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LiDAR à semi-conducteurs : un guide d'ingénierie approfondi sur les principes de travail, les compromis en matière de performances et l'évaluation des acheteurs
01 · Guide technologique LiDAR
Qu'est-ce que LiDAR à semi-conducteurs?
Le LiDAR à semi-conducteurs décrit une famille de technologies LiDAR qui réduisent ou éliminent les ensembles de balayage rotatifs conventionnels utilisés dans de nombreux systèmes LiDAR mécaniques.
Le terme ne décrit pas une architecture de capteur unique Les technologies MEMS, Flash LiDAR et optique à réseau phasé peuvent toutes apparaître dans les discussions sur le LiDAR à semi-conducteurs, mais elles orientent ou distribuent la lumière de différentes manières et ont des caractéristiques de champ de vision, d'emballage et de performance différentes.
Portée du produit CCH
CCH développe la technologie LiDAR à semi-conducteurs, mais le LiDAR à semi-conducteurs n'est actuellement pas proposé en tant que gamme de produits CCH internationale Cet article est fourni comme guide technologique.
Concept LiDAR à semi-conducteurs
Illustration conceptuelle uniquement Les modèles réels de direction et de balayage du faisceau dépendent de l'architecture LiDAR spécifique à semi-conducteurs.
02 Architecture Terminologie
LiDAR mécanique, MEMS et entièrement solide
La terminologie LiDAR n'est pas toujours utilisée de manière cohérente dans l'ensemble de l'industrie Comprendre comment le capteur analyse réellement l'environnement est plus utile que de s'appuyer uniquement sur l'étiquette marketing.
LiDAR mécanique
Le LiDAR mécanique utilise des assemblages mobiles macroscopiques pour balayer les mesures à travers la scène environnante.
- Ensemble scanner rotatif ou mobile
- Peut fournir une couverture de numérisation à grande échelle
- Architecture établie dans de nombreuses applications
MEMS LiDAR
MEMS LiDAR supprime l'ensemble scanner entièrement rotatif mais utilise toujours un miroir mobile microscopique pour le pilotage du faisceau Pour cette raison, les systèmes MEMS sont parfois décrits comme LiDAR quasi-solide.
- Pas d'ensemble de capteur rotatif complet
- Utilise un élément optique mobile microscopique
- Prend en charge les conceptions compactes de balayage directionnel
LiDAR entièrement solide
Les architectures telles que Flash LiDAR ou les réseaux optiques à commande de phase peuvent distribuer ou diriger la lumière sans ensemble de balayage rotatif ou mécanique conventionnel.
- Pas de scanner tournant traditionnel
- Potentiel d'emballage hautement intégré
- Le FoV et les performances restent dépendants de l'architecture
Le terme “olide LiDAR” est utilisé largement dans la littérature commerciale Lorsque vous comparez des capteurs, vérifiez le mécanisme de direction du faisceau réel, le principe de télémétrie et le modèle de balayage au lieu de supposer que chaque produit décrit comme solide se comporte de la même manière.
03 Technologies de pilotage de faisceaux
MEMS LiDAR contre Flash LiDAR contre OPA LiDAR
Les MEMS, Flash et LiDAR optique à réseau phasé sont souvent regroupés sous l'égide du LiDAR à semi-conducteurs, mais ils créent le champ de mesure de manières très différentes.
MEMS LiDAR
Un miroir microscopique oriente le faisceau laser dans un champ de vision défini Le capteur complet ne tourne pas, bien que le miroir MEMS lui-même se déplace.
Direction de faisceau
Mouvement micro-miroir
Force Typique
Numérisation directionnelle compacte et motifs configurables
compromis
La dynamique du FoV et du scan dépend fortement de la conception optique
Flash LiDAR
Flash LiDAR éclaire une scène plus large à un moment donné et mesure la profondeur à l'aide d'un récepteur d'imagerie plutôt que d'une direction séquentielle du faisceau.
Direction de faisceau
Pas de scanner séquentiel conventionnel
Force Typique
Détection compacte et capture simultanée de scène
compromis
La puissance, la sensibilité du récepteur et les performances de la lumière ambiante varient selon la conception
OPA LiDAR
Les réseaux optiques à commande de phase orientent la lumière électroniquement en contrôlant la relation de phase entre plusieurs éléments émetteurs optiques.
Direction de faisceau
Contrôle de phase optique électronique
Force Typique
Potentiel de direction hautement intégrée et non mécanique
compromis
Le FoV, l’efficacité, la fabrication et la maturité commerciale varient
Aucune de ces architectures n'est universellement supérieure Le meilleur choix dépend du champ de vision, de la distance de travail, de la distribution des points, de la taille du package, des exigences environnementales, du coût, de l'intégration logicielle et de la tâche de perception spécifique.
04 Mesure de Distance
dToF, iToF et FMCW : comment le LiDAR à semi-conducteurs mesure la distance
La direction du faisceau et la mesure de distance sont différentes parties de l'architecture LiDAR Un capteur peut utiliser une méthode pour diriger la lumière et une autre méthode pour calculer la distance.
Direction de faisceau réponses“où regarde le capteur ?” pendant que technologie de télémétrie réponses “comment la distance cible est-elle calculée ?” MEMS, Flash ou OPA ne doit donc pas être confondu avec dToF, iToF ou FMCW.
dToF
Le temps de vol direct mesure le temps de trajet entre l'énergie optique émise et son retour détecté, convertissant ces informations de synchronisation en distance.
iToF
Le temps de vol indirect dérive la distance de la relation de phase entre la lumière émise modulée et le signal optique reçu.
FMCW LiDAR
Le LiDAR à ondes continues modulé en fréquence utilise des techniques optiques cohérentes et des informations de fréquence pour dériver des informations de portée et, dans certaines mises en œuvre, des informations liées au mouvement.
La méthode de télémétrie influence la technologie des détecteurs, l'architecture optique, le traitement du signal et les performances du système Aucun principe de télémétrie ne doit être évalué indépendamment de la conception complète du capteur.
05 Longueur d'onde optique
905 nm contre 1 550 nm LiDAR
La longueur d'onde affecte la technologie des émetteurs, le choix du détecteur, la conception optique et les considérations de sécurité laser, mais elle ne détermine pas à elle seule si un LiDAR aura une meilleure portée ou des performances globales.
LiDAR proche infrarouge
905 nm
Le LiDAR 905 nm est largement utilisé dans les systèmes de télémétrie et de perception. Ses performances dépendent de la conception complète de l'émetteur, du détecteur, de l'optique, du filtrage et du traitement du signal.
LiDAR infrarouge à ondes courtes
1550 nm
1550 nm LiDAR utilise différents composants optiques et technologies de détecteurs Il offre différents compromis au niveau du système plutôt que de garantir automatiquement une plus grande portée ou une meilleure mesure.
Détecteur Technologie
Les matériaux et la sensibilité du récepteur diffèrent selon la longueur d'onde.
Composants optiques
Les lentilles, les filtres et les revêtements doivent correspondre au design optique.
Réponse cible
La réflectivité de la surface varie en fonction de la longueur d'onde et du matériau.
Coût Système
Le coût dépend de l'architecture optique et électronique complète.
Sécurité laser : vérifier la classification laser du fabricant réel et la documentation CEI 60825-1 applicable Un produit décrit comme étant de la classe 1 doit être confirmé à partir de la documentation spécifique du produit plutôt que déduit de la seule longueur d'onde.
06 Robotique et automatisation
LiDAR à semi-conducteurs pour AGV, AMR et robotique
Les architectures LiDAR compactes peuvent être attrayantes pour les robots mobiles et les systèmes d'automatisation où la taille du package, le champ de vision et l'intégration de la perception sont importants L'architecture appropriée dépend de la géométrie de balayage requise, des contraintes d'intégration et du logiciel de navigation.
01
Localisation AGV/AMR
Les mesures LiDAR peuvent fournir des caractéristiques géométriques utilisées par les logiciels de navigation pour la localisation et la correspondance de cartes.
02
SLAM & Cartographie
Les données de nuage de points ou de balayage peuvent prendre en charge la localisation et la cartographie simultanées lorsqu'elles sont combinées avec des algorithmes et des données de mouvement appropriés.
03
Perception d'obstacle
LiDAR peut fournir des informations de distance et de géométrie utilisées par les logiciels de perception en aval pour détecter ou caractériser des objets.
04
Fusion du capteur
Les systèmes robotiques peuvent combiner LiDAR avec des caméras, des IMU, de l'odométrie de roue et d'autres capteurs pour améliorer la compréhension environnementale.
LiDAR fournit des données de mesure plutôt qu'une navigation complète ou une classification d'objets par lui-même. Le SLAM, la localisation, la classification des obstacles et la planification des mouvements dépendent du logiciel en aval et du système robotique complet.
07 Facteurs de sélection
Comment évaluer un capteur LiDAR à semi-conducteurs
Comparer les capteurs dans les conditions qui comptent pour l'application réelle La plage de titres ou les nombres à débit ponctuel ne décrivent pas à eux seuls les performances complètes du système.
01
Conditions de portée et de test
Vérifiez la réflectivité de la cible, la taille de l'objet, l'angle d'incidence et les conditions ambiantes derrière la plage de travail indiquée.
02
Champ de Vue
Comparez le FoV horizontal et vertical avec la position de montage réelle et la couverture requise par l'application.
03
Résolution Angulaire
La résolution doit être évaluée par rapport à la taille de la cible, à la distance de travail et aux détails spatiaux nécessaires à la perception en aval.
04
Répartition des points
Le taux ponctuel à lui seul ne montre pas où les mesures apparaissent dans le champ de vision ni comment la densité change au fil du temps.
05
Taux de mise à jour
La fréquence d'images ou de numérisation affecte la rapidité avec laquelle l'environnement est rafraîchi lorsque les objets ou la plate-forme de capteurs se déplacent.
06
Réflectivité cible
Les surfaces sombres, réfléchissantes et très inclinées peuvent produire un comportement de mesure différent et une plage de détection efficace.
07
Environnement et évaluation IP
Considérez la température, la lumière du soleil, la poussière, la pluie, le brouillard, la pénétration d'eau et la contamination de la fenêtre optique.
08
Interface et SDK
Examinez la communication Ethernet, les horodatages, la synchronisation, la prise en charge du SDK et la compatibilité ROS /ROS 2 si nécessaire.
Données multi-échos/multi-retours
Certains LiDAR fournissent plus d'un retour ou écho depuis une direction de mesure Des informations de retour supplémentaires peuvent être utiles dans des scènes complexes, mais elles ne doivent pas être interprétées comme une solution universelle pour la pluie, le brouillard, la poussière ou les cibles transparentes Sa valeur dépend de la mise en œuvre du capteur et du logiciel en aval.
Comparez l'architecture de détection complète : le pilotage du faisceau, la méthode de télémétrie, la longueur d'onde, le champ de vision, la distribution ponctuelle, l'environnement, l'interface et le logiciel doivent tous être considérés ensemble.
08 Limitations et FAQ
Limitations LiDAR à semi-conducteurs et questions courantes
L'emballage compact ne supprime pas les limitations optiques et environnementales normales du LiDAR Les performances réelles dépendent toujours de l'architecture de détection, de la scène et des conditions de fonctionnement.
Lumière du soleil
Une forte énergie optique ambiante peut réduire les performances signal/bruit en fonction de la longueur d'onde, du filtrage et de la conception du récepteur.
Pluie, brouillard et poussière
Les particules et gouttelettes en suspension dans l'air peuvent atténuer la lumière ou créer des retours supplémentaires.
Surfaces réfléchissantes
Des cibles sombres, brillantes, transparentes ou très inclinées peuvent produire un comportement de mesure différent.
Conception thermique
Le conditionnement compact des capteurs nécessite encore une gestion optique, électronique et thermique appropriée.
Le LiDAR à semi-conducteurs est-il vraiment totalement exempt de pièces mobiles ?
Cela dépend de l'architecture et de la terminologie utilisées. Les conceptions Flash et OPA peuvent éviter le braquage mécanique conventionnel du faisceau, tandis que le MEMS LiDAR utilise normalement un miroir mobile microscopique et est parfois décrit comme quasi-solide.
Quelle est la différence entre le MEMS LiDAR et le LiDAR à semi-conducteurs ?
MEMS LiDAR est une architecture souvent incluse dans la catégorie commerciale plus large des LiDAR à semi-conducteurs. Il utilise un petit micromiroir mobile plutôt qu'un ensemble de scanner entièrement rotatif.
Quelle est la différence entre Flash LiDAR et MEMS LiDAR ?
MEMS LiDAR dirige séquentiellement les mesures à travers un champ de vision à l'aide d'un micromiroir, tandis que Flash LiDAR éclaire une scène plus large et mesure la profondeur à l'aide d'un récepteur d'imagerie.
Le LiDAR à 1 550 nm est-il toujours meilleur que le LiDAR à 905 nm ?
N° La longueur d'onde affecte la technologie des détecteurs, la conception optique et les limites de sécurité laser, mais la portée utilisable et la qualité de mesure dépendent de l'architecture complète du capteur.
Le LiDAR à semi-conducteurs peut-il fonctionner à la lumière du soleil ?
LiDAR peut fonctionner à la lumière du jour, mais une forte énergie optique ambiante affecte différemment les performances signal à bruit selon les conceptions de capteurs. Les performances réelles de la lumière solaire doivent être vérifiées dans les conditions pertinentes pour l’application.
Le LiDAR à semi-conducteurs fonctionne-t-il sous la pluie ou dans le brouillard ?
La pluie, le brouillard, la neige et les particules en suspension dans l'air peuvent atténuer les signaux optiques ou créer des retours supplémentaires L'effet dépend de la longueur d'onde, de la conception du capteur, de la gravité des conditions météorologiques et du traitement.
Le LiDAR à semi-conducteurs convient-il à la navigation AGV et AMR ?
Il peut être, à condition que le champ de vision, la portée, la distribution de points, le taux de mise à jour et l'interface logicielle correspondent à l'architecture de navigation De nombreuses applications AGV et AMR peuvent également être résolues avec le LiDAR 2 D industriel lorsqu'un plan de balayage horizontal fournit suffisamment d'informations environnementales.
Le LiDAR à semi-conducteurs est-il le même qu’un scanner laser de sécurité ?
No. “Solid-state” décrit l'architecture du capteur, et non la certification de sécurité fonctionnelle Un LiDAR ne doit pas être utilisé comme scanner laser de sécurité à moins que le dispositif et la fonction spécifiques n'aient la certification de sécurité requise.
LiDAR mécanique vs LiDAR à semi-conducteurs : lequel est le meilleur ?
Ni l'un ni l'autre n'est universellement meilleur Le LiDAR mécanique peut offrir une large couverture de numérisation, tandis que les approches à semi-conducteurs peuvent prendre en charge un emballage compact et différents modèles de numérisation Le bon choix dépend de l'application.
Le LiDAR à semi-conducteurs est-il moins cher ?
Pas nécessairement Le coût dépend des composants optiques, des émetteurs, des détecteurs, de l'emballage, du volume de production, des exigences de performance et du support logiciel L'architecture seule ne détermine pas le prix.
CCH vend-il actuellement du LiDAR à semi-conducteurs à l’échelle internationale ?
Pas actuellement. CCH développe la technologie LiDAR à semi-conducteurs, mais le LiDAR à semi-conducteurs n'est actuellement pas proposé en tant que gamme de produits CCH internationale. Les offres internationales actuelles de LiDAR se concentrent sur le LiDAR 2 D industriel.
Choisissez la bonne architecture LiDAR
Besoin de LiDAR pour un AGV ou un Projet d'Automatisation Industrielle ?
Si votre application nécessite des données de télémétrie horizontale, de localisation, de détection ou de navigation, le LiDAR 2 D industriel CCH peut fournir une solution plus simple Pour la protection du personnel, utilisez un scanner laser de sécurité conçu pour la fonction de sécurité requise.