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Q：当前激光雷达方案比较多，像转镜式、MEMS 微振镜、FLASH 以及 OPA 类型的， 能否简要介绍下各种技术方案的优劣势以及目前发展的最新情况？ A：激光雷达按照扫描部件可以分为半固态和固态，半固态技术路线分为三种，一 种是现在用的比较多的 MEMS 系列，就是微振镜，其他还有转镜棱镜，区别在于扫 描方式不同。纯固态激光雷达没有运动部件，常用的包括 flash 系列，OPA 光学相 控阵，还有比较前沿的硅光芯片的 FMCW。主流的半固态激光雷达比较多的是转镜 系列，蔚来汽车用的图达通和 MEMS 系列。小鹏汽车上大疆览沃用的是双棱镜的方 案。固态激光雷达方面，OPA 目前还处在研究阶段，flash 系列目前已经有样机或 者说开始有量产。半固态激光雷达主要应用是前向雷达，作为主雷达探测。固态激光雷达因为目前受限于上下游元器件还不是特别成熟，用来作为主雷达性能 还达不到，因为主雷达 FOV 要大，探测距离要远，分辨率要达到一定要求。目前固 态激光雷达一般应用场景是作为补盲雷达，装在侧向跟主雷达配合使用，达成一个 完整的 FOV。关于他们的优劣势，拿 MEMS 和转镜雷达对比，因为 MEMS 器件相对来 说比较成熟，可量产性会比较好，成本控制也会好一些。转镜系列的价格相对会高 一些。 Q：转镜式和 MEMS 微振镜，哪个降本的空间会大一些？ A：应该还是 MEMS 系列，因为 MEMS 毕竟核心就是一个芯片，它也是芯片化，然后 做成一个模组。芯片如果高度集成化，降本空间会比较大。 Q：所以专家您是比较看好 MEMS，flash 这两个方面是吗？ A：对。因为转镜系列还是需要一个电机带动棱镜转动，电机在使用寿命、可靠性、 车规认证方面肯定是不如微振镜的。微振镜芯片如果生产工艺管控的比较严格，产 品的均匀性是特别好的，在做一些车规认证时可靠性、寿命会比转镜系列要强。 Q：进口的 MEMS 微振镜比较贵，国内自研这方面降本空间挺大？ A：对的，很多时候激光雷达元器件贵的原因之一是有一些技术比较前沿，而且现 在激光雷达还没有大批量上车，所以有很大的研发成本，量少所以就很贵。如果能 走到国产化，国内的供应商成熟起来，量也起来，降本空间是比较大的。现在国内 技术上并不差于国外，只不过国外很多东西开始的早一点。 Q：MEMS 方案里面 Luminar 有个专利是用 DMD 芯片来实现扫描的，这块他们有什么 进展么？ A：这个路线不太清楚，应该还没有实现商业化。像速腾聚创的微振镜，还是采用 快轴慢轴实现扫描的方式，从上往下螺旋式的扫描。 Q：flash 的激光雷达，国外厂商比如说 ouster 和 ibeo 从宣传上看走得比较快， 说是已经基本具备了量产的条件，这块国内和国际对比？ A:其实 ibeo 说具备量产能力是可以的，FLASH 做的最早的是大陆，已经在车上应 用了，只不过性能参数没有那么好，第一款 FLASH 激光雷达探测距离只有 10 米， 第二款也只能探测到到 22 米 10%的反射率。ibeo 有三款产品，包括长距、短距和近距的，但是 FLASH 激光雷达最终要装在车 上，综合考虑多种性能，包括探测距离，功率，角分辨率，还有成本和可靠性，能 做出来距离实现量产还有段距离，最重要的是要拿到很多的客户定点，必须在成本、 性能、可靠性方面征服主机厂。国内目前做 FLASH 的厂商，速腾、禾赛、华为量产时间没那么快，宣称量产要晚于 国外。但是我觉得虽然说国内可能量产的时间晚一点，但是最终做出来的产品，可 能比国外要好，一旦国产供应商也发展起来，可能实现性能好，价格低，可靠性也 很好的产品。 Q：国内和国际上比可能起步稍微晚一点，但技术水平包括供应链其实都还可以？ A：供应链也不能说可以，是在逐渐的成熟，毕竟 ibeo 起步比早，激光雷达在长城 wey 的车型上要用的，最早计划 2021 年量产，现在还没有量产，估计要到明年。但明年国内的供应商也可以推出量产的激光雷达了，不会晚太多。这个东西要大规 模量产还是取决于上下游元器件，FLASH 激光雷达取决于发射器端的元器件和芯片 的成熟。现在整个市场上不管是国内还是国外的供应商，FLASH 激光雷达元器件还 不是那么成熟，尤其是芯片。 Q：ibeo 有一个 ibeoNEXT，距离方面 10%反射率可以达到 140 米，多个拼起来可以 形成一个全视的主雷达方案，这个产品往国内送样了吗？ A：应该是往长城送样了，140 米 10%的 FOV 很小，水平视场角只有 11.2 度，垂直 视场角只有 5.6 度，这是不够的。前装的前视雷达，一般要达到 120 乘 25 度的 FOV，ibeoNEXT 的产品达到 120 度需要拼 10 个激光雷达，落地是不可能的，只是 一个噱头。但也有自己的市场或者说利用价值，虽然 FOV 小，但是看的比较远，可 以用在其他产品上，或者要求没那么高的车上，拼 4 个就可以了。ibeoNEXT 最终 是不是真的好不一定，但绝对不是一个好的方案。 Q:Ouster 和 ibeo 的 flash 激光雷达采用的都是 Vcsel+单光子雪崩二极管阵列 SPAD 的方案，按列进行一维扫描，大家为何都采用这种方案，有什么优点？ A:flash 激光雷达激光器只能用 Vcsel 不能用 EEL，这两种光源光斑不同，Vcsel 的光斑是圆形的，EEL 的是椭圆形的，所以一般用 Vcsel，Vcsel 相对 EEL 好处是 温漂比较小。温漂是激光雷达在不同的环境中随着温度升高发出来光的波长会发生 偏移，一点几纳米的偏移就是致命的，可能不能被探测器件收到，所以要用温漂比 较小的发射器。还有就是 Vcsel 的发散角比较小，一般能达到 25 度的远场发散角， 发散角小发射到远处的光斑就会比较小，能量的均匀性、反射回的能量就更高，也 就能探测得更远。接收器件比如光电二极板是 AD、APD、SPAD 和 SiPM，现在一般都用 SPAD 或 SiPM。激光雷达之所以用 SPAD 是因为 APD 的增益不够。flash 用 Vcsel 好处就是发散角 小，集成度高，缺点是发射功率比较小，当前最大的 5 结 VCSEL 也只能做到 1200W/mm2，EEL 可以做到 60000W/mm2。发射功率小意味着发出去的能量低，接收时 就必须要用高灵敏度的接收器。SPAD 灵敏度高，增益强，SIPM 是用 SPAD 串联一些 淬灭电阻后并联而成的。SPAD 和 SIPM 的主要区别是像素，一个 SPAD 就是一个像 素，SIPM 是一个阵列，由多个 SPAD 并联在一起形成一个像素，这样在同样的像素 面积范围内，SPAD 的像素就比 SIPM 高。所以如果 FLASH 激光雷达要追求高分辨率， 就要用 SPAD 阵列。关于另一个指标时间分辨率，SIPM 强于 SPAD。因为 SPAD 输出 的电信号只有 0 和 1，不能反映信号强度，但是 SIPM 将多个并联的接收器进行叠 加，可以反映信号强度，提取一个真实信号的耗时更短，所以时间分辨率更高。实 际应用中如果更强调分辨率就使用 SPAD，如果更强调提取速度就使用 SIPM。 Q：由于 905nm 因为人眼安全功率受限，距离只能做到 150 米 10%反射率？ A：是的。半导体激光器 905nm 波长对人眼不友好，会在视网膜上凝聚成一个点， 功率达到一定程度对人眼有伤害的，所以功率不能太大。根据雷达方程，发射功率 越大探测距离越远。限于 905nm 波段的激光对人眼不友好，功率不能太大。1550nm 激光经过人眼眼球的时候会被晶状体里的水分吸收，不会在视网膜上聚集，能量较 弱，对人眼比较友好，功率可以做得比较大。这就是为什么 Luminar 的激光雷达可 以探测到那么远，因为使用 1550nm 激光器可以把功率做大。 Q：所以 flash 的激光雷达也是受这方面的限制，1550nm 的 Vcsel 现在还看不到？ A：1550 不是半导体激光器，是光纤激光器。VCSEL 是砷化镓衬底，分布式布拉格 反射器，跟光纤激光器的原理是完全不一样。（专家不清楚 1550nm Vcsel 进展， 判断目前主要还是在学术界研究） Q：Vcsel 的光源+单光子雪崩二极管阵列这块国外竞争格局以及当前水平？A：国外要强一些。VCSE 国外 Lumentum 走在最前面，艾迈斯和欧司朗合作后也比 较好。国内其实也不差，像纵慧芯光、长光华芯做得很好。特别是长光华芯目前已 经推出了 5 结 VCSEL，结数越多功率密度越高。5 结可以达到 1200 W/mm2，目前还 没有量产，后面甚至还可能会开发 8 结的 VCSEL。VCSEL 除了光功率密度还要考虑 稳定性、可靠性，芯片还要过 AEC-Q。目前国外更成熟，已经有一些量产经验并真 正用在激光雷达上批量供货了。国内会比较晚一点，有些还没有量产经验，特别是 一些大面积的 VCSEL，包括纵慧芯光和长光华芯。但是国内技术上并不差很多，国 外能做到的性能参数和光功率密度，国内企业也能做到，差距就在量产经验。随着 激光雷达厂商的不断研发、供应商的能力不断提高，会很快地弥补这种不足。现在 很多国产激光雷达厂商都很愿意去培养国内的供应商，差距只是短期的，也没那么 大。 Q：雷达厂商是否自己去布局做 FLASH 激光雷达的 Vcsel 的光源+SPAD 阵列？ A：是的，这些才是核心竞争力。以 VCSEL 为例，可以自己去定制。激光雷达厂商 设定参数，提供可靠性验证清单，找国内的 VCSEL 厂商去定制看能不能满足性能要 求，比如大小、分成多少 block、功率密度要求、空间要求、PDE 要求等。接收端 就是一个芯片，一般都是自研的，物理层通过 SPAD 把接收到的光信号转化成电信 号，逻辑层（ASIC 层）进行初始的数据处理。芯片可以直接输出一些电流，也可 以把 FPGA 的功能也集成，比如 ADC 电路、memoryDDR 等。接收端必须要走自研， 不自研没有任何核心竞争力。FLASH 激光雷达的核心就是发射系统和接收系统，也 就是光学模组，其他的都不是很核心。要能把性能做好、成本降下来，只有进行芯 片化，而且必须是自研芯片。任何一家国内主流的激光雷达厂商都必须要走这条路。 Q：激光雷达成本拆分？ A：Flash 的成本结构按发射模组、接受模组、光学系统、核心 IC 分类，如果整个 雷达 1000 元，发射模组即 VCSEL 加一些驱动两百多，大概 20%；接收端占 30%；光 学系统占 15-20%，剩下的一些 IC 部分成本，像 FPGA、跨阻放大器、AD 芯片、点 云管理、memory 等加起来大概占 30%。以速腾的激光雷达为例，成本占比最高的就 是发射接收两个芯片，根据价格不同可能要占 30%多，光学镜头模组可能占 40%多。剩下的 PCBA、各种电路板、IC 加起来占 20-30%。最后结构件占比不到 4%、 Q：短距激光雷达应用的进展情况如何？目前有哪些主机厂或车型在规划使用？ A：短距离激光雷达的应用主要是补盲。高阶自动驾驶的传感器不管摄像头还是雷 达主要作用就是感知。通常用大的传感器覆盖车身 360°中大部分的感知范围，一 般前向的感知范围要求是 120°，但车的侧面也需要感知，不一定要探测那么远。比如在高速上以 120 的速度行驶，探测距离必须要到 200 米才能在发现物体时及时 地做出反馈，进行制动、变道或者减速。但车的两侧要求就低很多，现在的六车道 也就 20 多米，做两侧补盲不用探测那么远。补盲雷达的优势是短期可以做到成本 很低。前向激光雷达的上车成本是很高的，现在国内主流激光雷达厂商的产品量产价至少 要 4000，如果单独买可能要上万。如果侧向没有补盲雷达，把主雷达装在侧面， 像威马的电动车就装了 3 个主雷达，成本很高。完全可以用短距雷达替换两侧的雷 达，既能做到低成本，也符合自动驾驶的需求。只要保证 fov 的覆盖和分辨率，补 盲雷达就没有那么高的要求，现在是很主流的方案。激光雷达公司不光要给车厂推 雷达，还要给推方案，包括怎么布置，怎么达到 fov 要求。现在有些客户在车后面 也布置激光雷达，但是后面使用率低，主要是前面和侧面的视角范围要做感知，需 要激光雷达来做安全预警，所以短距激光雷达的应用前景是非常可观的。一旦装车 补盲雷达的数量甚至是主雷达的两倍，一个车装一个主雷达，两个补盲雷达就可以 覆盖 L3 级别以上自动驾驶的需求。 Q：怎么展望 flash 激光雷达的量产周期，什么时候能作为角雷达技术成熟，什么 时间点可以作为主雷达？ A：目前 flash 激光雷达主要受限于发射端和接收端上游元器件不够成熟。体现在 发射端 VCSEL 就是光功率密度不够高，如果功率能提高 50%，探测距离可以提高 20% 多。接收端的光子探测效率（PDE）提高 50%，探测距离能相应的提高 40%多。这些 制约了激光雷达的探得距离、视场角和分辨率。分辨率想做的大需要更多的像素。索尼宣传的 IMX459，分辨率也就 600×189，像素密度只有 11 万，也就是说在这么 大的范围内只有 11 万个点，如果视场角做得越大，角分辨率就越小。角分辨率很 重要，如果作为主雷达肯定要看得远，假如分辨率太低，比如 100 米一个人的大小 还达不到一个光斑，就探不到那个人。如果分辨率做得很高，像素密度更大或者把 接收器做得更大，做到 40 万个点，100 米的距离人身上就有 4 个像素点，基本上 就可以完完全全判定是一个人，就会在点云上形成图像。所以 flash 激光雷达作为 主雷达的前提条件就是上游元器件必须成熟，VCSEL 的光功率必须提高，接收端的 PDE 要提高。至于周期，到 23、24 年，flash 激光雷达作为补盲雷达就可以做到量 产，要做到主雷达还是要提高光功率和 PDE，至少还要 3-5 年的时间。 Q：您怎么判断激光雷达未来价格的下降趋势？ A:第一，在现有技术路线的基础上，供应量增大后成本会被压缩，研发成本会相应 摊薄，现在供应商报价高主要还是由于量少；第二，固态激光雷达芯片化后遵循摩尔定律，随着技术水平的提高，同样面积可以 集成更多 SPAD，同样性能的芯片可以做得更小，这样就会呈现同样性能成本更低 的状态；此外有新技术路线的开发可以使得性能更强大，降低成本；第三，国内竞争非常激烈，由于厂商都在打价格战甚至亏本也要扩大自身市场份额， 也会带动价格下降；其实一两年前激光雷达的价格在一两万左右，现在可能几千元就可以买到，已经出 现了同样性能的产品价格更低的情况。总体而言，就是供应链的成熟、技术以及竞 争这三个方面导致的。 Q:2022-2023 整体激光雷达市场的出货量是多少？ A:2022-2023 年，国内所有厂商订单量可以超百万，但总出货量不足百万，具体数 字不方便透露；预计在 2022 年，国内所有厂商总出货量预计在 50-60 万，2023 年 不超过 100 万，但不包括机械式的激光雷达，因为机械式激光雷达应用市场很广， 除了车载还会用到其他方面。但是在 2024 年以后激光雷达出货量会急剧上升，原 因在于激光雷达价格下降，各大供应商产能和良率提高了。 Q:激光雷达产业链上您觉得哪些公司值得关注？ A：激光雷达建议关注速腾，禾赛，图达通等头部公司，短期格局还是很难打破。 Q:激光雷达技术以后会收敛么？还是多样化并存？ A：不会收敛，因为激光雷达技术路线是多点开花的，特别是半固态和固态，暂时 机械式还不能用于车载，但并不能说以后没有这种可能性，机械式有其自身不可替 代的优势，其他如半固态等也是；不同领域不同厂家有自身壁垒及专利，其他厂家很难进行突破，因此各厂商可能会 在自己擅长的技术路线深耕；新的发展方向如 OPA 等还没有突破性的进展，各大厂 商都在朝着这个方向努力开发自己的技术，因此现在还是多点开花的状态；激光雷达本身就属于高科技产品，还可以做到非常小，随着元器件等技术的不断成 熟，还会产生更多的产品，我认为激光雷达是具有多条技术路线并存，同时有新技 术突破的领域，短期内不会收敛，至少现在还是以国内头部几家为主，其余厂家百 花齐放的状态；此外，激光雷达赛道之所以火热，是因为背后有资本在助推，但最终行业发展还是 会呈现集中于少数几家优质企业的状态，头部几家暂时技术也较为先进，内部也会 同时几条技术路线并存、多种布局，最终目的还是推出性能好、价格低的产品。 Q:激光雷达不断降价是否会传导到上游厂家？ A：一定会。第一，公司在研发产品过程中会考虑成本问题，建立成本模型并根据模型在上游选 择价格最低的供应商，所以上游厂家也有成本的压力，并且公司也会出于竞争中价 格优势的考虑不断推动自身成本下降；第二，随着激光雷达产量和供应量的上升，成本随之下降，价格也一定会下降，量 产降价也会向上游传导；第三，如果激光雷达的供应量上升，总营业额提高，供应商也愿意降低供应价格。 Q:有观点认为半固态有 3 到 5 年的过渡期，最后都会过渡到固态，您认可这种观点吗？ A:我不认可。固态有自身优势，完全过渡到固态取决于上下游元器件的发展程度， 固态也有自身缺陷，固态的原理是一整块发射的 Vcsel，上面有很多激光孔，然后 分成许多小块，各个小块依次发光，最后实现扫描。体积越大、块数越多，完成扫 描的时间越长，固态内部需要有足够的时间进行散热或者停止运转来保持性能，分率是受限的，并不能无限提升。但对于转镜、MEMS 来说，分率还是可以继续提高的，主要是价格可能会有差异。因此有些方面并不是固态可以完全替代的，元器件是否能够达到相应的成熟程度， 成本是否会居高不下，我持怀疑态度，所以不认可这种观点。 Q：Flash 采用扫描的方式做的主要原因？ A：Vcsel 是一小块一小块进行发光的，SPAD 会有对应区域进行接收，一一映射， 如果整体发光会产生串扰，一个物体声称多幅图像，无法正常接收，同时发光时间 限制是因为激光器发射脉冲需要时间来进行散热以维持自身性能，否则温度过高会使得元器件烧坏。 |
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