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与LiDAR传感器融合 成为自动驾驶技术发展的必由之路( 三 )


新型组件降低系统复杂性
另一项挑战是如何将 LiDAR 组件集成在生产线中 。 技术开发人员正致力于为表面装配技术提供 SMD 部件 ， 可将该部件集成在标准生产工序中 。 此外 ， 如何降低系统复杂性也是一个重要的目标 ， 安装用于 ADAS 的每一个组件和传感器将提高系统的复杂性 。 这要取决于系统供应商想实现的集成度 。 系统供应商也可将芯片完全集成至系统中 ， 以最大化实现设计灵活性 。
欧司朗公司在 2019 年秋季推出了第一款用于 LiDAR 应用的 SPL S4L90A 型号的自动化 (AEC-Q102) 四通道脉冲激光器 。 四通道型式配备一个带有四个发射范围的芯片 ， 功率为 480 瓦特时可达到最佳的光学性能 。 规格仅为 3.35 mm x 2.45 mm x 0.65 mm 部件在应用中可实现全面的检测范围 ， 尺寸与单通道型式的产品 (2.0 mm x 2.3 mm x 0.65 mm) 差别不大 。 另一个优势在于 ， 即使在高电流中也可简单地将热能从部件中传导出 。 特制的 SMT 外壳显著简化了系统开发人员对高性能激光器的系统集成 。
边缘和表面发射器
边缘发射激光器 (EEL) 二极管通过较小的发射面在较小的空间内提供较大的光量 ， 因此在功率、射程和较小的外形尺寸上都具备优势 。 特别是在 LiDAR 应用方面 ， EEL 技术已日趋完善 。 多年来 ， 经过不断的改进满足了汽车行业的高要求 。 然而 ， 另一种照明技术也随着 LiDAR 的发展而被应用：垂直腔面发射激光器 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) ， 简称：VCSEL 。 该激光器结合了两种照明技术的特性——高功率密度和红外 LED（IRED）的简单封装特点 ， 光谱宽度和速度却与激光相同 。 虽然 VCSEL 技术所需的封装空间比 EEL 发射器稍大 ， 但 VCSEL 技术在特殊领域应用中可能具有潜在优势 。 其中的突出优势在于其在温度升高时的波长稳定性 。 目前 VCSEL 技术已经率先在工业应用、机器人技术和物流汽车等领域得到了应用 。 虽然该技术还未获得汽车应用的认证 ， 但这将是下一个必然目标 。 与雷达、摄像系统或 LiDAR 技术相同 ， EEL 和 VCSEL 不应该被看作是相互竞争的技术 ， 而应将其视为优势互补的组合 ， 以提高道路驾驶安全性 。 然而 ， 特别是在性能方面必须进一步发展 VCSEL 技术领域 ， 以满足 LiDAR 系统制造商的期望 。
欧司朗公司除了提供用于边缘发射激光器的全面产品组合之外 ， 还致力于在 VCSEL 的基础上研发新型解决方案 。 对此类组件的技术特性进行优化时 ， 将重点放在性能、效率、稳定性、紧凑性以及简化集成安装方面 。 欧司朗公司最新研发的产品包括 10-W-VCSEL 芯片 ， 帮助 3D 传感器领域的客户实现更高性能和更优效率 。 该公司在 2020 年 2 月的 Photonics West 美国西部光电展展会上展出了波长为 940 nm 的芯片 。 单芯片的设计使得整体尺寸更小并且成本更低 。 该芯片是地图绘制、无人驾驶交通系统和移动机器人等工业应用的理想选择 。
结语
目前 LiDAR 市场的主要参与者都在对未来的业务发展方向进行基本考虑 。 根据这些评估结果 ， 相应的行业调整将对新应用的推广速度和范围产生巨大影响 。 第二个决定性因素为终端客户对汽车行业新推出的创新产品的接受程度 。
而在这之前 ， 组件开发者的创新成就一方面在于为所有可能的应用提供解决方案 ， 另一方面在于将模块设计为大众市场可接受的尺寸和成本效益 。 像欧司朗这样在汽车和工业化领域具备相关经验的供应商具有决定性的优势 ， 因为汽车行业对质量和坚固性的要求非常高 。 虽然可定期维护和校准 Robotaxi 车型系列 ， 但对于私人系列生产的车辆而言 ， 即使投入运营多年后系统也仍需无故障运行 。 到目前为止 ， 只有少数供应商能保证这一点 。 欧司朗光电半导体有限公司 (Osram Opto Semiconductor) 已投入使用一千万个用于 LiDAR 的芯片并且不存在任何故障 。 未来可能在系统设计上为客户带来性能方面的进一步飞跃和简化 。


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