時代發(fā)展瞬息萬變，技術(shù)進步為世界帶來無盡的可能性。20世紀，列車時速還不到100公里/小時，如今上海磁懸浮列車的時速已達到460公里/小時。21世紀初，1200萬像素的攝像頭被認為是頂尖技術(shù)，如今的華為P40智能手機已擁有超5000萬像素的超感知攝像頭?？v觀當前激光雷達（LiDAR）技術(shù)的發(fā)展趨勢，短程、低分辨率和/或窄視場角（FoV）是其主要瓶頸。據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，LeddarTech光束操縱技術(shù)LeddarSteer改變了這一局面，助力實現(xiàn)遠程、高分辨率和寬視場角的激光雷達。

LeddarSteer是一種汽車級固態(tài)數(shù)字光束操縱技術(shù)，廣泛適用于激光雷達制造商、1-2級汽車供應商和系統(tǒng)集成商的激光雷達產(chǎn)品。通過巧妙運用液晶和光偏振效應，LeddarSteer能夠?qū)崿F(xiàn)：

? 提升信噪比、增加激光雷達測距范圍

? 提高并可以定制分辨率

? 減小激光雷達體積、降低成本、減化系統(tǒng)復雜性

? 更強的魯棒性和可靠性，以及更高的MTBF（平均故障間隔時間）

? 擴展視場俯仰角和方位角；每軸可達120°

? 全面、動態(tài)地控制感興趣區(qū)域

圖1 LeddarSteer擴大和分割視場角的能力

LeddarSteer——激光雷達制造商的發(fā)展引擎

在激光雷達商業(yè)化部署過程中，規(guī)格、成本、外形尺寸、安全性和質(zhì)量是激光雷達制造商須考慮的關(guān)鍵因素。數(shù)字光束操縱技術(shù)LeddarSteer可有效解決激光雷達制造商面臨的以上問題。

激光雷達的三個關(guān)鍵參數(shù)分別是測距范圍、分辨率和視場角。LeddarSteer可將整個視場分割成更小的感興趣區(qū)域，并將激光信號定向在更小的區(qū)域，從而提升信噪比以及增大測距范圍。這種方法的另一個好處是由于信號集中在更小的區(qū)域內(nèi)，因此能夠按需提高分辨率。大多數(shù)的光束操縱技術(shù)，例如微機電系統(tǒng)（MEMS）和光學相控陣（OPA），僅能提供60°的視場角，但是，LeddarSteer可提供橫軸或縱軸高達120°的視場角。

其次，LeddarSteer通過分割視場角并單獨尋址每個部分，大大降低了激光雷達的成本和外形尺寸。對于給定的視場角，傳統(tǒng)激光雷達需要1 x 16陣列探測器，LeddarSteer使用1 x 4陣列探測器即可實現(xiàn)相同的視場角和特性，從而顯著降低了成本并減小了尺寸。通常，高性能激光雷達非常昂貴，然而，LeddarSteer通過使激光雷達制造商能夠繼續(xù)使用其現(xiàn)有的2000像素系統(tǒng)，而非構(gòu)建一個更新的、成本倍增的40000像素系統(tǒng)，從而降低了此類激光雷達的成本。此外，在更大的系統(tǒng)中，該技術(shù)優(yōu)勢將成倍增加，因為更多的分割數(shù)量會帶來更優(yōu)的成本因子和外形尺寸優(yōu)勢。

第三，與現(xiàn)有的光束操縱技術(shù)不同，LeddarSteer是利用液晶和光偏振效應而開發(fā)的純固態(tài)技術(shù)，沒有任何活動部件。LeddarSteer基于IATF-16949汽車質(zhì)量管理體系標準開發(fā)，非常適用于車載激光雷達。同樣，LeddarTech是一家通過ISO 9001認證的公司，擁有扎實的專業(yè)知識和規(guī)范的工作流程。多年來，LeddarTech憑借其在激光雷達技術(shù)方面的豐富經(jīng)驗、專業(yè)知識以及強大的專利組合，將最前沿的技術(shù)融入激光雷達商業(yè)化部署。

探尋LeddarSteer背后的技術(shù)

大多數(shù)物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的狀態(tài)存在。然而，在固態(tài)和液態(tài)之間存在另一種被稱為液晶的狀態(tài)。某些材料在適當?shù)臈l件下（如溫度和壓力）會變成液晶。

構(gòu)成光的電磁波能夠在所有平面上振動。然而，極化電磁波在垂直于傳播方向的兩個平面（稱為線偏振）或這些平面的組合（稱為圓偏振）中振動。

液晶的一個特性是它們會改變偏振光的方向。雖然改變偏振光的方向方法有很多，例如通過扭曲向列型液晶，但LeddarTech通過使用兩個基于液晶的組件完成兩個不同任務來實現(xiàn)這一點。第一個組件是控制圓偏振方向的動態(tài)可控液晶單元層，第二個組件是無源液晶（偏振光柵），其中液晶分子的方向固定在一個模式中，如下圖所示。

圖2 利用液晶和偏振光柵進行光束操縱的示意圖

當光通過第一層時，根據(jù)偏振方向的不同，圓偏振光被偏轉(zhuǎn)到一個相反的角度。第二層是液晶組件，即偏振光柵，用于光偏轉(zhuǎn)操縱。要改變光的方向，必須改變圓偏振。通過在該結(jié)構(gòu)單元上施加電壓，可以使影響偏振的液晶分子在任何時刻根據(jù)所需方向定向。

LeddarSteer開啟空前靈活的激光雷達時代

LeddarSteer最獨特的元素是其軟件定義功能，可隨時改變視場角中的感興趣區(qū)域。該功能可實現(xiàn)動態(tài)性能調(diào)整，并允許一個傳感器（激光雷達）處理多個應用場景，如轉(zhuǎn)彎、出口、變道和斜坡。根據(jù)不同的應用需求，同一款LeddarSteer可用于不同城市和高速公路駕駛場景。

此外，LeddarSteer的靈活性能夠擴展兼容以下項目：

? 其他光束操縱技術(shù)，例如MEMS和OPA

? 廣泛的波長范圍（NIR、SWIR、MWIR、LWIR）

? 多種測距方案，如ToF、Flash和FMCW激光雷達

LeddarSteer旨在根據(jù)客戶實際應用需求為發(fā)射端和/或接收端賦能。

結(jié)語

LeddarSteer是一種可將短程、窄視場角、低分辨率激光雷達轉(zhuǎn)換為遠程、寬視場角、高分辨率激光雷達的領(lǐng)先光束操縱技術(shù)。LeddarSteer使激光雷達制造商、1-2級汽車供應商和系統(tǒng)集成商能夠通過分割視場角并提供光束操縱功能為每個具體應用提供靈活的解決方案，從而降低激光雷達成本、尺寸和設計復雜性。該技術(shù)能夠?qū)Ω信d趣區(qū)域進行動態(tài)調(diào)整，使激光雷達制造商開發(fā)一種激光雷達即可用于多個應用場景。此外，LeddarSteer還可以與現(xiàn)有的光束掃描技術(shù)（如MEMS或OPA）結(jié)合，實現(xiàn)實現(xiàn)單一/混合掃描。LeddarSteer兼容廣泛的波長范圍，可用于發(fā)射端和/或接收端。

目前，LeddarSteer光束操縱技術(shù)已經(jīng)用于LiDAR XLRator——它是由LeddarTech、意法半導體（STMicroelectronics）、艾邁斯歐司朗（ams OSRAM）、TE Connectivity（泰科電子）旗下公司First Sensor、瑞薩（Renesas）和Xilinx（賽靈思）共同開發(fā)的激光雷達開發(fā)平臺。此外，LeddarTech還提供LeddarSteer評估套件，使客戶能夠在獨立平臺上測試LeddarSteer各項功能，并能夠在激光雷達設計開發(fā)中集成LeddarSteer技術(shù)。