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项目介绍:

CINNO Research产业资讯,距离传感技术--雷达(LiDAR,Light Detection and Ranging,注1)之于无人驾驶,就好像眼睛之于人类,是不可或缺的重要部分,东芝株式会社(以下简称为:“本公司”)近日研发了一项可用于固态雷达的能够长距离测量、高清拍摄的光接收技术。


通过旋转激光发射器和检测器的“机械式雷达”一度曾为主流,然而却面临着难以实现小型化和轻量化、成本高的问题,近期一种运用半导体技术和光学技术代替“机械配件”的“固态雷达”正逐步被推广应用。与机械式雷达相比,固态雷达曾存在难以长距离测距、清晰度低的问题,利用此次研发的光接收技术,不仅可以使固态雷达(注2)获得较高的拍摄清晰度,而且测量距离可达到200米,是以往的四倍。本公司在2018年实际验证了机械式雷达的最长测量距离--200米(为当时全球最远距离,注3),利用此次研发的技术可以获得与机械式雷达同等的测量距离。


本项技术将会促进实现L4级别(一辆汽车必须搭载多个雷达)以及更高级别的无人驾驶。本公司将会继续推进研发,以进一步提高测量距离、提高拍摄清晰度、促进小型化,并力争在2022年实际应用。


 本公司在6月16日(日本时间)召开的线上国际半导体线路国际会议--VLSI座谈会上发布了该技术。


雷达是一种将激光发射到物体上,通过计算激光反射回来的时间,来测量距离的技术。运用雷达可以把汽车周边的环境转化为3D图像,对高度无人驾驶来说极其重要。根据自动化程度,无人驾驶可以分为五个级别,L2之前是以司机为主导,L3是有条件的无人驾驶,L4以及以上为高度无人驾驶、完全不依靠司机。据预测,要实现无人驾驶,一辆L3的车辆需要搭载4个雷达,L4需要搭载6个雷达。此外,也期待雷达会应用于无人机、机器人,预计到2024年市场规模将会达到6,600亿日元(约人民币396亿元)(注4)。


另一方面,传统的雷达主要是机械式雷达,即通过旋转激光发射器、检测器,以达到全方位观测。机械式雷达的驱动部分搭载有采用电机的回转配件,因此存在难以实现小型化和轻量化、成本高的问题。为此,需要研发一款不搭载电机等配件的固态雷达。由于固态雷达不搭载旋转配件,因此它仅可以观测激光照射的范围、无法360度感知周围环境,但是它的优点也很明显,如小型、轻量、不易损坏、应用范围广。此外,由于不搭载旋转配件,因此可以降低成本。但是,固态雷达的测量距离与清晰度之间存在此消彼长的关系,二者难以兼具。


为此,本公司研发了一项新的用于固态雷达的光接收技术,通过缩小感光元件SiPM(注5)的尺寸(具有超高灵敏度,之前很难缩小SiPM的尺寸),使固态雷达的清晰度、测量距离得以兼具。SiPM是一种可以极其灵敏地检测出细微激光的光接收元件,适用于雷达的长距离测距。


就传统的SiPM而言,存在以下物理方面的弊端:“光接收单元(Cell)”在检测到光之后,在一定时间内无法做出反应,因此,为了毫无遗漏地检测所有的光,需要搭载多个单元(Cell)。此次,通过在SiPM上搭载能够重启光接收单元(Cell)的晶体管,成功地缩短了光接收单元(Cell)的反应时间。因此,即使减少光接收单元(Cell)的使用数量也可以有效地检测激光,大幅度缩小了SiPM的尺寸(如图1)。由于缩小了SiPM的尺寸,因此可以在有限的封装面积内排列多个SiPM,从而获得更高的分辨率(图2 ,图3)。


此外,本项光接收技术可以和市场上销售的镜头(Lens)组合使用,因此不需要根据使用场景进行复杂的客制化生产。且可以很轻易地应用于小汽车、公交车、作业车辆等方面,未来,此项技术也有望应用于无人机和机器人上。


本公司将此项技术运用到激光雷达系统(搭载市场上销售的镜头)上进行测试发现(图4),固态雷达的测量距离为200米,是以往的四倍,且保持了较高的清晰度(图5)。


东芝将继续推进无人驾驶和无人驾驶系统领域的研发工作,为实现更为先进的无人驾驶系统做出贡献。


(图1,图片出自:东芝官网)  

 

(图2,图片出自:东芝官网)  

 

(图3,图片出自:东芝官网)  

 

(图4,图片出自:东芝官网)  


(图5,图片出自:东芝官网)  

 

注释:


注1:Light Detection and Ranging:发射激光后,以3D图像的形式获得发射源与物体之间的距离。


注2:本公司将光接收侧实现了固态雷达化,而对于发光侧而言,还需要单独研发扫描范围较广的MEMS 扫描镜(Mirror)。


注3:在视角为7度X7度的情况下,完成了验证。


注4:LiDAR for Automotive and Industrial Applications 2019 report. Yole Development, March 2019。


注5:SiPM (Silicon Photo Multiplier):硅光电倍增管,将接收到的一个光子转换为100万个电子的光电检测元件,尺寸:~100um见方。


事宜人群:
产品详情

东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

CINNO Research产业资讯,距离传感技术--雷达(LiDAR,Light Detection and Ranging,注1)之于无人驾驶,就好像眼睛之于人类,是不可或缺的重要部分,东芝株式会社(以下简称为:“本公司”)近日研发了一项可用于固态雷达的能够长距离测量、高清拍摄的光接收技术。


通过旋转激光发射器和检测器的“机械式雷达”一度曾为主流,然而却面临着难以实现小型化和轻量化、成本高的问题,近期一种运用半导体技术和光学技术代替“机械配件”的“固态雷达”正逐步被推广应用。与机械式雷达相比,固态雷达曾存在难以长距离测距、清晰度低的问题,利用此次研发的光接收技术,不仅可以使固态雷达(注2)获得较高的拍摄清晰度,而且测量距离可达到200米,是以往的四倍。本公司在2018年实际验证了机械式雷达的最长测量距离--200米(为当时全球最远距离,注3),利用此次研发的技术可以获得与机械式雷达同等的测量距离。


本项技术将会促进实现L4级别(一辆汽车必须搭载多个雷达)以及更高级别的无人驾驶。本公司将会继续推进研发,以进一步提高测量距离、提高拍摄清晰度、促进小型化,并力争在2022年实际应用。


 本公司在6月16日(日本时间)召开的线上国际半导体线路国际会议--VLSI座谈会上发布了该技术。


雷达是一种将激光发射到物体上,通过计算激光反射回来的时间,来测量距离的技术。运用雷达可以把汽车周边的环境转化为3D图像,对高度无人驾驶来说极其重要。根据自动化程度,无人驾驶可以分为五个级别,L2之前是以司机为主导,L3是有条件的无人驾驶,L4以及以上为高度无人驾驶、完全不依靠司机。据预测,要实现无人驾驶,一辆L3的车辆需要搭载4个雷达,L4需要搭载6个雷达。此外,也期待雷达会应用于无人机、机器人,预计到2024年市场规模将会达到6,600亿日元(约人民币396亿元)(注4)。


另一方面,传统的雷达主要是机械式雷达,即通过旋转激光发射器、检测器,以达到全方位观测。机械式雷达的驱动部分搭载有采用电机的回转配件,因此存在难以实现小型化和轻量化、成本高的问题。为此,需要研发一款不搭载电机等配件的固态雷达。由于固态雷达不搭载旋转配件,因此它仅可以观测激光照射的范围、无法360度感知周围环境,但是它的优点也很明显,如小型、轻量、不易损坏、应用范围广。此外,由于不搭载旋转配件,因此可以降低成本。但是,固态雷达的测量距离与清晰度之间存在此消彼长的关系,二者难以兼具。


为此,本公司研发了一项新的用于固态雷达的光接收技术,通过缩小感光元件SiPM(注5)的尺寸(具有超高灵敏度,之前很难缩小SiPM的尺寸),使固态雷达的清晰度、测量距离得以兼具。SiPM是一种可以极其灵敏地检测出细微激光的光接收元件,适用于雷达的长距离测距。


就传统的SiPM而言,存在以下物理方面的弊端:“光接收单元(Cell)”在检测到光之后,在一定时间内无法做出反应,因此,为了毫无遗漏地检测所有的光,需要搭载多个单元(Cell)。此次,通过在SiPM上搭载能够重启光接收单元(Cell)的晶体管,成功地缩短了光接收单元(Cell)的反应时间。因此,即使减少光接收单元(Cell)的使用数量也可以有效地检测激光,大幅度缩小了SiPM的尺寸(如图1)。由于缩小了SiPM的尺寸,因此可以在有限的封装面积内排列多个SiPM,从而获得更高的分辨率(图2 ,图3)。


此外,本项光接收技术可以和市场上销售的镜头(Lens)组合使用,因此不需要根据使用场景进行复杂的客制化生产。且可以很轻易地应用于小汽车、公交车、作业车辆等方面,未来,此项技术也有望应用于无人机和机器人上。


本公司将此项技术运用到激光雷达系统(搭载市场上销售的镜头)上进行测试发现(图4),固态雷达的测量距离为200米,是以往的四倍,且保持了较高的清晰度(图5)。


东芝将继续推进无人驾驶和无人驾驶系统领域的研发工作,为实现更为先进的无人驾驶系统做出贡献。


东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

(图1,图片出自:东芝官网)  

 

东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

(图2,图片出自:东芝官网)  

 

东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

(图3,图片出自:东芝官网)  

 

东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

(图4,图片出自:东芝官网)  


东芝研发了雷达光接收技术,实现L4无人驾驶

(图5,图片出自:东芝官网)  

 

注释:


注1:Light Detection and Ranging:发射激光后,以3D图像的形式获得发射源与物体之间的距离。


注2:本公司将光接收侧实现了固态雷达化,而对于发光侧而言,还需要单独研发扫描范围较广的MEMS 扫描镜(Mirror)。


注3:在视角为7度X7度的情况下,完成了验证。


注4:LiDAR for Automotive and Industrial Applications 2019 report. Yole Development, March 2019。


注5:SiPM (Silicon Photo Multiplier):硅光电倍增管,将接收到的一个光子转换为100万个电子的光电检测元件,尺寸:~100um见方。


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