車載雷達(dá)光學(xué)鏡片分析--轉(zhuǎn)鏡與振鏡應(yīng)用與發(fā)展

在自動駕駛技術(shù)飛速發(fā)展的今天，車載雷達(dá)作為環(huán)境感知的核心傳感器，其性能直接決定了車輛對周圍環(huán)境的識別能力和行車安全。光學(xué)鏡片作為車載雷達(dá)的“角膜”，承擔(dān)著光線傳輸、聚焦和掃描等關(guān)鍵功能。轉(zhuǎn)鏡（Rotating Mirror）與振鏡（MEMS Mirror）作為兩種主流技術(shù)路線，在車載激光雷達(dá)中扮演著至關(guān)重要的角色。

（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

 1 光學(xué)鏡片：車載雷達(dá)系統(tǒng)的核心

在車載雷達(dá)系統(tǒng)中，光學(xué)鏡片遠(yuǎn)非簡單玻璃組件，而是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)環(huán)境感知的核心光學(xué)元件。它們的功能涵蓋激光束的整形、聚焦、偏轉(zhuǎn)以及回波信號的收集，直接決定了雷達(dá)的探測距離、分辨率和環(huán)境適應(yīng)性。隨著自動駕駛等級從L2向L3/L4演進(jìn)，對光學(xué)鏡片的要求也日益嚴(yán)苛：需同時滿足車規(guī)級可靠性（耐高溫、抗振動、長壽命）、光學(xué)性能優(yōu)異（高透光率、低畸變）和量產(chǎn)成本可控三重挑戰(zhàn)。

（激光雷達(dá)構(gòu)成-圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

車載雷達(dá)光學(xué)鏡片系統(tǒng)通常包含發(fā)射鏡片、接收鏡片、掃描鏡片（轉(zhuǎn)鏡或振鏡）以及保護(hù)窗口鏡片等。其中掃描鏡片作為光束定向控制的核心，技術(shù)路線選擇尤為關(guān)鍵。2023年中國激光雷達(dá)市場規(guī)模達(dá)75.9億元，2024年預(yù)計(jì)增長至139.6億元，出貨量有望突破150萬顆。在這一爆發(fā)式增長的市場中，轉(zhuǎn)鏡方案與振鏡方案的競爭與互補(bǔ)構(gòu)成了行業(yè)技術(shù)演進(jìn)的主線。

2 轉(zhuǎn)鏡技術(shù)：穩(wěn)定與成本的平衡

轉(zhuǎn)鏡（多面體旋轉(zhuǎn)掃描鏡）是一種成熟的機(jī)械掃描技術(shù)，其核心是一個多邊形柱體反射鏡，在電機(jī)驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，通過鏡面反射使激光束形成線性或二維掃描圖案。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)通常搭配多個激光器（如128個）進(jìn)行一維掃描，禾賽科技的AT128即是典型代表。該方案通過電子掃描在垂直方向同時發(fā)射128束激光，實(shí)現(xiàn)“真128線”結(jié)構(gòu)化掃描，每秒生成153萬個點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在理想L9、路特斯Eletre等車型中表現(xiàn)出色。

（激光雷達(dá)轉(zhuǎn)鏡掃描）

轉(zhuǎn)鏡技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其卓越的穩(wěn)定性與成熟的供應(yīng)鏈體系：

機(jī)械穩(wěn)定性：激光發(fā)射和接收模塊固定不動，僅鏡片旋轉(zhuǎn)，減少了運(yùn)動部件對系統(tǒng)的沖擊，更適合車載環(huán)境下的高頻振動場景。華為、法雷奧等廠商選擇此路線正是基于其高可靠性考量。

車規(guī)適應(yīng)性：轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)相對簡單，體積小巧，已通過嚴(yán)格的車規(guī)級驗(yàn)證（如溫度循環(huán)、機(jī)械沖擊測試）。宇瞳光學(xué)已實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鏡等激光雷達(dá)光學(xué)件的量產(chǎn)交付，證明了其制造可行性。

成本優(yōu)勢：傳統(tǒng)玻璃材料（如BK7）即可滿足905nm波段需求，且規(guī)?；a(chǎn)程度高。禾賽科技通過芯片化集成將數(shù)百個激光器集成于半導(dǎo)體基底，進(jìn)一步降低成本，推動AT128走向百萬臺年產(chǎn)能規(guī)模。

（激埃特轉(zhuǎn)鏡）

然而，轉(zhuǎn)鏡方案也面臨物理局限：器件數(shù)量多導(dǎo)致功耗較高（約15-20W），掃描模式單一，且高速旋轉(zhuǎn)帶來的噪音問題（約45dB）在豪華車型中尤為明顯。這些限制催生了另一種技術(shù)路線——MEMS振鏡的崛起。

表：轉(zhuǎn)鏡與振鏡關(guān)鍵特性對比

（激光雷達(dá)振鏡掃描）

3 振鏡技術(shù)：精度與靈活性的突破

振鏡（MEMS微機(jī)電振鏡）代表了光學(xué)掃描技術(shù)的微型化與電子化方向。其核心是一片微米級反射鏡，通過壓電或電磁驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高頻振動（通常>1kHz），精確控制激光束的偏轉(zhuǎn)角度。與轉(zhuǎn)鏡相比，振鏡的最大突破在于其二維掃描能力——單片振鏡即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的Lissajous或光柵式掃描圖案，無需多棱鏡組合。

振鏡技術(shù)的進(jìn)步源于材料創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突破

鈦合金振鏡突破：傳統(tǒng)硅基MEMS振鏡受限于脆性大、掃描角度?。ㄍǔ?lt;30°）等問題。洛倫茲科技開發(fā)的鈦合金振鏡通過金屬材料的高韌性實(shí)現(xiàn)更大鏡面尺寸（直徑5mm以上）和掃描角度（±25°），同時保持20kHz高頻響應(yīng)。其E系列激光雷達(dá)分辨率達(dá)300線，探測距離300米，整機(jī)高度壓縮至40mm以內(nèi)。

系統(tǒng)級優(yōu)化：振鏡方案器件數(shù)量少，顯著降低功耗（<10W）和噪音（<35dB）。洛倫茲E系列通過簡化電子架構(gòu)，目標(biāo)將成本控制在千元級，較傳統(tǒng)方案降低40%以上。

智能掃描模式：振鏡支持動態(tài)區(qū)域掃描（ROI），可針對關(guān)鍵區(qū)域提升點(diǎn)云密度。例如在城市路口聚焦行人通道，在高速公路增大前方探測距離，實(shí)現(xiàn)“按需分配”的感知策略。

（激埃特振鏡）

然而，振鏡技術(shù)仍需克服車規(guī)可靠性挑戰(zhàn)：高頻振動下的抗沖擊能力（需通過50G機(jī)械沖擊測試），以及長期使用中的金屬疲勞問題。洛倫茲通過多軸冗余設(shè)計(jì)（雙振鏡備份）提升系統(tǒng)魯棒性，已進(jìn)入車企供應(yīng)鏈驗(yàn)證階段。

4 材料與波長的協(xié)同設(shè)計(jì)

光學(xué)鏡片的性能不僅取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更與材料選擇和波長適配緊密相關(guān)。車載激光雷達(dá)主要采用905nm和1550nm兩種波長，各有其材料技術(shù)路徑：

（BP905窄帶濾光片）

905nm方案：屬于近紅外波段，傳統(tǒng)光學(xué)玻璃（如BK7、熔融石英）即可滿足要求，透光率>95%。該方案成本低，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，禾賽AT128、洛倫茲E系列均采用此波段。但受限于人眼安全，激光功率通常限制在100W以下，探測距離約200米。

1550nm方案：屬于中紅外波段，可承受更高功率（300W以上），探測距離達(dá)300米。但普通玻璃在此波段透光率驟降，需采用特種材料如氟化鈣（CaF?）、硫系玻璃（Ge-As-Se系）或單晶硅。圖達(dá)通Falcon系列即采用此方案，但材料成本增加30%-50%，加工難度顯著提升。

（BP1550窄帶濾光片）

針對不同雷達(dá)結(jié)構(gòu)，材料要求也有差異：

旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)：鏡片需承受離心力和風(fēng)阻磨損。宇瞳光學(xué)采用藍(lán)寶石玻璃保護(hù)窗口，莫氏硬度達(dá)9級，配合疏水鍍膜抵御沙塵沖刷。

固定式固態(tài)雷達(dá)：更注重小型化與熱穩(wěn)定性。舜宇智駕方案使用模造玻璃非球面鏡片，通過精密模壓成型減少透鏡數(shù)量，同時保持-40℃~105℃下的面型精度。

（非球面鏡片）

“玻璃非球面鏡片在透光率、畸變控制、熱穩(wěn)定性等七項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上均優(yōu)于塑料鏡片，已成為ADAS鏡頭的主流選擇” 。舜宇光學(xué)已為比亞迪“天神之眼”系統(tǒng)批量供應(yīng)此類鏡片，推動高端智駕功能下沉至10萬元級車型。

 5 光學(xué)鍍膜與環(huán)境適應(yīng)性

在復(fù)雜車載環(huán)境中，光學(xué)鍍膜成為保障鏡片性能的核心工藝。多層鍍膜技術(shù)不僅提升光學(xué)效率，更顯著增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性：

抗反射鍍膜（AR）：針對特定波長優(yōu)化，如1550nm波段采用Ta?O?/SiO?多層膜系，將單面反射率降至0.25%以下。舜宇光學(xué)的激光雷達(dá)接收鏡片通過寬波段AR鍍膜，將整體透光率提升至98.5%，顯著增加回波信號強(qiáng)度。

（增透玻璃）

環(huán)境防護(hù)鍍膜：

疏水鍍膜：接觸角>110°，減少雨雪附著。宇瞳光學(xué)HUD曲面鏡采用氟硅烷涂層，使水滴在70km/h車速下自動滑離。

防霧鍍膜：整合親水基團(tuán)（如—OH），防止溫差結(jié)霧。應(yīng)用于前向雷達(dá)窗口，保障雨天工況下探測不衰減。

激光防護(hù)鍍膜：高功率激光器（尤其1550nm）可能燒蝕鏡面。類金剛石涂層（DLC）的熱導(dǎo)率達(dá)1000W/mK，可耐受500W/cm2激光輻照，顯著延長鏡片壽命。

鍍膜工藝需與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)同優(yōu)化。例如洛倫茲E系列振鏡采用磁性驅(qū)動替代傳統(tǒng)扭桿結(jié)構(gòu)，避免鍍膜在機(jī)械形變中開裂；禾賽AT128轉(zhuǎn)鏡則在鏡面背部設(shè)計(jì)微散熱鰭片，加速熱量傳導(dǎo)。

6.未來趨勢與挑戰(zhàn)

隨著L4級自動駕駛臨近，車載光學(xué)鏡片面臨更高性能與集成度要求，呈現(xiàn)三大技術(shù)趨勢：

1. 智能化鏡片系統(tǒng)：

液晶調(diào)焦鏡片：根據(jù)場景動態(tài)調(diào)整焦距，市區(qū)廣角（90°）與高速遠(yuǎn)距（0.1°角分辨率）模式自由切換。

多功能集成基底：激光雷達(dá)發(fā)射/接收鏡片、濾波片集成于單一玻璃基板，舜宇光學(xué)相關(guān)專利（CN112987230B）已實(shí)現(xiàn)±0.05°裝調(diào)誤差控制。

2. 材料創(chuàng)新突破：

氮化硅（Si?N?）：折射率>2.0，支持905/1550nm雙波段設(shè)計(jì)，使單雷達(dá)兼顧長距與廣角探測。

碳化硅鋁基復(fù)合材料：熱膨脹系數(shù)接近零，保障振鏡在-40℃~125℃下的頻率穩(wěn)定性，洛倫茲科技已在實(shí)驗(yàn)室完成千小時老化測試。

3. 成本控制與車規(guī)適配：

轉(zhuǎn)鏡方案通過半導(dǎo)體化（禾賽芯片化集成）降本，振鏡則需突破鈦合金批量蝕刻工藝（當(dāng)前成本占整機(jī)30%）。

模造玻璃鏡片單價需從當(dāng)前$20/片降至$8/片以下，才能支撐L2+車型標(biāo)配5顆雷達(dá)的需求。

“未來五年，轉(zhuǎn)鏡將在成本敏感車型中保持主流，而振鏡隨可靠性提升，有望在L4 Robotaxi領(lǐng)域率先普及” 。兩種技術(shù)并非簡單替代，而是在不同場景中互補(bǔ)共存——轉(zhuǎn)鏡滿足前向主雷達(dá)的高可靠性要求，振鏡則更適合側(cè)向補(bǔ)盲雷達(dá)的廣角掃描需求。

車載雷達(dá)光學(xué)鏡片的發(fā)展是材料科學(xué)、光學(xué)工程與半導(dǎo)體技術(shù)的融合成果。轉(zhuǎn)鏡憑借成熟穩(wěn)定的特性，在中高端車型前向雷達(dá)中占據(jù)主導(dǎo)；振鏡則以高分辨率和系統(tǒng)優(yōu)勢，成為固態(tài)雷達(dá)的發(fā)展方向。隨著鈦合金振鏡、玻璃非球面模造等技術(shù)的突破，中國企業(yè)在禾賽、洛倫茲、舜宇等領(lǐng)軍者帶動下，正推動光學(xué)鏡片向“更高性能、更低成本、更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性”演進(jìn)。未來，智能光學(xué)鏡片將不僅是環(huán)境感知的窗口，更成為自動駕駛系統(tǒng)多維數(shù)據(jù)融合的核心樞紐。