导读：
东方富海作为布局国内激光雷达领域最早的投资机构之一，长期以来对激光雷达行业保持高度关注，同时在下游自动驾驶领域亦有深度投资。近期，海内外多家激光雷达企业纷纷踏上了上市之路，自动驾驶领域也热度颇高，因此经常会有业内的小伙伴表示希望与我们进行交流。中小企业发展基金（深圳南山有限合伙）投资副总监杨冠东遂作此文，与各位朋友探讨。
1激光雷达整体分类
2各类激光雷达梳理
1、机械式激光雷达
多线机械式激光雷达最早由Velodyne引入自动驾驶行业，是目前自动驾驶领域应用最久的方案，国内的代表性企业包括速腾聚创和禾赛光电。由于自动驾驶行业还处于行业发展早期，机械旋转式激光雷达更多应用于研发与测试车辆，而未出现可以批量上车的车规级产品。其中最主要的原因一方面在于机械式激光雷达成本较高，普通商品乘用车难以承受，另一方面在于过于精密复杂的机械部件在可靠性方面不能完全满足乘用车在各类复杂的驾驶环境下苛刻的车规要求。
根据激光线数数量的不同，通常将64线、128线激光雷达称为高线数激光雷达，其在远距离情况下仍然能保持足够可用的点云密度，通常作为高速自动驾驶车辆的主激光雷达，成本较高，最低在数十万元以上；32线、16线及以下的多线激光雷达通常称为低线数激光雷达，由于线数相对较少，只能满足中短距离探测的需求，广泛应用于高速无人驾驶辅助激光雷达、低速无人驾驶、机器人等领域，其成本相对高线束激光雷达较低，通常在万余元至十万余元。16线激光雷达目前应用相对更加广泛，但随着激光雷达成本的降低，32线激光雷达的应用正在快速上升。低速无人驾驶与机器人的运行环境和场景通常相对安全，刹车距离短，没有如高速乘用车严格的车规要求，因此低线数激光雷达应用更加广泛，落地领先，并实现大批量出货。
机械式激光雷达早期核心专利一部分由Velodyne所掌握，国内激光雷达企业虽然后期进行了大量创新，但是在海外，特别是在美国地区仍不可避免的会产生专利冲突。所幸的是，据公开信息，国内头部激光雷达企业与Velodyne就专利纠纷已达成和解，而速腾聚创近期向美国批量出货的MEMS激光雷达更避免了此类问题。
2、半固态式激光雷达
（1） 转镜式激光雷达
所称半固态式激光雷达虽然包括转镜式激光雷达和MEMS激光雷达，二者扫描部件都会进行机械运动，但是二者有着巨大的区别。二者都保持收发模块不动，但是转镜式激光雷达为电机带动转镜机械运动，其可靠性虽然高于机械式激光雷达，但其机械部件仍体积较大、组件较多，且旋转过程中也不免产生机械摩擦而影响长期使用精度，电机加转镜的方式可仍视为过渡方案。Ibeo、Valeo在10多年前便开始了转镜式激光雷达研发，2010年Valeo与奥迪展开合作，并最终在2017年奥迪A8上搭载了第一代SCALA4线激光雷达，第一代SCALA由Valeo与合作伙伴Ibeo共同开发。彼时采用转镜式激光雷达方案很大程度上也是由于机械式激光雷达较难满足车规要求而采取的权宜之计；而据报道，第二代SCALA 16线激光雷达SOP的预计时间也推迟到2021年。作为转镜式激光雷达的先驱，Valeo将推出的第三代SCALA激光雷达则将基于MEMS技术路线，且在分辨率、视场角等参数上会大幅升级。而目前国内部分大型企业新兴推出的所称即将批量装车的激光雷达或多或少仍基于转镜或双棱镜方案。
图：SCALA 激光雷达拆解（体积：106*100*60mm）（来源：微信公众号“汽车电子设计”）
（2）MEMS激光雷达
MEMS激光雷达通过基于半导体工艺的微振镜进行高速振动来实现扫描测量。相比传统机械式激光雷达，MEMS激光雷达只需要一颗激光器、一个探测器和一个MEMS振镜，与机械式以及转镜式激光雷达相比，数量大幅减少，成本大幅降低。MEMS振镜体积小、振幅小、频率高，基于MEMS振镜的激光雷达集成度高、可靠性高、成本低，将是激光雷达大规模量产并装车应用的优选方案。
要实现MEMS激光雷达的量产应用，需要解决车载环境振动和冲击的影响；满足低温到高温的宽温度工作范围；实现芯片尺寸与振动频率、视场角、成本良率之间的平衡；解决小光学孔径下激光信号接收与探测等诸多问题，因此要实现MEMS激光雷达的车规量产绝非易事，需要有长期的技术积累以及与客户良久的深度互动，也进而对新入局激光雷达领域的企业产生了较高的壁垒与挑战。国内具有较为成熟的用于激光雷达的MEMS芯片技术的厂商包括苏州希景科技等，而全球范围内MEMS激光雷达的领先企业包括中国的速腾聚创、以色列的Innoviz等。
Innoviz最早在2018年由媒体报道与宝马达成合作，为宝马即将推出的自动驾驶汽车提供MEMS激光雷达，并计划最早将在2021年出现在L3级别的量产车型上，但近期Innoviz与宝马的合作鲜有最新进展信息的报道。速腾聚创是目前全球机械式激光雷达销量最大的企业之一，同时也是MEMS激光雷达领域最早布局研发、最领先的企业之一，其MEMS激光雷达产品M1自去年7月开始连续获得全球多个量产车型定点合作订单，其中首个定点来自北美车企。12月，M1样件批量出货给北美车厂，成为全球首款批量交付的车规级MEMS固态激光雷达，预计2021年，前装该款激光雷达的量产车型将向消费者交付。
图：英特尔RealSense MEMS激光雷达拆解（来源：Tech Insights）
图：RealSense激光扫描模块（MEMS芯片尺寸约3.53*2.8 mm）（来源：Tech Insights）
（3）1550nm半固态激光雷达
此外，相比机械式激光雷达和半固态激光雷达通常使用的905nm激光，如Luminar等部分公司则采用1550nm激光作为光源的激光雷达方案，1550nm激光的人眼安全阈值更高，因此可以大幅提高发射激光的功率，进而明显提高激光雷达的探测距离，但相比905nm激光器，1550nm激光器在成本、体积、供应链成熟度等方面仍存在明显的不足。此外，在接收端，905nm激光使用成熟的硅基光电传感器，1550nm激光则需要使用InGaAs传感器，进一步提高了成本。
3、固态激光雷达
（1）Flash激光雷达（面阵成像激光雷达）
Flash激光雷达工作原理可类比于相机，利用单个激光器，通过光扩散器，将激光束扩展到匹配的探测范围，照射到探测物体的反射光通过光学透镜反馈于高度灵敏的面阵光电传感器，每个像素通过记录激光返回时间等信息，从而计算获取被探测物体的深度、位置等信息。Flash激光雷达探测的精度和帧率与传感器的性能息息相关。Flash激光雷达具有帧率高、成本低（基于传统摄像头成像阵列）、可靠性高等优点，同时其探测距离较短的缺点也较为明显。Flash激光雷达若要提高探测距离，则需采用大功率激光或者高灵敏度探测器，前者存在人眼安全隐患，而后者则可能导致成本较高。Flash激光雷达由于分辨率低、探测距离较短等问题，应用于工业自动化、机器人、低速无人驾驶、车辆辅助雷达等领域。在Flash激光雷达的研发中，核心方案包括了三种最典型的面阵方案：基于传统摄像头成像阵列的光切片技术、基于线性模式APD（LMAPD）阵列技术、基于盖革模式APD（GMAPD）阵列技术，Tetravue、德国大陆（ASC）和Argo（PrincetonLightwave）分别为其代表，其他Flash激光雷达企业还包括LeddarTech、Sense Photonics、北醒光子等。
（2）OPA激光雷达
OPA激光雷达由于其固态化、小型化以及低成本化的潜力，被认为是车载激光雷达未来非常重要的一个发展方向。相控阵方案在微波雷达领域已广泛应用于军事场景，但在光学领域，OPA激光雷达技术尚未成熟，离规模商业化应用于车载自动驾驶更有较远距离，OPA头部创业企业Quanergy也仍在曲折摸索中前进。OPA目前相对成熟的方案为液晶相控阵方案，但存在响应速度过慢等缺点，不适合应用于自动驾驶；硅光方案由于其与传统半导体工艺与技术的高度兼容和集成性而被给予厚望，但目前的硅光方案耦合损耗较大，相位调制设计方案也尚不成熟，因此也还处于早期研发阶段。但无论如何，OPA激光雷达仍被认为是最有潜力的激光雷达终极方案之一。
3一点思考
新技术的应用会综合考虑技术成熟度，以及市场与应用场景、成本、供应链等多个因素，激光雷达从早期机械式逐步发展到现在的半固态，以及未来的固态，也同样遵循相同的发展规律。目前海外已经上市或者筹备上市的三家企业，Velodyne、Luminar、Innoviz正好分别代表了机械式激光雷达、转镜式激光雷达、MEMS激光雷达三个方向，为大家通过公开信息了解这三个领域提供了很好的机会。机械式激光雷达已经逐步步入产品生命周期的后期，开始逐渐被MEMS激光雷达和转镜式激光雷达所取代，其中转镜式激光雷达笔者偏向于认为是为实现车载要求而采用的过渡妥协方案，而下一步MEMS激光雷达技术和产品的成熟才将正式把激光雷达推向大规模的应用。OPA激光雷达作为下一代技术，目前尚不成熟，短期内缺乏大规模应用的条件。因此，MEMS激光雷达近年内将具有巨大的发展潜力，值得大家重点关注。而对个体企业而言，顺应技术大的趋势，在对应的时段将当期产品演绎至极致，同时拥有足够的眼光与魄力，做好下一代产品与技术的储备，是成为伟大科技企业的必经之路。
激光雷达企业纷繁多样，一二级投资领域的小伙伴也都各有布局，很多小伙伴与笔者交流新的机会在哪里，但笔者认为激光雷达行业目前领先格局已比较清晰，激光雷达企业不论走哪个技术方向都需要长期的积累，并且随着激光雷达真正步入量产出货，领先企业的资源优势和技术产品迭代优势会更加明显，头部效应会更加突出，新进后来者还有多大的机会？这个问题的答案笔者是偏向负面的。而从技术路线的角度，转镜式激光雷达在当前似乎红火，但实际的出货装车到底会有多少？转镜式激光雷达是否为一个理想的批量前装方案？作者的回答前文已经给出。投资讲究趋势，而下一步大规模上车的方案会是什么？这才是大家应该认真研究的问题。众多激光雷达技术路线中，或许MEMS激光雷达才将是行业真正的引爆器。
