То же самое и с однофотонными лавинными диодами. Как следует из названия, они достаточно чувствительны, чтобы обнаружить одиночный фотон. Высокая чувствительность означает, что они страдают от сильного шума. В результате требуется сложная пост-обработка, чтобы использовать их в таких приложениях, как лидар. Но одним большим преимуществом SPAD является то, что, как и VCSEL, они могут быть изготовлены с использованием обычных полупроводниковых технологий, и тысячи из них могут быть размещены на одном кристалле.

Комбинация VCSEL и SPAD позволяет значительно упростить традиционные конструкции лидара. Оригинальный трехмерный лидар компании Velodyne установил 64 индивидуально упакованных лазера в колонну на вращающемся подвесе. У каждого лазера был соответствующий детектор. Сложность этой конструкции и необходимость точной юстировки каждого лазера с соответствующим детектором были одной из причин, по которой первые лидарные устройства Velodyne были такими дорогими.

Совсем недавно ряд компаний экспериментировали с использованием небольших зеркал для «направления» лазерного луча по схеме сканирования. Эта конструкция требует только одного лазера вместо 64. Но все же в нем есть хотя бы одна движущаяся часть.

Напротив, Apple, Ouster и Ibeo создают лидарные датчики вообще без движущихся частей. С сотнями или тысячами лазеров на кристалле лидары на основе VCSEL могут иметь специальный лазер для каждой точки в поле зрения лидара. А поскольку все эти лазеры поставляются предварительно упакованными на одном чипе, сборка намного проще, чем у классической прядильной конструкции Velodyne.

Читайте также:
Обзор Пентагона спорных $ 10B контракт был фиктивным, претензия Amazon

В последних iPhone уже был еще один трехмерный датчик, называемый камерой TrueDepth, который включал функцию Apple FaceID. Он также использовал массив VCSEL, как сообщается, предоставленный Lumentum. TrueDepth работает, проецируя сетку из более чем 30 000 точек на лицо объекта, а затем оценивает трехмерную форму лица пользователя на основе способа деформации сетки.

Лидарный сенсор iPad проецирует намного меньше лазерных точек, чем камера TrueDepth. An iFixIt видео сделанный с помощью инфракрасной камеры показал, что лидар проецирует сетку всего в несколько сотен пикселей. Но в то время как шаблон TrueDepth пытается угадать глубину на основе формы света, падающего на лицо человека, лидарный датчик iPad измеряет расстояния напрямую, измеряя, сколько времени требуется, чтобы свет отразился от объекта и вернулся в камеру. Этот процесс, вероятно, дает как лучшую точность измерения глубины, так и большую дальность.

Более мощный лидар также использует VCSEL и SPAD.

Лидарные датчики ОС-1 (слева) и ОС-2 Оустера.
Увеличить / Лидарные датчики ОС-1 (слева) и ОС-2 Оустера.

Производительность лидаров Apple намного ниже, чем у датчиков высокого класса, продаваемых специализированными лидарными компаниями. Velodyne, компания, которая изобрела трехмерный лидар, рекламирует дальность действия его самого мощного лидара составляет более 200 метров, в то время как сенсор Apple имеет дальность действия около пяти метров.

Другие лидары на основе VCSEL также значительно мощнее, чем у Apple. Например, самый мощный лидар Ouster на основе VCSEL, хвастается диапазон около 100 метров для обнаружения объектов с 10-процентной отражательной способностью.

Читайте также:
Samsung Galaxy M31 Prime Edition скоро дебютирует. Что он предлагает?

Все датчики тока Ouster — это прядильные агрегаты Velodyne. У них есть от 16 до 128 модулей VCSEL подряд на одном чипе — этот чип затем устанавливается вертикально на вращающемся стабилизаторе, как и устройства Velodyne. Простота этой твердотельной конструкции позволила Ouster уступить Velodyne по цене и стать одним из крупнейших конкурентов Velodyne. Но эти вращающиеся лидарные датчики от Ouster по-прежнему стоят тысячи долларов — слишком дорого для использования в обычных автомобилях, не говоря уже о смартфонах.

На прошлой неделе Оустер объявленные планы отгрузить новый твердотельный лидар без движущихся частей. Вместо того, чтобы располагать от 16 до 128 лазеров в ряд, как в нынешнем лидаре Оустера, новый блок Оустера будет иметь более 20 000 VCSEL, расположенных в двухмерной сетке.

Ibeo придерживается аналогичной стратегии и может опередить Ouster. Компания Ibeo разработала самый первый лидар, когда-либо поставлявшийся на рынок автомобилей массового потребления — Audi A8. Этот лидар был примитивным, с разрешением всего четыре линии по вертикали. Но сейчас Ibeo разрабатывает новую модель под названием ibeoNext, которая будет иметь лазерную сетку размером 128 на 80 пикселей — немного меньше, чем запланированный датчик Ouster, но значительно больше, чем предыдущие предложения Ibeo. Ibeo заявляет, что ее датчик будет иметь диапазон 150 метров для объектов с 10-процентной отражательной способностью.

Последний претендент, о котором стоит упомянуть, — это Sense Photonics, о которой мы рассказывали еще в январе. Как и другие компании, которые мы обсуждали, Sense использует VCSEL и SPAD для своего лидара. Однако Sense использует технику, которая называется микротрансферной печатью, для распространения своих лазеров. Это позволяет лазерам потреблять больше энергии без проблем с температурой и безопасностью для глаз. До сих пор лидары Sense не имели большой дальности, но генеральный директор Sense Шона Макинтайр сказала Ars, что компания стремится к 200-метровой дальности для будущего датчика, о котором она объявит в начале 2021 года.

Читайте также:
Почему термостат Google Nest - идеальный способ запустить умный дом

Лидар собирается вторгнуться на автомобильный рынок

Сделка IbeoNext.
Увеличить / Сделка IbeoNext.

Ибео

Ibeo, Sense и Ouster выпускают новые недорогие модели, поскольку ожидают резкого роста спроса со стороны автомобильной промышленности. Лидарные датчики могут значительно улучшить передовые системы помощи водителю транспортных средств (ADAS).

Например, многие считают, что у Tesla одна из самых передовых систем ADAS в отрасли. Но у компании есть постоянная проблема с ее транспортными средствами, которые врезаются в стационарные объекты, иногда со смертельным исходом. Лидар лучше, чем камеры или радар, при обнаружении неподвижных объектов, поэтому добавление лидара к автомобилям может предотвратить многие из этих аварий, делая системы ADAS более удобными для водителей.

До сих пор лидар считался слишком дорогим для автомобильного рынка, но ситуация начала меняться, и несколько компаний обещали лидарные датчики, которые будут стоить менее 1000 долларов в следующие несколько лет.

Ouster планирует подготовить свой датчик ES2 для массового производства автомобилей в 2024 году. Компания заявляет, что первоначально он будет стоить 600 долларов, а в последующие годы цена упадет до 100 долларов.

Ibeo не объявила цену на IbeoNext, но компания заявляет, что уже заключила сделку с Great Wall Motors, крупным автопроизводителем в Китае, о начале серийного производства в 2022 году.

Компании, не использующие лидары VCSEL, также устремились на этот рынок. Одним из наиболее известных является Luminar, который объявил о сделке с Volvo в мае. Volvo планирует выпустить автомобили с лидаром Luminar в 2022 году.

Читайте также:
iQOO 3 5G появится на Geekbench с Snapdragon 865, официальный плакат подтверждает 48-мегапиксельную камеру

Эти конструкции имеют разные сильные и слабые стороны. Пока что лидар Luminar может похвастаться большей дальностью — целых 250 метров. Это возможно, потому что Luminar использует лазеры с длиной волны 1550 нм — далеко за пределами видимого диапазона. Жидкость в человеческом глазу непрозрачна для света 1550 нм, а это означает, что лидар Luminar может использовать гораздо большую мощность лазера, не создавая опасности для глаз. Лидар Luminar также предлагает более широкое поле зрения, чем у Ouster.