計算機行業智聯汽車系列深度激光雷達系列：Flash激光雷達的五個核心問題-220705（32頁）.pdf

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1、 行業及產業 行業研究/行業深度 證券研究報告 計算機 2022 年 07 月 05 日 Flash 激光雷達的五個核心問題 看好 智聯汽車系列深度之二十五/激光雷達系列之六 相關研究 假設智聯汽車暫估值壓力， 后續 IT 哪些方 向 接 力 ？ - 計 算 機 行 業 周 報20220627-20220701 2022 年 7 月 2日 Q3 全面復蘇預期！關注領軍第二曲線2022 年計算機行業投資策略 2022 年 6 月 29 日 證券分析師 蒲夢潔 A0230519110002 劉洋 A0230513050006 楊海燕 A0230518070003 朱型檑 A023051906000

2、4 李蕾 A0230519080008 研究支持 朱錕旭 A0230120070007 黃婷 A0230121070008 聯系人 蒲夢潔 (8621)23297818轉 本期投資提示： Flash 激光雷達從原理上來講類似于攝像頭，不同點在于 Flash 激光雷達接收其發射的主動光，而攝像頭是接收環境反射的被動光，所以前者多了一個發射模塊。由于 Flash 激光雷達沒有任何掃描部件，所以相比于機械旋轉和半固態激光雷達非常容易過車規。大陸集團推出的 SRL121、HFL110（搭載至豐田雷克薩斯），ibeo 推出的三款 next 長中短距激光雷達（獲得長城汽車定點）、Ouster 推出的 DF

3、 系列激光雷達均屬于 Flash 激光雷達。 問題一：怎樣才算是性能優異的 Flash 激光雷達？對于用于前向遠距離探測的激光雷達，如果能夠同時實現“看得遠”、“看得清”、“看得廣”即為性能優異?！翱吹眠h”要求探測距離至少達到 150m10%反射率及以上，探測距離主要受 VCSEL 芯片光功率密度、SPAD 靈敏度（PDE、暗計數率）、光學系統準直效果（發散角）、角分辨率四大因素影響；“看得清”要求角分辨率要達到 0.2及以下，幀率要足夠高至少為 10Hz 以上，角分辨率主要受接收視場角和 SPAD 像素數影響；“看得廣”指視場角足夠大，要求水平和垂直視場角至少達到 12020，主要由焦距和

4、SPAD 尺寸所決定，但同時會受角分辨率約束。Flash 激光雷達現在還無法在保證“看得清”的前提下，同時達到“看得遠”和“看得廣”，因此作為前向主雷達技術還未成熟，但作為中短距補盲激光雷達技術上已經成熟。 問題二：發射端為什么要用 VCSEL？ Flash 激光雷達更適合用 VCSEL 主要原因在于：VCSEL 相較于 EEL 具備更大的發光面積，視場角可以做得比較大；如果把 EEL 用在 Flash上則光學設計會很復雜， 需要好的光學設計去擴散EEL發出來的光。 但是VCSEL作為Flash激光雷達光源最大的問題在于光功率密度不夠，目前最高水平的 VCSEL 光功率密度為1400W/mm2

5、（Lumentum5 層結 VCSEL），而 EEL 最高已經到 60000W/mm2（歐司朗3 層結 EEL）。而發射功率每提高 1 倍，則激光雷達探測距離將提升 19%。 問題三：為什么 Flash 激光雷達要用 SPAD？激光雷達廠商在選擇光電探測器時，有三種選擇：APD（雪崩二極管） 、SPAD（單光子雪崩二極管）和 SiPM（硅光電倍增管） 。APD最大的問題在于增益不夠， 典型增益是 100 倍； 而 SPAD 和 SiPM 的光電增益在 106以上，可以提高光電探測器的信噪比，十分靈敏。另一方面，由于 Flash 激光雷達角分辨率主要受限于像素數量，因此單位面積能夠達到很多像素數

6、量的 SPAD 是更優于 SiPM 的選擇。 問題四：Flash 激光雷達的光學系統有什么變化？（1）Flash 沒有掃描模塊。 （2）Flash激光雷達發射光學系統相比于其他種類激光雷達，對發射視場角和光的均勻度有比較高的要求，但是不需要“準直”減小發散角；但是機械旋轉和半固態激光雷達要求盡可能準直光束。 （3）三類激光雷達接收光學系統差不多。 問題五： Flash 激光雷達什么時候能夠普及？我們認為要達到以下幾個條件， Flash 激光雷達才能作為前向主雷達： （1）VCSEL 光功率密度提升至 1750 W/mm2，SPAD 的 PDE 提升至 30%時，Flash 激光雷達的探測距離可

7、以提升至 200m（以 Ibeo Next 為基準） 。 （2）SPAD 像素數達到 44 萬像素以上，可以在保證遠距離探測所需要的角分辨率 0.09x0.07的前提下， FOV 能提升至 120 x25， 而目前像素數最高的是索尼 IMX459， 僅 11 萬像素。但是 Flash 作為中短距補盲激光雷達技術上已經成熟，我們測算規?；慨a價格為 1500元，是整車廠相對還能夠接受的價格。 相關標的：VCSEL 芯片主推長光華芯（申萬電子覆蓋） ，SPAD 和 Flash 激光雷達 Tier1建議關注奧比中光，VCSEL 面陣發射模組主推炬光科技（申萬電子覆蓋） ，光學元器件主推永新光學（申萬

8、通信覆蓋） 、炬光科技、舜宇光學（申萬電子覆蓋） 。 風險提示：L3 硬件預埋不及預期、純視覺技術挑戰、單車激光雷達安裝顆數不確定風險。 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 2 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 投資案件 結論和投資分析意見 我們認為 Flash 激光雷達作為中短距補盲雷達技術上已經成熟； 但是如果作為長距離探測的前向主雷達，技術上成熟還需滿足一下條件： （1）VCSEL 光功率密度提升至1750 W/mm2，SPAD 的 PDE 提升至 30%時，Flash 激光雷達的探測距離可以提升至200m（以 Ibe

9、o Next 為基準） 。 （2）SPAD 像素數達到 44 萬像素以上，可以在保證遠距離探測所需要的角分辨率 0.09x0.07的前提下，FOV 能提升至 120 x25，而目前像素數最高的是索尼 IMX459，僅 11 萬像素。 經測算我們認為未來 Flash 激光雷達規?；慨a價格大約接近 1500 元（假設毛利率 30%） ，其中 950 元是 BOM 成本（發射、接收、光學、IC 分別為 200 元、300 元、300 元、150 元） 、18 元是人工費用、55 元為制造費用。 原因及邏輯 由于將 EEL 用于 Flash 激光雷達很難用好的光學設計去擴散 EEL 發出來的光，所以

10、一般選擇 VCSEL 作為 Flash 激光雷達光源。 但是 VCSEL 由于發光面積是 EEL 的幾十倍，因此光功率密度遠不及 EEL（VCSEL 目前最高為 1400W/mm2，而 EEL 最高已經到 60000W/mm2） ，因此導致其探測距離受限。另一方面，SPAD 的靈敏度還有提升空間，若 PDE 提高 1 倍，即最小可探測功率減小 50%，則激光雷達探測距離將提升19%。濱松光子計劃將 PDE 從 2019 年的 7%在 2023 年提升至 20%以上，后續 Flash激光雷達的探測距離有希望進一步提升。 由于 APD 增益不如 SPAD，SiPM 像素數不如 SPAD，因此一般選

11、擇 SPAD 作為Flash 激光雷達的探測器。如果要看清 150m 處及更遠物體，角分辨率需要保證在 0.1左右， 但是角分辨率是視場角和像素數之比， 現在像素數最高的 SPAD 是索尼 IMX459，為 11 萬像素，還無法在保證足夠角分辨率的情況下，使得視場角達到 120 x25。 整車廠所普遍愿意往中低端車去滲透的激光雷達價格為 100-200 元，經測算我們認為 Flash 激光雷達由于沒有掃描部件容易芯片化和規?；慨a， 其大規模量產價格大約在 1500 元，如果上述技術條件成熟，可作為理想的前裝量產激光雷達。 有別于大眾的認識 市場只認識到 Flash 激光雷達作為前向主雷達技術

12、不成熟，但是沒有認識到 Flash激光雷達技術不成熟背后的原因， 以及達到什么條件意味著技術成熟。本篇深度報告進行了詳細論述。 市場對 Flash 規?；慨a的價格較為模糊，且說法不一，本篇報告進行了 BOM 詳細測算拆解。 oXdYpZfWhZgYiXsU9YnM6M8Q7NoMoOnPnPfQpPrOiNpPtN6MrRwPxNpNsMMYsRsR 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 3 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 1Flash 激光雷達的原理和進展 . 6 2問題一：怎樣才算是性能優異的 Flash 激光雷達？ . 8 3問題二：發射端為什么要用 VCSE

13、L？ . 12 4問題三：為什么 Flash 激光雷達要用 SPAD？ . 16 5問題四：Flash 激光雷達的光學系統有什么變化？ . 21 6問題五：Flash 激光雷達什么時候能夠普及？ . 23 7Flash 激光雷達產業鏈相關重點公司. 27 目錄 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 4 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 圖表目錄 圖 1：激光雷達技術路線分類 . 6 圖 2：Flash 激光雷達的內部結構非常簡單，沒有掃描模塊. 6 圖 3：Ouster 純固態 Flash 激光雷達 DF 系列產品路線圖. 7 圖 4：Ouster 用于 DF 系列 F

14、lash 激光雷達的 SPAD 芯片 . 8 圖 5：Ouster 用于 OS 系列機械旋轉激光雷達的 SPAD 芯片（集成數字信號處理系統） . 8 圖 6：Flash 激光雷達的三大性能以及影響三大性能的主要因素匯總 . 9 圖 7：影響激光雷達探測距離的主要因素及其關系分析 . 10 圖 8：Flash 激光雷達角分辨率和視場角對激光雷達有效探測距離的影響. 11 圖 9：各類型激光雷達所應該選擇的激光光源類型（餅圖深色部分代表了合適程度） . 12 圖 10：長光華芯激光雷達專用 VCSEL 芯片功率密度約 1000-1200W/mm2 . 13 圖 11：歐司朗激光雷達專用 EEL

15、芯片功率密度最高可達 60000W/mm2 . 14 圖 12：提高 VCSEL 輸出功率的三種方式分析 . 15 圖 13：2017-2019 年全球 VSCEL 市場份額. 16 圖 14：各類型光電探測器的特征比較 . 17 圖 15：增益越高，信噪比越大，光電探測器的探測效果越好 . 17 圖 16：SPAD 的單位面積像素數遠高于 SiPM. 18 圖 17：SiPM（MPPC）的光強識別能力更高，信號提取速度更快，所以時間分辨率更高 . 18 圖 18：不同探測器在時間分辨率、靈敏度和像素數上的差異 . 19 圖 19：從 2013 年至今用于激光雷達的已上市商用 SPAD 產品

16、. 20 圖 20：Flash 激光雷達的發射和接收光學系統核心元器件 . 21 圖 21：點掃描式激光雷達收發光學系統核心元器件 . 22 圖 22：線掃描式激光雷達收發光學系統核心元器件 . 23 圖 23：濱松光子計劃將 SPAD/SiPM 的 PDE 從 2019 年的 7%在 2023 年提升至 20%以上. 25 圖 24：以 Ibeo 長距離 Flash 激光雷達為基準，假設視場角不變，VCSEL 和 SPAD 性能提升對探測距離影響的敏感性分析 . 25 圖 25：Flash 激光雷達 BOM 原材料成本拆分估算 . 26 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明

17、第 5 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 圖 26：機械旋轉激光雷達原材料 BOM 成本構成. 26 圖 27：Flash 產線自動化程度高，成本結構接近一般汽車電子產品. 26 圖 28：LeddarTech 的核心產品是 Flash 激光雷達信號處理 SoC 和信號處理軟件 . 28 圖 29：炬光供給大陸集團的 VCSEL 激光雷達面光源單價變化趨勢 . 30 表 1：主流 Flash 激光雷達廠商所發布的產品性能參數. 7 表 2：EEL 和 VCSEL 特性對比. 13 表 3：Lumentum 在 2022 年新發布的專用于激光雷達的 VCSEL 陣列詳細參數14 表 4：主流

18、專用于車載激光雷達的商用 SiPM 性能參數. 20 表 5：目前主流激光雷達專用 SPAD 性能參數 . 20 表 6：各類型激光雷達所需要用到的核心光學組件 . 22 表 7：主流前裝上車的前向激光雷達產品參數 . 24 表 8：炬光科技已經推出的激光雷達發射模組產品參數 . 30 表 9：激光雷達行業重點公司估值表 . 31 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 6 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 1Flash 激光雷達的原理和進展 本篇行業深度主要研究 Flash 激光雷達。一方面，雖然目前獲得車廠前裝定點比較多的激光雷達方案以半固態中的 MEMS 和轉鏡/棱

19、鏡方案為主，但是由于 Flash 激光雷達是真正意義上的純固態激光雷達，未來技術成熟之后在規?；?、成本、可靠性上都相較于目前最主流的半固態激光雷達有明顯優勢，是激光雷達遠期最主流的技術形態，所以除了既有的 Ibeo、Ouster、大陸集團等 Flash 技術陣營的公司，目前半固態激光雷達陣營的廠商速騰、禾賽、華為等明星激光雷達廠商都在加大在 Flash 路線上的研究和投入。另一方面， 近期已 （擬） 上市的多家 A 股公司長光華芯、 炬光科技、 奧比中光其汽車業務均和 Flash激光雷達技術路線有緊密關聯， 因此我們本篇深度著重選擇 Flash 激光雷達進行深入研究。 圖 1：激光雷達技術路線

20、分類 資料來源：申萬宏源研究 Flash 激光雷達從原理上來講類似于攝像頭，不同點在于 Flash 激光雷達接收其發射的主動光，而攝像頭是接收環境反射的被動光，所以前者多了一個發射模塊。Flash 激光雷達在短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪制。而半固態和固態激光雷達發射模塊發射出來的激光是線狀的，需要通過掃描部件往復運動把線變成面打在需要探測的物體表面。由于 Flash 激光雷達沒有任何掃描部件，所以相比于機械旋轉和半固態激光雷達非常容易過車規。 圖 2：Flash 激光雷達的內部結構非常簡單，沒有掃描模塊 行業深度 請務必仔細閱讀正文之

21、后的各項信息披露與聲明 第 7 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 資料來源：Ouster，申萬宏源研究 大陸集團已經推出兩代短距固態 Flash 激光雷達：短距激光雷達 SRL121（探測距離1-10 米）、固態短距激光雷達 HFL110（50 米以內）。HFL-110 客戶主要是豐田，搭載至新款 Mirai 和雷克薩斯新款 LS500 系列車型中，用作側向補盲激光雷達，單價大約5000-8000 元人民幣，已經在 2020 年量產。（備注：大陸集團的 Flash 激光雷達技術主要源于大陸集團在 2016 年收購的 Flash 激光雷達公司 Advanced Scientific Conc

22、epts） 德國 Ibeo 公司推出了 Flash 激光雷達 ibeoNEXT：采用了 AMS 的 VCSEL，最先將在長城 WEY 摩卡上量產（原計劃 2021 年量產，目前預計推遲至 2022 年）。采埃孚收購了 Ibeo 大約 40%股權，Ibeo 激光雷達的生產制造由采埃孚承擔。 表 1：主流 Flash 激光雷達廠商所發布的產品性能參數 型號 SRL121 HFL110 ibeoNEXT（長距） ibeoNEXT（短距） ibeoNEXT（近距） 廠商 大陸集團 大陸集團 Ibeo Ibeo Ibeo 發布年份 2017 年 2019 年 11 月 2021 年 2021 年 202

23、1 年 波長 905nm 1064nm 885nm 885nm 885nm 探測距離 10m 22m10%反射率 140m10%反射率 40m10%反射率 25m10%反射率 水平視場角 27 120 11.2 60 120 垂直視場角 11 30 5.6 30 60 像素數量 N/A 128 x 32 (4096)像素 128 x 80 (10240)像素 128 x 80 (10240)像素 128 x 80 (10240)像素 角分辨率 N/A 0.94/像素 0.09x0.07 0.47x0.38 0.94x0.75 幀率 100Hz 25Hz 25Hz 25Hz 25Hz 資料來源：

24、大陸集團官網，Ibeo 官網，申萬宏源研究 美國 Ouster 公司推出的 DF 系列激光雷達即 Flash 激光雷達： DF 系列一共有短、 中、遠三個類型，2022Q1 已經把第一批 DF 系列 A 樣發給車廠，并計劃向另外 30 多家 OEM和 1 家 Tier1 送出升級版 A 樣，最快預計 2025 年量產。Ouster 預計其推出的 DF 系列可以在車上安裝 5 個（1 個前向 Flash 激光雷達+4 個側向激光雷達），5 個激光雷達總價可控制在 1000 美元以內。 圖 3：Ouster 純固態 Flash 激光雷達 DF 系列產品路線圖 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項

25、信息披露與聲明 第 8 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 資料來源：Ouster 官網，申萬宏源研究 和其他 Flash 激光雷達廠商不同的是 Ouster 還自研了 SPAD 芯片：2022 年 3 月Ouster 發布了 Chronos 芯片，計劃在 2022 年底完成 Chronos 芯片流片，并在 2023 年將該芯片集成到 DF 系列首批樣品中。 圖 4： Ouster 用于 DF 系列 Flash 激光雷達的 SPAD芯片 圖 5：Ouster 用于 OS 系列機械旋轉激光雷達的SPAD 芯片（集成數字信號處理系統） 資料來源：Ouster 官網，申萬宏源研究 資料來源：Ous

26、ter 官網，申萬宏源研究 2問題一：怎樣才算是性能優異的 Flash 激光雷達？ 對于用于前向遠距離探測的激光雷達，如果能夠同時實現“看得遠”、“看得清”、“看得廣”即為性能優異?！翱吹眠h”指探測距離遠，探測距離至少達到 150m10%反射率，最好能夠探測到 250 米處的目標物體?！翱吹们濉币环矫嬷附欠直媛实?，即要求能 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 9 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 夠看清楚 150200 米范圍內的行人、車輛等其他尺寸較小的障礙物；另一方面指幀率高，即能夠在 1 秒內獲取張數盡可能多的點云圖像，表 1 中的大部分 Flash 激光雷達的

27、幀率為25Hz。 “看得廣”指視場角 FOV 足夠大，以拿到前裝定點項目最多的速騰聚創 M1 為例，其水平 FOV 為 120，垂直 FOV 為 25，可以推測能夠作為乘用車前裝前雷達的激光雷達FOV 也應該滿足上述水平。 圖 3：Flash 激光雷達的三大性能以及影響三大性能的主要因素匯總 資料來源：申萬宏源研究 看得遠探測距離： Flash 激光雷達的探測距離主要受 VCSEL 激光發射功率、 SPAD最小可探測功率、激光發散角三個因素影響。 （1）激光發射功率越高，探測距離越遠；激光發射功率的提高主要取決于激光芯片的光功率密度。若發射功率提高 1 倍，則激光雷達探測距離將提升 19%。而

28、激光芯片的發射功率是“激光芯片功率密度”和“發光面積”兩者的乘積，發光面積由于激光雷達體積、激光芯片技術、成本、光學系統設計難易程度四個方面原因的制約，提升空間有限；所以激光芯片的光功率密度成為提高激光發射功率從而提升激光雷達探測距離的關鍵指標。 （2）光電探測器最小可探測功率越小，探測距離越遠；最小可探測功率取決于 PDE和暗計數。若 PDE 提高 1 倍，即最小可探測功率減小 50%，則激光雷達探測距離將提升19%。光電探測器的基本功能是把入射光功率轉化為相應的光電流。最小可探測功率表示APD、SPAD、SiPM 等光電探測器所能探測到的最小入射光功率，入射光功率低于這個值則將被噪聲淹沒無

29、法被探測器探測到；NEP 代表在信噪比為 1 時所需要的最小輸入光信號功率，所以 NEP 代表了最小可探測功率。根據下圖中的公式，光子探測效率 PDE 越高， 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 10 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 暗計數越低，NEP 越低其中 PDE 指 SPAD 吸收并觸發雪崩的光子數和入射光子總數的百分比；“暗計數率”是指在沒有光子射入時，由于熱運動或者其他干擾等條件導致的一次電子雪崩，被錯誤的記錄下來，可以簡單理解為“噪聲”。因此 PDE 和暗計數成為衡量 SPAD 光電探測器靈敏度最重要的指標（APD 對應的該指標名稱為量子效率）。由此可

30、計算， 若 PDE 提高 1 倍， 最小可探測功率將降低 50%， 從而激光雷達探測距離將提升 19%。 （3）激光發散角越小，探測距離越遠；激光發散角取決于發射光學系統的準直性能。若發散角減小 50%，則激光雷達探測距離將提升 41%。不論 VCSEL 還是 EEL，激光從激光芯片發射出來都存在一定的發散角， 發散角直接影響了激光發射到目標物體表面的光斑面積（=*（R*tan）2）從而影響了激光打在目標物體上的光功率密度，最終影響從目標物體表面反射回探測器表面的入射光功率。激光雷達的發射光學系統中一般有準直鏡和擴束鏡，能夠減小激光的發散角。但是即使光學系統的準直性能再好，激光光束也不可能完全

31、準直到 0，始終存在一定的發散角，不可能完全是平行光，光學系統只可能盡可能減小發散角。VCSEL 的遠場發散角一般為 25，如果不進行準直，傳播到 100 米處時光斑的半徑就會變成 47 米，由此可見通過準直減小光束發散角的重要性。 圖 4：影響激光雷達探測距離的主要因素及其關系分析 資料來源： 激光原理與技術 ， 主動截止電路控制之單光子崩潰二極體偵測器 ，申萬宏源研究 看得廣視場角：Flash 激光雷達的視場角 FOV 主要取決于焦距和 SPAD 尺寸，原理可類比于攝像頭，攝像頭的視場角主要取決于焦距和 CMOS 尺寸。Flash 激光雷達成像原理和攝像頭非常相似，在接收視場角的影響因素上

32、也可以借助攝像頭類比來幫助理解：對于攝像頭，焦距越長（由聚焦透鏡進行調節），圖像傳感器 CMOS 尺寸半徑擁有的像素數越低，視場角 FOV 越??；對于 Flash 激光雷達，焦距越長，光電探測器 SPAD 尺寸半徑所擁有的像素數越低，FOV 越小。 看得清角分辨率和幀率：Flash 激光雷達的角分辨率由視場角和像素數決定，角分辨率越低越好， 因此可以通過縮小視場角和提高 SPAD 像素數量兩種方式縮小角分辨率。（1）角分辨率：激光雷達輸出的圖像也被稱為“點云”圖像，相鄰兩個點之間的夾角就是角分辨率。Flash 激光雷達的角分辨率=視場角/像素數量。角分辨率的數值越小越好，因此 行業深度 請務必

33、仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 11 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 為了減少數值提升角分辨率能力，需要減小視場角，增加探測器陣列的像素數量。（2）幀率：一幅點云圖像代表一幀，對于機械旋轉/半固態激光雷達，幀率即代表一秒鐘內激光雷達電機旋轉的圈數，也就是每秒鐘完成一圈掃描的次數；對于 Flash 激光雷達，幀率代表每秒激光雷達獲取前方點云圖像的次數，所以幀率可以理解為激光雷達在時間維度上的分辨率，幀率越高，實時性越強。 但是在設計 Flash 激光雷達視場角大小的時候更多是由“看得清”即“角分辨率”所決定的， 角分辨率決定了 Flash 激光雷達的有效探測距離， 如果要看清楚

34、200 米處的小狗、車輛、行人，則垂直角分辨率應該低于 0.1/像素。激光雷達能測出遠方某個物體要解決兩個方面的問題先“覆蓋到”，后“探測到”。角分辨率解決的是“覆蓋到”的問題，一個物體先要被發射的激光“覆蓋到”，然后才能探討是不是能被“探測到”，探測到也就是“看得遠”那一段文字所論述的問題。根據下圖表格中的計算數據，以角分辨率 0.9為例，激光擴散到前方 20 米處，由于光束之間的垂直高度大約為 0.31 米，大于馬路牙子的高度 0.15 米，所以在 20 米處就檢測不到馬路牙子了；同理在 50 米處會探測不到小狗，在 100 米處會探測不到車輛，在 200 米處就檢測不到行人了。角分辨率越

35、低，就能在越遠的距離看到越矮的目標物體。如果漏檢車輛和行人，將容易發生交通事故。所以由于 SPAD像素數量有限，目前技術水平有限只能做出較低像素數量的 SPAD 等光電探測器，因此只有通過“犧牲廣度”，即通過壓縮視場角來縮小角分辨率，從而提升有效探測距離。 圖 8：Flash 激光雷達角分辨率和視場角對激光雷達有效探測距離的影響 資料來源：申萬宏源研究 但是從表 1 的歸納中我們可以發現，目前主流 Flash 激光雷達有兩種配置：（1）大FOV，中短距探測：要求光源具備大發散角和非常高的功率。（2）小 FOV，長距離探測：要求光源發散角要小，中等高功率即可。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的

36、各項信息披露與聲明 第 12 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 上述配置說明：目前 Flash 激光雷達無法同時滿足上述“看得遠”、“看得清”、“看得廣”3 個性能，作為前雷達還需要上游關鍵電子元器件性能成熟。其中，Flash 激光雷達最關鍵的兩大電子元器件是 VCSEL 激光芯片和 SPAD 光電探測器以下篇幅， 我們將對VCSEL 和 SPAD 這兩大關鍵元器件所需突破的瓶頸進行詳細分析。 3問題二：發射端為什么要用 VCSEL？ 機械旋轉和 MEMS 激光雷達選擇 EEL 更適合，原因在于：EEL 光功率密度更大，能探測更遠的距離；相較之下 VCSEL 用在機械旋轉和半固態等激光雷達

37、有一個最大的問題是光學設計會復雜很多以及光功率密度比較低。（1）機械旋轉激光雷達：多線激光雷達都需要把激光準直到比較小的發散角度（比如 0.10.2），但是 VCSEL 這么大的發光面積比較難實現。（2）MEMS 激光雷達：EEL 占主導優勢是因為 MEMS 激光雷達本身體積就不大，MEMS 振鏡直徑大約 1-2mm，想用 VCSEL 這么大的發光面積（一顆 250m*250m，有點光源和線光源兩種形式） ， 把光線準直到這么小的 MEMS 面積上面 （大約 1-4mm2） ，整個光學系統會比較難實現。而 EEL 整個發光面積比較?。ㄒ活w 200m*10m），更容易準直。 Flash 激光雷達

38、更適合用 VCSEL 主要原因在于： VCSEL 相較于 EEL 具備更大的發光面積，FOV 可以做得比較大；如果把 EEL 用在 Flash 上則光學設計會很復雜，需要好的光學設計去擴散 EEL 發出來的光。 圖 9：各類型激光雷達所應該選擇的激光光源類型（餅圖深色部分代表了合適程度） 資料來源：歐司朗 AMS，申萬宏源研究 EEL 和 VCSEL 特性主要區別在于光功率密度&發光面積、溫漂、光束質量上有明顯差異： 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 13 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 （1）光功率密度&發光面積（EEL 明顯好于 VCSEL）：光功率密度表示單

39、位時間內，激光輻照在單位面積靶材上的能量大小。 EEL 的光功率密度一般是 60000W/mm2， 而現在功率密度最高的五結 VCSEL 大約 1000W/mm2（全球 VCSEL 頭部廠商 Lumentum 發布的五/六層結 VCSEL 最高功率密度能達到 1400W/mm2， 國內 VCSEL 芯片頭部廠商長光華芯目前 5 層結 VCSEL 芯片光功率密度最高能達到 1200 W/mm2）。造成上述差異主要在于 VCSEL 的發光面積遠大于 EEL，由于 VCSEL 是面發光，VCSEL 芯片本身是由幾十個甚至上百個發光點所組成的發光面，一般考慮通過增加發光面積（增加發光點或者增加單孔發光

40、孔徑）來提升光功率；但是 EEL 諧振腔平行于襯底，因此只要激光器越長，那么單孔功率就越大。從 Lumentum、長光華芯和歐司朗公布的數據中可以看出， VCSEL 發光面積（250m*250m）遠大于 EEL 發光面積（220m*10m）。 （2）溫漂（VCSEL 好于 EEL）：溫漂指波長隨溫度變化而漂移，由于車規工作溫度范圍是在-40+105之間，范圍很大，因此溫漂越低越好從而保證工作波長的穩定性。VCSEL 的溫漂性能要比 EEL 好很多，VCSEL 只有 0.07nm/，而 EEL 是 0.3nm/。 （3）光束質量（EEL 慢軸好于 VCSEL）：EEL 是橢圓形光斑，長的對稱線是

41、快軸和短的對稱線是慢軸，EEL 光束的慢軸遠場發散角只有 10，光束質量很高；而 VCSEL 是堆成的圓形光斑，光束遠場發散角大約 20，準直系統設計相對 EEL 會更困難一些。 表 2：EEL 和 VCSEL 特性對比 類型 EEL VCSEL Laser 技術 InGaAs/GaAs GaAs 波長 905nm 905nm/940nm 發射結構 邊發射 垂直表面發射 光譜寬度 7nm 1nm 光功率 由腔體長度調節 由面積調節 功率密度 125W0.0022mm2 60000W/mm2 1000W1mm2 1000W/mm2 光束發散角 1025 20 光束質量 非對稱/中發散度 對稱/低

42、發散度 波長漂移 0.3nm/K-0.07nm/K 0.07nm/K 功率下降與溫度 -0.25%/K -0.15%/K 溫度范圍 -40+125 -40+125 上升和下降沿時間 1ns 2 kW/mm。 圖 12：提高 VCSEL 輸出功率的三種方式分析 資料來源：Lumentum 官網，光通信公眾號，申萬宏源研究 VCSEL 供應商國外主要有兩家： Lumentum（美國） 、II VI （美國）和 AMS （歐洲） ；中國廠商份額比較大的兩家主要是：長光華芯、縱慧芯光。AMS 在 2021 年 3 月正式完成 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 16 頁 共 32

43、 頁 簡單金融 成就夢想 對歐司朗的收購。2019 年 9 月 II VI 完成對 Finsar 的收購。根據 Yole 的統計，2021 年Lumentum 和 II VI 兩家公司占據了全球 VCSEL 芯片市場 80%左右的份額。 圖 13：2017-2019 年全球 VSCEL 市場份額 資料來源：Yole Dveloppement(October 2020)，申萬宏源研究 4問題三：為什么 Flash 激光雷達要用 SPAD？ 激光雷達廠商在選擇光電探測器時，有三種選擇：APD（雪崩二極管）、SPAD（單光子雪崩二極管）和 SiPM（硅光電倍增管）。 （1）為什么 APD 不行？AP

44、D 最大的問題在于增益不夠，典型增益是 100 倍；而 SPAD 的光電增益在 106以上，可以提高光電探測器的信噪比，十分靈敏。 如圖 16 左邊坐標圖所示，當進入線性增益區時，APD 的增益和偏壓呈線性正相關關系，偏壓越大，APD 的增益越高，但是 APD 只能在小于擊穿電壓的偏置電壓下工作，因此其增益一般只能達到 100 倍；而 SPAD 是在蓋革模式下實現的單光子探測，需要施加高于擊穿電壓的偏壓，使 SPAD 處于探測狀態，因此 SPAD 的增益倍數高達 106。 從圖 16 上方公式可以看出， 增益主要作用是放大目標信號， 但與此同時也放大了噪聲。為了達到好的探測效果，要盡量壓低噪聲

45、，放大目標信號，也就是提升信噪比。從公式中可以看出，增益越大，可以相對壓低不能被增益放大的噪聲，從而提高了信噪比，進而光電探測器就越靈敏，從而能夠探測更遠的距離。 一方面，Flash 激光雷達由于 VCSEL 光功率密度偏低，而且泛光成像光子在整個視場角內擴散從而導致回波的功率密度低，因此需要信噪比更高的探測器，所以 APD 不適合， 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 17 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 增益更高的 SPAD 更適合。 另一方面， 正因為 APD 內部光電增益較小 （APD 增益只有 100倍，SPAD 增益有 106），所以需要增加外側反向偏側

46、電壓，要達到 500-1000 伏，需要增加高壓供壓系統，這樣會使得整個激光雷達系統設計變得非常復雜。 圖 14：各類型光電探測器的特征比較 資料來源：濱松光子，申萬宏源研究 圖 15：增益越高，信噪比越大，光電探測器的探測效果越好 資料來源：濱松中國，知乎，申萬宏源研究 （2） SiPM 和 SPAD 怎么選？SiPM 是由多個帶有猝滅電阻的 SPAD 并聯組成。 SPAD和 SiPM 主要有兩個區別： 像素數：SPADSiPM。SPAD 單點就是 1 個像素，但是 SiPM 單點像素是由多個和 SPAD 單個像素尺寸大小相當的微元組成同時輸出信號（因為 SiPM 單點是由多個 SPAD 并

47、聯組成），所以 SiPM 的單點尺寸要明顯大于 SPAD。SiPM 的成 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 18 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 像分辨率是由 SiPM 單點的數目決定而不是微元的數目決定，因為 SiPM 單點數遠小于 SPAD 的像素數，因此使用 SiPM 會在一定程度上犧牲角分辨率。從圖 17中 SPAD 和 SiPM 的對比中可以看出， SPAD 的單位面積像素數遠高于 SiPM， 以目前用于激光雷達的商用 SPAD 中性能最強的索尼 IMX459 為例，其單位面積的像素數為 10130 個/mm2，而用于激光雷達的安森美車規級 SiPM 1

48、12 陣列其單位面積的像素數為 1531 個/mm2。 時間分辨率：SiPMSPAD。SPAD 只能輸出電平信號也就是“0”“1”，不能反映信號強度，所以在提取信號的時候需要結合時間和空間兩個維度的信息來確認真實信號。但是 SiPM 是將多個并聯的探測器收到的信號進行疊加，可以直接反映信號強度，可以設置閾值直接提取出真實信號，而不用進行比對。因此 SiPM提取真實信號的耗時更短，即時間分辨率更高。 綜上，如果更注重激光雷達的角分辨率，那么選擇 SPAD 更好；如果更加關注激光雷達的幀率和信號提取速度，那么選擇 SiPM 更好。由于 Flash 激光雷達角分辨率主要受限于像素數量，因此單位面積能

49、夠達到很多像素數量的 SPAD 是更優于 SiPM 的選擇。 圖 16：SPAD 的單位面積像素數遠高于 SiPM 資料來源：濱松光子，索尼官網，安森美官網，申萬宏源研究 圖 17：SiPM（MPPC）的光強識別能力更高，信號提取速度更快，所以時間分辨率更高 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 19 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 資料來源：濱松光子，申萬宏源研究 圖 18：不同探測器在時間分辨率、靈敏度和像素數上的差異 資料來源：米蘭理工大學SPADs and SiPMs Arrays for Long-Range High-Speed Light Detecti

50、on and Ranging (LiDAR) ，申萬宏源研究 現在商用的專用于激光雷達的SPAD像素數從2013年到現在像素數量在快速增長 （每3 年翻 10 倍）；但 SiPM 像素數仍然比 SPAD 要低很多。（1）APD 市場份額：德國First-sensor（被 TE 收購）和日本濱松光子是 APD 市場份額最大的兩家廠商，2018 年分別占據約 21.86%和 21.95%市場份額。（2）SPAD 市場份額：主要是索尼、佳能。SensL（被安森美收購）推出其首款 SPAD 陣列 Padion1（擁有 400100 像素點）后，其主要精力放在 SiPM 上，SPAD 無進一步商業進展。

51、國內開發 SPAD 的廠商有阜時科技、宇稱電子、飛芯電子、靈明光子、芯視界、奧比中光，其中阜時科技在 2022 年 1 月宣布已經獲得頭部車載激光雷達大廠訂單，并計劃于 2022 年開始交付；飛芯電子研發的 SPAD 芯片根據官網披露的少量信息可以推算出其像素數大約 2 萬；其他國產產商無 SPAD 產品性能公開數據。（3）SiPM 市場份額：安森美是全球首家推出車規級 SiPM 陣列的廠商，于 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 20 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 2021 年 3 月發布 112 陣列 ArrayRDM-0112A20-QFN；另外濱松光子也發

52、布了兩款用于激光雷達的 SiPM 產品 S13720 系列和 S15639 系列。但是安森美 SiPM 陣列 PDE 明顯優于濱松，但是濱松光學串擾性能優于安森美。 圖 19：從 2013 年至今用于激光雷達的已上市商用 SPAD 產品 資料來源： SPADs and SiPMs Arrays for Long-Range High-Speed Light Detection and Ranging (LiDAR) ，申萬宏源研究 表 4：主流專用于車載激光雷達的商用 SiPM 性能參數 型號 ArrayRDM-0112A20-QFN S13720-1325PS S15639-1325PS 廠

53、商 安森美 濱松 濱松 像素數量 12 1 1 像素尺寸 1.120.47mm2 1.31.3mm2 1.31.1mm2 微元尺寸 20m 25m 25m 每個像素所擁有的微元數量 806 2668 2120 單位面積所擁有的像素數 1531 1579 1483 PDE 14% 7% 9% 總噪聲率 0.1Mcps 0.5Mcps 0.7Mcps 光學串擾 28% 6% 4% 增益 1.2 106 1.1 106 1.3 106 微元恢復時間 34ns - 46ns 擊穿電壓 21.6V 57V 42V 資料來源：安森美官網，濱松光子官網，申萬宏源研究 表 5：目前主流激光雷達專用 SPAD

54、性能參數 型號 IMX459 Padion1 Padion3 產品 1 產品 2 AX32 廠商 索尼 安森美 SenSL 安森美 SenSL 佳能 佳能 飛芯 類型 SPAD SPAD SPAD SPAD SPAD SPAD 發布時間 2021 年 9 月1 無后續進展 未發布 未正式發布4 計劃 2022 年量產5 預計 2023 年量產 分辨率 189600 100400 1024500 200100 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 21 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 型號 IMX459 Padion1 Padion3 產品 1 產品 2 AX32 像素

55、數量 113400 40000 1024000 320 萬 20000 像素尺寸 10m10m 像面尺寸3 6.25mm PDE 24% 24.40% 幀率 24000 30fps 擊穿電壓 20.5V 價格 746 元2 資料來源：索尼官網，安森美官網，佳能官網，飛芯電子官網，申萬宏源研究 5問題四：Flash 激光雷達的光學系統有什么變化？ Flash 激光雷達的光學系統主要分為發射光學系統和接收光學系統， 相比于半固態和機械旋轉激光雷達沒有掃描光學元件。 發射光學系統主要作用是對激光發射模組發射出來的激光進行準直和整形，使得激光光束發散角減小且符合使用要求的形狀；發射光學系統所達到的效果

56、一般用準直后光束發散角、光斑直徑、能量透過率等關鍵參數衡量。 接收光學系統主要作用是盡量收集反射后的光能量，并將其匯聚到探測器的光敏面上，以提高探測距離； 接收光學系統所達到的效果一般用系統孔徑、 焦距、 入射聚焦光斑直徑、系統透過率等指標衡量。 圖 20：Flash 激光雷達的發射和接收光學系統核心元器件 資料來源：德國業納，申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 22 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 Flash 激光雷達發射光學系統相比于其他種類激光雷達， 對發射視場角和光的均勻度有比較高的要求，但是不需要“準直”減小發散角；但是機械旋轉和半固態激光雷

57、達要求盡可能準直光束。因為 Flash 激光雷達要求發射出去的激光光束盡可能均勻地在整個視場角內擴散，因此不需要準直單元；而半固態和機械旋轉激光雷達，因為要求準直到 0.1-0.2比較小的發散角，因此發射光學系統中往往必須經過準直鏡來減小發散角。半固態和機械旋轉激光雷達一般用 EEL 作為發射光源，EEL 有快軸和慢軸，所以需要有快軸準直鏡和慢軸準直鏡分別準直；除了要將光束準直，對于基于 EEL 的線光源，還需要加一個可產生典型值是 25的垂直發散角的線光斑光場勻化器，達到很高的光斑均勻性。如果要將 VCSEL用于半固態激光雷達，想要 VCSEL 準直效果要好的話需要用微透鏡陣列，不追求特別好

58、的效果可以用單透鏡。Flash 激光雷達要求光束盡可能均勻，因此需要增加光束擴散器（控制發射視場角+使光變均勻），光場勻化器主要起到勻化效果，由于已經有光束擴散器，因此光場勻化器視擴散后效果而定是非必選項。 Flash 激光雷達接收光學系統相比于其他種類激光雷達需要具備“大相對孔徑”和“照度均勻”的特點，但是三種類型激光雷達所用光學元器件沒有太大差異。接收光學系統的“接收鏡頭組”由多個球面和非球面透鏡組成，多個透鏡會依次改變光束的視場角直至達到設計的 HFOV 和 VFOV；除此之外，還包括聚焦鏡（會聚反射的激光信號）、濾光片（過濾所需要的特定波長的光線）。 表 6：各類型激光雷達所需要用到的

59、核心光學組件 Flash 半固態 機械旋轉 發射光學系統 快軸準直鏡 FAC 慢軸準直鏡 SAC 快慢軸一體化準直鏡 1 光束擴散器 Diffuser 3 光場勻化器 Homogenizer 3 接收光學系統 聚焦透鏡 接收鏡頭組 濾光片 掃描光學元件 轉鏡 2 棱鏡 2 微振鏡 2 備注 1： “快慢軸一體化準直鏡”與“快軸準直鏡+慢軸準直鏡”二選一 備注 2：上述三類掃描光學元件三選一 備注 3：Flash 激光雷達有時只用到光束擴散器，沒有光場勻化器（因為光束擴散器也有勻化效果） 資料來源：炬光科技官網，業納集團官網，申萬宏源研究 圖 21：點掃描式激光雷達收發光學系統核心元器件 行業深

60、度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 23 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 資料來源：德國業納，申萬宏源研究 圖 22：線掃描式激光雷達收發光學系統核心元器件 資料來源：德國業納，申萬宏源研究 6問題五：Flash 激光雷達什么時候能夠普及？ 從上述內容中可以總結得到，目前制約 Flash 激光雷達無法作為前向主激光雷達的技術瓶頸在于 VCSEL 和 SPAD 上游元器件尚未成熟： 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 24 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 VCSEL 光功率密度不夠，制約了 Flash 激光雷達的探測距離：目前業內最高水平Lume

61、ntum 的 VCSEL 做到了五層和六層 PN 結， 但是光功率密度僅 1400W/mm2，國內 VCSEL 芯片頭部廠商長光華芯目前五層結 VCSEL 芯片光功率密度最高能達到 1200 W/mm2， 但是目前歐司朗推出的最新專用于激光雷達的 EEL 芯片光功率密度已經高達 60000 W/mm2，最高性能的 VCSEL 芯片相較于 EEL 仍然還有較大差距。 SPAD 探測器靈敏度還有提升空間，直接影響 Flash 激光雷達的探測距離：目前在專用于激光雷達的商用 SPAD 中，PDE 最高的是索尼的 IMX459，PDE 達到了24%，而濱松最新推出的 S15 系列 SiPM 產品僅 9

62、%水平。 SPAD 像素數不夠，為了保證足夠小的角分辨率能夠覆蓋到更遠的距離，因此只有犧牲視場角： 目前商用產品中像素數最高的是索尼 IMX459， 僅 11 萬像素。 Ibeo用于長距離探測的 Flash 激光雷達角分辨率為 0.09x0.07， 按照索尼 IMX459 的像素數 600189 計算， 對應視場角可以達到 54x13； 而目前用于前向主激光雷達的視場角大多數為 120 x25， 因此可以推算 SPAD 長度和寬度方向上的像素數量還需要分別擴大 1 倍才行，那么 SPAD 整體的像素數量增加到索尼 IMX459 的4 倍大約 44 萬像素以上。 表 7：主流前裝上車的前向激光雷

63、達產品參數 資料來源：賽博汽車，申萬宏源研究 什么時候 Flash 激光雷達可以作為前向主激光雷達普及？我們認為需要上面的 3 個技術瓶頸都需要一一突破，即滿足以下三個條件： VCSEL 光功率密度提升至 1750 W/mm2， SPAD 的 PDE 提升至 30%時， Flash激光雷達的探測距離可以提升至 200m（以 Ibeo Next 為基準）： Ibeo 使用的是 AMS 提供的 VCSEL 陣列，VCSEL 陣列共計 10240 個發光點。推測 Ibeo 是用的 AMS 在 2020Q2 發布樣品、2022 年量產的 100W 功率的 940nm VCSEL 陣列， 由于沒有公開的

64、產品數據不能獲知光功率密度， 因此我們假設 AMS 的 VCSEL芯片光功率 密度大概和 Lumentum 的 M53-100VCSEL 面陣接近大約為 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 25 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 700W/mm2，此時其探測距離為 140m10%反射率。由于無法獲知 Ibeo 的SPAD 供應商，因此我們假設其使用的 SPAD 和濱松光子 2021 年 SPAD 達到的性能接近，PDE 約為 15%。長光華芯計劃在未來做到 8 層 PN 結，可以達到至少1800W/mm2的光功率密度；濱松光子計劃在 2023 年將 SPAD 的 PD

65、E 提升至25%根據下圖的測算在中長期， Flash 激光雷達的探測距離有望達到 200 米。 SPAD 像素數達到 44 萬像素以上，可以在保證遠距離探測所需要的角分辨率0.09x0.07的前提下，FOV 能提升至 120 x25：具體原因見前一段分析。目前SPAD 像素數量的提升主要依賴于 3D 堆疊技術的發展， 具體技術不再贅述。 佳能計劃在 2022 年下半年量產 320 萬像素 SPAD，但是目前沒有進一步商業化量產進展，而索尼明確表示其 11 萬像素 SPAD（型號： IMX459）將于 2023 年出貨，因此目前性能最好的商用產品仍然是 IMX459，像素數 11 萬。 圖 23

66、：濱松光子計劃將 SPAD/SiPM 的 PDE 從 2019 年的 7%在 2023 年提升至 20%以上 資料來源：濱松光子，申萬宏源研究 圖 24：以 Ibeo 長距離 Flash 激光雷達為基準，假設視場角不變，VCSEL 和 SPAD 性能提升對探測距離影響的敏感性分析 備注：白色、淺藍色、紅色單元格數據代表激光雷達探測距離，單位為米（m） 資料來源：申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 26 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 我們認為 Flash 激光雷達大規模量產之后原材料成本、人工費用、制造費用占營業成本比重大約分別為 92%、2%、6%。

67、根據禾賽科技披露的招股說明書，其 2019 年營業成本中 BOM 原材料成本、人工費用、制造費用分別占 56%、22%、22%，在 2019 年及之前禾賽科技量產的全部是機械旋轉激光雷達，我們認為其人工費用和制造費用占比大主要是由于機械旋轉激光雷達手工裝調工作量較大，因此產線自動化率偏低且機械旋轉激光雷達出貨量較小所致；但是我們認為 Flash 激光雷達沒有任何掃描運動部件，應該和常見的汽車電子產品一樣容易實現規?；詣踊a，而常見的汽車電子產品的 BOM 原材料成本、人工費用、制造費用應該分別占營業成本的 92%、2%、6%（參考汽車電子龍頭德賽西威 2021 年的營業成本結構）因此我們認

68、為 Flash 激光雷達起量且規?；a之后的營業成本結構和上述比例接近。 我們認為未來 Flash 激光雷達規?；慨a價格大約接近 1500 元 （假設毛利率 30%） ，其中 950 元是 BOM 成本（發射、接收、光學、IC 分別為 200 元、300 元、300 元、150元）、18 元是人工費用、55 元為制造費用。根據下圖拆分，我們認為 Flash 激光雷達的BOM 成本合計 950 元， 主要由四部分構成： 發射模組大約 200 元、 接收模組大約 300 元、光學系統大約 150 元、IC 電路部分約 300 元。按照上述人工費用和制造費用分別占營業成本 2%、6%估算，這兩項

69、金額分別為 18 元、55 元加總得到營業成本為 1033 元。假設遠期 Flash 激光雷達的毛利率為 30%，成本加成計算得到 Flash 激光雷達的價格大約為1475 元。 圖 25：Flash 激光雷達 BOM 原材料成本拆分估算 資料來源：Ibeo 官網，愛集微，汽車電子設計，德州儀器官網，貿澤電子，英飛凌官網，ADI 官網，申萬宏源研究 圖 26：機械旋轉激光雷達原材料 BOM 成本構成 圖 27： Flash 產線自動化程度高， 成本結構接近一般 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 27 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 汽車電子產品 備注：上述數據來自

70、禾賽科技 2019 年原材料采購數據 資料來源：禾賽科技招股書，申萬宏源研究 備注：禾賽數據為 2019 年營業成本結構，德賽西威為2021 年營業成本結構 資料來源：禾賽科技招股書，德賽西威 2021 年報，申萬宏源研究 7Flash 激光雷達產業鏈相關重點公司 A中游激光雷達整機環節 目前推出 Flash 激光雷達的主要是大陸集團、ibeo、Ouster 三家公司，三家公司所推出的產品性能以及進展已經在第一節中說明。除此之外做 Flash 激光雷達的國外公司還有Argo、LeddarTech、TriLumina 三家公司；國內主要是奧比中光、北醒光子，另外速騰、華為、 禾賽等拿到前裝定點較

71、多的半固態激光雷達廠商也在針對 Flash 激光雷達投入研發。 Argo：將 Flash 激光雷達置于機械旋轉底座上實現 360視場角覆蓋。在 2017 年收購了激光雷達公司 Princeton Lightwave，被收購時員工總數約 50 人，在被 Argo 收購之前 Princeton Lightwave 一直專注于開發用于軍事/航空應用的激光雷達。目前 Argo 發布了一款激光雷達，技術方案基于 Flash，工作波長為 1400nm 以上波長，探測距離能達到400m10%反射率，但是 Argo 將 Flash 激光雷達放置在旋轉的基座上方所以能夠實現360旋轉。Argo 激光雷達上所使用

72、的 SPAD 為 Princeton Lightwave 自研，SPAD 制造代工由中國臺灣一家不具名的代工廠制造。由于 Argo 激光雷達工作波長超過 1000nm，要使用銦鎵砷材料探測器和光纖激光器，我們推測其激光雷達成本應該比較高。 LeddarTech：核心產品是 Flash 激光雷達信號處理 SoC 和信號處理軟件，定位更偏Tier2?？偛课挥诩幽么?，定位更偏 Tier2，其次是 Tier1，核心在于其自研的 Flash 激光雷達數據采集和信號處理 SoC（LeddarCore）及信號處理算法（LeddarSP）；中國臺灣的公司瀚昱能源也和 LeddarTech 定位相同，于 201

73、8 年推出了 Flash 激光雷達 SoC 芯片HYCA2的首款 A樣。 LeddarTech分別于2018年和2019年推出LCA2和LCA3兩款Flash 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 28 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 激光雷達 SoC，其中 LCA2 主要用于中短距離探測、LCA3 主要用于中長距離探測。公司在2019 年 9 月發布基于 LCA2 的 Flash 激光雷達 Leddar Pixell。 圖 28：LeddarTech 的核心產品是 Flash 激光雷達信號處理 SoC 和信號處理軟件 資料來源：LeddarTech 官網，申萬宏源研

74、究 TriLumina： 技術特點為獨特的二維 VCSEL 陣列， 利用了背發射結構和倒裝芯片技術；上述技術被 Lumentum 收購，推測會應用到其激光雷達專用 VCSEL 產品中。TriLumina CEO 黃百海曾經提到未來其 Flash 激光雷達成本將小于 200 美金，其技術特點是獨特的二維 VCSEL 陣列（背發射結構+倒裝芯片），并且利用微透鏡陣列來進行光學整形。2020年 Lumentum 收購了 TriLumina 的部分資產和專利，TriLumina 的技術包括創新的倒裝芯片（flip-chip）、背發射式（back-emiting）VCSEL 陣列。電裝第六代激光雷達（轉

75、鏡式激光雷達）已經在雷克薩斯 LS500H 上作為前向主雷達，單價大約 1-1.5 萬；改款車型兩個側向激光雷達使用的是大陸集團 Flash 激光雷達 HFL-110，單價大約 5000-8000 元。劇業內人士推測，電裝的下一代前雷達將是 Flash 激光雷達，其中預計會采用電裝投資的TriLumina 所擁有的部分技術方案。 奧比中光(688322.SH)：自研 SPAD，明年送樣中短距補盲 Flash 激光雷達；公司投資了SPAD廠商飛芯電子以及 MEMS微振鏡廠商微視傳感。 旗下子公司奧銳達 （持股70%）推出了 Flash 激光雷達 Ordarray，發射模組采用了 Lumentum

76、 的 VCSEL 陣列，接收模組采用 SPAD，IC 主控芯片采用 FPGA；公司準備使用自研的 SPAD（根據招股說明書，測試片已完成流片，進入回片測試階段，預計明年發布），Flash 固態激光雷達預計明年給整車廠送樣，定位為中短距補盲激光雷達。奧比中光參股了 SPAD 廠商飛芯電子，持股比例9%；參投了 MEMS 微振鏡廠商微視傳感，持股比例 11%，微視傳感針對激光雷達推出了三款 MEMS 微鏡芯片，用于短距離的鏡面直徑為 1mm1.5mm 的 CDA 系列芯片；用于長距的鏡面直徑為 14mm 的一維掃描芯片 EM1A 和鏡面直徑為 8mm 的二維掃描芯片EM2D。 北醒光子：Flash

77、+MEMS+轉鏡三條技術方案并行，目前量產的激光雷達主要應用于大交通，第一款車載激光雷達預計 2022 年發布。北醒光子主打 Flash 激光雷達和 MEMS 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 29 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 激光雷達、轉鏡激光雷達 3 條技術路徑。 （1） Flash 激光雷達 CE30：探測距離 2030 米，應用于 AGV 小車、物流機器人等領域。 （2）MEMS 激光雷達 Horn-X1：采用的 1550nm光纖激光器+MEMS 技術路線，2019 年發布。（3）轉鏡式激光雷達：定位比較高端的性能應用，面向大交通的平臺，如地鐵、鐵路、

78、公路路測、民航等方面的應用。北醒光子推出的第一款激光雷達主要針對軌交行業，隨后拓展至智能機場運營、智能航運管理、車路協同等領域，包括無人智慧鐵水運輸系統、無人區鐵路線路風沙侵線檢測等場景，針對大交通領域， 截止2022年1 月北醒光子已經完成千臺激光雷達批量交付， 產品包括Horn-X2、Horn-RT等。第一款用于用于無人駕駛的車載激光雷達將在 2022 年發布。 B.上游激光雷達電子元器件和光學元器件 （1）VCSEL 芯片：國外主要是 Lumentum 和 AMS，國內主要是長光華芯、縱慧芯光、檸檬光子（HCSEL）。（2）SPAD 探測器：國外主要是索尼、佳能，國內主要是阜時科技、宇稱

79、電子、飛芯電子、靈明光子、芯視界、奧比中光，其中阜時是唯一一家公開披露獲得國內頭部車載激光雷達廠商定點的公司；奧比中光預計明年發布 SPAD 并搭載至自研 Flash 激光雷達中。（3）發射模組：炬光科技。（4）光學元器件：舜宇光學、永新光學、炬光科技、藍特光學、騰景科技、水晶光電、福晶科技。 （5）光纖激光器：光庫科技。（6）FPGA：國外賽靈思和 Altera 兩家幾乎占據了所有車載 FPGA 市場份額，國內紫光同創、安路科技在汽車 FPGA 上進展較快。 長光華芯（688048.SH）：專用于激光雷達的 5 層 PN 結 VCSEL 芯片性能接近于Lumentum，預計年內通過車規認證。

80、長光華芯已經推出專用于激光雷達的五層 PN 結VCSEL 芯片，光功率密度最高能達到 1200 W/mm2，遠場發散角 23（詳見圖 10），公司計劃未來開發八層 PN 結 VCSEL 芯片將光功率密度進一步提升至 1800W/mm2以上，并計劃將遠場發散角壓縮至 18。今年年內預計會通過客戶認證以及車規 IATF16949 和AEC-Q 認證，目前與速騰和禾賽、華為建立了合作伙伴關系。（申萬電子覆蓋） 縱慧芯光：國內第一家通過車規認證的 VCSEL 芯片廠商，已經與多家國內一線激光雷達廠商合作開發半固態、Flash 激光雷達?？v慧芯光主要為汽車激光雷達提供兩種 VCSEL光源解決方案：（1）

81、多顆 VCSEL 集成封裝在一起，從而提高最終的輸出功率；（2）分區點亮 VCSEL 方案， 包括 850 nm 波段和 940 nm 波段、 單結和多結技術。 在汽車電子 VCSEL產品方面，2020 年，縱慧芯光已有 VCSEL 產品通過第三方 AEC-Q 認證，并于 2021 年初通過 IATF16949 認證，預計 2021 年底在汽車電子領域實現前裝量產?？蛻舴矫?，縱慧芯光正在積極與國內外多家一線激光雷達（LiDAR）廠商合作開發下一代混合固態和固態LiDAR方案。2022 年 3 月，縱慧芯光獲得大疆戰略投資，此前還獲得華為、小米、比亞迪投資。 炬光科技（688167.SH）：發射

82、模組+光學元器件雙布局，面光源已經供貨大陸集團Flash 激光雷達，線光源供貨 Argo，并獲得華為定點，除了 Flash 面光源，其線光源可用于半固態路線。炬光在激光雷達的布局主要有兩部分：（1）發射模組：炬光科技自 2016年起開始研發 Flash 激光雷達發射模組， 為大陸 HFL110 提供的發射模組已經于 2019 年量 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 30 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 產，2020 年進入量產爬坡和交付階段；除了用于 Flash 激光雷達的面光源，炬光還推出了用于半固態激光雷達的線光源（VCSEL 和 EEL 都有），其線光源已經

83、為 Argo 供貨。炬光科技給大陸集團提供的 VCSEL 面光源（AL01 系列光源模組） 單價大約 4000-5000 元人民幣。但是炬光科技表示激光雷達理想狀態是單價下降到 200-300 美元，這要求發射端模組整體價格下降至每臺 50-60 美元，此時對應的出貨量至少是百萬量級（資料來源：炬光科技 2022 年 6 月 7 日發布的投資者關系記錄） 。 （2） 光學元器件：炬光可提供快軸準直鏡、慢軸準直鏡、快慢軸一體鏡、光束擴散器、光場勻化器、聚焦透鏡等。（申萬電子覆蓋） 圖 29：炬光供給大陸集團的 VCSEL 激光雷達面光源單價變化趨勢 資料來源：炬光科技招股說明書，炬光科技問詢函回

84、復，申萬宏源研究 表 8：炬光科技已經推出的激光雷達發射模組產品參數 型號 LX01 LX02 LE01 LE02 Pro AL01 AX02 Pro 類型 線光源 線光源 線光源 線光源 面光源 面光源 激光芯片 VCSEL VCSEL EEL EEL N/A VCSEL 波長 905nm 905nm 905nm 905nm 1064nm 940nm 輸出功率 200W 1000W 300W 700W ？ 700W 發散角（1/e2) 0.15 x23 0.15 x23 0.1x 11 0.15 x 11 N/A - FOV - - - - 125 x 25 125 x 25 尺寸（mm3）

85、 51 x 48 x 79 76 x 73 x42 N/A 44 x 45 x 15 42 x 38 x 20 47 x 40 x 15 發布時間 2021 年 4 月 2022 年 6 月 2020 年 9 月 2021 年 9 月 2020 年 2021 年 9 月 資料來源：炬光科技官網，申萬宏源研究 舜宇光學科技（2382.HK）：在激光雷達方面，舜宇提供接收和發射鏡頭零組件、接收和發射模塊、光學窗口及多邊棱鏡等核心光學零件，舜宇已經在 2021 年內獲得超過 20個定點合作項目（搭載/準備搭載激光雷達的車型大約 35 款，其中 60%的車型都選擇了舜宇），其中有兩個項目已實現量產。（

86、申萬電子覆蓋） 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 31 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 永新光學（603297.SH）：提供激光雷達視窗、轉鏡、棱鏡、反光鏡、濾光片、準直鏡頭、廠家鏡頭、非車規激光雷達整機的代工業務。供貨禾賽（轉鏡激光雷達 AT128，供應包括視窗、鏡片、濾光片、鏡頭在內的大部分光學元件組件）、innoviz（MEME 激光雷達） 、 Quanergy（OPA 激光雷達） 、圖達通、 北醒光子等客戶， 定點項目超過 10 家。 2021 年公司激光雷達鏡頭出貨量為 1.19 萬件，對應營收規模為 320 萬元。（申萬通信覆蓋） 風險提示：（1）L3

87、 硬件預埋進展不及預期：激光雷達是 L3 智能車才需要裝配的增量部件，該類車型價格一般在 30 萬以上，消費者所需要付出的軟硬件整體大約為 5-6 萬，消費者購買意愿有一定不確定性。（2）純視覺技術路線帶來的挑戰：以特斯拉為代表的純視覺技術路線不需要裝毫米波雷達和激光雷達，僅靠攝像頭感知實現 L2+，如果后續業內純視覺路線取得重大突破，那么其性價比優勢將對多傳感器融合路線帶來挑戰，從而影響激光雷達上車概率。（3）單車激光雷達安裝顆數不確定風險：現在配置 L3 硬件的車型裝 1顆、2 顆、3 顆激光雷達的都有，補盲激光雷達滲透率能有多大，前向主激光雷達應該裝幾顆都會增加激光雷達市場規模預測的不確

88、定性。 表 9：激光雷達行業重點公司估值表 證券代碼 證券簡稱 2022-07-04 PB wind 一致預期 EPS PE 收盤價(元) 總市值（億元） 2021A 2021A 2022E 2023E 2024E 2022E 2023E 2024E 688048.SH 長光華芯 118.30 160 5.01 1.13 1.41 2.13 3.07 84 55 38 688167.SH 炬光科技 154.97 139 5.96 1.00 1.34 2.21 3.12 115 70 50 2382.HK 舜宇光學科技 119.50 1,311 5.44 4.57 4.90 5.90 7.23

89、24 20 17 688322.SH 奧比中光 - - - -0.86 - - - - - - 603297.SH 永新光學 113.95 126 8.79 2.39 2.48 3.25 4.26 46 35 27 300620.SZ 光庫科技 32.94 54 3.55 0.80 1.03 1.38 1.81 32 24 18 688195.SH 騰景科技 25.93 34 4.04 0.43 0.76 1.11 1.45 34 23 18 300394.SZ 天孚通信 24.80 97 4.26 0.79 1.06 1.36 1.70 23 18 15 688127.SH 藍特光學 21.

90、55 87 6.05 0.35 0.36 0.77 1.04 60 28 21 002273.SZ 水晶光電 12.10 168 2.17 0.34 0.42 0.52 0.62 29 23 20 688107.SH 安路科技 63.28 253 16.54 -0.09 0.01 0.09 0.39 6457 673 164 資料來源：Wind 資訊、申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 32 頁 共 32 頁 簡單金融 成就夢想 信息披露 證券分析師承諾 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師，以勤勉的職業態度、專業審

91、慎的研究方法，使用合法合規的信息，獨立、客觀地出具本報告,并對本報告的內容和觀點負責。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。 與公司有關的信息披露 本公司隸屬于申萬宏源證券有限公司。本公司經中國證券監督管理委員會核準，取得證券投資咨詢業務許可。本公司關聯機構在法律許可情況下可能持有或交易本報告提到的投資標的，還可能為或爭取為這些標的提供投資銀行服務。本公司在知曉范圍內依法合規地履行披露義務?？蛻艨赏ㄟ^ 索取有關披露資料或登錄 信息披露欄目查詢從業人員資質情況、靜默期安排及其他有關的信息披露。 機構銷售團隊聯系人 華東 A 組 陳陶 021-33

92、388362 華東 B 組 謝文霓 18930809211 華北組 李丹 010-66500631 華南組 李昇 0755-82990609 L 股票投資評級說明 證券的投資評級： 以報告日后的 6 個月內，證券相對于市場基準指數的漲跌幅為標準，定義如下： 買入（Buy） 增持（Outperform） 中性 (Neutral) 減持 (Underperform) ：相對強于市場表現20以上； ：相對強于市場表現520； ：相對市場表現在55之間波動； ：相對弱于市場表現5以下。 行業的投資評級： 以報告日后的6個月內，行業相對于市場基準指數的漲跌幅為標準，定義如下： 看好（Overweight

93、） 中性 (Neutral) 看淡 (Underweight) ：行業超越整體市場表現； ：行業與整體市場表現基本持平； ：行業弱于整體市場表現。 我們在此提醒您，不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標準。我們采用的是相對評級體系，表示投資的相對比重建議；投資者買入或者賣出證券的決定取決于個人的實際情況，比如當前的持倉結構以及其他需要考慮的因素。投資者應閱讀整篇報告，以獲取比較完整的觀點與信息，不應僅僅依靠投資評級來推斷結論。申銀萬國使用自己的行業分類體系，如果您對我們的行業分類有興趣，可以向我們的銷售員索取。 本報告采用的基準指數 ：滬深300指數 法律聲明 本報告僅供上海申銀萬國證券研

94、究所有限公司 （以下簡稱 “本公司” ） 的客戶使用。 本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶?？蛻魬斦J識到有關本報告的短信提示、電話推薦等只是研究觀點的簡要溝通，需以本公司 http:/ 網站刊載的完整報告為準，本公司并接受客戶的后續問詢。本報告首頁列示的聯系人，除非另有說明，僅作為本公司就本報告與客戶的聯絡人，承擔聯絡工作，不從事任何證券投資咨詢服務業務。 本報告是基于已公開信息撰寫，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、工具、意見及推測只提供給客戶作參考之用，并非作為或被視為出售或購買證券或其他投資標的的邀請或向人作出邀請。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司

95、于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。 客戶應當考慮到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突，不應視本報告為作出投資決策的惟一因素?？蛻魬灾髯鞒鐾顿Y決策并自行承擔投資風險。本公司特別提示,本公司不會與任何客戶以任何形式分享證券投資收益或分擔證券投資損失，任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶，不構成客戶私人咨詢建議。本公司未確保本報告充分考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要。本公司建議客戶應考

96、慮本報告的任何意見或建議是否符合其特定狀況，以及（若有必要）咨詢獨立投資顧問。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。市場有風險，投資需謹慎。若本報告的接收人非本公司的客戶，應在基于本報告作出任何投資決定或就本報告要求任何解釋前咨詢獨立投資顧問。 本報告的版權歸本公司所有，屬于非公開資料。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示，否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權，本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。