Toshiba miniaturise son LiDAR à semi-conducteur

Destiné aux véhicules autonomes et à la surveillance des infrastructures routières, le prototype dévoilé par Toshiba est trois moins encombrant et 50% plus sensible que la version qu’il avait présentée il y a un an.

Au même titre que les radars ou les caméras de vision, le LiDAR constitue l’un des éléments de détection clés pour le développement des véhicules autonomes et semi-autonomes. Déjà auteur d’un prototype de LiDAR à semi-conducteur compact présenté en juillet 2020, Toshiba récidive cette année avec un modèle encore plus compact puisque le Japonais le présente ni plus ni moins comme le plus compact au monde. Le dispositif est en tout cas trois fois moins encombrant que celui développé il y a un an (l’ensemble émetteur-récepteur tient dans 350 centimètres cubes), tout en conservant une portée de 200 mètres, une résistance éprouvée aux vibrations et au vent, ainsi qu’une résolution digne de modèles plus volumineux (1200×80 pixels). Et contrairement aux caméras, ce LiDAR réalise un balayage 3D et une détection d’objets longue portée fiable quel que soit l’environnement lumineux et dans diverses conditions météorologiques.

« Nous avons sécurisé les technologies essentielles pour un LiDAR à semi-conducteur compact, haute résolution et longue portée, robuste et simple à installer. Pour une technologie aussi polyvalente, nous anticipons une demande sur les marchés de la conduite autonome mais aussi de la surveillance des infrastructures de transport, notamment la détection précoce de l’affaissement d’une route, d’un manteau neigeux ou, tout simplement, d’un objet sur la voirie », souligne  Akihide Sai, Senior Research Scientist au Research & Development Center de Toshiba.

Une nouvelle architecture de photomultiplicateur silicium

C’est surtout côté récepteur que le Japonais a œuvré pour améliorer son LiDAR, avec le développement d’un photomultiplicateur silicium (SiPM) de nouvelle génération. Rappelons que les SiPM sont des puces silicium constituées de cellules photoréceptrices ultra sensibles contrôlées par des transistors permettant de détecter de très faibles quantités de lumière. Le dernier-né des photomultiplicateurs silicium de Toshiba utilise des transistors plus petits ainsi qu’une architecture qui s’affranchit de la couche tampon qui protégeait les transistors en la troquant contre des tranchées isolantes placées entre les transistors et les cellules réceptrices. La perte de sensibilité potentielle résultant de l’utilisation de transistors plus petits a été résolue avec l’ajout d’une section de tenue aux plus hautes tensions afin d’augmenter la tension d’entrée de la cellule photoréceptrice (voir schéma).

Par rapport au modèle précédent, ces innovations, couplées à une optimisation du packaging, ont permis de réduire de 75% la taille du SiPM tout en améliorant sa sensibilité lumineuse de 50 % et en quadruplant sa résolution portée ici à 1 200 x 80 pixels.

Compte tenu de la sensibilité de ce SiPM, il est équipé d’une technologie de compensation en température qui ajuste automatiquement la tension d’entrée des cellules réceptrices en fonction des changements de température ambiante pour maintenir son niveau de performances.

Toshiba ne compte pas s’arrêter en si bon chemin puisqu’il s’attend à encore faire progresser son LiDAR en termes de plage de détection, de résolution et de miniaturisation, pour viser de nouvelles applications, en particulier la robotique, les drones et les dispositifs de sécurité.