目前，直接切入全固態(tài)LiDAR或者正朝著全固態(tài)LiDAR轉(zhuǎn)型的國內(nèi)外企業(yè)數(shù)量已逐步超越機械式LiDAR和混合固態(tài)LiDAR領(lǐng)域。
1. Quanergy（美國）在全固態(tài)LiDAR領(lǐng)域最吸睛的公司則是Quanergy。Quanergy成立于2012年，總部位于硅谷中心的加州桑尼維爾，其領(lǐng)先的固態(tài)LiDAR傳感器和軟件可實時捕獲和處理高清3D地圖數(shù)據(jù)和進行對象偵測、跟蹤和分類，應(yīng)用領(lǐng)域包括運輸、安防、地圖和工業(yè)自動化等。Quanergy的LiDAR傳感器在六大關(guān)鍵商業(yè)化指標（成本、性能、可靠性、尺寸、重量和功率效率）上均處于領(lǐng)先地位，同時滿足利用固態(tài)技術(shù)進行大規(guī)模部署所要求的耐久性和可靠性。
Quanergy采用光學(xué)相控陣技術(shù)，于2017年推出的S3是全球首款、也是唯一一款汽車級固態(tài)LiDAR系統(tǒng)，在成本、性能和可靠性方面均處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
2. LeddarTech（加拿大）LeddarTech成立于2007年，總部位于加拿大，專注于為自動駕駛汽車和駕駛輔助系統(tǒng)開發(fā)自己的LiDAR技術(shù)。其將在CES 2018（2018年1月9~12日在美國拉斯維加斯舉辦的國際消費電子展）重磅展出LeddarCore LCA2芯片——業(yè)界首款能夠?qū)崿F(xiàn)車用LiDAR大規(guī)模量產(chǎn)的3D固態(tài)LiDAR芯片，包括LCA2 芯片工程樣品，以及基于LCA2的3D泛光（Flash）LiDAR模組。同時展出的還包括目前仍處于開發(fā)階段的LiDAR系統(tǒng)分立方案LeddarCore LCA3，首款樣品計劃將于2018年推出。
3. Oryx Vision（以色列）
以色列初創(chuàng)公司Oryx Vision創(chuàng)立于2009年，目前，已經(jīng)通過一輪融資募集了1700萬美元，以為自動駕駛汽車開發(fā)固態(tài)深度視覺解決方案。該公司近期發(fā)布了一款新型LiDAR傳感器，利用了長波紅外激光器來追蹤路面上的物體。Oryx的相干光LiDAR系統(tǒng)使用一種被稱為“納米天線”的技術(shù)，不像激光雷達那樣通過光電傳感器來偵測光線粒子，而是根據(jù)光的“波粒二象性”以波的形式使用納米天線來感知反射回來的信號（光）。這款新型LiDAR傳感器納米天線可以接收波長為10微米的電磁波，這種波長能有效穿透煙霧，而且不會像激光雷達那樣受強光影響。
4. XenomaTIX（比利時）
XenomaTIX成立于2013年，總部位于比利時魯汶。其LiDAR沒有任何運動部件，尺寸小、功耗低，基于成熟的半導(dǎo)體元器件，創(chuàng)新的投影模式保證了出色的耐久性。通過數(shù)千束激光的同時照明，分辨率達到每秒百萬次的測量，從而能識別汽車周圍的任一細節(jié)事物。使用平行的低功率激光束，利用電荷積分飛行時間（ToF）法來測量距離，工作范圍達200米。
5. ConTInental（德國）
德國大陸集團（ConTInental）創(chuàng)始于1871年，是具有百年歷史的跨國性企業(yè)集團，世界領(lǐng)先的汽車配套產(chǎn)品供應(yīng)商之一。大陸集團依靠強大的研發(fā)團隊，設(shè)計生產(chǎn)的短距激光雷達SRL1成為一款可靠且高效的固態(tài)LiDAR，無需任何機械運動部件即可實現(xiàn)正面碰撞檢測等應(yīng)用。SRL1提供基于紅外激光技術(shù)的緊急制動輔助功能，且已經(jīng)在微型車上使用。Continental于去年買下美國的3D泛光（Flash）激光雷達公司Advanced Scientific Concepts，在今年的法蘭克福車展上，大陸這一采用Flash技術(shù)方案的固態(tài)激光雷達也出現(xiàn)在展示區(qū)，設(shè)計探測距離達到200米。
6. TetraVue（美國）TetraVue成立于2008年，總部位于美國加州。其獨創(chuàng)的“光切片（Light Slicer）”專利技術(shù)，集成了固態(tài)激光雷達發(fā)射單元，深度感知攝像頭，以及標準的CMOS和CCD像素技術(shù)等一系列傳感器和算法，能夠通過時間維度和距離維度的量測，利用標準的CMOS傳感器測算光學(xué)強度信息。
7. Blackmore（美國）
Blackmore總部位于美國蒙大拿洲博茲曼，是研發(fā)緊湊型調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）LiDAR的領(lǐng)導(dǎo)者，并提供配套的分析工具軟件。產(chǎn)品可應(yīng)用在關(guān)鍵任務(wù)、汽車、軍事和工業(yè)環(huán)境，這些應(yīng)用場景中，傳統(tǒng)的光電/紅外傳感器和直接探測3D成像則受到成本和性能規(guī)格限制。
8. Strobe / GE（美國）
Strobe是從OEwaves獨立出來的一家專注于自動駕駛汽車LiDAR開發(fā)的創(chuàng)業(yè)公司。OEwaves由Strobe公司主要創(chuàng)始人之一創(chuàng)辦于2000年8月，核心技術(shù)包括光電振蕩器（OEO）和“回音壁模式（whispering gallery mode）”光學(xué)諧振腔。Strobe于2017年10月被通用（GE）收購。收購時Strobe僅有12名員工，該公司專注于為自動駕駛汽車開發(fā)100美元以下的全固態(tài)LiDAR。Strobe模仿線性調(diào)頻雷達開發(fā)了一種線性頻率調(diào)制（FM）激光，其線性脈沖的頻率能夠線性變化。探測器通過測量反射的線性調(diào)頻脈沖激光的相位和頻率，不僅能夠獲得物體的距離信息，還能測量其相對運動速度。
9. 光珀智能（中國）
光珀智能（Genius Pros）位于中國杭州，該公司推出了“光珀第一代ToF傳感器芯片”，基于這樣的芯片，構(gòu)建了三個固態(tài)面陣式激光雷達技術(shù)平臺，分別滿足不同距離下（近、中、遠），強陽光下（100Klux），大場景（70?），高精度（《1%），高空間分辨率（0.06?V）等三維感知需求。這三個技術(shù)平臺可以服務(wù)于智能安防、機器人的導(dǎo)航與避障、無人駕駛的環(huán)境感知。特別是在無人駕駛領(lǐng)域，光珀的傳感器滿足了量產(chǎn)無人車對激光雷達低成本、高空間分辨率的兩大需要。
10. 北醒光子（中國）北醒光子（Benewake）于2015年成立于北京，專注于固態(tài)激光雷達的研發(fā)和制造。北醒研發(fā)的CE30，是一款具有大視場角的全固態(tài)激光雷達。它可同時輸出132°水平視場、9°垂直視場范圍內(nèi)的灰度與深度信息，且內(nèi)部無任何機械旋轉(zhuǎn)部件，以保證更高的可靠性與穩(wěn)定性。
此外，德國激光雷達供應(yīng)商Ibeo，國內(nèi)鐳神智能、速騰聚創(chuàng)等企業(yè)均已在全固態(tài)LiDAR領(lǐng)域布局。顯然，搶占全固態(tài)LiDAR的先機，就搶食到未來自動駕駛的“香餑餑”，全固態(tài)LiDAR已成為兵家必爭之地。
全固態(tài)LiDAR的派別之爭激光雷達測距方法分為飛行時間法和三角法兩大類。目前，汽車全固態(tài)激光雷達大多采用飛行時間法。
激光雷達測距方法按照全固態(tài)LiDAR發(fā)射端照明方式可以分為激光多束發(fā)射、可操縱或相控陣列、泛光面陣發(fā)射三種模式。
按照全固態(tài)LiDAR探測端的接收技術(shù)，可以分為相干接收技術(shù)和直接接收技術(shù)。直接接收技術(shù)是接收光子能量的直接形式，優(yōu)點是技術(shù)簡單和成熟。相干接收技術(shù)的接收靈敏度，速度分辨率高，但需要接收機的頻帶特別寬，對激光發(fā)射的頻率穩(wěn)定度的要求也高，對光學(xué)天線系統(tǒng)和機內(nèi)光路的校準的要求更嚴格，信息處理單元更復(fù)雜。
全固態(tài)LiDAR按照發(fā)射端的光波特性和接收端的探測技術(shù)進行分類及代表企業(yè)
光學(xué)相控陣LiDAR在光學(xué)相控陣（OPA，Optical Phased Array）LiDAR中，相控陣發(fā)射器由若干發(fā)射接收單元組成陣列，通過改變加載在不同單元的電壓，進而改變不同單元發(fā)射光波特性（如光強、相位），實現(xiàn)對每個單元光波的獨立控制，通過調(diào)節(jié)從每個相控單元輻射出的光波之間的相位關(guān)系，在設(shè)定方向上產(chǎn)生互相加強的干涉從而實現(xiàn)高強度光束，而其它方向上從各個單元射出的光波彼此相消，因此，輻射強度接近于零。組成相控陣的各相控單元在程序的控制下，可使一束或多束高強度光束的指向按設(shè)計的程序?qū)崿F(xiàn)隨機空域掃描（對此原理不理解的“筒子”，可以復(fù)習(xí)下光柵衍射的物理現(xiàn)象）。
Quanergy光學(xué)相控陣LiDAR S3工作原理示意圖光學(xué)相控陣LiDAR具有掃描速度快（一般都可以達到MHz量級以上）、掃描精度或指向精度高（千分之一度量級以上）、可控性好（除對目標區(qū)域進行高密度的掃描外，在其它區(qū)域也能進行稀疏掃描）等優(yōu)點。
但光學(xué)相控陣的制造工藝難度較大，這是因為要求陣列單元尺寸必須不大于半個波長，一般目前激光雷達的工作波長均在1微米左右，這就意味著陣列單元的尺寸必須不大于500納米。而且陣列數(shù)越多，陣列單元的尺寸越小，能量越往主瓣集中，這就對加工精度要求更高。此外，材料的研究和選擇也是非常關(guān)鍵的因素，到目前為止，鈮酸鋰晶體、PLZT壓電陶瓷、液晶和AlGaAs基波導(dǎo)光學(xué)相控已得到開發(fā)。未來，器件方面，進一步減小相控陣單元尺寸，提高衍射效率，減小器件尺寸；更為根本的材料研究方面，開發(fā)工作在中波紅外、長波紅外、紫外波段的液晶材料，以及繼續(xù)尋求具有大雙折射、響應(yīng)速度快、熱穩(wěn)定性高、耐強激光的高性能電光材料，同時發(fā)展對中長波和紫外波段具有較好透過率的電光材料，以擴展光學(xué)相控陣器件的應(yīng)用領(lǐng)域。
調(diào)頻連續(xù)波LiDAR調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）LiDAR采用線性調(diào)頻信號，信號發(fā)生器產(chǎn)生線性調(diào)頻鋸齒脈沖射頻信號對連續(xù)波半導(dǎo)體激光器輸出的激光進行線性調(diào)頻強度調(diào)制。調(diào)制后激光經(jīng)過準直和擴束后發(fā)射出去。激光探測到目標后，一部分激光反射到光電探測器上，轉(zhuǎn)化為電信號，從而提取中頻信號獲得目標的距離信息。
調(diào)頻連續(xù)波LiDAR測距原理調(diào)頻連續(xù)波LiDAR概念并不新穎，但是面對的技術(shù)挑戰(zhàn)不少，例如發(fā)射激光的線寬限制、線性調(diào)頻脈沖的頻率范圍、線性脈沖頻率變化的線性度，以及單個線性調(diào)頻脈沖的可復(fù)制性等。Strobe采用光電振蕩器（OEO）和“回音壁模式（Whispering Gallery Mode）”光學(xué)諧振腔來解決以上問題，其激光光源可以提供具有15 GHz或以上帶寬的線性調(diào)頻脈沖激光，使LiDAR系統(tǒng)的距離分辨能力可以下探至厘米級以下。
Strobe董事會成員Brower曾在2015年發(fā)布的論文談到他的LiDAR發(fā)射端設(shè)計與OPA類似，或用于Strobe的調(diào)頻連續(xù)波LiDAR
納米天線陣列LiDAROryx Vision憑借納米天線陣列LiDAR，找到了困擾自動駕駛汽車商業(yè)化的主要問題：如何平衡探測距離、精度和成本三者的關(guān)系。Oryx Vision深度傳感器可以檢測到150米遠的微小物體，它既可以在暗夜里工作，也不會受直射的陽光影響，而即使在雨霧等極端天氣條件下也可以穩(wěn)定工作。Oryx Vision傳感器可以無縫集成到車輛的四周，一組這樣的傳感器不但可以提供360°范圍的高性能的景深探測覆蓋，而且價格低廉。
Oryx Vision使用的是長波太赫茲紅外激光的激光器，因為這種紅外光人眼不可見，功率更高。而這種紅外光還很難被水吸收，不會被云霧、強烈的陽光直射所干擾。當(dāng)發(fā)射出的激光反射回傳感器時，光學(xué)器件將反射回的入射光引導(dǎo)到大量極小的整流納米天線上。入射光在被整流的天線中產(chǎn)生AC響應(yīng)，換句話說，被轉(zhuǎn)換成DC信號。該系統(tǒng)的靈敏度是傳統(tǒng)LiDAR的上百倍。因為天線將入射光處理為波，所以它們還可以檢測到多普勒效應(yīng)（由于其反彈的相對運動而引起的頻率變化），并且由此還可以確定在道路中或附近的其它物體的速度。
Oryx Vision采用的納米天線只有25平方微米，使用薄膜芯片制造工藝直接在集成電路上制造
每個納米天線只有5 x 5平方微米，使用薄膜芯片制造工藝在硅晶圓上形成陣列，成本相當(dāng)?shù)土?。而且這將使得信號被饋送到機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)相當(dāng)簡單，而這個機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以對場景中的對象進行分類，從而使得對場景的感知更加智能化。
泛光（Flash）面陣式LiDAR泛光面陣式是全固態(tài)LiDAR中最主流的技術(shù)之一。
泛光面陣式LiDAR的激光光源主要有兩種方式：脈沖和連續(xù)波，分別對應(yīng)脈沖飛行時間（pToF，PluseToF）LiDAR和連續(xù)波飛行時間（cwToF，Continuous Wave ToF）LiDAR。pToF LiDAR采用脈沖，可以實現(xiàn)遠距離探測（如100米以上）；而cwToF LiDAR采用連續(xù)波，主要進行近距離探測（如數(shù)十米）。泛光面陣式LiDAR屬于非掃描式LiDAR，通過脈沖或連續(xù)波捕獲整個場景，而非用激光束逐點掃描。由于探測電子返回脈沖和帶寬較寬的弱點，泛光面陣式LiDAR易受噪聲影響，而閾值觸發(fā)可引起測量誤差Δt。
cwToF LiDAR、pToF LiDAR、雷達和超聲波傳感器的參數(shù)對比由激光雷達的理論可知，在功率受限的情況下，要實現(xiàn)遠的探測距離，則要求大的脈沖時寬，而要實現(xiàn)高的探測精度，則需要大的帶寬，簡單脈沖時寬帶寬乘積接近于1，時寬與帶寬相互關(guān)聯(lián)，不能同時增大時寬與帶寬。pToF LiDAR則通過增益調(diào)制式脈沖激光源，可以解決采用連續(xù)波激光器發(fā)射正弦波在對目標成距離像時限制了激光器的瞬時功率從而嚴重影響成像質(zhì)量和測量范圍的問題。
下載文檔
