MEMS掃描芯片的研發(fā)進(jìn)展以及對MEMS激光雷達(dá)技術(shù)和未來的深刻理解

隨著MEMS激光雷達(dá)被公認(rèn)為最快落地的激光雷達(dá)應(yīng)用方案，其核心元器件MEMS掃描芯片（又稱MEMS微振鏡）也隨之成為業(yè)界焦點。2018年12月21日，麥姆斯咨詢和博聞創(chuàng)意主辦的『第二十五屆“微言大義”研討會：激光雷達(dá)技術(shù)及應(yīng)用』上，***MEMS創(chuàng)業(yè)公司Opus Microsystems Corp.（以下簡稱Opus）分享了MEMS掃描芯片的研發(fā)進(jìn)展以及對MEMS激光雷達(dá)技術(shù)和未來的深刻理解。

Opus激光雷達(dá)專案負(fù)責(zé)人楊光宇先生發(fā)表題為《MEMS激光雷達(dá)技術(shù)與展望》的演講

深耕MEMS領(lǐng)域16年，Opus用“芯”增強(qiáng)視界

Opus成立于2003年，掌握了激光和虛擬成像光學(xué)設(shè)計、MEMS靜電驅(qū)動掃描芯片設(shè)計、MEMS掃描控制技術(shù)、MEMS電容感知技術(shù)、高分辨率激光調(diào)制技術(shù)以及多項AI（人工智能）算法等核心技術(shù)。成立16年多來，這支具備深厚MEMS專業(yè)、集成電路、光學(xué)以及電子等跨專業(yè)領(lǐng)域的團(tuán)隊努力拼搏，已成功開發(fā)出1D和2D 靜電MEMS激光掃描芯片，并將此技術(shù)用于激光AR抬頭顯示器、MEMS 3D深度攝像頭、MEMS 3D激光雷達(dá)等系統(tǒng)。Opus微型激光投影機(jī)將三種激光源通過準(zhǔn)直系統(tǒng)發(fā)射到2D MEMS掃描芯片，在掃描過程中，RGB亮度可控。

與傳統(tǒng)投影機(jī)相比，無需投影鏡頭，在不同距離范圍內(nèi)實現(xiàn)清晰成像，因此也可用于AR抬頭顯示器。Opus的AR抬頭顯示器具有高亮度（>32 流明@出光口）、廣視角（18? x 4?）、分辨率高（1280 x 720）的優(yōu)勢。楊光宇先生介紹了Opus對3D 感測系統(tǒng)方案應(yīng)用領(lǐng)域的布局“目前已經(jīng)在進(jìn)行采用動態(tài)結(jié)構(gòu)光的3D深度攝像頭，能夠獲得約百萬個點云信息，實現(xiàn)亞毫米3D精度，適用于0.1~2米范圍的人臉和物體識別；同時，Opus正在研發(fā)3D MEMS激光雷達(dá)解決方案，該方案基于飛行時間（Time of Flight，ToF）原理，采用MEMS 3D掃描技術(shù)，首先應(yīng)用于50米以內(nèi)的消費(fèi)級/工業(yè)級MEMS激光雷達(dá)，并瞄準(zhǔn)1~200米范圍的L4/L5級自動駕駛汽車激光雷達(dá)?！?/p>

Opus對結(jié)構(gòu)光和ToF深度感測方案的分析

自動駕駛需要什么樣的激光雷達(dá)？

那么自動駕駛汽車需要什么樣的激光雷達(dá)？楊光宇先生給出了Opus對車用激光雷達(dá)需求的理解“激光雷達(dá)的角分辨率和幀率決定了識別行人所需的距離，從而決定最高安全車速。Opus的設(shè)計目標(biāo)是滿足120km/h高速行駛車輛識別120米以外的行人，角分辨率為0.1? x 0.15?，幀率大于20fps?！蓖瑫r，楊光宇先生比較了來自Velodyne的機(jī)械式激光雷達(dá)、Innoviz的MEMS激光雷達(dá)和Quanergy的OPA激光雷達(dá)：機(jī)械式激光雷達(dá)通光口徑大, 最遠(yuǎn)測距長，但掃描速度慢、體積大；MEMS激光雷達(dá)2D掃描速度快、角分辨率高、幀率高，如果鏡面面積足夠大，也能夠提供較遠(yuǎn)的探測距離；OPA激光雷達(dá)掃描速度非?？?，可自由控制掃描區(qū)域，但旁瓣問題無法回避。

不同技術(shù)路線激光雷達(dá)性能對比

MEMS激光雷達(dá)具有角分辨率與幀率方面的優(yōu)勢，可提供自駕車較遠(yuǎn)的物體/行人辨識距離。那么，Opus為MEMS激光雷達(dá)開發(fā)了哪些MEMS掃描芯片呢？Opus為激光雷達(dá)布局廣泛的核心MEMS掃描芯片系列Opus提供的靜電MEMS激光掃描芯片涉及不同維度（1D、2D）、不同鏡面形狀（長方形、圓形）、不同共振頻率、不同掃描角度，可滿足抬頭顯示器、微型投影機(jī)、AR/VR顯示、3D深度感測、激光雷達(dá)的需求。

Opus提供的核心MEMS掃描芯片

Opus提供的靜電MEMS激光掃描芯片如此豐富，那客戶該如何選擇適合自己產(chǎn)品和應(yīng)用的“鏡子”？楊光宇先生在會上做了詳細(xì)的解釋“首先是鏡面尺寸的選擇，由于鏡面面積決定光束發(fā)散角，從而決定最遠(yuǎn)探測距離和角分辨率，因此需要根據(jù)實際探測距離和角分辨率綜合選擇鏡面尺寸；其次是鏡面形狀，由于EEL（邊發(fā)射激光器）的X軸和Y軸的尺寸不同，如果要鏡面兩軸發(fā)散角一致，則鏡面X軸和Y軸的尺寸也不同，Opus提供圓形和長方形的鏡面選擇，以提升激光能量利用率；而關(guān)于掃描共振頻率，共軸式掃描設(shè)計的掃描共振頻率與最遠(yuǎn)探測距離和角分辨率成反正，因此需要根據(jù)實際探測距離和角分辨率選擇不同的掃描共振頻率。”O(jiān)pus MEMS激光雷達(dá)系統(tǒng)方案將搭載自主設(shè)計的1D或2D MEMS激光掃描芯片，可兼容905nm和1550nm激光源，對激光進(jìn)行動態(tài)控制，同時結(jié)合深度感知算法，實現(xiàn)AI深度學(xué)習(xí)物體識別。

Opus MEMS激光雷達(dá)優(yōu)勢

而談到Opus 在2019年MEMS激光雷達(dá)領(lǐng)域的規(guī)劃，楊光宇先生介紹“Opus將沿著工業(yè)級2D MEMS激光雷達(dá)、半自動駕駛中距3D 激光雷達(dá)、L4/L5自動駕駛車輛遠(yuǎn)距3D激光雷達(dá)的路線穩(wěn)步推進(jìn)。同時希望與元器件和系統(tǒng)供應(yīng)商合作，盡快推進(jìn)MEMS掃描芯片通過車規(guī)，實現(xiàn)MEMS激光雷達(dá)的落地！”