（報告出品方：申萬宏源研究）

1．Flash 鐳射雷達的原理和進展

本篇行業深度主要研究 Flash 鐳射雷達。一方面，雖然目前獲得車廠前裝定點比較多 的鐳射雷達方案以半固態中的 MEMS 和轉鏡/稜鏡方案為主，但是由於 Flash 鐳射雷達是 真正意義上的純固態鐳射雷達，未來技術成熟之後在規模化、成本、可靠性上都相較於目 前最主流的半固態鐳射雷達有明顯優勢，是鐳射雷達遠期最主流的技術形態，所以除了既 有的 Ibeo、、Ouster、大陸集團等 Flash 技術陣營的公司，目前半固態鐳射雷達陣營的廠 商速騰、禾賽、華為等明星鐳射雷達廠商都在加大在 Flash 路線上的研究和投入。另一方 面，近期已（擬）上市的多家 A 股公司長光華芯、炬光科技、奧比中光其汽車業務均和 Flash 鐳射雷達技術路線有緊密關聯，因此我們本篇深度著重選擇 Flash 鐳射雷達進行深入研究。

Flash 鐳射雷達從原理上來講類似於攝像頭，不同點在於 Flash 鐳射雷達接收其發射 的主動光，而攝像頭是接收環境反射的被動光，所以前者多了一個發射模組。Flash 鐳射雷 達在短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的鐳射，再以高度靈敏的接收器，來完成對環 境周圍影象的繪製。而半固態和固態鐳射雷達發射模組發射出來的鐳射是線狀的，需要通 過掃描部件往復運動把線變成面打在需要探測的物體表面。由於 Flash 鐳射雷達沒有任何 掃描部件，所以相比於機械旋轉和半固態鐳射雷達非常容易過車規。

大陸集團已經推出兩代短距固態 Flash 鐳射雷達：短距鐳射雷達 SRL121（探測距離 1-10 米）、固態短距鐳射雷達 HFL110（50 米以內）。HFL-110 客戶主要是豐田，搭載 至新款 Mirai 和雷克薩斯新款 LS500 系列車型中，用作側向補盲鐳射雷達，單價大約 5000-8000 元人民幣，已經在 2020 年量產。（備註：大陸集團的 Flash 鐳射雷達技術主 要源於大陸集團在 2016 年收購的 Flash 鐳射雷達公司 Advanced Scientific Concepts） 德國 Ibeo 公司推出了 Flash 鐳射雷達 ibeoNEXT：採用了 AMS 的 VCSEL，最先將 在長城 WEY 摩卡上量產（原計劃 2021 年量產，目前預計推遲至 2022 年）。採埃孚收購 了 Ibeo 大約 40%股權，Ibeo 鐳射雷達的生產製造由採埃孚承擔。

美國 Ouster 公司推出的 DF 系列鐳射雷達即 Flash 鐳射雷達：DF 系列一共有短、中、 遠三個型別，2022Q1 已經把第一批 DF 系列 A 樣發給車廠，並計劃向另外 30 多家 OEM 和 1 家 Tier1 送出升級版 A 樣，最快預計 2025 年量產。Ouster 預計其推出的 DF 系列可 以在車上安裝 5 個（1 個前向 Flash 鐳射雷達+4 個側向鐳射雷達），5 個鐳射雷達總價可 控制在 1000 美元以內。

和其他 Flash 鐳射雷達廠商不同的是 Ouster 還自研了 SPAD 晶片：2022 年 3 月 Ouster 釋出了 Chronos 晶片，計劃在 2022 年底完成 Chronos 晶片流片，並在 2023 年 將該晶片整合到 DF 系列首批樣品中。

2．問題一：怎樣才算是效能優異的 Flash 鐳射雷達？

對於用於前向遠距離探測的鐳射雷達，如果能夠同時實現“看得遠”、“看得清”、 “看得廣”即為效能優異。“看得遠”指探測距離遠，探測距離至少達到 150m@10%反 射率，最好能夠探測到 250 米處的目標物體。“看得清”一方面指角解析度低，即要求能夠看清楚 150~200 米範圍內的行人、車輛等其他尺寸較小的障礙物；另一方面指幀率高， 即能夠在 1 秒內獲取張數儘可能多的點雲圖像。“看得廣”指視場角 FOV 足夠大，以拿到前裝定點專案最多的速騰聚創 M1 為例， 其水平 FOV 為 120°，垂直 FOV 為 25°，可以推測能夠作為乘用車前裝前雷達的鐳射雷達 FOV 也應該滿足上述水平。

看得遠——探測距離：Flash 鐳射雷達的探測距離主要受 VCSEL 鐳射發射功率、SPAD 最小可探測功率、鐳射發散角三個因素影響。

（1）鐳射發射功率越高，探測距離越遠；鐳射發射功率的提高主要取決於鐳射晶片的 光功率密度。若發射功率提高 1 倍，則鐳射雷達探測距離將提升 19%。而鐳射晶片的發射 功率是“鐳射晶片功率密度”和“發光面積”兩者的乘積，發光面積由於鐳射雷達體積、 鐳射晶片技術、成本、光學系統設計難易程度四個方面原因的制約，提升空間有限；所以 鐳射晶片的光功率密度成為提高鐳射發射功率從而提升鐳射雷達探測距離的關鍵指標。

（2）光電探測器最小可探測功率越小，探測距離越遠；最小可探測功率取決於 PDE 和暗計數。若 PDE 提高 1 倍，即最小可探測功率減小 50%，則鐳射雷達探測距離將提升 19%。光電探測器的基本功能是把入射光功率轉化為相應的光電流。最小可探測功率表示 APD、SPAD、SiPM 等光電探測器所能探測到的最小入射光功率，入射光功率低於這個值 則將被噪聲淹沒無法被探測器探測到；NEP 代表在信噪比為 1 時所需要的最小輸入光訊號 功率，所以 NEP 代表了最小可探測功率。

（3）鐳射發散角越小，探測距離越遠；鐳射發散角取決於發射光學系統的準直效能。 若發散角減小 50%，則鐳射雷達探測距離將提升 41%。不論 VCSEL 還是 EEL，鐳射從激 光晶片發射出來都存在一定的發散角θ，發散角直接影響了鐳射發射到目標物體表面的光斑 面積（=π*（R*tanθ）2）從而影響了鐳射打在目標物體上的光功率密度，最終影響從目標 物體表面反射回探測器表面的入射光功率。鐳射雷達的發射光學系統中一般有準直鏡和擴 束鏡，能夠減小鐳射的發散角。但是即使光學系統的準直效能再好，鐳射光束也不可能完 全準直到 0，始終存在一定的發散角，不可能完全是平行光，光學系統只可能儘可能減小發 散角。VCSEL 的遠場發散角一般為 25°，如果不進行準直，傳播到 100 米處時光斑的半徑 就會變成 47 米，由此可見透過準直減小光束髮散角的重要性。

看得廣——視場角：Flash 鐳射雷達的視場角 FOV 主要取決於焦距和 SPAD 尺寸， 原理可類比於攝像頭，攝像頭的視場角主要取決於焦距和 CMOS 尺寸。Flash 鐳射雷達成 像原理和攝像頭非常相似，在接收視場角的影響因素上也可以藉助攝像頭類比來幫助理解： 對於攝像頭，焦距越長（由聚焦透鏡進行調節），影象感測器 CMOS 尺寸半徑擁有的畫素 數越低，視場角 FOV 越小；對於 Flash 鐳射雷達，焦距越長，光電探測器 SPAD 尺寸半徑 所擁有的畫素數越低，FOV 越小。

看得清——角解析度和幀率：Flash 鐳射雷達的角解析度由視場角和畫素數決定，角 解析度越低越好，因此可以透過縮小視場角和提高 SPAD 畫素數量兩種方式縮小角解析度。 （1）角解析度：鐳射雷達輸出的影象也被稱為“點雲”影象，相鄰兩個點之間的夾角就是 角解析度。Flash 鐳射雷達的角解析度=視場角/畫素數量。角解析度的數值越小越好，因此為了減少數值提升角解析度能力，需要減小視場角，增加探測器陣列的畫素數量。（2）幀 率：一幅點雲圖像代表一幀，對於機械旋轉/半固態鐳射雷達，幀率即代表一秒鐘內鐳射雷 達電機旋轉的圈數，也就是每秒鐘完成一圈掃描的次數；對於 Flash 鐳射雷達，幀率代表 每秒鐳射雷達獲取前方點雲圖像的次數，所以幀率可以理解為鐳射雷達在時間維度上的分 辨率，幀率越高，實時性越強。

但是在設計 Flash 鐳射雷達視場角大小的時候更多是由“看得清”即“角解析度”所 決定的，角解析度決定了 Flash 鐳射雷達的有效探測距離，如果要看清楚 200 米處的小狗、 車輛、行人，則垂直角解析度應該低於 0。1°/畫素。鐳射雷達能測出遠方某個物體要解決兩 個方面的問題——先“覆蓋到”，後“探測到”。角解析度解決的是“覆蓋到”的問題， 一個物體先要被髮射的鐳射“覆蓋到”，然後才能探討是不是能被“探測到”，探測到也 就是“看得遠”那一段文字所論述的問題。

上述配置說明：目前 Flash 鐳射雷達無法同時滿足上述“看得遠”、“看得清”、“看 得廣”3 個性能，作為前雷達還需要上游關鍵電子元器件效能成熟。其中，Flash 鐳射雷達 最關鍵的兩大電子元器件是 VCSEL 鐳射晶片和 SPAD 光電探測器——以下篇幅，我們將對 VCSEL 和 SPAD 這兩大關鍵元器件所需突破的瓶頸進行詳細分析。

3．問題二：發射端為什麼要用 VCSEL？

機械旋轉和 MEMS 鐳射雷達選擇 EEL 更適合，原因在於：EEL 光功率密度更大，能探 測更遠的距離；相較之下 VCSEL 用在機械旋轉和半固態等鐳射雷達有一個最大的問題是光 學設計會複雜很多以及光功率密度比較低。（1）機械旋轉鐳射雷達：多線鐳射雷達都需要 把鐳射準直到比較小的發散角度（比如 0。1~0。2°），但是 VCSEL 這麼大的發光面積比較難 實現。（2）MEMS 鐳射雷達：EEL 佔主導優勢是因為 MEMS 鐳射雷達本身體積就不大， MEMS 振鏡直徑大約 1-2mm，想用 VCSEL 這麼大的發光面積（一顆 250μm*250μm， 有點光源和線光源兩種形式），把光線準直到這麼小的 MEMS 面積上面（大約 1-4mm2）， 整個光學系統會比較難實現。而 EEL 整個發光面積比較小（一顆 200μm*10μm），更容 易準直。 Flash 鐳射雷達更適合用 VCSEL 主要原因在於：VCSEL 相較於 EEL 具備更大的發光面 積，FOV 可以做得比較大；如果把 EEL 用在 Flash 上則光學設計會很複雜，需要好的光學 設計去擴散 EEL 發出來的光。

EEL 和 VCSEL 特性主要區別在於光功率密度&發光面積、溫漂、光束質量上有明顯差 異：

（1）光功率密度&發光面積（EEL 明顯好於 VCSEL）：光功率密度表示單位時間內， 鐳射輻照在單位面積靶材上的能量大小。EEL 的光功率密度一般是 60000W/mm2，而現在 功率密度最高的五結 VCSEL 大約 1000W/mm2（全球 VCSEL 頭部廠商 Lumentum 釋出 的五/六層結 VCSEL 最高功率密度能達到 1400W/mm2，國內 VCSEL 晶片頭部廠商長光華 芯目前 5 層結 VCSEL 晶片光功率密度最高能達到 1200 W/mm2）。造成上述差異主要在 於 VCSEL 的發光面積遠大於 EEL，由於 VCSEL 是面發光，VCSEL 晶片本身是由幾十個甚 至上百個發光點所組成的發光面，一般考慮透過增加發光面積（增加發光點或者增加單孔 發光孔徑）來提升光功率；但是 EEL 諧振腔平行於襯底，因此只要鐳射器越長，那麼單孔 功率就越大。從 Lumentum、長光華芯和歐司朗公佈的資料中可以看出， VCSEL 發光面 積（250μm*250μm）遠大於 EEL 發光面積（220μm*10μm）。

（2）溫漂（VCSEL 好於 EEL）：溫漂指波長隨溫度變化而漂移，由於車規工作溫度 範圍是在-40~+105℃之間，範圍很大，因此溫漂越低越好從而保證工作波長的穩定性。 VCSEL 的溫漂效能要比 EEL 好很多，VCSEL 只有 0。07nm/℃，而 EEL 是 0。3nm/℃。

（3）光束質量（EEL 慢軸好於 VCSEL）：EEL 是橢圓形光斑，長的對稱線是快軸和短 的對稱線是慢軸，EEL 光束的慢軸遠場發散角只有 10°，光束質量很高；而 VCSEL 是堆成 的圓形光斑，光束遠場發散角大約 20°，準直系統設計相對 EEL 會更困難一些。

VCSEL相比於 EEL最大的劣勢在於發光面積太大從而導致功率密度僅為 EEL 的1/60， 因此 VCSEL 光功率密度的缺陷成為 Flash 鐳射雷達探測距離提升的主要瓶頸，解決這一問 題的關鍵在於提升 VCSEL 晶片的 PN 結。以下是詳細分析：

提高 VCSEL 的輸出功率主要有兩種方式： 1、增大 VCSEL 晶片的有效發光面積，具體有兩種途徑：（1）增加 VCSEL 單元的發 光點數：但是發光點數不能無限制增加，當點數達到一定程度時需要較大的輸入電流，但 是 VCSEL 晶片散熱性較差是阻礙其透過這種方式實現光功率的增長。（2）增大單個 VCSEL 單元的發光孔孔徑：這種方式也存在一定上限，因為受限於載流分佈損耗和模態特性的制 約，所以 VCSEL 單元的發光孔孔徑不能過大。 2、調整 VCSEL 晶片中各 VCSEL 單元的結構（從單層結往多層結髮展）：將單 PN 結 的VCSEL 單元調整為多PN 結的VCSEL 單元。單結VCSEL 的單孔出光功率一般是5-10mW； 五結和六結 905 nm VCSEL 的單孔輸出光功率超過 2W（以 Lumentum 在 2021 年 3 月發 布的五結 VCSEL 陣列為例），實驗結果表明，五結 VCSEL 在 105℃時峰值功率密度>2 kW/mm 。（報告來源：未來智庫）

4．問題三：為什麼 Flash 鐳射雷達要用 SPAD？

鐳射雷達廠商在選擇光電探測器時，有三種選擇：APD（雪崩二極體）、SPAD（單 光子雪崩二極體）和 SiPM（矽光電倍增管）。

（1）為什麼 APD 不行？——APD 最大的問題在於增益不夠，典型增益是 100 倍； 而 SPAD 的光電增益在 106 以上，可以提高光電探測器的信噪比，十分靈敏。

一方面，Flash 鐳射雷達由於 VCSEL 光功率密度偏低，而且泛光成像光子在整個視場 角內擴散從而導致回波的功率密度低，因此需要信噪比更高的探測器，所以 APD 不適合，增益更高的 SPAD 更適合。另一方面，正因為 APD 內部光電增益較小（APD 增益只有 100 倍，SPAD 增益有 10 6），所以需要增加外側反向偏側電壓，要達到 500-1000 伏，需要增 加高壓供壓系統，這樣會使得整個鐳射雷達系統設計變得非常複雜。

（2）SiPM 和 SPAD 怎麼選？SiPM 是由多個帶有猝滅電阻的 SPAD 並聯組成。SPAD 和 SiPM 主要有兩個區別：

畫素數：SPAD>SiPM。SPAD 單點就是 1 個畫素，但是 SiPM 單點畫素是由多 個和 SPAD 單個畫素尺寸大小相當的微元組成同時輸出訊號（因為 SiPM 單點是 由多個 SPAD 並聯組成），所以 SiPM 的單點尺寸要明顯大於 SPAD。SiPM 的成像解析度是由 SiPM 單點的數目決定而不是微元的數目決定，因為 SiPM 單點數 遠小於 SPAD 的畫素數，因此使用 SiPM 會在一定程度上犧牲角解析度。

時間解析度：SiPM>SPAD。SPAD 只能輸出電平訊號也就是“0”“1”，不能 反映訊號強度，所以在提取訊號的時候需要結合時間和空間兩個維度的資訊來確 認真實訊號。但是 SiPM 是將多個並聯的探測器收到的訊號進行疊加，可以直接 反映訊號強度，可以設定閾值直接提取出真實訊號，而不用進行比對。因此 SiPM 提取真實訊號的耗時更短，即時間解析度更高。

綜上，如果更注重鐳射雷達的角解析度，那麼選擇 SPAD 更好；如果更加關注鐳射雷 達的幀率和訊號提取速度，那麼選擇 SiPM 更好。由於 Flash 鐳射雷達角解析度主要受限 於畫素數量，因此單位面積能夠達到很多畫素數量的 SPAD 是更優於 SiPM 的選擇。

現在商用的專用於鐳射雷達的 SPAD畫素數從2013年到現在畫素數量在快速增長（每 3 年翻 10 倍）；但 SiPM 畫素數仍然比 SPAD 要低很多。（1）APD 市場份額：德國 First-sensor（被 TE 收購）和日本濱松光子是 APD 市場份額最大的兩家廠商，2018 年分 別佔據約 21。86%和 21。95%市場份額。（2）SPAD 市場份額：主要是索尼、佳能。SensL （被安森美收購）推出其首款 SPAD 陣列 Padion1（擁有 400×100 畫素點）後，其主要 精力放在 SiPM 上，SPAD 無進一步商業進展。國內開發 SPAD 的廠商有阜時科技、宇稱 電子、飛芯電子、靈明光子、芯視界、奧比中光，其中阜時科技在 2022 年 1 月宣佈已經 獲得頭部車載鐳射雷達大廠訂單，並計劃於 2022 年開始交付；飛芯電子研發的 SPAD 芯 片根據官網披露的少量資訊可以推算出其畫素數大約 2 萬；其他國產產商無 SPAD 產品性 能公開資料。（3）SiPM 市場份額：安森美是全球首家推出車規級 SiPM 陣列的廠商，於2021 年 3 月釋出 1×12 陣列 ArrayRDM-0112A20-QFN；另外濱松光子也釋出了兩款用 於鐳射雷達的 SiPM 產品 S13720 系列和 S15639 系列。但是安森美 SiPM 陣列 PDE 明顯 優於濱松，但是濱松光學串擾效能優於安森美。

5．問題四：Flash 鐳射雷達的光學系統有什麼變化？

Flash 鐳射雷達的光學系統主要分為發射光學系統和接收光學系統，相比於半固態和機 械旋轉鐳射雷達沒有掃描光學元件。 發射光學系統主要作用是對鐳射發射模組發射出來的鐳射進行準直和整形，使得鐳射 光束髮散角減小且符合使用要求的形狀；發射光學系統所達到的效果一般用準直後光束髮 散角、光斑直徑、能量透過率等關鍵引數衡量。 接收光學系統主要作用是儘量收集反射後的光能量，並將其匯聚到探測器的光敏面上， 以提高探測距離；接收光學系統所達到的效果一般用系統孔徑、焦距、入射聚焦光斑直徑、 系統透過率等指標衡量。

Flash 鐳射雷達發射光學系統相比於其他種類鐳射雷達，對發射視場角和光的均勻度有 比較高的要求，但是不需要“準直”減小發散角；但是機械旋轉和半固態鐳射雷達要求盡 可能準直光束。因為 Flash 鐳射雷達要求發射出去的鐳射光束儘可能均勻地在整個視場角 內擴散，因此不需要準直單元；而半固態和機械旋轉鐳射雷達，因為要求準直到 0。1°-0。2° 比較小的發散角，因此發射光學系統中往往必須經過準直鏡來減小發散角。半固態和機械 旋轉鐳射雷達一般用 EEL 作為發射光源，EEL 有快軸和慢軸，所以需要有快軸準直鏡和慢 軸準直鏡分別準直；除了要將光束準直，對於基於 EEL 的線光源，還需要加一個可產生典 型值是 25°的垂直髮散角的線光斑光場勻化器，達到很高的光斑均勻性。如果要將 VCSEL 用於半固態鐳射雷達，想要 VCSEL 準直效果要好的話需要用微透鏡陣列，不追求特別好的 效果可以用單透鏡。Flash 鐳射雷達要求光束儘可能均勻，因此需要增加光束擴散器（控制 發射視場角+使光變均勻），光場勻化器主要起到勻化效果，由於已經有光束擴散器，因此 光場勻化器視擴散後效果而定是非必選項。

Flash 鐳射雷達接收光學系統相比於其他種類鐳射雷達需要具備“大相對孔徑”和“照 度均勻”的特點，但是三種類型鐳射雷達所用光學元器件沒有太大差異。接收光學系統的 “接收鏡頭組”由多個球面和非球面透鏡組成，多個透鏡會依次改變光束的視場角直至達 到設計的 HFOV 和 VFOV；除此之外，還包括聚焦鏡（會聚反射的鐳射訊號）、濾光片（過 濾所需要的特定波長的光線）。

6．問題五：Flash 鐳射雷達什麼時候能夠普及？

從上述內容中可以總結得到，目前制約 Flash 鐳射雷達無法作為前向主鐳射雷達的技 術瓶頸在於 VCSEL 和 SPAD 上游元器件尚未成熟：

VCSEL 光功率密度不夠，制約了 Flash 鐳射雷達的探測距離：目前業內最高水平 Lumentum 的 VCSEL 做到了五層和六層 PN 結，但是光功率密度僅 1400W/mm2， 國內 VCSEL 晶片頭部廠商長光華芯目前五層結 VCSEL 晶片光功率密度最高能達 到 1200 W/mm2，但是目前歐司朗推出的最新專用於鐳射雷達的 EEL 晶片光功率 密度已經高達 60000 W/mm2，最高效能的 VCSEL 晶片相較於 EEL 仍然還有較 大差距。

SPAD 探測器靈敏度還有提升空間，直接影響 Flash 鐳射雷達的探測距離：目前 在專用於鐳射雷達的商用 SPAD 中，PDE 最高的是索尼的 IMX459，PDE 達到了 24%，而濱松最新推出的 S15 系列 SiPM 產品僅 9%水平。

SPAD 畫素數不夠，為了保證足夠小的角解析度能夠覆蓋到更遠的距離，因此只 有犧牲視場角：目前商用產品中畫素數最高的是索尼 IMX459，僅 11 萬畫素。Ibeo 用於長距離探測的 Flash 鐳射雷達角解析度為 0。09°x0。07°，按照索尼 IMX459 的 畫素數 600×189 計算，對應視場角可以達到 54°x13°；而目前用於前向主鐳射雷 達的視場角大多數為 120°x25°，因此可以推算 SPAD 長度和寬度方向上的畫素數 量還需要分別擴大 1 倍才行，那麼 SPAD 整體的畫素數量增加到索尼 IMX459 的 4 倍大約 44 萬畫素以上。

什麼時候 Flash 鐳射雷達可以作為前向主鐳射雷達普及？我們認為需要上面的 3 個技 術瓶頸都需要一一突破，即滿足以下三個條件：

VCSEL 光功率密度提升至 1750 W/mm2，SPAD 的 PDE 提升至 30%時，Flash 鐳射雷達的探測距離可以提升至 200m（以 Ibeo Next 為基準）： Ibeo 使用的 是 AMS 提供的 VCSEL 陣列，VCSEL 陣列共計 10240 個發光點。推測 Ibeo 是用 的 AMS 在 2020Q2 釋出樣品、2022 年量產的 100W 功率的 940nm VCSEL 陣 列，由於沒有公開的產品資料不能獲知光功率密度，因此我們假設 AMS 的 VCSEL 芯 片 光 功 率 密 度 大 概和 Lumentum 的 M53-100VCSEL 面陣接近大約為700W/mm2，此時其探測距離為 140m@10%反射率。由於無法獲知 Ibeo 的 SPAD 供應商，因此我們假設其使用的 SPAD 和濱松光子 2021 年 SPAD 達到的 效能接近，PDE 約為 15%。

SPAD 畫素數達到 44 萬畫素以上，可以在保證遠距離探測所需要的角解析度 0。09°x0。07°的前提下，FOV 能提升至 120°x25°：具體原因見前一段分析。目前 SPAD 畫素數量的提升主要依賴於 3D 堆疊技術的發展，具體技術不再贅述。佳能 計劃在 2022 年下半年量產 320 萬畫素 SPAD，但是目前沒有進一步商業化量產 進展，而索尼明確表示其 11 萬畫素 SPAD（型號：IMX459）將於 2023 年出貨， 因此目前效能最好的商用產品仍然是 IMX459，畫素數 11 萬。

我們認為 Flash 鐳射雷達大規模量產之後原材料成本、人工費用、製造費用佔營業成 本比重大約分別為 92%、2%、6%。根據禾賽科技披露的招股說明書，其 2019 年營業成 本中 BOM 原材料成本、人工費用、製造費用分別佔 56%、22%、22%，在 2019 年及之 前禾賽科技量產的全部是機械旋轉鐳射雷達，我們認為其人工費用和製造費用佔比大主要 是由於機械旋轉鐳射雷達手工裝調工作量較大，因此產線自動化率偏低且機械旋轉鐳射雷 達出貨量較小所致；但是我們認為 Flash 鐳射雷達沒有任何掃描運動部件，應該和常見的 汽車電子產品一樣容易實現規模化自動化生產，而常見的汽車電子產品的 BOM 原材料成 本、人工費用、製造費用應該分別佔營業成本的 92%、2%、6%（參考汽車電子龍頭德賽 西威 2021 年的營業成本結構）——因此我們認為 Flash 鐳射雷達起量且規模化生產之後 的營業成本結構和上述比例接近。

我們認為未來 Flash 鐳射雷達規模化量產價格大約接近 1500 元（假設毛利率 30%）， 其中 950 元是 BOM 成本（發射、接收、光學、IC 分別為 200 元、300 元、300 元、150 元）、18 元是人工費用、55 元為製造費用。

7．Flash 鐳射雷達產業鏈相關重點公司

A．中游鐳射雷達整機環節

目前推出 Flash 鐳射雷達的主要是大陸集團、ibeo、Ouster 三家公司，三家公司所推 出的產品效能以及進展已經在第一節中說明。除此之外做 Flash 鐳射雷達的國外公司還有 Argo、LeddarTech、TriLumina 三家公司；國內主要是奧比中光、北醒光子，另外速騰、 華為、禾賽等拿到前裝定點較多的半固態鐳射雷達廠商也在針對 Flash 鐳射雷達投入研發。

Argo：將 Flash 鐳射雷達置於機械旋轉底座上實現 360°視場角覆蓋。在 2017 年收 購了鐳射雷達公司 Princeton Lightwave，被收購時員工總數約 50 人，在被 Argo 收購之 前 Princeton Lightwave 一直專注於開發用於軍事/航空應用的鐳射雷達。目前 Argo 釋出 了一款鐳射雷達，技術方案基於 Flash，工作波長為 1400nm 以上波長，探測距離能達到 400m@10%反射率，但是 Argo 將 Flash 鐳射雷達放置在旋轉的基座上方所以能夠實現 360°旋轉。Argo 鐳射雷達上所使用的 SPAD 為 Princeton Lightwave 自研，SPAD 製造 代工由中國臺灣一家不具名的代工廠製造。由於 Argo 鐳射雷達工作波長超過 1000nm， 要使用銦鎵砷材料探測器和光纖鐳射器，我們推測其鐳射雷達成本應該比較高。

LeddarTech：核心產品是 Flash 鐳射雷達訊號處理 SoC 和訊號處理軟體，定位更偏 Tier2。總部位於加拿大，定位更偏 Tier2，其次是 Tier1，核心在於其自研的 Flash 鐳射雷 達資料採集和訊號處理 SoC（LeddarCore）及訊號處理演算法（LeddarSP）；中國臺灣的 公司瀚昱能源也和 LeddarTech 定位相同，於 2018 年推出了 Flash 鐳射雷達 SoC 晶片 HYCA2 的首款 A樣。LeddarTech 分別於2018 年和2019 年推出LCA2 和LCA3 兩款Flash鐳射雷達 SoC，其中 LCA2 主要用於中短距離探測、LCA3 主要用於中長距離探測。公司在 2019 年 9 月釋出基於 LCA2 的 Flash 鐳射雷達 Leddar Pixell。

TriLumina：技術特點為獨特的二維 VCSEL 陣列，利用了背發射結構和倒裝晶片技術； 上述技術被 Lumentum 收購，推測會應用到其鐳射雷達專用 VCSEL 產品中。TriLumina CEO 黃百海曾經提到未來其 Flash 鐳射雷達成本將小於 200 美金，其技術特點是獨特的二 維 VCSEL 陣列（背發射結構+倒裝晶片），並且利用微透鏡陣列來進行光學整形。2020 年 Lumentum 收購了 TriLumina 的部分資產和專利，TriLumina 的技術包括創新的倒裝 晶片（flip-chip）、背發射式（back-emiting）VCSEL 陣列。電裝第六代鐳射雷達（轉鏡 式鐳射雷達）已經在雷克薩斯 LS500H 上作為前向主雷達，單價大約 1-1。5 萬；改款車型 兩個側向鐳射雷達使用的是大陸集團 Flash 鐳射雷達 HFL-110，單價大約 5000-8000 元。 劇業內人士推測，電裝的下一代前雷達將是 Flash 鐳射雷達，其中預計會採用電裝投資的 TriLumina 所擁有的部分技術方案。

奧比中光：自研 SPAD，明年送樣中短距補盲 Flash 鐳射雷達；公司投 資了SPAD廠商飛芯電子以及 MEMS 微振鏡廠商微視感測。旗下子公司奧銳達（持股70%） 推出了 Flash 鐳射雷達 Ordarray，發射模組採用了 Lumentum 的 VCSEL 陣列，接收模組 採用 SPAD，IC 主控晶片採用 FPGA；公司準備使用自研的 SPAD（根據招股說明書，測 試片已完成流片，進入回片測試階段，預計明年釋出），Flash 固態鐳射雷達預計明年給整 車廠送樣，定位為中短距補盲鐳射雷達。奧比中光參股了 SPAD 廠商飛芯電子，持股比例 9%；參投了 MEMS 微振鏡廠商微視感測，持股比例 11%，微視感測針對鐳射雷達推出了 三款 MEMS 微鏡晶片，用於短距離的鏡面直徑為 1mm~1。5mm 的 CDA 系列晶片；用於 長距的鏡面直徑為 14mm 的一維掃描晶片 EM1A 和鏡面直徑為 8mm 的二維掃描晶片 EM2D。

北醒光子：Flash+MEMS+轉鏡三條技術方案並行，目前量產的鐳射雷達主要應用於 大交通，第一款車載鐳射雷達預計 2022 年釋出。北醒光子主打 Flash 鐳射雷達和 MEMS光雷達、轉鏡鐳射雷達 3 條技術路徑。（1）Flash 鐳射雷達 CE30：探測距離 20~30 米， 應用於 AGV 小車、物流機器人等領域。（2）MEMS 鐳射雷達 Horn-X1：採用的 1550nm 光纖鐳射器+MEMS 技術路線，2019 年釋出。（3）轉鏡式鐳射雷達：定位比較高階的性 能應用，面向大交通的平臺，如地鐵、鐵路、公路路測、民航等方面的應用。北醒光子推 出的第一款鐳射雷達主要針對軌交行業，隨後拓展至智慧機場運營、智慧航運管理、車路 協同等領域，包括無人智慧鐵水運輸系統、無人區鐵路線路風沙侵線檢測等場景，針對大 交通領域，截止2022 年1 月北醒光子已經完成千臺鐳射雷達批次交付，產品包括Horn-X2、 Horn-RT 等。第一款用於用於無人駕駛的車載鐳射雷達將在 2022 年釋出。（報告來源：未來智庫）

B.上游鐳射雷達電子元器件和光學元器件

（1）VCSEL 晶片：國外主要是 Lumentum 和 AMS，國內主要是長光華芯、縱慧芯 光、檸檬光子（HCSEL）。（2）SPAD 探測器：國外主要是索尼、佳能，國內主要是阜時 科技、宇稱電子、飛芯電子、靈明光子、芯視界、奧比中光，其中阜時是唯一一家公開披 露獲得國內頭部車載鐳射雷達廠商定點的公司；奧比中光預計明年釋出 SPAD 並搭載至自 研 Flash 鐳射雷達中。（3）發射模組：炬光科技。（4）光學元器件：舜宇光學、永新光 學、炬光科技、藍特光學、騰景科技、水晶光電、福晶科技。（5）光纖鐳射器：光庫科技。 （6）FPGA：國外賽靈思和 Altera 兩家幾乎佔據了所有車載 FPGA 市場份額，國內紫光同 創、安路科技在汽車 FPGA 上進展較快。

長光華芯：專用於鐳射雷達的 5 層 PN 結 VCSEL 晶片效能接近於 Lumentum，預計年內透過車規認證。長光華芯已經推出專用於鐳射雷達的五層 PN 結 VCSEL 晶片，光功率密度最高能達到 1200 W/mm2，遠場發散角 23°，公 司計劃未來開發八層 PN 結 VCSEL 晶片將光功率密度進一步提升至 1800W/mm2以上， 並計劃將遠場發散角壓縮至 18°。今年年內預計會透過客戶認證以及車規 IATF16949 和 AEC-Q 認證，目前與速騰和禾賽、華為建立了合作伙伴關係。

縱慧芯光：國內第一家透過車規認證的 VCSEL 晶片廠商，已經與多家國內一線鐳射雷 達廠商合作開發半固態、Flash 鐳射雷達。縱慧芯光主要為汽車鐳射雷達提供兩種 VCSEL 光源解決方案：（1）多顆 VCSEL 整合封裝在一起，從而提高最終的輸出功率；（2）分割槽 點亮 VCSEL 方案，包括 850 nm 波段和 940 nm 波段、單結和多結技術。在汽車電子 VCSEL 產品方面，2020 年，縱慧芯光已有 VCSEL 產品透過第三方 AEC-Q 認證，並於 2021 年初 透過 IATF16949 認證，預計 2021 年底在汽車電子領域實現前裝量產。客戶方面，縱慧芯 光正在積極與國內外多家一線鐳射雷達（LiDAR）廠商合作開發下一代混合固態和固態 LiDAR 方案。2022 年 3 月，縱慧芯光獲得大疆戰略投資，此前還獲得華為、小米、比亞迪 投資。

炬光科技：發射模組+光學元器件雙佈局，面光源已經供貨大陸集團 Flash 鐳射雷達，線光源供貨 Argo，並獲得華為定點，除了 Flash 面光源，其線光源可用 於半固態路線。炬光在鐳射雷達的佈局主要有兩部分：（1）發射模組：炬光科技自 2016 年起開始研發 Flash 鐳射雷達發射模組，為大陸 HFL110 提供的發射模組已經於 2019 年量產，2020 年進入量產爬坡和交付階段；除了用於 Flash 鐳射雷達的面光源，炬光還推出了 用於半固態鐳射雷達的線光源（VCSEL 和 EEL 都有），其線光源已經為 Argo 供貨。炬光 科技給大陸集團提供的 VCSEL 面光源（AL01 系列光源模組）單價大約 4000-5000 元人民 幣。但是炬光科技表示鐳射雷達理想狀態是單價下降到 200-300 美元，這要求發射端模組 整體價格下降至每臺 50-60 美元，此時對應的出貨量至少是百萬量級（資料來源：炬光科 技 2022 年 6 月 7 日釋出的投資者關係記錄）。（2）光學元器件：炬光可提供快軸準直鏡、 慢軸準直鏡、快慢軸一體鏡、光束擴散器、光場勻化器、聚焦透鏡等。

舜宇光學科技：在鐳射雷達方面，舜宇提供接收和發射鏡頭零元件、接 收和發射模組、光學視窗及多邊稜鏡等核心光學零件，舜宇已經在 2021 年內獲得超過 20 個定點合作專案（搭載/準備搭載鐳射雷達的車型大約 35 款，其中 60%的車型都選擇了舜 宇），其中有兩個專案已實現量產。

永新光學：提供鐳射雷達視窗、轉鏡、稜鏡、反光鏡、濾光片、準直 鏡頭、廠家鏡頭、非車規鐳射雷達整機的代工業務。供貨禾賽（轉鏡鐳射雷達 AT128，供 應包括視窗、鏡片、濾光片、鏡頭在內的大部分光學元件元件）、innoviz（MEME 鐳射雷 達）、Quanergy（OPA 鐳射雷達）、圖達通、北醒光子等客戶，定點專案超過 10 家。2021 年公司鐳射雷達鏡頭出貨量為 1。19 萬件，對應營收規模為 320 萬元。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。