Mirrorcle发布首款紧凑型、轻量级3D激光雷达系统“SyMPL”

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据麦姆斯咨询报道,Mirrorcle Technologies(以下简称Mirrorcle)于2019年11月26日发布其首款基于激光技术的环境传感系统,该系统通过增添飞行时间(ToF)距离探测来扩充其拥有专利授权的MEMS微镜的独特功能。新型MEMS微镜3D激光雷达(LiDAR)系统名为“SyMPL”,这是一款紧凑型、轻量级的即插即用型解决方案,提供可编程扫描功能,生成3D点云数据,可用于机器人及其它工业环境中的客户端应用。该系统采用平均功率极低的905nm激光器,但它能以1cm分辨率有效地探测不同材料的物体,探测最大距离约为30m。该解决方案使用户能够轻松控制超过10000 x 10000个离散角度的扫描,可快速、多功能地扫描整个能视域(field of regard,FoR),如果需要,还可增加特定关注区域的点密度。SyMPL用户可自由对所需的长宽比、扫描速度、扫描旋转和距离范围进行控制和编程。Mirrorcle首席执行官Veljko Milanovic博士风趣地介绍了新系统的非凡来历:“利用好如激光雷达MEMS开发工具等我公司现有产品,就能够帮助许多团队开发出3D激光雷达原型机。我们在子系统层面取得了成功,凭借激光跟踪系统的专业知识开发出一套完整的3D传感解决方案。坦率地讲,我们自己对开发的效率以及最终系统性能都感到惊讶。”Veljko进一步补充道,利用Mirrorcle的开发套件(SDK)和相关代码示例,软件开发将会非常高效。 [“转载出处”:www.666z.com]

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图1 Mirrorcle紧凑型、轻量级的3D激光雷达系统“SyMPL”

凭借这一里程碑式系统的发布,作为光投影和激光传感器整体系统解决方案的供应商,Mirrorcle将继续沿着战略调整路径前进。与此同时,Mirrorcle定制解决方案业务部门将继续支持现有客户在组件和子系统层面的需求。Mirrorcle运营经理Iva Palmer指出:“目前,我们有三个MEMS微镜组装厂,但只有一个厂满产运转。因此,在没有重大新投资进入的情况下,我们有能力为OEM客户和新业务部门迅速扩大制造规模。作为一家成熟且不断成长的企业,我们自然会更有选择性地看待新机遇。无论如何,与Mirrorcle签订了连续生产协议的客户可以继续享受高品质制造与支持。”

自2005年以来,Mirrorcle一直是MEMS激光雷达领域的先锋

在2005年左右,许多国防相关光学系统的研发人员均开始寻求减小光学传感器的尺寸、重量、功率和成本(“SWaP-C”)的新方法。如美国陆军研究实验室(ARL)等美国国防部(DoD)分支机构和实验室,以及相关的国防承建商均需要新技术。DoD正在重新设计用于各类小型机器人平台的激光雷达系统,其目标主要是大幅优化“SWaP-C”。与此同时,同样是2005年,Mirrorcle刚刚成立,其无万向节两轴MEMS微镜打破了以往所有的性能优势壁垒(结合微镜尺寸、倾斜角度和扫描速度等方面)。在尺寸、重量、功率、成本等方面敏感的应用中替换检流计式扫描器,不再是学术讨论,而成为了新的商业现实。很快,新一代激光雷达的开发商与Mirrorcle的MEMS微镜之间的联系密切。到2010年,Mirrorcle成功的设计先后为Areté、ARL以及波音公司(Spectrolab)所采用,几年后又被NGC激光系统和美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心(NASA GSFC)所采用。这些开创性项目均是利用Mirrorcle高灵敏度的MEMS微镜来实现。同样重要的是,Mirrorcle的发展在很大程度上也得益于这些项目的需求和压力,这些项目的总产值也在不断增加。到2015年左右,Mirrorcle的MEMS微镜为一系列初创公司和固态激光雷达技术的发展提供了帮助,固态激光雷达技术是针对自动驾驶和机器人应用而提出。

机器人解决方案的需求不断增长

尽管激光雷达技术有许多成功的应用,包括一些商业案例,但是目前还没有合适的产品具备满足不断增长的机器人产业所需的关键特性,如生产就绪(Production Readiness)及市场成本。因此,尽管摄像头视觉技术取得了长足进步,但激光雷达行业仍然严重依赖基于摄像头的解决方案,但这些解决方案并不能满足机器人应用的诸多要求。Mirrorcle业务发展和战略主管Lj .Ristic博士评论道:“目前还不清楚自动驾驶汽车大肆宣传以及对激光雷达应用的大规模投资是否将蔓延到机器人领域,但我们可以清晰地发现针对中程、低成本、低复杂性的激光雷达系统需求未被满足,Mirrorcle凭借成本效益和可靠的解决方案即可应对该需求。”

紧凑型、轻量级“SyMPL”3D激光雷达系统的关键性能

SyMPL光学成像、探测和测距系统均是利用Mirrorcle已有的MEMS微镜来完成。MEMS微镜的核心就是单晶硅结构,并在动态倾斜轴的两端各装有静电梳状驱动执行器。与压电或检流计扫描技术相比,这种独特的静电驱动具有诸多优点:如鲁棒性、极低的功耗(<1mW),同时可提供几乎无限的寿命。一般来讲,机械式激光雷达会随着时间的推移而磨损、退化。因此,这种MEMS激光雷达可以恰如其分地被称为固态激光雷达,仅受其激光源寿命的限制。为了解决激光雷达领域中最具挑战性的问题:以可销售的成本完成大规模生产的准备,Mirrorcle团队利用自家大规模量产的MEMS微镜和现成的ToF激光测距组件,实现了真正简单、低成本的设计。根据诸多供应商提供给设计者的参考,快速、满足人眼安全的激光测距仪(LRFs)已经以多种形式和低成本要求在供应商中建立起来。将激光测距仪与微镜恰当地进行光机械耦合,并精确地驱动MEMS微镜,从而将其功能扩展到3D维度。另外,通过添加提供软件/API接口的紧凑而高效的控制器单元,使该解决方案保持完整且可配置软件。

“SyMPL”3D激光雷达系统拥有直观易懂的软件包支持

“SyMPL”3D激光雷达系统由直观易懂的软件包支持,该软件包支持对激光雷达的可编程控制以及详细的点云可视化,并带有可用于多计算平台的SDK。用户通过SyMPL将能够立即查看实时3D点云,并与之交互,实现“开箱即用”。该软件包将帮助用户实现比查看点云更多的功能。通过与易于使用的服务器-客户端系统接口,用户可以快速地将“SyMPL”解决方案整合至自己的系统中。大量的文档和轻量级的通信协议对于将激光雷达传感器集成到制导或地图测绘系统中至关重要。易于集成至现有系统是构建软件的核心要素。

图2 左图为Mirrorcle首席执行官,右图为即时获得的点云图;通过该示例表明了Mirrorcle传感器的高分辨率和高

可利用DEMO-07工具套件构建“SyMPL”3D激光雷达系统

与大多数Mirrorcle的产品一样,“SyMPL”也是开始于即插即用的工具包。“DEMO-07”是一款演示工具套件,可提供产品的通用版本,搭载了设置简单且易于实验的软件包。“DEMO-07”激光雷达系统通过USB数据线与Windows个人计算机(PC)连接来为其提供电源和串行通信。默认设置提供可编程的20°x 20°的能视域(FoR)与可配置的扫描。该系统采用905nm激光器,平均功率低于会议室激光笔的平均功率。具有低功率和背景光滤波等特点,适用于任何环境。此外,整个单元重量仅不到0.25kg,功耗约为1.25W,这些特点使其成为集成到机载(无人机)平台、小型室内地图测绘及送货机器人的理想选择。

图3 左图为Mirrorcle的“DEMO-07”演示套件系统,该系统有两大应用:(1)用于“激光雷达视图”的点云可视

关于Mirrorcle

Mirrorcle于2005年在美国加州成立,主要提供商用且具有专利授权的光学微机电系统(MEMS)产品和激光系统。公司自成立以来,在研发方面持续投入,致力于提供全球最快的点对点(准静态)双轴光束控制MEMS微镜,以及具备视频帧率的谐振式微镜。Mirrorcle是全球唯一一家倾斜式(tip-tilt)MEMS执行器的供应商,并提供直径从亚毫米级到毫米级的微镜,为客户提供多种规格产品,以优化其成功商业化的道路。Mirrorcle目前提供的产品可应用于3D测量系统、生物医学成像系统、固态激光雷达、AR/VR原型机、激光投影仪和教学。Mirrorcle的系统解决方案则包括全球最紧凑型矢量图形激光投影仪和3D激光雷达。

Mirrorcle在其加州Richmond的总部中拥有多个洁净室实验室,晶圆级CMOS和MEMS制造设施全年无休。除此之外,公司还与领先的MEMS晶圆代工厂和合格的光机械组装厂建立了合作关系,以保障大规模生产制造。

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