KR100754408B1 - 평면 구동형 맴스 디바이스 - Google Patents

평면 구동형 맴스 디바이스 Download PDF

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KR100754408B1
KR100754408B1 KR1020060053552A KR20060053552A KR100754408B1 KR 100754408 B1 KR100754408 B1 KR 100754408B1 KR 1020060053552 A KR1020060053552 A KR 1020060053552A KR 20060053552 A KR20060053552 A KR 20060053552A KR 100754408 B1 KR100754408 B1 KR 100754408B1
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박용화
김준오
이진호
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 의하면, 평면 구동형 맴스 디바이스가 개시된다. 상기 맴스 디바이스는 회동축에 지지되는 스테이지와, 회동축의 축심에 대해 상하로 편심된 위치에서 푸시-풀 형태의 가진력을 제공하는 액츄에이터를 구비한 맴스 디바이스로서, 액츄에이터는 소정 간격을 두고 나란하게 연장된 다수의 고정콤, 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동 콤, 구동콤을 상호 연결하여 지지하며 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임 및 구동 프레임의 병진 진동을 회동축의 편심 위치로 전달하는 운동전달부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 동력제공을 위한 콤 구조를 스테이지로부터 분리하여 2차원 평면상으로 배열함으로써 콤 구조의 확장을 통한 동적 특성 개선에 유리하고, 고속/대변위 구동에 적합하며, 기계적인 레버 구조 및 고효율의 운동변환 기구를 활용하여 구동효율이 향상되는 맴스 디바이스가 제공된다.

Description

평면 구동형 맴스 디바이스 {MEMS device using in-plane motion}
도 1은 종래기술에 의한 맴스 디바이스의 주요부를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맴스 디바이스의 평면 구조를 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 일부에 대한 확대 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 맴스 디바이스의 구동을 설명하기 위한 도면으로, 맴스 디바이스를 단순화하여 도시한 구조도이다.
도 5a 및 도 5b는 병진-회전 변환 기구를 설명하기 위한 도면들로서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 취한 수직 단면도이다.
도 6은 본 발명에 채용된 제2 링크 연결구조를 확대 도시한 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 제2 링크의 변형상태를 설명하기 위한 도면들로서, 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 취한 수직 단면도이다.
도 8은 도 7b에 도시된 제2 링크 변형과 상사를 이루는 캔틸레버 빔의 변형상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명과 대비되는 비교예에서 채용된 링크 연결구조를 도시한 평면도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9의 링크 변형상태를 설명하기 위한 도면들로서, 도 9의 Χ-Χ선을 따라 취한 수직 단면도이다.
도 11은 도 10b의 링크 변형과 상사를 이루는 캔틸레버 빔의 변형상태를 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 맴스 디바이스의 평면도로서, 도 2의 변형례를 도시한 도면들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110,110` : 제1 액츄에이터 111,111` : 구동전극
112 : 구동콤 113 : 연결 바
114 : 제1 링크 115 : 구동 프레임
120 : 레버 프레임 121,121` : 고정전극
122 : 고정콤 125,125` : 제2 링크
130,130` : 제2 액츄에이터 150,150` : 스테이지
155,155` : 회동축 160 : 고정 앵커
165 : 탄성 스프링 170 : 고정 프레임
175 : 고정 링크 200 : SOI 기판
201 : 제1 실리콘 기판 202 : 제2 실리콘 기판
O : 레버 프레임의 힌지
본 발명은 평면 구동형 맴스 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 동력제공을 위한 콤 구조를 스테이지로부터 분리하여 2차원 평면상으로 배열함으로써 콤 구조의 확장을 통한 동적 특성 개선에 유리하고, 고속/대변위 구동에 적합하며, 기계적인 레버 구조 및 고효율의 운동변환 기구를 활용하여 구동효율이 향상되는 맴스 디바이스에 관한 것이다.
최근, 디스플레이, 레이저 프린터, 정밀 측정, 정밀 가공 등 다양한 기술 분야에서 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 미소 구조를 가진 맴스 디바이스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 디스플레이 분야에서 상기 맴스 디바이스는 화면상으로 주사광을 편향 반사하기 위한 광스캐너로의 활용이 주목받고 있다.
도 1에는 종래기술에 의한 맴스 디바이스의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 맴스 디바이스는 요동 구동되는 스테이지(50)와 상기 스테이지(50)를 회동가능하게 지지하는 회동축(55)을 포함하며, 상기 회동축(55)에는 그 길이방향을 따라 교차하는 방향으로 나란하게 연장된 다수의 구동콤(12)이 배열된다. 상기 회동축(55)과 상하 단차를 두고 대면되게 형성된 외곽 프레임(21)에는 상기 구동콤(12)과 맞물리는 위치로 나란하게 연장된 다수의 고정콤(22a,22b)이 지지된다. 상기 구동콤(12)과 고정콤(22a,22b)은 서로 인접하게 배치되어 서로에 대해 정전인력을 작용하게 된다. 예를 들어, 상기 구동콤(12)은 그라운드 전압으로 접지하고, 좌측의 제1 고정콤(22a)에 구동전압 V를 인가하면, 구동콤(12)이 정전인력에 의해 제1 고정콤(22a) 쪽으로 당겨지면서 스테이지(50)가 반시계 방향으로 회동된다. 이어서, 상 기 제2 고정콤(22b)에 구동전압 V를 인가하면, 구동콤(12)이 정전인력에 의해 제2 고정콤(22b) 쪽으로 당겨지면서 스테이지(50)가 시계 방향으로 회동된다. 결론적으로, 제1 고정콤(22a)과 제2 고정콤(22b)에 소정의 교류전압을 인가함으로써 스테이지(50)는 교번되게 일 회전방향 및 역 회전방향으로 회동되며, 예를 들어, 스테이지(50)로 입사된 레이저빔을 주사방향으로 편향 반사하게 된다.
일반적으로, 광스캐너의 구동각도는 광주사가 이루어지는 화면 사이즈와 관계가 있고, 구동각도가 큰 대변위의 스캐너를 활용하면 넓은 주사각 범위로 대화면의 디스플레이를 구현할 수 있다. 또한, 스캐너의 구동속도는 화면의 해상도와 관련이 있으며, 고속 구동되는 스캐너로 일 화면을 보다 많은 주사선으로 구성함으로써 고해상도의 디스플레이를 구현할 수 있다. 도 1에 도시된 종래 맴스 디바이스를 광스캐너로 사용할 때, 회동축(55) 방향으로 콤전극(12,22a,22b)의 배열을 확장하면 더 큰 회전 모멘트를 얻을 수 있고, 이에 따라 스테이지(50)의 회전각도 내지 이에 의존하는 주사각도를 증가시킬 수 있을 것이다. 이때, 콤전극(12,22a,22b)의 확장과 함께 스테이지(50)를 포함하는 전체 회전체의 질량 관성이 증가하게 되고, 또한 특정 공진 주파수를 그대로 유지하기 위해서는 회전체의 회전강성도 질량 관성에 비례하여 함께 증가되어야 하므로, 디바이스의 전체 사이즈가 증가하게 된다. 결과적으로 콤전극(12,22a,22b) 배열의 확장을 통하여 스캐너의 동적 특성을 개선하는 것은 구조적인 한계가 있는 것이다.
한편, 회동축(55)의 구동과 함께 서로 맞물리는 위치와 이격되는 위치 사이에서 왕복 진동하는 구동콤(12) 및 고정콤(22a,22b)은 일정한 수평 갭으로 서로에 대해 이격되어 상호 기계적인 간섭을 피하고 있다. 여기서, 상기 구동콤(12)이 회동축(55)으로부터 반경 방향(R)으로 먼 위치까지 연장될수록 고정콤(22a,22b)과의 사이에 기계적인 간섭이 발생될 가능성이 크기 때문에, 상호 정전인력이 작용하는 콤전극(12,22a,22b)의 대향 면을 증대하여 스캐너의 동적 특성을 개선하는 것도 기하학적, 물리적인 한계가 있다.
본 발명의 목적은 동력제공을 위해 2차원 평면상으로 배열된 콤 구조를 활용함으로써 콤 구조의 확장을 통한 동적 특성의 향상에 유리한 맴스 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구동력을 제공하는 콤 구조를 스테이지와 분리시킴으로써 고속/대변위 구동에 적합한 맴스 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 운동전달 효율을 갖는 병진-회전진동 변환 기구를 구비한 맴스 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적인 레버 구조를 활용함으로써 동력전달과정에서 구동력이 증폭되는 고효율의 맴스 디바이스를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 맴스 디바이스는,
회동축에 지지되는 스테이지와, 상기 회동축의 축심에 대해 상하로 편심된 위치에서 푸시-풀 형태의 가진력을 제공하는 액츄에이터를 구비한 맴스 디바이스로서,
상기 액츄에이터는,
소정 간격을 두고 나란하게 연장된 다수의 고정콤;
상기 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 상기 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동 콤;
상기 구동콤을 상호 연결하여 지지하며 상기 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임; 및
상기 구동 프레임의 병진 진동을 상기 회동축의 편심 위치로 전달하는 운동전달부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 맴스 디바이스는,
회동축에 지지된 스테이지와, 상기 회동축의 축심에 대해 상하로 단차진 서로 다른 제1, 제2 위치에서 서로 반대 방향의 힘을 작용하는 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터를 포함하는 맴스 디바이스로서,
상기 제1, 제2 액츄에이터 각각은,
소정 간격을 두고 나란하게 연장된 다수의 고정콤;
상기 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 상기 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동콤;
상기 다수의 구동콤을 상호 연결하여 지지하며, 상기 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임;
상기 구동 프레임과 제1 링크를 통해 연동되어 일단의 힌지를 중심으로 회전 진동되는 레버 프레임; 및
상기 레버 프레임의 적어도 일 측부에서 상기 스테이지의 회동축을 향해 연장되어 상기 제1 위치 또는 제2 위치에 결합된 제2 링크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 바람직하게, 레버 프레임은 일단의 힌지로부터 선회반경 방향으로 L1 이격된 위치에서 상기 제1 링크와 결합되고, 선회반경 방향으로 L2 이격된 위치에서 상기 제2 링크와 결합되며, L1 > L2 인 관계를 만족한다.
본 발명에 있어 바람직하게, 상기 레버 프레임과 회동축을 상호 연결하는 제2 링크는 상기 레버 프레임에서 상기 회동축의 중심선을 가로질러 반대편으로 연장되며, 상기 제2 링크에 대응하여 인입된 회동축의 오목부에 결합된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1, 제2 액츄에이터 각각은 상기 회동축의 양단부에 결합되어 상기 회동축의 제1, 제2 위치에서 대해 푸시-풀(push-pull) 형태로 주기적인 가진력을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제1, 제2 액츄에이터 각각은 상기 회동축의 일단부에 결합되어 상기 회동축의 편심 위치에 대해 주기적인 가진력을 제공하며, 상기 회동축의 타단부는 고정적으로 지지된다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 맴스 디바이스는,
회동축에 지지된 스테이지와, 상기 회동축의 축심에 대해 상하로 편심된 서로 다른 제1, 제2 위치에서 서로 반대 방향의 힘을 작용하는 액츄에이터 및 고정 프레임을 포함하는 맴스 디바이스로서,
상기 액츄에이터는,
소정 간격을 두고 일 방향으로 나란하게 연장된 다수의 고정콤;
상기 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 상기 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동콤;
상기 다수의 구동콤을 상호 연결하여 지지하며, 상기 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임;
상기 구동 프레임과 제1 링크를 통해 연동되어 일단의 힌지를 중심으로 회전 진동되는 레버 프레임; 및
상기 레버 프레임의 적어도 일 측부에서 상기 스테이지의 회동축을 향해 연장되어 상기 회동축의 제1 위치에 결합된 제2 링크;를 포함하며,
상기 고정 프레임은 상기 제2 링크의 구동력에 대항하여 상기 회동축에 반발력을 가하도록 상기 회동축의 제2 위치에 결합된 고정 링크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맴스 디바이스에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 2에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 맴스 디바이스의 평면 구조가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 일부에 대한 확대 도면이 도시되어 있다. 참고적으로, 도 2에는 이해의 편의를 위하여 일부 전극구조에 대한 도시가 생략되어 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 맴스 디바이스는 회동축(155)에 지지된 스테이지(150)와, 상기 스테이지(150)를 회전 구동하는 제1, 제2 액츄에이터(110,130)를 포함한다. 상기 제1, 제2 액츄에이터(110,130)는 상기 스테이지의 회동축(155)에 대해 대칭적인 구조를 가지며, 본 명세서를 통하여 제1, 제2 액츄에이터(110,130)의 대칭적인 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.
도 3에는 도 2의 전극 구조를 설명하기 위한 도면으로, 제1 액츄에이터(110)에 대한 일부 확대도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 제1 액츄에이터(110)는 소정 간격을 두고 x 방향을 따라 나란하게 연장된 다수의 고정전극(121) 및 상기 고정전극(121) 사이에 평행하게 배열된 다수의 구동전극(111)을 포함한다. 교대로 배치된 고정전극(121) 및 구동전극(111)의 서로 마주보는 면에는 상대를 향해 나란하게 돌출된 다수의 콤전극(112,122)이 형성된다. 즉, 상기 고정전극(121)의 길이방향을 따라서는 수직으로 연장된 다수의 고정콤(122)이 형성되며, 상기 고정콤(122)과 맞물리도록 상보적인 위치에는 상기 구동전극(111)에서 돌출된 다수의 구동콤(112)이 형성된다. 상기 구동콤(112)과 고정콤(122)은 서로에 대해 정전인력을 작용하도록 인접한 위치까지 연장된다. 상기 구동콤(112)과 고정콤(122) 사이에 소정의 전압을 인가하면, 구동콤(112)이 고정콤(122) 쪽으로 당겨지면서 구동콤(112)을 지지하는 구동전극(111)이 인접한 고정전극(121) 사이에서 +y 또는 -y 방향으로 병진 운동하게 된다.
한편, 상기 콤전극(112,122)은 구동전극(111)과 고정전극(121)의 서로 마주 보는 모든 면에 대해 형성되는 것이 아니고, 해당 전극(111,121)의 배치관계에 따라 선택적으로 일면이나 양쪽 면 모두에 형성될 수 있다. 이하에서는 이에 대해 설명하기로 하는데, 설명의 편의를 위하여, 해당 전극(111,121)에서 +y 방향을 바라보는 면을 +y면으로, -y 방향을 바라보는 면을 -y면으로 정의한다. 도면을 참조하면, 중앙의 구동전극(111a)에는 +y 면과 -y 면에 모두 콤전극(112)이 형성되며, 중앙의 구동전극(111a)보다 +y 방향 쪽에 배치된 외측의 구동전극(111c)에는 +y 면에, 그리고, 중앙의 구동전극(111a)보다 -y 방향 쪽에 배치된 내측의 구동전극(111b)에는 -y 면에 선택적으로 콤전극(112)이 형성된다. 이렇게 구동전극(111)의 위치에 따라 콤전극(112)의 배치상태가 달라지는 것은 서로 반대 방향의 정전인력을 교번되게 작용함으로써 구동전극(111)을 ±y 방향으로 병진 진동시키기 위함이다. 구동콤(112)과 고정콤(122)은 서로 마주보게 배치되어야 서로에 대해 정전 인력을 작용할 수 있으므로, 구동콤(112)과 마주하는 고정전극(121) 면에는 대응되는 고정콤(122)이 형성된다.
한편, 상기 고정전극(111) 및 구동전극(121)은 이로부터 연장된 다수의 콤전극(112,122)을 지지하고. 특히, 해당 콤전극(112,122)에 구동전압을 인가하는 기능을 한다. 상기 구동전극(111)과 고정전극(121) 사이에는 정전기적 상호 작용이 무시될 수 있을 정도로 소정의 유격이 확보되는 것이 바람직할 것이며, 이로써 구동전극(111) 및 고정전극(121)으로부터 서로에 대해 근접하게 연장된 콤전극(112,122) 사이의 정전인력을 제어함으로써 원하는 진동 모드를 발생시킬 수 있다.
상기 구동전극(111)에는 일정한 정전압, 예를 들어, 그라운드 전압이 인가될 수 있고, 중앙의 구동전극(111a)을 기준으로 이보다 +y 방향 쪽의 제1 고정전극(121a)과 -y 방향 쪽의 제2 고정전극(121b)에는 서로 다른 파형의 제1, 제2 교류전압이 인가된다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 교류전압은 서로 동일한 상한 및 하한 전압을 갖되 반주기 만큼 위상차를 갖는 정현파 교류 펄스로 주어질 수 있다. 전술한 구동전압이 인가되면, 상기 제1 고정전극(121a)은 인접한 구동전극(111a,111c)에 대해 주기적으로 +y 방향의 정전인력을 작용하고, 제2 고정전극(121b)은 인접한 구동전극(111a,111b)에 대해 주기적으로 -y 방향의 정전 인력을 작용하게 된다. 이에 따라, 상기 구동전극(111)은 ±y 방향으로 병진 진동하게 된다. 한편, 상기 구동전극(111)은 수직하게 연장되어 상기 구동전극(111)을 상호 연결하는 연결 바(113)를 통하여 서로 지지되며, 구동전극(111) 및 연결 바(113)를 포함하는 전체 구동 프레임(115)은 구동전극(111)과 함께 ±y 방향으로 병진 진동하게 된다.
상기 구동 프레임(111)의 병진 진동은 제1 링크(114)를 통하여 레버 프레임(120)으로 전달된다. 상기 구동 프레임(115)과 레버 프레임(120) 사이에서 운동전달을 매개하는 제1 링크(114)는 일종의 미엔더 스프링(meander spring) 구조로 형성되는데, 구동 프레임(115)의 y 방향 진동이 그대로 상기 레버 프레임(120)으로 전달되도록 y 방향으로는 높은 강성을 갖고, 레버 프레임(120)의 회전 진동이 방해되지 않도록 x 방향으로는 낮은 강성을 갖도록 설계된다. 이를 위해, 상기 제1 링크(114)는 x 방향으로 신장-압축되도록 다수의 절곡 형상을 갖고, 높은 형상비를 갖도록 협폭으로 설계될 수 있다. 상기 레버 프레임(120)은 제1 링크(114)를 통해 상기 구동 프레임(115)과 연동되며, 일단의 힌지(O)를 중심으로 소정의 각도 범위에서 회전 진동하게 된다. 상기 레버 프레임(120)의 힌지(O)는 스테이지의 회동축(155) 상에 위치하게 되며, 제1, 제2 액츄에이터(110,130) 측의 레버 프레임(120)에 공유된다. 제1, 제2 액츄에이터(110,130) 측의 레버 프레임(120)이 서로 반대 방향으로 선회되면서 상기 힌지(O)는 힘의 균형(self-equilibrium)을 통하여 자연스럽게 회전 중심을 제공하게 된다. 예를 들어, 제1 액츄에이터(110) 측의 레버 프레임(120)은 상방으로 당겨지고, 제2 액츄에이터(120) 측의 레버 프레임(120)은 하방으로 당겨지면서, 양 레버 프레임(120)에 공유된 힌지(O)는 힘의 균형을 통해 일정한 위치에 고정되고 레버 프레임(120)의 회전 중심이 되는 것이다.
상기 레버 프레임(120)의 회전 진동은 제2 링크(125)를 통하여 회동축(155)으로 전달된다. 예를 들어, 레버 프레임(120)이 힌지(O)를 중심으로 시계방향으로 회전됨에 따라 제2 링크(125)는 회동축(155)에 대해 풀(pull) 방향의 가진력을 제공하게 되고, 레버 프레임(120)이 반시계 방향으로 회전됨에 따라 상기 제2 링크(125)는 상기 회동축(155)에 대해 푸시(push) 방향의 가진력을 제공하게 된다. 이러한 푸시-풀(push-pull) 형태의 가진력을 주기적으로 받는 회동축은 일 회전방향 및 반대 방향으로 비틀리면서 스테이지(155)를 회전시키게 되는 것이다. 상기 제2 링크(125)는 그 연장방향으로 서로 다른 형상을 갖는 기부(125a) 및 스프링부(125b)를 구비할 수 있다. 상기 스프링부(125b)는 동력전달 방향인 y 방향으로 신장-압축되도록 다수의 절곡 형상으로 이루어지고 후막 두께를 갖는 높은 형상비로 설계됨으로써 다른 x 방향 및 z 방향으로는 회동축(155)이 이동하거나, 또는 휘 어지지 않도록 높은 강성으로 회동축(155)을 지지한다.
도 4는 본 발명의 맴스 디바이스를 단순화하여 도시한 구조도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 취한 수직 단면도로서 회동축(155`)의 선회동작을 설명하기 위해 서로 다른 회전상태를 도시한 도면들이다. 도면들을 참조하면, 제1 액츄에이터(110`) 측의 제2 링크(125`)와 제2 액츄에이터(130`) 측의 제2 링크(125`)는 회동축(155`)의 중심(C)에 대해 상하로 단차진 위치에 연결된다. 즉, 제1 액츄에이터(110`) 측의 제2 링크(125`)는 상기 회동축(155`)의 상부로 연장되고, 제2 액츄에이터(130`) 측의 제2 링크(125`)는 상기 회동축(155`)의 하부로 연장되어 각각 회동축(155`)에 대해 서로 반대 방향의 가진력(F1,F1`)을 제공하게 되고, 푸시-풀 형태의 가진력(F1,F1`)은 회동축(155`)의 중심(C)에 대해 일종의 짝힘처럼 작용하면서 회동축(155`)을 일 회전방향으로 비틀게 된다. 본 발명의 맴스 디바이스는 절연층(205)을 사이에 두고 상하로 대면되게 결합된 제1 실리콘 기판(201) 및 제2 실리콘 기판(202)을 포함하는 SOI 기판(200)을 일정한 패턴으로 식각함으로써 얻어질 수 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 제2 링크(125`) 또는 그 일부인 스프링부(125b`)는 제1 실리콘 기판(201) 또는 제2 실리콘 기판(202)의 단층으로 구성되며, 이들을 제외한 대부분의 구성요소들, 즉, 고정전극(121`) 및 구동전극(111`)을 포함하는 전극 구조 및 스테이지의 회동축(155`), 그리고, 레버 프레임(120`)들은 제1, 제2 실리콘 기판(201,202)의 복층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 액츄에이터(110`) 측의 스프링부(125b`)는 상부의 제1 실리콘 기판(201)으로, 상기 제2 액츄에이터(130`) 측의 스프링부(125b`)는 하부의 제2 실리 콘 기판(202)으로 구성될 수 있으며, 제1 실리콘 기판(201)으로 구성된 스프링부(125b`)와 회동축(155`) 상부는 일체로 형성되어 상호 연결되고, 제2 실리콘 기판(202)으로 구성된 스프링부(125b`)와 회동축(155`) 하부는 일체로 형성되어 상호 연결된다.
한편, 상기 레버 프레임(120`)은 동력 흐름의 전달효율을 높여주는 역할을 한다. 이에 대해, 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도면에서 볼 수 있듯이, 상기 레버 프레임(120`)은 힌지(O)로부터 선회반경 방향으로 L1 만큼 이격된 위치에서 상기 구동 프레임(115`)으로부터 입력운동을 전달받고, 힌지(O)로부터 평균반경 L2 만큼 이격된 위치에서 상기 회동축(155`)으로 출력운동을 전달한다. 상기 레버 프레임(120`)의 입력으로 힘 F1과 병진 변위 Z1이 주어지고, 출력으로 힘 F2와 병진 변위 Z2가 주어질 때, 동력 전달시 입출력 관계에 관한 소위 지렛대 원리에 의하면 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.
Figure 112006041685464-pat00001
본 발명에서는 레버 프레임(120`)에 대한 입력위치 L1 및 출력위치 L2 가 L1 > L2(L1/L2 > 1)의 관계를 만족하도록 설계함으로써, 입출력 사이에서 힘의 전달비(F2/F1)를 배가시킬 수 있으며, 구체적인 전달비(F2/F1)은 상기 L1, L2를 조정함으로써 최적화시킬 수 있다. 본 발명에서는 콤전극 구조로부터 발생된 병진 변위를 직접 스테이지(150`)로 전달하지 않고, 스테이지(150`)를 지지하는 회동 축(155`)으로 전달함으로써, 종래 스테이지를 직접 진동시키는 구조에 비해, 상대적으로 작은 변위 및 큰 힘을 필요로 하게 된다. 이에 본 발명에서는 동력전달시 힘을 증폭시킬 수 있는 레버 구조를 이용하여 스테이지의 동작 특성을 개선하고 있는 것이다.
한편, 도 6은 도 3에 도시된 회동축(155)과 제2 링크(125) 사이의 결합 구조를 확대 도시한 평면도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제2 링크(125)는 레버 프레임(120)과 회동축(155) 사이를 연결하면서 동력전달을 매개한다. 본 발명에서는 상기 제2 링크(125)가 상기 레버 프레임(120)으로부터 상기 회동축(155)의 중심선(C)을 가로질러 반대편으로 연장되며, 여기서 상기 제2 링크(125)에 대응하여 인입된 회동축의 오목부(155a,155b)에 결합된다. 보다 구체적으로, 회동축(155)을 기준으로 상부 영역에 형성된 제1 액츄에이터 측의 제2 링크(125)는 회동축(155)의 중심선(C)을 가로질러 하방으로 인입된 제1 오목부(155a)에 결합되고, 하부 영역에 형성된 제2 액츄에이터 측의 제2 링크(125)는 회동축(155)의 중심선(C)을 가로질러 상방으로 인입된 제2 오목부(155b)에 결합되며, 이에 따라 상기 회동축(155)의 해당 영역은 수회의 절곡된 형상을 갖게 된다. 도 7a 및 도 7b는 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 취한 수직 단면도로서, 각각 회동축(155)이 회전되기 이전의 수평상태 및 회동축(155)이 소정 각도 θ로 회전된 상태를 보여준다. 여기서는 이해의 편의를 위하여, 회동축(155)이 회전되면서 발생되는 제2 링크(125)의 휨 변형은 상대적으로 변형이 용이한 스프링부(125b)에 집중되며 기부(125a)는 변형되지 않는 것으로 고려하였고, 상기 스프링부(125b)는 그 변형 형상을 강조하기 위해 두께가 없는 선으 로 도시되었다. 도면들을 참조하면, 레버 프레임(120)에 의해 제2 링크(125)가 x 방향으로 당겨짐에 따라 제2 링크(125)는 그 단부가 소정각도 θ로 휘어지면서 부드러운 곡선 형태로 변형된다. 이러한 제2 링크(125)의 변형은 도 8에 도시된 바와 같이 일단의 고정단과 타단의 자유단을 갖는 캔틸레버의 변형에 해당되며, 캔틸레버의 자유단에 가해지는 비틀림 모멘트(M)과 자유단 회전각도(θ)는 힘의 평형 및 기학적인 형상을 고려할 때, 각각 회동축에 대한 입출력으로 주어지는 회전 모멘트와 회전각도에 해당된다. 따라서, 하기 수학식 1의 캔틸레버 빔에 관한 힘-변형 관계로부터 다음과 같이 얻어진 회전강성(kθ)은 입력으로 회동축에 가해지는 회전 모멘트와 출력으로 얻어지는 회전각도 사이의 관계를 정의할 수 있다.
Figure 112006041685464-pat00002
Figure 112006041685464-pat00003
한편, 도 9는 도 6의 본 발명과 대비되는 회동축-제2 링크 사이의 결합 구조를 도시한 평면도이다. 도면을 참조하면, 스테이지(250)의 회동축(255)은 일 방향을 따라 연장된 스트라이프 형태로 형성되며, 절곡된 형상을 갖지 않는다. 제1, 제2 액츄에이터 측의 제2 링크(225)는 각각 상기 회동축(255)의 일면과 반대되는 타면에 결합되며, 회동축(255)의 중심선(C)을 가로질러 형성되지 않는다. 도 10a 및 도 10b는 도 9의 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 취한 수직 단면도로서, 각각 회동축(255)이 회전 되기 이전의 수평상태 및 소정각도(θ)로 회전된 상태를 보여준다. 레버 프레임(120)에 의해 제2 링크(225)가 x 방향으로 당겨짐에 따라 회동축(255)은 중심 C에 대해 소정각도 θ로 회전되면서 상기 제2 링크(225)는 서로 반대되는 곡률로 휘어진 형상으로 변형되고, 회동축(255)에 구속된 단부는 회동축과 동일한 각도 θ로 휘어진다. 이것은 도 11에 도시된 바와 같이 일단의 고정단과 타단의 힌지단을 갖는 캔틸레버 빔의 변형에 해당되며, 힌지단에 가해지는 비틀림 모멘트(M)와 힌지단의 회전각도(θ)는 힘의 평형 및 기하학적인 형상을 고려할 때, 각각 회동축에 대한 입출력으로서의 회전 모멘트와 회전각도에 해당된다. 따라서, 하기 수학식 2의 캔틸레버 빔에 관한 힘-변형 관계로부터 다음과 같이 얻어진 회전강성(kθ)은 입력으로서 회동축(255)에 가해지는 회전 모멘트와 출력으로서 얻어지는 회전각도 사이의 관계를 정의할 수 있다.
Figure 112006041685464-pat00004
Figure 112006041685464-pat00005
수학식 2 및 수학식 3으로부터 알 수 있듯이, 본 발명이 비교대상에 비해 1/4로 감소된 회전강성(kθ)을 보이는데, 이것은 회동축에 동일한 크기의 회전 모멘트를 제공할 때 스테이지의 회전각도는 4배로 증가하며, 동일한 회전각도를 얻기 위해 요구되는 회전 모멘트는 1/4로 감소된다는 것이므로, 전반적인 시스템의 동적 특성 및 구동 효율의 향상을 의미하는 것이다.
한편, 도 7b 및 도 10b를 참조하면, 휨 변형된 제2 링크(125,225)는 그 자체의 탄성 강도에 의해 제2 링크(125,225)와 연결된 레버 프레임을 끌어내리려는 경향의 탄성 복원력(Fr1,Fr2)을 작용한다. 상기 제2 링크(125,225)가 완전히 이완되어 사선 상으로 배열된 상태와, 변형되어 탄성 복원력이 작용하는 상태 사이의 수직 변형(V1,V2)을 비교하면, 본 발명의 V1은 비교예의 V2에 비해 상당히 적은 값을 갖고, 변형 정도에 비례하는 탄성 복원력(Fr1,Fr2)도 본 발명의 F1이 비교예의 F2에 비해 상당히 작을 것을 예상할 수 있다. 상기 탄성 복원력(Fr1,Fr2)은 회동축 구동에 있어 저항요소로 작용할 뿐만 아니라, 레버 프레임 및 이와 연결된 다른 구성요소들을 수직방향으로 변형시킴으로써 전체 구조가 완전한 코플레러니티(coplanarity)를 이루지 못하고 뒤틀리게 하거나, 또는 뒤틀림 변형을 수반하는 진동 모드를 유발하여 동력 손실을 발생시키고, 구성요소 상호 간의 기계적인 간섭이나 마모를 초래하는 원인이 된다. 본 발명의 고유한 제2 링크-회동축의 결합구조는 제2 링크의 탄성 복원력을 최소화함으로써 시스템의 원활한 구동을 보장하고 있다.
한편, 도 2에서 볼 수 있듯이, 액츄에이터(110,130)의 테두리 영역을 따라서는 다수의 고정 앵커(160)가 형성된다. 상기 고정 앵커(160)는 주기적으로 병진 또는 회전 진동되는 구동 요소의 일부를 탄성적으로 지지함으로써 구동 요소의 정상 구동은 허용하면서도 구동 요소의 위치이탈이나 의도하지 않은 진동 모드 또는 변 형은 방지한다. 이를 위해 고정 앵커(160)와 각 구동 요소 사이에는 탄성 스프링(165)이 개재된다. 예를 들어, 상기 구동전극(110)과 고정 앵커(160) 사이의 탄성 스프링(165)은 y 방향으로 신장-압축되도록 다수의 절곡 형상으로 이루어지며, 높은 형상비의 협폭으로 형성됨으로써, 구동전극(110)의 일 방향(y 방향) 병진 진동은 허용하되, 다른 x, z 방향의 운동은 제한한다.
상기 고정 앵커(160)는 대게 액츄에이터(110,130)의 테두리 영역을 따라 형성되는데, 액츄에이터(110,130)의 내부 영역에도 일부 고정 앵커(160)가 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도시된 일례에서는 구동 프레임(115)과 레버 프레임(120) 사이에 고정 앵커(160)가 배치되며, 상기 고정 앵커(160)와 각각의 구동 프레임(115) 및 레버 프레임(120) 사이에는 탄성 스프링(165)이 개재된다. 상기 탄성 스프링(165)은 y 방향으로 신장-압축되도록 다수의 절곡 형상으로 이루어지며, 일 방향(y 방향)에 국한하여 유연성을 갖도록 높은 형상비로 설계된다. 상기 탄성 스프링(165)은 이를 통하여 고정 앵커(160)에 탄성 지지된 구동 프레임(115)과 레버 프레임(120)의 y 방향 운동은 허용하되, 다른 x 방향 및 z 방향의 운동은 제한하는 기능을 함으로써 구동 동력이 낭비되지 않도록 불필요한 진동은 최대한 억제하고, 전체 맴스 구조의 코플레너리티를 확보함으로써 구성요소 상호 간의 기계적인 간섭이나 마모를 방지하여 구조물의 원활한 구동을 보장한다.
한편, 광스캐너로 사용되는 맴스 디바이스에서, 상기 스테이지(150)의 일면은 반사면으로 제공되며, 스테이지(150)가 요동 구동되면서 입사광을 주사방향으로 반사시키게 된다. 스테이지(150)의 반대 면에는 도 3에 도시된 바와 같이 스트라이 프(stripe) 패턴으로 다수의 리브(151, rib)가 형성되어 있다. 리브(151) 패턴이 형성된 스테이지(150)는 그 일부를 구성하는 실리콘 기판의 해당 면을 스트라이프 패턴으로 식각함으로써 얻어질 수 있다. 이렇게 스테이지(150)의 질량 감소를 통하여 회전 관성을 줄임으로써 신속한 동적 응답 및 구동 효율의 향상을 도모할 수 있으며, 다수의 리브(151)로 강성을 보강하여 변형을 방지할 수 있다.
이하의 표 1은 본 발명의 효과를 확인하기 위한 수치해석 결과로서, 종래기술과 본 발명에 따른 맴스 디바이스를 동일한 공진 주파수와 회전각도로 구동하기 위해 각기 요구되는 구동전압을 비교한 것이다. 표 1을 참조하면, 회전각도 ±12도, 공진 주파수 25kHz의 구동조건에서, 본 발명의 구동전압(Vp-p, 피크-피크 간 전압차)은 170V로, 종래기술의 280V에 비해 절반 이하 수준임을 알 수 있다. 이를 소비전력으로 환산하면 대략 1/3 수준이며, 동일한 소비전력을 제공하면 3배의 구동력을 얻을 수 있음을 의미하는 것이다.
Figure 112006041685464-pat00006
도 12 내지 도 14는 본 발명의 서로 다른 실시예들로서, 도 2에 도시된 맴스 디바이스의 변형례를 도시한 평면도들이다. 도면들에서 도 2의 구성요소와 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며, 도 2에서와 마찬가지로 고정전극에 대한 도시는 생략되어 있다. 도 12에 도시된 맴스 디바이스는 스테이지(150)와 상기 스테이지(150)를 회전 가능하게 지지하는 회동축(155)을 포함하고, 상기 회동축(155)에 대해 서로 반대 방향의 가진력을 부여하는 제1, 제2 액츄에이터(110,130)를 구비한다. 상기 제1, 제2 액츄에이터(110,130)는 회동축(155)의 수직 단차진 위치에서 푸시-풀 형태의 주기적인 가진력을 제공하여 회동축(155)에 지지된 스테이지(150)를 정방향/역방향으로 회전시키게 된다. 여기서, 제1 액츄에이터(110) 측의 제2 링크(125)와 제2 액츄에이터(130) 측의 제2 링크(125)는 회동축(155)의 일단부에 결합되어 가진력을 제공하며, 회동축(155)의 타단부는 고정 앵커(160)를 통해 고정적으로 지지된다. 이렇게 도 12에 도시된 실시예에서는 제1, 제2 액츄에이터(110,130)의 동력을 회동축(155)의 일단부로만 전달함으로써 동력전달 구조의 단순화를 통해 집적화 및 소형화에 보다 유리한 맴스 디바이스를 제공할 수 있다.
도 13에 도시된 맴스 디바이스는 회동축(155)에 지지된 스테이지(150)와 상기 스테이지(150)에 가진력을 부여하기 위한 액츄에이터(110)를 구비한다. 상기 회동축(155)에는 액츄에이터(110) 측에서 연장된 제2 링크(125)와 반대편의 고정 프레임(170) 측에서 연장된 고정 링크(175)가 각각 연결된다. 상기 제2 링크(125)와 고정 링크(175)는 상기 회동축(155)의 수직 방향으로 단차진 위치에서 서로 반대 방향의 힘을 작용하게 된다. 즉, 상기 액츄에이터(110)는 제2 링크(125)를 통하여 상기 회동축(155)에 푸시-풀 형태의 구동력을 부여하고, 상기 고정 링크(175)는 상기 제2 링크(125)의 가진력에 대항하여 반대 방향의 반발력을 제공하며, 수직방향으로 이격된 위치에서 서로 반대 방향으로 가해지는 구동력/반발력이 짝힘처럼 작용하면서 회동축(155) 및 이에 지지된 스테이지(150)를 회동시키게 된다. 도 13의 실시예에서는 단일 액츄에이터로 회동축을 구동하므로, 구조의 단순화를 통하여 맴스 디바이스 칩의 집적화 및 소형화에 유리한 장점이 있다.
도 14에 도시된 맴스 디바이스는 회동축(155)에 지지된 스테이지(150)와 상기 스테이지(150)를 구동하기 위한 액츄에이터(110)를 구비한다. 상기 회동축(155)의 일단부에는 서로 반대편에서 연장된 액츄에이터(110)의 제2 링크(125)와 고정 프레임(170)의 고정 링크(175)가 각각 연결되며, 상기 회동축(155)은 이들 링크(125,175)를 통해 주기적인 가진력을 제공받는다. 여기서, 상기 회동축(155)의 타단부는 고정 앵커(160)에 의해 고정적으로 지지된다. 도 14에 도시된 실시예에서는 단일 액츄에이터 구조를 이용하면서도 액츄에이터(110)의 동력을 회동축(155)의 일단부로만 전달함으로써 동력전달 구조의 단순화를 통해 스캐너 칩의 사이즈를 보다 소형화시킬 수 있다.
본 발명의 맴스 디바이스에서는 평면상으로 배열된 콤 구조를 활용하여 병진진동을 발생시킨 후, 병진-회전 운동 변환기구를 적용하여 스테이지의 구동 모멘트를 얻고 있다. 콤 구조로부터 직접 구동 모멘트를 발생시키고 있는 종래구조에서는 콤 구조의 확장이 공진 조건 및 기하학적인 제약에 의해 제한됨에 따라 스캐너의 구동력 및 구동각도가 일정한 범위로 제한되는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서는 콤 구조의 확장이 매우 용이하며, 예를 들어, 단순히 평면 방향으로 더 많은 콤 구조를 배열함으로써 구동각도를 향상시킬 수 있고, 대화면의 디스플레이가 구 현될 수 있다. 본 발명에서는 구동력을 제공하는 콤 구조를 스테이지를 포함하는 회전체로부터 분리시킴으로써 회전체의 질량 관성을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 예를 들어, 고속 구동에 의한 고해상도 디스플레이를 구현하는 스캐너가 제공될 수 있다.
본 발명에서는 콤 구조에서 발생된 동력을 전달하는 과정에서 기계적인 레버 구조를 활용함으로써 전달되는 구동력을 증폭시킬 수 있고, 액츄에이터와 회동축의 상하 단차진 위치를 링크시키는 운동전환 기구를 활용함으로써 높은 병진-회전 전환효율을 얻고 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (30)

  1. 회동축에 지지되는 스테이지와, 상기 회동축의 축심에 대해 상하로 편심된 위치에서 푸시-풀 형태의 가진력을 제공하는 액츄에이터를 구비한 맴스 디바이스로서,
    상기 액츄에이터는,
    소정 간격을 두고 나란하게 연장된 다수의 고정콤;
    상기 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 상기 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동 콤;
    상기 구동콤을 상호 연결하여 지지하며 상기 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임; 및
    상기 구동 프레임의 병진 진동을 상기 회동축의 편심 위치로 전달하는 운동전달부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운동전달부재는,
    상기 구동 프레임에 연동되어 일단의 힌지를 중심으로 소정 각도범위에서 회전 진동하는 레버 프레임;
    상기 레버 프레임과 구동 프레임 사이를 상호 연동시키는 제1 링크; 및
    상기 레버 프레임과 상기 회동축의 편심 위치를 상호 연결하는 제2 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레버 프레임은 선회반경 방향으로 L1 이격된 위치에서 상기 제1 링크와 결합되고, 선회반경 방향으로 L2 이격된 위치에서 상기 제2 링크와 결합되며, L1 > L2 인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레버 프레임과 회동축을 상호 연결하는 제2 링크는 상기 레버 프레임에서 상기 회동축의 중심선을 가로질러 반대편으로 연장되며, 상기 제2 링크에 대응하여 인입된 회동축의 오목부에 결합되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 프레임은,
    병렬적으로 배치되고 길이방향을 따라 상기 구동콤이 배열된 다수의 구동전극; 및
    상기 구동전극을 상호 연결하는 연결 바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  6. 회동축에 지지된 스테이지와, 상기 회동축의 축심에 대해 상하로 단차진 서로 다른 제1, 제2 위치에서 서로 반대 방향의 힘을 작용하는 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터를 포함하는 맴스 디바이스로서,
    상기 제1, 제2 액츄에이터 각각은,
    소정 간격을 두고 나란하게 연장된 다수의 고정콤;
    상기 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 상기 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동콤;
    상기 다수의 구동콤을 상호 연결하여 지지하며, 상기 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임;
    상기 구동 프레임과 제1 링크를 통해 연동되어 일단의 힌지를 중심으로 회전 진동되는 레버 프레임; 및
    상기 레버 프레임의 적어도 일 측부에서 상기 스테이지의 회동축을 향해 연장되어 상기 제1 위치 또는 제2 위치에 결합된 제2 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 링크는 상기 회동축의 편심 위치에 대해 푸시-풀(push-pull) 형태의 가진력을 가하면서 상기 회동축을 정방향/역방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 레버 프레임은 일단의 힌지로부터 선회반경 방향으로 L1 이격된 위치에서 상기 제1 링크와 결합되고, 선회반경 방향으로 L2 이격된 위치에서 상기 제2 링크와 결합되며, L1 > L2 인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 레버 프레임과 회동축을 상호 연결하는 제2 링크는 상기 레버 프레임에서 상기 회동축의 중심선을 가로질러 반대편으로 연장되며, 상기 제2 링크에 대응하여 인입된 회동축의 오목부에 결합되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회동축은 상기 제1 액츄에이터의 제2 링크에 대응하여 인입된 제1 오목부와 상기 제2 액츄에이터의 제2 링크에 대응하여 반대편으로 인입된 제2 오목부를 갖는 절곡 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 구동 프레임은,
    병렬적으로 배치되고 길이방향을 따라 상기 구동콤이 배열된 다수의 구동전극; 및
    상기 구동전극을 상호 연결하는 연결 바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동전극 사이에는 길이방향을 따라 상기 고정콤이 배열된 고정전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  13. 제11항에 있어서,
    일군의 구동전극이 평행하게 배치된 전극배열에 있어, 중앙에 배치된 구동전극에는 내측과 외측 주된 면 모두에 구동콤이 배열되고, 상기 중앙의 구동전극을 기준으로 내측의 구동전극에는 내측의 주된 면에, 외측의 구동전극에는 외측의 주된 면에 선택적으로 구동콤이 배열되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구동콤과 마주보는 고정전극의 대향 면에는 상기 고정콤이 배열되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 구동콤과 고정콤 사이의 상호 작용에 의해, 상기 내측의 구동전극은 내측 방향으로 주기적인 인력을 받고, 상기 외측의 구동전극은 외측 방향으로 주기적 인 인력을 받는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 구동전극의 단부에는 일 방향으로 신장-압축되면서 구동전극의 병진 진동은 허용하되, 다른 방향의 운동은 제한하기 위해 다수의 굴절 구조를 갖고 높은 형상비(aspect ratio)로 성형된 탄성 스프링이 마련되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 레버 프레임의 힌지는 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터에 의해 사실상 동일한 수직높이에서 서로 반대방향의 힘이 작용되는 회동축 상의 힘의 균형점이 되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 맴스 디바이스는 절연층을 사이에 두고 상하로 대면되게 결합된 제1 도전기판 및 제2 도전기판을 포함하는 SOI 기판을 소정 패턴으로 식각하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터 측의 제2 링크와 상기 제2 액츄에이터 측의 제2 링크는 각각 상기 제1 도전기판 및 제2 도전기판의 단층으로 이루어지며, 상기 회동축은 상기 제1, 제2 도전기판의 복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  20. 제18항에 있어서,
    서로 맞닿아 있도록 상기 제1 액츄에이터 측에서 연장된 제2 링크의 단부와 상기 회동축 상부는 상기 제1 도전기판으로 일체 형성되고, 서로 맞닿아 있도록 상기 제2 액츄에이터 측에서 연장된 제2 링크 단부와 상기 회동축 하부는 상기 제2 도전기판으로 일체 형성되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 레버 프레임의 힌지와 맞닿아 있는 제1 액츄에이터 부분과 제2 액츄에이터 부분은 상기 힌지와 함께 제1, 제2 도전기판의 복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  22. 제6항에 있어서,
    상기 구동 프레임과 레버 프레임 사이의 동력 연결을 매개하는 제1 링크는 다수의 굴절 구조를 갖고 높은 형상비(aspect ratio)로 성형된 스프링 부재로 제공되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  23. 제6항에 있어서,
    상기 제2 링크의 적어도 일부는 다수의 굴절 구조를 갖고 높은 형상비(aspect ratio)로 형성된 스프링 부재로 제공되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  24. 제6항에 있어서,
    상기 스테이지의 반사면과 반대되는 면에는 강도보강을 위한 리브(rib) 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  25. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 제2 액츄에이터 각각은 상기 회동축의 양단부에 결합되어 상기 회동축의 제1, 제2 위치에서 대해 주기적인 가진력을 제공하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  26. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 제2 액츄에이터 각각은 상기 회동축의 일단부에 결합되어 상기 회동축의 편심 위치에 대해 주기적인 가진력을 제공하며, 상기 회동축의 타단부는 고정적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  27. 회동축에 지지된 스테이지와, 상기 회동축의 축심에 대해 상하로 편심된 서 로 다른 제1, 제2 위치에서 서로 반대 방향의 힘을 작용하는 액츄에이터 및 고정 프레임을 포함하는 맴스 디바이스로서,
    상기 액츄에이터는,
    소정 간격을 두고 일 방향으로 나란하게 연장된 다수의 고정콤;
    상기 고정콤과 맞물리도록 상보적인 위치에 형성되고, 상기 고정콤의 주기적인 정전인력에 의해 치합 위치와 이격 위치 사이에서 병진 진동하는 다수의 구동콤;
    상기 다수의 구동콤을 상호 연결하여 지지하며, 상기 구동콤과 함께 병진 진동되는 구동 프레임;
    상기 구동 프레임과 제1 링크를 통해 연동되어 일단의 힌지를 중심으로 회전 진동되는 레버 프레임; 및
    상기 레버 프레임의 적어도 일 측부에서 상기 스테이지의 회동축을 향해 연장되어 상기 회동축의 제1 위치에 결합된 제2 링크;를 포함하며,
    상기 고정 프레임은 상기 제2 링크의 구동력에 대항하여 상기 회동축에 반발력을 가하도록 상기 회동축의 제2 위치에 결합된 고정 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 회동축의 적어도 일부는 상기 제2 링크에 대응하여 인입된 제1 오목부와 상기 고정 링크에 대응하여 반대편으로 인입된 제2 오목부를 갖는 굴절 형상으 로 마련되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 액츄에이터 및 고정 프레임 각각은 상기 회동축의 양단부에 결합되어 상기 회동축의 제1, 제2 위치에서 대해 주기적인 가진력을 제공하는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 액츄에이터 및 고정 프레임 각각은 상기 회동축의 일단부에 결합되어 상기 회동축의 편심 위치에 대해 주기적인 가진력을 제공하며, 상기 회동축의 타단부는 고정적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 맴스 디바이스.
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