固態激光雷達系統設計與鏡頭優化

    在自動駕駛和先進駕駛輔助系統（ADAS）的快速發展中，激光雷達（LiDAR）技術扮演著越來越重要的角色。激光雷達，即光探測與測量（LightDetectionAndRanging），是一種通過激光掃描獲取周圍環境3D點云數據的技術。本文將深入探討激光雷達的不同類型，特別是固態激光雷達的設計，以及針對Flash類激光雷達的光學鏡頭設計。

    一、激光雷達技術概覽

    激光雷達系統根據其掃描方式可分為機械式、半固態（混合固態）和固態三種。機械式激光雷達通過電機帶動光機結構360°旋轉，實現全方位掃描，但其體積大、成本高，不適合大規模車規級量產。半固態激光雷達通過MEMS工藝簡化掃描結構，分為一維和二維掃描技術方案，通過微鏡實現垂直掃描，而水平掃描則通過整機旋轉完成。

    二、固態激光雷達的優勢

    固態激光雷達摒棄了內部運動部件，提供了更高的集成度和穩定性。其中，OPA（OpticalPhasedArray）方案通過調節發射陣列中各單元的相位差改變激光光束的發射角度，類似于多縫衍射原理。而Flash方案則通過高密度激光源陣列發射覆蓋一片區域的激光，并用高靈敏度接收器構建三維圖像。

    三、Flash類激光雷達鏡頭設計

    在Flash類激光雷達的設計中，光學鏡頭的作用至關重要。鏡頭的設計規格需要滿足特定的要求，以確保發射和接收的效率。初步設計結果顯示，接收鏡頭（Rx）主要用于識別，因此其分辨率不能太低。通過將鏡頭導入光學仿真軟件中，可以模擬出被照射區域的范圍，從而優化設計。

    四、鏡頭設計的挑戰與解決方案

    一個設計挑戰是VCSEL陣列和CMOS感光芯片的尺寸通常不同，這可能導致發射（Tx）和接收（Rx）鏡頭無法共用。為解決這一問題，設計時需確保Tx和Rx兩個鏡頭的畸變曲線盡量一致，以便在兩個鏡頭之間進行畸變補償，最終保證點云圖的畸變在可控范圍內。