的风险，因此需要引入淬灭电路进行保护，从而提升了电路设计的难度，带来了较高的生产成本。

　　SiPM(硅光电倍增管)：增益能力与SPAD相当，探测距离进一步提升。该方案由并联后的SPAD阵列组成，能够保证在较低的电压下进一步提升探测距离。针对SiPM，目前遇到的诉求最多的是PDE(光子探测效率)的提升问题。我们看好SiPM方案在未来激光雷达小型化和阵列化的趋势下持续提升渗透率。

　　图表11:激光雷达探测器分类

　　资料来源：滨松官网，中金公司研究部

　　基于探测器材料，我们看到Si探测器仍占据主流，未来产业并购趋势或加速InGaAs量产进程。按照材料的不同，探测器可分为Si(硅)、Ge(锗)、InP(磷化铟)、InGaAs(铟镓砷)、InGaAsP(铟镓砷磷)等种类，其中Si探测器能较好地接收905nm激光，与目前主流的半导体激光器形成适配，且Si作为常见的半导体材料，在价格、技术、供应链等方面都已经较为成熟。但我们认为，若未来1550nm激光发射器能够成为主流，出于适配考虑，能够有效接收1550nm激光的InGaAs探测器将具备更大发展潜力。现阶段来看，InGaAs材料由于价格昂贵，仅有日本的三菱电机、昭和电工和美国的MACOM等少数供应商，高昂的成本是限制其大规模应用的主要原因之一。但据麦姆斯咨询，Luminar在2017年、2021年分别收购了专注于InGaAs探测器芯片设计和制造商Black Forest Engineering(BFE)、OptoGration公司，我们认为由此带来的技术整合或将有利于加快解决InGaAs的成本痛点，从而驱动其大规模量产的早日落地。

　　传统光学零部件：大陆产业链赋能激光雷达感知能力升级

　　国产厂商积极切入，光学加工know-how积累赋能激光雷达转型。根据我们整理，激光雷达所涉及的传统光学零部件主要分布于：1)发射光学系统，包含反射镜、转镜/棱镜、准直镜、扩散片和分束器等；2)接收光学系统，包含透镜、窄带滤光片和分束器等；3)扫描系统，包含MEMS微振镜和扫描镜等；4)其他，包含制造镜头用的玻璃非球面镜片、用于外饰的光学视窗如保护罩等。光学元组件一般由激光雷达整机厂自主研发设计，光学厂商负责生产加工。

　　图表12:激光雷达光学零部件部分供应商产品布局

　　资料来源：各公司官网，公司公告，中金公司研究部

　　我们认为，目前国内供应商主要可分为三类：1)传统的光学元器件厂商，如舜宇光学、永新光学等，产品线基本覆盖发射和接收模块的核心光学零部件；2)部分光通信厂商，由于光通信镜片与激光雷达光学元件加工工艺相似，产业链公司正等凭借相关的技术积累延伸拓展至激光雷达领域；3)微纳传感器厂商，如知微传感、微奥科技等针对激光雷达扫描领域，推出了MEMS微振镜及扫描模组等产品。我们认为，激光雷达传统光学零部件与手机、生物识别及IoT领域光学零部件存在通用性，凭借大陆供应链较为成熟的know-how积累及研发团队支持，我们看好在该环节有更多的大陆光学产业链公司入局激光雷达领域，赋能汽车持续智能化转型。

　　激光雷达光学市场空间测算

　　我们预计2025年全球车载激光雷达光学硬件市场规模有望达到247亿元。结合对不同自动驾驶等级渗透率、不同车型单车平均搭载激光雷达数量的预测，我们预计 2025年全球前装车载激光雷达市场规模有望达到889亿元。

　　关键假设：在不同技术路径下，发射单元、接收单元、光学零部件占车载激光雷达营业成本的比重有所差异。展望 2025年，我们预计：1)发射单元占成本比重约为10%-30%，激光雷达整机制造环节的毛利率为40%-60%；2)接收单元占成本比重约为10%-30%，激光雷达整机制造环节的毛利率为40%-60%；3)光学零部件占成本比重约为10%-15%，激光雷达整机制造环节的毛利率为30%-40%。

　　中性假设情况下(发射单元占成本比重20%，整机毛利率50%；接收单元占成本比重20%，整机毛利率50%；光学零部件占成本比重12%，整机毛利率35%)：我们预计2025年全球车载激光雷达光学硬件的市场有望达到247亿元 ，对应2021-25年264%的CAGR。

　　图表13:测算关键假设

　　资料来源：中金公司研究部

　　图表14:车载激光雷达光学硬件市场测算

　　资料来源：中汽协，中金公司研究部

　　HUD:市场迎升级拐点，光学助方案突破

　　光学组件构筑HUD制造壁垒，人车交互体验升级可期

　　HUD提升智能驾驶交互体验，光学组件赋能HUD加速升级。我们看到，HUD不仅让驾驶员无须在行车过程中分散精力去关注仪表盘信息，更能进一步提供实时导航、辅助驾驶、夜视/雨雾增强提示以及影音娱乐等功能，能够较好提升驾驶员的人车交互体验。从工作原理来看，影像源的图像经光学镜面反射后投影至挡风玻璃，最终进入人眼。据佐思汽研，影像源、光学镜面、挡风玻璃等其他组件的成本占比分别为50%、20%、30%，其中影像源+光学镜面的成本占比达约70%，是HUD的核心组件。展望未来，我们认为，产品应用从最初的C-HUD渗透至如今的W-HUD，乃至部分高端车型开始搭载AR-HUD，技术升级的背后是汽车座舱智能化的发展诉求，我们看好可以与ADAS更深融合的AR-HUD在降本趋势下得到更多应用，其中光学硬件将作为HUD的重要组成部分持续赋能汽车的智能化转型。

　　图表15:HUD发展历程回顾及当前方案分类

　　资料来源：新思界产业研究中心，盖世汽车研究院，华阳集团官网，中金公司研究部

　　图表16:HUD工作原理及成本拆解

　　资料来源：佐思汽研，中金公司研究部

　　影像源和光学镜面等上游光学元器件构成HUD制造核心壁垒。根据我们整理，HUD产业链可划分为上游元器件、中游整机制造和下游应用车企，其中光学硬件在上游环节占据重要地位。从在位厂商来看：1)影像源：主要分为光源、成像芯片和投影设备PGU，其中海外厂商欧司朗和德州仪器TI在光源和芯片领域占据较强的产业链地位；PGU领域，LCD方案为当前较为成熟的量产方案，以京东方、深天马和索尼为代表的厂商均拥有较强的技术实力，DLP方案由TI占据领先地位，国内厂商如锐思华创和一数科技则在激光MEMS和LCOS投影方案上布局较深；2)光学镜面：主要分为自由曲面镜和光波导镜面，大陆厂商凭借深厚的经验积累和成熟的供应链能力掌握较强话语权。总结来看，我们认为目前大陆厂商在上游光学镜面领域具备较强竞争力，同时积极发力LCOS技术以寻求投影方案突破升级，我们看好相关厂商在PGU等关键领域的持续布局以加速产业链的国产化进程。

　　图表17:HUD光学硬件产业链梳理

　　资料来源：各公司官网，艾邦汽车，高工智能汽车，佐思汽车研究，中金公司研究部；注：图表中相关信息截至2022/5/22

　　PGU(投影源)：DLP/MEMS/LCOS，何种方案兼具高性能与低成本？

　　在《智能座舱#1:车载显示新风向，HUD迎拐点》中，我们对当前HUD的投影方案已经进行过梳理，从技术维度看，主要可分为LCD、DLP、激光扫描MEMS、LCOS投影等技术。

　　短期维度看，DLP技术有望逐步渗透传统LCD市场，实现更优投影效果。我们看到，LCD投影作为较为成熟的技术品类，在W-HUD前装市场被广泛使用，但由于其技术方案本身存光线衰减的局限，导致成像效果相对一般。对比之下，DLP方案通过控制核心部件DMD芯片上50-130万个微型镜片的转动来反射光线完成投影，提升成像性能的同时可实现5米以上的成像距离，能够较好满足HUD在较宽视场角下的工作场景，与AR-HUD实现高适配性。展望未来，虽然当前DLP方案因需要针对不同的挡风玻璃定制高精度的反射镜而致使成本较高，但我们认为随着AR-HUD产品渗透率的逐步提升，DLP投影有望成为车厂所选的主流技术方案之一。

　　中长期维度看，MEMS方案存耐温短板；LCOS成像优势明显，或与DLP方案双线并行。虽然当前DLP投影为AR-HUD厂商的主流选择，但我们同样观察到MEMS以及LCOS方案的落地正逐渐映入大众眼帘。从MEMS方案看，其通过MEMS扫描振镜扫过显示区域时，RGB彩色激光二极管同步施以脉冲，将图像直接投射于挡风玻璃上，保证成像质量的同时更能大幅简化光学系统。但由于激光二极管本身对于温度的敏感性，我们认为对MEMS的实际落地将产生限制；从LCOS方案看，其本身是一种基于反射式的微型矩阵液晶显示技术，相比TFT-LCD和DLP，LCOS具有光利用效率高、分辨率高等优势。虽然当前该方案受限于良品率较低、配套产业链不成熟等问题，仍难以在量产车型上得到应用，但我们看到，以华为、一数科技为代表的国内厂商正逐步入局LCOS技术在HUD上的应用研发。中长期维度看，伴随着技术良率的提升以及成本的下探，我们看好LCOS与DLP方案双线并行，赋能HUD持续提升人机交互体验。

　　图表18:HUD投影技术原理与技术对比

　　资料来源：高工智能汽车研究院，中金公司研究部

　　详解LCOS技术：量产短板有待突破；远期有望赋能全息AR-HUD逐步落地。LCOS方案成像效果优良，然仍存量产瓶颈。LCOS硅基液晶通常由上而下包含7层结构：盖玻片(保护和密封系统)、透明电极(与硅层和液晶体共同构成电路)、对位层(使液晶层准确引导光线)、液晶层(用于控制到达反光涂层并允许反射回去的光量)、反光涂层(用于反射入射光)、硅层(利用来自设备像素驱动器的数据来控制液晶体)、印刷电路板(显示器基底层，将指令和电力传送给设备)。我们认为，LCOS本质上属于新型的反射式Micro LCD投影技术，能够提高光利用率，从而实现更大的光输出和更高的分辨率，并且在色彩、对比度等方面均可以与DLP方案相对比，但我们同样看到LCOS方案在量产环节仍然存在一些问题：

　　液晶封装良品率较低：液晶封装对设备和工艺要求较高，但当前采用LCOS方案的AR-HUD产品渗透率仍较低，缺乏充足的LCOS封装产能，因此良品率较低，成本相对较高；

　　产业链配套不完善：LCOS需使用激光光源，但目前能满足车规级要求的厂商仅有欧司朗、AMS等少数国外企业，上、中、下游厂商的合作亟待加强。

　　图表19:LCOS硅基液晶结构

　　资料来源：智能汽车俱乐部，中金公司研究部

　　LCOS赋能AR-HUD由多层式向光场式、全息式方案演进，虚实融合更上一步台阶。据佐思汽车研究，AR-HUD主要分为多层式、光场式和全息式三类，现阶段已经落地的产品基本为多层式方案，即近层图像显示速度、能耗等常规信息，远场AR图像层显示路径导航和车道偏离等警告信息，仍非真正意义上的3D AR-HUD.而光场式和全息式方案，通过光学系统和算法体系，可以真正实现虚拟和实景道路的进一步融合，实现3D AR-HUD落地。

　　具体到投影方案上，我们认为成像性能更优的LCOS技术是帮助3D AR-HUD实现产品落地的关键之一。LCOS根据液晶材料的不同划分为振幅型和相位型，其中相位型，即LCOS-SLM(Spatial Light Modulator，空间光调制器)， 通过调节液晶分子的排列，只改变光的相位信息，不影响光的偏振状态和强度，从而达到更高的光输出，可以用来实现3D全息显示。我们看好AR-HUD在LCOS-SLM技术的加持下逐步从多层式过渡到3D式，加速人车交互体验升级。

　　图表20:LCOS-SLM提升动态3D全息AR-HUD实现度

　　资料来源：艾邦智造，高工智能汽车，中金公司研究部

　　LCOS方案在位厂商持续增长，国产化进程有望加速。在AR-HUD发展浪潮的推动下，我们看到相关厂商在LCOS方案落地上均取得了积极进展：在LCOS芯片领域，豪威科技、南京芯视元、上海慧新辰等均推出了车规级产品；同时，华为、一数科技等企业可提供LCOS AR-HUD整体解决方案，据高工智能汽车，一数科技的AR-HUD在产品性能已经部分超越了市场上主流的DLP竞品。我们认为，人车交互的智能化正逐步催生了AR-HUD的需求，驱动相关厂商在研发、生产等方面持续发力，我们看好产业向上的趋势逐一解决久存的发展痛点，同时为产业链带来更多的投资机遇。

　　光学镜面：冷加工铸就自由曲面镜壁垒，全息光波导或是未来方向

　　自由曲面镜提高成像质量，国产厂商制造壁垒深厚。我们看到，采用传统三重反射的HUD，其光学镜面系统包含两块自由曲面反射镜，用于适配汽车前挡风玻璃以抵消图像畸变。为了提高成像质量，自由曲面镜的制造对面型加工精度、表面粗糙度均有较高要求。我们认为，自由曲面镜的制造壁垒在于光学冷加工的经验积累，为大陆供应链传统制造优势，我们持续看好国产光学零部件厂商凭借精密加工经验构筑制造壁垒。

　　图表21:全息光波导技术

　　资料来源：智能汽车俱乐部，中金公司研究部

　　全息光波导简化HUD体积，国产厂商积极布局卡位。我们看到，随着对HUD成像要求的逐步提升，自由曲面镜的尺寸也在相应提高，导致HUD整机体积的变大。为了解决这一难题，光波导技术被部分HUD厂商采用，其通过一块具有光学纳米结构的板材，直接将PGU发出的光源信息投射到挡风玻璃上，省略掉三重反射中的前两重，对HUD体积有较大幅简化。

　　图表22:光波导方案技术路线总结一览

　　资料来源：Rokid Lab，中金公司研究部

　　注：(a) 几何式光波导：“半透半反”镜面阵列的原理示意图， (b) 衍射式光波导：表面浮雕光栅的原理示意图， (c) 衍射式光波导：全息体光栅的原理示意图。

　　根据耦合器件，我们认为光波导方案分为几何光波导和衍射光波导方案：

　　几何光波导：耦出部分由一系列半透半反镜面组成，镜面嵌入到玻璃基底并与传输光线形成特定角度，每个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼。由于几何光波导采用传统几何光学设计理念、仿真软件和制造流程，没有涉及微纳米级结构，因此成像效果较好，但是需要完成多片光学玻璃切割、铣磨、胶合、抛光，在量产性和良率方面存在较大挑战。

　　衍射光波导：可进一步划分为表面浮雕光栅波导和体全息光栅波导，相较于几何光波导，光栅的设计和生产更具灵活性，可量产性和良率更高，成长性巨大。我们认为，衍射光波导量产技术难点长期有望得到解决，并成为下一代AR成像技术的升级方向。

　　我们注意到，衍射光波导中的全息技术，通过嵌合到挡风玻璃中的全息薄膜即可成像，进一步优化硬件结构。据AR-HUD制造商WayRay表示，其已与汽车玻璃领先企业AGP-E-Glass联合开发了一款全息挡风玻璃，成功将全息光学元件集成到挡风玻璃的夹层中，据此推出的全息AR-HUD在体积、成像性能等方面均超越了现有方案。展望未来，我们看好国内传统光学零部件厂商和光波导初创企业的积极合作以推动全息AR-HUD的持续发展。

　　HUD光学市场空间测算

　　我们预计2025年全球乘用车HUD光学硬件市场规模有望达到150亿元。结合对不同乘用车C-HUD、W-HUD、AR-HUD渗透率以及各技术方案单价的预测，我们预计2025年全球乘用车前装HUD市场规模有望达到349亿元。

　　关键假设：在不同技术路径下，影像源、光学零部件占HUD营业成本的比重有所差异。展望 2025年，我们预计：1)影像源占成本比重约为40%-60%，激光雷达整机制造环节的毛利率为30%-50%；2)光学零部件占成本比重约为15%-25%，激光雷达整机制造环节的毛利率为30%-40%。

　　中性假设情况下(影像源占成本比重50%，整机毛利率40%；光学零部件占成本比重20%，整机毛利率35%)：我们预计全球乘用车HUD光学硬件的市场有望达到150亿元 ，对应2021-25年56%的CAGR。

　　图表23:全球乘用车HUD光学市场测算关键假设

　　资料来源：中金公司研究部

　　图表24:全球乘用车HUD光学硬件市场测算

　　资料来源：汽车工业协会，高工智能汽车研究院，佐思汽研，中金公司研究部

　　车载摄像头：扩容需求明确，整车厂推动积极

　　在《光学系列深度#1:AIoT时代开启，光学赋能终端持续升级》中，我们对于车载摄像头的需求、制造壁垒、供应链进行了分析。站在当下时点，我们将对镜头制造工艺、整车厂与计算平台的绑定程度、单车搭载摄像头数量进行进一步探讨，重申对于车载摄像头市场需求扩容的看好。

　　制造工艺：模造工艺仍为主流，WLG初试放量

　　模造玻璃仍为车载摄像头主流制造工艺。车载光学中，模造工艺通过预成形品可以直接压制成品，是目前较适合大规模量产的玻璃镜片制造技术，被国内外主要玻璃镜片生产厂商所采用。虽然当前部分高端模造玻璃仍由豪雅光学等海外厂商提供，但我们看到，基于大陆供应链在光学冷加工的经验积累，包括舜宇光学、蓝特光学、联创电子等厂商正积极切入模造玻璃制造产业链。展望未来，基于模造玻璃工艺的高可靠性和高成熟度，我们认为短期仍将是多数厂家的主流选择，同时我们也积极看好大陆供应链逐步提升模造玻璃自给率。

　　WLG晶圆级工艺车载尚未普及，初试量产未来可期。WLG通过玻璃晶圆加工工艺实现一模多穴，具有一致性好、进光量更大、色散更低等优势。虽然当前该工艺受限于定制化产品占主导、良率仍处爬坡等因素，尚未实现大规模放量，但我们看好随着WLG项目的逐步落地和技术的成熟，晶圆级工艺有望在高性能要求的车载镜头上进一步普及。

　　图表25:车载摄像头制作工艺对比

　　资料来源：盖世汽车，豪雅光学官网，Heptagon官网，中金公司研究部

　　自动驾驶平台：行业仍处早期，整车厂与平台尚未完全绑定

　　群雄逐鹿车载AI芯片市场，软硬件融合算法或是未来竞争重点。我们看到，目前车载AI芯片市场的竞争格局尚不明晰，根据我们整理，目前主机厂与计算平台仍未完全绑定。我们认为，在自动驾驶行业发展初期，由于Mobileye EyeQ 系列产品能够帮助自研能力相对欠缺的主机厂实现较快量产，得到了较多车企青睐；但由于Mobileye将芯片和算法捆绑销售，导致主机厂在自动驾驶上参与度较低，致使部分车企开始变更计算平台方案。

　　根据我们整理，我们看到：1)蔚来、小鹏、理想等新势力车厂在更换计算平台方案时更倾向于选择合作模式开放，且芯片算力较强的第三方厂商英伟达；2)宝马、长城等传统汽车品牌商则转向高通；3)此外，我们也注意到，特斯拉选择自研、华为推出MDC计算平台提供自动驾驶全栈式解决方案。站在当下时点，我们认为算力堆叠或成为第三方计算平台的主要竞争要素之一；展望未来，我们认为竞争重点或将由单纯的算力堆叠逐步向软硬件结合的生态构建转移，从而达到硬件、软件与算法的高度耦合，因此英伟达、高通、Mobileye、地平线、黑芝麻、华为等厂商仍将持续推进技术进步，以谋求与整车厂的深度绑定。

　　图表26:主流车型自动驾驶平台的演进

　　资料来源：各公司官网，太平洋汽车，智能汽车俱乐部，盖世汽车，中金公司研究部

　　各车厂摄像头扩容速度：新势力车厂动作积极，传统品牌稳步推进

　　智能驾驶蓬勃发展，车载摄像头增长动能明确。随着智能驾驶的蓬勃发展，我们认为不仅使得成像类镜头的需求从后视拓展至环视、侧视，更催生了前视、舱内监控等价值量更高的感知类镜头的需求，为市场注入了强劲的增长动能。通过梳理了目前主流车型的车载摄像头搭配情况，我们发现：1)以特斯拉、蔚小理为代表的新势力车企摄像头搭载数量较为激进，基本在10颗以上，其中小鹏G9配置了最多的13颗；2)传统车企积极跟进，国内吉利、上汽、北汽等纷纷推出新能源子品牌，搭载数量都在10颗以上，其中吉利极氪拥有业内最多的15颗摄像头；国外如奔驰、宝马、丰田、本田等品牌也将部分车型的配置数量提升到10颗左右。我们认为，搭载数量的增长并不是简单的硬件堆叠，而是为了更好地匹配智能驾驶的要求。展望未来，我们依然看好车载摄像头市场较为明确的扩容需求，助力L3+级智能汽车的持续渗透。

　　图表27:主流车型摄像头搭载情况

　　资料来源：各公司官网，太平洋汽车，智能汽车俱乐部，盖世汽车，中金公司研究部

　　车载摄像新方向：前摄与车灯结合加速整车照明智能化

　　与摄像头结合推动车灯智能化升级，ADB大灯方案有望持续渗透。回顾过去，我们看到传统车灯行业受光源技术创新推动，实现了从卤素灯、氙气灯到LED光源的不断突破。展望未来，我们看好传统车灯在光源技术不断突破的基础上，与车载摄像头感知相结合，实现车灯探照的智能化升级，赋能ADAS系统更好于整车行业落地：在车灯行业，ADB(Adaptive Driving Beam)属于一种智能远光系统，能够通过前置摄像头所采集到的信息对来车的位置与距离实现判断，以智能调整灯光照射区域。我们认为，ADB大灯方案相较传统车灯能够有效避免来车炫光，在一定程度上保障会车时的安全性。虽然当前ADB大灯方案渗透率仍处低位，但伴随着2020年大众迈腾首次正式搭载32像素ADB大灯，我们看到ADB大灯方案逐步由德系豪华车型向传统主流车型渗透，同时也从侧面反映ADB大灯成本或有所下探。基于当前整车智能化的转型趋势以及单车搭载前置摄像头较为明确的趋势，我们建议关注前照大灯由传统方案向ADB方案的不断演进。

　　图表28:搭载ADB系统的大灯能够通过识别前置摄像头采集的信息实现智能远光照明

　　资料来源：CSDN，中金公司研究部

　　车载摄像头市场空间测算

　　从具体应用来看，车载摄像头主要分为两类：为驾驶员显示车辆周边图像信息的视觉应用服务以及为采集系统决策所需信息的感知应用服务。

　　感知应用服务(Sensing)：包括座舱外的车道偏离预警、前向碰撞预警、行人碰撞预警、交通标志识别，以及座舱内的驾驶员监控系统等功能。我们看到，在感知应用领域，车载摄像头是采集外界信息的重要媒介，赋能车与环境的持续交互。

　　成像应用服务(Viewing)：包括360°环视影像及泊车辅助等功能。在成像应用领域，我们认为车载摄像头为驾驶员提供多样角度观察车体，或将有效保障驾驶质量。

　　结合对自动驾驶技术渗透率以及各级别自动驾驶方案下单车搭载感知类与成像类摄像头数量的预测，我们预计，全球单车平均搭载摄像头个数有望从2021年的2.0颗上升到2025年的5.0颗，行业需求增长动能值得期待。

　　图表29:单车搭载摄像头数量(根据自动驾驶等级分类)测算假设

　　资料来源：中金公司研究部

　　图表30:全球单车平均搭载摄像头个数

　　资料来源：TSR，Yole Development，中金公司研究部

　　[1] 根据炬光科技招股说明书，光纤激光器指以掺有激活粒子的光纤为激光介质的激光器，通常以半导体激光器作为能量泵浦源 (以半导体激光器发出的光，泵浦光纤增益介质产生光)。本文光纤激光器即指以光纤为激光/增益介质的激光器。

文章来源

　　本文摘自：2022年5月25日已经发布的《光学系列深度#3:智能驾驶浪潮迭起，车载光学创新可期》

　　贾顺鹤 SAC 执业证书编号：S0080121070403

　　黄天擎 SAC 执业证书编号：S0080121070283

　　李诗雯 SAC 执业证书编号：S0080521070008 SFC CE Ref:BRG963

　　李澄宁 SAC 执业证书编号：S0080522050003

　　温晗静 SAC 执业证书编号：S0080521070003 SFC CE Ref:BSJ666

　　彭虎 SAC 执业证书编号：S0080521020001 SFC CE Ref:BRE806

（文章来源：中金点睛）

文章来源：中金点睛

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