日新月異的激光雷達技術(shù)領(lǐng)域中上演著怎樣的故事？

新選手和新團隊的出現(xiàn)有助于整個行業(yè)降低成本。

大陸集團投資加州激光雷達制造商 AEye，以期獲得可以探測 160 米處低反射小型目標的技術(shù)。 （Continental）

日新月異的新興技術(shù)領(lǐng)域中上演著怎樣的故事？電子工程師可能最清楚。通常情況下，首先初創(chuàng)企業(yè)會帶著自己的創(chuàng)新解決方案進行一輪輪融資；然后行業(yè)進入往往曠日持久的洗牌期；接著OEM將根據(jù)性能、質(zhì)量和成本進行原型評估，并進行技術(shù)改進；最后，發(fā)布產(chǎn)品公告。這個過程萬變不離其宗。 接下來就是一級供應(yīng)商的舞臺了。憑借自身在制造和成本控制方面的特長，一級供應(yīng)商將采用最有效的體系結(jié)構(gòu)，盡可能降低成本，并創(chuàng)建一個具有經(jīng)濟效益的可擴展解決方案。TTP 是一家位于英國劍橋的獨立科技公司，其自動駕駛團隊負責人 Tom Jellicoe 表示，汽車激光雷達行業(yè)也一樣。他指出，“目前，市面上還不斷涌現(xiàn)新的設(shè)備架構(gòu)，最終鹿死誰手仍未有定論，該領(lǐng)域內(nèi)還有創(chuàng)新的空間?！?光電專家 Jellicoe 推測，在新冠疫情之前，全球移動出行感知技術(shù)領(lǐng)域大約有 80 到 100 家所謂的“激光雷達公司”。

事實上，2021年真正仍在運作的相關(guān)公司大約僅有 20 多家。“這些公司中沒有巨頭，也沒有一家獨大到可以在短期內(nèi)主宰激光雷達領(lǐng)域?！盝ellicoe 表示，“但有跡象表明，激光雷達已經(jīng)吸引了一些行業(yè)巨頭的目光?！北热?，曾在 CES 2020 展上發(fā)布激光雷達產(chǎn)品的博世公司、照明系統(tǒng)專家公司 Osram 歐司朗等。與當前大多數(shù)一級供應(yīng)商采用對外展開合作或收并購的方式不同，博世走的是內(nèi)部研發(fā)的道路。 目前，Aptiv 安波福（與 Innoviz、LeddarTech）、Continental 大陸（Aeye）、Valeo 法雷奧和 ZF 采埃孚（Ibeo）均已與激光雷達初創(chuàng)公司建立合作或完成收購，以發(fā)展傳感器技術(shù)，從而在增強型 SAE L2 級 ADAS 應(yīng)用（一般稱為“L2+”級）和 SAE L4 級自動駕駛應(yīng)用中分一杯羹。Jellicoe斷言，“我認為，現(xiàn)階段仍未完成千萬美元級別融資的公司，將很難再進入這個市場了?！痹?Jellicoe 看來，目前“重量級”的激光雷達初創(chuàng)公司為 Innoviz 和 Luminar。這兩家公司的技術(shù)已經(jīng)獲批應(yīng)用于量產(chǎn)車型，享有很高的估值。 總部位于以色列的 Innoviz 公司擁有一款名為 InnovizPro 的固態(tài)激光雷達，測距范圍為 150米（492英尺），幀率為每秒 20 幀。

該公司還計劃在今年晚些時候推出價格更實惠的 InnovizTwo，主要面向 ADAS 應(yīng)用?？偛课挥诿绹鹆_里達州的 Luminar 則已經(jīng)演示了測距范圍超過 250 米（820英尺）且FoV達 120 度的激光雷達。這兩家公司最近都通過特殊目的收購公司（SPAC）合并上市成功，完成了資本融資。目前，SPAC 已經(jīng)成為汽車科技初創(chuàng)公司常用的快速上市途徑，為一些有前途的公司帶來了很高的估值。 “這些公司才是真正能融到很多錢的公司，因為他們手里有訂單。”Jellicoe說，“而且，他們一旦有了新的汽車客戶，量很快就上去了。”當然，行業(yè)里也有一些不缺錢的參與者，比如 Alphabet 旗下的 Waymo 自主駕駛汽車開發(fā)集團。這家公司曾在2020 年宣布將在 2021 年開始向行業(yè)客戶銷售其專有的近距離 360 度激光雷達技術(shù)。

光學元件專家Tom Jellicoe表示，市面上還不斷涌現(xiàn)新的設(shè)備架構(gòu)，最終鹿死誰手仍未有定論。（TTP）

OEM希望成本下降10 倍

目前，激光雷達正在從 Jellicoe 口中的“第二代”設(shè)備（也是目前市場上最常見的激光雷達）過渡到性能更高、成本更低的第三代固態(tài)激光雷達。第二代產(chǎn)品已經(jīng)登陸廠商的量產(chǎn)車型。第一代激光雷達系統(tǒng)通常僅可以機械轉(zhuǎn)動，因此需要高達 64 個激光器和探測器。而二代系統(tǒng)具有二維掃描能力，最多僅使用 5 個激光器就可以在水平和垂直方向移動掃描，覆蓋更大的探測范圍，結(jié)構(gòu)也更穩(wěn)健。

“二維掃描激光雷達目前是車輛最佳選擇?！盝ellicoe 解釋說，“它們已經(jīng)通過了汽車開發(fā)周期和資格認證，成本較第一代產(chǎn)品更低、復(fù)雜度也更低，但在性能方面可以滿足汽車原廠的需求。目前，市面上已經(jīng)有好幾款測距范圍達 200 米（656英尺）且視場角（FOV）和分辨率都能達到OEM要求的產(chǎn)品了?！?然而，第二代傳感器設(shè)備的平均成本仍在每個 1，000 美元左右。Jellicoe表示，“廠商希望能把這個數(shù)字砍掉一個零，即便宜 10 倍?！弊罱鲜械牟糠中吞栆呀?jīng)可以將價格控制在千元之內(nèi)，比如 Velodyne 售價 500 美元的 Vellarray。 繼博世進入激光雷達領(lǐng)域后，其主要競爭對手 Denso 電裝也通過與硅谷初創(chuàng)公司 Aeva 合作而加入競爭。Aeva由兩名蘋果前工程師于 2017 年建立，是今年通過 SPAC 合并上市的四家激光雷達公司之一。

Aeva公司制造的激光雷達傳感器不僅可以提供道路的三維視圖，而且還能測量目標物體的速度，即提供第四維信息。 Aeva 的傳感器采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）原理，與 MobileEye 等其他公司正在開發(fā)的傳感器一致。FMCW激光雷達是為光纖通信而設(shè)計的?！癋MCW 是一項非常有前途的技術(shù)。”Jellicoe 表示，“通過提供這些額外的信息，F(xiàn)MCW傳感器會發(fā)揮很大作用，而挑戰(zhàn)在于激光器?！?傳統(tǒng)激光雷達基于飛行時間 TOF 工作，即發(fā)出一個單一波長的脈沖，然后通過記錄脈沖返回時間所需的時間來計算距離。

相比之下，F(xiàn)MCW 激光雷達采用可調(diào)諧激光器，發(fā)出不同波長的脈沖，而且可以進行調(diào)制。這種設(shè)計符合光纖通信行業(yè)的成本和尺寸要求。Jellicoe說，它們的價格也高達“數(shù)千美元”。FMCW 激光雷達技術(shù)在汽車中應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)是如何將激光器的成本和尺寸都降低至可以集成在汽車傳感器中的標準?！叭绻腥四芄タ诉@個挑戰(zhàn)，整個行業(yè)都將為之興奮，F(xiàn)MCW將成為第四代激光雷達?！?/p>

蘋果激光雷達：變局者？

在快速發(fā)展的激光雷達行業(yè)中，第二代產(chǎn)品的制造商目前風頭正勁。他們憑借集成能力正不斷降低成本。在這個過程中，他們沿用了汽車行業(yè)長期沿用的超長產(chǎn)品開發(fā)周期傳統(tǒng)，即在初始單元上投入大量設(shè)計成本，然后在隨時間推移對其進行優(yōu)化。 一個棘手的問題是如何使用 MEMS（微電子機械系統(tǒng)）微鏡或其他組件控制光束的方向?！爸灰タ斯馐刂频奶魬?zhàn)，其他設(shè)計問題都將迎刃而解?！盝ellicoe表示，“如果你能在改善光束控制上下功夫，你就能降低系統(tǒng)成本?！盡EMS激光雷達中的反射鏡的精度可達 10 毫米（0.393 英寸）。

它們具有超高的共振頻率，這有助于保護它們免受車輛振動的影響，這也是固態(tài)激光雷達的一個特性。 第三代固態(tài)激光雷達僅使用三個微芯片，除此之外別無移動部件。其中，第一個芯片可以發(fā)射激光光束，第二個芯片用于接收激光光束，而第三個芯片前端有光學元件，負責控制?！皟?yōu)雅而簡單，”Jellicoe如此形容第三代激光雷達，“此外，第三代激光雷達使用半導體元器件，所以很容易組裝、制造和驗證，價格會隨著產(chǎn)量增加而大幅下降?！?正因如此，蘋果進入激光雷達領(lǐng)域立刻引起了 Jellicoe 等其他自動駕駛技術(shù)專家的關(guān)注。Guidehouse Insights 電動移動出行領(lǐng)域首席分析師 Sam Abuelsamid說，“激光雷達能否將成本降低至能夠廣泛推廣應(yīng)用的決定性因素在于規(guī)模。

”在最近《SAE 自動駕駛汽車工程》一篇專欄文章中， Abuelsamid 指出，蘋果公司的激光雷達與汽車領(lǐng)域激光雷達的組成部分是相同的—同樣類型的激光、半導體和探測器。蘋果公司已經(jīng)為起售價格800 美元的 iphone12 等移動設(shè)備用上了 Flash 激光雷達，這意味著蘋果傳感器的成本可能在幾十美元。 “當市場中出現(xiàn)蘋果這樣的選手時，其他供應(yīng)商會迅速提高產(chǎn)能，成本快速下降，各個領(lǐng)域都能從中受益，而不僅僅是在消費電子領(lǐng)域?！盇buelsamid解釋說，“由于對激光雷達的需求量很大，蘋果的決定可能會很快將惠及所有想使用或開發(fā)激光雷達傳感的公司。” Jellicoe 觀察到，“如果激光的亮度和探測器的分辨率能夠像當初手機攝像頭一樣每個月都會有數(shù)百萬像素的優(yōu)化，那么第三代設(shè)備很快就會取得很高的性價比。”

Opsys 技術(shù)使用的光量與 Flash 激光雷達相同，但將其面積縮小到僅有一個像素，這比 Flash 激光雷達小 1000 倍。（Opsys Tech）

一種新型激光雷達：Microflash （微閃）

另一家以色列初創(chuàng)公司 Opsys-Tech 則推出了一款面向駕駛員輔助系統(tǒng)和自動駕駛應(yīng)用的，潛在成本低廉、性能優(yōu)異的激光雷達，給自動駕駛研發(fā)團隊留下了深刻印象。該公司執(zhí)行董事長 Eitan Gertel 說，“我們創(chuàng)造了一種新的激光掃描類別并稱之為’Microflash’”。 Opsys 技術(shù)使用的光量與 Flash 激光雷達相同，但將其面積縮小到僅有一個像素，這比 Flash 激光雷達小 1000 倍。公司的專利電子結(jié)構(gòu)使用 VCSEL 垂直腔面發(fā)射激光器，即采用一種半導體激光二極管作為其脈沖光源，SPAD單芯片固態(tài)光電探測器作為其接收器。

“我們可以用比競爭對手快 16 倍的速度測量光，”Gertel 告訴SAE?！拔覀兊膸士梢赃_到每秒 1，000 幀，但汽車廠商并不需要這么高的幀率，所以我們將掃描速度調(diào)整至平均每秒 30幀?！彼f，Opsys-Tech 激光雷達的測量范圍是 Flash 激光雷達的四倍，而且分辨率和掃描速度也更高。Gertel稱，測試顯示我們的激光雷達測試范圍超過 200 米，分辨率為0.1°x0.1°，“同時在完整 FoV視場角中都可以保持這個水平?！?Gertel 說，他預(yù)計蘋果在其新款 iPhone 激光雷達中大量使用 VCSEL 激光器可以幫助 Opsys Tech 將成本降至單車1000 美元或單個傳感器 250 美元?！癘psys 似乎已經(jīng)在測試距離、分辨率、幀率和成本控制方面取得了平衡?！盩TP的 Jellicoe 表示，“他們在規(guī)模化產(chǎn)品方面非常有經(jīng)驗，很清楚自己在做什么?！?/p>

原文標題：Flash！ 新一代激光雷達已經(jīng)到來，蘋果將是游戲“變局者”之一嗎？

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責任編輯：haq