Lidar-Technologie – MEMS-Chip liefert Rekordauflösung

Hochauflösendes Solid-State-Lidar mit einer Reihe von MEMS-Schaltern wird seine Kosten auf die Kosten von kostengünstigen, chipbasierten Kameras und Radarsystemen senken und damit ein großes Hindernis für die Einführung von Lidar für autonome Fahrzeuge beseitigen.

Obwohl kostengünstige, chipbasierte Kameras und Radarsysteme zur Kollisionsvermeidung und zum autonomen Fahren auf Autobahnen zum Mainstream geworden sind, bleiben Lidar-Navigationssysteme unhandliche mechanische Geräte, die Tausende von Dollar kosten.

Dank eines neuartigen hochauflösenden Lidar-Chips, der von Ming Wu, Professor für Elektrotechnik und Informatik und Co-Direktor des Berkeley Sensor and Actuator Center an der University of California, Berkeley, entwickelt wurde, könnte sich das bald ändern /P>

Wus Lidar basiert auf einem Focal-Plane-Switch-Array (FPSA), einer halbleiterbasierten Matrix aus mikrometergroßen Antennen, die Licht wie die Sensoren in Digitalkameras sammelt. Seine Auflösung von 16.384 Pixel mag im Vergleich zu den Millionen von Pixeln, die auf Smartphone-Kameras zu finden sind, nicht beeindruckend klingen, aber sie stellt die 512 Pixel oder weniger, die bisher auf FPSAs zu finden waren, in den Schatten, sagte Wu.

Das Design ist auf Megapixel-Größen skalierbar und verwendet dieselbe komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Technologie (CMOS), die zur Herstellung von Computerprozessoren verwendet wird, sagte Wu. Dies könnte zu einer neuen Generation leistungsstarker, kostengünstiger 3D-Sensoren führen, nicht nur für autonome Autos, sondern auch für Drohnen, Roboter und Smartphones.

Mechanische Lidar-Systeme verwenden Laser, um Objekte zu visualisieren, die Hunderte von Metern entfernt sind, selbst im Dunkeln. Sie generieren auch 3D-Karten mit einer ausreichend hohen Auflösung, damit die künstliche Intelligenz eines Fahrzeugs zwischen Fahrzeugen, Fahrrädern, Fußgängern und anderen Hindernissen unterscheiden kann.

Diese Fähigkeiten auf einen Chip zu bringen, hat Forscher jedoch mehr als ein Jahrzehnt lang behindert.

„Wir wollen einen sehr großen Bereich beleuchten“, sagte Wu. „Aber wenn wir das versuchen, wird das Licht zu schwach, um eine ausreichende Entfernung zu erreichen. Als Design-Kompromiss zur Aufrechterhaltung der Lichtintensität reduzieren wir also den Bereich, den wir mit unserem Laserlicht beleuchten.“

Dieses Lidar besteht aus einer FPSA-Matrix aus winzigen optischen Sendern und MEMS-Schaltern, die sich schnell ein- und ausschalten, um die Wellenleiter physisch von einer Position zur anderen zu bewegen, wobei die gesamte verfügbare Laserleistung jeweils durch eine einzige Antenne geleitet wird.

MEMS-Schalter sind eine bekannte Technologie, die verwendet wird, um Licht in Kommunikationsnetzwerken zu leiten. Dies ist jedoch das erste Mal, dass sie auf Lidar angewendet wurden. Im Vergleich zu thermooptischen Schaltern sind sie viel kleiner, verbrauchen viel weniger Strom, schalten schneller und haben sehr geringe Lichtverluste.

Sie sind der Grund, warum Wu 16.384 Pixel auf einen 1 Quadratzentimeter großen Chip packen kann. Wenn der Schalter ein Pixel einschaltet, sendet es einen Laserstrahl aus und fängt das reflektierte Licht ein. Jedes Pixel entspricht 0,6 Grad des 70-Grad-Sichtfelds des Arrays. Durch schnelles Durchlaufen des Arrays baut Wus FPSA ein 3D-Bild der Welt um sich herum auf. Die Montage mehrerer davon in einer kreisförmigen Konfiguration würde eine 360-Grad-Sicht um ein Fahrzeug herum erzeugen.

Wu muss die FPSA-Auflösung und -Reichweite erhöhen, bevor sein System für die Kommerzialisierung bereit ist. „Während die optischen Antennen schwer kleiner zu machen sind, sind die Schalter immer noch die größten Komponenten, und wir glauben, dass wir sie viel kleiner machen können“, sagte er.

Er muss auch die Reichweite des Systems erhöhen, die nur 10 Meter beträgt. „Wir sind sicher, dass wir 100 Meter erreichen können, und glauben, dass wir mit kontinuierlicher Verbesserung 300 Meter erreichen können“, sagte Wu.

Wenn er kann, verspricht die herkömmliche CMOS-Produktionstechnologie, kostengünstige Lidar in Chipgröße zu einem Teil unserer Zukunft zu machen.

„Schauen Sie sich nur an, wie wir Kameras verwenden“, sagte Wu. „Sie sind in Fahrzeuge, Roboter, Staubsauger, Überwachungsgeräte, Biometrie und Türen eingebettet. Es wird so viele weitere potenzielle Anwendungen geben, sobald wir Lidar auf die Größe einer Smartphone-Kamera verkleinern.“