1、伐谋伐谋-中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 1 / 30 2022 年 03 月 24 日 中小盘主题-以机器视觉之眼，拓制造升级之路-2022.3.19 中小盘主题-股转系统分层管理办法修订，北交所扩容开启加速器-2022.1.29 中小盘主题-北交所策略： 新星冉起，积极拥抱中小创投资时代-2021.12.8 激光雷达技术篇：百花齐放到量产落地激光雷达技术篇：百花齐放到量产落地 中小盘主题中小盘主题 任浪（分析师）任浪（分析师） 证书编号：S0790519100001 激光雷达蓄势待发，产业路径逐渐明晰激光雷达蓄势待发，产业路径逐渐明晰 激光雷达即将大规模量产，

2、转镜激光雷达即将大规模量产，转镜/MEMS 方案用作远距离探测主雷达，方案用作远距离探测主雷达，Flash 作作为补盲雷达的产品形态有望维持，远期为补盲雷达的产品形态有望维持，远期纯固态的纯固态的 OPA+FMCW 有望成为激光雷有望成为激光雷达行业终局。达行业终局。激光雷达即将进入大规模量产前夜，目前转镜和 MEMS 方案具有较为均衡的性能指标、 成熟的供应链体系及相对可控的成本、 并且更容易满足车规要求，成为中短期可以大规模推广的两大方式，产业链公司有望迎来机会。Flash 方案由于短期探测距离有限、低成本、纯固态等特点有望在相当长一段时间内作为补盲雷达。 而远期 FMCW+OPA 方式有

3、望凭借其超越现有方案极限的性能以及低廉的成本和纯固态化结构下的高稳定性成为激光雷达行业的终局。 测距方式：测距方式：TOF 是目前主流，是目前主流，FMCW 前景广阔前景广阔 TOF 测距方式简单易用测距方式简单易用、成本低，是目前主流的测距方法，成本低，是目前主流的测距方法，FMCW 测距方式性测距方式性能优异，但技术壁垒高短期难以实现。能优异，但技术壁垒高短期难以实现。目前市场上的玩家主要采用 TOF 方式测距。FMCW 发射功率低，信噪比高，同时具有较强的抗干扰能力，产品更容易芯片化，并可以获得物体的速度信息。但用于 FMCW 的调制器、激光器尚不成熟，集成化的硅光工艺也尚未达到量产程度

4、，当前难以大规模量产使用。 扫描方式：扫描方式：MEMS 和转镜性能和转镜性能优异优异，相对相对易过车规易过车规，成为成为目前目前主流主流 光束扫描方式繁多，光束扫描方式繁多，当前当前转镜和转镜和 MEMS 将成为量产铺开的首选方式，远期纯固将成为量产铺开的首选方式，远期纯固态的态的 OPA、Flash 有望成为激光雷达终局有望成为激光雷达终局。机械式机械式降本空间有限，转动结构难以满足车规要求，前装量产上车存在困难。转镜式转镜式类似于微型化的机械扫描，性能优异，相对容易过车规，但仍存在机械活动部件且降本空间有限。MEMS 方案方案具有多种部署方式，整体而言性能可满足要求，相对容易过车规，但

5、MEMS 镜的稳定性有待提升。Flash 方案方案纯固态、价格低，但目前受限探测距离多用于补盲。OPA 方案方案具有纯固态、扫描频率/精度高、降本潜力大等优势，但与 FMCW相类似，一方面，器件的设计如芯片的光耦合损耗、旁瓣干扰等存在难点，另一方面硅光工艺尚不成熟，因此该种方案落地仍需时日有望成为激光雷达终局。 收发模块：收发模块：EEL 激光器和激光器和 905nm 波长为主波长为主 激 光 器激 光 器 / 接 收 器接 收 器 / 激 光 波 长激 光 波 长 目 前 以目 前 以EEL/APD/905nm为 主 ， 远 期为 主 ， 远 期VCSEL/SPAD/1550nm 潜力大潜力

6、大。激光器领域激光器领域，905nm 波段下 EEL 激光器功率密度高，结构简单是目前的主流。VCSEL 光束质量好、温漂系数低、低成本且易于集成，但功率密度不足应用场景有限，未来功率密度有望逐步提升进而替代EEL。 1550nm 波段技术限制下目前仍以光纤激光器为主。 接收端接收端， 阵列化的 SPAD有望凭借高灵敏度、低成本逐步替代当前主流的 APD。波长方面波长方面，905nm 简单易用， 是目前主流激光波长， 但因人眼安全要求下功率存在上限， 测远能力不足。而 1550nm 波段则可加大功率提升探测距离，且该波段环境光较弱，干扰较小，同时且更易于在硅光芯片中集成，有望在未来扩大份额。

7、风险提示：风险提示：行业需求不及预期，技术路线发生重大变化。 相关研究报告相关研究报告 中小盘研究团队中小盘研究团队 开源证券开源证券 证券研究报告证券研究报告 中小盘主题中小盘主题 中小盘研究中小盘研究 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 2 / 30 目目 录录 1、 技术路线百花齐放，排列组合优中选优 . 4 1.1、 测距原理：TOF 主流，FMCW 潜力大 . 4 1.2、 扫描方式：技术路线繁多，产业百花齐放，远期有望逐步收敛 . 8 1.2.1、 机械式：性能优异，但难以满足车规要求 . 9 1.2.2、 转镜式：性能尚可，已经率先量产上车 . 9 1.

8、2.3、 MEMS：性能不俗，即将量产上车 . 10 1.2.4、 OPA：性能优稳定性好降本空间大，但技术壁垒高难以量产 . 13 1.2.5、 Flash：简单耐用纯固态，改良方案不断涌现，探测距离仍待提升 . 16 1.2.6、 其他方案：各类路线天马行空，不乏或头部客户青睐产品 . 17 1.3、 激光发射：EEL 凭借高功率密度目前占据主流市场地位 . 18 1.4、 接收元件：SPAD/SiPM 有望替代 APD 成为主流 . 20 1.5、 光学元件：最容易国产替代的部分 . 23 1.6、 处理芯片：模拟、计算并存，集成化为最终趋势 . 23 1.7、 扫描波长：905nm 为

9、主，1550nm 潜力大 . 24 2、 玩家致力于打造六边形战士，产业路径逐渐明晰 . 25 2.1、 性能、成本、车规要求是激光雷达追求的终极目标 . 25 2.2、 转镜和 MEMS 路线将成为一段时期内的主流，FMCW+OPA 面向星辰大海有望成为激光雷达的终局 . 26 2.3、 1550 解决激光雷达距离恐惧症，有关供应商有望迎机会 . 27 3、 风险提示 . 28 图表目录图表目录 图 1： 激光雷达技术方案繁多，孕育出多种产品形态 . 4 图 2： TOF 方案直接测量飞行时间测距 . 5 图 3： FMCW 采用调频连续波实现距离探测 . 5 图 4： TOF 在消费电子领

10、域早已广泛应用 . 6 图 5： FMCW 所需激光功率远低于 TOF 模式 . 6 图 6： 激光雷达公司 Avea 已经将光接收、发射、光学元器件集成到单颗硅光 FMCW 芯片上 . 6 图 7： FMCW 直面阳光仍然有较好的探测效果 . 7 图 8： FMCW 激光雷达能提供速度信息 . 7 图 9： 机械式激光雷达点云质量高，可实现 360 度覆盖. 9 图 10： 机械式激光雷达需要搭载于车顶高速旋转 . 9 图 11： 线光斑可搭配一维转镜实现扫描 . 10 图 12： 点光斑需要搭配二维转镜实现扫描 . 10 图 13： MEMS 激光雷达采用微振镜实现光束偏转 . 10 图

11、14： 华为的专利中采用 6 个激光器实现 FOV 扩大 . 10 图 15： 同轴模式下激光接收会受到振镜尺寸影响 . 11 图 16： 非同轴部署，对振镜要求可降低 . 11 图 17： 同轴式部署，可实现多线激光同时扫描 . 11 图 18： 希景科技可以生产 5mm 电磁驱动振镜 . 12 图 19： 中科院半导体所开发光学相控阵芯片由分束器、移相器、光学天线构成 . 14 图 20： MIT 和 UC berkeley 联合开发硅光 OPA 芯片 . 14 QYmVqUfUiXrZ8ZXY8Z7NcM6MpNqQmOoMjMqQtQiNpNtO6MrRvMwMpOsNxNtQtR中小

12、盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 3 / 30 图 21： 美国众多机构布局 OPA 芯片的研究 . 14 图 22： OPA 方式将多种光学元件集成于一身 . 15 图 23： 光栅构成的相控阵天线的结构影响着光束形态. 16 图 24： 英特尔通过独有的 “倒装”集成技术封装激光器 . 16 图 25： Flash 采用面光源实现对物体的探测 . 16 图 26： OPSYS 采用 VCSEL 面阵解决方案 . 17 图 27： 模组化的收发模块可任意组合形成新的解决方案 . 17 图 28： OUTSER 采用自研的激光发射和接收矩阵 . 17 图 29： OUT

13、SER 采用 VCSEL+SPAD 结构实现探测 . 17 图 30： Cepton 采用微镜方式实现扫描 . 18 图 31： 产品体积小巧，可集成于汽车各处 . 18 图 32： 光谱扫描技术利用了光的折射原理，可实现固态化扫描 . 18 图 33： 激光器由增益介质、泵浦源和光学谐振腔构成. 19 图 34： 不同材料激光器对应不同波长的激光 . 19 图 35： 长光华芯多节可寻址 VCSEL 芯片功率超过 75w . 20 图 36： 昂纳科技已经量产 1550nm 光纤激光器 . 20 图 37： SPAD 阵列和 SiPM 结构上有微小的差异 . 21 图 38： SPAD 阵列

14、和 SIPM 具有不同的输出波形 . 21 图 39： 四类激光接收器具有不同的物理特性和探测效果 . 21 图 40： 索尼 IMX459 SPAD 传感器采用堆叠式配置 . 23 图 41： 南京芯视界 VI4330SPAD 阵列具有 76.8K 像素. 23 图 42： 炬光科技可提供包括快轴准直镜在内的多种产品 . 23 图 43： 永新光学可提供各类滤光片产品 . 23 图 44： 激光雷达中存在包含主控芯片在内的多种模拟、数字处理芯片 . 24 图 45： 激光雷达芯片化大势所趋 . 24 图 46： 1550nm 激光对人眼伤害更小 . 25 图 47： 1550nm 波长所在波

15、段可见光的辐射相对较弱 . 25 图 48： 法雷奥转镜式激光雷达率先搭载于奥迪量产 . 27 图 49： 速腾聚创 M1 目前已经获得超过 40 家车企定点 . 27 图 50： 1550nm 激光适用条件广泛 . 28 表 1： FMCW 相比 TOF 性能优秀但技术成熟度低 . 5 表 2： FMCW 公司繁多，创始人具备较强技术背景 . 7 表 3： 光束扫描方式百家争鸣各有优势 . 8 表 4： 海外 MEMS 厂商历史悠久，国内玩家奋起直追 . 12 表 5： 国产 MEMS 振镜产品性能已经逐步赶上海外 . 13 表 6： 激光雷达厂商倾向于自研和深度绑定 MEMS 供应商 .

16、13 表 7： 除功率密度外，VCSEL 比 EEL 具有明显优势. 19 表 8： 激光接收端传感器路线繁多，SPAD 和 MPPC 优势明显 . 22 表 9： 1550nm 产品探测距离显著高于 905nm 产品 . 25 表 10： 激光雷达核心指标集中于性能、成本和过车规的难易程度 . 25 表 11： 不同类型的扫描方式通常使用不同类型的测距方式、波长、激光发射器来取长补短，优中选优 . 26 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 4 / 30 1、 技术路线百花齐放，排列组合优中选优技术路线百花齐放，排列组合优中选优 激光雷达存在诸多架构形态， 各种技术路

17、线排列组合形成化学反应， 产业高速发展，激光雷达存在诸多架构形态， 各种技术路线排列组合形成化学反应， 产业高速发展，产品百花齐放。产品百花齐放。当前自动驾驶趋势明确，激光雷达凭借自身测距远、分辨率高、受环境干扰小等优势， 已经成为摄像头、 毫米波雷达等探测方式的重要补充， 是诸多主机厂迈向自动驾驶的必须品，产品从概念快速跨越至量产。作为汽车电子行业的新生事物， 无论技术路线， 行业玩家均处于早期状态， 产业孕育着众多机会和无限可能。激光雷达通过发出激光并接收反射信号来实现对前方物体的探测，在测距方式、激光波长、 收发元器件、 光束扫描等每个部分均存在多重技术方案， 通过不同的技术方案的组合，

18、衍生出诸多产品形态，产业百花齐放，百家争鸣。我们希望通过对技术方案的研究，研判产业发展趋势，给未来的投资提供帮助。 图图1：激光雷达技术方案繁多，孕育出多种产品形态激光雷达技术方案繁多，孕育出多种产品形态 资料来源：汽车人参考、开源证券研究所 1.1、 测距原理：测距原理：TOF 主流，主流，FMCW 潜力大潜力大 测距方式通常分为两类，测距方式通常分为两类，TOF（Time of flight，飞行时间测距法）采用直接测量，飞行时间测距法）采用直接测量，FMCW （Frequency Modulated Continuous Wave， 调频连续波技术） 通过， 调频连续波技术） 通过相干测

19、量相干测量。激光雷达测距方式可分为 TOF 和 FMCW 两类，TOF 通过直接测量发射激光与回波信号的时间差，结合光在空气中的传播速度得到目标物体的距离信息。FMCW 首先对激光光源进行调制 （调频/调幅/调相） ， 将激光器发出的激光分为两束， 一束作为本振光，另一束照射到物体上返回后与本振光混频干涉后形成一束新的激光信号，通过对该信号的测量和一系列的计算可反推出频率差进而实现测距，同时基于光的波长变化（多普勒效应）可以测算出物体的径向速度。 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 5 / 30 图图2：TOF 方案直接测量飞行时间测距方案直接测量飞行时间测距 图图3

20、：FMCW 采用调频连续波实现距离探测采用调频连续波实现距离探测 资料来源： FMCW Lidar: Scaling to the Chip-Level and Improving Phase-Noise-Limited Performance 资料来源： FMCW Lidar: Scaling to the Chip-Level and Improving Phase-Noise-Limited Performance TOF 简单可靠简单可靠，技术成熟，技术成熟易于实现，易于实现，FMCW 性能优前景好性能优前景好但短期但短期技术存在瓶颈技术存在瓶颈难难以量产上车以量产上车。TOF 测距原

21、理简单，可靠耐用，免去分析光波频率差异的环节，响应速度快， 在工业、 消费电子、 通信、 军工等领域早已广泛应用。 尤其在消费电子领域，华为、LG、Vivo、三星以及苹果均在产品中广泛应用 TOF 传感器以实现距离信息的探测，目前，TOF 技术和产业仍然不断演进，在激光雷达领域，TOF 仍然是主流的测距方案。FMCW 测距性能优异，曾被美国宇航局用于帮助飞行器在月球的黑暗面自动着陆，这种方案优势明显优势明显： （1）信噪比高，测量精度和距离远超）信噪比高，测量精度和距离远超 TOF。该方案中本振光只会与返回的探测信号产生干涉，相当于只接收该频率的回波信息，几乎不会受到外界其他频率光线干扰，信噪

22、比极高，甚至在直接面向阳光时仍能保持良好的探测效果； （2）抗干扰能力强。）抗干扰能力强。FMCW 方式下每个激光雷达有自己的编码，即使未来激光雷达数量激增， 也不会出现互相之间信号串扰问题； ToF 激光雷达目前主要依靠脉冲编码来解决干扰问题，需要在一定时间内对脉冲进行采样，一定程度上会影响探测速度同时增加算法负担； （3）发射功）发射功率进一步降低，节能并减小对人眼率进一步降低，节能并减小对人眼的伤害。的伤害。根据激光雷雷达公司 SiLC 数据，FMCW 激光雷达发射平均功率可以比脉冲 TOF 激光雷达低 1000 倍以上； （4）更容易芯片化。）更容易芯片化。FMCW 的低功率运行也可以

23、更容易做到芯片化， 将硅基光电子技术和 FMCW 结合可大幅降低生产调试和装配难度，提升系统的性能、一致性、可靠性并降低成本； （5）FMCW 可呈现速度信息。可呈现速度信息。助力自动驾驶算法实现更好的决策。整体而言，FMCW 技术其实在毫米波雷达、光通信领域应用广泛， 但激光雷达场景下对性能提出了更高要求。 FMCW 的问题显著：的问题显著：技术瓶颈限制上车。技术瓶颈限制上车。在激光器、调制器、接收器等的材料、设计、工艺上，以及硅光芯片的设计和制备上都需要进一步研究和突破。 具体而言， （1） 发射端激光器和调制） 发射端激光器和调制器研发难度高器研发难度高，可线性调频的窄线宽（线宽可理解为

24、激光色彩的纯度）激光是实现FMCW 激光雷达相干检测的基础，调频过程中要求激光具有良好的线性度以及较低的功率起伏，这对激光器和调制器提出了极高要求。据洛微科技描述，FMCW 激光雷达发出的激光线宽通常在百万分之一纳米级别，而发出激光的功率也应达到一定的标准以保证探测效果。 此外芯片化的调制器、 激光器涉及硅光子工艺， 目前尚不成熟，而采用分立器件集成又存在成本、性能等诸多问题的困扰。 （2）接收端亦需要进）接收端亦需要进行工艺的优化和改良。行工艺的优化和改良。整体而言，技术瓶颈是限制 FMCW 快速推广的主要原因。 表表1：FMCW 相比相比 TOF 性能优秀但技术成熟度低性能优秀但技术成熟度

25、低 标题标题 FMCW TOF 探测方式 相干探测 直接探测 抗干扰能力 极强 差 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 6 / 30 标题标题 FMCW TOF 有效测量所需光子数（灵敏度） 10 1000 探测距离 远 近 人眼安全等级 高 低 精确速度信息 有 无 技术成熟度 低 高 硅光集成工艺 适用 适用 资料来源：麦姆斯咨询、开源证券研究所 图图4：TOF 在消费电子领域早已广泛应用在消费电子领域早已广泛应用 资料来源：麦姆斯咨询飞行时间（ToF）传感器技术及应用-2020 版 图图5：FMCW 所需激光功率远低于所需激光功率远低于 TOF 模式模式 图图6

26、：激光雷达公司激光雷达公司 Avea 已经已经将光接收、发射、光学元将光接收、发射、光学元器件集成到单颗硅光器件集成到单颗硅光 FMCW 芯片上芯片上 资料来源：SiLC 官网 资料来源：Avea 官网 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 7 / 30 图图7：FMCW 直面阳光仍然有较好的探测效果直面阳光仍然有较好的探测效果 图图8：FMCW 激光雷达能提供速度信息激光雷达能提供速度信息 资料来源：SiLC 官网 资料来源：Aeva TechDay 2022 产业持续探索， 上车曙光初现， 技术和产品进展值得关注。产业持续探索， 上车曙光初现， 技术和产品进展值得关

27、注。 产业对 TOF 和 FMCW 技术路线仍然不断探索，TOF 领域在发射、接收端的产品性能不断精进以提升探测效果。FMCW 领域尽管困难重重，仍然不断有产业公司以及投资人前赴后继投入FMCW 技术路线。 龙头公司如英特尔、 Aurora、 通用 Cruise、 光学巨头蔡司等在 2017年甚至更早就开始布局该领域， 并持续加码。 而纵观市场上的玩家， 选择该路线的公司创始人通常具有很强的技术背景，多数来自巨头科技公司、通信巨头或学术界转型，凸显行业较高的技术门槛。 目前， Aeva 已经能够将激光发射/接收/光学元器件等整合到硅光芯片模组中， 形成 FMCW 激光雷达引擎， 2022 年

28、2 月公司推出全球首个4D 激光雷达 Aeries II，具有相机级分辨率、超远距离、高可靠性、4D 定位、高集成性的优势， 量产级别产品预计在2023年年末实现。 除Aeva外， 海外公司如Mobileye、Aurora、通用、Analog Photonics、Voyant Photonics、Baraja、Scantinel Photonics、SiLC Technologies 等亦摩拳擦掌，国内主要有洛微科技、光勺科技、擎感光子等也在积极布局。产业进展值得被紧密关注，如果 FMCW 具备可行的量产条件，有望呈现出较好的发展势头。 表表2：FMCW 公司繁多，公司繁多，创始人具备较强创始

29、人具备较强技术背景技术背景 公司名称公司名称 现状现状 公司简介公司简介 创始人背景创始人背景 Avea 2021.1 上市 专注 FMCW 技术，将激光发射/接收/光学元器件集成到单颗芯片，与保时捷、采埃孚、奥迪、电装合作，2022 发布高度集成化的车规级雷达 Aeries 两位创始人 Soroush Salehian、Mina Rezk 来自苹果自动驾驶部门，其中一位曾为尼康光学硬件设计负责人 Mobileye （英特尔） 2017 年被收购 采用英特尔硅光技术，2021 年 1 月发布了激光雷达FMCW 的 SOC 芯片并计划于 2025 年量产 传统 ADAS 视觉方案及芯片领军 Bl

30、ackmore （Aurora 收购） 2019 年被收购 技术路线为 FMCW+1550nm，2018 年曾获得宝马、丰田旗下基金投资，曾十多年专注于为美国军方开发 FMCW 激光雷达 Bridger Photonics 子公司独立而来，与美国军方深度合作 OURS （Aurora 收购） 2021 年被收购 专注硅光技术和 FMCW 路线，研发微型芯片可集成光束转向和激光收发器 创始人谭章熹，清华大学、加州大学伯克利分校，师从 RISC-V 创立人，OURS 被收购后回国创立了睿思科技 Aurora 2021.11 上市 Uber 自动驾驶部门，2020 年推出 FirstLight 激光

31、雷达，采用 FMCW+1550nm 技术 谷歌自动驾驶前团队负责人、特斯拉Autopilot 之父、Uber 无人车项目主要奠基人 Strobe （通用收购） 2017 年被收购 脱胎于微波光子国际领军 Oewaves，拥有电子振荡器、回音壁式光学谐振腔，的核心技术 Oewaves 曾获得两次棱镜奖、IEEE Sawyer 奖及 Patrick Soon-Shiong 创新奖 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 8 / 30 公司名称公司名称 现状现状 公司简介公司简介 创始人背景创始人背景 Analog Photonics 存续 选择 FMCW+OPA+1550nm

32、 方案，专注硅光芯片研发，与 DARPA 合作，开发了将光学相控阵移相器、低插损光波导、天线和探测器、CMOS 电路集成于一体的芯片 创始人 MichaelR.Watts 是麻省理工博导，兼任美国制造光子学研究所 CTO Voyant Photonics 2018 年成立 选择 FMCW+OPA 方案，研发光学、光束处理、传感器集成于一体的芯片。2019 年获得 DARPA 等投资，2021 年 12 月获得 A 轮 创始人们来自 Lipson 纳米光子学小组，Lipson 教授是硅光子学领域主要先驱，2018 年实现 512 像素相控阵阵列 Baraja 2015 年成立 选择光谱扫描+FM

33、CW+1550nm，2021 年推出量产版产品 Spectrum HD 激光雷达 创始人在 Finsar 研发多色激光器 Bridger Photonics 2006 年成立 采用 FMCW 激光雷达进行气体检测，近年跨入汽车领域 Blackmore 母公司，获得光学巨头蔡司投资 Scantinel Photonics 2019 年成立 选择 FMCW+OPA+1550nm 技术路线，与欧洲微电子研究中心 IMEC 合作，研发 OPA 硅光芯片。2021 年获得全球光学巨头蔡司投资 由光学巨头蔡司的半导体部门独立而成 SiLC Technologies 2018 年成立 选择 FMCW+155

34、0nm 激光，获索尼、爱普生、欧司朗等投资。2021 年 12 月推出 Eyeonic，将超窄线宽激光器、半导体激光放大器、锗探测器集成到单个硅光子芯片中 创始人在硅光领域有超过 20 年经验，曾为通信设备公司 Mellanox 硅光子技术副总裁，Mellanox 后被英伟达收购 洛微科技 2018 年成立 选择 FMCW+OPA 技术路线， 2021 年 9 月发布第二代硅光 FMCW 芯片和硅光 OPA 芯片以及相应的光学引擎 CTO 孙笑晨中科院西安光机所博导、MIT 材料科学系博士，后就职于硅光公司 PhotonIC，创立硅光公司Laxebse 光勺科技 2019 年成立 选择 FMC

35、W+1550nm 激光 团队来自清华、北理工、中科院等 资料来源：MEMS 咨询、各公司官网、开源证券研究所；DAPRA：美国国防高级研究项目计划局 1.2、 扫描方式：扫描方式：技术路线繁多，产业百花齐放，远期有望逐步收敛技术路线繁多，产业百花齐放，远期有望逐步收敛 产业百花齐放，远期有望逐步收敛。产业百花齐放，远期有望逐步收敛。光束扫描方式按照转动部件的多少，分为机械式、半固态和纯固态，具体来看目前已经大致形成机械式、半固态的转镜、MEMS、固态的 OPA、Flash 五大类。此外还有一些其他的小众方式如光谱扫描、微动技术等亦在持续演进。在车规级、性能更优、体积更小、成本更低的目标下，机械

36、式基本退出乘用车前装市场，其余技术路线终局尚难确定，未来随着供应链逐渐搭建和完善以及产品出货量的提升，生产成本将逐步降低，技术路线也将逐步收敛。 表表3：光束扫描方式百家争鸣各有优势光束扫描方式百家争鸣各有优势 方案 原理 成本 技术成熟度 技术难点 优点 缺点 机械式 旋转式 通过电机带动光机结构整体旋转 高,降本难 高 高频转动和外界环境干扰下机械结构的可靠性 可以对周围环境实现 360 度水平视场扫描、技术成熟 存在产生盲点的风险、大规模量产有难度、机械部件寿命不长 混合固态 转镜 电机带动转镜运动将光束反射到空间一定范围内 较低 中 光学系统的控制机制、转轴精密度要求较高 结构不易损坏

37、、容易通过车规 仍有机械部件寿命、稳定性不达标，体积大，进一步降本空间有限 MEMS 由可以旋转的微振镜反较低 中 FOV 扩大、芯片化设计、集视场角相对较窄、稳定 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 9 / 30 射激光器的光线，从而实现扫描 MEMS 可靠性提高，扫描速度提升 成度高、扫描速度快、价格低廉 性不不达标、抗冲击性能差 固态 OPA 通过施加电压调节每个相控单元的相位关系、利用相干原理实现发射光束的偏转 目前高，未来有望大幅下降 低 对材料和工艺的技术探索 无惯性器件、精确稳定、刷新频率高、灵活度高 技术不成熟、供应链不成熟、短期价格高 Flash 短

38、时间发射覆盖探测区域的面阵光,再以接收器探测点云数据 低 中 面阵探测器的分辨率提升 无惯性器件、刷新频率高、体积小 探测距离和角分辨率此消彼长、抗干扰能力差 资料来源：禾赛科技招股说明书、开源证券研究所 1.2.1、 机械式：机械式：性能性能优异优异，但，但难以满足车规要求难以满足车规要求 机械式激光雷达性能优秀，但价格、生产效率、过车规上存在困难机械式激光雷达性能优秀，但价格、生产效率、过车规上存在困难，目前基本退出，目前基本退出前装量产市场前装量产市场。 通过电机带动光机结构整体旋转进而实现对空间水平 360视场范围的扫描，测距能力在水平范围内保持一致。该方式是传统激光雷达主要采用的技术

39、路线，在 Robotaxi、低速 AGV 小车上被广泛应用。机械式扫描的优势在于： （1）点）点云的质量云的质量较较高高，便于算法处理； （2）信噪比高，）信噪比高，可实现 360 远距离探测； （3）供应链）供应链和技术成熟。和技术成熟。但机械式通过叠加激光发射器和接收器来实现多线扫描，需要将发射和接收模块进行精密光学对准装配，在主流雷达已经提升至 128 线甚至 256 线的情况下，成本高，生产效率低，据九章智驾的采访，行业鼻祖 Velodyne64 线产品售价高达 8 万美元，交货周期超过 2 个月，一个工程师花费一周的时间仅能组装两台。此外快速旋转的机械部件寿命在数千小时，难以满足车规

40、级要求，因此基本被排除在乘用车前装量产市场之外。 行业中 Velodyne、 禾赛科技、 法雷奥等老牌激光雷达厂商的初期产品均采用此方式，但在面向前装量产市场时纷纷转向其他技术路线。 图图9：机械式激光雷达点云质量高，可实现机械式激光雷达点云质量高，可实现 360 度覆盖度覆盖 图图10：机械式激光雷达需要搭载于车顶高速旋转机械式激光雷达需要搭载于车顶高速旋转 资料来源：未感科技官网 资料来源：雷锋网 1.2.2、 转镜式：转镜式：性能尚可性能尚可，已经，已经率先率先量产上车量产上车 转镜方案是目前已经实现前装量产上车的技术方案，在性能和稳定性上具备优势。转镜方案是目前已经实现前装量产上车的技

41、术方案，在性能和稳定性上具备优势。相比机械式的整体旋转，转镜方式使收发模组固定，只转动反射镜以及棱镜进而实现光束的扫描。 根据激光光斑形状的不同， 转镜模式也可分为一维转镜和二维转镜，如果采用点光斑则需要进行二维扫描，通常通过两块转镜实现，厂商如 Luminar、图达通等采用该路线。 而线光斑可通过一维扫描实现探测， 搭配一块转镜即可， 转动模块进一步精简，目前华为、禾赛科技、法雷奥等公司采用该种技术路线。转镜方案的优势在于结构更紧凑， 稳定性高， 功耗低， 安装难度相比机械式显著减小。 早在早在 2017 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 10 / 30 年年 I

42、beo 和法雷奥开发的基于转镜架构的和法雷奥开发的基于转镜架构的 4 线激光雷达线激光雷达 Scala1 即实现量产，成为首即实现量产，成为首个车规级激光雷达。个车规级激光雷达。然而转镜式激光雷达在运行中要求光学转镜实现连续高速旋转，对于电机、轴承、转镜的配重等提出了较高的要求（电机的稳定性、可靠性、寿命、磨损） 。同时由于仍然存在较大的机械转动部件，扫描频率上限偏低，对恶劣环境的承受能力以及耐久性有限，也无法通过半导体工艺大批量出货实现降本。因此我们因此我们认为转镜路线是激光雷达上车的“功臣” ，认为转镜路线是激光雷达上车的“功臣” ，仍将在相当长的时间内成为主要的技术路仍将在相当长的时间内

43、成为主要的技术路线，线，但最终将被固态激光雷达所替代。但最终将被固态激光雷达所替代。 图图11：线光斑可搭配一维转镜实现扫描线光斑可搭配一维转镜实现扫描 图图12：点光斑需要搭配二维转镜实现扫描点光斑需要搭配二维转镜实现扫描 资料来源： 科普“固态”激光雷达的三六九等 资料来源： 科普“固态”激光雷达的三六九等 1.2.3、 MEMS：性能性能不俗不俗，即将量产，即将量产上车上车 MEMS 方案具备优良的性能，是方案具备优良的性能，是另外一种另外一种目前主机厂目前主机厂众多新车型所采用众多新车型所采用的技术路线。的技术路线。MEMS（Micro-Electro-Mechanical Syste

44、m）激光雷达采用高频震动的 MEMS 微振镜结构反射激光实现激光光束的偏转。 该模块将光束扫描所需的微型反射镜、 MEMS 驱动器、MEMS 传感器进行集成于微小的 MEMS 振镜模块，优势显而易见，运动部件少可靠性提升、体积小、扫描频率快，同时 MEMS 模块可采用半导体工艺规模化生产进而降低成本。而 MEMS 模式的问题也比较明显，硅基 MEMS 悬臂梁振镜结构非常脆弱，在耐久性、抗冲击上存在不足，容易失效。同时由于 MEMS 振镜转角有限， 限制了激光雷达的视场角， 需要激光雷达厂商采用光源扩束、 多个激光器拼接、甚至采用多个 MEMS 振镜等特殊的结构来扩大 FOV，产品的结构和光路设

45、计、安装调试具有一定的难度。目前，市场上 Innoviz、Aeye、速腾聚创、一径科技等公司是该种技术路线的代表，华为、禾赛科技等公司也在储备相关技术。 图图13：MEMS 激光雷达采用微振镜实现光束偏转激光雷达采用微振镜实现光束偏转 图图14：华为的专利中采用华为的专利中采用 6 个激光器实现个激光器实现 FOV 扩大扩大 资料来源： The key to LiDAR safety 、滨松、Mirrorcle 资料来源：佐思汽车研究 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 11 / 30 MEMS 方案方案同轴和非同轴（离轴）部署同轴和非同轴（离轴）部署特点不同特点不同

46、，厂家根据自身需求个性化考量。，厂家根据自身需求个性化考量。按照收发光路来区分，MEMS 激光雷达可以分为同轴和非同轴两类，同轴方案具有同轴方案具有相同的输入输出光路相同的输入输出光路，收发模块集成于一处，发出的激光触达被测物体后返回并再次通过 MEMS 振镜被探测器接收，优点在于只接收沿着原光路返回的光信号，因而有较好的日光抑制性，信噪比高；同时接收器采用单颗 APD 即可，成本可控；如果采用多个激光收发模组拼接， 不同模组之间相对独立， 可以同时进行扫描互不干扰。德国激光雷达公司 Blickfeld、Innoviz 等众多公司均采用该种技术路线。但同轴方案中由于微振镜口径大小直接决定接收器

47、能收到多少反射回来的激光能量进而影响探测效果，所以通常尽可能的将微振镜尺寸做大，而大尺寸的 MEMS 振镜在稳定性、抗冲击性、 震动频率以及成本上表现不佳， 除此之外， 同轴方案需要精密光学对准，工艺、成本和生产效率也面临挑战。非同轴方案即收发模块分开部署，返回的激光非同轴方案即收发模块分开部署，返回的激光不经过不经过 MEMS 振镜直接进入到探测器中，可采用小尺寸振镜直接进入到探测器中，可采用小尺寸 MEMS 振镜，同时光学对振镜，同时光学对准调试的要求相对较低。准调试的要求相对较低。如激光雷达厂商 Aeye 采用该种部署方式，将振镜尺寸降低到 1mm 以下，稳定性大幅提升。但该方案会面临外

48、部环境的光干扰，通常需要阵列化的 APD 或者 SPAD 来实现好的探测效果，定制化的接收芯片对技术要求高，同时也可能会产生较高的成本。 图图15：同轴模式下激光接收会受到振镜尺寸影响同轴模式下激光接收会受到振镜尺寸影响 资料来源：开源证券研究所 图图16：非同轴部署，对振镜要求可降低非同轴部署，对振镜要求可降低 图图17：同轴式部署，可实现多线激光同时扫描同轴式部署，可实现多线激光同时扫描 资料来源： MEMS-based lidar for autonomous driving 资料来源：佐思汽车研究 MEMS 振镜振镜是核心部件是核心部件，电磁和静电驱动、一维和二维扫描各有优势。，电磁和

49、静电驱动、一维和二维扫描各有优势。MEMS 扫描方案中，MEMS 振镜无疑是核心，通过小尺寸的悬臂梁结构，使反射镜悬浮在前后左右各一对扭杆之间，并以一定的频率振荡从而实现光束扫描。对激光雷达厂商来说，振镜的尺寸、摆角、以及扫描频率、稳定性以及成本都是需要考量的重要指标。（1）从驱动方式来看，从驱动方式来看，MEMS 振镜可分为电磁、静电、热以及压电几类。其中电热 中小盘主题中小盘主题 请务必参阅正文后面的信息披露和法律声明 12 / 30 驱动响应较慢， 压电驱动对温度敏感， 均不适合用于激光雷达。 电磁驱动和静电驱动目前是市场上主流的驱动方式，其中电磁驱动电磁驱动具有较大的驱动力和驱动位移，

50、由于需要制作外围线圈， 通常尺寸较大， 便于提高激光雷达性能， 但在严苛环境下可靠性风险也会增加，同时对温度比较敏感。静电驱动静电驱动则利用带电导体之间的静电作用实现驱动，功耗低、速度快、兼容性好，但摆角较小。 （2）从扫描维度来看，）从扫描维度来看，与转镜相同，MEMS 振镜也区分为一维和二维扫描，一维扫描相比二维少了一个自由度，微振镜的各类性能指标均有明显提升。观察知微传感官网列示的产品，一维转镜产品的扫描角度通常可以达到 60，镜面直径可以达到 3mm，而二维转镜产品的扫描角度仅为快轴 30，慢轴 24，且镜面直径为 1mm，当然考虑到线光斑自身的形态，要满足一维扫描要求，MEMS 振镜