激光雷达“芯”革命：ams OSRAM抢先布局短距离激光雷达，助力ADAS向高阶迈进！

来源:电子发烧友网发布时间:2022-12-131364浏览

电子发烧友网报道（文/李宁远）说到今年汽车行业的热点话题，车载激光雷达绝对是其中一个。从整个产业链里大量车厂和终端用户的对于激光雷达的反馈来看，车载激光雷达需要具备可靠，安全，实用且价廉的特点。简单来讲，可靠即产品性能稳定，技术成熟，车规量产安全指的是作为激光雷达需要为汽车用户带来安全的保障和体验，实现真正的探测感知与避障，即使在很多极端情况（corner case）也能完成辅助驾驶，达到延伸人类感知与反应的能力。短距激光雷达，是当前最新的快速发展的激光雷达细分市场，是汽车传感器融合的重要部分，短距激光雷达可以说是是前视主激光雷达之后的又一增量市场。激光雷达市场会如何发展？短距激光雷达又能发挥出怎样的作用？<电子发烧友网>就相关技术与产业发展问题与ams OSRAM可视化与激光应用事业部高级市场经理梁泽春进行了交流。

艾迈斯欧司朗可视化与激光应用事业部高级市场经理梁泽春

激光雷达技术路线抉择

目前汽车激光雷达前装量产正在加速，在激光雷达众多技术路线中，很难说哪一个技术路线是最优的，每个光源都有它合适的应用场景。梁泽春在与电子发烧友网探讨激光雷达技术路线的选择上表示，“除了要考虑激光雷达的特性与基础要求，还要从用户需求出发，首先要考虑的是现在的ADAS需要什么样的激光雷达。将探测距离分为为短距中距长距，对应于ADAS场景中的各种情况（TJP, TWP,UP）应用，扫描方式从机械旋转到MEMS再到全固态，对应于视场、图像与成本的平衡。这样一来激光器的选择就比较有针对性了”。在棱镜旋转扫描和MEMES扫描系统中，EEL覆盖了长中短距的各种应用，是最理想的光源。在全区域爆闪模式下的固态激光雷达，则根据距离的要求而选择VCSEL或EEL。而应用在分区控制等固态激光雷达应用则可以充分利用VCSEL的多发光孔的特性，实现1D/2D控制，目前在短距固态应用中成为首选。波长的选择同样对激光器至关重要，1550n在噪声水平和人眼安全上占有优势，但就在探测灵敏度和效率上稍逊一筹，905nm路线则正好相反。艾迈斯欧司朗走的905nm路线，他们认为905nm波长在激光雷达上的应用目前是综合性能的最优解，是市场的选择。人眼安全是个复杂且重要的问题，其安全性和系统设计密切相关，单从波长角度看1550nm易被水份吸收的特性是它的优势也是它的劣势。“从第一性原则看，需要选择最适合ADAS的激光雷达，在保证安全性的情况下，达到更好的探测效果与可接受的成本，这是车规产品量产化的必然选择”，梁泽春表示，“另外激光雷达人眼安全的法规还不完善，高功率的1550nm对视网膜的伤害不大，但对人体其他器官的伤害还未明确比如角膜，皮肤等”。据悉，艾迈斯欧司朗的某些激光雷达设计，905nm的功率安全阀值已经降为1550nm安全阀值的十分之一。所以综合来看，车载激光雷达技术路线的选择需要充分考虑技术路线的综合性能与客户需求。

激光雷达技术与工艺突破

众所周知，从固有特性来看，EEL激光器的温漂较VCSEL激光器更大，一度是限制其发展的重要因素。据悉，艾迈斯欧司朗的常规EEL已经是车载激光雷达的主流选择，且完全适用在ADAS和Robotaxi应用上。而其的低温漂EEL产品，在-40℃~105℃范围内，波长随温度变化系数降至0.07nm/k，在温度漂移特性已经和VCSEL一致，这无疑是重大的技术突破。梁泽春认为EEL和VCSEL作为两种激光技术在激光雷达上的应用，既相互补充也相互竞赛，就像VCSEL在不断提升光功率密度一样，EEL也在不断优化温漂特性、光束质量等方面，致力于在保持高功率密度的条件下，提升光学品质，为激光雷达的设计带来系统性革新。对此，艾迈斯欧司朗激光器也采用了QFN表贴封装技术、多通道技术、多结层、可调谐振腔等多种领先的技术。而如何将EEL的发射宽度做到很窄，同时保持一定的光功率和光功率密度，以及保持优秀的出光效率，是考验厂商技术实力的核心问题。这涉及到EPI和芯片技术能力和沉淀，比如艾迈斯欧司朗现在的220um宽度125W和110um宽度65W均保持在30%以上的工作效率，还能进一步做窄发射区尺寸。在工艺上看，EEL和VCSEL都需要贴合并对光束进行整形。VCSEL贴合是用胶水，EEL目前国内一般用合金焊料。胶水在固化过程中会产生漂移，而合金焊料这方面是有优势。VCSEL偏移是整体的偏移，而EEL是单个器件，这方面贴合技术极度依靠厂家技术积累。VCSEL 后端光束一般用微透镜整列，目前中国大多数客户还是分离的微透镜。EEL是单个分离器件，单独用光学器件每个调节可以把芯片光束质量调到最佳，同时可以纠正芯片第一步贴合时可能产生的偏移。虽然EEL极大地依赖产线工人的手工装调技术，但梁泽春表示在已有的如MEMS, Rotating mirror, MMS等多种成熟的扫描方案当中，这些难点也已不再成为问题。梁泽春也分享了艾迈斯欧司朗认为可行的一条技术突破路线，就是在VCSEL上生长透镜，这样VCSEL和微透镜集成到一个芯片上，不需要二次贴合微透镜，如果这一技术实现，将非常适合短距固态激光雷达。

短距离激光雷达上车表现如何？

短距激光雷达有其特殊要求与挑战，比如超广视角，角度分辨率与高像素密度以及成本，如何设计一款短距激光雷达，其技术路线决定了整体性能，目前从部分激光雷达厂家发布的几款短距激光雷达上看， 1D/2D VCSEL 作为光源，以固态形式，大概量产时间在2023年底左右。其实在2021年9月一径科技就和艾迈斯欧司朗合作，以MEMS方案加成熟EEL光源的方式实现了量产，并在物流小车、卡车、Robotaxi、乘用车等应用中实现量产前装。其视场角，像素分辨率，角度分辨率，都大优于尚未量产的VCSEL方案。以艾迈斯欧司朗的SPL S1L90A_3短距激光雷达为例，可达125W峰值功率，高功率取决于先进的外延和芯片设计。再加上创新的SMT封装形式，Rth得以进一步降低，使激光出光效率进一步提升，赋予了自动驾驶应用宽视角、远距离以及高分辨率的三维深度感知能力。目前看其性能优势还会继续保持下去，而且成本方面随着使用数量增长，价格将进一步下探。作为可以探测更远距离或更广视角并立体成像的传感器，车规激光雷达已经被证明是高级别辅助驾驶不可或缺的关键部件。随着像素密度愈来愈高，体积越来越小，成本越来越低，激光雷达在ADAS及自动驾驶传感器中的比重会越来越大。短距激光雷达是前视主激光雷达之后的又一增量市场，有望成为拉动激光雷达价格下降的强大动力。

写在最后

纵观车规激光雷达的发展与上车进程，中国造车新势力及新能源车企对激光雷达的接受度虽然非常高但同样要经过较长的DV、PV、PPAP、SOP汽车零部件开发流程。目前短距激光雷达尚未被主机厂广泛接受，但其确实已经解决了很多视觉传感器无法覆盖的场景，为更高级别的辅助驾驶提供了更优的感知能力，激光雷达厂商积极布局短距激光雷达是恰当且必要的。

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