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如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

导读: 激光雷达迟迟没有在汽车领域大规模应用,原因显然是几万美元的价格太贵了,可能比车还贵。很多人选择钻研深度学习和图像识别来取消激光雷达,也有人选择激光雷达的廉价化。

激光雷达迟迟没有在汽车领域大规模应用,原因显然是几万美元的价格太贵了,可能比车还贵。很多人选择钻研深度学习和图像识别来取消激光雷达,也有人选择激光雷达的廉价化。

目前激光雷达价格高的原因包括了需求量少,组装和调试成本高。Velodyne公司此前的机械旋转式产品在车用激光雷达领域占据统治地位,后续推出混合固态的产品,成本有所降低,正在逐步研发纯固态激光雷达。Velodyne LiDAR获得百度与福特1.5亿美元的投资,计划到2020年左右成本降至500美金。Waymo(谷歌自动驾驶)和Uber(收购自Otto)自研机械旋转式激光雷达的尝试会在后文提到。禾赛科技、速腾聚创、北科天绘、镭神智能等中国公司也涌入低成本车用激光雷达领域。

有公司倾向于取消机械旋转结构、根本性降低激光雷达成本的手段,方法之一就是利用MEMS微振镜(MEMS指的是微机电系统),把所有的机械部件集成到单个芯片,利用半导体工艺生产。选择这一路线的公司包括了:

荷兰Innoluce公司(从飞利浦剥离,已经被著名汽车半导体供应商英飞凌全资收购),预计2018年量产,成本不超过100美元,在探测范围和分辨率方面超过其它固态激光雷达,能够实现白天单次发射探测距离250米、角分辨率0.1°,激光功率利用效率大于95%,使用的激光器由欧司朗光电半导体供应。英飞凌公司认为高速运算平台只是系统的一小部分。

如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

2016年底,研究超微型投影显示和传感技术的MicroVision公司,和意法半导体合作推广激光束扫描(LBS)技术,应用场景包括了激光雷达,以及微型投影仪、VR、AR和HUD等市场。

曾经生产机械旋转式激光雷达的欧姆龙,2017 年初开始在Opus提供的小型 MEMS 芯片基础上,研发激光雷达。

日本先锋公司,利用原本用于扫描激光影碟的光学头,生产MEMS激光雷达,“当订单达到100万,先锋便可以把价格控制在100美元以下,预计会在2019年开始量产。”先锋还与高精度地图服务商HERE合作,测绘地图。

2017年,博世推出了兼顾激光扫描和投影的BML050方案,包括两个MEMS微镜,可用于交互式投影仪。有新闻报道博世将在2020年前销售激光雷达,暂时无法判断是基于MEMS还是其他技术。

奥迪的矩阵式激光车灯,使用微镜(DMD)来控制激光方向,顺便做激光雷达也不错,不需要再给Ibeo的激光雷达腾地方了。

激光雷达创业公司 Luminar Technologies,从招聘信息推测,对机械旋转或者MEMS方案的激光雷达有兴趣。

其他在微机械设计MEMS领域有技术积累的公司也有可能进入激光雷达领域,或者成为核心零件供应商。

  • 另外一个思路是完全取消机械结构,采用相控阵原理实现固态激光雷达:

生活中最常见的干涉例子是水波,两处振动产生的水波相互叠加,有的方向两列波互相增强,有的方向正好抵消,将这个原理放大,采用多个光源组成阵列,通过控制各光源发射的时间差,就能合成角度灵活,且精密可控的主光束,这就是相控阵的原理。

如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

激光雷达从机械转动向聚束成形的进化趋势与雷达完全相同:军事上广泛应用的相控阵雷达一般拥有上千个发射天线单元,通过调节波束合成的方式,可以改变雷达扫描的方向而不需要机械部件运转,灵活性很高,适合应对高机动目标,还可发射窄波束作为电子战天线。相控阵还可以用于把宇宙太阳能电池板的能量传回地面,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)已经进行过这方面实验。

固态激光雷达的优点包括了:数据采集速度快,分辨率高,对于温度和振动的适应性强;通过波束控制,探测点(点云)可以任意分布,例如在高速公路主要扫描前方远处,对于侧面稀疏扫描但并不完全忽略,在十字路口加强侧面扫描。只能匀速旋转的机械式激光雷达是无法执行这种精细操作的。

固态激光雷达的典型代表是美国的Quanergy公司,单面相控阵最大视角120度。预生产的S3激光雷达计划在2017年交货,价格250美元,5年内低于 100 美元。最早搭载Quanergy激光雷达感应器的车辆将在2018年面市。已经获得了大型汽车零部件供应商德尔福,以及三星电子的战略投资。Quanergy还在与Koito合作整合激光雷达的汽车前照灯。

如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

这张图可以看到Quanergy用光源阵列来合成波束

如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

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Quanergy将固态激光雷达的推荐方案与友商进行了对比,认为可以实现低于多摄像头方案的传感器成本。

如何降低成本:MEMS对比固态激光雷达

2014年参与 Quanergy 种子轮和A轮的是特斯拉创始团队Martin Eberhard等人组建的 Wardenclyffe Partners,当时Elon Musk是投资人之一。Wardenclyffe Partners的公开投资案例只有Quanergy一家。

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责任编辑:TD
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