雷鋒網按，激光雷達傳感器（LiDAR）因自動駕駛汽車而生，也因自動駕駛汽車而為人所知，這種通過向外發射和接收激光生成 3D 點雲圖的傳感器正是誕生於 2005 年的 DARPA 自動駕駛挑戰賽。如今，業界大多數專家將 LiDAR 看作是自動駕駛汽車的關鍵賦能技術。
2005 年那款元祖級的 LiDAR 來自 Velodyne，該 LiDAR 搭載了垂直排布的 64 線激光，能通過旋轉進行 360 度發射。當然，每束激光都要小心翼翼地與相應的探測器對齊，這樣複雜的設置也將一臺 LiDAR 的價格推高到 7.5 萬美元。雖然十幾年過去了，但如今高端 LiDAR 還是要賣數萬美元。
“高燒不退”的 LiDAR 價格也催生了十多家新創公司搶灘登陸，它們的目標也無一例外都是打造更廉價的 LiDAR，其中一些公司甚至想用單激光束來省成本。
不過，市場上也有“做加法”的，它們與單激光束省成本的公司背道而馳，一家名為 Sense 的公司出了一款有 11000 線的 LiDAR，售價僅為 3000 美元，而另一家叫做 lbeo 的公司則也在開發“萬線 LiDAR”。
需要說明的是，lbeo 的新款 LiDAR 依然處在研發階段，因此我們不知道它到底性能如何。至於 Sense 的現有產品，在性能上也與 Velodyne 的頂配產品有差距。
Sense 的 LiDAR 探測距離只有 15-40 米，而 Velodyne 的 LiDAR 則能“一眼看到”200 米外。Sense 公司 CEO Scott Burroughs 倒也挺淡定，他表示這才剛剛開始，公司正在研發的新 LiDAR 明年就會面世，探測距離也能達到 200 米，到時 Sense 就能和市場上的頂級 LiDAR 競爭了。至於 lbeo，則和汽車行業有著緊密的聯繫，因此未來市場開發不成問題。
微轉印技術
無論 Sense 還是 lbeo，都在用著垂直腔面發射激光器（VCSEL），它的一大特點就是成本低，因為靠著傳統半導體技術就能源源不斷生產 VCSEL。除了這兩家公司，此前名為 Ouster 的新創公司造 LiDAR 靠的也是 VCSEL。
不過與 Ouster 相比，Sense 的 LiDAR 在激光的數量上可是要多得多。為了實現這一技術指標，Sense 用到了被稱為微轉印的技術。
雖然 VCSEL 可以大量生產，但要在一塊芯片上整合 11000 束激光，肯定會引發各種問題，比如發熱以及對人眼的傷害。
Sense 考慮到了這些問題，它們有自己明確的解決方案：將這 11000 束激光散射開來。在一塊砷化鎵晶圓上造出成千上萬個 VCSEL 後，Sense 會將它們轉移到新的導熱陶瓷基片上並在這個過程中分散它們。
橡膠凸起能借助靜電力拾取微芯片
這裡，Sense 就要用到微轉印技術了。該技術使用的橡皮印章底部帶有微小凸起的網格。當這些凸點之一接觸到微小的 VCSEL 芯片時，可以利用靜電力將其拾取起來。
這些凸起都是精心安排的，為的就是在水平和垂直方向上每 n 個芯片中就有一個能從原始晶圓上被拾取起來並放置在新基片上。隨後，對於下一個 LiDAR 單元，印章將在另一插槽上拾取另一組芯片。通過這種方式，單個硅晶片就可以為許多 LiDAR 單元生產 11000 個激光組件。
Sense 的下一步就是提升 LiDAR 探測距離
與其他 LiDAR 連續掃描一個場景的方式不同，Sense 的 LiDAR 閃一次就能用 11000 束激光照亮整個場景，隨後傳感器會計算激光束的飛行時間以判斷車輛與物體間的距離。
一般來說，這樣的快閃式 LiDAR 探測距離都是短板，畢竟照亮整個場景意味著光被浪費在了像素之間的空隙中。為了解決這一問題，Sense 乾脆上了“蠻力”——光不夠我們就加。
不過，Ouster CEO Angus Pacala 也指出，Sense 的方案有個重大缺陷，即超高功耗。“更高的功耗意味著更大的傳感器，更大的傳感器又意味著更高的成本和集成難度。”Pacala 說道。
現在的 Sense LiDAR 確實有這個問題，它們不但探測距離短，功耗還高。Sense 的 LiDAR現在功耗為 25-35 瓦，與 Ouster（14-20 瓦）和 Velodyne（8-12 瓦）的產品相比確實高上不少。別忘了，其他競品的 LiDAR 還能 360 度旋轉，而 Sense 的產品想實現全覆蓋，還得多裝幾個。
Burroughs 表示，Sense 的目標是在 2021 年推出探測距離 200 米的 LiDAR，到時其激光數量會再上一個臺階（現在還未公佈具體參數）。不過，在大幅提升探測距離的同時能否將功耗壓下去，現在恐怕是 Sense 最大的挑戰。
單光子雪崩二極管（SPAD）正成為新趨勢
好在，Sense 已經有了自己的計劃，它們這次要藉助於單光子雪崩二極管（SPAD）技術。事實上，Ouster 的 LiDAR 也用到了這一技術。2018 年接受採訪時，該公司 CEO Pacala 就表示，Ouster 的長期願景就是藉助 2D VCSEL 激光陣列和 SPAD 探測器打造工作起來類似於攝像頭的 LiDAR，與 Sense 要在 2021 年發佈的產品簡直同屬一個思路。
顧名思義，所謂的 SPAD 探測器敏感到可以探測到單個光子，這強大的光敏性可能是 Sense實現更遠探測距離的關鍵。而且與 VCSEL 一樣，SPAD能用傳統半導體工藝實現大規模量產，因此有巨大的成本優勢。
有趣的是，lbeo 也計劃在下一代 LiDAR 上用到 SPAD 技術。
其實 lbeo 並不是什麼新創公司，它們的 LiDAR 2005 年 DARPA 挑戰賽上就投入使用了。可惜，由於只有 4 線激光，當時 lbeo 的產品被 Velodyne 的 64 線 LiDAR 完虐。幾年前，lbeo 拿到了奧迪的大單，它們的 LiDAR 也成了首批登上量產車的產品。當然，能得到奧迪青睞主要還是因為 lbeo 背後的採埃孚公司，這家一級供應商巨頭 2016 年收購了 lbeo。也就是說，只要 lbeo 產品做得好，未來肯定不缺訂單。
今年接受採訪時，lbeo 運營主管 Mario Brumm 還表示，公司下一代 LiDAR 今年年末就會正式亮相，它將搭載 128x80 陣列的 VCSEL 和 128x80 陣列的 SPAD。此外，lbeo 正試圖用模塊化設計打造自己的產品線，從遠程窄視場到近程寬視場 LiDAR 都不會缺席。 當然，降成本也是 lbeo 的重中之重。如果一切順利，lebo 的廉價 LiDAR 將在 2022 年年末或 2023 年年初大規模鋪貨。
與 Sense 不同，lbeo 並沒有解釋它們要如何解決發熱和人眼安全的問題。外界猜測，SPAD 技術的引入讓 lbeo 能降低激光的功率輸出，避免對人眼造成傷害。同時，這種方案還能減少光子的“浪費”。Brumm 還表示，低功耗也是 lbeo 的首要努力方向。
不過，從現有技術條件來看，沒有 Sense 的微轉印技術 lebo 和 Ouster 確實舉步維艱。當然，後兩家也不會熟手就擒，它們正沿著固態快閃式 LiDAR 的路線進行彎道超車。
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