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汽車製造

MEMS對比固態激光雷達

Nick 來源:岷江新產(chan) 業(ye) 投資2018-04-10 我要評論(0 )   

激光雷達遲遲沒有在汽車領域大規模應用,原因顯然是幾萬(wan) 美元的價(jia) 格太貴了,可能比車還貴。很多人選擇鑽研深度學習(xi) 和圖像識別來取消激光雷達,也有人選擇激光雷達的廉價(jia) ...

激光雷達遲遲沒有在汽車領域大規模應用,原因顯然是幾萬(wan) 美元的價(jia) 格太貴了,可能比車還貴。很多人選擇鑽研深度學習(xi) 和圖像識別來取消激光雷達,也有人選擇激光雷達的廉價(jia) 化。

目前激光雷達價(jia) 格高的原因包括了需求量少,組裝和調試成本高。Velodyne公司此前的機械旋轉式產(chan) 品在車用激光雷達領域占據統治地位,後續推出混合固態的產(chan) 品,成本有所降低,正在逐步研發純固態激光雷達。Velodyne LiDAR獲得百度與(yu) 福特1.5億(yi) 美元的投資,計劃到2020年左右成本降至500美金。Waymo(穀歌自動駕駛)和Uber(收購自Otto)自研機械旋轉式激光雷達的嚐試會(hui) 在後文提到。禾賽科技、速騰聚創、北科天繪、鐳神智能等中國公司也湧入低成本車用激光雷達領域。

有公司傾(qing) 向於(yu) 取消機械旋轉結構、根本性降低激光雷達成本的手段,方法之一就是利用MEMS微振鏡(MEMS指的是微機電係統),把所有的機械部件集成到單個(ge) 芯片,利用半導體(ti) 工藝生產(chan) 。選擇這一路線的公司包括了:

荷蘭(lan) Innoluce公司(從(cong) 飛利浦剝離,已經被著名汽車半導體(ti) 供應商英飛淩全資收購),預計2018年量產(chan) ,成本不超過100美元,在探測範圍和分辨率方麵超過其它固態激光雷達,能夠實現白天單次發射探測距離250米、角分辨率0.1°,激光功率利用效率大於(yu) 95%,使用的激光器由歐司朗光電半導體(ti) 供應。英飛淩公司認為(wei) 高速運算平台隻是係統的一小部分。

 

MEMS對比固態激光雷達

 

2016年底,研究超微型投影顯示和傳(chuan) 感技術的MicroVision公司,和意法半導體(ti) 合作推廣激光束掃描(LBS)技術,應用場景包括了激光雷達,以及微型投影儀(yi) 、VR、AR和HUD等市場。

曾經生產(chan) 機械旋轉式激光雷達的歐姆龍,2017 年初開始在Opus提供的小型 MEMS 芯片基礎上,研發激光雷達。

日本先鋒公司,利用原本用於(yu) 掃描激光影碟的光學頭,生產(chan) MEMS激光雷達,“當訂單達到100萬(wan) ,先鋒便可以把價(jia) 格控製在100美元以下,預計會(hui) 在2019年開始量產(chan) 。”先鋒還與(yu) 高精度地圖服務商HERE合作,測繪地圖。

2017年,博世推出了兼顧激光掃描和投影的BML050方案,包括兩(liang) 個(ge) MEMS微鏡,可用於(yu) 交互式投影儀(yi) 。有新聞報道博世將在2020年前銷售激光雷達,暫時無法判斷是基於(yu) MEMS還是其他技術。

奧迪的矩陣式激光車燈,使用微鏡(DMD)來控製激光方向,順便做激光雷達也不錯,不需要再給Ibeo的激光雷達騰地方了。

激光雷達創業(ye) 公司 Luminar Technologies,從(cong) 招聘信息推測,對機械旋轉或者MEMS方案的激光雷達有興(xing) 趣。

其他在微機械設計MEMS領域有技術積累的公司也有可能進入激光雷達領域,或者成為(wei) 核心零件供應商。

另外一個(ge) 思路是完全取消機械結構,采用相控陣原理實現固態激光雷達:

生活中最常見的幹涉例子是水波,兩(liang) 處振動產(chan) 生的水波相互疊加,有的方向兩(liang) 列波互相增強,有的方向正好抵消,將這個(ge) 原理放大,采用多個(ge) 光源組成陣列,通過控製各光源發射的時間差,就能合成角度靈活,且精密可控的主光束,這就是相控陣的原理。

 

MEMS對比固態激光雷達

 

MEMS對比固態激光雷達

 

激光雷達從(cong) 機械轉動向聚束成形的進化趨勢與(yu) 雷達完全相同:軍(jun) 事上廣泛應用的相控陣雷達一般擁有上千個(ge) 發射天線單元,通過調節波束合成的方式,可以改變雷達掃描的方向而不需要機械部件運轉,靈活性很高,適合應對高機動目標,還可發射窄波束作為(wei) 電子戰天線。相控陣還可以用於(yu) 把宇宙太陽能電池板的能量傳(chuan) 回地麵,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)已經進行過這方麵實驗。

固態激光雷達的優(you) 點包括了:數據采集速度快,分辨率高,對於(yu) 溫度和振動的適應性強;通過波束控製,探測點(點雲(yun) )可以任意分布,例如在高速公路主要掃描前方遠處,對於(yu) 側(ce) 麵稀疏掃描但並不完全忽略,在十字路口加強側(ce) 麵掃描。隻能勻速旋轉的機械式激光雷達是無法執行這種精細操作的。

固態激光雷達的典型代表是美國的Quanergy公司,單麵相控陣最大視角120度。預生產(chan) 的S3激光雷達計劃在2017年交貨,價(jia) 格250美元,5年內(nei) 低於(yu) 100 美元。最早搭載Quanergy激光雷達感應器的車輛將在2018年麵市。已經獲得了大型汽車零部件供應商德爾福,以及三星電子的戰略投資。Quanergy還在與(yu) Koito合作整合激光雷達的汽車前照燈。

 

MEMS對比固態激光雷達

這張圖可以看到Quanergy用光源陣列來合成波束

MEMS對比固態激光雷達

 

MEMS對比固態激光雷達

 

Quanergy將固態激光雷達的推薦方案與(yu) 友商進行了對比,認為(wei) 可以實現低於(yu) 多攝像頭方案的傳(chuan) 感器成本。

 

MEMS對比固態激光雷達

 

2014年參與(yu) Quanergy 種子輪和A輪的是特斯拉創始團隊Martin Eberhard等人組建的 Wardenclyffe Partners,當時Elon Musk是投資人之一。Wardenclyffe Partners的公開投資案例隻有Quanergy一家。

2016年Quanergy收購了著名軍(jun) 工企業(ye) 雷神公司的人體(ti) 跟蹤軟件,開始進軍(jun) 安全行業(ye) 。2017年3月,Quanergy申請參與(yu) 特朗普總統的“美麗(li) 的邊境牆”計劃。Quanergy CEO認為(wei) 安全行業(ye) 的市場規模與(yu) 汽車行業(ye) 相當,試圖說服美國總統棄用混凝土,而選擇更便宜的 Q-Guard 虛擬圍欄。其他激光雷達廠商沒有參與(yu) 這個(ge) 競爭(zheng) 。特朗普要求美墨邊境牆覆蓋建築和供電困難的沙漠、山脈等環境,同時生產(chan) 太陽能電池板和儲(chu) 能係統的特斯拉也可以參與(yu) 給Quanergy的方案供電,當然要討好消費者的特斯拉大概不敢接這筆生意吧,已經有uber的教訓了。

法國汽車零部件供應商法雷奧,2010年與(yu) 德國激光雷達供應商 Ibeo 合作開發並量產(chan) 的SCALA高精度機械式激光雷達,最大檢測距離為(wei) 150m,法雷奧在此激光雷達基礎上,加上mobilesye,開發了Cruise4U 自動駕駛解決(jue) 方案。2016年采埃孚收購了Ibeo40%的股份,以幫助Ibeo研發固態激光雷達,也在研究更高效的數據標定。

法雷奧的合作夥(huo) 伴不止Ibeo,2014年法雷奧與(yu) 加拿大的 LeddarTech 合作開發固態激光雷達,由LeddarTech提供技術和專(zhuan) 利,計劃2018年量產(chan) ,照射距離最遠為(wei) 100m。

激光雷達技術提供商 LeddarTech 從(cong) 加拿大國家光學研究所分離。該公司的 Leddar M16 固態激光雷達,在參加 BattleBots 機器人格鬥比賽的 Chomp 機器人上得到了應用,Chomp借助激光雷達的精確測距,實現了氣壓錘的自動瞄準,成功幹掉了上屆冠軍(jun) Bite Force的武器傳(chuan) 動鏈條。這大概是目前為(wei) 止,搭載固態激光雷達的最著名機器人。在動輒被撞飛的激烈比賽當中,機械旋轉式激光雷達的可靠性值得懷疑(波士頓動力給旗下機器人配備的激光雷達是機械旋轉式)。

 

MEMS對比固態激光雷達

 

2016年9月,LeddarTech 開賣模塊化 Vu8 固態激光雷達,售價(jia) 475美元,檢測距離215米。2017 CES上,LeddarTech展示了下一代LeddarCore芯片,支持MEMS微鏡和2D/3D Flash 激光雷達。

 

MEMS對比固態激光雷達

 

TriLumina公司為(wei) 激光雷達提供高功率的可調製光源VCSEL,2016年獲得汽車供應商電裝的戰略投資。TriLumina在 2017CES 展示了基於(yu) LeddarCore IC 的256像素3D激光雷達解決(jue) 方案。

2015年 DARPA啟動了“模塊化光學孔徑構造模塊”(MOABB)項目,以研發超緊湊的光學雷達,實現100米遠距離處的3D成像,采用晶圓級加工工藝進行一體(ti) 化集成,比手機攝像頭更小,典型場景是:“在直升機或無人機上檢測叢(cong) 林下的狙擊手或坦克”。

MIT的片上激光雷達(lidar-on-a-chip)項目,特點在於(yu) 使用商用CMOS生產(chan) 技術,連接激光器的是橫截麵為(wei) 幾百納米的矽波導管(可以想象成極小的光纖),對其進行加熱來實現每個(ge) 天線的光束相位控製。預計成本10美元,有可能封裝到機器人的指尖上。

TetraVue的高分辨率激光雷達,將標準的2D CMOS/CCD,結合新的飛行時間(TOF)模式,距離100米以上,低於(yu) 200美元,投資者包括博世資本、三星、鴻海等。

以色列初創公司 Innoviz Technologies 的激光雷達預計100美元,已經獲得900萬(wan) 美元融資,並且與(yu) 汽車供應商麥格納達成合作。表示其使用的方法與(yu) Quanergy或者MIT的不同,但是無法搜到其專(zhuan) 利,具體(ti) 細節和區別無從(cong) 判斷。

Princeton Lightwave在2016年7月宣布進入車用激光雷達領域,該公司擅長蓋革模式激光雷達(Geiger-mode LiDAR),探測距離更遠,已經在航空測繪領域應用十幾年。

上海思嵐科技已經推出了麵向掃地機器人的廉價(jia) 激光雷達,同時也在研究固態激光雷達。

從(cong) 無人機激光雷達起家的北醒光子,正在研發多線長距和固態激光雷達。

Blackmore開發的調頻連續波(FMCW)激光雷達,並沒有采用最容易理解的主流飛行時間法(Time of Flight,ToF),而是通過測量反射波的頻率改變來測距,精度更高,原理與(yu) 傳(chuan) 統雷達類似;通過分離多普勒頻移,可以同時提供目標速度數據,不受霧、雨雪、灰塵影響。該公司獲得350萬(wan) 美元A輪投資。

ADI亞(ya) 德諾半導體(ti) 從(cong) Vescent公司購買(mai) 了可用於(yu) 改變光束方向的液晶光導技術,還與(yu) 提供固態照明模塊的TriLumina公司,合作開發低成本的汽車快閃激光雷達模組。

初創公司Phantom Intelligence在與(yu) 歐司朗光電半導體(ti) 合作研製固態激光雷達。

事實上有一些照明公司利用歐司朗的高功率紅外LED,實現了“燈 to燈”的光通信。這讓人好奇,激光雷達能否作為(wei) DSRC 和 LTE-V2X 之外的補充性車際通信手段。

雷達用來通信不是異想天開,美國曾經測試過,利用F-22猛禽戰鬥機的AN/APG-77主動電子掃描陣列(AESA)雷達進行大容量實時通信,傳(chuan) 輸對於(yu) 目前軍(jun) 用數據鏈過大的未壓縮文件,而光在電磁波譜當中,頻率比無線電更高,所以可以做到巨大的潛在帶寬。

回到激光雷達的話題。

2016年3月,德國汽車供應商大陸集團(Continental)收購了Advanced Scientific Concepts 的3D Flash激光雷達業(ye) 務,開發探測距離200米的高分辨率3D Flash激光雷達,2020年量產(chan) 。

以色列初創公司 Oryx的相幹光雷達(coherent optical radar)發射端采用長波太赫茲(zi) 紅外激光脈衝(chong) ,天氣適應性強,沒有任何光束的轉向控製,核心競爭(zheng) 力在於(yu) 接收端,不像其他激光雷達那樣通過光電傳(chuan) 感器來偵(zhen) 測光線粒子,而是根據光的“波粒二象性”以波的形式使用納米天線陣列接收返回信號,並且進行相幹處理,同時實現了多普勒模式以檢測目標速度。檢測距離150米,預計100到250美元,已經完成1700萬(wan) 美元A輪融資。

 

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