Osram為無人駕駛推出「裡程碑」意義的雷射傳感器

2021-02-08 CIOE中國光博會


　　LIDAR是「light」（光）和「radar」（雷達）的混成詞。這些傳感器通過向其他物體發射光線，然後測量光線反射回來的時間，探測周圍的環境。雷射雷達（LIDAR）效果足夠好，但並非十全十美。目前無人駕駛汽車使用的LIDAR傳感器塊頭大、價格高。 Osram Opto Semiconductors（歐司朗）公司日前推出了一款四通道雷射器，使LIDAR（雷射雷達）系統向自動駕駛或半自動駕駛汽車又向前邁進了一大步。這款原型雷射器具有極短的脈衝時間和四個平行的輸出通道，因而能夠為目標探測提供一種全新的選擇，以及獨一無二的垂直區域探測能力。這款在現代雷射器技術領域具有裡程碑意義的雷射器，將首次應用於基於MEMS技術的掃描LIDAR傳感器。該解決方案無需任何機械部件來反射雷射光束，因此其磨損更小。通過與Infineon（英飛凌）旗下的Innoluce公司（Innoluce是雷射掃描技術領域的專業廠商）合作，Osram正展示未來LIDAR系統的雛形。


　　Osram推出一款掃描LIDAR傳感器應用的四通道雷射器原型產品


　　Osram四通道LIDAR雷射器


　　LIDAR傳感器是未來全自動或半自動駕駛汽車的基本元件，其系統基於飛行時間測量原理。LIDAR傳感器中的雷射器發射出一束超短雷射脈衝，雷射投射到目標物體上後會發生反射，傳感器會對反射雷射進行探測。通過對雷射光束的飛行時間，便能計算出目標物體的距離。掃描LIDAR系統利用一定角度的雷射束對汽車周圍環境進行水平掃描，利用探測結果便能繪製汽車周圍環境的高解析度3D圖像。目前，掃描LIDAR系統中的雷射光束，大多由運動的機械反射鏡來調整發射方向。有些解決方案利用多個互相堆疊的雷射二極體來擴展垂直方向的視場。



　　Osram基於紅外和雷射器的汽車應用


　　四通道雷射器簡化校準


　　Osram公司的四通道雷射器由四個可獨立控制的雷射二極體和一個集成控制電路組成。整個模塊採用表面貼裝工藝，降低了組裝成本和客戶校準所需要的時間。


　　這款四通道雷射器中的四個雷射器二極體，為平行相鄰排列，在一步工藝中製作完成，因此它們能夠很精確地整齊排列，並可以單獨進行控制。「這款雷射器中的四個雷射二極體是在製造過程中分離出來的，並非四個單獨的二極體。這樣使其能夠發射出四束完美的平行光束。我們的客戶因此不再需要費時費力的對單個雷射光源進行校準。」Osram產品經理Sebastian Bauer解釋道。


　　更好的光學輸出，極短的脈衝時間


　　Osram新款雷射器的脈衝雷射二極體的波長為905nm。這款納米堆疊雷射二極體在30A具有85W最大光學輸出，比過去的產品提高了10W。


　　其脈衝時間少於5 ns，比過去產品的20 ns獲得了大幅降低。極短的脈衝時間和較小的佔空因素（0.01%），保證了LIDAR系統即使是在高輸出下，也能滿足人眼安全標準。其運行電壓僅為24 V，能夠滿足汽車應用的要求。


　　首款採用MEMS技術的雷射器


　　得益於極短的脈衝時間，該四通道LIDAR雷射器首次實現了採用MEMS技術進行光束反射的掃描LIDAR系統。Osram與其合作夥伴Innoluce公司在2016 electronica展上展示了該系統的原型產品。Innoluce公司開發的MEMS晶片外觀尺寸為2.7 x 2.3 mm2，最大運行頻率達2 KHz。Innoluce公司於2016年10月被英飛凌收購。整個LIDAR系統覆蓋了120度水平視場和20度的垂直視場，水平及垂直解析度分別為0.1度和0.5度。日間探測汽車的距離大於200米，行人探測距離為70米。


　　Osram已經為汽車應用提供脈衝雷射二極體十餘年，如基於飛行時間測量的自適應巡航控制（ACC）系統和緊急狀況下的剎車輔助系統等。這款最新的四通道雷射器是Osram產品線的最新產品，能夠支持許多新的應用於自動駕駛或半自動駕駛汽車的傳感器開發。


　　供貨情況


　　2017年初夏，Osram將開始提供這款四通道LIDAR雷射器的樣品，並計劃於2018年正式上市。


　　創紀錄的攝像頭系統用IRED


　　攝像頭系統用於生成圖像和視頻，並且能夠通過智能圖像處理功能提取其中的環境信息。如果同時採用攝像頭傳感器可探測到而人眼不可見的紅外光照射場景，則能夠極大地提升夜間的圖像質量。夜視輔助系統就是一個很好的例子，它能夠通過紅外光照射約150米以外的街道。這些系統通常需要具有適當波長的強大IRED，以滿足連續工作的需求。歐司朗光電半導體憑藉波長為850nm的IRED成為當前記錄的保持者。Oslon Black SFH 4715A在1A工作電流下可實現約800mW的光輸出，光效高達48%，是目前在相同工作條件下光效最高的IRED。為了實現更高的數值，歐司朗甚至為堆疊晶片中的每一顆晶片配備了兩個發射器。也正是因為如此，Oslon Black SFH 4715AS在1A電流下連續工作能夠達到1370mW的光輸出。


　　為駕駛員保駕護航


　　這些技術的發展同時也惠及了車內應用。示例之一便是藉助攝像頭檢測駕駛員的警惕性。自動控制的車輛在安全切換回手動操控時（如有需要），通常需要上述信息。車內攝像頭系統需要使用波長為940nm的IRED，這是因為即使在夜間，人眼也察覺不到此波長的光。歐司朗已升級其850nm高效晶片的技術，940nm堆疊晶片的光輸出更是接近1W紀錄。其中Oslon Black SFH 4725S在1A電流下的典型光輸出便達到990mW。


　　總而言之，光學傳感器光源的持續發展將在自動交通的發展中起到至關重要的作用。現有的獨立型輔助系統將融入到更加大型且完善的系統中，相應也會提升對獨立傳感器的要求。（來源：麥姆斯諮詢）


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