MEMS激光雷達(dá)

相控陣技術(shù)是MEMS實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)功能的另一個(gè)解決方案，其基本原理是，MEMS的微小移動(dòng)產(chǎn)生光程差，多個(gè)具有不同相位的出射光束在遠(yuǎn)場(chǎng)干涉形成光束偏轉(zhuǎn)。韓國(guó)Byung-WookYoo等人的研究小組對(duì)此方案進(jìn)行研究，如圖6所示，在硅基上制備具有8×8高對(duì)比光柵的MEMS結(jié)構(gòu)相控陣，優(yōu)化的性能表現(xiàn)為10V電壓即可產(chǎn)生1.7π的相移，具有0.5MHz的響應(yīng)速度，采用透鏡系統(tǒng)擴(kuò)大視場(chǎng)，測(cè)量得到遠(yuǎn)場(chǎng)總視場(chǎng)角為9.14°×9.14°。

MEMS激光雷達(dá)

二維掃描的MEMS微振鏡是激光雷達(dá)的關(guān)鍵器件，主要可以通過電熱效應(yīng)、靜電效應(yīng)、電磁效應(yīng)和壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)。有研究小組通過對(duì)電熱雙壓電晶片驅(qū)動(dòng)的微振鏡加熱，金屬鋁的形變大于介質(zhì)硅，從而形成微結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)可以施加電壓2.3V，獲得9°的偏轉(zhuǎn)角。但是電熱效應(yīng)引起微振鏡偏轉(zhuǎn)通常響應(yīng)速度較低，避障固態(tài)混合激光雷達(dá)，有實(shí)驗(yàn)通過施加12mW的電功率，響應(yīng)速度只有74Hz。電磁效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的MEMS系統(tǒng)需要在內(nèi)部封裝可動(dòng)磁性物質(zhì)或者可動(dòng)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖3所示，通過施加磁場(chǎng)形成洛倫茲力使得線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)MEMS振鏡偏轉(zhuǎn)，響應(yīng)速度可以超過10kHz。壓電效應(yīng)需要異質(zhì)材料的介入，壓電材料（PZT）具有、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。日本研究小組采用電鍍的方法在硅上沉積PZT薄膜，加工形成MEMS結(jié)構(gòu)并進(jìn)行光學(xué)掃描，避障固態(tài)混合激光雷達(dá)廠家，實(shí)驗(yàn)獲得11.2kHz的響應(yīng)速度，39°的視場(chǎng)角。靜電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)MEMS具有尺寸小、可單片全集成的優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛研究。通常，采用靜電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)微反射鏡的方式需要在真空環(huán)境下，以獲得更高的驅(qū)動(dòng)效率，10V電壓驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)大約10°的掃描角度。瑞典KTH的研究小組近期驗(yàn)證了一種新方法，如圖4所示，避障固態(tài)混合激光雷達(dá)價(jià)格，通過MEMS改變光柵周期實(shí)現(xiàn)衍射光角度偏轉(zhuǎn)，在20V電壓驅(qū)動(dòng)下達(dá)到5.6°的掃描角度，功率消耗在微瓦量級(jí)。

激光雷達(dá)基本原理

激光雷達(dá)可以高精度、高準(zhǔn)確度地獲取目標(biāo)的距離、速度等信息或者實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像。如圖1所示是激光雷達(dá)的發(fā)射和接收在同一系統(tǒng)中的工作原理。激光通過掃描器單元形成光束角度偏轉(zhuǎn)，光束與目標(biāo)作用形成反射/散射的回波。當(dāng)接收端工作時(shí)，可產(chǎn)生原路返回的回波信號(hào)光子到達(dá)接收qi，接收端通過光電探測(cè)器形成信號(hào)接收，經(jīng)過信號(hào)處理得到目標(biāo)的距離、速度等信息或?qū)崿F(xiàn)三維成像?？梢?，光束掃描器和探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式便是研究重點(diǎn)，需求從機(jī)械式向小型化全固態(tài)方向發(fā)展。

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