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知微传感撬动激光雷达和3D相机“宏”市场

来源:微迷网

  发布:星之球科技

关键词:激光雷达 激光技术

2018-08-09

西安知微传感技术有限公司(以下简称:知微传感)坐落于古都西安。其核心团队成员在光学MEMS,尤其是MEMS微振镜领域有着近十年的研发积累,在MEMS微振镜的设计、制造、驱动、反馈、测试、封装和可靠性等方面积累有大量核心技术。知微传感以工业三维视觉硬件平台为入口,以MEMS微振镜技术为支点,自主研发了具有完全知识产权的核心芯片、核心模组和核心系统产品,期望撬动激光雷达和3D相机的“宏”市场。
 
麦姆斯咨询:知微传感成立于2016年12月,2017年底就获得了千万级的天使轮融资。我们一起见证了知微传感的快速发展。首先,请您介绍下知微传感的发展情况、主要产品和研发方向吧!
 
何伟:首先感谢MEMS圈内大V——麦姆斯咨询提供的这次机会,可以向大家介绍知微传感在MEMS方面的工作。MEMS包罗万象,品类众多,知微传感专注于光学MEMS执行器芯片——MEMS微振镜的开发及产业化。虽成立不足两年,但凭借团队之前数年的技术积累,成功实现MEMS微振镜的量产,并解决了用户最为头疼的闭环控制问题,推出了国内首款集成驱动、闭环控制、角度反馈的MEMS微振镜扫描模组。这也是目前全球最为易用的MEMS微振镜产品,用户只需提供5V供电,按需做好配置即可上手使用,大大缩短了用户的开发周期。
 
MEMS微振镜作为MEMS激光雷达(LiDAR)中不可或缺的组件,我们所推出的P11系列模组已经被国内绝大多数的LiDAR厂家采购用于产品开发。在我们和客户的共同努力下,成功实现了MEMS LiDAR在智能交通领域的批量落地应用,现已完成了千(K)级的出货量。相信在不远的将来,MEMS LiDAR会在智能交通、智能安防等领域率先获得令人瞩目的应用。
 
以MEMS微振镜为技术核心,知微传感开发了基于动态结构光的高精度3D相机,应用于工业3D视觉、高精度建模测量等场景。知微传感是目前国内唯一一家可以从底层技术开发满足客户场景需求,并实现MEMS 3D相机批量供货的企业。现在我们已与客户签订了数百万元的订单。
 
在MEMS微振镜的诸多应用领域中,知微传感将主要精力集中在三维视觉应用中,以三维视觉硬科技作为自己的产品定位,在未来坚持以贴近客户需求为导向,通过对MEMS微振镜这一底层芯片技术的不断创新,为客户开发经济可靠的应用产品而服务,最终实现共赢!
 
麦姆斯咨询:知微传感的核心团队成员在光学MEMS,尤其是MEMS微振镜领域经验丰富。您能介绍下目前知微传感的团队情况和专利布局吗?
 
何伟:知微传感在MEMS微振镜设计、工艺流片、封装测试均有经验丰富的专人负责,避免了设计与工艺实现脱节,确保了芯片开发的周期、质量可控。系统产品应用方面,团队成员有在三星工作多年的硬件工程师,在光学领域积累数十年工作经验的大牛,还包括软件工程师、测试工程师等完善的团队配置,才使得我们在短短一年多的时间推出了令客户满意的产品。在这里也表示对我们团队伙伴们的感谢!
 
知微传感从成立之初就非常重视产品的专利布局,深知专利是公司产品的基石。所以,我们从芯片到模组,再到系统应用和产品测试,在各方面都筑立了“专利护城河”,目前已申请专利近20项。
 
麦姆斯咨询:知微传感的产品布局全面丰富,涉及器件(MEMS微振镜)、模组(MEMS微振镜模组)和系统(3D相机)。我们先谈谈MEMS微振镜,知微传感的MEMS微振镜选择哪种驱动技术?主要技术优势是什么?对于代工和封测两个重要环节,贵司是如何布局和管控的?
 
何伟:常见的MEMS微振镜的驱动方式有三种,分别是:静电驱动、电磁驱动、电热驱动。我们所采用的是静电驱动,知微传感也是目前国内唯一一家实现静电驱动MEMS微振镜量产出货的企业。我们之所以选择静电驱动MEMS微振镜,主要在于它可以实现最小体积、最低功耗,其工艺相对简单,可靠性和成品率高,同时成本也最低,所以在我们所专注的三维视觉领域中(3D相机以及MEMS激光雷达)有着明显的技术优势。
 
在代工和封测环节中,我们与国内知名的FAB厂也已达成了合作,进一步降低产品成本,为客户提供更具竞争力的产品。同时我们与一家4寸线MEMS代工厂保持有紧密的合作关系,可以根据客户的需求进行快速的定制验证,满足不同用户的产品需求,通过快速试制,抢得市场先机。
 
麦姆斯咨询:在MEMS微振镜芯片的基础上,知微传感开发了MEMS微振镜模组。请介绍下知微传感的MEMS微振镜模组主要有哪些产品系列?这些系列产品的技术优势是什么?目前已经在哪些领域展开应用?请详细谈谈,谢谢!
 
何伟:目前,知微传感可随时提供的MEMS微振镜模组是我们的P11系列,分别是P1100和P1130这两款,对应不同的镜面尺寸、扫描频率,具体的参数欢迎大家到我们官网上查阅。此外,我们针对客户需求还进行定制的产品开发。这一系列模组最大的技术优势就在于高度集成:集驱动、闭环控制、角度输出为一体。这里重点谈谈闭环控制,也就是如何在不同环境因素下实现MEMS微振镜稳定的幅值和相位扫描。知微传感通过独特的专利技术实现了在大角度扫描下,MEMS微振镜稳定可靠工作,并将其封装在MEMS扫描模组中,用户不用去关心MEMS微振镜如何去工作,只需要供电和做好配置即可实现预期扫描。
 
目前,P11系列模组的主要客户集中在MEMS LiDAR领域,还有部分用户用在测量、检测设备中。在LiDAR应用中,我们从2017年就开始给客户推介MEMS方案,当时这一方案还难以被接受,只有少数几家企业愿意尝试开发。但从今年以来,MEMS LiDAR已被大家普遍认可,客户数量也较去年翻了几番,目前国内绝大多数LiDAR企业都在和我们合作。
 
这里我想特别谈谈一家与我们合作比较紧密的客户,我非常佩服他们的技术敏锐度。他们是从去年就开始与我们共同合作开发MEMS LiDAR,研发历经半年多,终于实现了落地。在去年冬季完成了他们客户现场的数百套产品的环境可靠性验证,实现了批量应用。在今年又将实现数千套产品的出货。这一客户应该是国内首家实现MEMS LiDAR批量落地的企业,这一场景也并非大家常听到的自动驾驶、无人驾驶领域,而是智能交通领域,应用于智能分车、车流监控等场景。就我们的了解,MEMS LiDAR可能在智能交通、智能安防等领域将比在车载领域跑得更快!
 
麦姆斯咨询:采用MEMS微振镜的混合固态LiDAR被业界认为是最有希望快速成熟的方案,Innoviz已对外宣布其MEMS LiDAR将于2021年用于商业汽车上。请您大胆预测下混合固态LiDAR的量产时间点和规模吧!国内是否有机会拔得头筹?
 
何伟:其实如刚才所提,MEMS LiDAR已经实现量产,您在这里应该专指车载MEMS LiDAR。对于车载MEMS LiDAR这也是知微传感重点关注的方向,大家的共识是短时间内无法给公司带来大额现金流,但都一致看好自动驾驶和无人驾驶的前景,目前的布局战略意义重大。也如您所说采用MEMS微振镜方案的LiDAR是被认为产品化和商业化路径最短的方案,我们目前也在与国内多家车载LiDAR企业合作,从初创公司到巨无霸公司,大家都在投入非常大的人力、物力。在车载LiDAR应用中,我们非常看好其在L3及以上级别的自动驾驶中ADAS(高级驾驶辅助系统)的应用:如行人探测。我们认为在未来3至5年就将看到其在商用车中被采用。
 
在LiDAR领域中,国内外的企业确实存在一定的差距,如Innoviz或英飞凌等企业,他们在MEMS芯片层面或自研或收购,都有着数年积累,对于MEMS的扫描特性都有着非常深入的了解,系统也都是从底层开始优化设计,所以产品性能暂时领先。但这不代表我们国内的企业就没有机会,中国自动驾驶企业数量占全球之首,市场需求巨大,而技术的发展由需求驱动才是最快的,国内企业的交流和技术支持又占据着地利优势,相信在大家的深入合作中,搭载我们中国扫描芯的MEMS LiDAR很有机会拔得头筹!
 
麦姆斯咨询:知微传感的MEMS微振镜模组瞄准的主要应用之一就是MEMS LiDAR。那么,知微传感将在自动驾驶领域如何布局?是否已经和自动驾驶产业链相关企业开展合作?
 
何伟:我们可以看到从2017年以来LiDAR企业如雨后春笋般涌现出来,从2018年大多数瞄向自动驾驶企业的方向开发开始转向MEMS LiDAR。在这一过程中,知微传感将以提供核心扫描组件作为切入点,为LiDAR开发商提供标准化芯片模组,以定制化的产品与客户进行深度合作,与客户共同实现应用产品开发、车规合规测试等一系列合作,实现在自动驾驶领域的布局。
 
是否已经和自动驾驶产业链相关企业开展合作?答案是肯定的。主要的合作企业有LiDAR企业、有意向车载领域布局的模组厂。因为签有保密协议,暂时还不方便公开具体合作伙伴。不过相信合作成果将是非常值得期待的!
 
麦姆斯咨询:目前3D成像和传感产业非常火热。据Yole预计,3D成像和传感市场规模将从2017年的21亿美元增长至2023年的185亿美元,复合年增长率为44%。MEMS微振镜模组在3D成像和传感产业主要有哪些应用?请您为大家做一下详细介绍。
 
何伟:3D成像和传感技术因iPhone X而被大家所熟知,结构光技术又重新回到了人们的视野中。其实结构光方案由来已久,从三维扫描仪到体感游戏,都使用了这样的技术,区别是对精度要求高的场景:如三维扫描仪使用了动态结构光;对体积和成本要求苛刻的场景使用了静态结构光(如散斑)。
 
而MEMS微振镜的出现,给大家展示了精度、体积、成本可以兼得的方案。在3D成像中MEMS微振镜可以取代DLP(数字光处理,采用TI数字微镜阵列)方案用于实现动态结构光,基于MEMS的3D相机使用MEMS微振镜与激光实现动态结构光投射。动态结构光3D成像具体原理如下:由一个摄像机和一个结构光投影仪组成,结构光投影仪向被测物体投射多组明暗相间的光栅图像(随时间可调制),摄像机同时拍摄经被测物体表面调制而变形的多组光栅图像,通过一定算法计算出被测物体的三维数据。
 
 
知微传感撬动激光雷达和3D相机“宏”市场
 
动态结构光3D成像原理示意图
 
MEMS结构光发生器结合了MEMS微振镜与激光的优势,实现无焦的结构光投射,体积和成本较传统DLP方案也有明显的优势。
 
知微传感撬动激光雷达和3D相机“宏”市场
 
知微传感提供的基于MEMS微振镜的结构光发生器
 
基于MEMS微振镜的3D相机可以实现亚毫米级,甚至更高的深度精度,相比较采用同样小体积散斑静态结构光方案的3D相机,精度提升有至少一个数量级。而相比同样精度的三维扫描仪,其体积小、重量轻、无需调焦等特点扩展了高精度三维视觉的应用场景。
 
 
 
知微传感撬动激光雷达和3D相机“宏”市场
 
基于MEMS微振镜方案的3D成像原理示意图
 
麦姆斯咨询:3D成像和传感市场中消费类市场增长最为引人注目,复合年增长率高达82%,主要“推手”则是智能手机上的3D摄像头。知微传感是否会进军智能手机的3D摄像头供应链?如果是,目前处于什么阶段?您认为未来3D摄像头有望成为手机标配吗?
 
何伟:未来的虚拟世界必然是数字化的三维视界,手机无疑是获取三维信息最便捷的渠道,所以我们认为未来3D摄像头势必会成为手机的标配。目前的手机3D摄像头还只解决了3D人脸识别,很多的方案也还仅仅只是做活体判断,还有实现一些诸如人脸光效、表情映射等应用。而在不久的将来,随着5G的来临,AR(增强现实)、扫描建模等应用势必在手机中普及,能够实现更高精度的动态结构光方案在智能手机端也会将广泛应用。手机3D摄像头的发展也一定会颠覆诸多3D视觉应用场景,所以手机3D摄像头也一直是我们重点关注的方向。目前我们正在开发一款可作为手机插件的3D相机,扩展手机及其它终端的应用场景。同时我们也在做一些关于模组超小型化中的工作,做好手机端应用的准备。
 
麦姆斯咨询:在您看来,与苹果iPhone X的散斑结构光方案相比,基于MEMS微振镜的动态结构光方案有哪些优劣势?如果将动态结构光方案应用于智能手机中,存在哪些技术难题?同时,成本是否是另一项影响因素?
 
何伟:动态结构光从原理上可以实现比静态结构光更高的精度。我们可以简单来说明一下:(1)结构光方案的基本原理是三角法测距,都是主动投射具有一定特征的图案,只有主动光投射的部分能够获取到三维数据,静态结构光由于投射的是斑点,被测物体势必有部分是没有投射到激光的,这部分就会形成点云空洞。而动态结构光不同,它通过投射不断变化的编码光栅,使得被测物体表面任何一个位置都有光经过,所以实现了更高的精度。
 
(2)基于MEMS微振镜的动态结构光方案另外一个优势在于使用的激光更加安全,我们都知道目前手机端的3D方案均使用的是激光器(VCSEL),iPhone X中使用DOE(衍射光学元件)使得激光对于人眼来说是安全的,但如果一旦DOE元件不慎破裂,如不及时关断激光器,则经过准直的激光极有可能直射人眼,造成严重损伤,苹果在此处布局了一项特殊的保护装置专利来避免危害发生,而这也增加的3D模组的工艺难度。MEMS微振镜方案的安全保护机制则非常简单,MEMS微振镜不工作,则不触发激光。也不会与苹果产生专利冲突。
 
阐述了优势,我也谈谈MEMS微振镜动态结构光目前所遇到的一些问题,主要是帧率还不够高。基于散斑静态结构光的方案,由于使用一张图片就可以实现3D成像,而动态结构光需要采集多张图片才能实现,虽然MEMS结构光发生器每秒可以投射数千张图案,但由于产业链上暂时还难找到高帧率的摄像头,所以其3D成像的帧率目前还不高。这一问题需要通过摄像头的定制来解决。
 
在手机消费端应用,成本是极其敏感的问题,我们也做过一定的评估,MEMS微振镜在手机需求的量级下可以做到非常低的成本,并不比DOE元件贵多少,而且此方案对激光器功率要求比散斑方案要低很多(MEMS方案能量利用率更高,仅需200~300mw即能满足需求),激光器的成本更低,工艺和组装相比DOE更加容易,在成本上MEMS微振镜动态结构光方案并不存在劣势。
 
麦姆斯咨询:知微传感推出的3D相机的技术优势主要体现在哪些方面?请介绍目前已经商业化的应用领域,谢谢!
 
何伟:我们以工业场景为切入点,实现采用MEMS微振镜方案的3D相机快速落地,目前即将推出一款型号为Argus 100的3D工业相机,这一产品的优势体现在:(1)高精度;(2)小体积;(3)低成本。
 
 
知微传感撬动激光雷达和3D相机“宏”市场
 
知微传感推出的3D工业相机Argus 100
 
随着“工业4.0”的推进,机器人在智能制造领域的应用不断扩展,机器视觉也日趋火爆,3D视觉的需求也越来越多。Argus100就是用来解决机械臂的视觉定位、引导的产品。
 
 
知微传感撬动激光雷达和3D相机“宏”市场
 
知微传感的种子客户使用3D相机对待分拣物品进行扫描
 
获知物品的三维空间位置信息,从而引导机械臂进行分拣、抓取,这一应用在工业生产以及物流分拣领域已有多家种子用户使用开发。Argus100的小体积优势使得其可以安装于机械臂的末端来引导其工作,不像其他的3D相机需要架在固定位置进行扫描,这样扩展了机械臂的应用场景。
 
我们还有一个典型用户应用:在制鞋机器人中通过对鞋底扫描和鞋边位置进行提取,引导机械手对鞋底进行打粗、涂胶等工序,减少了人工支出,提高了生产效率。
 
上述应用领域,我们客户之前所使用的方案多为国外产品,价格非常昂贵,有些3D相机甚至比机器人本体都贵。而我们的产品在满足客户的需求前提下,成本只有国外产品的五分之一不到,我们同时还支持根据场景特点进行定制,由于我们是从最底层技术进行开发,能最大限度地满足客户对性能、成本等方面的需求,顺利完成客户系统集成的开发和应用。
 
麦姆斯咨询:请您谈谈知微传感的未来五年规划及企业愿景吧!
 
何伟:知微传感将专注于MEMS微振镜技术的开发,不断拓展微振镜的应用领域。在未来五年深耕MEMS LiDAR、3D相机领域,密切配合客户开发定制,实现国产MEMS LiDAR在自动驾驶和无人驾驶的应用;成为在工业、物流等领域3D相机的知名品牌,并走出国门,拓展工业3D相机国外用户;同时实现MEMS微振镜在手机等消费端的大批量应用。