1. 机械激光雷达

    实例分析Valeo SCALA I, SICK LMS291, Velodyne HDL-64E, Livox(DJI) MID-70几款激光雷达,机械激光雷达特点是通过电动执行器带动镜面,透镜或者机体旋转进行扫描。

    Valeo SCALA I

    利用多边体镜面反射光束,并由电机带动高速旋转。当几个镜面角度不一样时,可以发射出几道光幕。工作原理:

    SICK LMS291

    一个比较古老的型号,但是工作原理比较典型,SICK的其他系列和型号也在应用。

    电机带动与发射激光的方向有一定角度的一个镜面旋转,通过镜面反射光线。一个电机只能控制镜面发射出一个平面上的光线,即一道光幕。

    Velodyne HDL-64E

    Velodyne的64线激光雷达,电机带动整个机体旋转。

    Livox MID-70

    采用的是Risley prism的光学scanner设计

    通过旋转前面两个厚度不均匀的透镜,发射出的激光是这样的:

    以上即是几种机械激光雷达的实现方式

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  2. MEMS激光雷达

    与传统机械雷达相比,MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 激光雷达使用微型的MEMS mirror反射光线,用微机电执行器代替电机,有些厂商也称MEMS激光雷达为固态雷达。

    以Leddar Tech的MEMS激光雷达模块为例,

    另外一个示例

    MEMS micro-mirror有电磁式Electro-Magnetic,压电式Thin-Film Piezo,静电场式 Electrostatic 几种实现方式。

    电磁式Electro-Magnetic,

    压电式Thin-Film Piezo,

    静电场式 Electrostatic,

    三种类别的特性对比如下

    MEMS mirror在一些消费品电子像AR眼镜上也有应用。

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  3. 固态激光雷达 (Flash LiDAR)

    固态激光雷达分为Flash LiDAR和OPA (Optical Phased Array) LiDAR,Flash LiDAR是非扫描式的,OPA LiDAR 是扫描式的。Flash LiDAR的发射光源和接收部件都是阵列式结构。

    Leddar Tech的Flash LiDAR模块,


    Linear array光源从上至下依次点亮,形成一个点阵面。

    Ibeo的方案,


    发射光源为VCSEL,128列 x 100行,接收部件为SPAD。

    VCSEL内部结构,


    SPAD内部结构,


    因为是阵列式光学发射和接收部件,可以不必再使用电机或者MEMS mirror等scanner 即可3D成像。


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  4. 相控阵激光雷达 (OPA LiDAR)

    OPA LiDAR相控阵激光雷达的技术核心是OPA scanner。Quanergy S3激光雷达Transmitter OPA:

    Leddar Tech OPA LiDAR模块:

    相控阵Phase array实现方式:

    Phase array/ Emitter/ Antenna结构:

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