{"id":4204,"date":"2020-04-30T13:26:13","date_gmt":"2020-04-30T13:26:13","guid":{"rendered":"https:\/\/v220210444402149283.megasrv.de\/blog\/im-herzen-der-sensoren-mems-technologie-fuer-lidar\/"},"modified":"2025-06-06T08:39:31","modified_gmt":"2025-06-06T08:39:31","slug":"optimierung-mems-lidar-sensoren","status":"publish","type":"blog","link":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/blog\/optimierung-mems-lidar-sensoren\/","title":{"rendered":"Im Herzen der Sensoren \u2013 MEMS-Technologie f\u00fcr LiDAR"},"content":{"rendered":"\n

MEMS LiDAR-Sensoren bieten eine kosteneffiziente und skalierbare L\u00f6sung f\u00fcr pr\u00e4zise Abstandsmessungen in einer Vielzahl von Anwendungen. Der entscheidende Faktor bei der Entwicklung dieser Sensoren ist die Gr\u00f6\u00dfe des MEMS-Spiegels. Wie wird die optimale Gr\u00f6\u00dfe dieses Spiegels bestimmt und welche technischen \u00dcberlegungen spielen eine Rolle? Dieser Blogbeitrag erl\u00e4utert die Faktoren, die bei der Optimierung von MEMS LiDAR-Systemen ber\u00fccksichtigt werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n

Anforderungen an leistungsstarke MEMS LiDAR-Sensoren<\/strong><\/strong><\/h2>\n\n\n\n

F\u00fcr MEMS LiDAR-Sensoren ist es entscheidend, hohe Reichweite, ein gro\u00dfes Sichtfeld und eine hohe Aufl\u00f6sung zu bieten. Diese Anforderungen erfordern eine pr\u00e4zise Abstimmung der verschiedenen Komponenten, einschlie\u00dflich des Spiegels. Die MEMS-Technologie, bekannt f\u00fcr ihre Skalierbarkeit und Kosteneffizienz, bietet eine robuste Grundlage f\u00fcr die Entwicklung von LiDAR-Systemen, die diesen Anforderungen gerecht werden. Durch den Einsatz von Silizium-basierten Mikrosystemen k\u00f6nnen Hersteller identische, hochqualitative Komponenten in gro\u00dfen St\u00fcckzahlen produzieren, was den breiten Einsatz von MEMS LiDAR-Sensoren in verschiedenen Industrien erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

Hohe Reichweite durch optimierte Laserquellen<\/strong><\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Die Reichweite eines MEMS LiDAR-Sensors ist ein zentrales Kriterium f\u00fcr seine Leistung. Um eine zuverl\u00e4ssige Objekterkennung \u00fcber gr\u00f6\u00dfere Distanzen zu gew\u00e4hrleisten, muss sowohl der Emitter als auch der Detektor optimiert werden. Ein wichtiger Bestandteil der Optimierung ist die Wahl der Laserquelle. Bei MEMS LiDAR-Systemen kommen zwei Hauptwellenl\u00e4ngen zum Einsatz:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Faserlaser mit einer Wellenl\u00e4nge von 1550 nm<\/strong> bieten hohe Energie und damit eine gr\u00f6\u00dfere Reichweite, sind jedoch gro\u00df, komplex und teuer.<\/li>\n\n\n\n
  • Laserdioden mit einer Wellenl\u00e4nge von 905 nm<\/strong> sind kompakt, kosteng\u00fcnstig und weit verbreitet, aber aufgrund von Sicherheitsvorschriften in Bezug auf die Augen begrenzt in der Strahlst\u00e4rke.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Obwohl die Wahl des Emitters eine bedeutende Rolle spielt, ist die Gestaltung des Detektors\u2014insbesondere die Gr\u00f6\u00dfe der Apertur\u2014ebenfalls entscheidend f\u00fcr die Reichweite und Aufl\u00f6sung des Systems.<\/p>\n\n\n\n

    MEMS-Spiegel: Die optimale Gr\u00f6\u00dfe finden<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
    \"MEMS-Technologie<\/figure>\n\n\n\n

    Die Optimierung auf Emitter-Seite\nist also begrenzt. Wie sieht es aus, wenn das Licht zur\u00fcckkommt, auf der\nDetektor-Seite? Hier spielt die Apertur eine wichtige Rolle f\u00fcr eine hohe\nReichweite. Sie beschreibt die Gr\u00f6\u00dfe der Detektorfl\u00e4che. Im Fall von unserem MEMS-basierten\nAufbau entspricht die Apertur der Spiegelgr\u00f6\u00dfe. Um m\u00f6glichst viel Licht\naufzufangen, wird eine gro\u00dfe Apertur, also ein m\u00f6glichst gro\u00dfer Spiegel,\nben\u00f6tigt. Die Spiegelgr\u00f6\u00dfe wird allerdings auch von bestimmten Faktoren\nbegrenzt \u2013 es gilt also, die optimale Gr\u00f6\u00dfe auf Basis dieser Faktoren zu\nberechnen. Hierzu m\u00fcssen die zu empfangende Photonenzahl, die Kollimation,\nAblenkwinkel und die Resonanzfrequenz betrachtet werden. <\/p>\n\n\n\n

    Photonenzahl<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

    Zum einen h\u00e4ngt die Gr\u00f6\u00dfe des Spiegels davon ab, wie viele Photonen ausgesendet werden m\u00fcssen, damit eine ausreichende Anzahl an Photonen zur\u00fcckkommt, um ein Objekt genau zu erkennen. Diese Mindestanzahl an Photonen l\u00e4sst sich gem\u00e4\u00df der Leistungs\u00fcbertragungsbilanz, oder auch des Link Budgets<\/em>, mit guter Genauigkeit berechnen. Hierbei wird mit einbezogen, wie viele Photonen auf die Distanz und durch wenig reflektive Oberfl\u00e4chen verloren gehen; zudem wird die homogene Streuung von Licht sowie die Detektoreffizienz beachtet. Auf diese Weise l\u00e4sst sich absch\u00e4tzen, wie viele Photonen ausgesandt werden m\u00fcssen, also wie gro\u00df die Apertur sein muss, damit eine Mindestanzahl an Photonen wieder detektiert werden kann. <\/p>\n\n\n\n

    Zudem sind Blickfeld-Sensoren koaxial aufgebaut, das hei\u00dft, dass nur das Licht wieder aufgefangen wird, das auf dem gleichen Weg zur\u00fcckkommt, wie es ausgesandt wurde. Das hat den Vorteil, dass keine anderen Lichtsignale aufgenommen werden, die das Bild st\u00f6ren oder verf\u00e4lschen. <\/p>\n\n\n\n

    Kollimation<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

    Um m\u00f6glichst hochaufgel\u00f6ste\nDaten zu erhalten, die auch kleine Objekte zuverl\u00e4ssig identifizieren, muss der\nLaser geb\u00fcndelt auf ein Objekt treffen. Diese B\u00fcndelung wird durch die\nKollimation beschrieben. Erreicht wird diese, indem vor dem Laser eine Linse\nplatziert wird. Nun kommt wieder die Spiegelgr\u00f6\u00dfe ins Spiel: Der Spiegel muss exakt\nso gro\u00df sein, dass er das gesamte Licht, das durch die Linse kollimiert wird,\nablenken kann. Dies h\u00e4ngt von der Brennweite ab, die f\u00fcr eine optimale\nKollimation und damit eine hohe Aufl\u00f6sung ben\u00f6tigt wird. <\/p>\n\n\n\n

    Resonanzfrequenz<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

    MEMS-Spiegel schwingen mit\neiner bestimmten Resonanzfrequenz. Hierzu werden sie mit Hilfe von integrierten\nAktoren angesto\u00dfen, ben\u00f6tigen also keinen Motor oder andere mechanische\nAntriebe. Dies ist von Vorteil, da Motoren und sich bewegende Teile sich abnutzen\nund regelm\u00e4\u00dfig gewartet werden m\u00fcssen. Diese Problematiken entfallen bei einem\nAnsto\u00df durch integrierte Aktoren. <\/p>\n\n\n\n

    Die Resonanzfrequenz, mit der ein Spiegel schwingt, h\u00e4ngt von der Gr\u00f6\u00dfe und Befestigung des Spiegels ab. Hierzu haben wir eine propriet\u00e4re Einbettung der Spiegel entwickelt, um besonders gro\u00dfe Spiegel einsetzen zu k\u00f6nnen. Durch den au\u00dfergew\u00f6hnlich hohen Durchmesser k\u00f6nnen besonders viele Photonen auf die Szene und zur\u00fcck auf den Detektor gelenkt werden, wodurch Blickfeld LiDAR-Sensoren eine hohe Reichweite erzielen. <\/p>\n\n\n\n

    Zudem sind die Spiegel dank ihrer Gr\u00f6\u00dfe robuster als herk\u00f6mmliche Produkte, die nur wenige Millimeter Durchmesser haben, und verf\u00fcgen durch ihre Leichtbauweise dennoch \u00fcber eine hohe Resonanzfrequenz. Diese sorgt daf\u00fcr, dass die Photonen zur\u00fcck auf den Detektor geleitet werden. Schwingt der Spiegel zu schnell oder zu langsam, werden die Photonen aufgrund des koaxialen Aufbaus am Detektor vorbei abgelenkt. <\/p>\n\n\n\n

    Ma\u00dfgeschneiderte MEMS-Technologie f\u00fcr LiDAR-Anwendungen<\/strong><\/strong><\/h2>\n\n\n\n

    Die Entwicklung von MEMS-Spiegeln f\u00fcr MEMS LiDAR-Sensoren erfordert eine sorgf\u00e4ltige Betrachtung der Zusammensetzung, Gr\u00f6\u00dfe und Einbettung. Blickfeld hat MEMS-Technologie speziell f\u00fcr LiDAR-Anwendungen entwickelt, um die Anforderungen an Reichweite, Sichtfeld und Aufl\u00f6sung zu erf\u00fcllen. Durch die Fokussierung auf diese Aspekte wird gew\u00e4hrleistet, dass MEMS LiDAR-Sensoren nicht nur leistungsstark, sondern auch skalierbar und kosteneffizient sind.<\/p>\n\n\n\n

    Fazit<\/h2>\n\n\n\n

    MEMS LiDAR-Technologie ist der Schl\u00fcssel zu modernen LiDAR-Systemen und bietet die erforderliche Skalierbarkeit und Leistung f\u00fcr pr\u00e4zise Abstandsmessungen. Die Optimierung der Spiegelgr\u00f6\u00dfe\u2014unter Ber\u00fccksichtigung von Faktoren wie Photonenerfassung, Kollimation und Resonanzfrequenz\u2014is entscheidend f\u00fcr die Leistung. Mit Fokus auf Innovation und pr\u00e4zise Technik haben MEMS-Spiegel bewiesen, dass sie eine wesentliche Grundlage f\u00fcr fortschrittliche MEMS LiDAR-Technologie darstellen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Um die Anforderungen an hohe Leistung und Skalierbarkeit zu erf\u00fcllen, sind MEMS-basierte LiDAR-Sensoren eine geeignete L\u00f6sung. Aber wie wird die Gr\u00f6\u00dfe der Spiegel definiert?<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":2995,"template":"","blog-tags":[611,246,612],"blog-category":[155],"class_list":["post-4204","blog","type-blog","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","blog-tags-lidar-performance-de","blog-tags-lidar-eigenschaften","blog-tags-technologie","blog-category-lidar-technologie"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/blog\/4204","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/blog"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/blog"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/blog\/4204\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":32934,"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/blog\/4204\/revisions\/32934"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2995"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4204"}],"wp:term":[{"taxonomy":"blog-tags","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/blog-tags?post=4204"},{"taxonomy":"blog-category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blickfeld.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/blog-category?post=4204"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}