【導讀】業(yè)界對用于ADAS的激光雷達技術(shù)趨之若騖。這是業(yè)內(nèi)的熱門話題，很多大公司都想從中分得一杯羹。英飛凌去年通過收購Innoluce獲得了激光雷達專用技術(shù)。ADI公司也從Vescent Photonics公司收購了LBS技術(shù)，以支持主流汽車激光雷達系統(tǒng)的普及。未來必將有更多同類的收購案發(fā)生，使這個市場火熱起來。
在2016年美國MEMS與傳感器執(zhí)行大會期間，我見到了Mic roVision 公司系統(tǒng)工程與先進應用部門總監(jiān)Jari Honkanen，他向我介紹了MicroVision公司發(fā)明的令人稱奇的MEMS移動鏡技術(shù)。
圖1：我手里捏著的就是單個微型MEMS掃描鏡組件。
2016年底MicroVision公司和意法半導體公司宣布合作開發(fā)、銷售和推廣激光束掃描(LBS)技術(shù)。目前這兩家公司正利用其LBS解決方案開發(fā)微型投影儀和平視顯示器(HUD)市場，兩家公司還有意進一步開發(fā)新興市場與應用，包括虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實(VR，AR)、3D檢測以及先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)。
另外，MicroVision和意法半導體還期望探索在未來的技術(shù)開發(fā)方面進行合作的方案，包括LBS產(chǎn)品聯(lián)合路線圖。這些合作將充分整合意法半導體公司的工藝設計與制造專長和MicroVision公司的LBS系統(tǒng)與解決方案。
業(yè)界對用于ADAS的激光雷達技術(shù)趨之若騖
這是業(yè)內(nèi)的熱門話題，很多大公司都想從中分得一杯羹。英飛凌去年通過收購Innoluce獲得了激光雷達專用技術(shù)。ADI公司也從Vescent Photonics公司收購了LBS技術(shù)，以支持主流汽車激光雷達系統(tǒng)的普及。我希望未來會有更多同類的收購案發(fā)生，使這個市場火熱起來。
獨特的MicroVision MEMS 掃描鏡構(gòu)造和工作原理
圖2：MEMS鏡組件中有一個反射鏡懸浮在常平架(Gimbal frame)內(nèi)，常平架上有一個 微加工的通電線圈。MEMS裸片周圍安裝有永磁體，用于提供磁場。只要給MEMS線圈 施加一個電流，就能在常平架上產(chǎn)生一個磁力扭矩，并沿旋轉(zhuǎn)軸的兩個方向產(chǎn)生分量。
這種設計的一個關(guān)鍵特性是只有一個驅(qū)動信號輸入到MEMS。為了產(chǎn)生雙軸移動，垂直和水平移動的波形只需做簡單的疊加。
圖3：扭矩的一個分量使常平架繞其撓曲懸架旋轉(zhuǎn)(左)；另一個分量則激發(fā)掃描鏡諧振 模式的振動，使反射鏡繞常平架的撓曲懸架旋轉(zhuǎn)(右)。
這種復合的鏡驅(qū)動波形由60Hz垂直掃描鋸齒波函數(shù)和激發(fā)水平掃描諧振的高頻正弦波疊加而成(圖4)。
圖4：復合驅(qū)動波形。
兩個所需掃描角度的位置反饋是用壓阻式(PZR)應變傳感器產(chǎn)生的，應變傳感器是通過微加工做到反射鏡撓曲懸架和常平架撓曲懸架上的(圖5)。
圖5：圖中所示的MEMS掃描鏡裸片與用于垂直掃描位置反饋的壓阻式應變傳感器 靠得很近。位置系統(tǒng)反饋信號可以提高投影式顯示器長時間使用和在不同環(huán)境條件 下的穩(wěn)定性。
紅、藍和綠色激光二極管與 MEMS掃描鏡集成在一起形成一個緊湊的彩色顯示引擎，如圖6所示。掃描鏡系統(tǒng)在設計中使用了MEMS和小型激光器，包含光源在內(nèi)，整個體積不超過5cm3，高度僅6mm。
圖6：包含MEMS掃描鏡和激光光源的掃描引擎子系統(tǒng)。
PicoP激光束掃描技術(shù)工作原理
圖7：PicoP掃描技術(shù)的工作原理。
當需要顯示某種顏色的單個像素時， 系統(tǒng)中的激光器會打開。若由于圖像內(nèi)容而不需使用三個激光器中的某一個時，可將其關(guān)閉，從而最大程度地減小功耗。
這個系統(tǒng)可以產(chǎn)生720p、1280×720的圖形顯示分辨率，亮度可達25lm，在1.1m的投影距離上可以形成對角線尺寸約為1m的圖像。因此這種設計具有功耗低和體積小的特點。使用激光光源的另外一個優(yōu)勢是，圖像在任何投影距離點都處于聚焦狀態(tài)，不需要任何調(diào)整。使用激光光源還能給顯示器提供很寬的色域，產(chǎn)生鮮艷生動的顏色，如圖8中的CIE色度圖。
圖8：激光光源可以提供很寬的色域，并且能夠產(chǎn)生鮮艷的色彩。
圖9：顯示引擎與視頻和MEMS驅(qū)動電路集成在一起。這種系統(tǒng)形成了PicoP掃描引擎。
圖10：基于MicroVision PicoP掃描技術(shù)的引擎。這個器件的體積比一個硬幣大不了多少，但其將圖像投影到任何表面而不失真的強大功能令人稱奇。它還能用作圖像捕獲器件。
掃描引擎由兩個單元組成：
MicroVision公司的嵌入式解決方案采集和處理來自數(shù)據(jù)源的信號，用于對單個像素的顏色混合和布局進行控制和同步。通過改變每個激光光源的強度，可以形成一個顏色漸變的完整調(diào)色板。微型投影儀中的MEMS 掃描鏡將光束導向投影表面就是一個很好的例子(圖11)。
在平視顯示器中，專門的光部件將光束導向掃描引擎外部的光學器件，因此駕駛員可以在前向視野中直接看到圖像。
圖11：圖中所示的紅、藍、綠激光光源可以產(chǎn)生幾乎所有可見可辨的顏色。MEMS掃描器利用這樣的光源，能夠產(chǎn)生總是處于聚焦狀態(tài)的明亮的投影圖像。
高清圖像
為了形成鮮艷的高清圖像，這種嵌入式解決方案通過重復的水平與垂直掃描移動來排列像素。這個過程可以產(chǎn)生豐富的內(nèi)容，但不會增加外形尺寸(器件尺寸)和功耗(圖12)。
圖12：生成光柵圖形案的水平與垂直掃描移動。
MicroVision公司采用Honkanen 的技術(shù)，使用平視顯示器疊層將關(guān)鍵信息投影到汽車擋風玻璃上作為駕駛場景的一部分，這樣駕駛員的雙眼不用離開路面就能瀏覽到這些信息(圖13)。在MEMS與傳感器執(zhí)行大會上，Honkanen演示了這一應用。
圖13：平視顯示器示例。
Honk anen還演示了如何使用MicroVision公司配備了近紅外(IR)激光器和紅外光電探測器的激光束掃描技術(shù)開發(fā)基于MEMS的掃描式激光雷達系統(tǒng)。
圖14：基于MEMS的掃描式激光雷達系統(tǒng)。
基于MEMS的掃描式激光雷達的優(yōu)勢是具有很高的水平與垂直分辨率， 并且能夠動態(tài)改變檢測分辨率和幀速率。根據(jù)具體的應用或駕駛情況，同一個掃描式激光雷達既可以實現(xiàn)慢速高分辨率的捕獲，也可以實現(xiàn)快速低分辨率的捕獲。
本文來源于電子技術(shù)設計。
