​單光子面陣技術，激光雷達後浪奧鋭達的殺手鐧

經過過去 6 年的技術積累與商業化拓展，激光雷達迎來了量產上車的高潮。

市面上一批混合固態激光雷達成為了車企們的心頭好。

如果將視角放到更長遠的週期來看，業內普遍認為全固態才是激光雷達傳感器的未來，而現階段的混合固態激光雷達（比如蔚來 ET7 上搭載的 Innovusion 以及小鵬 P5 上搭載的 Livox）仍是階段性產品。

奔赴全固態化，目前行業內主流的技術路徑包括 OPA 光學相控陣技術、 Flash 快閃技術以及焦平面（Focal Plane Array）掃描技術。

OPA 光學相控陣技術最具代表性的廠商是 Quanergy。

但近幾年內，因為技術難度過高、成本居高不下，Quanergy 已逐步退出主流市場競爭的舞台。

國際 Tier 1 大陸正在研發的激光雷達屬於 Flash 快閃技術，該項技術由於發射能量分散、接收端需要在設計複雜度和接收效率之間做出合理平衡，因此測距範圍較為受限。

激光雷達走向全固態，為的就是便於車規級量產、降低成本，最終走向普及。

為了實現這一目標，國際老牌激光雷達廠商 ibeo 已經推出了一項區別於 OPA 以及 Flash 的全新固態激光雷達技術方案——單光子面陣技術，採用的是焦平面（Focal Plane Array）掃描的方式。

圖片來源於網絡

基於這一方案，ibeo 打造了號稱全球首款的 4D 全固態激光雷達 ibeoNEXT，目前 ibeoNEXT 已經確認要在長城的量產車型上搭載。

此外美國上市公司 Ouster 也推出了基於焦平面掃描方案的 ES2 全固態激光雷達，並計劃於 2024 年進行量產。

而在國內，也有一家激光雷達領域的後浪，最近正式發佈了自家的單光子面陣固態激光雷達技術，並且在官網公開了測試 Demo。

據汽車之心瞭解，這是國內激光雷達公司首次展示單光子面陣技術 Demo。

這家激光雷達公司就是——奧鋭達（Oradar）。

奧鋭達脱胎於 3D 視覺技術供應商奧比中光，是一家獨立運營的子公司。

作為激光雷達技術的長期觀察者，為了一探「單光子面陣技術」的究竟，汽車之心聯繫到了奧鋭達團隊，深入瞭解了這類技術的創新點和獨特性，也對這位激光雷達後浪有了更完整的認知。

1、國產首發：單光子面陣固態激光雷達

此前很長一段時間內，奧鋭達都在低調潛行，外界對這家公司基本沒有認知。

工商信息顯示，奧鋭達成立於 2019 年 4 月，目前作為奧比中光的子公司進行獨立運營。

這家公司在過去兩年的時間裏，進行了多次激光雷達技術預研，而且對市面上的激光雷達技術和產品進行了調研和技術開發儲備。

因為有奧比中光的背景，使得奧鋭達不像其他大多數創業公司那樣，着急融資或發佈產品 Demo。

也因此，奧鋭達團隊有了更多時間思考和嘗試到底要走哪一條技術路線，設計一款怎樣的激光雷達產品。

面向未來，奧鋭達團隊思考的是：

• 幾年之後，等產品上市之時，在性能上是不是還有競爭力？
• 到那時，產品是不是具備可量產性？能不能滿足車規級要求？

基於這些思考，奧鋭達團隊認為，他們自主研發的激光雷達必須具備以下特點：

其一，技術上能夠實現，工藝必須成熟；

其二，模塊化、可量產；

奧鋭達研發的激光雷達，必須按照高度標準化的半導體工藝來製造，也就是所謂的 CMOS 工藝（互補金屬氧化物半導體）。

因為只有這樣，才能進行大批量生產，同時可保證產品高度的一致性。

汽車之心瞭解到，奧鋭達團隊在 3D 傳感技術上已經有諸多積累。

團隊大多數成員擁有光電系統以及 3D 傳感器的核心設計能力，掌握了包括 2D 成像系統，結構光、iToF 3D 視覺系統在內的系統仿真、設計、實現與標定等核心能力。

此外，團隊成員在手機的光學系統領域有大量的設計和量產經驗，並且對這個領域的產業鏈上下游無比熟悉。

特別值得一提的是，奧鋭達的團隊成員是中國最早把 VCSEL（垂直腔面發射激光器）技術引入到國內，並集成到手機上的。他們對 VCSEL 的技術、應用以及產業鏈都有非常深刻的認知。

激光雷達傳感器，本質上也是一套光電系統，對 VCSEL 技術的應用也很廣泛。

奧鋭達基於團隊自身的技術積累，特別是 3D 傳感技術的長板，再加上此前對市面上激光雷達技術路線的調研，最終奧鋭達選擇了一條全新的技術路徑——VCSEL（激光發射器）+SPAD（探測器）的單光子面陣固態激光雷達。

Flash 固態激光雷達技術，其原理是向目標探測區域發射一個均勻的面光源，利用接收器接收返回來的光進行成像。

雖然這種技術方案擺脱了對掃描部件的依賴，十分有利於提升系統的整體可靠性，但是這種方式的光源能量分散，導致探測距離受限。

而奧鋭達選擇的單光子面陣技術，採用了可控的多光束掃描技術，對 VCSEL 激光器的點陣結構光源進行逐區點亮後對外發射，通過電子掃描的方式完成視場範圍內的激光雷達點雲獲取。

單光子面陣技術

在技術上，這種可控的多光束掃描光源被稱之為可尋址 VCSEL（Addressable VCSEL）。

它的發光效率非常高，相較於 Flash 方案，其發射光峯值功率密度和信號信噪比均顯著提高。

因此，這種方式可以在相同的發光功率條件大大提升激光雷達傳感器的探測距離。

這種掃描方式非常適合進行芯片化和小型化，且能夠最大限度的減少外圍電路的複雜程度並實現全固態掃描。

除了可控的多光束掃描技術，奧鋭達的激光雷達方案還可以通過調整 TCSPC（Time-Correlated Single Photon Counting，時間相關單光子計數器）次數動態來設置不同探測區域的測距性能，合理分配系統能力。

這項技術聽起來是不是有點複雜？

簡單來説，就是「指哪打哪」——「哪裏看不清指哪裏」：

事實上，VCSEL 光源其實是在幾納秒的時間裏，將光發射出去，再接收回來，在百微秒量級的時間內，可以發射出成百上千個光的脈衝，之後再接收回來。

這些脈衝累積起來經過處理後，就形成了激光雷達點雲。

在這種情況下，如果我們對圖像裏某處很感興趣，或者説這一處需要看得更清楚，那我們可以讓系統對其更多掃描或者打上更多脈衝光，對局部區域進行更精細的掃描，最終獲得我們想要的效果。

這種技術實現起來，正是依託了可尋址 VCSEL + SPAD 的單光子面陣技術。

在奧鋭達目前研發的激光雷達樣品中，工程師們對發射、接收和信息處理等核心模塊進行了模塊化設計和優化。

這帶來的好處是，便於生產製造過程中的裝配和調試；也為後續技術的迭代升級和量產打下堅實基礎。

模塊化設計

除了上述模塊，針對本型號激光雷達，奧鋭達還設計了三款接口完全兼容的收發鏡頭，可以按照不同的性能需求進行鏡頭更換。

除此之外，更大的看點是奧鋭達的激光雷達產品沒有多餘部件，完全取消了機械部件，實現了全固態。

奧鋭達將這種架構設計稱之為平台化架構。

在一個平台上可以衍生出不同性能的激光雷達產品，有點類似於車企打造車型平台。

這樣設計的好處在於，奧鋭達可以快速適配不同廠商對於不同性能激光雷達的需求。

2、預計一年後實現 200-300 米探測距離，成本低至 200-300 美元

在單光子面陣技術以及 VCSEL + SPAD 技術的加持之下，奧鋭達的激光雷達產品實現了怎樣的性能？

首先，我們不能用傳統多線激光雷達的參數來評判奧鋭達的激光雷達產品。

因為是全固態激光雷達，已經沒有線數之分。它的形式類似於安裝了激光器的相機。

既然類似於相機，那它的關鍵性指標就是「分辨率」。

據奧鋭達透露：

目前基於可量產的 VCSEL 激光器和芯片，其激光雷達產品可以做到 100 像素 *50 像素的分辨率，也就是橫向 100 個像素、縱向 50 個像素。

幀率能夠做到 10 幀以上，目前測試的數據是 12.5 幀。

在探測距離方面，目前奧鋭達的產品在户外可以實現高反物體約 100 米的探測距離，精度達到 3 厘米。

也許有人會有疑問：現在很多激光雷達廠商動不動就能實現 200 至 300 米的探測距離，100 米是不是有點短？

對於這個問題，奧鋭達認為，在未來兩到三年，其採用的 VCSEL+SPAD 的激光雷達架構，整體的技術指標還有十幾倍的提升空間。

這是因為，目前激光器和探測器的性能還沒被充分發掘出來。未來要實現 200-300 米的探測距離，奧鋭達給出的最快時間節點是 2022 年。

另一方面，由於奧鋭達的激光雷達採用模塊化設計，大部分器件都可以進行快捷更換。

比如，激光器和探測器可以更換為性能更高的產品；為了實現更遠的探測距離，可以為激光雷達更換長焦鏡頭。

目前看來，100 米探測距離足以應對乘用車補盲以及其他室內自主機器人的應用。

除了分辨率、探測距離這樣一些關鍵性能指標，在激光雷達的工程化特性方面：

• 奧鋭達激光雷達產品的整機功耗做到了 12 瓦以下，其中包括了激光器、探測器、信號處理在內的整個系統的功耗。
• 在體積方面，奧鋭達固態激光雷達中的核心模塊差不多半個手機大小，當然還要加一些外設，比如説電源、連接器等等，以及凸起的光學鏡頭也要考慮在內。總體來看，在當下激光雷達越來越小型化的趨勢下，奧鋭達也在緊跟這一潮流。

在汽車和自動駕駛行業，談起激光雷達最敏感的指標就是價格，那奧鋭達基於新型單光子面陣技術的產品，成本能做到哪一個級別？

奧鋭達的答案是 200-300 美元級別。

如何實現？

首先，是產品設計簡單。

相比於現在市面上的混合固態激光雷達，奧鋭達的產品沒有電機、各種振鏡和轉鏡，整體的 BOM 成本隨之下降。

其次，是採用了模塊化設計及 CMOS 工藝。

這種工藝在批量生產時非常標準化，成本會隨着量增大而逐步縮減，這要比市面上很多采用非標工藝和特殊材料的激光雷達產品更有優勢。

成本方面還有一個有意思的點在於：

奧鋭達更願意將其激光雷達產品和市面上的攝像頭傳感器進行對標，因為奧鋭達的激光雷達產品，其實就是加裝了激光器的攝像頭，擁有了激光雷達和攝像頭雙方的優勢。

3、明年有望實現量產，自主移動終端與乘用車雙線並進

一切的技術創新和產品創新，只有能被大規模量產才有價值。

為了實現單光子面陣激光雷達的早日量產，奧鋭達將在推進產品研發的同時，投入更多精力去建設車規級的工廠和產線，奧鋭達計劃在 2022 年打造一條符合 IATF 16949 標準的車規級產線。

根據奧鋭達的規劃，他們將基於自身在視覺技術方面的技術積累，搭建自動化激光雷達裝調產線，減少人工校準，提高量產效率。

事實上，在量產方面，奧鋭達的團隊在智能手機領域已經有量產百萬台級別光電系統的經驗，在供應鏈上有很多資源可以共享，這將給激光雷達的自建產線量產提供支持。

而且，正是由於奧鋭達激光雷達的模塊化設計，每一個模塊都是標準化裝配，這給後續的規模量產提供了便利，甚至在進行產品升級換代之後，依然可以共用產線。

在固態激光雷達業務線上，奧鋭達的商業化目標不僅僅是在乘用車上量產，還有很大的一塊市場來自自主移動終端，比如服務機器人、AGV 等等。因為這一市場是當下即可參與的，相較於乘用車來説能更快落地。

而在激光雷達業務線之外，奧鋭達還在智能座艙方面有 3D 攝像頭的業務，主要是做近距離的 3D 感知，比如探測活體進入車內、車內有多少人、乘坐的位置，還包括人的姿態和手勢，實現 DMS 和 OMS 相關的功能。

據悉，這一方面的業務目前已經有一些量產項目。

目前，奧鋭達有近百人的團隊規模，其中包括了技術研發人員、量產工藝人員等。接下來，奧鋭達將繼續擴張團隊，為全固態激光雷達量產做準備。

針對固態激光雷達，奧鋭達的目標是在今年內對技術和產品進行兩輪迭代，同時在商業上開始接觸潛在客户，並爭取鎖定一些意向訂單。

而在智能座艙方面，將會繼續跟進量產項目。

隨着全新的單光子面陣技術的發佈，奧鋭達也從此前默默進行技術和產品開發的狀態，開始更多走入公眾視野，並全力以赴以推進全固態激光雷達的量產和商業化。

作為激光雷達領域的後浪，奧鋭達通過單光子面陣固態激光雷達技術殺入激烈的戰局。

顯然，在國內機械旋轉式、混合固態、Flash 固態等類型的激光雷達技術潮流中，奧鋭達屬於「異類」。

但奧鋭達並不孤單，德國廠商 ibeo 已經證實了這條技術路線的可行性。

在 200 到 300 米的探測距離目標、 200-300 美元的極低成本特性的加持下，奧鋭達最終的激光雷達產品形態非常值得期待。

接下來，就看這家公司能以多快的速度將這項創新技術推向產品化和量產。

當下，激光雷達量產上車已經形成潮流，國內先行者已經率先拿到了量產訂單。

而作為新技術派的奧鋭達，正躍躍欲試，隨時準備搶單。

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