據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,Omnitron Sensors(以下簡(jiǎn)稱:Omnitron)精心設(shè)計(jì)了一種適用于低成本、大批量市場(chǎng)的3D MEMS技術(shù),以克服當(dāng)前激光雷達(dá)(LiDAR)掃描鏡的缺點(diǎn)。
據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),到2026年,激光雷達(dá)光學(xué)子系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)到23億美元。為了把握未來(lái)商機(jī),Omnitron近日宣布已完成對(duì)創(chuàng)新的MEMS掃描鏡的工藝驗(yàn)證。
MEMS掃描鏡作為激光雷達(dá)中的一種新型光學(xué)子系統(tǒng),需要滿足高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、無(wú)人機(jī)和機(jī)器人等應(yīng)用對(duì)激光雷達(dá)提出的嚴(yán)苛要求。
據(jù)Omnitron稱,其MEMS掃描鏡可比當(dāng)前遠(yuǎn)程激光雷達(dá)應(yīng)用的其他MEMS掃描鏡提供2~3倍的視場(chǎng)(FoV)。其步進(jìn)掃描鏡專為惡劣的高振動(dòng)汽車(chē)環(huán)境及無(wú)人機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì),其它供應(yīng)商生產(chǎn)的激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)鏡無(wú)法滿足這些應(yīng)用的嚴(yán)苛需求。
與半導(dǎo)體領(lǐng)域的創(chuàng)新相比,過(guò)去十年來(lái)MEMS技術(shù)的發(fā)展未能跟上步伐
MEMS拓?fù)鋭?chuàng)新一直停滯不前
Omnitron聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官Eric Aguilar認(rèn)為,采用MEMS掃描技術(shù)解決當(dāng)前的激光雷達(dá)挑戰(zhàn)存在很大的市場(chǎng)機(jī)遇。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),意味著要拿出一種創(chuàng)新的MEMS方法,但該領(lǐng)域多年來(lái)一直停滯不前。
Aguilar回憶稱,上個(gè)世紀(jì)90年代,汽車(chē)安全氣囊率先采用MEMS加速度計(jì),在十年前,應(yīng)美盛(Invensense)創(chuàng)始人Steve Nasiri將第一顆ASIC與MEMS集成在一個(gè)低成本的封裝中?!暗珡哪侵螅诖笈恐圃旎蛲黄菩苑矫?,MEMS領(lǐng)域就沒(méi)有什么值得關(guān)注的創(chuàng)新了。”Aguilar說(shuō)道。
Aguilar認(rèn)為,當(dāng)前激光雷達(dá)的問(wèn)題在于它們無(wú)法滿足下一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。問(wèn)題的核心在于其光學(xué)子系統(tǒng)(即反射鏡和掃描器)存在的許多問(wèn)題。這些光學(xué)元件尺寸太大、太脆弱,同時(shí)制造和維護(hù)成本也太高。
Aguilar表示,利用MEMS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高成本效益、高可靠性的反射鏡,不過(guò),目前的MEMS技術(shù)還不能完全滿足系統(tǒng)要求?!凹す饫走_(dá)客戶反饋他們需要10毫米的光束直徑,才能達(dá)到200米左右的探測(cè)距離。”他說(shuō),“但現(xiàn)在的MEMS反射鏡的直徑大多在1到2毫米左右。這就是為什么現(xiàn)在的激光雷達(dá)中MEMS還沒(méi)有普及,因?yàn)?,這需要構(gòu)建非常大尺寸的反射鏡,用現(xiàn)在的MEMS工藝很難做到。”
當(dāng)前的激光雷達(dá)都存在的掃描鏡問(wèn)題
Aguilar表示,Omnitron的MEMS掃描鏡技術(shù)優(yōu)于音圈電機(jī)、旋轉(zhuǎn)棱鏡和高速掃描振鏡等傳統(tǒng)激光雷達(dá)光學(xué)子系統(tǒng)。這些傳統(tǒng)方案速度更慢、更笨重、更昂貴,并且容易失效。
就這些技術(shù)而言,音圈電機(jī)技術(shù)存在一定的優(yōu)勢(shì),例如其良好的反饋機(jī)制。這是一種強(qiáng)大的技術(shù),可以應(yīng)對(duì)振動(dòng)和溫度循環(huán)。這就是為什么音圈電機(jī)技術(shù)可以被用于空間通信系統(tǒng)。
Aguilar說(shuō),缺點(diǎn)是這種音圈電機(jī)子系統(tǒng)可能需要5000美元。對(duì)于需要500美元以下解決方案的汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),這顯然令人望而卻步。更糟糕的是,還需要多個(gè)音圈單元來(lái)覆蓋整個(gè)視場(chǎng),因?yàn)樗鼈兊囊晥?chǎng)通常不到十度。
當(dāng)前的激光雷達(dá)掃描鏡技術(shù)需要在成本、可靠性和視場(chǎng)中進(jìn)行權(quán)衡
SCALA和旋轉(zhuǎn)棱鏡技術(shù)等替代方案,其本質(zhì)上是在電機(jī)上安裝一面鏡子并使其旋轉(zhuǎn)。一般來(lái)說(shuō),激光雷達(dá)都需要處理厘米級(jí)的精度。這意味著在200米范圍內(nèi)誤差要小于5厘米。Aguilar說(shuō),這需要反射鏡的表面平整度要達(dá)到納米級(jí)。
實(shí)現(xiàn)表面平整度需要大量拋光,以便在反射鏡初始校準(zhǔn)時(shí)高度精確。不幸的是,當(dāng)這些旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電機(jī)軸承開(kāi)始抖動(dòng)時(shí),校準(zhǔn)可能會(huì)丟失。只需要幾微度的誤差就會(huì)失去校準(zhǔn)。而且,由于抖動(dòng)是隨機(jī)的,所以無(wú)法輕松地重新校準(zhǔn)。
一種用于激光雷達(dá)的3D MEMS方案
鑒于當(dāng)前激光雷達(dá)掃描鏡技術(shù)面臨的挑戰(zhàn),Omnitron開(kāi)發(fā)了一種3D MEMS工藝,使MEMS掃描鏡能夠滿足下一代激光雷達(dá)的需求。Aguilar說(shuō):“我們開(kāi)發(fā)了一種3D MEMS處理器,從某種意義上說(shuō),它是MEMS領(lǐng)域的一種新拓?fù)洌拖?a target="_blank">集成電路進(jìn)入新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)?!?/p>
Omnitron的方案構(gòu)建了一種靜電馬達(dá),它可以移動(dòng)MEMS反射鏡,并獲得比目前市場(chǎng)上同類產(chǎn)品更大的單位面積力。Aguilar表示,Omnitron利用一種3D MEMS拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了這一目標(biāo),不過(guò),更重要的是要確保其可制造性。
“我們已經(jīng)進(jìn)行了第三方工藝驗(yàn)證,這是可以實(shí)現(xiàn)的。”Aguilar說(shuō)。
為了確保工藝簡(jiǎn)單、可制造,Aguilar表示他們的MEMS掃描鏡沒(méi)有使用金屬?gòu)椈伞Kf(shuō):“我們使用了硅基彈簧,它們的硬度是原來(lái)的一千倍,而且不會(huì)磨損?!?/p>
Aguilar說(shuō):“安全氣囊傳感器采用MEMS技術(shù),是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)隨著時(shí)間的推移而疲勞。這些應(yīng)用需要器件能夠在運(yùn)行中進(jìn)行數(shù)十萬(wàn)次循環(huán),在整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行數(shù)十億次循環(huán)。這就是為什么我們采用了MEMS工藝,并使用體硅微加工技術(shù)制造我們的反射鏡和掃描器?!?/p>
Omnitron的3D MEMS設(shè)計(jì)方案基于簡(jiǎn)單而穩(wěn)健的晶圓制造工藝
精度和可靠性也是Omnitron技術(shù)的關(guān)鍵。Aguilar說(shuō):“如果我們讓掃描鏡指向三度角,那它就真的可以精確指向三度角。我們?cè)谄矫嫔蠘?gòu)建了隔離層,使我們能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)能量與傳感機(jī)制分離。這意味著沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到傳感信號(hào)中,從而避免影響數(shù)據(jù)?!彼f(shuō),這些都已經(jīng)通過(guò)制造得到了驗(yàn)證。
實(shí)現(xiàn)可靠校準(zhǔn)
Omnitron的3D MEMS技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是能夠確保可靠的校準(zhǔn)。這是由其選擇的驅(qū)動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)的。Aguilar說(shuō):“我們構(gòu)建的馬達(dá)執(zhí)行器采用靜電驅(qū)動(dòng)原理?!?/p>
Aguilar解釋稱,MEMS驅(qū)動(dòng)通常有三種方法,包括靜電、電磁或壓電方案。“我們采用靜電方案主要是為了在溫度范圍內(nèi)保持線性,靜電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精妙在于它們可以非常線性的隨溫度膨脹和收縮,具有確定性,因而易于校準(zhǔn)?!?/p>
Aguilar說(shuō),電磁或壓電等其他替代技術(shù)的問(wèn)題是,對(duì)溫度有滯后響應(yīng)。這意味著器件的溫度曲線在溫度上升和溫度下降時(shí)是不同的。這會(huì)在性能中產(chǎn)生嚴(yán)重誤差,從而影響校準(zhǔn)。
面向下一代設(shè)計(jì)的新型MEMS拓?fù)?/p>
的確,如今嵌入式系統(tǒng)的許多創(chuàng)新都源自在更快微處理器和MCU上運(yùn)行的軟件功能。Omnitron的創(chuàng)新MEMS拓?fù)涓嬖V我們,硬件的創(chuàng)新仍然可以帶來(lái)重大的影響。
Aguilar說(shuō):“盡管軟件是個(gè)好東西,但如果沒(méi)有硬件的突破性創(chuàng)新,我們將無(wú)法實(shí)現(xiàn)想象中的未來(lái)。因此,我們必須回到第一性原理思維,以開(kāi)發(fā)這種有望變革傳感器行業(yè)的全新MEMS工藝?!?/p>
審核編輯 :李倩
-
mems
+關(guān)注
關(guān)注
129文章
3924瀏覽量
190581 -
無(wú)人機(jī)
+關(guān)注
關(guān)注
229文章
10420瀏覽量
180125 -
激光雷達(dá)
+關(guān)注
關(guān)注
968文章
3967瀏覽量
189824
原文標(biāo)題:面向下一代激光雷達(dá),Omnitron驗(yàn)證創(chuàng)新的MEMS掃描鏡工藝
文章出處:【微信號(hào):MEMSensor,微信公眾號(hào):MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論