激光雷达基础知识，下一代汽车传感器

什么是下一代汽车传感器激光雷达？

近年来，作为自动驾驶汽车的关键技术，激光雷达传感器的研发在全球范围内取得了进展。该名称是“光检测和测距”的首字母缩写词。

激光雷达传感器将近红外等光引导到物体上进行扫描，并使用接收器收集散射光和反射光。这使他们能够测量物体的速度、距离和形状。
其原理与使用雷达通过发射无线电波和接收反射来测量到物体的距离相同。但是，通过使用波长比无线电波短得多的光，激光雷达能够高精度地测量距离，甚至可以确定雷达无法检测到的物体的形状。

激光雷达于 1960 年代开发，并在航空航天领域发现了诸如创建地形图等应用。由于它能够检测云和气溶胶等小颗粒，它也用于气象学。近年来，自动驾驶技术的快速发展导致人们更加关注激光雷达作为从远处检测障碍物、其他车辆、人员等的一种方式。

展望 3 级自动驾驶的普及及未来

汽车自动驾驶系统分为 1 至 5 级，激光雷达被视为实现 3 级及以上自动驾驶的一种方式。在 1 级和 2 级自动驾驶中，人类驾驶员仍然处于控制之中，系统仅充当支持。它协助各种驾驶动作，例如在即将与障碍物发生碰撞时自动制动，在某些情况下（例如在高速公路上）保持车道位置在免提模式下，调整速度以跟随前车，以及安全超车速度较慢的车辆。实现自动驾驶1 级和 2 级的系统称为 ADAS（高级驾驶辅助系统）。

相比之下，该系统取代了 3 至 5 级自动驾驶人类驾驶员担任主要角色。驾驶员可以依靠该系统来驾驶汽车，并且可以在车辆自行驾驶时将视线从道路上移开并执行其他作。

截至 2024 年，世界上越来越多的主要汽车制造商将发布无需手动驾驶的 2 级自动驾驶汽车。然而，全球很少有 3 级及以上的自动驾驶汽车可用。在日本，一家国内汽车制造商在 2021 年仅发布了一款限量 100 辆的租赁车型，但已于 2023 年停产。目前还没有其他汽车制造商尝试过类似的事情。随着世界各地的汽车制造商竞相开发 3 级及以上自动驾驶技术，各国正在努力修订交通法规，为未来做好准备。

激光雷达相较于其他传感器的优势

接下来，我们将解释激光雷达的基础知识。要启用自动驾驶，必须实时检测道路上的其他车辆、行人、交通标志、车道和障碍物等信息。自动驾驶汽车配备了各种传感器，包括摄像头、毫米波雷达、超声波传感器和激光雷达，以从周围环境中收集信息。使用多个传感器是因为每种传感器都有其优点和缺点。与 AI 结合使用时，相机在图像识别方面的性能得到了显著提高，但相机仍然存在缺点，即在夜间和恶劣天气下性能会下降，并且难以准确测量与物体的距离。毫米波雷达即使在恶劣天气下也可以测量与物体的距离，但它无法准确识别形状，并且难以检测无线电波反射率低的物体和附近的物体。相反，超声波传感器只能检测大约 10 米范围内的附近物体，主要用于停车时前后移动时的声纳。

另一方面，激光雷达) 能够精确探测 200 至 300 米外其他车辆、障碍物和行人等物体的距离，并能精确检测其 3D 形状。与摄像头不同，它能够在夜间探测物体。与高分辨率地图配合使用时，激光雷达可以保持车辆的恒定精确位置。因此，它被认为是 3 级及以上自动驾驶的必备技术。

新型测距技术“FMCW方式”的优点

目前，激光雷达传感器使用一种称为 ToF（飞行时间）的方法来测量距离。在 ToF 中，激光雷达传感器释放光脉冲，并通过测量接收器检测到物体反射光的时间来确定距离。然而，这种方法存在缺点——它很容易受到其他光源的影响，并且在雨雾等恶劣天气下性能会下降。

一种名为 FMCW（调频连续波）的测量方法有望解决这些问题。在 FMCW 中，激光雷达传感器会释放调频光。当光从物体反射并返回激光雷达传感器上的接收器时，其频率与最初释放的光不同。可以通过两次调频之间的差值来计算物体的距离和速度。

与 ToF 相比，FMCW 可以探测到更弱的光信号，受其他光源、雨水和雾气的影响较小，并且能够测量更远距离物体的距离。此外，FMCW 还具有计算物体速度的一大优势，这是由于当物体（例如另一辆汽车）靠近或远离车辆时，多普勒效应会导致频率变化。由于这些优势，FMCW 被视为下一代激光雷达，并已成为全球研发的焦点。

虽然激光雷达被视为为下一代自动驾驶汽车传感器提供动力的主要竞争者，但其使用目前仅限于少数豪华汽车。主要有两个原因，即高性能激光雷达非常昂贵，只有几十万日元，而且大型设备只能安装在某些区域，从而限制了外观设计。

Flash激光雷达的成本和尺寸缩减潜力

除了不同的测距方法外，激光雷达还有许多其他变体，例如激光和光扫描方法等，各有不同。目前正在开发的一种扫描方法称为“闪光”。早期的激光雷达被称为机械式，它通过电机旋转镜子并投射光线，从而扫描大范围内的物体。而闪光激光雷达则通过投射漫射激光来检测物体。由于无需电机和其他可移动部件，因此预计闪光激光雷达将能够缩小尺寸并降低制造成本。

利用光操控技术助力自动驾驶

迪睿合多年来一直致力于自由操控光的技术研发。如今，我们拥有丰富的产品和知识，能够为支持下一代自动驾驶的激光雷达技术的发展做出贡献。

我们的防反射膜广泛用于显示器和智能手机，可用于激光雷达，以抑制眩光等光噪声，并提高所需光频率的透射率。精确控制光漫射对于闪光灯激光雷达是必要的，我们为投影仪开发的扩散器技术也可以在这里应用。此外，我们使用智能手机相机部件和数码相机镜头的专用粘合剂和精密粘合树脂开发的高精度固定技术，可用于激光雷达和车载摄像头等传感器的准确固定，并实现稳定检测。

迪睿合将继续致力于自动驾驶技术的发展，努力实现人们能够安全、便捷、自由出行的未来。