Modellbasierter Systementwurf zur Steuerung und Regelung quasi-statischer Mikroscannerspiegel mit elektrostatischem Kammantrieb

Modellbasierter Systementwurf zur Steuerung und Regelung quasi-statischer Mikroscannerspiegel mit elektrostatischem Kammantrieb von Schroedter,  Richard
Aus einkristallinem Silizium gefertigte Mikroscanner werden zunehmend in Anwendungen zur Bildprojektion, Entfernungssensorik, Spektroskopie und gezielten Strahlführung von Lasern eingesetzt, denn sie ermöglichen die Miniaturisierung und Massenfertigung optischer Systeme. Durch die statische Strahlpositionierung und zum linearen Rasterscannen in einem breiten Frequenzbereich von Null bis mehrere hundert Hertz eröffnen sogenannte quasi-statische Mikroscanner im Vergleich zu bisherigen resonant schwingenden Mikroscannern ein deutlich breiteres und flexibleres Anwendungsspektrum. Jedoch wird die Bewegung aufgrund der extrem geringen Dämpfung des Systems mit Eigenschwingungen überlagert. Daher ist die Steuerung und Regelung eine notwendige Voraussetzung für die hochdynamische und präzise Strahlführung mit quasi-statischen Mikroscannern. In dieser Arbeit werden verschiedene Steuerungs- und Regelungskonzepte für quasi-statische Mikroscanner mit elektrostatischem Kammantrieb entworfen und auf einem Echtzeitsystem mit optischer Rückführung experimentell verifiziert. Das nichtlineare mechatronische Modell wird vollständig parametrisiert und geeignete Trajektorien mit Ruckbegrenzung werden hergeleitet. Schließlich werden die Regelung des Mikroscanners mit einem Mikrocontroller durch die im Chip integrierte piezoresistive Positi-nssensorik validiert und ein 2D-Rasterscan realisiert. Als Ergebnis werden Folgerungen für den Systementwurf von quasi-statischen Mikroscannern abgeleitet.
Aktualisiert: 2022-12-13
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Scannende Laser-Projektionseinheit für die Fahrzeugfrontbeleuchtung

Scannende Laser-Projektionseinheit für die Fahrzeugfrontbeleuchtung von Kloppenburg,  Gerolf, Lachmayer,  Roland
Die Forschung an neuartigen Fahrzeugbeleuchtungssystemen zielt darauf ab, eine optimale Sicht und Ausleuchtung der Umgebung zu ermöglichen. In Kombination mit Daten aus der Fahrzeugsensorik können zusätzlich Fahrerassistenzinformationen auf die Straßenoberfläche projiziert werden. Darüber hinaus gewinnt dieser Ansatz für die Kommunikation autonom fahrender Fahrzeuge mit ihrer Umgebung an Bedeutung. Als nächster Schritt in der lichtbasierten Fahrerassistenz werden im Rahmen dieser Arbeit Informationsprojektionen zur Unterstützung des Fahrers behandelt. Ziel ist der Aufbau eines geeigneten Projektors für die Darstellung farbiger Symbole im Verkehrsraum. Dazu werden die Anforderungen an den optischen Aufbau eines solchen Systems erarbeitet. Besondere Berücksichtigung finden dabei die benötigte Lichtmenge für die Sichtbarkeit der Darstellung, der darstellbare Farbraum, der Projektionsbereich und die Ansteuerung der Lichtquelle. Aufbauend auf den Anforderungen werden Konzepte für die Umsetzung der hochauflösenden Bilderzeugung erarbeitet und bewertet. Die Umsetzung erfolgt in Form eines Demonstrators mit drei Laserdioden in den Farben rot, grün und blau sowie mit einem scannend eingesetzten Mikrospiegel. Anhand dieses Systems werden die Einsatzmöglichkeiten für die Darstellung von Fahrerassistenzinformationen evaluiert.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Untersuchung von elektrodynamischen Mikroscannern zur Darstellung von Lichtsymbolen in der Kraftfahrzeugbeleuchtung

Untersuchung von elektrodynamischen Mikroscannern zur Darstellung von Lichtsymbolen in der Kraftfahrzeugbeleuchtung von Roth,  Joscha, Wallaschek,  Jörg
Ein Großteil der fahrrelevanten Informationen wird beim Autofahren visuell aufgenommen. Bei Fahrten in der Dunkelheit wird dem Fahrer die Informationsaufnahme zusätzlich erschwert, so dass sich fast ein Drittel aller Unfälle mit Personenschäden in der Nacht ereignen. Abseits des klassischen Entwicklungsziels von Kfz-Scheinwerfern, die Umgebung optimal auszuleuchten, befasst sich die vorliegende Arbeit mit Lichtprojektionen auf der Fahrbahn. Diese können zur Informationsdarstellung für den Fahrer oder als Kommunikationsschnittstelle zu anderen Verkehrsteilnehmern genutzt werden. Neben der Untersuchung prototypisch umgesetzter Lichtfunktionen liegt der Schwerpunkt der Arbeit auf der Entwicklung einer scannenden Projektionseinheit und der Definition von optischen, mechanischen und elektronischen Anforderungen an diese für den Einsatz im Automobil. Die Projektionseinheit lenkt das Licht einer RGB-Laserlichtquelle mittels eines elektrodynamischen 2D-Mikroscanners ab, so dass eine beliebige, farbige Lichtprojektion realisiert werden kann. Mikroscanner stellen aufgrund ihres dynamischen Verhaltens, das innerhalb der Arbeit untersucht wird, hohe Anforderungen an deren Ansteuerung. Ein FPGA-basiertes Ansteuerungskonzept ermöglicht den synchronen Betrieb von Spiegelbewegung und Laserimpuls zur stabilen Bildprojektion.
Aktualisiert: 2019-11-07
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