Lidarテクノロジー—MEMSチップが記録的な解像度を実現

一連のMEMSスイッチを使用した高解像度のソリッドステートLIDARは、安価なチップベースのカメラやレーダーシステムに匹敵するコストを削減し、自動運転車にLIDARを採用する際の大きな障壁を取り除きます。

安価なチップベースのカメラとレーダーシステムは、衝突回避と高速道路の自律運転のために主流になりましたが、LIDARナビゲーションシステムは、数千ドルもかかる扱いにくい機械装置のままです。

電気工学とコンピューターサイエンスの教授であり、カリフォルニア大学バークレー校のバークレーセンサーおよびアクチュエーターセンターの共同ディレクターであるMing​​ Wuによって開発された、新しいタイプの高解像度リダーチップのおかげで、それは変わりつつあるかもしれません。

WuのLIDARは、デジタルカメラにあるセンサーのように光を集めるミクロンスケールのアンテナの半導体ベースのマトリックスであるフォーカルプレーンスイッチアレイ（FPSA）に基づいています。スマートフォンのカメラで見られる数百万ピクセルと比較すると、16,384ピクセルの解像度は印象的ではないかもしれませんが、これまでFPSAで見られた512ピクセル以下を小さくしています。

ウー氏によると、この設計は、コンピュータープロセッサの製造に使用されているのと同じ相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術を使用して、メガピクセルサイズに拡張可能です。これにより、自動運転車だけでなく、ドローン、ロボット、スマートフォン向けの新世代の強力で低コストの3Dセンサーが生まれる可能性があります。

機械式ライダーシステムは、レーザーを使用して、暗闇の中でも数百ヤード離れた物体を視覚化します。また、車両の人工知能が車両、自転車、歩行者、その他の障害物を区別するのに十分な高解像度の3Dマップを生成します。

それでも、これらの機能をチップに搭載することは、10年以上にわたって研究者を悩ませてきました。

「私たちは非常に広い領域を照らしたいのです」とウーは言いました。 「しかし、そうしようとすると、光が弱くなりすぎて十分な距離に到達できなくなります。したがって、光の強度を維持するための設計上のトレードオフとして、レーザー光で照らす領域を減らします。」

このLIDARは、小さな光送信機とMEMSスイッチのFPSAマトリックスで構成されており、高速でオンとオフを切り替えて、導波管をある位置から別の位置に物理的に移動し、利用可能なすべてのレーザー出力を一度に1つのアンテナに送ります。

MEMSスイッチは、通信ネットワークで光をルーティングするために使用される既知のテクノロジーです。ただし、LIDARに適用されるのはこれが初めてです。熱光学スイッチと比較して、それらははるかに小さく、はるかに少ない電力を使用し、より速く切り替え、そして非常に低い光損失を持っています。

これが、ウーが1センチ四方のチップに16,384ピクセルを詰め込める理由です。スイッチがピクセルをオンにすると、レーザービームを放射し、反射光をキャプチャします。各ピクセルは、アレイの70度の視野の0.6度に相当します。アレイをすばやく循環することで、ウーのFPSAは周囲の世界の3D画像を構築します。それらのいくつかを円形の構成で取り付けると、車両の周囲を360度見渡せるようになります。

Wuは、システムを商品化する前に、FPSAの解像度と範囲を増やす必要があります。 「光アンテナを小さくするのは難しいですが、スイッチは依然として最大のコンポーネントであり、私たちはそれらをはるかに小さくすることができると考えています」と彼は言いました。

彼はまた、システムの範囲を拡大する必要があります。これはわずか10メートルです。 「私たちは100メートルに到達できると確信しており、継続的な改善で300メートルに到達できると信じています」とWu氏は述べています。

彼ができれば、従来のCMOS製造技術は、安価なチップサイズのLIDARを私たちの未来の一部にすることを約束します。

「私たちがカメラをどのように使用しているかを見てください」とウーは言いました。 「これらは、車両、ロボット、掃除機、監視機器、生体認証、ドアに組み込まれています。 LIDARをスマートフォンのカメラのサイズに縮小すると、さらに多くの潜在的なアプリケーションが存在するようになります。」