位于德累斯顿的弗劳恩霍夫州光子微系统研究所 IPMS 的一组研究人员正在开发微扫描镜(MEMS 扫描仪),该镜能可靠地感知环境,而不会受到干扰,同时体积小且可集成。因此,实现安全自动驾驶的愿景是可以实现的。

Fraunhofer IPMS 将于 2019 年 11 月 12 日至 15 日在慕尼黑举行的世界领先的电子产品开发与制造展览会 Productronica 上向公众介绍其最新进展。

一辆汽车在拐角处行驶,乘客睡在后座。驾驶员座椅是空的。当行人意外越过车辆前方的道路时,它将自动制动。这种情况很快就会在我们的道路上变为现实。在自动驾驶汽车中,人只是乘客,汽车可以独立操纵并识别障碍物和危险。为了使车辆能够识别其环境,LiDAR 传感器用于替换驾驶员的眼睛。LiDAR 意味着光检测和测距,并可以测量物体和车辆之间的距离。该原理基于发送到环境中并分析反射的激光信号。

德累斯顿弗劳恩霍夫州光子微系统研究所 IPMS 的一个研究小组现已开发出微扫描镜(MEMS 扫描仪),该镜既可以满足自动驾驶的所有要求,又可以同时实现小型化和集成化。因此,实现安全自动驾驶的愿景是可以实现的。研究团队正在采用 “扫描眼” 的方法来实现三维视觉。微镜模块通过二维分布激光的光来扫描环境。被物体反射的光的第三维由检测器信号确定。有不同的方法,例如飞行时间测量,编码脉冲或 FMCW 信号的解调。

当前用于自动驾驶的 LiDAR 系统基于绕轴的大型旋转镜,由于其尺寸和重量,很难将其集成到车辆中。进一步的缺点是高制造成本以及旋转部件易受振动和冲击的影响。这导致测量不准确,在最坏的情况下,可能导致系统故障和事故。替代品是所谓的固态激光雷达,它可以不移动部件而实现,并且由于其体积小而可以集成,但是它们只能困难地检测更远距离的物体。安全的自动驾驶所需的检测范围从几厘米到几百米。

“特别之处在于,我们开发的 MEMS 反射镜在所有范围内都能可靠地检测其周围环境。此外,它们非常轻巧,可以集成在一起,尽管它们具有机动性,但它们不受汽车振动的影响,因此无需测量模糊就可以检测周围环境。” 弗劳恩霍夫 IPMS 研究人员 Grahmann 博士解释说。IPMS 的扫描镜设计因此可以满足机械移动性和固态 LiDAR 稳定性的要求。这样,可以安全地实施自动驾驶。”

由于 IPMS 开发的 MEMS 扫描仪由单晶硅制成,因此它也非常坚固,抗冲击且无疲劳。具有成本效益的半导体制造工艺可在制造过程中实现缩放效果。半导体芯片的 CMOS 兼容性还可以实现与现有系统的高度集成。