掃地機(jī)器人激光雷達(dá)濾光片解析：從入門到高端

掃地機(jī)器人的“眼睛”——激光雷達(dá)，并非千篇一律。廠家根據(jù)精準(zhǔn)的市場定位和成本控制，為其產(chǎn)品配備了不同技術(shù)原理和性能等級的方案，而其中的關(guān)鍵光學(xué)元件“濾光片”也隨之呈現(xiàn)出鮮明的梯度差異。

（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

第一陣營：入門級性價比之選 - 三角測距激光雷達(dá)

代表機(jī)型：千元級主流機(jī)型，主打“有地圖規(guī)劃”的基礎(chǔ)功能。

光學(xué)定位原理：采用最經(jīng)典、最成熟的 “三角測距法” 。如同我們用眼睛判斷物體遠(yuǎn)近，該技術(shù)通過激光發(fā)射點、物體反射點和接收傳感器構(gòu)成的三角形幾何關(guān)系來測算距離。其核心優(yōu)勢是產(chǎn)業(yè)鏈極其成熟，硬件成本已被壓至極低。

（三角測距原理）

濾光片參數(shù)要求（常規(guī)務(wù)實型）：

核心任務(wù)：在極低成本下，過濾掉大部分室內(nèi)常見的連續(xù)光譜干擾光（如日光燈、LED照明）。

中心波長：850nm （主流）

帶寬：較寬，通常為 15nm - 30nm。放寬帶寬意味著鍍膜工藝要求低，良品率高，成本最低。

帶外抑制：要求一般，在可見光波段達(dá)到 OD2-OD3（透光率降至1%-0.1%）即可。主要依靠系統(tǒng)算法來補(bǔ)償剩余的環(huán)境光噪聲。

透光率：>80%。

成本：單片僅幾元人民幣，是純粹的“成本敏感型”工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件。

特點：距離短，精度高，穩(wěn)定，成本低。

特別之處：

優(yōu)勢：實現(xiàn)了從“盲撞”到“有圖導(dǎo)航”的質(zhì)變，是普及SLAM技術(shù)的功臣。

局限：受原理所限，測量精度和速度有天花板，在強(qiáng)光直射下可能失靈。濾光片的寬松參數(shù)決定了其環(huán)境光抗干擾能力較弱，是典型的“夠用就好”設(shè)計哲學(xué)。

（NBP850窄帶濾光片）

第二陣營：中端性能升級之選 - 直接飛行時間激光雷達(dá)

代表機(jī)型：2000-3000元價位段的中高端機(jī)型，主打“更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)定”。

光學(xué)定位原理：采用 dToF。它不再依賴幾何三角，而是直接測量激光脈沖從發(fā)射到返回的飛行時間來計算距離，原理更直接，響應(yīng)速度極快，抗干擾能力天生更強(qiáng)。

（dTOF原理-圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

dTOF：全稱是direct Time-of-Flight。顧名思義，dToF直接測量飛行時間。dToF會在單幀測量時間內(nèi)發(fā)射和接收N次光信號，然后對記錄的N次飛行時間做直方圖統(tǒng)計，其中出現(xiàn)頻率最高的飛行時間t用來計算待測物體的深度，下圖是dToF單個像素點記錄的光飛行時間直方圖，其中，高度最高的柱對應(yīng)的時間就是該像素點的最終光飛行時間。

（dTOF飛行時間-圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

dToF核心組件包含VCSEL、單光子雪崩二極管SPAD和時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC。Single Photon Avalanche Diode(SPAD)是一種具有單光子探測能力的光電探測雪崩二極管，只要有微弱的光信號就能產(chǎn)生電流。dToF模組的VCSEL向場景中發(fā)射脈沖波，SPAD接收從目標(biāo)物體反射回來的脈沖波。Time Digital Converter(TDC)能夠記錄每次接收到的光信號的飛行時間，也就是發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時間間隔。

（dTOF-圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

濾光片參數(shù)要求（性能提升型）：

核心任務(wù)：精準(zhǔn)篩選出極短瞬時的激光脈沖信號，并極力抑制所有背景連續(xù)光噪聲，這對濾光片的“純度”要求更高。

中心波長：905nm （絕對主流）

帶寬：明顯變窄，通常要求 5nm - 12nm。更窄的帶寬能更干凈地提取激光信號，提升信噪比。

帶外抑制：要求更高，尤其是在激光波長附近和可見光區(qū)，需達(dá)到 OD4-OD5（透光率降至0.01%-0.001%）。這是保證dToF在復(fù)雜光環(huán)境下穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。

透光率：>85%，更高的透光率意味著更有效的信號利用。

成本：單片成本提升至十幾元到數(shù)十元人民幣，為性能支付溢價。

特別之處：

優(yōu)勢：建圖更快、精度更高，在陽臺等強(qiáng)光區(qū)域表現(xiàn)更穩(wěn)定。因其原理先進(jìn)，成為中高端機(jī)型的性能分水嶺。

系統(tǒng)協(xié)同：dToF通常配合SPAD（單光子雪崩二極管）傳感器工作，整個系統(tǒng)對微弱信號更敏感，因此對濾光片的“潔凈度”要求也水漲船高。這里的濾光片不再是“守門員”，更像是“精密篩網(wǎng)”。

（NBP905窄帶濾光片）

第三陣營：高端全能融合之選 - 多傳感器融合與主動避障

代表機(jī)型：4000元以上的旗艦機(jī)型，主打“無感避障”和“全屋智能”。

光學(xué)定位原理：多傳感器融合。其激光雷達(dá)部分通常采用更精密的dToF方案，但同時會集成RGB攝像頭、結(jié)構(gòu)光投射器、紅外補(bǔ)光燈等。激光雷達(dá)負(fù)責(zé)精準(zhǔn)地圖構(gòu)建和大部分障礙物測距，視覺和結(jié)構(gòu)光則用于識別障礙物類型（如襪子、電線、寵物糞便）并進(jìn)行精細(xì)繞行。

濾光片參數(shù)要求（定制集成型）：

核心任務(wù)：服務(wù)于多波段、多功能的傳感融合，可能涉及定制化設(shè)計。

激光雷達(dá)濾光片：905nm（主雷達(dá)）+ 940nm（結(jié)構(gòu)光等），在dToF高性能基礎(chǔ)上，可能進(jìn)一步優(yōu)化，追求 OD5以上的極致抑制，以應(yīng)對客廳落地窗邊的極端光照。

視覺攝像頭濾光片：可能需要紅外截止濾光片，確保色彩還原準(zhǔn)確；或為夜視功能配備雙通濾光片（允許可見光和特定紅外光通過）。

結(jié)構(gòu)光濾光片：為配合結(jié)構(gòu)光投射器的特定紅外波長（如940nm），需要對應(yīng)的窄帶濾光片，防止其他光源干擾。

特點：可能走向 “定制化”和“集成化” ，例如將多個功能集成到一片濾光片上，或為每個傳感器精密匹配專屬濾光片。

成本：濾光片總成本可能達(dá)到數(shù)十元甚至更高，但分?jǐn)偟礁甙旱恼麢C(jī)售價中，占比依然可控。這里追求的是系統(tǒng)整體體驗的極致，而非單一元件的成本。

特別之處：

優(yōu)勢：避障體驗從“不撞”升級為“聰明地繞”，能識別并處理更多低矮、透明的障礙物。代表了掃地機(jī)器人從“清潔工具”向“家庭移動智能終端”的演進(jìn)。

挑戰(zhàn)：對濾光片的要求不再是單一性能指標(biāo)的提升，而是如何與不同傳感器協(xié)同，在復(fù)雜的光學(xué)場景下互不干擾、各司其職。這是光學(xué)設(shè)計和系統(tǒng)集成的高級課題。

（NBP940窄帶濾光片）

波長選擇背后的邏輯全景圖

通過分析這三個陣營的濾光片，我們可以清晰地看到掃地機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展脈絡(luò)：

入門級（三角測距）：核心是 “普及” 。濾光片是標(biāo)準(zhǔn)化的低成本大宗商品，目標(biāo)是將基礎(chǔ)導(dǎo)航功能以最低價格帶給最廣大的用戶。

中端級（dToF）：核心是 “體驗” 。濾光片升級為 “關(guān)鍵性能件” ，廠家愿意為更穩(wěn)定、更快的導(dǎo)航體驗支付合理的硬件成本。

高端級（多傳感器融合）：核心是 “智能”與“無感” 。濾光片成為 “系統(tǒng)定制化元件” 的一部分，服務(wù)于更復(fù)雜的感知任務(wù)，其價值體現(xiàn)在最終渾然一體的卓越用戶體驗上。

因此，一片小小的濾光片，其參數(shù)寬窄、成本高低，精準(zhǔn)地折射出了一款掃地機(jī)器人的市場定位、技術(shù)路徑和設(shè)計哲學(xué)。它告訴我們，消費(fèi)電子的技術(shù)進(jìn)步，從來不是參數(shù)的盲目堆砌，而是在深刻理解用戶需求與成本邊界后，做出的最精明的工程權(quán)衡。