几种激光雷达设计原理简述

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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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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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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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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