Fraunhofer-Institut für SiliziumtechnologieLars Ratzmann & Jörg Albers
Von der Skizze zum Demonstrator
Klingt ein wenig aus vergangenen Tagen, ist aber im Zeitalter künstlicher Intelligenz, autonomen Fahrens und Quantencomputern immer noch der erste Schritt, wenn es darum geht, beim Aufbau bzw. der Umsetzung eines applikationsnahen Demonstrators eine erste Idee zu realisieren, ein Stück Papier und etwas zu schreiben. Diese Skizze ist Grundlage für das weitere Vorgehen bei der Konstruktion. Auf Basis dieser Idee folgt der Einsatz eines 3D Modells, um dem Ganzen genaue Konturen zu geben, die Abmaße zu fixieren, weitere innovative Aspekte einzubringen und nicht zuletzt um den grundlegenden Aufbau für das Entwickler-Team visualisierbar und vorstellbar zu machen. Bereits in diesem Stadium lassen sich frühzeitig Fehler erkennen und entsprechend natürlich vermeiden.
Das Fraunhofer ISIT entwickelt und fertig unterschiedlichste MEMS Bauelemente für optische Anwendungen. Für diese zumeist aktiven Bauelemente ist immer eine Form von Elektronik notwendig, um die filigranen Siliziumstrukturen in einen definierten Arbeitsbereich bringen zu können. Ein weiterer, nicht unwesentlicherer Aspekt ist die Anwendung bzw. die Integration in ein bestehendes oder neu zu entwickelndes optisches System. Somit stellen sich für uns jeweils drei Herausforderungen, um am Ende einen praktikablen, funktionierenden und anwendungsnahen Demonstrator zu erhalten. Das MEMS Bauelement, die Elektronik und letztendlich die Integration in die Applikation.
Dieser Entwicklungsprozess ist sehr iterativ geprägt. Gerade für die unterschiedlichen MEMS Systeme werden individuelle Lösungen gefordert um jederzeit die volle Funktionalität zu gewährleistet.
Unser Entwicklungsfokus liegt derzeit bei Ansteuerungssystemen für piezoelektrisch angetriebene quasi-statische MEMS Spiegel, während das System-Knowhow für resonante MEMS Spiegel bereits einen Reifheitsgrad erreicht hat und durch unsere Spinoff-Firma den Eingang zum Markt findet.
Das Beispiel oben links in der Abbildung zeigt das 3D Model eines MEMS Scanner basierten Laser-Projektionskopfes zur Abbildung dynamischer Bildinhalte mit seinen grundlegenden elektrischen und mechanischen Baugruppen. Daneben rechts der finale Demonstrator, wie er in der Praxis Anwendung findet. Dieses Forschungsergebnis ist Teil des Förderprojektes „Smart Window“. Zielsetzung ist es, Brückenfenster in der Schifffahrt durch Augmented Reality zu ergänzen, um navigatorische Informationen in das Sichtfeld des Brückenpersonals einzublenden und so die Realität mit virtuellen Objekten zu überlagern.
Die Abbildung zeigt die Elektronik des Projektionskopfes in der Nahaufnahme und insbesondere die verkapselte und geschützte Baugruppe in Form des 2D MEMS Scanners oben rechts auf dem MIRROR-PCB. Der eingekoppelte, intensitätsmodulierte Laserstrahl wird über die beiden schwingenden Achsen abgelenkt und zieht die Bildebene auf der entsprechenden Projektionsoberfläche, in diesem Fall dem Brückenfenster auf. Die Elektronik auf beiden Platinen übernimmt die Ansteuerung und Stabilisierung des Scanners.
Der vorliegende Demonstrator aus dem Forschungsprojekt präsentiert die Funktionalität für das entsprechend vorgesehene Anwendungsszenario und spiegelt die Aspekte und Herausforderungen, wie bereits oben erläutert, in der Entwicklung wieder.
