車載混合型固態(tài)激光雷達成本低擇優(yōu)推薦 北醒光子科技有限公司

說到激光雷達，近幾年，很多先進的硬核設備都引入了激光雷達，像、無人車、機器人、3D打印設備等，而激光雷達系統(tǒng)的發(fā)展和普及離不開音圈馬達的助推。激光雷達是通過發(fā)射激光束，再接收從遠處物體反射回來的光束，通過測量光束的飛行時間而獲得遠處物體的距離信息。不過，激光束非常窄，并且它們不會發(fā)生散射，因此單束激光雷達脈沖只能感知一個非常小的物體。

激光雷達

通常激光雷達可以分為兩大類：機械式激光雷達和固態(tài)激光雷達。機械式激光雷達采用機械旋轉(zhuǎn)部件作為光束掃描的實現(xiàn)方式，可以實現(xiàn)大角度掃描，但是裝配困難、掃描頻率低。固態(tài)激光雷達，目前的實現(xiàn)方式有微機電系統(tǒng)（micro-electro-mechanical system，MEMS）、面陣閃光（Flash）技術和光學相控陣（optical phased array，OPA）技術。MEMS采用微掃描振鏡，達到了一定的集成度，但是受限于振鏡的偏轉(zhuǎn)范圍；Flash技術已有商用，但是視場角受限，掃描速率較低；OPA掃描技術是基于微波相控陣掃描理論和技術發(fā)展起來的新型光束指向控制技術，具有無慣性器件、穩(wěn)定、方向可任意控制等優(yōu)點，成為近年來研究的熱點，液晶、集成波導光學相控陣等固態(tài)技術方法層出不窮。激光雷達在無人駕駛、機器人等人工智能領域也將向著小型化的趨勢發(fā)展。

MEMS激光雷達

二維掃描的MEMS微振鏡是激光雷達的關鍵器件，主要可以通過電熱效應、靜電效應、電磁效應和壓電效應驅(qū)動。有研究小組通過對電熱雙壓電晶片驅(qū)動的微振鏡加熱，金屬鋁的形變大于介質(zhì)硅，從而形成微結構的振動。實驗可以施加電壓2.3V，獲得9°的偏轉(zhuǎn)角。但是電熱效應引起微振鏡偏轉(zhuǎn)通常響應速度較低，有實驗通過施加12mW的電功率，響應速度只有74Hz。電磁效應驅(qū)動的MEMS系統(tǒng)需要在內(nèi)部封裝可動磁性物質(zhì)或者可動線圈產(chǎn)生磁場，如圖3所示，通過施加磁場形成洛倫茲力使得線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動MEMS振鏡偏轉(zhuǎn)，響應速度可以超過10kHz。壓電效應需要異質(zhì)材料的介入，壓電材料（PZT）具有、響應速度快等優(yōu)點。日本研究小組采用電鍍的方法在硅上沉積PZT薄膜，加工形成MEMS結構并進行光學掃描，實驗獲得11.2kHz的響應速度，39°的視場角。靜電效應驅(qū)動MEMS具有尺寸小、可單片全集成的優(yōu)點，受到廣泛研究。通常，采用靜電效應驅(qū)動微反射鏡的方式需要在真空環(huán)境下，以獲得更高的驅(qū)動效率，10V電壓驅(qū)動可以實現(xiàn)大約10°的掃描角度。瑞典KTH的研究小組近期驗證了一種新方法，如圖4所示，通過MEMS改變光柵周期實現(xiàn)衍射光角度偏轉(zhuǎn)，在20V電壓驅(qū)動下達到5.6°的掃描角度，功率消耗在微瓦量級。

Flash激光雷達

20世紀90年代，有研究者就提出了非掃描式的激光雷達概念，屬于3D成像激光雷達。如圖7所示，F(xiàn)lash激光雷達采用類似照相機的工作模式，感光元件與普通相機不同，每個像素點可以記錄光子飛行時間信息。發(fā)射的面陣激光照射到目標上，目標對入射光產(chǎn)生散射，由于物體具有三維空間屬性，從而照射到物體不同部位的光具有不同的飛行時間，被焦平面探測器陣列探測，輸出為具有深度信息的“三維”圖像。如圖8 所示，F(xiàn)lash激光雷達也經(jīng)歷了小型化發(fā)展歷程，所占空間從起初的車廂級到辦公桌級，再到現(xiàn)在的厘米級，這都得益于緊湊型激光器陣列、探測器陣列的發(fā)展。