激光雷达技术 — MEMS 芯片提供创纪录的分辨率
使用 MEMS 开关阵列的高分辨率固态激光雷达将降低成本，以匹配基于芯片的廉价摄像头和雷达系统，从而消除自动驾驶汽车采用激光雷达的主要障碍。
尽管基于芯片的廉价摄像头和雷达系统已成为防撞和高速公路自动驾驶的主流，但激光雷达导航系统仍然是笨重的机械设备，需要花费数千美元。
这种情况可能即将改变，这要归功于加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授、伯克利传感器和执行器中心联合主任吴明开发的一种新型高分辨率激光雷达芯片。
Wu 的激光雷达基于焦平面开关阵列 (FPSA)，这是一种基于半导体的微米级天线矩阵，可以像数码相机中的传感器一样收集光线。 Wu 说，与智能手机相机上的数百万像素相比，其 16,384 像素的分辨率听起来可能并不令人印象深刻，但它与迄今为止在 FPSA 上发现的 512 像素或更少像素相形见绌。
吴说，使用与生产计算机处理器相同的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术，该设计可扩展到百万像素尺寸。这可能会催生新一代功能强大、成本低廉的 3D 传感器，不仅适用于自动驾驶汽车，还适用于无人机、机器人和智能手机。
机械激光雷达系统使用激光来可视化数百码外的物体，即使在黑暗中也是如此。它们还生成分辨率足够高的 3D 地图，让车辆的人工智能能够区分车辆、自行车、行人和其他障碍物。
然而，将这些功能放在芯片上已经阻碍了研究人员十多年。
“我们想照亮一个非常大的区域，”吴说。 “但如果我们尝试这样做，光线就会变得太弱，无法达到足够的距离。因此，作为保持光强度的设计权衡，我们减少了用激光照射的区域。”
该激光雷达由一个由微型光发射器和 MEMS 开关组成的 FPSA 矩阵组成，这些开关可以快速打开和关闭以将波导从一个位置物理移动到另一个位置，一次通过一根天线引导所有可用的激光功率。
MEMS开关是用于在通信网络中路由光的已知技术。然而，这是它们首次应用于激光雷达。与热光开关相比，它们体积更小、功耗更低、开关速度更快、光损耗极低。
这就是 Wu 可以在 1 厘米见方的芯片上塞入 16,384 个像素的原因。当开关打开像素时，它会发射激光束并捕获反射光。每个像素相当于阵列 70 度视野的 0.6 度。通过在阵列中快速循环，Wu 的 FPSA 构建了周围世界的 3D 图片。将其中几个安装成圆形配置将产生车辆周围的 360 度视图。
Wu 需要在他的系统准备好商业化之前提高 FPSA 分辨率和范围。 “虽然光学天线很难做得更小，但开关仍然是最大的组件，我们认为我们可以将它们做得更小，”他说。
他还需要增加系统的范围，只有10米。 “我们确信我们可以达到 100 米，并相信通过不断改进我们可以达到 300 米，”吴说。
如果可以的话，传统的 CMOS 生产技术有望让廉价的芯片级激光雷达成为我们未来的一部分。
“看看我们如何使用相机，”吴说。 “它们嵌入在车辆、机器人、吸尘器、监控设备、生物识别和门中。一旦我们将激光雷达缩小到智能手机相机的大小，将会有更多的潜在应用。”
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