ไมโครสแกนเนอร์หรือกระจกสแกนขนาดเล็กเป็นระบบไมโครออปโตอิเล็กโทรเมคานิกส์ (MOEMS) ในหมวดหมู่ของแอคทูเอเตอร์ กระจกขนาดเล็ก สำหรับการปรับเปลี่ยน แสงแบบไดนามิก ขึ้นอยู่กับชนิดของไมโครสแกนเนอร์ การเคลื่อนที่เพื่อปรับเปลี่ยนของกระจกเดี่ยวอาจเป็นการเคลื่อนที่แบบเลื่อนหรือแบบหมุน บนแกนเดียวหรือสองแกน ในกรณีแรก จะเกิดปรากฏการณ์การเปลี่ยนเฟส ในกรณีที่สอง คลื่นแสงตกกระทบจะถูกเบี่ยงเบน

ไมโครสแกนเนอร์แตกต่างจากตัวปรับแสงเชิงพื้นที่และตัวกระตุ้นกระจกขนาดเล็กอื่นๆ ซึ่งต้องใช้เมทริกซ์ของกระจกที่สามารถควบคุมได้ทีละชิ้นเพื่อให้ได้การปรับแสงที่ต้องการในระดับผลผลิตใดๆ หากกระจกอาร์เรย์เพียงชิ้นเดียวสามารถปรับแสงได้ตามต้องการ แต่ใช้งานแบบขนานกับกระจกอาร์เรย์อื่นๆ เพื่อเพิ่มผลผลิตแสง จะใช้คำว่า อาร์เรย์ไมโครสแกนเนอร์

ขนาดชิปทั่วไปคือ 4 มม. × 5 มม. สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางกระจกระหว่าง 1 ถึง 3 มม. ^{[ 1 ]} ยังสามารถผลิต ช่องเปิดกระจกขนาดใหญ่ขึ้นได้ โดยมีขนาดด้านข้างสูงสุดประมาณ 10 มม. × 3 มม. ^{[ 2 ]}ความถี่ในการสแกนขึ้นอยู่กับการออกแบบและขนาดของกระจก และอยู่ในช่วงระหว่าง 0.1 ถึง 50 kHz การเคลื่อนที่แบบเบี่ยงเบนอาจเป็นแบบเรโซแนนซ์หรือแบบกึ่งคงที่^{[ 3 ]}ด้วยไมโครสแกนเนอร์ที่สามารถเคลื่อนที่แบบเอียงได้ แสงสามารถถูกส่งไปยังระนาบการฉายภาพได้

แอปพลิเคชันจำนวนมากต้องการให้ระบุพื้นผิวแทนที่จะเป็นเพียงเส้นเดียว สำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ การกระตุ้นโดยใช้รูปแบบลิสซาจูส์สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบสแกนไซน์หรือการทำงานแบบเรโซแนนซ์คู่ได้ มุมการเบี่ยงเบนเชิงกลของอุปกรณ์สแกนขนาดเล็กสามารถสูงถึง ±30° ^{[ 4 ]}ไมโครสแกนเนอร์แบบแปล (แบบลูกสูบ) สามารถทำระยะการเคลื่อนที่เชิงกลได้สูงถึงประมาณ ±500 μm ^{[ 5 ]}การกำหนดค่านี้ประหยัดพลังงาน แต่ต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่ซับซ้อน สำหรับแอปพลิเคชันจอแสดงผลระดับสูง ตัวเลือกทั่วไปคือการสแกนแบบแรสเตอร์โดยที่สแกนเนอร์แบบเรโซแนนซ์ (สำหรับมิติจอแสดงผลที่ยาวกว่า) จะจับคู่กับสแกนเนอร์แบบกึ่งคงที่ (สำหรับมิติที่สั้นกว่า) ^{[ 3 ]}

แรงขับที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของกระจกสามารถจัดหาได้จากหลักการทางฟิสิกส์ต่างๆ ในทางปฏิบัติ หลักการที่เกี่ยวข้องสำหรับการขับเคลื่อนกระจกดังกล่าว ได้แก่ผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตเท อร์โมอิ เล็กทริกและเพียโซอิเล็กทริก^{[ 3 ]}เนื่องจากหลักการทางฟิสิกส์มีความแตกต่างกันในด้านข้อดีและข้อเสีย หลักการขับเคลื่อนจึงถูกเลือกตามการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีแก้ปัญหาทางกลที่จำเป็นสำหรับการสแกนแบบเรโซแนนซ์นั้นแตกต่างจากวิธีการสแกนแบบกึ่งคงที่มาก แอคทูเอเตอร์เทอร์โม อิเล็กทริกไม่สามารถใช้งานได้กับสแกนเนอร์เรโซแนนซ์ความถี่สูง แต่หลักการอีกสามประการสามารถนำไปใช้กับแอปพลิเคชันได้หลากหลาย

สำหรับสแกนเนอร์แบบเรโซแนนซ์ การกำหนดค่าที่ใช้บ่อยอย่างหนึ่งคือการขับเคลื่อนทางอ้อม ในการขับเคลื่อนทางอ้อม การเคลื่อนที่เล็กน้อยในมวลที่ใหญ่กว่าจะถูกเชื่อมโยงกับการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ในมวลที่เล็กกว่า (กระจก) ผ่านการขยายเชิงกลที่รูปร่างโหมดที่เหมาะสม ซึ่งแตกต่างจากการขับเคลื่อนโดยตรงที่พบได้ทั่วไป ซึ่งกลไกแอคทูเอเตอร์จะเคลื่อนกระจกโดยตรง การขับเคลื่อนทางอ้อมได้รับการนำไปใช้กับ แอคทูเอเตอร์ แม่เหล็กไฟฟ้า [ ^{6 ] ไฟฟ้าสถิต} [ 7 ^{] รวม}ถึงแอคทูเอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก^{[ 8 ] [ 9 ] สแกน}เนอร์เพียโซอิเล็กทริกที่มีอยู่จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อใช้การขับเคลื่อนโดยตรง^{[ 3 ]}

แอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าสถิตมีกำลังสูงคล้ายกับไดรฟ์แม่เหล็กไฟฟ้า แต่ต่างจากไดรฟ์แม่เหล็กไฟฟ้าตรงที่แรงขับที่เกิดขึ้นระหว่างโครงสร้างไดรฟ์ไม่สามารถกลับขั้วได้ สำหรับการสร้างส่วนประกอบกึ่งสถิตที่มีทิศทางประสิทธิผลเป็นบวกและลบ จำเป็นต้องใช้ไดรฟ์สองตัวที่มีขั้วบวกและลบ^{[ 10 ]}โดยทั่วไปแล้วจะใช้ไดรฟ์หวี แนวตั้ง อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะของไดรฟ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นสูงในบางส่วนของพื้นที่การเบี่ยงเบนอาจเป็นอุปสรรคต่อการควบคุมกระจกอย่างเหมาะสม ด้วยเหตุนี้ ไมโครสแกนเนอร์ที่พัฒนาอย่างสูงในปัจจุบันจำนวนมากจึงใช้ โหมดการทำงานแบบเรโซแนนซ์ ซึ่งมีการเปิดใช้งาน โหมดเฉพาะ การทำงานแบบเรโซแนนซ์มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากที่สุด สำหรับการกำหนดตำแหน่งลำแสงและการใช้งานที่ต้องใช้แอคทูเอเตอร์แบบสถิตหรือการสแกนเชิงเส้น จำเป็นต้องใช้ไดรฟ์กึ่งสถิต ดังนั้นจึงมีความน่าสนใจอย่างมาก

แอคทูเอเตอร์แม่เหล็กให้ความเป็นเส้นตรงที่ดีมากของมุมเอียงเมื่อเทียบกับแอมพลิจูดของสัญญาณที่ใช้ ทั้งในการทำงานแบบคงที่และแบบไดนามิก หลักการทำงานคือการวางขดลวดโลหะไว้บน กระจก MEMS ที่เคลื่อนที่ได้ และเมื่อวางกระจกไว้ในสนามแม่เหล็กกระแสสลับที่ไหลในขดลวดจะสร้างแรงลอเรนซ์ที่ทำให้กระจกเอียง การกระตุ้นด้วยแม่เหล็กสามารถใช้สำหรับการกระตุ้นกระจก MEMS แบบ 1 มิติหรือ 2 มิติ คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของกระจก MEMS ที่กระตุ้นด้วยแม่เหล็กคือต้องการแรงดันไฟฟ้าต่ำ (ต่ำกว่า 5V) ทำให้การกระตุ้นนี้เข้ากันได้กับแรงดันไฟฟ้า CMOS มาตรฐาน ข้อดีของการกระตุ้นประเภทนี้คือพฤติกรรมของ MEMS ไม่แสดงฮิสเทอรี ซิส ซึ่งแตกต่างจากกระจก MEMS ที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้าสถิต ทำให้ควบคุมได้ง่ายมาก การใช้พลังงานของกระจก MEMS ที่กระตุ้นด้วยแม่เหล็กอาจต่ำถึง 0.04 mW ^{[ 11 ]}

ระบบขับเคลื่อนด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกสร้างแรงขับสูง แต่ก็มีข้อเสียทางเทคนิคบางประการที่เกิดจากหลักการพื้นฐานของมัน ตัวขับเคลื่อนต้องได้รับการหุ้มฉนวนความร้อนอย่างดีจากสภาพแวดล้อม และต้องมีการอุ่นล่วงหน้าเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเนื่องจากอิทธิพลของสภาพแวดล้อม นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมความร้อนและกำลังไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับ ตัวขับเคลื่อน แบบไบมอร์ฟ ความร้อน จึงค่อนข้างสูง ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือระยะการเคลื่อนที่ค่อนข้างต่ำ ซึ่งจำเป็นต้องใช้เพื่อให้ได้การเปลี่ยนแปลงทางกลที่ใช้งานได้ นอกจากนี้ ตัวขับเคลื่อนความร้อนยังไม่เหมาะสำหรับการทำงานที่ความถี่สูงเนื่องจากมีพฤติกรรมแบบ กรองความถี่ต่ำ อย่างมาก

ไดรฟ์เพียโซอิเล็กทริกสร้างแรงสูง แต่เช่นเดียวกับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าความร้อน ระยะชักจะสั้น อย่างไรก็ตาม ไดรฟ์เพียโซอิเล็กทริกมีความไวต่ออิทธิพลของสภาพแวดล้อมทางความร้อนน้อยกว่า และยังสามารถส่งสัญญาณไดรฟ์ความถี่สูงได้ดี เพื่อให้ได้มุมที่ต้องการจำเป็นต้องใช้ กลไกบางอย่างที่ใช้ การขยายเชิงกล ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าทำได้ยากสำหรับสแกนเนอร์แบบกึ่งคงที่ แม้ว่าจะมีแนวทางที่น่าสนใจในเอกสารที่ใช้การดัดงอแบบคดเคี้ยวที่ยาวเพื่อขยายการเบี่ยงเบน ^{[ 12 ] [ 13 ]}ในทางกลับกัน สำหรับสแกนเนอร์แบบหมุนเรโซแนนซ์ สแกนเนอร์ที่ใช้การกระตุ้นเพียโซอิเล็กทริกร่วมกับไดรฟ์ทางอ้อมมีประสิทธิภาพสูงสุดในแง่ของมุมการสแกนและความถี่ในการทำงาน^{[ 8 ] [ 9 ] [ 14 ]}อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ใหม่กว่าไดรฟ์ไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้า และยังคงต้องนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์^{[ 3 ]}

การใช้งานไมโครสแกนเนอร์แบบปรับเอียงมีมากมายและรวมถึง:

• จอแสดงผลแบบฉายภาพ^{[ 3 ] [ 6 ] [ 15 ]}
• การบันทึกภาพ เช่น สำหรับกล้องเอนโดสโคป ทางเทคนิคและทางการแพทย์ ^{[ 4 ]}
• การสแกนบาร์โค้ด^{[ 16 ]}
• สเปกโทรสโกปี
• การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์และการประมวลผลวัสดุ
• การวัดวัตถุ / การหาตำแหน่งโดยใช้สามเหลี่ยม^{[ 2 ]}
• กล้อง 3 มิติ
• การจดจำวัตถุ
• ตารางแสง 1 มิติและ 2 มิติ
• กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล / OCT
• กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์
• การปรับความยาวคลื่นเลเซอร์

ตัวอย่างการใช้งานไมโครสแกนเนอร์แบบลูกสูบ ได้แก่:

• เครื่องสเปกโทรเมตรอินฟราเรดแบบฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์ม
• กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล
• การเปลี่ยนแปลงจุดโฟกัส

โดยทั่วไป แล้ว ไมโครสแกนเนอร์จะถูกผลิตขึ้นด้วย กระบวนการ ไมโครกลไกแบบพื้นผิวหรือ แบบปริมาตร โดยปกติจะใช้ ซิลิคอนหรือ BSOI ( ซิลิคอนที่ยึดติดบนฉนวน )

ไมโครสแกนเนอร์มีขนาดเล็กกว่า มวลน้อยกว่า และใช้พลังงานน้อยกว่าเมื่อเทียบกับตัวปรับแสงขนาดใหญ่ เช่นสแกนเนอร์กัลวาโนมิเตอร์นอกจากนี้ ไมโครสแกนเนอร์ยังสามารถรวมเข้ากับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เช่น เซ็นเซอร์ตำแหน่งได้^{[ 17 ]}ไมโครสแกนเนอร์ทนต่ออิทธิพลของสิ่งแวดล้อม และสามารถทนต่อความชื้น ฝุ่นละออง แรงกระแทกทางกายภาพได้ในบางรุ่นที่มีมวลมากถึง 2500 กรัม และสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิตั้งแต่ -20 °C ถึง +80 °C

ด้วยเทคโนโลยีการผลิตในปัจจุบัน เครื่องสแกนขนาดเล็กอาจมีต้นทุนสูงและระยะเวลารอคอยนาน นี่เป็นประเด็นสำคัญในการปรับปรุงกระบวนการผลิต

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับไมโครสแกนเนอร์

• ไมโครมิเรอร์ แบบสแกนไมโครมิเรอร์แบบสแกนสองแกนแบบไม่ต้องใช้กิมบอลจาก Mirrorcle Technologies
• เครื่องสแกน MEMSสถาบัน Fraunhofer สำหรับระบบไมโครโฟโตนิกส์
• อุปกรณ์สาธิตไมโครมิเรอร์ MEMS ของ ARIสถาบันวิจัยเอเดรียติก
• เริ่มต้นใช้งาน Analog Mirrors . Texas Instruments (หน้าผลิตภัณฑ์)
• ไมโครมิเรอ ร์MEMS แม่เหล็ก Lemoptix (หน้ารายละเอียดเทคโนโลยี)
• กระจกสแกนเลเซอร์ MEMSบริษัท มาราดิน จำกัด