MEMS微鏡已成為激光雷達(dá)主流

激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛中用到的眾多傳感器之一,特斯拉等少數(shù)公司只使用攝像頭,有些場景(如純白或純色)場景可能難以識(shí)別,而激光雷達(dá)可以很快計(jì)算出距離、速度等各種信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的高分辨率識(shí)別。以往的機(jī)械式激光雷達(dá)光學(xué)和電學(xué)系統(tǒng)非常復(fù)雜,只有谷歌、百度等科技公司還在使用,無法大規(guī)模量產(chǎn)。最新技術(shù)是采用MEMS掃描微鏡的激光雷達(dá),國內(nèi)一些Tier 1已經(jīng)在使用國產(chǎn)MEMS微鏡芯片開始定點(diǎn)項(xiàng)目量產(chǎn)。

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所沈文江博士表示,現(xiàn)在,在MEMS掃描微鏡領(lǐng)域,國內(nèi)和國外已經(jīng)處在同一技術(shù)水平,但國內(nèi)此類芯片代工仍存在困難,在一定程度上加劇了汽車缺芯的情況,亟待破局。

激光雷達(dá)有哪些形態(tài)?

激光雷達(dá)發(fā)展到現(xiàn)在走過了哪些路徑呢?現(xiàn)在的微鏡激光雷達(dá)和其他類型相比又有什么優(yōu)勢呢?沈文江表示,最早的激光雷達(dá)是機(jī)械式的,即使現(xiàn)在,機(jī)械式也是占了大壁江山,因?yàn)楝F(xiàn)在用激光雷達(dá)的不是傳統(tǒng)車企,而是做自動(dòng)駕駛方案的初創(chuàng)企業(yè)。之前一個(gè)64線雷達(dá)大概賣7萬美元,由于中國企業(yè)(如禾賽)的市場參與,現(xiàn)在便宜了一些,國內(nèi)類似的產(chǎn)品水平很高,整體質(zhì)量更好,北美好多企業(yè)都在買。

1．機(jī)械式激光雷達(dá);2．Flash激光雷達(dá);3．OPA激光雷達(dá);4．MEMS激光雷達(dá) 機(jī)械式雷達(dá)之后是固態(tài)雷達(dá),有好幾種,有一種叫flash(閃光),相當(dāng)于用閃光燈把激光打出去,用探測器來接收信號(hào)。由于是全固態(tài)的,體積小了很多,但問題是近距離會(huì)過曝,遠(yuǎn)距離測不到(能力不夠),所以目前一般flash雷達(dá)測距在50米以內(nèi)。還有一種純固態(tài)雷達(dá)是OPA(光學(xué)相控陣),類似于采用射頻信號(hào)的毫米波雷達(dá),用相控陣聚焦來掃描。它是在光學(xué)波長尺度上實(shí)現(xiàn)的,所以比毫米波技術(shù)難度大,也有公司在做方案。

MEMS微鏡與激光雷達(dá)

沈文江介紹說,MEMS掃描微鏡也叫振鏡,微鏡沿著x、y兩個(gè)方向掃描,可以實(shí)現(xiàn)非常高頻率的掃描?，F(xiàn)在用于激光掃描投影的MEMS芯片,掃描頻率可以達(dá)到40kHz,相當(dāng)于一秒鐘掃描4萬次。微鏡是一個(gè)硅結(jié)構(gòu)的微型機(jī)械裝置。有些微鏡是用靜電力來驅(qū)動(dòng)的,蘇州納米所的微鏡產(chǎn)品是用的電磁力驅(qū)動(dòng)的,芯片上有一個(gè)線圈,在磁場中,通上電流即可產(chǎn)生一個(gè)安培力,從而驅(qū)動(dòng)微鏡掃描。因?yàn)檐囕d雷達(dá)不同于消費(fèi)類產(chǎn)品,有更多特殊性,需要符合各種車規(guī)要求,所以開發(fā)車載激光雷達(dá)需要做很多工作。

他說,激光雷達(dá)的角度分辨率已達(dá)到0．2度,比如100米外的一輛車可以掃描到很多點(diǎn),可以把車的輪廓計(jì)算并標(biāo)示出來。與其他傳感器比,目前的MEMS激光雷達(dá)的每秒點(diǎn)云數(shù)據(jù)量在100萬左右,比圖像還是小得多,對(duì)處理器算力的要求沒有那么高。 MEMS方案更靠譜,易于商用

沈文江認(rèn)為,現(xiàn)在大家普遍覺得MEMS方案比較靠譜,能夠很快落地。與機(jī)械式相比,MEMS的優(yōu)勢很多,如安裝簡單、體積更小、價(jià)格便宜,最有希望在乘用車上普及。機(jī)械式雷達(dá)是在一個(gè)臺(tái)子上面放激光探測器,64線需要64組激光器和探測器一一對(duì)應(yīng),然后供電讓它轉(zhuǎn)起來,電源、信號(hào)要通過轉(zhuǎn)臺(tái)連到下面的電路,所以它是一個(gè)非常復(fù)雜的光學(xué)和電學(xué)系統(tǒng),不利于大規(guī)模的量產(chǎn)。

激光雷達(dá)脈沖發(fā)射方式比較 MEMS激光雷達(dá)只需要一個(gè)激光器和MEMS微鏡組合就能實(shí)現(xiàn)激光脈沖的掃描,裝配起來很簡單。從成本考慮,由于采用半導(dǎo)體工藝,量大了成本也會(huì)很便宜。另外,從分辨率考慮,比如MEMS激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)64線,只需要MEMS微鏡把單個(gè)激光器發(fā)出的脈沖掃描成的點(diǎn)陣能組成64條線就可以了,所以非常容易實(shí)現(xiàn)高分辨率,體積也非常小。未來MEMS激光雷達(dá)的成本有望控制在千元人民幣以內(nèi)。