正是由于中國企業(yè)的積極參與，全球第一激光雷達廠(chǎng)商Velodyne（威力登）在中國市場(chǎng)節節敗退，其車(chē)載機械式激光雷達在中國失去了價(jià)格競爭力。
現在，中國的激光雷達技術(shù)已不輸國外，有20多家廠(chǎng)商依靠國內芯片研發(fā)并推出了采用不同技術(shù)的車(chē)載激光雷達產(chǎn)品。排名靠前的包括禾賽科技、速騰聚創(chuàng )、鐳神智能、北科天繪、華為、北醒光子、佳光科技、砝石激光、覽沃科技、砝石激光等廠(chǎng)商，其中采用MEMS（微機電系統）微鏡技術(shù)的達7家之多；采用ToF（飛行時(shí)間）技術(shù)的有4家（其中一家有兩種技術(shù)）。為什么MEMS微鏡成為了車(chē)載激光雷達的主流呢？
從激光掃描投影說(shuō)起
要了解MEMS掃描微鏡（也叫MEMS振鏡或掃描芯片）在車(chē)載激光雷達中的應用，還要從應用比較廣泛的激光掃描投影MEMS微鏡說(shuō)起。MEMS微鏡是一個(gè)硅結構的微型機械裝置，采用光學(xué)MEMS技術(shù)制造，是將微光反射鏡與MEMS驅動(dòng)器集成在一起的光學(xué)MEMS器件。
MEMS微鏡芯片
MEMS微鏡采用平動(dòng)和扭轉（x、y兩個(gè)方向）兩種機械運動(dòng)方式進(jìn)行掃描，可以實(shí)現非常高的掃描頻率?，F在用于激光掃描投影的MEMS芯片掃描頻率可以達到40kHz，相當于一秒鐘掃描4萬(wàn)次。
MEMS掃描微鏡在激光掃描投影中的應用
采用MEMS微鏡的激光應用涵蓋消費電子、醫療、軍事國防、通信等領(lǐng)域，具體包括激光掃描、光通信、數字顯示、激光雷達、3D攝像頭、條形碼掃描、激光打印機、光開(kāi)關(guān)、激光微投影、汽車(chē)抬頭顯示（HUD）、激光鍵盤(pán)、增強現實(shí)（AR）等。
MEMS微鏡的不同應用
驅動(dòng)MEMS微鏡掃描動(dòng)作有不同的方式，可以分為利用電荷間庫侖力作為驅動(dòng)力的靜電驅動(dòng)；以低電壓電流驅動(dòng)的電磁驅動(dòng)；利用材料對溫度敏感產(chǎn)生不同形變量引起鏡面扭轉的電熱驅動(dòng)；以及利用材料逆壓電效應，通過(guò)外界電場(chǎng)產(chǎn)生微位移的壓電驅動(dòng)等幾類(lèi)。
由于車(chē)載應用需要較大的MEMS鏡面，鏡面厚度也需要相應增加，導致微鏡掃描時(shí)的質(zhì)量增加，降低了MEMS振鏡抗振動(dòng)和沖擊的能力，甚至出現轉軸斷裂的情況。如果采用新型電磁驅動(dòng)就可以使微鏡更大、更結實(shí)。
鏡轉軸斷裂現象
通過(guò)不斷改進(jìn)，采用專(zhuān)利封裝技術(shù)的下磁鐵-掃描微鏡-上磁鐵的垂直三明治封裝結構，相比側邊磁鐵結構，作用在驅動(dòng)線(xiàn)圈上的磁感應強度提高了8倍。在達到相同轉角情況下，微鏡有更大的驅動(dòng)力矩T，能夠驅動(dòng)的掃描軸更厚更寬，器件掃描頻率可以更高，器件抗振動(dòng)沖擊能力也更好。這樣，就為汽車(chē)應用提供了穩固的基礎。
垂直三明治驅動(dòng)結構
基于MEMS微鏡易于商用
我們來(lái)看看激光雷達有哪些形態(tài)？最早的激光雷達是機械式，在一個(gè)臺子上安裝激光探測器，64線(xiàn)需要一一對應的64組激光器和探測器，然后供電讓它轉起來(lái)，這是一個(gè)非常復雜的光機電系統，不利于大規模量產(chǎn)；而且無(wú)法將其隱藏在車(chē)輛結構內。即使現在，機械式還是占了市場(chǎng)的半壁江山，使用者不是傳統車(chē)企和造車(chē)新勢力，而是做自動(dòng)駕駛方案的科技公司，如百度、谷歌等。之前一個(gè)機械式64線(xiàn)雷達大概賣(mài)7萬(wàn)美元，由于中國企業(yè)的參與，又采用了新的技術(shù)，現在的激光雷達便宜了很多。
機械式雷達之后是固態(tài)雷達，如flash（閃光）雷達，其體積小了很多，但近距離會(huì )曝光過(guò)度，遠距離又測不到，測距在50米以?xún)?。還有一種固態(tài)雷達是OPA（光學(xué)相控陣），用相控陣聚焦掃描，類(lèi)似毫米波雷達，卻比毫米波設計難度大。
現在業(yè)界普遍認為，MEMS方案比較靠譜，能夠很快落地。與機械式相比，MEMS激光雷達只需要一個(gè)激光器和MEMS微鏡的組合就能實(shí)現激光脈沖的掃描。其優(yōu)勢包括安裝簡(jiǎn)單、體積更小、價(jià)格便宜，最有希望在乘用車(chē)上普及。由于采用半導體工藝，批量越大就越便宜。行家分析，未來(lái)MEMS激光雷達的成本有望控制在千元人民幣以?xún)取?/p>
MEMS微鏡掃描示意圖
另外，在分辨率方面，MEMS激光雷達實(shí)現64線(xiàn)只需要MEMS微鏡將單個(gè)激光器發(fā)出的脈沖掃描成的點(diǎn)陣組成64條線(xiàn)就可以了，所以非常容易實(shí)現高分辨率，體積也非常小。
車(chē)輛視覺(jué)的重要補充
目前，激光雷達已成為自動(dòng)駕駛中不可或缺的傳感器之一，全球總共有5家研發(fā)生產(chǎn)激光雷達的上市公司，其中4家是美國公司，1家是以色列公司，五家上市公司中有兩家用MEMS方案，一家用機械式，另外兩家用其他兩種技術(shù)。
在汽車(chē)行業(yè)，特斯拉等少數公司只使用攝像頭的純視覺(jué)方案，有些場(chǎng)景（如純白或純色）場(chǎng)景難以識別，而激光雷達可以很快計算出距離、速度等各種信息，實(shí)現對環(huán)境的高分辨率識別。利用其已達到0.2度的角度分辨率，對100米外的車(chē)輛掃描可以得到很多點(diǎn)，把車(chē)的輪廓計算并標示出來(lái)。
與其他傳感器相比，目前的MEMS激光雷達的每秒點(diǎn)云數據量在100萬(wàn)左右，比圖像還是小得多，對處理器算力的要求沒(méi)有那么高。特別是現在，國內MEMS微鏡芯片和國外已經(jīng)處在同一技術(shù)水平，國內一些Tier 1已在使用國產(chǎn)MEMS微鏡芯片實(shí)現了激光雷達量產(chǎn)。
國產(chǎn)MEMS微鏡的困境與突圍
目前，中國為數不多的MEMS微鏡芯片廠(chǎng)商在商業(yè)量產(chǎn)化方面已開(kāi)始突破國外企業(yè)的壟斷。MEMS微鏡芯片的量產(chǎn)要依靠MEMS代工廠(chǎng)。事實(shí)上，MEMS器件的工藝制程并不高，只在微米級。不過(guò)，整體來(lái)說(shuō)，國內現在MEMS代工企業(yè)還處于起步階段，目前比較成熟的產(chǎn)品有麥克風(fēng)和壓力傳感器等。由于MEMS微鏡芯片代工仍存在困難，在一定程度上加劇了汽車(chē)缺芯的情況，亟待破局。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所沈文江博士表示，MEMS代工的特點(diǎn)是一種器件、一套工藝，所以MEMS微鏡芯片對于代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)還是比較新的產(chǎn)品，工藝的導入和量產(chǎn)都需要解決很多新的問(wèn)題，需要芯片設計公司與MEMS代工廠(chǎng)合作，慢慢地去培養MEMS代工廠(chǎng)，和代工廠(chǎng)一起成長(cháng)。
另外，車(chē)載雷達不同于消費類(lèi)產(chǎn)品，有更多特殊性，需要符合各種車(chē)規要求，所以開(kāi)發(fā)車(chē)載激光雷達需要做很多工作。
寫(xiě)在最后
MEMS微鏡未來(lái)走向
MEMS微鏡現在已經(jīng)很小了，未來(lái)還會(huì )怎么發(fā)展呢？專(zhuān)家認為，其發(fā)展方向主要是針對特定應用市場(chǎng)開(kāi)發(fā)特定的MEMS微鏡。比如激光雷達用的MEMS微鏡需要大鏡面，鏡面大了發(fā)射出去的光學(xué)脈沖就更聚焦，也能打得更遠，接收的脈沖信號就更強。如上所述，鏡面大了就會(huì )增加質(zhì)量，對MEMS微鏡的魯棒性提出了挑戰，需要在兩者之間找到最佳的平衡。
