由于 LiDAR 旨在在自動駕駛和其他領域大放異彩，Quanergy 展示了其業(yè)界首個基于固態(tài) OPA 的 LiDAR，希望能夠減輕尺寸、可擴展性和成本限制。

在過去十年中，LiDAR（光檢測和測距）已成為一種流行的3D 成像技術，擴展到從自動駕駛汽車到手機的設備中。

像雷達一樣，但使用光，它通過使用一個包含移動激光二極管和光電二極管的系統(tǒng)來工作，用于將光脈沖反射到物體和從物體反射回來，確定它們與傳感器之間的相對距離。

通用 LiDAR 系統(tǒng)的示例。圖片由Quanergy 提供

一般來說，LiDAR 數(shù)據(jù)然后被處理成 3D 地圖，其中包含有關物體或陸地塊形狀和表面特征的精確信息，使這些傳感器能夠為不同類型的車輛提供 3D 視覺，如機器人、汽車、飛機和固定系統(tǒng)，如智能基礎設施和工業(yè)機器。

盡管有 LiDAR 技術的使用和能力，但仍然存在一些挫折。傳統(tǒng)上，這些傳感器體積大且價格昂貴，因為它們使用機電元件來控制激光和接收器系統(tǒng)。此外，機械傳感器中的運動部件在沖擊或振動過程中容易受到干擾，這在安裝在汽車或機器人上時很常見。

機械 LiDAR 挑戰(zhàn)促使工程師研究其他技術來開發(fā)小型、低功耗和具有成本效益的 設計，即固態(tài) LiDAR，其本身不使用移動部件。取而代之的是，采用諸如MEMS（即使是微機電技術，但該技術仍被視為固態(tài)技術）或相控陣等技術來將光束導向特定方向。

Quanergy Systems 是一家致力于固態(tài) LiDAR 創(chuàng)新的公司。本周，Quanergy 宣布了其 S3 系列激光雷達的開發(fā)，這應該是第一個使用光學相控陣 (OPA) 的真正固態(tài)激光雷達，它也是可擴展的、具有成本效益的，并且可以用于大規(guī)模市場生產(chǎn)。

本文將介紹 LiDAR 系統(tǒng)中使用的 OPA，Quanergy 的“行業(yè)首創(chuàng)”傳感器是什么樣的，以及 LiDAR 技術的未來可能是什么樣子。

LiDAR 系統(tǒng)中的光學相控陣

如前所述，Quanergy 最新 LiDAR 系統(tǒng)的一項關鍵功能是使用 OPA。OPA 是為多種用途（主要是 LiDAR 傳感器）開發(fā)的半導體光子技術，其中需要隨機訪問光束生成、指向和轉(zhuǎn)向。 

OPA 背后的一般原則。圖片由Quanergy 提供

該技術使用放置在 2D 陣列中的硅元件。每個單元都是同相和振幅完全可控的像素，允許通過在表面上產(chǎn)生相位梯度以電子方式控制光束，使 OPA 真正成為固態(tài)，因為它沒有任何移動部件。

對于 LiDAR 中的使用，OPA 可能能夠克服機械傳感器的局限性，同時還具有實現(xiàn)更高分辨率和保真度的潛力。 

硅芯片不僅比機械零件的生產(chǎn)成本更低，而且體積更小，消耗的能源也少得多。這些優(yōu)勢允許無縫集成到許多技術中，而不會出現(xiàn)干擾本身或干擾其嵌入系統(tǒng)的功能或美感。

現(xiàn)在已經(jīng)更好地理解了 OPA 的一般概念，讓我們深入了解 Quanergy 的最新傳感器。

Quanergy 基于 OPA 的 LiDAR

Quanergy 開發(fā)的 S3 系列 LiDAR 傳感器是使用CMOS技術制造的基于 OPA 的設計。由于工程師已經(jīng)熟悉這種類型的半導體制造，因此 Quanergy 相信設計人員可以利用具有成本效益的工藝輕松地將其傳感器擴展到大規(guī)模市場生產(chǎn)。

使用發(fā)射器、接收器和處理器以及用于波束成形和轉(zhuǎn)向的 OPA 的概念表示。截圖由Quanergy [視頻] 提供

Quanergy 與亞利桑那州的一家名為ZEV（零電動汽車）的公司合作，該公司提供可持續(xù)和可訪問的車隊電氣化以減少碳排放并加速電動汽車的采用，以展示相關傳感器的功能。 

在演示中，一輛測試車輛配備了 OPA LiDAR 傳感器和用于地形視覺的常規(guī)攝像頭。該測試包括在明亮的環(huán)境中在長達一百米的多個距離內(nèi)跟蹤目標車輛。

據(jù) Quanergy 稱，OPA 傳感器的演示不僅比機械 LiDAR 具有顯著優(yōu)勢，而且與其他固態(tài) LiDAR 技術相比也具有顯著優(yōu)勢。 

測試車輛能夠在明亮的環(huán)境中始終保持安全，即使使用只有 10% 能見度的目標物體，模擬其他傳感器很難檢測到的物體。

Quanergy 表示，其 S3 系列傳感器可以提供超過 100,000 小時的平均故障間隔時間，這對于機械 LiDAR 來說只有數(shù)千小時。由于該傳感器專為汽車行業(yè)而設計，旨在滿足檢測物體和避免碰撞方面最嚴格的汽車法規(guī)要求。其面向大眾市場生產(chǎn)的目標價格為 500 美元，并計劃提供更遠的距離、更大的垂直視野和更高的數(shù)據(jù)速率。

激光雷達的未來

Quanergy 展示的技術可以應用于其他行業(yè)和科學領域，而不僅僅是自動駕駛。以前，這項技術看起來像是安裝在車輛頂部的大型旋轉(zhuǎn)裝置。該測試表明，LiDAR 有可能變得像信用卡一樣小且不易察覺。

大規(guī)模生產(chǎn)這些微型和低功率 LiDAR 傳感器的能力將為未來集成到已經(jīng)建立的基礎設施和系統(tǒng)中打開大門。通過消除困擾傳統(tǒng) LiDAR 的許多挑戰(zhàn)，固態(tài) OPA 傳感器可能對該技術的大規(guī)模采用和集成至關重要。