»Echte« Solid-State-LiDAR-Architektur
Scanning-LiDAR ohne bewegliche Teile
Viele LiDAR-Hersteller behaupten, dass ihre Systeme Solid-State-Geräte sind, aber nicht alle erfüllen die Anforderungen wirklich. Doch was bedeutet der Begriff »Solid State« bzw. »Festkörper« überhaupt?
Von Eitan Gertel, Opsys Technologies
LiDAR-Sensoren gelten als zukunftsträchtige Technologie, die für die Einführung von automatisierten oder autonomen Fahrfunktionen ganz wesentlich ist. Doch die Kosten haben bislang die Einführung auf breiter Front gebremst. Darum ist ein regelrechtes Rennen um die technische Lösung entbrannt, die dem LiDAR zu kommerziellem Erfolg verhelfen soll: Solid State. Doch der Begriff wird oft sehr unpräzise verwendet.
Ein Blick zurück: In den 1960er-Jahren behaupteten die Hersteller von Radios, die auf Transistoren statt auf Röhren basierten, es seien Festkörpergeräte. Daraus entstanden schließlich immer handlichere, tragbare Kofferradios. Röhrengeräte indes schafften es nie, aus den klobigen Radioschränken »auszubrechen«. Eine Quarz-Armbanduhr ist ein Festkörper, eine Uhr mit Uhrwerk, die auf winzige Zahnräder angewiesen ist, ist es nicht. In PCs haben Festplattenlaufwerke die rotierende Magnetplatte durch integrierte Schaltungen und Flash-Speicher ersetzt.
Das bedeutet höhere Geschwindigkeiten und weniger katastrophale Ausfälle durch mechanische Probleme, die die Nutzer wertvolle persönliche Daten kosteten. In der Automobilindustrie bemühen sich die Hersteller und ihre Zulieferer häufig um Solid-State-Geräte, um hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit bei niedrigen Kosten zu gewährleisten. Auch einige Hersteller von EV-Batterien streben den Solid-Zustand an. In diesen Fällen bedeutet »Solid State« wörtlich, dass die Flüssigkeit aus dem Gerät entfernt wurde und nur noch feste Materialien verwendet werden. Dieses Ziel wurde bisher noch nicht in großem Maßstab erreicht.
Für LiDAR und andere Sensoren, die die Sicherheitssysteme und das automatisierte Fahren der Zukunft treiben werden, bedeutet Festkörper: keine beweglichen Teile. »Dies ist leider bei vielen Lidar-Herstellern nicht immer der Fall«, erläutert Eitan Gertel, Executive Chairman von Opsys Tech. »Sie behaupten, ihre Systeme seien ›solid state‹. Aber wenn es auch nur ein einziges mechanisches Teil zum Abtasten gibt, das sich bewegt – wie etwa ein Scanner, der sich auf dem Fahrzeug dreht – dann ist es eben kein Festkörper.«
An dieser Stelle setzt der technologische Durchbruch des Laserspot-LiDAR-Systems von Opsys Tech an: Statt eines mechanischen Elementes, das einen Laserstrahl bewegt, um eine dreidimensionale Karte zu erstellen, senden die Laserspot-Arrays Tausende von einzelnen Lichtimpulsen eintausend Mal pro Sekunde aus. So entsteht ein detailliertes dreidimensionales Bild, das laut Gertel sehr viel genauer ist als eine Videokamera oder das menschliche Auge. »Wir erreichen das, weil wir ausschließlich Komponenten auf Halbleiterbasis verwenden«, erklärt Gertel und betont: »Wir haben das einzige Scanning-Lidar ohne bewegliche Teile.«
Solid State und leistungsfähiger als Microflash
Mit seinen halbleiterbasierten VCSEL-Lasern (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) und SPAD-Chips (Single-Photon Avalanche Diode) ist Opsys in der Lage, ein Sichtfeld ohne bewegliche Teile mit Laserspots zu scannen und die Lage und Entfernung von Objekten zu ermitteln. Selbst gegenüber den immer noch als »modern« geltenden Microflash-Systemen stellt Opsys‘ LiDAR-Konzept mit 2D-VCSEL-Laser-Array und SPAD-Chips nochmal eine Innovation und Leistungssteigerung dar. Auf diesen Unterschied legt Gertel großen Wert, denn dieses Detail beschreibt den Kern von Opsys‘ technischem Fortschritt.
Für den Autohersteller bedeutet das, dass das System einfacher zu kalibrieren und zu warten ist. Es bedeutet Langlebigkeit, es ist robuster und wartet mit einer besseren Leistung auf – das alles bei niedrigeren Kosten. Obendrein ist das System skalierbar, also einfach ausbaufähig nach dem Legostein-Prinzip. »Das alles wäre nicht möglich, wenn es sich nicht um ein echtes Festkörpersystem handeln würde«, so Gertel abschließend. »Wenn also ein LiDAR-Hersteller behauptet, sein Gerät sei ein Festkörpergerät, fragen Sie nach den beweglichen Teilen!«
Der Autor
Eitan Gertel
ist Mitbegründer und Vorstandsvorsitzender von Opsys Technologies, einem israelischen Hersteller von Festkörper-LiDAR-Sensoren für Kraftfahrzeuge. Gertel kam nach einer 20-jährigen Karriere in der Optikbranche zur Automobilindustrie, wo er Führungs-positionen in drei Unternehmen innehatte, die Produkte von optischen Komponenten und Instrumenten bis hin zur Breitbandkommunikation herstellen.
