CC BY
8УДК 621.382
Мустаев А.Ф.
Магистрант факультета авионики, энергетики и инфокоммуникаций Уфимский государственный технический университет
(Россия, г. Уфа)
ПРИМЕНЕНИЕ СКАНИРУЮЩЕЙ МОЭМС-ТЕХНОЛОГИИ
Аннотация: в статье рассматриваются особенности технической реализации микрооптических электромеханических систем в применении к различного рода коммерческим мобильным устройствам.
Ключевые слова: МЭМС, микро электромеханические системы, МОЭМС.
Микрооптические электромеханические системы (МОЭМС) — это выпускаемые методами микропроизводства оптические компоненты или оптоэлектронные устройства и системы, включающие волноводы, дифракционные решетки, подвижные зеркала и другие элементы, которые могут изменять, модулировать путь светового луча или спектрально модифицировать световой луч. В отличие от обычных МЭМС, МОЭМС включают оптику и работают с оптическими сигналами.
Микрозеркала — элементы МОЭМС, представляют собой микроразмерные зеркала, которые производятся на кристалле и активируются электростатическими, тепловыми, магнитными (электромагнитными) средствами и предназначены для направления или сканирования светового луча. Их применения — дисплеи, сканеры, оптические переключатели и другие оптоэлектронные компоненты.
Сканирующая технология основана на принципе лазерного растрового
сканирования — рендеринга (воспроизведения) изображений посредством пары
сканирующих МЭМС-зеркал, которые на высоких частотах отражают три видимых,
оптически объединенных лазерных луча — красный, зеленый, синий. Одноосные
зеркала (каждое с одной степенью свободы) приводятся в действие посредством
маломощных электростатических актюаторов. Одно зеркало выполняет быстрое
212
сканирование по горизонтальной оси, второе — медленное сканирование по вертикальной оси. Специалисты компании считают, что двухзеркальный метод обладает многими преимущественными признаками в сравнении с биаксиальным однозеркальным, когда одно зеркало отклоняется по ортогональным осям с использованием механизма двух ортогональных подвесов. Согласно методу, который разработан компаниями bTendo и STMicroelectronics, для перемещений по ортогональным осям сконфигурирована пара двух одноосных зеркал.
Горизонтальное сканирование осуществляется посредством зеркала, присоединенного к пружине, совершающего гармоническое движение с учетом согласования собственной резонансной частоты со скоростью сканирования. Вертикальное сканирование является более медленным и осуществляется сходным образом — с линейными шагами или гармонически.
Микрозеркала МЭМС-типа bTendo могут активироваться линейно или входить в резонансное состояние посредством 4 типов актюаторов: тепловых, пьезоэлектрических, электростатических и электромагнитных.
Электростатические и электромагнитные актюаторы позволяют достичь требуемого разрешения, но электромагнитные потребляют значительный ток, рассеивают тепло и приводят к увеличению размера и веса устройств. Поэтому в системном дизайне микрозеркал для проецирования были использованы электростатические актюаторы, которые производятся вместе с зеркалами на той же подложке (пластине) в одном технологическом процессе.
Электростатический механизм возбуждения предпочтителен ввиду малого энергопотребления (минимального тока), массы, рассеяния тепла, простоты производства, низкой цены. Но в биаксиальном дизайне все преимущества этого механизма не могут быть использованы. В биаксиальной системе электростатический актюатор, например, необходим для оси с быстрым движением и используется в паре с другим — электростатическим и электромагнитным. Двухзеркальный метод устраняет отсутствие вертикальных искажений, свойственных методам с двухосным одиночным зеркалом (PinCushion — эффект булавочной подушки).
PINCUSHION OBJECT DISTORTION
Эффект PinCushion состоит в сферическом проецировании на плоскую поверхность и дает кривые линии по обеим осям.
С дизайном на основе двух зеркал горизонтальный эффект искривления практически отсутствует, а вертикальный корректируется посредством модуляции лазеров. Лазерные источники по левому и правому краю линии изображения выключаются. Специалисты компании bTendo считают, что с биаксиальным дизайном эффективность дисплейной системы ниже, так как блокировка разрушенных областей потребуется по 4 краям. С их точки зрения, биаксиальный дизайн менее предпочтителен и по ряду других причин.
Разрешение — важный фактор получения высокого качества изображения проектора. Эффективный размер лазерных точек на экране и эффективное разрешение проектора зависят главным образом от размера сканирующего зеркала и максимальных углов наклона/сканирования. Больший размер зеркала дает больший диаметр луча и допускает меньшие пиксели на экране. Больший угол сканирования дает высокое разрешение.
С биаксиальным подходом изменение дизайна для получения требуемого разрешения осуществить сложнее, так как размер зеркала и производственные погрешности могут оказывать влияние на обе оси.
Более высокая плоскостность зеркала, что также легче достигается с двумя различными элементами, открывает возможности получения меньших экранных точек. Плоскостность зеркала прямо связана с его отражательной способностью, поверхностные деформации и аберрации (погрешности изображения в оптической
системе) вследствие отклонения луча дают смазывание изображения и низкий контраст.
Выделяют деформацию плоскостности статического и динамического типа. Источник статической деформации — в процессе производства и качестве пластины, а динамическая деформация возникает вследствие наклонного движения зеркала, механической структуры и параметров.
Поперечные динамические эффекты в биаксиальном зеркальном механизме будут наводить дополнительные деформации вследствие корреляции по обеим осям.
Динамическая жесткость увеличивается при снижении размера зеркала, но для повышения разрешения размер зеркала требуется увеличивать.
Список литературы:
Коноплев Б.Г., Лысенко И.Е. Компоненты микросистемной техники. Часть 1. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. 117 с.
http://www.kit-e.ru. Компоненты и технологии № 8 '2010 МОЭМС — доступные технологии генерации и сканирования оптической информации.
www.mems-russia.ru Сайт Русской Ассоциации разработчиков, производителей и потребителей микроэлектромеханических систем (РАМЭМС)
