在月前於美國舉行的2016年度微機電系統與感測器高峰會(MEMS &Sensors Executive Congress)上,筆者遇到了MicroVision的系統工程暨先進應用總監Jari Honkanen,他 展示了該公司令人驚豔的MEMS微型掃描鏡技術(圖1)。

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圖1 超小型的MEMS掃描鏡比大拇指還小。

MicroVision與意法半導體(ST)在11月上旬就宣佈將在雷射光束掃描(LBS)技術領域進行產品開發、銷售與推廣的合作,現在這兩家公司著重於LBS解決方案在微型投影機以及抬頭顯示器(HUD)應用市場的推廣,也對於進軍包括虛擬/擴增實境(VR/AR)、3D感測與先進駕駛輔助系統(ADAS)等新興應用非常感興趣。

此外MicroVision與ST也期待未來在技術開發上尋求各種合作的可能性,包括共同的LBS產品開發藍圖,結合ST在設計與製造方面的強項,以及MicroVison開發解決方案的專長。

產業界正積極搶進雷射技術領域,英飛凌(Infineon)在10月份藉由收購Innoluce取得光達(LIDAR)技術專長;ADI則在11月中旬宣布收購 Vescent Photonics的LBS技術,目標是讓車用LIDAR系統成為應用主流。筆者預期會有公司繼續搶進雷射技術領域。

MicroVision的MEMS掃描鏡設計 (圖2)之關鍵功能,在於只有一個驅動訊號輸入到MEMS;為了要產生雙軸運動(biaxial motion),水平與垂直運動的波形只是簡單被重疊(圖3)。

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圖2 MicroVision的MEM微鏡模組包含了懸吊在內含微型電子線圈之萬向支架(gimbal frame)的反射鏡,在MEMS晶片的周遭安裝了永久磁鐵以提供磁力;藉由對MEMS線圈提供電流,萬向支架上會產生磁力矩,並沿著所希望的旋轉軸產生分量。(圖片來源:MicroVision)

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圖3 產生的磁力矩分量之一,讓萬向支架繞著撓曲懸吊(flexure suspension)旋轉(左);另一個分量則用來激發掃描鏡諧振模式振動,反射鏡會繞著撓曲懸吊向著萬象支架旋轉。(圖片來源:MicroVision)

複合的微鏡驅動波形,包含60Hz垂直掃描鋸齒型函數(sawtooth function)以及激發水平掃描共振之高頻正弦波(sinewave)的疊加(圖4)。

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圖4 複合的驅動波形。(圖片來源:MicroVision)

兩個期望掃描角度的位置回饋,是利用壓電(piezo-resistive,PZR)應力感測器產生;這種感測器以微型技術製作,在反射鏡撓曲懸吊以及萬向支架的撓曲懸吊上都有(圖5)。

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圖5 從MEMS掃描鏡上的壓電應力感測器特寫,用來產生垂直掃描位置的回饋;這種位置系統回饋能改善投影機顯示器隨著時間與環境條件變化的穩定性。(圖片來源:MicroVision)

在MEMS掃描鏡上整合了紅、藍、綠雷射二極體,以形成小巧的彩色顯示引擎(圖6);藉由MEMS技術來組合小巧雷射,該包含光源的掃描鏡系統體積不到5立方公分(cm),高度僅6公釐(mm)。

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圖6 整體MEMS掃描鏡與雷射光源系統結構(圖片來源:MicroVision)

在微型投影機的應用中,結合雷射光源的MEMS掃描鏡技術能實現比硬幣還小的投影機,並能提供在任何投影表面上都不失真的1,280×720畫質,亮度可達到25流明,在1.1公尺的投影距離可產生對角線約1公尺的影像尺寸。

MicroVision也在該場微機電系統與感測器高峰會上,介紹了該公司MEMS掃描鏡技術在汽車抬頭顯示器的應用;駕駛人從擋風玻璃上就能看到交通路況等資訊的投影,視線不必離開前方。此外,Honanen還介紹了該公司以雷射光束掃描技術搭配近紅外線(IR)雷射與IR光探測器,所打造的MEMS掃描鏡技術LIDAR系統。

這種MEMS掃描LIDAR系統的優勢,在於能提供高解析度的水平與垂直掃描,以及能動態改變偵測解析度與訊框速率;此外,同樣的掃描LIDAR技術,也能根據應用或是駕駛狀況,支援低速、高解析度,以及高速、較低解析度的影像擷取。