传感器媒介 3D传感的核心器件：一文看懂生物识别滤光片产业链

3D传感的核心器件：一文看懂生物识别滤光片产业链

作为目前主流的3D视觉技术，TOF和结构光虽然原理不同，但其所需要的核心部件基本相同，生物识别滤光片（也被称之为“窄带滤光片”）则是其中的一个重要组成部分。另外，对于双目红外立体成像技术，以及虹膜识别、静脉识别等生物识别技术来说，生物识别滤光片也同样是必不可少的关键部件。

生物识别滤光片属于精密光电薄膜元器件之一，其主要原理是通过特殊的光学设计实现特定波段光源的高透射或高反射效果，帮助终端产品完成生物信息的提取、筛选和转化以及3D景深信息的获取。

中国生物识别滤光片市场规模（以销售额计）从2015年的7.1亿元增长到2019年的16.8亿元，复合增长率达到34.1%。中国生物识别滤光片在下游终端采购量不断增加等因素驱动下，预计中国生物识别滤光片行业未来五年市场规模（以销售额计）将保持19.8%的年复合增长率增长，到2024年将达到41.3亿元。

一、生物识别滤光片定义

电子设备为获取物体的位置和景深信息，需要以特定波长的红外光作为传感的媒介，因此需要去除太阳光中含有的干扰频段的红外线，保留地表太阳光中较为薄弱的特定频段红外光（例如940nm）。生物识别滤光片的使用可允许上述特定频段的红外光通过，因此也称为窄带滤光片。

生物识别滤光片属于精密光电薄膜元器件之一，其主要原理是通过特殊的光学设计实现特定波段光源的高透射或高反射效果，帮助终端产品完成生物信息的提取、筛选和转化以及3D景深信息的获取。

二、生物识别滤光片作用

与生物识别滤光片不同点在于，红外截止滤光片是利用精密光学镀膜技术在白玻璃、蓝玻璃或树脂片等光学基片上交替镀上高低折射率的光学膜，红外截止滤光片可实现可见光区（400-630nm）高透，近红外光区（700-1,100nm）截止的光学滤光片，并通过实现近红外光区截止以消除红外光对成像的影响。

而生物识别滤光片与红外截止滤光片的透过频段相反，仅允许通过特定频段红外光（例如940nm），并通过特殊的光学设计实现特定波段光源的高透射或高反射效果，生物识别滤片可允许智能手机、AR/VR设备等能够获取特定频段红外光所携带的3D景深信息，并帮助电子产品完成生物信息的提取、筛选和转化以及3D景深信息的获取，以实现3D人脸识别、虹膜识别、手势识别等生物识别功能。

三、生物识别滤光片分类及参数

生物识别滤光片是从窄带滤光片中细分出来的，其定义与窄带滤光片相同。因此，生物识别滤光片在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，生物识别滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5%以下。滤光片产品主要按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类。

光谱波段：紫外滤光片、可见滤光片、红外滤光片、生物识别滤光片；

光谱特性：带通滤光片、截止滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片；

膜层材料：软膜滤光片、硬膜滤光片；

带通型：选定波段的光通过，波段外的光截止。其光学指标主要是中心波长（CWL），半带宽（FWHM)。

短波通型：短于选定波长的光通过，长于该波长的光截止。比如红外截止滤光片，IBG-650。

长波通型：长于选定波长的光通过，短于该波长的光截止，比如红外透过滤光片，IPG-800。

生物识别滤光片主要相关参数有：中心波长、半高宽（带宽）、峰值透过率、截止范围、截止深度（OD值）等。

中心波长：生物识别滤光片的中心波长类似于仪器或设备的工作波长，中心波长是指通带中心位置的波长；

半高宽（带宽）：带宽是指通带中透过率为峰值透过率的一半的两个位置之间的距离，有时也叫半高宽；

峰值透过率：生物识别滤光片在通带中最高的透过率大小；

截止范围：截止范围是指除了通带以外，要求截止的波长范围。对于生物识别滤光片而言，有一段是短截止，另一段截止波长高于中心波长的一段；

截止深度（OD值）：截止深度指截止带中允许能透过光的最大透过率大小。对不同的应用系统对截止深度要求不同；

用途：3D人脸识别、虹膜识别、手势识别、机器视觉、生化分析、光学仪器、光谱测量等领域。

特点：单片式不采用胶合、使用寿命长、波长定位精确、离子蒸镀，温度漂移小、透过率高，截止深度高。

四、生物识别滤光片原理分析

生物特征识别技术主要通过对生物特征进行采样，并将提取的生理特征转换为数字编码，进一步将这些编码组合成数码信息。智能产品常用的生物识别的特征包括手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特征包括签名、声音、按钮强度等。因此，生物特征识别技术与传统的认证技术相比具有很大的优势。

基于上述身体特征，下游厂商目前已研发出多种生物特征识别技术，例如手部识别、指纹识别、人脸识别、语音识别、虹膜识别、签名识别等。生物特征识别技术可广泛应用于政府、军队、银行、社会福利机构、电子商务、安全和国防等领域。

为获取物体的位置和景深信息，需要以波长较长的红外光作为传感的媒介，但由于太阳光中含有大量红外光，会产生较大干扰，因此需要使用地表太阳光中较为薄弱的特定频段红外光（如940nm），生物识别滤光片的运用可允许上述特定频段的红外光通过。随着生物识别滤光片的大规模运用，高端智能手机启用虹膜识别、3D人脸识别、手势识别等生物识别功能，导致智能手机对前置近红外传感器的需求明显增加。

五、生物识别滤光片设计流程

生物识别滤光片是精密平面光学冷加工技术和精密光学镀膜技术在光电成像领域的重要应用。根据产品属性，IRCF的制造流程主要包划片、研磨、抛光、清洗、镀膜、胶合几个过程。

具体如下：

划片：将采购来的大片光学玻璃划切成符合镀膜要求的规格尺寸。国产化进程100%；

研磨、抛光：即对光学玻璃厚度及表面质量的加工。当玻璃的厚度大于产品厚度时需要研磨后再抛光；若玻璃仅表面质量达不到要求时，可直接进行抛光。国产化进程80% ；

超声清洗：用超声波清洗机对镀膜前及自动划片后的晶片进行超声波清洗。国产化进程30% ；

镀膜：在真空镀膜机中，采用蒸镀方式在晶片表面镀上多层红外截止膜系再对膜层的透过率曲线检测。国产化进程80% ；

自动划片：利用自动划片机将镀膜好的晶片划成符合产品规格要求的尺寸，并在内圆切割机上将晶片加工成符合规格要求的圆片。国产化进程100% ；

精选包装：清洗后的晶片经人工精选后包装入库。国产化进程100% 。

六、生物识别滤光片技术分析

生物识别滤光片制造的关键产品技术包括膜系设计技术、精密平面光学冷加工技术、光学级超声波清洗技术、精密光学镀膜技术、半导体级切割技术、表面质量控制技术，其中精密平面光学冷加工技术和精密光学镀膜技术是核心技术。

精密平面冷加工技术精密平面冷加工技术作为研究光学零件制造过程与工艺原理，且实践性很强的应用技术，其包括最基本的制造光学零件的研磨、抛光工艺以及在光学加工过程中所采用的各种辅助工艺和光学辅料的制备工艺等。目前，该项技术已衍生出与原来工艺概念完全不相同的工艺技术，例如变折射串光学零件、聚合物光学零件、衍射光学元件的制造以及光学零件的精密超声波清洗等。综上所述，精密平面冷加工技术是一门涉及不同加工机理、材料学、控制学和测量学等方面的学科和技术。

精密光学镀膜技术精密光学镀膜技术是以薄膜光学为理论基础的、以光学镀膜工艺为核心的一项实践性较强的学科和技术。研究的对象是薄膜对光的反射、透射、吸收、位相特性、偏振效应等，属于现代光学不可缺少的组成部分。没有光学薄膜配合，光学装置将无法发挥效能。此外，光学薄膜的制备过程与真空技术、表面物理、材料科学、等离子体技术等密切相关。目前该行业基本采用热蒸发镀膜技术，其优点是工艺简单稳定，缺点是易出现膜层不够致密，导致膜层容易吸潮，进而使光谱曲线产生不利的变化，从而引起成像色彩的变化。要进一步提高成像品质和稳定性，未来该细分领域技术的发展趋势是采用离子源辅助镀膜技术，用以提高光谱曲线的温度稳定性。

半导体精密切割技术：利用先进的自动化半导体精密切割设备，根据不同产品及不同材质，进一步简化流程、提高切割精度和效率，形成生物识别滤光片行业中独有的精密切割工艺，具有整体效率高、质量优良、成本低等特点，主要特点：晶片的切割精度可达到+/-0.01mm以内；晶片最小切断尺寸可达到1.0×1.0mm；晶片四周边缘缺口可控制在0.03mm以内。

精密改圆技术：在石英晶片冷加工技术的基础上，将已有的晶片改圆技术用在平面光学镜片的改圆加工方面，通过对磨削工艺的研究，在生物识别滤光片大规模生产当中发挥出了这种加工技术的优势，具有加工成本低、效率高、合格率高、精度高等优势，主要特点：晶片的改圆精度可达到+/-0.01 mm以内；晶片最小改圆尺寸可达到φ1.5mm；晶片四周边缘缺口可控制在0.05mm以内。

精密光学胶合技术该技术用于胶合玻璃的周边，通过压电陶瓷驱动器的驱动电压的控制，调整玻璃表面的高度差，以实现被胶合玻璃与胶合玻璃之间胶合厚度的精度控制，主要特点：具有超薄大面积晶片的多层胶合技术；生物识别滤光片组合角度的偏差可做到+/-30以内；胶层内部质量可靠性可满足1,000 小时以上的型式试验。

洁净技术：光学元器件产品的合格率很大程度上依赖于洁净的环境和清洗技术水平。生物识别滤片均需要在净房中完成，为保证产品的质量，必须不断提高洁净技术。目前光学超声波清洗技术用于保证产品在运输过程中的防尘问题。清洁技术着重解决和突破了以下工艺难题，主要特点：生物识别滤光片的精密清洗；高表面质量，清洗合格率99%以上；不同材质玻璃的清洗。

七、生物识别滤光片应用领域

生物识别滤光片具有高精度、高稳定性、更耐用等特点，其主要用于实现智能手机、平板电脑、可穿戴设备、自动驾驶上的虹膜识别、3D人脸识别、手势识别功、手势识别、3D建模等一系列体感交互功能。

体感交互是通过投射特定的信息到物体表面后，由摄像头采集反射的光信号，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。

基于生物识别滤光片为核心硬件的体感交互越来越多地出现在各种消费类电子产品上，包括智能手机、家用游戏机、AR/VR、物联网、机器人等。

2016年，三星、苹果公司首次推出搭载虹膜识别、3D人脸识别功能的旗舰手机，确立了虹膜识别技术和3D人脸识别技术在智能手机中的应用方向。华为、OPPO、VIVO和小米等国产智能手机厂商纷纷布局3D人脸识别领域。

随着高端智能手机启用虹膜识别、3D人脸识别、手势识别等生物识别功能，智能手机对前置近红外传感器的需求明显增加，而上述功能的实现未来将愈加依赖于生物识别滤光片。因此，未来基于生物识别滤光片为主的新型体感交互方式是消费类电子产品发展的必然趋势。

例如，2017年，苹果公司发布iPhone X，采用“3D结构光”实现人脸识别，“3D结构光”是通过投射特定的光信息到物体表面后，由摄像头采集反射的光信号，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息进而复原整个三维空间。由此可见，未来智能手机的大规模运用将会保证以生物识别技术为核心的生物识别滤片已成为必然发展趋势。

八、产业链构成及格局

生物识别滤光片行业所处细分行业价值链中，上游主体为原材料生产厂商，主要原材料包括D263T光学玻璃、蓝玻璃、光学水晶和SiO2、TiO2等。

生物识别滤光片行业中游参与者为生物识别滤光片提供商和镜头模组厂商，生物识别滤光片提供商采用上游原、辅材料生产生物识别滤光片等光学光电子元器件产品，供应给镜头模组厂商，镜头模组厂商采用生物识别滤光片提供商生产的生物识别滤光片制造各类镜头模组，最终提供给下游终端客户。

生物识别滤光片行业下游主体为各类终端产品生产厂商，中游的生物识别滤光片最终提供给下游生产消费类电子等终端产品。生物识别滤光片和智能手机、平板、数码相机等下游产品的镜头组是一对一的匹配关系，未来生物识别滤光片的发展前景和市场容量同这些下游产品的发展趋势密切相关。

来源：中国光学网，头豹研究院编辑整理

1、产业链上游分析

生物识别滤光片行业的上游主体为原材料和辅料生产厂商。原材料主要包括白玻璃、蓝玻璃和树脂片等光学基材，辅料主要包括镀膜材料、油墨材料、清洗材料等，加工设备包括在镀膜、丝印、切割、清洗和检测等工序中使用的设备。

生物识别滤光片行业上游主要原材料包括光学基材（D263T光学玻璃、蓝玻璃、树脂片等）、镜座、镀膜材料（SiO2、TiO2等）。通过对中国相关厂商进行数据分析，发现生物识别滤光片行业上游原材料采购价格降低，导致成本中直接材料成本占比（近5年内）分别为60.8%、60.3%、61.1%、60.5%和59.8%。

随着虹膜识别、3D人脸识别等技术的不断发展，智能手机对摄像头的要求不断提高，生物识别滤光片的产销量快速上升，蓝玻璃、镜座，以及镀膜材料（SiO2、TiO2等）的采购量均呈快速增长趋势。整体而言，生物识别滤光片行业上游供应商的原材料采购价格基本平稳或呈现稳步下降的趋势，因此，生物识别滤光片厂商议价能力较高，在整个产业链上游中处于有利状态。

通过对生物识别滤光片行业上游细分结构分析可发现：

（1）D263T光学玻璃是一种耐高温的硼硅酸盐玻璃，其基板玻璃成份特殊，制造难度较高。D263T光学玻璃适用于可拍照手机用滤光片领域。目前，D263T光学玻璃的供应商有德国肖特、美国康宁、日本HOYA、日本旭硝子。D263T光学玻璃每年的耗用额占生物识别滤光片行业生产成本比例为9.6%；

（2）生物识别滤光片行业上游的蓝玻璃供应商有日本HOYA、日本旭硝子、台湾红绿蓝和浙江科瑞光学等。目前，中国蓝玻璃市场每年的耗用额占生物识别滤光片行业生产成本比例为3.2%；

（3）SiO2、TiO2属于光学镀膜材料，欧美等膜料厂家整体质量水平比较高，适用于高端的镀膜产品，价格较为昂贵。相较于欧美等厂商，中国生产镀膜材料的厂商数量较多，工艺较为成熟，中国镀膜材料市场的优点是价格低，缺点是产品质量参差不齐。

目前，中国生物识别滤光片行业每种材料的合格供应商均有2-3家，暂未出现供求不平衡的情况。此外，2015-2019年，SiO2、TiO2的采购价格下降幅度较大，主要原因为生物识别滤光片行业采购的SiO2、TiO2规格变化，SiO2、TiO2的厚度同比减少50%。

2、产业链中游分析

生物识别滤光片行业中游为生物识别滤光片供应商和镜头模组厂商，生物识别滤光片供应商采用上游原、辅材料生产生物识别滤光片等光学光电子元器件产品，供应给镜头模组厂商，镜头模组厂商采用生物识别滤光片供应商生产的光学元件制造各类镜头模组，最终提供给终端产品厂商，生物识别滤光片行业中游细分结构中。

生物识别滤光片供应商介绍：生物识别滤光片供应商兼具技术密集、资本密集和劳动密集等特征，随着中国光学光电子产业布局的逐步完善、生产技术的提升及上下游配套产业的协同发展，中国生物识别滤光片供应商分布与数码成像产品产能分布相吻合，主要集中在日本、韩国、中国大陆和台湾地区，近年来产能逐步向中国大陆地区转移。目前，在生物识别滤光片领域，舜宇光学科技、欧菲科技、信利光电、水晶光电等企业布局生物识别滤光片及等模组产业链，美国的VIAV.O企业是国际主要的生物识别滤光片提供商，为苹果的iPhone X系列供应生物识别滤光片，而五方光电和水晶光电则是中国较早从事生物识别滤光片研发、生产的提供商。

日系镜头厂商：目前市场占有率为10-15%，以富士旗下的富士能和关东美辰为代表，主要生产高像素镜头。2009年前，中国市场上日系厂商市场份额较高，2009年后，日系镜头厂由于扩产保守，市场份额逐步下降。如果大立光顺利量产，日系和台系的产能差距将进一步缩小。

台系镜头厂商：目前的市场占有率为25-30%，以大立光、玉晶光、和新巨科为代表。其中，大立光主要生产高端镜头，客户组合均匀，玉晶光以前较低像素镜头偏多，目前高像素镜头比重逐步提升，客户集中于苹果。2019年台湾光学镜头业在全球市占率有望超过40%。

韩系镜头厂商：目前市场占有率高达30-35%，以达爱诗、科伦为代表，主要供应给三星、LG等韩国品牌，近期扩张也较为积极。

大陆镜头厂商：25-30%主要生产低像素镜头，代表厂商为水晶光电、舜宇光学、丘钛科技、信利光电及五方光电等。光学镜头模组厂商受技术的发展和政策支持的影响，中系厂商产能及市场份额逐步扩大。

来源：中国光学网，头豹研究院编辑整理

3、产业链下游分析

生物识别滤光片产业链·下游终端企业多为国际知名厂商（包括苹果、三星、华为、OPPO、VIVO、小米等智能手机品牌厂商），下游行业集中度相对较高，且对产品市场了解程度比较深，议价能力较强。由于中国生产的生物识别滤光片的性能不输于欧美同类产品，目前，下游终端国际知名企业倾向于在中国采购生物识别滤光片，此外，中国生物识别滤光片规模化生产厂家不多，导致下游终端厂商可选择余地有限。生物识别滤光片与下游终端产品之间存在一对一的匹配关系，未来生物识别滤光片行业的发展前景和市场容量同终端产品的发展趋势密切相关。

下游终端产品对生物识别滤光片行业存在依赖性的原因大致可以分析为：（1）随着智能手机、车载摄像、安防监控、智能家居等行业持续高速发展，高清摄像头的市场需求旺盛，进而极大地带动了生物识别滤光片的市场需求。三星、苹果分别发布了搭载虹膜识别、3D人脸识别功能的旗舰手机，确立了虹膜识别技术和3D人脸识别技术在智能手机中的应用方向。虹膜识别、3D人脸识别和AR/VR应用均离不开生物识别滤光片，未来生物识别滤光片具备广阔的应用前景和市场空间；（2）生物识别滤光片具有不可替代性，只要有数码影像产品，就会引致对CCD或CMOS的需求，间接的产生对生物识别滤光片的需求；（3）科技发展与市场需求也加快了生物识别滤光片在新能源、新材料、生物科技、医学、环境科学、遥感技术等领域的广泛应用。

生物识别滤光片作为核心部件，其价格随着数码相机、可拍照手机这些下游产品价格的持续下滑而同步降低，预计其价格下滑在未来一段时间内仍将持续。因此，生物识别滤光片提供商只有在提升品质的同时，通过缩减制程、减少材料的消耗、提升产品合格率、提升设备使用率和设备自动化程度等有效措施降低生产成本，不断开发出高附加值的新产品、扩充产品结构，才能在市场竞争中赢得生存和持续发展。

4、中国生物识别滤片行业竞争格局

对全球生物识别滤片厂商地域分布综合分析，由于下游终端产品的生产集中在中国、日本、韩国等地区，因此生物识别滤片的生产厂商主要集中在上述地区。日韩和台资厂商凭借和本土终端生产企业长期合作关系，以及较好的产品质量作为竞争资本。中国厂商主要以成本控制作为竞争资本，通过给低端产品供货获取收益，拥有一定的市场份额。

目前，生物识别滤片市场较为集中，中国生物识别滤光片市场竞争份额占比可划分为：水晶光电（18.7％）、欧菲光（16.5％）、五方光电（11.5％）、舜宇光学（9.0％）和信利光电（7.4％），上述5家企业合计占63.1％的份额。

水晶光电、五方光电和欧菲光这类中型企业凭借规模优势、产品品质在市场中保持较强的行业竞争力，但由于欧菲光因市场重心转移到触摸屏，生物识别滤光片增长相对放缓，目前的市场份额基本与水晶光电持平，对照生物识别滤光片行业总体利润水平，水晶光电在近3年的总体表现优异，市场份额远高于行业平均水平。

23家生产厂商的生物识别滤光片产品平均收入为1,869.9万元，平均实现净利润389万元，行业平均净利率为20.8%。终端产品的大量需求使得生物识别滤光片的价格处于高位，随着生物识别技术的大规模运用以及手机镜头模组的不断增加，成本不断降低，未来生物识别滤光片行业净利率将会得到进一步提升。

国际竞争对手：

田中技研株式会社（Tanaka Engineering Inc.）成立于1977年，目前，中国东莞与日本田中技研株式会社共同投资设立了东莞田中光学科技有限公司，其主要产品包括生物识别滤光片、红外截止滤光片、镜面、棱镜等。

奥托仑株式会社（OPTRONTEC Inc.）成立于1989年，其主要生产CMOS传感器、光学镜片、红外截止滤光片、生物识别滤光片等。

唯亚威通讯公司（VIAV.O）成立于1979年，是网络服务以及光学安全产品的全球领导者，并在光学镀膜、防伪安全技术等方面具有较大的技术优势。苹果公司用于3D人脸识别部件中的生物识别滤光片主要由唯亚威供应。

中国厂商：

浙江水晶光电科技股份有限公司，水晶光电成立于2002年，水晶光电主导产品包括生物识别滤光片、红外截止滤光片及其组立件、光学低通滤波器、蓝宝石衬底、反光材料等。

晶极光电科技股份有限公司（Hermosa Optics Inc.）成立于2001年，晶极光电是一家台湾精密元器件产品制造商，2002年将产能转移至大陆地区。晶极光电产品以生物识别滤片、红外截止滤光片、可见光薄膜镜片等精密光电薄膜元器件产品为主。

东莞市微科光电科技有限公司成立于2010年8月，其主要产品包括生物识别滤片、红外截止滤光片组立件、光学低通滤波器及各种窄带膜、高反膜、分光膜等光学窗口片。

九、市场规模及市场驱动力

在智能手机全面屏的趋势下，3D人脸识别、虹膜识别等技术已成为高端智能手机实现全面屏的主流解决方案。苹果、三星、华为、OPPO、VIVO和小米等智能手机厂商积极布局3D人脸识别领域，随着全面屏手机渗透率的提高，生物识别滤光片的市场需求将大幅提升。根据数据显示，中国相关涉及生物识别滤光片的提供商平均对应的固定投资成本为0.89元/片，水晶光电生物识别滤光片成本相对较低，其对应的固定投资成本为0.86元/片。

生物识别滤光片行业规模增长迅速原因包括：（1）随着收入和消费水平的提升，消费者对性能更高、创新功能更多的消费类电子产品需求日益增加。生物识别技术作为消费类电子产品的发展方向，广泛应用于智能手机虹膜识别、3D人脸识别、手势识别以及AR/VR等领域；（2）未来双摄、三摄成为高端智能手机的标配，根据数据显示，2018年全球摄像头模组的出货量为35.8亿颗，双摄渗透率约为5%，2019年全球摄像头模组的出货量预计为36.4亿颗，双摄渗透率为20%。随着智能手机朝着三摄、多摄的方向发展，进一步加大智能手机摄像头模组及生物识别滤光片的市场需求。中国生物识别滤光片市场规模（以销售额计）从2015年的7.1亿元增长到2019年的16.8亿元，复合增长率达到34.1%。中国生物识别滤光片在下游终端采购量不断增加等因素驱动下，生物识别滤光片产能规模将不断扩张，预计中国生物识别滤光片行业未来五年市场规模（以销售额计）将保持19.8%的年复合增长率增长，到2024年将达到41.3亿元。

5G基础建设迅猛

2020年，中国针对新冠疫情带来的影响，将启动新一轮5G基础建设，5G基础建设将进一步加大网络基础设施的建设，包括5G网络覆盖范围扩大和网络提速、推进5G研发应用、推动5G网络商用部署等。5G基础建设的大规模推广能够满足智能家居、超高速通信、超高清视频、工业自动化、无人驾驶、AR/VR等多个领域的规模部署和创新需求。

由于5G网络对智能手机等移动终端提出了更高的硬件要求，智能手机的芯片、射频模组等核心部件需要升级换代才能满足5G网络速率高、容量大和延迟低的要求。因此，5G的推广将显著刺激消费者的换机需求，与此同时，用于满足人脸识别、AR/VR等功能的生物识别技术的普及，将进一步带动生物识别滤光片的需求增长。

生物识别滤光片属于人脸识别模组的必备组件，5G大规模应用不会改变智能手机成像机制，不会对生物识别滤光片在智能手机中的应用产生不利影响。另一方面，随着超高清视频、无人驾驶、人脸识别、AR/VR等功能的普及，5G的商用将显著刺激消费者的换机需求，同时带来智能手机硬件配置的全面升级，并促进双摄、三摄渗透率的提升。

综上所述，5G化发展将会促进生物识别滤光片行业进一步发展，并实现生物识别滤光片相关产品的多元化和高端化发展，用以满足5G发展带来的市场需求。

智能手机换代需求增长

随着中国居民消费水平不断提高，智能手机等消费类电子产品的需求向品质化、多样化转变，更新换代速度加快。2015年中国智能手机出货量（以销售数量计）从2015年的3.9亿部增长到2019年的4.6亿部，中国智能手机市场迅速发展，并且保持较高的增速，其复合增长率达到5.1%。中国智能手机出货量及增速情况如下图所示：

未来智能手机市场是生物识别滤片下游核心终端市场，随着智能手机等消费类电子产品的更新换代以及智能手机全面屏的浪潮下，3D人脸识别、虹膜识别等技术已成为高端智能手机实现全面屏的主流解决方案，未来以生物识别滤片为核心技术的3D人脸识别、体感识别等技术已成为智能手机必备功能。目前已布局3D人脸识别等领域的包括苹果、三星、华为、OPPO、VIVO、小米等手机厂商，随着体感识别等技术的大规模应用将成为生物识别滤片行业的主要驱动因素。

手机镜头多摄化发展

双摄镜头可借助两个摄像头获取不同方位的图像以及不同角度的画面偏移，并通过几何算法获得物体的距离信息，从而实现接近单反相机的景深效果。近年来，双摄手机渗透率逐步提高，2018年，双摄手机渗透率达20%，预计2024年，双摄手机渗透率将超过60%，相比单摄手机前后各一个摄像头的配置，双摄手机的后置双摄像头相当于摄像头数量及生物识别滤片的需求增加50%。

随着智能手机等消费类电子产品的需求向品质化、多样化转变，进一步加快智能手机的更新换代。截至2019年，双摄逐渐成为智能手机的标配，除双摄渗透率不断提高外，部分品牌厂商进一步推出三摄产品，未来智能手机将趋向于三摄、多摄化方向发展，智能手机的多摄化发展会进一步加大生物识别滤片的市场需求。

应用范围指数增长

未来随着科技不断创新，以体感识别为核心的生物识别滤片将会极大的应用在各个科学领域，例如虹膜识别技术是基于眼睛中的虹膜进行身份识别，在三星、苹果等企业的推动下，虹膜识别技术逐步走向消费市场。据相关数据显示，预计2025年全球虹膜识别设备出货量将从2016年的1,070万部增长至6,160万部，市场规模将从2016年的6.8亿美元增至41亿美元。

人脸识别技术是基于人脸中的各项体态特征进行身份识别的技术，随着人脸识别技术在全球的大规模推广和运用，未来生物识别滤片在人脸识别领域具有一定的发展空间。数据显示，2015年中国人脸识别行业市场规模已达到17.5亿元，到2024年，人脸识别市场规模将达到81.6亿元。生物识别作为快速发展的新兴产业，将带动核心元器件生物识别滤光片的发展，并为其创造更多的市场空间。

此外，随着技术的不断发展，更多下游终端企业将会加强智能硬件核心关键技术创新，其中包括AR/VR技术。根据数据显示，2019年独立AR设备出货量为500万件，独立VR设备出货量为4,700万件。综上所述，未来随着应用范围的不断扩张，生物识别滤片将会极大地运用在以不同技术为背景的科学领域中。

滤光片圆晶级发展

手机镜头是一个微型光学模组，一个手机光学模组包含10-20个配件，传统的工艺是单个模块加工，在生产和组装的过程中需要大量的人力资源，而使用晶圆级的加工技术来加工镜头，则可以使生产和组装过程实现完全的自动化，生产完成后再将晶圆切割成单个的镜头，从而可极大地降低镜头模组的生产成本。由于其加工工艺类似于半导体加工工艺，因此，称为晶圆级镜头加工工艺。晶圆级生物识别滤光片目前受工艺、技术、市场需求所限，主要用于替代像素较低的手机前置摄像头。随着智能手机的前置摄像头实用性增强，晶圆级生物识别滤光片的出货比例保持稳定增长。

未来生物识别滤光片圆晶级发展需求将会随着智能手机应用范围的扩张而不断增加。由于智能手机镜头未来趋向于便携化方向发展，因此，滤光片圆晶级发展是生物识别滤光片未来发展的必然趋势，晶圆级滤光片可结合光刻等半导体工艺技术，提高生物识别滤光片生产的自动化程度并有效地减少人力成本，可进一步实现生产由人力密集型向技术密集型转变。其主要发展趋势是生物识别滤光片的工艺升级、手机镜头模组厂商的工艺更新以及表面缺陷在20μm及以下的生物识别滤片的快速发展。

十、价格、周期及成本风险

下游价格波动风险：生物识别滤片等光学光电子元器件，是数码相机、数码摄像机、可拍照手机等产品的镜头核心元件，因此，生物识别滤片的需求很大程度取决于终端产品市场的趋势与发展，与下游终端产业的发展具有较强的联动性。而下游终端行业是典型的充分竞争性行业，具有周期性波动的特征，若终端产业发展出现较大幅度的波动，将对生物识别滤片行业总体效益产生影响。同时，由于潜在消费者需求变化，不排除终端行业出现增长放缓的可能。若下游行业的需求增长放缓，可导致生物识别滤片的需求相应放缓，将对生物识别滤片提供商的销售带来不利影响。

产品周期风险：由于智能手机等消费电子行业终端产品更新换代速度快，一旦其产品进入市场成熟期，导致终端产品售价下降，下游厂商倾向于通过降低原材料的采购成本维持其自身的盈利水平，下游产品价格下降也引致了下游厂商对生物识别滤片行业转嫁价格下降压力的风险。

成本走低风险：随着技术的不断成熟，生物识别滤片提供商之间竞争加剧，导致生物识别滤片价格不断下降。生物识别滤片提供商需通过不断提升生产工艺技术水平，提高生产效率和产品良率。同时降低原材料采购成本，提高对客户的快速响应和售后服务能力应对产品价格水平下降的风险，但如果应对不利，将对生物识别滤片提供商经营业绩产生不利影响。

编辑：芯智讯-林子

来源：头豹研究院编辑整理

活动预告：

10月30日，芯智讯将在深圳举办“新挑战·新机遇——2020第四届生物识别技术与应用论坛”，届时芯智讯将邀请生物识别技术领域的相关代表厂商及上游供应链厂商共同探讨新冠疫情之下的生物识别及相关技术的发展和应用，以及在中美科技战之下，对于下游设备厂商所面临的上游关键器件的供应链安全问题进行探讨。

关注 家电产业转型升级，传感器恰逢发展良机

电器杂志微信ID：dianqizazhi，欢迎关注

“拖着疲惫的脚步，无需用钥匙拧开家中门锁，智能门磁已经识别出主人归来；家中灯光会调整出你喜欢的落日般色彩；随着家中环境与人数的变化，空调将室温调整到最舒适；咖啡机对主人进门后喝一杯咖啡的习惯已经了然，并已经准备好一切……”在过去几年，经常有人兴奋地挥舞着手臂，向《电器》记者描绘未来智能家居的场景。如今，在当时看来还有些虚幻的想法正伴随家电企业智能化战略的落地一步步成为现实。

智能家居美好愿景的实现并非一蹴而就，需要物联网、云计算、大数据、移动互联网等技术的不断升级与齐头并进。如果把智能家居比喻成一个拥有智慧与感知能力的人，那么传感器便是这个人的五官。正是这样的五官 (红外、声音、温度、湿度、光照度、压力等传感器)自动完成信号的采集、处理和传递，通过联网等种种手段达到智能控制的基础功能。

种类繁多，发展迅速

传感器作为一种检测装置，能感受到被测量物体的信息，并将感受到的信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。根据基本感知功能传感器可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等种类。

《电器》记者从中国传感器产业化推进大会上获悉，2014年，敏感元件与传感器销售额突破1200亿元。2015年，敏感元件与传感器需求量达652.9亿只，销售额预计突破1300亿元。

传感器在很长一段时间内广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域，如工业自动化、农业现代比、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输等领域。而随着智能家居、高端家电、智能硬件的兴起，传感器迎来了新的机遇，越来越多的企业看好传感器在家电领域的发展前景，纷纷投入资源开发家电应用市场。

借家电智能化东风

近年来，家电智能化带动传感器市场变得火爆，越来越多的家用电器开始集成传感器，增加智能感知功能。“在家庭视频监控中，当小偷进入房间时，就会被摄像头(图像传感器)捕捉，通过家庭控制中心的处理及时发出报警信号到警察局和家人的手机上，达到自动报警的目的，这一过程不需要人工干预就可以完成。”在AWE2015（中国家用电器博览会，现已更名中国家电及消费电子博览会）上，一位提供家电智能化解决方案的企业负责人对《电器》记者举例说，“通过传感器，这样的智能监控已成为智能家居的最基本功能。”

事实上，在AWE2015期间已经能够看出智能风潮的威力，以美的集团与小米合作为开端，海尔设立U+智慧生活开放平台展区，格力、志高空调等纷纷跟进，三星、LG、博世更是不断强化智能家居概念。传统家电企业纷纷推出智能产品的同时，京东、360、乐视、小米等互联网企业也加入这场竞争，Broadlink、机制云等新兴科技公司也表现出对智能家居的追捧态度。不难发现，智能已成为家电行业绕不开的话题，而这一切都离不开传感器的配合。

据了解，家电常用的传感器主要有温度传感器、湿度传感器、气体传感器、光传感器、超声波传感器和红外线传感器等。家电用传感器的正确选择和使用，不仅能给生活带来便利，还可以避免火灾、损伤等意外事件的发生，很多传感器公司都在抢占这一新增市场。装有智能控制系统的现代传感器，同样扩展到家电制造领域，并成就了一批中小企业新军。“传感器在智能家居中的使用主要有安防类、健康类以及环境类，其中，环境类传感器，家电企业需求量较大，智能小硬件则对健康类和安防类的需求比较多。”物联传感媒介总监张晓君分析说。

家电制造领域需求量增大，各企业忙布局

作为家电信息采集的主要来源，传感器对家电的智能化水平发挥着至关重要的作用。张晓君向《电器》记者介绍：“传统的家电控制，只作用于家电本身，所有的装置都是控制家电。高端的传统家电可以有更高的设置，被称作‘自动’。而随着传感器的应用，智能家居飞速发展，传感器让家电发生了改变。通过传感器，检测原本设备无法感知的数据和条件，连接到各种家电当中，改善和增加家电本身的控制功能，减少人为的设置，把家电的‘自动’变成了‘联动’。”

张晓君进一步解释说：“家电企业加快物联网步伐，大到冰箱、彩电，小到微波炉、电饭煲，未来每款传统家电都将植入传感器。”

值得一提的是，正在布局智能家居或是进军环境电器（以空气净化器与净水器为主）领域的家电企业与互联网公司目前对传感器都有不小的需求。因此，由工业传感器起家，向家电领域延伸的企业并不少，面对巨大的家电用传感器市场，无论过去专注于车载传感器制造的森萨塔、知名传感器制造商夏普，还是在中国工业传感器领域表现不俗的汉威电子、炜盛科技都对进军家电领域表现出浓厚的兴趣。

面对家电企业对传感器的旺盛需求，国内最早从事气体传感器研究和生产的厂家之一，汉威电子正由传感器硬件龙头向智能系统解决方案服务商转变。“在工业领域积累的专业技术和质量控制经验是汉威电子的优势。”汉威电子股份有限公司董事长任红军表示，“经过两年的调研和准备，汉威电子瞄准家居空气健康监测、燃气安全智能硬件，以‘健康、安全类单品’为突破口，将汉威电子的专业传感器技术、工业制造技术结合移动互联网技术，应用于消费类智能家居市场，希望打造出一款像美国NEST那样的产品。”据了解，目前，汉威电子的产品研发、APP、云端平台测试已近尾声，年底将会发布“空气电台”系列产品，全面启动线上推广、销售。

据炜盛电子科技有限公司市场部副总经理徐永军介绍，2014年炜盛销售各类传感器约1100万只，销售额为8000万元，基本按照公司规划发展；2015年，预计销量为1300万只，销售额达到9500万元。目前，炜盛正在积极推进旗下产品在家电领域的应用，订单量不断增加。对此，徐永军介绍说：“进军家电领域是基于企业自身经营发展需要，智能家居处于大发展的前夜，智能家电是未来趋势，实现智能家居、智能硬件的互联互通，需要大量传感器，同时，家电本身保有量较大，也符合传感器大批量生产的特点。我们的气体传感器、湿度传感器早已大规模应用于家庭燃气、安防、自动感应、环境检测控制等领域。”

据了解，夏普的粉尘传感器采用独特的检测方式，利用内嵌的红外线LED，沿通孔横向照射红外线，另一侧安装光电二极管，用来检测红外线照射孔内粉尘产生的散射光的强度，主要用于空调和空气净化器等家电。夏普电子设备事业本部系统设备事业部企划部CE组组长羽山太强调：“这是一种整体检测通孔中所有粉尘的方式。与逐一检测粉尘的传统粒子计数器法相比，可明显缩短检测时间。”通过与粉尘传感器组合，只需大约10秒，即可检测出PM2.5浓度。安装在空气净化器和空调等产品中，可实现在空气污染加重时发出警告的功能。

另外，夏普还推出测距传感器，这类传感器已广泛应用于马桶盖自动开关机构、自动感应出水龙头、检测用户离开并切断电源的电脑显示器、机器人吸尘器和投影仪自动对焦等。

森萨塔科技在汽车制造领域有着丰富的传感器配套经验。近期，森萨塔成立了专门的工业传感器业务部门，针对中国家电市场推广森萨塔旗下传感器。对此，森萨塔科技管理（上海）有限公司控制器产品市场部亚太区总监叶晓栋表示：“经过20年奋斗，我们在家电制造领域积累了很深的资源，要充分利用好。引入传感器业务将进一步丰富森萨塔产品品类，加强为家电整机制造企业提供配套服务的综合能力。”

据了解，具备环境监测功能的传感器，在“两净”家电（净水器和空气净化器）上的应用不断增大。在Ikair COO张嘉嘉看来，环境空气领域的市场需求比较大，专注在这一块的传感器供应商正在迅速增加。而Ikair在成功推出空气检测类智能硬件产品后，也开始了向“云传感器”服务商转型，为空气净化器等小家电提供云传感方案。

技术不断完善

从产业长远发展角度来看，传感器在家电上的应用还存在很多问题，如家电企业普遍关注的传感器精度问题以及配套成本问题，都是传感器企业现阶段寻求技术突破的重点。

从提供空气检测的硬件装置转型做产业链上游，Ikair推出了9款MAXENSE云传感器，通过传感器在线校准引擎技术提高测量精度。据了解，Ikair已与西摩小智、净美仕空气净化器、亚都空气净化器等企业展开合作。对此，张嘉嘉表示：“我们的传感器采集的数据最终接入互联网云平台，通过大数据进行分析，这将有助于家电实现更加智能和人性化的控制，为消费者提供更贴心、更智能的用户体验。”

“传感器的精度主要受到环境及编程设计的影响。”徐永军表示，“要尽量避免类似情况的发生，除了传感器本身性能的不断优化，还需要在应用领域进行细分，比如对环境中可能存在的一些干扰气体事先进行归类，然后根据归类结果进行传感器选型，或者对传感器的使用温度范围进行统计，然后根据温度范围对传感器进行相对精确的温度补偿，从而减少干扰因素造成的操控不灵、传感不精等问题。”

此外，很多厂商对传感器植入的无线技术选择持有不同看法，并对传感器植入数据统计结果的归属存在争议。张晓君举例说：“在对无线信号的选择评估上，以前部分家电厂商选择Wi-Fi技术，但是应用过程中发现问题，改用ZigBee技术。”

合理的生态圈需要更加专业的合作，物联网体系比较庞大，需要众多企业共同参与，开放互通的接口，这样才能保证行业健康稳步发展。”

随着传感器技术的不断完善，传感器企业普遍认为，未来传感器发展方向是物联化、智能化、小型化、低功耗、低成本。

相关问答

电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变来实现测量的种装置。其结构简单,无活动电触点,工作寿命长。而且灵敏度和分辨力高,输出信号强。线性度和重复性都比较...

光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材...

扩张实境环境、手机、...元宇宙,又称形上宇宙,后设宇宙,是一个持久化,去中心化的在线三维虚拟环境。这个称为元宇宙吩三维的虚拟环境,可以通过虚拟实境眼境...

无线传感器网络不是wifi,无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线网络,既包括允许用...

壁挂炉的流量开关/流量传感器,一般装在壁挂炉的自来水进水口内,用于监测进入壁挂炉的流量。1、当用户打开热水龙头后,自来水流入壁挂炉中,进行加热后,从热...

aps传感器坏了严重,。原因主要是:1、传感器是连接变速器和汽车发动机以及调节汽车速度的重要中间媒介,没有传感器,汽车发送器的转速不能正常的传输到汽车电...

离合器传感器坏了的症状:传感器出现故障导致从动部分的摩擦能力下降时,或者离合器长时间处于起步时半联动状态,容易导致过早出现打滑现象,发动机无法通过离合...

传感器出现问题车是可以行驶的,但是不能正常行驶。传感器是连接变速器和汽车发动机以及调节汽车速度的重要中间媒介,没有传感器,汽车发送器的转速不...

佳明245传感器用于感测应用。传感器的热转换方式经常被用来测量物理量(如流量、辐射、气体压力、气体种类、湿度、热化学反应等)。这些传感器的测量值都是以热...

有没做过表征,确定god已经固定在lbl上,其含量大概多少?你是做god的直接电化学催化么?还是借助fc或者o2作媒介体的催化?从经验上看,god不是那么容易...