Entwicklung von piezoelektrisch betriebenen quasi-statischen 2D MEMS-Spiegeln mit extrem hohem FoV für scanning LiDAR

Abstract:
Der wachsende Anstieg an Sensorelementen, vor allem im Bereich Industrie 4.0, führt zu großen Rechenintensitäten und einem erheblich steigenden Energieverbrauch. Um beides zu reduzieren, wird im Bereich der Mensch-Maschine-Kolla-boration ein vielversprechender Ansatz verfolgt: Ein MEMS-Spiegel basiertes light detection and ranging (LiDAR) Sys-tem wird mit neuromorphen Elementen kombiniert, um die Messdaten beschleunigt zu prozessieren. Hierfür wird ein piezoelektrisch angetriebener quasi-statischer MEMS-Spiegel als Laserstrahlenablenkeinheit entwickelt. In dieser Arbeit wird die Designoptimierung des MEMS-Spiegels mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) Simulationen erläutert. Ein besonderer Fokus wird auf die geometrischen Parameter der Aktuatoren und Federn gelegt. Diese werden in Hinblick auf die Maximierung des statischen maximalen optischen Scanwinkels (TOSA) optimiert. Dessen Einfluss auf die Resonanzfrequenz bei dynamischer Anregung, sowie der Materialstress werden untersucht. Auf Grundlage der Optimierung werden zwei, der insgesamt acht entwickelten Designs, miteinander verglichen. Die MEMS-Spiegel werden momentan im Reinraum hergestellt. Die experimentelle Charakterisierung der präsentierten MEMS-Spiegel wird Gegenstand zukünfti-ger Veröffentlichungen sein.