解決工業傳感難題，工業激光雷達的多種選擇

電子發燒友網報道（文/李寧遠）近年來，激光雷達在很多應用領域受到熱捧，而激光雷達從機械式到半固態、再到全固態，從龐大體型到芯片化、集成化，激光雷達的技術路徑和形態也正在經歷革命性轉變。工業領域，激光雷達應用正越來越多。

工業激光雷達受益自動化升級增速上漲

工業雷達受益于工廠自動化程度的提升，其用量開始迅速增加。另一方面，新基建中的智慧交互、交通監控也迫切地需求高精度傳感器件。物流、倉儲移動機器人的興起也是工業級雷達市場容量非常大的一片藍海市場。

根據YOLE數據，工業激光雷達的市場走勢非常好，從2021年到2026年年復合增長率維持在了28%。從傳統工業到智慧城市、智慧交通到最后一公里的倉儲物流，包括新興的工業類復合消費類的應用領域都呈增長態勢。

其中工廠自動化類應用增速最高，年復合增長率達到了37%。針對下一階段激光雷達工業應用的目標市場，根據艾邁斯歐司朗給出的分析，主要集中在激光測距儀、自動導引車、無人機/機器人以及交通監控屏這幾大領域。

工業激光雷達不同的硬件架構

激光雷達的整個系統構造分為四大部分，處理控制部分和ASIC部分負責光學信號處理，發射單元和接收單元負責感知。發射器端除了激光，還有一個驅動，再加上透鏡，就構成了發射器模組。激光測距的原理非常簡單，對比所有的測距方法屬于不算難的那一類。但這里面有很多問題需要解決，這束光如何發射出去，發射出什么樣的光形又需要通過什么樣的處理等等。

這些都和激光器以及驅動息息相關。眾所周知，激光器是激光雷達應用的核心器件，這也緊密地關系著激光雷達的技術路線與目標市場。EEL和VCSEL激光器是目前最主流的一個選擇。從實現的效果來看，體現在測距能力、角度分辨率以及視場大小上。

目前來講激光雷達都是通過非常高的功率（大概在100多瓦）與非常短的脈沖來實現激光的發射，具體的脈沖信號強度和發射模組中的驅動有關。在10%反射率的情況下，激光雷達能檢測多遠的距離，視場能有多大，都是直接受硬件構成的影響。

不同光束掃描方式在視場、測距范圍上的表現也不盡相同。目前只有機械旋轉式的激光雷達通過旋轉鏡能在視場上達到360°，其他掃描方式的視場范圍均在180°以下。旋轉式的激光雷達雖然視場范圍、測距范圍都很大，但是目前來說其在穩定性、體積還有成本上都還有沒有完全解決的挑戰。

棱鏡掃描和MEMES鏡頭掃描相對來說技術成熟度更高，視場則小一些，在抗擾和光學設計上處理起來稍微有些復雜。固態激光雷達則沒有旋轉部件，視場小但性能高，不過需要平衡距離和分辨率。

在棱鏡掃描和MEMES掃描的激光雷達系統中，EEL覆蓋了長中短距的各種應用，是非常理想的光源。在全區域爆閃模式下的固態激光雷達，則根據距離的要求而選擇VCSEL或EEL。而應用在分區控制等固態激光雷達應用則可以充分利用VCSEL的多發光孔的特性，實現1D/2D控制。

總的來說，對應于應用場景的需求，掃描方式從單線機械旋轉、多線機械卸旋轉到MEMS再到全固態，都需要在視場、圖像分辨率與成本上做平衡，這樣一來掃描方式的選擇就才比較有針對性。

測距方法的選擇同樣十分多樣，TOF優勢在于綜合成本很有性價比；FMCM的優勢在于長距離感測的效果拔群，而且抗干擾能力很強；dTOF則技術成熟度很高，綜合成本和優勢都很明顯，也是市場上的主導方案。

小結

隨著像素密度愈來愈高，體積越來越小，激光雷達工業應用傳感器中的比重會越來越大。激光雷達性能優勢繼續保持的同時，成本方面隨著使用數量增長價格也將進一步下探。很多傳感視覺傳感器無法覆蓋的工業感知應用，現在不少都通過激光雷達解決了感知難題。