Flash-Lidar soll die Umfelderkennung verbessern

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Werner Brockherde, Geschäftsfeldleiter "CMOS Image Sensors" am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg und sein Team haben die Lidar-Technik (Light Detection and Ranging) weiterentwickelt. Beim automatisierten Fahren könnte das System die bisher genutzte Kamera- und Radartechnik ergänzen, um eine komplette Aufnahme des Fahrzeugumfelds zu erhalten und so Hindernisse im Verkehr zu erkennen.

Lidar-Systeme senden gepulste Laserstrahlen, die an der Oberfläche von Objekten reflektiert werden. Mit sogenannten Time-of-Flight-Kameras empfängt das Lidar-Gerät die zurückgestreuten Signale: Anhand der Laufzeit, die das Licht zu den Objekten und zurück benötigt, werden Abstand, Position und Geschwindigkeit von Fahrzeugen, Radfahrern, Passanten oder Baustellen errechnet. Mit diesen Daten lassen sich Kollisionen vermeiden.

Lichtblitz erfasst gesamte Umgebung des Fahrzeugs

Beim traditionellen Lidar wird ein einziger Laserstrahl auf einen rotierenden Spiegel gelenkt, der so die Umgebung im 360-Grad-Winkel erfasst. Beispielsweise verwendet Google die Technik für seine "Driverless Cars". Allerdings sind diese Spiegelvarianten laut der Fraunhofer-Forscher sehr klobig und mechanisch fehleranfällig, daher würden sich viele Automobilhersteller gegen das System entscheiden und es nicht in Fahrzeugen verbauen. Brockherde und seine Kollegen am IMS verwenden daher sehr empfindliche Sensoren, die ohne rotierenden Spiegel auskommen. Diese erfassen mit einem einzigen Laserblitz die gesamte Szenerie beziehungsweise Umgebung des Fahrzeugs. "Flash-Lidar" bezeichnen die Forscher ihre neue Generation von Sensoren, die aus mehreren speziellen am IMS entwickelten Photodioden – sogenannten Single-Photon Avalanche-Dioden (Spads) – bestehen. "In unserem Fall wird nicht nur ein Punkt beleuchtet wie beim klassischen Lidar, sondern ein rechteckiges Messfeld", erläutert Brockherde.

Die Spads sind hundert Mal empfindlicher als beispielsweise in Smartphones integrierte Photodioden, so die Wissenschaftler. Der Vorteil gegenüber dem klassischen Lidar-System: Sowohl Sensor als auch Auswertelektronik seien auf nur einem Chip verbaut. Dadurch falle die Entwicklung besonders klein und flach aus. Automobilhersteller könnten sie daher problemlos etwa hinter der Windschutzscheibe oder dem Scheinwerfer verbauen. Ziel der IMS-Forscher sei es, mit Flash-Lidar eine Entfernung von bis zu 100 Metern abzudecken.

Bereits 2018 serienreif

"Die ersten Systeme mit unseren Sensoren werden bereits 2018 in Serie gehen", sagt der Forscher. Auch für andere Anwendungsfelder wie Medizin, Analytik oder Mikroskopie seien die empfindlichen Sensoren interessant, da sie auch bei schwachen Lichtintensitäten funktionieren sollen.