Rotary micro-electro-mechanical scanner for chip-level beam steering application

Résumé

Plusieurs systèmes avancés, tels que la tomographie par cohérence optique (OCT), la détection et la télémétrie de la lumière (LIDAR) et les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS), se composent de divers modules conçus pour répondre à des spécifications strictes. Ces modules comprennent des composants électroniques, mécaniques et optiques, ce qui peut rendre le système volumineux, encombrant, gourmand en énergie et coûteux. Avec l’utilisation de technologies micro et nano, ces modules peuvent être miniaturisés sans compromettre les performances du système. En conséquence, la vision de ce travail est de développer des composants compacts et abordables pouvant être utilisés dans des systèmes avancés en tirant parti des avantages de la technologie des micro-systèmes électromécaniques (MEMS) et de la fabrication par lots. Elle peut non seulement permettre la miniaturisation du système, mais également en améliorer les performances en termes de consommation d’énergie. Les scanners polygonaux sont des dispositifs essentiels pour les systèmes tels que l’OCT et le LIDAR qui sont largement utilisés dans l’imagerie biomédicale et la détection de l’environnement, respectivement. En règle générale, ces scanners se composent d’un miroir polygonal métallique monté sur un moteur à courant continu, offrant une plage de fonctionnement à grande vitesse en fonction de l’application. Les scanners polygonaux actuels ont une grande taille, consomment une grande quantité d’énergie et sont lourds. De plus, ces caractéristiques des scanners polygonaux deviennent de sérieux obstacles lorsqu’ils sont utilisées dans des systèmes aux ressources limitées, tels que le LIDAR pour les systèmes de navigation dans les drones ou les véhicules aériens sans pilote. Par conséquent, il existe un besoin pour des scanners polygonaux miniaturisés qui peuvent accomplir des fonctionnalités similaires à celles des scanners conventionnels mais qui nécessitent moins d’énergie et occupent un espace plus petit. Ce travail de recherche est axé sur l’exploitation des technologies MEMS afin de réaliser des versions à l’échelle de puces de scanners polygonaux rotatifs grâce à l’innovation dans l’intégration de micro-dispositifs basés sur MEMS. Un scanner polygonal miniaturisé nécessite un micromiroir vertical monté sur une plate-forme rotative à haute vitesse au niveau de la puce. De nouvelles techniques pour surmonter les défis de la miniaturisation des scanners polygonaux à l’aide des technologies MEMS et de micro-assemblage sont présentées. Un micromoteur basé sur l’actionnement électrostatique a été conçu et fabriqué en utilisant le procédé PolyMUMPS pour mettre en oeuvre la plate-forme rotative. Divers micro-polyèdres de différentes tailles pour le contrôle du faisceau ont été conçus et fabriqués en utilisant le procédé PiezoMUMPS et une technique d’intégration simple a été développée pour monter ces micro-polyèdres sur le micromoteur. Le micro-scanner réalisé a une taille globale de 1 mm3 et consomme une puissance inférieure à 1 milliwatt.

Date	1 déc. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice)) & Michaël Ménard (Codirecteur(-trice))