Emissor ótico para LIDAR

Abstract

O LIDAR é um dispositivo que mede a distância a objetos, podendo também fornecer a imagem destes a três dimensões. É já utilizado em várias áreas, mas a sua integração em automóveis começou a ser estudada apenas recentemente. Com o aparecimento de automóveis de condução autónoma, o desenvolvimento de sensores de obstáculos é fundamental pois o automóvel tem que detetar possíveis perigos e medir a distância a que se encontra destes. O trabalho realizado teve como objetivo o desenvolvimento de um emissor ótico a ser integrado em sensores LIDAR. Este emissor ótico tem de ser fácil de implementar, barato, energicamente e ciente, estável e cumprir normas de segurança específicas para que a sua implementação em veículos seja possível. Numa primeira abordagem, foi estudado teoricamente o uso de um modulador espacial de luz, baseado em matrizes de cristais líquidos, para realizar o varrimento do cenário a uma dimensão através da mudança de direção do feixe. Posteriormente, realizou-se o estudo da divisão de um feixe luminoso em vários feixes com a mesma potência, pois esta alternativa permite obter informações acerca de determinado cenário mais rapidamente. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que, para ser possível obter os padrões pretendidos, são necessários parâmetros de rede bastante inferiores á dimensão do píxel dos moduladores espaciais de luz comercialmente disponíveis. Assim, a integração do modulador espacial de luz como emissor num sensor LIDAR não foi considerada uma opção viável. Seguidamente, foi estudada experimentalmente a viabilidade da utilização de elementos óticos difrativos, componentes de baixo custo e dimensão, desenhados para atuarem como divisores de feixes luminosos. Foram testados seis elementos óticos difrativos, que geraram, a partir do feixe luminoso incidente, diferentes padrões, constituídos por vários pontos luminosos com uma distribuição de potência aproximadamente uniforme. Concluiu-se que a utilização dos elementos óticos difrativos é uma alternativa a seguir em estudos posteriores

LIDAR is a device that measures the distance to objects, and can also provide their three-dimensional image. It has already been used in different areas, but its integration into vehicles has only recently been studied. The emergence of autonomous vehicles led to the development of obstacle sensors, which are essential to make the vehicle able to detect potential hazards and measure the distance to them. The work carried out was based on the development of an optical emitter to be integrated into LIDAR sensors. This optical emitter has to be easy to implement, low cost, energy efficient, stable and meet certain safety standards. In the first approach, we studied the use of a spatial light modulator, based on matrices of liquid crystal, to scan a scene along one dimension through beam steering. Then, we studied the division of a laser beam into several beams with the power equally distributed, because this alternative allows to obtain information about a certain scenario faster and more efficiently. From the obtained results, we concluded that in order to generate the desired patterns, grating parameters much smaller than the pixel size of commercially available spatial light modulators are required. Consequently, we studied experimentally the feasibility of the use of diffractive optical elements, low cost and small components, designed to be beamsplitters. We tested six diffractive optical elements which originated, from an incident light beam, different patterns consisting of several spots with the same power approximately. We concluded that the use of diffractive optical elements is an alternative to be followed in later studies