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。
?、谝怨铻橹饕牧?，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。
?、塾霉栉⒓庸すに囋谝黄杵峡赏瑫r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。
?、芸梢园巡煌δ?、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。
?、莺蛡鹘y(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(xì)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(xì)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)。