2022年车载激光雷达行业发展现状及未来趋势分析 激光雷达成为自动驾驶主流技术发展方向

1、 搭载激光雷达日益成为自动驾驶主流技术发展方向

智能化正接替电动化成为汽车下一阶段的发展方向，配备先进传感器的高阶自动驾 驶更是国内自主厂商借助智能化弯道超车的重点。其中，激光雷达因其探测距离远、 探测精度高、响应速度快、受环境干扰影响较少及可近似全天候工作等优势，成为大 部分整车厂提高汽车智能驾驶水平的主流选择。激光雷达技术路线多样，主要包括 以 Velodyne 为代表的机械式激光雷达，以 Luminar、法雷奥、大疆、华为等代表的半 固态式激光雷达，以及性能优越但技术仍处瓶颈期的固态激光雷达。与特斯拉等领 先厂商相比，在软件和算法落后的背景下，其他整车厂商更倾向于选择激光雷达+高 精度地图作为 L3 级别自动驾驶的解决方案。随着华为、大疆等跨界玩家的入局，激 光雷达性能大幅提升，成本也将降低至万元以内，整车厂激光雷达前装意愿不断增 强，我们预计 2022 年将是车载高线数激光雷达大批量前装上车元年，规模化量产的 拐点即将到来。

图：激光雷达包括机械、半固态、固态三类

2、 收发模块成本占比高，激光器是核心元器件

激光雷达主要分为激光发射模块、扫描系统、接收模块及信息处理系统四个部分， 发射及接收模块成本占比高达 60%。发射模块包括激励源、激光器、光束控制器与 发射光学系统；扫描系统通过旋转电机、扫描镜、准直镜头与窄带滤光片等形式实现 改变激光束的空间投射方向的功能（Flash 激光雷达方案不包括扫描方案）；接收模块 则主要为光电探测器；后端信息处理部分则与放大器、FPGA（主控单元）芯片、模 拟芯片密不可分，其主要实现对激光发射模块、接收模块和扫描模块的控制以及数 据处理和传输。据汽车之心描述，发射、接收模块占据激光雷达成本的 60%左右。

发射模块中所需要的微光学器件包括激光器准直元器件、耦合元器件、光束形态转 换元器件、光场匀化扩束器等。这些器件的性能将直接影响激光光源的形成、激光雷 达光束探测距离、分辨率、均匀度，是整个发射模块的技术关键。

其中，激光器作为车载激光雷达发射系统的核心器件之一，正由 EEL 向 VCSEL 演 进。激光器的选择需综合考虑实际应用环境、技术方案、性能需求以及成本需求。目 前常见的激光器主要包括半导体边发射激光器（EEL）、半导体垂直腔面发射激光器 （VCSEL）以及光纤激光器等。EEL 作为光源具有高发光功率密度的优势，但 EEL 激光器发光面位于半导体晶圆的侧面，生产中需进行切割、翻转、镀膜、再切割的工 艺步骤，往往只能通过单颗一一贴装的方式与电路板整合。与此同时，每颗激光器需 独立手工装调，对产线工人的手工装调技术依赖性较大，生产成本高且一致性难以 保障。有别于 EEL，VCSEL 的光源发射方向与芯片垂直，一方面使得其可直接在晶 圆上进行光斑测试，测试成本较 EEL 更低，另一方面 VCSEL 大多采用直接调制， 腔长短、集成难度低，在传感领域的性能及量产能力都更为突出。近年来，国内外多 家 VCSEL 激光器公司纷纷开发多层结 VCSEL 激光器，据禾赛科技招股书，多层结 VCSEL 激光器将发光功率密度提升了 5~10 倍。未来，VCSEL 有望逐渐取代 EEL 成 为主流激光元器件。

3、 激光雷达市场空间广阔，高线数产品预计 2022 迎来规模化落地

ADAS、无人驾驶成为激光雷达下游主要应用场景，激光雷达市场空间广阔。激光雷 达下游应用领域广泛，主要可分为无人驾驶、高阶辅助驾驶、服务机器人和车联网行 业。随着激光雷达在车载领域的推进，针对测试与高精地图测绘领域的激光雷达市 场将迎来顶峰，乘用车前装量产成为未来主要发展方向。据 Frost&Sullivan 预测， 2025 年高级辅助驾驶、无人驾驶、车联网和服务机器人领域分别占激光雷达市场总 规模的 34.64%、26.30%、33.81%和 5.26%。2025 年全球激光雷达市场规模将达 135.4 亿美元（折合人民币近 1000 亿元），2019-2025 年 CAGR 为 64.5%。与此同时，我们 统计了近年明确宣布搭载激光雷达的车型，发现 2022 年将是车载高线数激光雷达量 产上车的高峰，随后激光雷达的需求将进入快速成长期。考虑到高阶自动驾驶渗透 率仍然较低，且无人机、车联网等领域的应用需求有望随激光雷达成本下降而持续 释放，预计未来我国激光雷达市场将超千亿。

图：2024 年后全球激光雷达市场规模预计超百亿美元

4、 激光在汽车上的应用不止于激光雷达，DMS、AR-HUD、激光大灯亦潜力无 限

在激光雷达之外，在 DMS、HUD、激光大灯领域，激光仍有广泛应用。DMS 领域， 3D 摄像头有望持续提高渗透率。DMS（Driver Monitor System，驾驶员监控系统）可 以实现对驾驶员的驾驶疲劳、分心以及其他危险行为的检测。当检测到驾驶员的注 意力无法保持在驾驶行为上时，DMS会及时对驾驶员做出提醒。汽车智能化趋势下， 车辆行驶过程的安全性愈发受到车企及终端消费者的关注。当前，可为 DMS 摄像头 提供 800-1000nm 波段的近红外光源主要有三种，即红外 LED、红外 LD-EEL 和 VCSEL。其中，红外 LED 因成本低廉、便于安装、产业成熟度高而成为当前的主流 方案。但 LED 没有谐振腔，光束发散，必须输入更多的电流来克服损失，因此功耗 较高。与此同时，LED 分辨率也因其不能快速调制而受到限制。相比于红外 LED 和 EEL，VCSEL 的出射光更集中、光斑更对称，在温度漂移和腔面反射率上也更占优 势，VCSEL 还能够实现二维阵列。目前光源供应商们正在研发车规级的 VCSEL 光 源技术，未来有望逐步获得推广。据 Yole 咨询预测数据，从 2022 年开始，3D 感知 的 DMS 系统开始装车，到 2024 年 3D 摄像头将迎来快速增长期。同样据 Yole 预测， 新车市场中 DMS 搭载量将从 2020 年的 450 万套，增长至 2025 年的 5760 万套，其 中 2D 摄像头方案占 80%，3D 摄像头方案占据 20%。AR-HUD 领域，目前的光机解 决方案主要有 DLP、TFT、LCOS、MEMS 微激光投影等，几大方案各有优劣，这其 中已经量产的方案主要以 TFT 和 DLP 为主。TFT 方案技术成熟，成本可控，但该方 案的问题在于亮度输出不够、视场有限、清晰度不好、且耐温性不够。DLP 方案成 像效果显著优于 TFT 方案，且有效解决阳光倒灌的问题，但 DLP 芯片只有德州仪器 可以供应，且成本相对较高。LCOS 方案成像效果可观，也可规避德州仪器的专利问 题，但目前该产品的量产技术尚不成熟，因而尚没有大规模应用。而 MEMS 微激光 投影方案应用微机电二维微型扫描振镜及 RGB 三色激光以扫描方式成像，使得光学 引擎大幅度简化，体积小巧，成像方面，具有高亮度、高对比度、色域广、功耗低的 特点。但目前的问题在于产品的分辨率要想提高需要付出较高的成本，此外激光二 极管对温度变化较为敏感，车规级实现仍有困难。我们认为如果激光发射器和 MEMS 技术有所突破，该种方案仍具有较大潜力。此外在车载大灯领域，激光大灯具有极高 的亮度和极好的方向性，相比 LED 大灯每瓦一百流明的亮度，目前的激光大灯已经 做到每瓦一百七十流明，且光束的发散性小，这不仅让大灯的光线具有较强的穿透 力，在恶劣天气下仍有较好的照明效果，还赋予大灯更强的灵活性，结合一些微光学 零部件可以投射各类图形文字实现人车、车和行人的交互。我们认为激光在车上的 应用场景丰富，并且随着汽车智能化程度的提升，将有更多的新应用场景不断涌现， 核心零部件厂商将持续受益。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）