Laserverlichting - veilig en efficiënt

Homogeen intensiteitsprofiel in de hoekruimte met hoge flankengüte. Hierdoor ontstaat een hoge efficiëntie om elk gegenereerd foton zinvol te benutten en verstrooiingsstraling te vermijden. (Beeldbron: LIMO)

Nieuwe LIMO-diffusortechnologie: De twee diffusoren creëren elk een verticale respectievelijk een horizontale lijn. Door de overlap van de twee functievlakken wordt het laserlicht gevormd tot een rechthoekig veld met een hoge flankhelling en een door de gebruiker aangepaste grootte van bijvoorbeeld 120 graden x 25 graden. (Beeldbron: LIMO)

LiDAR-sensoren hebben zich in korte tijd ontwikkeld tot de sleuteltechnologie voor geautomatiseerde processen en vooral voor volledig autonoom rijden. Om de afstanden tot de statische en dynamische omgeving van de voertuigen uiterst precies te kunnen meten, moet de laserstraal worden gevormd tot een lichtveld met een gedefinieerd gezichtsveld. De nieuwe groothoekdiffusor van LIMO bereikt door zijn hotspotvrije stralingsvorming een constante prestaties, zelfs bij extreme bedrijfstemperaturen, en maakt het mogelijk door zijn grote verlichtingsveld een 360-graden rondomzicht volledig te dekken voor veilig rijden met slechts vier LiDAR-systemen.

De ontwikkeling van een geavanceerd LiDAR-systeem vereist meer dan alleen de zorgvuldige selectie van een geschikte laserbron en een compatibele detector. De kritischste componenten zijn de optieken, die het laserlicht in de juiste richting vormen. Daarnaast is een veilige en betrouwbare werking van het LiDAR-systeem alleen mogelijk als het risico op letsel door de laserfotonen wordt geëlimineerd, wat een stralingsverspreiding zonder hotspots vereist.

Hiervoor is een constante intensiteitsverdeling van de laserstraal nodig, zelfs bij hoge omgevingstemperaturen. Het gebruik van diffracterende verstrooiende optische componenten (DOE) is tot nu toe alleen geschikt bij kleine hoeken en gematigde omgevingsomstandigheden. Bovendien hebben de optieken meestal een naar de rand afnemende vlakke intensiteitsverdeling.

Verlichtingshoek van meer dan 100 graden

Bij de LIMO-diffusortechnologie wordt een andere aanpak gebruikt: vergelijkbaar met een homogeniseringsoptiek, bouwt LIMO refractieve optische elementen van glas die het laserlicht in één richting kunnen verstrooien tot een volledige verlichtingshoek van enkele millirad tot meer dan 100 graden. In combinatie met een tweede functielaag kan het licht ook in de andere richting in een willekeurige hoek worden gevormd, zodat een rechthoekig veld ontstaat met een hoge flankhelling en een door de gebruiker bepaalde grootte, bijvoorbeeld 120 graden x 25 graden.

„We kunnen het doelgebied nauwkeurig en gelijkmatig verlichten door de verschillende hoeken, en daarvoor zorgt een voor de klanttoepassing gedefinieerde oppervlaktestructuur voor een constante intensiteitsverdeling bij de betreffende toepassing,” legt Dr. Daniel Braam uit, Product Line Manager Optics bij LIMO. „Dit is voordelig voor ruisonderdrukking en verhoogt de signaal-ruisverhouding, waardoor de reikwijdte van de LiDAR-sensoren wordt vergroot. Door de grote verlichtingshoek van de nieuwe diffusor van meer dan 100 graden hoeft een autonoom rijdende auto slechts met vier LiDAR-systemen te worden uitgerust om de volledige ruimtelijke omgeving te meten.”

De LIMO-diffusoren kunnen worden gecombineerd met alle soorten laserbronnen met lage en hoge prestaties, ook in het bereik 1,4 < M² < 15, dus in een gebied waar de laserstraal moeilijk te homogeniseren is.

Grote oplages door wafer-technologie

De diffusoren kunnen net als andere microoptieken van LIMO worden vervaardigd in een nieuw en hoogproductief verwerkingsproces op waferbasis. LIMO produceert hoogwaardige laseroptieken van glas op wafers tot 300 mm x 300 mm en kan daardoor de productiekosten voor grote series duurzaam verlagen zonder concessies te doen aan de kwaliteit. Omdat LiDAR-systemen en 3D-sensoren een bijzonder veiligheidskritische component vormen bij autonoom rijden en voor deze toepassing grote oplages nodig zijn, zijn kwaliteit en kostenstructuur van de optieken belangrijke factoren voor de doorbraak van deze technologie.