1. 激光雷达的分类

激光发射器按波长可主要分为近红外和短波红外两种；

按集成度主要可分为EEL（边发射激光器）和VCSEL（垂直腔面发射激光器）两种；

激光探测器按集成度和感光灵敏度主要分为APD（雪崩光电二极管）和SPAD（单光子光电探测雪崩二极）等；

按扫描部件，可分机械旋转式、混合固态与纯固态。

1.1. 按测距方法分类

ToF是最主流的测距方案，但Mobileye、Aeva及Blackmore（已被Aurora收购）等公司则是从一开始就采用了FMCW测距方案。FMCW和TOF几乎是两个独立的品类，除了光学镜头、扫描器件相似，其他都完全不同。

ToF激光雷达的结构分为激光发射器、激光探测器及扫描部件三部分。

1.1.1. dTOF

飞行时间法，通过记录发射一束激光脉冲与探测器接收到回波信号的时间差，直接计算目标物与传感器之间的距离

1.1.2. iTOF

通过测量相位偏移间接测量飞行时间，分为FMCW和AMCW

FMCW是通过在时间上调整激光频率并检测发射与回波间的拍频信号，同时完成对目标物距离及速度的探测。

1.2. 按扫描方式分类

1.2.1. 机械

机械部分（扫描模块）和电子部分（激光收发模块）都在运动——被电机带着360度旋转。

1.2.2. 固态

不仅激光收发模块不运动，而且，扫描模块也没有机械运动。纯固态方案主要有OPA和Flash两种。

主流厂商也很少有在开发OPA产品的；Ibeo、大陆、Ouster等公司的纯固态激光雷达，都是基于Flash方案。其中，Ouster公司的Flash激光雷达已搭载在多家公司的无人卡车、矿车、环卫车上了。

1.2.3. 混合固态

激光收发模块是不运动的，只有扫描模块在运动。按扫描模块的运动方式划分，混合固态又分为MEMS、转镜式和棱镜式三种

1.3. 按扫描部件分类

1.3.1. MEMS

代表公司有Innoviz、速腾聚创、先锋

• 优点

首先，MEMS 微振镜帮助激光雷达摆脱了笨重的马达、多棱镜等机械运动装置，毫米级尺寸的微振镜大大减少了激光雷达的尺寸，提高了可靠性。

其次是成本，MEMS 微振镜的引入可以减少激光器和探测器数量，极大地降低成本。传统的机械式激光雷达要实现多少线束，就需要对应的发射模块与接收模块数量。而采用二维 MEMS 微振镜，仅需要一束激光光源，通过一面 MEMS 微振镜来反射激光器的光束。两者采用微秒级的频率协同工作，通过探测器接收后达到对目标物体进行 3D 扫描的目的。与多组发射/接收芯片组的机械式激光雷达结构相比，MEMS 激光雷达对激光器和探测器的数量需求明显减少。

最后是分辨率，MEMS 振镜可以精确控制偏转角度，而不像机械激光雷达那样只能调整马达转速。

• 缺点

信噪比低，和有效距离短，及 FOV 太窄。因为 MEMS 只用一组发射激光和接收装置，那么信号光功率必定远低于机械激光雷达。同时 MEMS 激光雷达接收端的收光孔径非常小，远小于机械激光雷达，而光接收峰值功率与接收器孔径面积成正比，这导致功率进一步下降。以上意味着信噪比降低，同时有效探测距离缩短。扫描系统分辨率由镜面尺寸与最大偏转角度的乘积共同决定。镜面尺寸越大，偏转角度就越小。而镜面尺寸越大，分辨率就越高。

1.3.2. 转镜式

MEMS的扫描镜是围绕着某条直径上下振动，而转镜则是围绕着圆心旋转。这种扫描方式，意味着功耗比较低，散热难度低，因而也容易实现比较高的可靠性。

转镜方案分一维转镜（Ibeo、禾赛）和二维转镜（Luminar、Innovusion）两种，所谓一维转镜，即只有一面扫描镜，二维转镜即有一纵一横两面扫描镜。一维转镜是有多少线就有多少个激光发射器，这意味着在做高线数产品时不仅成本高，而且集成难度很大，因而线数很难做高（法雷奥的Scala 1只有4线，Scala 2也只有16线，原因便在于此）；二维转镜则跟MEMS类似，是只用数量很少的激光发射器，通过扫描镜高速旋转中的折射和反射来达到“多线”的效果，这样不仅可节省激光器的成本，也可做高“线数”。

缺点是 FOV 受限制、可靠度存疑、信噪比低、有效距离短。优点是成本低。

代表玩家有法雷奥、Luminar、Innovusion及华为

第一个过车规的激光雷达即法雷奥的Scala就是基于转镜式方案，因为这一方案容易过车规已经过验证了，其他主打前装量产市场的厂商们也纷纷效仿。

1.3.3. 棱镜式

使用的是非重复扫描技术，这意味着，其需要搭配的算法跟主流基于重复扫描技术的激光雷达不同。

优点：与MEMS和二维转镜方案相比，棱镜式方案用的激光发射器数量更多，也能达到更高的点云密度、更远的探测距离

缺点：会引入不必要的尺寸增加，存在轴承或衬套的磨损，随时间推移影响寿命。Livox在做无人机时积累了精密电机制造技术，有信心克服这一困难，而目前其他厂商鲜有去探索这一技术的。

1.4. 按波长分类

下图显示了各种激光雷达制造商的名单，这些制造商涵盖了知名的Tier1到全球所有地区的初创公司。据市场报告和公开信息，这些公司中的绝大多数都在近红外（NIR）波长下操作他们的激光雷达，而不是短波红外（SWIR）波长。

1.4.1. 905nm

在905nm处，太阳辐射量比1550nm处高约3倍，这意味着近红外系统必须面对更多可能干扰传感器的噪声。但这只是为激光雷达系统选择波长时需要考虑的因素之一。

1.4.2. 1550nm

优点是有更高的人眼安全阈值，光纤激光器也有更好的光斑质量。

缺点是技术目前成熟度较低，成本高，体积和功耗都很大，比较难做到车规量产。

2. 按发射器分类

2.1. EEL 型激光二极管

通常有 905 纳米和 1550 纳米两种，材料则包括硅、GaAs （砷化镓）、InP（磷化铟）三种

2.2. VCSEL

垂直腔面发射型，通常以阵列形式出现

2.3. 光纤激光管

3. 按接收器分类

3.1. PIN 二极管

没有任何增益

3.2. APD，雪崩二极管

APD工作在光电二极管的线性区，其动态范围可达106~107，能在各种极端光照环境下稳定工作。

3.3. SPAD，即单光子阵列

SPAD灵敏度更高、能实现更长的弱光探测距离，但其缺点也很明显——由于SPAD极为敏感，每次探测之后都需要时间来恢复，如果背景光噪声较强，SPAD会由于频繁的误触发而处于一种“疲劳”的状态，点云噪点会明显增多，量程也会因此衰减，另外高温也会进一步影响SPAD的噪声水平，在原有的暗计数、后脉冲效应、串扰等不利因素的基础上，加剧性能的恶化。

3.4. MPPC 或 SiPM

近似于 SPAD

4. 固态激光雷达

4.1. MEMS激光雷达

原理：MEMS激光雷达通过在硅基芯片上集成的MEMS微振镜来代替传统的机械式旋转装置，由微振镜反射激光形成较广的扫描角度和较大的扫描范围。

优点：MEMS微振镜相对成熟，可以以较低的成本和较高的准确度实现固态激光扫描（只有微小的微振镜振动），并且可以针对需要重点识别的物体进行重点扫描，落地快；

缺点：并没有解决接收端的问题，光路较复杂，仍然存在微振镜的振动，这个结构会影响整个激光雷达部件的寿命，并且激光扫描受微振镜面积限制，与其他技术路线在扫描范围上有一定差距。

典型企业和产品：Velodyne的Velarray系列，LeddarTech，innoluce，Innoviz，Fujitsu, Toyota，Draper。

4.2. 光学相控阵激光雷达

英文是Optical Phased Array，缩写为OPA

原理：光学相控阵OPA固态激光雷达原理是多处振动产生的波相互叠加，有的方向互相增强，有的方向抵消，采用多个光源组成阵列，通过控制各光源发射的时间差，可以合成角度灵活、精密可控的主光束。

优点：没有任何机械部件，结构相对简单，精度高，体积小，成本低。

缺点：在主光束以外会形成“旁瓣”，到时能量分散，并且阵列单元尺寸小于500 nm，对加工精度要求高，扫描角度有限，接收端方案薄弱，接收面大、信噪比较差。

典型企业和产品：Quanergy的S3，Blackmore, Strobe。

4.3. 3D Flash激光雷达

原理：3D Flash激光雷达以一次脉冲向全视野发射，利用飞行时间成像仪接收反射信号并成像，发射的激光波长是关键因素。如果使用905 nm，虽然成本较低，但功率受限，因此探测距离不够远。若使用1550 nm，在接收上需要更高成本的探测器，目前尚没有商用条件。也有一批厂商采用Flash技术路线，对成本和人眼保护的平衡形成了一定的解决方案。

优点：全固态，没有移动部件；发射端方案较成熟，成本较低；容易通过车规级检验。

缺点：采用单脉冲测量，单脉冲需要较高的能量，峰值功率能达到上百千瓦至兆瓦级别，需要搭载固体激光器，而固体激光器成本很高，且闪光能量可能伤害人眼安全，受严格限制。

典型企业和产品：LeddarTech的LCA3，Tetravue，Princeton Lightwave，Trilumina (VCSEL阵列)，Toyota丰田，ESPROS的EPC660/635系列面阵，Advanced Scientific Concepts(ASC)，TI的OPT8241等；

参考文献

车载激光雷达将走向何方？美股五大LiDAR上市公司技术路线比较！

远离参数之争，深度解读Livox 激光雷达车规之路

全球激光雷达产业链，就看这里 - 知乎

和机械式旋转激光雷达相比，MEMS固态激光雷达有哪些优势和劣势？ - 知乎

揭开激光雷达的神秘面纱：关于波长的大辩论

关于激光雷达，投资者及车企感兴趣的12个问题