Mirrorcle MEMS掃描鏡技術概(gai)述（1）

高速的點到點以及傾斜性能(neng) 

大(da)多數(shu)的(de)Mirrorcle MEMS Mirror設(she)(she)(she)備類型都(dou)是為(wei)點(dian)對點(dian)光束掃描而設(she)(she)(she)計和(he)優化的(de)。穩態模擬驅(qu)動(dong)(dong)(dong)電(dian)壓(ya)會產生MEMS鏡(jing)像的(de)穩態模擬轉角。該設(she)(she)(she)備有一(yi)(yi)個(ge)一(yi)(yi)對一(yi)(yi)的(de)對應的(de)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)電(dian)壓(ya)和(he)角度(du)(du)(du):它是高度(du)(du)(du)可重復的(de)，沒有檢測到隨(sui)時間而發(fa)生變化。這在(zai)很大(da)程(cheng)度(du)(du)(du)上是由于(yu)靜電(dian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)方法和(he)單晶硅材(cai)料的(de)選(xuan)擇。鏡(jing)面運(yun)行機(ji)(ji)構開環驅(qu)動(dong)(dong)(dong)的(de)機(ji)(ji)械傾斜(xie)位(wei)置精度(du)(du)(du)在(zai)每軸(zhou)上至少14位(wei)(16384點(dian))。對于(yu)大(da)多數(shu)設(she)(she)(she)備，每個(ge)軸(zhou)上的(de)機(ji)(ji)械傾斜(xie)范圍為(wei)-5°到+5°，這種(zhong)傾斜(xie)分辨率在(zai)0.6毫米或10微弧(hu)度(du)(du)(du)內。一(yi)(yi)系列的(de)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)電(dian)壓(ya)對應點(dian)對點(dian)掃描的(de)一(yi)(yi)系列角度(du)(du)(du)。Mirrorcle技術公司(MTI)的(de)設(she)(she)(she)備可以在(zai)非常寬的(de)帶寬內工作，從(cong)直流(它們在(zai)恒定電(dian)壓(ya)下保持位(wei)置，設(she)(she)(she)備功耗幾(ji)乎(hu)為(wei)零(ling))到幾(ji)千(qian)赫茲。這種(zhong)快速(su)和(he)寬帶能力允(yun)許幾(ji)乎(hu)任意(yi)的(de)波形，如矢量圖形，勻速(su)線(xian)掃描，點(dian)對點(dian)步(bu)進掃描，目(mu)標跟蹤(zong)等(deng)。

圖1 Mirrorcle的無框(kuang)架兩軸掃(sao)描驅動器(qi)(qi)的示(shi)例示(shi)意圖（該驅動器(qi)(qi)基于(yu)四個靜電雙(shuang)向(xiang)旋(xuan)轉(zhuan)器(qi)(qi)，通過特殊(shu)的硅支架連接）

多個(ge)(ge)授(shou)予(yu)的(de)描述了(le)專(zhuan)有(you)(you)的(de)無(wu)平衡環設計方(fang)法和*的(de)專(zhuan)有(you)(you)多級光(guang)(guang)束(shu)制造方(fang)法，用(yong)于從(cong)單晶硅單片創建一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)完(wan)整的(de)驅(qu)動器(qi)。無(wu)框架設計的(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)主要優(you)點是(shi)能夠在兩個(ge)(ge)軸(zhou)上以(yi)相(xiang)同的(de)速度控(kong)制光(guang)(guang)束(shu)或圖像(xiang)。一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)具有(you)(you)0.8 mm直徑鏡的(de)典型裝置的(de)傾(qing)斜(xie)角從(cong)-6°到(dao)+6&deg;，非諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)光(guang)(guang)束(shu)轉向(xiang)超過1000 rad/s，在兩個(ge)(ge)軸(zhou)上的(de)第(di)一(yi)(yi)(yi)諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)頻率都在3.6 kHz以(yi)上。當開環驅(qu)動專(zhuan)用(yong)輸入(ru)整形濾(lv)波器(qi)時(shi)，<100 us的(de)大角度階躍響應(ying)穩定(ding)時(shi)間已(yi)經在直徑高達0.8 mm的(de)MEMS反射鏡設備上得到(dao)了(le)證明。

多種掃描模(mo)式

MIRRORCLE設(she)備也可(ke)以(yi)在(zai)(zai)(zai)動態(tai)諧(xie)振(zhen)模(mo)式(shi)下(xia)(xia)工作(zuo)。當工作(zuo)在(zai)(zai)(zai)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)附近時，器件在(zai)(zai)(zai)較低的(de)(de)工作(zuo)電壓和正弦運(yun)動下(xia)(xia)給出了更(geng)多的(de)(de)角度。即MEMS運(yun)行機構利用單晶硅彈(dan)簧(huang)支撐MEMS鏡面，并在(zai)(zai)(zai)運(yun)行過程中(zhong)提供恢復(fu)力。彈(dan)簧(huang)和反(fan)射(she)鏡的(de)(de)慣性結合在(zai)(zai)(zai)一起形(xing)成了一個質(zhi)量(liang)-彈(dan)簧(huang)系統，其質(zhi)量(liang)因(yin)(yin)數(Q)相(xiang)對較高，為50-100。因(yin)(yin)此(ci)，在(zai)(zai)(zai)這種模(mo)式(shi)下(xia)(xia)，近共振(zhen)頻(pin)率(lv)處的(de)(de)低驅動電壓會導(dao)致大的(de)(de)雙向旋轉(zhuan)角，共振(zhen)頻(pin)率(lv)在(zai)(zai)(zai)幾千赫的(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)。可(ke)以(yi)定義(yi)三種操作(zuo)模(mo)式(shi)，如圖2中(zhong)的(de)(de)綠色連續波(bo)激光束轉(zhuan)向的(de)(de)照片所示(shi):

a) 第(di)一種(zhong)模(mo)式為(wei)點對點模(mo)式或準靜(jing)態(tai)模(mo)式。在這(zhe)種(zhong)情況下，兩個軸都利用(yong)設備從直流到某個頻率的工作帶寬，不允(yun)許共(gong)振。因此，鏡子(zi)可以保持直流電(dian)的位置(zhi)勻速移動，或執行矢量圖形等(deng)。

b) 第二種模式(shi)(shi)為混合模式(shi)(shi)，其(qi)中一(yi)(yi)軸(zhou)(zhou)為準靜態模式(shi)(shi)，另一(yi)(yi)軸(zhou)(zhou)為共振模式(shi)(shi)。一(yi)(yi)個(ge)(ge)典型的(de)用例是快速運行一(yi)(yi)個(ge)(ge)軸(zhou)(zhou)(例如(ru)，幾千(qian)赫茲)來(lai)創建水(shui)平線，并運行另一(yi)(yi)個(ge)(ge)具(ju)有鋸齒(chi)狀(zhuang)波形的(de)軸(zhou)(zhou)來(lai)創建一(yi)(yi)個(ge)(ge)覆蓋矩形顯示或成像(xiang)區域的(de)光柵模式(shi)(shi)。同(tong)樣，在(zai)共振時(shi)工(gong)作的(de)軸(zhou)(zhou)獲得其(qi)參數，開(kai)始時(shi)應(ying)在(zai)低(di)電壓和低(di)角度(du)情形下運行，以避(bi)免超過設備(bei)的(de)最大機(ji)械角度(du)。

c) 第(di)三(san)種模(mo)式(shi)為共(gong)振模(mo)式(shi)。在這種情況下(xia)，兩個軸都(dou)利(li)用窄的(de)(de)高(gao)增益(yi)(yi)共(gong)振來獲(huo)得大的(de)(de)偏轉(zhuan)角和(he)相對(dui)低的(de)(de)電壓(ya)。運動被(bei)限制(zhi)在窄帶寬的(de)(de)正弦軌跡中，其相位滯后于(yu)(yu)外加電壓(ya)。由(you)于(yu)(yu)諧振模(mo)式(shi)可(ke)以在最高(gao)增益(yi)(yi)點(dian)的(de)(de)幾個百分(fen)點(dian)以內(nei)獲(huo)得，因(yin)此沒(mei)有(you)必要(yao)(yao)在準確的(de)(de)諧振峰值(zhi)處(chu)(chu)驅(qu)動裝置。由(you)此產生的(de)(de)二維(wei)運動描述了圓、橢圓和(he)各種高(gao)階李薩(sa)如模(mo)式(shi)，并且(qie)可(ke)以以某種速率調制(zhi)。當設計為點(dian)對(dui)點(dian)模(mo)式(shi)的(de)(de)器件在共(gong)振附近或(huo)共(gong)振處(chu)(chu)被(bei)驅(qu)動時，它們可(ke)能(neng)會超過(guo)安(an)全(quan)工(gong)作角度。因(yin)此，在共(gong)振附近或(huo)共(gong)振處(chu)(chu)進(jin)行(xing)操作時，電壓(ya)要(yao)(yao)明(ming)顯(xian)降低，而且(qie)要(yao)(yao)格外小心。

圖(tu)2.使(shi)用(yong)(yong)Mirrorcle MEMS鏡的(de)三種例子（(a)點對(dui)點掃描(miao)模式(shi)(準靜(jing)態)兩(liang)軸(zhou)上激光在(zai)每(mei)個(ge)角度(du)都停下(xia),然后走到下(xia)一個(ge)角度(du),(b)共振掃描(miao)模式(shi)在(zai)x軸(zhou)上(正弦(xian)運動光束(shu))和準靜(jing)態軸(zhou),(c)兩(liang)軸(zhou)共振掃描(miao)模式(shi)，為二維共振李(li)薩(sa)如模式(shi)。所有的(de)圖(tu)像都是用(yong)(yong)連(lian)續波激光使(shi)用(yong)(yong)同一個(ge)Mirrorcle MEMS鏡拍攝的(de)）

模塊化設計

MIRRORCLE驅動(dong)器(qi)有固(gu)定(ding)的(de)(de)(de)模塊(kuai)化(hua)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)方法。每個運行(xing)機構都可以(yi)使用任(ren)意長度的(de)(de)(de)靜電(dian)轉(zhuan)(zhuan)子、任(ren)意剛性(xing)連桿和任(ren)意位(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)機械旋轉(zhuan)(zhuan)變(bian)壓器(qi)。此外，該裝(zhuang)置(zhi)由(you)較多(duo)種(zhong)鏡面直(zhi)徑。無二維框(kuang)架(jia)(jia)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)概念示意圖(tu)如(ru)圖(tu)1所示。由(you)于(yu)這(zhe)(zhe)種(zhong)模塊(kuai)化(hua)，設(she)(she)(she)(she)備(bei)很容易根(gen)據特定(ding)的(de)(de)(de)應(ying)用程(cheng)序需(xu)求進行(xing)定(ding)制(zhi)。根(gen)據硅模具(ju)的(de)(de)(de)可用面積(ji)/尺寸(cun)(在一(yi)些應(ying)用中(zhong)，如(ru)生物醫學成(cheng)(cheng)像的(de)(de)(de)尺寸(cun)受成(cheng)(cheng)像設(she)(she)(she)(she)備(bei)規(gui)(gui)格(ge)(ge)的(de)(de)(de)限制(zhi))，可以(yi)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)適當尺寸(cun)的(de)(de)(de)驅動(dong)器(qi)，在允(yun)許的(de)(de)(de)參數(shu)空間(jian)內獲得(de)最(zui)大(da)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)。由(you)于(yu)這(zhe)(zhe)種(zhong)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)靈活性(xing)和廣泛的(de)(de)(de)應(ying)用需(xu)要波束轉(zhuan)(zhuan)向，具(ju)有廣泛不同的(de)(de)(de)規(gui)(gui)格(ge)(ge)，MIRRORCLE提供多(duo)種(zhong)類型(xing)(xing)的(de)(de)(de)無框(kuang)架(jia)(jia)兩軸執行(xing)器(qi)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)。擁有超(chao)過(guo)20代(dai)(dai)主要的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)和制(zhi)造產品(pin)，多(duo)個子代(dai)(dai)的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)調整(zheng)(zheng)為特定(ding)的(de)(de)(de)客(ke)戶(hu)或(huo)一(yi)套規(gui)(gui)格(ge)(ge)，完(wan)整(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)工(gong)作設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)清單有超(chao)過(guo)100種(zhong)設(she)(she)(she)(she)備(bei)類型(xing)(xing)。這(zhe)(zhe)些設(she)(she)(she)(she)備(bei)類型(xing)(xing)中(zhong)的(de)(de)(de)大(da)多(duo)數(shu)在研發數(shu)量上都是(shi)可用的(de)(de)(de)，為我們的(de)(de)(de)客(ke)戶(hu)提供了快速找到應(ying)用程(cheng)序開(kai)發的(de)(de)(de)最(zui)佳參數(shu)。

設(she)備運行速度與鏡片大小(xiao)的關系

由于慣性增(zeng)加，鏡(jing)片直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)較大的(de)(de)(de)(de)(de)設備(bei)速度(du)也相應(ying)較慢。圓形鏡(jing)片的(de)(de)(de)(de)(de)慣量與半徑(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)四次(ci)方成正比，因此，隨著反射(she)鏡(jing)尺(chi)(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，速度(du)會再次(ci)降低。這是一(yi)個(ge)非常(chang)(chang)粗略的(de)(de)(de)(de)(de)估計(ji)，但(dan)許多其他參數影響實際(ji)性能，特別是模具(ju)(ju)(ju)尺(chi)(chi)寸(cun)和角度(du)擺動。例如，將直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)0.8mm的(de)(de)(de)(de)(de)集成鏡(jing)片與直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)2.0mm的(de)(de)(de)(de)(de)集成鏡(jing)片進行(xing)比較，兩者都具(ju)(ju)(ju)有(you)相同的(de)(de)(de)(de)(de)硅模具(ju)(ju)(ju)尺(chi)(chi)寸(cun)，并且都具(ju)(ju)(ju)有(you)非常(chang)(chang)相似(si)的(de)(de)(de)(de)(de)機械端(duan)面/傾斜角(-5°到+5°)。0.8mm器(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)第一(yi)共振頻率為(wei)~6kHz，而(er)2.0mm器(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)第一(yi)共振頻率為(wei)~1.3kHz。

圖3.兩(liang)個(ge)器(qi)件的(de)(de)(de)電壓與(yu)角度(靜態響應(ying))和(he)小(xiao)信號(頻率(lv))響應(ying)圖（上(shang)面為集成0.8mm鏡的(de)(de)(de)A7M8.1設備，以(yi)下為集成2.0mm鏡的(de)(de)(de)A7M20.1設備）

*優的(de)驅動器尺寸(cun)

MIRRORCLE已經(jing)設(she)(she)計(ji)和(he)制造了超過100種(zhong)不同的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)備類(lei)型。對(dui)關(guan)鍵性(xing)能規格(ge)有很大影(ying)響的(de)(de)(de)(de)(de)一個非常重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)參(can)數是驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)(qi)(硅芯片)的(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)(cun)。更(geng)大的(de)(de)(de)(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)(qi)可以提供更(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)力和(he)扭矩，以更(geng)快(kuai)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度驅(qu)動(dong)(dong)更(geng)大的(de)(de)(de)(de)(de)鏡(jing)子，但也需要(yao)更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)生產成(cheng)本(ben)和(he)更(geng)大的(de)(de)(de)(de)(de)包裝。小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)(qi)適(shi)合小(xiao)尺(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)鏡(jing)子，因為(wei)驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)(qi)本(ben)身也有較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)慣(guan)性(xing)。目(mu)前設(she)(she)計(ji)分(fen)為(wei)3種(zhong)尺(chi)寸(cun)(cun):

1) 4.23mm x 4.23mm 

2) 5.20mm x 5.20mm

3) 7.25mm x 7.25mm

重要的(de)是查看每個特定的(de)設計，以(yi)確定與(yu)(yu)特定應(ying)用(yong)程序的(de)適配。一(yi)般(ban)來(lai)說，直(zhi)徑等于或大于3mm的(de)鏡子，應(ying)與(yu)(yu)尺(chi)寸(cun)#2或#3一(yi)起使(shi)用(yong)，以(yi)獲(huo)得(de)最佳(jia)性能，而直(zhi)徑等于或小于2.0mm的(de)鏡子應(ying)與(yu)(yu)尺(chi)寸(cun)#1或#2一(yi)起使(shi)用(yong)。

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