正是由于中国企业的积极参与，全球第一激光雷达厂商Velodyne（威力登）在中国市场节节败退，其车载机械式激光雷达在中国失去了价格竞争力。

现在，中国的激光雷达技术已不输国外，有20多家厂商依靠国内芯片研发并推出了采用不同技术的车载激光雷达产品。排名靠前的包括禾赛科技、速腾聚创、镭神智能、北科天绘、华为、北醒光子、佳光科技、砝石激光、览沃科技、砝石激光等厂商，其中采用MEMS（微机电系统）微镜技术的达7家之多；采用ToF（飞行时间）技术的有4家（其中一家有两种技术）。为什么MEMS微镜成为了车载激光雷达的主流呢？

从激光扫描投影说起

要了解MEMS扫描微镜（也叫MEMS振镜或扫描芯片）在车载激光雷达中的应用，还要从应用比较广泛的激光扫描投影MEMS微镜说起。MEMS微镜是一个硅结构的微型机械装置，采用光学MEMS技术制造，是将微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起的光学MEMS器件。

MEMS微镜采用平动和扭转（x、y两个方向）两种机械运动方式进行扫描，可以实现非常高的扫描频率。现在用于激光扫描投影的MEMS芯片扫描频率可以达到40kHz，相当于一秒钟扫描4万次。

采用MEMS微镜的激光应用涵盖消费电子、医疗、军事国防、通信等领域，具体包括激光扫描、光通信、数字显示、激光雷达、3D摄像头、条形码扫描、激光打印机、光开关、激光微投影、汽车抬头显示（HUD）、激光键盘、增强现实（AR）等。

驱动MEMS微镜扫描动作有不同的方式，可以分为利用电荷间库仑力作为驱动力的静电驱动；以低电压电流驱动的电磁驱动；利用材料对温度敏感产生不同形变量引起镜面扭转的电热驱动；以及利用材料逆压电效应，通过外界电场产生微位移的压电驱动等几类。

由于车载应用需要较大的MEMS镜面，镜面厚度也需要相应增加，导致微镜扫描时的质量增加，降低了MEMS振镜抗振动和冲击的能力，甚至出现转轴断裂的情况。如果采用新型电磁驱动就可以使微镜更大、更结实。

通过不断改进，采用专利封装技术的下磁铁-扫描微镜-上磁铁的垂直三明治封装结构，相比侧边磁铁结构，作用在驱动线圈上的磁感应强度提高了8倍。在达到相同转角情况下，微镜有更大的驱动力矩T，能够驱动的扫描轴更厚更宽，器件扫描频率可以更高，器件抗振动冲击能力也更好。这样，就为汽车应用提供了稳固的基础。

基于MEMS微镜易于商用

我们来看看激光雷达有哪些形态？最早的激光雷达是机械式，在一个台子上安装激光探测器，64线需要一一对应的64组激光器和探测器，然后供电让它转起来，这是一个非常复杂的光机电系统，不利于大规模量产；而且无法将其隐藏在车辆结构内。即使现在，机械式还是占了市场的半壁江山，使用者不是传统车企和造车新势力，而是做自动驾驶方案的科技公司，如百度、谷歌等。之前一个机械式64线雷达大概卖7万美元，由于中国企业的参与，又采用了新的技术，现在的激光雷达便宜了很多。

机械式雷达之后是固态雷达，如flash（闪光）雷达，其体积小了很多，但近距离会曝光过度，远距离又测不到，测距在50米以内。还有一种固态雷达是OPA（光学相控阵），用相控阵聚焦扫描，类似毫米波雷达，却比毫米波设计难度大。

现在业界普遍认为，MEMS方案比较靠谱，能够很快落地。与机械式相比，MEMS激光雷达只需要一个激光器和MEMS微镜的组合就能实现激光脉冲的扫描。其优势包括安装简单、体积更小、价格便宜，最有希望在乘用车上普及。由于采用半导体工艺，批量越大就越便宜。行家分析，未来MEMS激光雷达的成本有望控制在千元人民币以内。

另外，在分辨率方面，MEMS激光雷达实现64线只需要MEMS微镜将单个激光器发出的脉冲扫描成的点阵组成64条线就可以了，所以非常容易实现高分辨率，体积也非常小。

车辆视觉的重要补充

目前，激光雷达已成为自动驾驶中不可或缺的传感器之一，全球总共有5家研发生产激光雷达的上市公司，其中4家是美国公司，1家是以色列公司，五家上市公司中有两家用MEMS方案，一家用机械式，另外两家用其他两种技术。

在汽车行业，特斯拉等少数公司只使用摄像头的纯视觉方案，有些场景（如纯白或纯色）场景难以识别，而激光雷达可以很快计算出距离、速度等各种信息，实现对环境的高分辨率识别。利用其已达到0.2度的角度分辨率，对100米外的车辆扫描可以得到很多点，把车的轮廓计算并标示出来。

与其他传感器相比，目前的MEMS激光雷达的每秒点云数据量在100万左右，比图像还是小得多，对处理器算力的要求没有那么高。特别是现在，国内MEMS微镜芯片和国外已经处在同一技术水平，国内一些Tier 1已在使用国产MEMS微镜芯片实现了激光雷达量产。

国产MEMS微镜的困境与突围

目前，中国为数不多的MEMS微镜芯片厂商在商业量产化方面已开始突破国外企业的垄断。MEMS微镜芯片的量产要依靠MEMS代工厂。事实上，MEMS器件的工艺制程并不高，只在微米级。不过，整体来说，国内现在MEMS代工企业还处于起步阶段，目前比较成熟的产品有麦克风和压力传感器等。由于MEMS微镜芯片代工仍存在困难，在一定程度上加剧了汽车缺芯的情况，亟待破局。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所沈文江博士表示，MEMS代工的特点是一种器件、一套工艺，所以MEMS微镜芯片对于代工厂来说还是比较新的产品，工艺的导入和量产都需要解决很多新的问题，需要芯片设计公司与MEMS代工厂合作，慢慢地去培养MEMS代工厂，和代工厂一起成长。

另外，车载雷达不同于消费类产品，有更多特殊性，需要符合各种车规要求，所以开发车载激光雷达需要做很多工作。

写在最后

MEMS微镜未来走向

MEMS微镜现在已经很小了，未来还会怎么发展呢？专家认为，其发展方向主要是针对特定应用市场开发特定的MEMS微镜。比如激光雷达用的MEMS微镜需要大镜面，镜面大了发射出去的光学脉冲就更聚焦，也能打得更远，接收的脉冲信号就更强。如上所述，镜面大了就会增加质量，对MEMS微镜的鲁棒性提出了挑战，需要在两者之间找到最佳的平衡。