KR101462796B1

KR101462796B1 - Optical deflector

Info

Publication number: KR101462796B1
Application number: KR1020130082251A
Authority: KR
Inventors: 신부현
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2014-12-04

Abstract

An optical deflector of the present invention includes: a mirror for reflecting laser beam; a mirror fixating frame which mounts the mirror on the top surface and is rotated with respect to the X-axis; a first coil unit which is fixated to a lower side of the mirror fixating frame; a hollow outer frame to which both ends of the mirror fixating frame are engaged to be rotated; a magnetic force generation unit which are separated apart from the lower side of the first coil unit and is fixated to the outer frame; a body frame to which the outer frame is engaged to be rotated with respect to the Y-axis, and the outer frame is separated apart from the top surface thereof; and a second coil unit which is separated apart from a lower side of the magnetic force generation unit and is engaged to the top surface of the body frame. The mirror fixating frame is rotated with respect to the X-axis by an interaction between a magnetic field generated in the first coil unit and a magnetic field generated in the magnetic force generation unit located in the lower side of the first coil unit. The outer frame is rotated with respect to the Y-axis by an interaction between a magnetic field generated in the second coil unit and a magnetic field generated in the magnetic force generation unit. According to the present invention, the optical deflector can be made in a small size with excellent durability, can be stably operated with a low frequency, and is capable of deflecting laser beam to a predetermined deflection angle at a frequency different from the resonance frequency.

Description

Optical deflector

본 발명은 광 편향기에 관한 것으로, 더 상세하게는 서로 직각인 2개의 축을 기준으로 미러가 회동하는 광 편향기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical deflector, and more particularly to an optical deflector in which a mirror rotates with respect to two axes perpendicular to each other.

통상 광 편향기란, 레이저 빔을 일정 순서로 움직인다든지 또는 임의의 위치에 무작위로 편향시키기 위한 장치를 말한다.Usually, the optical deflector refers to a device for moving the laser beam in a predetermined order or for randomly deflecting the laser beam to an arbitrary position.

이러한 광 편향기는, 표시 장치(Display device), 옵티컬 센서(Optical sensor), 디스플레이 프로젝터(Display projector) 또는 바코드 리딩 시스템(Bar code reading system) 등 다양한 광학 기기에 적용되고 있다.Such an optical deflector is applied to various optical devices such as a display device, an optical sensor, a display projector, or a bar code reading system.

최근에는, 공초점 레이저 현미경(Confocal laser scanning microscope), 광 간섭 단층 촬영 장치(Optical coherence tomography), 레이저 거리 측정기(Laser range finder), 프로젝터(Projector) 또는 레이저 마킹 장치(Laser marking machine) 등의 광학 기기에 적용될 수 있는, 소형화된 광 편향기에 관한 연구가 다양하게 이루어지고 있고, 이에 대해 실용화가 되기까지에 이르렀다.In recent years, an optical system such as a confocal laser scanning microscope, an optical coherence tomography, a laser range finder, a projector, or a laser marking machine There have been various studies on miniaturized optical deflectors that can be applied to devices, and they have been put to practical use.

한편, 상기 소형화된 광 편향기 중, 반사 거울을 이용하는 광 편향기에 적용되는 광 편향소자는 미세전자기계시스템(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)에 의해 제조될 수 있다.On the other hand, of the miniaturized optical deflectors, the optical deflecting element applied to the optical deflector using the reflective mirror can be manufactured by Micro Electro Mechanical Systems (MEMS).

도 1을 참조하면, 국내 공개특허 제2004-0004172호에서는 위와 같은 종래 광 편향소자(10)의 일례를 개시하고 있다.Referring to FIG. 1, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-0004172 discloses an example of the conventional optical deflecting element 10 as described above.

상기 광 편향소자(10)는, 지지기판(11), 한 쌍의 탄성지지부(12) 및 가동부(13)를 포함한다.The optical deflecting element 10 includes a supporting substrate 11, a pair of elastic supporting portions 12, and a movable portion 13.

여기서, 레이저 빔을 반사하는 미러와 자성체로 구성된 상기 가동부(13)의 양단에는 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)의 일단이 각각 고정 결합되고, 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)의 타단은 상기 지지기판(11)에 각각 고정 결합한다. 그리고 상기 가동부(13)의 하측에서 자기장이 형성되면, 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)의 형상 및 구성 재료 등에 따라서 상기 가동부(13)는 일정한 편향 각도 및 구동 주파수로 회동을 하게 된다.Here, one end of the pair of elastic supporting portions 12 is fixedly coupled to both ends of the movable portion 13 composed of a mirror and a magnetic body for reflecting the laser beam, and the other end of the pair of elastic supporting portions 12 is fixed To the support substrate (11). When the magnetic field is formed below the movable portion 13, the movable portion 13 is rotated at a predetermined deflection angle and drive frequency in accordance with the shape and the constituent material of the pair of elastic supports 12.

다만, 상기 가동부(13)의 편향 각도와 구동 주파수 등과 같은 구동 성능은 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)의 형상 및 구성 재료 등에 따라 결정되므로 상기 광 편향소자(10)는 다양한 편향 각도, 구동 주파수를 구현해 낼 수 없는 한계가 있다.However, since the driving performance such as the deflection angle and the driving frequency of the movable part 13 is determined according to the shape and the constituent material of the pair of elastic supporting parts 12, the optical deflecting element 10 has various deflection angles, There is a limit that can not be realized.

한편 상기 광 편향소자(10)의 구성 재료는 일반적으로 단결정 실리콘이 이용된다. 탄성체인 단결정 실리콘은 상기 광 편향소자(10)의 가동부(13)에 복원력을 전달할 수 있어 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)의 구성 재료로 적합하고, 단결정 실리콘의 가공은 미세전자기계시스템으로 초소형 고정밀도로 비교적 쉽게 할 수 있기 때문이다.On the other hand, monocrystalline silicon is generally used as the constituent material of the optical deflecting element 10. The single crystal silicon which is an elastic body can transmit the restoring force to the movable portion 13 of the optical deflecting element 10 and is suitable as the constituent material of the pair of elastic supporting portions 12. The processing of the single crystal silicon is a microelectromechanical system, This is because it is relatively easy to make with high precision.

그러나 단결정 실리콘으로 제작되는 상기 광 편향소자(10)가 적용된 광 편향기는, 후술하는 바와 같은 이유로, 150Hz 이하의 저 주파수에서 안정적으로 구동되기 어렵다.However, the optical deflector to which the optical deflecting element 10 made of single crystal silicon is applied is hard to be stably driven at a low frequency of 150 Hz or less for the reason described later.

즉, 단결정 실리콘으로 제작되는 상기 광 편향소자(10)가 적용된 광 편향기가 150Hz 이하의 저주파로 구동되기 위해서는, 실리콘의 재료의 특성상 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)가 가늘고 길게 형성되어야 하는데, 이러한 형상을 하는 상기 한 쌍의 탄성지지부(12)는 약한 충격에도 잘 파손되는 문제점이 있다. 특히 움직임을 필요로 하는 광학 기기에 적용은 현실적으로 불가능 하다고 볼 수 있다.That is, in order for the optical deflector 10, which is made of single crystal silicon, to be driven by a low frequency of 150 Hz or less, the pair of elastic supports 12 must be formed to be thin and long due to the characteristics of the material of silicon. The pair of resilient supporting portions 12 having the shape of being deformed are damaged even if they are weakly impacted. Especially, it can not be applied to optical instruments that require movement.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 반사 거울을 이용하는 광 편향기에 있어, 소형으로 제작될 수 있으면서도 내구성이 뛰어나고, 저 주파수에서 안정적으로 작동이 가능함은 물론, 공진주파수 이외에서도 구동이 가능한 광 편향기를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an optical deflector using a reflective mirror, which can be manufactured in a small size, has excellent durability, can stably operate at a low frequency, And to provide an optical deflector capable of being driven.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저 빔을 반사하는 미러; 상기 미러가 상면에 안착되고, X축을 기준으로 회동하는 미러고정프레임; 상기 미러고정프레임의 하측에 고정결합되는 제1코일부; 내측면에 상기 미러고정프레임의 양단이 회동 가능하게 결합하는 중공 형상인 외측프레임; 상기 제1코일부의 하측과 이격되게 배치되며, 상기 외측프레임에 고정 결합되는 자기력발생부; 상부면에 상기 외측프레임이 이격되게 위치하고, 상기 외측프레임이 Y축을 기준으로 회동 가능하게 결합되는 몸체프레임; 및 상기 자기력발생부의 하측과 이격되게 배치되며 상기 몸체프레임 상면에 고정 결합되는 제2코일부를 포함하되, 상기 제1코일부에서 발생되는 자기장과 상기 제1코일부의 하측에 위차하는 상기 자력발생부에서 발생되는 자기장과의 작용으로 상기 미러고정프레임이 X축으로 회동하고, 상기 제2코일부에서 발생되는 자기장과 상기 자력발생부에서 발생되는 자기장과의 작용으로 상기 외측프레임이 Y축으로 회동하는 것을 특징으로 하는 광 편향기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus comprising: a mirror for reflecting a laser beam; A mirror fixed frame on which the mirror is mounted on an upper surface and which rotates about an X axis; A first coil part fixedly coupled to a lower side of the mirror fixing frame; An outer frame having a hollow shape in which both ends of the mirror fixing frame are rotatably coupled to the inner surface; A magnetic force generating unit arranged to be spaced apart from a lower side of the first coil unit and fixedly coupled to the outer frame; A body frame positioned on the upper surface so as to be spaced apart from the outer frame, the outer frame being rotatably coupled with respect to the Y axis; And a second coil part spaced apart from a lower side of the magnetic force generating part and fixedly coupled to an upper surface of the body frame, wherein the magnetic field generated in the first coil part and the magnetic force generated in the lower side of the first coil part The outer frame is rotated in the Y axis by the action of the magnetic field generated in the second coil portion and the magnetic field generated in the magnetic force generating portion, And a light deflector for deflecting the light beam.

상기 미러고정프레임은, 상기 미러가 안착되는 안착틀과, 상기 안착틀의 양 측면에 일단이 각각 고정 결합하고, 상기 외측프레임의 내측면에 타단이 각각 회동 가능하게 결합하는 한 쌍의 제1샤프트를 포함할 수 있다.The mirror fixing frame includes a mounting frame on which the mirror is mounted, a pair of first shafts, one end of which is fixedly coupled to both sides of the mounting frame, and the other end of which is rotatably coupled to an inner surface of the outer frame, . &Lt; / RTI >

상기 제1코일부는, 상기 미러고정프레임의 하측에 고정 결합되는 제1코일과, 상기 제1코일에 고정 결합되는 자성체로 구성된 고정핀을 포함할 수 있다.The first coil part may include a first coil fixedly coupled to the lower side of the mirror fixing frame, and a fixing pin composed of a magnetic body fixedly coupled to the first coil.

상기 외측프레임은, 중공 형상을 하고, 내측 면에 상기 미러고정프레임의 양단이 결합할 수 있는 한 쌍의 홀이 형성된 고정틀과, 상기 고정틀의 양측에 일단이 각각 고정 결합되고 상기 몸체프레임에 타단이 각각 회동 가능하게 결합하는 한 쌍의 제2샤프트를 포함할 수 있다.Wherein the outer frame has a hollow shape and has a pair of holes formed on an inner surface thereof so that both ends of the mirror fixing frame can engage with each other; and one end is fixedly coupled to both sides of the fixed frame, And a pair of second shafts rotatably coupled to the first shaft.

상기 자기력발생부는, 상기 제1코일부 하측에 위치한 자성체와, 상기 자성체에 일단이 각각 고정 결합되고, 상기 외측프레임에 타단이 각각 고정 결합되는 한 쌍의 연결부재를 포함할 수 있다.The magnetic force generating unit may include a magnetic body positioned below the first coil section and a pair of connection members each having one end fixedly coupled to the magnetic body and the other end fixedly coupled to the outer frame.

상기 제2코일부는, 상기 자기력발생부의 하측과 이격되어 배치되는 요크와, 상기 요크에 감겨있고, 일 측이 상기 몸체프레임 상면에 고정 결합되는 제2코일을 포함할 수 있다.The second coil unit may include a yoke disposed apart from a lower side of the magnetic force generating unit and a second coil wound around the yoke and having one side fixedly coupled to the upper surface of the body frame.

본 발명에 따른 광 편향기에 의하면, 소형으로 제작될 수 있으면서도 내구성이 뛰어나고, 저 주파수에서 안정적으로 작동이 가능함은 물론, 공진 주파수 이외의 주파수에서도 소정의 편향 각으로 레이저 빔을 편향시킬 수 있다.The optical deflector according to the present invention can be manufactured in a small size, has excellent durability, can stably operate at a low frequency, and can deflect a laser beam at a predetermined deflection angle at frequencies other than the resonant frequency.

도 1은 종래의 광 편향소자의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 편향기의 사시도,
도 3은 도 2의 광 편향기의 미러, 미러고정프레임, 제1코일부 및 자기력발생부의 결합 위치를 나타낸 도면,
도 4는 도 2의 광 편향기의 외측프레임, 자기력발생부, 몸체프레임 및 제2코일부의 결합 위치를 나타낸 도면,
도 5는 도 2의 광 편향기의 프로토타입으로 실험한 X축을 기준으로 한 주파수 및 편향 각의 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 도 2의 광 편향기의 프로토타입으로 실험한 X축을 기준으로 한 타켓 표면의 레이저 빔의 패턴을 나타낸 사진,
도 7은 도 2의 광 편향기의 프로토타입으로 실험한 Y축을 기준으로 한 주파수 및 편향 각의 관계를 나타낸 그래프,
도 8은 도 2의 광 편향기의 프로토타입으로 실험한 Y축을 기준으로 한 타켓 표면의 레이저 빔의 패턴을 나타낸 사진이다.1 is a perspective view of a conventional optical deflecting element,
2 is a perspective view of an optical deflector according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a view showing a coupling position of the mirror, the mirror fixing frame, the first coil section, and the magnetic force generating section of the optical deflector of FIG. 2;
FIG. 4 is a view showing a coupling position of the outer frame, the magnetic force generating portion, the body frame and the second coil portion of the optical deflector of FIG. 2,
5 is a graph showing the relationship between the frequency and the deflection angle with respect to the X-axis, which is experimented with the prototype of the optical deflector of FIG.
FIG. 6 is a photograph showing a pattern of a laser beam on a target surface with respect to the X axis, which is experimented with the prototype of the optical deflector of FIG. 2;
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the frequency and the deflection angle with respect to the Y-axis, which was experimented with the prototype of the optical deflector of FIG. 2;
FIG. 8 is a photograph showing a pattern of a laser beam on a target surface based on the Y-axis, which was experimented with the prototype of the optical deflector of FIG.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Before describing in detail the preferred embodiments according to the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, It should be interpreted in the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that the concept of the term can be appropriately defined in order to explain it by a method.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 따른 바람직한 실시례를 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 광 편향기는, 미러(100), 미러고정프레임(200), 제1코일부(300), 외측프레임(400), 자기력발생부(500), 몸체프레임(600) 및 제2코일부(700)를 포함한다.2 and 3, the optical deflector of the present invention includes a mirror 100, a mirror fixing frame 200, a first coil part 300, an outer frame 400, a magnetic force generating part 500, A frame 600 and a second coil portion 700. Fig.

여기서 상기 미러(100)는 레이저 빔을 편향시킨다. 즉 외부에서 입사된 레이저 빔을 반사하여 타켓 표면에 입사시킨다. 상기 미러(100)는 서로 직각인 X축 및 Y축을 기준으로 각각 회동하기 때문에 타겟 표면에 입사된 레이저 빔은 타켓 표면에서 2차원 패턴을 만들어낼 수 있다.Here, the mirror 100 deflects the laser beam. In other words, the laser beam incident from the outside is reflected and incident on the target surface. Since the mirror 100 rotates about the X axis and the Y axis perpendicular to each other, the laser beam incident on the target surface can produce a two-dimensional pattern on the target surface.

그리고 상기 미러고정프레임(200)은 상기 미러(100)가 상면에 안착되고, 상기 X축을 기준으로 회동을 한다. 상기 미러고정프레임(200)의 하측에 고정 결합되는 상기 제1코일부(300)에 전류를 인가하여 형성된 자기장과, 상기 제1코일부(300)의 하측에 위치한 상기 자기력발생부(500)에서 발생되는 자기장과의 작용으로, 상기 미러고정프레임(200)이 회동하게 된다. 여기서 상기 제1코일부(300)에 형성된 자기장은 상기 자기력발생부(500)의 자기장이 상호 작용을 하기 때문에, 상기 제1코일부(300)에 인가되는 전압의 방향, 크기, 파형, 주파수 등에 의해 상기 X축을 기준으로 한 상기 미러고정프레임(200)의 회동 방향, 편향 각도, 진동패턴, 진동횟수 등이 결정된다.The mirror 100 is mounted on the upper surface of the mirror fixing frame 200, and rotates about the X axis. A magnetic field formed by applying a current to the first coil part 300 fixedly coupled to the lower side of the mirror fixing frame 200 and a magnetic field generated by the magnetic force generating part 500 located below the first coil part 300 The mirror fixing frame 200 is rotated by the action of the generated magnetic field. Since the magnetic field of the magnetic force generating unit 500 interacts with the magnetic field formed in the first coil unit 300, the direction, size, waveform, frequency, etc. of the voltage applied to the first coil unit 300 A deflection angle, a vibration pattern, a vibration frequency, and the like of the mirror fixing frame 200 with respect to the X axis are determined.

상기 미러고정프레임(200)은, 안착틀(210)과 한 쌍의 제1샤프트(220)를 포함 할 수 있다.The mirror fixing frame 200 may include a seating frame 210 and a pair of first shafts 220.

상기 안착틀(210)은, 상기 미러(100)가 안착되는 면을 형성한다. 그리고 상기 한 쌍의 제1샤프트(220)는 상기 안착틀(210)의 양 측면에 일단이 각각 고정 결합하고, 상기 외측프레임(400)의 내측에 타단이 각각 회동 가능하게 결합한다.The seating frame 210 forms a surface on which the mirror 100 is seated. One end of each of the pair of first shafts 220 is fixedly coupled to both sides of the seat frame 210 and the other end of the first shaft 220 is rotatably coupled to the inside of the outer frame 400.

상기 제1코일부(300)는, 제1코일(310)과 고정핀(320)을 포함 할 수 있다.The first coil part 300 may include a first coil 310 and a fixing pin 320.

상기 제1코일(310)은 상기 미러고정프레임(200)의 하측에 고정 결합되고, 상기 고정핀(320)은 자성체로 구성되고 상기 제1코일(310)에 고정 결합된다. 자성체로 구성되는 상기 고정핀(320)은, 상기 자기력발생부(500)의 자기장의 영향으로, 상기 자기력발생부(500)와 사이에서 인력이 작용한다. 따라서 상기 미러고정프레임(200)의 하면의 위치는, 상기 제1코일부(300)에 전류가 흐르지 않아 상기 제1코일부(300)에 형성된 자기장이 사라지면, 상기 자기력발생부(500) 방향으로의 복원된다. 즉 상기 고정핀(320)은, 종래의 광 편향소자의 구성요소인 한 쌍의 탄성지지부와 같이, 상기 미러(100)를 상기 X축을 기준으로 회동 전의 원래의 위치로 복원시키는 역할을 한다. 또한 상기 미러(100)가 중력에 의해 상기 X축을 기준으로 회동하는 것을 방지한다.The first coil 310 is fixed to the lower side of the mirror fixing frame 200 and the fixing pin 320 is made of a magnetic material and is fixedly coupled to the first coil 310. The attraction force between the fixed pin 320 and the magnetic force generating unit 500 is affected by the magnetic field of the magnetic force generating unit 500. Therefore, when the magnetic field formed on the first coil part 300 disappears because no current flows through the first coil part 300, the position of the lower surface of the mirror fixing frame 200 is shifted toward the magnetic force generating part 500 . That is, the fixing pin 320 restores the mirror 100 to its original position before the rotation based on the X-axis, like a pair of elastic supports, which are components of a conventional optical deflecting element. And prevents the mirror 100 from rotating about the X axis by gravity.

도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 외측프레임(400)은 중공인 형상을 하고, 상기 X축과 직각인 상기 Y축을 기준으로 회동한다. 그리고 상기 외측프레임(400)의 내측에는 상기 미러고정프레임(200)의 양단이 회동 가능하게 결합한다. 또한 상기 자기력발생부(500)는 상기 제1코일부(300)의 하측과 이격되어 배치되며, 상기 외측프레임(400)에 고정 결합된다.2 and 4, the outer frame 400 has a hollow shape and rotates about the Y axis perpendicular to the X axis. Both ends of the mirror fixing frame 200 are rotatably coupled to the inside of the outer frame 400. The magnetic force generating unit 500 is spaced apart from the lower side of the first coil part 300 and fixedly coupled to the outer frame 400.

상기 외측프레임(400)은 고정틀(410)과 한 쌍의 제2샤프트(420)를 포함 할 수 있다.The outer frame 400 may include a fixed frame 410 and a pair of second shafts 420.

상기 고정틀(410)은, 중공 형상을 하고, 내측 면에 상기 미러고정프레임(200)의 양단이 결합할 수 있는 한 쌍의 홀이 형성되고, 상기 한 쌍의 제2샤프트(420)는 상기 고정틀(410)의 양측에 일단이 각각 고정 결합되고 상기 몸체프레임(600)에 타단이 각각 회동 가능하게 결합한다.The fixing frame 410 has a hollow shape and a pair of holes through which both ends of the mirror fixing frame 200 can be coupled are formed on an inner surface of the fixing frame 410. The pair of second shafts 420 are fixed to the fixing frame 410, One end of each of which is fixedly coupled to both sides of the body frame 600, and the other end of the body frame 600 is rotatably coupled.

도 3을 참조하면, 상기 자기력발생부(500)는, 자성체(510)와 한 쌍의 연결부재(520)를 포함 할 수 있다. 상기 자성체(510)는 영구 자석이 바람직하고, 상기 제1코일부(300)의 하측에 위치한다. 그리고 상기 한 쌍의 연결부재(520)는 상기 자성체(510)에 일단이 각각 고정 결합되고, 상기 외측프레임(400)에 타단이 각각 고정 결합된다.Referring to FIG. 3, the magnetic force generating unit 500 may include a magnetic body 510 and a pair of connecting members 520. The magnetic body 510 is preferably a permanent magnet and is positioned below the first coil part 300. One ends of the pair of connecting members 520 are fixedly coupled to the magnetic body 510, and the other ends of the connecting members 520 are fixedly coupled to the outer frame 400.

즉 외측프레임(400)은 상기 몸체프레임(600)에 회동가능하게 결합하고, 몸체프레임(600)의 상면에 고정 결합되는 제2코일부(700)에 전류를 인가하여 형성되는 자기장과 상호 작용을 하는 자기력발생부(500)에서 형성되는 자기장에 의해 상기 Y축을 기준으로 회동하게 된다.That is, the outer frame 400 is rotatably coupled to the body frame 600 and interacts with a magnetic field formed by applying a current to the second coil part 700 fixedly coupled to the upper surface of the body frame 600 Axis by the magnetic field generated by the magnetic force generating unit 500 which is a magnetic force generating unit.

또한 상기 외측프레임(400)에 결합된 미러고정프레임(200)은, 상기 외측프레임(400)이 상기 Y축 방향으로 회동 시, 상기 Y축 방향으로 회동하게 되므로, 상기 미러고정프레임(200)에 안착된 상기 미러(100) 또한 상기 Y축 방향으로 회동하게 된다.The mirror fixing frame 200 coupled to the outer frame 400 rotates in the Y axis direction when the outer frame 400 rotates in the Y axis direction, And the mirror 100 is also rotated in the Y-axis direction.

상기 미러(100)의 상기 X축 및 상기 Y축의 회동 운동은 상호 독립적이므로 상기 제1코일부(300) 또는 상기 제2코일부(700)에 전류를 선택적으로 인가하거나 동시에 인가하여, 상기 X축 또는 상기 Y축 중 한 개의 축만을 기준으로 상기 미러(100)를 회동시키거나 또는 상기 X축 및 상기 Y축을 기준으로 동시에 상기 미러(100)를 회동시킬 수 있다.Since the rotation motions of the X-axis and the Y-axis of the mirror 100 are mutually independent, a current is selectively applied or simultaneously applied to the first coil part 300 or the second coil part 700, Alternatively, the mirror 100 may be rotated with respect to only one of the Y-axis, or the mirror 100 may be simultaneously rotated with respect to the X-axis and the Y-axis.

도 4를 참조하면, 상기 몸체프레임(600)의 내측에는 상기 외측프레임(400)의 양단이 회동 가능하게 결합된다. 그리고 상기 제2코일부(700)는 상기 자기력발생부(500)의 하측과 이격되어 배치되며 상기 몸체프레임(600) 상면에 고정 결합된다.Referring to FIG. 4, both ends of the outer frame 400 are pivotally coupled to the inside of the body frame 600. The second coil part 700 is spaced apart from the lower side of the magnetic force generating part 500 and fixedly coupled to the upper surface of the body frame 600.

상기 제2코일부(700)는 요크(710)와 제2코일(720)을 포함 할 수 있다.The second coil portion 700 may include a yoke 710 and a second coil 720.

상기 요크(710)는 상기 자기력발생부(500)의 하측과 이격되어 배치되고, 상기 제2코일(720)은 상기 요크(710)에 감겨있고, 일 측이 상기 몸체프레임(600)의 상면에 고정 결합된다.The yoke 710 is spaced apart from the lower side of the magnetic force generating part 500. The second coil 720 is wound on the yoke 710 and has one side on the upper surface of the body frame 600 And is fixedly coupled.

상기 요크(710)는, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 크롬(Cr) 등 자성체로 이루어져 있어, 상기 자기력발생부(500)의 자기장의 영향으로, 상기 자기력발생부(500)와 인력이 작용한다. 따라서 상기 외측프레임(400)의 하측은, 상기 제2코일부(700)에 전류가 흐르지 않아 상기 제2코일부(700)에 형성된 자기장이 사라지면, 상기 자기력발생부(500)의 방향으로의 복원된다. 즉 상기 요크(710)는, 종래의 광 편향소자의 한 쌍의 탄성지지부와 같이, 상기 미러(100)를 상기 Y축을 기준으로 회동전의 원래의 위치로 복원시키는 역할을 한다. 또한 상기 미러(100)가 중력에 의해 상기 Y축을 기준으로 회동하는 것을 방지한다.
The yoke 710 is made of a magnetic material such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), chromium (Cr) A magnetic force acts on the magnetic force generating unit 500. Therefore, when a magnetic field formed in the second coil part 700 disappears due to no current flowing through the second coil part 700, the lower part of the outer frame 400 is restored to the direction of the magnetic force generating part 500 do. That is, the yoke 710 serves to restore the mirror 100 to its original position with respect to the Y axis, like a pair of elastic supports of a conventional optical deflector. And also prevents the mirror 100 from rotating about the Y axis by gravity.

이하에서는 상기 광 편향기를 소정의 제원으로 제작한 프로토타입 및 상기 프로토타입에 인가된 소정의 전압 및 주파수에 의한 레이저 빔의 편향 시험결과를 설명한다.Hereinafter, a deflection test result of the laser beam according to the prototype manufactured by the optical deflector with a predetermined specification and the predetermined voltage and frequency applied to the prototype will be described.

우선 상기 프로토타입의 제원을 설명하면, 상기 미러(100)는 8mm×8mm의 크기로 제작이 되고, 상기 미러고정프레임(200)은 플라스틱을 재질로 형성된다. 상기 고정핀(320)은 탄소강(S45C)을 구성 재료로 하고, 상기 제1코일(310)의 권선수는 712이고, 저항은 42Ω이다. 상기 자성체(510)는 네오디움 자석의 소편이 적용된다. 그리고 상기 외측프레임(400)은 플라스틱으로 구성된다. 상술한 상기 미러(100), 미러고정프레임(200), 제1코일(310), 고정핀(320), 자성체(510) 및 한 쌍의 연결부재(520)의 전체무게는 1.45g된다. 상기 제2코일(720)은 권선후가 1312이고, 저항은 145Ω이다. 그리고 상기 요크(710)는 탄소강(S45C)을 구성 재료로 한다. 한편 상기 프로토타입의 전체는 22mm(W)×20mm(D)×15mm(H) 정도의 크기이다.First, the mirror 100 is manufactured to have a size of 8 mm × 8 mm, and the mirror fixing frame 200 is made of plastic. The fixing pin 320 is made of carbon steel (S45C), the winding of the first coil 310 is 712, and the resistance is 42?. The magnetic body 510 is a piece of neodymium magnet. The outer frame 400 is made of plastic. The total weight of the mirror 100, the mirror fixing frame 200, the first coil 310, the fixing pin 320, the magnetic body 510 and the pair of connecting members 520 is 1.45 g. The second coil 720 has a post-winding 1312 resistance of 145 OMEGA. The yoke 710 is made of carbon steel (S45C). Meanwhile, the entirety of the prototype has a size of about 22 mm (W) x 20 mm (D) x 15 mm (H).

상기 제1코일(310) 및 상기 제2코일(720)에 인가한 전압 및 주파수는, 함수 발생기를 이용하여, 상기 제1코일(310)에는 0에서 200Hz의 가변 주파수를 가진 정현파를 3V의 크기로 인가하였고, 제2코일(720)에는 0에서 200Hz의 가변 주파수를 가진 정현파를 5V의 크기로 인가하였다.The voltage and frequency applied to the first coil 310 and the second coil 720 are set such that a sinusoidal wave having a variable frequency of 0 to 200 Hz is applied to the first coil 310 by a function generator And a sinusoidal wave having a variable frequency of 0 to 200 Hz was applied to the second coil 720 at a magnitude of 5V.

도 5에 도시된 그래프는, 상기 X축을 기준으로 회동하는 상기 프로토타입의 미러(100)의 각 입력주파수에 대한 편향 각도를 측정하여, 세로축은 Degree/voltage(편향 각도/입력 전압)에 대한 로그 값을 나타내고, 가로축은 입력 전압의 주파수를 나타낸 것이다.The graph shown in FIG. 5 measures the deflection angle with respect to each input frequency of the mirror 100 of the prototype rotating with respect to the X axis, and the vertical axis shows the logarithm of the degree / voltage (deflection angle / input voltage) And the horizontal axis represents the frequency of the input voltage.

도 5 및 도 6에 도시된 그래프 및 사진을 참조하면, 상기 X축을 기준으로 한 상기 프로토타입의 미러(100)의 편향 각도는 0Hz에서 60Hz까지 주파수가 증가할수록 증가하다가 60Hz 부근에서 최대 편향 각도( 90°)가 나타났다. 즉 약 60Hz에서 상기 프로토타입의 미러(100)의 회전 운동은 공진상태에 도달하였다.5 and 6, the deflection angle of the prototype mirror 100 with respect to the X axis increases as the frequency increases from 0 Hz to 60 Hz, and the maximum deflection angle 90 °). That is, at about 60 Hz, the rotational motion of the mirror 100 of the prototype reached a resonance state.

그리고 60Hz부터 점점 입력전압의 주파수가 증가 할 수도 편향 각도는 줄어들었다. 0Hz에서의 Degree/voltage(편향 각도/입력 전압)의 로그 값은 -28dB이고 이보다 -3dB 낮은 주파수는 80Hz 부근에서 나타났다. 이때의 편향 각은 대략 16.5도로 측정됐다. 다만 이는 공학적인 관점에서 의미를 나타낸 것이고, 150Hz의 주파수에서도 약 2.9°의 편향 각이 형성되었다.At 60Hz, the frequency of the input voltage gradually increases and the deflection angle decreases. The logarithm of the degree / voltage at 0Hz is -28dB and the -3dB lower frequency is around 80Hz. The deflection angle was measured at about 16.5 degrees. However, this is an engineering point of view, and a deflection angle of about 2.9 ° was also formed at a frequency of 150 Hz.

도 7에 도시된 그래프는, 상기 Y축을 기준으로 회동하는 상기 프로토타입의 미러(100)의 각 입력주파수에 대한 편향 각도를 측정하여, 세로축은 Degree/voltage(편향 각도/입력 전압)에 대한 로그 값을 나타내고, 가로축은 입력 전압의 주파수를 나타낸 것이다.The graph shown in FIG. 7 measures the deflection angle with respect to each input frequency of the mirror 100 of the prototype rotating with respect to the Y axis, and the vertical axis shows the logarithm of the degree / voltage (deflection angle / input voltage) And the horizontal axis represents the frequency of the input voltage.

도 7 및 도 8에 도시된 그래프 및 사진을 보다 상세히 검토하면, 상기 X축을 기준으로 한 상기 프로토타입의 미러(100)의 편향 각도는 0Hz에서 60Hz까지 주파수가 증가할수록 증가하다가 60Hz 부근에서 최대 편향 각도( 50°)가 나타났다. 즉 약 60Hz에서 상기 프로토타입의 미러(100)의 회전 운동은 공진상태에 도달하였다.7 and 8, the deflection angle of the prototype mirror 100 with respect to the X axis increases as the frequency increases from 0 Hz to 60 Hz, and the maximum deflection An angle (50 °) appeared. That is, at about 60 Hz, the rotational motion of the mirror 100 of the prototype reached a resonance state.

그리고 60Hz부터 점점 입력전압의 주파수가 증가 할 수도 편향 각도는 줄어들었다. 0Hz에서의 Degree/voltage(편향 각도/입력 전압)의 로그 값은 -35dB이고 이보다 -3dB 낮은 주파수는 88Hz 부근에서 나타났다. 이때의 편향 각은 대략 18.4도로 측정됐다. 다만 이는 공학적인 관점에서 의미를 나타낸 것이고, 150Hz의 주파수에서도 약 2.9°의 편향 각이 형성되었다.At 60Hz, the frequency of the input voltage gradually increases and the deflection angle decreases. The logarithm of the degree / voltage at 0Hz is -35dB and the -3dB lower frequency is around 88Hz. The deflection angle was measured at approximately 18.4 degrees. However, this is an engineering point of view, and a deflection angle of about 2.9 ° was also formed at a frequency of 150 Hz.

상기 X축 및 상기 Y축을 기준으로 하는 상기 프로토타입의 미러(100)의 회동 운동은 모두 약 60Hz 부근에서 공진 상태 있고, 60Hz로 전압의 주파수를 인가 할 경우, 인가된 전압 대비 최대의 편향 각도를 형성할 수 있어, 소비전력측면에서 가장 효율적이었다. 또한, 150Hz 부근에서도 일정 편향 각이 형성되는데, 150Hz에서 더 큰 편향 각이 요구될 경우, 전압이 높이는 등의 방법이 활용될 수 있음은 물론이다. 즉 인가되는 전원의 전압을 높이거나 낮추는 방법으로 상기 프로토타입의 미러(100)는 일정 주파수에서 소정의 편향 각을 형성할 할 수 있는 것이다.All of the pivot movements of the prototype mirror 100 with respect to the X axis and the Y axis are resonant at about 60 Hz and when the frequency of the voltage is applied at 60 Hz, the maximum deflection angle So that it was most efficient in terms of power consumption. In addition, a certain deflection angle is formed even at around 150 Hz. It is needless to say that when a larger deflection angle is required at 150 Hz, a method of increasing the voltage or the like can be utilized. That is, the prototype mirror 100 can form a predetermined deflection angle at a certain frequency by increasing or decreasing the voltage of the applied power source.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100...미러 200...미러고정프레임
300...제1코일부 400...외측프레임
500...자기력발생부 600...몸체프레임
700...제2코일부100 ... mirror 200 ... mirror fixed frame
300 ... first coil part 400 ... outer frame
500 ... magnetic force generating section 600 ... body frame
700 ... second coil part

Claims

A mirror for reflecting the laser beam;
A mirror fixed frame on which the mirror is mounted on an upper surface and which rotates about an X axis;
A first coil part fixedly coupled to a lower side of the mirror fixing frame;
An outer frame having a hollow shape in which both ends of the mirror fixing frame are rotatably coupled to the inner surface;
A magnetic force generating unit arranged to be spaced apart from a lower side of the first coil unit and fixedly coupled to the outer frame;
A body frame positioned on the upper surface so as to be spaced apart from the outer frame, the outer frame being rotatably coupled with respect to the Y axis; And
And a second coil part disposed to be spaced apart from a lower side of the magnetic force generating part and fixedly coupled to an upper surface of the body frame,
The mirror fixing frame rotates in the X axis by the action of the magnetic field generated in the first coil part and the magnetic field generated in the magnetic force generating part in the lower side of the first coil part,
And the outer frame rotates in the Y axis by an action of a magnetic field generated in the second coil part and a magnetic field generated in the magnetic force generating part.

The method according to claim 1,
The mirror fixing frame includes:
A seat frame on which the mirror is seated,
And a pair of first shafts, one end of which is fixedly coupled to both sides of the seat frame, and the other end of which is rotatably coupled to the inner surface of the outer frame.

The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first coil portion includes:
A first coil fixedly coupled to the lower side of the mirror fixing frame,
And a fixed pin made of a magnetic material fixedly coupled to the first coil.

The method according to claim 1,
Wherein the outer frame comprises:
A fixing frame having a hollow shape and having a pair of holes through which both ends of the mirror fixing frame can be coupled,
And a pair of second shafts, one end of which is fixedly coupled to both sides of the fixed frame, and the other end of which is rotatably coupled to the body frame.

The method according to claim 1,
Wherein the magnetic force generating unit comprises:
A magnetic body positioned below the first coil section,
And a pair of connecting members each having one end fixedly coupled to the magnetic body and the other end fixedly coupled to the outer frame.

The method according to claim 1 or 2,
And the second coil portion includes:
A yoke disposed apart from a lower side of the magnetic force generating portion,
And a second coil wound on the yoke and having one side fixedly coupled to the upper surface of the body frame.