ホーム 新着情報 Lidarは5つの大きな障害を乗り越えて新たなブレークスルーを達成すると期待されています

Lidarは5つの大きな障害を乗り越えて新たなブレークスルーを達成すると期待されています

  • View:24     2019年02月18日
  • James Consultingによると、LiDARテクノロジは、スペースマッピング、無人運転車、セキュリティ、および無人偵察機を含む多くのアプリケーションでかなりの進歩を遂げました。しかし、今日の伝統的なLiDARアーキテクチャは、自動車の性能とセキュリティを向上させ、より多くの産業プロセスに対処することができる費用効果の高いソリューションとして使用することを不可能にする5つの大きな課題に直面しています。 そして消費者製品への新機能の追加する。


    走行試験で現在使用されているLiDAR技術は、人工知能(AI)システムのトレーニングに貢献しますが、サイズ、信頼性、およびコスト要件を満たすことができないため、まだ車内に展開することはできません。 開発中の新しいLiDARシステムは、さまざまな本番展開のすべての要件を満たすことができますが、最初に、克服する必要がある課題を検討しましょう。

    今日のLiDARシステムが直面する5つの課題

    これらの5つの課題は重要であり、それらが解決される前は、LiDARは広く自動車に採用されていた技術の1つでした。

    1。 サイズ
    今日のほとんどのLiDARシステムは車の上部に取り付けられた大型の回転装置です。これは非常に目立ちます。 しかしながら、この技術は、OEM(相手先商標製造会社)の大量市場展開のサイズ、コスト、または自動車認証要件を満たしていません。 一部の小型回転LiDARデバイスがありますが、アプリケーションは自動車のさまざまな領域に複数のユニットを埋め込むことによって拡張されますが、これらのコンポーネントはまだ大きすぎ、パフォーマンス(解像度と距離)を犠牲にしてサイズを小さくすることさえあります。 。 複雑な回転式機械部品をより小型のパッケージに圧縮し続けたり、コストをさらに削減したり自動車レベルの認定を満たすことができないテクノロジやコンポーネントを使用し続けると、結果は徐々に低下し、テクノロジの根本的な変更が必要になります。

    2。 費用
    LiDARのプレゼンテーションはしばしば顧客の間でクライマックスを引き起こしました、そして残念ながら彼らは後にデモモデルの勝利機能が自動車レベルの認証を満たすことができなかった高価な、指定されていないコンポーネントに依存していたことを発見しました。 主なコスト要因は、レーザーと光学系の位置合わせ、距離要件を満たすのに十分な出力パワーの取得、およびレーザービームで目的の視野をカバーすることです。
    現在試験で展開されているLiDARのテクノロジの大部分は、マスマーケットアプリケーションのコストを削減することができません。 大幅な設計変更がなくても生産量の増加がコストを削減すると主張する人もいますが、歩留まりの向上や設計の改善でさえ十分ではありません。

    3。 信頼性
    今日のLiDARシステムは主に巨視的な機械的または微小電気機械的システム(MEMS)に基づいており、信頼性の制限を含む可動部品のすべての欠点があります。 これらの製品は注意深い校正を必要としそして製造するのに高価である。 ほとんどの材料は自動車の一次温度範囲(-40℃〜125℃)で動作する条件がないため、熱応力下での故障率は高くなる可能性があります。 より明確な方法は、可動部品を固体の代替部品に交換することです。これにより、各部品は最高クラスの温度要件と品質要件を満たすことができます。 しかし、レーザーなどのソリッドステート技術でさえもまだ長い道のりがあり、結局のところ、クラス1規制の要件を満たすレーザーはほとんどありません。

    4。 検出距離
    LiDARシステムは現在、比較的長い検出距離を達成できることが証明されていますが、現在のところ、このレベルの性能は1550 nmのスキャニングレーザでのみ可能であると広く考えられています。 この技術は優れた検出範囲を提供しますが、高出力1550nmレーザーとセンサーのコストのために、価格は非常に高いです。 同等の検出距離と魅力的なコスト優位性を備えた安価なフラッドライトレーザー技術が開発されました。

    5。 人間の目の安全性
    1550 nmの波長を持つレーザーは長い間人間の目の安全性にとって最良の価値と考えられてきました。 それは実際に目を網膜に突き刺すことができるタイプのカラス撃退レーザーより安全です。 ただし、高コストの1500nmダイオード励起固体レーザー(DPSS)、ダイオード励起ファイバーレーザー、またはエルビウム&ドープファイバー増幅器(EDFA)を使用した配布 分散フィードバックレーザー(DFB)の優位性は、より短い波長をより安全にする新しいデバイストポロジーによって現在挑戦されています。

    サイズの課題に対応する

    良い知らせは何ですか? 大型の回転式「家庭用」(すなわちLiDAR)を車両上部の回転式ジンバルに取り付ける日数はそれほど多くありません。 適切な垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)照明器を使用すると、LiDARシステムの設置面積を大幅に減らすことができる。 照明ソリューションメーカーは、数百mmサイズのマイクロチップに数百のVCSELレーザーを統合することができます。
    この技術は、視野全体を照らす人間の目の安全のための高いパワーを提供しながら、LiDARシステムの全体的なサイズを大幅に縮小します。 LiDARユニットはさらに小さいカードのデッキに減らすことができます。 自動車用途では、これにより、ライダーを車両の外部および内部の複数の場所に配置して、数メートルまたは最大200メートルまでの物体を効率的に測定することができます。 これらの変更は、無人運転車のための追加の環境モニタリングと衝突防止機能を提供します。

    コスト障壁の打破

    LiDARシステムのサイズを縮小する背後にある同じテクノロジとアイデアも、大幅なコスト削減に使用できます。 半導体VCSEL、特に940nm波長VCSELレーザは、1550nmレーザおよびセンサにおけるより高価なリン化インジウム(InP)に取って代わるためにシリコンベースのチップを使用して、携帯電話などの量産製品に最適化するために既存の半導体プロセスを利用する。 そして、ヒ化インジウムガリウム(InGaAs)デバイス。
    これらのプロセスと材料のコスト削減をまとめると、LiDARユニット1個あたりのコストを200ドル以下に抑えることができますが、現在、多くの機械的および1550nmソリューションは1,000ドル以上のコストがかかります。 このような価格では、高度なセンシング機能とより高い安全性を実現するために、無人運転車に複数のLiDARユニットを使用することがより実用的です。

    信頼性を向上させる

    今日のLiDAR技術のほとんどは、回転ミラーまたはMEMSマイクロミラーに基づいています。 これらの技術は多くの可動部品を含み、それらの製造コストと故障率は高い。 多くのLiDARシステムが理想的な気候や振動の少ない環境で動作しなければならないことは注目に値します。 理想的な940nm波長VCSELモジュラーレーザー技術は、自動車用AEC-Q100認定温度範囲(-40℃〜125℃)で動作します。 この技術は、20年以上にわたって電気通信分野で使用されてきており、非常に信頼性があります。 さらに、これらの新しいVCSELレーザーは、リモートLiDARの電力要件およびAEC-Q100認定の最初の温度範囲について、予期しない性能の低下なしに、何百万時間もの同等の動作が確認されています。

    検出範囲を拡大する

    一般に、人間の目の安全上の制限により、波長905nmの端面発光レーザ(EEL)は約100メートルの範囲でしか使用できず、波長1550nmのレーザは人間の目の長距離で安全な照明を達成するために使用できる。 しかし、1550 nmの波長のレーザーとセンサーのコストは、当面は法外な値段です。 LiDAR業界は、これらの高価な1550 nm波長のレーザーとセンサーを使用してこの長距離検出を達成する唯一の方法であると噂されています。
    940 nmの波長のVCSELレーザーは、940 nmでの太陽光スペクトルの大幅な低下(太陽光の干渉が少ない)を使用することと、大規模で低コストのVCSEL技術を使用することの独自の利点を兼ね備えています。 940 nmでの周囲光ノイズの減少は、より低いレーザー出力でより広い検出範囲を可能にします。 現在、940 nmの波長のVCSELレーザーが携帯電話で使用され、非常に低い電力と短い距離で3Dセンシングを実現しています。 現在、VCSEL技術はかなりの距離にわたって使用することができ、また人間の目を保護します。

    人間の目の安全のための革新

    人間の目の安全性の限界のために、905nmの波長のEELレーザは通常、約100メートルの範囲での使用に制限されている。赤外線レーザーの近くの高出力の連続波は網膜を貫通して視力を損ない、人間の目に損傷を与える可能性がありますが、人間の目はより低いデューティサイクル(10億分の1秒)で極端に短いパルスに耐えることができます。パルス高出力940nm波長光源今日の940nm波長VCSELアレイは、EELレーザーのような高強度点光源とは全く異なります。
    940 nmの波長のVCSELアレイには、それぞれ比較的低いパワーと短いパルスを持つ多数の単一のVCSELレーザーが含まれているため、人間の目に安全です。この技術は、非常に低い繰り返し率で動作するために狭いパルス(10億分の1秒)を使用する。これらのVCSELがアレイに組み合わされると、長距離検出を達成するために非常に高い出力電力を有する分散型光源を生成するが、平均電力は低く、分散型光源は網膜を損傷しない。例えば、TriLuminaは、人間の目に安全なフリップチップ940nmパルスドVCSELアレイを開発し、600Wのピーク光パワーは250m以上の検出距離をサポートし、低いデューティサイクルとわずか0.5ワットの平均光パワーを実現しています。

    LiDARの広範な展開が実現されることが期待されています

    MEMSと機械的なLiDARの課題は、現在LiDAR技術の広範な展開にとって大きな障害となっていますが、2019年初頭に認定されると予想される新しいVCSELレーザー技術で克服することができます。自動車の内外に誘導機能を備えた無人運転車を想像してください。これにより、年間の交通事故死者数が大幅に減少し、無人運転が可能になります。
    これらの目的は、目の安全性を確保しながら、コストの抑制、サイズの縮小、自動車の信頼性要件への適合、および検出距離の拡大によってのみ達成できます。適切なレーザー技術があれば、LiDARはより広範な展開に向けて次のステップを踏み出すことができます。
    TriLuminaは現在、自動車用ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)アプリケーション用のVCSEL製品を開発しており、性能、サイズ、コスト、アイセーフティ、自動車レベルの認定など、特定の分野に取り組んで幅広いLiDARを実現しています。展開これは、特許取得済みのフリップチップと、高パルスパワーアレイ、統合されたマイクロオプティクス、および電子ビームステアリングを1つのチップに組み合わせた背面発光型VCSELアレイに基づいています。

    http://www.laseronsale.com/blog/n-440.html

    http://www.laseronsale.com/comment_detail-165.html