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#汽車電子 #車聯網V2X #光達LiDAR #直接飛時測距dToF #微透鏡陣列MLA

【汽車四大關注重點：光達、自駕、電控、先進照明】

未來的汽車有四大重點方向：光達 (LiDAR)、自駕系統、電控系統、先進照明。LiDAR 是目前能夠在地圖上對車輛精確定位，同時允許遠端物體檢測和識別的唯一技術，因此使用 LiDAR 是實現全自動駕駛的前提條件。LiDAR 與攝影機、雷達以及未來車聯網 (V2X) 技術的融合留有足夠冗餘；與早期實驗性質的自駕車不同，如今的 LiDAR 系統已變得小型化且成本更加低廉。

另一個重要轉變是：早期的 LiDAR 採用掃描式技術在車頂 360∘旋轉、依賴機械系統，存在失效風險，因此，需要尋求無需任何活動部件的光束轉向原理，或真正的固態解決方案。相較於其他類型光源，以 VCSEL (垂直腔面發射雷射器) 為 LiDAR 提供特定光源具有很多優勢，如：波長較窄、發射垂直圓柱形光束、系統集成更加便捷……。在車身不同方向使用 VCSEL 器件，可做到 360∘全方位感知，且避免了機械故障可能造成的隱患。

與此同時，光脈衝發送和接收之間的時間取決於 LiDAR 系統和物體之間的距離，知道時間就可以計算距離。此原理最簡單的實現是直接飛時測距 (dToF)，當系統發射出近紅外光短脈衝，其中一部分能量返回並被轉換成距離、也可轉換成強度，最終得到速度。透過採集多個樣本，可濾除雜訊 (檢測到的光並非發射脈衝的反射光)。借助 dToF 技術汽車不僅能看清周圍的世界，同時還能在一定範圍內感知距離，提升駕駛艙內部的交互能力。

微透鏡陣列 (MLA) 技術是另一個焦點。經由深度、高度只有幾毫米的元件將緊密聚焦的波束甚至圖像或圖案投影到路面或人行道上，照明是微透鏡陣列技術的首個應用，現已有許多實際用例。該技術用於以良好的解析度顯示圖案或標誌 (例如，腳部空間照明圖片、迎賓燈光等)。未來，安全照明將成為汽車製造商十分感興趣的主題，例如，說明轉向的引導線。基於 MLA 的投影照明元件由 LED 光源、準直透鏡 (collimating lens，或稱「視準透鏡」) 和微透鏡陣列組成。

延伸閱讀：
《ams OSRAM：告訴你未來的汽車感知能力有多強》
http://www.compotechasia.com/a/feature/2021/0514/47900.html

#艾邁斯半導體ams #歐司朗OSRAM #TARA2000-AUT

【光電工程學研究所 蘇國棟教授: 單透鏡仿生複眼光學鏡頭之研製】
　
透鏡成像為人類科技中，至為重要且應用在許多領域。為確保成像品質，光學成像系統透鏡模組於實際製作過程中，必須滿足與標定值相偏差的極限容許量，亦即滿足國際公差規範所制定之設計容忍度。

傳統的成像系統， 例如手機相機， 乃採取疊加多個透鏡來提升攝像品質，然而多透鏡系統之設計方式於實際生產時，必須考量各透鏡彼此間之偏移狀態，以利滿足公差規範。理論上，透鏡數越多成像品質越高，但也意味有著更多的透鏡需滿足公差所訂規之允許變動量。故此，於實際生產過程中，更多的透鏡將造成公差規範更難以滿足，為了精確地擺設透鏡，勢必增加更高的製作成本。

為解決此一棘手的問題，微光學實驗室 蘇國棟教授所領導之光學系統設計團隊創新研發單透鏡成像系統。此一成像系統乃是基於人眼以及由生物啟發之多焦距人工複眼原理，所製作出之光學結構。人工複眼乃是類似於昆蟲複眼之曲面六邊形微透鏡陣列，當中的每個人造小眼排列成圓弧形陣列，並以小角度接受正向入射光來調整其焦距，此舉有助於本研究實現具有廣視野且結構緊湊之薄型化相機模組。並因系統中僅存在單一透鏡，故無須考量多透鏡彼此間之偏移情況，而使公差規範更容易滿足，如此得以降低製作成本。

由於半球型透鏡具有廣視角、無慧差等優異特性，故此本研究採用半球型透鏡作為光學系統中仿人眼之主透鏡設計。然而半球型透鏡存在場曲像差，以至於光學系統若僅使用半球型透鏡將無法得到較佳的成像品質。為解決此一難題，研究團隊特別引入微透鏡陣列製程技術，使得半球型透鏡表面得以結合曲面型微透鏡陣列。其中的每顆微透鏡，乃利用噴墨技術滴出溶液至基板後再經翻模而成。各顆微透鏡之曲率半徑可藉由控制溶液滴數來進行調變，因此微透鏡之焦距可藉由調控溶液滴數而獲得改變。不同位置之微透鏡負責調整其存在位置所接收到之入射光場聚焦點，用以校正光學聚焦平面。如此僅需單一透鏡片，即可達成薄型化相機鏡頭。

本研究成果，已發表於高影響指數之光學和光電子學領域SCI期刊Optica。 研究經費感謝臺灣科技部「數位經濟前瞻技術研發與應用專案計畫」的支持。 [W.-L. Liang, J.-G. Pan, and G.-D. J. Su, “One-lens camera using a biologically-based artificial compound eye with multiple focal lengths,” Optica, Volume 6, Issue 3, 326-334 (2019). DOI: 10.1364/OPTICA.6.000326 (https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm…)]

關於Optica:
為一基於學術研究結果應公開大眾取閱的精神，而採用開放取用期刊出版模式之光學和光電子學領域SCI期刊，其影響指數於OSA Publishing美國光學學會出版物（係光學領域權威的國際性學術組織，也是世界上最大的光學和光子學信息同行評審集合）中排名第二。

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