KR101191535B1 - Scanning micromirror - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스캐닝 마이크로미러에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 미러판의 회전각을 측정하여 보다 정확하게 미러판의 각변위를 조절할 수 있다. 본 발명에 따르면, 미러판을 2축에 대해 구동시킬 수 있고, 미러판의 회전각을 증가시킬 수 있다. The present invention relates to a scanning micromirror. According to the present invention, the angle of rotation of the mirror plate can be adjusted more accurately by measuring the rotation angle of the mirror plate. According to the present invention, the mirror plate can be driven about two axes, and the rotation angle of the mirror plate can be increased.
스캐닝 마이크로미러, 압저항체, 휘트스톤 브리지 Scanning micromirrors, piezoresistors, Wheatstone bridge
Description
본 발명은 스캐닝 마이크로미러에 관한 것이다.The present invention relates to a scanning micromirror.
광 소자 기술의 발전과 더불어 각종 정보의 입출력단 및 정보 전달의 매개체로 광을 사용하는 다양한 기술들이 대두되고 있다. 이러한 기술들로는 바코드 스캐너 또는 기초적인 수준의 스캐닝 레이저 디스플레이 등과 같이 광원에서 나오는 빔을 주사하여 사용하는 기술이 있다. Along with the development of optical device technology, various technologies using optical as an input / output terminal and information transfer medium of various information are emerging. Such technologies include scanning and using beams from a light source such as a barcode scanner or a basic scanning laser display.
특히, 최근에는 높은 공간 분해능(High Spatial Resolution)의 빔 스캐닝을 이용한 시스템이 개발되고 있으며, 이러한 시스템으로는 레이저 스캐닝을 이용한 고해상도의 원색 재현력이 뛰어난 투사 방식 디스플레이 시스템이나 HMD(Head Mounted Display), 레이저 프린터 등이 있다. In particular, recently, a system using a high spatial resolution beam scanning has been developed. Such a system includes a projection display system having excellent high resolution of primary colors using laser scanning, a head mounted display (HMD), and a laser. Printers and the like.
이러한 빔 스캐닝 기술은 적용 사례에 따라 다양한 주사 속도(scanning speed)와 주사 범위(scanning range), 즉 각변위(angular displacement, tilting angle)를 가지는 스캐닝 마이크로미러가 요구되는데, 기존의 빔 스캐닝은 갈바닉 미러(galvanic mirror)나 회전형 폴리곤 미러(rotating polygon mirror) 등 구동되는 미러의 반사면과 입사광이 이루는 입사 각도를 조절하여 구현된다. This beam scanning technique requires a scanning micromirror with various scanning speeds and scanning ranges, that is, angular displacement and tilting angle, depending on the application. Conventional beam scanning requires a galvanic mirror. It is implemented by adjusting the angle of incidence between the reflection surface and the incident light of the driven mirror, such as a galvanic mirror or a rotating polygon mirror.
위와 같은 빔 스캐닝을 구현하는 스캐닝 마이크로미러는 특허공개번호 10-2007-0121082의 "스캐닝 마이크로미러"에 개시된 바 있다. Scanning micromirrors that implement beam scanning as described above have been disclosed in "Scanning micromirror" of Patent Publication No. 10-2007-0121082.
하지만, 종래의 스캐닝 마이크로미러는 미러의 회전각을 측정하지 못하여, 미러의 각변위를 보다 정교하게 제어하지 못하는 문제점이 있었다. However, the conventional scanning micromirror does not measure the rotation angle of the mirror, there is a problem that can not control the angular displacement of the mirror more precisely.
본 발명은 미러판 또는 김블의 회전각을 측정할 수 있는 센서부를 구비한 스캐닝 마이크로미러를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a scanning micromirror having a sensor unit capable of measuring the rotation angle of the mirror plate or gamble.
본 발명은 다수의 김블을 구비하여, 2축 구동 및 미러판의 회전각을 증폭시키는 스캐닝 마이크로미러를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a scanning micromirror having a plurality of gimbals, which amplifies the rotation angle of the biaxial drive and the mirror plate.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빛을 반사시키는 미러판; 상기 미러판의 주위에 구비되어, 제 1 탄성체를 통해 상기 미러판을 지지하는 김블(gimbal); 제 2 탄성체를 통해 상기 김블을 지지하는 지지부; 상기 김블 및 미러판 중 적어도 하나에 구비되어 전류가 흐르는 권선; 상기 권선 주변에 자기장을 형성하는 자성체; 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판이 상기 제 1 탄성체를 축으로 회전하고, 상기 김블이 상기 제 2 탄성체를 축으로 회전하도록 구동시키는 제어부; 및 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체에 구비되어, 상기 미러판 및 김블의 회전각을 측정하는 센서부;를 포함한다.According to one embodiment of the invention, the mirror plate for reflecting light; A gimbal provided around the mirror plate to support the mirror plate through a first elastic body; A support for supporting the gamble through a second elastic body; A winding through which current is provided in at least one of the gamble and the mirror plate; Magnetic material forming a magnetic field around the winding; A control unit for controlling a current flowing through the winding so that the mirror plate rotates the first elastic body about the axis and the gimbal rotates the second elastic body about the axis; And a sensor unit provided at the first elastic body and the second elastic body to measure rotation angles of the mirror plate and the gamble.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 빛을 반사시키는 미러판; 상기 미러판의 주위에 구비되어, 제 3 탄성체를 통해 상기 미러판을 지지하는 내측 김블; 상기 내측 김블의 주위에 구비되어, 제 4 탄성체를 통해 상기 내측 김블을 지지하는 외측 김블; 제 5 탄성체를 통해 상기 외측 김블을 지지하는 지지부; 상기 내측 김블 및 외측 김블에 구비되어 전류가 흐르는 권선; 상기 권선 주변에 자기장을 형성하는 자성체; 및 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판 및 내측 김블이 상기 제 3 탄성체를 축으로 서로 역위상으로 회전하고, 상기 외측 김블이 상기 제 5 탄성체를 축으로 회전하도록 구동시키는 제어부;를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a mirror plate for reflecting light; An inner gamble provided around the mirror plate to support the mirror plate through a third elastic body; An outer gamble provided around the inner gamble and supporting the inner gamble through a fourth elastic body; A support for supporting the outer gamble through a fifth elastic body; Windings provided in the inner and outer gambles, through which current flows; Magnetic material forming a magnetic field around the winding; And a controller configured to control a current flowing through the winding so that the mirror plate and the inner gamble rotate in the opposite phase with respect to the third elastic body, and the outer gamble rotates the fifth elastic body with the axis. do.
본 발명에 따르면, 미러판의 회전각을 측정하여 보다 정확하게 미러판의 각변위를 조절할 수 있다. According to the present invention, the angle of rotation of the mirror plate can be adjusted more accurately by measuring the rotation angle of the mirror plate.
본 발명에 따르면, 미러판을 2축에 대해 구동시킬 수 있고, 미러판의 회전각을 증가시킬 수 있다. According to the present invention, the mirror plate can be driven about two axes, and the rotation angle of the mirror plate can be increased.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)의 사시도이다. 1 is a perspective view of a scanning micromirror 10 according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)는 빛을 반사시키는 미러판(11), 상기 미러판(11)의 주위에 구비되어, 제 1 탄성체(12)를 통해 상기 미러판(11)을 지지하는 김블(gimbal)(13), 제 2 탄성체(14)를 통해 상기 김블(13)을 지지하는 지지부(15), 상기 김블(13) 및 미러판(11) 중 적어도 하나에 구비되어 전류가 흐르는 권선(미도시), 상기 권선 주변에 자기장을 형성하는 자성체(미도시), 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전하고, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전하도록 구동시키는 제어부(미도시), 및 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14)에 구비되어, 상기 미러판 및 김블의 회전각을 측정하는 센서 부(미도시)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the scanning micromirror 10 according to the exemplary embodiment of the present invention is provided in the vicinity of the
상기 미러판(11)은 광원으로부터 발산되는 빛을 반사시킨다. 상기 미러판(11)은 상기 미러판(11)의 주위에 구비되는 김블(13)에 의해 지지된다. 즉, 상기 김블(13)은 상기 미러판의 주위에 구비되어, 제 1 탄성체(12)를 통해 상기 미러판(11)과 연결되며, 상기 제 1 탄성체(12)를 통해 상기 미러판(11)을 지지한다. The
그 결과, 상기 김블(13)은 상기 미러판(11)이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 비틀리는 경우, 즉 회전하는 경우 상기 미러판(11)의 회전을 지지해줄 수 있다.As a result, the gamble 13 may support the rotation of the
실시예에 따라, 상기 미러판(11) 및 김블(13)은 원형, 타원형, 사각형 또는 다각형의 다양한 형태로 구성될 수 있다. According to an embodiment, the
상기 지지부(15)는 제 2 탄성체(14)를 통해 상기 김블(13)을 지지한다. 즉, 상기 지지부(15)는 상기 제 2 탄성체(14)에 의해 상기 김블(13)의 외측과 연결되며, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 비틀리는 경우, 즉 회전하는 경우 상기 김블(13)의 회전을 지지해줄 수 있다. The support part 15 supports the gamble 13 through the second elastic body 14. That is, the support part 15 is connected to the outer side of the gimbal 13 by the second elastic body 14, and when the gimbal 13 twists the second elastic body 14 in an axis, that is, rotates. If it can support the rotation of the gamble (13).
상기 권선(미도시)은 상기 김블(13) 및 미러판(11) 중 적어도 하나에 구비되어 전류가 흘려진다. The winding (not shown) is provided in at least one of the gamble 13 and the
예를 들어, 도 1을 참조하면, 상기 권선은 일측 지지부(15a)로부터 일측 제 2 탄성체(14a)를 거쳐, 상기 김블(13)의 상부에 구비되고, 타측 제 2 탄성체(14b)를 거쳐, 타측 지지부(15b)에 이르기까지 분포할 수 있다. For example, referring to FIG. 1, the winding is provided on one side of the gimbal 13 through one side second
실시예에 따라, 상기 권선은 제 1 탄성체(12) 및 미러판(11)에도 구비될 수 있다. According to an embodiment, the winding may also be provided on the first elastic body 12 and the
실시예에 따라, 상기 권선의 하부에는 절연층이 형성되어 권선이 형성된 김블(13), 미러판(11), 제 1 탄성체(12), 제 2 탄성체(14)와 전기적으로 절연될 수 있다. According to an embodiment, an insulating layer may be formed below the winding to electrically insulate the gimbles 13, the
상기 자성체(미도시)는 상기 권선 주변에 자기장을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 자성체는 도 1에 도시된 스캐닝 마이크로미러(10)의 하부에 구비되어, 상기 스캐닝 마이크로미러(10) 전체에 걸쳐 자기장을 형성시킬 수 있다. The magnetic material (not shown) forms a magnetic field around the winding. According to an embodiment, the magnetic material may be provided under the scanning micromirror 10 illustrated in FIG. 1 to form a magnetic field over the entire scanning micromirror 10.
상기 제어부(미도시)는 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(11)이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전하고, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전하도록 구동시킨다. The control unit (not shown) controls the current flowing in the windings, so that the
즉, 상기 제어부는 상기 권선에 흐르는 전류의 주파수, 방향, 크기 등을 제어하여, 상기 미러판(11) 및 김블(13)이 제 1, 2 탄성체를 축으로 회전하도록 구동시킨다. That is, the controller controls the frequency, direction, magnitude, and the like of the current flowing through the winding to drive the
상기 미러판(11) 또는 김블(13)은 상기 미러판, 김블에 구비된 권선을 통해 흐르는 전류와 상기 자성체가 형성하는 자기장의 상호 작용을 외력으로 작용받아 제 1, 2 탄성체를 축으로 회전할 수 있다. The
예를 들어, 상기 김블(13)에 형성된 권선에 소정 주파수의 전류가 흐르는 경우, 상기 전류는 자기장과 상호작용하여 전자기력을 발생하고, 상기 김블(13)은 발생된 전자기력을 구동력으로 하여 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전할 수 있다. For example, when a current having a predetermined frequency flows through a winding formed in the gamble 13, the current interacts with a magnetic field to generate an electromagnetic force, and the gamble 13 uses the generated electromagnetic force as a driving force to generate the second force. The elastic body 14 can be rotated about an axis.
반대로, 상기 미러판(11)에 형성된 권선에 소정 주파수의 전류가 흐르면, 상기 전류는 자기장과 상호작용하여 전자기력을 발생하고, 상기 김블(13)은 발생된 전자기력을 구동력으로 하여 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전할 수 있다. On the contrary, when a current of a predetermined frequency flows through a winding formed in the
상기 센서부(미도시)는 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14) 중 적어도 하나에 구비되어 상기 미러판(11) 및 김블(13)의 회전각을 측정한다. The sensor unit (not shown) is provided on at least one of the first elastic body 12 and the second elastic body 14 to measure the rotation angles of the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부는 상기 제 1, 2 탄성체의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(piezoresistor)일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sensor unit may be a piezoresistor whose resistance value changes as the first and second elastic bodies twist.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 확대도이다. 2 is an enlarged view of a sensor unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(16)는 탄성체(14a)의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(161), 상기 압저항체(161)의 양단에 구비된 오믹 접합부(ohmic contact node)(162), 상기 오믹 컨택 노드(162)에 연결된 도선(163)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the
상기 탄성체는 도 1의 제 1 탄성체(12) 또는 제 2 탄성체(14)일 수 있다. 즉, 상기 탄성체는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)에 연결되어 회전 운동을 지지하는 축일 수 있다. The elastic body may be the first elastic body 12 or the second elastic body 14 of FIG. 1. That is, the elastic body may be an axis connected to the
실시예에 따라, 상기 탄성체(14a)는 실리콘으로 형성될 수 있다. According to an embodiment, the
실시예에 따라, 상기 센서부(16)는 상기 탄성체의 표면 또는 그 내부에 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 센서부(16)는 상기 탄성체의 상면에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 상기 탄성체의 측면 또는 하면에 형성될 수도 있다. According to an embodiment, the
상기 센서부(16)는 상기 탄성체(14a)의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(161)를 포함할 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)가 실리콘으로 형성되고, 상기 실리콘이 n-type 실리콘인 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 실리콘의 결정방향 중 (110)에 평행하게 배열될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when the
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압저항체(161)는 우측 상단에 표시된 실리콘 결정 방향 중 (110)과 평행하게 배열될 수 있다. That is, as shown in FIG. 2, the
이는 실리콘의 비틀림 또는 토션(torsion)에 따른 압저항계수가 최대가 되는 방향으로 상기 압저항체(161)가 배열되도록 하기 위함이다. 이를 위해, 상기 탄성체를 구성하는 실리콘이 n-type인 경우, 상기 압저항체(161)는 결정방향 (110)에 평행하게 배열되며, 따라서, 상기 탄성체(14a)가 중심축(141)을 축으로 비틀리는 경우, 저항값의 변화가 최대가 되도록 한다. This is to allow the
도 2와 같이, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)의 중심축 상에 구비될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 상기 탄성체(14a)의 일면 어느 지점에도 구비될 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the
상기 탄성체(14a)가 p-type 실리콘으로 구성된 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)에 n-type 불순물을 도핑하여 형성할 수 있고, 이 경우, 상기 불순물은 포스포러스(phosphorus), 아세닉(arsenic), 안티몬(antimony) 등일 수 있다. When the
반대로, 상기 탄성체(14a)가 n-type 실리콘으로 구성된 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)에 p-type 불순물을 도핑하여 형성할 수 있고, 상기 불순물은 보론(boron)일 수 있다. On the contrary, when the
상기 불순물을 도핑하는 방법으로는 이온 주입(ion implantation)이나 확 산(diffusion)을 사용할 수 있다. Ion implantation or diffusion may be used as a method of doping the impurity.
상기 압저항체(161)의 저항값 변화를 용이하게 검출하기 위해 압저항체(161)의 저항부분이 다른 부분의 저항에 비해 크도록 구성한다. 예를 들면, 상기 도선(163)의 길이를 줄이고, 폭을 크게 하여 직렬연결된 도선의 저항을 줄이고, 상대적으로 상기 압저항체(161)의 저항은 크게 구성할 수 있다. In order to easily detect the change in the resistance value of the
실리콘 기판의 박피에 형성된 압저항체(161)는 응력이 작용하면 저항값이 변하고, 저항값의 변화 정도를 나타내는 저항 감도 관계식은 다음과 같다.In the
여기서, σl, σt는 각각 전류 방향에 평행한 응력 성분 및 수직한 응력 성분을 나타내고, πl, πt는 각각 전류 방향에 평행한 압저항 계수 및 수직한 압저항 계수를 나타낸다. Here, sigma l and sigma t represent stress components parallel to and perpendicular to the current direction, respectively, and π l and π t represent piezoelectric resistance coefficients and vertical piezoelectric resistance coefficients parallel to the current direction, respectively.
상기 수학식 1에 의하면, 저항 감도를 최대화하기 위해서는 σl, σt 및 πl, πt를 크게 하여야 한다. According to Equation 1, in order to maximize resistance sensitivity, σ l , σ t and π l , π t must be made large.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)의 회전축과 45°각도를 형성하는 경우, πl, πt가 최대가 되어 저항 감도가 최대화될 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present invention, when the piezoresistor 161 forms an angle of 45 ° with the rotation axis of the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성 체(14a)의 장축 중앙점에 위치하는 경우, σl, σt 가 최대가 되어 저항 감도가 최대화될 수 있다. In addition, according to the exemplary embodiment of the present invention, when the
하지만, 상기 탄성체(14a)가 장축 중앙점에 위치하는 경우, 상기 도선(53)의 길이가 길어져 도선(53)의 저항값이 커지므로, 압저항체(161)의 저항 감도와 도선(53)의 저항값의 트레이드-오프(trade-off)가 필요하다. However, when the
상기 압저항체(161)가 상기 탄성체(14a)의 장축 중앙점에 위치하는 경우, 토크 T에 대한 회전각과 최대 전단 응력 τmax는 다음과 같다. When the
여기서, L은 탄성체(14a)의 장축 방향 길이, a는 탄성체(14a)의 단면의 장축 길이, b는 탄성체(14a)의 단면의 단축 길이, G는 실리콘의 전단 응력 계수, c1, c2는 a,b에 대한 함수이다. 즉, 최대 전단 응력 τmax는 구동각에 비례하고, 저항 감도는 다음과 같이 구동각에 비례한다. Where L is the major axis length of the
상기 수학식 4에 의하면, πl-πt가 최대인 경우 압저항체(161)의 저항감도는 최대가 됨을 알 수 있다. According to Equation 4, when π l -π t is the maximum, it can be seen that the resistance sensitivity of the
상기 압저항 계수는 실리콘 결정 방향에 의존하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)가 n-type 실리콘으로 구성되는 경우, 상기 압저항체(164)는 실리콘의 결정방향 중 (110)에 평행하게 배열될 수 있다.The piezoresistive coefficient depends on the silicon crystal direction, and according to one embodiment of the present invention, when the
반대로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)를 구성하는 실리콘이 p-type인 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 실리콘의 결정방향 중 (100)에 평행하게 배열될 수 있다. On the contrary, according to another embodiment of the present invention, when the silicon constituting the
상술한 바와 같이, 상기 압저항체(161)가 실리콘 결정 방향에 따라 배열되는 경우, πl, πt는 서로 다른 부호를 가지며, πl-πt가 최대가 될 수 있다. As described above, when the
상기 πl-πt는 도핑 농도 및 온도의 함수이며, 도핑 농도가 1018 cm3 이하인 경우 상온에서 온도가 1℃ 증가하면 πl, πt는 0.25% 씩 감소한다. The π l -π t is a function of the doping concentration and the temperature, and when the doping concentration is 10 18 cm 3 or less, π l , π t decreases by 0.25% when the temperature increases by 1 ° C.
n-type 불순물에 대해서는 상온에서 πl = -102.2*10-11 Pa-1, πt= 53.4*10-11 Pa-1 이며, p-type 불순물에 대해서는 상온에서 πl = 72*10-11 Pa-1, πt= -66*10-11 Pa-1 이다. π l = -102.2 * 10 -11 Pa -1 , π t = 53.4 * 10 -11 Pa -1 at room temperature for n-type impurities and π l = 72 * 10 -11 at room temperature for p-type impurities Pa -1 , π t = -66 * 10 -11 Pa -1 .
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탄성체(14a)가 p-type 실리콘으로 구성되는 경우, 상기 압저항체(161)는 (110) 방향에 평행하게 정렬되고, 상기 탄성체(14a)는 (110) 방향으로 정렬될 수 있다. As shown in FIG. 2, when the
이 경우, (110) 방향은 KOH 에칭 시 마스크 방향과 일치하므로 상기 탄성체(14a) 제조 시 KOH 에칭 공정을 함께 적용할 수 있는 장점이 있다. In this case, since the (110) direction coincides with the mask direction during KOH etching, there is an advantage that the KOH etching process may be applied together when manufacturing the
그 외에도, 상기 탄성체(14a)가 p-type 실리콘으로 구성되는 경우, 압저항 계수의 차인 πl-πt가 n-type 실리콘으로 구성되는 경우보다 더 크므로 저항 감도 측면에서도 상기 탄성체(14a)를 p-type 실리콘으로 구성하고, 압저항체를 n-type 불순물로 구성하는 것이 바람직하다. In addition, when the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다. 3 is an enlarged view of a sensor unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄성체(14a)가 n-type 실리콘으로 구성되는 경우, 상기 압저항체(164)는 실리콘의 결정방향 중 (110)에 평행하게 배열될 수 있다. As shown in FIG. 3, when the
우측 상단을 향하여 배열된 도 2의 압저항체(161)와 달리, 도 3의 압저항체(164)는 좌측 상단을 향하여 배열되지만, 이들 두 압저항체(161,164)는 모두 결정방향 (110)에 평행하게 배열되는 점에서 공통된다. Unlike the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)를 구성하는 실리콘이 p-type인 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 실리콘의 결정방향 중 (100)에 평행하게 배열될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, when the silicon constituting the
이 역시, p-type 실리콘으로 구성된 탄성체(14a)가 중심축(141)을 축으로 비틀리는 경우, 실리콘의 압저항계수가 최대가 되는 방향으로 상기 압저항체(161)가 배열되도록 하기 위함이다. This is also to ensure that the
이를 위해, n-type 실리콘과 달리 p-type 실리콘으로 구성된 탄성체에 센서부(16)를 형성하는 경우, 상기 압저항체(161)는 실리콘 결정방향 (100)에 평행하도록 배열할 수 있다. To this end, unlike the n-type silicon, when forming the
실시예에 따라, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)가 비틀리는 중심축(141) 간의 사이각이 45°가 되도록 배열될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 압저항체는 상기 탄성체(14a)의 중심축(141) 과의 사이각이 45°가 되도록 배열될 수 있다. In some embodiments, the
상기 압저항체(161)는 도선(163)을 통해 전류를 공급받을 수 있다. 실시예에 따라, 상기 제어부(미도시)는 상기 도선(163)을 통해 일정 전류를 상기 압저항체(161)에 공급하고, 상기 압저항체(161)의 양단의 전위 차를 측정하여 상기 압저항체(161)의 저항값 변화를 파악할 수 있다. The
상기 파악된 저항값의 변화를 이용하여, 상기 탄성체(14a)의 비틀림 정도, 즉 비틀림 각을 계산할 수 있으며, 상기 비틀림각을 통해 상기 김블(13) 또는 미러판(11)의 회전각을 얻을 수 있다. By using the change in the measured resistance value, it is possible to calculate the degree of torsion, that is, the torsion angle of the
실시예에 따라, 상기 압저항체(161)와 상기 도선(163) 사이에는 오믹 접촉부(162)를 구비하여 접촉 저항값을 줄일 수 있다. In some embodiments, an
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다. 4 is an enlarged view of a sensor unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(17)는 네 개의 압저항체(171,172,173,174)를 포함하며, 상기 네 개의 압저항체(171,172,173,174)는 휘트 스톤 브리지를 구성할 수 있다. As illustrated in FIG. 4, the
즉, 상기 네 개의 압저항체(171,172,173,174) 각각은 마름모의 각 변을 구성하도록 배열될 수 있다. That is, each of the four
이하, 상기 네 개의 압저항체(171,172,173,174)를 R1(171), R2(172), R3(173), R4(174)로 기재하기로 한다. Hereinafter, the four
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부(16)를 구성하는 휘트스톤 브리지, 즉 R1(171), R2(172), R3(173), R4(174)로 구성된 마름모의 일 대각선은 상기 탄성체(14a)의 중심축(141)과 중첩되도록 구비될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, one diagonal line of the wheatstone bridge constituting the
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 휘트스톤 브리지의 노드 N1(175)과 노드 N2(177)를 잇는 대각선은 상기 탄성체의 중심축(141)과 중첩되도록 배열될 수 있다. 그 결과, 상기 휘트스톤 브리지는 상기 탄성체의 중심축 상에 배열될 수 있다. That is, as shown in FIG. 4, a diagonal line connecting the
상기 휘트스톤 브리지의 각 노드에는 도선(179)이 연결된다. The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(미도시)는 상기 탄성체의 중심축(141) 상에 위치한 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드(175, 177), 즉 노드 N1 및 N3에 소정의 전압을 인가하고, 나머지 두 노드(178, 176) 간의 전위차를 측정하여 상기 탄성체의 비틀림 정도를 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the controller (not shown) applies a predetermined voltage to two
구체적으로, 상기 탄성체(14a)가 비틀리지 않은 상태에서 상기 센서부(16)를 구성하는 휘트스톤 브리지는 대각선 저항의 곱이 동일하도록 구성된다. 즉, R1?R3=R2?R4가 되도록 구성한다. Specifically, the Wheatstone bridge constituting the
그리고, 상기 휘트스톤 브리지의 노드 N1(175)와 N2(177) 간에 소정의 전압 Vdd를 인가한다. 이 경우, 상기 휘트스톤 브리지의 다른 노드 N2(176)와 N4(178) 간의 전위차는 0이 된다. Then, a predetermined voltage Vdd is applied between the
그리고 나서, 상기 탄성체(14a)가 중심축(141)을 축으로 소정 각도 비틀린 경우, 상기 휘트스톤 브리지를 구성하는 압저항체(171,172,173,174)의 저항값은 비틀림 정도에 따라 변하게 된다. 이 경우, 상기 휘트스톤 브리지의 노드 N2(176)와 N4(178) 간의 전위차는 더 이상 0이 되지 않고, 소정의 전위 값을 가질 수 있다. Then, when the
상기 제어부(미도시)는 상기 노드 N2(176)와 N4(178) 간의 전위 값을 측정하고, 상기 측정된 전위 값의 크기에 따라 상기 탄성체(14a)의 비틀림 정도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정된 전위 값이 클수록, 상기 탄성체(14a)의 비틀림 정도, 즉 비틀림각은 클 수 있다. The controller (not shown) may measure a potential value between the
또한, 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각은 상기 탄성체(14a)의 비틀림각이 커질수록 회전각도 커지므로, 상기 측정된 비틀림각을 이용하여 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 얻을 수 있다. In addition, since the angle of rotation of the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부가 구성하는 휘트스톤 브리지의 개념도이다. 5 is a conceptual diagram of a Wheatstone bridge configured by a sensor unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부(17)는 네 개의 압저항체 R1(171), R2(172), R3(173), R4(174)로 구성된 휘트스톤 브리지를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 5, the
그리고, 상기 탄성체(14a)가 비틀리기 전, 휘트스톤 브리지의 두 대각선 저항의 곱은 서로 동일하도록 구성할 수 있다. (즉, R1?R3=R2?R4)In addition, before the
그리고, 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드 N1과 N3 사이에 소정 전압 Vdd를 인가하고, 나머지 두 노드 N4와 N2 사이의 전위 값 Vout을 측정한다. Then, a predetermined voltage Vdd is applied between two nodes N1 and N3 of the Wheatstone bridge, and the potential value Vout between the other two nodes N4 and N2 is measured.
상기 탄성체(14a)가 비틀리기 전 두 노드 N4와 N2 사이의 전위 값은 0이 되도록 한다. The potential value between two nodes N4 and N2 is zero before the
이 경우, R1 내지 R4의 저항 변화에 따른 Vout은 다음과 같다In this case, Vout according to the resistance change of R1 to R4 is as follows.
여기서, 압저항체 R1 내지 R4가 동일한 저항값인 R을 가진다고 하면, 이 되며, 다음과 같은 관계식이 성립될 수 있다. Here, suppose that the piezoresistors R1 to R4 have the same resistance value R, The following relation can be established.
상기 탄성체(14a)가 비틀리면, 상기 휘트스톤 브리지를 구성하는 네 개의 압저항체의 저항값은 변화하고, 그 결과, 노드 N4와 N2 사이의 전위 값은 더 이상 0으로 측정되지 않는다. When the
상기 제어부(미도시)는 상기 측정된 전위값을 이용하여 상기 탄성체(14a)의 비틀림각을 계산하고, 상기 계산된 비틀림각을 이용하여 상기 탄성체를 축으로 한 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 얻을 수 있다. The controller (not shown) calculates a torsion angle of the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Vout의 크기가 클수록 상기 압저항체의 저항값의 변화는 크므로, 그 결과 상기 탄성체(14a)의 회전각이 커지는 것으로 결정할 수 있다. Therefore, according to the exemplary embodiment of the present invention, the larger the size of Vout is, the larger the change in the resistance value of the piezoresistor is. As a result, it may be determined that the rotation angle of the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압저항체를 배치하는 경우, 저항 감도 뿐 아니라, 스프링의 축 방향(axial) 벤딩이 발생하는 경우에도 비틀림을 제외한 다른 변형의 영향은 소거가 되고, 오직 중심축(141)에 대한 비틀림만을 검출하는 장점이 있다. As shown in FIG. 4, when the piezoresistor is disposed, not only the resistance sensitivity but also the influence of other deformations except the torsion is eliminated even when the axial bending of the spring occurs, and only the central axis ( 141) there is an advantage of detecting only torsion.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부는 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체의 단부에 구비될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 센서부는 상기 제 1 탄성체의 양단 중 상기 김블(13) 쪽 단부에 구비되고, 상기 제 2 탄성체의 양단 중 상기 지지부(15) 쪽 단부에 구비될 수 있다. According to one embodiment of the invention, the sensor unit may be provided at the ends of the first elastic body and the second elastic body. According to an exemplary embodiment, the sensor part may be provided at the end of the gimbal 13 of both ends of the first elastic body, and may be provided at the end of the support part 15 of both ends of the second elastic body.
도 1을 참조하면, 상기 센서부가 상기 제 1 탄성체(12)에 구비되는 경우, 상기 제 1 탄성체(12)의 양단부 중 상기 김블(13) 쪽 단부(22)에 배치될 수 있다. 또한, 상기 센서부가 상기 제 2 탄성체(14)에 구비되는 경우, 상기 제 2 탄성체(14)의 양단부 중 상기 지지부(15) 쪽 단부(21)에 구비될 수 있다. Referring to FIG. 1, when the sensor unit is provided in the first elastic body 12, the sensor part may be disposed at an
이 경우, 상기 센서부(16)의 압저항체(161)에 연결되는 도선(163)의 길이가 짧아져, 상기 도선(163)의 저항이 감소하고, 따라서 상기 압저항체(161)의 저항값의 변화가 보다 분명하게 측정될 수 있다. In this case, the length of the
다시 말해, 상기 압저항체(161)의 저항값의 변화는 매우 작으므로, 상기 압저항체(161)에 직렬로 연결된 도선의 저항이 클수록 상기 저항값의 변화는 검출하 기 어려울 수 있다. In other words, since the change in the resistance value of the
따라서, 상기 센서부(16)를 상기 제 1 탄성체(12)의 양단부 중 상기 김블(13) 쪽 단부(22)에 배치하고, 상기 제 2 탄성체(14)의 양단부 중 상기 지지부(15) 쪽 단부(21)에 배치하면, 도선의 길이는 짧아져 압저항체(161)의 저항값의 변화를 보다 분명하게 측정할 수 있다. Accordingly, the
도 6a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 사시도이다. 6A is a perspective view of a scanning micromirror in accordance with another embodiment of the present invention.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 빛을 반사시키는 미러판(51), 상기 미러판(51)의 주위에 구비되어, 제 3 탄성체(52)를 통해 상기 미러판(51)을 지지하는 내측 김블(53), 상기 내측 김블(53)의 주위에 구비되어, 제 4 탄성체(54)를 통해 상기 내측 김블(53)을 지지하는 외측 김블(55), 제 5 탄성체(56)를 통해 상기 외측 김블(55)을 지지하는 지지부(57), 상기 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)에 구비되어 전류가 흐르는 권선(미도시), 상기 권선 주변에 자기장을 형성하는 자성체(미도시), 및 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(51) 및 내측 김블(53)이 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 서로 역위상으로 회전하고, 상기 외측 김블(55)이 상기 제 5 탄성체를 축으로 회전하도록 구동시키는 제어부(미도시)를 포함한다. As shown in FIG. 6A, a scanning micromirror 50 according to another embodiment of the present invention is provided around a
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)와 달리, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 김블을 적어도 둘 이상 구비할 수 있다. Unlike the scanning micromirror 10 according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1, the scanning micromirror 50 according to another exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 6 may include at least two gimbals. have.
도 6a을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50) 는 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)을 구비하며, 상기 내측 김블(53)은 상기 제 3 탄성체(52)를 통해 상기 미러판(51)을 지지하고, 상기 외측 김블(55)은 제 4 탄성체(54)를 통해 상기 내측 김블(53)을 지지할 수 있다. 상기 외측 김블(55)은 제 5 탄성체(56)를 통해 상기 지지부(57)에 의해 지지될 수 있다. Referring to FIG. 6A, the scanning micromirror 50 according to another embodiment of the present invention includes an
실시예에 따라, 상기 제 3 탄성체(52) 및 제 4 탄성체(54)는 일직선 상에 위치하고, 상기 제 5 탄성체(56)는 상기 제 3 탄성체(52) 및 제 4 탄성체(54)와 수직을 이루도록 배치될 수 있다. In some embodiments, the third
실시예에 따라, 상기 제 3 탄성체(56) 및 제 4 탄성체(54)의 탄성 계수는 서로 다를 수 있다. 즉, 상기 미러판(51)과 내측 김블(53)을 연결하는 탄성체와 내측 김블(53)과 외측 김블(55)을 연결하는 탄성체의 탄성계수는 서로 다를 수 있다. According to an embodiment, the elastic modulus of the third
실시예에 따라, 상기 탄성체는 외팔보(cantilever), 비틀림보(torsion beam) 및 meander 중 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다. According to an embodiment, the elastic body may be configured in any one form of cantilever, torsion beam, and meander.
상기 미러판(51) 균일한 두께의 평판 구조물일 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 국부적으로 두께가 다른 구조일 수도 있다. The
상기 미러판(51)의 일측은 금속, 유전체, 및 금속과 유전체의 적층으로 구성된 반사면이 형성된다. One side of the
상기 미러판(51)은 상기 미러판(51)을 둘러싸며 다수의 지점에서 상기 미러판(51)을 지지하여, 상기 미러판(51)의 동적 변형을 억제하는 강화틀을 더 포함할 수 있다.The
도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 강화틀을 포함하는 미러판을 도 시하는 평면도이다. 6F is a plan view illustrating a mirror plate including the reinforcing frame according to an embodiment of the present invention.
도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 강화틀(511)은 상기 미러판(51)의 주변을 둘러싸며 다수의 지점, 예컨대 네 개의 지점에서 상기 미러판(51)을 지지하여 미러판(51)의 동적 변형을 억제할 수 있다. As shown in FIG. 6F, the
상기 권선은 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)에 구비되어 전류가 흐른다. 즉, 상기 권선은 지지부(57)에서 시작하여, 제 5 탄성체(56)를 거쳐, 외측 김블(55) 및 내측 김블(53)의 일면에 형성되고, 반대쪽 제 5 탄성체(56)를 거쳐 반대쪽 지지부(57)에 이르기까지 형성될 수 있다. The winding is provided in the
도 6b 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 개념도 및 평면도이다. 6B-6E are conceptual and plan views illustrating the arrangement of windings in accordance with one embodiment of the present invention.
도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)는 방사상으로 자기장을 형성하는 자성체(61), 상기 자기장과 상호작용하여 제 1 축을 회전축으로 외측 김블(55)을 회전시키도록 전류를 흘리는 제 1 권선(62) 및 제 2 축을 회전축으로 내측 김블(53)을 회전시키도록 전류를 흘리는 제 2 권선(63)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 6B, the scanning micromirror 10 according to the exemplary embodiment of the present invention includes a magnetic body 61 that radially forms a magnetic field, and an
도 6b에는 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)이 도시되지 않지만, 상기 제 1 권선(62)은 외측 김블(55)에 제한되지 않고, 외측 김블(55) 및 내측 김블(53) 중 어느 하나의 김블에 형성될 수 있으며, 상기 제 2 권선(63)은 상기 제 1 권선(62)이 형성된 김블과 다른 김블에 형성될 수 있다. Although the
도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 권선(62)은 상기 일측 지지부(57)에서 시작하여, 상기 제 5 탄성체(56)를 거쳐 두 개의 권선으로 분기되어 상기 외측 김블(55) 상에서 두 개의 반원을 그리도록 형성되어, 다시 제 5 탄성체(56)에 연결되는 지점에서 하나의 권선으로 합쳐져 타측 지지부(57)에서 종료될 수 있다. As shown in FIG. 6B, the first winding 62 starts at the one
또한, 상기 제 2 권선(63)은 상기 제 4 탄성체(54)의 일측에서 시작되어, 두 개의 권선으로 분기되어 상기 내측 김블(53) 상에서 두 개의 반원을 그리도록 형성되어, 다시 제 4 탄성체(54)에 연결되는 지점에서 하나의 권선으로 합쳐져 제 4 탄성체(54)에서 종료되도록 형성될 수 있다. In addition, the second winding 63 starts at one side of the fourth
상기 제 1 권선(62) 및 제 2 권선(63)에 각각 2I의 전류를 인가하는 경우, 상기 외측 김블(55) 및 내측 김블(53) 상의 상기 제 1 권선(62) 및 제 2 권선(63)은 I의 전류가 흐르며, 상기 권선을 통해 흐르는 전류 I는 상기 자성체(61)가 형성하는 방사상의 자기장과 상호작용을 통해 상기 권선에 작용하는 전자기력을 생성할 수 있다. When a current of 2 I is applied to the first winding 62 and the second winding 63, respectively, the first winding 62 and the second winding 63 on the
그 결과, 상기 외측 김블(55) 및 내측 김블(53)은 상기 생성된 전자기력을 토크 T1 및 T2로 작용받아 각각 제 1축 및 제 2축을 회전축으로 하여 회전운동을 할 수 있다. As a result, the
도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 예시도이다. 6C is an exemplary diagram showing an arrangement of windings according to another embodiment of the present invention.
두 개의 권선으로 구성된 도 6b와 달리 도 6c의 권선은 하나의 권선인 제 3 권선(64)으로 구성된다. Unlike FIG. 6B, which consists of two windings, the winding of FIG. 6C consists of a third winding 64 that is one winding.
도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 권선(64)은 상기 지지부(57)의 일측에서 시작되어, 제 5 탄성체(56)를 거쳐, 외측 김블(55) 상에서 사분원을 형성한다. 그리고 나서, 제 4 탄성체(54)를 거쳐, 내측 김블(53)과 연결되는 지점에서 두 개의 권선으로 분기되어 상기 내측 김블(53) 상에서 두 개의 반원을 형성하고, 다시 상기 제 4 탄성체(54)와 연결되는 지점에서 하나의 권선으로 합쳐진다. 그리고 나서, 제 4 탄성체(54)를 지나 상기 외측 김블(55) 상에서 다른 사분원을 형성하고, 제 5 탄성체(56)를 거쳐 지지부(57)의 타측에서 종료될 수 있다. As shown in FIG. 6C, the third winding 64 starts on one side of the
도 6d는 도 6c의 제 3 권선(64)이 형성된 스캐닝 마이크로미러의 평면도이다. FIG. 6D is a top view of the scanning micromirror with the third winding 64 of FIG. 6C formed.
도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(57)의 일측에 전류 2I를 인가하는 경우, 상기 외측 김블(55) 상에 형성된 사분원에는 전류 2I가 흐르고, 제 4 탄성체(54)를 거쳐 두 개의 권선으로 분기되므로, 상기 내측 김블(53)에 형성된 각 권선에는 전류 I가 흐르게 된다. As shown in FIG. 6D, when a current 2I is applied to one side of the
상기 외측 김블(55)의 제 2 사분면에는 2I의 전류가 시계방향으로 흐르고, 상기 내측 김블(53)의 제 2 사분면에는 I의 전류가 반시계방향으로 흐르므로, 그 결과 상기 스캐닝 마이크로미러(10)의 제 2사분면은 I의 전류가 시계방향으로 흐르는 것과 동일한 전자기력을 받는다. A current of 2I flows clockwise in the second quadrant of the
마찬가지로, 상기 내측 김블(53)의 제 4 사분면에는 I의 전류가 시계방향으로 흐르고, 상기 외측 김블(55)의 제 4 사분면에는 2I의 전류가 반시계방향으로 흐르므로, 그 결과 상기 스캐닝 마이크로미러(10)의 제 4 사분면은 I의 전류가 반시계방향으로 흐르는 것과 동일한 전자기력을 받는다. Similarly, a current of I flows clockwise in the fourth quadrant of the
도 6b와 같이 두 개의 권선을 구비한 스캐닝 마이크로미러는 각각의 권선에 인가되는 구동 전류를 제어하여 2축 구동을 구현할 수 있으며, 도 6c 및 도 6d와 같이 하나의 권선을 구비한 스캐닝 마이크로미러는 구동 전류의 주파수를 다르게 인가함으로써 2축 구동을 구현할 수 있다. As shown in FIG. 6B, the scanning micromirror having two windings may implement two-axis driving by controlling the driving current applied to each winding. The scanning micromirror having one winding may be configured as shown in FIGS. 6C and 6D. Two-axis driving can be realized by differently applying the frequency of the driving current.
도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 평면도이다. 6E is a plan view illustrating an arrangement of a winding according to another embodiment of the present invention.
하나의 권선이 두 개의 권선으로 분기되어 다시 하나로 합쳐진 도 6d의 권선과 달리 도 6e의 권선은 제 4 권선(65) 및 제 5 권선(66)으로 구성된다. Unlike the winding of FIG. 6D, in which one winding branches into two windings and merges back into one, the winding of FIG. 6E consists of a fourth winding 65 and a fifth winding 66.
도 6e에 도시된 바와 같이, 제 4 권선(65) 및 제 5 권선(66)은 지지부(57)의 일측에서 시작되어, 제 5 탄성체(56)를 거쳐, 외측 김블(55) 상에서 사분원을 형성한다. 그리고 나서, 제 4 탄성체(54)를 거쳐, 상기 제 4 권선(65)은 내측 김블(53) 상의 하나의 반원을 형성하고, 상기 제 5 권선(66)은 내측 김블(53) 상의 다른 하나의 반원을 형성한다. As shown in FIG. 6E, the fourth winding 65 and the fifth winding 66 start on one side of the
상기 제 4 및 5 권선(65,66)은 다시 제 4 탄성체(54)를 거쳐 외측 김블(55) 상에서 다른 사분원을 형성하고, 제 5 탄성체(56)를 거쳐 지지부(57)의 타측에서 종료된다. The fourth and
도 6e과 같은 권선을 구비한 스캐닝 마이크로미러는 구동 전류의 주파수를 다르게 인가함으로써 2축 구동을 구현할 수 있다. The scanning micromirror having the winding as shown in FIG. 6E may implement two-axis driving by differently applying the frequency of the driving current.
도 6b 내지 도 6e에 도시된 권선은 하나 또는 둘 이상의 금속층으로 형성될 수 있다. The windings shown in FIGS. 6B-6E may be formed of one or more metal layers.
실시예에 따라, 상기 권선은 Ti, Cr, Cu, Au, Ag, Ni, Al 등의 금속 또는 ITO(Indume Tin Oxide), 도전성 폴리머 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다. In some embodiments, the winding may be made of a metal such as Ti, Cr, Cu, Au, Ag, Ni, Al, or ITO (Indume Tin Oxide), a conductive polymer, or a combination thereof.
상기 제어부는 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(51) 및 내측 김블(53)이 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 서로 역위상으로 회전하도록 구동시킬 수 있다. The controller may control the current flowing through the winding to drive the
상술한 바와 같이, 상기 자성체(61)는 상기 권선의 주변에 방사상의 자기장을 형성하여 상기 권선에 구동 전류가 흐르는 경우, 상기 권선에 전자기력을 발생시킬 수 있다. As described above, the magnetic body 61 may generate an electromagnetic force in the winding when a driving current flows in the winding by forming a radial magnetic field around the winding.
실시예에 따라, 상기 자성체(61)는 소정의 단면 형태를 가지는 기둥형 영구 자석일 수 있다. According to an embodiment, the magnetic material 61 may be a columnar permanent magnet having a predetermined cross-sectional shape.
바람직하게, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 자성체(61)는 소정의 단면 형태를 가지는 기둥형의 내부 자석(611), 상기 내부 자석(611)을 둘러싼 도넛 형태의 외부 자석(612) 및 상기 내부 자석(611) 및 상기 외부 자석(612)을 지지하는 지지대(613)을 포함할 수 있다. Preferably, as shown in Figure 6b, the magnetic material 61 is a columnar
상기 내부 자석 및 외부자석의 단면은 원, 타원 또는 다각형일 수 있다. The cross section of the inner magnet and the outer magnet may be a circle, an ellipse or a polygon.
상기 지지대(613)는 투자율이 높은 철, 페라이트와 같은 강자성체로 구성될 수 있다. The
상기 내부 자석(611)과 외부 자석(612)는 동일한 두께를 가질 수 있으며, 상기 지지대(613)의 직경은 상기 외부 자석(612)의 직경과 일치할 수 있다. The
실시예에 따라, 상기 방사상으로 형성되는 자기장의 세기를 극대화시키기 위해, 상기 내부 자석(611)과 외부 자석(612)는 각각 반대 방향으로 자화시킬 수 있다. According to an embodiment, in order to maximize the strength of the radially formed magnetic field, the
상술한 바와 같이, 각각의 권선에 전류 I가 흐르는 경우, 상기 권선은 자기장과 상호작용하여 수직 방향의 로렌츠 힘을 작용받으며, 이로 인해 다음과 같은 토크 T가 작용한다. As described above, when a current I flows in each of the windings, the windings interact with the magnetic field and are subjected to the Lorentz force in the vertical direction, whereby the following torque T is applied.
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서, r1은 권선의 반지름, μ는 공기의 투자율, Hr은 방사상 자기장의 세기이다. Where r1 is the radius of the winding, μ is the permeability of air and H r is the intensity of the radial magnetic field.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)의 구동을 나타내는 예시도이다. 7 to 10 are exemplary views showing the driving of the scanning micromirror 50 according to another embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)의 외측 김블(55)은 상기 제 5 탄성체(56)를 축으로 회전하도록 구동될 수 있다. As shown in FIG. 7, the
즉, 상기 제어부는 상기 외측 김블(55)에 형성된 권선에 전류를 흘려주어, 상기 권선에 흐르는 전류와 주변의 자기장의 상호 작용으로 발생한 전자기력을 외력으로 하여, 상기 외측 김블(55)이 상기 제 5 탄성체(56)를 축으로 회전하도록 구동시킬 수 있다. That is, the control unit flows a current through the winding formed in the
그 결과, 상기 스캐닝 마이크로미러(50)의 미러판(51)은 상기 제 3, 4 탄성체를 축으로 한 1축 구동과 상기 제 5 탄성체를 축으로 한 2축 구동이 가능해진다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 상기 미러판(51)을 직접 회전시키지 않고, 주변에 위치한 내측 김블(53)을 회전시켜 상기 미러판(51)을 공진 구동시킴으로써, 상기 미러판(51)의 회전각을 증가시킬 수 있다. As a result, the
실시예에 따라, 상기 스캐닝 마이크로미러는 제 3 탄성체(52)를 축으로 상기 미러판(51) 및 내측 김블(53)을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. In some embodiments, the scanning micromirror may rotate the
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(미도시)는 권선(미도시)에 흐르는 전류의 주파수, 크기, 방향 등을 제어하여, 상기 미러판(51)과 내측 김블(53)이 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 서로 역위상으로 회전하도록 구동시킬 수 있다. That is, as shown in Figure 8, the control unit (not shown) controls the frequency, magnitude, direction, etc. of the current flowing through the winding (not shown), so that the
예를 들어, 상기 미러판(51)은 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 시계 반대 방향으로 회전하고, 상기 내측 김블(53)은 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 시계 방향으로 회전하도록 구동될 수 있다. For example, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권선은 미러판(51)에는 형성되지 않고, 오직 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)에만 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제어부는 상기 미러판(51)을 회전시키기 위해 상기 미러판(51)을 직접 구동시키지 않고, 상기 제 3 탄성체(52)를 통해 연결된 상기 내측 김블(53)을 회전시킴으로써 상기 미러판(51)을 회전시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the winding is not formed on the
즉, 상기 제어부는 상기 내측 김블(53) 상에 형성된 권선에 전류를 흘려 상기 내측 김블(53)이 회전하도록 구동시킨다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 내측 김블(53)의 구동 주파수가 상기 미러판(51)의 공진 주파수와 일치하도록 전류를 제어할 수 있다. That is, the controller drives the
그 결과, 상기 미러판(51)은 상기 내측 김블(53)의 회전 방향과 역방향으로 회전하며, 다시 말해 역위상으로 구동하며, 상기 미러판(51)의 회전각은 미러판(51)을 직접 회전시키는 경우보다 증폭될 수 있다. As a result, the
실시예에 따라, 도 9와 같이, 상기 스캐닝 마이크로미러(10)는 제 3 탄성체(52)를 축으로 동일한 방향으로 상기 미러판(51) 및 상기 내측 김블(53)을 회전시킬 수도 있다. According to an embodiment, as shown in FIG. 9, the scanning micromirror 10 may rotate the
또한, 도 10과 같이, 상기 스캐닝 마이크로미러(10)는 제 3 탄성체(52)를 축으로 상기 미러판(51) 및 상기 외측 김블(55)을 동일한 방향으로 회전시키고, 상기 내측 김블(53)을 반대 방향으로 회전시킬 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 10, the scanning micromirror 10 rotates the
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 상술한 센서부를 더 포함하여, 상기 미러판(51), 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)의 회전각을 측정할 수 있다. The scanning micromirror 50 according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 6 further includes the above-described sensor unit to adjust the rotation angles of the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 스캐닝 마이크로미러(10)가 소정 개수의 행과 소정 개수의 열로 구성되어 M×N 의 스캐닝 마이크로미러 어레이를 구성할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the plurality of scanning micromirrors 10 may include a predetermined number of rows and a predetermined number of columns to form an M × N scanning micromirror array.
상기 스캐닝 마이크로미러 어레이는 투사 방식 디스플레이 시스템이나 HMD(Head Mounted Display), 레이저 프린터와 같은 광 스캐닝 장치에 사용될 수 있다. The scanning micromirror array may be used in an optical scanning device such as a projection display system, a head mounted display (HMD), or a laser printer.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것이며, 이에 한정되지 않는다. 당업자는 위에 설명한 실시 예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.Although the present invention has been described through the above embodiments, the above embodiments are merely intended to illustrate the spirit of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made to the embodiments described above. The scope of the invention is defined only by the interpretation of the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 사시도이다. 1 is a perspective view of a scanning micromirror according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 확대도이다. 2 and 3 are enlarged views of a sensor unit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.4 is an enlarged view of a sensor unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부가 구성하는 휘트스톤 브리지의 개념도이다. 5 is a conceptual diagram of a Wheatstone bridge configured by a sensor unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 6a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 사시도이다. 6A is a perspective view of a scanning micromirror in accordance with another embodiment of the present invention.
도 6b 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 개념도 및 평면도이다. 6B-6E are conceptual and plan views illustrating the arrangement of windings in accordance with one embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 구동을 나타내는 예시도이다. 7 and 8 are exemplary diagrams illustrating driving of a scanning micromirror according to another exemplary embodiment of the present invention.
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Families Citing this family (6)
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006085152A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-30 | Tohoku Univ | Micromirror device, manufacturing method thereof, angle-measuring method thereof, and micromirror device application system |
JP2008242207A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Casio Comput Co Ltd | Shake correcting device and imaging apparatus |
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2009
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006085152A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-30 | Tohoku Univ | Micromirror device, manufacturing method thereof, angle-measuring method thereof, and micromirror device application system |
JP2008242207A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Casio Comput Co Ltd | Shake correcting device and imaging apparatus |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160101575A (en) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 엘지전자 주식회사 | Scanning micromirror |
KR102331643B1 (en) * | 2015-02-17 | 2021-11-30 | 엘지전자 주식회사 | Scanning micromirror |
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