五方光电的车间里,机械手臂精准地抓放着经过120层镀膜、厚度仅0.21毫米的滤光片,这些比指甲盖还小的镜片即将装入全球各大品牌的手机中-1

厂方代表拿起样品解释道,全球每生产6部手机,就有1部手机的滤光片来自这家中国公司-1。在消费电子领域持续革新的背后,是数码相机镜片电子工业这个庞大而精密的系统在支撑。

这个产业正在经历从“看得见”到“看得清”,再到“看得懂”的深刻变革。


01 产业基石

数码相机镜片电子工业远不止是生产几个玻璃片那么简单。当你用手机拍下一张色彩鲜艳的照片时,可能不会想到,这背后有一整套精密的光电薄膜元件在发挥作用。

这行业的技术核心,红外截止滤光片,能有效过滤掉干扰成像的红外光,让照片色彩更加真实自然-1

荆州的一家企业车间里,机械手臂正灵活地抓放着一片片蓝玻璃。这些材料经过冷加工清洗、镀膜、丝印、切割、检验等数十道工序后,最终变成半个指甲片大小的红外截止滤光片-1

生产线上,一片镜片上被镀了120层薄膜,厚度却仅有0.21毫米。行业平均水平大约是100层,而这家企业的技术已经可以达到200层-1

滤光片的质量关键在于镀膜层数。层数越多,能过滤掉的光范围就越大,成像对色彩的还原度也就越高-1。这些看似微小的技术进步,实际上决定了我们日常拍摄中色彩的饱满度与真实性。

02 技术突破

数码相机镜片电子工业正面临一个核心矛盾:如何在确保画质的同时让镜头变得更薄更轻?这个问题困扰着从单反相机到智能手机,再到航拍无人机和医疗内窥镜的所有成像设备制造商。

哈尔滨工业大学的研究团队从人类视觉系统中找到了灵感,开发出一种名为“光学注意力机制”的新技术-2

人眼观察世界时并非一视同仁,当我们注视他人时,大脑会集中处理面部表情和眼神等关键信息,背景则会相对模糊-2。研究团队将这种选择性注意力机制巧妙地应用到了镜头设计中。

传统镜头设计要求镜片每个区域都尽可能汇聚光线,而新技术则像一位高明的教练,评估每个区域的天赋。聚光能力强的区域被确立为“主力队员”重点优化,确保捕捉最关键的细节信息-2

那些不擅长聚焦的区域,则不再要求它们完成不可能的任务,而是引导光线折射到不影响整体画质的位置,避免“帮倒忙”-2。这种设计思维打破了“高性能必然伴随大体积”的传统桎梏。

03 设计革新

研究人员选取了一个典型的手机镜头模组进行验证。这个模组原本由6片透镜精密组合而成,总长度约为5.4毫米-2

应用光学注意力机制进行协同设计后,在保持相同视野、焦距和进光量的前提下,透镜数量成功减少为4片,总长度也压缩至4.4毫米-2

更令人惊喜的是,简化镜头直接拍摄的原始图像,经过与之匹配的智能算法修复后,最终成像的清晰度、对比度与现有的复杂镜头系统几乎不相上下-2

这项技术甚至能让单透镜“逆袭”。生活中常见的放大镜、猫眼门镜等单片透镜,因难以校正像差,成像往往扭曲模糊-2。应用光学注意力机制后,廉价单透镜的成像质量实现了飞跃,其细节分辨率相比传统设计方法提升超过50%-2

未来在安防监控摄像头、物联网传感器、胶囊内窥镜等对成本和体积极为敏感的领域,有可能采用极其简单的镜头。这些简单镜头配合智能算法,能够实现过去只有昂贵复合镜头才能达到的成像效果-2

04 产业生态

中国光学元器件市场在技术创新和应用拓展的双重驱动下,展现出强劲的增长潜力。数据显示,2024年中国光学元器件市场规模达到1777亿元,同比增长23%-3

到2025年,这一数字预计将超过2000亿元-3。光学镜头作为光学成像系统的核心组件,市场规模也在持续扩大,2024年超过170亿元,预计2025年将达到181.2亿元-3

这个庞大的产业生态系统有着清晰的结构划分。产业链上游是原材料和设备供应,包括光学玻璃、光学晶体、光学塑料以及镀膜材料等-3

中游是制造环节,生产透镜、棱镜、滤光片、反射镜等基础光学元件和光学镜头组件-3。下游则覆盖了智能手机、车载光学、安防监控、视觉感知、数码相机等多个应用领域-3

特别值得注意的是,在光学元器件下游应用领域中,手机镜头及模组占据了主导地位,占比高达64%-3。这一数据充分说明了智能手机如何成为推动整个光学产业发展的主要动力。

05 未来展望

数码相机镜片电子工业的未来发展前景广阔,技术创新与市场应用正在形成良性互动。随着5G通信技术的普及和人工智能技术的发展,这个行业正在迎来新的增长机遇。

微棱镜技术已经开始应用于潜望式摄像头,主要配置在高端机型上-1。搭载了棱镜的手机产品能实现高倍变焦,拍摄范围更大、距离更远,逐渐成为中高端手机的标配-1

光学注意力机制为计算成像的产业化铺设了一条高速通道-2。在医疗领域,更微小、更清晰的内窥镜将帮助医生更精准地实施微创手术-2

在自动驾驶中,低功耗、可隐藏于车身的超清摄像头将提升车辆的环境安全感知能力-2。在AR、VR设备上,轻便舒适的形态将成为可能-2

企业也正在积极拓展产品应用领域,如车载摄像头、安防摄像头、医疗设备等,以满足不断增长的市场需求-1。深化与国际知名企业的合作,拓展海外市场,提升国际影响力-1


当搭载新技术的手机镜头不再凸起,当微创手术因更小的内窥镜而降低风险,当自动驾驶汽车通过更清晰的“眼睛”安全行驶,这场视觉革命的意义才真正显现。

中国光学元器件企业注册量从2020年的1.04万家增长至2024年的2.76万家-3。在不到五年时间里,近三倍的增长背后是资本、技术和人才向这个行业的汇聚。


网友问:这些技术突破对我们普通用户来说,最直接的体验提升是什么?

朋友,这问题问得实在!最直观的感受就是你手机背面那凸起的摄像头模组,未来可能会越来越平,甚至与机身完全齐平!哈尔滨工业大学那项光学注意力机制技术,能把6片透镜的镜头模组精简到4片,厚度从5.4毫米减到4.4毫米-2。这意味着手机厂商能把摄像头做得更薄,给你一部手感更顺滑、设计更优雅的手机。

而且拍照效果不会打折扣——经过智能算法修复,简化镜头拍出的照片清晰度和对比度跟复杂镜头系统几乎一样好-2。说不定以后入门级手机也能用上接近旗舰机的成像质量,因为简单廉价的单片透镜经过优化,成像细节能提升超过50%-2。咱们普通人买手机,既能享受好拍照,又不用为笨重的摄像头模组买单。

网友问:数码相机镜片电子工业的这些进步,会不会让专业相机变得更便宜?

老铁,这事儿得分开看。短期内,专业相机市场有自己的一套逻辑,高端光学元件和机械结构的成本不会骤降。但长远来说,整个行业的技术扩散和制造效率提升,肯定会对所有成像设备产生积极影响。

你看,光学元器件市场规模去年已经达到1777亿元,还在以23%的速度增长-3。产业规模越大,研发和生产成本就越能被摊薄。光学塑料的应用就是个例子——它比传统光学玻璃更轻、成本更低,加工也简单,特别适合做非球面镜片-6

虽然现在专业相机领域还是以玻璃镜片为主,但随着材料技术进步,未来混合材料镜片可能会越来越多,这能在保证画质的前提下控制成本。另外,像五方光电这样的中国企业崛起,打破了国外技术垄断-1,加剧了市场竞争,对整个行业的价格体系都是健康冲击。

网友问:中国在这个领域的技术水平到底怎么样?在全球是什么位置?

实话实说,中国在数码相机镜片电子工业的某些环节已经做到了全球领先!就拿滤光片来说,湖北五方光电的产品供应给苹果、三星、华为这些大厂,全球每6部手机就有1部用他家的滤光片-1。他们能在0.21毫米的厚度上镀120层膜,技术能达到200层,这是国际一流水平-1

不过也得客观看待,整个产业链上,我们在高端光学材料、精密加工设备方面还有提升空间。比如光学塑料原料主要还是靠进口-3。但趋势是好的——国内光学元器件企业注册量五年涨了近三倍-3,像欧菲光、水晶光电这些企业已经能在国际市场跟传统巨头比拼了。

特别是中国庞大的手机市场给这个行业提供了独一无二的应用场景和迭代速度,这是别的国家比不了的优势。从“中国制造”到“中国智造”,数码相机镜片电子工业是其中一个闪光的缩影。