世界最小サイズと最高解像度を実現する最長測定距離200mのソリッドステート式LiDARを開発 東芝

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東芝は2021年6月11日、最長測定距離200mでありながら、世界最小サイズと最高解像度を実現するソリッドステート式LiDAR向けの受光技術と実装技術を開発したと発表した。自動運転車への搭載のほか、道路などでの落下物検知、災害発生時の状況把握などへの活用が期待される。

LiDARは、レーザー光を離れた場所にある物体に向けて照射し反射させ、その物体から光が戻ってくるまでの時間を計測して距離や形状を計測する技術で、周辺環境を3D画像として把握できるため、自動運転の実現には欠かせない。2030年には車載用のみで年間4200万台の市場規模が見込まれている。

ソリッドステート式LiDARは、従来の機械式LiDARとは違い、駆動部のモーターを排するため、小型化や低コスト化が期待できる。しかし、長距離測定と高解像度の両立が課題で、東芝は2020年7月に、シリコンフォトマルチプライヤー(SiPM)という高感度の受光素子を使った2次元受光デバイスを開発した。今回の技術は、SiPMの感度向上と小型化の両立を実現するもので、ソリッドステート式LiDARのさらなる性能向上を可能にした。

SiPMは受光セルと受光セルを制御する複数のトランジスタ回路から構成されるが、同社は小型化するために、トランジスタ回路のコア部分を微細化したトランジスタ回路に変更。さらに新開発した絶縁トレンチをトランジスタと受光セルの境界面に挟むことでトランジスタ保護用の幅広いバッファ層を不要にして、その分、小型化した。

また、受光セルとコア回路の間に高耐圧トランジスタを用いた高耐圧部を設け、受光セルへ高電圧を供給できるようにして感度の向上にも成功した。これによって、SiPMは昨年の開発当初に比べ、サイズが4分の1になる一方、感度は1.5倍に向上した。

この新しいSiPMを採用するとともに、同社が長年培った基板設計とモジュール実装の技術を用いることでLiDARモジュールの高密度実装を実現し、その結果、容積を世界最小の350cc以下に抑えながら、解像度を従来の4倍に高めたLiDARの開発に成功した。

これに加え、SiPMの温度にあわせて受光セルに供給する電圧を適切に調整する自動温度補正技術を用いることで、外部の温度変化に左右されず高い性能を維持できるようになった。

東芝は、振動や風圧、気温変化などの条件が厳しい場所への設置が可能になり、集中豪雨時の斜面崩落や道路などへの土砂流入の監視など、活用の範囲が広がるとしている。

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