近年、スイープロボット、無人搬送車 (AGV)、自律走行車などの自動化アプリケーションにおいて、距離を正確に測定し空間を識別する光検出および測距 (LiDAR) を採用するデバイスが増えています。さらに、電力変換装置は自動化装置の安定した動作に重要な役割を果たします。本稿では、LiDARと電力変換デバイスの開発状況、およびロームが紹介するレーザーダイオードと電力変換デバイスソリューションの機能と特徴について紹介します。
AI技術によりLiDARの物体識別能力が向上
近年、LiDAR計測による点群データを用いたディープラーニング（畳み込みネットワーク）や物体検出アルゴリズム（YOLO/Faster-RCNN/SSD等）をベースとした最先端のAI技術が年々急速に発展しています。3Dイメージング技術と深層学習を組み合わせたイノベーションも、AIロボットの中核技術となっています。LiDARテクノロジーの成熟度が高まり、コストが低下するにつれて、LiDARは、距離を正確に測定し、空間内の物体を識別するために、多くのロボット工学や自動車のアプリケーションで広く使用されるようになりました。
AIと機械学習技術をサポートするカメラとLiDARは、従来のカメラ コンピューター ビジュアル技術よりも大幅に優れています。アルゴリズムはさまざまな照明や気象条件に自動的に適応し、道路上の運転者と歩行者を区別するために、道路状況をより正確に、柔軟に、そして安定的に検出、追跡、分類することができます。したがって、より遠くまで、より正確に、より低い消費電力で情報を検出するためには、光源としてレーザーダイオードを使用する必要性も高まります。
より高品質の高出力レーザーダイオードを提供する
LiDARおよび物体検出技術では、物体の正確な位置特定、分類、セグメンテーションには、高解像度のビーム光源の出力が不可欠です。ロームのレーザーダイオードは、長年培ってきた光導波路設計技術やプロセス技術により高品質なビーム形状を実現し、今後ますます複雑な動作が求められるAIやロボティクスの発展に貢献します。
ROHMは、より狭い放射幅を実現する特許技術を有しており、これによりLiDARはより長い距離をサポートし、より高い精度を確保することができます。2019年より、ローム社製の25W高出力レーザーダイオード「RLD90QZW5」が量産されています。主に民生用エレクトロニクス分野において高い評価を受け、顕著な輸入実績を誇ります。市場の拡大する産業用制御機器への応用拡大のため、ロームは高出力75WレーザーダイオードRLD90QZW3を開発しました。
RLD90QZW3は、905nm、75W、225μmの不可視パルス レーザー ダイオードを使用して、狭い放射幅を実現し、検出距離を延長し、誘導精度を向上させます。RLD90QZW3は、ロームの先進的な構造により、高いエネルギー変換効率と波長温度変動の低減を実現し、低消費電力と長寿命に貢献します。RLD90QZW3は業界標準に準拠した Φ5.6 CANでパッケージ化されており、レーザー距離計、AGV、セキュリティ アプリケーションに適しています。
RLD90QZW3は、測距および空間認識用の3D ToFシステムを使用するLiDAR用に開発された赤外線75W高出力レーザー ダイオードです。ローム独自の部品研究開発技術により、レーザーダイオードの出力と同等の225µmという業界最小の超狭発光幅を実現しました。290 µmの他の市場競合製品と比較して、発光幅は22% 減少しました。そのため、高いビーム性能、狭い照射領域、高い光学密度を特徴とし、より高い解像度と広い範囲を可能にします。
発光幅全域にわたって光度を均一化することに成功したほか、レーザー波長の温度依存性は0.15nm/℃と低く、温度変化の影響を受けにくくなっています。 そのため、パフォーマンスを安定させることができます。レーザー波長の温度依存性は、同じ出力、290µmの発光幅、0.25nm/℃の温度依存性を持つ市場の競合製品よりも40%低くなっています。より小さい波長のバンドパス フィルターを使用すると、より狭い波長範囲が提供され、信号対雑音比が向上し、LiDARの長距離アプリケーションをサポートできます。一方、RLD90QZW3は発光幅全体にわたって光強度が均一で光強度も均一であるため、画像エッジの解像度を向上させることができます。
さらに、RLD90QZW3は特許技術を採用しています。同一出力の製品の中では業界最小の発光幅を誇るだけでなく、発光幅に匹敵することが難しい電力光変換効率（PCE）も実現しています。また、市場競合製品の21% にも達しています (24A、75Wの正電流出力)。そのため、使用時に消費電力の増加を心配する必要はありません。
また、本シリーズの製品市場導入プロセスを迅速化するため、駆動回路設計手法のアプリケーションガイド、基板研究開発用データ、シミュレーションモデル（SPICEモデル、Rayデータ）など豊富な設計データもローム公式サイトで無償提供しており、本シリーズの新製品を評価可能な形で導入いただけます。
ロームは、今後のソリューション提供に向けて、LiDARセンサーのリファレンスデザインの試作を進めており、次世代デバイスであるGaN HEMT や高出力120W レーザーダイオード RLD90QZW8 の商品化も開始しており、顧客の設計工数削減や早期立ち上げに貢献します。
ROHMのLiDARセンサー向けリファレンスデザイン
電力変換効率がロボットの性能を向上
「世界の工場」を有する中国は、すでにさまざまな産業分野でかなり高いレベルの工業製造技術と高度な工作機械・ロボットを備えています。また、中国政府が「中国製造2025」プロジェクトに指定した10地域のうちの1つでもある。中国は2025年までに製造工程と国内で使用される部品を改善し、中国をロボット工学の世界的リーダーにすることを目指している。その結果、中国では多くのロボット企業が誕生しました。
ロボットアプリケーションでは、人工知能、センシング（画像認識）などの高機能化と駆動能力の強化により、より多くの電力が必要になります。その結果、解決すべき電力変換技術の問題が増加しています。さらに、移動ロボットにとって電力変換効率は非常に重要な要素です。
電力変換技術の革新がロボット設計の変化を推進しており、新しい電力デバイスがサイズ、重量、電力予算、コスト効率の面でロボットアプリケーションのニーズを満たすようになり、ロボットが工場から家庭や商業用途にまで普及し、市場スペースがさらに拡大しています。
産業機器アプリケーション向けの高度な電力コンバータ
ロームは、産業機器の電源問題を解決するため、産業用ロボット向け48V電源に対応した産業機器用DC/DCコンバータ「BD9G500EFJ-LA」を発売した。現在、バッテリー駆動の移動ロボットでは24～72Vの電源が主流となっています。BD9G500EFJ-LAは、業界トップクラスの80V高耐電圧、5A大電流を提供し、先進的な産業機器の機能とサイズの向上、複数の機能を統合したデバイスの小型化、AIやIoTを組み合わせたより機能的な産業アプリケーションの追求に貢献します。
BD9G500EFJ-LAは、48V/60V電源入力を必要とする電動自転車、産業用ロボット、電動工具などのアプリケーションのほか、48V電源入力を必要とするサーバー、充電ステーション、5G基地局用パワーアンプなどにも幅広く使用できます。また、サージ電圧にさらされる掃除機、洗濯機、その他のモーターなどのアプリケーションも、BD9G500EFJ-LAの重要なアプリケーションになります。
BD9G500EFJ-LAは出力電流を増加させ、動作温度範囲を拡大し、出力電圧の精度を向上させます。また、ロームの高品質設計基準とLAランク製品に適合した10年間の供給を保証しています。
BD9G500EFJ-LAは、高耐圧Bi-CDMOSプロセスを採用し、ハイサイドMOSFET（非同期整流型）を搭載した非絶縁型DC/DCコンバータチップとしてはクラス最高の80V定格電圧と広い安全動作範囲を実現しています。同チップは、同じ出力電流の標準製品と比較して、耐電圧を約20％向上させることに成功し、5G基地局やサーバーの48V主電源に十分なサージ電圧マージンを提供し、一般的に使用される60Vシステムにも十分なマージンを提供します。したがって、電動自転車や電動工具ではより大きなサイズのバッテリーを使用でき、アプリケーションの信頼性が向上します。
同時に、BD9G500EFJ-LAには、低オン抵抗、高速過渡応答、設定しやすい位相補償、100kHz ～ 650kHzの調整可能な周波数が組み込まれています。低損失MOSFETを内蔵し、非同期整流でありながら2A～5Aの広い出力電流範囲で85%の高い電力変換効率を実現し、省電力性能を高めます。ROHMは、BD9G500EFJ-LAデバイス用のBD9G500EFJ-EVK-001評価ボードも提供しています。
結論
高品質で効率の高い新しいLiDARおよび電力変換チップは、ロボットなどの産業機器のパフォーマンスを向上させ、ロボットのアプリケーションを家庭やビジネス分野に拡大するのに役立ちます。ROHMが導入した高品質レーザーダイオードは、より高い精度と検出範囲を備えており、新しい電力変換チップもより高い電力変換効率を提供できるため、ロボットや自動化機器にとって最適なパートナーとなります。