Zunehmend intelligenter und autonomer funktionierende Anwendungen mit sichtbarem und unsichtbarem Licht sorgen schon heute für mehr Sicherheit und Fahrkomfort. Optoelektronik, wie LED-, und Lasertechnik, spielt dabei eine wichtige Rolle und kommt in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz. Dazu gehören die Display-, Innen- und Außenbeleuchtung, aber auch Infrarotlicht und Laser-Sensoren für Sicherheits- und Fahrassistenzsysteme. Die Weiterentwicklung dieser Technologien ermöglicht immer neue Design-Optionen und hilft dabei, die Systemkosten zu senken. Funktionen wie adaptive Lichtsysteme oder laserbasierte Abstandsmesssysteme für (teil)autonomes Fahren werden damit für einen breiteren Markt zugängig.

In den letzten zwölf Monaten hat die Entwicklung im Bereich des autonomen Fahrens enorm an Fahrt aufgenommen. Traditionelle Automobilhersteller konkurrieren mit Silicon-Valley-Innovatoren im Wettlauf um das erste, vollständig selbstfahrende Auto. Grundlage für die Technologie, die selbstfahrende Fahrzeuge sowie die Fahrassistenz- und Fahrsicherheits-Systeme ermöglicht, sind häufig Kamerasysteme mit Infrarot-Beleuchtung und/oder laserbasierte Abstandsmesssysteme (Lidar).

Kameraanwendungen mit Infrarot

Lidar

Bild 1: Beim Driver Monitoring beobachtet eine Kamera das Gesicht und die Blickrichtung des Fahrers. Das System erkennt so, wann der Fahrer müde wird, und warnt ihn rechtzeitig. Osram

Ein Beispiel für Assistenzsysteme, die Infrarotlicht in Kameraanwendungen nutzen, ist das sogenannte Driver Monitoring (Bild 1). Dabei beobachtet eine Kamera das Gesicht und die Blickrichtung des Fahrers. Das System erkennt so beispielsweise, wann der Fahrer müde wird und warnt ihn rechtzeitig, bevor er einschläft. Es kann außerdem die Aufmerksamkeit des Fahrers auf den Verkehr zurücklenken, wenn der gerade nicht auf die Straße schaut, sondern sich zum Beispiel mit dem Navi beschäftigt. Auch im Hinblick auf zukünftige, autonome und halbautonome Fahrzeuge sind solche Funktionen besonders wichtig, denn das Auto muss in bestimmten Fahrsituationen den Fahrer alarmieren oder ihm das Kommando übergeben können.

High-End-Driver-Monitoring-Systeme verfügen über eine integrierte Eye-Tracking-Funktion, um die Blickrichtung des Fahrers zu erfassen. Da das Kamerasystem ohnehin das Gesicht des Fahrers aufnimmt, ließe sich auch eine zusätzliche Iris-Erkennung realisieren. Das Auto könnte den Fahrer dann sogar zuverlässig identifizieren. Neben dem Sicherheitsaspekt trägt diese Personalisierung auch zum Komfort bei, denn das Fahrzeug könnte somit etwa Sitze und Spiegel automatisch auf den jeweiligen Fahrer einstellen.

Die Grundlage für solche Kameraanwendungen bilden Infrarot-Lichtquellen (IRED) mit leistungsstarken Emittern, wie die Oslon-Produktserie von Osram Opto Semiconductors mit bis zu 2 W optischer DC-Leistung. Die hohe Leistung und Effizienz haben den Vorteil, dass die Kunden für ihre Beleuchtungslösungen vergleichsweise wenig Bauteile benötigen. Die neueste Generation der Oslon-Infrarot-Emitter besitzt eine gesteigerte optische Leistung und ist zudem für hohe Pulsströme bis zu 5 A optimiert.

Beleuchtungssysteme für den Exterior-Bereich, wie Nachtsichtassistenz-Systeme, setzen normalerweise auf IRED mit 850 nm Wellenlänge. Die Empfindlichkeit einer CMOS-Kamera reicht bei dieser Wellenlänge aus, um Reichweiten von bis zu 200 m zu erzielen. Eine 850-nm-Lichtquelle zeigt jedoch noch ein schwaches rotes Glimmen, was toleriert werden kann, wenn die IRED in die Scheinwerfer integriert ist, sodass deren helles weißes Licht diesen Roteindruck überstrahlt.

Bei Anwendungen im Autoinnenraum, wie dem Driver Monitoring, gilt es, diesen roten Schein zu vermeiden, denn der Fahrer würde sonst im Dunkeln rote Lichtpunkte sehen. Deshalb setzt man hier auf 940-nm-IRED. Weil in diesem Wellenlängenbereich die Empfindlichkeit der Kamerasensoren nochmals deutlich reduziert ist, benötigt man typische, optische Leistungen von 2 W bis 4 W. Ein zweiter Grund, warum trotz der vergleichsweise geringen Entfernungen sehr viel optische Leistung nötig ist, betrifft das Sicherstellen eines guten Signal/Rausch-Verhältnisses unter allen Umgebungs-Lichtbedingungen. Als Rauschen bezeichnet man dabei das Umgebungslicht. Ein Extremfall ist beispielsweise die Abendsonne, die einen hohen Infrarot-Anteil aufweist und in schrägem Winkel direkt auf das Gesicht des Fahrers leuchten kann.

 

Auf der nächsten Seite ist unter anderem das Zukunftsfeld Lidar-Systeme Thema.

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