低成本高性能固态激光雷达技术

寂静回声

由比尔盖茨投资的激光雷 达企业 Lumotive3 月 20 日推出一项新的光束控制技术，这一技术将大大提高激光雷达的性能与可靠性，同时降低其成本。
Lumotive 的新型激光雷达应用了最新的光束控制技术， 其光束转向系统利用了液晶 Metasurfaces ™与硅来制造， 由于没有移动部件且原料价格低廉（主要是硅容易获取）， 采用这一技术的激光雷达适合大规模量产，生产效率非常可观。同时这一技术使得激光雷达的探测范围、分辨率、帧速率都有了很大幅度的提升。
Lumotive 的联合创始人兼 CEO William Colleran 认 为： “Lumotive 新型的解决方案非常适合自动驾驶汽车制造商， 该技术可为这些公司提供更为安全、更具成本效益的传感器解决方案。”
他表示：“Lumotive 的激 光雷达技术极大地受益于光束控制的核心 LCM 芯片的独特属性，其在提供大光学孔径、 宽阔视野与快速扫描的同时， 取消了移动部件，实现了激光雷达性能与商业化的结合，最终消除了在 ADAS 和自动驾 驶汽车上应用激光雷达的障 碍。”
对于自动驾驶系统与 ADAS 系统来说，激光雷达已经成为了关键的 3D 传感器技术。激光雷达通过发射激光脉冲并测量这些脉冲从物体上折返的时间来确定物体的具体位 置。其通过在整个二维视野内扫描或是通过“光束控制”激 光脉冲来创建周围环境的 3D 感知图或“点云”，而后，通 过测定物体的水平或垂直位置 来确定第三维。
通过实际应用发现，激光雷达对于自动驾驶汽车来说非常重要，这种传感器可以将几百米外物体定位的误差控制在几厘米的范围内。对比毫米波雷达，激光雷达可以在更大的范围内，获得比毫米波雷达更高测量精度和更高分辨率的探 测图像。
但目前，大多数的激光雷达依赖于传统的机械扫描，其可靠性较差且成本高昂，使用这种激光雷达使得整个自动驾驶系统的性能受到制约。相比之下，Lumotive 的新型光束控制技术采用了 LCM——基于超材料光弯曲原理引导激光脉冲的半导体芯片，在激光雷达领域，Lumotive 是第一家将这种技术投入实用的企。LCM 的大光学孔径可以提高激光雷达的感知能力，同时，使用硅材料进行制造也使其成本大大降低。据悉，Lumotive 最快将在 2019 年第三季度将这一新型激光雷达交付给合作伙伴进行 beta 测试。
对于现在的传感器市场来说，光束转向技术是还未投入使用的全新技术。传统 的激光雷达在探测的转向上依赖不可靠的和体积庞大的旋转组件，而相对较新的激光雷达则使用了 MEMS 镜或光学相控阵。然而，由于 MEMS 镜光学孔径较小， 相控阵效率较低，这两种方法在性能上都非常受限。 Lumotive 的最新款激光雷达提供了独特的性能优势，其具有 25mm*25mm 的大光学孔径，可提供远距离探测能 力，高分辨率的120度宽视野， 快速随机接入的波束控制。
杜克大学电气与计算机工程学院教授 James B.Duke 认 为：“Lumotive 的光束控制技术是多年来使用人工结构表面控制电磁波领域内基础研究的结晶。”超材料领域的先驱 David R.Smith 则表示：“过去， 光束控制的概念已经在无线电波领域得到了广泛的应用，但 Lumotive 是第一个开发出动态可调谐光学材料的公司。他们在这一领域取得的进展是超材料领域的巨大进步，也是解决 激光雷达及其他光学系统迫切需求的技术。”
Lumotive 激光雷达采用的 LCM 技术使得整个雷达内部不含移动部件，利用成熟的半导体和液晶显示器进行封装， 实现了低成本，高可靠性和小尺寸激光雷达商业化的可行 性。除了成本和性能的优势外， Lumotive LCM 还可以集成到小型系统中，从而应用于工业 和消费领域的其他设备，这些 设备将从这一技术中受益。
“LCM 芯片是我们新款激光雷达的核心所在，这一芯片的存在使得激光雷达可以实现光束转向，并且有效地解决 了 MEMS 镜和光学相控阵光孔小的问题，”Lumotive 联合创始人兼 CTO Gleb Akselrod 博士说道。
虽然激光雷达已经在机器人、无人机、工业自动化等领域得到了广泛的应用，但这 一领域的业内人士认为，激光 雷达真正的红海应该在自动驾驶汽车市场，这一技术对于 ADAS 以及自动驾驶系统来说是不可或缺的。可以预见，这 一新型激光雷达未来将会应用到 Argo AI、Aurora、May Mobility、Uber、Waymo 等 公 司的无人出租车和其他自动驾驶设备上。
“随着自动驾驶系统的发展，激光雷达市场将在 2019 年到 2024 年之间发生显著的成长，这一市场预计可成长到 63 亿美元。”技术与市场分析师 Alexis Debray 提到，“根据这一市场空间，我们预估激光雷达市场的年复合增长率将达到 45%，自动驾驶汽车会成为激光雷达的主要下游客户。 届时，如 Lumotive 这样拥有 技术与实力的公司将会成为市场增长的主力。”