毫無疑問，技術創新正在重塑汽車行業。將汽車轉變成智能機器的概念，提供了終極的出行便利性，同時也顯著提高了安全性，著實極具誘惑且令人興奮。將激光雷達（LiDAR）技術融合到自動駕駛汽車（AV）專用傳感器組合中，有望使汽車變得更加智能。過去幾年來，激光雷達已經在消費電子領域的無數3D深度感測應用中證明了其準確性和可靠性。

目前，激光雷達係統的設計體積往往較龐大，且沒有設計美感，一般被安裝在汽車頂部，可以探測汽車周圍360度的環境。同時，在這些測試車輛的後備箱裏還裝滿了影響日常使用的計算機。其挑戰在於成本和性能之間的平衡。目前的激光雷達係統存在信號不足的問題，沒有足夠的反射光返回傳感器以實現長距離感測。在此背景下，要使係統更小、成本更低將麵臨更大的挑戰。

據麥姆斯谘詢介紹，帶通濾波器、分束器和窗口，對激光雷達係統的整體信噪比至關重要。光子信號不足的係統需要盡可能最好的光學器件，以便實現100米以上長距離探測，以及應對雨、霧、雪等各種不利的光照條件。每個光子的丟失，都會對激光雷達係統的性能帶來負麵影響。從光學角度來看，激光雷達係統麵臨的主要挑戰與信噪比有關：

－ 明亮的光線會增加噪音

－ 雨、霧、雪等不利條件會導致信號減弱

上述兩種不利因素都會導致激光雷達係統信噪比降低，影響係統以可接受的分辨率、可靠地探測並識別物體的距離。因此，必須從打造最佳信噪比的高性能光學組件開始。

汽車耐久性要求

激光雷達係統光學元件的另一個關鍵特性，是它們需要滿足汽車耐久性要求。溫度、濕度、振動和紫外線輻射共同構成了一個非常具有挑戰性的使用環境。對於傳感器外部窗口尤其如此。這些窗口是激光雷達係統和外部環境之間的接口。

激光雷達係統典型的光學組件根據采用的方案不同有所差異，以下列出的示例旨在展示可能包含的組件：

發射端（Tx）

－ 光源

－ 擴散片

－ 用於光束操縱的光學器件

－ 分束器

－ 常見的外部窗口

接收端（Rx）

－ 常見的外部窗口

－ 透鏡

－ 帶通濾波器

－ 分束器

－ 傳感器／探測器

光學元件的開發重點是在激光雷達係統和外部之間創建一個合適的接口。創建這樣的“窗口”並不簡單。係統開發人員起初往往會低估光學設計方麵所麵臨的挑戰，嚐試使用廉價的塑料窗口，或將係統安置在前大燈總成內或擋風玻璃後方。這些方案都不適用於基於高性能激光器的光學係統。VIAVI Solutions（唯亞威）針對傳感器窗口擁有專門的產品開發計劃，旨在打造具有以下性能的窗口：

－ 耐刮擦

－ 疏水

－ 疏油

－ 在可見光範圍不透明

－ 在廣角範圍內對近紅外入射光具有高透射率

預先針對腔內探測應用設計擴散片等光整形器件。腔內探測的關鍵性能參數是光場均勻性以及無任何零級光。有些激光雷達係統應用線擴散片，將光束轉換成線光源，然後使用MEMS微鏡或機械鏡進行垂直掃描。

激光雷達光學元件麵臨的挑戰

激光雷達係統是高級駕駛輔助係統（ADAS）和自動駕駛所需的整體傳感套件的關鍵要素。如果係統架構師和製造商能夠克服當前麵臨的技術和成本挑戰，那麽我們可以期待激光雷達在短期內的大量應用。這為光學元件製造商開辟了一個全新的市場。在可接受的成本範圍內對高性能光學塗層的需求，將使那些具有一定的規模和車規級質量係統的公司成為高要求汽車行業的可靠供應商。符合標準的供應商不多，需要滿足嚴格的質量要求，橫跨多個市場、曆經數十年的應用驗證和獲得市場認可的專業技術。

除了大眾汽車市場，激光雷達還可以成為其它運輸車輛的關鍵部件，如卡車、公共汽車、穿梭巴士以及工程車輛等。最初的應用可能有利於其中有限的一些用例，不會在紛亂的環境中麵對所有複雜的駕駛狀況。