激光雷達(dá)行業(yè)專題報(bào)告：百花齊放到量產(chǎn)落地

1、 技術(shù)路線百花齊放，排列組合優(yōu)中選優(yōu)

激光雷達(dá)存在諸多架構(gòu)形態(tài)，各種技術(shù)路線排列組合形成化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展， 產(chǎn)品百花齊放。當(dāng)前自動(dòng)駕駛趨勢(shì)明確，激光雷達(dá)憑借自身測(cè)距遠(yuǎn)、分辨率高、受環(huán) 境干擾小等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為攝像頭、毫米波雷達(dá)等探測(cè)方式的重要補(bǔ)充，是諸多主機(jī) 廠邁向自動(dòng)駕駛的必須品，產(chǎn)品從概念快速跨越至量產(chǎn)。作為汽車電子行業(yè)的新生 事物，無(wú)論技術(shù)路線，行業(yè)玩家均處于早期狀態(tài)，產(chǎn)業(yè)孕育著眾多機(jī)會(huì)和無(wú)限可能。 激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)出激光并接收反射信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)前方物體的探測(cè)，在測(cè)距方式、激 光波長(zhǎng)、收發(fā)元器件、光束掃描等每個(gè)部分均存在多重技術(shù)方案，通過(guò)不同的技術(shù)方 案的組合，衍生出諸多產(chǎn)品形態(tài)，產(chǎn)業(yè)百花齊放，百家爭(zhēng)鳴。我們希望通過(guò)對(duì)技術(shù)方 案的研究，研判產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，給未來(lái)的投資提供幫助。

1.1、 測(cè)距原理：TOF 主流，F(xiàn)MCW 潛力大

測(cè)距方式通常分為兩類，TOF（Time of flight，飛行時(shí)間測(cè)距法）采用直接測(cè)量， FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)）通過(guò)相干測(cè)量。 激光雷達(dá)測(cè)距方式可分為 TOF 和 FMCW 兩類，TOF 通過(guò)直接測(cè)量發(fā)射激光與回波 信號(hào)的時(shí)間差，結(jié)合光在空氣中的傳播速度得到目標(biāo)物體的距離信息。FMCW 首先 對(duì)激光光源進(jìn)行調(diào)制（調(diào)頻/調(diào)幅/調(diào)相），將激光器發(fā)出的激光分為兩束，一束作為本 振光，另一束照射到物體上返回后與本振光混頻干涉后形成一束新的激光信號(hào)，通 過(guò)對(duì)該信號(hào)的測(cè)量和一系列的計(jì)算可反推出頻率差進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)距，同時(shí)基于光的波 長(zhǎng)變化（多普勒效應(yīng)）可以測(cè)算出物體的徑向速度。

TOF 簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)成熟易于實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)MCW 性能優(yōu)前景好但短期技術(shù)存在瓶頸難 以量產(chǎn)上車。TOF 測(cè)距原理簡(jiǎn)單，可靠耐用，免去分析光波頻率差異的環(huán)節(jié)，響應(yīng) 速度快，在工業(yè)、消費(fèi)電子、通信、軍工等領(lǐng)域早已廣泛應(yīng)用。尤其在消費(fèi)電子領(lǐng)域， 華為、LG、Vivo、三星以及蘋(píng)果均在產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用 TOF 傳感器以實(shí)現(xiàn)距離信息的 探測(cè)，目前，TOF 技術(shù)和產(chǎn)業(yè)仍然不斷演進(jìn)，在激光雷達(dá)領(lǐng)域，TOF 仍然是主流的 測(cè)距方案。FMCW 測(cè)距性能優(yōu)異，曾被美國(guó)宇航局用于幫助飛行器在月球的黑暗面 自動(dòng)著陸，這種方案優(yōu)勢(shì)明顯：

（1）信噪比高，測(cè)量精度和距離遠(yuǎn)超 TOF。該方案 中本振光只會(huì)與返回的探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生干涉，相當(dāng)于只接收該頻率的回波信息，幾乎 不會(huì)受到外界其他頻率光線干擾，信噪比極高，甚至在直接面向陽(yáng)光時(shí)仍能保持良 好的探測(cè)效果；

（2）抗干擾能力強(qiáng)。FMCW 方式下每個(gè)激光雷達(dá)有自己的編碼，即 使未來(lái)激光雷達(dá)數(shù)量激增，也不會(huì)出現(xiàn)互相之間信號(hào)串?dāng)_問(wèn)題；ToF 激光雷達(dá)目前主 要依靠脈沖編碼來(lái)解決干擾問(wèn)題，需要在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖進(jìn)行采樣，一定程度上 會(huì)影響探測(cè)速度同時(shí)增加算法負(fù)擔(dān)；

（3）發(fā)射功率進(jìn)一步降低，節(jié)能并減小對(duì)人眼 的傷害。根據(jù)激光雷雷達(dá)公司 SiLC 數(shù)據(jù)，F(xiàn)MCW 激光雷達(dá)發(fā)射平均功率可以比脈 沖 TOF 激光雷達(dá)低 1000 倍以上；

（4）更容易芯片化。FMCW 的低功率運(yùn)行也可以 更容易做到芯片化，將硅基光電子技術(shù)和 FMCW 結(jié)合可大幅降低生產(chǎn)調(diào)試和裝配難 度，提升系統(tǒng)的性能、一致性、可靠性并降低成本；

（5）FMCW 可呈現(xiàn)速度信息。 助力自動(dòng)駕駛算法實(shí)現(xiàn)更好的決策。整體而言，F(xiàn)MCW 技術(shù)其實(shí)在毫米波雷達(dá)、光 通信領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但激光雷達(dá)場(chǎng)景下對(duì)性能提出了更高要求。FMCW 的問(wèn)題顯著： 技術(shù)瓶頸限制上車。在激光器、調(diào)制器、接收器等的材料、設(shè)計(jì)、工藝上，以及硅光 芯片的設(shè)計(jì)和制備上都需要進(jìn)一步研究和突破。具體而言，

（1）發(fā)射端激光器和調(diào)制 器研發(fā)難度高，可線性調(diào)頻的窄線寬（線寬可理解為激光色彩的純度）激光是實(shí)現(xiàn) FMCW 激光雷達(dá)相干檢測(cè)的基礎(chǔ)，調(diào)頻過(guò)程中要求激光具有良好的線性度以及較低 的功率起伏，這對(duì)激光器和調(diào)制器提出了極高要求。據(jù)洛微科技描述，F(xiàn)MCW 激光 雷達(dá)發(fā)出的激光線寬通常在百萬(wàn)分之一納米級(jí)別，而發(fā)出激光的功率也應(yīng)達(dá)到一定 的標(biāo)準(zhǔn)以保證探測(cè)效果。此外芯片化的調(diào)制器、激光器涉及硅光子工藝，目前尚不成 熟，而采用分立器件集成又存在成本、性能等諸多問(wèn)題的困擾。

（2）接收端亦需要進(jìn) 行工藝的優(yōu)化和改良。整體而言，技術(shù)瓶頸是限制 FMCW 快速推廣的主要原因。

產(chǎn)業(yè)持續(xù)探索，上車曙光初現(xiàn)，技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)展值得關(guān)注。產(chǎn)業(yè)對(duì) TOF 和 FMCW 技 術(shù)路線仍然不斷探索，TOF 領(lǐng)域在發(fā)射、接收端的產(chǎn)品性能不斷精進(jìn)以提升探測(cè)效 果。FMCW 領(lǐng)域盡管困難重重，仍然不斷有產(chǎn)業(yè)公司以及投資人前赴后繼投入 FMCW 技術(shù)路線。龍頭公司如英特爾、Aurora、通用 Cruise、光學(xué)巨頭蔡司等在 2017 年甚至更早就開(kāi)始布局該領(lǐng)域，并持續(xù)加碼。而縱觀市場(chǎng)上的玩家，選擇該路線的公 司創(chuàng)始人通常具有很強(qiáng)的技術(shù)背景，多數(shù)來(lái)自巨頭科技公司、通信巨頭或?qū)W術(shù)界轉(zhuǎn) 型，凸顯行業(yè)較高的技術(shù)門(mén)檻。

目前，Aeva 已經(jīng)能夠?qū)⒓す獍l(fā)射/接收/光學(xué)元器件等 整合到硅光芯片模組中，形成 FMCW 激光雷達(dá)引擎，2022 年 2 月公司推出全球首個(gè) 4D 激光雷達(dá) Aeries II，具有相機(jī)級(jí)分辨率、超遠(yuǎn)距離、高可靠性、4D 定位、高集成 性的優(yōu)勢(shì)，量產(chǎn)級(jí)別產(chǎn)品預(yù)計(jì)在 2023 年年末實(shí)現(xiàn)。除 Aeva 外，海外公司如 Mobileye、 Aurora、通用、Analog Photonics、Voyant Photonics、Baraja、Scantinel Photonics、SiLC Technologies 等亦摩拳擦掌，國(guó)內(nèi)主要有洛微科技、光勺科技、擎感光子等也在積極 布局。產(chǎn)業(yè)進(jìn)展值得被緊密關(guān)注，如果 FMCW 具備可行的量產(chǎn)條件，有望呈現(xiàn)出較 好的發(fā)展勢(shì)頭。

1.2、 掃描方式：技術(shù)路線繁多，產(chǎn)業(yè)百花齊放，遠(yuǎn)期有望逐步收斂

產(chǎn)業(yè)百花齊放，遠(yuǎn)期有望逐步收斂。光束掃描方式按照轉(zhuǎn)動(dòng)部件的多少，分為機(jī)械 式、半固態(tài)和純固態(tài)，具體來(lái)看目前已經(jīng)大致形成機(jī)械式、半固態(tài)的轉(zhuǎn)鏡、MEMS、 固態(tài)的 OPA、Flash 五大類。此外還有一些其他的小眾方式如光譜掃描、微動(dòng)技術(shù)等 亦在持續(xù)演進(jìn)。在車規(guī)級(jí)、性能更優(yōu)、體積更小、成本更低的目標(biāo)下，機(jī)械式基本退 出乘用車前裝市場(chǎng)，其余技術(shù)路線終局尚難確定，未來(lái)隨著供應(yīng)鏈逐漸搭建和完善 以及產(chǎn)品出貨量的提升，生產(chǎn)成本將逐步降低，技術(shù)路線也將逐步收斂。

1.2.1、 機(jī)械式：性能優(yōu)異，但難以滿足車規(guī)要求

機(jī)械式激光雷達(dá)性能優(yōu)秀，但價(jià)格、生產(chǎn)效率、過(guò)車規(guī)上存在困難，目前基本退出 前裝量產(chǎn)市場(chǎng)。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)光機(jī)結(jié)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間水平 360°視場(chǎng)范圍 的掃描，測(cè)距能力在水平范圍內(nèi)保持一致。該方式是傳統(tǒng)激光雷達(dá)主要采用的技術(shù) 路線，在 Robotaxi、低速 AGV 小車上被廣泛應(yīng)用。

機(jī)械式掃描的優(yōu)勢(shì)在于：（1）點(diǎn) 云的質(zhì)量較高，便于算法處理；（2）信噪比高，可實(shí)現(xiàn) 360 遠(yuǎn)距離探測(cè)；（3）供應(yīng)鏈 和技術(shù)成熟。但機(jī)械式通過(guò)疊加激光發(fā)射器和接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)多線掃描，需要將發(fā)射 和接收模塊進(jìn)行精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)裝配，在主流雷達(dá)已經(jīng)提升至 128 線甚至 256 線的情 況下，成本高，生產(chǎn)效率低，據(jù)九章智駕的采訪，行業(yè)鼻祖 Velodyne64 線產(chǎn)品售價(jià) 高達(dá) 8 萬(wàn)美元，交貨周期超過(guò) 2 個(gè)月，一個(gè)工程師花費(fèi)一周的時(shí)間僅能組裝兩臺(tái)。 此外快速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部件壽命在數(shù)千小時(shí)，難以滿足車規(guī)級(jí)要求，因此基本被排除 在乘用車前裝量產(chǎn)市場(chǎng)之外。行業(yè)中 Velodyne、禾賽科技、法雷奧等老牌激光雷達(dá)廠 商的初期產(chǎn)品均采用此方式，但在面向前裝量產(chǎn)市場(chǎng)時(shí)紛紛轉(zhuǎn)向其他技術(shù)路線。

1.2.2、 轉(zhuǎn)鏡式：性能尚可，已經(jīng)率先量產(chǎn)上車

轉(zhuǎn)鏡方案是目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)前裝量產(chǎn)上車的技術(shù)方案，在性能和穩(wěn)定性上具備優(yōu)勢(shì)。 相比機(jī)械式的整體旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鏡方式使收發(fā)模組固定，只轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡以及棱鏡進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)光束的掃描。根據(jù)激光光斑形狀的不同，轉(zhuǎn)鏡模式也可分為一維轉(zhuǎn)鏡和二維轉(zhuǎn)鏡， 如果采用點(diǎn)光斑則需要進(jìn)行二維掃描，通常通過(guò)兩塊轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)，廠商如 Luminar、圖 達(dá)通等采用該路線。而線光斑可通過(guò)一維掃描實(shí)現(xiàn)探測(cè)，搭配一塊轉(zhuǎn)鏡即可，轉(zhuǎn)動(dòng)模 塊進(jìn)一步精簡(jiǎn)，目前華為、禾賽科技、法雷奧等公司采用該種技術(shù)路線。轉(zhuǎn)鏡方案的 優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)更緊湊，穩(wěn)定性高，功耗低，安裝難度相比機(jī)械式顯著減小。

早在 2017年 Ibeo 和法雷奧開(kāi)發(fā)的基于轉(zhuǎn)鏡架構(gòu)的 4 線激光雷達(dá) Scala1 即實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成為首 個(gè)車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)。然而轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)在運(yùn)行中要求光學(xué)轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)連續(xù)高速旋轉(zhuǎn)， 對(duì)于電機(jī)、軸承、轉(zhuǎn)鏡的配重等提出了較高的要求（電機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性、壽命、 磨損）。同時(shí)由于仍然存在較大的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，掃描頻率上限偏低，對(duì)惡劣環(huán)境的 承受能力以及耐久性有限，也無(wú)法通過(guò)半導(dǎo)體工藝大批量出貨實(shí)現(xiàn)降本。因此我們 認(rèn)為轉(zhuǎn)鏡路線是激光雷達(dá)上車的“功臣”，仍將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)成為主要的技術(shù)路 線，但最終將被固態(tài)激光雷達(dá)所替代。

1.2.3、 MEMS：性能不俗，即將量產(chǎn)上車

MEMS 方案具備優(yōu)良的性能，是另外一種目前主機(jī)廠眾多新車型所采用的技術(shù)路線。 MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）激光雷達(dá)采用高頻震動(dòng)的 MEMS 微振鏡 結(jié)構(gòu)反射激光實(shí)現(xiàn)激光光束的偏轉(zhuǎn)。該模塊將光束掃描所需的微型反射鏡、MEMS 驅(qū) 動(dòng)器、MEMS 傳感器進(jìn)行集成于微小的 MEMS 振鏡模塊，優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，運(yùn)動(dòng)部件 少可靠性提升、體積小、掃描頻率快，同時(shí) MEMS 模塊可采用半導(dǎo)體工藝規(guī)?；?產(chǎn)進(jìn)而降低成本。而 MEMS 模式的問(wèn)題也比較明顯，硅基 MEMS 懸臂梁振鏡結(jié)構(gòu) 非常脆弱，在耐久性、抗沖擊上存在不足，容易失效。

同時(shí)由于 MEMS 振鏡轉(zhuǎn)角有 限，限制了激光雷達(dá)的視場(chǎng)角，需要激光雷達(dá)廠商采用光源擴(kuò)束、多個(gè)激光器拼接、 甚至采用多個(gè) MEMS 振鏡等特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)大 FOV，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和光路設(shè)計(jì)、安裝 調(diào)試具有一定的難度。目前，市場(chǎng)上 Innoviz、Aeye、速騰聚創(chuàng)、一徑科技等公司是 該種技術(shù)路線的代表，華為、禾賽科技等公司也在儲(chǔ)備相關(guān)技術(shù)。

MEMS 方案同軸和非同軸（離軸）部署特點(diǎn)不同，廠家根據(jù)自身需求個(gè)性化考量。 按照收發(fā)光路來(lái)區(qū)分，MEMS 激光雷達(dá)可以分為同軸和非同軸兩類，同軸方案具有 相同的輸入輸出光路，收發(fā)模塊集成于一處，發(fā)出的激光觸達(dá)被測(cè)物體后返回并再 次通過(guò) MEMS 振鏡被探測(cè)器接收，優(yōu)點(diǎn)在于只接收沿著原光路返回的光信號(hào)，因而 有較好的日光抑制性，信噪比高；同時(shí)接收器采用單顆 APD 即可，成本可控；如果 采用多個(gè)激光收發(fā)模組拼接，不同模組之間相對(duì)獨(dú)立，可以同時(shí)進(jìn)行掃描互不干擾。 德國(guó)激光雷達(dá)公司 Blickfeld、Innoviz 等眾多公司均采用該種技術(shù)路線。

但同軸方案 中由于微振鏡口徑大小直接決定接收器能收到多少反射回來(lái)的激光能量進(jìn)而影響探 測(cè)效果，所以通常盡可能的將微振鏡尺寸做大，而大尺寸的 MEMS 振鏡在穩(wěn)定性、 抗沖擊性、震動(dòng)頻率以及成本上表現(xiàn)不佳，除此之外，同軸方案需要精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)， 工藝、成本和生產(chǎn)效率也面臨挑戰(zhàn)。非同軸方案即收發(fā)模塊分開(kāi)部署，返回的激光 不經(jīng)過(guò) MEMS 振鏡直接進(jìn)入到探測(cè)器中，可采用小尺寸 MEMS 振鏡，同時(shí)光學(xué)對(duì) 準(zhǔn)調(diào)試的要求相對(duì)較低。如激光雷達(dá)廠商 Aeye 采用該種部署方式，將振鏡尺寸降低 到 1mm 以下，穩(wěn)定性大幅提升。但該方案會(huì)面臨外部環(huán)境的光干擾，通常需要陣列 化的 APD 或者 SPAD 來(lái)實(shí)現(xiàn)好的探測(cè)效果，定制化的接收芯片對(duì)技術(shù)要求高，同時(shí) 也可能會(huì)產(chǎn)生較高的成本。

MEMS 振鏡是核心部件，電磁和靜電驅(qū)動(dòng)、一維和二維掃描各有優(yōu)勢(shì)。MEMS 掃描 方案中，MEMS 振鏡無(wú)疑是核心，通過(guò)小尺寸的懸臂梁結(jié)構(gòu)，使反射鏡懸浮在前后 左右各一對(duì)扭桿之間，并以一定的頻率振蕩從而實(shí)現(xiàn)光束掃描。對(duì)激光雷達(dá)廠商來(lái) 說(shuō)，振鏡的尺寸、擺角、以及掃描頻率、穩(wěn)定性以及成本都是需要考量的重要指標(biāo)。

（1）從驅(qū)動(dòng)方式來(lái)看，MEMS 振鏡可分為電磁、靜電、熱以及壓電幾類。其中電熱驅(qū)動(dòng)響應(yīng)較慢，壓電驅(qū)動(dòng)對(duì)溫度敏感，均不適合用于激光雷達(dá)。電磁驅(qū)動(dòng)和靜電驅(qū)動(dòng) 目前是市場(chǎng)上主流的驅(qū)動(dòng)方式，其中電磁驅(qū)動(dòng)具有較大的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)位移，由于 需要制作外圍線圈，通常尺寸較大，便于提高激光雷達(dá)性能，但在嚴(yán)苛環(huán)境下可靠性 風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加，同時(shí)對(duì)溫度比較敏感。靜電驅(qū)動(dòng)則利用帶電導(dǎo)體之間的靜電作用實(shí) 現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，功耗低、速度快、兼容性好，但擺角較小。

（2）從掃描維度來(lái)看，與轉(zhuǎn)鏡相 同，MEMS 振鏡也區(qū)分為一維和二維掃描，一維掃描相比二維少了一個(gè)自由度，微 振鏡的各類性能指標(biāo)均有明顯提升。觀察知微傳感官網(wǎng)列示的產(chǎn)品，一維轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)品 的掃描角度通?？梢赃_(dá)到 60°，鏡面直徑可以達(dá)到 3mm，而二維轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)品的掃描角 度僅為快軸 30°，慢軸 24°，且鏡面直徑為 1mm，當(dāng)然考慮到線光斑自身的形態(tài)， 要滿足一維掃描要求，MEMS 振鏡的尺寸通常也需要做到更大。無(wú)論電磁、靜電、 一維、二維，技術(shù)路線沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)劣，激光雷達(dá)廠商通常會(huì)根據(jù)零部件的特性設(shè)計(jì) 自己的光源數(shù)量和光路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長(zhǎng)避短。

MEMS 供應(yīng)商海外領(lǐng)先，本土不遑多讓，技術(shù)不斷精進(jìn)助力 MEMS 方案快速上車。 MEMS 振鏡的性能通常會(huì)決定 MEMS 激光雷達(dá)的性能，因此振鏡的技術(shù)指標(biāo)尤為重 要，在這一領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商已經(jīng)逐步趕上海外，產(chǎn)業(yè)形成合力不斷向前推進(jìn)。海外公司如濱松、Microvision（被微軟收購(gòu)）、Lemoptix（被英特爾收購(gòu)）、以色列 Maradin、 美國(guó) Mirrorcle 等，布局早，工藝領(lǐng)先。產(chǎn)品方面，Mirrorcle 公司采用鍵合的方法， 分別加工驅(qū)動(dòng)器和鏡面再進(jìn)行組裝，可以生產(chǎn)半徑 7.5mm 的 MEMS 微振鏡鏡面，定制化開(kāi)發(fā)模式下甚至能生產(chǎn) 9mm 半徑的鏡面產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)廠商近年亦發(fā)展迅速，速騰 聚創(chuàng)投資的蘇州希景科技，在 2018 年量產(chǎn)直徑達(dá)到 5mm 的 MEMS 振鏡，采用電磁驅(qū)動(dòng)，快軸/慢軸分別實(shí)現(xiàn) 30°/20°的光學(xué)轉(zhuǎn)角，業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，有力協(xié)助速騰MEMS產(chǎn)品的發(fā)展。蘇州知微感、無(wú)錫微奧等亦逐步開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的產(chǎn)品。此外由于 MEMS 振鏡的性能指標(biāo)和激光雷達(dá)本身的設(shè)計(jì)高度關(guān)聯(lián)，同時(shí)價(jià)格昂貴，眾多廠商開(kāi)始自 研或者尋找供應(yīng)商并形成相對(duì)緊密的關(guān)系來(lái)保障供應(yīng)鏈，強(qiáng)化自身壁壘，降低成本。 這其中 Innoviz、Blickfeld、禾賽科技、嶺緯科技均自研布局 MEMS 微振鏡，速騰聚 創(chuàng)則投資設(shè)立了蘇州希景微機(jī)電，該公司依托蘇州納米所的研發(fā)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品性能逐步超越對(duì)手。亦有公司通過(guò)外部采購(gòu)第三方 MEMS 振鏡為自己產(chǎn)品所用。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

1.2.4、 OPA：性能優(yōu)穩(wěn)定性好降本空間大，但技術(shù)壁壘高難以量產(chǎn)

OPA 掃描方式性能優(yōu)異，易與 FMCW 結(jié)合，產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界積極探索，但量產(chǎn)仍有難度。OPA（Optical Phased Array，光學(xué)相控陣）掃描方式運(yùn)用光的相干原理，采用 多個(gè)光源組成陣列，每個(gè)光源相當(dāng)于多縫干涉中的狹縫，利用光的干涉形成類似棱 鏡的折射效果，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)陣列中每個(gè)單元之間相位差即可控制激光光束的方向 實(shí)現(xiàn)掃描。實(shí)現(xiàn)光學(xué)相控陣的方法有很多，目前以硅基光子集成技術(shù)為主。該方案通 常將激光直接輸入至光波導(dǎo)芯片，經(jīng)過(guò)分光器構(gòu)成的功分網(wǎng)絡(luò)將光束分散到各個(gè)移 相器中，利用介質(zhì)材料的熱光/電光（載流子色散）效應(yīng)對(duì)經(jīng)過(guò)每個(gè)移相器的光進(jìn)行調(diào)制，再傳導(dǎo)至波導(dǎo)光柵形成的天線陣列對(duì)外發(fā)射。

目前，眾多研究機(jī)構(gòu)和公司如加 州大學(xué)、MIT、英特爾、根特大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所、西安光機(jī)所、Analog Photonics、Voyant Photonics 等均展開(kāi)深度研究并取得一定成果。而 OPA 硅光在技術(shù)上與 FMCW 具有非常好的共通性，可進(jìn)行進(jìn)一步集成。在 2019 年麻省 理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校的一項(xiàng)研究中，采用特殊工藝將硅基 OPA 芯片、相 干檢測(cè)模塊以及 CMOS 驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了晶圓級(jí)集成，大大減小了激光雷達(dá)的體積， 這一方案也被眾多激光雷達(dá)廠商采用。

光學(xué)相控陣掃描方式通常被認(rèn)為是激光雷達(dá)終極目標(biāo)。該種方案優(yōu)勢(shì)顯著：（1）純固態(tài)，體積小，易過(guò)車規(guī)，去掉了所有的機(jī)械掃描部件甚至光學(xué)元器件；（2）標(biāo)定簡(jiǎn) 單，安裝校準(zhǔn)成本幾乎可以忽略不計(jì)；（3）掃描頻率高，一般可達(dá)到 MHz 甚至 GHz 的掃描頻率；（4）掃描精度高，可以達(dá)到千分之一度量級(jí)以上；（5）探測(cè)靈活，目前對(duì)感興趣的目標(biāo)區(qū)域可以進(jìn)行高密度掃描，安全性提高，節(jié)約算力；（6）降本潛力大， 可以采用半導(dǎo)體工藝規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)結(jié)合硅光技術(shù)可以很容易和芯片化的收發(fā)部件結(jié)合，替代復(fù)雜的光路、透鏡、收發(fā)模組等，進(jìn)一步降低成本。除此之外，據(jù)國(guó)科光芯董事長(zhǎng)劉靜偉表述，利用通信領(lǐng)域的多波段分束/合束技術(shù)，OPA 方式還可實(shí)現(xiàn)多波段同時(shí)掃描，進(jìn)一步提升點(diǎn)云密度和探測(cè)效果。

優(yōu)點(diǎn)之外，該方案的挑戰(zhàn)也較為明顯：

（1）光學(xué)損耗：由于光在從外部光纖/激光器進(jìn)入到光芯片、在光芯片中傳輸、以及 照射到光柵上扭轉(zhuǎn)方向垂直向外發(fā)射的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生較大的損耗。損失掉的光會(huì) 轉(zhuǎn)化成熱，容易燒損精密的光柵結(jié)構(gòu)。做大光柵天線陣列的過(guò)程中，芯片中的總線光 波導(dǎo)能承受的功率亦經(jīng)受考驗(yàn)，對(duì)光芯片材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要 求，目前部分方案采用硅基-氮化硅結(jié)合的方式提升芯片的發(fā)射功率；

（2）視場(chǎng)角（旁瓣干擾）：相控陣芯片發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)互相干涉后除形成主方向的探 測(cè)光束（主瓣）之外，還會(huì)形成其他方向的光束（旁瓣），通常情況下，使用 OPA 芯 片探測(cè)過(guò)程中會(huì)將旁瓣遮擋來(lái)保證主瓣不受干擾，因此主瓣和旁瓣之間的角度也決 定了該 OPA 激光雷達(dá)的視場(chǎng)角。而光學(xué)相控陣中的天線陣列（小光源）的密度越高， 旁瓣和主瓣之間的夾角越大，意味著激光雷達(dá)的視場(chǎng)角也越大。但天線陣列的密集 分布將伴隨著信號(hào)串?dāng)_、散熱、以及移相器的布置等問(wèn)題，考驗(yàn)開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)和工藝 制造能力；

（3）工藝和集成：硅光芯片技術(shù)可以和 CMOS 工藝完全兼容，但仍然需要一些特色 工藝的開(kāi)發(fā)，難度高于傳統(tǒng) CMOS 工藝。而如果想激光器芯片要將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光 信號(hào)產(chǎn)生激光，和傳輸光子的光波導(dǎo)通常采用不同的材料。以常見(jiàn)的硅光芯片為例， 如何將三五族材料制作的激光器通過(guò)混合集成（采用倒裝焊等方式直接放置或者晶 圓鍵合等方式將預(yù)先制作好的三五族半導(dǎo)體激光器與硅基片集成封裝）或單片集成 （直接在硅基片上生長(zhǎng)三五族材料激光器）的方式集成到硅基片，抑或采用分立的 激光器和光芯片耦合到一起，并保證激光的模場(chǎng)、熱場(chǎng)、折射率匹配都具有較高的難度。

目前激光雷達(dá)玩家中，LightIC、Quanergy、Analog Photonics、Voyant Photonics、Scantinel Photonics 等均致力于 OPA 路線的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)的洛微科技、力策科技、國(guó)科光芯、相 點(diǎn)科技等公司亦在不斷突破。但也應(yīng)看到，曾經(jīng)被認(rèn)為是激光雷達(dá)之光的 Quanergy， 獲得眾多投資者和下游客戶的追捧，至今產(chǎn)品仍然難以達(dá)到規(guī)?；慨a(chǎn)并達(dá)到客戶 需求。我們認(rèn)為 FMCW+OPA 或許是激光雷達(dá)的終點(diǎn)，但到達(dá)終點(diǎn)仍需假以時(shí)日。

1.2.5、 Flash：簡(jiǎn)單耐用純固態(tài)，改良方案不斷涌現(xiàn)，探測(cè)距離仍待提升

Flash 激光雷達(dá)簡(jiǎn)單易用，但探測(cè)距離限制下適合用于補(bǔ)盲。Flash 路線類似于照相 機(jī)，在特定時(shí)間發(fā)射出覆蓋整片探測(cè)區(qū)域的激光，通過(guò)面陣化的接收器完成對(duì)周圍 深度圖像的繪制。該技術(shù)路線消除了所有運(yùn)動(dòng)部件，容易過(guò)車規(guī)，且可以采用芯片級(jí) 工藝，成本相對(duì)較低，此外掃描速度快。缺點(diǎn)在于面光源能量分散，視場(chǎng)角和探測(cè)距 離此消彼長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)。大陸集團(tuán)在 2016 年收購(gòu)激光雷達(dá)廠商 ASC 后 發(fā)布了全球首款 3D Flash 激光雷達(dá) HFL110，現(xiàn)已量產(chǎn)上車。由于 Flash 激光雷達(dá)探 測(cè)距離有限，難以滿足遠(yuǎn)距離探測(cè)的要求，通常在補(bǔ)盲場(chǎng)景下使用。

Flash 技術(shù)不斷改進(jìn)，探測(cè)距離有望逐步提升。除去大陸等廠商外，另外一類 Flash 路線廠商如 OUSTER、OPSYS、IBEO 等公司采用逐點(diǎn)/逐行掃描 VCSEL+SPAD 陣列 實(shí)現(xiàn) Flash 方式探測(cè)，并通過(guò)控制光束形狀或激光發(fā)射陣列的開(kāi)關(guān)方式等改進(jìn)，來(lái)提 升 VCSEL 的發(fā)射功率，同時(shí)配以其他技術(shù)提升探測(cè)距離。如以色列激光雷達(dá)公司 Opsys Tech 推出 Micro-Flash 技術(shù)，采用可尋址的 VCSEL 陣列，讓 VCSEL 以極高 的頻率逐個(gè)發(fā)光，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)一系列透鏡后返回照亮特定的 SPAD 陣 列像素，通過(guò) TOF 方式感知距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)類似掃描的探測(cè)效果。

據(jù) OPSYS 公司 官網(wǎng)顯示，目前的產(chǎn)品 SP2.5 可在 10%反射率的情況下實(shí)現(xiàn) 150 米的探測(cè)距離，分 辨率達(dá)到 0.1°*0.1°。模組形式由兩個(gè) VCSEL+一個(gè) SPAD 組成，成本低，靈活度 高，可以以任意方式進(jìn)一步組合形成豐富的解決方案。目前公司已經(jīng)和韓國(guó) SL 簽約 供貨協(xié)議，并在 2022 年 2 月和華域汽車達(dá)成合作協(xié)議推進(jìn)激光雷達(dá)技術(shù)合作。國(guó)內(nèi)奧比中光控股子公司奧瑞達(dá)也采用了類似的方案，采用多節(jié)可尋址 VCSEL 和 SPAD 實(shí)現(xiàn)低激光功率下的遠(yuǎn)距離探測(cè)。

1.2.6、 其他方案：各類路線天馬行空，不乏或頭部客戶青睞產(chǎn)品

事實(shí)上除了以上五種常見(jiàn)的掃描方式之外，玩家們進(jìn)行了諸多探索，推出了各類天 馬行空的技術(shù)路徑，其中不乏接近量產(chǎn)的方案。

Micro-motion（MMT，微動(dòng)技術(shù)）：由 Cepton（賽瞳科技）提出并使用，該方案將接 收端和發(fā)射端連接，并保持光學(xué)共軛，通過(guò)電磁控制收發(fā)模塊震動(dòng)，類似車內(nèi)喇叭震 動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)光束掃描。該方案沒(méi)有摩擦、可靠度高、可實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角掃描、功率 低、成本相對(duì)可控、體積小，具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。目前 Cepton 已經(jīng)獲得了通用汽 車下一代自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)——Ultra Cruise（超級(jí)巡航）的訂單，通用汽車的 Ultra Cruise 計(jì)劃從 2023 年開(kāi)始部署，目標(biāo)覆蓋 95%以上的駕駛場(chǎng)景。此外公司還和日本 小糸車燈合作，將把激光雷達(dá)集成到大燈中。

光譜掃描技術(shù)（Spectrum-Scan）：由澳大利亞激光雷達(dá)公司 Baraja 推出，利用不同 波長(zhǎng)的光在介質(zhì)中折射率的不同，在紅外波段快速切換光的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)掃描效果。該 方案沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，成本低廉，更容易適應(yīng)惡劣的環(huán)境。此外公司還采用了隨機(jī)調(diào)制 連續(xù)波（RMCW，類似 FMCW）方式測(cè)距，計(jì)劃 2022 年推出樣品，2023 年實(shí)現(xiàn)量 產(chǎn)的激光雷達(dá)產(chǎn)品 Spectrum HD 可在 10%反射率下實(shí)現(xiàn) 230 米以上探測(cè)距離。2021 年公司和維寧兒達(dá)成合作協(xié)議，維寧兒將開(kāi)發(fā)、銷售和集成 Baraja 的雷達(dá)產(chǎn)品來(lái)服 務(wù)于其汽車市場(chǎng)客戶。不過(guò)該方案中的多光譜激光器加工難度大成本高，且想實(shí)現(xiàn) 大范圍視場(chǎng)角具有一定難度。而公司的 CEO 和 CTO 均曾經(jīng)在全球光通信巨頭 Finisar 負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)多色激光器（用于通信領(lǐng)域波分復(fù)用等場(chǎng)景），具有較強(qiáng)的技術(shù)背景。

1.3、 激光發(fā)射：EEL 憑借高功率密度目前占據(jù)主流市場(chǎng)地位

激光發(fā)射器影響激光雷達(dá)產(chǎn)品的核心性能。激光器的原理是增益介質(zhì)（工作物質(zhì)）通 過(guò)吸收激勵(lì)源（泵浦源）的能量而產(chǎn)生光子，通過(guò)光學(xué)諧振腔的放大形成激光光束。 增益介質(zhì)和光學(xué)諧振腔共同決定了所發(fā)出激光的波長(zhǎng)。對(duì)于激光雷達(dá)激光器而言， 性能上希望激光器實(shí)現(xiàn)較高的發(fā)射功率密度、較低的溫升、較小的溫漂系數(shù)、以及 較高的光束質(zhì)量等指標(biāo)，成本上希望本身激光器的加工以及后續(xù)的配套都能實(shí)現(xiàn)低 成本化。

（1）功率密度：功率密度決定同樣尺寸的器件能發(fā)出多強(qiáng)的激光。目前供應(yīng)商均致力于通過(guò)多節(jié)方案，即將半導(dǎo)體激光器內(nèi)的多個(gè)有源區(qū)通過(guò)隧道結(jié)串聯(lián)起來(lái)，來(lái)成 倍提升功率，同時(shí)大幅提高器件發(fā)光效率。 

（2）溫漂系數(shù)：半導(dǎo)體均存在一定的光熱效應(yīng)，不同溫度下，激光器發(fā)出激光的波 長(zhǎng)會(huì)有微小的漂移，漂移的幅度被稱為溫漂系數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，激光雷達(dá)前端的濾波 片亦需要將這部分“漂移”的波長(zhǎng)范圍考慮在內(nèi)，被迫提升濾波寬度，影響激光雷達(dá) 的信噪比。因此激光器廠商們亦致力于通過(guò)各種方式降低激光器的溫漂系數(shù)。

（3）光束質(zhì)量：即光斑的形狀和能量分布，最好是規(guī)整圓形以方便測(cè)距使用。 

（4）光譜寬度：又稱為激光線寬，即激光的色彩純度。激光雷達(dá)接收端會(huì)用濾波片 將其他波長(zhǎng)的光過(guò)濾掉，探測(cè)激光的線寬越窄意味著抗干擾性越強(qiáng)，信噪比越高。 

（5）生產(chǎn)成本：希望結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，同時(shí)集成容易可批量化生產(chǎn)。

EEL 是目前主流，VCSEL、光纖激光器份額有望提升。目前，激光雷達(dá)的激光發(fā)射 器通常有三種形式：半導(dǎo)體邊發(fā)射激光器（EEL）、半導(dǎo)體垂直腔面發(fā)射激光器 （VCSEL）、光纖激光器。通常 905nm 波長(zhǎng)激光可選擇半導(dǎo)體激光器。這其中，EEL 激光器憑借其成熟的產(chǎn)品和供應(yīng)鏈體系，極高的功率密度，成為目前主流的激光器 形式。半導(dǎo)體激光器中 VCSEL 除功率密度較 EEL 低外在線寬、溫漂系數(shù)、光束形 狀等指標(biāo)上均優(yōu)于 EEL，未來(lái)有望逐步實(shí)現(xiàn)對(duì) EEL 的替代。成本上，生產(chǎn)成本方面， EEL 激光器由于激光從側(cè)面發(fā)射，使用過(guò)程中需要進(jìn)行切割、翻轉(zhuǎn)、鍍膜、再切割 的工藝步驟，需要單顆一一貼裝，而 VCSEL 發(fā)光表面和半導(dǎo)體晶圓平行，易于采用 半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，精度層面由半導(dǎo)體加工設(shè)備保障，無(wú)需單個(gè)激光器單獨(dú)裝調(diào)；

配套 成本方面，由于 EEL 發(fā)射的光斑為橢圓形，整形難度較高，并且需要分立的光學(xué)器 件進(jìn)行光束整形，依賴產(chǎn)線工人的手工裝調(diào)，成本高一致性難以保障。而 VCSEL 易 于和面上工藝的硅材料微型透鏡整合，成本較低。目前禾賽科技和 Lumentum 合作已 經(jīng)在 AT128 轉(zhuǎn)鏡式遠(yuǎn)程雷達(dá)上搭載了 VCSEL 激光器。未來(lái)隨著 VCSEL 技術(shù)的發(fā) 展，我們認(rèn)為其有望逐步對(duì) EEL 實(shí)現(xiàn)替代。

1550nm 光纖激光器有望擴(kuò)大份額并降價(jià)，但整體成本仍將高于 905nm 的半導(dǎo)體激 光器。在 1550nm 波段，需要采用銦鎵砷/磷化銦半導(dǎo)體，該材料所制備的半導(dǎo)體激 光器的發(fā)光功率無(wú)法滿足要求，通常采用光纖激光器。光纖激光器由種子源、泵浦 源、以及增益光纖構(gòu)成，所生產(chǎn)的激光光束質(zhì)量?jī)?yōu)異，功率高，但價(jià)格也較為高昂。 未來(lái)隨著 1550nm 波長(zhǎng)激光使用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大出貨量提升，光纖激光器的成本將 出現(xiàn)一定程度的下降，但受制于材料本身的成本，1550nm 光纖激光器的價(jià)格最終仍 難以降至 905nm 半導(dǎo)體激光器的水平，有望成為高端產(chǎn)品的解決方案。

供應(yīng)商海外龍頭公司領(lǐng)先，國(guó)產(chǎn)替代可期。目前市場(chǎng)上海外巨頭歐司朗、Lumentum、 II-IV Finisar、Lumibird 等公司憑借領(lǐng)先的產(chǎn)品性能占據(jù)主導(dǎo)地位，以溫漂系數(shù)為例， 歐司朗有望在 2022 年發(fā)布溫漂系數(shù) 0.07nm/℃的 65 瓦 EEL 激光器，超越目前溫漂 系數(shù)普遍在 0.3nm/℃的產(chǎn)品。而國(guó)內(nèi)公司目前也逐漸趕上，領(lǐng)先的半導(dǎo)體激光器廠 商如長(zhǎng)光華芯、睿熙科技、檸檬光子、瑞識(shí)科技、瑞波光電子、縱慧芯光亦有豐富的 產(chǎn)品布局。目前長(zhǎng)光華芯的五結(jié) 940nm 波長(zhǎng) VCSEL 激光芯片，峰值功率已經(jīng)超過(guò) 75w。光纖激光器廠商方面，本土公司表現(xiàn)優(yōu)異。

海創(chuàng)科技、光庫(kù)科技、昂納科技等 具備相關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)能力，昂納科技收購(gòu)加拿大 ITF 和法國(guó) 3SP 公司（前身為阿爾卡 特光電事業(yè)部），形成了從光芯片、光器件、1550nm 光源模組的業(yè)務(wù)布局，2021 年 公司甚至發(fā)布了自己的激光雷達(dá)整機(jī)產(chǎn)品。目前公司的 1550nm 光纖激光器已經(jīng)開(kāi)始 量產(chǎn)，激光雷達(dá)整機(jī)也計(jì)劃于 2023 年定點(diǎn)。未來(lái)隨著國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品性能的提升以及激光 雷達(dá)公司降本壓力的來(lái)臨，國(guó)產(chǎn)激光器廠商將大有可為。

1.4、 接收元件：SPAD/SiPM 有望替代 APD 成為主流

接收元器件同樣是決定激光雷達(dá)性能的核心零部件之一。探測(cè)器的靈敏度、是否能 獲得光強(qiáng)信息、價(jià)格、接收器的信息處理效率都是廠商需要斟酌的內(nèi)容。接收元器件 通常有三類，PIN 光電二極管、工作在線性模式下的雪崩二極管（APD）、工作在蓋革模式下的雪崩二極管（SPAD，亦稱為單光子探測(cè)器）。其中 PIN 光電二極管直接 通過(guò)半導(dǎo)體光電效應(yīng)獲取光強(qiáng)信息。雪崩光電二極管通過(guò)施加高的反向偏置電壓， 當(dāng)光子撞擊二極管中材料的過(guò)程中產(chǎn)生碰撞電離（雪崩效應(yīng)），光電二極管即可顯示 出內(nèi)部電流增益效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)探測(cè)效果的放大。

（1）PIN：價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但沒(méi)有增益，靈敏度有限，部分 1550 波長(zhǎng)激光雷達(dá)會(huì)使用。

（2）APD：輸出電流與入射光子數(shù)量呈線性關(guān)系，相當(dāng)于一個(gè)具有增益的光電二極 管，可以探測(cè)光強(qiáng)，但靈敏度稍弱。

（3）SPAD：工作電壓在雪崩電壓以上，每個(gè)入射的光子都會(huì)觸發(fā)雪崩效應(yīng)，靈敏度 極高，甚至可以探測(cè)單個(gè)光子，但由于其工作于臨界狀態(tài)，只能識(shí)別開(kāi)關(guān)兩類信號(hào)， 無(wú)法獲取強(qiáng)度信息，因此通常采用陣列的方式，利用多個(gè)傳感器感知到光子的機(jī)率 來(lái)間接獲得光強(qiáng)信息。

SPAD 陣列通?？煞譃閮深悾阂活愔苯訉为?dú)的 SPAD 組成陣列，通過(guò)光子出現(xiàn)的頻 率來(lái)測(cè)算光場(chǎng)強(qiáng)度，該種方式靈敏度高，但后端的電路復(fù)雜度也略高。另一類則將 SPAD 并聯(lián)，成為一個(gè)單獨(dú)的模塊，進(jìn)而可以探測(cè)到光強(qiáng)信息，稱為 SiPM 或 MPPC， 靈敏度略低于 SPAD 陣列但邏輯電路也較 SPAD 陣列簡(jiǎn)單。在 SiPM 和 SPAD 陣列之 間，廠商通常通過(guò)不同的需求來(lái)適配不同種類的產(chǎn)品。

905nm 波長(zhǎng)下 SPAD 有望逐步替代 APD，定制化成為廠商首選。探測(cè)器能探測(cè)到的 波長(zhǎng)取決于自身使用的材料，硅基通常配合 850nm、905nm、940nm 等波段的激光，而 1550nm 波段的激光則需要銦鎵砷等材料探測(cè)。硅基材料的晶圓成熟，成本低，而 銦鎵砷等材料由于工藝難度、晶圓尺寸和使用場(chǎng)景的限制，成熟度沒(méi)有硅基高，成本 較高。

（1）在 905nm 波段，SPAD 的工作電壓低，可采用低壓電路，價(jià)格低廉，靈敏度高， 且后端的處理電路相對(duì) APD 更簡(jiǎn)單，采用陣列化的方式，探測(cè)效果逐步可以媲美甚 至超越 APD，隨著 SPAD 陣列的規(guī)模不斷做大，該產(chǎn)品路線已經(jīng)日益成為玩家們首 選。

（2）在 1550nm 波段，銦磷半導(dǎo)體制備難度高導(dǎo)致銦鎵砷 SPAD 產(chǎn)品不成熟，廠商 通常使用線性 APD 或者線性 APD 陣列作為探測(cè)元件，成本較高。

接收端老牌玩家優(yōu)勢(shì)顯著，國(guó)產(chǎn)替代逐步推進(jìn)。在探測(cè)器領(lǐng)域，市場(chǎng)上主要玩家有 老牌的濱松、安森美、索尼等，而傳統(tǒng)相機(jī)生產(chǎn)商佳能等亦躍躍欲試。海外玩家在光 學(xué)傳感器領(lǐng)域具備深厚的積累，在設(shè)計(jì)、工藝上具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)高像素大面積光學(xué) 傳感器陣列的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富，索尼在 2021 年 CES 展出了名為 IMX459 的 SPAD 激 光雷達(dá)傳感器，將像素?cái)?shù)量推升至 11 萬(wàn)，遠(yuǎn)超現(xiàn)有產(chǎn)品，此外該產(chǎn)品采用雙層電路， 將每個(gè)邏輯測(cè)距電路與單獨(dú)的 SPAD 像素鏈接，傳感器可以直接輸出深度數(shù)據(jù)，大 幅提高相應(yīng)速率。而濱松作為傳統(tǒng)激光雷達(dá)傳感器龍頭，無(wú)論產(chǎn)品性能還是種類均 有顯著優(yōu)勢(shì)。

我們預(yù)計(jì)激光傳感器領(lǐng)域，老牌海外長(zhǎng)廠商仍將保持領(lǐng)先地位。而國(guó)內(nèi) 公司目前也逐漸趕上，廠商如靈明光子、南京芯視界、阜時(shí)科技等已經(jīng)有成熟化的產(chǎn) 品推出，并開(kāi)始獲取訂單。此外由于激光雷達(dá)發(fā)展的時(shí)間較短，市場(chǎng)上成熟的車規(guī)級(jí) 產(chǎn)品有限，部分激光雷達(dá)廠商根據(jù)自身的需求定制化生產(chǎn)陣列化、集成化的 APD 和 SPAD 產(chǎn)品，未來(lái)一段時(shí)間，接收模塊無(wú)疑仍將是激光雷達(dá)廠商高度重視的領(lǐng)域，技 術(shù)和產(chǎn)品均將不斷迭代。

1.5、 光學(xué)元件：最容易國(guó)產(chǎn)替代的部分

產(chǎn)品不可或缺，目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。在激光雷達(dá)中，通常需要光學(xué)元器件， 激光雷達(dá)通常使用半導(dǎo)體激光器，而半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光束通常需要進(jìn)行光學(xué)整 形、分束等步驟，形成激光雷達(dá)所需的光斑，同時(shí)在激光的接收端也需要透鏡、反射 鏡等實(shí)現(xiàn)光的收集。而在轉(zhuǎn)鏡方案中，轉(zhuǎn)鏡本身亦是重要的光學(xué)元器件，其質(zhì)量影響 著整個(gè)激光雷達(dá)的掃描和探測(cè)效果。

此外，由于環(huán)境光的光譜較為復(fù)雜，通常需要窄 帶濾光片將激光雷達(dá)所發(fā)射波長(zhǎng)以外的光過(guò)濾掉，以減少激光雷達(dá)受到的干擾，提 升信噪比。目前，超窄帶濾光片生產(chǎn)要求較高，全球高級(jí)精密光學(xué)解決方案龍頭 Viavi 等產(chǎn)品性能優(yōu)異，國(guó)內(nèi)永新光學(xué)等公司亦有布局。激光光束整形、透鏡、以及轉(zhuǎn)鏡等 光學(xué)元器件，目前國(guó)內(nèi)有較為成熟的供應(yīng)商，企業(yè)如炬光科技、舜宇光學(xué)、騰景科技、 藍(lán)特光學(xué)、福晶科技、天孚通信、水晶光電等均能提供達(dá)到量產(chǎn)需求的產(chǎn)品，并且仍 然在不斷導(dǎo)入。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

1.6、 處理芯片：模擬、計(jì)算并存，集成化為最終趨勢(shì)

激光雷達(dá)中模擬、數(shù)字芯片并存，未來(lái)有望集成到單個(gè) ASIC 或者 SOC 中。信號(hào)處 理芯片方面，通常的架構(gòu)下有模擬芯片和數(shù)字芯片（主控芯片）兩類。模擬芯片主要 用于收發(fā)端，通常發(fā)射端每個(gè)激光器需要鏈接一個(gè)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)激光的脈沖式發(fā)射和 編碼。接收端根據(jù)探測(cè)器種類不同需要使用不同的芯片，主要負(fù)責(zé)激光雷達(dá)中光電 信號(hào)轉(zhuǎn)變、電信號(hào)實(shí)時(shí)處理等功能，包含模擬信號(hào)放大器（TIA）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、時(shí) 間數(shù)字轉(zhuǎn)換器等。

最終主控芯片完成光電的處理進(jìn)而輸出點(diǎn)云信號(hào)，該過(guò)程通常采 用 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)，亦可通過(guò) MCU、DSP 等模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。供應(yīng)商方面，模擬芯片的主要供應(yīng)商有 ADI（亞德諾半導(dǎo)體）、TI（德州儀器）等，國(guó)內(nèi)圣邦微電子、矽力杰等 亦具備供貨實(shí)力。MCU 主流供應(yīng)商有瑞薩、英飛凌等，DSP 主流供應(yīng)商包含德州儀 器、亞德諾半導(dǎo)體等。由于激光雷達(dá)模擬芯片技術(shù)難度相對(duì)有限，且廠商之間尚無(wú)統(tǒng) 一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此考慮到適用性和降本需求，眾多激光雷達(dá)廠商開(kāi)始自研 ASIC 或 SOC 芯片將以上功能集成到單個(gè)芯片中。

1.7、 掃描波長(zhǎng)：905nm 為主，1550nm 潛力大

905nm 簡(jiǎn)單實(shí)惠應(yīng)用廣，1550nm 性能強(qiáng)勁價(jià)格高，兩者預(yù)計(jì)將長(zhǎng)期共存。選擇激光 波長(zhǎng)需要考慮到以下幾點(diǎn)：功率問(wèn)題，通常由其對(duì)人眼的安全性決定；外界光的干擾 情況；激光器本身的制備難度和成本問(wèn)題等。目前 905nm 具有成熟的供應(yīng)鏈體系和 低廉的成本成為當(dāng)前激光雷達(dá)路線的主流，1550nm 波長(zhǎng)具有性能優(yōu)勢(shì)發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/p>

（1）人眼安全： 905nm 波長(zhǎng)的激光接近可見(jiàn)光，可穿透人眼的透明部分直達(dá)視網(wǎng) 膜，這期間人眼屈光介質(zhì)能將入射光束匯聚成極小的光斑，灼傷風(fēng)險(xiǎn)大。而 1550nm 激光在經(jīng)過(guò)人眼角膜等部分就被大量吸收，不會(huì)觸及視網(wǎng)膜。據(jù)高工智能汽車數(shù)據(jù)， 1550nm 波長(zhǎng)的激光在同等人眼安全要求下，可以采用比 905nm 激光雷達(dá)高 40 倍以 上的發(fā)射功率，進(jìn)而大幅提升探測(cè)距離。圖達(dá)通、Luminar、Aeye、一徑科技等采用 1550nm 方案的公司，旗艦產(chǎn)品探測(cè)距離通常在 200 米以上，最遠(yuǎn)甚至達(dá)到 500 米以 上，而采用 905nm 激光方案的產(chǎn)品探測(cè)距離通常在 150-200 米以下。

（2）抗干擾性：1550nm 所在的波段太陽(yáng)輻射強(qiáng)度相對(duì)較弱，同等條件下面臨的光 干擾較 905nm 更小，可獲得更好的探測(cè)效果。

（3）硅光芯片適配度：1550nm 激光可在硅基介質(zhì)中傳播，是光通信中最常見(jiàn)的一 種波長(zhǎng)，可完美的與硅光產(chǎn)品配合，更容易實(shí)現(xiàn)芯片化。

（4）成本和生產(chǎn)效率：1550nm 須采用光纖激光器來(lái)提升光束質(zhì)量和功率（種子源、 泵浦源、摻鉺光纖等構(gòu)成）。相比 905nm 激光器可直接采用半導(dǎo)體激光芯片耦合封裝 制備，1550nm 光纖激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在接收端，1550nm 波段的激光需要采用昂貴 的銦鎵砷等材料的探測(cè)器。且 1550nm 光纖激光器供應(yīng)鏈成熟度仍然不高，產(chǎn)品良率 也仍需提升。導(dǎo)致其整體成本遠(yuǎn)高于 905nm 激光器，這也是制約 1550nm 激光上車 的主要原因。

2、 玩家致力于打造六邊形戰(zhàn)士，產(chǎn)業(yè)路徑逐漸明晰

2.1、 性能、成本、車規(guī)要求是激光雷達(dá)追求的終極目標(biāo)

性能、成本、滿足車規(guī)要求是激光雷達(dá)發(fā)展的核心要素。核心性能上，探測(cè)距離、視 場(chǎng)角、掃描幀率、測(cè)量精度、點(diǎn)云規(guī)整度都是考量的重要因素。由于激光雷達(dá)本身就 是為了彌補(bǔ)攝像頭在特定條件下探測(cè)效果的不足，因此需要讓激光雷達(dá)在面對(duì)低反 射率、微小的物體（如輪胎、雪糕筒等障礙物）的時(shí)候具有較好的探測(cè)能力，同時(shí)在 探測(cè)距離和精度上也要達(dá)到遠(yuǎn)超攝像頭的效果。成本方面，大量上車的前提是將成 本做低。這部分分為人工成本和物料成本，取決于廠商的技術(shù)路線選擇和量產(chǎn)能力 的高低。此外更加重要的指標(biāo)是車規(guī)級(jí)的要求，汽車的工作環(huán)境惡劣，穩(wěn)定性要求 高，這也是激光雷達(dá)面臨的核心挑戰(zhàn)之一。

各大廠商權(quán)衡利弊以生產(chǎn)出各方面性能都及其優(yōu)異的“六邊形全能戰(zhàn)士”。實(shí)際情況 中，收發(fā)元件、測(cè)距方式、掃描方式、激光波長(zhǎng)等不同領(lǐng)域的不同技術(shù)方案各有優(yōu)劣， 為了滿足前述三大方面的要求，激光雷達(dá)最終路線的選擇通常是對(duì)各種路線本身特 點(diǎn)的取舍和平衡。比如 MEMS 方式最大的瓶頸在于：視場(chǎng)角小以及穩(wěn)定性難以保證。

廠商們則通過(guò)采用多個(gè)激光器、激光擴(kuò)束、甚至多個(gè) MEMS 拼接等方式解決以上問(wèn) 題，與之相伴，成本也會(huì)被推高，但由于 MEMS 振鏡可以采用半導(dǎo)體工藝規(guī)?；?產(chǎn)降本，故整體成本仍然可控。再如 OPA 方式目前的瓶頸在于 OPA 芯片性能難以提 升，一個(gè)重要的原因是薄弱的光柵芯片難以承受大功率激光的照射。而 FMCW 測(cè)距 方式通過(guò)發(fā)射極小功率的激光即可以滿足高精度測(cè)距的要求，此外 FMCW 激光調(diào)制 技術(shù)以及硅光芯片制備技術(shù)和 OPA 芯片高度相似，因此通常 OPA 將和 FMCW 以組 合的方式出現(xiàn)在激光雷達(dá)方案中。車企致力于打造各方面性能均極其優(yōu)秀的“六邊 形戰(zhàn)士”，但實(shí)際上哪個(gè)技術(shù)路線能走出來(lái)目前均未可知，觀察整車廠定點(diǎn)情況或?yàn)?較好的方式。

2.2、 轉(zhuǎn)鏡和 MEMS 路線將成為一段時(shí)期內(nèi)的主流，F(xiàn)MCW+OPA 面向 星辰大海有望成為激光雷達(dá)的終局

車規(guī)、成本、性能綜合考慮，中短期內(nèi)長(zhǎng)距離激光雷達(dá)將以轉(zhuǎn)鏡和 MEMS 路線為主， Flash 激光雷達(dá)用于近距離補(bǔ)盲，而遠(yuǎn)期 FMCW+OPA 或?qū)⒊蔀榻K極方案。產(chǎn)業(yè)發(fā)展不會(huì)一蹴而就，技術(shù)路線也不會(huì)始終處于發(fā)散狀態(tài)，到某個(gè)時(shí)點(diǎn)隨著產(chǎn)業(yè)鏈的收 斂，技術(shù)路線最終會(huì)走向統(tǒng)一。就投資而言我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)把握節(jié)奏，以量產(chǎn)配套為依 據(jù)。當(dāng)前，OPA+FMCW 尚且遙遠(yuǎn)，MEMS/轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)業(yè)鏈和 Flash 產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)獲得諸多 訂單，且技術(shù)水平仍然不斷精進(jìn)，有望在一段時(shí)間內(nèi)誕生足夠的投資機(jī)會(huì)，值得積極 關(guān)注。

中短期：以當(dāng)前量產(chǎn)產(chǎn)品以及配套定點(diǎn)來(lái)看，轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)品已經(jīng)一馬當(dāng)先率先上車，法雷 奧的 Sacla1 和 Scala2 早已分別搭載于奧迪 A8、奔馳 S 級(jí)轎車，據(jù)太平洋汽車網(wǎng)統(tǒng) 計(jì)，Scala 系列激光雷達(dá)出貨量已經(jīng)超過(guò) 15 萬(wàn)件。龍頭激光雷達(dá)廠商中，華為、圖達(dá) 通、禾賽科技、Luminar 等公司均有采用轉(zhuǎn)鏡方式的激光雷達(dá)，目前已經(jīng)獲取眾多定 點(diǎn)。MEMS 由于微振鏡掃描速度遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)鏡，同時(shí)半導(dǎo)體工藝規(guī)?；a(chǎn)下 MEMS 振鏡具有較高的降本潛力，成為后起之秀。據(jù)汽車之心描述，采用 MEMS 方案的速 騰聚創(chuàng)已經(jīng)獲得威馬、小鵬、廣汽等 40 多家車企的定點(diǎn)，產(chǎn)品將于 2022 年開(kāi)始量 產(chǎn)。

此外 MEMS 廠商一徑科技憑借 1550nm 激光+MEMS 的技術(shù)路線，可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn) 距離測(cè)距，目前亦呈現(xiàn)較好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，獲得英特爾、小鵬、百度、國(guó)汽智聯(lián)等資方 青睞，并獲得元戎啟行等公司定點(diǎn)。Flash 激光雷達(dá)由于易過(guò)車規(guī)、技術(shù)成熟、價(jià)格 低廉，則適合作為補(bǔ)盲產(chǎn)品搭配遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)使用，目前大陸集團(tuán)可自行生產(chǎn) 3D Flash 激光雷達(dá) HF110，同時(shí)投資 MEMS 激光雷達(dá)廠商 Aeye 形成遠(yuǎn)近一體解決方案 能力。

遠(yuǎn)期：OPA+FMCW 的方式由于其采用整體芯片化的生產(chǎn)模式，收發(fā)、掃描甚至計(jì)算 模塊都可集成至單個(gè)硅光芯片上，純固態(tài)可以滿足車規(guī)級(jí)要求，芯片化生產(chǎn)可以大 幅降低成本，同時(shí)在性能上將突破現(xiàn)有固態(tài)、半固態(tài)激光雷達(dá)的極限，在探測(cè)距離、 抗干擾、掃描幀率上有質(zhì)的飛躍，甚至可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)追蹤百個(gè)目標(biāo)等功能，產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù) 界共同發(fā)力下，我們認(rèn)為或?qū)⒊蔀榧す饫走_(dá)的終局。

2.3、 1550 解決激光雷達(dá)距離恐懼癥，有關(guān)供應(yīng)商有望迎機(jī)會(huì)

目前激光雷達(dá)以 905nm 為主，未來(lái) 1550nm 激光雷達(dá)份額有望擴(kuò)大。1550nm 波長(zhǎng) 的激光有幾大明顯的優(yōu)勢(shì)：

（1）探測(cè)距離遠(yuǎn)。激光雷達(dá)探測(cè)距離的提升無(wú)非采用三 種方式：提升激光器發(fā)射功率、提升探測(cè)器靈敏度、采用 FMCW 方式替換 TOF。由 于 905nm 受制于人眼安全限制，發(fā)射功率有限，而部分情況下其該波長(zhǎng)下返回的激 光會(huì)被背景光淹沒(méi)，除非大幅提升探測(cè)器靈敏度，否則很難進(jìn)一步提升探測(cè)距離，而 采用 1550nm 波長(zhǎng)激光提升發(fā)射功率是最有效的方案之一；

（2）FMCW 測(cè)距方式下 1550nm 波段激光解決方案更成熟。光通信領(lǐng)域已經(jīng)使用 1550nm 激光多年，收發(fā)、調(diào)制等零部件供應(yīng)鏈成熟。

（3）1550nm 激光可以在硅波導(dǎo)中傳播，便于硅光芯片集 成。無(wú)論 FMCW 還是 TOF 未來(lái)都將走向硅光集成，通常情況下 1550nm 更適合于在 硅光領(lǐng)域使用。而目前制約 1550nm 波長(zhǎng)激光的主要因素在于激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格 高，未來(lái)規(guī)模有效擴(kuò)大后有望逐步下降，該領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商繁多，有望帶來(lái)較大的投 資機(jī)會(huì)。