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未来的激光雷达：11,000台激光器，而不是128台激光器

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激光雷达传感器的工作原理是反射来自周围物体的激光，并创建三维点云。第一个现代三维激光雷达是为2005年DARPA大型挑战赛（无人驾驶车辆的主要竞赛）而创建的。如今，许多专家继续将激光雷达视为无人驾驶车辆的一项关键技术。

Velodyne创建的最初的2005激光雷达具有垂直的阵列，该阵列由64个激光器旋转360度，并且该阵列中的每个激光器都必须与适当的检测器仔细对准。这种复杂性导致价格达到75,000美元，而如今，高端激光雷达仍然要花费数万美元。

现在，数十家创业公司正在尝试制造更便宜的激光雷达。他们中的许多人都试图使用单激光束降低价格，该激光束以两坐标模型进行扫描。

但是，其他使用激光雷达的公司正在朝着不同的方向发展：他们正在使用数千个激光器构建激光雷达。 Sense以3,000美元的价格出售带有11,000个激光器的激光雷达。另一家名为Ibeo的公司正在研究具有10,000多个激光器的激光雷达。

为了清楚起见，我们注意到尚未发布新的Ibeo激光雷达，因此我们不知道它的效果如何，并且Sense激光雷达的性能远不及最佳Velodyne激光雷达的性能。 Sense激光雷达的射程为15至40米，而某些Velodyne型号则在200米的距离内工作。

但是，Sense首席执行官Scott Burroughs表示，他们的公司才刚刚起步。Sense正在研究一种新的传感器，该传感器的有效范围为200米，将于明年推出。计划该模型将能够与市场领导者竞争。反过来，Ibeo与汽车行业有着深厚的联系，这使该公司可以与合作伙伴汽车制造商进行重大交易。

微转印


Sense和Ibeo都使用便宜的激光器-VCSEL激光器。这些激光器可以使用常规的半导体技术制造，这使您可以在一个晶片上放置数千甚至上百万个设备。之前我们谈到了另一家名为Ouster的初创公司，他们的激光雷达基于VCSEL。

Sense激光雷达比Ouster激光雷达拥有更多的激光。为此，Sense使用了一种称为微转移打印的技术。

在一块芯片上放置数千个VCSEL并不困难。但是，当制造的芯片密集放置11,000个激光器时，您可能会遇到问题。在小面积上如此大量的这种激光器会产生大量的热量。您可能还会有眼睛安全问题。垂直辐射激光的工作频率可能会损坏视网膜，而瞄准人眼的11,000激光会造成永久性伤害。

Sense有一个解决此问题的明智解决方案：激光分配。在砷化镓板上安装了成千上万条具有垂直辐射的激光器后，Sense将其转移到新的导热陶瓷基板上，从而降低了激光器安装的密度。

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此时，微转移打印开始起作用。该技术使用橡皮图章，橡皮图章的底部是带有橡胶突起的网格。当其中一个突起接触垂直辐射的激光时，它可以借助静电将其抬起。

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布置突起，使得每n个芯片（水平和垂直计数）中的一个从原始板上提起并放置在新的基板上。接下来，邮票从下一个激光雷达的以下插槽中收集一组筹码。因此，单个硅晶片可以形成用于多个激光雷达的11,000个激光器的组件。

Sense试图扩大其激光雷达的射程


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Sense激光雷达无需像大多数激光雷达那样顺序扫描场景，而是使用其11,000激光一闪一闪地照亮整个场景，然后传感器测量背光从各个方向反射所花费的时间。

像这样的闪光激光雷达的射程往往很短，因为照亮整个场景会导致像素之间的光线丢失。本质上，Sense通过使用大量光线照亮场景的蛮力解决了这个问题。激光的分布有助于应对产生的热量和对人眼的伤害-这种方法可能会出现问题。

但是，Ouster首席执行官Angus Pascala指出，Sense方法有一个明显的缺点：高功耗。 “电越多，传感器越多”-Angus对Ars的评论。 “传感器越大，价格越高，集成的复杂性也就越大。”

尽管当前的Sense产品比领先公司的激光雷达消耗的功率更多，但它们的射程更短。此外，来自Ouster和Velodyne的激光雷达可旋转360度，而您将需要多个Sense激光雷达才能获得类似的涂层。

Burroughs计划在2021年发布射程为200米的激光雷达。该激光雷达将拥有11,000多台激光器，尽管确切数量尚不清楚。主要目标是在不显着增加能耗的情况下实现更大范围的行驶。

单光子雪崩二极管流行


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解决此问题的方法之一是使用单光子雪崩二极管（SPAD）阵列来检测新一代激光雷达传感器中的反射激光束。这与使用SPAD的Ouster激光雷达相似。在与Ars Technica的采访时于2018年，帕卡拉说，他的长期策略是使用在单光子雪崩二极管垂直辐射激光器的二维阵列和传感器，这将创造激光雷达，像摄像头的工作-一个产品，检测计划在明年推出。

顾名思义，单光子雪崩二极管上的传感器足够灵敏以检测单光子。像具有垂直辐射的激光器一样，它们可以使用常规的硅技术制成，这使得它们在缩放方面很便宜。这些传感器的更高灵敏度可以帮助Sense获得更大范围的可用激光。

有趣的是，Ibeo还计划在其下一代激光雷达中使用单光子雪崩二极管。

Ibeo并非初创企业。他们的一些激光雷达参加了2005 DARPA大挑战赛，尽管公司的参与被忽略了，因为他们的激光雷达只有4条扫描线，而Velodyne激光雷达只有64条扫描线。几年前，Ibeo进行了一次重大政变，当时他们收到了奥迪的激光雷达合同是首次在量产车中安装激光雷达。 Ibeo的少数股东也是ZF Friedrichshafen，这有助于他们签订更多的汽车传感器供应合同。

在周四接受采访时，Ibeo首席运营官Mario Bramm告诉Ars，来自Ibeo的下一代激光雷达应在今年晚些时候问世，并将具有尺寸为128 x 80的垂直辐射激光器和单光子雪崩二极管阵列。Ibeo致力于模块化设计。这将使该公司能够使用各种光学器件来创建具有不同功能的各种型号-从具有小视角的远程激光雷达到具有更短距离的广角激光雷达。 Ibeo希望使这些激光雷达便宜到足以从2022年末或2023年初出售给汽车制造商以进行批量生产。

显而易见的问题是，Ibeo将如何解决Sense使用微转移打印解决的温度和眼睛安全问题。一种解决方案是使用高灵敏度的单光子雪崩二极管，因此Ibeo可以充分降低其激光器的输出功率，以避免功率问题和对人眼的危害。另一个解决方案是在每个激光器和传感器之间使用直接连接，这将减少“丢失”光子的数量。在我们的谈话中，布拉姆说，低功耗是代表汽车市场的客户的首要任务。

另一方面，事实证明，如果没有Sense使用的微转移打印技术，这种方法将难以实施，而Ibeo和Ouster将尝试在没有它的情况下制造固态激光雷达。

校正：首先，我说过Sense使用的垂直辐射激光器是由硅制成的-实际上，它们是基于砷化镓制成的。


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