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

隨著MEMS激光雷達被公認為最快落地的激光雷達應用方案，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：激光雷達技術(shù)及應用』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)進展以及對MEMS激光雷達技術(shù)和未來的深刻理解。

Opus激光雷達專案負責人楊光宇先生發(fā)表題為《MEMS激光雷達技術(shù)與展望》的演講

深耕MEMS領(lǐng)域16年，Opus用“芯”增強視界

Opus成立于2003年，掌握了激光和虛擬成像光學設計、MEMS靜電驅(qū)動掃描芯片設計、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、光學以及電子等跨專業(yè)領(lǐng)域的團隊努力拼搏，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激光雷達等系統(tǒng)。Opus微型激光投影機將三種激光源通過準直系統(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)方案應用領(lǐng)域的布局“目前已經(jīng)在進行采用動態(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)，首先應用于50米以內(nèi)的消費級/工業(yè)級MEMS激光雷達，并瞄準1~200米范圍的L4/L5級自動駕駛汽車激光雷達。”

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？

那么自動駕駛汽車需要什么樣的激光雷達？楊光宇先生給出了Opus對車用激光雷達需求的理解“激光雷達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的設計目標是滿足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的機械式激光雷達、Innoviz的MEMS激光雷達和Quanergy的OPA激光雷達：機械式激光雷達通光口徑大, 最遠測距長，但掃描速度慢、體積大；MEMS激光雷達2D掃描速度快、角分辨率高、幀率高，如果鏡面面積足夠大，也能夠提供較遠的探測距離；OPA激光雷達掃描速度非常快，可自由控制掃描區(qū)域，但旁瓣問題無法回避。

不同技術(shù)路線激光雷達性能對比

MEMS激光雷達具有角分辨率與幀率方面的優(yōu)勢，可提供自駕車較遠的物體/行人辨識距離。那么，Opus為MEMS激光雷達開發(fā)了哪些MEMS掃描芯片呢？Opus為激光雷達布局廣泛的核心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、AR/VR顯示、3D深度感測、激光雷達的需求。

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)品和應用的“鏡子”？楊光宇先生在會上做了詳細的解釋“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，共軸式掃描設計的掃描共振頻率與最遠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?！監(jiān)pus MEMS激光雷達系統(tǒng)方案將搭載自主設計的1D或2D MEMS激光掃描芯片，可兼容905nm和1550nm激光源，對激光進行動態(tài)控制，同時結(jié)合深度感知算法，實現(xiàn)AI深度學習物體識別。

Opus MEMS激光雷達優(yōu)勢

而談到Opus 在2019年MEMS激光雷達領(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、半自動駕駛中距3D 激光雷達、L4/L5自動駕駛車輛遠距3D激光雷達的路線穩(wěn)步推進。同時希望與元器件和系統(tǒng)供應商合作，盡快推進MEMS掃描芯片通過車規(guī)，實現(xiàn)MEMS激光雷達的落地！”