加州大学伯克利分校的新研究利用LiDAR焦平面开关阵列（FPSA）中的微机电系统（MEMS）来实现"创记录的分辨率"。那么他们克服了哪些挑战才达到这一记录？

大多数追求自动驾驶汽车（AV）的公司目前都以某种能力使用LiDAR。LiDAR因其在远距离高分辨率的能力以及对照明或天气等环境条件的抗扰度而成为至关重要的传感器。

然而，LiDAR远非完美，许多不同形式的LiDAR都在竞争成为该技术的未来。

激光雷达（Lidar）技术和应用示例

除了这场竞争之外，最近，加州大学伯克利分校的研究人员发表了一篇新的研究论文，描述了一种新的，基于MEMS的FPSA LiDAR系统，该系统声称具有令人印象深刻的性能规格。

本文将讨论FPSA技术，它面临的挑战，以及伯克利研究人员如何解决这些问题。

FPSA 激光雷达

追求固态LiDAR正在研究的主要技术之一是FPSA。

FPSA是一种技术，其工作原理是让每个LiDAR像素由单个光学天线、热光移相器或开关组成。这些像素排列在一个矩阵中，一次驱动一个像素，其中像素的开关控制每个天线的功率传输。

与相机的光学系统一样，FPSA视场（FOV）中的每个角度都会被映射回像素，从而收集光线并创建照明区域的3D地图。

焦平面开关阵列光束扫描仪

FPSA技术背后的想法是，通过一次驱动每个像素，每个像素都可以接收所有驱动激光器的可用功率，这意味着这种方法可以实现更大的范围和更高的分辨率。

除了范围和分辨率之外，FPSA可能是固态LiDAR的有希望的候选者，因为它们允许在没有机械运动部件的情况下进行电子扫描。

此外，只需要少量的组件就允许将许多这些像素集成到单个芯片中。

FPSA 激光雷达面临的挑战

FPSA LiDAR虽然提供了许多好处，但有一个明显的缺点：它的规模有限。

实现大规模FPSA LiDAR的主要挑战是热光开关容易受到温度的影响。

开关的工作原理是将施加的电场转换为温度变化，从而改变硅波导的折射率。有效的折射率有助于控制入射光的方向，并有效地将FPSA激光器导航到所需的像素。

然而，这种方法的缺点是开关非常耗电并产生大量热量。这种缺点限制了在单个FPSA中密集集成许多像素的能力，因为累积的热量最终会导致故障。

到目前为止，FPSA 已被限制为最大 512 像素。

伯克利的MEMS FPSA激光雷达方法

为了超越FPSA LiDAR的限制，伯克利的研究人员描述了一种旨在解决上述挑战的FPSA新方法。

为了回避FSPA LiDAR中的热挑战，研究人员选择使用MEMS开关而不是热光开关。

在此方案中，FSPA阵列通过以正确的方向物理移动波导来选择给定得像素，将激光的所有入射光引导到给定像素的天线上。该芯片可以通过在整个阵列上开关来对其环境进行360度扫描。

制造新的FSPA技术

总而言之，研究人员声称，这种新方法对FPSA LiDAR技术的好处是巨大的，因为MEMS开关比热光开关更轻，更小，耗电量也少得多。

由此产生的设备在1平方厘米的固态芯片上创建了一个128x128像素阵列。研究人员声称，该芯片上的16，348像素远远超过了之前达到的最大数量，使其成为市场上分辨率最高的固态FPSA芯片。

该阵列能够实现70度的FOV，每个像素占0.6度。

随着越来越多的研究涌入试图来设计更新，更好的LiDAR系统和技术，让我们拭目以待看看什么样得LiDAR系统和技术会被拾取或适应实际的市场应用。