Lamda – Große MEMS-Scannerspiegel für 3D Abstandsmessungen
Das Faunhofer IPMS stellt auf der Micromachining/MEMS 2009 in Tokio erstmalig den Prototypen eines neuen 1D MEMS Scanners - speziell entwickelt für Laser-Radar-Systeme - mit einer extrem großen Apertur vor. Lamda ist ein skalierbares MEMS Scannerarray, zusammengesetzt aus identischen Siliziumspiegelelementen mit einer Apertur von 2,51 x 9,51 mm² und einem großen optischen Scanbereich von +/-30°. Es besteht aus zwei separaten Scankanälen: (a) einem Einzelscannerspiegel für den kollimierten ausgesendeten Strahl parallel zu (b) einem Scannerspiegel-Array für die Empfangsoptik. Die Strahlgänge der Sende- und Empfangsoptiken sind optisch isoliert, um ein Übersprechen im finalen Laser-Radar-System zu vermeiden. Die Empfangsoptik verwendet ein Array von 2 x 7 identischen Spiegelelementen mit einer Gesamtapertur von 334 mm² und einem Füllfaktor von 80 %. Alle Spiegel werden elektrostatisch resonant mittels individueller in-plane Kammantriebe nahe der mechanischen Resonanz der Torsionsschwingung von 250 Hz angetrieben. Der Sendestrahl wird durch einen mechanisch identischen Scanner abgelenkt, welcher als Master fungiert. Alle Empfangsspiegel werden von der Steuerelektronik auf den Master synchronisiert. Die effektiven Aperturen der Einzelspiegel addieren sich und erzeugen eine hinreichend große Gesamtapertur, um das optische Signal des Detektorsystems zu maximieren. Zur Synchronisation ist im Lamda-Modul für jedes Spiegelelement ein miniaturisierter Positionsdetektor integriert. Dieser ermöglich eine präzise Kontrolle der Spiegelbewegung, so dass alle Empfangsspiegelelemente auf die Bewegung des sendenden Masterscanners synchronisiert werden können. Die Elektronik des Lamda-Moduls mit einem Formfaktor von 50 x 40 x 40 mm³ für den Scankopf stellt ein synchrones Positionssignal des aktuellen Scanwinkels für die Signalauswertung im 3D Laserradarsystem zur Verfügung. Das MEMS Array Lamda erfüllt mit seiner mechanischen Resonanzfrequenz von 250 Hz die Anforderungen moderner Laserlaufzeitmesssysteme (TOF-Systeme) mit typischen Punktmessraten von 250-1000 kHz. Die bedeutet bei optischen Scanwinkeln von +/-30° eine Unterteilung des gescannten Bereichs in 500-2000 Intervalle. Das neue Konzept - ein Array von synchronisierten identischen MEMS Spiegelelementen für LIDAR-Systeme - erlaubt große Empfangsaperturen bei herausragender Zuverlässigkeit, hohe Scangeschwindigkeit, kompakte Größe und geringem Gewicht.
Länder
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