AUTOMOTIVE系列- 微機電解決方案加速LIDAR市場成長

微機電解決方案加速LiDAR市場成長

光達(LiDAR)應用廣泛,市場規模預計將從2019年的8.44億美元成長至2024年的22.73億美元,使得2019年到2024年的複合年成長率為18.5%。近年來除了在ADAS與自駕車應用市場成長快速外,無人機、工程與建築應用中的LiDAR市佔率也不斷上升,此外,LiDAR在地理資訊系統(GIS)應用中的使用越來越多,還有4D LiDAR(3D加上動作)的出現,都挹注了LiDAR市場的成長。

LiDAR感測器發展

由於自動駕駛以及為車輛提供安全配備的相關需求使得LiDAR技術突飛猛進。但是如何解決LiDAR技術所面臨的像是複雜度高與相對脆弱的問題?新開發的光達感測器或許是種解決方案。過去,LiDAR系統遇到許多問題:它們在汽車產業中缺乏效率與耐用性。更大的問題是LiDAR系統的成本:感測器對於汽車大眾市場而言過於昂貴。一家德國的新創公司Blickfeld利用微機電(MEMS)矽元件與高度自動化的生產方式,為自駕車打造了一條坦途。

車載LiDAR系統一直面臨到一些問題:像是LiDAR系統非常大,所使用的機構對惡劣的環境條件像是振動、以及高熱、低溫等溫度相當敏感。雖然LiDAR系統已有長足的進步,但是無法大量生產,意味著成本無法降低,這些都是LiDAR想要進軍汽車市場必須克服的條件。汽車產業需要耐用且可量產的高性能LiDAR系統,對自駕車來說,可以利用LiDAR感測器立即可靠地進行檢測。因此,專家預測,將來每輛汽車都會需要好幾個LiDAR感測器。但是,要實現這一點,必須克服上述問題。

傳統的機械旋轉式LiDAR概念在設計與生產上非常脆弱且複雜,導致尺寸較大且價格昂貴。儘管其他技術和設計(如光學相位陣列與flash LiDAR)可能可以減少LiDAR的尺寸和成本,但它們仍處於開發初期,而且存在一些限制,比如掃描範圍非常有限。

Blickfeld表示,以MEMS反射鏡為基礎開發的LiDAR感測器是具有潛力的解決方案。它們的矽結構已經非常先進,並且成功地用於許多汽車應用。此外,MEMS技術不需要旋轉元件,因此比機械式LiDAR系統更堅固耐用。當今市場上的MEMS反射鏡具有較小的反射鏡尺寸和較小的偏折角,雖然足以應付過去一些應用。但是在範圍與視野方面的性能受到限制。Blickfeld開發了晶圓級MEMS的LiDAR系統,為了擴大感測器的範圍,Blickfeld開發了自己的MEMS反射鏡。具有大於10mm鏡面直徑的尺寸,可以將大部分入射光引導到光電感測器上。因此,LiDAR甚至可以可靠地檢測到超過180公尺距離的弱反射物體。相較之下,傳統的MEMS反射鏡的直徑只有幾毫米,偏折角很小,因此在LiDAR系統中使用時的範圍和視野都會變小。

MEMS反射鏡為LiDAR系統帶來新的解決方案,而Blickfeld如何解決大量生產的問題?該公司藉由使用低成本的光刻生產技術製造反射鏡,達到極高的精度與高度的可擴充性,即所謂以矽晶圓製造MEMS元件。在高度自動化的過程中,將直徑為200mm的標準矽晶圓可同時轉變為數百個MEMS組件,使得LiDAR系統更能夠用於大眾市場上。而MEMS反射鏡嵌入現行的商用標準元件中,搭配雷射與偵測器單元,使感測器的生產具有成本效益且可擴展。未來不只是自駕車,其他應用領域也很廣泛。藉由半導體製造方式,LiDAR的時代才剛要開始。


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