ソリッドステートLiDARは、よりシンプルな自動車用センシングソリューションを提供します

ルーベンベースのXenomatiXは、マルチビームレーザーの概念とリスクのないスケーラブルな半導体技術に基づいて、いわゆる「真のソリッドステートLiDARセンサー」を提供します。

ADASや自動運転などの挑戦的な自動車アプリケーションには、距離と物体の検出のための高度なソリューションが必要です。これらの中で、関連する役割はLiDAR（光検出および測距）システムによって果たされます。 LiDARは、飛行時間型（ToF）、レーザースキャナー、またはレーザーレーダーとも呼ばれ、オブジェクトを検出して距離をマッピングすることを主なタスクとするセンシングテクノロジーです。これは、ターゲットを光パルス（幅が数ナノ秒から数マイクロ秒の範囲）で照らし、反射された戻り信号の特性を測定することによって実現されます。返された光信号から有用な情報を抽出するための重要な要素は、パルス電力、ラウンドトリップ時間、位相シフト、およびパルス幅です。いくつかの異なるタイプのLiDARシステムが利用可能ですが、それらはビームステアリングタイプに関して2つのカテゴリにグループ化できます。機械的および光学的LiDARです。機械式LiDARは、高品質の光学系と回転アセンブリに依存して、最大360°の広い視野（FOV）を作成します。関連する信号対雑音比（SNR）は、FOVよりも非常に優れていますが、ソリューションはかさばり、重いものです。逆に、ソリッドステートLiDARは、回転する機械部品を備えていないため、高度な信頼性を提供します。 FOVが低下しても、この制限を克服する方法があります。

この記事では、XenomatiXによって開発されたADAS、自動運転、およびその他の道路アプリケーション向けの真のソリッドステートと呼ばれる新しいLiDARテクノロジーを紹介します。自動車用途に加えて、LiDARテクノロジーは、3Dの空中および地理的マッピング、工場の安全システム、スマート弾薬、ガス分析に利用できることに注意してください。

XenomatiXアプローチ

今日、ほとんどのLiDARシステムは機械式です。スピニングヘッドを使用しているため、かさばり、重く、高価なソリューションになります。これらの制限を克服するために、振動ミラーなどのテクノロジーを採用して、ソリューションのサイズを縮小しました。しかし、それでもやや機械的な装置のままです。当初から、XenomatiXの哲学は、自動車用途では、唯一の可動部分は車両であるというものでした。

EE Times Europe とのインタビュー中 、XenomatiXのCEOであるFilip Geuensは、次のように述べています。「自動車にはまったく異なる要件があります。それは、コスト、サイズ、信頼性に関するものです。 LiDARテクノロジーは、これら3つの重要な要素の関数として選択する必要があります。そのため、暫定的なレーザーダイオードと機械的な可動部品は前進していないと感じました。」

2013年に設立され、ベルギーのルーベンに本社を置く同社は、半導体ベースのレーザー光源と検出器を使用し、部品をスキャンしたり可動したりせずに構築されたソリッドステートLiDARシステムを識別するために「真」という用語を導入しました。この新しいソリューションは、従来の光学LiDARとは根本的に異なるアプローチを採用しています。従来の光学LiDARは、順次測定を使用してレーザー光を一方向に送信し、測定を行ってから次の位置に移動します。周囲のシナリオを段階的に測定して取得します。

「スキャンメカニズムはLiDARシステムの弱点であるため、XenomatiXアプローチは、数千のレーザービームを同時に送信するマルチビーム機能を導入するスキャンメカニズムを排除することでした。」とGeuensは言った。 「これは私たちが誇りに思っている真のイノベーションです。」

シーン全体を「ワンフラッシュ」で検出でき、200メートルを超える範囲と通常の消費電力で、短距離または高電力の制約を受けることはありません。さらに、LiDARのスキャンとは異なり、高解像度の点群は時空間補正のために後処理を必要としないため、はるかに高いフレームレートが可能になり、より優れた補正が可能になります。

その結果、XenomatiXのLiDARは、従来の「ポイントアンドメジャー」光学システムのように、それほど速く移動する必要がありません。すべてのシーンは、スキャンを実行せずにすべてのビームを同時に送信することによって測定されるため、システムは測定ポイントの高解像度グリッドを処理するためのより多くの時間を持っています。

「グローバルシャッターモードで動作するLiDARがあるため、最速のレーザーは必要ありません。つまり、シーン全体を1つのショット、1つのフレームで見ることができます」とGeuens氏は述べています。 「これにはいくつかの優れた利点があります。システムはモーションブラーの影響を受けず、ナノ秒パルスを送信できる非常に強力なレーザードライバーは必要ありません。」

XenomatiXで採用されているアプローチは、センサーがスキャンパターンを移動するときにセンサーが発生するラグタイムを排除するため、移動中のスキャンのソリューションです。実際のところ、このコンセプトは、モーションを補正する必要がないため、自動車のアプリケーションに最適です。すべてのビームがまったく同時に送信され、グローバルを介してすべてのポイントを同時に取得します。シャッター。図1は、自動運転と産業用アプリケーションの両方に使用できる、可動部品のないスタンドアロンソリューションであるXenoLidar-Xを示しています。この設計は、照明や気象条件が大幅に変化する可能性があるすべてのシナリオで効果的であることが証明されています。これは、XenomatiXの次世代のソリッドステートソリューションであり、同時に投影する15,000個のレーザービームを備えています。これにより、今日の最も要求の厳しい市場の要件に沿って、解像度が水平および垂直に0.15°のレベルに向上します。

図1：XenoLidar-X（ソリッドステート）

XenomatiXは、ソリッドステートLiDARで、VCSEL（垂直共振器面発光レーザー）を使用しています。VCSELは、従来のダイオードレーザーよりもはるかに優れた、非常に優れた耐久性と寿命の期待を提供する低出力レーザー光源として有名です。

「測定する時間が増えたので、レーザービームに十分なエネルギーを投入して、長距離測定も行うことができます」とGeuens氏は述べています。

XenomatiXLiDARは6DLiDARと呼ばれ、完全なオーバーレイを備えた2種類の出力を提供します。 1つは点群で、検出されたすべてのレーザースポットを含む3Dジオメトリです。 2つ目は、視覚的な2Dカメラ画像です。これは、本質的に組み込まれたカメラを備えたLiDAR、またはLiDARパフォーマンスを備えた視差エラーのないカメラと見なすことができます。冗長データの可用性により、センサーフュージョンが可能になり、安全アプリケーションを強力にサポートする補足情報が提供されます。 6番目の ^番目 寸法は、返されたレーザー光の量に基づくオブジェクトの反射率です。

「私たちの検出器は特殊なタイプのCMOSであり、私たちが自分で設計したピクセルです。これは、3次元モードで動作できるCMOSカメラのようなもので、検出されたすべてのスポットの座標を提供します」とGeuens氏は述べています。 「2次元モードでも動作し、視覚的な画像を提供します。視覚的な画像と点群は中央のECUに送信され、そこで独自のAIアルゴリズムを使用して空きスペースやオブジェクトの検出のために処理されます。」

XenomatiXはこれを4次元AIと呼んでいます。つまり、4次元空間でパターン認識を実行します。ここで、x、y、zの座標は、反射されたレーザービームの強度と組み合わされます。センサーは、レーザーがオフのときに2Dモードで検出器としても機能するように設計されています。レーザーがオンになっている場合、システムは同じピクセルを使用して3D測定を行い、3次元の点群を生成できます。ソリッドステートLiDARは、自動車アプリケーションの重要な要素である優れた信頼性も提供します。実際、平均故障間隔（MTBF）は、可動部品がないこと、VCSEL（長寿命のレーザー）を使用していること、およびCMOSテクノロジーが成熟していることから非常に優れています。

前述のように、可動部品を備えたLiDARが提供する利点は、最大360度まで拡張できる広い視野です。回転するヘッドにより、あらゆる方向を見ることができます。 XenomatiX LiDARは、複数のモジュールを組み合わせてより高いカバレッジを実現することにより、依然として広いFOVを実現できます。死角をなくすために、複数のLiDARユニットを車両のコーナーに配置できます。

XenomatiXは、柔軟でモジュール式の設計により、小型、軽量、将来性のあるセンサーを提供して、簡単に統合できます。同社は、AGC、Marelli、KautexなどのTier I自動車サプライヤーと継続的なパートナーシップを結び、完全でカスタマイズ可能なモジュール式の柔軟なLiDARソリューションを開発しています。これらのパートナーシップにより、LiDARのフロントガラス、リアウィンドウ、グリル、ヘッドライト、テールライト、および車両のバンパーへの統合が促進されます。

>>この記事は、もともと姉妹サイトEEで公開されました。タイムズヨーロッパ。

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