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パナソニックは7月3日,メディア向けに6月に発表したTOF方式長距離画像センサーの技術を解説する技術セミナーを行なった。
現在,自動運転を実現するセンサーとして,ミリ波レーダー,カメラ,そしてレーザーを用いるLiDARの開発が進められている。同社によればこれらには一長一短がある。特に夜間において遠方(250m先)まで人やモノを高解像度で検出する技術は無かった。
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そこで同社は,アバランシェフォトダイオード(APD)による光電子倍増機能を搭載したCMOSセンサを開発した。250mという距離の計測は,光子が1つ返ってくるかどうかだが,今回,CMOSにAPDを積層することで,画素内で1つの光子を1万倍以上に増強することに成功している。これをパルス光源と組み合わせることで,遠距離のTime of Flight(TOF)による3次元距離画像の取得を可能とした。
これまでもAPDを積層したセンサーの発表はされていたが,光電変換部と蓄積部が2次元に構成されているため画素サイズは約20μm□であったが,同社が開発したセンサーはこれらを縦積とすることで画素サイズを11μm□に小型化した。これにより周辺回路部分を含めてセンサーの面積は1/2となり,TOFカメラに搭載可能なセンサーサイズと,25万画素という高解像度を両立した。
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パルス光源には波長940nmの半導体レーザーを用いる。今回,10nsecのパルス幅に同期してセンサ側でも10nsecでシャッターを駆動する短パルス方式TOFを開発した。レーザーの出力は1.5kWだがパルス幅が短いため平均パワーは低く,さらに拡散させるフラッシュ方式なのでアイセーフを実現しているという。現在のフレームレートは5fpsと低いが,今後パルスの間隔を調整することで15fpsや30fpsにも対応できるとしている。
今回,APDによって戻り光量に依存せず,近距離から遠距離まで一括のTOF計測を可能にしたが,同時に遠距離の対象物に対しては確率的に戻ってくる光子の数が1つと0の場合があり,1度の計測では像がドット抜けをした粗いものになる。そのため,戻ってきた光子を積分して像を鮮明化する技術も開発,これにより,夜間において画角30°で250m先の物体を動画で捉えるデモ映像を公開した。
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