Fünf Technologien von Dexerials ermöglichen kleinere, leistungsstarke LiDAR

Der wachsende Markt für Autonomes Fahren

Ab 2024 arbeiten Automobilhersteller weltweit an der Entwicklung von Technologien für Autonomes Fahren. Fahrzeuge der Stufen 1 und 2, die den menschlichen Fahrer unterstützen, sind bereits kommerziell erhältlich. Die Markteinführung von Fahrzeugen der Stufe 3 und höher, bei denen das System den menschlichen Fahrer in der Hauptrolle ersetzt, wird mit Spannung erwartet. Auch aus Sicherheitssicht steigt die Erwartung für autonome Fahrzeuge der Stufe 3+ jedes Jahr.
(Weitere Informationen zur LiDAR-Technologie finden Sie unter „Die Grundlagen von LiDAR, der nächsten Generation von Automobilsensoren“.)

Die Vorteile von LiDAR-Sensorsystemen

LiDAR Sensortechnologie (Light Detection and Ranging) wird voraussichtlich eine Schlüsselrolle in Autonomes Fahren ab Level 3 spielen. LiDAR nutzt Laserlicht, beispielsweise im Nahinfrarotbereich, um die Positionen umgebender Objekte und des Geländes präzise zu messen. Sie wird zunehmend als Kernstück der Sensorsysteme autonomer Fahrzeuge eingesetzt. Fünf Vorteile von LiDAR-Sensorsystemen sind:

1. Hochpräzise Umgebungswahrnehmung
   LiDAR erfasst Sensordaten in einem 360-Grad-Bereich in Echtzeit und liefert Punktwolkendaten, die die Grundlage für hochpräzise 3D-Karten bilden. Diese Echtzeit-3D-Karten ermöglichen es autonomen Fahrzeugen, die sich ständig verändernde Umgebung wahrzunehmen und Straßen, Fußgänger, andere Fahrzeuge und mehr präzise zu erkennen.
2. Präzise Entfernungsmessung
   LiDAR kann die Entfernung zu einem Objekt präzise messen. Diese Entfernungsinformationen sind unerlässlich, damit ein autonomes Fahrzeug mit der richtigen Geschwindigkeit fahren und zum richtigen Zeitpunkt bremsen kann. Insbesondere auf Autobahnen und in komplexen städtischen Umgebungen ist die genaue Messung der Entfernung zu fahrenden Fahrzeugen, Personen und Hindernissen entscheidend für sicheres Fahren.
3. Datengranularität
   LiDAR kann hochauflösende Punktwolkendaten an die Bordcomputer des Fahrzeugs liefern. Die Daten stellen Objektformen und -positionen äußerst detailliert dar und sind daher für die Kategorisierung und Erkennung von Objekten nützlich. So können Fußgänger von Fahrrädern sowie Verkehrsschilder von Hindernissen unterschieden werden.
4. Kartenerstellung und -lokalisierung
   LiDAR wird auch verwendet, um präzise 3D-Karten zu erstellen und den genauen aktuellen Standort des Fahrzeugs zu bestimmen (Lokalisierung). Dadurch kann ein autonomes Fahrzeug Echtzeit-Sensordaten mit vorab erfassten Kartendaten vergleichen, um sicher zu navigieren und gleichzeitig seinen Standort zu bestimmen.

Aus den oben genannten Gründen gilt LiDAR-Technologie als unverzichtbar für die Verbesserung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz autonomer Fahrzeuge.

Auf dem Weg zu einer breiteren Akzeptanz LiDAR

Obwohl LiDAR viele der oben genannten hervorragenden Eigenschaften aufweist, ist es derzeit nur in bestimmten High-End-Fahrzeugen zu finden. Dies liegt daran, dass Hochleistungs-LiDAR für autonome Fahrzeuge extrem teuer ist und die Miniaturisierung der Geräte weiterhin Herausforderungen darstellt.

Um die breite Akzeptanz von LiDAR zu fördern, sind künftig Kosten- und Größenreduzierung durch technologische Innovationen erforderlich. Wir bei Dexerials sind überzeugt, dass wir zu höherer Leistung und Miniaturisierung beitragen können, indem wir unsere über viele Jahre verfeinerten Technologien, wie hochpräzise Teilefixierung und Materialien zur freien Lichtmanipulation, in der LiDAR Entwicklung einsetzen. Die folgende Tabelle zeigt die Produktkategorien, die wir als Lösungen für die jeweilige Herausforderung anbieten.

Im folgenden Abschnitt werden wir jeden Produkttyp separat besprechen.

Hochpräzise Teilebefestigungstechnologie, die von vielen Herstellern übernommen wird

Die erste Technologie, die zu einer verbesserten LiDAR Leistung beitragen kann, ist unsere hochpräzise Teilebefestigungstechnologie. Dexerials hat intelligente Präzisionsklebstoffe (SA-Serie) entwickelt, die durch Hitze, UV-Strahlung usw. ausgehärtet werden, um Teile hochpräzise zu verkleben, aus denen Hochleistungskameras für Digitalkameras und Smartphones bestehen, und sie wurden von vielen Kunden übernommen. Bei Digitalkameras wird eine Platine mit dem CMOS-Bildsensor mit der Objektiveinheit zu einem Kameramodul verklebt. Positions- oder Orientierungsverschiebungen während des Verklebens dieser optischen Teile führen zu Bildunschärfen und verminderter Bildqualität, so dass es notwendig ist, Hitzestress wie z. B. Härtungsschrumpfung während des Verklebens zu unterdrücken. Unsere intelligenten Präzisionsklebstoffe sind für eine schnelle Haftung bei niedrigen Temperaturen ausgelegt, um diese Herausforderungen zu meistern. Wir glauben, dass viele Kunden sie angenommen haben, weil diese Eigenschaften zu einer Verbesserung der Produktionseffizienz in ihren Prozessen führen.

Da LiDAR-Sensoren Objekte mithilfe von Licht erkennen, führt die hochpräzise Verklebung optischer Teile direkt zu einer verbesserten Leistung, genau wie bei Kameras. Das folgende Diagramm zeigt den Prozess der hochpräzisen Sensorverklebung, die sogenannte aktive Ausrichtung. Bei der aktiven Ausrichtung wird schwarzer Epoxid-Kationenkleber mit geringer Schrumpfrate verwendet, um Verschiebungen nach der optischen Achsenjustierung zu minimieren. Position und Winkel der Linseneinheit werden während der Messung der Sensorausgabe angepasst. Infrarot- und UV-Licht härten den Klebstoff schnell aus, wenn sich die Teile für optimale Leistung ausrichten.

Einzelheiten zur Klebetechnologie für Sensorkameras in Kraftfahrzeugen finden Sie unter „Hochpräzise Klebstoffe für Kamerasensoren in Kraftfahrzeugen“.

Entspiegelung (Mottenaugen-Typ) zur Reduzierung unnötiger Reflektivität

Die zweite Technologie von Dexerials für hohe LiDAR Leistung ist eine Antireflexionsfolie (Mottenaugen-Typ). Die folgende Abbildung zeigt, wie sie in der Frontabdeckung der Haupteinheit eines LiDAR Systems eingesetzt werden kann.

Ein LiDAR System sendet Licht aus, erfasst das von einem Objekt reflektierte Licht mit seinem Sensor und berechnet anhand der Zeitdifferenz die Entfernung zum Objekt. Dadurch verbessert sich die Leistung, indem die Menge des Lichts, das den Sensor nicht erreicht, minimiert wird. Die von Dexerials entwickelte Antireflexionsfolie minimiert die Lichtreflexion und unterdrückt so das durch reflektiertes Licht verursachte Rauschen.

Der Mottenaugen-Typ bildet die Oberflächenstruktur des Auges einer Motte – eines Insekts, das in der Dunkelheit der Nacht frei fliegen kann – auf Film ab und erzeugt so die ultimative Antireflexionsfolie. Entspiegelung für Displays sollen sichtbares Licht kontrollieren. Dexerials hat jedoch eine Technologie entwickelt, die auch die Reflexion von unsichtbarem Licht, wie beispielsweise dem von LiDAR genutzten Nahinfrarot, verhindert. Durch die Kombination von LiDAR mit Antireflexionsfolien lässt sich die Präzision von Sensorsystemen verbessern.

Wir entwickeln außerdem eine Antibeschlag-Antireflexfolie vom Mottenaugen-Typ, die Beschlag durch Wasserdampf usw. verhindert. Bei LiDAR für autonome Fahrzeuge können Temperaturunterschiede zwischen der Außenumgebung und LiDAR Innenleben oder Witterungseinflüsse wie Schnee zu Beschlag im Inneren der LiDAR Struktur und damit zu Leistungseinbußen führen. Um dies zu verhindern, sind Heizgeräte zum Erwärmen von Abdeckungen wie Außenspiegeln erforderlich. Durch das Aufbringen einer Antireflexfolie vom Mottenaugen-Typ mit Antibeschlageigenschaften auf die Abdeckung glauben wir jedoch, dass es möglich sein wird, Leistungseinbußen durch Beschlag ohne Stromzufuhr zu verhindern.

Einzelheiten zu Mottenaugenstrukturen finden Sie unter Antireflexionsfolie (AR) mit Mottenaugenstruktur für die Anwendung in Fahrzeugdisplays.

Lichtabsorbierender schwarzer Klebstoff und schwarze Beschichtungstechnologie

Die dritte Technologie, die zu einer hohen LiDAR Leistung beitragen kann, sind die schwarzen Klebstoffe und die schwarze Beschichtung von Dexerials. Wenn Licht in eine LiDAR Struktur eindringt und im Inneren reflektiert und gestreut wird, entsteht Rauschen, das die Messgenauigkeit mindert. Daher ist es notwendig, die Innenfläche so weit wie möglich pechschwarz zu gestalten, um Licht zu absorbieren und Reflexionen innerhalb der Struktur zu reduzieren. Neben der Entwicklung hochpräziser Befestigungstechnologien für Digitalkameras hat Dexerials eine Technologie für schwarzen Klebstoff und schwarze Beschichtungen entwickelt, um die Lichtabsorption zu maximieren und diese auf LiDAR Sensoren anzuwenden.

Anorganische Diffusoren zur Zerstreuung von Laserlicht in einem gewünschten Bereich

Das vierte Produkt von Dexerials, das zur Entwicklung LiDAR der nächsten Generation beitragen kann, ist der anorganische Diffusor. Aktuell nutzt LiDAR primär das „mechanische Verfahren“, bei dem die Laserlicht emittierenden Teile mithilfe eines Motors gedreht werden, um die Entfernung zu Objekten in einem weiten Bereich zu messen. In den letzten Jahren hat LiDAR-Entwicklung jedoch Fortschritte in Richtung des „Flash-Verfahrens“ gemacht. Dieses Verfahren zielt darauf ab, die Leistung durch die Streuung des Laserlichts über einen weiten Bereich zu verbessern und so die Entfernung zu Objekten zu messen. Dexerials hat anorganische Diffusoren zur Streuung von Laserlicht für Projektoren, wie sie beispielsweise für Unternehmenspräsentationen eingesetzt werden, entwickelt. Dieses Know-how können wir auf LiDAR Lichtquellen anwenden, um das Sensorlicht im gewünschten Bereich zu streuen.

Für Details zur Funktionsweise und den Eigenschaften anorganischer Diffusoren siehe Anorganische Diffusoren mit Mikrolinsenarrays.

Anisotrope leitfähige Schicht (ACF), die zur LiDAR Miniaturisierung beitragen kann

ACF-Technologie von Dexerials kann zur Miniaturisierung LiDAR beitragen. ACFs sind ein Folienmaterial, das zur Befestigung und elektrischen Verbindung elektronischer Komponenten wie integrierter Schaltkreise (ICs) auf Leiterplatten verwendet wird. Sie wurden 1977 auf den Markt gebracht und werden heute als Schaltungskleber in vielen weltweit verkauften digitalen Geräten wie Smartphones, Tablet-PCs und HD-Fernsehern eingesetzt.

Durch die Anwendung von Hitze und Druck können ACFs, die zwischen Leiterplatten und IC-Chips eingebettet sind, Anschlüsse elektrisch mit Schaltkreisen verbinden, die Isolierung zwischen benachbarten Anschlüssen aufrechterhalten und IC-Chips auf Leiterplatten befestigen. Im Vergleich zu herkömmlichen Steckverbindern stellen sie Verbindungen auf kleiner Fläche und mit nahezu keiner Dicke her und ermöglichen so insgesamt kleinere Schaltkreise.

Mit Technologie und Produkten von Dexerials zur nächsten LiDAR-Generation beitragen

Die oben beschriebenen Technologien und Produkte von Dexerials haben das Potenzial, zur Entwicklung von LiDAR der nächsten Generation beizutragen. Ausgehend von den Bemühungen unseres Vorgängerunternehmens forschen und entwickeln wir seit über 60 Jahren an vielen Technologien, wie beispielsweise der hochpräzisen Teilebefestigung und Materialien zur freien Lichtmanipulation. Wir sind überzeugt, dass unser langjähriges Wissen und unsere Technologien in vielen verschiedenen Bereichen zur Verwirklichung einer zukünftigen Gesellschaft beitragen können, die auf Autonomes Fahren basiert. Wenn Sie an der Entwicklung Autonomes Fahren wie LiDAR beteiligt sind oder sich für unsere Technologie interessieren, kontaktieren Sie uns gerne.