KR100453973B1 - 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치에 관한 것으로, 지지부(10)와; 상기 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)과; 상기 지지판(48)에 각각 형성되고, 압전 캐패시터를 각각 포함하고 있는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)과; 상기 지지판(48)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104) 중 마주보는 적어도 한 쌍의 엑츄에이터들 구동으로 이동 변위를 갖는 미러(50)로 구성된다.
따라서, 본 발명은 구동용 엑츄에이터 사이에 센싱용 엑츄에이터를 구비시키는 광 스위치를 제조함으로써, 센싱용 엑츄에이터로 구동용 엑츄에이터의 구동범위에 대한 정보를 획득하고, 이 정보로 미러를 정밀히 제어하여, 재현성 있는 구동을 수행할 수 있는 효과가 발생한다.
Description
본 발명은 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동용 엑츄에이터 사이에 센싱용 엑츄에이터를 구비시키는 광 스위치를 제조함으로써, 센싱용 엑츄에이터로 구동용 엑츄에이터의 구동범위에 대한 정보를 획득하고, 이 정보로 미러를 정밀히 제어하여, 재현성 있는 구동을 수행할 수 있는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치에 관한 것이다.
최근, 광통신은 고속으로 정보를 전달하는 장점이 있어 급속한 속도로 발전되고 있다.
광통신을 수행하기 위해서는 전송선인 광섬유(optical fiber), 광섬유 커넥터(fiber optic connector), 광 스위치(optical switches)와 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기(transmitter)등의 인터페이스가 필요하다.
특히, 광 스위치는 정전인력에 의해 구동되는 마이크로 엑츄에이터의 변위를 이용하여 미러의 회동각도 또는 회동방향에 따라 반사각이 달라지게 함으로써, 입사되는 광을 반사시켜 'A' 광섬유에서 선택적으로 'B', 'C'의 광섬유로 광을 전달시키는 역할을 수행한다.
이 광 스위치는 프로젝션 텔레비전의 화상표시장치, 스캐너, 복사기 및 팩시밀리에 적용되고 있으며, 전화통신 및 디지털 데이터 네트워킹에도 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 광 스위치가 마이크로 엑츄에이터의 변위로 구동되는 상태를 도시한 개념도로써, 마이크로 엑츄에이터(25)가 동작되지 않은 상태에서는 마이크로 엑츄에이터(25)에 연결된 미러(26)는 제 1 광을 반사하여, 제 1 광섬유(27)로 전송한다.
그러나, 마이크로 엑츄에이터(25)가 동작되어, 미러(26)가 전진 이동한 경우에는, 미러(26)는 제 2 광을 반사하여, 제 2 광섬유(28)로 전송하게 되므로, 마이크로 구동기의 이동 변위로 광을 반사시켜 복수의 광섬유에 선택적으로 전송시킬 수 있게 된다.
그런데, 종래의 광 스위치는 미국 특허 US 6,320,707에 개시된 바와, 박막이 아닌 압전체를 리본형으로 만들어 미러를 동작시키는 형태를 취하고 있어, 소자의 제조 공정이 복잡하며, 압전체가 열화되는 문제점을 야기시킨다.
그리고, 재현성 있는 구동을 수행할 수 없으며, 정밀히 구동범위를 조절할 수 없는 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구동용 엑츄에이터 사이에 센싱용 엑츄에이터를 구비시키는 광 스위치를 제조함으로써, 센싱용 엑츄에이터로 구동용 엑츄에이터의 구동범위에 대한 정보를 획득하고, 이 정보로 미러를 정밀히 제어하여, 재현성 있는 구동을 수행할 수 있는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 지지부(10)와;
상기 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)과;
상기 지지판(48)에 각각 형성되고, 압전 캐패시터를 각각 포함하고 있는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)과;
상기 지지판(48)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104) 중 마주보는 적어도 한 쌍의 엑츄에이터들 구동으로 이동 변위를 갖는 미러(50)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는,
지지부(10)와;
상기 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)과;
상기 지지판(48)에 각각 형성되고, 압전 캐패시터를 각각 포함하고 있는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)과;
상기 지지판(48)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104) 중 마주보는 적어도 한 쌍의 엑츄에이터들 구동으로 이동 변위를 갖는 미러(50)로 구성된 단일 광스위치가 복수로 배열되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치가 제공된다.
도 1은 일반적인 광 스위치가 마이크로 엑츄에이터의 변위로 구동되는 상태를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 a-a'선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치를 2 X 2로 배열한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치가 광 스위칭을 하는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치의 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 지지부 20a,20b : 구동용 엑츄에이터
25 : 마이크로 구동기 27,201 : 제 1 광섬유
28,202 : 제 2 광섬유 30 : 센싱용 엑츄에이터
40,41 : 상부전극라인 42 : 하부전극라인
44 : 압전캐패시터 45 : 하부전극
46 : 압전막 47 : 상부전극
48 : 지지판
71,72,73,74,101,102,103,104 : 엑츄에이터
110,120,130,140 : 광스위치 150 : 하부전극패드
203 : 제 3 광섬유
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치의 평면도로써, 지지부(10)와; 상기 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)과; 상기 지지판(48)에 각각 형성되고, 압전 캐패시터를 각각 포함하고 있는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)과; 상기 지지판(48)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104) 중 마주보는 적어도 한 쌍의 엑츄에이터들 구동으로 이동 변위를 갖는 미러(50)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)은 두 개의 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)과, 그 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)의 사이에 있는 센싱용엑츄에이터(30)로 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 압전 캐패시터는 통상적인 하부전극, PZT와 같은 압전막, 상부전극으로 구성되어 있으며, 상기 지지부(10)의 상부에는 상기 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)의 상부전극라인(40)과, 상기 센싱용 엑츄에이터(30)의 상부전극라인(41)이 배선되어 있으며, 상기 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)과 센싱용 엑츄에이터(30)의 하부전극라인(42)이 배선되어 있어, 각 엑츄에이터들이 구동될 수 있도록 전압을 공급한다.
이렇게 구성된 본 발명의 제 1 실시예에서는, 한 쌍의 엑츄에이터들이 구동되는 것을 원칙으로 하며, 제 2 엑츄에이터(102)가 상부로 끌어올리는 작동을 수행하고, 제 4 엑츄에이터(104)가 하부로 끌어내리는 작동을 수행하면, 상기 미러(50)는 제 1과 2 엑츄에이터들(101,103)을 기준으로 변위가 발생되어, 최초에 있었던 위치에서의 광 반사 각도와 다르게 광을 반사함으로써, 광 스위치 역할을 수행할 수 있다.
물론, 최소한으로 미러(50)를 이동시키기 위하여, 미러(50)의 일측에 형성된 구동용 엑츄에이터들을 동작시킴으로써 미러(50)를 하부 및 상부로 이동시킬 수도 있다.
그리고, 본 발명은 센싱용 엑츄에이터를 구동용 엑츄에이터들의 사이에 구비하여, 구동용 엑츄에이터들이 구동으로 유기되는 전하(Charge)를 검출하여, 각 구동용 엑츄에이터들의 변위에 대하여 전압을 어떻게 인가를 하여야 될 것인가에 대한 데이터를 구축하여, 미러의 이동 변위를 정확히 조절할 수 있는 것이다.
도 3은 도 2의 a-a'선 단면도로써, 내부가 제거된 실리콘 기판(60)의 상부에 응력이 제어된 절연박막(61)이 형성되어 있고, 하부전극(45), 압전막(46), 상부전극(47)으로 이루어진 압전 캐패시터(44), 즉 구동용 엑츄에이터가 마주보고 있고, 상부전극(47)과 하부전극(45) 외측 사이에는 전극간의 절연을 위한 절연체 박막(49)이 형성되어 있으며, 상기 구동용 엑츄에이터 내측의 응력이 제어된 절연박막(61) 상부에는 미러(50)가 형성되어 있고, 외측에는 센싱용 엑츄에이터의 상부전극(41)이 형성되어 있다.
여기서, 도 3을 참조하여, 실리콘 기판(60)의 양측 부위는 미러(50)와 구동용 엑츄에이터를 지지하는 지지부(10)가 되고, 상기 응력이 제어된 절연박막(61)은 지지판(48)이 된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치를 2 X 2로 배열한 평면도로써, 도 2에 도시된 바와 같은 지지부에 지지되어 있는 구동용 엑츄에이터들과 센싱용 엑츄에이터들이 미러에 각각 연결되어 있도록 구성된 제 1 내지 4 광 스위치들(110,120,130,140)이 매트릭스(Matrix)형태로 배열되어 있고, 구동용 엑츄에이터들과 센싱용 엑츄에이터들을 각각 구동하기 위하여 전압을 인가하기 위한 전극라인들이 지지부에 배선되어 있다.
즉, 도 2에 도시된 단일 광스위치가 복수로 배열시켜, 2 X 2 뿐만 아니라, n X n의 광스위치를 제조할 수 있다.
또한, 상기 전극라인들은 지지부에 형성된 구동용 엑츄에이터 상부전극패드 ( 111a, 111b, 111c, 111d, 121a, 121b, 121c, 121d, 131a, 131b, 131c, 131d,141a, 141b, 141c, 141d), 센싱용 엑츄에이터 상부전극패드 ( 112a, 112b, 112c, 112d, 122a, 122b, 122c, 122d, 132a, 132b, 132c, 132d, 142a, 142b, 142c, 142d)와 구동용 엑츄에이터와 센싱용 엑츄에이터의 공통 하부전극패드(150)와 전기적으로 연결되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치가 광 스위칭을 하는 구성도로써, 최초에 엑츄에이터가 구동되지 않은 상태에서 제 1 광섬유(201)에서 입사되는 광은 제 1 각도( alpha 1, alpha 2)로 반사되어 제 2 광섬유(202)로 전달되었으나, 미러(51)와 연결된 엑츄에이터가 구동되면, 미러(51)가 하부로 이동되어, 제 1 광섬유(201)에서 입사되는 광은 제 2 각도( alpha3, alpha 4 )로 반사되어 제 3 광섬유(203)로 전달됨으로써, 광 스위칭을 수행하게 된다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치의 평면도로써, 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)의 상부에는 미러(50)가 형성되어 있으며, 이 미러(50)의 꼭지점 영역에 해당하는 지지판(48)의 상부에는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(71,72,73,74)이 각각 구비되어 있다.
물론, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(71,72,73,74)들은 전술된 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)과, 그 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)의 사이에 있는 센싱용 엑츄에이터(30)들을 각각 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(71,72,73,74) 중, 마주보는 한 쌍의 엑츄에이터들이 구동되어 즉, 제 1 엑츄에이터(71)가 상승하고, 제 4 엑츄에이터(74)가 하강함으로써, 미러(50)를 상, 하로 이동시킬 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 구동용 엑츄에이터 사이에 센싱용 엑츄에이터를 구비시키는 광 스위치를 제조함으로써, 센싱용 엑츄에이터로 구동용 엑츄에이터의 구동범위에 대한 정보를 획득하고, 이 정보로 미러를 정밀히 제어하여, 재현성 있는 구동을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (6)
- 지지부(10)와;상기 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)과;상기 지지판(48)에 각각 형성되고, 두 개의 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)과, 그 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)의 사이에 있는 센싱용 엑츄에이터(30)로 이루어지며, 압전 캐패시터를 각각 포함하고 있는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)과;상기 지지판(48)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104) 중 마주보는 적어도 한 쌍의 엑츄에이터들 구동으로 이동 변위를 갖는 미러(50)로 구성된 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 미러(50)가 형성된 지지판(48)은 사각형태이며,상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)은,상기 사각형태의 지지판(48)의 각각의 측면 중심영역에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 미러(50)가 형성된 지지판(48)은 사각형태이며,상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)은,상기 사각형태의 지지판(48)의 각각의 꼭지점 영역에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 압전 캐패시터는 하부전극, 압전막, 상부전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치.
- 지지부(10)와;상기 지지부(10)에 연결되어 부상된 지지판(48)과;상기 지지판(48)에 각각 형성되고, 두 개의 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)과, 그 구동용 엑츄에이터들(20a,20b)의 사이에 있는 센싱용 엑츄에이터(30)로 이루어지며, 압전 캐패시터를 각각 포함하고 있는 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104)과;상기 지지판(48)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 내지 4 엑츄에이터들(101,102,103,104) 중 마주보는 적어도 한 쌍의 엑츄에이터들 구동으로 이동 변위를 갖는 미러(50)로 구성된 단일 광스위치가 복수로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 압전 엑츄에이터를 이용한 미세 광 스위치.
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