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       總結一下,主要參考於MEMS市場調研 MEMS.ME, 必須找專業的分析和諮詢公司才行,或者活躍在前沿的資深行業專家。市場分析只能給出大致的銷售狀況,還不能給出詳細的技術資料對比。

        從三維重建的演算法、技術原理和效果引數上分析,結構光可以適應一般室內場景,而近距離場景則更適合使用TOF技術,而室外場景則更傾向於使用雷達。

       在使用TOF的廠商中,Primesense已經被收購、ST意法半導體與英飛凌公司在產品升級中更新較快,其中英飛凌主要與相機提供商PMD合作。inuitive在TOF相機小型化發力許久。

引文:MEMS的主要原理製造及應用簡介,講解了幾個主要的微機電系統

          2018國際物聯網論壇會議,一文看懂自動駕駛感測器產業鏈,此文對無人駕駛的感測器作了相當對的分析

一. 全 感測器

參考:《MEMS產業現狀-2018版》………………

從探測到環境意識,MEMS將從一種感測技術蛻變成全面的感知能力

MEMS和感測器最初主要開發用於“基本”的物理感測,例如振動和壓力。然後,開發了加速度計和陀螺儀,這在設計方面需要巨大的研發投入。

隨著更多的研發投入,MEMS從物理感測器,發展到光管理(例如MEMS微鏡),再到紅外感測(例如微測輻射熱計)。這為感測器首次超越人類感官創造了可能。從物理/光的技術角度來說,MEMS的發展還受到了聲學感測器(例如MEMS麥克風)的驅動。

如今,MEMS和感測器的發展旨在大幅超越人類的感知極限,具備了超聲波、超光譜和射頻感測能力。甚至,我們可以想象下一代用於情感/心理共鳴感知的感測器。

得益於感測器的三個發展階段,這些終將實現:

1、在MEMS早期階段,它們主要是探測器,幾乎無法提供良好的精度;

2、隨後,MEMS發展到具有測量能力,提高了精度,並增加了額外的可測量引數(紅外、聲波、超聲波等);

3、我們相信下一步將是“全域性感知意識”。這意味著感測器和MEMS將能提供全域性環境地圖構建能力(例如LiDAR的3D環境感知,此外,利用聲波、超光譜波等技術也能實現)。多感測器融合和人工智慧將成為實現這一里程碑的關鍵基石。

從探測走向全域性感知意識

從探測走向全域性感知意識

二、從CCD到CMOS:在相機模組級有可能導致新廠商出現的主要變化

參考: 《工業和自動化領域內的機器視覺-2018版》……………..

在技術方面,影象感測器從CCD到CMOS的轉變極大地簡化了相機設計,更容易商品化。將相機功能整合到CMOS影象感測器中也導致相機可用單個電路板實現。這種單板相機反過來又會影響供應鏈,把機器視覺相機廠商的地位提升。因此,我們可以看到新興的相機廠商將這些單板相機整合到新的系統、新的應用和智慧相機中。

工業相機的演進

工業相機的演進

注:在CCD應用中,大部分功能都是在相機的電路板上進行的。當應用需要修改時,設計人員可以改動板級電路而無需重新設計影象感測器晶片。在CMOS影象感測器中,電荷轉換成電壓的工作是在每一畫素上進行的。CMOS影象感測器晶片在畫素級把電荷轉換成電壓,而大部分的功能則整合進晶片。這樣所有功能可通過單一電源工作,並能夠實現依照感興趣區域或是開窗靈活讀出影象。 一般來說,CCD採用NMOS技術,因而能夠通過如雙層多晶矽、抗暈光(Anti-blooming)、金屬遮蔽和特定起始物料互相覆蓋等特定工藝實現效能。而CMOS則是基於積體電路的標準CMOS工藝技術生產,再根據客戶要求加入成像功能。

板級相機

板級相機

將相機模組整合到系統和智慧相機中也受到來自智慧手機技術的推動。片上系統(SoC)和移動產業處理器介面(MIPI)使得開發智慧視覺系統變得更加容易。智慧相機流行的一個例子是Specim公司最近釋出的多光譜相機產品。

機器視覺的十字路口

機器視覺的十字路口

機器學習(Machine Learning,ML)是使智慧相機能夠廣泛應用的一項重要技術。例如,2017年康耐視(Cognex)收購了深度學習軟體公司Vidi Systems,目的是將深度學習應用到智慧相機中。機器視覺和深度學習等技術對自動駕駛汽車將產生重要的影響,推動相關市場迅速成長。預計到2023年,自動駕駛汽車領域的機器視覺相機市場將超過9億美元,佔據整個機器視覺相機市場的四分之一。

三、3D成像和感測器市場分析2017

把握3D成像和感測商機,佈局核心元器件和技術

由於大量方法並存,各種3D成像和感測技術在消費類領域角逐,這是市場不成熟的典型表現。每種應用領域都在發展自己的“技術調調”,並有多家公司為不同的市場利基而奮鬥。

然而,未來五年之內,上述情況將發生重大變化,因為隨著即將到來的“殺手級應用”將會帶來一系列3D成像和感測產品及相關廠商。重大事情(Big things)正處於地平線上,特別是飛行時間(ToF)技術和結構光(SL)技術,將面臨重要的發展機遇。

半導體廠商在3D成像和感測領域擁有很大的發揮空間,因為涉及的元器件種類很多,諸如單光子雪崩二極體(SPAD)、垂直腔面發射鐳射器(VCSEL)、MEMS掃描鏡、近紅外影象感測器等,涉及的主要技術包括3D混合堆疊BSI、飛行時間法、結構光法、雙目視覺法,以及其它軟體演算法等。

3D成像和感測技術對映(解析度 vs. 價格)

3D成像和感測技術對映(解析度 vs. 價格)

四、ISP處理器

        ISP專門引用於處理來自光感裝置的訊號,獨立ISP相對研發生產消耗較高。

       片整合方式而言,將影象感測器和ISP通過封裝整合於一顆模組可以有效降低成本,而業界領頭羊索尼已經將影象感測器和ISP直接整合於一顆晶片。2017年,索尼推出的CMOS影象感測器IMX400採用三層堆疊式結構:頂層為CIS,中間層為DRAM,底層則是ISP。全新的三層晶片能夠在1/120秒內讀取1930萬畫素圖片,是IMX318晶片的4倍。這減少了讀取每個畫素行的時間間隔。這對於缺乏機械快門來控制曝光的智慧手機尤其重要。

索尼CMOS影象感測器晶片IMX400的三層堆疊結構

索尼CMOS影象感測器晶片IMX400的三層展示:CIS、DRAM與ISP

索尼CMOS影象感測器晶片IMX400的三層堆疊結構

目前全球範圍內主要被歐洲和日本巨頭所壟斷,如意法半導體、德州儀器、英飛凌、恩智浦、安霸、索尼、東芝、富士通等。而在國內,北京君正、全志科技和瑞芯微藉助前幾年平板電腦的爆發期也獲得快速成長,此外還有一些新興的創業型公司,如興芯微。

五、MEMS廠商與產品廠商的合作

     2018年世界行動通訊大會上,Leica Camera(萊卡)和全球領先的高效能飛行時間(ToF)深度感測解決方案無晶圓廠IC供應商pmd technologies(以下簡稱pmd)聯合宣佈,雙方建立戰略聯盟共同開發並市場化移動裝置應用的3D感測攝像頭解決方案。

國內指紋晶片市場動向

      指紋識別晶片商使出這些花招

雖然蘋果(Apple)2018年新款iPhone及Android陣營新一代旗艦級智慧手機,都計劃全面升級3D感測功能,但兩岸指紋識別晶片供應卻抓緊外商退出市場的契機,努力將旗下指紋識別晶片產品線更多元化的發展,包括神盾順利拿下三星電子(Samsung)2018年下半新款Note 9訂單,匯頂也以最新的光學指紋識別晶片解決方案搶下小米新一代智慧手機訂單,在每年需求量能最大的全球中、低端智慧手機市場仍急需新一代指紋識別晶片解決方案下,兩岸指紋識別晶片供應商聯手操盤的局面已大勢底定。

神盾在先後拿下三星電子A、C、J、S系列智慧手機指紋識別晶片訂單後,三星電子2018年下半最新智慧手機Note 9訂單,也可望由神盾一家獨吞,在第3季可望大量交貨下,市場多樂觀神盾第3季營收及獲利表現可望再次明顯往上跳高,公司董事長羅森洲也在股東會中表示除了既有,2018年除既有客戶訂單量持續成長外,主力的指紋識別晶片解決方案也成功打入全球高階智慧手機市場,在公司指紋識別晶片產品線的全球市佔率仍不斷往上走強下,預估2018年公司營運表現仍可望呈現兩位數以上的成長力道。

為迎戰最新的3D感測應用及人臉識別商機,神盾一方面繼續多元化指紋識別晶片產品線的市場佈局動作,不斷強化在全球中、低端智慧手機市場的成本競爭力,同時也計劃擴大在門禁、車用及消費性電子產品上的指紋識別應用佈局策略;此外,為深耕全球生物識別技術市場,神盾也開始佈局包括虹膜識別、結構光、飛時測距(ToF)等3D感測技術,希望讓自家生物識別晶片產品線的應用完整度及技術成熟度,升級到更多、更大、更強的層次,一同與終端品牌客戶創造市場雙贏的局面。

匯頂則在旗下指紋識別晶片產品線接連拿下華為、Vivo及小米訂單後,公司全新一代的光學指紋晶片及模組解決方案,也已成功獲得小米新款智慧手機產品的指定採用,在螢幕下光學指紋識別晶片解決方案可望一口氣改善強光干擾、低溫環境、手指雜訊等多項應用變數,又可為終端品牌手機業者節省3D感測模組的昂貴成本及工藝設計美觀問題後,光學指紋識別晶片解決方案的市場詢問度已快速飆升,預期2018年下半將有更多大陸品牌手機業者的新一代智慧手機產品將採用光學識別晶片解決方案,這將是匯頂技術、市場、產品及客戶升級的最大推手。

六、3D感測器市場多方混戰

      應該多去展會瞧瞧

      根據集邦科技(TrendForce)的調查分析,光在移動裝置上的3D感測模組市場產值就出現了跳躍式的成長,市場規模預計將從2017年的15億美元,成長到2020年的140億美元,年複合成長率為209%。未來若AR和汽車也開始逐步採用3D感測技術,則相關的元件市場更會呈現倍數的成長,因此相關的供應鏈無不加緊研發或者擴增產能。

低成本、高精度ToF技術成應用主流

首先得先介紹一下時差測距(time-of-flight,飛時測距)技術。不同於使用2D影象來推算3D資訊,ToF是透過紅外光在空氣中的飛行時間,計算出目標體的距離。ToF技術也是機器視覺工業的重要里程碑,因其只需要使用低成本的CMOS感測器和主動光源技術就能提供3D場景的距離景深資訊。

此外,不同於單點逐點掃描方式,ToF是每個圖元都能測量對應目標體的亮度和反射回來的到達時間,從而計算出該點對應的距離景深。ToF提供了視角範圍內場景的整個解析度的距離景深資料。該技術結構簡單,容易使用,不依賴環境光,且兼具高精度和高幀率。

圖一: ToF的技術原理(source: terabee . com)

英飛凌攜手pmdtechnolgies AG 主打手機辨識

雖然沒有自有3D感測器技術,但英飛凌(Infineon)找了一個相當強大的合作伙伴:PMD-technolgies AG,共同合作推出新一代3D影像感測晶片解決方案,專門針對有感測需求的移動裝置,提供非常小尺寸且高效的感測與辨識功能。

這款感測晶片採用飛時測距(ToF)技術,內建英飛凌的REAL3處理晶片,是全球最小巧的攝影機模組,面積不到12mmx8mm,並內含接收光學元件與VCSEL(垂直腔面發射雷射)照明。

英飛凌指出,該款晶片集結了德國與奧地利兩地團隊的專業知識,於德國慕尼黑和奧地利格拉茲研發,並在德國德勒斯登生產。而相較於其他3D感測原理(例如:立體光或結構光等),ToF技術在電池供電的移動裝置能提供更佳的效能、尺寸、及功耗表現。

圖三: 英飛凌與PMD-technolgies AG,共同合作推出新一代3D影像感測晶片解決方案。

意法半導體推出世界最小的ToF模組主打小型應用

而同樣看好3D感測器市場的商機,意法半導體(STMicroelectronics;ST)近期也釋出了第二代鐳射測距感測器VL53L0。新款感測器同樣基於其市場知名的FlightSense技術,能實現更快、更遠、更精確的測距功能,大幅提升手機和平板電腦的拍照效能,為機器人、使用者辨識、無人機、物聯網和穿戴式裝置市場開拓新的應用機會。

ST指出,這款VL53L0感測器尺寸僅有4.4 x 2.4 x 1mm,是世界上最小的ToF模組,同時還是首款整合了940納米制程的VCSEL光源、SPAD 光子檢測器和先進微控制器的測距感測器。

VL53L0能夠在一幀畫面內完成全部測量操作,用時通常小於30ms,距離小於2米,能大幅改善拍照系統在攝像和連拍模式下瞬間對焦的效能,甚至在低光或低對比度場景中保持同樣的效能表現。此外,由於測距精確度非常出色,VL53L0還可提升智慧手機應用效能,包括雙攝像頭深度圖(dual-camera-based depth-mapping)。

圖四: ST指出,這款VL53L0感測器尺寸僅有4.4 x 2.4 x 1mm,是世界上最小的ToF模組。

德州儀器OPT8241和ST-VL53L0X的對比

ST-VL53L1X基於新的矽專利技術和模組級架構,首次在模組上引入光學鏡頭。鏡頭的加入可提升感測器核心效能, 使感測器可偵測的距離更遠。這些先進特性將機器人、使用者檢測、無人機、物聯網、穿戴裝置等感測器效能提高到新的水平。

意法半導體新品VL53L1X適用於高速測距裝置

新感測器模組在4.9 x 2.5 x 1.56mm封裝內整合一個新的鏡頭系統和940nm VCSEL不可見光源、處理器核心和 SPAD光子檢測器。新增的光學鏡頭系統可提升光子檢測率,從而提升模組的測距效能。內部微控制器負責管理全部測距功能,執行創新的數字演算法,最大限度降低主處理器開銷和系統功耗,使移動裝置的電池續航能力得到最大限度提升。

新產品VL53L1完成一次測量操作只需16ms,適用於高速測距應用裝置。關於智慧手機自動對焦,新感測器檢測速度比一代產品提高一倍。此外,VL53L1將感測器最大測量距離也提高一倍,達到4米,與廣泛使用的2100萬畫素鏡頭的超焦距非常匹配。

將TOF測距長度擴至4米 測距時間只需5ms

VL53L1X是ST推出的第三代FlightSense技術,其4.9 x 2.5 x 1.56mm封裝內整合一個新的鏡頭系統和940nm VCSEL不可見光源、處理器核心和 SPAD光子檢測器。新增的光學鏡頭系統可提升光子檢測率,從而提升模組的測距效能。內部微控制器負責管理全部測距功能,執行創新的數字演算法,最大限度降低主處理器開銷和系統功耗,使移動裝置的電池續航能力得到最大限度提升。意法半導體影像產品部技術市場經理張程怡笑著表示:“去三亞海灘,再也不擔心為強光下或是吃燭光晚餐的時候拍不好照片而煩惱了。”

同第二代產品“VL53LOX”相比,VL53L1X將TOF測距長度擴至4米。而且測量速度較上一代產品更快,測距時間只需5ms。與其它測距感測器技術相比,意法半導體的新專利演算法和直接飛行時間架構能夠耐受更遠距離的串擾,讓VL53L1完全相容更多的玻璃蓋板材料和設計樣式。為方便使用者快速整合,基於I2C的VL53L1模組配備一整套軟體驅動器和技術文件。

新產品VL53L1創新的高效能設計架構可偵測同一個場景記憶體在的多個目標,還讓裝置廠商能夠把SPAD感測器陣列再細分成數個子區,為這些小感測區客戶應用提供雙攝像頭立體視覺計算以及簡單深度圖應用所需的空間測距資訊。


七、3D成像技術-工業CMOS處理器

此文分析了幾種方法的對比,比較詳細

2.3Lasertriangulation鐳射三角測量

  鐳射三角測量系統由2D相機,鏡頭,鐳射器組成,通過測量從被測物表面反射的光來確定被測物的位置。鐳射器將光斑投射到被測物,反射光通過成像相機聚焦在光敏裝置上。根據鐳射相對被測物表面的距離,鐳射點出現在相機視野中的不同位置。這種技術稱為三角測量,由鐳射點,照相機和鐳射發射器形成三角形。

  高解析度鐳射器通常用於需高精度,穩定和低溫度漂移的位移和位置監測應用中。

  

Figure 3–鐳射三角測量原理圖

  Pros

  Cons

  •高精度測量

  •免疫散焦

  •儘可能的距離和灰度融合

  •相對較高的速度檢查

  •適合近距離測量

  •結構光技術對環境光敏感

  •限於掃描應用程式

  •複雜演算法和校準

  •對結構化或複雜表面敏感

還是檢視專業的資料文件吧

八、Vertical Cavity Surface Emitting Laser,

       參考:國內VCSEL產業發展現狀

                鐳射諧振效應, VCSEL技術即應用簡介分析

        063ednc20170925

                      圖3 鐳射二級管發射鐳射的原理示意圖

     目前,致力於移動端設計的VCSEL晶片生產公司全球只有七八家,例如Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon(已被AMS收購)、ⅡⅥ等公司,且大部分在美國,它們在移動端VCSEL處於前沿的研發角色。而據媒體報道,為iPhone 8提供VCSEL鐳射器的生產商是Finsar公司、Lumentum公司和II-VI公司三家。

  國內產業鏈上也已經開始準備切入這一市場。而現有的VCSEL器件廠家包括武漢光迅,江蘇華芯,山東太平洋,深圳源國等也都在積極準備。相比之下,光通訊領域中,國內光通訊器件廠商光迅科技已有VCSEL商業化產品推出,但是在消費電子領域,國內尚無一家擁有VCSEL晶片量產能力的企業。

  科研領域中,中科院長春光機所在VCSEL的研究處於世界前沿地位。2014年5月長春光機所在國內首次研製出鹼金屬原子光學感測技術專用的795 nm和894 nm VCSEL鐳射器,可作為核心光源用於晶片級原子鐘、原子磁力計、原子陀螺儀等鹼金屬原子感測器。

  除此之外,還有吉林大學、長春理工大學、北京郵電大學、西南交通大學、廈門大學、華中科技大學、中科院半導體所、中科院物理所等高校及科研院所均對VCSEL開展了不同層次的研究。

  目前結構光產業鏈一流供應商皆已被蘋果鎖定,國內廠商在Fliter(水晶光電)、模組(歐菲光)方面具備較強實力,但在VCSEL、DOE、WLO、IR CIS、3D影象處理晶片方面能力欠缺。綜合來看,

  光迅科技:全面覆蓋光有源器件和無源器件,擁有大量生產1G和小批量10G VCSEL能力,年自制晶片產量超過四千萬片。具備工業級VCSEL鐳射器的生產能力。

  三安光電:覆蓋晶片、微波積體電路代工、光通訊。擁有從可見光到不可見光全系列產品,同時在上游原材料(基材和氣體)以及下游應用(汽車照明)進行全產業鏈佈局。

  華工科技(華工正源):中國鐳射行業的領軍企業,子公司華工正源是中國最具影響力的光通訊器件供應商之一。

  理工光科:光纖感測方面具備豐富的技術能力,有望在Vcsel的應用中獲得機會。

  華工科技:子公司華工正源是國內領先的光模組製造商。

  新易盛:國內光器件領域的後起之秀,體制機制靈活。

應用場景:由於VCSEL模組要應用在手機相機中,在解決光模組封裝後還要解決與相機組建的一體化封裝問題。在相機中,鐳射模組功能類似於鐳射雷達,相機感光CCD只能解決平面成像,前段時間探討的雙目攝像頭受限於手機尺寸也很難真正形成3D效果,只有直接裝上鐳射雷達VCSEL可以直接解決問題,支撐未來3D玻璃顯示、VR應用、人臉識別應用等多種應用場景。

九、3D相機的商業前景、屬於誰

       文章:相機廠商奧比中光融資兩億美金

      2018年年6月。今天,3D 視覺感知供應商奧比中光獲得螞蟻金服領投的 D 輪 2 億美元融資,這在某種程度上證明了從 2017 年中下旬就暗潮湧動的 3D 攝像頭產業鏈,已經進入最好的發展週期。

……………………

        在消費電子領域,尤其是手機領域,由大立光這樣的鏡頭供應商提供零部件,舜宇這樣的模組廠商進行組裝,華為這樣的手機廠商再從模組廠商進行採購,這樣的分界線很難打破。
  「因為蘋果 iPhone X 的出現,帶動了舜宇、歐菲光這樣傳統 2D 攝像頭的公司衝入市場,創業公司已錯過最好的視窗期,大公司才有機會。」陳彬指出,傳統企業已經開始加大 3D 感測器的研發投入,

  「海康為什麼可以把所有的安防廠商殺得片甲不留,就因為同等的技術,價格比你低,因為我的量大,所以成本反而比你低。」

……………………………..

        實際上,除了機器人之外,所有涉及機器視覺的智慧硬體廠商,都可能是潛在客戶。比如 VR/AR 裝置,它們都需要 3D 攝像頭進行環境感知、建模,手勢識別等等。

  據 ABI Research 的資料顯示,VR 裝置在 2020 年,累計出貨量將超過 1 億臺,Grand View Research 的資料表明,2024 年 AR 裝置年銷售額將達 1002 億美元。52RD.

      此外,下注十大中國核心資產,拒絕“油膩”的舜宇光學技術優勢:公司是國內少數能將光、機、電、算技術綜合應用於產品開發和大規模生產的光學企業,在特種鍍膜技術、光學非球面技術、自動對焦/變焦技術、硫系玻璃材料開發應用技術、嵌入式軟體技術、3D掃描成像技術、三維超精密振動測量技術、微量元素分析檢測技術、超高畫素模組製程技術等核心光電技術的研究和應用上處於國內行業領先水平。

十、2020 年國內車載攝像頭市場需求量測算

攝像頭產業鏈主要有鏡頭組、 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,即互補性金氧半導體)、 DSP(Digital Signal Process 即數字訊號處理器)、模組封裝等環節組成。近幾年,智慧手機的高速增長帶動了攝像頭市場的蓬勃發展,但是從 2014年開始智慧手機的增速已轉緩,手機攝像頭未來的增長率也必將放緩。隨著車載攝像頭市場的興起,手機攝像頭產業鏈各個環節的產能將向車載攝像頭產業轉移,預計未來CMOS、鏡頭、 模組封裝等產業鏈環節將繼續保持高增長。

車載攝像頭產業鏈

CMOS 是攝像頭的核心部件,廣泛應用於車載攝像頭上。 CMOS,是攝像頭的感光元件,相比 CCD(Charge-coupled Device,即電荷耦合元件)感光元件成像質量稍差一些,但是成本更低,也更加省電,在畫素要求不高的車載攝像頭領域應用十分廣泛。另外 CMOS相對於 CCD 也有兩個重要優勢:

1)速度快。 CMOS 光電感測器採集光訊號的同時就可以取出電訊號,還能同時處理各單元的影象資訊,速度比 CCD 電荷耦合器快很多,高效能的 CMOS 攝像頭影像採集速度能高達 5,000 幀/秒;

2)高動態範圍。在車輛高速行駛時,光線條件變化劇烈且頻繁, COMS 即使在亮度差別較大的環境中仍能快速識別周邊物體。CMOS 價值約佔到攝像頭成本的三分之一,基本被外資品牌把控。 Sony、 Samsung 和OmniVision 三家企業的市場份額超過 60%。

Sony 在全球 CMOS 感測器領域常年佔據市場份額第一的位置,憑藉其在 CMOS 積累的深厚技術,加上收購了 Toshiba 影像感測器業務,其市場份額有望進一步擴大。 CMOS 市場基本被外資品牌把控,國產品牌的話語權較弱。OmniVision 是國內 CMOS 封裝企業晶方科技的大股東之一,也是晶方科技的大客戶。因此晶方科技有望在 CMOS 需求量大幅增長的情況下受益。

2015年CMOS的市場份額

毫米波雷達: ADAS 核心感測器

毫米波是指波長在 1mm 到 10mm 之間的電磁波,換算成頻率後,毫米波的頻率位於 30GHz到 300GHz 之間。毫米波的波長介於釐米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點。毫米波雷達在導彈制導、目標監視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通訊、衛星遙感等領域都有廣泛的應用。近些年,隨著毫米波雷達技術水平的提升和成本的下降,毫米波雷達開始應用於汽車領域。

不同波長雷達的應用場景

毫米波雷達具有眾多優點,是 ADAS 核心感測器。毫米波的波長介於釐米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點: 1)同釐米波導引頭相比, 毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間解析度高的特點; 2)與紅外、鐳射等光學導引頭相比, 毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強,傳輸距離遠,具有全天候全天時的特點; 3) 效能穩定,不受目標物體形狀、顏色等干擾。 毫米波雷達很好的彌補瞭如紅外、鐳射、超聲波、攝像頭等其他感測器在車載應用中所不具備的使用場景。

毫米波雷達探測距離遠,精度高,是 ACC、 AEB 首選感測器。 毫米波雷達的探測距離一般在 150m-250m 之間,有的高效能毫米波雷達探測距離甚至能達到 300m,可以滿足汽車在高速運動時探測較大範圍的需求。另外,毫米波因波長較短,彌散程度低,聚焦性好,因此毫米波雷達的探測精度較高。這些特性使得毫米波雷達能夠監測到大範圍內車輛的執行情況,同時對於前方車輛的速度、加速度、距離等資訊的探測也更加精準,因此是 ACC、AEB 的首選感測器。

毫米波雷達可用頻帶有24GHz、60~61GHz、76~79GHz,目前比較主流的是24GHz 和76~77GHz, 60~61GHz 只有日本使用。一般 24GHz 用於短/中距, 76~79GHz 用於中/長距,頻率越高,波長越短,測距測速的精度就越高。頻帶發展的趨勢是從低頻向高頻過渡:

1)歐盟: 1997 年,歐洲電訊標準學會確認 76-77GHz 作為防撞雷達專用頻道;

2)美國: 24GHz 和76~77GHz 兩個頻帶均可用;

3)日本:先選用了 60~61GHz,後又轉入76~77GHz 頻帶;

4)日內瓦 2015 年世界無線電通訊大會, 77.5~78.0GHz 劃分給無線電定位業務,以支援短距離高解析度車載雷達的發展;

5)中國: 2005 年,原資訊產業部《微功率(短距離)無線電裝置的技術要求》,77GHz 劃分給車輛測距雷達。

毫米波雷達關鍵技術主要由國外電子公司掌控。毫米波雷達系統主要包括天線、收發模組、訊號處理模組,而 MMIC晶片和天線 PCB 板是毫米波雷達的硬體核心。目前毫米波雷達關鍵技術主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨頭壟斷,特別是 77GHz 產品技術只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少數幾家公司掌握。Bosch 的所有的車載雷達都採用 77GHz的頻率,預計 2016 年將出產第一千萬個77GHz 毫米波雷達。 Continental 的雷達產品較全面,其中主力產品是 24GHz。