Prototyp eines Vier-Kanal-Lidar-Lasermoduls. Mit seiner extrem kurzen Pulslänge von fünf Nanosekunden ermöglicht der Laser erstmals MEMS-basierte Scanning-Lidar-Systeme.
Osram Opto Semiconductors
Osram Opto Semiconductors und Innoluce haben auf der diesjährigen electronica 2016 einen Prototypen eines leistungsstarken Vier-Kanal-Lasers für Lidar-Systeme vorgestellt. Der Laser zeichnet sich durch eine extrem kurze Pulslänge und vier parallele Ausgangskanäle aus. Damit bietet er bessere Möglichkeiten zur Detektion von Objekten sowie einen vertikalen Erfassungsbereich. Eingesetzt wird der Laser erstmals in Scanning-Lidar-Sensoren auf der Basis von Mikro-Elektromechanischen Systemen (MEMS). Eine solche Lösung benötigt keine Mechanik zum Umlenken des Laserstrahls und ist deutlich weniger anfällig für Verschleiß.
Der Vier-Kanal-Lidar-Laser besteht aus einem Laserbarren mit vier einzeln ansteuerbaren Laserdioden sowie einer im Modul integrierten Ansteuerschaltung. Das gesamte Modul ist oberflächenmontierbar und reduziert den Montageaufwand und die Feinjustage beim Kunden. Für den Laserbarren werden in einem Fertigungsschritt vier Laserdioden nebeneinander produziert, sodass sie präzise zueinander ausgerichtet und einzeln ansteuerbar sind. Die Pulslaserdioden mit 905 Nanometer Wellenlänge hat Osram zudem weiter verbessert. Die in Nanostack-Technologie gefertigten Laserdioden liefern nun mit maximal 85 Watt optischer Leistung bei 30 Ampere etwa 10 Watt mehr als bisher.
Höhere optische Leistung, extrem kurze Pulslänge
Bemerkenswert ist die Pulslänge von weniger als fünf Nanosekunden im Vergleich zu den bisher erreichten 20 Nanosekunden . Die kurze Pulslänge und der geringe Duty Cycle von 0,01 Prozent garantieren, dass auch bei derart hohen Leistungen die Vorgaben für die Augensicherheit erfüllt sind. Mit 24 Volt Betriebsspannung bedient der Laser außerdem die Anforderungen für den Einsatz im Automobil. Aufgrund der kurzen Pulslängen ermöglicht der Vier-Kanal-Lidar-Laser erstmals ein Scanning-LIDAR-System, bei dem der Lichtstrahl über ein MEMS umgelenkt wird.
Der 2,7 x 2,3 mm2 große MEMS-Chip wird mit bis zu zwei Kilohertz betrieben und ist eine Entwicklung von Innoluce. Das Unternehmen wurde Anfang Oktober 2016 von der Infineon Technologies AG übernommen. Das Gesamtsystem deckt ein Blickfeld von 120° in der Waagrechten und 20° in der Senkrechten ab und bietet eine Auflösung von 0,1° horizontal und 0,5° vertikal. Bei Tageslicht beträgt die Reichweite für das Erkennen von Fahrzeugen mindestens 200 Meter, für Fußgänger 70 Meter. Muster des neuen Vier-Kanal-Lidar-Laser werden ab Frühsommer 2017 verfügbar sein, die Markteinführung ist für 2018 geplant.
Wie funktionieren Lidar-Sensoren?
Lidar-Sensoren (Light Detection and Ranging) sind ein wesentlicher Bestandteil von künftigen autonom oder teilautonom fahrenden Autos. Das Grundprinzip ist die Laufzeitmessung: Ein sehr kurzer Laserpuls wird ausgesandt, trifft auf ein Objekt, wird reflektiert und von einem Detektor erfasst. Aus der Laufzeit des Laserstrahls ergibt sich die Entfernung des Objekts. Scanning-Lidar-Systeme rastern horizontal mit einem Laserstrahl über ein bestimmtes Winkelsegment die Umgebung des Autos ab und erzeugen eine hochaufgelöste 3D-Karte des Umfelds. Heute wird die Umlenkung der Laserstrahlen in Scanning-Lidar-Systemen meist mit mechanisch bewegten Spiegeln realisiert. Manche Lösungen montieren mehrere Laserdioden übereinander, um das vertikale Blickfeld auszuweiten.