日新月异的激光雷达技术领域中上演着怎样的故事？

新选手和新团队的出现有助于整个行业降低成本。

大陆集团投资加州激光雷达制造商 AEye，以期获得可以探测 160 米处低反射小型目标的技术。 （Continental）

日新月异的新兴技术领域中上演着怎样的故事？电子工程师可能最清楚。通常情况下，首先初创企业会带着自己的创新解决方案进行一轮轮融资；然后行业进入往往旷日持久的洗牌期；接着OEM将根据性能、质量和成本进行原型评估，并进行技术改进；最后，发布产品公告。这个过程万变不离其宗。 接下来就是一级供应商的舞台了。凭借自身在制造和成本控制方面的特长，一级供应商将采用最有效的体系结构，尽可能降低成本，并创建一个具有经济效益的可扩展解决方案。TTP 是一家位于英国剑桥的独立科技公司，其自动驾驶团队负责人 Tom Jellicoe 表示，汽车激光雷达行业也一样。他指出，“目前，市面上还不断涌现新的设备架构，最终鹿死谁手仍未有定论，该领域内还有创新的空间。” 光电专家 Jellicoe 推测，在新冠疫情之前，全球移动出行感知技术领域大约有 80 到 100 家所谓的“激光雷达公司”。

事实上，2021年真正仍在运作的相关公司大约仅有 20 多家。“这些公司中没有巨头，也没有一家独大到可以在短期内主宰激光雷达领域。”Jellicoe 表示，“但有迹象表明，激光雷达已经吸引了一些行业巨头的目光。”比如，曾在 CES 2020 展上发布激光雷达产品的博世公司、照明系统专家公司 Osram 欧司朗等。与当前大多数一级供应商采用对外展开合作或收并购的方式不同，博世走的是内部研发的道路。 目前，Aptiv 安波福（与 Innoviz、LeddarTech）、Continental 大陆（Aeye）、Valeo 法雷奥和 ZF 采埃孚（Ibeo）均已与激光雷达初创公司建立合作或完成收购，以发展传感器技术，从而在增强型 SAE L2 级 ADAS 应用（一般称为“L2+”级）和 SAE L4 级自动驾驶应用中分一杯羹。Jellicoe断言，“我认为，现阶段仍未完成千万美元级别融资的公司，将很难再进入这个市场了。”在 Jellicoe 看来，目前“重量级”的激光雷达初创公司为 Innoviz 和 Luminar。这两家公司的技术已经获批应用于量产车型，享有很高的估值。 总部位于以色列的 Innoviz 公司拥有一款名为 InnovizPro 的固态激光雷达，测距范围为 150米（492英尺），帧率为每秒 20 帧。

该公司还计划在今年晚些时候推出价格更实惠的 InnovizTwo，主要面向 ADAS 应用。总部位于美国佛罗里达州的 Luminar 则已经演示了测距范围超过 250 米（820英尺）且FoV达 120 度的激光雷达。这两家公司最近都通过特殊目的收购公司（SPAC）合并上市成功，完成了资本融资。目前，SPAC 已经成为汽车科技初创公司常用的快速上市途径，为一些有前途的公司带来了很高的估值。 “这些公司才是真正能融到很多钱的公司，因为他们手里有订单。”Jellicoe说，“而且，他们一旦有了新的汽车客户，量很快就上去了。”当然，行业里也有一些不缺钱的参与者，比如 Alphabet 旗下的 Waymo 自主驾驶汽车开发集团。这家公司曾在2020 年宣布将在 2021 年开始向行业客户销售其专有的近距离 360 度激光雷达技术。

光学元件专家Tom Jellicoe表示，市面上还不断涌现新的设备架构，最终鹿死谁手仍未有定论。（TTP）

OEM希望成本下降10 倍

目前，激光雷达正在从 Jellicoe 口中的“第二代”设备（也是目前市场上最常见的激光雷达）过渡到性能更高、成本更低的第三代固态激光雷达。第二代产品已经登陆厂商的量产车型。第一代激光雷达系统通常仅可以机械转动，因此需要高达 64 个激光器和探测器。而二代系统具有二维扫描能力，最多仅使用 5 个激光器就可以在水平和垂直方向移动扫描，覆盖更大的探测范围，结构也更稳健。

“二维扫描激光雷达目前是车辆最佳选择。”Jellicoe 解释说，“它们已经通过了汽车开发周期和资格认证，成本较第一代产品更低、复杂度也更低，但在性能方面可以满足汽车原厂的需求。目前，市面上已经有好几款测距范围达 200 米（656英尺）且视场角（FOV）和分辨率都能达到OEM要求的产品了。” 然而，第二代传感器设备的平均成本仍在每个 1，000 美元左右。Jellicoe表示，“厂商希望能把这个数字砍掉一个零，即便宜 10 倍。”最近上市的部分型号已经可以将价格控制在千元之内，比如 Velodyne 售价 500 美元的 Vellarray。 继博世进入激光雷达领域后，其主要竞争对手 Denso 电装也通过与硅谷初创公司 Aeva 合作而加入竞争。Aeva由两名苹果前工程师于 2017 年建立，是今年通过 SPAC 合并上市的四家激光雷达公司之一。

Aeva公司制造的激光雷达传感器不仅可以提供道路的三维视图，而且还能测量目标物体的速度，即提供第四维信息。 Aeva 的传感器采用调频连续波（FMCW）原理，与 MobileEye 等其他公司正在开发的传感器一致。FMCW激光雷达是为光纤通信而设计的。“FMCW 是一项非常有前途的技术。”Jellicoe 表示，“通过提供这些额外的信息，FMCW传感器会发挥很大作用，而挑战在于激光器。” 传统激光雷达基于飞行时间 TOF 工作，即发出一个单一波长的脉冲，然后通过记录脉冲返回时间所需的时间来计算距离。

相比之下，FMCW 激光雷达采用可调谐激光器，发出不同波长的脉冲，而且可以进行调制。这种设计符合光纤通信行业的成本和尺寸要求。Jellicoe说，它们的价格也高达“数千美元”。FMCW 激光雷达技术在汽车中应用所面临的挑战是如何将激光器的成本和尺寸都降低至可以集成在汽车传感器中的标准。“如果有人能攻克这个挑战，整个行业都将为之兴奋，FMCW将成为第四代激光雷达。”

苹果激光雷达：变局者？

在快速发展的激光雷达行业中，第二代产品的制造商目前风头正劲。他们凭借集成能力正不断降低成本。在这个过程中，他们沿用了汽车行业长期沿用的超长产品开发周期传统，即在初始单元上投入大量设计成本，然后在随时间推移对其进行优化。 一个棘手的问题是如何使用 MEMS（微电子机械系统）微镜或其他组件控制光束的方向。“只要攻克光束控制的挑战，其他设计问题都将迎刃而解。”Jellicoe表示，“如果你能在改善光束控制上下功夫，你就能降低系统成本。”MEMS激光雷达中的反射镜的精度可达 10 毫米（0.393 英寸）。

它们具有超高的共振频率，这有助于保护它们免受车辆振动的影响，这也是固态激光雷达的一个特性。 第三代固态激光雷达仅使用三个微芯片，除此之外别无移动部件。其中，第一个芯片可以发射激光光束，第二个芯片用于接收激光光束，而第三个芯片前端有光学元件，负责控制。“优雅而简单，”Jellicoe如此形容第三代激光雷达，“此外，第三代激光雷达使用半导体元器件，所以很容易组装、制造和验证，价格会随着产量增加而大幅下降。” 正因如此，苹果进入激光雷达领域立刻引起了 Jellicoe 等其他自动驾驶技术专家的关注。Guidehouse Insights 电动移动出行领域首席分析师 Sam Abuelsamid说，“激光雷达能否将成本降低至能够广泛推广应用的决定性因素在于规模。

”在最近《SAE 自动驾驶汽车工程》一篇专栏文章中， Abuelsamid 指出，苹果公司的激光雷达与汽车领域激光雷达的组成部分是相同的—同样类型的激光、半导体和探测器。苹果公司已经为起售价格800 美元的 iphone12 等移动设备用上了 Flash 激光雷达，这意味着苹果传感器的成本可能在几十美元。 “当市场中出现苹果这样的选手时，其他供应商会迅速提高产能，成本快速下降，各个领域都能从中受益，而不仅仅是在消费电子领域。”Abuelsamid解释说，“由于对激光雷达的需求量很大，苹果的决定可能会很快将惠及所有想使用或开发激光雷达传感的公司。” Jellicoe 观察到，“如果激光的亮度和探测器的分辨率能够像当初手机摄像头一样每个月都会有数百万像素的优化，那么第三代设备很快就会取得很高的性价比。”

Opsys 技术使用的光量与 Flash 激光雷达相同，但将其面积缩小到仅有一个像素，这比 Flash 激光雷达小 1000 倍。（Opsys Tech）

一种新型激光雷达：Microflash （微闪）

另一家以色列初创公司 Opsys-Tech 则推出了一款面向驾驶员辅助系统和自动驾驶应用的，潜在成本低廉、性能优异的激光雷达，给自动驾驶研发团队留下了深刻印象。该公司执行董事长 Eitan Gertel 说，“我们创造了一种新的激光扫描类别并称之为’Microflash’”。 Opsys 技术使用的光量与 Flash 激光雷达相同，但将其面积缩小到仅有一个像素，这比 Flash 激光雷达小 1000 倍。公司的专利电子结构使用 VCSEL 垂直腔面发射激光器，即采用一种半导体激光二极管作为其脉冲光源，SPAD单芯片固态光电探测器作为其接收器。

“我们可以用比竞争对手快 16 倍的速度测量光，”Gertel 告诉SAE。“我们的帧率可以达到每秒 1，000 帧，但汽车厂商并不需要这么高的帧率，所以我们将扫描速度调整至平均每秒 30帧。”他说，Opsys-Tech 激光雷达的测量范围是 Flash 激光雷达的四倍，而且分辨率和扫描速度也更高。Gertel称，测试显示我们的激光雷达测试范围超过 200 米，分辨率为0.1°x0.1°，“同时在完整 FoV视场角中都可以保持这个水平。” Gertel 说，他预计苹果在其新款 iPhone 激光雷达中大量使用 VCSEL 激光器可以帮助 Opsys Tech 将成本降至单车1000 美元或单个传感器 250 美元。“Opsys 似乎已经在测试距离、分辨率、帧率和成本控制方面取得了平衡。”TTP的 Jellicoe 表示，“他们在规模化产品方面非常有经验，很清楚自己在做什么。”

原文标题：Flash！ 新一代激光雷达已经到来，苹果将是游戏“变局者”之一吗？

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责任编辑：haq