MEMS光スキャナ 「ECO SCAN」 | Q&A (ECO SCAN)
MEMS optical scanner ECO SCAN | Q&A (ECO SCAN)
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- 共振周波数とは何ですか？
- 共振周波数以外の周波数で動かすことは可能ですか？
- 所定の位置でミラーを静止することは可能ですか？
- MEMS光スキャナの駆動方式による長所・短所を教えて下さい。
- ミラーの振幅検出方法を教えて下さい
- ミラーサイズ、共振周波数、振幅の対応可能範囲はどのくらいですか？
- ジッター値を教えて下さい。
- ミラーの面精度はどのくらいですか？
- 反射膜を一般の光学ミラーのようなアルミ、銀、誘電体膜などの他材料に変更することは可能ですか？
- 外形寸法はどこまで小さくすることが可能ですか？
- 耐衝撃性・耐振動性について教えて下さい。
- 温度・湿度範囲はどのくらいですか？
- 寿命はどのくらいですか？
- 取扱上の注意点について教えて下さい。
- 実際に動作させる場合、必要なシステム構成について教えて下さい。
- 1個からでも購入できますか？
- 量産になったらいくらになりますか？
- デバイスの組み付けはどのような環境で行えばよいですか？
- 梱包形態を教えて下さい。
- デバイスを駆動するためには、どのような波形を入力すればよいですか？
- デバイスを輸出することはできますか？
- 駆動による発生音はありますか？
- What is resonant frequency?
- Is the drive at the frequency except the resonance frequency possible?
- Is it possible to stop the mirror at a predefined position?
- What is the difference by the drive type of the MEMS optical scanner?
- How is the amplitude of the mirror detected?
- What is the available scope of the mirror size, resonant frequency, and amplitude?
- Tell us the jitter value.
- How is the mirror flatness?
- Is it possible to replace the reflection coating with aluminum, silver, dielectric film, or other generic materials used for optic mirrors?
- Is the downsizing possible?
- Tell us about vibration durability, impact resistance.
- What is the scope of temperature and humidity?
- How long is the lifespan of Eco Scan?
- Tell us about precautions on handling.
- Tell us about the system configuration necessary for actual operation.
- Can I buy just one ECOSCAN?
- How much is it for mass production?
- Is there the recommendation in the assembly environment of ECOSCAN?
- Tell us about packing form.
- What kind of wave pattern should I input into drive of ECOSCAN?
- Is the export of ECOSCAN possible?
- Is there generated sound by the drive?
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共振周波数とは何ですか？
全ての物体は最も振動しやすい周波数をもっており、これを共振周波数といいます。ECO SCANはミラーがもつ共振周波数と同じ周期の電流を流すことで「小さな電流」で「大きなミラー振幅」を得ています。
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共振周波数以外の周波数で動かすことは可能ですか？
可能です。但し、共振周波数での駆動に比べ、大きな電流が必要となります。 更に、駆動周波数と共振周波数との差が大きくなると定格振幅が得られなくなります。
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所定の位置でミラーを静止することは可能ですか？
静止することは可能ですが、ステップ応答に対してはオーバーシュートが発生します。 また、共振周波数より低い周波数で駆動する非共振駆動（又はＤＣ駆動）は、過去に実績がありますので、詳細は、別途ご相談下さい。
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MEMS光スキャナの駆動方式による長所・短所を教えて下さい。
以下に比較表を示します。
駆動方式 長所 短所 電磁式 ・駆動電圧が低い（5V以下）
・駆動力が大きい
→大型ミラー、大振幅、非共振駆動への対応に適する・部品数が多い（磁石、ヨーク等）
・保存温度を超えると特性劣化
（高温で磁束密度が低下）
・ミラー反りの制御が難しい
（駆動コイルの膜応力がミラー反りに影響）静電式 ・部品点数が少ない
・LSIプロセスとの整合性良い
・ミラー反りの制御が容易・駆動電圧が高い（～100V）
・駆動力が小さい
→大型ミラー、非共振駆動への対応は難しい
・振幅は櫛歯電極で限定
→大振幅への対応は難しい圧電式
（薄脱タイプ）・部品点数が少ない
・ミラー反りの制御が容易
・近年、高性能な圧電薄膜の形成技術が確立・駆動電圧が高い
・駆動力が小さい
→大型ミラー、非共振駆動への対応難しい（対応する場合は、駆動部サイズ拡大） -
ミラーの振幅検出方法を教えて下さい
「光センサ方式」、「逆起電力方式」、「ピエゾ信号方式」の3つがあります。それぞれの概要は下記のとおりです。
■光センサ方式
反射光を光センサで検出し、反射光の通過時間から振幅を検出する方法
■逆起電力方式
磁界中で揺動するコイルに発生する逆起電力から 振幅を検出する方法
■ピエゾ信号方式
揺動で発生する梁の応力をピエゾ抵抗素子の 抵抗値変化から電気的に振幅を検出する方法 （ピエゾ抵抗素子が組み込まれたECO SCANに限ります） -
ミラーサイズ、共振周波数、振幅の対応可能範囲はどのくらいですか？
それぞれがトレードオフの関係ですが、定性的には次のとおりです。
・ミラーを大きくする：共振周波数が下がり、振幅が小さくなる。
・共振周波数を上げる：ミラーサイズが小さくなり、振幅が小さくなる。
・振幅を大きくする：ミラーサイズが小さくなり、共振周波数が下がる。
参考のため、１次元デバイスの開発実績を下表に示します。ミラーサイズ 共振周波数 振幅（光学角）※1 0.75×0.5mm 33.5kHz ±6度 5×6mm 500Hz ±34度 5×10mm 1.2kHz ±10度 4×4mm 1kHz ±18度 4×4mm 2kHz ±12度 4×4mm 4kHz ±6度 4×4mm 8kHz ±3度 3.5×2.2mm 16kHz ±2度 ※1： 振幅は、ねじれ応力の大きさと安全率も加味して決めています。
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ジッター値を教えて下さい。
ジッター値は、「ECO SCAN」の種類や駆動方法によります。
詳細は各製品の取扱説明書をご参照下さい。
標準品であるESS112-2kの場合、0.4%以下となります。 -
ミラーの面精度はどのくらいですか？
標準品のESS112-2kの場合、PV値(Peak to Valley)で1000nm以下(＠φ3mm)です。 ミラーの構成・反射膜によって変わりますので、詳細は別途ご相談下さい。
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反射膜を一般の光学ミラーのようなアルミ、銀、誘電体膜などの他材料に変更することは可能ですか？
可能です。但し、標準品は、金もしくはアルミミラーとなりますので、 標準以外にミラー材質をご指定の場合は、別途ご相談下さい。
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外形寸法はどこまで小さくすることが可能ですか？
これまでの開発実績で最小のデバイス寸法は2.5×2.5×3.7mmですが、ミラーサイズ等の要求仕様により寸法は異なります。一般的な傾向として、下記に示す仕様のデバイスは小型化が比較的容易です。
・小さいミラー
・高い共振周波数
・小さい振幅 -
耐衝撃性・耐振動性について教えて下さい。
下記の試験を実施して問題無きことを確認しています。過度の振動環境での使用に関しては、別途ご相談下さい。
振動試験：JIS C60068-2-6
・振動周波数：55～500Hz、ピーク加速度：98m/s2、時間：各方向120分(10サイクル)
衝撃試験：JIS C60068-2-27
・パルス波形：正弦半波、ピーク加速度：500m/s2、作用時間：11ms -
温度・湿度範囲はどのくらいですか？
標準品のESS115の場合は下記の通りです。
動作温湿度：0～+60℃、20～80％RH（ただし、絶対湿度36g/m3以下）
保存温湿度：0～+70℃、20～80％RH（ただし、絶対湿度36g/m3以下）
これらの範囲外での使用をお考えの場合は、別途ご相談下さい。 -
寿命はどのくらいですか？
製品寿命を決定する不良モードは、①配線の断線、②共振周波数の変動、③梁の破損が挙げられます。
梁の破損においては、8年以上の稼働実績があります。単結晶シリコンを使用しているため、金属のような疲労現象はなく、長寿命を実現しています。
その他の不良モード含め詳細は、別途お問合せ下さい。 -
取扱上の注意点について教えて下さい。
・強力な磁石を使用しており、ネジやドライバーが磁石に吸い寄せられてミラー部を破損する恐れがあります。
・輸送の際は、磁石により製品同士がくっつき、破損の恐れがありますので、ご注意ください。
・ミラー部がむき出しになっているため、指やピンセット等が接触しないようご注意ください。
・強力なエアーをあてたり、口で吹いたりしないで下さい。
・最大定格など仕様範囲を超えて使用すると、異常発熱、焼損、破損の恐れがあります。 -
実際に動作させる場合、必要なシステム構成について教えて下さい。
標準的なシステム構成については下記をご覧下さい。
→ESS112取扱説明書へ -
1個からでも購入できますか？
ホームページ上にある標準品は、1個から販売しております。
その他のサンプルに関しては、別途お問合せ下さい。 -
量産になったらいくらになりますか？
仕様（ミラーサイズ、周波数等）、ロット等により大きく変化します。
詳しくはお問い合わせ下さい。 -
デバイスの組み付けはどのような環境で行えばよいですか？
ミラー部がむきだしになっていますので、 温度23±5℃、湿度50±20%Rh、気圧880～1034hPa、クリーン度クラス1万を推奨しています。
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梱包形態を教えて下さい。
通常、ボクセル（2枚の伸縮性特殊フィルムで商品を包む緩衝付ハードケース）でご納入します。量産時は、トレーでの納入に変更する場合もあります。
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デバイスを駆動するためには、どのような波形を入力すればよいですか？
共振周波数での駆動の場合、サイン波とパルス波があります。
■サイン波
駆動周波数以外の周波数成分を含まない為、スムーズな駆動が可能です。
但し、波形生成がパルス波に比べやや複雑になります。
■パルス波
波形生成が容易ですが、駆動周波数以外の周波数成分の振動が発生する可能性があります。 -
デバイスを輸出することはできますか？
輸出できます（輸出貿易管理令 別表第1において非該当）。
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駆動による発生音はありますか？
デバイスによりますが、発生音はあります。
標準品の中では、ESS112-4kとESS112-8kが、可聴領域の中でも人間の耳が聞きとりやすい感度のいい周波数帯のため、比較的大きな発生音となります。 -
What is resonant frequency?
Every object has a frequency at which it oscillates most. This frequency is called resonant frequency. By applying an electric current whose frequency is the same as Eco Scan’s, even a small current can enable large amplitude of the mirror.
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Is the drive at the frequency except the resonance frequency possible?
Yes. But more electric current is needed compared to the resonant frequency drive. Also, if the drive frequency is too different from the resonant frequency, the rated amplitude cannot be obtained.
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Is it possible to stop the mirror at a predefined position?
Yes. But for the step response, an overshoot occurs. The dissonance drive to be driven at the frequency that is lower than a resonance frequency has the results in the past.
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What is the difference by the drive type of the MEMS optical scanner?
Comparative chart are as follows:
Drive system Merits Demerits Electromagnetic · Low driving voltage
(5V or less)
· Large driving power
→Supportive of large mirrors and dissonance drive· Large number of parts
(magnets, yokes, etc.)
· Characteristics degradation due to the use beyond the storage temperature
(decrease of flux density due to high temperature)
· Difficult to control the mirror arch
(Film stress of the drive coil affects the mirror arch.)Electrostatic · Small numbers of parts
· Consistent with LSI processes
· Easy to control the mirror arch· High driving voltage
(100V or less)
· Small driving power
→Not supportive of large mirrors and dissonance drive
· The comb electrode limits the amplitude.
→Difficult to control the amplitude
→Not supportive of large mirrors and large amplitudePiezoelectric
(thin film type)· Small numbers of parts
· Easy to control the mirror arch
· Highly efficient forming technology of piezoelectric thin film has been established.· High driving voltage
(20V or less)
· Small driving power
→Not supportive of a large mirror and dissonance drive
(a large drive unit is needed to support them.) -
How is the amplitude of the mirror detected?
In the case of the drive in the resonance frequency, there are a sign wave and a pulse wave.
■Sign wave
Smooth driving without any frequency component other than the drive frequency. Not easy to generate waveform.
■Pulse wave
Easy to generate waveform.
Oscillation at a frequency component other than the drive frequency may occur. -
What is the available scope of the mirror size, resonant frequency, and amplitude?
Although there is a trade-off between them, the qualitative trends are as follows:
· The larger the mirror, the lower resonant frequency and the smaller the amplitude.
· The higher the resonant frequency, the smaller mirror and amplitude.
· The larger the amplitude, the smaller the mirror and the lower resonant frequency.
For reference, the table below shows one-dimensional device development results.
Mirror size Resonant frequency Amplitude (optic angle) *1 0.75×0.5mm 33.5kHz ±6° 5x6mm 500Hz ±34° 5x10mm 1.2kHz ±10° 4x4mm 1kHz ±18° 4x4mm 2kHz ±12° 4x4mm 4kHz ±6° 4x4mm 8kHz ±3° 3.5×2.2mm 16kHz ±2°
* 1: Value of torsional stress and safety factor are also considered to determine the amplitude. -
Tell us the jitter value.
The jitter value depends on the type of Eco Scan and the drive method.
For details, see the Instruction Manual. The jitter of ESS112-2k is less than 0.4%. -
How is the mirror flatness?
Mirror flatness (PV) of ESS112-2k is less than 1,000nm(@φ3mm). The Mirror flatness depends on the configurations and reflection coating of the mirror.
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Is it possible to replace the reflection coating with aluminum, silver, dielectric film, or other generic materials used for optic mirrors?
Yes. Au or Al mirrors are used in our standard products. The change to other reflection coating is possible.
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Is the downsizing possible?
Currently, the smallest possible dimensions are 2.5×2.5×3.7 mm, although they depend on the required specifications regarding the mirror size. Generally, devices with the following specifications are easy to be downsized:
· Small mirror
· High resonant frequency
· Small amplitude
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Tell us about vibration durability, impact resistance.
The ECOSCAN passes following examination. Consult with us if you are using it in an environment with excessive vibration.
Vibration test: JIS C60068-2-6
・Frequency of vibration: 55 to 500 Hz, peak acceleration: 98 m/s2, duration: 120 minutes for each direction (10 cycles)
Impact test: JIS C60068-2-27
・Pulse waveform: half-sine wave, peak acceleration: 500 m/s2, duration: 11ms -
What is the scope of temperature and humidity?
The specifications of ESS115 are as follows.
Operating temperature and humidity：0 to +60℃、20 to 80％RH (Absolute humidity less than 36g/m3)
Storage temperature and humidity：0 to +70℃、20 to 80％RH (Absolute humidity less than 36g/m3) -
How long is the lifespan of Eco Scan?
Failure mode that determines the lifespan of ECO SCAN is due to (1) breaking of wire, (2) fluctuation of resonant frequency, or (3) damage to the beams.
About (3) damage to the beams, there are the operation results more than eight years.
Eco Scan’s moving part is made of single crystal silicon, which enables long lifespan. -
Tell us about precautions on handling.
・ECO SCAN uses strong magnets. The mirror part may be damaged if screws and tools are attracted to the magnets.
・At the time of transportation, ECOSCAN is close together by a magnet, and there might be the damage.
・Because a mirror is bared, there might be the damage when a finger or tweezers touch it.
・When strong air is taken and is breathed, there might be the damage.
・There might be the abnormal fever, coil burnout and damage when used more than the maximum rating. -
Tell us about the system configuration necessary for actual operation.
See the document below for the standard system configuration.
> ESS122 Instruction Manual -
Can I buy just one ECOSCAN?
We sell from just one sample of standard product.
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How much is it for mass production?
It varies significantly depending on the specifications (mirror size, frequency, etc.), lot, etc. Contact us for details.
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Is there the recommendation in the assembly environment of ECOSCAN?
The following is recommended. Temperature: 23±5℃ Humidity: 50±20%RH Atmospheric pressure: 880 to 1034hPa Cleanliness class : class 10000
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Tell us about packing form.
ECOSCAN is put in a BOXEL case (hardware case with buffer which wraps a product in two pieces of stretchy special films) and is usually delivered. At the time of the mass production, there is the possibility of the change to a tray from BOXEL.
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What kind of wave pattern should I input into drive of ECOSCAN?
In the case of the drive in the resonance frequency, there are a sign wave and a pulse wave.
■Sign wave
Smooth driving without any frequency component other than the drive frequency.
Not easy to generate waveform.
■Pulse wave
Easy to generate waveform.
Oscillation at a frequency component other than the drive frequency may occur. -
Is the export of ECOSCAN possible?
Yes. Non-correspond in Appended Table 1 of the Export Trade Control Order.
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Is there generated sound by the drive?
It is different by ECOSCAN. In the standard product, ESS112-4k and ESS112-8k generate a relatively loud sound.
