激光雷达的扫描模块本质上是一个“光学调度中枢”:它用有限的收发通道去满足尽可能广的视场角(FOV)覆盖要求,向上承接激光器、探测器等光学与芯片元件,向下对接整车感知系统对覆盖范围与通道数量的要求。**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方案设计上。**从产业链价值分布看,扫描模块并非成本重心——按2021年激光雷达物料清单(BOM)口径,发射模块与接收模块各占30%,人工调试占25%,机械装置等其他配件占8%,控制模块占5%,其他占2%,扫描相关的机械结构件处于相对靠后的位置。

扫描模块:用有限通道换取更广视场

激光雷达的核心功能是测距,目前主流原理是ToF(飞行时间法),即依据激光往返时间判断目标与自身距离;下一代技术为FMCW(调频连续波),通过回波频率差计算距离,不易受极端天气等外界环境干扰。无论采用哪种原理,发射与接收环节都必不可少,扫描模块则承担“打辅助”的角色——在收发通道数量受限的前提下,尽可能扩大FOV覆盖范围。这也解释了为何行业以“扫描方式”来命名机械、固态、半固态等整机形态:方案差异集中体现在这一环节。

向上游:扫描方案与光源、探测器相互牵制

扫描模块的设计并非孤立,它必须与上游光学元件和收发芯片匹配。光源方面,905nm与1550nm是两条具备产业基础的波长路线:905nm对应消费电子,1550nm对应光通信。官方资料表述为,1550nm在探测距离与人眼安全角度更有优势,主要制约在于成本——其激光器材料采用磷化铟(InP),相比常见的砷化镓(GaAs)成本更高;按Yole对比数据,4英寸InP EEL与6英寸GaAs VCSEL、6英寸GaAs EEL相比,后道工序成本分别为100%、62%、58%。当前行业格局中905nm为主流,1550nm的机会被认为出现在测距逻辑从ToF转向FMCW之后,因FMCW广泛用于光通信领域,光源恰为1550nm,具备产业链基础。

探测器与光源波长相互匹配:受硅材料限制,SiPM(硅光电倍增管)只能探测1100nm以下光子,无法对应1550nm光源,该波长下只能使用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)与SiPM更具优势,其缺点是易受强光干扰。结构层面,905nm下主要有EEL(边发射激光器)与VCSEL(垂直腔面发射器)两种路线,官方资料表述为VCSEL更有可能主导未来产业链:其工艺与主流半导体产业更相近,而EEL需在晶圆形成后切割并处理、镀膜侧面,按Yole统计,EEL后道工序成本至少高出VCSEL一倍以上;同时VCSEL可通过堆叠激光器改善过去功率较低的问题。

向下游:整车感知需求反向定义扫描方案

整车感知系统对FOV覆盖与通道数的要求,最终会反向传导至扫描模块乃至上游元件的选型。发射、接收模块在BOM中合计占比较高,也使其在二级市场更受关注,而扫描模块则以结构设计与调试工艺影响整链的成本平衡。产业链各环节的协同逻辑因此清晰:整车定义覆盖需求,扫描模块决定如何在有限通道下实现该覆盖,上游激光器与探测器再据此匹配波长与结构路线。

常见问题

扫描模块是激光雷达里价值量最高的部分吗?

不是。按2021年激光雷达BOM口径,发射模块与接收模块各占30%,明显高于扫描相关部分,人工调试占25%,机械装置等其他配件占8%。价值量分布也直接影响了产业链各环节在资本市场受关注的程度。

为什么905nm成为当前主流波长?

905nm对应消费电子产业基础,1550nm对应光通信领域,两者都具备现成产业链。官方资料表述为,1550nm在探测距离与人眼安全角度更有优势,但成本更高,其激光器材料使用磷化铟(InP),相比砷化镓(GaAs)更贵;综合性价比考虑,905nm在当前行业格局中为主流。

VCSEL与EEL的区别是什么?

EEL平行于衬底从侧面发射激光,VCSEL垂直于衬底从上表面发射。官方资料表述为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需在晶圆形成后再切割并处理、镀膜侧面,按Yole统计,EEL后道工序成本至少高出VCSEL一倍以上;VCSEL还可通过堆叠激光器改善功率较低的问题。