Meilenstein für Laser-Sensoren in selbstfahrenden Autos

Osram Opto Semiconductors präsentiert Prototyp eines Mehrkanal-Lasers für Scanning LIDAR

Osram Opto Semiconductors zeigt auf der electronica 2016 einen Vier-Kanal-Laser, der LIDAR-Systeme (Light Detection and Ranging) für autonomes oder teilautonomes Fahren einen Schritt weiterbringt. Der Prototyp-Laser zeichnet sich durch eine extrem kurze Pulslänge und vier parallele Ausgangskanäle aus. Damit bietet er völlig neuartige Möglichkeiten zur Detektion von Objekten sowie einen einzigartigen vertikalen Erfassungsbereich. Eingesetzt wird dieser Meilenstein modernster Lasertechnologie 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. Zusammen mit Innoluce, einem Unternehmen der Infineon Technologies AG und Spezialisten für Laser-Scanner-Technologie, zeigt Osram wie die Zukunft von LIDAR-Systemen aussehen kann.

LIDAR-Sensoren 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.

4-Kanal Laserbarren reduziert Aufwand für Justierung

Der 4-Kanal-LIDAR-Laser von Osram Opto Semiconductors 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. „Der neue Laser ist ein Barren, der aus vier im Produktionsprozess separierten Laserdioden besteht, die aber nicht vereinzelt werden. So entsteht ein Laser, der vier perfekt parallele Strahlen aussendet. Unsere Kunden müssen die einzelnen Lichtquellen nicht mehr aufwändig justieren“, erklärt Sebastian Bauer, der bei Osram für das Produkt verantwortlich ist.

Höhere optische Leistung, extrem kurze Pulslänge

Für den neuen Laser hat Osram seine Pulslaserdioden mit 905 Nanometer Wellenlänge weiter verbessert. Die in Nanostack-Technologie gefertigten Laserdioden liefern nun mit maximal 85 Watt (W) optischer Leistung bei 30 Ampere ca. 10 W mehr als bisher.

Spektakulär ist die Pulslänge von weniger als fünf Nanosekunden (ns) im Vergleich zu den bisher erreichten 20 ns. 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.

Erster Laser für Einsatz mit MEMS

Aufgrund der kurzen Pulslängen ermöglicht der 4-Kanal-LIDAR-Laser erstmals ein Scanning-LIDAR-System, bei dem der Lichtstrahl über ein MEMS umgelenkt wird. Auf der electronica präsentiert Osram zusammen mit seinem Partner Innoluce den Prototypen eines solchen Systems. 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. Der auf der Messe gezeigte Demonstrator wird leicht abgewandelte Eigenschaften haben.

Pulslaserdioden von Osram Opto Semiconductors sind seit über zehn Jahren im Auto im Einsatz – beispielsweise für die Abstandsmessung in intelligenten Tempomaten und für Notbrems-Assistenten. Mit dem neuen Laser erweitert Osram seine Produktpalette, um die vielfältigen Entwicklungen von Sensoren für selbstfahrende Autos bestmöglich zu unterstützen. Muster des neuen 4-Kanal-LIDAR-Laser werden ab Frühsommer 2017 verfügbar sein, die Markteinführung ist für 2018 geplant.

Besuchen Sie Osram Opto Semiconductors auf der electronica Halle A3, Stand 107.

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