Lidar レーザーダイオードの選択：コンパクトなイメージングシステム用

自動運転車の文脈で話されることが多いリダーですが、自動車業界以外にもリダーシステムの応用例は多数あります。環境認識が必要な新しいUAVには、他のセンサーと並んでミニチュアリダーシステムを含めることができ、周囲の環境の画像を提供し、多くの情報を含んでいます。

科学研究における多くの精密測定、航空機の乱流測定、その他の日常的な大気測定にもリダーシステムが使用されます。例えば、リダーは、エアロゾル粒子、水蒸気、氷晶、または微量ガスなど、大気成分の遠隔測定を行うために頻繁に使用されます。散乱リダー技術は、雲底の高度を測定したり、汚染プルームを追跡するために使用できます。どのタイプの測定を行うにしても、アプリケーションに適したリダーレーザーダイオードを選択する必要があります。

リダー信号チェーン

自動運転車、高度なUAV、またはその他の高度なイメージングシステムのリダーイメージングシステムを設計する場合、パルスレーザーダイオードは、フォトダイオードやPINアレイと並んで、信号チェーンの基本的な部分になります。レーダー信号チェーンと同様に、周囲の環境をスキャンし、深度マップを作成するために、送信側と受信側を慎重に設計する必要があります。これらのシステムは、リダーレーザーダイオードを駆動し、遠方の対象から反射された低レベルのレーザー信号を検出するための標準および高度なコンポーネントを組み合わせています。

異なるアプリケーションで使用するための多くの異なるリダー技術があります。イメージングと深度測定を単一のデータセットで必要とするUAVや自動運転車は、周囲の環境の点ごとのマップを生成するためにスキャンリダーシステムを使用できます。このアプリケーションでは、レーザーパルスが周囲の環境をスキャンし、反射光は赤外線フォトディテクター（現在は905 nmが使用されていますが、後に1500 nmに移行するかもしれません）で収集されます。距離は飛行時間測定から計算することができ、これは時間-デジタルコンバータICで簡単に実行できます。レーダーシステムと併用すると、2つのセンサーセットを同時に使用してターゲット追跡（つまり、距離と速度の測定）とイメージングを行うことができます。

これらのイメージングアプリケーションでは、周囲の環境の点ごとの距離測定を行うためにパルスレーザーダイオードが必要です。大気測定に基づく差分吸収は、測定される大気成分またはその他の量（温度や乱流）に応じて、2つ以上のパルスレーザーダイオードを使用します。

UAVからのリダーレーザーダイオード高度マップ

パルスリダーレーザーダイオード選択基準

ここでは、送信側のパルスレーザーダイオードに焦点を当てたいと思います。連続波（CW）レーザーダイオードはパルスダイオードとして動作させることができますが、これらのダイオードのデータシートでは、CWダイオードを電圧/電流パルスで駆動したときに期待できるレーザーパルス長は通常記載されていません。CWレーザーダイオードをパルスダイオードとして駆動したい場合は、オートコリレーション測定を使用してパルス長を測定する必要がありますが、これは敏感な光学機器がなければ困難です。

リダーイメージングシステムでパルスレーザーダイオードを選択する際に考慮すべき点は以下の通りです：

• 出力パワー。 これはシステムの2つの側面を決定します。1つ目は、パルスレーザーが高出力で目に損傷を与える可能性があるため、新製品の特定の安全要件です。これはまた、システムの有用な範囲を決定します。出力パワーが高いほど、測定範囲が長くなります。
• 波長。 異なるアプリケーションは通常、異なる波長を使用します。上述のように、一部のアプリケーションでは複数の波長を使用するため、レーザーダイオードを選択する際にはこれを考慮する必要があります。
• デューティサイクル。 パルスレーザーダイオードは通常、高電圧、低デューティサイクルのパルスで駆動されます。瞬間的な電圧はかなり高い可能性がありますが、低デューティサイクルのおかげで平均電力消費はかなり低くなります。メーカーは、特定のパルス長に到達するために使用すべき特定のデューティサイクルを推奨します。
• 最小パルス長と最大繰り返し率。 レーザー製品のデータシートは通常、これがレーザー媒体の回復時間に関連しているため、繰り返し率を最大値として引用します。最小パルス長は、レーザーダイオードを駆動するために使用する必要があるデューティサイクルを決定します。

Osram Opto SPLPL90

Osram OptoのSPLPL90リダーレーザーダイオードは、自動車システムでの使用を目的として設計されていますが、短距離の地上システムにも適しています。この2ピンレーザーダイオードは、915 nmで25 Wのピーク出力パワーを持つ100 nsパルスを提供します。このレーザーダイオードは915 nmで動作するため、地上レベルの都市部でシステムが使用される場合、安全上の懸念が生じる可能性があります。

SPLPL90リダーレーザーダイオード。SPLPL90データシートより。

Excelitas Technology DPGEW1S09H

DPGEW1S09Hは、905 nmで発光するレーザーダイオードのシリーズの1つです。このシリーズのダイオード（部品番号DPGEW1S09HからDPGEW3S09Hまで）は、ピーク出力パワーが45 Wに達する30 nsパルスを発光します。より小さいパルス時間は、ここで紹介されている他のリダーレーザーダイオードと比較して、わずかに高い解像度を提供することができます。データシートの38ページでExcelitas Technologyからの他のオプションをご覧ください。

Hamamatsu L11854-336-05

L11854-336-05 レーザーダイオードは、Hamamatsu から提供され、905 nm で動作する長距離リダーシステム用に高出力（100 W）を提供します。これらのダイオードは、0.1%のデューティサイクルで動作し、100 ns のパルスを生成するように設計されており、パルスを生成するために特殊なレーザードライバーが必要です。長距離範囲は、このリダーレーザーダイオードを UAV やその他の遠隔センシングアプリケーションに適した選択肢にします。

Hamamatsu の L11854-336-05 パルスレーザーダイオードの写真。L11854-336-05 データシートより。

高度なリダーシステムは、周囲の3Dマップを構築するために適切なリダーレーザーダイオードを必要とし、Octopart^® は多種多様なリダーレーザーダイオードへのアクセスを提供します。次の製品に最適なオプションを決定するために、私たちの Part Selector ガイドを試してみてください。

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