盡管沃爾沃表示將在2022年之前將Luminar的激光雷達（LiDAR）模組集成到其部分汽車中，但Elon Musk并不關心激光雷達；激光雷達是基于光的回波定位技術，在概念上與雷達相似。雷達與激光雷達最大的區別在于：雷達是基于無線電波，其頻率比激光雷達使用的光波頻率要低得多。低頻波在霧、煙、霾、雨、雪等惡劣環境中探測能力更強。當存在這樣的環境障礙物時，光波就不能很好地發揮作用。
與雷達相比，激光雷達的優勢在于可以創建更精確的物體表征（圖像）。但目前的激光雷達傳感器模組價格昂貴，每臺售價高達上萬美元。更糟糕的是，激光雷達的視場往往相對狹窄，這意味著需要同時使用多個模組，以確保引導自動駕駛汽車安全地行駛。
想象一下，如果一款廣角激光雷達的成本只有幾百美元，這將推動自動駕駛汽車時代的到來！目前有兩支研究團隊表示，他們所研發的產品正在接近這個目標。本文將介紹這兩支團隊針對激光雷達的最新研究進展。
東芝團隊的研究進展
介紹東芝的激光雷達研究并非因為其研究優于其他公司，而是由于東芝是一家公認的電子產品制造商，并在量產產品制造方面擁有數十年的經驗。東芝宣稱“東芝的先進光接收技術可使固態激光雷達不再依賴機械部件。”東芝表示，其新款激光雷達擁有緊湊、成本低、安裝簡單等優勢，適用于各類汽車應用。
由于不再依賴笨重的機械部件，該技術節省了成本和空間，同時還提升了運行可靠性。其核心技術便是東芝專有的緊湊型高效硅光電倍增管（SiPM）。一般來說，SiPM具有很高的光敏性，因此適于遠距離探測。
然而，由SiPM組成的光接收單元在被觸發后需要一定的恢復時間，另外在強環境光條件下也需大量的光接收單元，這是因為它們必須具有備用單元才能及時對反射的激光做出響應。東芝的SiPM采用一種晶體管電路來重啟單元，以縮短恢復時間。該光接收單元工作效率更高，所需單元數量更少，因此SiPM尺寸更小，如圖1所示。這樣就在保持高靈敏度的同時實現了更高分辨率的SiPM陣列，如下圖所示。
SiPM小型化
SiPM陣列
該激光雷達原型的現場測試使用了市售鏡頭（從廣角鏡頭到長焦鏡頭），此次測試證明該系統的有效距離最遠可達200米。這是目前在售固態激光雷達系統可達探測距離的四倍，同時還保持了高分辨率。
使用市售鏡頭免除了復雜的定制程序，從而使該激光雷達系統可應用于各類自動駕駛汽車。這項技術與生具有的緊湊性使其可在車輛的許多位置安裝，而以往選擇激光雷達的安裝位置也是重大挑戰；這還將擴大激光雷達在汽車領域以外的應用。東芝計劃在2022年開始生產其新款緊湊型激光雷達模組。
美國CU-Boulder團隊的研究進展
科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado Boulder，簡稱CU-Boulder）的研究人員也表示，他們在激光雷達技術上取得了突破性進展。研究成果以題為“Serpentine optical phased arrays for scalable integrated photonic lidar beam steering”發表于Optica。研究人員表示，他們一直在研究一種激光束操縱的新方法，被稱為“光波操縱（wavelength steering）”，即為每種激光波長（或光的顏色）指向某個特定的角度。
CU Boulder的研究者開發出一種方法，可同時沿兩個維度（代替了一個維度）并使用“彩虹”模式來拍攝3D彩色圖像。由于光束易通過改變顏色來控制，因此可通過同時控制多個相控陣來產生更大的孔徑和更高分辨率的圖像。“我們已經找到了如何將這種2D彩虹放入極小尺寸芯片中的方法。”這項研究的共同作者、電子和計算機工程教授Kelvin Wagner表示。
“電子通信已到了絕對極限。光學必將發揮巨大作用，這就是眾多大廠商均致力于硅光子學技術工業可行性研究的原因。”這項研究的共同作者、波士頓大學（Boston University）工程學副教授Milo? Popovic表示。這些硅芯片的制造工藝越簡單、尺寸越小，同時還能在成像中保持高分辨率和精度，它們就能應用于更多的技術場景，如自動駕駛汽車和智能手機。據說，iPhone 12將采用激光雷達技術來增強面部識別。
“我們提出了一種利用芯片技術實現激光雷達可擴展性的方法。而這僅是第一步，是該方法的第一塊基石。”這項研究的第一作者Nathan Dostart認為，“該研究還有很長的路要走。”Nathan Dostart將在NASA位于美國Virginia的蘭利研究中心（Langley Research Center）繼續其研究。
博世（Bosch）等多家公司表示，他們已擁有先進的汽車激光雷達技術。斯坦福大學（Stanford）研究人員也曾表示，他們已在片上激光雷達技術中取得了良好的進展。盡管如此，在實驗室完成的產品可能需要很多年才能實現商業化量產。根據最近的新聞，目前東芝的激光雷達技術兼具經濟性和可擴展性，可能處于該領域的領先地位。
預計五年內，自動駕駛汽車的市場規模有望達到5000億美元，但不受預定路線需求限制的完全自動駕駛汽車技術目前還未達到可接受的價格區間。也許這些研究中的某項成果就能解決這個問題。
