Charakterisierung und Optimierung eines bildgebenden MEMS-Laserscanners

Heger, Andreas

Mikrostrukturierungstechniken in Silizium ermöglichen die Herstellung von nur wenigen Millimeter großen Mikro-Elektro-Mechanischen- (MEMS) Scannerspiegeln, die eine zweidimensionale Lichtablenkung realisieren. In Kombination mit einer direkt modulierbaren RGB-Laserquelle, deren Strahlung durch eine angepasste Optik vereinigt und geformt wird um eine optimale Beleuchtung des Spiegels zu gewährleisten, entstehen leistungsfähige miniaturisierte Projektoren. Es werden verschiedene MEMS-Scannerspiegel charakterisiert und hinsichtlich Auflösung, maximale Bild­helligkeit, Homogenität der Bildausleuchtung, Bildverzerrungen und Bild­wiederholrate untersucht. Eine Analyse der Beleuchtungsarten des Scanners verbunden mit technologischen Anforderungen an die Strahlformungsoptik bildet die Grundlage für das Optikdesign. Dynamische Deformationen der Spiegeloberfläche führen zu einer geometrischen Veränderung des Laserspots, die sich negativ auf die maximale Anzahl an darstellbaren Bildpixeln auswirkt. Resonant schwingende Scannerspiegel weisen an den Bildrändern eine größere Helligkeit als in der Bildmitte auf. Dieses Verhalten lässt sich prinzipiell elektronisch korrigieren, wobei sich die optische Leistungs­transmission verringert. Die Vor- und Nachteile verschiedener Beleuchtungs­konzepte des Scanner­spiegels werden analysiert. Eine speziell für die Laserquellen angepasste Strahl­formungsoptik unterdrückt unerwünschtes Streulicht und erhöht die nutzbare Lichtleistung für die Projektion. Unter Berücksichtigung eines miniaturisierten Gesamtsystems und der Abmessung der Scanner­spiegel werden Maßnahmen untersucht, die zur Specklereduktion­ führen.

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Heger, Andreas: Charakterisierung und Optimierung eines bildgebenden MEMS-Laserscanners. 2009.

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