過去十年中，LiDAR（光探測和測距）已成為一種流行的三維成像技術(shù)，被應用于從自動駕駛汽車到移動電話等設備。

　　像雷達一樣，但用的是光，它通過使用一個包含移動激光二極管和光電二極管的系統(tǒng)來工作，用于將光脈沖反射到物體和從物體反射回來，確定它們與傳感器之間的相對距離。

　   一般來說，LiDAR 數(shù)據(jù)然后被處理成 3D 地圖，其中包含有關(guān)物體或陸地的形狀和表面特征的精確信息，使這些傳感器能夠為不同類型的車輛提供 3D 視覺，如機器人、汽車、飛機以及智能基礎(chǔ)設施和工業(yè)機器等固定系統(tǒng)提供3D視覺。

　　目前激光雷達技術(shù)的使用仍然面臨一些挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)上這些傳感器體積大且價格昂貴，因為它們使用機電元件來控制激光和接收系統(tǒng)。此外，機械傳感器的運動部件在沖擊或振動時容易受到干擾，這在安裝在汽車或機器人上時很常見。

　　機械激光雷達的挑戰(zhàn)促使工程師們開始研究其他技術(shù)，以開發(fā)小型、低功率、低成本的設計，即不使用移動部件固態(tài)激光雷達。取而代之的是，可以使用諸如MEMS(即使是微電子機械，這種技術(shù)仍然被認為是固態(tài)的)或相控陣等技術(shù)來來將光束導向特定方向。

　　Quanergy Systems 是一家致力于固態(tài) LiDAR 創(chuàng)新的公司。近日，Quanergy宣布了其最新推出的 S3 系列激光雷達，這應該是第一個使用光學相控陣（OPA）的真正的固態(tài)激光雷達，也是可擴展的，具有成本效益的，并可用于大規(guī)模市場生產(chǎn)。

　　本文將介紹 LiDAR 系統(tǒng)中使用的 OPA、Quanergy 的“行業(yè)首創(chuàng)”傳感器是什么樣的，以及 LiDAR 技術(shù)的未來可能是什么樣子。

　　LiDAR 系統(tǒng)中的光學相控陣

　　如前所述，Quanergy公司最新LiDAR系統(tǒng)的一個關(guān)鍵特征是使用OPA。OPA是為多種用途（主要是LiDAR傳感器）開發(fā)的需要隨機訪問光束生成、指向和轉(zhuǎn)向的半導體光子技術(shù)。

　　該技術(shù)使用放置在 2D 陣列中的硅元件。每個單元都是同相和振幅完全可控的像素，包括同相位和振幅，允許通過在表面上創(chuàng)造一個相位梯度來對光束進行電子轉(zhuǎn)向，使OPA成為真正的固態(tài)裝置，因為它沒有任何移動部件。

　　對于LiDAR的使用，OPA可能能夠克服機械傳感器的限制，同時也有可能實現(xiàn)更大的分辨率和保真度。

　　與機械部件相比，硅芯片不僅生產(chǎn)成本更低，而且體積更小，消耗的能量更少。這些優(yōu)點使其能夠無縫集成到許多技術(shù)中，而不會表現(xiàn)出自身的干擾，也不會干擾其嵌入的系統(tǒng)。

　　現(xiàn)在已經(jīng)更好地理解了 OPA 的一般概念，讓我們深入了解 Quanergy 的最新傳感器。

　　Quanergy 基于 OPA 的 LiDAR

　　Quanergy 開發(fā)的 S3 系列 LiDAR 傳感器是使用CMOS技術(shù)制造的基于 OPA 的設計。由于工程師已經(jīng)熟悉這種類型的半導體制造，因此 Quanergy 相信設計人員可以利用具有成本效益的工藝輕松擴展其傳感器以進行大規(guī)模市場生產(chǎn)。

　　Quanergy公司與亞利桑那州一家名為ZEV（Zero Electric Vehicle）的電動車解決方案公司合作，提供可持續(xù)和可獲得的車隊電氣化，以演示該傳感器的相關(guān)功能。

　　在演示中，一輛測試車輛配備了 OPA LiDAR 傳感器和用于地形視覺的常規(guī)攝像頭。該測試包括在明亮的環(huán)境中在長達一百米的多個距離內(nèi)跟蹤目標車輛。

　　據(jù) Quanergy 稱，OPA 傳感器的演示不僅比機械 LiDAR 具有顯著優(yōu)勢，而且與其他固態(tài) LiDAR 技術(shù)相比也具有顯著優(yōu)勢。

　　測試車輛能夠在明亮的環(huán)境中始終保持安全，即使使用只有 10% 能見度的目標物體，模擬其他傳感器很難檢測到的物體。

　　Quanergy 表示，其 S3 系列傳感器可以提供超過 100,000 小時的平均故障間隔時間，這對于機械 LiDAR 來說只有數(shù)千小時。由于該傳感器專為汽車行業(yè)而設計，旨在滿足檢測物體和避免碰撞方面最嚴格的汽車法規(guī)要求。其面向大眾市場生產(chǎn)的目標價格為 500 美元，并計劃提供更遠的距離、更大的垂直視野和更高的數(shù)據(jù)速率。

　　激光雷達的未來

　　Quanergy公司展示的技術(shù)可用于其他行業(yè)和科學領(lǐng)域，而不僅僅是用于自動駕駛。以前，這項技術(shù)看起來像一個安裝在車輛頂部的大型旋轉(zhuǎn)裝置。這項測試表明，LiDAR有可能變得像信用卡一樣小而不易被人察覺。

　　大規(guī)模生產(chǎn)這些微型和低功率 LiDAR 傳感器的能力將為未來集成到已經(jīng)建立的基礎(chǔ)設施和系統(tǒng)中打開大門。通過消除困擾傳統(tǒng) LiDAR 的許多挑戰(zhàn)，固態(tài) OPA 傳感器可能對該技術(shù)的大規(guī)模采用和集成至關(guān)重要。