14/04/2022
Door Ad Spijkers
Een Duits onderzoekconsortium werkt aan een nieuw groothoeksysteem met MEMS-sensor.
Lidar (Light Detection and Ranging) is een onmisbare technologie in de ontwikkeling van autonoom rijdende voertuigen. Lidar-systemen gebruiken uitgezonden laserstralen om hun omgeving nauwkeurig te scannen en een nauwkeurig beeld te genereren. Hun werkingswijze lijkt op radarsystemen in de luchtvaart of scheepvaart, behalve dat ze laserstralen uitzenden in plaats van radiogolven.
Lidar-reflecties produceren een driedimensionaal beeld. De resolutie van de sensoren is echter aanzienlijk hoger dan die van radar, wat deze technologie aantrekkelijk maakt. Hoe nauwkeuriger het beeld, des te beter de boordelektronica van het zelfrijdende voertuig kan reageren.
Groothoek Lidar
Tot nu toe waren Lidar-systemen groot en duur, wat het gebruik in voertuigen moeilijk maakte. Daarom proberen onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) in Itzehoe (60 km noordwestelijk van Hamburg) nu kleine Lidar-systemen te ontwikkelen waarvan de fabricagekosten commercialisering in de auto-industrie niet in de weg staan.
Onder de paraplu van de Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) in Berlijn ontwikkelden Fraunhofer-wetenschappers en partners een groothoek lidarsysteem met hoge resolutie. Zo'n systeem bestaat in principe uit een laser, een scanner die de laserstralen uitzendt en een optiek dat de gereflecteerde laserstralen leest. De afzonderlijke componenten communiceren met elkaar via elektronische interfaces.
Voor dit project leverde het Ferdinand Braun Institut in Berlijn een gepulste laserbron inclusief besturingselektronica, het Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg ontwikkelde een trapping-optiek met voorbewerkingselektronica. Fraunhofer-ISIT produceerde de MEMS-scanners. De integratie van de afzonderlijke componenten in een compleet systeem werd verzorgd door OQmented, eveneens in Itzehoe en een spin-off van Fraunhofer ISIT.
MEMS-scanner
De laserscanners worden vervaardigd met behulp van MEMS-technologie (Micro Electro Mechanical Systems). De ontwikkeling van geschikte MEMS-scanners was een grote uitdaging voor de wetenschappers. Zo hebben ze de aandrijvingen van de scanners geoptimaliseerd om een grote afbuighoek van de MEMS-spiegel en een gezichtsveld van 180° mogelijk te maken.
Of ze verbeterden het ontwerp van de componenten om mechanische belasting onder deze grote hoeken te vermijden, waardoor hun levensduur en betrouwbaarheid werden verlengd. Het mechanische gedrag van de MEMS-spiegel bij schokken of trillingen werd ook nauwkeurig bestudeerd om een goede mechanische stabiliteit in reële toepassingsscenario's te garanderen. Last but not least werd op de MEMS-spiegel een koepelvormige glazen koepel gemonteerd. Enerzijds beschermt deze glazen koepel het apparaat tegen invloeden van buitenaf, anderzijds zorgt de glazen koepel voor de goede optische kwaliteit van het apparaat.
De resulterende robuuste MEMS-scanner wordt gekenmerkt door een grote scanhoek, goede mechanische robuustheid en stabiele levensduur. Het resultaat is 's werelds eerste op MEMS gebaseerde 180° groothoek-capabele Lidar-systeem. Het kan worden gebruikt voor zowel auto- als industriële toepassingen.
Foto: Fraunhofer ISIT / photocompany Itzehoe