Lamda – große MEMS-Scannerspiegel für 3D-Abstandsmessungen

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat auf der Exhibition Micromachine/MEMS in Tokio erstmals den Prototypen eines neuen 1D-MEMS-Scanners mit einer großen Apertur – speziell entwickelt für Laser-Radar-Systeme – vorgestellt. 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: einem Einzelscannerspiegel für den kollimierten ausgesendeten Strahl parallel zu 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-Laser-Radar-System zur Verfügung.

Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Ines Schedwill
ines.schedwill@ipms.fraunhofer.de
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