2022年10月,，成立25年的全球激光雷達(dá)（lidar）巨頭Ibeo宣告破產(chǎn)。其業(yè)界地位之高有目共睹：技術(shù)先進(jìn),，市場份額全球第四。而先進(jìn)是要高昂研發(fā)費(fèi)用去支撐的，長達(dá)24年創(chuàng)業(yè)歷程,，Ibeo只獲得了兩輪外部融資；2010年,，Ibeo就拿到了奧迪訂單,，卻花了7年時(shí)間才量產(chǎn)交付；直到2020年才拿到第二個(gè)項(xiàng)目長城汽車,，但已無濟(jì)于事,。
Ibeo的方案很是激進(jìn)：4D固態(tài)激光雷達(dá)，沒有任何運(yùn)動(dòng)部件,，傳感器更輕,、結(jié)構(gòu)更緊湊，適用于L2-L5級自動(dòng)駕駛,。但其技術(shù)價(jià)格非常高昂,。破產(chǎn)之前Ibeo希望和奧迪合作研發(fā)，但最終以失敗告終,。Ibeo超前的全固態(tài)方案具有量產(chǎn)成本高,、冗余系統(tǒng)難做、維護(hù)成本高等明顯缺點(diǎn),，讓一眾主機(jī)廠望而卻步,，先進(jìn)技術(shù)也無以為繼。
反觀國內(nèi)激光雷達(dá)行業(yè)融資潮持續(xù)火爆,，禾賽科技,、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能,、一徑科技,、北醒、牧鐳激光,、洛微科技,、銳馳智光……背后的投資方陣容十分龐大。根據(jù)IDTechEx最新預(yù)測,，2033年全球自主車輛激光雷達(dá)市場將增長至84億美元,，市場前景樂觀。
讓更多的機(jī)器看到世界
激光雷達(dá)的作用是光探測和測距,，在激光發(fā)明后不久即已出現(xiàn),，已廣泛應(yīng)用于測繪,、測量、軍事,、考古學(xué),、農(nóng)業(yè)和地質(zhì)等領(lǐng)域。光束控制技術(shù)的發(fā)明使得激光雷達(dá)能夠在擴(kuò)展使用場景中探測3D空間,。
3D激光雷達(dá)是一種光學(xué)感知技術(shù),，使機(jī)器能夠看到世界，做出相應(yīng)決策和導(dǎo)航,。目前,，使用激光雷達(dá)的機(jī)器從小型服務(wù)機(jī)器人到大型自主車輛。不過,，快速發(fā)展的激光雷達(dá)技術(shù)和市場留下了許多不確定的問題,，系統(tǒng)中的每一個(gè)組件的技術(shù)前景都有點(diǎn)雜亂無章的。
汽車激光雷達(dá)廠商技術(shù)分布（包括已停止運(yùn)營的公司）
事實(shí)上,，每個(gè)激光雷達(dá)廠商和用戶都必須做出四項(xiàng)重要技術(shù)選擇：測量過程即激光測距原理,、發(fā)射器（激光器）的光源和波長、激光束照亮場景的光束控制機(jī)制,，以及接收器（光電探測器）測量光線的方法,。光束控制機(jī)制是最復(fù)雜和關(guān)鍵的選擇，而發(fā)射器和接收器在未來激光雷達(dá)的成本降低和性能進(jìn)一步提高中起重要作用,。
通過對關(guān)鍵部件和測量方法的眾多技術(shù)選擇,，可以產(chǎn)生各種技術(shù)組合，使廠商的產(chǎn)品與眾不同,。
然而,，這些選項(xiàng)并不是無限的。某些組件可能與特定技術(shù)配合得更好,，與邊緣發(fā)射激光器（EEL）相比,，例如垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）是3D閃光激光雷達(dá)更受歡迎的選擇。由于更多的技術(shù)挑戰(zhàn),，MEMS和FMCW的組合較少,。
今天所做的技術(shù)選擇將對未來激光雷達(dá)的性能、價(jià)格和可擴(kuò)展性產(chǎn)生巨大影響,。激光雷達(dá)市場的現(xiàn)狀是不可持續(xù)的,，因?yàn)楂@勝的技術(shù)和廠商的出現(xiàn)將鞏固技術(shù)和商業(yè)前景。
特斯拉的唯視vs傳感器融合
作為一家具有代表性的公司,，特斯拉站在唯視陣營一邊,，而大多數(shù)汽車制造商都在追求傳感器融合，并將激光雷達(dá)作為未來的解決方案。冗余需求和對3D信息不斷增長的需求使激光雷達(dá)越來越具有吸引力,。汽車ADAS和自動(dòng)駕駛汽車市場的競爭可以為激光雷達(dá)提供一個(gè)被市場接受的機(jī)會(huì)，從而降低價(jià)格并提高可靠性,。從材料供應(yīng)商到主機(jī)廠,，激光雷達(dá)供應(yīng)鏈的努力不僅為傳統(tǒng)材料和組件公司提供了創(chuàng)新機(jī)會(huì)，還為消費(fèi)者帶來了新的生活方式,。
光學(xué)3D傳感的常用方法和工藝變化如下：
幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)比較
首先看MEMS驅(qū)動(dòng),，分類包括靜電、電磁,、壓電陶瓷和電熱式,。需要關(guān)注驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流,、功耗,、旋轉(zhuǎn)扭矩、制造復(fù)雜性,、線性度,、光學(xué)偏轉(zhuǎn)角（諧振）、光學(xué)偏轉(zhuǎn)角（非諧振）,、速度和特性,。
再看液晶光學(xué)相控陣，電子科技大學(xué)（UESTC）的研究人員開發(fā)的LC-OPA（液晶光學(xué)相控陣）示例,。作為一種結(jié)合了微波相控陣天線技術(shù)與液晶電光特性的新型無機(jī)械波束掃描控制器件,，它具有驅(qū)動(dòng)電壓器、功耗低,、重量輕,、抗振動(dòng)、抗輻射干擾,、大孔徑和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),，在激光雷達(dá)和空間光通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值，已成為光學(xué)相控陣中的研究熱點(diǎn),。
左圖顯示了LC-OPA的結(jié)構(gòu)和相位剖面,。線性偏振光入射到兩個(gè)玻璃基襯底之間的LC層，當(dāng)通過周期性電極陣列施加電場時(shí),，LC分子旋轉(zhuǎn),，電極陣列通過改變局部折射率產(chǎn)生光柵。入射激光束根據(jù)相移曲線偏轉(zhuǎn),，相移曲線取決于施加在每個(gè)電極上的電壓,。D為LC層厚度，d為電極周期,，Δφ為兩個(gè)電極之間的相移,。右圖顯示使用2個(gè)級聯(lián)LC-OPA形成和控制多波束,。
從半導(dǎo)體角度看，這是一種同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)器件之間的不同,。傳統(tǒng)激光二極管具有下圖上部所示的基本同質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì),。摻雜的半導(dǎo)體層在p型層中形成具有額外正電荷（空穴）和在n型層中具有額外負(fù)電荷（電子）的p-n結(jié)。光學(xué)腔位于兩個(gè)平面反射器表面之間,，光在有源區(qū)中產(chǎn)生并在腔中放大,。同質(zhì)結(jié)器件需要在低溫下工作，以防止高閾值電流密度造成的損壞,。
現(xiàn)代激光二極管通常采用雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)（下圖下部）,，就像“三明治”，可以在室溫下工作,。其有源層位于限流層之間并形成p-n結(jié),，限流層也稱為包層（cladding）。因?yàn)槠湔凵渎矢哂诎鼘忧移鋷缎∮诎鼘?，光子和電荷載流子被限制在有源層中,。
至于紅外發(fā)射器，它是發(fā)射IR的器件,，移動(dòng)設(shè)備最常見的方式包括發(fā)光二極管（LED）,、邊緣發(fā)射激光器（EEL）和垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）。下圖顯示了三者的比較,。二極管在電流通過時(shí)發(fā)光,。IR LED可以發(fā)射IR光。相反,，激光器與LED的區(qū)別在于不同的相干性,。
對于傳統(tǒng)EEL，光發(fā)射是通過激光器的切割邊緣,，通常是一個(gè)接一個(gè)地處理,，因此難以大量集成。與傳統(tǒng)EEL相反,，VCSEL的激光束垂直于頂面發(fā)射,，因此可以大量集成。
寫在最后
據(jù)Yole《2022年汽車與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達(dá)報(bào)告》稱,，中國在全球汽車激光雷達(dá)市場中處于領(lǐng)先地位,，中國供應(yīng)商已成為這一領(lǐng)域的佼佼者。中國和外國激光雷達(dá)公司之間存在著重要差異：國外激光雷達(dá)公司依賴于外部制造,，而中國的速騰聚創(chuàng)和禾賽擁有自己的制造能力,，正在助推中國公司實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
未來，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和專用芯片的應(yīng)用,，激光雷達(dá)產(chǎn)品在性能上仍有提升的可能,，在成本上也有降低的空間，激光雷達(dá)有望迎來更強(qiáng)勁增長,。
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