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Optimierte Lichtempfangstechnik

Branchenweit kleinstes LiDAR-Modul von Toshiba

Demonstration einer Hindernisserkennung mit Toshibas neuem LiDAR-Modul.
Demo einer Hinderniserkennung mit Toshibas neuem LiDAR-Modul in einer sonnigen Außenumgebung bei Tageslicht. Das LiDAR erfasste einen in 50 m Entfernung platzierten Karton und ermittelte die Entfernung präzise (niedrige Bildrate (1 fps); fester Winkel; Erfassungsbereich ca. 300 m)
© Toshiba

Toshiba stellt eine aktualisierte Version seiner halbleiterbasierten Solid-State-LiDAR-Lösung vor. Das vibrationsfeste Modul unterstützt einen maximalen Erfassungsbereich von 200 m.

Das optimierte LiDAR-Modul von Toshiba bietet eine leistungsfähige Alternative, da es klare, robuste 3D-Scans und Objekterkennung über große Entfernungen und verschiedene Licht- und Wetterbedingungen ermöglicht. Es ist äußerst kompakt und misst nur ein Drittel der Größe des im Juli 2020 angekündigten Vorgänger-Prototyps. Nach Angaben von Toshiba ist das neue Modul das branchenweit kleinste, das derzeit auf dem Markt erhältlich ist.

Bild 1. Der neue SiPM von Toshiba verfügt über deutlich kleinere Transistoren, einen High-Voltage-Eingangsbereich sowie isolierende Trenches.
Bild 1. Der neue SiPM von Toshiba verfügt über deutlich kleinere Transistoren, einen High-Voltage-Eingangsbereich sowie isolierende Trenches.
© Toshiba

Das LiDAR-Modul basiert auf Neuerungen, die Toshiba an seinen Silizium-Photomultiplier-(SiPM-)Lichtempfänger vorgenommen hat, um die Bildauflösung zu verbessern. Jeder SiPM besteht aus lichtempfindlichen Zellen, die von Transistoren gesteuert werden. Die neuen ICs verfügen über kleinere Transistormodule und machen die Pufferschichten überflüssig, die die Transistoren schützen. Stattdessen werden neu entwickelte isolierende Trenches zwischen den Transistoren und den lichtempfindlichen Zellen platziert. Das mögliche Problem der geringeren Lichtempfindlichkeit aufgrund der kleineren Transistoren wurde durch Hinzufügen eines Abschnitts mit hoher Spannungsfestigkeit gelöst, um die Eingangsspannung der Lichtempfangszelle zu erhöhen (Bild 1).

Bild 2. (Links) Toshibas Know-how half bei der kompakten und hochdichten Montage des LiDAR-Moduls. (Rechts) Der LiDAR-Prototyp ist der nach Angaben von Toshiba branchenweit kleinste mit 350 cm³ Volumen.
Bild 2. (Links) Toshibas Know-how half bei der kompakten und hochdichten Montage des LiDAR-Moduls. (Rechts) Der LiDAR-Prototyp ist der nach Angaben von Toshiba branchenweit kleinste mit 350 cm³ Volumen.
© .Toshiba

Durch diese Neuerung ließ sich der SiPM um 75 % verringern und die Lichtempfindlichkeit im Vergleich zum Vorgängermodell vom Juli 2020 um 50 % erhöhen. Nun lassen sich mehr SiPMs im gleichen Gehäuse anordnen, was die Auflösung auf 1200 x 80 Pixel erhöht (was einer 4-fachen Verbesserung entspricht).

Das neue LiDAR-Modul bietet die für den Außeneinsatz unter sämtlichen Wetterbedingungen nötige Robustheit. Ein Temperaturkompensationsmechanismus passt die an den lichtempfindlichen Zellen angelegte Spannung automatisch an, um die Auswirkungen äußerer Temperaturschwankungen zu mildern. Die erhöhte SiPM-Leistungsfähigkeit bleibt damit trotz aller Schwankungen der Umgebungstemperatur erhalten. Darüber hinaus hat Toshiba die Gesamtgröße des LiDAR-Projektors und -Empfängers auf ein Volumen von 350 cm³ reduziert (Bild 2).

Das neue LiDAR-Modul adressiert Anwendungen im Bereich des autonomen Fahrens. Darüber hinaus eröffnen sich Anwendungsmöglichkeiten für die Überwachung der Verkehrsinfrastruktur, zum Beispiel zur frühzeitigen Erkennung von Straßenunebenheiten oder Erdrutschen, einer Schneedecke oder herabfallenden Gegenständen.


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