IPMS-Antriebselektronik für elektromagnetische Vektorscanner. [Sebastian Lassak /© Fraunhofer IPMS]
Kundenspezifische hochminiaturisierte MEMS-Scanner
Das Fraunhofer IPMS verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von kundenspezifischen, hochminiaturisierten MEMS-Scannern. Die Bauelemente zeichnen sich durch große Scanwinkel und hohe Scanfrequenzen aus und zeigen eine ausgezeichnete Langzeitstabilität. Ein qualifizierter CMOS-kompatibler Bulk-Micromachining-Prozess wird zur Herstellung von 1D- und 2D-Mikroscannern in kleinen und mittleren Stückzahlen eingesetzt. Der augensichere Demonstrator, welcher auf der LASER World of PHOTONICS vorgestellt wurde, veranschaulicht die möglichen Betriebsmodi eines 2D-MEMS-Scanners mit quasistatischer Außenachse und resonanter Innenachse. Anwendungen dieser Technologie finden sich in der scannenden Bildgebung, Laserscanning-Mikroskopie, Endoskopie, LiDAR-Sensorik für das autonome Fahren oder bei Head-up-Displays, Head-mounted Displays sowie AMR-Displays.
Vorstellung der ersten Vektorscannermodule mit Elektronik
Neu im Portfolio der MEMS-Microscanner des Fraunhofer IPMS sind hybride 2D-Vektroscannermodule mit elektromagnetischem Antrieb. Das Fraunhofer IPMS baut hier auf langjährige Erfahrungen in der Herstellung von kardanisch gelagerten, monolithischen 2D-MEMS-Scannerspiegeln auf und verbindet diese mit dem vorhandenen Know-how der Mikromontagetechnologien von MEMS.
»Dieser neue Ansatz erweitert den Parameterraum der bisherigen monolithischen Scanner deutlich. Dabei bleiben die etablierten Vorzüge der Fraunhofer IPMS-Scannerspiegeltechnologie – hohe optische Planarität und Entkopplung der Scanachsen durch kardanische Aufhängung sowie die Ermüdungsfreiheit der Federelemente – erhalten. Die neuen Bauelemente erlauben die 2-dimensionale quasi-statische Auslenkung bei größeren Spiegelaperturen sowie einer hohen vektoriellen Positioniergeschwindigkeit«, erklärt Dr. Jan Grahmann vom Fraunhofer IPMS.
Das Modul stellt auch die Spiegelposition in Form analoger Signale zur Verfügung, um ein geregeltes System realisieren zu können. Die bekannten zusätzlichen Features wie das Aufbringen einer kundenspezifischen, hochreflektierenden dielektrischen Verspiegelung oder die Realisierung der Spiegelplatte als Beugungsgitter sind auch für diese Bauelemente durchführbar. Um die Performance des Scanmoduls auszureizen, ist die geregelte Ansteuerung des Bauteils empfehlenswert. Die benötigten und feinmaschig an die mechanischen Eigenschaften des Moduls angepassten Regelalgorithmen wurden am Fraunhofer IPMS entwickelt und können auf die digitale Ansteuerung der kundenseitigen Systemelektronik (FPGA oder Mikrokontroller) übertragen werden. Ergänzend steht eine kompakte Ansteuerelektronik mit einer präzisen analogen Treiberstufe und Eingangsstufen für die Positionssignale zur Verfügung. Sie kann sowohl analog als auch über eine digitale Schnittstelle angesprochen werden.
Quantenkaskadenlaser mit extremer Auflösungserhöhung für die Spektrometrie
Weitere Forschungsarbeiten des Fraunhofer IPMS befassen sich mit der sensorischen Erfassung der Umgebung mittels Quantenkaskadenlaser-Spektroskopie. Die gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelten miniaturisierten Quantenkaskadenlaser decken einen großen Wellenlängenbereich und einen breiten spektralen Abstimmbereich bei hoher Scanrate ab. Das am Fraunhofer IPMS entwickelte mikromechanisch gefertigte Beugungsgitter dient als externer Resonator des Quantenkaskadenlasers mit variabler Frequenz. Es ermöglicht die Abstimmung von Laserwellenlängen mit wählbarer Geschwindigkeit oder indem Wellenlängen angefahren und für gewählte Zeiträume gehalten werden. Dabei können spektrale Bereiche auch modensprungfrei und daher sehr hoch aufgelöst abgestimmt werden.