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英唐MEMS振镜系统在激光雷达及投影显示的应用

发布时间:2021-09-13     所属分类:集团新闻     阅读次数:224

什么是MEMS振镜

    MEMS振镜是一种基于微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)技术制作而成的微小可驱动反射镜。镜面直径通常只有几毫米。与传统的光学扫描镜相比,具有重量轻,体积小,生产成本较低的优点。在光学,机械性能和功耗方面表现更为突出。



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图1:MEMS振镜工作示意图

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      图2: 电磁式MEMS振镜

      MEMS振镜的运动方式包括平动和扭转两种机械运动。对于扭转MEMS振镜,当其光学偏转角度较大(达到10°以上),可以实现激光的指向偏转、图形化扫描、图像扫描。

MEMS振镜的市场应用

      基于其特异的性能,MEMS振镜已渗透到消费电子、医疗、军事国防、通讯等领域。这其中有已经量产的应用,还有许多概念性的应用。主要应用领域有三个方面:激光扫描、光通讯、数字显示。激光扫描主要是指激光雷达、3D摄像头、条形码扫描、激光打印机、医疗成像;光通讯主要指光分插复用器、光衰减器、光开关、光栅;数字显示指高清电视、激光微投影、数字影院、汽车抬头显示(HUD)、激光键盘、增强现实(AR)等方面的应用。以下特对MEMS振镜在激光雷达和投影显示领域的应用情况。

      1.MEMS振镜在激光雷达方面的应用

      早在1960年激光雷达概念就已提出,近些年来激光雷达才进入迅速发展时期,学术界和产业界一致认为激光雷达是无人驾驶(包括自动驾驶车辆,AGV,UAV等)不可或缺的探测和传感部件。激光雷达可用于物体探测与规避,物体识别与跟踪,即时定位与地图构建等。随着无人驾驶的快速发展,对于激光雷达的需求日益增长。

      何为MEMS激光雷达?MEMS振镜(代替宏观机械式扫描器)通过在微观尺度上实现激光雷达发射端的光束操纵,采用上述光束操纵方式的激光探测和测距系统称为MEMS激光雷达。激光雷达采用MEMS振镜作为激光光束扫描元件,具有体积小、宏观结构简单、可靠性高、功耗低等优势,是目前激光雷达实现落地应用的最合适的技术路径。

      一是MEMS振镜帮助激光雷达摆脱了笨重的马达、多棱镜等机械运动装置,毫米级尺寸的微振镜大大减少了激光雷达的尺寸,无论从美观度、车载集成度还是成本角度来讲,其优势都令人惊叹!

      第二,MEMS振镜的引入可以减少激光器和探测器数量,极大地降低成本。传统的机械式激光雷达要实现多少线束,就需要多少组发射模块与接收模块。而采用二维MEMS振镜,仅需要一束激光光源,通过一面MEMS振镜来反射激光器的光束。

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图3:MEMS激光雷达的工作原理

      2.显示领域的应用

      微机电系统(MEMS)显示技术以卓越的图像质量而闻名,全球80%以上的数字影院都采用这种技术。现在,尺寸、效率和亮度上的最新创新使这一成熟技术也可用于外形小巧且电池供电的设备,允许开发商、品牌厂商和系统集成商创建大量应用和设计产品,几乎可将任何表面转换成高品质的高清投影显示器。如高清电视、激光微投影(手机、平板电脑和便携式投影仪等为载体)、数字影院、汽车抬头显示(HUD)、激光键盘、增强现实(AR)等。MEMS激光投影相比传统光源具有不可比拟的优点:

      色彩好、饱和度高

      激光投影机能实现远大于传统光源的色彩空间,具有极好的方向性,光束的发散立体角很小。

      寿命长,可靠性好

     普通投影机的灯泡光源寿命一般在上千小时为极限,而激光光源的寿命可以达到数万小时之久,可以做到真正的免维护、高可靠性。

      高功率、低能耗

     激光光源的功耗远低于氙灯灯泡,此外因为结构的原因,也不会有爆碎的危害。

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图4:手机投影显示应用    

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图5:手机投影显示应用

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图6:汽车抬头显示(HUD)应用

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图7:AR眼镜应用

(注:以上图片均来源于网络)

      同时在物联网领域,基于MEMS和MOEMS(微型光机电系统)技术的交互式投影模块正在成为新的解决方案,通过该模块将虚拟用户界面图像投影到表面上,并持续扫描,以检测用户的手势和交互,例如触摸、拖动或点击,无需受到物理控制拨号和按钮的阻碍,将为物联网和消费产品空间带来革新,为“打造更加智能的世界”发挥巨大的作用。

英唐MEMS振镜系统的布局及应用

      公司子公司英唐微技术一直专注于光电转换和图像处理的模拟IC和数字IC产品的研发生产,通过其多年的光电转换技术积累和自有晶圆生产线提供的产能保证,近年来一直布局MEMS振镜产品市场。

      目前英唐微技术MEMS振镜的第一代产品主要应用于车用激光雷达的MEMS组件,已经实现小批量生产及销售。

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表1:英唐微技术MEMS振镜初代产品规格(激光雷达用)

      上表所示产品规格为英唐微技术初代产品规格,目前相关指标已有较大程度的提升,其中用于车载激光雷达的更大直径即更大视场角的第二代MEMS振镜(φ4mm)产品也正在设计开发中;同时英唐微技术也正在研发面向激光投影显示等应用场景更加丰富的MEMS振镜产品。

      基于MEMS振镜产品较高的技术门槛和广泛应用前景,公司将牢牢把握现有优势,加快拓展MEMS振镜产品在车用激光雷达市场的销售规模,同时也将持续投入研发力量,尽快实现公司自有产品在激光投影、AR以及IOT显示领域的产业化应用。