Мустаев А.Ф.
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 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). 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.
Номер журнала Вестник науки №2 (23) том 1
Ссылка для цитирования:
Мустаев А.Ф. ПРИМЕНЕНИЕ СКАНИРУЮЩЕЙ МОЭМС-ТЕХНОЛОГИИ // Вестник науки №2 (23) том 1. С. 212 - 215. 2020 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/2758 (дата обращения: 19.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2020. 16+