​单光子面阵技术，激光雷达后浪奥锐达的杀手锏

经过过去 6 年的技术积累与商业化拓展，激光雷达迎来了量产上车的高潮。

市面上一批混合固态激光雷达成为了车企们的心头好。

如果将视角放到更长远的周期来看，业内普遍认为全固态才是激光雷达传感器的未来，而现阶段的混合固态激光雷达（比如蔚来 ET7 上搭载的 Innovusion 以及小鹏 P5 上搭载的 Livox）仍是阶段性产品。

奔赴全固态化，目前行业内主流的技术路径包括 OPA 光学相控阵技术、 Flash 快闪技术以及焦平面（Focal Plane Array）扫描技术。

OPA 光学相控阵技术最具代表性的厂商是 Quanergy。

但近几年内，因为技术难度过高、成本居高不下，Quanergy 已逐步退出主流市场竞争的舞台。

国际 Tier 1 大陆正在研发的激光雷达属于 Flash 快闪技术，该项技术由于发射能量分散、接收端需要在设计复杂度和接收效率之间做出合理平衡，因此测距范围较为受限。

激光雷达走向全固态，为的就是便于车规级量产、降低成本，最终走向普及。

为了实现这一目标，国际老牌激光雷达厂商 ibeo 已经推出了一项区别于 OPA 以及 Flash 的全新固态激光雷达技术方案——单光子面阵技术，采用的是焦平面（Focal Plane Array）扫描的方式。

图片来源于网络

基于这一方案，ibeo 打造了号称全球首款的 4D 全固态激光雷达 ibeoNEXT，目前 ibeoNEXT 已经确认要在长城的量产车型上搭载。

此外美国上市公司 Ouster 也推出了基于焦平面扫描方案的 ES2 全固态激光雷达，并计划于 2024 年进行量产。

而在国内，也有一家激光雷达领域的后浪，最近正式发布了自家的单光子面阵固态激光雷达技术，并且在官网公开了测试 Demo。

据汽车之心了解，这是国内激光雷达公司首次展示单光子面阵技术 Demo。

这家激光雷达公司就是——奥锐达（Oradar）。

奥锐达脱胎于 3D 视觉技术供应商奥比中光，是一家独立运营的子公司。

作为激光雷达技术的长期观察者，为了一探「单光子面阵技术」的究竟，汽车之心联系到了奥锐达团队，深入了解了这类技术的创新点和独特性，也对这位激光雷达后浪有了更完整的认知。

1、国产首发：单光子面阵固态激光雷达

此前很长一段时间内，奥锐达都在低调潜行，外界对这家公司基本没有认知。

工商信息显示，奥锐达成立于 2019 年 4 月，目前作为奥比中光的子公司进行独立运营。

这家公司在过去两年的时间里，进行了多次激光雷达技术预研，而且对市面上的激光雷达技术和产品进行了调研和技术开发储备。

因为有奥比中光的背景，使得奥锐达不像其他大多数创业公司那样，着急融资或发布产品 Demo。

也因此，奥锐达团队有了更多时间思考和尝试到底要走哪一条技术路线，设计一款怎样的激光雷达产品。

面向未来，奥锐达团队思考的是：

• 几年之后，等产品上市之时，在性能上是不是还有竞争力？
• 到那时，产品是不是具备可量产性？能不能满足车规级要求？

基于这些思考，奥锐达团队认为，他们自主研发的激光雷达必须具备以下特点：

其一，技术上能够实现，工艺必须成熟；

其二，模块化、可量产；

奥锐达研发的激光雷达，必须按照高度标准化的半导体工艺来制造，也就是所谓的 CMOS 工艺（互补金属氧化物半导体）。

因为只有这样，才能进行大批量生产，同时可保证产品高度的一致性。

汽车之心了解到，奥锐达团队在 3D 传感技术上已经有诸多积累。

团队大多数成员拥有光电系统以及 3D 传感器的核心设计能力，掌握了包括 2D 成像系统，结构光、iToF 3D 视觉系统在内的系统仿真、设计、实现与标定等核心能力。

此外，团队成员在手机的光学系统领域有大量的设计和量产经验，并且对这个领域的产业链上下游无比熟悉。

特别值得一提的是，奥锐达的团队成员是中国最早把 VCSEL（垂直腔面发射激光器）技术引入到国内，并集成到手机上的。他们对 VCSEL 的技术、应用以及产业链都有非常深刻的认知。

激光雷达传感器，本质上也是一套光电系统，对 VCSEL 技术的应用也很广泛。

奥锐达基于团队自身的技术积累，特别是 3D 传感技术的长板，再加上此前对市面上激光雷达技术路线的调研，最终奥锐达选择了一条全新的技术路径——VCSEL（激光发射器）+SPAD（探测器）的单光子面阵固态激光雷达。

Flash 固态激光雷达技术，其原理是向目标探测区域发射一个均匀的面光源，利用接收器接收返回来的光进行成像。

虽然这种技术方案摆脱了对扫描部件的依赖，十分有利于提升系统的整体可靠性，但是这种方式的光源能量分散，导致探测距离受限。

而奥锐达选择的单光子面阵技术，采用了可控的多光束扫描技术，对 VCSEL 激光器的点阵结构光源进行逐区点亮后对外发射，通过电子扫描的方式完成视场范围内的激光雷达点云获取。

单光子面阵技术

在技术上，这种可控的多光束扫描光源被称之为可寻址 VCSEL（Addressable VCSEL）。

它的发光效率非常高，相较于 Flash 方案，其发射光峰值功率密度和信号信噪比均显著提高。

因此，这种方式可以在相同的发光功率条件大大提升激光雷达传感器的探测距离。

这种扫描方式非常适合进行芯片化和小型化，且能够最大限度的减少外围电路的复杂程度并实现全固态扫描。

除了可控的多光束扫描技术，奥锐达的激光雷达方案还可以通过调整 TCSPC（Time-Correlated Single Photon Counting，时间相关单光子计数器）次数动态来设置不同探测区域的测距性能，合理分配系统能力。

这项技术听起来是不是有点复杂？

简单来说，就是「指哪打哪」——「哪里看不清指哪里」：

事实上，VCSEL 光源其实是在几纳秒的时间里，将光发射出去，再接收回来，在百微秒量级的时间内，可以发射出成百上千个光的脉冲，之后再接收回来。

这些脉冲累积起来经过处理后，就形成了激光雷达点云。

在这种情况下，如果我们对图像里某处很感兴趣，或者说这一处需要看得更清楚，那我们可以让系统对其更多扫描或者打上更多脉冲光，对局部区域进行更精细的扫描，最终获得我们想要的效果。

这种技术实现起来，正是依托了可寻址 VCSEL + SPAD 的单光子面阵技术。

在奥锐达目前研发的激光雷达样品中，工程师们对发射、接收和信息处理等核心模块进行了模块化设计和优化。

这带来的好处是，便于生产制造过程中的装配和调试；也为后续技术的迭代升级和量产打下坚实基础。

模块化设计

除了上述模块，针对本型号激光雷达，奥锐达还设计了三款接口完全兼容的收发镜头，可以按照不同的性能需求进行镜头更换。

除此之外，更大的看点是奥锐达的激光雷达产品没有多余部件，完全取消了机械部件，实现了全固态。

奥锐达将这种架构设计称之为平台化架构。

在一个平台上可以衍生出不同性能的激光雷达产品，有点类似于车企打造车型平台。

这样设计的好处在于，奥锐达可以快速适配不同厂商对于不同性能激光雷达的需求。

2、预计一年后实现 200-300 米探测距离，成本低至 200-300 美元

在单光子面阵技术以及 VCSEL + SPAD 技术的加持之下，奥锐达的激光雷达产品实现了怎样的性能？

首先，我们不能用传统多线激光雷达的参数来评判奥锐达的激光雷达产品。

因为是全固态激光雷达，已经没有线数之分。它的形式类似于安装了激光器的相机。

既然类似于相机，那它的关键性指标就是「分辨率」。

据奥锐达透露：

目前基于可量产的 VCSEL 激光器和芯片，其激光雷达产品可以做到 100 像素 *50 像素的分辨率，也就是横向 100 个像素、纵向 50 个像素。

帧率能够做到 10 帧以上，目前测试的数据是 12.5 帧。

在探测距离方面，目前奥锐达的产品在户外可以实现高反物体约 100 米的探测距离，精度达到 3 厘米。

也许有人会有疑问：现在很多激光雷达厂商动不动就能实现 200 至 300 米的探测距离，100 米是不是有点短？

对于这个问题，奥锐达认为，在未来两到三年，其采用的 VCSEL+SPAD 的激光雷达架构，整体的技术指标还有十几倍的提升空间。

这是因为，目前激光器和探测器的性能还没被充分发掘出来。未来要实现 200-300 米的探测距离，奥锐达给出的最快时间节点是 2022 年。

另一方面，由于奥锐达的激光雷达采用模块化设计，大部分器件都可以进行快捷更换。

比如，激光器和探测器可以更换为性能更高的产品；为了实现更远的探测距离，可以为激光雷达更换长焦镜头。

目前看来，100 米探测距离足以应对乘用车补盲以及其他室内自主机器人的应用。

除了分辨率、探测距离这样一些关键性能指标，在激光雷达的工程化特性方面：

• 奥锐达激光雷达产品的整机功耗做到了 12 瓦以下，其中包括了激光器、探测器、信号处理在内的整个系统的功耗。
• 在体积方面，奥锐达固态激光雷达中的核心模块差不多半个手机大小，当然还要加一些外设，比如说电源、连接器等等，以及凸起的光学镜头也要考虑在内。总体来看，在当下激光雷达越来越小型化的趋势下，奥锐达也在紧跟这一潮流。

在汽车和自动驾驶行业，谈起激光雷达最敏感的指标就是价格，那奥锐达基于新型单光子面阵技术的产品，成本能做到哪一个级别？

奥锐达的答案是 200-300 美元级别。

如何实现？

首先，是产品设计简单。

相比于现在市面上的混合固态激光雷达，奥锐达的产品没有电机、各种振镜和转镜，整体的 BOM 成本随之下降。

其次，是采用了模块化设计及 CMOS 工艺。

这种工艺在批量生产时非常标准化，成本会随着量增大而逐步缩减，这要比市面上很多采用非标工艺和特殊材料的激光雷达产品更有优势。

成本方面还有一个有意思的点在于：

奥锐达更愿意将其激光雷达产品和市面上的摄像头传感器进行对标，因为奥锐达的激光雷达产品，其实就是加装了激光器的摄像头，拥有了激光雷达和摄像头双方的优势。

3、明年有望实现量产，自主移动终端与乘用车双线并进

一切的技术创新和产品创新，只有能被大规模量产才有价值。

为了实现单光子面阵激光雷达的早日量产，奥锐达将在推进产品研发的同时，投入更多精力去建设车规级的工厂和产线，奥锐达计划在 2022 年打造一条符合 IATF 16949 标准的车规级产线。

根据奥锐达的规划，他们将基于自身在视觉技术方面的技术积累，搭建自动化激光雷达装调产线，减少人工校准，提高量产效率。

事实上，在量产方面，奥锐达的团队在智能手机领域已经有量产百万台级别光电系统的经验，在供应链上有很多资源可以共享，这将给激光雷达的自建产线量产提供支持。

而且，正是由于奥锐达激光雷达的模块化设计，每一个模块都是标准化装配，这给后续的规模量产提供了便利，甚至在进行产品升级换代之后，依然可以共用产线。

在固态激光雷达业务线上，奥锐达的商业化目标不仅仅是在乘用车上量产，还有很大的一块市场来自自主移动终端，比如服务机器人、AGV 等等。因为这一市场是当下即可参与的，相较于乘用车来说能更快落地。

而在激光雷达业务线之外，奥锐达还在智能座舱方面有 3D 摄像头的业务，主要是做近距离的 3D 感知，比如探测活体进入车内、车内有多少人、乘坐的位置，还包括人的姿态和手势，实现 DMS 和 OMS 相关的功能。

据悉，这一方面的业务目前已经有一些量产项目。

目前，奥锐达有近百人的团队规模，其中包括了技术研发人员、量产工艺人员等。接下来，奥锐达将继续扩张团队，为全固态激光雷达量产做准备。

针对固态激光雷达，奥锐达的目标是在今年内对技术和产品进行两轮迭代，同时在商业上开始接触潜在客户，并争取锁定一些意向订单。

而在智能座舱方面，将会继续跟进量产项目。

随着全新的单光子面阵技术的发布，奥锐达也从此前默默进行技术和产品开发的状态，开始更多走入公众视野，并全力以赴以推进全固态激光雷达的量产和商业化。

作为激光雷达领域的后浪，奥锐达通过单光子面阵固态激光雷达技术杀入激烈的战局。

显然，在国内机械旋转式、混合固态、Flash 固态等类型的激光雷达技术潮流中，奥锐达属于「异类」。

但奥锐达并不孤单，德国厂商 ibeo 已经证实了这条技术路线的可行性。

在 200 到 300 米的探测距离目标、 200-300 美元的极低成本特性的加持下，奥锐达最终的激光雷达产品形态非常值得期待。

接下来，就看这家公司能以多快的速度将这项创新技术推向产品化和量产。

当下，激光雷达量产上车已经形成潮流，国内先行者已经率先拿到了量产订单。

而作为新技术派的奥锐达，正跃跃欲试，随时准备抢单。

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