2D-Microscanner mit hoher Auslenkung zur Bildaufnahme

Ein neuartiger Bildaufnehmer wird vorgestellt, der auf der Verwendung eines 2D-Mikrospiegels beruht. Drei Laserstrahlen (RGB) werden in einer Glasfaser zu weiß kombiniert und auf den Mikrospiegel gelenkt. Der weiße Strahl wird durch die zweidimensionale Bewegung des Scannerspiegels über das zu erfassende Objekt gescannt. Das reflektierte Licht wird eingesammelt und auf drei Detektoren (RGB) geführt. Mit Hilfe eines Rechners und der bekannten Ablenkrichtung wird das Bild in Echtzeit rekonstruiert. Für den Einsatz als Bildaufnehmer in endoskopischen Systemen ist ein optischer Scanbereich von bis zu 112° bei Ablenkfrequenzen von bis zu 16 kHz gefordert. Es wurde ein elektrostatisch angetriebener 2D-Scannerspiegel entworfen, der diese Anforderungen bei Spannungen von weniger als 150 V unter Normaldruck erfüllt. Eine besondere Herausforderung stellte das Design der einkristallinen Silizium-Federn dar. Die auftretenden mechanischen Spannungen liegen in der Größenordnung von 1 GPa. Zuverlässigkeitsuntersuchungen an Siliziumfedern haben ergeben, dass mechanische Spannungen in dieser Größenordnung für den Dauerbetrieb akzeptabel sind. Die Charakterisierung der in einem CMOS-kompatiblen BSOI-Prozess hergestellten Mikroscannerspiegel hat gezeigt, dass die Federn bei Auslenkungen oberhalb von +/- 9° mechanisch ein stark progressives Verhalten zeigen, was die Auslenkung aufgrund des verwendeten Antriebsprinzips stark einschränkt. In einem optimierten Design ist es gelungen die Federcharakteristik zu modifizieren und damit die Zielauslenkung von bis zu +/- 28° mechanisch zu erreichen.