11、自动驾驶 ToF LiDAR 扫描技术解析

自动驾驶 ToF LiDAR 扫描技术解析

1. MEMS 微镜驱动原理

MEMS 微镜的运动所需驱动力可由多种物理原理提供，常见的有电磁、静电和压电效应。

1.1 电磁驱动

电磁 MEMS 微镜具有耐用性和低功耗的特点。它能支持比其他方法更大尺寸的镜子，大尺寸镜子有助于提高对返回光的收集效率，且采用类似原理但不同制造工艺可实现厘米级镜子的扫描仪，便于组装和测试。

1.2 静电驱动

与电磁驱动不同，静电驱动结构之间产生的驱动力极性不能反转。为实现具有正负有效方向的非谐振组件，需要正负极性的两个驱动器。在偏转区域的某些部分，这些高度非线性的驱动特性会阻碍对镜子的正常控制，因此静电微镜通常采用谐振工作模式，其频率依赖于 MEMS 结构的设计，不能由驱动信号改变。

1.3 压电驱动

压电驱动能产生与电磁驱动类似的高驱动力，但行程长度较短。为达到所需角度，需要一些利用机械放大的机制。该技术比电磁和静电驱动更新，尚未在商业产品中广泛应用。

三种驱动原理的具体规格如下表所示：
| 驱动方法 | 旋转扭矩 | 驱动电压 | 驱动电流 | 功耗 | 行程长度 | 光学偏转角（非线性模式） | 光学偏转角（线性模式） | 频率 | 镜子尺寸 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| 电磁 | 高 | — | 约 20 mA | 低 | 长 | ±25° | ±15° | 低 | 大 |
| 静电 | 低 | 50 - 150 V | — | 低 | 中等 | ±15° | ±5° | 中等 | 小