東芝新傳感器為廉價(jià)激光雷達(dá)鋪平道路：普通鏡頭即可接入，探測(cè)能力提升4倍，最大有效距離可達(dá)200米
核心技術(shù)，就是東芝專有的緊湊型高效硅光電倍增管（SiPM）
白交 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI
前不久，大疆8999元泰覽-15現(xiàn)貨發(fā)售。
激光雷達(dá)，首次進(jìn)入千元級(jí)時(shí)代，打破了「量產(chǎn)難」、「價(jià)格貴」的激光雷達(dá)傳統(tǒng)代名詞。
現(xiàn)在，另一家知名公司——東芝，一家公認(rèn)的老牌電子產(chǎn)品制造商。
在激光雷達(dá)的賽道內(nèi)，搞出了新型傳感器，引得IEEE旗下媒體評(píng)價(jià)：進(jìn)一步為廉價(jià)激光雷達(dá)鋪平道路。
他們究竟搞了啥？
開(kāi)發(fā)了一種高效的硅光電倍增管（SiPM）。
這樣，非同軸激光雷達(dá)可以采用現(xiàn)成的普通「相機(jī)鏡頭」來(lái)降低成本，并有助于實(shí)現(xiàn)固態(tài)高分辨率激光雷達(dá)，將探測(cè)能力提升了4倍。
它長(zhǎng)這樣。
△左邊是用于概念驗(yàn)證的Galvano掃描儀，右圖為商用長(zhǎng)焦鏡頭和SiPM電路板。
所以這個(gè)馬斯克不關(guān)注的激光雷達(dá)技術(shù)，東芝到底對(duì)它干了什么？
如何實(shí)現(xiàn)？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此次核心技術(shù)，就是東芝專有的緊湊型高效硅光電倍增管（SiPM）。
一般來(lái)講，SiPM具有很高的光敏性，因此適于遠(yuǎn)距離探測(cè)。然而，由SiPM組成的光接收電池在被觸發(fā)后需要一定的恢復(fù)時(shí)間。
另外在強(qiáng)環(huán)境光條件下也需要大量的光接收電池，這是因?yàn)樗鼈儽仨毦哂袀溆脝卧拍芗皶r(shí)對(duì)反射的激光做出響應(yīng)。
而東芝SiPM，就是采用單光子雪崩二極管（SPAD）技術(shù)的固態(tài)光傳感器。
它包含多個(gè)SPAD，每個(gè)SPAD由一個(gè)淬滅電路（AQC）控制。當(dāng)SPAD檢測(cè)到光子時(shí)，SPAD陰極電壓會(huì)降低，但AQC會(huì)重置并將SPAD電壓重新啟動(dòng)到初始值。
東芝公司該技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Tuan Thanh Ta表示，一般來(lái)講，SiPM的恢復(fù)時(shí)間是10～20納秒，我們通過(guò)使用這種強(qiáng)制或主動(dòng)淬火的方法，可以使其速度提高了2至4倍。
這樣光接收電池工作效率更高，就意味著所需的電池?cái)?shù)量更少，從以往的48個(gè)減少到只有2個(gè)，從而生產(chǎn)出尺寸僅為「25μm×90μm」的設(shè)備。
該公司表示：
比尺寸為100μm×100μm的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備小得多。這些傳感器的小尺寸使得東芝能夠創(chuàng)建一個(gè)密集的二維陣列，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度，這是遠(yuǎn)距離掃描的必要條件。
不同于同軸激光雷達(dá)系統(tǒng)中使用的一維光子接收器，東芝創(chuàng)建的二維陣列，其二維長(zhǎng)寬比與商業(yè)相機(jī)中使用的光傳感器一致。
這就意味著，可以利用現(xiàn)成的普通相機(jī)鏡頭來(lái)降低成本，而不是像同軸激光雷達(dá)系統(tǒng)那樣，使用一個(gè)昂貴的定制鏡頭來(lái)傳輸。
此外，還需要大型多個(gè)讀出電路通道來(lái)讀取高分辨率數(shù)據(jù)，其中包括用于長(zhǎng)距離掃描的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和用于短距離的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）。
東芝通過(guò)在單個(gè)電路中同時(shí)實(shí)現(xiàn)ADC和TDC功能來(lái)克服了這個(gè)問(wèn)題，與傳統(tǒng)的雙數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器芯片相比，其尺寸減小了80％（減小到50μmx60μm）。
Tuan Thanh Ta表示，東芝這款激光雷達(dá)，最大有效探測(cè)距離可達(dá)200米，達(dá)到了自動(dòng)駕駛L4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是目前市場(chǎng)上固態(tài)激光雷達(dá)探測(cè)能力的4倍。
目前，東芝仍在致力于提升其SiPM性能，計(jì)劃將于2022財(cái)年引入實(shí)際應(yīng)用。
參考鏈接：
https://spectrum.ieee.org/cars-that-think/sensors/automotive-sensors/toshibas-light-sensor-highresolution-lidar
https://www.sohu.com/a/407651045_256868
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