Smart Systems Integration 2007

Dresden, / 9.2.2007

vom 27.-28. März 2007 in Paris/Frankreich

Halle 1bb, Stand 118

Am Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) in Dresden werden kundenspezifische Entwicklungen in den Bereichen Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik durchgeführt. Das Fraunhofer IPMS kann von der ersten Idee über Machbarkeitsuntersuchungen bis zur Prototypenentwicklung Partner sein. In der eigenen Prozesslinie ist eine Pilotfertigung der entwickelten Produkte möglich. Etwa 200 Wissenschaftler arbeiten mit modernstem Equipment an Aufgabenstellungen auf den Gebieten Schaltungsentwurf, Sensoren und Sensorsysteme, mikromechanische Aktoren und Aktorsysteme, Bildgebende Mikrosysteme, Bildverarbeitung und Bilddatenübertragung und organische Elektronik. Auf der SSI 2007 stellt das Fraunhofer IPMS Exponate zu folgenden Themen aus:

1. Vollfarb-Mini-Laserprojektor

Das Exponat zeigt ein Vollfarb-Laserprojektionsdisplay basierend auf dem zweidimensionalen Mikroscannerspiegel des Fraunhofer IPMS. Es setzt sich aus einem ultrakompakten Projektionsmodul und einer abgesetzten Laser- und Signalverarbeitungs-Einheit zusammen. Damit wird die Projektion beliebiger Bilder und Videosequenzen mit einer geometrischen Auflösung von 640 x 480 Bildpunkten sowie 256 Helligkeitsstufen je Bildpunkt und Elementarfarbe bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz ermöglicht. Die am Fraunhofer IPMS gemeinsam mit dem Fraunhofer IOF entwickelten ultrakompakten Projektionsmodule umgehen durch die Nutzung des eigenen Mikroscannerspiegels als Bauelement zur Lichtablenkung / -formung und Lasern als Lichtquelle bislang existierende Probleme für die weitere Miniaturisierung von Projektionsdisplays – wie räumlich ausgedehnte bildgebende Elemente und lichtstarke Beleuchtungsmittel, die mit hoher thermischen Verlustleistung einerseits und hohem Energieverbrauch andererseits einhergehen. Der am Fraunhofer IPMS verfügbare und vom Institut patentrechtlich geschützte resonante Mikroscannerspiegel zur Lichtablenkung bietet dabei eine ideale Ausgangsbasis für die Entwicklung von miniaturisierten Projektionsdisplays. Er zeichnet sich durch eine sehr hohe mechanische Robustheit und Einfachheit in der elektrischen Ansteuerung sowie der optischen Ein- und Auskopplung aus. Neben dem Design und Herstellung dieses Bauelements liegt die Kompetenz des Instituts in der Entwicklung aller benötigten Hardware und Software zum Aufbau kompletter Projektionssysteme. Während wichtige Anwendungsfelder der Projektionsmodule in Märkten wie Informationswiedergabe in persönlichen, mobilen Geräten (PDA, Laptop, Infotainment, Benutzerführung), Automobilindustrie (Fahrerassistenzsysteme, mobiles Infotainment), und Medizintechnik (Erfassung biometrischer Daten, Röntgenpositionierung) zu finden sind, können sie aber auch vielfältig in der Produktionstechnik (Zuschnittprojektoren für die Blech- und Kunststoffverarbeitende Industrie) und der Industriellen Messtechnik (Strukturierte Beleuchtung) eingesetzt werden.

2. OLED integriert in Silizium

Bisher gibt es kommerziell keine Technologie, die eine monolithische Integration von hocheffizienten und stabilen Lichtquellen in Standard-CMOS ermöglicht. Mit der OLED-Technologie hat sich die Chance eröffnet, Lichtemitter sowohl großflächig wie auch mikrostrukturiert auf die oberste Metallebene von CMOS-Chips abzuscheiden und diese aktiv durch die CMOS-Schaltung zu betreiben. Durch den Betrieb über das Top-Metall als Bottom-Elektrode der OLED / des OLED-Pixels bleibt die darunter liegende aktive CMOS-Fläche für Schaltungstechnik verfügbar. Die Prozessierung der OLED erfolgt als post-processing auf wafer-level, eine Rückkehr der Wafer in den CMOS-Prozeß ist nicht erforderlich. Wesentliche Anwendungen werden in den Bereichen Mikrodisplays und Optoelektronik (organische Mikrosysteme) gesehen.

Anwendungen Mikrodisplays:

  • Elektronischer viewfinder
  • Projektion
  • head mounted displays (Mobilkommunikation, Unterhaltungselektronik, …)
  • optical inspection
  • patterned illumination

Anwendungen Optoelektronik:

  • Lichtschranken
  • Optokoppler
  • optische Sensoren (chemisch, medizinisch → Fluoreszenz, Photoplethysmographie,…)
  • Kommunikation (chip-to-chip, board-to-board, chip-to board)

Das Fraunhofer IPMS bietet Entwicklungen in diesem innovativen Applikationsbereich an. Auf der Messe stellt das Fraunhofer IPMS hocheffiziente OLEDs integriert in Siliziumuntergründe als Matrizen für optoelektronische und Mikrodisplayanwendungen vor.

3. Bilderkennung durch turbulente Medien mittels Mikrospiegel basierter Adaptiver Optik

Die Technik der Adaptiven Optik zur Bild- und Objekterkennung durch turbulente Medien enstand vor mehr als dreißig Jahren in der Astronomie und wird dort bei erdgestützten Teleskopen zur Kompensation atmosphärischer Turbulenzen für die Abbildungsverbesserung eingesetzt. Neben der eigentlichen Bildaufnahme-Einheit umfasst ein AO System als wesentliche Komponenten einen Wellenfront-Sensor und einen Wellenfront-Korrektur zur Messung und Kompensation der über den optischen Strahlquerschnitt auftretenden Wellenaberrationen, wobei im Idealfall wieder eine rein beugungsbegrenzte Abbildung erreicht werden kann. Eine Schlüsselrolle kommt dabei dem eigentlichen Korrektor zu, bei dem es sich zumeist um einen deformierbaren Spiegel handelt, mit dem die optischen Gangunterschiede durch eine entsprechende Spiegeloberflächen-Einstellung gerade wieder ausgeglichen werden.

Die hierzu bislang hauptsächlich in der Astronomie verwendeten Systeme sind relativ groß, sperrig und kostspielig, was gegenwärtig das Haupthemmnis für die weitere Verbreitung und kommerzielle Nutzung von AO Techniken in anderen Anwendungsfeldern darstellt. Völlig neue Perspektiven eröffnen sich hier durch die Mikrostruktur- und Halbleitertechnik, welche erstmals Möglichkeiten zur Hochintegration von mikromechanischen MEMS Spiegelarrays auf integrierter Ansteuerschaltungen schaffen für eine bisher nicht erreichte Ortsauflösung und Präzision sowie für eine deutliche Baugrößen-Miniaturisierung bei gleichzeitig kostengünstiger Fertigung. Das Fraunhofer IPMS hat zu diesem Zweck ein fein segmentiertes 240 x 200 Mikrospiegelarray für die hoch aufgelöste Wellenfrontkorrektur entwickelt einschließlich der kompletten Ansteuer-Hard- und Software. Ferner wurde für Präsentationszwecke sowie für eine mehr quantitative Analyse ein kompaktes, flexibles AO Demonstrationssystem entwickelt, mit dem sich die erzielbare Bildkorrektur für verschiedene statische oder dynamische Wellenfrontstörungen eindrucksvoll demonstrieren lässt.

Anwendungsfelder sind Objekt- und Bilderkennung im Bereich Machine Vision, Wellenfrontkorrektur zur Abbildungsverbesserung in den Bereichen Mikroskopie, Augenheilkunde und Astronomie sowie räumliche und zeitliche Laserstrahl- und Pulsformung. Weitere Vorteile von MEMS Mikrospiegelarrays liegen in schnellen mechanische Einstellzeiten, einer hohen spektralen Bandbreite von IR bis DUV und in einer Insensitivität gegenüber Lichtpolarisation.