车载光学激光雷达的扫描模块从机械旋转走向固态芯片化,核心驱动力来自车规量产对可靠性、成本与自动化装配的严苛要求。机械式方案通过旋转部件实现大视场角,但运动部件在车载振动、寿命与封装上挑战较大;半固态(如转镜、MEMS微振镜)方案在保留一定运动部件的同时显著提升了车规适配性;而纯固态方案(Flash、OPA)则致力于彻底去除运动部件,是行业公认的演进方向。每一次路线切换的拐点,本质上都是成本下探、芯片化集成与车规级量产能力三者共振的结果。
扫描模块:激光雷达的“辅助”却定义了路线名称
激光雷达的核心测距原理是TOF(飞行时间法),即通过激光往返时间计算距离,而扫描模块的作用是“打辅助”——用有限的收发通道满足尽可能广的视场角覆盖。虽然收发模块(发射与接收)在价值量上高于扫描模块,但行业却习惯以扫描方式来命名技术路线:机械式、半固态、固态。这恰恰说明,扫描模块的形态演进是激光雷达技术迭代最直观的风向标。
从BOM价值量看,发射与接收模块各占约30%,而人工调试占比高达25%,这一数据揭示了早期机械式方案量产的另一重瓶颈:精密装配与人工校准推高了成本,也阻碍了规模化交付。因此,扫描模块从机械旋转向半固态、固态演进的深层动力,不仅来自光学性能,更来自对人工调试环节的削减与自动化产线的适配需求。
固态化的两条路径:波长选择与芯片化集成
在向固态化演进的过程中,波长选择间接影响了扫描模块的光学设计。主流波长集中在905nm与1550nm,两者均处于大气吸收窗口且不与可见光混淆。905nm因性价比优势(对应消费电子产业基础)成为当前主流;1550nm虽在探测距离与人眼安全方面更具优势,但因使用磷化铟材料成本较高,其机会更多留待FMCW(调频连续波)测距逻辑普及之后——FMCW在光通信领域广泛使用1550nm光源,具备产业链基础。
芯片化集成是固态化的另一关键推手。在905nm波长下,激光器主要有EEL(边发射激光器)与VCSEL(垂直腔面发射激光器)两种结构。VCSEL的制作工艺与主流半导体产业更兼容,且可通过堆叠激光器弥补功率短板,在集成度与量产效率上展现潜力。这种“半导体工艺兼容”的属性,正是扫描模块从精密机械装配走向芯片化制造的基础——当扫描功能逐步被芯片级光学相控阵或泛光照明方案替代,人工调试的占比有望随制造自动化程度提升而显著下降。
常见问题
机械式扫描模块为什么最早出现?
早期激光雷达源于DARPA挑战赛以来的自动驾驶研究,技术源头追求的是快速实现大视场角探测,机械旋转是最直接的工程实现方式。用有限的收发通道配合旋转扫描覆盖尽可能大的范围,在原型验证阶段成本低、见效快,因此成为第一代主流形态。
半固态方案解决了什么问题?
半固态方案(如转镜、MEMS微振镜)在保留小型化运动部件的前提下,大幅提升了整机的车规适配性,包括抗振动、体积控制与寿命表现。相比纯机械旋转,它在可靠性上更接近车规前装的要求,同时在成本与量产成熟度上优于纯固态方案,因此成为当前前装量产的主流过渡路线。
纯固态方案量产的主要阻力是什么?
Flash与OPA等纯固态方案虽能彻底去除运动部件,但在量产层面仍面临挑战:Flash方案对接收端灵敏度与光源功率密度要求高,OPA方案则对相位控制精度与工艺一致性极为敏感。此外,固态方案同样需要满足车规级可靠性验证与成本目标,其规模化量产仍取决于芯片化集成度与良率的持续提升。