2020 年，Apple 在新款 iPad Pro、iPhone 12 Pro 和 iPhone 12 Pro Max 上搭載 dToF 激光雷達(dá)模組。讓激光雷達(dá)再次引發(fā)民眾討論。

雖然蘋(píng)果產(chǎn)品上搭載的激光雷達(dá)也是基于飛行時(shí)間原理，但從產(chǎn)品要求以及客戶群體來(lái)看，消費(fèi)電子應(yīng)用的激光雷達(dá)與無(wú)人駕駛、高級(jí)輔助駕駛、機(jī)器人、車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的激光雷達(dá)區(qū)別很大。特別是消費(fèi)電子對(duì)激光雷達(dá)模組的體積和功耗要求更為嚴(yán)格。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)自誕生以來(lái)，緊跟底層器件的前沿發(fā)展。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，從單點(diǎn)激光雷達(dá)到如今技術(shù)方案不斷創(chuàng)新的固態(tài)式激光雷達(dá)、FMCW 激光雷達(dá)，激光雷達(dá)一直以來(lái)都備受消費(fèi)電子、無(wú)人駕駛、機(jī)器人、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的關(guān)注。

目前，激光雷達(dá)通常分為機(jī)械式激光雷達(dá)、純固態(tài)式激光雷達(dá)、半固態(tài)激光雷達(dá)。其中，半固態(tài)雷達(dá)以轉(zhuǎn)鏡式、旋鏡式、振鏡式三類為代表。而固態(tài)激光雷達(dá)主要有 MEMS、OPA、Flash 三大技術(shù)方向。

機(jī)械式激光雷達(dá)

機(jī)械式激光雷達(dá)的經(jīng)典架構(gòu)主要是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)光機(jī)結(jié)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)，一般在系統(tǒng)通道數(shù)目的增加、測(cè)距范圍的拓展、空間角度分辨率的提高、系統(tǒng)集成度與可靠性的提升等方面進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新。機(jī)械式激光雷達(dá)具有掃描速度快，接受視場(chǎng)小，抗光干擾能力強(qiáng)，信噪比高等優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)在于價(jià)格昂貴，光路調(diào)試、裝配復(fù)雜、生產(chǎn)周期漫長(zhǎng)、行車(chē)環(huán)境下可靠性不高。

半固態(tài)式激光雷達(dá)

半固態(tài)式激光雷達(dá)可以分為轉(zhuǎn)鏡式、微振鏡式等。其中，轉(zhuǎn)鏡式保持收發(fā)模塊不動(dòng)，讓電機(jī)在帶動(dòng)轉(zhuǎn)鏡運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將光束反射至空間的一定范圍，從而實(shí)現(xiàn)掃描探測(cè)，其技術(shù)創(chuàng)新方面與機(jī)械式激光雷達(dá)類似。

微振鏡式主要采用高速振動(dòng)的二維振鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)空間一定范圍的掃描測(cè)量，技術(shù)發(fā)展方面?zhèn)戎亻_(kāi)發(fā)口徑更大、頻率更高、可靠性更好振鏡來(lái)適用于激光雷達(dá)。微鏡振動(dòng)幅度很小，頻率高，成本低，技術(shù)成熟，適用于量產(chǎn)大規(guī)模應(yīng)用。

純固態(tài)式激光雷達(dá)

一般認(rèn)為，純粹的固態(tài)激光雷達(dá)只有兩種，一種是光學(xué)相控陣 OPA，一種是 Flash。OPA 即光學(xué)相控陣技術(shù)，通過(guò)施加電壓調(diào)節(jié)每個(gè)相控單元的相位關(guān)系，利用相干原理，實(shí)現(xiàn)發(fā)射光束的偏轉(zhuǎn)，從而完成系統(tǒng)對(duì)空間一定范圍的掃描測(cè)量。

電子掃描式主要按照時(shí)間順序通過(guò)依次驅(qū)動(dòng)不同視場(chǎng)的收發(fā)單元實(shí)現(xiàn)掃描，系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。其架構(gòu)比整體曝光所有收發(fā)單元的 Flash 固態(tài)式激光雷達(dá)更先進(jìn)。

Flash 激光雷達(dá)主要是通過(guò)短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，再以高度靈敏的面陣接收器，來(lái)完成對(duì)環(huán)境周?chē)鷪D像的繪制。

純固態(tài)式激光雷達(dá)因掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等特點(diǎn)被認(rèn)為是未來(lái)激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)，但純固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)并沒(méi)有完全成熟。

FMCW 激光雷達(dá)

FMCW 激光雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)激光，通過(guò)回波信號(hào)與參考光進(jìn)行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時(shí)間反推目標(biāo)物距離，同時(shí)也能夠根據(jù)多普勒頻移信息直接測(cè)量目標(biāo)物的速度，技術(shù)發(fā)展方向有利用硅基光電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)的芯片化。

FMCW 激光雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)更高的探測(cè)靈敏度和精度，適合硅光子和相控陣技術(shù)低成本批量生產(chǎn)，并且可以有效阻止其他雷達(dá)的干擾。但是，對(duì)元件的功耗處理能力要求很高是限制該技術(shù)的基本因素，若要獲得市場(chǎng)認(rèn)可，其中的激光器必須要在調(diào)頻速度、調(diào)頻范圍、線性度、激光相干性、滿足車(chē)規(guī)以及能夠低成本量產(chǎn)等多方面取得進(jìn)展。

基于不同激光雷達(dá)的優(yōu)劣勢(shì)，國(guó)內(nèi)外廠商在技術(shù)方面選擇不同陣營(yíng)。

目前機(jī)械式激光雷達(dá)的玩家主要有：禾賽、Velodyne、速騰、Ouster 等。

混合固態(tài)激光雷達(dá)的玩家主要有：基于 MEMS 的速騰、Innoviz，基于轉(zhuǎn)鏡式的大疆 Livox、法雷奧、Luminar 等。

而純固態(tài)激光雷達(dá)玩家有： Quanergy、Ibeo 等。

激光雷達(dá)固態(tài)化是未來(lái)趨勢(shì)，有著小型化、低成本優(yōu)勢(shì)。固態(tài)激光雷達(dá)無(wú)需旋轉(zhuǎn)部件，因而體積更小，十分方便集成在車(chē)身內(nèi)部，并且隨著系統(tǒng)可靠性的不斷提升，成本也可大幅降低。因此，激光雷達(dá)有向固態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)。
編輯：hfy