2016年1月的CES消費(fèi)電子展會(huì)上，Velodyne展示了“混合固態(tài)超級(jí)冰球”（Solid-State Hybrid Ultra Puck Auto），由此引入了混合固態(tài)激光雷達(dá)（LiDAR）的概念。

上圖中， 左圖就是32線混合固態(tài)Ultra Puck Auto；右圖則是16線機(jī)械式VLP-16。這款高性能32線UltraPuckAuto和機(jī)械式VLP-16相比，外觀上除了顏色略有差異以外，尺寸幾乎一樣（高為72毫米，底部直徑為103毫米），具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，可以集成在汽車后視鏡的位置

在前一篇文章中，我們談到了機(jī)械式LiDAR，了解到機(jī)械式LiDAR在工作時(shí)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)會(huì)一直360度地旋轉(zhuǎn)。而混合固態(tài)LiDAR工作時(shí)，單從外觀上是看不到旋轉(zhuǎn)的，巧妙之處是將機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件做得更加小巧并深深地隱藏在外殼之中。

對(duì)于混合固態(tài)激光雷達(dá)的定義， 各家廠商有所不同，本文將按照業(yè)界習(xí)慣，對(duì)采用半導(dǎo)體“微動(dòng)”器件——MEMS掃描鏡（代替宏觀機(jī)械式掃描器，MEMS指的是微機(jī)電系統(tǒng)）在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)LiDAR發(fā)射端的激光掃描方式，定義為“混合固態(tài)”。而全固態(tài)LiDAR的定義和相關(guān)工作原理，我們將在下面的文章中做詳細(xì)說(shuō)明。

為什么產(chǎn)生“混合固態(tài)”的概念呢？因?yàn)镸EMS掃描鏡是一種硅基半導(dǎo)體元器件，屬于固態(tài)電子元件；但是MEMS掃描鏡并不“安分”，內(nèi)部集成了“可動(dòng)”的微型鏡面；由此可見(jiàn)MEMS掃描鏡兼具“固態(tài)”和“運(yùn)動(dòng)”兩種屬性，故稱為“混合固態(tài)”?？梢哉f(shuō)，MEMS掃描鏡是傳統(tǒng)機(jī)械式LiDAR的革新者，引領(lǐng)LiDAR小型化和低成本化。其取消了機(jī)械式激光雷達(dá)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，利用MEMS微振鏡，將所有的機(jī)械部件集成到單個(gè)芯片，利用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)?；贛EMS的固態(tài)雷達(dá)，是通過(guò)微振鏡的方式改變單個(gè)發(fā)射器的發(fā)射角度進(jìn)行掃描，由此形成一種面陣的掃描視野。目前基于MEMS方式的激光雷達(dá)，技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，且價(jià)格也比較低廉，有很多的廠家在研發(fā)，也因此被主機(jī)廠商一致看好。

下圖是基于MEMS掃描鏡的混合固態(tài)LiDAR原理圖：

傳統(tǒng)的掃描成像LiDAR系統(tǒng)一般采用雙擺鏡、雙振鏡和旋轉(zhuǎn)多面體反射棱鏡的掃描方式，由這些具有宏觀尺寸的光學(xué)元件所構(gòu)成的掃描系統(tǒng)體積龐大而笨重。而利用MEMS技術(shù)可以直接在硅基芯片上集成體積十分精巧的微型掃描鏡，并通過(guò)MEMS掃描鏡來(lái)反射激光器的光線，從而實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的運(yùn)動(dòng)掃描，那么宏觀上便看不到LiDAR中的任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。

下圖是MEMS掃描鏡示意圖，微型鏡面可以轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光的操控。

下圖是一款MEMS掃描鏡的SEM照片。

    MEMS掃描鏡是指光學(xué)偏轉(zhuǎn)角度較大（達(dá)到10°以上）的一種微鏡類型，主要功能是實(shí)現(xiàn)激光的指向偏轉(zhuǎn)、圖形化掃描。MEMS掃描鏡采用光學(xué)MEMS技術(shù)制造的，把微光反射鏡與MEMS執(zhí)行器集成在一顆半導(dǎo)體芯片上。MEMS掃描鏡的運(yùn)動(dòng)方式包括平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)兩種機(jī)械運(yùn)動(dòng)。MEMS掃描鏡按原理區(qū)分，主要包括四種：靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)。其中前兩種技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也更廣泛。四種原理的MEMS掃描鏡性能比較見(jiàn)下表。

目前，技術(shù)成熟且量產(chǎn)的MEMS掃描鏡企業(yè)基本集中在中國(guó)大陸地區(qū)以外。比如被英飛凌收購(gòu)的MEMS公司Innoluce、臺(tái)灣OPUS、美國(guó)Mirrorcle的MEMS掃描鏡采用的是靜電驅(qū)動(dòng)模式；而博世最新推出的全新交互式激光投影微型掃描儀BML050中的MEMS掃描鏡、濱松今年發(fā)布的MEMS微鏡S12237-03P、意法半導(dǎo)體與美國(guó)MicroVision公司合作生產(chǎn)的MEMS掃描鏡，均采用電磁驅(qū)動(dòng)原理。而國(guó)內(nèi)如無(wú)錫微奧科技、西安知微傳感、常州創(chuàng)微電子、上海微技術(shù)工研院等企業(yè)也都在此領(lǐng)域摩拳擦掌，希望有所斬獲。后面，我們會(huì)對(duì)MEMS掃描鏡技術(shù)做詳細(xì)介紹。

而對(duì)于運(yùn)用MEMS掃描鏡技術(shù)設(shè)計(jì)混合固態(tài)雷達(dá)的國(guó)內(nèi)廠商，主要是速騰聚創(chuàng)(RoboSense)。速騰聚創(chuàng)是一家研發(fā)機(jī)器人感知產(chǎn)品的激光雷達(dá)公司，其固態(tài)激光雷達(dá)RS-LiDAR-M1Pre曾在今年的CES展上正式對(duì)外公布，M1 Pre的探測(cè)距離超過(guò) 200米，水平測(cè)角與垂直測(cè)角為63 °*20°，刷新幀率為20fps，角分辨率為0.09°*0.2 °。

    據(jù)了解，這是目前全球范圍內(nèi)已發(fā)布MEMS激光雷達(dá)中最小角分辨率的一款產(chǎn)品。最小角分辨率意味著激光雷達(dá)擁有洞察分毫的探測(cè)能力。