MEMS反射鏡應(yīng)用有哪些？

經(jīng)過(guò)幾十年的快速開(kāi)發(fā)，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）鏡子正在進(jìn)入新的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1，通過(guò)1D反射鏡（沿單軸；a）和2D反射鏡（沿雙軸；b）移動(dòng)光束。

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）反射鏡的基本功能是在曝光時(shí)偏轉(zhuǎn)和移動(dòng)聚焦光束。光束可以沿單軸（一維反射鏡）或雙軸（二維反射鏡）移動(dòng)。（見(jiàn)圖1）這種接收和偏轉(zhuǎn)聚焦光束的簡(jiǎn)單操作是掃描技術(shù)的核心，該技術(shù)正在眾多應(yīng)用中不斷發(fā)展，這在不久之前還是無(wú)法想象的。

三種制造MEMS反射鏡的競(jìng)爭(zhēng)設(shè)計(jì)方法

制造MEMS鏡子的技術(shù)在過(guò)去十年中已經(jīng)成熟，主要有三種相互競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，這些技術(shù)根據(jù)用于移動(dòng)鏡子的驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行分類(lèi)。它們是：靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)。這三種技術(shù)都有利有弊。

這三種技術(shù)都使用硅作為核心材料來(lái)制造MEMS反射鏡，盡管其中一些需要額外的材料來(lái)使反射鏡移動(dòng)。例如，在電磁驅(qū)動(dòng)的情況下，需要磁鐵。在壓電驅(qū)動(dòng)的情況下，需要鋯鈦酸鉛（PZT）薄膜?？蛻粼谶x擇MEMS反射鏡之前，需要考慮給定應(yīng)用的關(guān)鍵性能參數(shù)。

MEMS 反射鏡尺寸的選擇取決于目標(biāo)應(yīng)用。對(duì) MEMS 反射鏡制造商網(wǎng)站的調(diào)查顯示，目前 MEMS 反射鏡的直徑范圍為 0.5 毫米至 10 毫米。大多數(shù)反射鏡為圓形，而有些為橢圓形。

新型應(yīng)用

MEMS 反射鏡主要應(yīng)用于電信中的光學(xué)開(kāi)關(guān)、光學(xué)投影儀以及生物醫(yī)學(xué)光學(xué)相干斷層掃描 (OCT) 等專(zhuān)業(yè)應(yīng)用。然而，隨著新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，這種情況正在發(fā)生變化。

MEMS反射鏡移動(dòng)光的能力被巧妙地用于創(chuàng)建兩組基本產(chǎn)品，這兩組產(chǎn)品正在推動(dòng)大多數(shù)新應(yīng)用。這兩組產(chǎn)品是：用于動(dòng)畫(huà)視覺(jué)信息和視頻投影的激光投影儀，以及用于三維（3D）感知傳感的LiDAR。

激光投影儀將移動(dòng)的光轉(zhuǎn)換為更高級(jí)別的信息，用于實(shí)際用途，如標(biāo)志、圖形和視頻。信息本身可以以矢量圖形激光投影（VGLP）模式或光柵模式呈現(xiàn)，而MEMS鏡的使用對(duì)于這兩種模式都至關(guān)重要?；贛EMS鏡的VGLP（MEMS VGLP）目前正受到關(guān)注，因?yàn)樗軌蛟谑彝馊展鈼l件下產(chǎn)生高對(duì)比度的圖像，從而為許多新應(yīng)用開(kāi)辟了道路。

激光雷達(dá)產(chǎn)品目前使用多種技術(shù)。其中一種解決方案是MEMS激光雷達(dá)，它將掃描和移動(dòng)光轉(zhuǎn)換為關(guān)于周?chē)h(huán)境的3D信息，可用于不同的應(yīng)用。在MEMS激光雷達(dá)中使用MEMS反射鏡進(jìn)行掃描，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化、低功耗、性能改進(jìn)和成本降低。

除此之外，MEMS鏡掃描技術(shù)與其它技術(shù)的融合可以帶來(lái)具有其他不可能功能的新產(chǎn)品。一個(gè)很好的例子是MEMS鏡掃描儀與相機(jī)的融合，這導(dǎo)致了3D計(jì)量產(chǎn)品的創(chuàng)建，該產(chǎn)品正被迅速應(yīng)用于精密制造。這組產(chǎn)品提供了小型化、快速測(cè)量，具有幾微米的高分辨率和低成本。

汽車(chē)應(yīng)用

在過(guò)去幾十年中，微電子技術(shù)的發(fā)展與許多傳感器的結(jié)合，使得汽車(chē)行業(yè)大規(guī)模采用半導(dǎo)體器件。如今，一輛汽車(chē)大約有1500個(gè)半導(dǎo)體器件，所有這些器件協(xié)同工作以提高汽車(chē)性能或安全性。安全已成為新的口號(hào)，在被稱為高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的范圍內(nèi)，許多新功能被用于汽車(chē)。許多已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)功能，并且是使用基于MEMS-mirror系統(tǒng)的肥沃土壤。關(guān)鍵應(yīng)用包括：

自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）—使用MEMS LiDAR

行人探測(cè)（PD）——使用MEMS LiDAR

機(jī)器人出租車(chē)作為自動(dòng)駕駛服務(wù)——使用MEMS激光雷達(dá)

動(dòng)態(tài)激光大燈 (DLH)—使用基于 MEMS 的白光投影儀

禮貌燈——使用MEMS VGLP

非汽車(chē)應(yīng)用

非汽車(chē)市場(chǎng)中的MEMS鏡子、MEMS VGLP和MEMS LiDAR的機(jī)會(huì)也很多（在我們的分類(lèi)中，非汽車(chē)市場(chǎng)包括工業(yè)、電信、商業(yè)、消費(fèi)和醫(yī)療細(xì)分市場(chǎng)）。關(guān)鍵應(yīng)用包括：

擴(kuò)展/增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)（XR/AR/VR）—MEMS 鏡子

生物醫(yī)學(xué)/光學(xué)相干斷層掃描（OCT）—MEMS 反射鏡

電信/自由空間光通信（FSOC）——MEMS 反射鏡

精密制造和3D計(jì)量——MEMS反射鏡

光學(xué)開(kāi)關(guān)——MEMS 反射鏡

智慧城市——MEMS激光雷達(dá)和MEMS VGLP

機(jī)器人技術(shù)——MEMS激光雷達(dá)和MEMS VGLP

交通/鐵路/公共汽車(chē)——MEMS LiDAR和MEMS VGLP

假日照明——MEMS VGLP

MEMS鏡雪崩式增長(zhǎng)

MEMS 反射鏡的預(yù)期數(shù)量的爆發(fā)來(lái)自許多使用多個(gè)基于 MEMS 反射鏡的系統(tǒng)或具有多個(gè) MEMS 反射鏡的系統(tǒng)解決方案的應(yīng)用。在某些應(yīng)用中，可能需要多達(dá)10個(gè)MEMS反射鏡。這導(dǎo)致未來(lái)將需要大量MEMS反射鏡。

正如新技術(shù)經(jīng)常出現(xiàn)的情況一樣，發(fā)現(xiàn)其他不可預(yù)見(jiàn)的應(yīng)用的可能性很高。我們相信，繼壓力傳感器、加速度計(jì)和麥克風(fēng)等成熟MEMS技術(shù)之后，MEMS技術(shù)的下一波浪潮將是MEMS鏡子。我們預(yù)計(jì)，在未來(lái)10年內(nèi)，它們的出貨量將達(dá)到每年10億臺(tái)。

按細(xì)分市場(chǎng)計(jì)算。汽車(chē)應(yīng)用是最大的設(shè)備量，其中 ADAS 中的 MEMS LiDAR 與 Robotaxi、動(dòng)態(tài)激光頭燈和抬頭顯示器將占據(jù) 20% 以上的市場(chǎng)份額。僅汽車(chē)應(yīng)用就將達(dá)到數(shù)億臺(tái)。

在非汽車(chē)領(lǐng)域，XR/AR/VR，結(jié)合智慧城市和安全應(yīng)用，將成為MEMS鏡頭的領(lǐng)先應(yīng)用。盡管如此，許多其他應(yīng)用將達(dá)到數(shù)百萬(wàn)臺(tái)，這將使MEMS鏡頭的年產(chǎn)量達(dá)到10億臺(tái)。

作者：Lj. Ristic是Mirrorcle Technologies（加州里士滿）的業(yè)務(wù)發(fā)展和戰(zhàn)略主管。

審核編輯：黃飛

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