扫描模块的核心任务,正是用有限的收发通道数去满足尽可能广的视场角(Field of View)覆盖要求。视场角要求提升与通道数受限之间的矛盾,直接推动扫描模块的技术迭代,而机械、固态、半固态三种激光雷达形式的差异,主要就体现在扫描模块的实现方式上。这一矛盾带来的方案多样化,构成了车载光学在激光雷达市场中的重要增长驱动。
矛盾从何而来:通道有限,视野要广
激光雷达的主要作用是测距,目前主流原理是 ToF,即依据激光发射到目标并反射回来的时间来判断目标与自身之间的距离;下一代技术 FMCW 则通过回波的频率差计算距离,不易被外界环境干扰(极端天气)。
无论采用哪种原理,发射与接收都必不可少,而扫描模块的作用是"打辅助"——用有限的收发通道来满足尽可能广的覆盖要求。正因如此,机械、固态、半固态这三种形式,主要都是在扫描模块里做文章。智能驾驶对感知范围的要求越高,这一对矛盾就越突出,扫描方案的迭代空间也就越大。
价值量分布:收发模块占比更高
虽然激光雷达以扫描模块命名,但从价值量看,收发模块明显高于扫描模块。以 2021 年激光雷达物料图(BOM)为例:
| 项目 | 占比 |
|---|---|
| 发射模块 | 30% |
| 接收模块 | 30% |
| 人工调试 | 25% |
| 机械装置等其他配件 | 8% |
| 控制模块 | 5% |
| 其他 | 2% |
资料来源:观研天下,东莞证券研究所
价值量的高低直接导致了估值差异,因此收发这两个模块在二级市场上明显更受欢迎。这也解释了为什么扫描方案多样化带来的增量,会同时向发射、接收等车载光学环节传导。
光源与探测器:方案选择的技术底座
在激光器环节,905nm 与 1550nm 是两条有产业基础的波长:905nm 对应消费电子,1550nm 则来自光通信领域。从探测距离和对人眼的安全角度看,1550nm 更有优势,其唯一缺点是成本较高——1550nm 激光器在材料中用到磷化铟(InP),相比常见的砷化镓(GaAs)要贵出很多。因此对当前行业格局而言,905nm 是当之无愧的主流;1550nm 的机会更多出现在测距逻辑从 ToF 转向 FMCW 之后,因为 FMCW 广泛运用于光通信领域,而这一块用的光源恰恰就是 1550nm,具备产业链基础。
在集成程度上,主流的 905nm 波长下主要有 EEL(边发射激光器)与 VCSEL(垂直腔面发射器)两种结构。从趋势看,VCSEL 更有可能主导未来产业链:其制作工艺与主流半导体产业更为相近,而 EEL 因侧面发光,需在形成晶圆后再切割并对侧面处理、镀膜,按知名半导体研究机构 Yole 的统计,EEL 在后道工序的成本上至少高出 VCSEL 一倍以上;同时 VCSEL 可通过堆叠激光器弥补过去功率较低的缺点。
探测器则与光源相互匹配:受硅材料限制,SiPM(硅光电倍增管)只能探测波长在 1100nm 以下的光子,对 1550nm 光源无能为力,因此 1550nm 下只能用 APD(雪崩光二极管);而在 905nm 波长下,更为敏感的 SPAD(单光子雪崩光二极管)与 SiPM 更有优势,其缺点是容易受到强光干扰。
常见问题
视场角与收发通道数的矛盾,为什么是扫描模块的事?
激光雷达的发射与接收负责测距本身,扫描模块的作用是"打辅助",用有限的收发通道满足尽可能广的视场角覆盖。机械、固态、半固态三种形式的差异,主要就体现在扫描模块的实现方式上,因此这一矛盾自然落在扫描环节解决。
车载光学在激光雷达产业链中处于什么位置?
激光雷达零部件主要分为发射、扫描、接收三个模块。按 2021 年 BOM 数据,发射与接收模块各占 30%,是价值量最高的两个环节,扫描模块则承担视场角覆盖的功能。车载光学覆盖的正是这些环节,其增长与各模块的方案演进节奏相关。
905nm 与 1550nm 哪个会成为主流?
从当前行业格局看,905nm 凭借性价比优势是当之无愧的主流,并在未来好几年里保持主流地位;1550nm 在探测距离与人眼安全角度更有优势,但成本更高,其机会更多出现在测距逻辑从 ToF 转为 FMCW 之后。两者对应的探测器方案也不相同。