三菱電機、小型で広い水平視野角を持つ「MEMS式車載LiDAR」を開発

先進運転支援システム(ADAS)の高度化や自動運転の実現に不可欠なキーデバイスとされる車載ライダーとは、車両や歩行者などの周囲にある対象物にレーザーを照射して、反射してくるまでの時間を計測することで正確な距離を測定し、周辺の状況をリアルタイムかつ立体的に把握できるセンサーである。車載ライダーの世界市場は年平均成長率170%と急速に成長し、2025年度には約3,300億円に達すると予測されている。

従来は、モーターで回転するミラーにレーザーを照射し、周囲の状況を計測する「機械式」が主流だったが、モーター駆動部の部品数が多くなるため小型化が難しく、高コストが課題であった。また、モーターを常に駆動させるため、温湿度や振動などに対する耐久性も課題である。

そこで、三菱電機株式会社は、水平・垂直の2軸で走査する電磁駆動式微小電気機械システム(以下、MEMS)ミラーを搭載した、小型で広い水平視野角を持つ「MEMS式車載LiDAR」を開発した。

  1. 独自の構造と2軸走査の電磁駆動により、広い振れ角を持つ業界最大級の軽量ミラーを実現
    車載ライダーで先行車両や歩行者などの高精細な3次元画像を取得するには、レーザー(送信光)を対象物に照射し、その反射光(受信光)をより多く集めることが必要だ。このため、光路に設置されるミラーの大型化やミラーの振れ角の拡張が求められる。

    そこで、同社は、送信光と受信光のそれぞれを水平・垂直の2軸で走査する電磁駆動式MEMS ミラー(7mm×5mm)を開発した。面ひずみを抑制する機能を持たせた同社独自のミラー構造を適用し、ミラー自体の軽量化を図るとともに、より高い駆動力が得られる電磁方式MEMSを採用し、広い振れ角(水平:±15°、垂直:±3.4°)を実現した。今後、MEMSの梁構造を改良し、さらに広い振れ角(垂直:±6.0°以上)を目指す。

    なお、同MEMSミラーは、半導体加工技術によりシリコン基板上に多数個作成しており、量産性に優れる。また、モーターで駆動させる機械式に比べて、使用する部品点数が少なく、より高い耐久性が期待される。

  2. 主要部品の最適配置により、広範囲での3次元画像取得と小型化を実現
    電磁駆動式MEMSミラーと、光学部品(複数のレーザー光源、光検出器、レンズ等)の最適配置により光のケラレ(※)を抑制し、広い水平視野角(120°)を確保した光送受信機構を実現した。これにより、高精細な3次元画像を広範囲に取得できるため、同ライダーを搭載して走行した際、前方を走行する先行車両、対向車両、路上横断中の歩行者、信号機、標識等の路側物を適切に検知することができる。

    今後は、垂直視野角のさらなる拡大に向けた開発を進め、25°以上の垂直視野角を実現し、近距離の車両や歩行者の検知を目指す。

    また、同ライダーは、信号処理回路基板、電源回路及び光送受信機構を最適配置することで、ライダー本体の小型化(900cc)を実現した。今後も小型化に向けた開発を進め、350cc以下の小型ライダーの実現を目指す。

今後、同社はさらなる小型化や垂直視野角の拡大を進め、2025年以降の実用化を目指すとした。

※ ライダー内部の部品配置の影響を受け、レーザー光が遮光されること

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