光学镜头设计的过程是焦距、解像力、光圈、靶面、像差、体积乃至制造成本等众多相互影响的指标间的平衡，任一指标要求的提升，均会使得光学镜头设计难度及加工难度上升。正是视觉信息的重要性以及光学镜头设计过程中千变万化的可能性，使光学镜头具备广泛的应用场景，能够根据不同应用领域差异化的需求，对各项性能指标进行取舍、平衡，实现特定需求下的光学成像。不同领域的镜头设计生产也由此具备不同的技术难点，各个光学镜头厂商因其选择的细分领域及技术积累路径不同，形成差异化竞争格局。
（1）数字安防领域
数字安防行业范围广阔、涉及场景复杂多样，不同场景需要不同的产品解决方案，且对镜头解像力、光圈 F 值、红外共焦性能、可靠性等多个指标的综合要求较高，其自身即是集成多维核心技术、具备多样应用场景的领域，使得镜头整体设计及生产难度较大，对厂商在技术及产品上的要求较高。除上述指标外，焦距（变焦倍率）作为数字安防镜头核心指标之一，决定了其能观测的范围及相应适用的场景。
从设计及生产难度来看，一般来说，在解像力、光圈F 值等性能指标类似时，变焦倍率越大，镜头设计及生产难度越高。另一方面，小倍率变焦镜头、超小倍率变焦镜头、定焦镜头虽然减少了对变焦倍率的要求使其技术门槛相对降低，市场参与者较多，但对变焦速度、解像力、光圈F 值、镜头体积等指标要求的提升又使得镜头设计生产难度上升，掌握核心技术的厂商具备市场竞争优势。各类型镜头应用场景、性能需求及相应细分领域竞争情况如下：
除光学性能外，光学镜头的小型轻量化及低成本对下游应用具备重要意义，其尺寸及成本决定了集成后摄像机的体积、重量及制造成本。如果一种光学镜头在满足焦距、解像力、光圈 F 值等规格要求的同时实现了小型轻量化及低成本，那么此镜头就有可能成为该规格要求下的“标杆性”产品，由此得到规模应用并占据较大市场份额。在定焦、超小倍率变焦市场，因焦距固定或变化范围较小，已形成了常用的几个焦段，各厂商产品规格类似，通用化属性较高。在常用焦段上，掌握玻塑混合光学系统设计技术等核心技术的厂商通过推出高解像力、小型轻量、低成本的镜头来定义市场，形成了“标杆性”产品并占据较大市场份额。
在中倍率变焦、大倍率变焦、超大倍率变焦镜头市场，一方面，下游客户对焦距范围、解像力、光圈 F 值等指标的选择多样，另一方面，镜头实现小型轻量化设计及成本控制具备极高技术难度。因此，产品往往根据下游客户差异化需求进行开发，规格较多，开发频率及验证时间大幅度增加。镜头设计及生产难度大、开发周期长且具有一定市场应用风险，没有批量的情况下无法产生效益等因素，造成了该细分领域市场竞争者较少。只有对市场需求把握准确、具备核心技术积累、能够同时实现高规格要求、小型轻量化设计及成本控制的厂商具备核心竞争力。
（2）机器视觉领域
机器视觉是指用机器代替人眼来做测量和判断，机器视觉镜头包含用于工业无人机、机器人、智能巡检等机器，实现智能识别、智能分析、智能作业的镜头，以及用于工业自动化领域，在产品制造环节中实现识别、测量、定位和检测等智能制造功能的工业相机镜头。
工业无人机用于电网巡检、航拍测绘等智能作业场景，要求镜头具备高解像力、大光圈、光学防抖等性能，特殊应用领域如电网巡检等无人机无法接近但需要进行细节观测、分析时还要求镜头具备变焦功能。目前，许多工业无人机都是通过连接并携带专用的外部摄像机使用，光学镜头作为工业无人机作业的任务载荷件，对其续航能力影响较大，受到体积、重量的严苛限制。体积、重量的压缩以及高性能之间的平衡使得工业无人机镜头开发，特别是变焦镜头的开发及应用具备极高的技术难度。
目前无人机更多地使用定焦镜头以完成摄影航拍等消费级应用，部分工业无人机搭载具有变焦功能的单反镜头，但是存在体积大、重量重、成本高等缺陷使得其未能实现应用普及。多组元联动式变焦光学系统设计技术的突破与发展对实现中大倍率变焦镜头的小型轻量化设计具备重要意义，使得变焦镜头在无人机上的应用具备较大的市场空间，由此打破原先主要为中国台湾亚洲光学、日本腾龙等光学厂商占据较大市场份额的竞争格局，推动产业变革。
运用在工业自动化领域的镜头，主要具备识别、测量、定位、检测等四大功能，难度依次增加。因需要准确还原被摄物体的特征，要求镜头具备超小的画面畸变、超高解像力、超大靶面及不同波长光线的适用能力。特别是在半导体等精密物件检测领域，对镜头上述性能指标的要求更高，因此具备极高的技术门槛。在国外，机器视觉产业较为成熟，已进入了稳定增长期，美国、日本、德国等国家渗透率较高，龙头品牌有美国康耐视、日本基恩士等。核心部件之一光学镜头市场也主要以德系、日系光学厂商为主，包括德国施耐德、德国卡尔·蔡司、日本富士能等，国内厂商积极布局，从中低端市场切入，凭借性价比优势与国外品牌进行竞争，并向高端产品市场逐步渗透。
（3）其他新兴领域
①投影（含激光电视）
投射比指投影仪成像清晰时投影距离与投射画面宽度的比值，是投影镜头的关键性能参数，由镜头的焦距决定。根据焦距的长短，投影镜头可分为中长焦、短焦、超短焦等。焦距越短，则投射比越小，对投影空间的需求越小。在焦距一定的情况下，镜头的解像力、光圈 F 值等为重要的性能指标，影响了投射画面的清晰度和明亮度。短焦或中长焦镜头设计及生产难度相对较低，具有较多厂商参与市场。超短焦镜头因其对短焦距的极致追求导致整体成像光路复杂，镜头设计难度极高，需利用自由曲面、反射镜等光学元件对光路进行反射并解决随光路复杂化后带来的畸变、色散等问题。
因此市场上超短焦镜头主要由日本理光、日本日东等公司提供，仍主要依赖进口。通过多年研发投入，国内厂商中润光学、联合光电等已实现技术突破，积极推动激光电视产业链国产化。
②视讯会议镜头
不同的场景对视讯会议镜头的需求不一，如一般消费者用视讯会议镜头对成像清晰度、畸变等要求较低，技术门槛较低，行业竞争激烈。而商务、政府会议等则对视讯会议质量要求较高，从而对镜头性能提出了更高的要求，如在大会堂内开会需要大倍率变焦镜头，既能够看清整体参会情况，又能够通过光学变焦进行放大，清晰看清讲话者的神情、语态等；多人视频场景可能同时需要多人入镜，则镜头需要具备广角且无畸变的性能；远程医疗等场景要求清晰展现病人情况、手术细节等，对镜头解像力要求极高。该类镜头市场因技术门槛较高、市场参与者较少。
③车载镜头
由于汽车行业对零部件的可靠性要求极高，认证时间较长，通过认证后，车厂一般不会轻易更换供应商，故企业具备先发优势。大部分倒车、环视镜头对解像力要求不高，技术门槛低，市场竞争者相对较多。相比之下，驾驶员监控系统（Driver monitoring system, DMS ）、高级驾驶辅助系统（AdvancedDriving Assistance System, ADAS）等智能车载新兴应用领域对镜头工作时间、温度（-40 度至 120 度环境）、成像质量（包括解像力、光圈等）、视场角、体积等方面有较高要求，能够开发并稳定制造高解像力、大视场角、大光圈、小体积、高可靠性、低成本镜头的厂商具备核心竞争优势。
根据 TSR 报告数据，2021 年，在车载镜头市场，舜宇光学的镜头出货量居全球第一位，市场占有率为 34.8%，之后依次为日本 Maxell、日本电产集团（Nidec Sankyo）、韩国Sekonix 等境外厂商，国内厂商仍在积极突破玻塑混合光学系统设计等核心技术、抢占市场份额。另外，ADAS 等自动驾驶应用尚处于新兴发展阶段，技术门槛的提高及市场空间的广阔使得具备技术优势的后来者仍有一定竞争空间。
④电影镜头
电影镜头作为摄影机的关键零件，对成像质量起着决定性的作用。虽然自1895 年法国卢米埃尔兄弟公映世界第一部电影《工厂大门》以来，电影镜头的应用已逐渐广泛，但因其对成像清晰度、曝光级数、动态影像拍摄过程中的画面畸变、呼吸效应等有极为苛刻的要求，镜头设计技术门槛极高，市场参与者较少，且长期被德国、法国、英国、日本等国外光学厂商垄断。
德国作为一个光学大国，孕育了许多优秀的镜头厂商，在 20 世纪，蔡司（Zeiss）、施耐德（Schneider）、徕卡（Leica）等厂商都生产过许多优秀的电影镜头。其中，产品最全面的厂商为蔡司，著名的《泰坦尼克号》及《指环王》系列电影都大量使用了蔡司电影镜头。
除德国厂商外，知名电影镜头品牌“ACDK”四家包括法国安琴（Angenieux，也称安展能、爱展能）、法国坚无敌（Kinoptik）、英国库克（Cooke）和英国刀梅（Dallmeyer）。其中爱展能的特点在于目前只生产变焦电影镜头，即 Optimo 电影镜头系列，多部奥斯卡影片均使用了爱展能的变焦镜头。库克发展到如今已拥有了一整套庞大的镜头系统，产品包括定焦系列镜头及变形宽银幕镜头，同样多个奥斯卡最佳摄影影片使用了库克的电影镜头。上述电影镜头品牌均具有较长的发展历史和市场积累，具有领先地位。
自从 2008 年以来，电影技术经历了胶片到数字、2D 到 3D、球面镜头到变形宽银幕镜头，标清到超高清的进步，而随着影视制作对画质要求的进一步提高，电影镜头正向大靶面（全画幅）、8K 超高清迈进。国内陆续有中润光学、老蛙、耐司等厂商借助本次靶面更新换代的机会，通过开发全画幅 8K 电影镜头抢占市场。虽然产品系列全面性、品牌知名度等与国外厂商相比仍有一定差距，但预计随着 8K 全画幅时代的到来，产品将具备更大的市场潜力。
⑤其他
智能家居、智能消费设备种类广阔，包括可视门铃、可穿戴智能设备制造，智能无人飞行器制造（消费级无人机）、运动 DV 等。市场巨大，且细分品类较多，多数仍处于前期培育或兴起阶段，光学镜头厂商市场集中度较低，竞争激烈。未来随着应用场景不断拓展、需求端消费升级、向智能化不断发展，对光学镜头的需求也会朝着高解像力、小型化等方向发展，预计具备技术及规模优势的镜头厂商将逐步抢占市场份额，市场集中度提升。
编辑：如皋
来源：中润光学 思瀚 |
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