編集部
自動運転技術の進化に伴い、センサー技術の重要性が高まっています。
その中でも特に注目されているのが、天候に左右されにくく高精度な検知が可能なミリ波レーダーです。
本記事では、ミリ波レーダーの最新技術と応用事例を通じて、自動運転とADASの高精度化に向けた技術的ブレークスルーをご紹介します。
ミリ波レーダーとは？基本から学ぶ
ミリ波レーダーは、30GHzから300GHzの周波数帯を持つ電波を使用するセンサー技術です。この周波数帯は、電波の中でも比較的短い波長を持ち、高い直進性と耐環境性を特徴としています。雨や霧、雪などの悪天候でも安定した性能を発揮し、自動車やその他の移動体における障害物検知に非常に適しています。
ミリ波レーダーは、車両の前方や周囲の物体との距離、速度、角度を高精度に測定することができます。これにより、衝突回避システムやアダプティブ・クルーズ・コントロール（ACC）などの先進運転支援システム（ADAS）の実現が可能となります。さらに、短波長のためアンテナの小型化が容易で、車両への組み込みがしやすいという利点もあります。
この技術は、1997年に欧米と共通の周波数を利用する免許不要の無線システムとして76GHz帯小電力ミリ波センサーが制度化され、日本でも同様の法制化が進みました。以降、自動車メーカーや技術企業によって急速に開発と実用化が進められてきました。
ミリ波レーダーの基本的な動作原理は、送信アンテナから電波を発信し、物体に反射して戻ってきた電波を受信アンテナで受け取るというものです。これにより、物体までの距離や相対速度を計算することができます。この技術は、特に高い距離分解能を持ち、0.1ミリメートル単位の動きを検知することが可能です。
自動車以外にも、交通量の監視やドローンのナビゲーション、防犯センサーなど、多岐にわたる応用が見込まれています。ミリ波レーダーは、その優れた特性から、自動運転技術の進化に欠かせない要素となっています。
自動運転におけるミリ波レーダーの役割と進化
自動運転技術において、ミリ波レーダーは極めて重要な役割を果たしています。特に、前方監視や衝突回避、アダプティブ・クルーズ・コントロール（ACC）システムなどでの使用が一般的です。76GHz帯のミリ波レーダーは、車両の前方100～200メートルまでの障害物を高精度に検知することができます。
自動運転車に搭載されたミリ波レーダーは、高速道路での運転支援において、先行車との距離と相対速度を継続的にモニタリングし、適切な車間距離を保つことができます。1999年に市場に初めて導入されて以来、普及が進み、現代の自動運転車の標準装備となっています。
さらに、ミリ波レーダーの技術進化は続いており、79GHz帯の導入によって検知精度が飛躍的に向上しています。この新しい帯域は、従来の76GHz帯に比べて、より広範な周波数帯域を使用するため、より高い分解能を実現します。これにより、歩行者や自転車などの小さな対象物の検知能力が向上し、より早期に危険を察知することが可能となります。
ミリ波レーダーは、前方だけでなく自車周辺の監視にも利用されるようになっています。これにより、側方や後方からの接近車両や歩行者も検知でき、安全運転支援システムの効果がさらに高まります。例えば、車線変更時の死角にいる車両を検知するシステムや、後退時の障害物を警告するシステムなど、複数のセンサーと連携した複合的な安全機能が実現されています。
今後も、自動運転技術の進化に伴い、ミリ波レーダーはさらに高度な機能を備え、より安全で快適な運転を支える中核的なセンサー技術として重要性を増していくでしょう。
最新技術ブレークスルー：79GHz帯の導入とその影響
ミリ波レーダー技術における大きな進化の一つが、79GHz帯の導入です。この新しい周波数帯は、従来の76GHz帯と比べて、はるかに広い帯域幅を持ち、高分解能での検知が可能となります。特に、自動運転においては、より詳細な物体の識別が求められており、この技術的ブレークスルーは重要な意味を持ちます。
79GHz帯の導入により、検知能力が向上し、歩行者や自転車などの小さな対象物も高い精度で検知できるようになりました。これにより、早期に危険を察知し、より迅速な反応が可能となるため、自動運転車の安全性が大幅に向上します。また、高分解能化により、物体の形状や速度も詳細に把握できるため、より正確な運転支援が実現します。
この技術は既に欧州で標準化が進められており、日本国内でもパナソニックやデンソーテン（旧富士通テン）などの企業が79GHz帯を活用したミリ波レーダーの開発を進めています。特にパナソニックは、デジタル符号化技術を適用することで高機能化を図り、交差点内の事故を未然に防ぐシステムを構築しています。
一方、デンソーテンは超広帯域なFMCW変調を採用し、高度な信号処理技術を駆使して高分解能かつ広角検知を可能にする79GHz帯レーダーを開発しています。このように、日本の技術企業も積極的に最新技術を取り入れ、安全運転支援システムの性能向上に寄与しています。
さらに、79GHz帯のミリ波レーダーは従来のものと比べて、より中短距離の計測が可能となり、周辺の障害物との距離を高精度で測定することができます。これにより、衝突直前までの制御が可能となり、被害を最小限に抑えることが期待されます。
このように、79GHz帯の導入はミリ波レーダー技術に大きな変革をもたらし、自動運転車の安全性と性能を飛躍的に向上させることが期待されています。
リアルタイム・ミリ波レーダー・シミュレーターの可能性
リアルタイム・ミリ波レーダー・シミュレーターの登場は、自動運転技術の開発における重要な進展です。OTSLが開発したこのシミュレーターは、ミリ波レーダーの仮想的な3次元画像化を可能にし、現実に近い運転状況をシミュレーションすることができます。これにより、実車テストを行わずに自動運転システムの性能を検証できるため、開発効率が飛躍的に向上します。
このシミュレーターは、ミリ波レーダーの照射範囲、角度、距離、反射強度、対象物との相対速度などの計算値をリアルタイムに可視化します。これにより、自動車メーカーはセンサーの配置や性能を詳細に検証し、最適な設計を行うことが可能となります。また、システムサプライメーカーは、センサーの挙動を視覚的に把握することで、設計パラメータの検討や認識領域の確認を効率的に行うことができます。
さらに、半導体メーカーにとっても、このシミュレーターは開発中のデバイスをモデル化し、高速に検証する手段として有用です。これにより、開発期間の短縮と製品の早期市場投入が可能となり、競争力の強化につながります。OTSLは、このシミュレーターを利用することで、自動運転技術の信頼性と安全性を高めるとともに、開発コストの削減を実現しています。
加えて、リアルタイム・ミリ波レーダー・シミュレーターは、他のセンサー技術との統合にも貢献します。LiDARやカメラ、超音波センサーなど、複数のセンサーを組み合わせたシミュレーションを行うことで、複合的な運転支援システムの性能を検証し、最適なシステム設計を目指すことができます。
このシミュレーターの登場により、自動運転技術の開発プロセスは大きく変わりつつあります。より現実的なシミュレーション環境を提供することで、技術者はシステムの信頼性を高め、安全性の向上に貢献しています。リアルタイム・ミリ波レーダー・シミュレーターは、自動運転車の普及に向けた重要なツールとして、今後ますますその重要性を増していくでしょう。
CMOS技術による小型化とコスト削減の現状
ミリ波レーダーの進化には、CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技術の採用が大きく寄与しています。CMOS技術の進歩により、ミリ波レーダーの小型化と低価格化が実現され、これが自動車産業における普及を加速しています。CMOS技術は高い集積度と低消費電力を特徴としており、ミリ波信号を効率的に処理することができます。
富士通研究所は、76～81GHzの広帯域にわたる世界最高速の周波数変調が可能なCMOSミリ波信号源回路を開発しました。この技術により、自動車のレーダーシステムは、異なる速度で移動するターゲットをより正確に識別でき、誤検知を防ぐことができます。また、相対速度で時速200キロメートルまでのターゲットを検知することが可能です。
さらに、米国のテキサス・インスツルメンツは、CMOS技術を活用してミリ波レーダーシステムのサイズ、消費電力、コストの最小化を実現しています。同社のミリ波レーダーチップは、複数の送信・受信アンテナを統合し、高精度な距離測定と角度検出を行います。これにより、システム全体の複雑さが減り、製造コストも削減されます。
CMOS技術を用いたミリ波レーダーは、自動車の前方監視だけでなく、側方や後方の監視にも応用されています。これにより、死角の減少や交差点での安全性向上が期待されます。また、ミリ波レーダーは、他のセンサー技術と組み合わせて使用されることが多く、その結果、より信頼性の高いデータが取得可能となります。
ミリ波レーダーの小型化により、搭載が容易になり、自動車のデザインや設計の自由度が増します。これにより、より多くの車種にミリ波レーダーを組み込むことが可能となり、全体的な市場の拡大にも寄与しています。CMOS技術の進化は、ミリ波レーダーの性能向上とコスト削減を実現し、今後の自動運転技術の発展に不可欠な要素となっています。
ミリ波レーダーの市場規模と将来展望
ミリ波レーダーの市場規模は、急速に拡大しています。矢野経済研究所の調査によれば、2017年の市場規模は約3,969億円でしたが、2025年には1兆4,355億円に達すると予測されています。この成長は、主に自動運転技術と先進運転支援システム（ADAS）の普及によるものです。ミリ波レーダーは、その優れた耐環境性と高精度な検知能力から、多くの自動車メーカーに採用されています。
SDKIによる別の調査では、2022年の世界市場規模は約12億ドルであり、2035年には約14億ドルに達すると見込まれています。市場の成長は確実ですが、LiDARや超音波センサーなどの代替技術との競争が成長を抑制する要因となる可能性もあります。それでも、ミリ波レーダーの特性から、今後も需要は高まると予想されます。
ミリ波レーダー市場の成長を支える要因の一つは、規制の緩和と技術の進化です。特に79GHz帯の導入により、高分解能での検知が可能となり、小さな物体の識別や近距離での高精度検知が実現します。これにより、自動運転車の安全性が大幅に向上し、さらなる市場拡大が期待されます。
また、価格の低下も市場拡大の重要な要因です。CMOS技術の進化により、ミリ波レーダーの製造コストが削減され、多くの車種に搭載できるようになりました。これにより、自動車メーカーは、より多くのモデルにミリ波レーダーを装備し、安全性を高めることができます。
将来的には、ミリ波レーダーは自動車だけでなく、スマートシティの交通管理やドローンのナビゲーション、産業用ロボットなど、さまざまな分野での応用が期待されています。特に、都市部の交通渋滞の緩和や物流の効率化に貢献することが期待されています。
このように、ミリ波レーダーの市場は今後も成長を続け、自動運転技術の進化とともに、ますます重要な役割を果たすことになるでしょう。
ミリ波レーダーと他のセンサー技術の競争と協調
ミリ波レーダーは、自動運転技術における主要なセンサーの一つですが、LiDARやカメラ、超音波センサーなど他の技術とも競争および協調しながら進化しています。各センサーには独自の強みと弱みがあり、それぞれが補完的な役割を果たしています。
LiDAR（Light Detection and Ranging）は、高精度な3Dマッピングを得意とし、物体の形状や位置を詳細に把握する能力に優れています。しかし、天候や視界の悪条件下では性能が低下することが課題です。一方、ミリ波レーダーは天候の影響を受けにくく、遠距離での検知能力に優れていますが、細かな形状識別には不向きです。このため、LiDARとミリ波レーダーを組み合わせることで、双方の弱点を補い合うことが可能です。
カメラは高解像度の画像を提供し、物体の識別や色彩情報を取得するのに適しています。例えば、交通標識の読み取りや車線認識などに利用されます。しかし、カメラも視界不良時には性能が低下するため、ミリ波レーダーと併用することで、全体のシステムの信頼性を高めることができます。
超音波センサーは近距離の障害物検知に優れていますが、遠距離検知には適していません。これもミリ波レーダーと組み合わせることで、近距離から遠距離までの包括的な障害物検知システムを構築できます。特に駐車支援システムなどで効果的に利用されています。
これらのセンサー技術は、それぞれが持つ特性を活かし、相互に補完し合うことで、自動運転車の安全性と性能を最大化します。複数のセンサーを統合したシステムにより、異常事態や緊急状況に対する応答性が向上し、より安全な自動運転が実現します。技術の進化とともに、これらのセンサー間の協調はますます重要性を増していくでしょう。
実際の応用事例：高精度な前方監視と事故防止
ミリ波レーダーの技術は、自動運転車や先進運転支援システム（ADAS）において、さまざまな実用的な応用事例があります。特に高精度な前方監視と事故防止の分野で、その効果が顕著に表れています。
前方監視システムでは、ミリ波レーダーが車両の前方にある障害物や他の車両を検知し、その距離と速度をリアルタイムで測定します。これにより、アダプティブ・クルーズ・コントロール（ACC）システムが先行車との適切な車間距離を維持し、安全な走行をサポートします。例えば、高速道路での運転中に、先行車が減速した際に自動で速度を調整し、衝突を回避することが可能です。
また、プリクラッシュシステム（PCS）においてもミリ波レーダーは重要な役割を果たしています。PCSは、前方の障害物を検知すると警告を発し、必要に応じて自動ブレーキを作動させることで衝突を回避します。このシステムは特に市街地での低速走行時や、渋滞中の追突事故防止に有効です。歩行者や自転車などの小さな対象物も検知できるため、事故のリスクを大幅に減少させることができます。
ミリ波レーダーの応用は前方監視にとどまらず、周囲監視システムにも広がっています。例えば、車線変更時の死角にいる車両を検知するブラインドスポットモニタリング（BSM）や、後退時の障害物を検知するリアクロストラフィックアラート（RCTA）など、様々な状況でドライバーの安全をサポートしています。
これらのシステムは、単独での機能はもちろんのこと、他のセンサー技術と組み合わせることでさらに高い性能を発揮します。カメラやLiDARと連携し、より精密で信頼性の高い検知システムを構築することで、自動運転車の安全性が飛躍的に向上します。
このように、ミリ波レーダーは自動運転技術の中心的な役割を果たし、日々進化を続けています。その応用範囲は広がり続け、私たちの移動をより安全で快適なものに変えています。
技術革新がもたらす新たな課題とその克服法
ミリ波レーダーの技術革新は自動運転技術の進歩に大きく貢献していますが、その進化に伴い新たな課題も生じています。これらの課題を克服するためには、さらなる技術的な改良と新しいアプローチが求められます。
まず、ミリ波レーダーの高分解能化と長距離検知能力の向上により、反射物からのレーダー散乱や干渉が増加する問題があります。この問題を解決するために、関西ペイントなどの企業が開発した「電波吸収シート」が注目されています。これにより、屋内駐車場やトンネルなどでの電波反射を抑え、誤検知を防ぐことが可能となります。
次に、複数のミリ波レーダーを搭載する車両が増えることで、相互干渉のリスクが高まります。このリスクを軽減するために、先進的な信号処理技術と周波数帯の動的割り当てが導入されています。例えば、周波数ホッピング技術を用いることで、複数のレーダーシステムが干渉することなく同時に動作することができます。
さらに、ミリ波レーダーの小型化と低価格化が進む一方で、デバイスの高性能化も求められています。これに対応するために、CMOS技術の進化が重要な役割を果たしています。高集積度のCMOSチップは、複雑な信号処理を一体化し、低消費電力で動作することが可能です。これにより、システム全体の性能を維持しながらコストを削減できます。
加えて、ミリ波レーダーの環境耐性の強化も課題となっています。極端な気象条件下でも安定した性能を発揮するために、耐候性材料や防護カバーの開発が進められています。また、ソフトウェア面でも、環境条件に応じたリアルタイム補正アルゴリズムが導入され、検知精度の維持が図られています。
最後に、データの統合と解析の高度化が求められます。ミリ波レーダー単体では得られない情報を、LiDARやカメラ、他のセンサーと組み合わせることで、より包括的な状況認識が可能となります。このために、データ融合技術とAIによる解析が活用され、センサーから得られる膨大なデータをリアルタイムで処理し、最適な判断を行うシステムが開発されています。
このように、ミリ波レーダーの技術革新は多くの新たな課題をもたらしますが、それらを克服するための様々な技術とアプローチが進展しています。今後も、自動運転技術の発展とともに、ミリ波レーダーの役割はますます重要となるでしょう。
まとめ
ミリ波レーダーは、自動運転技術の進化に不可欠な要素として注目されています。その高い耐環境性と精度により、安全性と利便性の向上に貢献しています。技術革新が続く中、CMOS技術の採用や79GHz帯の導入など、性能の向上とコスト削減が進んでいます。
また、他のセンサー技術との協調により、複合的な安全システムが構築されつつあります。これからも、自動運転の普及とともにミリ波レーダーの重要性は増していくでしょう。