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跨越五大障碍,激光雷达有望实现新突破

作者:时间:2019-02-11来源:微迷网收藏
编者按:据麦姆斯咨询报道,LiDAR这项技术已经在许多应用领域取得了相当大的进展,仅举几例:空间测绘、无人驾驶汽车、安防和无人机等。然而,现如今传统的LiDAR体系架构的发展正面临着五大挑战,使其无法作为一种经济高效的解决方案大规模使用,而此解决方案可提高汽车性能和安全性,解决更多的工业流程问题和应用,并为消费类产品增加新的功能。

  打破成本壁垒

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201902/397440.htm

  缩小系统尺寸背后相同的技术和思路,也可以用于大幅节约成本!半导体VCSEL,特别是940nm波长的VCSEL激光器,利用现有的半导体工艺,针对手机等大规模生产的产品进行优化,使用硅基芯片代替了1550nm激光器和传感器中价格更昂贵的磷化铟(InP)和铟镓砷(InGaAs)器件。

  当您将这些工艺和材料所节省的成本整合计算后,每个单元的成本可以降至200美元或更低,而目前许多机械和1550nm解决方案的成本都超过1000美元。以这样的价格,在无人驾驶汽车上使用多个单元以获得先进的传感能力和更高的安全性要实际得多。

  提高可靠性

  当今的LiDAR技术大多是基于旋转镜或MEMS微镜。这些技术包含很多运动部件,它们的生产成本和故障率都很高。值得注意的是,许多LiDAR系统必须在不太理想的气候和高振动环境下运行。理想的940nm波长的VCSEL模块化激光技术可在通过AEC-Q100认证的一级温度范围内(-40°C至125°C)的汽车中工作。这项技术已经在电信领域应用了二十多年,可靠性极高。此外,这些新型VCSEL激光器已经针对远程LiDAR的功率要求和AEC-Q100认证一级温度范围,进行了数百万小时的等效运行测试,性能没有出现任何意外降低。

  扩大探测范围

  通常,由于人眼安全限制,905nm波长的边缘发射激光器(EEL)只能在100米左右的范围内使用,而1550nm波长的激光器可用于实现远距离并对人眼安全的照明。然而,在可以预见的未来,1550nm波长激光器和传感器的成本是令人望而却步的。LiDAR行业流传着自己的传说,认为实现这一长距离探测的唯一方法,只有通过使用这些昂贵的1550nm波长的激光器和传感器。

  940nm波长的VCSEL激光器结合了独特优势,既利用了太阳光谱在940nm的大幅下降(太阳光干扰较小),又利用了大规模、低成本的VCSEL技术。940nm处环境光噪声的降低,使得在较低的激光功率下可以获得更广的探测范围。现在,已经在移动电话中使用了940nm波长的VCSEL激光器,以便在极低功率和短距离内实现3D传感。现在,VCSEL技术可以在相当远的距离内使用,并且还能保护人眼安全。

  针对人眼安全的创新

  由于人眼安全限制,905nm波长的EEL激光器通常只能限制在100米左右的范围内使用。尽管红外激光附近的高功率连续波会穿透视网膜并损伤视力,对人眼产生伤害,但是人眼可以承受(人眼安全)在较低占空比下极短脉冲(十亿分之一秒脉冲)的高功率940nm波长的光源。如今的940nm波长VCSEL阵列与EEL激光器等高亮度点光源完全不同。

  940nm波长的VCSEL阵列包含很多单颗VCSEL激光器,每个激光器功率相对较低,使用短脉冲,因此对人眼比较安全。该技术使用窄脉冲(十亿分之一秒)以非常低的重复频率运行。当这些VCSEL组合成阵列时,它会产生具有很高输出功率的分布式光源,从而来实现长距离探测,但其平均功率很低,并且分布式光源不会损坏视网膜。例如,TriLumina开发出了对人眼安全的倒装芯片940nm波长脉冲VCSEL阵列,其600W峰值光功率可以支持超过250米的探测距离,具有低占空比的特点,平均光功率仅为半瓦。

跨越五大障碍,激光雷达有望实现新突破

图2 TriLumina开发出了对人眼安全的倒装芯片940nm波长脉冲VCSEL阵列

  LiDAR的广泛部署有望实现

  虽然现在MEMS和机械式LiDAR面临的挑战确实是广泛部署LiDAR技术的主要障碍,但这可以通过有望在2019年初完成车规认证的新型VCSEL激光技术来克服。想象一下在车内和车外都有感应功能的无人驾驶汽车,将可以大大减少每年超过3.7万的交通事故死亡人数,并且实现无人驾驶。

  这些目标只能通过控制成本、减小尺寸、满足汽车可靠性要求和扩大探测距离,同时确保人眼安全来实现。利用正确的激光技术,LiDAR将可以采取下一步措施迈向更广泛的部署。

  TriLumina目前正为汽车ADAS(Advanced Driver Assistance Systems,高级驾驶辅助系统)应用开发VCSEL产品,并针对性能、尺寸、成本、人眼安全和汽车一级资质等各个特定领域进行研究,以实现LiDAR的广泛部署。这是基于专利倒装芯片和背发射VCSEL阵列,而该阵列可将高脉冲功率阵列、集成微光学器件和电子束转向集成在一个芯片上。


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关键词: 激光雷达 LiDAR

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