伯克利利用MEMS技术实现超高分辨率的固态LiDAR

加州大学伯克利分校日前利用微机电系统（MEMS），实现了“创纪录的分辨率”的焦平面开关阵列 (FPSA)激光雷达（LiDAR） 。

大多数追求自动驾驶汽车 (AV) 的公司目前都在一定程度上使用LiDAR，其已成为一种至关重要的传感器，因为它具有远距离高分辨率的能力，并且不受某些光照或天气等环境条件影响。

然而，LiDAR 远非完美，许多不同形式的 LiDAR 竞相成为该技术的未来。

激光雷达技术和应用示例。图片由 Yole Développement 提供

最近，加州大学伯克利分校的研究人员发表了一篇新的研究论文，描述了一种基于 MEMS 的新型 FPSA LiDAR 系统，该系统的性能规格超越了以往。

FPSA 激光雷达

LiDAR的主要技术之一是FPSA。

FPSA是将LiDAR的像素进行细分，由单个光学天线、热光移相器或开关组成。这些像素以矩阵形式排列，可一次驱动一个像素，通过开关控制向每个像素的天线供电。

就像相机的光学系统一样，FPSA 视场 (FOV) 内的每个角度都被映射回一个像素，收集光线并创建3D地图。

FPSA 光束扫描仪。

FPSA 技术背后的理念是，通过一次驱动每个像素，每个像素都可以接收驱动激光器的所有可用功率，这意味着更远的范围和更高的分辨率。

除了范围和分辨率，FPSA 可能是固态 LiDAR 的最佳实践，因为它们可以不进行机械移动进行电子扫描。

此外，更少的组件允许将这些像素点集成到单个芯片中。

FPSA LiDAR 挑战

FPSA LiDAR 虽然提供了许多好处，但也有一个明显的缺点：它的规模有限。

实现大规模 FPSA LiDAR 的主要挑战是热光开关易受温度影响。

开关通过将施加的电场转换为温度变化来工作，从而改变硅的折射率。有效折射率有助于控制入射光的方向并有效地将 FPSA 激光折射到所需的像素。

然而，这种方法的缺点是开关非常耗电并且会产生大量热量。这个缺点限制了在单个 FPSA 中集成多像素的能力，因为累积的热量会导致故障。

到目前为止，FPSA 被限制为最大 512 像素。

伯克利的 MEMS FPSA LiDAR 方法

为了突破 FPSA LiDAR 的限制，伯克利的研究人员研究了一种新的 FPSA 方法，旨在解决上述挑战。

为了回避 FSPA LiDAR 中的热挑战，研究人员选择使用 MEMS 开关而不是热光开关。

在此方案中，FSPA 阵列通过以正确方向的物理移动来选择给定像素，将所有激光入射光引导至给定像素的天线。该芯片可以通过切换整个阵列对环境进行 360 度扫描。

新的 FSPA 技术。

总而言之，研究人员声称这种新方法对 FPSA LiDAR 技术的好处是巨大的，因为 MEMS 开关比热光开关更轻、更小，而且功耗更低。

利用此技术，研究人员在 1 平方厘米的固态芯片上创建了 128x128 像素阵列。研究人员声称，该芯片上的 16,348 像素远远超过了之前的最大数量，使其成为市场上分辨率最高的固态 FPSA 芯片。

该阵列能够实现 70 度 FOV，每个像素占 0.6 度。