KR100660185B1 - 마이크로 구동기와 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 마이크로 구동기는 베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와; 상기 피구동체의 적어도 일측에 설치되며 상호 이격되는 복수개의 이동전극과; 상기 이동전극과 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부를 가지며, 상호 전기적으로 분리되어 이동전극과의 사이에 정전기력을 발생시키기 위한 고정전극을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

초소형 구동기, 고정전극, 이동전극,

Description

마이크로 구동기와 그 구동방법{discrete microactuator and method of operation thereof}

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 구동기의 평면도,

도 2는 고정전극의 디지털 인가전압값과 피구동체의 변위를 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 구동기의 다른 실시예를 나타낸 평면도,

도 4는 고정전극의 디지털 인가전압값과 피구동체의 변위를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 마이크로 구동기의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도,

도 6은 고정전극의 디지털 인가전압값과 피구동체의 변위를 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 마이크로 구동기의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도,

도 8은 고정전극의 디지털 인가전압값과 피구동체의 변위를 나타낸 그래프,

도 9, 11, 13, 15, 17, 19는 본 발명에 따른 마이크로 구동기의 고정전극과 이동전극의 실시예들을 나타낸 단면도,

도 10, 12, 14, 16, 18, 20은 고정전극과 이동전극의 형상에 따른 피 구동체의 변위와 디지털 전압값과의 관계를 나타낸 그래프.

본 발명은 마이크로 구동기에 관한 것으로, 더 상세하게는 미소한 물체의 이동을 위해 초정밀 제어가 가능한 초소형 구동기 및 이의 구동방법 (micromachined moving stage and method of operation thereof) 에 관한 것이다.

최근 정보 기술 (IT: Information Technology), 생명 기술 (BT: Bio Technology), 나노 기술(NT: Nano Technology)이 상호간에 영향을 받으면서 차세대의 산업기술로서 주목을 받고 있다. 이러한 차세대 기술분야 중 나노 기술은 원자나 분자 크기를 가진 미소한 바이오 물질의 구조와 특성을 분석하고 이를 조작하거나 제어하는 기술로서, 미래의 산업 발전을 위한 교두보가 될 것으로 예측된다. 또 한 정보소자에 있어서도 정밀한 미소 구동을 통하여 광스위치 및 광감쇠기의 성능을 향상시키고 있다.

이와 같은 초소형 물질 및 정밀 구동을 위해서는 정밀한 나노 측정(metrology) 및 이송을 위한 조작(manipulation)기술이 필수적으로 요구된다. 나노측정에 있어서, 탐침(probe)을 스캐닝(scanning)하는 방식을 이용하여 여러 물리량을 측정할 수 있는 다양한 형태의 현미경으로 발전된 것을 통칭하여 스캐닝 프로브 마이크로스코프(scanning probe microscope; SPM)라 한다. 이러한 SPM의 기본 구조는 끝이 매우 날카로운(곡률 반경 10nm 이하) 팁(tip)을 가진 탐침과 이를 시료 위에 스캐닝 할 수 있게 하는 스캐너, 그리고 이들을 제어하고 신호를 받아 처리하는 제어 및 정보처리 시스템으로 구성된다.

이러한 탐침(probe) 응용 및 광소자의 특성 개선에 에 필요한 정밀 구동에는 압전 소자가 주로 사용되고 있으나, 향후에 보다 넓은 응용 범위, 정밀한 조작 및 위치제어 다양한 필요성에 대비하기 위해서는 구동 스테이지의 초 소형화 및 고성능화가 반드시 선행되어야 한다. 이를 위하여 MEMS(Micro Electro Mechanical System)에서 미소화 및 정밀화가 더욱 진행되어 나노 해상도(resolution)를 가지는 초소형 구동기술이 연구되고 있다.

미국특허 제 5,025,346호에는 정전력 구동 방식의 구동기가 개시되어 있다.

개시된 정전력 구동기는 전기적 신호 잡음으로 인하여 정확한 위치결정이 어렵다는 단점이 있다

새로운 시도로서 인치웜(inchworm)으로 구동되는 평행판 정전력 모터가 개발 되었으나 이 또한 기어의 치차와 같은 구조가 노광공정의 제작상의 한계로 인하여 나노 단위의 위치를 결정할 수 없다는 문제점을 지니고 있다.

한국 공개 특허 제2003-0027435호에는 마이크로 구동기의 일예가 개시되어 있다.

개시된 구동기는 상부측에 소정의 폭과 길이로 된 2개의 연동바가 회전목관절을 중앙으로 하여 회동 가능하게 연결되고, 각 연동바의 타측단부에 각각에 하나의 구동 증폭바가 회전 어깨관절로 회동 가능하게 연결되어 기판위에 부양되고, 두 구동 증폭바는 소정의 간격을 갖고 나란히 배치되어 각각의 자유단부가 기판에 회전고정관절로 회동 가능하게 고정되어, 전체적으로 대략 5각형 형태를 취하여 2자유도 움직임을 갖는다.

이러한 구동기는 구동방식에 따라 디지털 구동방식과 아날로그 구동방식이 있다. 디지털 구동방식의 특성은 선형성을 가지고 입력 전압이 노이즈에 관계없이 정확한 위치제어가 가능하다. 그리고 아날로그 방식의 구동기와 비교하였을 때, 정확한 위치제어에 필요한 전자 회로의 구성이 간단하다는 장점이 있다. 이러한 디지털 방식의 구동기는 각 단계의 구동거리가 일정하기 때문에 입력신호에 대한 선형적인 함수는 쉽게 구현 가능하지만, 비선형적인 함수의 구현이 어렵다. 뿐만 아니라 종래 디지털 방식의 마이크로 구동기는 구동방향에 수직한 방향으로의 구동이 불안정하며, 또한 스톱퍼에 의해 구동의 변위가 결정되기 때문에 스톱퍼의 제작 고정상의 오차가 구동기의 변위 오차로 반영된다는 단점이 있다. 또한 구동방향의 수직 방향에 대한 불안정성을 극복하기 위하여 구동방향으로의 강성을 증가시킬 수 있으나 전압이 결정되지 않은 불안정한 전극이 존재한다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디지털 입력에 따른 선형 및 비선형의 구동이 가능하며, 디지털 입력에 대하여 비선형 함수에 따른 구동이 가능한 마이크로 구동기 및 그 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 상대적으로 간단하며 구동에 따른 변위 오차가 그 제조시 각 공정에 따른 오차의 영향을 실질적으로 받지 않은 마이크로 구동기와 그 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로 구동기는

베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드 상의 피구동체와;

상기 피구동체의 적어도 일측에 설치되며 상호 이격되는 복수개의 이동전극과;

상기 이동전극과 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부를 가지며, 상호 전기적으로 분리되어 이동전극과의 사이에 정전기력을 발생시키기 위한 고정전극을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전기적으로 분리된 고정전극들 중 동전위가 인가되는 고정전극의 수는 피구동체의 이동방향으로 점차적으로 증가 하도록 함이 바람직하다. 그리고 상기 이동전극의 양측면과 상기 이동전극의 양측과 대응되는 고정전 극의 삽입부 내주면의 적어도 일측이 상기 고정전극에 대해 이동전극의 이동시 정전력이 비선형을 이루도록 곡선 또는 파형으로 이루어진다.

대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 구동기는,

베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와;

상기 피구동체의 양측으로 대칭적으로 연장되는 연장부들과, 상기 연장부들로부터 피구동체의 이동방향으로 연장되는 피구동체의 이동방향으로 연장되며 고정 또는 접지전압이 인가되는 이동전극들과;

상기 각 이동전극들이 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부가 형성되고, 상호 전기적으로 분리되어 가변되는 디지털 전압이 인가되어 상기 이동전극과의 사이에 정전기력을 발생시키기 위한 고정전극를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 구동기의 구동방법은,

베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와; 상기 피구동체의 적어도 일측에 설치되며 상호 이격되는 복수개의 이동전극과; 상기 이동전극과 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부를 가지며, 상호 전기적으로 분리되어 이동전극과의 사이에 정전기력을 발생시키기 위한 고정전극을 구비한 것으로,

상기 이동전극에 고정전압 또는 접지전압을 인가하고, 상기 분리된 고정전극들을 디지털 입력 전압을 인가하여 이동전극과 고정전극사이에 정전력을 발생시 켜 피구동체를 이동시키는 피구동체를 이동시키는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 마이크로 구동기의 일 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 마이크로 구동기(10)는 베이스 기판(11)에 1자유도의 움직임을 가지는 탄성수단(12)에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체(20)와, 상기 피구동체(20)의 적어도 일측에 설치되며 상호 이격되는 것으로 고정전압 또는 접지전압이 인가되는 복수개의 이동전극과(31)(32)(33), 상기 이동전극(31)(32)(33)과 대응되는 베이스 기판(11)에 상기 이동전극(31)(32)(33)이 삽입되는 삽입부(41a)(42a)(43a)를 가지며 상호 전기적으로 분리되어 이동전극과의 사이에 정전기력을 발생시키기 위한 고정전극(41)(42)(43)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로 구동기를 구성하는 각 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 마이크로 구동기(10)의 피구동체(20)는 미소 물체를 이송시키기 위한 변위량을 제공하는 것으로 기판(11)에 탄성수단(12)에 현가되며 소정의 길이를 가지는 로드 형상으로 이루어진다. 상기 탄성수단(12)은 기판(11)과 피구동체(20) 사이에 이들과 일체로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 지그재그형 또는 코러게이트 형상의 스프링으로 이루어질 수도 있다. 상기 탄성수단(12)은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 상기 피구동체(20)를 지지하며 1축 방향인 전, 후진 방향으 로의 변위 발생시 탄성력을 제공할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

상기 이동전극(31)(32)(33)은 상기 피구동체(20)의 적어도 일측에 설치될 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 피구동체(20)의 양측에 대칭적으로 설치된다. 이 이동전극(31)(32)(33)은 상기 피구동체(20)로부터 양측으로 대칭적으로 연장되는 연장부(34)들에 피구동체(20)의 전진방향으로 소정간격 이격되도록 설치된다. 상기 이동전극(31)(32)(33)은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 후술하는 상기 고정전극(41)(42)(43)들과 더불어 피구동체(20)를 이송시키기 위한 정전력을 발생시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 상기 이동전극(31)(32)(33)은 전기적으로 분리된 고정전극(41)(42)(43)들의 수에 대응되도록 형성된다.

상기 고정전극(41)(42)(43)들은 상기 이동전극(31)(32)(33)들과 더블어 정전기력을 발생시킬 수 있는 것으로, 각 이동전극(31)(32)(33))과 대응되는 베이스 기판(11)에 설치되며 상기 이동전극(31)(32)(33)이 삽입되는 삽입부(41a)(42a)(43a)를 가진다. 상기 고정전극(41)(42)(43)들은 전기적으로 분리되어 분리된 구조를 갖는다.(도 1참조)

상기 고정전극의 분리된 구조를 상술한 개수에 한정되지 않고, 디지털 입력의 수에 따라 충분히 확장될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 세 쌍으로 분리된 고정전극(41)(42)(43)은 3비트에 해당하는 전극으로 전기적으로 분리되어 있는데, 이 세 쌍으로 분리된 고정전극(41)(42)(43)들은 피구동체(20)의 구동범위를 8단계(2³)로 나누어 구동기의 위치를 제어할 수 있으며, 마이크로 구동기의 설계요구 조 건에 따라 상기 전기적으로 분리된 고정전극의 수와 이와 결합되는 이동전극의 수는 변경될 수 있다. 상기 전기적으로 분리된 고정전극(41)(42)(43)들 중 동전위가 인가되는 고정전극의 갯수는 피구동체(20)의 이동방향으로 점차적으로 증가시킴이 바람직한데. 이에 한정되지는 않고, 피구동체의 구동에 따른 변위를 고려하여 다양하게 배열 가능하다.

한편, 정전구동기에 있어서, 이동전극(31)(32)(33)의 변위는 가해진 전압의 제곱과 고정전극(41)(42)(43)들의 수(전기적으로 접지인 이동전극과 일정량의 전압이 가해진 고정전극의 조합된 수)에 비례하며, 이동전극(31)(32)(33)과 고정전극(41)(42)(43)간의 간격에 반비례한다. 고정전극(41)(42)(43)에 일정한 전압을 가하면 고정전극(41)(42)(43)들과 이동전극(31)(32)(33)의 사이에 각각 정전력이 발생하고, 탄성수단(12)과 힘의 평행을 이룰 때까지 이동전극(31)(32)(33)이 이동하게 된다. 따라서 피구동체(20)를 구동시킬 수 있다. 이 과정에서 동일 디지털 전압이 인가되는 고정전극(41)(42)(43)들의 수가 많아지면 단위 개수에 해당하는 구동거리에 고정전극의 수를 곱한 만큼의 변위가 발생되며, 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)에 삽입되는 이동전극(31)(32)(33)의 간격이 근접될수록 상대적으로 변위가 커지게 된다.

이 과정에서 상기 고정전극(41)(42)(43)들의 삽입부(41a)(42a)(43a) 내면과 이동전극(31)(32)(33)의 양측면 사이의 간격을 조정 즉, 변화시킴으로써 이들 사이의 정전력(electrostatic force)은 구동거리에 대하여 함수 관계를 가지게 된다. 즉, 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)의 내면과 이동전극 (31)(32)(33)의 양측면에 간격변화에 따라 정전력의 크기가 변화하므로 이를 이용하여 피구동체(20)를 선형 또는 비선형으로 제어할 수 있다. 이를 위하여 상기 이동전극(30)의 양측면과 이 양측면과 대응되는 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부 내주면의 적어도 일측이 상기 고정전극(41)(42)(43)에 대해 이동전극(31)(32)(33)의 이동시 정전력이 비선형을 이루도록 곡선 또는 파형의 면으로 이루어지거나 직선과 곡선이 조합된 면으로 이루어질 수 있다.

도 1에는 상기 고정전극(41)(42)(43)에 형성된 삽입부(41a)(42a)(43a)의 내면과 이와 대응되는 이동전극(31)(32)(33)의 양측면(31a)(32a)(33a)이 나란한 구조를 가진다. 즉, 고정전극의 삽입부에 대해 이동전극의 이동시 이들 사이의 간격이 변하지 않은 구조를 가진다. 다른 실시예로 도 3에 도시된 바와 같이 이동전극(31)(32)(33)의 양측면(31a)(32a)(33a)은 평행한 평면상을 가지며, 상기 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)의 내면은 삽입되는 방향으로 이동전극(31)(32)(33)과의 간격이 점차적으로 근접될 수 있도록 곡면으로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로 도 5에 도시된 바와 같이 상기 삽입부(41a)(42a)(43a)의 내면은 이동전극의 이동 방향과 이동방향과 나란한 면으로 이루어지고 이와 대응되는 이동전극(31)(32)(33)의 양측면(31b)(32b)(33b)은 파형으로 형성될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 삽입부(41a)(42a)(43a)의 내면(41b)(42b)(43b)과 이와 대응되는 이동전극(31)(32)(33)의 양측면(31c)(32c)(33c)은 각각 파형 형상으로 이루어진다.

상기 고정전극의 삽입부(41)의 내면과 이와 대응되는 이동전극(30)의 양측면 은 상기 실시예에 의해 한정되지 않고 도 9, 11, 13, 15, 17, 19에 각각 도시된 바와 같이 가동전극의 양측면과 고정전극의 삽입부 내면을 피구동체의 구동에 따른 변위를 감안하여 곡면과 직선을 이루는 면이 조합된 상태로 이루어질 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로 구동기를 구동시키기 위한 방법은 상기 이동전극에 고정전압 또는 접지전압을 인가하고, 상기 분리된 고정전극들에 설정된 디지털 입력 전압을 인가함으로써 이동전극과 고정전극사이에 정전기력을 발생시켜 피구동체를 이동시키는 제 1단계와, 상기 제1단계에서 디지털 전압이 인가된 고정전극을 제외한 다른 전극의 하나에 디지털 전압을 인가하여 이동전극과 디지털 전압이 인가된 고정전극 사이에 정전력을 발생시켜 피구동체를 이동시키는 제2단계를 포함한다.

상기와 같이 구성된 마이크로 구동기의 작용과 이 작용을 통한 마이크로 구동기의 구동방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 마이크로 구동기(10)의 이동전극(31)(32)(33)에 고정전압 또는 접지전압을 인가하고, 상기 선택된 고정전극(41)(42)(43)에 디지털 전압을 인가한다. 이와 같이하면 상기 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)와 이동전극(31)(32)(33)의 사이에 정전력이 발생되고, 이 정전력에 의해 상기 피구동체(20)를 지지하는 탄성수단(12)의 스프링과 힘의 평형을 이룰 때까지 피구동체(20)의 변위가 발생됨으로써 피구동체(20)가 이동된다.

상술한 바와 같은 마이크로 구동기의 작용을 3비트(bit) 구동을 예로 하여 디지탈 구동의 원리를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첫 번째 단계로 디지탈 전압값 '001'에 대해 설명한다면 첫 번째 고정전극(41)에만 디지털 전압을 인가한다. 이와 같이 하면, 상기 두 번째 고정전극(42)과 세 번째 고정전극(43)은 접지상태이므로 정전력은 첫 번째 고정전극(41)와 이동전극(31) 사이에서 발생되는데, 이들은 상기 피구동체(20)의 양측에 각각 설치되어 있으므로 2개에 해당하는 힘에 의해 피구동체(20)를 이동시킨다.

그리고 두 번째 단계로 디지탈 전압값 '010'에서는 두 번째 고정전극(42)에만 전압이 인가되고 첫 번째와 세 번째 고정전극(41)(43)은 접지 된다. 따라서 정전력은 두 고정전극(42)들과 이동전극(32)들에 의해 발생되므로 4개(피구동체의 양측에 각각 고정전극과 이동전극이 두 개씩 설치되어 있음)에 해당하는 힘에 의해 피구동체(20)의 변위가 발생된다.

이 과정에서 상기 도 3에 도시된 바와 같이 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)가 점차적으로 좁아지는 곡면을 갖도록 형성된 경우 첫 번째 단계('001')보다 2배에 해당하는 변위와 고정전극(42)과 이동전극(32)의 간격이 줄어든 만큼의 추가 변위가 발생된다.

세 번째 단계로 디지탈 전압값 '011'에서는 첫 번째 고정전극(41)과 두 번째 고정전극(42)에 전압이 인가되고 세 번째 고정전극(43)에만 접지되면, 정전력은 동일한 디지털 값이 인가되는 두 고정전극(41)과 4개의 고정전극(42)와 이동전극(31)(32)들 사이에 정전력이 발생되어 6개에 해당하는 힘에 의해 피구동체(20)의 변위가 발생된다.

네 번째 단계로 디지탈 전압값 '100'에서는 세 번째 고정전극(43)에만 전압 이 인가되고, 첫 번째 고정전극(41)과 두 번째 고정전극(42)이 접지되면, 정전력은 동일한 디지털 값이 인가되는 네 개의 고정전극(42)와 이동전극(33)들 사이에 정전력이 발생되어 8개에 해당하는 힘에 의해 피구동체(20)의 변위가 발생된다.

이 과정에서 도 3에 도시된 바와 같이 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)가 인입 될 수 록 좁아지는 경우 첫 번째 단계('001')보다 4배에 해당하는 변위에다가 고정전극(43)들과 이동전극(33)의 간격이 더욱 줄어든 만큼에 해당하는 추가 변위가 발생된다.

상술한 바와 같은 작용으로 도 1에 도시된 바와 같이 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a)의 내측면과 이에 인입되는 이동전극(31)(32)(33)의 양측면과의 간격변화가 없는 경우 도 2에 도시된 바와 같이 디지털 전압의 입력값에 따른 피구동체의 변위가 선형적으로 증가하게 되며, 특히 디지탈 전압입력에 대해 고정전극의 수가 선형적으로 증가하기 때문에 피구동체(20)의 변위가 선형적으로 증가하는 특징을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부가 이동전극(31)(32)(33)의 삽입방향으로 점차적으로 줄어드는 경우 디지털 전압 입력값에 따른 피구동체(20)의 변위가 도 4에 도시된 바와 같이 비선형적으로 증가하며 또한 빗살의 수에 선형적으로 비례한다는 특징이 있다.

도 5는 다른 실시예로서 피구동체에 설치된 이동 전극의 양측면과 고정전극의 삽입부 내면이 파상으로 형성된 정전 구동기이다.

상기와 같은 구조에 있어서, 상기 이동전극(31)(32)(33)의 변위는 상술한 실시예와 마찬가지로 가해진 전압의 제곱과 고정전극과 이동전극의 수에 비례하며 고 정전극의 삽입부와 이동전극의 양측면 사이의 간격에 반비례한다.

한편 상술한 실시예와 같이 피구동체(20)의 구동거리에 따라 고정전극(41)(42)(43)의 삽입부(41a)(42a)(43a) 내면과 이동전극(31)(32)(33)의 양측면(31b)(32b)(33b) 사이의 간격이 다르므로 고정전극과 이동전극 사이의 정전력은 피구동체의 구동방향에 대하여 일정한 함수를 갖게 된다. 따라서 두 고정전극(41)(42)(43)과 이동전극(31)(32)(33)의 간격 변화에 따라 이동 전극의 변위가 달라지기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 디지털 전압 입력값에 대해 피구동체의 변위가 선형과 비선형이 조합된 형태로 증가한다.

도 7에 도시된 바와 같이 피구동체(20)에 지지된 이동전극(31)(32)(33)의 양측면(31c)(32c)(33c)이 파형으로 이루어진 경우 피구동체(20)의 변위 즉, 이동전극(31)(32)(33)의 변위는 상기 실시예와 같이 고정전극에 가해진 디지털 전압값의 제곱과 빗살의 수에 비례하며 고정전극(41)(42)(43)과 이동전극(31)(32)(33)들 사이의 간격에 반비례한다. 한편 피구동체(20)의 구동거리에 따라 고정전극(41)(42)(43)과 이동전극(31)(32)(33) 사이의 간격이 다르므로 이들 사이의 정전력은 피구동체의 구동방향에 대해 일정한 함수를 갖게 된다.

한편 본 발명인의 실험에 의하면, 도 9, 11, 13, 15, 17, 19에 도시된 바와 같이 고정전극의 삽입부의 내주면과 이와 대응되는 이동전극의 양측면의 형상을 변형시키면서 피구동체(30)의 변위를 실험한 각각 도 10, 12, 14, 16,18, 20에 도시된 바와 같이 비선형 및 선형과 비선형이 조합된 형태로 증가함을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로 구동기와 이의 제조방법은 디지털 전압 입력값에 대하여 피구동체를 임의의 이산형적 위치로 구동가능하며, 선형적 및 비선형적 구동이 가능하다. 그리고 피구동체를 고정하기 위하여 종래와 같이 스토퍼를 사용하지 않아도 되므로 전기적으로 유동적인(floating) 전극을 없앨 수 있고 공정상의 오차에 의한 구동거리의 오차를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와;

   상기 피구동체의 적어도 일측에 설치되며 상호 이격된 복수개의 이동전극과;

   상기 이동전극과 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부를 가지며, 상호 전기적으로 분리되어 이동전극과의 사이에 정전력을 발생시키기 위한 고정전극을 구비하며,

   상기 이동전극의 양측과 상기 이동전극의 양측과 대응되는 고정전극의 삽입부 내주면의 적어도 일측이 상기 고정전극에 대해 이동전극의 이동시 정전력이 비선형을 이루도록 곡선 또는 파형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 구동기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전기적으로 분리된 고정전극들 중 동전위가 인가되는 고정전극의 수는 피구동체의 이동방향으로 점차적으로 증가한 것을 특징으로 하는 마이크로 구동기.
3. 삭제
4. 베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와;

   상기 피구동체의 적어도 일측에 설치되며 상호 이격된 복수개의 이동전극과;

   상기 이동전극과 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부를 가지며, 상호 전기적으로 분리되어 이동전극과의 사이에 정전력을 발생시키기 위한 고정전극을 구비하며,

   상기 이동전극의 양측과 상기 이동전극의 양측과 대응되는 고정전극의 삽입부 내면의 적어도 일측이 상기 고정전극에 대해 이동전극의 이동 시 정전력이 변화되도록 곡선 또는 파형과 직선이 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 구동기.
5. 삭제
6. 베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와;

   상기 피구동체의 양측으로 대칭적으로 연장되는 연장부들과, 상기 연장부들로부터 피구동체의 이동방향으로 연장되는 피구동체의 이동방향으로 연장되며 고정 또는 접지전압이 인가되는 이동전극들과;

   상기 각 이동전극들이 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부가 형성되고, 상호 전기적으로 분리되어 가변되는 디지털 전압이 인가되어 상기 이동전극과의 사이에 정전력을 발생시키기 위한 고정전극를 구비하며,

   상기 이동전극의 양측과 상기 이동전극의 양측과 대응되는 고정전극의 삽입부 내주면의 적어도 일측이 상기 고정전극에 대해 이동전극의 이동시 정전력이 비선형을 이루도록 곡선 또는 파형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 구동기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 전기적으로 분리된 고정전극들 중 동전위가 인가되는 고정전극의 수는 피구동체의 이동방향으로 점차적으로 증가한 것을 특징으로 하는 마이크로 구동기.
8. 삭제
9. 베이스 기판에 탄성수단에 의해 전후진 이송가능하게 지지되어 1축구동 가능한 로드상의 피구동체와;

   상기 피구동체의 양측으로 대칭적으로 연장되는 연장부들과, 상기 연장부들로부터 피구동체의 이동방향으로 연장되는 피구동체의 이동방향으로 연장되며 고정 또는 접지전압이 인가되는 이동전극들과;

   상기 각 이동전극들이 대응되는 베이스 기판에 상기 이동전극이 삽입되는 삽입부가 형성되고, 상호 전기적으로 분리되어 가변되는 디지털 전압이 인가되어 상기 이동전극과의 사이에 정전력을 발생시키기 위한 고정전극를 구비하며,

   상기 이동전극의 양측과 상기 이동전극의 양측과 대응되는 고정전극의 삽입부 내주면의 적어도 일측이 상기 고정전극에 대해 이동전극의 이동시 정전력이 변화되도록 곡선 또는 파형과 직선이 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 구동기.
10. 삭제

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