LiDAR mit Flüssigkristall-Metasurfaces Breites Sichtfeld ohne bewegliche Teile

Der LiDAR-Chip von Lumotive.
Der LiDAR-Chip von Lumotive.

Mechanische LiDAR mit Drehkörpern sind sperrig und teuer, Sensoren mit MEMS-Spiegel besitzen eine kleine optischer Apertur und Sensoren mit optischen Phased-Arrays eine geringe Effizienz. Eine neue Sensor-Technik von Lumotive soll nun eine große Apertur ohne mechanische Elemente bieten.

Lumotive verwendet erstmals so genannte „Liquid Crystal Metasurfaces“ (LCMs) für die Entwicklung von LiDAR-Systemen. LCMs wurden schon in anderen Anwendungen wie Radar und Funkkommunikation verwendet, aber noch nie für LiDAR. Lumotive kombiniert die LCM mit seiner patentierten Strahlführungstechnologie und einer Silizium-Struktur. Das soll eine bessere Leistung, höhere Präzision und Reichweite sowie niedrigere Herstellungskosten ermöglichen was die Technologie speziell für die Automobilindustrie interessant macht.  Einer der wichtigsten Geldgeber des Unternehmens ist Bill Gates. 

Erste Produktionseinheiten werden für ausgewählte Kunden im dritten Quartal 2019 für Beta-Tests zur Verfügung stehen. Das System von Lumotive sollen folgende Vorteile bieten:

  • Große optische Apertur (25 x 25 mm) für große Reichweiten
  • 120-Grad-Sichtfeld mit hoher Winkelauflösung
  • Schnelle Strahlführung mit wahlfreiem Zugriff

Im Gegensatz zu mechanischen LiDAR-Lösungen verwendet die Strahlführungstechnologie von Lumotive die so genannten LCMs: das sind Halbleiterchips, die Laserimpulse basierend auf den Prinzipien der Lichtbeugung von Metamaterialien steuern. Im LiDAR-Bereich ist das eine Premiere. Die LCMs von Lumotive haben eine große Anzahl von Öffnungen, um die Umgebungswahrnehmung zu verbessern.

Die Strahlführung ist das fehlende Glied in der Kette leistungsstarker und wirtschaftlicher LiDAR-Systeme. Traditionell bestand LiDAR aus sperrigen Drehkörpern, während neuere LiDAR-Sensoren MEMS-Spiegel oder optische Phased-Arrays verwenden. Beide haben jedoch aufgrund der kleinen optischen Apertur von MEMS-Spiegeln und der geringen Effizienz von Phased-Arrays wenig Leistung.

Die LCM-Chips von Lumotive enthalten keine beweglichen Teile und werden unter Verwendung einer CMOS-Fertigung zusammen mit Flüssigkristall-Display-Verpackungen hergestellt, um ein kommerziell nutzbares LiDAR-System mit niedrigen Kosten, hoher Zuverlässigkeit und geringer Größe zu ermöglichen. Neben Kosten- und Performancevorteilen können Lumotive LCMs auch in kleine Formfaktor-Systeme integriert werden, was für andere Anwendungen, z.B. in der Industrie und in Konsumgütern interessant ist.