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Autonomes Fahren | Sensorik 18 Elektronik automotive 04 2020 mehrere Alternativen jede einzelne mit Vorund Nachteilen die sorgfältig gegeneinander abgewogen werden wollen Eine Option sind Pin-Dioden-Detektoren auf Silizium-Basis Sie vereinen drei Halbleiter in Gestalt entsprechender Schichten P-Typ intrinsisch N-Typ Für diese vergleichsweise kostengünstige Variante spricht dass sie eine hohe Reichweite hat und auch mit anspruchsvollen Lichtverhältnissen zurechtkommt Doch darüber hinaus reichen die Eigenschaften dieser Variante kaum aus um die Anforderungen eines zeitgemäßen LiDAR-Systems zu erfüllen So weisen sie weder die erforderliche Bandbreite im Hinblick auf Signal to Noise auf noch sind sie für anspruchsvolle Anwendungen ausreichend empfindlich und schnell Variante 2 Silicon Photomultiplier SIPM - sowie Single-Photon-Avalanche-Diode-SPAD -Detektoren die ursprünglich für medizinische Zwecke entwickelt wurden Sie sind in der Lage auch den geringsten Lichtstrahl zu erfassen in einer beeindruckenden Geschwindigkeit Da sie aber nur einen Photonenzähler haben ist ihre Sensitivität limitiert sodass sie auf einen besonders intensiven Verstärkungseffekt setzen müssen Das wiederum erhöht den Geräuschpegel und wirkt sich negativ auf die Signalto-Noise -Rate aus Auch hohe Temperaturen können ihre Detektion beeinträchtigen Die größte Hürde aber sind Sättigungsprobleme Das vom Objekt reflektierte Laserlicht in Verbindung mit den Scannern von LiDAR-Systemen sorgt dafür dass die Kapazität der Detektoren überstrapaziert werden kann Vor allem dieses Risiko ist der Grund dass SIPMund SPAD-Detektoren bei der Auswahl für entsprechende Systeme nicht in der ersten Reihe stehen Silizium oder Indium Gallium Arsenide? Je komplexer die Alternative desto länger ihre Bezeichnung so scheint es InGaAs-Photodioden-Detektoren entstammen ebenfalls ursprünglich einer anderen Disziplin Telekommunikation und versuchen sich auch bei der Auto-Mobilität zu etablieren InGaAs steht für Indium Gallium Arsenide jene Materialien die bei diesen Modellen anstelle von Silizium zum Einsatz kommen InGaAsbasierte Sensoren haben eine besonders hohe Sensitivität 1550 nm anstelle der üblichen 905 nm und bieten deshalb theoretisch eine entsprechend hohe Reichweite Gegen ihren bevorzugten Einsatz spricht die Empfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen was eine kostspielige Bild 2 Welche Sensortechnologie eignet sich am besten? Es gilt Vorund Nachteile genau abzuwägen Bild First Sensor Bild 3 Ein in jeder Hinsicht kohärenter Produktionsprozess an dessen Ende vorgefertigte komplette Sensorsysteme stehen sichert Automobilherstellern die bestmögliche Verfügbarkeit der für sie optimalen Lösung Bild First Sensor Kühlung erfordern würde Auch das Material selbst ist deutlich teurer als die sonst genutzten Siliziumsubstrate Nicht zuletzt können solche Sensoren nur recht kostenintensiv hergestellt werden was sie für den Masseneinsatz ungeeignet erscheinen lässt Jede der bislang aufgeführten Sensortechnologien hat Stärken die für sie aber auch Argumente die gegen sie sprechen Wer mit den aufgeführten Alternativen als LiDAR-Systemanbieter nicht glücklich wird hat noch eine weitere Möglichkeit Avalanche-Photodiode-Detektoren APD Solche Sensoren werden auch und vor allem im militärischen Bereich verwendet Basismaterial ist hier erneut Silizium doch gibt es einige gravierende Unterschiede Ihre Funktionsweise Die entsprechenden APDs wandeln Licht in Photostrom um Die einfallenden Photonen lösen eine sogenannte Ladungsträgerlawine aus und bewirken damit eine Verstärkung des Signals Das macht sie extrem empfindlich Auch die Signalto-Noise-Rate genügt