L’histoire est similaire avec les diodes à avalanche à photon unique. Comme leur nom l’indique, ils sont suffisamment sensibles pour détecter un seul photon. Une sensibilité élevée signifie qu’ils souffrent de beaucoup de bruit. En conséquence, il faut un post-traitement sophistiqué pour les utiliser pour une application comme le lidar. Mais l’un des grands avantages des SPAD est que, comme les VCSEL, ils peuvent être fabriqués à l’aide de techniques de semi-conducteurs conventionnelles, et des milliers d’entre eux peuvent être emballés sur une seule puce.

La combinaison des VCSEL et des SPAD permet une simplification spectaculaire des conceptions lidar conventionnelles. Le lidar tridimensionnel original de Velodyne montait 64 lasers emballés individuellement dans une colonne sur un cardan rotatif. Chaque laser avait un détecteur correspondant. La complexité de cette conception et la nécessité d’aligner précisément chaque laser avec son détecteur correspondant était l’une des raisons pour lesquelles les premières unités lidar de Velodyne étaient si chères.

Plus récemment, un certain nombre d’entreprises ont expérimenté l’utilisation de petits miroirs pour «diriger» un faisceau laser selon un modèle de balayage. Cette conception ne nécessite qu’un seul laser au lieu de 64. Mais elle implique toujours au moins une pièce mobile.

En revanche, Apple, Ouster et Ibeo construisent des capteurs lidar sans aucune pièce mobile. Avec des centaines ou des milliers de lasers sur une puce, les lidars basés sur VCSEL peuvent avoir un laser dédié pour chaque point dans le champ de vision du lidar. Et comme tous ces lasers sont pré-emballés sur une seule puce, l’assemblage est beaucoup plus simple que pour la conception de filage classique de Velodyne.

Les iPhones récents avaient déjà un autre capteur 3D appelé la caméra TrueDepth qui a activé Fonction FaceID d’Apple. Il a également utilisé un tableau de VCSEL qui aurait été fourni par Lumentum. TrueDepth fonctionne en projetant une grille de plus de 30 000 points sur le visage d’un sujet, puis en estimant la forme tridimensionnelle du visage de l’utilisateur en fonction de la façon dont le motif de grille a été déformé.

Le capteur lidar de l’iPad projette beaucoup moins de points laser que la caméra TrueDepth. Un Vidéo iFixIt réalisé avec une caméra infrarouge a montré le lidar projetant une grille de seulement quelques centaines de pixels. Mais alors que le motif TrueDepth tente de deviner les profondeurs en fonction de la forme de la lumière qui tombe sur le visage d’un sujet, le capteur lidar de l’iPad mesure directement les distances en mesurant le temps qu’il faut à la lumière pour rebondir sur un objet et revenir à l’appareil photo. Ce processus donne probablement à la fois une meilleure précision des mesures de profondeur et une plus longue portée.

Un lidar plus puissant utilise également des VCSEL et des SPAD

Les performances du lidar d’Apple sont loin derrière les capteurs haut de gamme vendus par les sociétés lidar spécialisées. Velodyne, la société qui a inventé le lidar tridimensionnel, rabatteurs une portée de plus de 200 mètres pour son lidar le plus puissant, tandis que le capteur d’Apple a une portée d’environ cinq mètres.

D’autres lidars basés sur VCSEL sont également beaucoup plus puissants que ceux d’Apple. Le lidar basé sur VCSEL le plus puissant d’Ouster, par exemple, se vante une portée d’environ 100 mètres pour détecter des objets avec une réflectivité de 10%.

Les capteurs de courant Ouster sont tous des unités de filage de style Velodyne. Ils ont 16 à 128 VCSEL d’affilée sur une seule puce – cette puce est ensuite montée verticalement sur un cardan rotatif comme les unités de Velodyne. La simplicité de cette conception à semi-conducteurs a permis à Ouster de réduire le prix de Velodyne et de devenir l’un des plus grands rivaux de Velodyne. Mais ces capteurs lidar rotatifs d’Ouster coûtent encore des milliers de dollars – trop chers à utiliser dans les voitures grand public, sans parler des smartphones.

La semaine dernière, Ouster plans annoncés pour expédier un nouveau lidar à semi-conducteurs sans pièces mobiles. Au lieu de disposer de 16 à 128 lasers d’affilée comme dans le lidar actuel d’Ouster, la nouvelle unité d’Ouster aura plus de 20 000 VCSEL disposés dans une grille bidimensionnelle.

Ibeo poursuit une stratégie similaire et pourrait être en avance sur Ouster. Ibeo a conçu le tout premier lidar jamais livré dans une voiture grand public, l’Audi A8. Ce lidar était primitif, avec seulement quatre lignes de résolution verticale. Mais Ibeo développe actuellement un nouveau modèle appelé ibeoNext qui aura une grille laser de 128 par 80 pixels – un peu plus petit que le capteur prévu par Ouster mais nettement plus grand que les offres précédentes d’Ibeo. Ibeo dit que son capteur aura une portée de 150 mètres pour les objets avec une réflectivité de 10%.

Un dernier concurrent qui mérite d’être mentionné ici est Sense Photonics, que nous couvert de retour en janvier. Comme les autres entreprises dont nous avons discuté, Sense utilise des VCSEL et des SPAD pour son lidar. Cependant, Sense utilise une technique appelée impression par micro-transfert pour étendre ses lasers. Cela permet aux lasers d’utiliser plus d’énergie sans rencontrer de problèmes de chaleur et de sécurité oculaire. Jusqu’à présent, les lidars de Sense n’ont pas une longue portée, mais la PDG de Sense, Shauna McIntyre, a déclaré à Ars que la société visait une portée de 200 mètres pour un prochain capteur qu’elle annoncera début 2021.

Lidar est sur le point d’envahir le marché automobile

Ibeo, Sense et Ouster sont tous en train de déployer de nouvelles conceptions à faible coût, car ils s’attendent à une explosion de la demande de l’industrie automobile. Les capteurs Lidar pourraient considérablement améliorer les systèmes avancés d’assistance à la conduite (ADAS) des véhicules.

Par exemple, de nombreuses personnes considèrent Tesla comme l’un des systèmes ADAS les plus avancés du secteur. Mais l’entreprise a un problème persistant avec ses véhicules s’écraser sur des objets stationnaires—À l’occasion avec résultats fatals. Le lidar est meilleur que les caméras ou le radar pour détecter les objets stationnaires, donc l’ajout de lidar aux voitures pourrait éviter bon nombre de ces accidents tout en rendant les systèmes ADAS plus pratiques pour les conducteurs.

Jusqu’à présent, le lidar était considéré comme trop cher pour le marché automobile, mais cela a commencé à changer, plusieurs entreprises promettant des capteurs lidar qui coûteraient moins de 1000 dollars dans les prochaines années.

Ouster vise à ce que son capteur ES2 soit prêt pour la production automobile de masse en 2024. La société affirme qu’il coûtera initialement 600 dollars en volume, le prix tombant à 100 dollars les années suivantes.

Ibeo n’a pas annoncé de prix pour l’IbeoNext, mais la société affirme avoir déjà conclu un accord avec Great Wall Motors, un important constructeur automobile en Chine, pour commencer la fabrication en série en 2022.

Les entreprises avec des conceptions de lidar non VCSEL se précipitent également sur ce marché. L’un des plus importants est Luminar, qui a annoncé un accord avec Volvo en mai. Volvo vise à proposer des voitures avec lidar Luminar en 2022.

Ces conceptions ont différentes forces et faiblesses. Jusqu’à présent, le lidar de Luminar a une portée plus longue – jusqu’à 250 mètres. Cela est possible parce que Luminar utilise des lasers à une longueur d’onde de 1550 nm, bien en dehors de la plage de lumière visible. Le fluide dans l’œil humain est opaque à une lumière de 1550 nm, ce qui signifie que le lidar de Luminar peut utiliser beaucoup plus de puissance laser sans créer de risque pour la sécurité des yeux. Le lidar de Luminar offre également un champ de vision plus large que celui d’Ouster.