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EO LIGHTING - MARZO 2022 XXII Lighting operante nello spettro SWIR è stata eseguita una model- lazione di sistema: in questa modellazione architettura del LiDAR e condizioni ambientali identiche mentre sono diversi i parametri per i laser e i sensori. L’architettura LiDAR è un sistema coassiale con un array rilevatore a 16 canali e in meccanismo per la scansione del campo visi- vo (FoV – Field of View) come riportato in figura 9. Questo modello è stato validato a livello hardware e consente di valutare in maniera accurate le prestazioni di un sistema LiDAR. I sistemi operanti con lunghezze d’onda di 1.550 nm utiliz- zano una notevole quantità di potenza laser e un sensore caratterizzato da un PDE più elevato, in quanto sistemi di questo tipo sfruttano leghe InGaAs ad alto PDE che do- vrebbero garantire migliori prestazioni in termini di mi- sura della distanza nella simulazione di sistema. Nella figura 10 vengono riportati i risultati della simula- zione per sistemi LiDAR simili basati su lunghezze d’onda di 905 e 1.500 nm utilizzando i seguenti parametri a livello di sistema: luce ambiente di intensità pari a 100 Klux fil- trata da un filtro passabanda a 50 nm sulle lenti dei sen- sori (centrati rispettivamente a 905 e 1.550 nm), angolo di visione di 0.1° x 5° per scansioni orizzontali a 80° a 30 fps, velocità di ripetizione dell’impulso laser di 500 kHz con ampiezza dell’impulso di 1 ns e diametro delle lenti di 22 mm. Come previsto, il sistema operante a 1.550 nm è in grado Parameter 905nm System 1550nm System Sensor PDE 15% 50% Laser Power (over 0.1°× 5° AoV) 800W 2000W Tabella 2 – Parametri del laser e del sensore del LiDAR utilizzati per la simulazione del modello di sistemi NIR e SWIR di effettuare misure su distanze più lunghe nel caso di og- getti caratterizzati da bassa riflettività, arrivando fino a 550 m con una probabilità del 99% di misurare la distanza dal target. Poiché i sistemi basati su lunghezze d’onda di 905 nm possono effettuare misure su distanze superiori a 200 m, entrambi i sistemi sono in grado di soddisfare i requisiti previsti per i sistemi LiDAR utilizzati in am- biente automotive nelle condizioni ambientali tipiche. Nel caso di condizioni ambientali avverse, come ad esempio in presenza di pioggia o nebbia, le proprietà di assorbimento dell’acqua della luce SWIR provocano un deterioramento delle prestazioni più rapido rispetto ai sistemi che utiliz- zano lo spettro NIR – un altro fattore da tenere nella do- vuta considerazione. Analisi dei costi Una volta analizzata la tecnologia alla base dei sistemi LiDAR e alle implicazioni legate all’uso di differenti lun- ghezze d’onda, si vuole ora ritornare a fare alcune con- siderazioni sui costi. In precedenza, era stato sottolinea- to il fatto che i sensori utilizzati per i LiDAR basati sulle lunghezze d’onda NIR vengono realizzati sfruttando un processo CMOS su silicio, senza dubbio il più economico per la realizzazione di semiconduttori. Inoltre, è possibile l’integrazione della logica di acquisizione, anch’essa rea- lizzata con processo CMOS, con il sensore in un unico chip utilizzando la tecnologia di impilamento (stacked die) che le fonderie sono in grado di implementare senza problemi, riducendo ulteriormente la catena del segnale e i costi. I sensori SWIR, invece, utilizzano semiconduttori dei Grup- po III/V come InGaAs, caratterizzati da un costo più eleva- to. Anche se la nuova tecnologia ibrida germanio-silicio (Ge-Si) potrebbe consentire di realizzare sensori SWIR di costo più contenuto e semplificare l’integrazione con la lo- gica di acquisizione, si stima che i costi siano superiori di un fattore maggiore di 5 rispetto ai sensori realizzati con il CMOS su silicio anche quando il processo ha raggiunto la maturità. Per quanto concerne il laser, la differenza a li- vello di dimensione dei wafer tra i wafer GaAs (più grandi) utilizzati per realizzare i chip laser nei sistemi NIR rispet- to a quelli InGaAs (più piccoli) impiegati per fabbricare i chip laser dei sistemi SWIR si traduce ancora una volta in una disparità in termini di costi a favore dei sistemi NIR e il fatto che questi ultimi possono utilizzare laser VCSEL supportati da una base più ampia di fornitori consente di ridurre i costi di integrazione. La somma totale di tutti i fattori poco sopra menziona- ti porta a un’analisi fatta da IHS Markit (Amsrud 2019) la quale evidenzia il fatto che per lo stesso tipo di com- ponente (il sensore o il laser), il costo di un sistema SWIR potrebbe essere maggiore di un fattore compreso tra 10 e Fig. 9 – Modello di sistema per un sensore LiDAR dToF