车载光学测距原理正站在从ToF(飞行时间法)向FMCW(调频连续波)迁移的路线拐点上。当前主流方案是ToF,即通过发射窄激光脉冲并计算其往返时间来确定距离;下一代技术FMCW则通过回波的频率差来计算距离,其优势在于不易受极端天气等外界环境干扰。 这一底层逻辑的切换,不仅改变了测距方式,也重塑了激光雷达收发模块的价值分布与核心器件的产业格局。

测距原理迭代:从ToF到FMCW

激光雷达的核心功能是测距,其技术演进可划分为两个关键阶段:

第一阶段:ToF(飞行时间法)。这是目前主流的测距原理,通过发射窄激光脉冲,计算激光从发射到目标并反射回来的时间,从而得出距离。ToF方案结构相对简单,产业基础成熟,是当前绝大多数激光雷达整机采用的技术路线。

第二阶段:FMCW(调频连续波)。这是被业界视为下一代的测距技术,通过回波的频率差来计算距离。由于采用相干探测机制,FMCW对外界环境干扰的抵抗能力更强,尤其在极端天气条件下表现更稳定。值得注意的是,FMCW目前被广泛运用于光通信领域,其产业链基础恰好与1550nm光源深度绑定。

技术切换带来的产业连锁反应

测距原理的迭代并非孤立事件,它直接牵动了激光雷达BOM(物料清单)中收发模块的价值量与器件选型。

从价值量看,发射模块与接收模块在激光雷达物料成本中占比最高,各占30%,明显高于扫描模块。这也解释了为何收发模块在二级市场更受关注。

从器件选型看,光源波长与探测器存在严格的匹配关系。当前主流905nm波长因性价比优势,在可见的未来仍将保持主流地位;而1550nm波长在探测距离和人眼安全方面更具优势,其机会恰恰出现在测距逻辑从ToF切换至FMCW之后——因为FMCW在光通信领域广泛使用的光源正是1550nm,具备现成的产业链基础。在探测器端,由于硅材料的限制,SiPM(硅光电倍增管)只能探测1100nm以下波长的光子,因此1550nm方案必须搭配APD(雪崩光二极管);而在905nm波长下,更敏感的SPAD(单光子雪崩光二极管)和SiPM则更有优势。

关键拐点:架构迁移中的确定性趋势

在测距原理演进之外,激光雷达的硬件架构也在经历从机械式向固态的迁移。扫描模块的作用是用有限的收发通道满足尽可能广的视场角覆盖,而机械、固态、半固态三种形式的核心差异也集中在此。

在激光器集成度方面,VCSEL(垂直腔面发射激光器)被视为主导未来产业链的趋势性方案。其制作工艺与主流半导体产业更为相近,后道工序成本显著低于需切割和侧面处理的EEL(边发射激光器),且可通过堆叠激光器弥补早期功率较低的短板。

常见问题

FMCW相比ToF的核心优势是什么?

FMCW通过回波的频率差来计算距离,属于相干探测方式,因此不太容易被外界环境干扰,在极端天气下的表现优于ToF。这也是其被视为下一代测距技术的主要原因。

为什么1550nm光源的机会与FMCW绑定?

FMCW目前被广泛运用在光通信领域,而该领域使用的光源恰恰是1550nm,具备成熟的产业链基础。相比之下,当前主流的905nm光源对应的是消费电子产业基础,两者在FMCW时代的产业适配度存在明显差异。

905nm与1550nm波长如何选择?

905nm因性价比优势,在可见未来仍将保持主流地位;1550nm在探测距离和人眼安全方面更有优势,但成本较高。具体选择需结合成本与效益的综合考量,两种波长均具备不被环境吸收且不与可见光混淆的特性。