Osram Opto Semiconductors Meilenstein für Laser-Sensoren in selbstfahrenden Autos

Die in Nanostack-Technologie gefertigten Pulslaserdioden mit 905 nm Wellenlänge liefern mit maximal 85 W optischer Leistung bei 30 A ca. 10 W mehr als bisher. Spektakulär ist die Pulslänge von weniger als 5 ns im Vergleich zu den bisher erreichten 20 ns.

Osram Opto Semiconductors hat einen Vier-Kanal-Laser entwickelt, der LIDAR-Systeme für autonomes oder teilautonomes Fahren einen großen Schritt voran bringen könnte.

Erstmals für MEMS-basierte Scanning-LIDAR-Sensoren ausgelegt, punktet der Prototyp-Laser mit vier parallelen Ausgangskanälen und einer extrem kurzen Pulslänge von weniger als 5 ns. Damit bietet er völlig neue Möglichkeiten zur Detektion von Objekten und einen einzigartigen vertikalen Erfassungsbereich.
LIDAR-Sensoren sind ein wesentlicher Bestandteil künftiger autonom oder teilautonom fahrender 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, teils sogar mit mehreren übereinander montierten Laserdioden, um das vertikale Blickfeld auszuweiten. Nicht so die neue Lösung von Osram: Sie wird erstmals in Scanning-LIDAR-Sensoren auf Basis Mikro-Elektromechanischer Systeme (MEMS) eingesetzt. Ein solches System benötigt keine Mechanik zum Umlenken des Laserstrahls und ist deutlich weniger anfällig für Verschleiß.

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, so dass 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«, erklärt Sebastian Bauer, der bei Osram für das Produkt verantwortlich ist. »So entsteht ein Laser, der vier perfekt parallele Strahlen aussendet. Unsere Kunden müssen die einzelnen Lichtquellen nicht mehr aufwändig justieren.«

Höhere optische Leistung, extrem kurze Pulslänge
 
Für den neuen Laser hat Osram seine Pulslaserdioden mit 905 nm Wellenlänge weiter verbessert. Die in Nanostack-Technologie gefertigten Laserdioden liefern nun mit maximal 85 W optischer Leistung bei 30 A ca. 10 W mehr als bisher. Spektakulär ist die Pulslänge von weniger als 5 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 V 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 hat Osram zusammen mit seinem Partner Innoluce (gehört seit Oktober 2016 zu Infineon) den Prototyp eines solchen Systems gezeigt. Der 2,7 x 2,3 mm große MEMS-Chip wird mit bis zu zwei kHz betrieben und ist eine Entwicklung von Innoluce. 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 m, für Fußgänger 70 m.

Muster des neuen 4-Kanal-LIDAR-Lasers sollen ab Frühsommer 2017 verfügbar sein, die Markteinführung ist für 2018 geplant.