车载雷达光学镜片分析--转镜与振镜应用与发展
在自动驾驶技术飞速发展的今天，车载雷达作为环境感知的核心传感器，其性能直接决定了车辆对周围环境的识别能力和行车安全。光学镜片作为车载雷达的“角膜”，承担着光线传输、聚焦和扫描等关键功能。转镜（Rotating Mirror）与振镜（MEMS Mirror）作为两种主流技术路线，在车载激光雷达中扮演着至关重要的角色。
（图源网络，侵删）
1 光学镜片：车载雷达系统的核心
在车载雷达系统中，光学镜片远非简单玻璃组件，而是实现精准环境感知的核心光学元件。它们的功能涵盖激光束的整形、聚焦、偏转以及回波信号的收集，直接决定了雷达的探测距离、分辨率和环境适应性。随着自动驾驶等级从L2向L3/L4演进，对光学镜片的要求也日益严苛：需同时满足车规级可靠性（耐高温、抗振动、长寿命）、光学性能优异（高透光率、低畸变）和量产成本可控三重挑战。
（激光雷达构成-图源网络，侵删）
车载雷达光学镜片系统通常包含发射镜片、接收镜片、扫描镜片（转镜或振镜）以及保护窗口镜片等。其中扫描镜片作为光束定向控制的核心，技术路线选择尤为关键。2023年中国激光雷达市场规模达75.9亿元，2024年预计增长至139.6亿元，出货量有望突破150万颗。在这一爆发式增长的市场中，转镜方案与振镜方案的竞争与互补构成了行业技术演进的主线。
2 转镜技术：稳定与成本的平衡
转镜（多面体旋转扫描镜）是一种成熟的机械扫描技术，其核心是一个多边形柱体反射镜，在电机驱动下高速旋转，通过镜面反射使激光束形成线性或二维扫描图案。在技术实现上，转镜系统通常搭配多个激光器（如128个）进行一维扫描，AT128即是典型代表。该方案通过电子扫描在垂直方向同时发射128束激光，实现“真128线”结构化扫描，每秒生成153万个点云数据，在理想L9、路特斯Eletre等车型中表现出色。
（激光雷达转镜扫描）
转镜技术的核心优势在于其卓越的稳定性与成熟的供应链体系：
机械稳定性：激光发射和接收�？楣潭ú欢鼍灯跎倭嗽硕考韵低车某寤鳎屎铣翟鼗肪诚碌母咂嫡穸【�。华为、法雷奥等厂商选择此路线正是基于其高可靠性考量。
车规适应性：转镜结构相对简单，体积小巧，已通过严格的车规级验证（如温度循环、机械冲击测试）。宇瞳光学已实现转镜等激光雷达光学件的量产交付，证明了其制造可行性。
成本优势：传统玻璃材料（如BK7）即可满足905nm波段需求，且规模化生产程度高，通过芯片化集成将数百个激光器集成于半导体基底，进一步降低成本，推动AT128走向百万台年产能规模。
（w66国际·利来（中国）官方转镜）
然而，转镜方案也面临物理局限：器件数量多导致功耗较高（约15-20W），扫描模式单一，且高速旋转带来的噪音问题（约45dB）在豪华车型中尤为明显。这些限制催生了另一种技术路线——MEMS振镜的崛起。
表：转镜与振镜关键特性对比
| 特性 | 转镜方案 | 振镜方案 |
| 扫描方式 | 一维机械旋转 | 二维微机电驱动 |
| 激光器数量 | 多（通常128个） | 少（通常1-5个） |
| 分辨率 | 128线 | 等效300线以上 |
| 系统功耗 | 较高（15-20W） | 较低（<10W） |
| 成本控制 | 成熟供应链，芯片化集成 | 器件少但振镜成本高 |
| 适用场景 | 前向主雷达、高速场景 | 侧向补盲、城市复杂环境 |
（激光雷达振镜扫描）
3 振镜技术：精度与灵活性的突破
振镜（MEMS微机电振镜）代表了光学扫描技术的微型化与电子化方向。其核心是一片微米级反射镜，通过压电或电磁驱动实现高频振动（通常>1kHz），精确控制激光束的偏转角度。与转镜相比，振镜的最大突破在于其二维扫描能力——单片振镜即可实现复杂的Lissajous或光栅式扫描图案，无需多棱镜组合。
振镜技术的进步源于材料创新与结构设计的突破
钛合金振镜突破：传统硅基MEMS振镜受限于脆性大、扫描角度�。ㄍǔ�<30°）等问题。开发的钛合金振镜通过金属材料的高韧性实现更大镜面尺寸（直径5mm以上）和扫描角度（±25°），同时保持20kHz高频响应。其E系列激光雷达分辨率达300线，探测距离300米，整机高度压缩至40mm以内。
系统级优化：振镜方案器件数量少，显著降低功耗（<10W）和噪音（<35dB）。洛伦兹E系列通过简化电子架构，目标将成本控制在千元级，较传统方案降低40%以上。
智能扫描模式：振镜支持动态区域扫描（ROI），可针对关键区域提升点云密度。例如在城市路口聚焦行人通道，在高速公路增大前方探测距离，实现“按需分配”的感知策略。
（w66国际·利来（中国）官方振镜）
然而，振镜技术仍需克服车规可靠性挑战：高频振动下的抗冲击能力（需通过50G机械冲击测试），以及长期使用中的金属疲劳问题。洛伦兹通过多轴冗余设计（双振镜备份）提升系统鲁棒性，已进入车企供应链验证阶段。
4 材料与波长的协同设计
光学镜片的性能不仅取决于结构设计，更与材料选择和波长适配紧密相关。车载激光雷达主要采用905nm和1550nm两种波长，各有其材料技术路径：
（BP905窄带滤光片）
905nm方案：属于近红外波段，传统光学玻璃（如BK7、熔融石英）即可满足要求，透光率>95%。该方案成本低，产业链成熟，但受限于人眼安全，激光功率通常限制在100W以下，探测距离约200米。
1550nm方案：属于中红外波段，可承受更高功率（300W以上），探测距离达300米。但普通玻璃在此波段透光率骤降，需采用特种材料如氟化钙（CaF?）、硫系玻璃（Ge-As-Se系）或单晶硅。图达通Falcon系列即采用此方案，但材料成本增加30%-50%，加工难度显著提升。
（BP1550窄带滤光片）
针对不同雷达结构，材料要求也有差异：
旋转式雷达：镜片需承受离心力和风阻磨损。宇瞳光学采用蓝宝石玻璃保护窗口，莫氏硬度达9级，配合疏水镀膜抵御沙尘冲刷。
固定式固态雷达：更注重小型化与热稳定性。舜宇智驾方案使用模造玻璃非球面镜片，通过精密模压成型减少透镜数量，同时保持-40℃~105℃下的面型精度。
（非球面镜片）
“玻璃非球面镜片在透光率、畸变控制、热稳定性等七项关键指标上均优于塑料镜片，已成为ADAS镜头的主流选择” 。舜宇光学已为比亚迪“天神之眼”系统批量供应此类镜片，推动高端智驾功能下沉至10万元级车型。
5 光学镀膜与环境适应性
在复杂车载环境中，光学镀膜成为保障镜片性能的核心工艺。多层镀膜技术不仅提升光学效率，更显著增强环境适应性：
抗反射镀膜（AR）：针对特定波长优化，如1550nm波段采用Ta?O?/SiO?多层膜系，将单面反射率降至0.25%以下。舜宇光学的激光雷达接收镜片通过宽波段AR镀膜，将整体透光率提升至98.5%，显著增加回波信号强度。
（增透玻璃）
环境防护镀膜：
疏水镀膜：接触角>110°，减少雨雪附着。宇瞳光学HUD曲面镜采用氟硅烷涂层，使水滴在70km/h车速下自动滑离。
防雾镀膜：整合亲水基团（如—OH），防止温差结雾。应用于前向雷达窗口，保障雨天工况下探测不衰减。
激光防护镀膜：高功率激光器（尤其1550nm）可能烧蚀镜面。类金刚石涂层（DLC）的热导率达1000W/mK，可耐受500W/cm?激光辐照，显著延长镜片寿命。
镀膜工艺需与结构设计协同优化。例如洛伦兹E系列振镜采用磁性驱动替代传统扭杆结构，避免镀膜在机械形变中开裂；禾赛AT128转镜则在镜面背部设计微散热鳍片，加速热量传导。
6.未来趋势与挑战
随着L4级自动驾驶临近，车载光学镜片面临更高性能与集成度要求，呈现三大技术趋势：
1. 智能化镜片系统：
液晶调焦镜片：根据场景动态调整焦距，市区广角（90°）与高速远距（0.1°角分辨率）模式自由切换。
多功能集成基底：激光雷达发射/接收镜片、滤波片集成于单一玻璃基板，舜宇光学相关专利（CN112987230B）已实现±0.05°装调误差控制。
2. 材料创新突破：
氮化硅（Si?N?）：折射率>2.0，支持905/1550nm双波段设计，使单雷达兼顾长距与广角探测。
碳化硅铝基复合材料：热膨胀系数接近零，保障振镜在-40℃~125℃下的频率稳定性，洛伦兹科技已在实验室完成千小时老化测试。
3. 成本控制与车规适配：
转镜方案通过半导体化（禾赛芯片化集成）降本，振镜则需突破钛合金批量蚀刻工艺（当前成本占整机30%）。
模造玻璃镜片单价需从当前$20/片降至$8/片以下，才能支撑L2+车型标配5颗雷达的需求。
“未来五年，转镜将在成本敏感车型中保持主流，而振镜随可靠性提升，有望在L4 Robotaxi领域率先普及” 。两种技术并非简单替代，而是在不同场景中互补共存——转镜满足前向主雷达的高可靠性要求，振镜则更适合侧向补盲雷达的广角扫描需求。
车载雷达光学镜片的发展是材料科学、光学工程与半导体技术的融合成果。转镜凭借成熟稳定的特性，在中高端车型前向雷达中占据主导；振镜则以高分辨率和系统优势，成为固态雷达的发展方向。随着钛合金振镜、玻璃非球面模造等技术的突破，中国企业在禾赛、洛伦兹、舜宇等领军者带动下，正推动光学镜片向“更高性能、更低成本、更强环境适应性”演进。未来，智能光学镜片将不仅是环境感知的窗口，更成为自动驾驶系统多维数据融合的核心枢纽。