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雷鋒網(wǎng)按：圖片來自網(wǎng)絡(luò)
雷鋒網(wǎng)按，激光雷達(dá)傳感器（LiDAR）因自動駕駛汽車而生，也因自動駕駛汽車而為人所知，這種通過向外發(fā)射和接收激光生成 3D 點(diǎn)云圖的傳感器正是誕生于 2005 年的 DARPA 自動駕駛挑戰(zhàn)賽。如今，業(yè)界大多數(shù)專家將 LiDAR 看作是自動駕駛汽車的關(guān)鍵賦能技術(shù)。
2005 年那款元祖級的 LiDAR 來自 Velodyne，該 LiDAR 搭載了垂直排布的 64 線激光，能通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行 360 度發(fā)射。當(dāng)然，每束激光都要小心翼翼地與相應(yīng)的探測器對齊，這樣復(fù)雜的設(shè)置也將一臺 LiDAR 的價格推高到 7.5 萬美元。雖然十幾年過去了，但如今高端 LiDAR 還是要賣數(shù)萬美元。
“高燒不退”的 LiDAR 價格也催生了十多家新創(chuàng)公司搶灘登陸，它們的目標(biāo)也無一例外都是打造更廉價的 LiDAR，其中一些公司甚至想用單激光束來省成本。
不過，市場上也有“做加法”的，它們與單激光束省成本的公司背道而馳，一家名為 Sense 的公司出了一款有 11000 線的 LiDAR，售價僅為 3000 美元，而另一家叫做 lbeo 的公司則也在開發(fā)“萬線 LiDAR”。
需要說明的是，lbeo 的新款 LiDAR 依然處在研發(fā)階段，因此我們不知道它到底性能如何。至于 Sense 的現(xiàn)有產(chǎn)品，在性能上也與 Velodyne 的頂配產(chǎn)品有差距。Sense 的 LiDAR 探測距離只有 15-40 米，而 Velodyne 的 LiDAR 則能“一眼看到”200 米外。
Sense 公司 CEO Scott Burroughs 倒也挺淡定，他表示這才剛剛開始，公司正在研發(fā)的新 LiDAR 明年就會面世，探測距離也能達(dá)到 200 米，到時 Sense 就能和市場上的頂級 LiDAR 競爭了。至于 lbeo，則和汽車行業(yè)有著緊密的聯(lián)系，因此未來市場開發(fā)不成問題。
無論 Sense 還是 lbeo，都在用著垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），它的一大特點(diǎn)就是成本低，因?yàn)榭恐鴤鹘y(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)就能源源不斷生產(chǎn) VCSEL。除了這兩家公司，此前名為 Ouster 的新創(chuàng)公司造 LiDAR 靠的也是 VCSEL。
不過與 Ouster 相比，Sense 的 LiDAR 在激光的數(shù)量上可是要多得多。為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)指標(biāo)，Sense 用到了被稱為微轉(zhuǎn)印的技術(shù)。
雖然 VCSEL 可以大量生產(chǎn)，但要在一塊芯片上整合 11000 束激光，肯定會引發(fā)各種問題，比如發(fā)熱以及對人眼的傷害。
Sense 考慮到了這些問題，它們有自己明確的解決方案：將這 11000 束激光散射開來。在一塊砷化鎵晶圓上造出成千上萬個 VCSEL 后，Sense 會將它們轉(zhuǎn)移到新的導(dǎo)熱陶瓷基片上并在這個過程中分散它們。
橡膠凸起能借助靜電力拾取微芯片
這里，Sense 就要用到微轉(zhuǎn)印技術(shù)了。該技術(shù)使用的橡皮印章底部帶有微小凸起的網(wǎng)格。當(dāng)這些凸點(diǎn)之一接觸到微小的 VCSEL 芯片時，可以利用靜電力將其拾取起來。
這些凸起都是精心安排的，為的就是在水平和垂直方向上每 n 個芯片中就有一個能從原始晶圓上被拾取起來并放置在新基片上。隨后，對于下一個 LiDAR 單元，印章將在另一插槽上拾取另一組芯片。通過這種方式，單個硅晶片就可以為許多 LiDAR 單元生產(chǎn) 11000 個激光組件。
與其他 LiDAR 連續(xù)掃描一個場景的方式不同，Sense 的 LiDAR 閃一次就能用 11000 束激光照亮整個場景，隨后傳感器會計算激光束的飛行時間以判斷車輛與物體間的距離。
一般來說，這樣的快閃式 LiDAR 探測距離都是短板，畢竟照亮整個場景意味著光被浪費(fèi)在了像素之間的空隙中。為了解決這一問題，Sense 干脆上了“蠻力”——光不夠我們就加。
不過，Ouster CEO Angus Pacala 也指出，Sense 的方案有個重大缺陷，即超高功耗。“更高的功耗意味著更大的傳感器，更大的傳感器又意味著更高的成本和集成難度。”Pacala 說道。
現(xiàn)在的 Sense LiDAR 確實(shí)有這個問題，它們不但探測距離短，功耗還高。Sense 的 LiDAR現(xiàn)在功耗為 25-35 瓦，與 Ouster（14-20 瓦）和 Velodyne（8-12 瓦）的產(chǎn)品相比確實(shí)高上不少。別忘了，其他競品的 LiDAR 還能 360 度旋轉(zhuǎn)，而 Sense 的產(chǎn)品想實(shí)現(xiàn)全覆蓋，還得多裝幾個。
Burroughs 表示，Sense 的目標(biāo)是在 2021 年推出探測距離 200 米的 LiDAR，到時其激光數(shù)量會再上一個臺階（現(xiàn)在還未公布具體參數(shù)）。不過，在大幅提升探測距離的同時能否將功耗壓下去，現(xiàn)在恐怕是 Sense 最大的挑戰(zhàn)。
好在，Sense 已經(jīng)有了自己的計劃，它們這次要借助于單光子雪崩二極管（SPAD）技術(shù)。事實(shí)上，Ouster 的 LiDAR 也用到了這一技術(shù)。2018 年接受采訪時，該公司 CEO Pacala 就表示，Ouster 的長期愿景就是借助 2D VCSEL 激光陣列和 SPAD 探測器打造工作起來類似于攝像頭的 LiDAR，與 Sense 要在 2021 年發(fā)布的產(chǎn)品簡直同屬一個思路。
顧名思義，所謂的 SPAD 探測器敏感到可以探測到單個光子，這強(qiáng)大的光敏性可能是 Sense實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)探測距離的關(guān)鍵。而且與 VCSEL 一樣，SPAD能用傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，因此有巨大的成本優(yōu)勢。
有趣的是，lbeo 也計劃在下一代 LiDAR 上用到 SPAD 技術(shù)。
其實(shí) lbeo 并不是什么新創(chuàng)公司，它們的 LiDAR 2005 年 DARPA 挑戰(zhàn)賽上就投入使用了。可惜，由于只有 4 線激光，當(dāng)時 lbeo 的產(chǎn)品被 Velodyne 的 64 線 LiDAR 完虐。幾年前，lbeo 拿到了奧迪的大單，它們的 LiDAR 也成了首批登上量產(chǎn)車的產(chǎn)品。當(dāng)然，能得到奧迪青睞主要還是因?yàn)?lbeo 背后的采埃孚公司，這家一級供應(yīng)商巨頭 2016 年收購了 lbeo。也就是說，只要 lbeo 產(chǎn)品做得好，未來肯定不缺訂單。
今年接受采訪時，lbeo 運(yùn)營主管 Mario Brumm 還表示，公司下一代 LiDAR 今年年末就會正式亮相，它將搭載 128x80 陣列的 VCSEL 和 128x80 陣列的 SPAD。此外，lbeo 正試圖用模塊化設(shè)計打造自己的產(chǎn)品線，從遠(yuǎn)程窄視場到近程寬視場 LiDAR 都不會缺席。當(dāng)然，降成本也是 lbeo 的重中之重。如果一切順利，lebo 的廉價 LiDAR 將在 2022 年年末或 2023 年年初大規(guī)模鋪貨。
與 Sense 不同，lbeo 并沒有解釋它們要如何解決發(fā)熱和人眼安全的問題。外界猜測，SPAD 技術(shù)的引入讓 lbeo 能降低激光的功率輸出，避免對人眼造成傷害。同時，這種方案還能減少光子的“浪費(fèi)”。Brumm 還表示，低功耗也是 lbeo 的首要努力方向。
不過，從現(xiàn)有技術(shù)條件來看，沒有 Sense 的微轉(zhuǎn)印技術(shù) lebo 和 Ouster 確實(shí)舉步維艱。當(dāng)然，后兩家也不會熟手就擒，它們正沿著固態(tài)快閃式 LiDAR 的路線進(jìn)行彎道超車。
雷鋒網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。
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