一直以來，MEMS激光雷達都被視為在自動駕駛領(lǐng)域最快落地的商業(yè)LiDAR技術(shù)路線。2019年過去了三分之一，MEMS激光雷達領(lǐng)域投資的新聞以及各家新品的推出，讓我們強烈地感受其落地的腳步聲越走越近。
MEMS通過可以上下左右震顫的振鏡來調(diào)整激光發(fā)射的角度，從而可以實現(xiàn)單線激光發(fā)射器的的掃描效果。這個方案從技術(shù)上較容易實現(xiàn)，相對于其他技術(shù)路線成本低廉可控，因而被主機廠看好，這是MEMS受歡迎的原因。
在從機械式激光雷達向固態(tài)激光雷達的演變過程中，一些企業(yè)選擇直接進入全固態(tài)激光雷達，也有許多企業(yè)深耕于混合固態(tài)技術(shù)路線的MEMS激光雷達。那么，2019年真的會成為MEMS激光雷達技術(shù)路線元年嗎？
AI芯天下丨2019年將成MEMS激光雷達技術(shù)路線元年
MEMS技術(shù)、產(chǎn)品
MEMS即微機電控制系統(tǒng)，MEMS固態(tài)激光雷達所需的掃描模組，將傳統(tǒng)的導(dǎo)航激光雷達中的旋轉(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，主要應(yīng)用于機器視覺、主動避讓及自動駕駛方面。
它是一個獨立的智能系統(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。MEMS（微機電系統(tǒng)）最初大量用于汽車安全氣囊，而后以MEMS傳感器的形式被大量應(yīng)用在汽車的各個領(lǐng)域，隨著MEMS技術(shù)的進一步發(fā)展，以及應(yīng)用終端“輕、薄、短、小”的特點，對小體積高性能的MEMS產(chǎn)品需求增勢迅猛，消費電子、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)特點優(yōu)勢顯著
①MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短。
②以硅為主要材料，機械電器性能優(yōu)良：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。
③用硅微加工工藝在一片硅片上可同時制造成百上千個微型機電裝置或完整的MEMS。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。
④可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執(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。
⑤MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、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激光雷達是最快落地的技術(shù)
①MEMS微振鏡幫助激光雷達擺脫了笨重的馬達、多棱鏡等機械運動裝置，毫米級尺寸的微振鏡大大減少了激光雷達的尺寸，無論從美觀度、車載集成度還是成本角度來講，其優(yōu)勢都令人驚嘆。
②MEMS微振鏡的引入可以減少激光器和探測器數(shù)量，極大地降低成本。傳統(tǒng)的機械式激光雷達要實現(xiàn)多少線束，就需要多少組發(fā)射模塊與接收模塊。
③采用二維MEMS微振鏡，僅需要一束激光光源，通過一面MEMS微振鏡來反射激光器的光束，兩者采用微秒級的頻率協(xié)同工作，通過探測器接收后達到對目標(biāo)物體進行3D掃描的目的。與多組發(fā)射/接收芯片組的機械式激光雷達結(jié)構(gòu)相比，MEMS激光雷達對激光器和探測器的數(shù)量需求明顯減少。
④機器人和無人機是MEMS激光雷達可能的應(yīng)用領(lǐng)域，前的激光雷達系統(tǒng)對于自動駕駛汽車而言成本過于高昂，而汽車產(chǎn)業(yè)對成本非常敏感。其他可能的應(yīng)用，還包括智能手機的3D人臉識別，例如蘋果（Apple）的FaceID。
⑤和傳統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)式的激光雷達相比，MEMS激光雷達的技術(shù)路線有所不同。取消了機械馬達旋轉(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激光雷達量產(chǎn)等問題
作為自動駕駛中的關(guān)鍵傳感器，激光雷達最讓人關(guān)心的問題是車規(guī)化與低成本。這兩個問題決定了激光雷達能否大規(guī)模量產(chǎn)，應(yīng)用到可落地的自動駕駛方案之中。
MEMS激光雷達面臨的問題首先在于如何讓微顫鏡的高頻振動可控，其次則在于如何達到車規(guī)級。目前較為成熟的方案是4*4mm的振鏡，大多數(shù)MEMS激光雷達都是使用這款產(chǎn)品。一方面精細的動部件在可靠性與壽命上要達到車規(guī)要求，難以適用不同的溫度與振動環(huán)境；另一方面要想增強效果，需要更大的振鏡，但是振鏡越大，越偏向于機械屬性而非半導(dǎo)體屬性。
MEMS方案和常規(guī)的機械激光雷達相比，可以把體積做小，把成本降低。MEMS是在毫米尺度上對材料進行設(shè)計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)，會將機械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元。
MEMS對精度要求很高，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)上要把控很多細節(jié)：制造精度是不是足夠、轉(zhuǎn)鏡拋光是不是剛好、MEMS機械精準(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。激光雷達的本質(zhì)是利用ToF原理，通過發(fā)射激光來進行物體的探測，要想探測到車輛周圍足夠多的數(shù)據(jù)信息，就需要激光能夠?qū)?yīng)地掃描到這些位置。機械式激光雷達通過旋轉(zhuǎn)來達到這個目的，但是動部件在可靠性、壽命、對振動的適應(yīng)等方面都存在或多或少的問題，因此可以說2019年將成MEMS激光雷達技術(shù)路線元年，而考慮到最終的車規(guī)級量產(chǎn)，目前還難以實現(xiàn)。