KR100765738B1 - Micro mirror scanner - Google Patents
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Abstract
마이크로 미러 스캐너에 관해 개시되어 있다. 개시된 마이크로 미러 스캐너는 토션 바를 주축으로 회전할 수 있도록 구비된 마이크로 미러와, 상기 마이크로 미러가 자신의 고유 진동수로 회전 진동할 수 있도록 회전 구동력을 제공하는 구동 전극과, 상기 토션 바를 통해서 마이크로 미러가 지지되고 상기 구동 전극이 형성되는 프레임층을 구비하는 마이크로 미러 스캐너에 있어서, 상기 마이크로 미러는 상기 토션 바 사이의 거리가 최대가 되는 방향으로 상기 토션 바와 연결되어 있고 마름모꼴이다.A micro mirror scanner is disclosed. The disclosed micromirror scanner includes a micromirror provided to rotate the torsion bar about its main axis, a driving electrode providing a rotational drive force to rotate the micromirror at its own frequency, and the micromirror supported by the torsion bar. And a frame layer on which the drive electrode is formed, wherein the micromirror is connected to the torsion bar and is rhombic in a direction in which the distance between the torsion bars is maximum.
Description
도 1은 종래 기술에 의한 마이크로 미러 스캐너의 평면도이다.1 is a plan view of a micro mirror scanner according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 미러 스캐너의 평면도이다.2 is a plan view of a micro mirror scanner according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 미러 스캐너의 단면도로써, 마이크로 미러가 최대 회전 위치에 있을 때의 마이크로 미러와 구동 전극간의 위치 관계를 나타낸 단면도이다.3 is a sectional view of a micromirror scanner according to an embodiment of the present invention, which is a sectional view showing the positional relationship between the micromirror and the driving electrode when the micromirror is in the maximum rotational position.
도 4 및 도 6은 각각 도 2에 도시한 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 미러 스캐너의 구동 전극에 인가되는 마이크로 미러의 고유 진동수 조정을 위한 조정 전압의 파형을 나타낸다.4 and 6 show waveforms of adjustment voltages for adjusting the natural frequencies of the micromirrors applied to the drive electrodes of the micromirror scanner according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, respectively.
도 5 및 도 7은 각각 도 4 및 도 6에 도시한 조정 전압 파형이 구동 전극에 인가될 때의 마이크로 미러 고유 진동수 변화를 나타낸 그래프들이다.5 and 7 are graphs showing changes in micromirror natural frequencies when the adjustment voltage waveforms shown in FIGS. 4 and 6 are applied to the drive electrodes, respectively.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Major Parts of Drawings *
40:마이크로 미러 42:구동 전극40: micromirror 42: driving electrode
44:토션 바 46:프레임44: torsion bar 46: frame
본 발명은 마이크로 미러 스캐너에 관한 것으로써, 자세하게는 토션 바 근처까지 확장된 구동 전극을 구비하고 구동 전압의 변화만으로 마이크로 미러의 고유 진동수 조정이 가능한 마이크로 미러 스캐너에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromirror scanner, and more particularly, to a micromirror scanner having a driving electrode extended to near a torsion bar and capable of adjusting the natural frequency of the micromirror only by changing the driving voltage.
마이크로 미러 스캐너에 구비된 마이크로 미러는 입사되는 광을 소정의 각도 범위로 조사하는 역할을 한다. 이를 위해 마이크로 미러는 토션 바(torsion bar)를 회전축으로 하여 상기 소정의 각도 범위로 회전되게 구비되어 있다. 이러한 마이크로 미러의 회전 진동은 마이크로 미러의 고유 진동수를 이용한 것이다.The micro mirror provided in the micro mirror scanner serves to irradiate incident light in a predetermined angle range. To this end, the micro mirror is provided to be rotated in the predetermined angle range by using a torsion bar as a rotation axis. The rotational vibration of the micromirror uses the natural frequency of the micromirror.
마이크로 미러 스캐너를 제작하는 단계에서 원하는 마이크로 미러의 고유 진동수가 정해지면, 해당 고유 진동수를 갖도록 마이크로 미러의 재질이 정해지고, 그 형태가 설계된다. 따라서 마이크로 미러 스캐너는 가능한 사전에 정해진 재질과 설계된 형태대로 제작하는 것이 바람직한데, 실제 마이크로 미러 스캐너를 제작하다보면 아무리 정확하게 제작하더라도 설계된 형태와 정확하게 동일한 형태의 결과물을 얻기는 어렵다. 곧, 마이크로 미러 스캐너 제작 과정에 어느 정도의 치수 오차가 수반된다. 이러한 점을 고려하여, 마이크로 미러 스캐너를 실제 사용할 때는 마이크로 미러의 고유 진동수를 보정하는 것이 일반적이고, 마이크로 미러 스캐너에 이를 위한 보정 수단이 구비되어 있다.When the desired natural frequency of the micromirror is determined in the manufacturing of the micromirror scanner, the material of the micromirror is determined to have the natural frequency, and the shape thereof is designed. Therefore, it is desirable that the micro mirror scanner be manufactured in a predetermined material and designed form as much as possible. However, even if the actual micro mirror scanner is manufactured, it is difficult to obtain the exact same result as the designed form. In short, some dimensional errors are involved in the manufacturing process of the micromirror scanner. In view of this, it is common to correct the natural frequency of the micromirror when the micromirror scanner is actually used, and the micromirror scanner is provided with correction means for this.
예를 들면, 도 1에 도시된 종래 기술에 의한 마이크로 미러 스캐너(10)는 마이크로 미러(12)의 고유 진동수 보정을 위해 마이크로 미러(12) 둘레의 실리콘 프레임(14) 상에 주파수 조정 전극(16)을 구비한다. 실리콘 프레임(14)은 아래의 실리콘 기판(15)이 에피텍셜 성장된 층이다.
For example, the prior
마이크로 미러 스캐너(10)가 동작되면, 마이크로 미러(12)는 마이크로 미러(12)에 대해 비대칭적으로 구비된 스타팅 전극(22)에 의해 초기 구동되고, 구동 전극(20)에 의해 토션 바(18)를 주축으로 하여 입사광을 소정의 각 범위로 연속적이고 균일하게 반사하도록 소정의 회전 범위내에서 회전 진동하게 된다.When the
상기한 바와 같은 요인에 의해 마이크로 미러(12)의 고유 진동수가 달라지는 경우, 마이크로 미러(12)에 입사되는 입사광이 반사되는 각도가 달라지게 되어 데이터 기록 범위가 정해진 범위를 벗어나게 되므로, 주파수 조정 전극(16)에 조정 전압을 인가하여 마이크로 미러(12)의 스티프니스(stiffness)를 조절하는 방법으로 마이크로 미러(12)의 고유 진동수를 조정하게 된다.When the natural frequency of the
그러나, 주파수 조정 전극이라는 보조 전극을 이용하는 방법은 별도의 제어 전원이 필요하고, 마이크로 미러(12)의 회전각이 큰 경우, 마이크로 미러(12)와 주파수 조정 전극(16) 간의 거리가 멀어지게 되므로 높은 조정 전압이 요구되거나 아예 조정이 불가능한 문제가 있다.However, a method of using an auxiliary electrode called a frequency adjusting electrode requires a separate control power supply, and when the rotation angle of the
한편, 마이크로 미러의 고유 진동수를 조정하기 위한 다른 방법으로 마이크로 미러(12)의 외관을 레이저 가공기를 사용하여 트리밍(trimming)하는 방법이 있는데, 이 방법은 공진체, 곧 마이크로 미러의 질량을 변화시키는 것으로써, 마이크로 미러의 고유 진동수를 조정하는 확실한 방법이기는 하지만, 트리밍시에 발생되는 가공 칩 등 이물질이 발생되어 장치를 오염시키고 변형을 줄 수 있어 제2의 고유 진동수 조정이 필요할 수 있고, 무엇보다 정확한 트리밍을 위해서는 마이크로 미러의 질량을 정확히 계측할 필요가 있는데 이것이 어렵다는 문제가 있다.On the other hand, another method for adjusting the natural frequency of the micromirror is a method of trimming the appearance of the
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 구동 전압의 조정만으로 마이크로 미러의 고유 진동수 편차를 보정할 수 있고, 마이크로 미러의 회전각이 큰 경우에도 마이크로 미러와 구동전극 사이의 정전력을 유지할 수 있는 마이크로 미러 스캐너를 제공함에 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, it is possible to correct the natural frequency deviation of the micromirror only by adjusting the drive voltage, even if the rotation angle of the micromirror is large micromirror To provide a micro-mirror scanner that can maintain a constant power between the and the driving electrode.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 토션 바를 주축으로 회전할 수 있도록 구비된 마이크로 미러와, 상기 마이크로 미러가 자신의 고유 진동수로 제한된 범위내에서 회전 진동할 수 있도록 회전 구동력을 제공하는 구동 전극과, 상기 토션 바를 통해서 마이크로 미러가 지지되고 상기 구동 전극이 형성되는 프레임층을 구비하는 마이크로 미러 스캐너에 있어서, 상기 마이크로 미러는 상기 토션 바 사이의 거리가 최대가 되는 방향으로 상기 토션 바와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 스캐너를 제공한다. 이때, 상기 구동 전극은 상기 마이크로 미러가 최대 진동 폭일 때에도 상기 마이크로 미러 구동을 위한 유효 정전력을 미칠 수 있는 형태로 구비되어 있다. 상기 구동 전극은 상기 마이크로 미러의 측면을 따라 상기 토션 바 근처까지 확장되어 있다. 상기 마이크로 미러는 마름모꼴이다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a micro-mirror provided to rotate the torsion bar around the main shaft, and a driving electrode for providing a rotational driving force to allow the micro-mirror to rotate in a limited range by its own natural frequency And a frame layer on which the micromirror is supported through the torsion bar and the drive electrode is formed, wherein the micromirror is connected to the torsion bar in a direction in which a distance between the torsion bars is maximized. It provides a micro mirror scanner, characterized in that. In this case, the driving electrode is provided in a form that can have an effective constant power for driving the micro mirror even when the micro mirror is the maximum vibration width. The drive electrode extends along the side of the micromirror to near the torsion bar. The micro mirror is rhombic.
또한, 상기 구동 전극은 상기 마이크로 미러를 구동시키기 위한 전극이면서 동시에 상기 마이크로 미러의 고유 진동수 편차 발생시에 이를 조정하기 위한 조정 전압이 인가되는 주파수 조정 전극이다. In addition, the driving electrode is an electrode for driving the micromirror and at the same time a frequency adjusting electrode to which an adjustment voltage for adjusting the micromirror occurs when a natural frequency deviation of the micromirror occurs.
이러한 본 발명에 의한 마이크로 미러 스캐너를 이용하면, 마이크로 미러가 큰 회전각으로 회전되는 경우에도 구동 전극과 마이크로 미러 사이의 정전력을 유지할 수 있으므로, 별도의 주파수 조정 전극을 구비함이 없이 구동 전극에 인가하는 전압 조정만으로 마이크로 미러의 고유 진동수 편차를 보정할 수 있다.When using the micro mirror scanner according to the present invention, even when the micro mirror is rotated at a large rotation angle, it is possible to maintain the electrostatic force between the drive electrode and the micro mirror, so that the drive electrode is not provided with a separate frequency adjustment electrode. It is possible to correct the natural frequency deviation of the micromirror only by adjusting the voltage to be applied.
이하, 본 발명의 실시예에 마이크로 미러 스캐너를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, a micromirror scanner will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the process, the thicknesses of the regions shown in the drawings are exaggerated for clarity.
도 2를 참조하면, 참조번호 40은 마이크로 미러를, 42는 정전력을 발생시켜 마이크로 미러(40)를 자신의 고유 진동수로 회전 진동시키는 구동 전극을, 44는 마이크로 미러(40)의 회전 중심축이 되는 토션 바(torsion bar)를, 46은 토션 바(44)를 지지하고, 구동전극(42)이 형성되는 프레임을 각각 나타낸다.Referring to FIG. 2,
도면에서 볼 수 있듯이, 마이크로 미러(40)의 평면 형태는 마름모꼴로써, 대항하는 두 모서리가 토션 바(44)에 각각 연결되어 있다. 이러한 형태는 정사각형의 마이크로 미러를 회전시켜 정사각형의 대향하는 두 모서리를 토션 바(44)에 연결한 것과 동일한 형태이다. 이렇게 함으로써, 토션 바(44) 사이의 거리(D)는 최대가 된다. 토션 바(44)가 대향하는 두 모서리와 연결되어 있으므로, 대향하는 다른 두 모서리는 토션 바(44)에 수직한 방향으로 위치하게 된다. 따라서, 마이크로 미러(40)의 토션 바(44) 사이의 측면은 토션 바(44)에 연결된 모서리와 토션 바(44)에 수직한 방향에 있는 모서리를 연결하는 두 변(S1, S2)으로 구성되어 토션 바(44)에 수직한 방향으로 뾰족한 형태가 된다. 이러한 마이크로 미러(40)의 측면을 따라 비 접촉되게 구동 전극(42)이 구비되어 있고, 구동 전극(42)은 토션 바 근처까지 확장되어 있다. 이에 따라 도 3에 도시한 바와 같이 마이크로 미러(40)의 토션 바(44)에 수직한 방향으로 뾰족한 부분과 구동 전극(42)의 이 부분에 대응하는 부분간의 거리(D1)가 최대가 되더라도 토션 바(44) 부근에서의 양자의 거리(D2)는 좁게 되므로, 마이크로 미러(40)와 구동 전극(42) 사이에는 여전히 유효한 정전력이 작용하게 된다. 이렇게 해서, 종래와 같이 별도의 고유 진동수 조정 전극을 구비함이 없이 구동 전극(42)에 인가되는 구동 전압을 조정하는 방법으로 마이크로 미러(40)의 고유 진동수를 조정할 수 있다.As can be seen in the figure, the planar shape of the
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같은 톱니파 전압(15V∼20V)을 구동 전극(42)에 인가하는 경우, 도 5에 나타낸 그래프를 통해 알 수 있듯이 마이크로 미러(40)의 회전 진동수가 구동 전극(42)에 인가되는 전압에 따라 변화함을 알 수 있다.For example, when the sawtooth wave voltage 15V to 20V as shown in FIG. 4 is applied to the
또한, 도 6에 도시한 바와 같이 전압 증가 부분(P)이 구형인 톱니파 전압을 구동 전극(42)에 인가하는 경우에도, 도 7에 나타낸 그래프를 통해 알 수 있듯이, 인가 전압에 따라 마이크로 미러(40)의 회전 진동수가 증감함을 알 수 있다.Also, as shown in FIG. 6, even when the voltage increasing portion P applies a spherical sawtooth voltage to the driving
도 5 및 도 6에 나타낸 결과는 마이크로 미러(40) 구동 중에 마이크로 미러(40)의 고유 진동수가 변하는 경우, 구동 전극(42)에 인가하는 전압의 파형을 조정하여 고유 진동수 변화를 보정할 수 있음을 나타낸다.5 and 6 show that when the natural frequency of the
한편, 마이크로 미러(40)의 측면은 곡면이고, 구동 전극(42)의 상기 측면에 대응하는 면도 곡면이다. 이에 따라, 마이크로 미러(40)와 구동 전극(42) 간의 대 향 면적이 넓어지므로 양자 사이의 정전력이 증가되고 양자 사이의 정전 용량 변화도 커지게 된다. On the other hand, the side surface of the
마이크로 미러(40) 측면 및 구동 전극(42)의 이에 대응하는 면의 곡면 형태는 도 3의 원(A)안에 도시한 바와 같이 빗살(comb) 형태인 것을 알 수 있다.It can be seen that the curved shape of the side surface of the
구체적으로, 양자의 곡면 형태는 토션 바(44)에 수직하고 마이크로 미러(40)에 평행한 오목 볼록한 형태이며, 상기 오목 볼록한 형태는 전 영역에 걸쳐 균일하게 형성되어 있고, 마이크로 미러(40) 및 구동 전극(42)이 서로 비 접촉 상태로 맞물릴 수 있는 형태이다. 곧, 마이크로 미러(40) 측면의 볼록한 부분(40a)은 구동 전극(42)의 오목한 부분에, 마이크로 미러(40) 측면의 오목한 부분(40b)은 구동 전극(42)의 볼록한 부분에 각각 대응되도록 형성되어 있다. 이렇게 해서, 토션 바(44)를 회전축으로 마이크로 미러(40)가 회전되더라도 마이크로 미러(40)와 구동 전극(42)은 부딪치지 않게 된다.Specifically, both curved shapes are concave convex shapes perpendicular to the
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 적용하여 마이크로 미러의 형태를 마름모꼴이 아닌 다른 형태로 변형할 수도 있을 것이며, 마이크로 미러(40)의 측면 및 구동 전극의 상기 측면에 대향하는 면의 곡면 구성을 마이크로 미러(40) 구동시에 비 접촉되도록 구성하되, 상기 측면 및 면의 영역에 따라 불균일하게 구성할 수도 있을 것이다. 또한, 토션 바(44)의 근처에만 곡면 형태로 하고 다른 부분은 평면 대향되도록 마이크로 미러(40)의 측면 및 이에 대응하는 구동 전극(42) 면을 구성할 수도 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may apply the technical idea of the present invention to change the shape of the micromirror to a shape other than a lozenge, and the side and the driving of the
상술한 바와 같이, 마이크로 미러는 회전축인 토션 바 사이의 거리가 최대가 되는 방향으로 토션 바와 연결되어 있고, 이러한 마이크로 미러의 상기 토션 바 근처까지 구동 전극이 확장되어 있다. 따라서 마이크로 미러가 큰 회전각으로 회전되는 경우에도 토션 바 근처에서 구동 전극과 마이크로 미러 사이의 정전력은 유지될 수 있으므로, 별도의 주파수 조정 전극을 구비함이 없이 구동 전극에 인가하는 전압 조정만으로 마이크로 미러의 고유 진동수 편차를 보정할 수 있다.As described above, the micromirror is connected to the torsion bar in a direction in which the distance between the torsion bars, which is the rotation axis, is maximized, and the driving electrode is extended to the vicinity of the torsion bar of the micromirror. Therefore, even when the micromirror is rotated at a large rotation angle, the electrostatic force between the drive electrode and the micromirror can be maintained near the torsion bar. Therefore, the micromirror is not provided with a separate frequency adjustment electrode. The natural frequency deviation of the mirror can be corrected.
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2001
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