一直以來(lái),，MEMS激光雷達(dá)都被視為在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域最快落地的商業(yè)LiDAR技術(shù)路線(xiàn)。2019年過(guò)去了三分之一,，MEMS激光雷達(dá)領(lǐng)域投資的新聞以及各家新品的推出,，讓我們強(qiáng)烈地感受其落地的腳步聲越走越近。
MEMS通過(guò)可以上下左右震顫的振鏡來(lái)調(diào)整激光發(fā)射的角度,，從而可以實(shí)現(xiàn)單線(xiàn)激光發(fā)射器的的掃描效果,。這個(gè)方案從技術(shù)上較容易實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于其他技術(shù)路線(xiàn)成本低廉可控,，因而被主機(jī)廠看好,，這是MEMS受歡迎的原因。
在從機(jī)械式激光雷達(dá)向固態(tài)激光雷達(dá)的演變過(guò)程中,，一些企業(yè)選擇直接進(jìn)入全固態(tài)激光雷達(dá),，也有許多企業(yè)深耕于混合固態(tài)技術(shù)路線(xiàn)的MEMS激光雷達(dá)。那么,，2019年真的會(huì)成為MEMS激光雷達(dá)技術(shù)路線(xiàn)元年嗎,？
AI芯天下丨2019年將成MEMS激光雷達(dá)技術(shù)路線(xiàn)元年
MEMS技術(shù)、產(chǎn)品
MEMS即微機(jī)電控制系統(tǒng),，MEMS固態(tài)激光雷達(dá)所需的掃描模組,，將傳統(tǒng)的導(dǎo)航激光雷達(dá)中的旋轉(zhuǎn)裝置芯片化,，具有高分辨率、高可靠性,、低成本,、小尺寸、易集成等優(yōu)勢(shì),，主要應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué),、主動(dòng)避讓及自動(dòng)駕駛方面。
它是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng),，可大批量生產(chǎn),，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí),。MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）最初大量用于汽車(chē)安全氣囊,，而后以MEMS傳感器的形式被大量應(yīng)用在汽車(chē)的各個(gè)領(lǐng)域，隨著MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,，以及應(yīng)用終端“輕,、薄、短,、小”的特點(diǎn),，對(duì)小體積高性能的MEMS產(chǎn)品需求增勢(shì)迅猛，消費(fèi)電子,、醫(yī)療等領(lǐng)域也大量出現(xiàn)了MEMS產(chǎn)品的身影,。
MEMS系統(tǒng)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)顯著
①M(fèi)EMS器件體積小,、重量輕,、耗能低、慣性小,、諧振頻率高,、響應(yīng)時(shí)間短。
?、谝怨铻橹饕牧?，機(jī)械電器性能優(yōu)良：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng),，密度類(lèi)似鋁,，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。
?、塾霉栉⒓庸すに囋谝黄杵峡赏瑫r(shí)制造成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的MEMS,。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。
?、芸梢园巡煌δ?、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體,，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列,，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng),。微傳感器,、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的MEMS,。
?、軲EMS涉及電子、機(jī)械,、材料,、制造、信息與自動(dòng)控制,、物理,、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果,。
MEMS激光雷達(dá)是最快落地的技術(shù)
?、費(fèi)EMS微振鏡幫助激光雷達(dá)擺脫了笨重的馬達(dá)、多棱鏡等機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置,，毫米級(jí)尺寸的微振鏡大大減少了激光雷達(dá)的尺寸,，無(wú)論從美觀度、車(chē)載集成度還是成本角度來(lái)講,，其優(yōu)勢(shì)都令人驚嘆,。
②MEMS微振鏡的引入可以減少激光器和探測(cè)器數(shù)量,，極大地降低成本,。傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)多少線(xiàn)束，就需要多少組發(fā)射模塊與接收模塊,。
?、鄄捎枚SMEMS微振鏡，僅需要一束激光光源,，通過(guò)一面MEMS微振鏡來(lái)反射激光器的光束,，兩者采用微秒級(jí)的頻率協(xié)同工作，通過(guò)探測(cè)器接收后達(dá)到對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行3D掃描的目的,。與多組發(fā)射/接收芯片組的機(jī)械式激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)相比,，MEMS激光雷達(dá)對(duì)激光器和探測(cè)器的數(shù)量需求明顯減少。
?、軝C(jī)器人和無(wú)人機(jī)是MEMS激光雷達(dá)可能的應(yīng)用領(lǐng)域,，前的激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)而言成本過(guò)于高昂,，而汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對(duì)成本非常敏感。其他可能的應(yīng)用,，還包括智能手機(jī)的3D人臉識(shí)別,，例如蘋(píng)果（Apple）的FaceID。
?、莺蛡鹘y(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式的激光雷達(dá)相比,，MEMS激光雷達(dá)的技術(shù)路線(xiàn)有所不同。取消了機(jī)械馬達(dá)旋轉(zhuǎn)部件,，使用了體積更小的MEMS鏡,，所以體積可以做到更小。再加上只要一個(gè)激光頭,，因此可以有效控制成本,。目前有不少企業(yè)都在等待產(chǎn)量上升后攤薄成本，因此需要考核的是如何保證產(chǎn)量,。
MEMS激光雷達(dá)量產(chǎn)等問(wèn)題
作為自動(dòng)駕駛中的關(guān)鍵傳感器,，激光雷達(dá)最讓人關(guān)心的問(wèn)題是車(chē)規(guī)化與低成本。這兩個(gè)問(wèn)題決定了激光雷達(dá)能否大規(guī)模量產(chǎn),，應(yīng)用到可落地的自動(dòng)駕駛方案之中,。
MEMS激光雷達(dá)面臨的問(wèn)題首先在于如何讓微顫鏡的高頻振動(dòng)可控，其次則在于如何達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí),。目前較為成熟的方案是4*4mm的振鏡,，大多數(shù)MEMS激光雷達(dá)都是使用這款產(chǎn)品。一方面精細(xì)的動(dòng)部件在可靠性與壽命上要達(dá)到車(chē)規(guī)要求,，難以適用不同的溫度與振動(dòng)環(huán)境,；另一方面要想增強(qiáng)效果，需要更大的振鏡,，但是振鏡越大,，越偏向于機(jī)械屬性而非半導(dǎo)體屬性。
MEMS方案和常規(guī)的機(jī)械激光雷達(dá)相比,，可以把體積做小,，把成本降低。MEMS是在毫米尺度上對(duì)材料進(jìn)行設(shè)計(jì),、加工,、制造、測(cè)量和控制的技術(shù),，會(huì)將機(jī)械構(gòu)件,、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元,。
MEMS對(duì)精度要求很高,，因此在生產(chǎn)制造有別于一般電子產(chǎn)品制造，生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)上要把控很多細(xì)節(jié)：制造精度是不是足夠,、轉(zhuǎn)鏡拋光是不是剛好,、MEMS機(jī)械精準(zhǔn)度如何。
結(jié)尾
混合固態(tài)依然是最受歡迎的一種方案,，以MEMS為主要代表,。激光雷達(dá)的本質(zhì)是利用ToF原理，通過(guò)發(fā)射激光來(lái)進(jìn)行物體的探測(cè),，要想探測(cè)到車(chē)輛周?chē)銐蚨嗟臄?shù)據(jù)信息，就需要激光能夠?qū)?yīng)地掃描到這些位置,。機(jī)械式激光雷達(dá)通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到這個(gè)目的,，但是動(dòng)部件在可靠性、壽命,、對(duì)振動(dòng)的適應(yīng)等方面都存在或多或少的問(wèn)題,，因此可以說(shuō)2019年將成MEMS激光雷達(dá)技術(shù)路線(xiàn)元年，而考慮到最終的車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn),，目前還難以實(shí)現(xiàn),。