光學(xué)鏡片如何支撐高性?xún)r(jià)比車(chē)規級性能突破
2025年6月4日,杭州——睿鏃科技(RAYZ)在EAC易貿汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大會(huì )上發(fā)布了三款車(chē)規級激光雷達新品:長(cháng)距旗艦H260、超薄中長(cháng)距HX及廣角短距W100。這些產(chǎn)品聚焦“高性?xún)r(jià)比、小型化、低功耗”,顯著(zhù)提升了905nm激光雷達的性能邊界與成本效益,下面我們將從這三款產(chǎn)品的光學(xué)相關(guān)指標進(jìn)行簡(jiǎn)單分析!
(圖源睿鏃科技,侵刪)
H260激光雷達,長(cháng)距性能標桿,作為睿鏃科技最先布局的旗艦產(chǎn)品,以 “行業(yè)領(lǐng)先的綜合性能” 成為高階智駕核心感知方案,其采用獨有MSSP技術(shù)架構,可實(shí)現標準探測距離260米(10% 反射率),最遠320米的探測,角分辨率可達0.12°x0.15°,提前識別遠距離小目標(如靜止輪胎、橫穿行人),為高速場(chǎng)景留出充足決策時(shí)間。
(圖源睿鏃科技,侵刪)
HX激光雷達,180 米標準探測距離(10% 反射率)與超百萬(wàn)點(diǎn)頻的高分辨率感知能力,真192線(xiàn)縱向線(xiàn)束,角分辨率0.2°x0.1°,并并可按客需升級至更高分辨率,配合400g 輕量化設計與8W超低功耗方案,實(shí)現“千元機”的降價(jià)不降質(zhì)。
中短距廣角車(chē)規級激光雷達產(chǎn)品W100,以120°×70°超大視場(chǎng)角,及≦0.3m的超小盲區,高度覆蓋車(chē)身前側、側后方盲區,0.1°×0.55°超高角分辨率以及150萬(wàn)點(diǎn)頻/秒精準捕捉行人、自行車(chē)、路沿等低矮或不規則目標,100 米標準探測距離(10% 反射率)廣角雷達,超遠探測距離的905nm廣角車(chē)規級產(chǎn)品,可實(shí)現低速場(chǎng)景下,同時(shí)兼顧前向與盲區感知。
核心光學(xué)分析:
H260的0.12°x0.15° 和 W100的0.1°x0.55° 是行業(yè)領(lǐng)先水平,從其鏡片要求來(lái)看,實(shí)現如此高的角分辨率,要求鏡片(尤其是接收端的聚焦透鏡組)需具有極高的面型精度(通常需達到λ/10級別,905nm對應約90nm)和低波前像差。任何微小的表面不規則或裝配誤差都會(huì )導致光線(xiàn)偏折,降低分辨能力。這依賴(lài)于高精度納米級拋光技術(shù)和嚴格的鍍膜均勻性控制。
(圖源睿鏃科技,侵刪)
HX超薄化與小型化,機身厚度僅為23mm,重量400g,對于鏡片要求傳統球面鏡片難以在如此緊湊空間內實(shí)現高性能光路。解決方案必然是采用非球面鏡片(Aspherical Lenses) 或自由曲面鏡片(Freeform Lenses)。這類(lèi)鏡片可以大幅減少光學(xué)系統中鏡片的數量(例如用1-2片非球面替代3-4片球面鏡),有效壓縮軸向長(cháng)度(厚度)和體積,同時(shí)校正像差,保證HX在180米探測距離下仍能維持0.2°x0.1°的分辨率。
W100擁有120°x70°超大視場(chǎng)角和≤0.3m超小盲區。對于鏡片要求需滿(mǎn)足現超廣角視場(chǎng)面臨兩大鏡片挑戰:一是邊緣像差(如畸變、漸暈)控制,需要精密設計的非球面/自由曲面鏡片來(lái)校正離軸光線(xiàn);二是短焦距設計以減小盲區,這要求鏡片具有高折射率材料(如特殊光學(xué)聚合物或高折射玻璃)以在有限空間內實(shí)現強屈光力。同時(shí),接收端大孔徑鏡片需保證邊緣相對照度 > 90%,避免視場(chǎng)邊緣信號大幅衰減。
(圖源睿鏃科技,侵刪)
高可靠性(車(chē)規級):產(chǎn)品需適應-40℃~105℃工作溫度,滿(mǎn)足ISO 26262功能安全,W100具備IP69/IP67防護。
鏡片要求:
基材選擇: 鏡片材料(玻璃或聚合物)必須具有極低的熱膨脹系數(如硼硅玻璃≈3.3x10??/℃、石英玻璃≈0.55x10??/℃)和優(yōu)異的熱穩定性,確保溫度劇烈變化下光學(xué)參數穩定,避免離焦或破裂。
鍍膜要求: 鏡片表面需鍍制寬波段(覆蓋905nm)、寬角度、高透過(guò)率(>98.5%)的增透膜(AR Coating)。同時(shí),為滿(mǎn)足IP69K(高壓蒸汽沖洗)等嚴苛防護,鍍膜需具備優(yōu)異的附著(zhù)力、耐磨性及耐化性,并配合鏡座進(jìn)行可靠的邊緣密封,防止水汽、油污侵入導致脫膜或腐蝕。
機械穩定性: 鏡片 mounts(固定結構)設計需通過(guò)20G振動(dòng)測試,這要求鏡片本身具備足夠的強度(減薄設計需謹慎)和穩固的安裝方式。
(聚焦透鏡)
2. 光路原理中的鏡片核心作用
在激光雷達收發(fā)光路中,平面鏡片承擔關(guān)鍵角色:
發(fā)射端(Tx):
準直透鏡 (Collimating Lens):將激光二極管(VCSEL或EEL)發(fā)出的高度發(fā)散光束整形為平行光或特定發(fā)散角的準直光束射出。
HX/W100案例: HX要求0.2°x0.1°分辨率、W100要求0.1°x0.55°分辨率,這對準直透鏡的焦距精度(公差≤±0.1mm) 和波前質(zhì)量提出了極高要求。任何準直不良都會(huì )導致光束發(fā)散角增大,直接影響角分辨率和探測距離。
(激光振鏡)
接收端(Rx):
聚焦透鏡組 (Focusing Lens Assembly):將目標反射回來(lái)的微弱激光信號高效收集并聚焦到雪崩光電二極管(APD)或單光子探測器(SPAD)陣列上,形成點(diǎn)云。
H260/W100案例: H260的260米@10%反射率探測能力和W100的150萬(wàn)點(diǎn)/秒點(diǎn)頻,要求聚焦透鏡組具有高透過(guò)率(>99.5%需頂級AR膜)、低雜散光(避免噪聲)和精確的焦距穩定性(溫度變化下焦點(diǎn)漂移極?。?。
(非球面透鏡)
3. 成本控制下鏡片技術(shù)的創(chuàng )新路徑
睿鏃“技術(shù)普惠,安全平權”的愿景及HX“千元機”策略,對鏡片成本提出了嚴苛挑戰:
材料與工藝革新:
注塑非球面樹(shù)脂鏡片: HX等產(chǎn)品極可能采用高精度注塑成型的光學(xué)級聚合物鏡片替代部分玻璃鏡片。雖然聚合物耐溫性、硬度稍遜于玻璃,但其優(yōu)勢顯著(zhù):成本可降低60%以上、易于復雜非球面/自由曲面量產(chǎn)、重量輕(助力400g目標)。關(guān)鍵在于選擇高折射率(Nd>1.6)、低吸濕、耐候性好的聚合物(如環(huán)烯烴聚合物COP/COC),并控制注塑工藝保證微米級面型精度和低內應力。
鍍膜工藝簡(jiǎn)化: 在保證905nm波段高透率(>98.5%)的前提下,可優(yōu)化增透膜設計,例如從傳統的多層膜(如7-9層)簡(jiǎn)化為高性能雙層膜(如MgF? + SiO?組合)。這能顯著(zhù)降低鍍膜成本、提高良率,是“降價(jià)不降質(zhì)”的關(guān)鍵。
光路設計優(yōu)化:
減少鏡片數量: 通過(guò)更強大的光學(xué)設計軟件(如Zemax, Code V)優(yōu)化,利用非球面/自由曲面的強大像差校正能力,將接收或發(fā)射光路的鏡片數量從傳統的5-6片減少到2-3片。這不僅降低成本,也簡(jiǎn)化裝調,提高了系統可靠性和小型化水平(支撐HX 23mm厚度)。
(905激光反射鏡)
睿鏃科技H260、HX、W100三款新品的發(fā)布,清晰展現了車(chē)規級激光雷達向更高性能、更小體積、更低成本發(fā)展的趨勢。這對上游平面光學(xué)鏡片供應商提出了明確的技術(shù)挑戰:
高精度非球面/自由曲面量產(chǎn)能力: 是實(shí)現小型化(HX)、廣角化(W100)和高分辨率(H260)的基石,需突破微米級模具加工與注塑/拋光工藝。
905nm波段高性能低成本鍍膜技術(shù): 需兼顧寬角度、高透率、強附著(zhù)力和環(huán)境耐久性,同時(shí)優(yōu)化工藝降本。
車(chē)規級可靠性與環(huán)境適應性: 材料選擇、結構設計、密封工藝必須滿(mǎn)足嚴苛的車(chē)規振動(dòng)、溫濕度及防護要求。
成本與性能的極致平衡: 創(chuàng )新材料(如高性能聚合物)和簡(jiǎn)化設計(減少鏡片數、簡(jiǎn)化鍍膜)是實(shí)現“千元級”雷達的關(guān)鍵路徑。
機遇在于: 能夠攻克上述技術(shù)難點(diǎn),提供高性?xún)r(jià)比、高可靠性、定制化能力強的平面光學(xué)鏡片解決方案的供應商,將成為推動(dòng)激光雷達產(chǎn)業(yè)實(shí)現“技術(shù)普惠,安全平權”愿景的核心力量,睿鏃新品的成功,正是對上游光學(xué)供應鏈技術(shù)實(shí)力的最佳驗證與需求召喚。