毫無(wú)疑問(wèn)，技術(shù)創(chuàng)新正在重塑汽車行業(yè)。將汽車轉(zhuǎn)變成智能機(jī)器的概念，提供了終極的出行便利性，同時(shí)也顯著提高了安全性，著實(shí)極具誘惑且令人興奮。將激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)融合到自動(dòng)駕駛汽車（AV）專用傳感器組合中，有望使汽車變得更加智能。過(guò)去幾年來(lái)，激光雷達(dá)已經(jīng)在消費(fèi)電子領(lǐng)域的無(wú)數(shù)3D深度感測(cè)應(yīng)用中證明了其準(zhǔn)確性和可靠性。

目前，激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體積往往較龐大，且沒(méi)有設(shè)計(jì)美感，一般被安裝在汽車頂部，可以探測(cè)汽車周圍360度的環(huán)境。同時(shí)，在這些測(cè)試車輛的后備箱里還裝滿了影響日常使用的計(jì)算機(jī)。其挑戰(zhàn)在于成本和性能之間的平衡。目前的激光雷達(dá)系統(tǒng)存在信號(hào)不足的問(wèn)題，沒(méi)有足夠的反射光返回傳感器以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離感測(cè)。在此背景下，要使系統(tǒng)更小、成本更低將面臨更大的挑戰(zhàn)。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，帶通濾波器、分束器和窗口，對(duì)激光雷達(dá)系統(tǒng)的整體信噪比至關(guān)重要。光子信號(hào)不足的系統(tǒng)需要盡可能最好的光學(xué)器件，以便實(shí)現(xiàn)100米以上長(zhǎng)距離探測(cè)，以及應(yīng)對(duì)雨、霧、雪等各種不利的光照條件。每個(gè)光子的丟失，都會(huì)對(duì)激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能帶來(lái)負(fù)面影響。從光學(xué)角度來(lái)看，激光雷達(dá)系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)與信噪比有關(guān)：

－ 明亮的光線會(huì)增加噪音

－ 雨、霧、雪等不利條件會(huì)導(dǎo)致信號(hào)減弱

上述兩種不利因素都會(huì)導(dǎo)致激光雷達(dá)系統(tǒng)信噪比降低，影響系統(tǒng)以可接受的分辨率、可靠地探測(cè)并識(shí)別物體的距離。因此，必須從打造最佳信噪比的高性能光學(xué)組件開(kāi)始。

汽車耐久性要求

激光雷達(dá)系統(tǒng)光學(xué)元件的另一個(gè)關(guān)鍵特性，是它們需要滿足汽車耐久性要求。溫度、濕度、振動(dòng)和紫外線輻射共同構(gòu)成了一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的使用環(huán)境。對(duì)于傳感器外部窗口尤其如此。這些窗口是激光雷達(dá)系統(tǒng)和外部環(huán)境之間的接口。

激光雷達(dá)系統(tǒng)典型的光學(xué)組件根據(jù)采用的方案不同有所差異，以下列出的示例旨在展示可能包含的組件：

發(fā)射端（Tx）

－ 光源

－ 擴(kuò)散片

－ 用于光束操縱的光學(xué)器件

－ 分束器

－ 常見(jiàn)的外部窗口

接收端（Rx）

－ 常見(jiàn)的外部窗口

－ 透鏡

－ 帶通濾波器

－ 分束器

－ 傳感器／探測(cè)器

光學(xué)元件的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是在激光雷達(dá)系統(tǒng)和外部之間創(chuàng)建一個(gè)合適的接口。創(chuàng)建這樣的“窗口”并不簡(jiǎn)單。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員起初往往會(huì)低估光學(xué)設(shè)計(jì)方面所面臨的挑戰(zhàn)，嘗試使用廉價(jià)的塑料窗口，或?qū)⑾到y(tǒng)安置在前大燈總成內(nèi)或擋風(fēng)玻璃后方。這些方案都不適用于基于高性能激光器的光學(xué)系統(tǒng)。VIAVI Solutions（唯亞威）針對(duì)傳感器窗口擁有專門的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃，旨在打造具有以下性能的窗口：

－ 耐刮擦

－ 疏水

－ 疏油

－ 在可見(jiàn)光范圍不透明

－ 在廣角范圍內(nèi)對(duì)近紅外入射光具有高透射率

預(yù)先針對(duì)腔內(nèi)探測(cè)應(yīng)用設(shè)計(jì)擴(kuò)散片等光整形器件。腔內(nèi)探測(cè)的關(guān)鍵性能參數(shù)是光場(chǎng)均勻性以及無(wú)任何零級(jí)光。有些激光雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用線擴(kuò)散片，將光束轉(zhuǎn)換成線光源，然后使用MEMS微鏡或機(jī)械鏡進(jìn)行垂直掃描。

激光雷達(dá)光學(xué)元件面臨的挑戰(zhàn)

激光雷達(dá)系統(tǒng)是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛所需的整體傳感套件的關(guān)鍵要素。如果系統(tǒng)架構(gòu)師和制造商能夠克服當(dāng)前面臨的技術(shù)和成本挑戰(zhàn)，那么我們可以期待激光雷達(dá)在短期內(nèi)的大量應(yīng)用。這為光學(xué)元件制造商開(kāi)辟了一個(gè)全新的市場(chǎng)。在可接受的成本范圍內(nèi)對(duì)高性能光學(xué)涂層的需求，將使那些具有一定的規(guī)模和車規(guī)級(jí)質(zhì)量系統(tǒng)的公司成為高要求汽車行業(yè)的可靠供應(yīng)商。符合標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商不多，需要滿足嚴(yán)格的質(zhì)量要求，橫跨多個(gè)市場(chǎng)、歷經(jīng)數(shù)十年的應(yīng)用驗(yàn)證和獲得市場(chǎng)認(rèn)可的專業(yè)技術(shù)。

除了大眾汽車市場(chǎng)，激光雷達(dá)還可以成為其它運(yùn)輸車輛的關(guān)鍵部件，如卡車、公共汽車、穿梭巴士以及工程車輛等。最初的應(yīng)用可能有利于其中有限的一些用例，不會(huì)在紛亂的環(huán)境中面對(duì)所有復(fù)雜的駕駛狀況。