सूक्ष्मदर्शी

एक माइक्रोस्केनर, या माइक्रो स्कैनिंग मिरर, डायनेमिक लाइट मॉडुलन  के लिए माइक्रोमिरर डिवाइस माइक्रोएक्चुएटर की श्रेणी में एक माइक्रोऑप्टोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (MOEMS) है। माइक्रोस्कैनर के प्रकार के आधार पर, एक या दो अक्षों पर एकल दर्पण का विनियामक संचलन या तो अनुवादकीय या घूर्णी हो सकता है। पहले मामले में, एक चरण परिवर्तन प्रभाव होता है। दूसरी स्थिति में, आपतित प्रकाश तरंग विक्षेपित हो जाती है।

माइक्रोस्केनर्स स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर और अन्य माइक्रोमिरर एक्ट्यूएटर्स से भिन्न होते हैं जिन्हें किसी भी उपज पर वांछित मॉडुलन को पूरा करने के लिए व्यक्तिगत रूप से पता योग्य दर्पणों के मैट्रिक्स की आवश्यकता होती है। यदि एक एकल सरणी दर्पण वांछित मॉड्यूलेशन को पूरा करता है लेकिन प्रकाश की उपज बढ़ाने के लिए अन्य सरणी दर्पणों के साथ समानांतर में संचालित होता है, तो माइक्रोस्कैनर सरणी शब्द का उपयोग किया जाता है।

विशेषताएं
1 और 3 मिमी के बीच के दर्पण व्यास के लिए सामान्य चिप आयाम 4 मिमी × 5 मिमी हैं। लगभग साइड माप के साथ बड़ा मिरर APERTURE । 10 मिमी × 3 मिमी का भी उत्पादन किया जा सकता है। स्कैन फ़्रीक्वेंसी डिज़ाइन और मिरर के आकार और 0.1 और 50 kHz के बीच की सीमा पर निर्भर करती है। विक्षेपण आंदोलन या तो अनुनाद या अर्ध-स्थैतिक है। माइक्रोस्कैनर्स के साथ जो गति को झुकाने में सक्षम हैं, प्रकाश को प्रक्षेपण विमान पर निर्देशित किया जा सकता है।

कई अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है कि केवल एक पंक्ति के बजाय सतह को संबोधित किया जाए। इन अनुप्रयोगों के लिए, लिसाजस वक्र का उपयोग करके सक्रियण साइनसोइडल स्कैन गति, या डबल गुंजयमान ऑपरेशन को पूरा कर सकता है। सूक्ष्म स्कैनिंग उपकरणों के यांत्रिक विक्षेपण कोण ±30° तक पहुँच जाते हैं। ट्रांसलेशनल (पिस्टन प्रकार) माइक्रोस्केनर्स, लगभग एक यांत्रिक स्ट्रोक प्राप्त कर सकते हैं। ± 500 माइक्रोन। यह कॉन्फ़िगरेशन ऊर्जा कुशल है, लेकिन इसके लिए जटिल नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है। उच्च अंत प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए आम पसंद रेखापुंज स्कैनिंग है, जहां एक गुंजयमान स्कैनर (लंबे प्रदर्शन आयाम के लिए) अर्ध-स्थैतिक स्कैनर (छोटे आयाम के लिए) के साथ जोड़ा जाता है।

ड्राइव सिद्धांत
दर्पण की गति के लिए आवश्यक ड्राइव बल विभिन्न भौतिक सिद्धांतों द्वारा प्रदान किए जा सकते हैं। व्यवहार में, ऐसे दर्पण को चलाने के लिए प्रासंगिक सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, इलेक्ट्रोस्टैटिक, थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव और पीजोइलेक्ट्रिसिटी प्रभाव हैं। क्योंकि भौतिक सिद्धांत उनके फायदे और नुकसान में भिन्न होते हैं, ड्राइविंग सिद्धांत को आवेदन के अनुसार चुना जाता है। विशेष रूप से, गुंजयमान स्कैनिंग के लिए आवश्यक यांत्रिक समाधान अर्ध-स्थैतिक स्कैनिंग के लिए बहुत भिन्न होते हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक इफेक्ट एक्ट्यूएटर्स उच्च-आवृत्ति गुंजयमान स्कैनर के लिए लागू नहीं होते हैं, लेकिन अन्य तीन सिद्धांतों को अनुप्रयोगों के पूर्ण स्पेक्ट्रम पर लागू किया जा सकता है।

गुंजयमान स्कैनर के लिए, एक अक्सर नियोजित कॉन्फ़िगरेशन अप्रत्यक्ष ड्राइव है। एक अप्रत्यक्ष ड्राइव में, एक बड़े द्रव्यमान में एक छोटी गति को एक छोटे द्रव्यमान (दर्पण) में एक बड़े गति के साथ एक अनुकूल मोड आकार में यांत्रिक एम्पलीफायर के माध्यम से जोड़ा जाता है। यह अधिक सामान्य डायरेक्ट ड्राइव के विपरीत है, जहां एक्ट्यूएटर तंत्र दर्पण को सीधे ले जाता है। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए अप्रत्यक्ष ड्राइव लागू किए गए हैं, इलेक्ट्रोस्टैटिक, साथ ही पीजोइलेक्ट्रिकिटी एक्ट्यूएटर्स। मौजूदा पीजोइलेक्ट्रिक स्कैनर डायरेक्ट ड्राइव का उपयोग करके अधिक कुशल हैं।

इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर्स इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ड्राइव के समान उच्च शक्ति प्रदान करते हैं। एक विद्युत चुम्बकीय ड्राइव के विपरीत, ड्राइव संरचनाओं के बीच परिणामी ड्राइव बल को ध्रुवीयता में उलटा नहीं किया जा सकता है। सकारात्मक और नकारात्मक प्रभावी दिशा वाले अर्ध-स्थैतिक घटकों की प्राप्ति के लिए, सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवता वाले दो ड्राइव की आवश्यकता होती है। अंगूठे के नियम के रूप में, लंबवत कंघी ड्राइव का उपयोग यहां किया जाता है। फिर भी, विक्षेपण क्षेत्र के कुछ हिस्सों में अत्यधिक गैर-रेखीय ड्राइव विशेषताएँ दर्पण को ठीक से नियंत्रित करने में बाधा बन सकती हैं। इस कारण से कई उच्च विकसित माइक्रोस्केनर्स आज ऑपरेशन के एक अनुनाद मोड का उपयोग करते हैं, जहां एक खुद की विधा सक्रिय होता है। गुंजयमान संचालन सबसे अधिक ऊर्जा कुशल है। बीम पोजिशनिंग और एप्लिकेशन के लिए जो स्टैटिक-एक्ट्यूएटेड या लीनियराइज्ड-स्कैन किए जाने हैं, अर्ध-स्टैटिक ड्राइव की आवश्यकता होती है और इसलिए यह बहुत रुचि का है।

मैग्नेटिक एक्ट्यूएटर्स स्थिर और गतिशील संचालन दोनों में लागू सिग्नल आयाम बनाम झुकाव कोण की बहुत अच्छी रैखिकता प्रदान करते हैं। कार्य सिद्धांत यह है कि एक धातु का तार चलती एमईएमएस दर्पण पर ही रखा जाता है और जैसे ही दर्पण को एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, कुंडली में प्रवाहित होने वाली प्रत्यावर्ती धारा दर्पण को झुकाने वाले लोरेंत्ज़ बल उत्पन्न करती है। चुंबकीय सक्रियण का उपयोग या तो 1D या 2D MEMS दर्पणों को सक्रिय करने के लिए किया जा सकता है। चुंबकीय रूप से सक्रिय एमईएमएस दर्पण की एक अन्य विशेषता यह तथ्य है कि कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है (5V से नीचे) इस सक्रियण को मानक सीएमओएस वोल्टेज के साथ संगत बनाता है। इस तरह के एक्चुएशन प्रकार का एक फायदा यह है कि इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्चुएटेड एमईएमएस दर्पणों के विपरीत एमईएमएस व्यवहार में हिस्टैरिसीस नहीं होता है, जो इसे नियंत्रित करना बहुत आसान बनाता है। चुंबकीय रूप से सक्रिय MEMS दर्पणों की बिजली खपत 0.04 mW जितनी कम हो सकती है। थर्मोइलेक्ट्रिक ड्राइव उच्च ड्राइविंग बल उत्पन्न करते हैं, लेकिन वे अपने मौलिक सिद्धांत में निहित कुछ तकनीकी कमियां पेश करते हैं। पर्यावरणीय प्रभावों के कारण थर्मल बहाव को रोकने के लिए एक्चुएटर को पर्यावरण से अच्छी तरह से अछूता होना चाहिए, साथ ही पहले से गरम किया जाना चाहिए। यही कारण है कि थर्मल बिमोर्फ़  एक्चुएटर के लिए आवश्यक ताप उत्पादन और बिजली की खपत अपेक्षाकृत अधिक होती है। एक और नुकसान तुलनात्मक रूप से कम विस्थापन है जिसे प्रयोग करने योग्य यांत्रिक विक्षेपण तक पहुंचने के लिए लीवरेज करने की आवश्यकता है। महत्वपूर्ण निम्न-पास फ़िल्टर व्यवहार के कारण भी थर्मल एक्ट्यूएटर्स उच्च आवृत्ति संचालन के लिए उपयुक्त नहीं हैं।

पीजोइलेक्ट्रिक ड्राइव उच्च बल उत्पन्न करते हैं, लेकिन जैसा कि इलेक्ट्रोथर्मल एक्ट्यूएटर्स के साथ होता है, स्ट्रोक की लंबाई कम होती है। पीजोइलेक्ट्रिक ड्राइव, हालांकि, थर्मल पर्यावरणीय प्रभावों के प्रति कम संवेदनशील होते हैं और उच्च-आवृत्ति ड्राइव संकेतों को भी अच्छी तरह से प्रसारित कर सकते हैं। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए वांछित कोण प्राप्त करने के लिए मैकेनिकल एम्पलीफायर का उपयोग करने वाले कुछ तंत्र की आवश्यकता होगी। अर्ध-स्थैतिक स्कैनर के लिए यह मुश्किल साबित हुआ है, हालांकि साहित्य में विक्षेपण प्रवर्धन के लिए लंबे घुमावदार लचीलेपन का उपयोग करने वाले आशाजनक दृष्टिकोण हैं। गुंजयमान घूर्णी स्कैनर के लिए, दूसरी ओर, एक अप्रत्यक्ष ड्राइव के साथ संयुक्त पीजोइलेक्ट्रिक एक्चुएशन का उपयोग करने वाले स्कैनर स्कैन कोण और कार्य आवृत्ति के मामले में उच्चतम प्रदर्शन करते हैं। हालाँकि, तकनीक इलेक्ट्रोस्टैटिक और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ड्राइव की तुलना में नई है और वाणिज्यिक उत्पादों में लागू की जानी बाकी है।

आवेदन के क्षेत्र
टिल्टिंग माइक्रोस्केनर्स के लिए आवेदन असंख्य हैं और इसमें शामिल हैं:
 * प्रक्षेपण प्रदर्शन प्रणाली
 * इमेज रिकॉर्डिंग, उदा. तकनीकी और चिकित्सा एंडोस्कोपी के लिए * बारकोड स्कैनर
 * स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * लेजर अंकन और सामग्री प्रसंस्करण
 * वस्तु माप / त्रिकोण * 3डी कैमरे
 * वस्तु मान्यता
 * 1D और 2D लाइट ग्रिड
 * कन्फोकल लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी / ऑप्टिकल कोहरेन्स टोमोग्राफी
 * प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप
 * लेजर तरंग दैर्ध्य मॉडुलन

पिस्टन प्रकार के माइक्रोस्कैनर्स के कुछ अनुप्रयोग हैं:
 * फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * संनाभि माइक्रोस्कोपी
 * फोकस भिन्नता

निर्माण
माइक्रोस्केनर्स आमतौर पर भूतल माइक्रोमशीनिंग या थोक माइक्रोमशीनिंग प्रक्रियाओं के साथ निर्मित होते हैं। एक नियम के रूप में, सिलिकॉन बिस्किट  या बीएसओआई (इन्सुलेटर पर बंधुआ सिलिकॉन) का उपयोग किया जाता है।

माइक्रोस्केनर्स
के फायदे और नुकसान मिरर गैल्वेनोमीटर जैसे मैक्रोस्कोपिक लाइट मॉड्यूलेटर की तुलना में माइक्रोस्केनर्स छोटे, कम द्रव्यमान वाले होते हैं और कम मात्रा में बिजली की खपत करते हैं। इसके अतिरिक्त, माइक्रोस्केनर्स को अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों जैसे स्थिति सेंसर के साथ एकीकृत किया जा सकता है। माइक्रोस्कैनर पर्यावरणीय प्रभावों के लिए प्रतिरोधी हैं, और 2500 ग्राम तक के कुछ मॉडलों में नमी, धूल, शारीरिक झटके को सहन कर सकते हैं, और -20 डिग्री सेल्सियस से +80 डिग्री सेल्सियस तक तापमान में काम कर सकते हैं।

वर्तमान विनिर्माण प्रौद्योगिकी के साथ माइक्रोस्कैनर्स उच्च लागत और डिलीवरी के लिए लंबे समय तक ले सकते हैं। यह प्रक्रिया सुधार का एक सक्रिय क्षेत्र है

बाहरी संबंध

 * Scanning Micromirrors. Mirrorcle Technologies Gimbal-less, Two-axis scanning micromirrors
 * MEMS Scanners. Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems
 * ARI MEMS Micromirror Demonstration Devices. Adriatic Research Institute
 * Getting Started with Analog Mirrors. Texas Instruments (Product Page)
 * Magnetic MEMS micromirrors. Lemoptix (Technology description Page)
 * MEMS Laser Scanning Mirrors. Maradin Ltd