Un team di ricercatori guidato da Susumu Noda dell’Università di Kyoto in Giappone ha descritto il suo nuovo sistema lidar 3D non meccanico in Ottica. Il nuovo sistema può stare nel palmo della mano e può essere utilizzato per misurare la distanza di oggetti scarsamente riflettenti e tracciare automaticamente il movimento degli oggetti.
“Con il nostro sistema lidar, robot e veicoli saranno in grado di navigare in modo affidabile e sicuro in ambienti dinamici senza perdere di vista oggetti scarsamente riflettenti come le auto metallizzate nere”, afferma Noda.”Incorporare questa tecnologia nelle auto, ad esempio, renderebbe la guida autonoma più sicura.”
Grazie allo sviluppo da parte dei ricercatori di un’esclusiva sorgente luminosa basata su chip chiamata laser a cristalli fotonici a doppia modulazione (DM-PCSEL ), il nuovo sistema è stato reso possibile. Questo avanzamento potrebbe portare alla creazione di un sistema lidar 3D on-chip interamente a stato solido.
“Il DM-PCSEL integra la scansione del raggio non meccanica e controllata elettronicamente con l’illuminazione flash utilizzata nel flash lidar per acquisire un’immagine 3D completa con un singolo lampo di luce”, dice Noda.”Questa sorgente unica ci consente di ottenere sia l’illuminazione flash che quella a scansione senza parti mobili o ingombranti elementi ottici esterni, come lenti ed elementi ottici diffrattivi.”
La combinazione di scansione e illuminazione flash
I sistemi Lidar utilizzano i raggi laser per illuminare gli oggetti e calcolarne la distanza misurando il tempo impiegato dai raggi per viaggiare, riflettere e ritornare (ToF). Tuttavia, la maggior parte dei sistemi lidar attualmente in uso e in fase di sviluppo si affidano a parti mobili come i motori per scansionare il raggio laser, rendendoli ingombranti, costosi e inaffidabili.
Flash lidar è un approccio non meccanico che utilizza un unico raggio di luce ampio e diffuso per illuminare e valutare le distanze di tutti gli oggetti nel campo visivo. Tuttavia, i sistemi flash lidar non sono in grado di misurare le distanze di oggetti scarsamente riflettenti come le auto metalliche nere a causa della loro bassa riflettività. Inoltre, sono necessarie lenti ed elementi ottici esterni per creare il raggio flash, rendendo questi sistemi di grandi dimensioni.
I ricercatori hanno sviluppato la sorgente luminosa DM-PCSEL per superare queste limitazioni. La sorgente luminosa include una sorgente flash in grado di illuminare un ampio campo visivo di 30°×30° e una sorgente a scansione del raggio che fornisce un’illuminazione spot con 100 raggi laser stretti.
I ricercatori hanno integrato il DM-PCSEL in un sistema lidar 3D, che ha permesso loro di misurare simultaneamente le distanze di più oggetti utilizzando un’ampia illuminazione flash illuminando selettivamente oggetti scarsamente riflettenti con un raggio di luce più concentrato. Per eseguire misurazioni della distanza e il tracciamento automatico del movimento di oggetti scarsamente riflettenti, i ricercatori hanno installato una fotocamera ToF e sviluppato un software che utilizza l’illuminazione a scansione del raggio.