光達基礎知識，下一代汽車感測器

什麼是下一代汽車感測器光達？

近年來，作為自動駕駛汽車的關鍵技術，光達感測器的研發在全球範圍內取得了進展。該名稱是「光檢測和測距」的首字母縮寫詞。

光達感測器將近紅外等光引導到物體上進行掃描，並使用接收器收集散射光和反射光。這使他們能夠測量物體的速度、距離和形狀。
其原理與使用雷達通過發射無線電波和接收反射來測量到物體的距離相同。但是，通過使用波長比無線電波短得多的光，光達能夠高精度地測量距離，甚至可以確定雷達無法檢測到的物體的形狀。

光達於 1960 年代開發，並在航空航太領域發現了諸如創建地形圖等應用。由於它能夠檢測雲和氣溶膠等小顆粒，它也用於氣象學。近年來，自動駕駛技術的快速發展導致人們更加關注光達作為從遠處檢測障礙物、其他車輛、人員等的一種方式。

展望 3 級自動駕駛的普及及未來

汽車自動駕駛系統分為 1 至 5 級，光達被視為實現 3 級及以上自動駕駛的一種方式。在 1 級和 2 級自動駕駛中，人類駕駛員仍然處於控制之中，系統僅充當支援。它協助各種駕駛動作，例如在即將與障礙物發生碰撞時自動制動，在某些情況下（例如在高速公路上）保持車道位置在免提模式下，調整速度以跟隨前車，以及安全超車速度較慢的車輛。實現自動駕駛1 級和 2 級的系統稱為 ADAS（高級駕駛輔助系統）。

相比之下，在自動駕駛Levels 3 至 5 中，系統取代人類駕駛者扮演主要角色。駕駛人可以依賴系統來駕駛汽車，並且在汽車自行駕駛時，可以將視線從路面移開，做其他事情。

截至 2024 年，世界上越來越多的主要汽車製造商將發佈無需手動駕駛的 2 級自動駕駛汽車。然而，全球很少有 3 級及以上的自動駕駛汽車可用。在日本，一家國內汽車製造商在2021年僅發佈了一款限量100輛的租賃車型，但已於2023年停產。目前還沒有其他汽車製造商嘗試過類似的事情。隨著世界各地的汽車製造商競相開發 3 級及以上自動駕駛技術，各國正在努力修訂交通法規，為未來做好準備。

光達相較於其他感測器的優勢

接下來，我們將解釋光達的基本原理。要實現自動駕駛，就必須即時偵測道路上的其他車輛、行人、交通標誌、道路車道和障礙物等資訊。自主車輛配備各種感應器，包括攝影機、毫米波雷達、超音波感應器和光達，以收集周圍環境的資訊。之所以使用多種感測器，是因為每種感測器都有其優缺點。攝影機在結合人工智慧後，影像辨識的效能大幅提升，但攝影機仍有缺點 - 在夜間和惡劣天氣下效能會下降，而且難以精確測量與物體的距離。毫米波雷達即使在惡劣天氣下也能測量與物體的距離，但無法精確辨識形狀，也很難偵測到無線電波反射率低的物體和附近的物體。相反地，超音波感應器只能偵測到大約 10 公尺範圍內的附近物體，主要用於停車時前後移動時的聲納。

另一方面，光達) 能夠精確探測 200 至 300 公尺外其他車輛、障礙物和行人等物體的距離，並能精確偵測其 3D 形狀。與相機不同，它能夠在夜間探測物體。與高解析度地圖配合使用時，光達可以保持車輛的恆定精確位置。因此，它被認為是 3 級及以上自動駕駛的必備技術。

新型測距技術“FMCW方式”的優點

目前，光達感測器使用一種稱為 ToF（飛行時間）的方法來測量距離。在 ToF 中，光達感測器釋放光脈衝，並透過測量接收器偵測到物體反射光的時間來確定距離。然而，這種方法有缺點——它很容易受到其他光源的影響，並且在雨霧等惡劣天氣下表現會下降。

一種名為 FMCW（調頻連續波）的測量方法有望解決這些問題。在 FMCW 中，光達感測器會釋放調頻光。當光線從物體反射並返回光達感測器上的接收器時，其頻率與最初釋放的光不同。可以透過兩次調頻之間的差值來計算物體的距離和速度。

與 ToF 相比，FMCW 可以探測到更弱的光訊號，受其他光源、雨水和霧氣的影響較小，並且能夠測量更遠距離物體的距離。此外，FMCW 還具有計算物體速度的一大優勢，這是由於當物體（例如另一輛汽車）靠近或遠離車輛時，多普勒效應會導致頻率變化。由於這些優勢，FMCW 被視為下一代光達，並已成為全球研發的焦點。

雖然光達被視為為下一代自動駕駛汽車感測器提供動力的主要競爭者，但其使用目前僅限於少數豪華汽車。主要有兩個原因，即高性能光達非常昂貴，只有幾十萬日元，而且大型設備只能安裝在某些區域，從而限制了外觀設計。

Flash光達的成本和尺寸縮減潛力

除了不同的測距方法外，光達還有許多其他變體，例如雷射和光掃描方法等，各有不同。目前正在開發的一種掃描方法稱為「閃光」。早期的光達被稱為機械式，它透過馬達旋轉鏡子並投射光線，從而掃描大範圍內的物體。而閃光光達則是透過投射漫射雷射來偵測物體。由於無需馬達和其他可移動部件，因此預計閃光光達將能夠縮小尺寸並降低製造成本。

利用光操控技術協助自動駕駛

迪睿合多年來致力於自由操控光的技術研發。如今，我們擁有豐富的產品和知識，能夠為支援下一代自動駕駛的光達技術的發展做出貢獻。

我們的防反射膜廣泛用於顯示器和智能手機，可用於光達，以抑制眩光等光雜訊，並提高所需光頻率的透射率。精確控制光漫射對於閃光燈光達是必要的，我們為投影儀開發的擴散器技術也可以在這裡應用。此外，我們使用智慧手機相機部件和數碼相機鏡頭的專用粘合劑和精密粘合樹脂開發的高精度固定技術，可用於光達和車載攝像頭等感測器的準確固定，並實現穩定檢測。

迪睿合將持續致力於自動駕駛技術的發展，努力實現人們能夠安全、便利、自由出行的未來。