KR100987781B1

KR100987781B1 - 압전 소자를 이용한 액츄에이터 및 액츄에이터 구동 방법

Info

Publication number: KR100987781B1
Application number: KR1020080089328A
Authority: KR
Inventors: 정영민; 이경우; 권재환; 소형종; 김홍희
Original assignee: 경원훼라이트공업 주식회사; 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-10-13
Also published as: EP2164118A1; US20100060966A1; CN101674030A; JP2010067341A; KR20100030393A

Abstract

압전 소자를 이용한 액츄에이터 및 액츄에이터 구동 방법이 개시된다.

개시된 액츄에이터는, 입력된 전압에 따라 변위를 일으키는 적어도 하나의 압전 셀과 상기 압전 셀의 변위를 알아내기 위한 적어도 하나의 압전 센서를 포함하여 마이크로 미러 구동과 센싱을 구현한다.

Description

압전 소자를 이용한 액츄에이터 및 액츄에이터 구동 방법{Actuator using a piezoelectric element and method of driving the same}

최근 홀로그램을 이용한 정보저장기술이 주목을 받고 있다. 홀로그램을 이용한 정보저장법은 정보를 광학 간섭무늬 형태로 빛에 민감한 무기질 결정이나 혹은 폴리머 재료에 저장하는 것이다. 광학 간섭무늬는 간섭성을 띄는 두 개의 레이저빔을 이용하여 형성하게 된다. 경로를 달리하는 참조광과 신호광이 서로 간섭하여 형성되는 간섭무늬가 감광성 저장매체에 화학적 혹은 물리적 변화를 일으켜 기록되게 된다. 이렇게 기록된 간섭 패턴으로부터 정보를 재생하기 위해서는 기록할 때의 광과 유사한 참조광이 저장매체에 기록된 간섭 패턴에 조사된다. 이것은 간섭 패턴에 의한 회절을 일으키고, 이에 의해 신호광이 복원되면서 정보가 재생된다.

이러한 홀로그램 정보저장기술은 볼륨 홀로그래피(volume holography)를 이용하여 페이지(page)단위로 기록/재생하는 볼륨 홀로그래피 방식과 마이크로 홀로그래피(micro holography)를 이용하여 단일 비트(single bit)로 기록/재생하는 마이크로 홀로그래피 방식이 있다. 볼륨 홀로그래피 방식은 대규모의 정보를 동시에 처리한다는 장점이 있으나, 광학계가 매우 정밀하게 조정되어야 하기 때문에 일반 소비자 대상의 정보저장장치로 상용화되기가 어렵다.

한편, 마이크로 홀로그래피 방식은 두 개의 집광된 광을 초점에서 간섭시켜 미세한 간섭무늬를 형성하고, 이러한 간섭 무늬를 저장매체 평면상에서 이동시켜 다수를 기록하여 기록층을 형성하며, 이러한 기록층을 저장매체의 깊이 방향으로 중첩하여 기록함으로써 저장매체상에 정보를 3차원으로 기록하는 방식이다.

참조광과 신호광의 간섭을 이용한 회절패턴을 홀로그래피 매체 내에 기록하여 데이터를 저장하는 홀로그래피 정보 저장 장치에서 홀로그램 미디어에 기록된 신호를 재생 혹은 새로운 데이터를 기록함에 있어서 각 참조광 및 신호광의 미디어에 대한 입사각도의 정밀 제어는 매우 중요하다. 일반적으로 홀로그래피 저장 장치는 갈바노 미러를 사용하는데 갈바노 미러는 사이즈가 커서 소형 광학 헤드에 부적합하다. 또한, MEMS 미러가 사용되는 경우는 MEMS 미러는 정전력을 이용하는 것이기 때문에 구동력이 작고, 구동 주파수가 공진 주파수로 제한되어 적용 범위가 적을 뿐만 아니라 정밀도가 낮다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전 소자를 이용하여 마이크로 미러 구동과 센싱을 구현하는 액츄에이터를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 압전 소자를 센서로 이용하여 액츄에이터를 구동하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력된 전압에 따라 변위를 일으키는 적어도 하나의 압전 셀; 상기 압전 셀의 변위를 알아내기 위한 적어도 하나의 압전 센서; 상기 압전 센서로부터 에러값을 검출하는 에러 검출부; 상기 에러값을 이용하여 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부;를 포함하는 압전 소자를 이용한 액츄에이터를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에러 검출부는 PLL 회로를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에러 검출부는 상기 압전 센서의 정전용량으로부터 압전 셀의 변위를 알아내고, 상기 압전 셀의 변위와 기준 변위를 비교하여 에러 값을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압전 셀은 내부에 복수 개의 전극층이 적층된 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압전 셀과 압전 센서가 두 쌍이 구비되고, 압전셀과 압전 센서가 서로 마주보게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압전 셀과 압전 센서에 걸쳐 탑재되는 힌지 부재와 상기 힌지 부재 위에 탑재되는 것으로 미러를 지지하기 위한 포스트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 힌지 부재는 상기 미러의 회전축에 평행한 바와 상기 바에서부터 연장된 굴곡부를 가지는 압전 소자를 이용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압전 셀 및 압전 센서와 힌지 부재 사이에 지지 부재가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 힌지 부재는, 상기 지지 부재에 결합되는 제1 플레이트; 상기 포스트가 안착되는 제2 플레이트;를 더 포함하고, 상기 바와 굴곡부가 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 굴곡부는 상기 미러의 회전축에 평행한 적어도 하나의 제1부분과 상기 미러의 회전축에 수직한 적어도 하나의 제2부분을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전 셀에 변위를 일으키는 단계; 상기 압전 셀의 변위에 따라 연동되는 압전 센서로부터 에러 값을 검출하는 단계; 상기 에러 값으로부터 피드백 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 액츄에이터 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에러 값을 검출하는 단계는 상기 압전 센서의 정전 용량을 검출하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에러 값을 검출하는 단계는 상기 압전 센서의 정전용량으로부터 압전 셀의 변위를 알아내고, 상기 압전 셀의 변위와 기준 변위를 비교하여 에러 값을 검출하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에러 값을 검출하는 단계는 PLL 제어 방법을 이용하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전 소자를 이용하여 정밀 제어가 가능하며, 압전 소자를 미러 구동 소자로서 뿐만 아니라 센서로도 이용함으로써 별도의 센서를 구비할 필요가 없어 구조가 간단하다.

본 발명의 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 액츄에이터 및 그 구동 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터는 압전 소자를 이용하여 미러 구동을 함과 아울러 압전 셀의 변위를 검출한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터는 적어도 하나의 압전 셀과 적어도 하나의 압전 센서를 가지는 압전 소자(10)를 포함하는 마이크로 미러 디바이스(1)와 상기 압전 센서로부터 정전 용량을 검출하는 에러 검출부(5)를 포함한다. 상기 에러 검출부(5)로부터 검출된 정전 용량을 이용하여 피드백 신호 생성부(7)에서 변위 에러 값을 검출하고, 제어부(3)에서 상기 에러 값이 정정되도록 압전 셀의 변위를 제어한다.

도 2를 참조하면, 상기 압전 소자(10)는 마이크로 미러를 구동하기 위한 것으로 한 쌍 이상의 압전 셀과 압전 센서를 구비한다. 예를 들어 두 쌍의 압전 셀과 압전 센서가 구비될 수 있으며, 압전 셀과 압전 센서가 서로 마주 보도록 배치될 수 있다. 상기 마이크로 미러 디바이스(1)는 상기 압전 소자(10)를 이용하여 마이크로 미러를 구동한다.

도 2는 마이크로 미러 디바이스(1)의 일 예를 도시한 것이다. 상기 마이크로 미러 디바이스(1)는 제1 압전 셀(10a)과, 상기 제1 압전 셀(10a)에 마주보는 제1 압전 센서(10c)와, 제2 압전 셀(10d)과, 상기 제2 압전 셀(10d)에 마주보는 제2 압전 센서(10d)를 포함한다. 압전 소자(10) 위에는 힌지 부재(30)가 탑재되고, 상기 희지 부재(30) 위에 포스트(40)가 구비되며, 상기 포스트(40) 위에 마이크로 미러(50)가 지지되어 있다. 상기 힌지 부재(30)는 상기 제1 및 제2 압전 셀(10a)(10d)의 변위에 따라 회전축으로 작용하여 마이크로 미러(50)가 틸트된다. 상기 힌지 부재(30)는 압전 소자(10) 위에 바로 탑재될 수 있는 한편, 압전 소자(10)와 힌지 부재(30) 사이에 지지부재(20)가 더 구비될 수 있다. 이하에서는, 지지부재(20)가 구비된 구조에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터(2)는 마이크로 미러의 틸트 각에 대응되는 압전 셀의 기준 변위에 대한 데이터와, 압전 센서의 정전 용량 변화값에 대응되는 압전 셀의 변위 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 데이터를 이용하여 압전 센서로부터 검출한 정전 용량에 의해 압전 셀의 변위 에러를 알아내고 이 변위 에러를 압전 셀에 반영함으로써 마이크로 미러를 정밀하게 제어할 수 있다. 컴퓨터(2)로부터 상기 마이크로 미러(50)의 틸트 각에 대응되는 압전 셀의 기준 변위값이 제어부(3)에 입력되고, 이 기준 변위값에 대응되는 전압이 증폭기(4)를 통해 어느 하나 의 압전 셀에 입력된다. 전압이 입력된 압전 셀은 변위를 일으키고, 변위를 일으킨 압전 셀에 대응되는 압전 센서가 힌지 부재(30)를 통해 힘이 전달되어 하강하거나 상승하게 된다. 예를 들어, 상기 제1 압전 셀(10a)에 전압이 입력되면, 제1 압전 셀(10a)이 변위를 일으키고, 이에 마주보고 있는 제1 압전 센서(10c)가 연동되어 변위를 일으킨다. 상기 제2 압전 셀(10d)에 전압이 입력되면, 제2 압전 센서(10b)가 연동되어 변위를 일으킨다.

상기 제1 압전 센서(10c) 또는 제2 압전 센서(10b)가 변위를 일으킴에 따라 압전 센서의 정전 용량값이 변하고, 에러 검출부(5)로부터 정전 용량값을 검출한다. 이 정전 용량값으로부터 제1 압전 셀(10a) 또는 제2 압전 셀(10d)의 변위를 알아내어 변위 에러값을 계산한다. 그리고, 피드백 신호 생성부(7)는 이 변위 에러값으로부터 피드백 신호를 생성하여 제어부(3)에 전달한다. 상기 제어부(3)는 피드백 신호를 반영하여 압전 소자를 제어한다.

한편, 또 다른 변형 예로서, 상기 에러 검출부(5)가 PLL(Phase Locked Loop) 회로를 포함할 수 있다. PLL 회로는 일정한 인덕턴스 값(L)을 가지는 인덕터를 구비하고, 압전 센서의 정전 용량(C)과 상기 인덕턴스(C)를 이용하여 전기적인 공진 주파수를 얻을 수 있다. 이때 얻어진 공진 주파수를 제어 변수로 이용하여 압전 소자의 동작을 제어할 수 있다. 이 경우에는 컴퓨터(2)는 압전 셀의 변위에 대응되는 공진 주파수의 데이터를 가지고 있다. 이러한 제어 방법을 PLL 제어 방법이라고 한다.

또 다른 변형 예로서, 상기 에러 검출부(5)가 압전 센서의 변위에 따라 변하 는 전압을 검출하고, 이 전압 값으로부터 에러를 검출할 수 있다. 압전 센서는 기계적 힘이 가해지면 전압이 발생되므로 이 전압을 측정할 수 있다. 이 경우에는 컴퓨터(2)가 압전 셀의 변위에 대응되는 압전 센서의 전압의 데이터를 가지고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 압전 소자를 센서로 이용하여 마이크로 미러 구동시 에러값을 검출할 수 있다.

다음은 마이크로 미러 디바이스(1)의 일예에 대해 설명한다. 상기 제1 및 제2 압전 셀(10a)(10c)과 제1 및 제2 압전 센서(10b)(10d)는 각각 별도의 몸체로 분리되어 있거나 도 2에 도시된 바와 같이 몸체 부분은 소정 갭(13)을 가지고 서로 분리되어 있는 한편 밑면(11)이 서로 연결된 구조로 형성될 수 있다. 밑면(11)이 서로 연결되어 있는 구조는 압전 셀과 압전 센서(10a)(10b)(10c)(10d)들이 서로 안정적으로 고정될 수 있도록 해 준다. 한편, 압전 셀과 압전 센서(10a)(10b)(10c)(10d)의 각 측면에는 전극(15)이 구비된다.

상기 지지 부재(20)는 힌지 부재(30)를 지지하기 위한 것으로, 상기 압전 셀과 압전 센서의 개수에 대응되게 마련되어 압전 소자의(10)의 상면에 탑재된다. 지지 부재(20)는 제1 내지 제4 지지 부재(20a)(20b)(20c)(20d)를 포함하고, 각각의 지지 부재가 독립적으로 분리되어 있거나 이웃하는 지지 부재 사이에 구비된 커넥터(27)에 의해 결합될 수 있다. 상기 커넥터(27)는 지지 부재(20)의 이동시 이웃하는 지지 부재(20)의 운동을 방해하지 않도록 탄성이 있는 재질로 형성된다. 지지 부재는 상부면에 그루브(23)를 구비하고, 측면(26)에 돌기(25)를 구비한다. 지지 부재(20)의 측면(26)은 경사면으로 형성될 수 있으며, 상기 돌기(25)는 지지 부재 마다 두 개씩 구비될 수 있다. 상기 돌기(25)는 미러(50)가 회전시 압전 소자(10)에 미러가 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 돌기(25)와 돌기(25) 사이에 지지 부재(20)를 압전 소자(10)에 부착하기 위한 에폭시를 도포하여 지지 부재(20)를 고정시킬 수 있다.

상기 제1 내지 제4 지지 부재(20a)(20b)(20c)(20d)에 의해 둘러싸인 가운데 부분은 빈 공간(21)으로 형성되고, 상기 공간(21)은 힌지 부재(30)가 움직일 수 있는 공간을 제공한다. 도 3을 참조하면, 지지 부재(20)의 두께가 힌지 부재(30)의 두께보다 두껍고, 힌지 부재(30)의 단부가 지지 부재(20)의 그루브(23)에 지지되어 있어 상기 힌지 부재(30)는 상기 공간(21) 상에 떠 있게 된다. 상기 힌지 부재(30)의 상부에는 포스트(40)가 장착되고, 상기 포스트 (40)에 의해 마이크로 미러(50)가 지지되어 있다.

도 4는 상기 힌지 부재(30)의 확대 사시도이다. 상기 힌지 부재(30)는 상기 마이크로 미러(50)의 회전축에 평행한 바(32)와 상기 바(32)에서부터 연장된 굴곡부(33)를 가진다. 상기 굴곡부(33)는 상기 미러(50)의 회전축(X축 또는 Y축)과 평행한 적어도 하나의 제1부분(33a)과 미러의 회전축에 수직한 적어도 하나의 제2부분(33b)을 포함한다. 미러의 회전축과 평행한 제1부분(33a)은 트위스팅이 일어나고, 미러의 회전축에 수직한 제2부분(33b)은 밴딩(bending)이 일어난다. 힌지 부재가 움직일 때 트위스팅되는 부분과 밴딩되는 부분을 통해 응력을 분산시킴으로써 정밀 제어가 가능하게 된다.

상기 힌지 부재(30)는 지지 부재(20)의 그루브(23)에 결합되는 제1 플레이 트(31)와 상기 포스트(40)가 안착되는 제2 플레이트(35)를 포함하고, 상기 제1 플레이트(31)와 제2 플레이트(35) 사이에 상기 바(32)와 굴곡부(33)가 구비된다. 상기 굴곡부(33)는 제1 부분(33a)과 제2 부분(33b)이 많을수록 응력을 분산시키는데 유리하지만, 액츄에이터의 소형화를 위해서는 제1 부분(33a)과 제2 부분(33b)의 개수를 제한할 필요가 있다. 미러(50)는 힌지 부재(30)의 움직임에 따라 회전되며 도 4의 X축 또는 Y축이 미러의 회전축이 된다.

도 5a 내지 도 5d는 압전 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a를 참조하면 압전체 분말에 성형을 용이하게 하기 위해 바인더(binder)를 섞어 용매에 용해시킨 후 일정 시간동안 밀링(milling) 및 혼합을 하여 적층형 슬러리(slurry)를 제조하고 이러한 슬러리를 이용하여 닥터 블레이드(doctor blade)나 테이프 캐스팅(tape casting) 등과 같은 방법으로 약 수십 ㎛ 정도의 성형 시트(61)를 제조한다. 상기 성형 시트(61)에 도전성 페이스트를 스크린 프린팅법으로 인쇄하여 내부 전극층을 형성한다. 내부 전극층은 두 가지 패턴으로 제작되고, 도 5b에 도시된 바와 같이 이 두 가지 패턴의 내부 전극층 교대로 적층하고, 열과 압력을 가하여 압착한다. 그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이 적층체(62) 외부로 노출된 내부 전극층(63)에 도전성 페이스트를 도포하여 전극(64)을 형성한다. 그런 다음 도 5d에 도시된 바와 같이 상기 적층체(62)를 다이싱(dicing)이나 쏘 커팅(saw cutting)과 같은 방법으로 4 개의 셀로 자른다. 이때 적층체를 바닥 끝까지 자르지 않고 밑부분(66)은 서로 연결되어 있는 상태가 되도록 남겨둔다. 이로써 각 셀 간의 갭(65)을 일정하게 유지할 수 있다. 분리 공정과 함께 압전체의 치수를 일정하 게 하기 위해 세라믹 면의 연마와 같은 방법을 추가할 수 있다. 도 5a 내지 도 5d는 내부에 전극층이 적층된 구조의 압전 소자를 예시한 것이다.

도 6a는 적층형 압전 소자(160)를, 도 6b는 벌크형 압전 소자(170)를 개략적으로 도시한 것이다. 적층형 압전 소자(160)는 내부에 제1 전극층(161)과 제2 전극층(162)이 교대로 적층되고, 양 측면에 제1 및 제2 전극(163)(164)이 구비된다. 벌크형 압전 소자(170)는 내부에 전극층이 구비되어 있지 않고 양측면에 제1 및 제2 전극(173)(174)이 구비된다. 예를 들어, 적측형 압전 소자(160)는 정전 용량을 검출하여 마이크로 미러 구동 에러값을 검출할 때 복수 쌍의 제1 전극층과 제2 전극층 사이의 정전 용량이 합해지기 때문에 정전 용량을 검출하기가 쉽다.

다음은 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터의 구동 방법을 설명한다.

도 7a를 참조하면, 제1 압전 셀(10a)과 제2 압전 셀(10c) 중 선택적으로 전압을 인가하면 인가된 전압에 따라 제1 및 제2 압전 셀 중 어느 하나에 변위가 발생되어 압전 셀의 높이가 달라진다. 압전 셀의 변위에 따라 지지 부재(20)의 위치가 변하고, 지지 부재(20)에 결합된 힌지 부재(30)가 변형된다. 힌지 부재(30)의 변형에 의해 힌지 부재(30)에 포스트(40)를 통해 지지된 마이크로 미러(50)가 회전된다. 여기서, 마이크로 미러(50)가 힌지 부재(30) 위에 직접 결합되지 않고 포스트(40)에 의해 지지되는 것은 미러(50)의 회전 공간을 확보하는 것과 함께 힌지 부재의 변형이 마이크로 미러에 직접 영향을 미침으로써 정밀 제어가 되지 않는 것을 방지하기 위한 것이다.

좀더 구체적으로 액츄에이터를 구동하기 위한 방법에 대해 설명한다. 제1 및 제2 압전 셀(10a)(10c)의 변위에 따라 마이크로 미러(50)의 틸트 각을 조절할 수 있다. 마이크로 미러(50)의 틸트 각을 정밀하게 제어하기 위해서 제1 및 제2 압전 셀(10a)(10c)의 변위 에러를 검출하고, 이 에러 값을 이용하여 제1 및 제2 압전 셀(10c)(10c)의 변위를 정정한다. 한편, 압전 소자의 평형도를 유지하기 위해 마이크로 미러에서 반사된 빛을 포토 다이오드에서 검출하여 피드백된 신호를 이용하여 평형도를 조절할 수 있다.

도 7a 및 도 7b에서 a,b,c,d는 압전 소자에 가해지는 전압을 나타낸다. 도 7a를 참조하면, 제1 압전 셀(10a)에 (+)전압을 인가하면 제1 압전 셀(10a)이 상승하고, 지지 부재(도 2의 20 참조)와 힌지 부재(도 2의 30 참조)를 통해 제1 압전 셀(10a)에 마주보는 제1 압전 센서(10c)가 아래로 눌리게 된다. 따라서, 제1 압전 센서(10c)가 변위를 일으킨다. 이때, 제2 압전 셀(10d)과 제2 압전 센서(10b)는 마이크로 미러의 회전축을 지지해주는 역할을 하며, 마이크로 미러(50)가 X 축을 중심으로 틸트된다. 에러 검출부(5)에서는 상기 제1 압전 센서로부터 정전 용량을 검출하거나, 전압을 검출하거나, PLL 제어 방법을 이용하여 공진 주파수를 검출할 수 있다. 여기서는 정전 용량을 이용하여 에러를 검출하는 것에 대해 설명한다. 상기 제1 압전 센서(10c)가 변위를 일으키면 정전 용량 값이 변한다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 적층형 압전 셀(160)이 변위를 일으키면 상기 제1전극층(161)과 제2전극층(162) 사이의 간격이 변한다. 그런데, 정전 용량은 상기 제1전극층(161)과 제2전극층(162)의 면적과 그 사이 간격에 의존한다. 제1 및 제2 전극층(161)(162)의 면적이 일정하고, 압전 셀의 변위에 따라 제1 및 제2 전극층(161)(162) 사이의 간격 이 변할 때, 정전 용량이 변한다. 압전 센서로부터 정전 용량값을 검출하면 압전 셀의 변위를 역산하여 알아낼 수 있다. 이렇게 역산된 압전 셀의 변위값과 기준 변위값을 비교하여 압전 셀의 변위 에러를 계산하고, 변위 에러 값을 정정한 피드백 신호를 생성한다. 여기서, 기준 변위값은 마이크로 미러의 틸트각에 대응되는 압전 셀의 변위를 나타낸다. 도 7b를 참조하면, 제1 압전 셀(10a)에 (-)전압을 인가하면 제1 압전 셀(10a)이 하강하고, 지지 부재(도 2의 20 참조)와 힌지 부재(도 2의 30 참조)를 통해 제1 압전 셀(10a)에 마주보는 제1 압전 센서(10c)가 위로 올라가게 된다. 다음은 압전 셀의 강제 변위, 압전 셀에 가해진 힘, 정전용량 변화량, 압전 센서의 발생 변위를 검출한 예를 나타낸 것이다.

압전 셀의 강제 변위(㎛)	0.5	1.0	1.5	2.0
계산된 힘(mN)	0.855	1.71	2.56	3.42
압전 센서의 발생 변위(pm)	1.819e-2	3.64e-2	5.45e-2	7.28e-2
정전용량 변화량(ΔC)[pF]	0.4829e-4	0.9659e-4	1.4461e-4	1.9319e-4

도 8a를 참조하면, 제2 압전 셀(10d)에 (+)전압을 인가하면 제2 압전 셀(10d)이 상승하고, 지지 부재(20)와 힌지 부재(30를 통해 제2 압전 셀(10d)에 마주보는 제2 압전 센서(10b)가 아래로 눌리게 된다. 따라서, 제2 압전 센서(10b)가 변위를 일으킨다. 이때, 제1 압전 셀(10a)과 제1 압전 센서(10c)는 마이크로 미러의 회전축을 지지해주는 역할을 하며, 마이크로 미러(50)가 Y축을 중심으로 틸트된다. 도 8b를 참조하면, 제2 압전 셀(10d)에 (-)전압을 인가하면 제2 압전 셀(10d)이 하강하고, 지지 부재(20)와 힌지 부재(30)를 통해 제2 압전 셀(10d)에 마주보는 제2 압전 센서(10b)가 위로 올라가게 된다. 에러 검출부는 상기 제2 압전 센서(10b)의 변위로 인해 변하는 전압, 정전 용량, 공진 주파수 중 어느 하나를 검출하여 에러값을 추출하고 이 에러값으로부터 피드백 신호를 생성하여 정정된 틸트 각으로 마이크로 미러를 구동할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 압전 소자를 마이크로 미러를 구동하기 위한 압전 셀과 압전 셀의 변위를 검출하기 위한 센서로 이용할 수 있다. 따라서, 압전 셀의 변위를 검출하기 위한 별도의 센서를 구비할 필요가 없다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터는 예를 들어 홀로그래피 정보 저장 장치에 적용될 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 이용한 액츄에이터를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 이용한 액츄에이터에 구비된 마이크로 미러 디바이스의 일 예를 도시한 것이다.

도 3는 도 2의 II-II' 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 이용한 액츄에이터에 구비된 힌지 부재의 일 예를 도시한 것이다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터에 구비되는 압전 셀의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터에 구비되는 적층형 압전 셀의 예를 도시한 것이다.

도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터에 구비되는 벌크형 압전 셀의 예를 도시한 것이다 .

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터가 일축을 중심으로 구동되는 예를 보여 준 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터가 또 다른 축을 중심으로 구동되는 예를 보여 준 도면이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

1...마이크로 미러 다바이스, 2...컴퓨터

3...제어부, 5...에러 검출부

10...압전 소자, 10a,10d...압전 셀

10b,10c...압전 소자, 20...지지 부재

21...공간, 25...돌기

27...커넥터, 30...힌지 부재

31,35...플레이트, 32...바

33...굴곡부, 40...포스트

50...마이크로 미러

Claims

입력된 전압에 따라 변위를 일으키는 적어도 하나의 압전 셀;

상기 압전 셀의 변위를 알아내기 위한 적어도 하나의 압전 센서;

상기 압전 센서로부터 에러값을 검출하는 에러 검출부;

상기 에러값을 이용하여 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부;를 포함하고,

상기 에러 검출부는 상기 압전 센서의 정전용량으로부터 압전 셀의 변위를 알아내고, 상기 압전 셀의 변위와 기준 변위를 비교하여 에러 값을 검출하는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 1항에 있어서,

상기 에러 검출부는 PLL 회로를 포함하는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 압전 셀은 내부에 복수 개의 전극층이 적층된 구조를 가지는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 압전 셀과 압전 센서가 두 쌍이 구비되고, 압전셀과 압전 센서가 서로 마주보게 배치된 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 압전 셀과 압전 센서에 걸쳐 탑재되는 힌지 부재와 상기 힌지 부재 위에 탑재되는 것으로 미러를 지지하기 위한 포스트를 포함하는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 6항에 있어서,

상기 힌지 부재는 상기 미러의 회전축에 평행한 바와 상기 바에서부터 연장된 굴곡부를 가지는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 6항에 있어서,

상기 압전 셀 및 압전 센서와 힌지 부재 사이에 지지 부재가 더 구비된 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 8항에 있어서, 상기 힌지 부재는,

상기 지지 부재에 결합되는 제1 플레이트;

상기 포스트가 안착되는 제2 플레이트; 및

상기 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에 구비된 바와 굴곡부;를 포함하는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
제 9항에 있어서,

상기 굴곡부는 상기 미러의 회전축에 평행한 적어도 하나의 제1부분과 상기 미러의 회전축에 수직한 적어도 하나의 제2부분을 포함하는 압전 소자를 이용한 액츄에이터.
압전 셀에 변위를 일으키는 단계;

상기 압전 셀의 변위에 따라 연동되는 압전 센서로부터 에러 값을 검출하는 단계;

상기 에러 값으로부터 피드백 신호를 생성하는 단계;를 포함하고,

상기 에러 값을 검출하는 단계는 상기 압전 센서의 정전 용량을 검출하는 액츄에이터 구동 방법.
삭제
제 11항에 있어서,

상기 에러 값을 검출하는 단계는 상기 압전 센서의 정전용량으로부터 압전 셀의 변위를 알아내고, 상기 압전 셀의 변위와 기준 변위를 비교하여 에러 값을 검출하는 것을 포함하는 액츄에이터 구동 방법.
제 11항에 있어서,

상기 에러 값을 검출하는 단계는 PLL 제어 방법을 이용하는 것을 포함하는 액츄에이터 구동 방법.
제 11항에 있어서,

상기 에러 값을 검출하는 단계는 상기 압전 센서의 전압을 검출하는 것을 포함하는 액츄에이터 구동 방법.
제 11항, 제13항, 제14항 또는 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압전 셀과 압전 센서 위에 힌지 부재가 탑재되고, 상기 압전 셀이 변위를 일으킬 때 힌지 부재를 통해 상기 압전 센서가 변위를 일으키는 액츄에이터 구동 방법.