MST Kongress 2007

Dresden, / 12.10.2007

vom 15.-17. Oktober 2007 in Dresden

Stand 29/39

Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme führt kundenspezifische Entwicklungen in den Bereichen Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik durch. Es ist dabei Partner von der ersten Idee über Machbarkeitsuntersuchungen bis zur Prototypenentwicklung. Die Produkte können in der eigenen Prozesslinie entwickelt und als Pilotserie gefertigt werden. Etwa 200 Wissenschaftler arbeiten mit modernstem Equipment an Projekten auf den Gebieten Sensor- und Aktuatorsysteme, Mikroscanner, Flächenlichtmodulatoren, Lifetronics und Organische Materialien und Systeme.

Auf der Ausstellung zum MST Kongress 2007 (Stand 29/39) stellt das Fraunhofer IPMS Exponate zu folgenden Themen aus:

1. Schwingende Mikroscannerspiegel unter Stroboskoplicht

Der am Fraunhofer IPMS entwickelte, in Resonanz betriebene Mikroscannerspiegel ist für die periodische Ablenkung von Licht entwickelt worden. Der Aktuator-Chip wird in einer CMOS-kompatiblen MEMS-Technologie hergestellt. Eine runde bzw. elliptische Spiegelplatte ist an zwei Torsionsfedern aufgehängt. Im Fall des 2D-Scanners wird eine kardanische Aufhängung der Spiegelplatte genutzt. Die Reflektivität des Spiegels wird durch eine dünne Aluminiumschicht verbessert. Die Schwingung der Platte wird elektrostatisch angeregt. Vorteile dieses Mikrospiegels sind vor allem der große optische Scanbereich bis zu 80° bei 20 V, die Schwingungsfrequenzen von 150 Hz bis 32 kHz bei Spiegelabmessungen bis zu 3 x 3 mm² und die hohe mechanische Stabilität. Der Spiegel wird eingesetzt für die Ablenkung von Laserstrahlen für das ein- oder zweidimensionale Scannen z. B. von Barcodes, Laserprojektion, Lasermarkierung, Laserbearbeitung von Materialien, Endoskopie und meßtechnische Aufgaben. Die beiden weiteren Demonstratoren basieren auf diesem Mikroscannerspiegel. Aufgrundder hohen Schwingfrequenz ist es nicht möglich, den Spiegel mit bloßem Auge schwingen zu sehen. Ein Demonstrator mit gepulstem Stroboskoplicht macht dies möglich und wird auf dem Ausstellungsstand zu sehen sein.

2. RGB-Laserprojektor

Das Exponat zeigt ein Vollfarb-Laserprojektionsdisplay, basierend auf einem um 2 Achsen schwingenden Mikroscannerspiegel aus dem Fraunhofer IPMS. Der nur etwa 4 x 7 x 10 cm³ große Projektionskopf enthält den Mikroscannerspiegel sowie 3 modulierte Laser und wird von einer abgesetzten Signalverarbeitungs-Einheit gesteuert. Hiermit lassen sich beliebige Bilder und Videosequenzen mit einer geometrischen Auflösung von 640 x 480 Bildpunkten, 256 Helligkeitsstufen je Bildpunkt und Elementarfarbe sowie einer Bildwiederholrate von 50 Hz projizieren. Der vom Fraunhofer IPMS in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IOF entwickelte Projektionsmodul ist ein Meilenstein bei Entwicklung von kompakten portablen Displays für digitale Bilder: der sehr kleine Mikroscannerspiegel zur Strahlablenkung, die Fortschritte bei der Verkleinerung von Halbleiterlasern und von optischen Bauelementen eröffnen große Chancen zur weiteren Miniaturisierung derartiger Projektoren, die Bilder wesentlich größerer Ausdehnung auf diffus reflektierenden Oberflächen darstellen können. Für technische Anwendungen, für die einfarbiges Licht genügt, existieren bereits deutlich kleinere Projektoren in Würfelzucker-Abmessungen. Der am Fraunhofer IPMS verfügbare und patentrechtlich geschützte resonante Mikroscannerspiegel zeichnet sich außerdem durch eine sehr hohe mechanische Robustheit, eine leistungsarme und einfache elektrische Ansteuerung sowie gute optische Eigenschaften aus. Neben dem Design und Herstellung dieses Bauelements liegt die Kompetenz des Instituts in der Entwicklung der gesamten zum Aufbau kompletter Projektionssysteme benötigten Hard- und Software. Mit den Projektionsmodulen sollen Märkte wie Informationswiedergabe in persönlichen, mobilen Geräten (PDA, Laptop, Infotainment, Benutzerführung), Automobilindustrie (Fahrerassistenzsysteme, mobiles Infotainment), Medizintechnik (Erfassung biometrischer Daten, Röntgenpositionierung), Produktionstechnik (Zuschnittprojektoren für die blech- und kunststoffverarbeitende Industrie) und Industrielle Messtechnik (Strukturierte Beleuchtung) adressiert werden.

3. Kundenspezifische Applikationsentwicklung unter Nutzung von MOEMS-Spektrometern

Das Fraunhofer IPMS hat zwei kompakte Spektrometer entwickelt zur Analyse verschiedener Spektren im nahen Infrarot (NIR) und Infrarot (IR). Die Systeme nutzen Bauelemente der Mikro-Opto-Elektro-Mechanischen System-Technologie (MOEMS). Zum einen handelt es sich dabei um ein NIR-Gitter-Spektrometer, unter der Produktbezeichnung SGS1900 über den Fraunhofer IPMS Spin-Off HiperScan inzwischen als Produkt erhältlich, zum anderen um ein Fourier Transform Spektrometer (FTIR), das momentan im Protoypen-Stadium ist. Die MOEMS Bauelemente für das Beugungsgitter bzw. den translatorischen Spiegel sind sehr robust und können im Bereich 200 nm bis 5 µm betrieben werden. Die Technologie erlaubt die Herstellung von Spektrometern zu einem Preis deutlich unter dem vergleichbarer am Markt befindlicher Lösungen. Auf dem MST Kongress präsentiert Fraunhofer IPMS neben dem Spektroskop vor allem seine Kompetenz im Bereich der Entwicklung kunden- und anwendungsspezifischer Systeme, die diese Spektrometer als Hauptkomponente nutzen. Eine mögliche Anwendung ist die Qualitätskontrolle verderblicher Lebensmittel wie Früchte und Gemüse aber auch jede Art von Fleisch oder Milchprodukten durch Reflektions- bzw. Transmissons-Spektroskopie. Eine weitere Anwendung aus dem Recycling (Sortieren von Kunststoffen) wird durch ein Demonstrationssystem dargestellt.