激光雷達“芯”革命：ams OSRAM搶先布局短距離激光雷達，助力ADAS向高階邁進！

電子發(fā)燒友網報道（文/李寧遠）說到今年汽車行業(yè)的熱點話題，車載激光雷達絕對是其中一個。從整個產業(yè)鏈里大量車廠和終端用戶的對于激光雷達的反饋來看，車載激光雷達需要具備可靠，安全，實用且價廉的特點。簡單來講，可靠即產品性能穩(wěn)定，技術成熟，車規(guī)量產安全指的是作為激光雷達需要為汽車用戶帶來安全的保障和體驗，實現(xiàn)真正的探測感知與避障，即使在很多極端情況（corner case）也能完成輔助駕駛，達到延伸人類感知與反應的能力。

短距激光雷達，是當前最新的快速發(fā)展的激光雷達細分市場，是汽車傳感器融合的重要部分，短距激光雷達可以說是是前視主激光雷達之后的又一增量市場。激光雷達市場會如何發(fā)展？短距激光雷達又能發(fā)揮出怎樣的作用？<電子發(fā)燒友網>就相關技術與產業(yè)發(fā)展問題與ams OSRAM可視化與激光應用事業(yè)部高級市場經理梁澤春進行了交流。

激光雷達技術路線抉擇

目前汽車激光雷達前裝量產正在加速，在激光雷達眾多技術路線中，很難說哪一個技術路線是最優(yōu)的，每個光源都有它合適的應用場景。梁澤春在與電子發(fā)燒友網探討激光雷達技術路線的選擇上表示，“除了要考慮激光雷達的特性與基礎要求，還要從用戶需求出發(fā)，首先要考慮的是現(xiàn)在的ADAS需要什么樣的激光雷達。將探測距離分為為短距中距長距，對應于ADAS場景中的各種情況（TJP, TWP,UP）應用，掃描方式從機械旋轉到MEMS再到全固態(tài)，對應于視場、圖像與成本的平衡。這樣一來激光器的選擇就比較有針對性了”。

在棱鏡旋轉掃描和MEMES掃描系統(tǒng)中，EEL覆蓋了長中短距的各種應用，是最理想的光源。在全區(qū)域爆閃模式下的固態(tài)激光雷達，則根據(jù)距離的要求而選擇VCSEL或EEL。而應用在分區(qū)控制等固態(tài)激光雷達應用則可以充分利用VCSEL的多發(fā)光孔的特性，實現(xiàn)1D/2D控制，目前在短距固態(tài)應用中成為首選。

波長的選擇同樣對激光器至關重要，1550n在噪聲水平和人眼安全上占有優(yōu)勢，但就在探測靈敏度和效率上稍遜一籌，905nm路線則正好相反。艾邁斯歐司朗走的905nm路線，他們認為905nm波長在激光雷達上的應用目前是綜合性能的最優(yōu)解，是市場的選擇。人眼安全是個復雜且重要的問題，其安全性和系統(tǒng)設計密切相關，單從波長角度看1550nm易被水份吸收的特性是它的優(yōu)勢也是它的劣勢?！皬牡谝恍栽瓌t看，需要選擇最適合ADAS的激光雷達，在保證安全性的情況下，達到更好的探測效果與可接受的成本，這是車規(guī)產品量產化的必然選擇”，梁澤春表示，“另外激光雷達人眼安全的法規(guī)還不完善，高功率的1550nm對視網膜的傷害不大，但對人體其他器官的傷害還未明確比如角膜，皮膚等”。

據(jù)悉，艾邁斯歐司朗的某些激光雷達設計，905nm的功率安全閥值已經降為1550nm安全閥值的十分之一。所以綜合來看，車載激光雷達技術路線的選擇需要充分考慮技術路線的綜合性能與客戶需求。

激光雷達技術與工藝突破

眾所周知，從固有特性來看，EEL激光器的溫漂較VCSEL激光器更大，一度是限制其發(fā)展的重要因素。據(jù)悉，艾邁斯歐司朗的常規(guī)EEL已經是車載激光雷達的主流選擇，且完全適用在ADAS和Robotaxi應用上。而其的低溫漂EEL產品，在-40℃~105℃范圍內，波長隨溫度變化系數(shù)降至0.07nm/k，在溫度漂移特性已經和VCSEL一致，這無疑是重大的技術突破。

梁澤春認為EEL和VCSEL作為兩種激光技術在激光雷達上的應用，既相互補充也相互競賽，就像VCSEL在不斷提升光功率密度一樣，EEL也在不斷優(yōu)化溫漂特性、光束質量等方面，致力于在保持高功率密度的條件下，提升光學品質，為激光雷達的設計帶來系統(tǒng)性革新。對此，艾邁斯歐司朗激光器也采用了QFN表貼封裝技術、多通道技術、多結層、可調諧振腔等多種領先的技術。

而如何將EEL的發(fā)射寬度做到很窄，同時保持一定的光功率和光功率密度，以及保持優(yōu)秀的出光效率，是考驗廠商技術實力的核心問題。這涉及到EPI和芯片技術能力和沉淀，比如艾邁斯歐司朗現(xiàn)在的220um寬度125W和110um寬度65W均保持在30%以上的工作效率，還能進一步做窄發(fā)射區(qū)尺寸。

在工藝上看，EEL和VCSEL都需要貼合并對光束進行整形。VCSEL貼合是用膠水，EEL目前國內一般用合金焊料。膠水在固化過程中會產生漂移，而合金焊料這方面是有優(yōu)勢。VCSEL偏移是整體的偏移，而EEL是單個器件，這方面貼合技術極度依靠廠家技術積累。VCSEL 后端光束一般用微透鏡整列，目前中國大多數(shù)客戶還是分離的微透鏡。EEL是單個分離器件，單獨用光學器件每個調節(jié)可以把芯片光束質量調到最佳，同時可以糾正芯片第一步貼合時可能產生的偏移。雖然EEL極大地依賴產線工人的手工裝調技術，但梁澤春表示在已有的如MEMS, Rotating mirror, MMS等多種成熟的掃描方案當中，這些難點也已不再成為問題。

梁澤春也分享了艾邁斯歐司朗認為可行的一條技術突破路線，就是在VCSEL上生長透鏡，這樣VCSEL和微透鏡集成到一個芯片上，不需要二次貼合微透鏡，如果這一技術實現(xiàn)，將非常適合短距固態(tài)激光雷達。

短距離激光雷達上車表現(xiàn)如何？

短距激光雷達有其特殊要求與挑戰(zhàn)，比如超廣視角，角度分辨率與高像素密度以及成本，如何設計一款短距激光雷達，其技術路線決定了整體性能，目前從部分激光雷達廠家發(fā)布的幾款短距激光雷達上看， 1D/2D VCSEL 作為光源，以固態(tài)形式，大概量產時間在2023年底左右。

其實在2021年9月一徑科技就和艾邁斯歐司朗合作，以MEMS方案加成熟EEL光源的方式實現(xiàn)了量產，并在物流小車、卡車、Robotaxi、乘用車等應用中實現(xiàn)量產前裝。其視場角，像素分辨率，角度分辨率，都大優(yōu)于尚未量產的VCSEL方案。

以艾邁斯歐司朗的SPL S1L90A_3短距激光雷達為例，可達125W峰值功率，高功率取決于先進的外延和芯片設計。再加上創(chuàng)新的SMT封裝形式，Rth得以進一步降低，使激光出光效率進一步提升，賦予了自動駕駛應用寬視角、遠距離以及高分辨率的三維深度感知能力。目前看其性能優(yōu)勢還會繼續(xù)保持下去，而且成本方面隨著使用數(shù)量增長，價格將進一步下探。

作為可以探測更遠距離或更廣視角并立體成像的傳感器，車規(guī)激光雷達已經被證明是高級別輔助駕駛不可或缺的關鍵部件。隨著像素密度愈來愈高，體積越來越小，成本越來越低，激光雷達在ADAS及自動駕駛傳感器中的比重會越來越大。短距激光雷達是前視主激光雷達之后的又一增量市場，有望成為拉動激光雷達價格下降的強大動力。

寫在最后

縱觀車規(guī)激光雷達的發(fā)展與上車進程，中國造車新勢力及新能源車企對激光雷達的接受度雖然非常高但同樣要經過較長的DV、PV、PPAP、SOP汽車零部件開發(fā)流程。目前短距激光雷達尚未被主機廠廣泛接受，但其確實已經解決了很多視覺傳感器無法覆蓋的場景，為更高級別的輔助駕駛提供了更優(yōu)的感知能力，激光雷達廠商積極布局短距激光雷達是恰當且必要的。