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三管齊下,Lumotive進軍智能手機激光雷達領域

2020-05-22 來源:EEWORLD

翻譯自——eetimes

 

總部位于西雅圖的初創公司Lumotive正在從三方面著手,將智能手機激光雷達芯片加入其路線圖。

 

Lumotive宣布,今年晚些時候,他們將對新型激光雷達產品X20進行取樣,X20用于汽車,Z20用于工業。兩者都是基于超特性材料的光彎曲特性,這使得這家初創公司的激光雷達系統可以在不依賴傳統激光雷達使用的機械旋轉器的情況下控制光線。

 

5.19日發布的產品公告中還透露了Lumotive進軍智能手機激光雷達傳感器市場雄心勃勃的計劃。Lumotive目前正在增加專為移動設備設計的M20 lidars,并計劃在明年初推出樣機,預計在第三季度進行取樣

 

 

鑒于業界對蘋果(Apple)新推出的iPad Pro激光雷達傳感器感到好奇的同時,Lumotive突然對移動領域產生興趣,這也是一個廣闊的機遇。在接受采訪時,Lumotive的聯合創始人兼首席執行官Bill Colleran解釋,Lumotive的固態硅波束控制系統非常適合極端的可擴展性。

 

“我們的激光雷達解決方案基于CMOS。我們可以利用與我們的汽車和工業應用激光雷達解決方案相同的架構來開發用于智能手機的M20。”

 

Lumotive公司裝備了基于液晶超表面(LCM)芯片技術的波束引導激光雷達,正致力于證明其技術優于旋轉組件、基于MEMS的光學或光學相控陣。Lumotive的激光雷達系統結合了一個較大的光學孔徑,提供遠距離、120度的高角度分辨率的視野,以及快速、隨機的波束控制。

 

Lumotive指出,LCM芯片使用基于超材料原理的可調亞波長元件,使Lumotive的激光雷達系統與傳統機械旋轉激光雷達相比會“更可靠、更緊湊”。此外,較之基于mems的激光雷達系統,新波束引導技術可以提供“更大的孔徑和更大的范圍”。

 

禍不單行

 

Colleran預計,今年晚些時候,曾經過熱的激光雷達市場將會出現一些動蕩。

 

盡管他似乎相信,Lumotive的差異化技術可以幫助他們度過危難,但與其他加入AV行業的科技創業公司相比,Lumotive的基本原則幾乎沒有什么不同。

 

AV行業的最初設想是他們預計lidars市場將逐步增長,需求將從機器人出租車開始,錢似乎不是問題,最后ADAS將會得到進一步提升。

 

然而,在過去的8到10個月里,這一順序發生了“逆轉”, Colleran承認,根據汽車行業目前的預測,全自動化汽車將比最初預期的時間長得多,首先進入市場的是ADAS或工業應用,而不是自動駕駛汽車。這種逆轉要求激光雷達技術供應商以更激進的價格提供他們的系統,同時要滿足不同的性能。

 

最初發生的是從AV-to-ADAS 到 ADAS-to-AV的轉變。可惜,疫情來了。

 

這種改變市場動態的雙重打擊,正迫使幾乎所有科技初創企業轉向。對于汽車傳感器技術供應商來說,重點已經從“讓我們主導全自動汽車市場”轉移到“讓我們找出我們的技術還可以應用到哪里”。

 

新產品

 

據Lumotive稱,在2020年第四季度,Lumotive X20和Z20在他們的X10原型基礎上建立了相同的架構。

 

雖然X10被宣傳為概念驗證,但X20和Z20都是Lumotive的第一個“走向市場”的產品。

 

兩種激光雷達系統都包含模塊來傳輸、接收和波束引導。工業傳感器產品供應商可以購買任何模塊,以建立和改進自己的激光雷達產品。

 

X20的目標是遠程汽車應用,在明亮的陽光和120°x 30°的視野下,射程超過120米。Z20將有一個較短的射程(大約50米),但擴展的70°垂直視野,會滿足工業和短程汽車的需要。

 

盡管M20智能手機的規格仍不完善,但智能手機激光雷達使用的三個組成部分——激光、LCM波束引導和探測器——都是基于部署在汽車或工業系統中類似的架構。對于激光,移動3D傳感器將使用低功率VCSEL(垂直腔面發射激光器),而不是高功率二極管。對于探測器,小型化的SPAD(單光子雪崩二極管)陣列代替了在汽車中使用的大陣列。Colleran解釋,LCM波束控制模塊必須大幅縮小到4mm x 7 到8mm。

 

 

Colleran認為,Lumotive的激光雷達系統在明亮陽光下工作的能力,將有利于智能手機與戶外的M20 ventures公司的合作。Colleran表示,由于Lumotive打算與激光雷達生態系統中的技術供應商合作,他們的商業模式保持靈活,例如,向意法半導體(STMicroelectronics)或Ams等公司提供波束控制模塊,這些公司正在開發自己的SPAD陣列或低功率VCSEL。

 

三個市場——工業、汽車和移動——提供了非常不同的市場規模和最優價格點。Colleran估計,到2025年,移動激光雷達市場將達到80億美元,每個智能手機的激光雷達系統售價約為8美元。相比之下,他估計工業市場的規模為20億美元(500萬臺),每臺激光雷達為400美元。在同一時期,汽車市場價值約為40億美元(2500萬輛),激光雷達系統售價為160美元。

 

Lumotive也在開發第三代激光雷達X30,產品將于2021年底在ADAS市場上試制。區別在于X20基于FPGA,X30將使用ASIC。

 

延伸閱讀——Lumotive光束操縱技術將革新激光雷達?

 

據麥姆斯咨詢報道,獲比爾蓋茨投資的美國西雅圖激光雷達(LiDAR)創業公司Lumotive,近日公布了一種基于超材料的LiDAR光束操縱技術,這是一種非比尋常的創新技術方案,其它競爭對手鮮有應用。

 

在眾多用于先進駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛汽車(AV)的傳感器中,火熱的LiDAR仍然是各種創新技術的搖籃。不過,欣欣向榮的另一面也反應LiDAR市場仍處于萌芽狀態,百家爭鳴的同時難言哪種技術方案能夠真正獲得成功。根據著名市場研究機構Yole發布的《汽車和工業應用的激光雷達-2018版》報告,近幾年來,全球已涌現出60到70家LiDAR創業公司,吸引了超過8億美元投資。

 

Lumotive剛剛進入這個競爭激烈的創新領域,希望利用其超材料技術,超越那些更為成熟的競爭對手。Lumotive專利保護的創新技術方案被稱為“液晶超表面”(Liquid crystal metasurfaces, LCM)技術。

 

Lumotive聯合創始人兼首席執行官Bill Colleran稱超材料是一種“關鍵技術”,為Lumotive開發真正全固態LiDAR打開了新大門。基于超材料的光彎曲特性,Lumotive液晶超表面芯片可以不依賴傳統機械LiDAR中的旋轉部件,而操縱激光束的偏轉。

 

當然,Lumotive并不是第一個提出非機械掃描的LiDAR廠商。眾多采用MEMS反射鏡或光學相控陣的競爭對手已經宣稱,它們的LiDAR不包含或使用很少的機械運動部件。

 

不過,Colleran強調,Lumotive的差異化優勢在于液晶超表面半導體芯片具有更大的光學孔徑(25 x 25 mm)。這使其LiDAR可以獲得更大的探測范圍。據Lumotive稱,120度視場結合快速隨機接入波束控制技術,確保了LiDAR系統的高性能。

 

Lumotive光束操縱技術將革新激光雷達?

 

上圖顯示將激光照射到Lumotive的液晶超表面(LCM)芯片,通過芯片上的電信號編程,可以將反射光引導到120度視場內的任何方向

 

產品上市計劃

 

對于產品發布計劃,Lumotive首席執行官Colleran表示,樣品將在今年第三季度上市,車規級產品可能還需要兩年多的時間。不過,Colleran對于“遲到”的車規級產品表示很淡定,因為他們LiDAR的市場機遇可以拓展至汽車應用以外的領域,包括工業、機器人和無人機等。

 

Lumotive預計其LiDAR還可以進入售后市場(不需要車規級認證)。Lumotive似乎看起來有很長遠的規劃,期望以更低的成本進入大規模量產汽車市場,不過,Colleran認為這仍然需要數年時間。

 

根據Yole的研究報告,投資有些過熱的LiDAR市場未來將分“階段”發展。第一波浪潮源自競爭激烈的傳統機械LiDAR;從今年開始的第二波浪潮是采用MEMS技術的LiDAR,將比上一代LiDAR更小、更便宜;光學相控陣LiDAR、閃光(Flash)LiDAR以及Lumotive的液晶超表面LiDAR等完全不同的技術方案將代表未來的第三波浪潮。

 

超材料

 

Lumotive和超材料技術密不可分。

 

Lumotive光束操縱技術將革新激光雷達?

 

用于光束操縱的液晶超表面芯片

 

超材料被定義為一種“人工結構材料”。超材料的優勢是可以對其特性或相關器件進行前所未有的控制。超材料不是一種特定的物質,而是一種“設計方法”,是可以實現光束操縱及其它電磁波激發的新方法。

 

Lumotive公司顧問、美國杜克大學(Duke University)物理學教授、超材料研究領域的先驅David Smith解釋說,超材料商業應用的一個很好的例子是Kymeta公司的平板天線技術。Kymeta公司已經將一種新的基于超材料的衛星天線成功商業化。David Smith同時也是Kymeta公司的高級顧問。

 

Kymeta公司利用了超材料的“特殊架構”,其天線可以在無需移相器、相關放大器或其他組件的情況下,在其表面的每個點進行電子調向。David Smith表示,過多的移相器和放大器需要成本、功耗以及冷卻裝置。

 

通過應用超材料設計原理,與相控陣相比,Kymeta能夠顯著提高其平板天線中天線元件的密度。可以簡單地通過激活或停用天線元件,控制其相位和振幅。

 

應用于Kymeta天線的超材料架構可以適用于Lumotive的LiDAR。David Smith解釋說,不同之處在于,超表面概念之前應用于微波頻率,但是,Lumotive是第一次為光學應用開發的動態超材料。

 

Lumotive利用人工結構化表面來控制電磁波是獨一無二的。“但是,將超材料應用到光學領域涉及一系列問題,”David Smith說,“首先,光學方面的競爭更加艱難,因為光學相控陣LiDAR的開發早已經開始了。但基于相控陣的LiDAR也有自己的挑戰,包括它們的密度和熱力學問題,這為我們的超材料技術帶來了機遇。”

 


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