車用のリダーは75,000ドルで、すべてのiPhoneにリダーが搭載されるようになります

Appleが可動部品なしで手頃な価格のiPhoneリダーを作成した方法



火曜日のiPhone12プレゼンテーションで、Appleは新しいリダー機能を発表しました。 Appleによれば、lidarは、特に暗い場所でのフォーカスを高速化することにより、iPhoneのカメラを改善します。おそらくこのようにして、新世代の洗練されたARアプリケーションが登場するでしょう。



火曜日のプレゼンテーションでは、iPhoneでのlidarの動作について説明しましたが、これはAppleのlidarを備えた最初のデバイスではありません。同社は、3月に更新されたiPadを備えたこのテクノロジーを使用したデバイスを最初に発表しました。 iPhone 12を分解する時間はまだありませんが、最新のiPadの最近の分解から多くのことを学ぶことができます。



リダーの原理は、レーザー光を送り、戻るのにかかる時間を測定することです。光は一定の速度で移動するため、往復時間は正確な距離推定値に変換できます。 2Dグリッドでこのプロセスを繰り返すと、部屋、通り、またはその他の場所の周囲のオブジェクトの場所を示す3D「ポイントクラウド」が作成されます。System Plus Consultingによる



6月の分析では、iPadのリダーがLumentum製の垂直発光レーザーアレイ（VCSEL）を使用して光を送信することが示されました。次に、Sonyが提供する単一光子アバランシェダイオード（SPAD）アレイを使用してフラッシュバックをキャプチャします。次のセクションでそれが何であるかを説明します。



これらのテクノロジー（VCSELおよびSPAD）を使用して自動車市場向けのはるかに強力なリダーを作成している企業についてのテキストに取り組んでいたため、Appleのプレゼンテーションは特に興味深いものでした。垂直発光レーザーと単一光子アバランシェダイオードは、従来の半導体製造技術を使用して大量生産できるという点で興味深いものです。したがって、利益は大量生産の大幅な節約から生じます。垂直レーザーセンサーの採用が増えるにつれて、その品質は向上します（そして価格は下がるでしょう）。



トップエンドの垂直レーザーリダーに取り組んでいる2つの会社（OusterとIbeo）は、タイトなリダー市場のほとんどのプレーヤーよりもすでに多くのサポートを得ています。このテクノロジーを採用するというAppleの決定（および他のスマートフォンメーカーがAppleの主導に従う可能性）は、今後数年間で追い風をもたらすでしょう。

垂直レーザーにより、Appleは非常にシンプルなリダーを作成できました

Velodyneは64レーザーセンサーでリダー市場を開拓しました



最初の3Dリダーは10年以上前にVelodyneによって導入されました。回転装置の価格は約75,000ドルで、スマートフォンよりもかなり大きかった。 Appleは、iPhoneに収まるように、リダーをより安く、より小さくする必要がありました。垂直発光レーザーにより、同社はまさにそれを実現できました。



垂直レーザーとは何ですか？従来の半導体製造方法を使用してレーザーを作成する場合、2つの主要な技術があります。基板の側面（エッジ発光レーザーと呼ばれます）または上面（垂直キャビティ表面発光レーザー-VCSEL）から発光するレーザーを作成できます。



エンドビームレーザーは、従来、より強力でした。垂直レーザーは、光学マウスからネットワーク送信機に至るまでのデバイスで数十年にわたって使用されてきました。大きな光線が必要なハイテクソリューションには適さないと考えられていましたが、技術が発展し、垂直発光レーザーがより強力になりました。



エンドビームレーザーエミッターを露出させるには、通常、プレートに小さなノッチが必要です。これにより、製造プロセスのコストと複雑さが増し、単一のプレートに配置できるレーザーの数が制限されます。次に、垂直放射レーザーはプレートに垂直に光を放射するため、個別に切断またはパッケージ化する必要はありません。したがって、1つのチップに数百（または数千）の垂直放射レーザーを含めることができます。一般に、大規模に製造された場合、数千の垂直放射レーザーを備えたICのコストは数ドル以下です。



これは、単一光子アバランシェダイオードでも同じです。名前が示すように、それらは単一の光子を検出するのに十分な感度があります。高感度とは、ノイズに悩まされることを意味します。リダーなどのデバイスでこのようなダイオードを使用するには、複雑な後処理が必要です。単一光子アバランシェダイオードの大きな利点は、垂直発光レーザーと同様に、従来の技術を使用して製造でき、そのような数千のダイオードを1つのチップに配置できることです。



垂直レーザーと単一光子アバランシェダイオードの組み合わせにより、リダーの設計を大幅に簡素化できます。 Velodyneのオリジナルの3Dリダーには、回転セットアップで64個の個別にパックされたレーザーが含まれていました。各レーザーには対応する検出器がありました。この設計の複雑さと各レーザーを正確にフィットさせる必要性が、ベロダインが非常に高価だった理由のいくつかでした。



最近、一部の企業は、小さなミラーを使用して、特定のスキャンパターンに従ってレーザービームを「方向付ける」実験を行っています。この設計では、レーザーは1つで十分ですが、それでも可動部品が必要です。



次に、Apple、Ouster、およびIbeoは、可動部品なしでリダーを作成します。数百/数千の垂直発光レーザーを備えたチップリダーは、センサーの視野内の各ポイントに個別のレーザーを使用できます。また、これらのレーザーはすべて1つのチップにあらかじめパッケージ化されているため、これらのデバイスはVelodyneのリダーよりもはるかに簡単に組み立てることができます。



最新のiPhoneは、TrueDepthカメラと呼ばれる別の3Dセンサーを使用してFaceIDを有効にしました。このモジュールは、Lumentumの垂直発光アレイを使用したと報告されています。 TrueDepthの操作の原則は、30,000ポイントをユーザーの顔に投影して、3次元モデルを形成し、保存されたモデルを受け取ったモデルと比較することです（変形を考慮に入れて）。



iPadのリダーは、TrueDepthカメラよりもはるかに少ないドットを投影します。IRカメラでキャプチャされたiFixItからのビデオは、数百ピクセルのグリッドを投影しているリダーを示しました。同時に、TrueDepthセンサーが人の顔に当たる光の形状に基づいて深さを認識した場合、iPadのリダーは距離を直接測定し、光が物体に飛んで戻ってくるまでの時間を計ります。このアプローチにより、深度測定の精度が向上する可能性が高く、センサーの範囲も広がります。

高出力のリダーは、垂直発光レーザー（VCSEL）と単一光子アバランシェダイオード（SPAD）も使用します。

Ouster OS-1およびOS-2リダー



Appleのリダーのパフォーマンスは、リダー会社が製造するトップエンドセンサーよりもはるかに低くなっています。最初の3DリダーをリリースしたVelodyneは、センサーが200メートルで動作できるのに対し、Appleのセンサーは5メートルで動作すると主張しています。



垂直発光レーザーを使用する多くのリダーは、Appleデバイスで使用されるセンサーよりも強力です。たとえば、VCSELレーザーに基づくOusterの最も強力なリダーは、10％の反射率で約100メートルの範囲を誇っています。



Ousterの現在のセンサーはすべて、Velodyneの回転装置に似ています。それらは16から128の垂直発光レーザーを備えたチップを使用します-これらのチップは回転ベースのカラムに取り付けられています。このワンピースデザインのシンプルさにより、Ousterはデバイスの価格を下げ、Velodyneの最大のライバルの1つになりました。ただし、これらのセンサーは依然として数千ドルの費用がかかります。スマートフォンはもちろん、車で使用するには高すぎます。



先週、Ousterは可動部品のない新しいソリッドステートリダーをリリースする計画を発表しました。 Ousterの新しいデバイスは、16〜128個のレーザーを並べるのではなく、2次元グリッドに配置された20,000個の垂直放射レーザーを使用します。



Ibeoも同様の戦略を追求しており、Ousterを上回る可能性があります。 Ibeoは、これまでにマスマーケットに納入された最初のリダー、つまりAudiA8用のセンサーを開発しました。それはたった4本の垂直線の解像度を持つ絶対に原始的な装置でした。同社は現在、IbeoNextと呼ばれる新しいデバイスを開発しています。このモデルには、128 x 80ピクセルのレーザーグリッドがあります。これは、Ousterの投影センサーよりもわずかに小さいですが、Ibeoの最新のデバイスよりも大幅に大きくなります。同社は、新しいセンサーの範囲が150メートルで反射率が10％になると主張しています。



言及する価値のある最後のプレーヤーは、1月に話した会社であるSensePhotonicsです。..。私たちが話した他の会社のように、Senseはそのリダーに垂直発光レーザーと単一光子なだれダイオードを使用しています。同時に、Senseレーザーを使用する場合、マイクロトランスファー印刷と呼ばれる技術を使用します。その助けを借りて、レーザーは過熱することなく、より多くのエネルギーを消費し、人間の目に安全を保つことができます。これまでのところ、Senseのデバイスはそれほど長距離ではありませんでしたが、CEOのShauna McIntyreはArsに、200メートルの範囲で動作するセンサーの開発を検討していると語りました。Senseが2021年初頭に発表するデバイスです。

ライダーはまもなく自動車市場に参入します

Ibeoのライダー



彼らは自動車業界からの需要の急増を期待するようIbeo、センスと追放は、新しい低コストモデルをリリースしています。 LidarsはADASシステムを大幅に改善できます。



たとえば、多くの人がテスラには業界で最も先進的なADASシステムがいくつかあると信じています。同時に、同社は常に問題を抱えています。その車は静止した物体に衝突し、時には致命的な結果をもたらします。リダーはカメラやレーダーよりも静止物体の検出に優れています。つまり、リダーを導入することで多くの事故を防ぐことができ、ADASシステムはドライバーにとってより便利になります。



これまで、リダーは自動車市場には高すぎると考えられていましたが、これは変わりつつあります。いくつかの企業は、今後数年間で1,000ドル未満でリダーをリリースすることを約束しています。



Ousterは、2024年に自動車産業向けの大量生産用にES2センサーを準備する予定です。同社によれば、このデバイスは当初600ドル



から始まり、将来的には100ドルに下がる予定です。IbeoはIbeoNextの価格を発表していませんが、2022年にシリーズ生産を開始するためにGreat Wall Motors（中国の大手自動車メーカー）とすでに契約を結んでいると同社は述べています。年。



垂直光レーザーを使用しない企業もこの市場に群がっています。このプールで最も著名な企業の1つは、5月にVolvoとのパートナーシップを発表したLuminarです。 Volvoは2022年にLuminarlidarを搭載した車を発売する予定です。



これらの設計にはすべて、独自の長所と短所があります（そして異なります）。これまでのところ、Luminarは250メートルものかなりの範囲を誇っています。おそらくこれは、Luminarが可視光範囲をはるかに超える1550nmの波長のレーザーを使用しているためです。人間の目の液体はそのような光を通さないので、Luminarは人間の目を傷つけない強力なレーザーを使用できます。また、ルミナールリダーは、オースターデバイスよりも広い視野を持っています。



Luminarの最大の問題は、表示価格の1,000ドルを満たすことができるかどうかです。 2年前にLuminarのCEOであるAustinRussellにインタビューしたとき、彼は、Luminarが大衆市場に参入するためには、「価格を数千に下げる」必要があると述べました。それから私はルミナールのリダーが「数千」以上の価値があると思いました。現在、同社は、リダーの価格が1,000ドルを下回ると主張しています。



OusterとIbeoは、デバイスを安価にすることに問題はありません。企業は、高速道路の速度で動作するために必要であると考えられている200メートルに達する問題を抱えている可能性があります。



「垂直発光レーザーは、従来のリダーで使用されているものよりも明るさが劣ります」と、OusterのCEOであるAngusPakalaは私に語った。 「物理モデルを作成し、単一光子アバランシェダイオードと垂直発光レーザーを接続すると、パフォーマンスが低下します。」しかし、パカラ氏は、オースターは、組み合わせを機能させることができる多くの「さまざまなレベルの基本的なソリューション」を開発したと述べた。パカラ氏によると、これらのソリューションには、範囲外の光の「例外的な」抑制と、戻りレーザー光とノイズを区別するのに役立つ「信号処理デバイスをダイオードの近くに配置する」ことが含まれます。



したがって、今後数年間で、Ouster、Ibeo、およびSenseは、デバイスが200メートルの範囲で動作できる程度に垂直放射レーザーと単一光子アバランシェダイオードの組み合わせのパフォーマンスを開発するという大きな課題に直面します。彼らがこの問題の解決に成功した場合、チップの低コストとシンプルさがこれらの企業に決定的な利点をもたらします。彼らが失敗した場合、彼らはこの市場のより低いレベルに下がることができます。

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