Infrarot-Licht ist die Basis Die Augen autonomer Fahrzeuge

Herausforderungen – und die passenden Antworten darauf

Eine der größten Herausforderungen bei der Weiterentwicklung von Assistenzsystemen besteht in der Vielfalt der Konzepte und Systemarchitekturen, die momentan von zahlreichen Herstellern geprüft werden. So könnte LiDAR im Scheinwerfer oder als kompaktes Modul hinter dem Kühlergrill integriert werden. Bis es zu einer Standardisierung kommt, die LiDAR tauglich für den Massenmarkt macht, gilt es für Lieferanten daher für jede der möglichen Einsatzvarianten, eine geeignete Komponente bereitzustellen. Osram Opto Semiconductors war dabei der erste Hersteller, der ein komplettes Portfolio für die verschiedenen Systemansätze anbot und hat die heute übliche Wellenlänge von 905 nm über die Jahre etabliert. Durch technische Weiterentwicklungen insbesondere Optimierungen beim Chipdesign und Packaging konnte der Halbleiterspezialist in den vergangenen Jahren verschiedene Parameter innerhalb der Betriebsgrenzen deutlich verbessern.

Leistung und Reichweite

Osram Opto Semiconductors brachte die ersten Laser Dioden für LiDAR bereits vor etwa 15 Jahren auf den Markt. Die damalige Produktgeneration lieferte eine optische Leistung von 75 Watt bei 30 Ampere. Aktuelle Produkte, wie der einkanalige Pulslaser SPL S1L90A_3 A01 erzielen inzwischen Leistungswerte von 125 Watt bei 40 Ampere und ermöglichen dadurch Reichweiten von 250-300m. Eine Effizienz von rund 30 Prozent hilft dabei, die Gesamtkosten des Systems gering zu halten. Dank der geringen Induktivität der Laserpackages und neuartigen GaN-Feldeffekttransistoren sind heute kurze Pulse von 2-4 ns möglich.

Emissionsbreite und Auflösung

Je mehr Punkte ein Lasersystem pro Raumwinkel erfasst, desto feiner kann differenziert werden. Erste Infrarotlaser-basierte Lösungen, die beispielsweise für Bremsassistenz-Systeme genutzt wurden, konnten bereits verhältnismäßig weit vorausschauen. Allerdings hatten sie noch vergleichsweise wenige „Pixel“ und einen beschränkten Erfassungsbereich. Heutige Systeme erzeugen im Vergleich dazu Punktwolken mit tausenden Pixeln und erfordern dementsprechend hohe optische Auflösungen im System. Aktuelle LiDAR-Laserchips wie der SPL DS90A_3 mit 220 µm Emissionsbreite oder der neue SPL DP90_3 mit 110 µm Emissionsbreite ermöglichen hier die von der Industrie geforderten Auflösungen von unter 0.1°. Damit eignen sie sich zur Erfassung der unmittelbaren Fahrzeugumgebung und liefern hochauflösende Bilder für nachgelagerte Systeme.

Miniaturisierung der Bauteile 

Mit der zunehmenden Komplexität der Assistenzsysteme müssen immer mehr Bauteile auf möglichst kleiner Fläche Platz finden. Die normierten TO-Metalcan-Gehäuse hatten in der ersten Generation einen Durchmesser von 5,6 mm. Die heute verwendeten SMD-Gehäuse haben nicht nur den Vorteil dank Oberflächenmontage leicht verbaubar zu sein, sondern fallen mit 2 mm x 2,3 mm auch platzsparender aus. Sofern der Systemhersteller die Integration des Chips selbst übernehmen will, kann auch auf ein breites Portfolio an Bare Dies von Osram Opto Semiconductors zurückgegriffen werden. Die heutige Chip-Generation, z.B. der SPL DP90_3, liegt beim Footprint lediglich bei 0,3 mm x 0,6 mm und macht so extrem kompakte Designs für Systemhersteller möglich.