En mikroskanner er en mikro-opto-elektromekanisk system i kategorien af ​​mikro-spejl aktuatorer til dynamisk lys graduering. Afhængig af typen af ​​mikroskanner den modulerende bevægelse af en enkelt spejl kan enten translatorisk eller roterende, på en eller to akser. I det første tilfælde, en fase skiftende effekt finder sted. I det andet tilfælde er den indfaldende lysbølge afbøjes.

Derfor er de nødt til at være differentieret fra rumlige lysmodulatorer, andre mikro-spejl aktuatorer, der har brug for en matrix af individuelt adresserbare spejle for deres driftsform. Hvis et enkelt array spejl opfylder allerede den ønskede modulation, men drives parallelt med andre arrays spejle med henblik på at øge lysudbyttet, så udtrykket MicroScanner arrayet anvendes.

Egenskaber

Fælles chip dimensioner er 4 mm x 5 mm for spejl diametre mellem 1 og 3 mm. Men større spejl åbninger med side målinger af op til ca.. 10 mm x 3 mm kan også fremstilles. Scanningsindstillingerne frekvenser afhænger af design og spejl størrelse og ligge mellem 0,1 og 50 kHz. Afbøjning bevægelse er enten periodisk eller kvasi-statisk. Med microsanners der er i stand til vippebevægelse kan lys rettes over en projektion plan. Afhængigt af spejlets scan bane overfladen raster scannet med et bestemt mønster. For dobbelt resonant drift, hvilket resulterer i sinusformet scan bevægelse, en Lissajous mønster skrevet. Mekaniske afbøjningsvinkler sådanne mikro scanningsenheder nå op til ± 30 °. Med translationelle microscanners en mekanisk slagtilfælde på op til ca. ± 500 um kan nås.

Drive principper

De nødvendige drivkræfter for spejlet bevægelse kan tilvejebringes ved forskellige fysiske principper. I praksis de relevante principper for kørsel sådan et spejl er de elektromagnetiske, elektrostatiske, termo-elektriske og piezo-elektriske effekter.

Da de fysiske principper afviger i deres fordele og ulemper, bør en passende princip kørsel vælges i overensstemmelse med anvendelsen.

Elektrostatiske aktuatorer tilbyder høj effekt svarende til elektromagnetiske drev. I modsætning til et elektromagnetisk drev, kan den resulterende drevet kraft mellem de trækkende strukturer ikke vendes i polaritet. For realiseringen af ​​kvasistatiske komponenter med positiv og negativ effektive retning er to drev med positiv og negativ polaritet påkrævet. Som en tommelfingerregel er vertikale kam drev udnyttes her. Ikke desto mindre stærkt ulineære køreegenskaber i visse dele af udbøjningen området kan hindre til styring spejlet korrekt. Af denne grund mange højtudviklede microscanners dag anvender en resonant driftsform, når en Eigenmode aktiveres. Resonante operation er mest energieffektive. For stråle positionering og applikationer, som er at være statisk-aktiveret eller lineariseret-scannet, er kvasistatiske drev kræves, og derfor af stor interesse.

Magnetisk motor tilbyder meget god linearitet hældningsvinkel versus anvendte signal amplitude, både i statisk og dynamisk drift. Arbejdsprincippet er, at en metalspiral er placeret på de bevægelige MEMS spejle sig selv og som spejlet placeres i et magnetisk felt, den alternative strøm, der løber i spolen genererer Lorentz-kraften, som kan vippes spejlet. Magnetisk aktivering kan enten bruges til aktivering 1D eller 2D MEMS spejle. En anden karakteristika magnetisk aktiverede MEMS spejl er det faktum, den lave spænding er nødvendig at gøre denne aktivering kompatibel med standard CMOS spænding. En fordel ved en sådan aktivering type er, at MEMS adfærd ikke foreliggende hysterese, i modsætning til elektrostatiske aktiveres MEMS spejle, der gør det meget enkelt at styre. Strømforbrug på magnetisk aktiveret MEMS spejl kan være så lav som 0,04 mW.

Termoelektriske drev producere høje drivkræfter, men de præsenterer et par tekniske ulemper forbundet med deres grundlæggende princip. Aktuatoren skal være termisk velisoleret fra miljøet, samt at blive forvarmet for at forhindre termisk drift på grund af miljømæssige påvirkninger. Det er derfor den nødvendige varme og strømforbrug for en termisk bimorfe aktuator er relativt høj. En yderligere ulempe er den forholdsvis lav forskydning, der skal udnyttes til at nå anvendelige mekaniske afbøjninger. Også termoaktuatorer er ikke egnede til høj frekvens drift på grund af betydelig low pass adfærd.

Piezo-elektriske drev også producere små omlægninger i forhold til elektromagnetiske og elektrostatiske drev, så de deler ulemperne ved elektro-termiske aktuatorer i denne henseende. De er imidlertid mindre modtagelige for termisk miljøpåvirkninger og kan også overføre højfrekvente drivsignaler godt.

Anvendelsesområder

Ansøgninger om at vippe microscanners er talrige og omfatter:

• Projektion skærme
• Billede optagelse, f.eks for tekniske og medicinske endoskoper
• Stregkode scanning
• Spektroskopi
• Laser mærkning og forarbejdningshastighed
• Objekt måling / triangulering
• 3D kameraer
• Objekt anerkendelse
• 1D og 2D lysgitter
• Konfokal mikroskopi / OLT-
• Fluorescensmikroskopi
• Laser bølgelængde graduering

Nogle af de ansøgninger om stempel typen microscanners er:

• Fourier transformation infrarød spektrometer
• Konfokal mikroskopi
• Fokus variation

Fremstilling

Microscanners er normalt fremstillet med overfladen eller bulk-micromechanic processer. Som regel er silicium eller BSOI anvendes.

Fordele og ulemper ved microscanners

Fordelene ved microscanners sammenlignet med makroskopiske lysmodulatorer såsom galvanometer scannere er baseret på deres lille størrelse, lav vægt og minimal strømforbrug. Der opstår yderligere fordele sammen med integration mulighederne for positionssensoren og elektronik i komponenten. Microscanners er også ekstremt modstandsdygtige over for miljømæssige påvirkninger. For eksempel microscanners udviklet på Fraunhofer IPMS har et chok modstand på mindst 2500 g. Under forudsætning af, at de er forseglede fri for støv og fugt, de er vedligeholdelsesfri og fungere ved temperaturer mellem -20 ° C og +80 ° C.

Nogle af ulemperne som følge af fremstillingsprocessen er høje omkostninger for enkelte enheder og lange leveringstider. For at løse disse problemer, forskere ved Fraunhofer IPMS skabe en platform teknologi - en MEMS modulært system kaldet VARIOS® - hvilket reducerer problemet til et minimum.