Omnitron Sensors（以下简称：Omnitron）精心设计了一种适用于低成本、大批量市场的3D MEMS技术，以克服当前激光雷达（LiDAR）扫描镜的缺点。
据市场调研机构预测，到2026年，激光雷达光学子系统市场规模将持续增长到23亿美元。为了把握未来商机，Omnitron近日宣布已完成对创新的MEMS扫描镜的工艺验证。
MEMS扫描镜作为激光雷达中的一种新型光学子系统，需要满足高级驾驶辅助系统（ADAS）、无人机和机器人等应用对激光雷达提出的严苛要求。
据Omnitron称，其MEMS扫描镜可比当前远程激光雷达应用的其他MEMS扫描镜提供2~3倍的视场（FoV）。其步进扫描镜专为恶劣的高振动汽车环境及无人机应用而设计，其它供应商生产的激光雷达旋转镜无法满足这些应用的严苛需求。
与半导体领域的创新相比，过去十年来MEMS技术的发展未能跟上步伐
MEMS拓扑创新一直停滞不前
Omnitron联合创始人、首席执行官Eric Aguilar认为，采用MEMS扫描技术解决当前的激光雷达挑战存在很大的市场机遇。要实现这一目标，意味着要拿出一种创新的MEMS方法，但该领域多年来一直停滞不前。
Aguilar回忆称，上个世纪90年代，汽车安全气囊率先采用MEMS加速度计，在十年前，应美盛（Invensense）创始人Steve Nasiri将第一颗ASIC与MEMS集成在一个低成本的封装中。“但从那之后，在大批量制造或突破性方面，MEMS领域就没有什么值得关注的创新了。”Aguilar说道。
Aguilar认为，当前激光雷达的问题在于它们无法满足下一代系统设计的需要。问题的核心在于其光学子系统（即反射镜和扫描器）存在的许多问题。这些光学元件尺寸太大、太脆弱，同时制造和维护成本也太高。
Aguilar表示，利用MEMS技术可以实现高成本效益、高可靠性的反射镜，不过，目前的MEMS技术还不能完全满足系统要求。“激光雷达客户反馈他们需要10毫米的光束直径，才能达到200米左右的探测距离。”他说，“但现在的MEMS反射镜的直径大多在1到2毫米左右。这就是为什么现在的激光雷达中MEMS还没有普及，因为，这需要构建非常大尺寸的反射镜，用现在的MEMS工艺很难做到。”
当前的激光雷达都存在的扫描镜问题
Aguilar表示，Omnitron的MEMS扫描镜技术优于音圈电机、旋转棱镜和高速扫描振镜等传统激光雷达光学子系统。这些传统方案速度更慢、更笨重、更昂贵，并且容易失效。
就这些技术而言，音圈电机技术存在一定的优势，例如其良好的反馈机制。这是一种强大的技术，可以应对振动和温度循环。这就是为什么音圈电机技术可以被用于空间通信系统。
Aguilar说，缺点是这种音圈电机子系统可能需要5000美元。对于需要500美元以下解决方案的汽车系统设计师来说，这显然令人望而却步。更糟糕的是，还需要多个音圈单元来覆盖整个视场，因为它们的视场通常不到十度。
当前的激光雷达扫描镜技术需要在成本、可靠性和视场中进行权衡
SCALA和旋转棱镜技术等替代方案，其本质上是在电机上安装一面镜子并使其旋转。一般来说，激光雷达都需要处理厘米级的精度。这意味着在200米范围内误差要小于5厘米。Aguilar说，这需要反射镜的表面平整度要达到纳米级。
实现表面平整度需要大量抛光，以便在反射镜初始校准时高度精确。不幸的是，当这些旋转系统的电机轴承开始抖动时，校准可能会丢失。只需要几微度的误差就会失去校准。而且，由于抖动是随机的，所以无法轻松地重新校准。
一种用于激光雷达的3D MEMS方案
鉴于当前激光雷达扫描镜技术面临的挑战，Omnitron开发了一种3D MEMS工艺，使MEMS扫描镜能够满足下一代激光雷达的需求。Aguilar说：“我们开发了一种3D MEMS处理器，从某种意义上说，它是MEMS领域的一种新拓扑，就像集成电路进入新的技术节点。”
Omnitron的方案构建了一种静电马达，它可以移动MEMS反射镜，并获得比目前市场上同类产品更大的单位面积力。Aguilar表示，Omnitron利用一种3D MEMS拓扑实现了这一目标，不过，更重要的是要确保其可制造性。
“我们已经进行了第三方工艺验证，这是可以实现的。”Aguilar说。
为了确保工艺简单、可制造，Aguilar表示他们的MEMS扫描镜没有使用金属弹簧。他说：“我们使用了硅基弹簧，它们的硬度是原来的一千倍，而且不会磨损。”
Aguilar说：“安全气囊传感器采用MEMS技术，是因为它们不会随着时间的推移而疲劳。这些应用需要器件能够在运行中进行数十万次循环，在整个生命周期内进行数十亿次循环。这就是为什么我们采用了MEMS工艺，并使用体硅微加工技术制造我们的反射镜和扫描器。”
