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500 美元的激光雷達(dá)?Quanergy 展示業(yè)界首個(gè)基于 OPA 的固態(tài)激光雷達(dá)
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/11/9

由于 LiDAR 旨在在自動(dòng)駕駛和其他領(lǐng)域大放異彩,Quanergy 展示了其業(yè)界首個(gè)基于固態(tài) OPA 的 LiDAR,希望能夠減輕尺寸、可擴(kuò)展性和成本限制。


在過去十年中,LiDAR(光檢測(cè)和測(cè)距)已成為一種流行的3D 成像技術(shù),擴(kuò)展到從自動(dòng)駕駛汽車到手機(jī)的設(shè)備中。


像雷達(dá)一樣,但使用光,它通過使用一個(gè)包含移動(dòng)激光二極管和光電二極管的系統(tǒng)來(lái)工作,用于將光脈沖反射到物體和從物體反射回來(lái),確定它們與傳感器之間的相對(duì)距離。

通用 LiDAR 系統(tǒng)的示例。圖片由Quanergy 提供

 

一般來(lái)說,LiDAR 數(shù)據(jù)然后被處理成 3D 地圖,其中包含有關(guān)物體或陸地塊形狀和表面特征的精確信息,使這些傳感器能夠?yàn)椴煌愋偷能囕v提供 3D 視覺,如機(jī)器人、汽車、飛機(jī)和固定系統(tǒng),如智能基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)機(jī)器。


盡管有 LiDAR 技術(shù)的使用和能力,但仍然存在一些挫折。傳統(tǒng)上,這些傳感器體積大且價(jià)格昂貴,因?yàn)樗鼈兪褂脵C(jī)電元件來(lái)控制激光和接收器系統(tǒng)。此外,機(jī)械傳感器中的運(yùn)動(dòng)部件在沖擊或振動(dòng)過程中容易受到干擾,這在安裝在汽車或機(jī)器人上時(shí)很常見。


機(jī)械 LiDAR 挑戰(zhàn)促使工程師研究其他技術(shù)來(lái)開發(fā)小型、低功耗和具有成本效益的 設(shè)計(jì),即固態(tài) LiDAR,其本身不使用移動(dòng)部件。取而代之的是,采用諸如MEMS(即使是微機(jī)電技術(shù),但該技術(shù)仍被視為固態(tài)技術(shù))或相控陣等技術(shù)來(lái)將光束導(dǎo)向特定方向。


Quanergy Systems 是一家致力于固態(tài) LiDAR 創(chuàng)新的公司。本周,Quanergy 宣布了其 S3 系列激光雷達(dá)的開發(fā),這應(yīng)該是第一個(gè)使用光學(xué)相控陣 (OPA) 的真正固態(tài)激光雷達(dá),它也是可擴(kuò)展的、具有成本效益的,并且可以用于大規(guī)模市場(chǎng)生產(chǎn)。


本文將介紹 LiDAR 系統(tǒng)中使用的 OPA,Quanergy 的“行業(yè)首創(chuàng)”傳感器是什么樣的,以及 LiDAR 技術(shù)的未來(lái)可能是什么樣子。


LiDAR 系統(tǒng)中的光學(xué)相控陣

如前所述,Quanergy 最新 LiDAR 系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵功能是使用 OPA。OPA 是為多種用途(主要是 LiDAR 傳感器)開發(fā)的半導(dǎo)體光子技術(shù),其中需要隨機(jī)訪問光束生成、指向和轉(zhuǎn)向。 

OPA 背后的一般原則。圖片由Quanergy 提供

 

該技術(shù)使用放置在 2D 陣列中的硅元件。每個(gè)單元都是同相和振幅完全可控的像素,允許通過在表面上產(chǎn)生相位梯度以電子方式控制光束,使 OPA 真正成為固態(tài),因?yàn)樗鼪]有任何移動(dòng)部件。


對(duì)于 LiDAR 中的使用,OPA 可能能夠克服機(jī)械傳感器的局限性,同時(shí)還具有實(shí)現(xiàn)更高分辨率和保真度的潛力。 


硅芯片不僅比機(jī)械零件的生產(chǎn)成本更低,而且體積更小,消耗的能源也少得多。這些優(yōu)勢(shì)允許無(wú)縫集成到許多技術(shù)中,而不會(huì)出現(xiàn)干擾本身或干擾其嵌入系統(tǒng)的功能或美感。


現(xiàn)在已經(jīng)更好地理解了 OPA 的一般概念,讓我們深入了解 Quanergy 的最新傳感器。


Quanergy 基于 OPA 的 LiDAR

Quanergy 開發(fā)的 S3 系列 LiDAR 傳感器是使用CMOS技術(shù)制造的基于 OPA 的設(shè)計(jì)。由于工程師已經(jīng)熟悉這種類型的半導(dǎo)體制造,因此 Quanergy 相信設(shè)計(jì)人員可以利用具有成本效益的工藝輕松地將其傳感器擴(kuò)展到大規(guī)模市場(chǎng)生產(chǎn)。

使用發(fā)射器、接收器和處理器以及用于波束成形和轉(zhuǎn)向的 OPA 的概念表示。截圖由Quanergy [視頻] 提供

 

Quanergy 與亞利桑那州的一家名為ZEV(零電動(dòng)汽車)的公司合作,該公司提供可持續(xù)和可訪問的車隊(duì)電氣化以減少碳排放并加速電動(dòng)汽車的采用,以展示相關(guān)傳感器的功能。 


在演示中,一輛測(cè)試車輛配備了 OPA LiDAR 傳感器和用于地形視覺的常規(guī)攝像頭。該測(cè)試包括在明亮的環(huán)境中在長(zhǎng)達(dá)一百米的多個(gè)距離內(nèi)跟蹤目標(biāo)車輛。


據(jù) Quanergy 稱,OPA 傳感器的演示不僅比機(jī)械 LiDAR 具有顯著優(yōu)勢(shì),而且與其他固態(tài) LiDAR 技術(shù)相比也具有顯著優(yōu)勢(shì)。 


測(cè)試車輛能夠在明亮的環(huán)境中始終保持安全,即使使用只有 10% 能見度的目標(biāo)物體,模擬其他傳感器很難檢測(cè)到的物體。


Quanergy 表示,其 S3 系列傳感器可以提供超過 100,000 小時(shí)的平均故障間隔時(shí)間,這對(duì)于機(jī)械 LiDAR 來(lái)說只有數(shù)千小時(shí)。由于該傳感器專為汽車行業(yè)而設(shè)計(jì),旨在滿足檢測(cè)物體和避免碰撞方面最嚴(yán)格的汽車法規(guī)要求。其面向大眾市場(chǎng)生產(chǎn)的目標(biāo)價(jià)格為 500 美元,并計(jì)劃提供更遠(yuǎn)的距離、更大的垂直視野和更高的數(shù)據(jù)速率。


激光雷達(dá)的未來(lái)

Quanergy 展示的技術(shù)可以應(yīng)用于其他行業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域,而不僅僅是自動(dòng)駕駛。以前,這項(xiàng)技術(shù)看起來(lái)像是安裝在車輛頂部的大型旋轉(zhuǎn)裝置。該測(cè)試表明,LiDAR 有可能變得像信用卡一樣小且不易察覺。


大規(guī)模生產(chǎn)這些微型和低功率 LiDAR 傳感器的能力將為未來(lái)集成到已經(jīng)建立的基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)中打開大門。通過消除困擾傳統(tǒng) LiDAR 的許多挑戰(zhàn),固態(tài) OPA 傳感器可能對(duì)該技術(shù)的大規(guī)模采用和集成至關(guān)重要。


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