Micro-miroir pour le LIDAR dans le véhicule autonome

Publié le : 8 octobre 2019

Les MEMS optiques (MOEMS) sont de plus en plus demandés, en particulier pour la voiture autonome, qui doit avoir des possibilités de cartographie afin de détecter les obstacles (comme un LIDAR – « LIGHT Detection And Ranging »). Il consiste à balayer l’environnement avec un faisceau laser et à mesurer la distance entre le LIDAR et le point où est réfléchi le laser. Un micro-miroir peut remplir avantageusement cette fonction, assurant la compacité du système et un faible coût de production.

Le but de cette thèse sera de développer des micro-miroirs 1D et 2D, capable de scanner l’espace suivant deux directions perpendiculaires pour une application LIDAR compact. Pour cela, il s’agira tout d’abord de se familiariser avec l’état de l’art sur les micro-miroirs afin de comprendre les spécifications liées à l’application ainsi que leurs faiblesses.

Puis à partir de ces spécifications, le candidat devra investiguer le principe d’actionnement piézo-électrique, avec des matériaux ferroélectrique (ie PZT) et non-ferroélectrique (ie AlN), et définir au vu des spécifications l’intégration de ces matériaux.

Suite à ces études préliminaires, et en parallèle de l’étude expérimentale des micro-miroirs 1D existants, le candidat devra travailler à l’étude et la modélisation analytique du comportement dynamique des micro-miroirs 1D et 2D ainsi que leurs modélisations par éléments finis sous COMSOL. Ces deux approches seront développées en parallèle. Dans ce cadre, des designs dits à amplification mécanique seront étudiés, afin de pallier au faible débattement de l’actionnement piézo-électrique par un design adapté. Le design et la modélisation devront également prendre en compte la possibilité d’avoir un effet piston du micro-miroir (ie un déplacement selon Z), ce qui permettrait un contrôle de la phase de l’onde réfléchie.

De même, la non-linéarité du matériau devra être abordée lors du design, par l’incorporation, par exemple de sonde piézo-résistive ou de contrainte, permettant le suivi, en temps réel, du micro-miroir lors de l’actionnement. De manière générale, une commande des micro-miroirs par boucle de rétrocontrôle devra être étudiée et mise en place pour optimiser leur adressage.

La réalisation des micro-miroirs sera assurée par la plateforme technologique du CEA/LETI. Le candidat participera au suivi de cette fabrication puis effectuera les caractérisations électromécaniques et optiques des dispositifs afin de les comparer aux spécifications visées. Le candidat participera ainsi à la mise en place d’un banc de caractérisation optique dédiée à ces micro-miroirs, permettant la mesure des paramètres physiques (angle optique, fréquence…)

Enfin, l’étudiant proposera toutes les pistes et nouvelles architectures susceptibles d’améliorer les performances de ces dispositifs en vue d’une seconde phase d’optimisation. Les notions de packaging et contraintes d’intégration dans un système fonctionnel devront être prises en compte, ainsi que la gestion de la thermique liée à l’impact de la source laser sur le micro-miroir, et ce dès la phase de conception du micro-scanner afin de faciliter son intégration dans un futur démonstrateur.

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