激光雷達的定義

激光：原子受激輻射的光，故名“激光”。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級，再從高能級回落到低能級的時候，所釋放的能量以光子的形式放出。被引誘（激發）出來的光子束（激光），其中的光子光學特性高度一致。因此激光相比普通光源單色性、方向性好，亮度更高。

雷達：探測和測距。

激光雷達：是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。激光雷達即Lidar，是以激光為載體進行測距和探測的傳感器。是通過發射的激光進行信息獲取。

激光雷達的工作原理

工作原理是向目標發射探測信號（激光束）,然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發射信號進行比較,作適當處理后,就可獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數。

探測距離探測距離很好理解，就是激光雷達能夠探測的范圍，或者說半徑?！　〖す饫走_的測距能力與被測物體的反射率相關。反射率就是射到目標物的激光能夠被反射回來的比率?！　∧繕朔瓷渎试礁?，雷達能夠檢測到的有效回波就越多，所以能測量的距離越遠?！　∷蕴綔y距離一般和反射率一起出現，比如150米@10%，就是指在目標反射率為10%的情況下探測距離為150米。

激光雷達的測距原理主要由兩種：三角測距，飛行時間（Time of Flight，ToF）測距。其中飛行時間測距又分為直接飛行時間測距（direct Time of Flight，dToF）和間接飛行時間測距（indirect Time of Flight， iToF）。

①三角測距原理：

如圖所示，激光雷達發射激光，反射光通過接收透鏡打再線陣CCD/CMOS上，根據打在CCD/CMOS上的光點與主光軸的距離d，利用相似三角形原理計算出物體與激光雷達的距離D。

可以想象：當距離很遠時（即D很大，d很小時），此時d的變化就對D的變化不再敏感，激光雷達的精度大打折扣。因此三角測距原理的激光雷達一般只適用于家用掃地機器人等小場景。

②飛行時間（Time of Flight，ToF）dToF直接飛行時間測距原理

直接的飛行時間測距就是通過激光從發射到返回的時間t來測量距離，即D = c * t / 2。由于是利用光速測距，因此理論上不會因為距離遠而有精度的下降，因此dToF的有效探測距離很遠。

但是dToF測距也有其缺陷，那就是關于往返飛行時間t的測量：假如物體A與物體B距離相差1.5m，則二者的往返時間t1與t2的差值約為0.00000001s，這給予計時器的測量精度極大的壓力，因此通常dToF的圖像分辨率不會很高。

③間接飛行時間測距（indirect Time of Flight， iToF）

iToF顧名思義時采用間接的方法測量飛行時間，具體地說是測量接收波與發射波的相位差，轉換成具體的飛行時間，再計算飛行距離。

由于iToF并不直接測量飛行時間，因此不需要高精度的時間測量，所以相比于dToF，iToF的圖像分辨率較高。

但是如果距離過遠的話，接收波的波形會出現信噪比減小、相位模糊等問題，因此iToF的有效探測距離不如dToF。

④ 優缺點總結

（自動駕駛場景通常需要較遠距離的探測，因此主流選擇dToF測距的激光雷達）

激光雷達的組成部分

由發射系統、接收系統 、信息處理等部分組成.

發射系統是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器以及光學擴束單元等組成；接收系統采用望遠鏡和各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等組合。激光雷達采用脈沖或連續波2種工作方式，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達。

激光雷達的類型及分類

由于當前激光雷達技術方案的分歧點在于掃描方式，所以通常按照掃描方式來分，可以分為：機械旋轉激光雷達，混合半固態激光雷達和全固態激光雷達（Flash型和相控陣）。

自動駕駛汽車激光雷達的作用是什么

激光雷達在自動駕駛中的作用，主要是3D/4D環境感知，探測車輛行駛過程中的路況和障礙物，把數據和信號傳遞給自動駕駛的大腦，再做出相應的駕駛動作。激光雷達可以說是自動駕駛中無形的眼睛.

激光雷達和氮化鋁陶瓷基板

 激光雷達的激光發生器--VCSEL激光器全名為垂直共振腔表面放射激光器，簡稱面射型激光器。它以砷化鎵半導體材料為基礎研制，是一種半導體激光器。VCSEL的固態激光雷達具有更高的可靠性、穩定性并尺寸小型化，為汽車領域大規模應用激光雷達奠定了基礎。

VCSEL芯片功率轉化效率較低，這就意味著散熱肯定有問題，面臨熱電分離的難題，而陶瓷基板就是為解決熱電分離誕生的。根據有關拆解圖片來看，VCSEL芯片安裝在一塊氮化鋁原料的DPC陶瓷基板上，氮化鋁基板又貼裝于一個陶瓷基座底部。

VCSEL運行時會產生較大熱量。其一，一個是熱量需要通過基板及時散發出去；其次，VCSEL芯片功率密度很高，需要考慮芯片和基板熱膨脹失配導致的應力問題。因此，實現高效散熱、熱電分離及熱膨脹系數匹配成為VCSEL元件封裝基板選擇的重要考量。

一般情況下，半導體激光器的發光波長隨溫度變化為0.2-0.3nm/℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當正向電流流經pn結，發熱性損耗使結區產生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，半導體激光器的發光強度會相應地減少1%左右，激光器時刻保持色純度與發光強度非常重要，以往多采用減少其驅動電流的辦法，降低結溫，多數半導體激光器的驅動電流限制在20mA左右。但是，半導體激光器的光輸出會隨電流的增大而增加，很多功率型半導體激光器的驅動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結構才能保證激光器的壽命，全新的半導體激光器封裝設計理念采用低熱阻封裝結構及技術，改善熱特性。

這就要求選擇與芯片材料匹配的熱膨脹系數接近的且有高熱導的的封裝基板--氮化鋁的DPC陶瓷基板。請看下表：

氮化鋁的熱膨脹系數不僅與砷化鎵半導體材料和非常接近，且具備180W/M*K)的熱導率。

直接鍍銅陶瓷基板DPC陶瓷基板極大地滿足了VCSEL元件的這種封裝要求。由于DPC陶瓷基板具備了高導熱、高絕緣、高線路精準度、高表面平整度及熱膨脹系數與芯片匹配等諸多特性，在高功率VCSEL元件封裝中占有重要地位。

由于VCSEL的結構是垂直結構，斯利通DPC陶瓷電路板具有獨特的高解析度、高平整度及高可靠垂直互聯等技術優勢更適用于其垂直共晶焊接。

陶瓷本身的穩定性確保傳感器信號不會失真；陶瓷基板與芯片的熱膨脹系數匹配，使得產品更加可靠，即使在汽車高溫，高震動，含腐蝕性的環境下仍然可以保正信號的高效，靈敏，準確。

（部分圖片來源網絡，如有侵權請聯系刪除）