KR100611958B1 - 마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치 및 이를 채용한 디스크 드라이브 헤드 서스펜션 조립체와 광학부재 구동장치 - Google Patents

마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치 및 이를 채용한 디스크 드라이브 헤드 서스펜션 조립체와 광학부재 구동장치 Download PDF

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Abstract

고정판과, 이 고정판의 일면에 대해 마주하도록 설치되어 그 고정판에 대해 상대회동되는 가동판을 포함하는 마이크로 액츄에이터의 구동방법에 있어서, 가동판에 대해 수직방향으로 유도자기장을 가하는 단계와; 가동판에 전류를 인가하여 유도자기장과의 사이에 전자기력을 발생시켜서 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과, 가동판에 평행하여 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 가동판이 회동되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치 및 이를 채용한 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체와 광학부재 구동장치가 개시된다.

Description

마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치 및 이를 채용한 디스크 드라이브 헤드 서스펜션 조립체와 광학부재 구동장치{Micro actuator and method of driving the apparatus and disk drive head suspension assembly with the apparatus and optical-member driving apparatus}
도 1은 종래 기술의 액츄에이터에 의한 거울구동장치를 나타내 보인 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터가 채용된 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체를 나타낸 개략적인 분리사시도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 마이크로 액츄에이터에서 가동판을 제1축에 대해 회동시키기 위해 자기회로에 전류를 인가한 상태를 나타낸 개략적인 분리사시도.
도 6은 도 2에 도시된 마이크로 액츄에이터의 구동시 슬라이더가 제1축에 대해 회동되는 상태를 나타내 보인 개략적 측면도.
도 7은 도 2에 도시된 마이크로 액츄에이터에서 가동판을 제2축에 대해 회동시키기 위해 자기회로에 전류를 인가한 상태를 나타낸 개략적인 분리사시도.
도 8은 도 2에 도시된 마이크로 액츄에이터의 구동시 슬라이더가 제2축에 대 해 회동되는 상태를 나타내 보인 개략적인 측면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터의 개략적인 분리사시도.
도 10은 도 9에 도시된 액츄에이터의 구동방법을 설명하기 위한 개략적인 분리사시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부재 구동장치를 나타내 보인 개략적인 분리사시도.
도 12는 본 발명이 다른 실시예에 따른 광학부재 구동장치를 나타내 보인 개략적인 분리사시도.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학부재 구동장치가 적용된 영상투사장치를 나타내 보인 개략적인 구성도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10..액츄에이터아암 11..로드빔
13..슬라이더 15..마이크로 액츄에이터
20..고정판 30..판스프링
31..가동판 33..몸체
35..연결판 35a,35b..제1, 제2힌지부
40..자기회로 41..제1자기코일
43..제2자기회로 45a,45b..제3자기회로
47a.47b..제3자기회로 50..광학부재
본 발명은 고정판에 대해 가동판을 상호 교차하는 두 축 각각에 대해 미세회동시키는 마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치와 이를 채용한 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 빛의 편향과 한 광속에 대한 변조는 물론 문자나 그림 등의 화상을 표시하기 위한 2차원 화상 변조기로 사용될 수 있는 광학부재를 교차하는 두 축 각각에 대해 회전요동시키는 광학부재 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스크 드라이브와 같은 기록/재생장치는 최근 소형화와 기억용량의 증대가 함께 추구되고 있으며, 이에 따라 디스크와 같은 기록매체의 트랙밀도(TPI;Track Per Inch)가 매년 약 60%씩 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 현재의 기술추세로는 다가오는 2000년에는 약 25,000TPI 수준의 기록매체가 출시될 것으로 예상된다. 이와 같은 트랙밀도의 증가와 디스크 회전수의 증가에 따라 기록재생수단인 헤드의 제어대역의 확대가 반드시 필요하며, 이를 위해 기존의 기록/재생장치에서 액츄에이터로 사용되는 보이스코일모터(VCM) 이외에 추가로 별도의 마이크로 액츄에이터가 요구된다. 즉, 기존의 액츄에이터는 상기 보이스코일모터의 피봇 베어링의 강성특성에 따라 약 2KHz 내지 3KHz에서 공진특성을 갖기 때문에 제어할 수 있는 주파수대역의 확장이 불가능하다. 따라서, 상기 보이스코일모터가 담당하지 못하는 약 500Hz 또는 1KHz 이상의 고역 주파수대역을 감당하기 위한 별도 의 마이크로 액츄에이터가 요구되는 것이다.
또한, 레이저 스캐너나 프린터 등에 채용될 수 있는 광학장치로서, 빛을 편향시키거나 변조시키기 위한 구동미러(Driving Mirror) 분야에서도 액츄에이터가 사용된다.
도 1은 본 출원인에 의해 출원된 미국특허 US 5,748,172에 개시된 거울구동장치의 개략적 사시도이다. 도시된 거울구동장치는 기판(1)과, 이 기판(1) 상에 일축에 대해 회동되도록 설치된 반사부재(2)를 구비하며, 상기 반사부재(2)는 기판(1)에 설치된 영구자석(3)과 반사부재(2)의 일면에 설치된 코일(미도시) 사이에서 발생되는 자기력에 의해 회동구동되는 구조를 갖는다.
그런데, 상기 구성의 거울구동장치는 반사부재(2)가 일축에 대해서만 회동될 수 있도록 기 때문에, 그 운동범위에 제약이 따르며 자유로운 자세변환이 곤란하다. 또한, 자기장을 형성시키기 위해 사용된 영구자석(3)은 기기의 소형화를 구현하는데 제약요소로 작용하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 고정판에 대해 상대적으로 움직임 가능한 가동판을 상호 교차하는 제1축과 제2축 각각에 회동시킬 수 있는 마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치와 이를 채용한 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체를 제공하는데 그 첫 번째 목적이 있다.
또한, 본 발명은 빛의 편향과 한 광속에 대한 변조 등에 사용되는 광학부재를 상호 교차하는 제1축과 제2축 각각에 대해 회동시키도록 개선된 광학부재 구동 장치를 제공하는데 그 두 번째 목적이 있다.
상기 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터 구동방법은, 고정판과, 이 고정판의 일면에 대해 마주하도록 설치되어 그 고정판에 대해 상대회동되는 가동판을 포함하는 마이크로 액츄에이터의 구동방법에 있어서, 상기 가동판에 대해 수직방향으로 유도자기장을 가하는 단계와; 상기 가동판에 전류를 인가하여 상기 유도자기장과의 사이에 전자기력을 발생시켜서 상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과, 상기 가동판에 평행하여 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유도자기장을 가하는 단계는, 상기 고정판의 상기 가동판에 대응되는 일면에 하나 이상의 권선된 제1자기코일을 설치하여 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전류인가단계는, 상기 제1축과 상기 제2축 각각에 대해 대칭되도록 4개의 권선된 제2자기코일을 상기 가동판에 설치하여 그 각각에 전류를 인가하여 자기력을 발생시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전류인가단계는, 상기 제1축에 대칭되도록 상기 가동판에 적어도 한 쌍의 제3자기코일을 설치하여 그 각각에 반대방향으로 전류를 인가하여 발생하는 자기력에 의해 상기 광학부재가 제1축에 대해 회동되도록 하는 제1단계; 및 상기 제2축에 대칭되도록 상기 가동판에 적어도 한 쌍의 제4자기코일을 설치하여 그 각각에 반대방향으로 전류를 인가하여 발생하는 자기력에 의해 상기 가동판이 상기 제2축에 대해 회동되도록 하는 제2단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터는, 고정판과; 상기 고정판의 일면에 대면되게 설치되며, 그 고정판에 대해 움직임 가능한 가동판과; 상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 가동판의 일면에 대해 평행하며 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연결하는 판스프링; 및 상기 가동판과 상기 고정판 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 가동판을 상기 X축 및 Y축에 대해 회동시키는 자기회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체는, 디스크의 트랙에 정보를 기록/재생하기 위한 헤드를 지지하여 상기 트랙을 가로지르는 트랙방향으로 이동시키기 위한 것으로, 상기 트랙방향으로 회동가능한 액츄에이터아암의 단부에 결합된 로드빔과; 상기 로드빔에 지지되며 상기 헤드를 가지는 슬라이더와; 상기 슬라이더를 상기 로드빔에 대해 움직임 가능하게 미세구동시키는 마이크로 액츄에이터;를 포함하는 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체에 있어서, 상기 마이크로 액츄에이터는, 상기 로드빔의 단부에 설치되는 고정판과; 상기 고정판의 일면에 대면되게 설치되며, 상기 슬라이더를 지지하여 상기 고정판에 대해 움직임 가능한 가동판과; 상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 가동판의 일면에 대해 평행하여 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연 결하는 판스프링; 및 상기 가동판과 상기 고정판 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 가동판을 상기 X축 및 Y축에 대해 회동시키는 자기회로;를 포함하여, 상기 슬라이더가 상기 가동판과 함께 상기 제1축과 제2축에 대해 미세회동되는 것을 특징으로 한다.
상기 두 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학부재 구동장치는, 고정판과; 상기 고정판에 인접설치되며, 빛을 반사시키는 반사면을 가지는 광학부재와; 상기 고정판의 일면에 대면되도록 설치되며, 상기 광학부재의 비반사면을 지지한 채 상기 고정판에 대해 상대적으로 움직임 가능한 가동판과; 상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 반사면에 평행하며 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 그 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연결하는 판스프링; 및 상기 가동판과 상기 고정판 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 가동판을 상기 X축 및 Y축에 대해 회동요동시키는 자기회로;를 포함하여, 상기 광학부재가 상기 가동판과 전자기력에 의해 함께 회전요동되면서 빛을 편향시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 두 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 광학부재 구동장치는, 고정판과; 상기 고정판 상에 배열되며, 빛을 반사시키는 반사면을 가지는 복수의 광학부재와; 상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 제1축에 교차하며 상기 반사면에 평행한 제2축 각각에 대해 상기 광학부재가 회전요동 가능하도록 그 광학부재들 각각을 상기 고정판에 지지시키는 지지수단; 및 상기 고정판과 상기 광학부재들 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 광학부재들이 상기 제1축 및 상기 제2축에 대해 각각 독립적으로 회동될 수 있도록 하는 자기회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터 구동방법 및 그 장치와, 이를 채용한 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터가 채용된 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체를 나타내 보인 개략적 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 각각 참조하면, 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체는 디스크(D)의 트랙에 정보를 기록/재생하기 위한 헤드(미도시)를 지지한 채 상기 트랙을 가로지르는 트랙방향(T)으로 미세하게 이동시키기 위한 것이다. 이러한 헤드 서스펜션 조립체는, 액츄에이터아암(10)의 단부에 결합된 로드빔(11)과, 상기 헤드를 지지한 채 디스크(D) 위를 이동하도록 로드빔(11)의 단부에 지지되는 슬라이더(13) 및 상기 슬라이더(13)와 로드빔(11) 사이에 설치되어 그 슬라이더(13)를 미세구동시키는 마이크로 액츄에이터(15)를 구비한다.
상기 마이크로 액츄에이터(15)는 로드빔(11)의 단부에 설치되는 고정판(20)과, 상기 고정판(20)의 일면에 대면되게 설치되는 가동판(31)과, 고정판(20)과 가동판(31)을 연결하는 판스프링(30) 및 자기회로(40)를 구비한다.
상기 고정판(20)은 가동판(31)에 대면되는 일면에 대해 인입형성된 공간부(21)를 갖는다. 이 공간부(21)는 상기 가동판(31)이 간섭 없이 움직일 수 있 도록 마련된 이동공간이다. 이러한 공간부(21)의 내면에는 후술할 제1자기코일() 한 쌍이 상기 가동판(31)의 일면에 대응되도록 설치된다.
상기 가동판(31)은 얇은 판구조로서 고정판(20)에 대해 상대적으로 움직임 가능하게 설치된다. 또한, 상기 가동판(31)의 배면에는 상기 슬라이더(13)가 부착되어 지지된다.
상기 판스프링(30)은, 상기 가동판(31)이 제1축(x)과 제2축(y) 각각에 대해 독립적으로 회동될 수 있도록, 고정판(20)과 가동판(31)을 탄력적으로 연결하기 위한 것이다. 여기서, 상기 제1축(x)은 고정판(20)의 일면에 평행한 기준축이며, 상기 제2축(y)은 가동판(31)의 일면에 평행하고 상기 제1축(y)에 교차하는 기준축을 나타낸다. 본 실시예에서는 상기 각 축(x,y)이 직각으로 교차된다. 상기 판스프링(30)은 고정판(20)의 테두리부에 결합되며 중앙부위에 가동판(31)이 이동가능하게 수용되는 수용부(33a)를 가지는 루프형의 몸체(33)와, 이 몸체(33)와 가동판(31) 사이에 설치되는 루프형의 연결판(35)을 구비한다. 상기 연결판(35)은 제1축(x) 상에서 상기 몸체(33)와 힌지결합되는 제1힌지부(35a)와, 제2축(y) 상에서 가동판(33)과 힌지결합되는 제2힌지부(35b)를 가진다. 상기 제1힌지부(35a)는 수용부(33a)의 내측면과 연결판(35)의 외측면 각각을 제1축(x) 상에서 연결하도록 한 쌍의 마련된다. 또한, 상기 제2힌지부(35b)는 연결판(35)의 내측면과 가동판(31)의 외측면을 제2축(y) 상에서 연결하도록 한 쌍의 마련된다. 이러한 각 힌지부(35a)(35b)는 가동판(31)의 제1축(x)과 제2축(y)에 대해 회동되도록 탄력적으로 변형가능하다. 또한, 이러한 구조의 판스프링(30)과 가동판(31) 각각은 제조 공정 및 내구성 향상을 위해 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 자기회로(40)는, 가동판(31)이 전자기력에 의해 제1축(x)과 제2축(y)에 대해 회동될 수 있도록, 고정판(20)과 가동판(31) 사이에 그 전자기력을 발생시키기 위한 것이다. 이러한 자기회로(40)는 상기 공간부(21a) 내면에 설치되는 제1자기코일(41)과, 상기 제1자기코일(41)에 대응되도록 가동판(31)의 일면에 설치되는 제2자기코일(43)을 구비한다. 상기 제1자기코일(41)은 한 쌍이 가동판(20)의 일면에 대해 수직방향으로 유도자기장을 발생시키기 위한 것으로 하나 이상이 권선되어 마련된다. 본 실시예에서는 한 쌍의 제1자기코일(41)이 동일방향으로 권선되어 설치되어 있다. 상기 제2자기코일(43)은 4개가 마련되며, 그 각각은 제1축(x)과 제2축(y) 각각에 대해 상호 대칭되도록 설치된다. 또한, 상기 제2자기코일(43) 각각은 독립적으로 구동될 수 있도록 별도의 인출선을 가지거나, 병렬로 연결된다. 그리고, 제2자기코일(43)의 인출선은 상기 제1힌지부(35a)와 제2힌지부(35b)를 통해 외부로 인출될 수 있다.
또한, 상기 자기코일들(42)(43)은 고정판(20)과 가동판(31) 각각에 금속박막을 코팅하고 이를 소정의 패턴으로 식각처리함으로써 형성된 코일도전층일 수도 있다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터 및 헤드 서스펜션 조립체의 구동방법을 도 5내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 제2자기코일(43) 각각에 서로 다른 도면부호 43a, 43b, 43c, 43d를 부여한다.
먼저, 가동판(31)을 제1축(x)에 대해 회동시키는 방법을 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2자기코일(41) 각각에 동일방향으로 전류를 인가하여 가동판(31)에 수직방향으로 유도자기장(α)을 형성시킨다. 이어서, 제1축(x)을 기준으로 동일방향에 설치된 제2자기코일들(43a,43b)과 나머지 제2자기코일들(43c,43d) 각각에 서로 다른 방향으로 전류를 인가한다. 그러면, 상기 유도자기장(α)의 범위내에서 상기 제2자기코일들(43a,43b)에 의해 발생되는 자기력(β1)과 타측 제2자기코일들(43c,43d)에 의해 발생되는 자기력(β2)은 제1축(x)을 기준으로 서로 반대방향이 된다. 따라서, 가동판(31)은 제1힌지부(35a)를 탄력적으로 비틀면서 도 6에 가상선으로 도시된 바와 같이, 제1축(x)을 중심으로 A방향으로 미세 회동된다. 그리고, 그 가동판(31)에 지지된 슬라이더(13)도 함께 회동된다.
한편, 상기 A방향으로 회동되도록 각 제2자기코일(43a,43b,43c,43d)에 인가되었던 전류의 방향을 반대방향으로 전환시키면, 상기 가동판(31)은 A방향의 반대방향으로 회동된다.
계속해서 가동판(31)을 제2축(y)에 대해 회동시키는 방법을 설명한다. 상기 유도자기장(α)이 형성된 상태에서, 제2축(y)에 대해 서로 대칭되는 제2자기코일들(43a,43d)과 나머지 제2자기코일들(43b,43c) 각각에 서로다른 방향으로 전류를 인가한다. 그러면, 유도자기장(α)의 범위내에서 상기 제2자기코일들(43a,43d)에 의해 발생되는 자기력(β1)과 나머지 제2자기코일들(43b,43c)에 의해 발생되는 자기력(β2)은 서로 다른 방향으로 작용한다. 따라서, 가동판(31)은 제2힌지부(35b)를 탄력적으로 비틀면서 도 8에 가상선 으로 도시된 바와 같이, 제2축(y)을 중심으로 B방향으로 미세회동된다. 여기서도 가동판(31)은 전류인가방향을 바꿔줌으로써 상기 B방향의 반대방향으로 회동될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터는 가동판(31)을 제1축(x)과 제2축(y) 각각에 대해 독립적으로 회동시킬 수 있어서 운동의 자유도가 높고 정밀제어가 가능하다. 따라서, 기록/재생장치인 디스크 드라이브에 채용될 경우, 고밀도의 디스크 상에서 슬라이더를 정밀구동시킬 수 있게 된다. 즉, 종래에 보이스코이모터에 의해 제어하기 힘든 500Hz 내지 1KHz 대역에서의 제어가 가능하게 된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터를 나타낸 분리사시도이다. 도면을 참조하면, 마이크로 액츄에이터는 고정판(20)과 가동판 사이에 전자기력을 발생시키기 위한 자기회로로서, 고정판(20)에 설치된 한 쌍의 제2자기회로(45a,45b)와, 가동판(31)에 설치된 한 쌍의 제4자기회로(47a,47b)를 구비하는 데 특징이 있다. 여기서, 앞서 도 2에 에 도시된 도면의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일 기능을 갖는 동일부재이다.
상기 제3자기회로들(45a,45b)은 제1축(x)에 대해 대칭되도록 고정판(20)에 설치된다. 또한, 제3자기회로들(45a,45b)은 서로 반대방향으로 사각형의 형상을 갖도록 권선되어 설치된다. 상기 제4자기회로들(47a,47b)은 제2축(y)에 대해 대칭되도록 가동판(31)의 일면에 설치된다. 또한, 제4자기회로들(47a,47b)도 서로 반대방향으로 사각형의 형상을 갖도록 권선되어 설치된다. 이러한 제3 및 제4자기회로(45a,45b)(47a,47b)들 각각은 독립적으로 구동되도록 병렬 연결된다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 액츄에이터의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
가동판(31)을 제1축(x)에 대해 회동시키는 방법을 설명하면, 우선 상기 제3자기회로(45a,45b) 각각에는 서로 다른 방향으로 전류를 인가하고, 이어서 제4자기회로(47a,47b) 각각에는 동일한 방향으로 전류를 인가한다. 그러면, 제4자기회로(47a,47b)에 의해 가동판(31)에 수직방향으로 유도자기장(α)이 형성된다. 그리고, 이 유도자기장(α)의 범위내에서, 상기 제3자기회로(45a,45b) 각각에 의해 발생되는 자기력들(β1,β2)은 제1축(x)을 기준으로 서로 반대방향이 된다. 따라서, 가동판(31)은 유도자기장(α)과 자기력(β1)의 반발력에 의해 제1축(x)을 중심으로 A방향으로 미세 회동된다.
계속해서, 도 10을 참조하여 가동판(31)을 제2축(y)에 대해 회동시키는 방법을 설명한다. 이 경우에는, 먼저 제3자기코일(45a,45b) 각각에 동일한 방향으로 전류를 인가한다. 이와 같이 하면 가동판(31)의 일면에 수직방향으로 유도자기장(α)을 형성된다. 이어서, 상기 제4자기코일(47a,47b) 각각에 서로 다른 방향으로 전류를 인가한다. 그러면, 상기 유도자기장(α)의 범위 내에서, 일측의 제4자기코일(47a)에 의해 발생되는 자기력(β1)과, 타측의 제4자기코일(47b)에 의해 발생되는 자기력(β2)은 서로 반대방향이 된다. 따라서, 가동판(31)은 상기 자기력(β2)에 의해 제2축(y)을 중심으로 B방향으로 미세 회동된다.
도 11에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부재 구동장치는 빛(L)을 편향시키거나 한 광속에 대한 변조 등을 위한 광학부재(50)를 제1축(x)과 제2축(y) 각각에 대해 회전요동되게 구동시키기 위한 것이다. 이러한 광학부재 구동용 액츄에이터는 도시된 바와 같이, 고정판(20)에 대해 탄력적으로 움직임 가능하게 연결된 가동판(31)에 결합된 광학부재(50)를 구비한다. 이 광학부재(50)는 빛(L)을 반사시키는 반사면(51)을 가지며, 반대측의 비반사면이 가동판(31)에 부착된다. 또한, 상기 광학부재(50)는 가동판(31)의 일면에 빛을 반사시키는 반사막을 코팅함에 의해 마련될 수 있다.
한편, 상기 가동판(31)은 제1힌지부(35a)와 제2힌지부(35b)를 가지는 판스프링(30)에 의해 고정판(20)에 대해 움직임 가능하게 연결된다. 이러한 가동판(31)은 고정판(20)에 설치된 제1자기회로(41)와 가동판(31)에 설치된 제2자기회로들(미도시)의 구동시 발생하는 자기력에 의해 구동된다. 여기서, 앞서 도 2에 도시된 도면의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일 기능을 갖는 동일 부재이다.
상기 구성을 가지는 광학부재 구동장치는, 도 2에 도시된 마이크로 액츄에이터와 동일한 방법으로 구동되며, 구동시 가동판(31)과 광학부재(50)가 일체로 정밀구동되는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광학부재 구동장치는, 예를 들어 반도체 웨이퍼의 성장과 금속막의 증착 및 식각 등, 박막처리기술에 의하여 박형으로 초미세하게 제작가능하다. 따라서, 기록재생용 광픽업에 광신호 변조기로서 이용될 수 있다.
또한, 상기 구성의 광학부재 구동장치는 제1자기코일(41)이 코팅 또는 도금된 고정판(20)과, 반사면(51)을 가지는 광학부재(50)를 포함한 가동판(31)을 소위 엠이엠에스(MEMS;Microeltromechanical system) 제작기술에 의해 쉽게 구현할 수 있기 때문에 저가격으로 대량생산이 가능하다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학부재 구동장치로서, 화상표시를 위한 2차원 화상변조기(61)의 개략적 평면도이다. 이 장치는 빛을 반사시키는 광학부재(50)가 화소단위로 구비되어 넓은 고정판(31) 즉, 공통기판 상에 바둑판 무늬형태로 다수개가 어레이 배치된 것이다. 즉, 상기 어레이된 광학부재들(50)은 도 11을 통해 설명된 바와 같이 판스프링(30)과 가동판(31)을 포함하는 지지수단에 의해 고정판(20)에 대해 제1축(x)과 제2축(y)을 중심으로 회동 가능하게 지지된다. 상기 가동판(31)은 제1힌지부(35a)와 제2힌지부(35b)의 탄성변형에 의해 움직임이 가능하다. 또한, 상기 가동판의 이면에는 제2자기코일이 설치되어 있으며, 그 가동판에 대응되는 고정판(20)의 일면에는 광학부재(50) 각각에 대해 균일한 유도자기장을 형성하도록 제1자기코일이 설치되어 있다.
이와 같은 화상변조기(61)로 구성된 본 발명의 광학부재 구동장치는, 도 13에 도시된 바와 같은 영상투사장치에 채용될 수 있다. 즉, 상기 화상변조기(61)는 광원(60)과 결상렌즈(63) 사이의 광경로 상에 배치되고, 화상신호를 근거로 각 광학부재를 선택구동하는 구동회로(65)와 연결된다. 따라서, 광원(60)으로부터 조사된 광은 화상변조기(61)에서 변조되고, 결상렌즈(63)에서 결상되어 전방의 대형 스크린(67)에 투사되는 것이다. 이 때, 화상변조기(61)에서 변조되는 광은 광학부재(50)의 미세구동에 의해 정밀하게 변조될 수 있기 때문에 스크린(67)에 투사되는 화면의 질이 향상된다.
한편, 본 실시예에 따른 광학부재 구동장치는 화상변조 뿐 아니라, 입사하는 광을 부분적으로 편향시키는 것으로써 그 빛의 세기를 조절하는 조광기로서도 이용이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터 및 그 구동방법은 자기력을 이용하여 고정판에 대한 가동판의 미세구동이 가능하다. 따라서, 정밀구동이 요구되는 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체에 있어서, 고역 주파수 대역에서의 슬라이더에 대한 미세구동이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 광학부재를 구동함에 있어서, 종래와는 달리 광학부재의 움직임에 대한 자유도가 향상되고, 안정감 있고 정밀성을 갖는 동작특성을 발휘하여 특히 광학분야에서 다양한 광학계구성이 쉽게 구현되도록 할 수 있다.

Claims (22)

  1. 고정판과, 이 고정판의 일면에 대해 마주하도록 설치되어 그 고정판에 대해 상대회동되는 가동판을 포함하는 마이크로 액츄에이터의 구동방법에 있어서,
    상기 가동판에 대해 수직방향으로 유도자기장을 가하는 단계와;
    상기 가동판에 전류를 인가하여 상기 유도자기장과의 사이에 전자기력을 발생시켜서 상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과, 상기 가동판에 평행하여 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터 구동방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도자기장을 가하는 단계는,
    상기 고정판의 상기 가동판에 대응되는 일면에 하나 이상의 권선된 제1자기코일을 설치하여 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터 구동방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전류인가단계는,
    상기 제1축과 상기 제2축 각각에 대해 대칭되도록 4개의 권선된 제2자기코일을 상기 가동판에 설치하여 그 각각에 전류를 인가하여 자기력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터 구동방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전류인가단계는,
    상기 제1축에 대칭되도록 상기 가동판에 적어도 한 쌍의 제3자기코일을 설치하여 그 각각에 반대방향으로 전류를 인가하여 발생하는 자기력에 의해 상기 광학부재가 제1축에 대해 회동되도록 하는 제1단계; 및
    상기 제2축에 대칭되도록 상기 가동판에 적어도 한 쌍의 제4자기코일을 설치하여 그 각각에 반대방향으로 전류를 인가하여 발생하는 자기력에 의해 상기 가동판이 상기 제2축에 대해 회동되도록 하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터 구동방법.
  5. 고정판과;
    상기 고정판의 일면에 대면되게 설치되며, 그 고정판에 대해 움직임 가능한 가동판과;
    상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 가동판의 일면에 대해 평행하며 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연결하는 판스프링; 및
    상기 가동판과 상기 고정판 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 가동판을 상기 X축 및 Y축에 대해 회동시키는 자기회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자기회로는,
    상기 고정판의 일면에 권선되어 설치되며, 상기 가동판의 일면에 대해 수직방향으로 유도자기장을 발생시키는 하나 이상의 제1자기코일; 및
    상기 유도자기장의 범위 내에 위치되며 상기 제1축 및 상기 제2축 각각에 대해 대칭되도록 상기 가동판에 권선되어 설치되며, 각각 독립적으로 구동되면서 자기력을 발생시키는 4개의 제2자기코일;을 포함하여,
    상기 각 코일간의 전자기력에 의해 상기 가동판이 제1축 또는 제2축에 대해 회동되는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  7. 제5항에 있어서, 상기 자기회로는,
    한 쌍이 상기 제1축 또는 상기 제2축에 대해 대칭되도록 상기 고정판에 설치 되며, 각각 독립적으로 구동되어 상기 가동판의 일면에 대해 수직방향으로 유도자기장을 형성시키는 제3자기코일; 및
    한 쌍이 나머지 한 축에 대해 대칭되도록 상기 가동판에 설치되며, 각각 독립적으로 구동되어 자기력을 발생시키는 제4자기코일;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고정판의 상기 가동판에 마주하는 일면에는 그 가동판의 회동운동을 위해 공간부가 인입형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  9. 제5항에 있어서, 상기 판스프링은,
    상기 고정판의 테두리부에 결합되며, 중앙부위에 상기 가동판을 수용하는 수용부가 형성된 루프형의 몸체와;
    상기 몸체와 상기 가동판 사이에 설치되며, 상기 몸체와 상기 제1축상에서 힌지결합되는 제1힌지부와, 상기 가동판과는 상기 제2축상에서 힌지결합되는 제2 힌지부를 가지는 루프형 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1축 힌지부는 상기 수용부의 내측면과 상기 가동판의 외측면 각각을 연결하도록 한 쌍이 마련되며,
    상기 제2축 힌지부는 상기 연결판의 내측면과 상기 가동판의 외측면 각각을 연결하도록 한 쌍이 마련된 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 몸체와 상기 연결판 및 상기 가동판은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1축과 상기 제2축은 상호 직각으로 교차하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
  13. 고정판과;
    상기 고정판에 인접설치되며, 빛을 반사시키는 반사면을 가지는 광학부재와;
    상기 고정판의 일면에 대면되도록 설치되며, 상기 광학부재의 비반사면을 지지한 채 상기 고정판에 대해 상대적으로 움직임 가능한 가동판과;
    상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 반사면에 평행하며 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 그 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연결하는 판스프링; 및
    상기 가동판과 상기 고정판 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 가동판을 상기 X축 및 Y축에 대해 회동요동시키는 자기회로;를 포함하여,
    상기 광학부재가 상기 가동판과 전자기력에 의해 함께 회전요동되면서 빛을 편향시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 자기회로는,
    상기 고정판의 일면에 권선되어 설치되며, 상기 가동판의 일면에 대해 수직방향으로 유도자기장을 발생시키는 하나 이상의 제1자기코일; 및
    상기 유도자기장의 범위 내에 위치되며 상기 제1축 및 상기 제2축 각각에 대해 대칭되도록 상기 가동판에 권선되어 설치되며, 각각 독립적으로 구동되면서 자기력을 발생시키는 4개의 제2자기코일;을 포함하여,
    상기 각 코일간의 전자기력에 의해 상기 가동판이 X축 또는 Y축에 대해 회동되는 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 자기회로는,
    한 쌍이 상기 제1축 또는 상기 제2축에 대해 대칭되도록 상기 고정판에 설치되며, 각각 독립적으로 구동되어 상기 가동판의 일면에 대해 수직방향으로 유도자기장을 형성시키는 제3자기코일; 및
    한 쌍이 나머지 한 축에 대해 대칭되도록 상기 가동판에 설치되며, 각각 독립적으로 구동되어 자기력을 발생시키는 제4자기코일;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 고정판의 상기 가동판에 마주하는 일면에는 그 가동판의 회동운동을 위해 공간부가 인입형성된 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 판스프링은,
    상기 고정판의 테두리부에 결합되며, 중앙부위에 상기 가동판을 수용하는 수용부가 형성된 루프형의 몸체와;
    상기 몸체와 상기 가동판 사이에 설치되며, 상기 몸체와 상기 제1축상에서 힌지결합되는 제1힌지부와, 상기 가동판과는 상기 제2축상에서 힌지결합되는 제2 힌지부를 가지는 루프형 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1힌지부는 상기 수용부의 내측면과 상기 가동판의 외측면 각각을 연결하도록 한 쌍이 마련되며,
    상기 제2힌지부는 상기 연결판의 내측면과 상기 가동판의 외측면 각각을 연결하도록 한 쌍이 마련된 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 몸체와 상기 연결판 및 상기 가동판은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  20. 고정판과;
    상기 고정판 상에 배열되며, 빛을 반사시키는 반사면을 가지는 복수의 광학부재와;
    상기 광학부재의 비반사면이 결합되며 상기 고정판과 대면되게 설치되어 그 고정판에 대해 상대적으로 움직임 가증한 복수개의 가동판과;
    상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 가동판의 일면에 대해 평행하며 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연결하는 판스프링; 및
    상기 고정판과 상기 광학부재들 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 광학부재들이 상기 제1축 및 상기 제2축에 대해 각각 독립적으로 회동될 수 있도록 하는 자기회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 판스프링은,
    상기 고정판에 결합되며, 중앙부위에 상기 가동판을 수용하는 수용부가 형성된 루프형의 몸체와;
    상기 몸체와 상기 가동판 사이에 설치되며 상기 몸체와 상기 제1축상에서 힌지결합되는 제1힌지부 및 상기 가동판과는 상기 제2축상에서 힌지결합되는 제2힌지부를 가지는 루프형 연결판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재 구동장치.
  22. 디스크의 트랙에 정보를 기록/재생하기 위한 헤드를 지지하여 상기 트랙을 가로지르는 트랙방향으로 이동시키기 위한 것으로, 상기 트랙방향으로 회동가능한 액츄에이터아암의 단부에 결합된 로드빔과; 상기 로드빔에 지지되며 상기 헤드를 가지는 슬라이더와; 상기 슬라이더를 상기 로드빔에 대해 움직임 가능하게 미세구동시키는 마이크로 액츄에이터;를 포함하는 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체에 있어서,
    상기 마이크로 액츄에이터는,
    상기 로드빔의 단부에 설치되는 고정판과;
    상기 고정판의 일면에 대면되게 설치되며, 상기 슬라이더를 지지하여 상기 고정판에 대해 움직임 가능한 가동판과;
    상기 고정판의 일면에 대해 평행한 제1축과 상기 가동판의 일면에 대해 평행하여 상기 제1축에 교차하는 제2축 각각에 대해 상기 가동판이 회동될 수 있도록 상기 가동판과 상기 고정판을 탄력적으로 연결하는 판스프링; 및
    상기 가동판과 상기 고정판 사이에 전자기력을 발생시켜 상기 가동판을 상기 X축 및 Y축에 대해 회동시키는 자기회로;를 포함하여,
    상기 슬라이더가 상기 가동판과 함께 상기 제1축과 제2축에 대해 미세회동되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드 서스펜션 조립체.
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