解决工业传感难题，工业激光雷达的多种选择

电子发烧友网报道（文/李宁远）近年来，激光雷达在很多应用领域受到热捧，而激光雷达从机械式到半固态、再到全固态，从庞大体型到芯片化、集成化，激光雷达的技术路径和形态也正在经历革命性转变。工业领域，激光雷达应用正越来越多。
 
工业激光雷达受益自动化升级增速上涨
 
工业雷达受益于工厂自动化程度的提升，其用量开始迅速增加。另一方面，新基建中的智慧交互、交通监控也迫切地需求高精度传感器件。物流、仓储移动机器人的兴起也是工业级雷达市场容量非常大的一片蓝海市场。
 
根据YOLE数据，工业激光雷达的市场走势非常好，从2021年到2026年年复合增长率维持在了28%。从传统工业到智慧城市、智慧交通到最后一公里的仓储物流，包括新兴的工业类复合消费类的应用领域都呈增长态势。
 
其中工厂自动化类应用增速最高，年复合增长率达到了37%。针对下一阶段激光雷达工业应用的目标市场，根据艾迈斯欧司朗给出的分析，主要集中在激光测距仪、自动导引车、无人机/机器人以及交通监控屏这几大领域。
 
工业激光雷达不同的硬件架构
 
激光雷达的整个系统构造分为四大部分，处理控制部分和ASIC部分负责光学信号处理，发射单元和接收单元负责感知。发射器端除了激光，还有一个驱动，再加上透镜，就构成了发射器模组。激光测距的原理非常简单，对比所有的测距方法属于不算难的那一类。但这里面有很多问题需要解决，这束光如何发射出去，发射出什么样的光形又需要通过什么样的处理等等。
 
这些都和激光器以及驱动息息相关。众所周知，激光器是激光雷达应用的核心器件，这也紧密地关系着激光雷达的技术路线与目标市场。EEL和VCSEL激光器是目前最主流的一个选择。从实现的效果来看，体现在测距能力、角度分辨率以及视场大小上。
 
目前来讲激光雷达都是通过非常高的功率（大概在100多瓦）与非常短的脉冲来实现激光的发射，具体的脉冲信号强度和发射模组中的驱动有关。在10%反射率的情况下，激光雷达能检测多远的距离，视场能有多大，都是直接受硬件构成的影响。
 
不同光束扫描方式在视场、测距范围上的表现也不尽相同。目前只有机械旋转式的激光雷达通过旋转镜能在视场上达到360°，其他扫描方式的视场范围均在180°以下。旋转式的激光雷达虽然视场范围、测距范围都很大，但是目前来说其在稳定性、体积还有成本上都还有没有完全解决的挑战。
 
棱镜扫描和MEMES镜头扫描相对来说技术成熟度更高，视场则小一些，在抗扰和光学设计上处理起来稍微有些复杂。固态激光雷达则没有旋转部件，视场小但性能高，不过需要平衡距离和分辨率。
 
在棱镜扫描和MEMES扫描的激光雷达系统中，EEL覆盖了长中短距的各种应用，是非常理想的光源。在全区域爆闪模式下的固态激光雷达，则根据距离的要求而选择VCSEL或EEL。而应用在分区控制等固态激光雷达应用则可以充分利用VCSEL的多发光孔的特性，实现1D/2D控制。
 
总的来说，对应于应用场景的需求，扫描方式从单线机械旋转、多线机械卸旋转到MEMS再到全固态，都需要在视场、图像分辨率与成本上做平衡，这样一来扫描方式的选择就才比较有针对性。
 
测距方法的选择同样十分多样，TOF优势在于综合成本很有性价比；FMCM的优势在于长距离感测的效果拔群，而且抗干扰能力很强；dTOF则技术成熟度很高，综合成本和优势都很明显，也是市场上的主导方案。
 
小结
 
随着像素密度愈来愈高，体积越来越小，激光雷达工业应用传感器中的比重会越来越大。激光雷达性能优势继续保持的同时，成本方面随着使用数量增长价格也将进一步下探。很多传感视觉传感器无法覆盖的工业感知应用，现在不少都通过激光雷达解决了感知难题。