Датчики восприятия LiDAR для усовершенствованных систем помощи водителю (ADAS) и развивающейся автомобильной промышленности с самостоятельным вождением используются для обнаружения, локализации и классификации объектов на больших расстояниях (до 200 м). LiDAR обычно используется для идентификации пешеходов, предотвращения столкновений и экстренного торможения. Задача разработки LiDAR для этих приложений заключается в том, чтобы сбалансировать производительность, измеряемую диапазоном, разрешением и частотой кадров, с коммерческой жизнеспособностью, чьи показатели включают размер, надежность и стоимость.
Со своими первыми коммерческими твердотельными датчиками LiDAR, компания-стартап Lumotive (Сиэтл, штат Вашингтон) представила запатентованную технологию управления лучом на основе жидкокристаллической мета-поверхности (liquid-crystal metasurface LCM). Он отражает испускаемый луч в желаемом направлении, что дает полностью твердотельное решение и, в свою очередь, обещает высокую производительность наряду с коммерческой жизнеспособностью.
LCM — это новый класс оптических устройств на основе двумерных массивов субволновых оптических элементов. При модуляции электрическим сигналом жидкие кристаллы изменяют свой показатель преломления, который затем изменяет количество задержанных фотонов, возникающих между входом в наноразмерные резонаторы и повторным излучением из резонаторов. Следовательно, каждый резонатор действует как программируемый элемент фазовой задержки.
Нет движущихся частей
Таким образом, технология Lumotive похожа на радар с фазированной решеткой — серия антенн с электронным сканированием, управляемая компьютером, которая создает луч радиоволн, который можно направлять электронным способом, чтобы он указывал в разных направлениях, не перемещая антенны. Lumotive указывает, что его технология LCM позволяет создавать датчики LiDAR без движущихся частей.
Отсутствие движущихся частей делает конструкцию потенциально более надежной, компактной и, по мнению Lumotive, более экономичной, чем те, которые используют механическую систему управления лучом. LCM изготавливаются из кремния в литейном цехе CMOS с использованием традиционных материалов и процессов нанесения рисунка. Жидкие кристаллы наносятся на поверхность чипов и герметизируются с помощью покровного стекла во время упаковки таким же образом, как в сборке дисплея на жидких кристаллах на кремнии (LCOS). Затем подключаются стандартные ЖК-драйверы, которые обеспечивают напряжение для управления резонаторами.
Система LiDAR от Lumotive содержит два LCM, по одному для передачи и приема (рисунок ниже). Скорость переключения LCM составляет около 25 мкс при использовании обычных жидких кристаллов, что значительно выше, чем миллисекундные скорости переключения, типичные для LCOS и жидкокристаллических дисплеев (LCD).
Апертура
Автомобильные системы LiDAR сложно проектировать, поскольку они требуют большого размера апертуры и расширенного поля зрения. Большая оптическая апертура необходима, потому что на приемном конце размер апертуры определяет способность системы собирать луч и, следовательно, определяет диапазон, разрешение и частоту кадров. Большая апертура также позволяет передавать более мощный лазерный луч без превышения порога плотности мощности для безопасности глаз. В устаревших системах механического сканирования на основе зеркал MEMS с увеличением размера апертуры поле зрения уменьшается.
На Lumotive LCM настройка жидкокристаллического покрытия на мета-поверхности направляет луч в поле зрения 120 × 30 градусов с равномерной эффективностью и апертурой до 25 × 25 м. Таким образом, большая апертура новой технологии управления лучом LCM обеспечивает большую дальность и более эффективную реализацию.
Компания Lumotive запатентовала свою технологию твердотельного управления лучом, которая, по ее словам, соответствует диапазону, полю обзора, разрешению и размеру.
Компания анонсировала первые два 3D-сенсорных продукта, использующих свои LCM, системы X20 и Z20 LiDAR, предназначенные для рынков автомобильной и промышленной автоматизации, соответственно. X20 обеспечивает автомобильные приложения с дальностью более 120 метров (рисунок ниже). Датчик Z20 будет иметь более короткий диапазон — около 50 м — но с вертикальным углом раскрытия 70 градусов он хорошо подходит для различных промышленных применений. M20 Lumotive, отвечающий потребностям потребительского и мобильного рынков, будет представлен в 2021 году.
«Мы знаем, что один размер не подходит всем при развертывании трехмерного сканирования пространства в различных приложениях, и наша базовая архитектура позволяет нам эффективно масштабировать технологию в соответствии с конкретными требованиями рынка, сохраняя при этом экономическую выгоду, которую мы достигаем благодаря нашему производственному подходу», — говорит доктор Уильям Коллеран, соучредитель и генеральный директор Lumotive.
Данные системы LiDAR объединяют модули для передачи, приема и управления лучом, которые могут быть приобретены поставщиками автомобильного уровня 1 и поставщиками промышленных датчиков, стремящимися улучшить свои собственные предложения LiDAR.
«Рынки LiDAR, предназначенные для применения в ADAS и роботизированных автомобилях, демонстрируют значительный рост в период между 2019 и 2025 годами, с 117 миллионов долларов США до 2,3 миллиарда долларов США», — говорит Алексис Дебрей, аналитик по технологиям и рынку в компании Yole Développement, занимающейся исследованиями и стратегическим консалтингом. По оценкам Yole, CAGR для рынков LiDAR в этот период достигнет почти 64%.
Оставьте комментарий