Ein Dutzend führender Unternehmen versuchen, ein leistungsstarkes und kostengünstiges Lidar zu schaffen

Lidar ist für Robomobile unverzichtbar - und so funktionieren einige der führenden Sensoren

Lidar oder Lichtradar ist eine Technologie, die für die Herstellung von Robomobilen von entscheidender Bedeutung ist. Sensoren versorgen den Computer mit einer dreidimensionalen Punktwolke, die den Raum um das Auto herum anzeigt, und sein Konzept half den Teams, die DARPA Urban Challenge 2007 zu gewinnen. Seitdem sind Lidar-Systeme zum Standard für Robomobile geworden.

In den letzten Jahren wurden Dutzende von Startups gegründet, die mit Lidars arbeiten und mit dem Branchenführer Velodyne konkurrieren. Alle versprachen vernünftigere Preise und eine verbesserte Arbeitseffizienz. Bereits 2018 hat das Ars-Magazin eine Auswahl der wichtigsten Trends in der Lidar-Branche getroffen und beschrieben, warum Experten in den nächsten Jahren mit verbesserten und kostengünstigeren Systemen rechnen. In diesem Artikel gab es keine Details zu den Unternehmen selbst, hauptsächlich weil sie Informationen über ihre Technologie geheim hielten.

Aber im letzten Jahr habe ich von den Entwicklern von Lidars einen kontinuierlichen Werbestrom erhalten und mich mit einer großen Anzahl ihrer Vertreter unterhalten. Ars steht in Kontakt mit den Direktoren von mindestens acht dieser Unternehmen sowie mit Branchenanalyseunternehmen oder deren Kunden. All diese Kommunikation ermöglichte es uns, nicht nur eine gute Vorstellung von den Trends in der Lidar-Industrie zu bekommen, sondern auch von den Technologien und Geschäftsstrategien einzelner Unternehmen.

Heute gibt es drei Hauptunterschiede zwischen Lidars. Nach der Beschreibung dieser Funktionen wird es einfacher, die Technologie von neun führenden Lidar-Unternehmen zu verstehen.

Um den Artikel nicht umsonst aufzublasen, beschreiben wir unabhängige Unternehmen, die sich hauptsächlich mit Lidars beschäftigen. Daher werden wir nicht unsere eigene Lidar-Technologie von Waymo beschreiben, Startups, die mit Lidars arbeiten, die GM und Ford 2017 für sich gekauft haben, oder Versuche, Lidars von größeren Unternehmen wie Valeo zu entwickeln (die Lidar für Audi-Modelle 2018 und 2019 hergestellt haben) A7 und A8), Pioneer oder Continental. Es ist schwierig, die Details ihrer Technologien von diesen großen Unternehmen zu erhalten, aber auch ohne sie gibt es etwas zu beschreiben.

Drei Hauptfaktoren, die Lidare voneinander unterscheiden

Die Grundidee des Lidars ist einfach: Der Sensor sendet Laserstrahlen in verschiedene Richtungen aus und wartet darauf, dass ihre Reflexionen zurückkehren. Die Lichtgeschwindigkeit ist bekannt und die Hin- und Herfahrt gibt eine genaue Schätzung der Entfernung.

Obwohl die Grundidee einfach ist, erschweren die Details die Dinge sehr schnell. Jeder Lidar-Hersteller muss drei grundlegende Entscheidungen treffen: Wie wird der Laser in verschiedene Richtungen gerichtet, wie wird die Zeit bis zur Hin- und Rückfahrt gemessen und welches Frequenzlicht wird verwendet? Wir werden jeden von ihnen der Reihe nach betrachten.

Strahlsteuerungstechnologie

Die meisten führenden Lidare verwenden eine von vier Methoden, um Laserstrahlen in verschiedene Richtungen zu lenken (zwei Unternehmen, Baraja und Cepton, berichteten über andere Technologien, die sie nicht erklärt haben):

• Rotierender Lidar. Velodyne schuf 2007 die moderne Lidar-Industrie, indem er ein Lidar einführte, in dem 64 Laser vertikal untergebracht waren. Das Ganze drehte sich mit einer Geschwindigkeit von mehreren Umdrehungen pro Sekunde. High-End-Sensoren von Velodyne verwenden diese Technologie immer noch, und mindestens einer seiner Konkurrenten, Ouster, hat dasselbe getan. Die Vorteile dieses Ansatzes liegen in einer 360-Grad-Abdeckung. Kritiker werfen jedoch Fragen auf, ob es möglich ist, ein billiges und zuverlässiges rotierendes Lidar für den Massenmarkt geeignet zu machen.
• Ein mechanisches Scan-Lidar verwendet einen Spiegel, der einen einzelnen Laserstrahl in verschiedene Richtungen umlenkt. Einige Unternehmen verwenden einen Ansatz namens Microelectromechanical System (MEMS) zur Steuerung des Spiegels.
• Die aktive Phased-Array-Antenne verwendet eine Reihe von Emittern, die die Richtung des Laserstrahls ändern und die relative Phase des Signals zwischen benachbarten Sendern einstellen können. Wir werden diese Technologie im Abschnitt Quanergy ausführlich beschreiben.
• Flash-basiertes Lidar hebt den gesamten Bereich auf einmal hervor. Bestehende Technologien verwenden einen Weitwinkellaser. Die Technologie hat Schwierigkeiten mit großen Entfernungen, da nur ein kleiner Teil des Laserlichts einen Punkt erreicht. Mindestens ein Unternehmen, Ouster, plant die Schaffung eines Multi-Laser-Blitzes, bei dem eine Reihe von Tausenden oder Millionen von Lasern in verschiedene Richtungen gerichtet sein wird.

Entfernungsmessung

Lidar misst die Zeit, die Licht benötigt, um ein Objekt zu erreichen und es zu reflektieren. Es gibt drei einfache Möglichkeiten, dies zu tun:

• Reisezeit. Der Lidar sendet einen kurzen Impuls und misst, wie viel Zeit vergeht, bevor der zurückkehrende Impuls festgelegt wird.
• Frequenzmodulierter kontinuierlicher Lidar (LRCH). Es sendet einen kontinuierlichen Lichtstrahl, dessen Frequenz sich im Laufe der Zeit ständig ändert. Der Strahl ist zweigeteilt, und einer von ihnen geht nach außen und verbindet sich bei seiner Rückkehr mit dem anderen. Da sich die Frequenz an der Strahlquelle kontinuierlich ändert, wird die Differenz im Weg der beiden Strahlen als Differenz in ihren Frequenzen ausgedrückt. Das Ergebnis ist ein Bild der Interferenz, deren Schwebungsfrequenz eine Funktion der Transitzeit (und folglich der Entfernung) ist. Dieser Weg mag unnötig kompliziert erscheinen, hat aber einige Vorteile. Das NIDM-Lidar ist beständig gegen Störungen durch andere Lidars oder durch die Sonne. LIDAR NICHM kann auch die Doppler-Verschiebung verwenden, um die Geschwindigkeit von Objekten und nicht nur die Entfernung zu ihnen zu messen.
• Amplitudenmoduliertes kontinuierliches Lidar (NIAM) kann als Kompromiss zwischen den beiden vorherigen Optionen angesehen werden. Ein solcher Lidar sendet wie ein einfacher Sensor, der die Reisezeit misst, ein Signal und misst dann die Zeit, die er zum Reflektieren und Zurückkehren benötigt hat. Wenn jedoch einfache Systeme einen Impuls senden, sendet der NIAM-Lidar ein komplexes Schema (einen pseudozufälligen Strom digitaler Nullen und Einsen). Befürworter des Ansatzes sagen, dass das NIAM-Lidar aus diesem Grund störungsresistenter ist.

Laserwellenlänge

Die in diesem Artikel beschriebenen Lidare verwenden eine von drei Wellenlängen: 850, 905 oder 1550 nm.

Diese Wahl ist aus zwei Gründen wichtig. Eine davon ist die Augensicherheit. Die Flüssigkeit im Auge ist für Licht mit einer Wellenlänge von 850 und 905 nm transparent, wodurch das Licht die Netzhaut erreichen kann. Wenn der Laser zu stark ist, kann er das Auge irreparabel schädigen.

Andererseits ist das Auge für Strahlung mit einer Wellenlänge von 1550 nm undurchlässig, wodurch solche Lidare mit höherer Leistung arbeiten können, ohne die Netzhaut zu schädigen. Mit erhöhter Leistung können Sie die Reichweite erhöhen.

Warum verwenden nicht alle Laser mit einer Wellenlänge von 1550 nm in Lidars? Detektoren, die bei Frequenzen von 850 und 905 nm arbeiten, können auf der Basis kostengünstiger und weit verbreiteter Siliziumtechnologien hergestellt werden. Um ein Lidar mit einer Wellenlänge von 1550 nm zu erzeugen, sind exotische und teure Materialien wie Galliumindiumarsenid erforderlich.

Obwohl 1550-nm-Laser mit größerer Leistung arbeiten können, ohne die Augen zu gefährden, können solche Leistungspegel zu anderen Problemen führen. Auf der CES in Las Vegas in diesem Jahr berichtete ein Mann, dass ein leistungsstarker 1550-nm-Laser in AEyes Lidar seine Kamera verdorben habe . Und natürlich verbrauchen Laser mit höherer Leistung mehr Energie, was die Reichweite und Energieeffizienz der Maschine verringert.

Schauen wir uns vor diesem Hintergrund die zehn führenden Lidar-Entwickler an.

Velodyne

Drei Velodyne-Produkte: Alpha Puck, Velarray und Veladome

Strahlsteuerung : Drehung.

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 905 nm

Velodyne hat vor mehr als zehn Jahren den modernen dreidimensionalen Lidar erfunden und seitdem diesen Markt dominiert. Die charakteristischen rotierenden Lidars des Unternehmens werden häufig in Roboterfahrzeugen verwendet, und das Unternehmen wird voraussichtlich 2019 Marktführer bleiben. Einige Beobachter fragen sich jedoch, ob das Unternehmen in den folgenden Jahren seine führende Position behaupten kann.

Ende 2017 wurden die 64-Laser-Velodyne-Flaggschiff-Lidars für 75.000 US-Dollar pro Stück verkauft. Velodyne stellte ein neues Modell mit 128 Lasern vor, das angeblich noch teurer ist - 100.000 US-Dollar.

In Bezug auf diese Zahlen antwortete der Vertreter von Velodyne: „Wir geben die Produktionskosten nicht bekannt, die angekündigten Preise sind jedoch typisch für einzelne Produkte. Beim Kauf von Waagen sind die Preise deutlich niedriger, und wir beliefern die Automobilhersteller aktiv mit Produkten zu niedrigen Preisen. “

Velodyne verkauft auch günstigere Lidars, darunter eine 16-Laser- Waschmaschine , die letztes Jahr für 4.000 US-Dollar verkauft wurde. Velodyne verkauft auch ein solides Modell, Velarray. Laut Velodyne handelt es sich um ein System mit einer Wellenlänge von 905 mm "mit einer proprietären strahllosen Reibungsregelungsmethode". Velodyne geht davon aus, dass dieses Modell in großen Mengen weniger als 1.000 US-Dollar kosten wird. Diese Lidars liefern jedoch kein so hochpräzises Ergebnis wie rotierende Modelle mit 64 und 128 Lasern.

Einige Kritiker behaupten, Velodyne habe Schwierigkeiten bei der Herstellung und der Produktqualität gehabt.

„Die empfindlichen beweglichen Lidarsensoren, die den Lebensunterhalt des Unternehmens ausmachen, haben sich als schwierig erwiesen, effizient und mit hoher Qualität zu produzieren, und sie können beim Einsatz in Automobilen ärgerlich zerbrechlich sein “, schrieb der Journalist Ed Niedermeier kürzlich unter Berufung auf Quellen aus dem Robomobilsektor.

Ein Unternehmensvertreter argumentierte mit einem solchen Rückruf und argumentierte, dass Velodyne "im Laufe der Jahre die Wissenschaft der Herstellung dieser Sensoren in großen Mengen zur Perfektion gebracht hat" und dass "bewiesen wurde, dass sie den harten Betriebsbedingungen in Autos standhalten können".

Velodyne hat kürzlich eine Lizenzvereinbarung mit Veoneer, einem bekannten Unternehmen in der Lieferkette für Autoteile, unterzeichnet . Veoneer verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung von Komponenten, die den Qualitätsstandards von Automobilunternehmen entsprechen, und sie hat möglicherweise Ideen, wie Änderungen am klassischen Velodyne-Design vorgenommen werden können, um die Qualität zu verbessern und den Preis des Produkts zu senken. Sie müssen jedoch schnell handeln, da eine Reihe anderer Unternehmen den Marktführer bereits im Visier haben.

Luminar

Strahlsteuerung : mechanisches Scannen

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 1550 nm

Viele halten Luminar für einen der Hauptkonkurrenten von Velodyne. Das Unternehmen ist seit 2012 in diesem Geschäft tätig und hat im vergangenen Jahr mit der Produktion von Lidars in großen Mengen begonnen. Das Unternehmen behauptet, dass die Qualität seiner Produkte auf höchstem Niveau ist.

Dies liegt insbesondere daran, dass sich Luminar für Laser mit einer Wellenlänge von 1550 nm entschieden hat. Durch die Verwendung einer augensicheren Wellenlänge kann Luminar die Laserleistung verdrehen, sodass der Lidar weiter sieht. 1550-nm-Laser bedeuten jedoch, dass Luminar exotisches Gallium-Indium-Arsenid verwenden muss, um zurückkehrende Impulse zu erfassen. Es sollte teuer sein, aber Luminar hat uns letztes Jahr mitgeteilt, dass die Kosten für die Empfänger in ihrem Deckel nur 3 US-Dollar betragen.

Als Antwort auf unsere Anfragen zu Luminar wies uns Marta Hall, Präsidentin von Velodyne, im vergangenen Jahr auf einen schwerwiegenden Nachteil von Luminar-Lidars hin - einen hohen Energieverbrauch. Dies ist besonders wichtig, da Luminar-Lidars feste Sensoren mit einem 120-Grad-Sichtfeld sind. Dies bedeutet, dass Sie für die Anzeige aller 360 Grad vier Geräte von Luminar benötigen (unter Berücksichtigung der Auferlegung ihrer Sichtfelder), anstatt nur eines von Velodyne oder Ouster. In einem Brief antwortete ein Luminar-Sprecher jedoch, dass die neueste Version ihres Lidar den Energieverbrauch im Vergleich zu früheren Modellen erheblich senkte und „etwa einen Kreis von etwa 50 Watt“ verbrauchte.

Luminar sagt auch nichts über die Preise aus. Im Mai letzten Jahres sagte uns Luminar-Direktor Austin Russell, dass ihr Lidar "auf einige tausend Dollar fallen muss", um auf dem Verbrauchermarkt bestehen zu können, und dass dieses Problem "kein Problem" für das Unternehmen ist. Daraus folgt jedoch, dass zu diesem Zeitpunkt die Kosten für Geräte viel höher waren als mehrere Tausend.

Luminar ist vielen Lidar-Herstellern bei realen Lieferungen voraus, seit es vor mehr als neun Monaten mit der Massenproduktion begonnen hat. In den letzten 18 Monaten ist es Luminar gelungen, Partnerschaften mit Toyota , Volkswagen und Volvo einzugehen.

In einem kürzlich durchgeführten Interview wies Russell auf diese Deals hin und nannte sie den größten Wettbewerbsvorteil des Unternehmens. Er sagte mir, dass die größten Unternehmen Luminar-basierte Lobare von Luminar entwickeln und es sie viel kosten wird, in Zukunft auf Konkurrenzprodukte umzusteigen.

Ja

Strahlsteuerung : mechanisches Scannen

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 1550 nm

AEye hat viel mit Luminar gemeinsam. Es verwendet einen mechanischen Scanspiegel, um die Strahlen zu steuern. Es verwendet einen augensicheren Laser mit einer Wellenlänge von 1550 nm, der es ermöglicht, bei hohen Energieniveaus zu arbeiten. Infolgedessen weist der AEye-Lidar beeindruckende Reichweitenmerkmale auf. Laut AEye kann ihr Lidar in Entfernungen von bis zu 1000 m sehen - dies ist viel mehr als die 200-300 m, mit denen die teuersten Geräte aufwarten.

In einem Interview im Dezember wies AEye-Direktor Lewis Dussan auf die energiereichen Impulse hin, die AEye-Lidarfaserlaser abgeben können. Er sagte, dass viele Konkurrenz-Lidars auf Diodenlasern basieren, "die auf 100-150 Watt begrenzt sind. Faserlaser können bis zu 100.000 Watt erreichen - ein sehr kurzer Impuls, eine große Signalmenge. "

Große Energie ermöglicht es Ihnen, die Entfernung zu vergrößern, hat aber auch Nachteile. In diesem Jahr erzählte eine Person auf der CES in Las Vegas der Zeitschrift Ars, dass seine teure Kamera ruiniert wurde, als er ein Foto des Lidars von AEye machte. Die Augen sind mit einer für Wellen mit einer Länge von 1550 nm undurchlässigen Flüssigkeit gefüllt. Aber die Kameras sind nicht. Anscheinend traf ein leistungsstarker AEye-Laser die zerbrechliche Matrix der Kamera.

In einer Erklärung gegenüber Ars beschrieb AEye Kameraschäden als branchenweites Problem. Aber Angus Pakala, Direktor des Rivalen Ouster, argumentiert damit. Er schrieb: „Unsere Sensoren sind sicher für Augen und Kameras. Und der Punkt. " Luminar sagte, dass "wir umfangreiche Tests mit derselben Kamera mit denselben Objektiven und denselben Einstellungen wie das beschädigte CES durchgeführt haben und es nicht beschädigen konnten", indem wir das Luminar von Luminar verwendeten.

Die meisten Lidars verwenden ein festes Scanschema. Lidar AEye verfolgt einen anderen Ansatz, den das Unternehmen als „mobiles Scannen“ bezeichnet. Das AEye-Scan-Schema kann dynamisch programmiert und geändert werden. Laut Dussanne arbeitet die bewegliche Abtastschaltung mit der Flexibilität eines Faserlasers. "Von Schuss zu Schuss können Sie die Energie der Impulse steuern", sagte er zu Ars. Die Software verwaltet nicht nur, wann die nächste Messung stattfinden wird, sondern auch, wie viel Energie verbraucht wird - und daher, wie viel Entfernung beim nächsten Mal gemessen wird.

Wenn der Lidar ein weitreichendes Objekt bemerkt, kann dies die Scanauflösung und das Energieniveau in diesem Teil des Bildes erhöhen und mehr Datenpunkte erhalten. Das Ergebnis kann ein hochauflösender Scan sein, mit dessen Hilfe zwischen einem Fußgänger, einem Motorrad oder sperrigen Rückständen auf der Straße unterschieden werden kann.

Andererseits besteht die Gefahr einer Überoptimierung. Wenn der Lidar viel Zeit damit verbringt, bereits erkannte Objekte zu scannen, besteht die Gefahr, dass zu wenig Zeit für ein systematisches Scannen verbleibt, wodurch andere Objekte übersprungen werden.

Uster

Strahlsteuerung : Drehung

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 850 nm

Auf den ersten Blick sieht der Ouster-Lidar Velodyne sehr ähnlich. Hierbei handelt es sich um rotierende Systeme, die die Zeit von Impulsen während des Transports messen. Beide Unternehmen verkaufen Geräte mit 16, 64 und 128 Lasern. Und das ist kein Zufall: Ouster hat das Produkt speziell so konzipiert, dass es als Ersatz für Velodyne-Instrumente verwendet werden kann, da sich viele potenzielle Kunden an ihren klassischen Formfaktor gewöhnt haben.

Wenn Sie die Geräte jedoch von Ouster aus öffnen, stellt sich heraus, dass sie im Inneren völlig anders aussehen. Das klassische Velodyne-Design verwendet nach dem Patent 64 separate Laser und 64 separate Detektoren. Ouster fand auch heraus, wie man 64 Laser auf einen Chip packt, und ihr zweiter Chip enthält 64 Sensoren, die reflektiertes Licht erkennen. Ein solches integriertes Design kann die Kosten und die Komplexität der Lidar-Produktion drastisch reduzieren.

Das schwierigste Ouster-Lidar, das dieses Jahr ausgeliefert werden soll, ist das OS-2, ein 64-Laser-Gerät für 24.000 US-Dollar. Laut Ouster ist seine Reichweite mit den teuersten Lidars von Velodyne vergleichbar. Ouster verkauft auch Lidars und mit einer kleineren Reichweite für nur 3.500 US-Dollar.

Ouster kann 64 Laser mit einem oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) auf einen Chip drücken - im Gegensatz zu herkömmlichen Laserdioden, die in einer Ebene parallel zur Oberfläche emittieren. Da VCSEL senkrecht zur Oberfläche des Substrats emittiert, können viele Laser auf einem Halbleiterchip platziert werden. Die Technologie wird seit langem in Benutzeranwendungen wie Computermäusen verwendet, wurde jedoch immer als nicht leistungsfähig genug für die Verwendung in Lidar angesehen. Laut Ouster haben sie herausgefunden, wie mit VCSEL ein Hochleistungs-Lidar erstellt werden kann.

Ouster verwendet eine andere Halbleitertechnologie, Einzelphotonenkaskadendioden (SPAD), um zurückgegebenes Licht zu erfassen.Wie VCSEL kann SPAD unter Verwendung von Standardtechniken zur Herstellung von Siliziumchips hergestellt werden, und viele SPADs können in einen einzelnen Chip geschoben werden. Dank dessen war es für Ouster ziemlich einfach, im vergangenen Jahr von 64-Laser-Geräten auf 128-Laser-Geräte umzusteigen, deren Ankündigung im Januar erfolgte, und die Auslieferung wird im Sommer beginnen. Das Unternehmen musste lediglich die Chips durch 64 Laser und 64 Detektoren im alten Modell durch die neuen 128. Chips ersetzen.

Ein Upgrade von 64 auf 128 Laser ist nur der Anfang, sagt Regisseur Angus Pakal. Er geht davon aus, dass das Unternehmen in einigen Jahren Lidars einführen wird, die über Tausende - und möglicherweise Millionen - VCSEL-Laser und SPAD-Detektoren verfügen werden.

Bisher konzentriert sich Ouster auf die Erstellung eindimensionaler Laserarrays zur Verwendung in einem rotierenden Sensor, ähnlich wie bei Geräten von Velodyne. Pakala sagt jedoch, dass dieselbe Technik auch verwendet werden kann, um zweidimensionale Anordnungen von Lasern und Detektoren zu erstellen - wie die Matrix in einer Kamera. Dies kann zur Schaffung einer neuen Klasse von Lidars auf Flare-Basis führen, bei denen jedes „Pixel“ sein eigenes Laserdetektorpaar bedient. Infolgedessen hat das Lidar die Vorteile eines Blitzes - keine beweglichen Teile, die Fähigkeit, den "Rahmen" sofort und vollständig wahrzunehmen - ohne die Reichweite eines gewöhnlichen Lidars zu beeinträchtigen.

Die Kernstrategie von Ouster besteht darin, die industrielle Basis der Unterhaltungselektronik zu nutzen, in der VCSELs bereits in Computermäusen, für Entfernungsmesser auf Smartphone-Kameras und in anderen Bereichen eingesetzt werden. Pacala behauptet, dass VCSEL in Bezug auf Parameter wie Helligkeit, Kosten und Energieeffizienz noch verbesserungswürdig ist. Alle Verbesserungen der VCSEL- (und SPAD-) Technologie funktionieren automatisch für Ouster.

Blackmore

Strahlsteuerung : mechanisches Scannen.

Entfernungsmessung : kontinuierliche Strahlung mit Frequenzmodulation.

Wellenlänge : 1550 nm

Wie Ouster hofft Blackmore, die umfangreiche Infrastruktur der Halbleiterindustrie nutzen zu können. Sie interessiert sich jedoch für die optische Kommunikationsbranche, nicht für Unterhaltungselektronik.

Auf den ersten Blick unterscheiden sich Lidars und optische Kommunikationsgeräte voneinander, aber in Wirklichkeit haben sie mehr gemeinsam, als man sich vorstellen kann. Sie senden im Licht codierte Informationen, erfassen das Licht später und extrahieren Informationen daraus.

„Die optische Schicht von Blackmore basiert auf Standardkomponenten für die Glasfaserkommunikation“, heißt es auf der Website.Firma. „Mit jahrzehntelangen Glasfaserlösungen sind wir zuversichtlich, dass unsere Designs skalierbar und zuverlässig sind.“

In fast allen anderen Aspekten unterscheidet sich Blackmore Lidar überraschenderweise stark von Ouster- und Velodyne-Produkten. Anstatt sich um 360 Grad zu drehen, wird der Lidar mit einem Sichtfeld von 120 Grad horizontal und 30 Grad vertikal fixiert. Es verwendet CW-Strahlung mit Frequenzmodulation, um Entfernungen zu messen, wodurch die Geschwindigkeit von Objekten gemessen werden kann.

Blackmore hat vor einigen Wochen auf der CES einen neuen interessanten Lidar vorgestellt. Die anfänglichen Kosten betragen 20.000 US-Dollar und es verfügt über beeindruckende Funktionen. Das Unternehmen hofft, die Kosten für Lidar im Laufe der Zeit schrittweise senken zu können.

Baraja

Strahlsteuerung : spektroskopisches Scannen.

Entfernungsmessung : kontinuierliche Emission mit Amplitudenmodulation.

Wellenlänge : 1550 nm

Baraja - eines der ungewöhnlichsten Startups, über die ich letztes Jahr gesprochen habe - und eines der mysteriösesten.

Die meisten Lidars haben ein Sichtfeld von 120 Grad oder weniger, was bedeutet, dass sie mindestens vier kaufen müssen, um eine vollständige Abdeckung von 360 Grad zu gewährleisten. Dies kann teuer sein und erfordert auch die Platzierung zerbrechlicher Elektronik an den Rändern der Maschine, wo sie sehr leicht beschädigt werden kann.

Barajas Idee ist es, die gesamte zerbrechliche Elektronik in den Kofferraum zu befördern. Der dort befindliche Signalprozessor ist über Glasfaser mit vier billigen und langlebigen Sensorköpfen verbunden, die außerhalb der Maschine platziert werden können.

In einem Interview im vergangenen Sommer sagte mir der Direktor der Firma Federico Collarte, dass die vier Sensorköpfe „im Wesentlichen aus Siliziumglas bestehen. Sie sind billig, zuverlässig und halten den Elementen gut stand. Im Falle eines Unfalls müssen Sie nur den Sensorkopf austauschen. “

Attraktive Idee. Das Problem ist, dass ich nicht herausfinden kann, wie es funktionieren wird - und ich konnte Collarthe nicht überzeugen, es mir ausführlich zu erklären.

Baraja beschreibt sein Lidar als "spektroskopisch abtastendes Lidar", was bedeutet, dass die Laserstrahlen durch Ändern der Frequenz des durch das Prisma hindurchtretenden Lichts gesteuert werden. Es ist leicht vorstellbar, wie man einen solchen Strahl in einer Dimension steuern kann, aber es ist schwer zu verstehen, wie man eine zweidimensionale Steuerung erreicht. “

Als ich Collart danach fragte, sagte er:„ Für die zweite Dimension verwenden wir das gleiche Konzept der Spektralabtastung. Und wir haben immer noch ein Hilfsmittel mechanisches System. "

Er fügte hinzu, dass dieses System weder Spiegel noch rotierende Laser enthält. Er sagte, dass es" dieselbe prismatische Optik verwendet - wir halten diesen Moment immer noch geheim. "

Außerdem ist Baraja nach wie vor das einzige Unternehmen, mit dem wir über die Verwendung amplitudenmodulierter kontinuierlicher Strahlung zur Messung von Entfernungen gesprochen haben. Collarte sagte uns, dass einer der Vorteile dieses Ansatzes darin besteht, dass "für einzelne Impulse keine hohen Energien erforderlich sind". Einige optische Komponenten können durch Spannungsspitzen beschädigt werden, und ihre Abwesenheit gibt Ingenieuren die Flexibilität, eine größere Auswahl an Optionen zu verwenden - was möglicherweise zu einer kostengünstigeren und zuverlässigeren Technologie führen könnte.

Laut Collarte versucht Baraja (wie Blackmore), „Komponenten und Technologie aus der optischen Telekommunikation zu übertragen“, wobei große Skaleneffekte dazu beitragen, die Produktkosten niedrig zu halten. Baraja scheint sich in einem frühen Stadium der Kommerzialisierung zu befinden, aber Collarte geht davon aus, dass das Unternehmen seine Kosten für die Herstellung von Hunderttausenden von Geräten auf „einige hundert“ Dollar senken wird.

Quanergie

Strahlsteuerung : Aktive Phased-Array-Antenne.

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 905 nm

Vor drei Jahren machte Quanergy große Aufregung, als es die Schaffung eines soliden Produkts mit Kosten von weniger als 250 US-Dollar ankündigte, das mit einer Produktion in großem Maßstab erreicht werden kann. Kritiker sagen jedoch, das Unternehmen habe sein Versprechen nicht eingehalten.

"Quanergy scheint es schwer zu haben, die Sensoren in den richtigen Abständen zum Laufen zu bringen", sagte Sam Abulsamid, Analyst bei Navigant, in einem Interview.



Quanergy ist eines der wenigen Unternehmen, das Lidars mithilfe der aktiven Phased-Array-Technologie herstellt. Wie in der Erklärung angegebenzum Konzept von 2017:

Phased Array ist eine Reihe von Sendern, die die Richtung des elektromagnetischen Strahls ändern und die relative Phase des Signals von einem Sender zum anderen anpassen können.

Wenn alle Sender synchron elektromagnetische Wellen aussenden, geht der Strahl gerade, d. H. Senkrecht zur Anordnung. Um den Strahl nach links abzulenken, verschieben die Sender die Phase des von jeder Antenne gesendeten Signals, und das Signal der Sender links befindet sich hinter dem Signal der Sender rechts. Um den Strahl nach rechts abzulenken, führt das Gitter die entgegengesetzte Aktion aus und verschiebt die Phase der Elemente ganz links relativ nach rechts.

Diese Technologie wird seit Jahrzehnten in Radargeräten eingesetzt, in denen Radarantennen als Sender dienen. Optische phasengesteuerte Arrays wenden dasselbe Prinzip auf Licht an und packen ein Array von Lasern auf einen ziemlich kleinen Chip.

Wenn es Quanergy gelingen würde, diese Technologie zum Laufen zu bringen, hätte dies eine Menge Vorteile. Ohne bewegliche Teile könnte ein Festkörpergerät billig, zuverlässig und vielseitig sein. Das Lidar von Quanergy ist wie das Instrument von AEye programmierbar und schaltet dynamisch zwischen Auflösung und Bildwiederholfrequenz um.

Aber Quanergy hat nicht viel Erfolg auf dem Markt. In einem Interview im November sagte Regisseur Luay Eldad: "Wir gehen die richtigen Schritte durch, wir liegen im Zeitplan." Aber es gibt Grund, daran zu zweifeln. Zum Beispiel war Angus Pakala Mitbegründer von Quanergy, bevor er Ouster 2015 verließ und gründete.

Abulsamide weist auf das jüngste Interesse von Quanergy an der Verwendung von Lidaren im Arbeitsschutz hin - in diesem Anwendungsbereich sind Entfernungen wie Robomobile nicht erforderlich. Eldada erzählte mir, dass Quanergy jetzt ein typischeres mechanisch geführtes Lidar für den Sicherheitsmarkt hat.

Cepton

Strahlsteuerung : proprietäre Mikrobewegungstechnologie.

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 905 nm

Vollautomatische Robomobile sind das anspruchsvollste Anwendungsgebiet für Lidars, und bisher habe ich hauptsächlich Produkte beschrieben, die auf diesen Markt ausgerichtet sind. Cepton ist jedoch ein Beispiel für einen angesehenen Lidar-Hersteller, der hauptsächlich darauf abzielt, seine Technologie in fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) einzusetzen. Heutige ADAS-Systeme verwenden Radar und Kameras zur Spursteuerung und dynamischen Geschwindigkeitsregelung. Aber jeder erwartet von den Autoherstellern Lidars für Autos der Zukunft, die anspruchsvollere ADAS-Systeme bieten können.

Das Problem ist, dass, wie wir gesehen haben, die besten Lidars Zehntausende von Dollar kosten und sich diese Situation möglicherweise nicht ändert, selbst wenn sie im industriellen Maßstab hergestellt werden. Unternehmen wie Cepton streben daher die Herstellung von Lidars mittlerer Reichweite an, die ausreichend zugänglich sind, um in Autos enthalten zu sein, die in einigen Jahren hergestellt werden.

Und als ich Cepton-Direktor June Pei nach dem für Roboterfahrzeuge erforderlichen Langstreckendeckel fragte, lehnte er den Markt ab und sagte, er glaube nicht, dass Kunden "in absehbarer Zukunft" anfangen würden, solche Geräte in großen Mengen anzufordern.

Stattdessen konzentrierte sich Cepton auf den ADAS-Markt, auf dem bereits große Liefermengen abgewickelt werden. Cepton behauptet, sein Wettbewerbsvorteil sei der Preis.

"Wir sind das einzige Unternehmen, das Lidars für weniger als 1.000 US-Dollar verkaufen kann", sagte Pei. Im vergangenen Sommer CEPTON kündigte einen Deal mit Koito, einem japanischen Unternehmen und einer der weltweit größten Anbieter von Autoscheinwerfern, für die sie sie in Lidar - Technologie Scheinwerfer - Design enthalten wird. Dies bedeutet, dass der Autohersteller, wenn er entscheidet, dass der Cepton-Lidar in jeder Hinsicht zu ihnen passt, diese Möglichkeit problemlos zu seinen Autos hinzufügen kann.

Pei sagte mir, dass die Mikrobewegungstechnologie, die den Strahl steuert, in dieser Branche einzigartig ist. Herkömmliche MEMS verwenden einen winzigen mechanisch beweglichen Spiegel, um das Licht umzulenken. Laut Pei verwendet Cepton jedoch "ein sehr proprietäres optisches Design, das den Spiegel eliminiert, aber dennoch ein hochauflösendes Bild erzeugen kann". Er beschrieb es auch als "ein kleines Vibrationssystem, das nach dem Prinzip eines Sprechers arbeitet" - weigerte sich jedoch, die Details preiszugeben.

Innoviz

Strahlsteuerung : mechanisches Scannen.

Entfernungsmessung : Fahrzeit.

Wellenlänge : 905 nm

Innoviz konzentriert sich wie Cepton hauptsächlich auf großvolumige Transaktionen mit Autoherstellern. Es werden erschwingliche Lidars der Mittelklasse verkauft, die für den Einsatz in ADAS geeignet sind. Und sehr erfolgreich.

Im April letzten Jahres kündigte BMW an , im Modelljahr 2021 Innoviz Lidar in seine Fahrzeuge einzubauen. An dieser Partnerschaft ist auch Magna beteiligt, ein bekannter Lieferant, der bei der Logistik hilft, die für den Einbau fertiger Teile in Tausende von Autos erforderlich ist.

Autohersteller experimentieren mit vielen Lidar-Technologien, so dass sich viele ihrer Hersteller rühmen können, Geschäfte mit OEMs zu machen. Aber der BMW-Deal unterscheidet Innoviz von anderen Wettbewerbern - BMW ist offenbar ernsthaft daran interessiert, seine Lidars in zum Verkauf stehende Autos einzubauen und diese Geräte nicht nur für Prototypentests zu kaufen.

Bei der Produktion von Autos ist der Zeitpunkt für die Entwicklung neuer Produkte sehr lang, sodass Innoviz in den nächsten Jahren etwas zu tun haben wird, und natürlich wird Innoviz durch einen Deal in Zukunft neue Deals abschließen können. Er ist optimistisch in

Bezug auf diesen Deal. " Der Deal mit BMW wird anscheinend zur Implementierung von ADAS verwendet, aber Innoviz hat Ambitionen im Bereich der Roboterautos. In seinem neuesten Modell, InnovizOne Das Unternehmen verfügt über eine Reichweite von bis zu 200 Metern mit Objekten mit 50% Reflexionsvermögen und einem 120-Grad-Sichtfeld.