Mirrorcle Technologies berichtet, daß seine Bauteile in einem vollständig batteriebetriebenen Laser-Scansystem für den Freilufteinsatz integriert wurden, welches die Abtastung einer vollständige Hemisphäre mit mehreren Laserstrahlen ermöglicht. Ein Kunde war an MTI mit der Aufgabe herangetreten, eine Systemlösung zu entwickeln,  mit der man für eine Spezialanwendung verschiedene Punkte in 3D Raum (2 Pi Steradiant Raumwinkel) mit starken Laserstrahlen im sichtbaren Spektrum ansteuern kann. Diese Einheit sollte relativ klein und leicht sein, und bei mobiler Freiluftanwendung über einen längeren Zeitraum wenig Strom verbrauchen. Insgesamt sieben MTI MEMS Spiegel sowie proprietäre Steuerelektronik wurden in einem als „Hemiscan“ bezeichneten Prototypen integriert (wegen seiner Ähnlichkeit zu dem berühmten Filmroboter R2-D2 wurde das System später liebevoll „R2“ genannt). Gemeinsam ermöglichen die Spiegel und geeignete optische Bauteile eine Abtastung von 360° im Azimut und 90° Höhe, also eine gesamte Hemisphäre. Das kompakte und leichte System ermöglicht es dem Kunden also, einen starken Laserstrahl auf jeden Punkt im dreidimensionalen Raum über dem System-‘Horizont’ zu richten. Hierfür entwickelte MTI ein ausgeklügeltes optisches Design, geeignete Steuerelektronik, Lasertreiber und eine eigene Software. Für den mechanischen Entwurf wurde das Unternehmen AdvancedMEMS aus Berkeley (Kalifornien) als Subunternehmer engagiert, welches sich um die Entwicklung von Teilkomponenten und geeigneten Halterungen kümmerte. Nachdem die Funktion des Systems im Labor bestätigt. und entsprechende Tests erfolgreich abgeschlossen waren, wurde die Robustheit des Gehäuses weiter erhöht und eine aktive Hitzekontrolleinheit  zum Schutz vor extremen Außentemperaturen sowie für die Feuchtigkeitskontrolle integriert.

Das Hemiscan-System arbeitet mit energiereichen grünen Lasern, deren Strahlen mit den MEMS-Spiegeln von Mirrorcle Technologies präzise gelenkt werden. Sechs Spiegel sind zirkulär auf einer Ebene angeordnet, der siebte lenkt Strahlen nach oben, und deckt so den Raum rund um die Vertikalachse des Scannersystems ab. Jedes dieser MEMS-Einheiten lenkt die Strahlen auf >60° Sichtfeld ab, insgesamt können also mit den 7 Strahlen beliebige Punkte der Hemisphäre oberhalb des Systems gelenkt werden. Das Sichtfeld von ungefähr 60° verdankt jede Untereinheit Spezialoptiken, mit denen die adressierbaren Winkel der Einzelspiegel (ohne optische Verstärkung typischerweise 20°) vergrößert werden. Wegen seiner kompakten Ausmaße und in Verbindung mit einer Standard-Batterie ist das System hochmobil und kann jederorts stromnetzunabhängig zum Einsatz  kommen. Das Gehäuse ist für extreme Umweltbedingungen ausgelegt und hält Niederschlag, Wind und Vibrationen stand, Es ist für mehrjährigen Freilufteinsatz ausgelegt. Sieben integrierte Leiterplatten in Kreditkartengröße enthalten die Firmware und Steuerelektronik für eine präzise Kontrolle der Spiegelbewegung sowie die synchronisierte Laserkontrolle. Einer der Vorteile von MTIs MEMS Spiegeln ist deren extrem geringer Energieverbrauch, weshalb eine maximale netzunabhängige Betriebszeit möglich ist. Das Gesamtsystem verbraucht im Dauerbetrieb inklusive Hitzekontrolle nur 30W, und kann so lange zum Beispiel mit einer Autobatterie betrieben werden.

Vollständig immersive virtuelle Umgebung möglich

„Wir sind sehr glücklich darüber, mehrere unserer MEMS-Spiegel gemeinsam im Einsatz zu sehen“, sagte Dr. Veljko Milanovi, Geschäftsführer von Mirrorcle Technologies. „Bisher hatten wir Systemlösungen unter Verwendung von einem oder maximal zwei unserer Spiegel realisiert, zum Beispiel bei der Entwicklung von Laser-Projektoren und für dreidimensionale Zielverfolgungs-Anwendungen. Gleich sieben unserer MEMS Spiegel in einem vollständig selbst entwickeltem, umfassenden System integriert zu haben ist sehr spannend, und eröffnet Möglichkeiten für viele innovative Anwendungen.“ Neue Darstellungslösungen für die Unterhaltungsindustrie wären beispielsweise möglich, weil die MEMS-Technologie von MTI erwiesenermaßen für die fokus-freie Bildprojektion geeignet ist, inklusive High-Definition (HD) Videoprojektion in Echtfarbe. Mit der neuen Systemlösung könnte jeder verdunkelte Raum zu einer 3D Videospiel-Umgebung werden, womit die Immersion von Spielern und das Spielerlebnis deutlich verbessert werden könnte. Eine ganz ähnliche Anwendung wäre die Verwendung des Systems in einem Planetarium oder bei anderen Anwendungen für Unterhaltungszwecke.

Weiter mögliche Anwendungen betreffen die Luftraumüberwachung oder die Feinderkennung und -verfolgung in Verteidigungssystemen. Die MEMS-Spiegel können für die präzise Verfolgung von Objekten im dreidimensionalen Raum verwendet werden. Mit dem immer dichter werdendem Luftverkehr wird es unumgänglich, konventionelle Radardaten mit zusätzlichen Detektions- und Kommunikationslösungen zu komplementieren. Die Luftüberwachung der Zukunft könnte mit laserbasierender, die Hemisphäre abdeckender Flugzeugerkennung und –überwachung, sowie mit Berechung von wahrscheinlichen Flugbewegungen Kollisionen verhindern und Flugsicherheit insgesamt stark verbessern. Die umfassende Abtastung des Himmels könnte so auch für Verteidigungssysteme verwendet werden, so könnte der Luftraum oder gar Untersee-räume verlässlich überwacht werden. Der besondere Vorteil des in kalifornischen Richmond bei Mirrorcle Technologies entwickelten „R2“-Prototyps liegt in seiner Mobilität, seiner Robustheit und dem nachgewiesen störungsfreien Langzeiteinsatz.

Unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten dank hemisphärer Laserabtastung

„Tatsächlich sind die Anwendungsmöglichkeiten dieser neuen Anordung unserer MEMS-Spiegel unbegrenzt,“ fasst Dr. Milanovi zusammen. „Neben dem Potential in Sachen Unterhaltung, von Lasershows über Rundumprojektion, kann diese Technologie auch bei der Stadtplanung, bei der Tunnelvermessung, für architekonische Modelierungen, archäologische Dokumentation, für die Minenvermessung, Unterwasserkartierung und so weiter verwendet werden. Wir wollen derzeit nur vermitteln daß wir diese Möglichkeiten haben, und daß die Ideen unserer Kunden wahrhaftig beachtliche Lösungen hervorbringen können.“

Weitere Informationen unter www.mirrorcletech.com/