KR101530617B1 - 전자력 구동 액추에이터 - Google Patents

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주식회사 센플러스
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets

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Abstract

본 발명은 기판의 개방영역에 위치하고 외측에 연결된 탄성체의 연장방향을 회전축으로 하여 구동되는 가동구조물과, 구동 전류가 흘러 자기장과의 상호작용으로 상기 가동구조물에 대한 구동력을 발생시키는 도전코일을 포함하는 가동부와; 상기 가동부 하부에 위치하고 상기 자기장을 발생시키며, 평면적으로 볼 때 상기 회전축과 예각을 이루며 교차하는 기준선을 기준으로 하여 상면에 서로 반대되는 자극이 구성된 제1 및 2영역과, 상기 제1영역 외측에 상기 제1영역과 반대되는 자극이 상면에 구성된 제3영역과, 상기 제2영역 외측에 상기 제2영역과 반대되는 자극이 상면에 구성된 제4영역을 포함하는 자기장발생부를 포함하는 전자력 구동 액추에이터를 제공한다.

Description

전자력 구동 액추에이터{Electromagnetic actuator}
본 발명은 전자력 구동 액추에이터에 관한 것이다.
광소자 기술의 발전과 더불어 각종 정보의 입출력단 및 정보 전달의 매개체로 광을 사용하는 다양한 기술들이 대두되고 있는데, 바코드 스캐너(barcode scanner)나 기초적인 수준의 스캐닝 레이저 디스플레이(scanning laser display) 등과 같이 광원에서 나오는 빔을 주사하여 사용하는 기술을 대표적인 예로 들 수 있다.
특히, 최근에는 높은 공간 분해능(High Spatial Resolution)의 빔 스캐닝을 이용한 시스템이 개발되고 있으며, 이러한 시스템으로는 레이저 스캐닝(laser scanning)을 사용한 고해상도의 원색 재현력이 뛰어난 투사 방식 디스플레이 시스템(projection display system)이나 HMD(Head Mounted Display), 레이저 프린터 등이 있다.
이러한 빔 스캐닝 기술은 적용 사례에 따라 다양한 주사 속도(Scanning Speed)와 주사 범위(Scanning Range; 각변위; Angular displacement, Tilting Angle)를 가지는 스캐닝 미러가 요구되는데, 기존의 빔 스캐닝은 갈바닉 미러(galvanic mirror)나 회전형 폴리곤 미러(rotating polygon mirror) 등 구동 되는 미러의 반사면과 입사광이 이루는 입사 각도를 조절하여 구현된다.
갈바닉 미러를 사용하는 경우 수 내지 수십 헤르쯔(Hz) 정도의 주사 속도를 구현할 수 있으며, 폴리곤 미러를 사용하는 경우 수 킬로헤르쯔(kHz) 정도의 주사 속도를 구현하는 것이 가능하다. 즉, 폴리곤 미러의 경우 고속으로 회전하는 모터에 폴리곤 미러가 장착되어 있는 형태를 취하기 때문에, 주사 속도는 폴리곤 미러의 회전 각속도에 비례하며 이는 가동부 모터의 회전 속도에 의존하므로 통상의 모터 회전 속도의 한계로 인하여 주사 속도를 증가시키는데 한계가 있으며, 전체 시스템의 부피와 전력 소모를 감소시키기 어려운 단점이 있다. 또한, 구동 모터부의 기계적 마찰 소음을 근본적으로 해결하여야 하며, 복잡한 구조로 인해 원가 절감을 기대하기 어렵다.
반면, 마이크로미러(micro mirror)를 사용한 주사 장치의 경우 양방향 주사가 가능하고, 수십 kHz에 이르는 빠른 주사 속도를 구현할 수 있다. 이와 같은 마이크로미러는, 로렌츠힘(Lorentz Force)을 구동력으로 사용하는 전자력 구동 액추에이터에 해당된다.
이와 같이 전자력 구동 액추에이터에 의해 구현되는 스캐닝 마이크로미러에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 마이크로미러(10)에는, 미러판(20)의 주변을 따라 루프 형태의 도전코일(40)이 설치되어 있고, 미러판(20)을 사이에 두고 서로 반대되는 자극이 마주보도록 두 자석(51, 52)이 배치되어 있다.
이와 같은 경우에, 두 자석(51, 52) 사이의 자기장(H)과 도전코일(40)에 흐르는 전류의 상호작용으로 발생된 로렌쯔힘에 의해, 자기장(H)의 방향과 수직한 방향의 회전축(RA)을 중심으로 하여 미러판(20)이 소정 각도 회전할 수 있게 된다.
이처럼, 종래의 마이크로미러에서는, 자기장을 발생시키는 두 자석이 미러판을 사이에 두고 미러판과 동일 평면 상에 배치된다. 이에 따라, 두 자석은 최소한 미러판의 폭 이상 이격되어야 한다. 따라서, 도전코일에 작용하는 자기장의 세기에는 한계가 존재하게 되며, 결과적으로 미러판의 구동에도 한계가 존재하게 된다.
본 발명은 도전코일에 작용하는 자기장의 세기를 효과적으로 향상시킬 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판의 개방영역에 위치하고 외측에 연결된 탄성체의 연장방향을 회전축으로 하여 구동되는 가동구조물과, 구동 전류가 흘러 자기장과의 상호작용으로 상기 가동구조물에 대한 구동력을 발생시키는 도전코일을 포함하는 가동부와; 상기 가동부 하부에 위치하고 상기 자기장을 발생시키며, 평면적으로 볼 때 상기 회전축과 예각을 이루며 교차하는 기준선을 기준으로 하여 상면에 서로 반대되는 자극이 구성된 제1 및 2영역과, 상기 제1영역 외측에 상기 제1영역과 반대되는 자극이 상면에 구성된 제3영역과, 상기 제2영역 외측에 상기 제2영역과 반대되는 자극이 상면에 구성된 제4영역을 포함하는 자기장발생부를 포함하는 전자력 구동 액추에이터를 제공한다.
여기서, 상기 제1 및 2영역 각각은 다각형이나 반원형 형상으로 구성되고, 상기 제3 및 4영역은 상기 제1 및 2영역을 둘러싸도록 구성될 수 있다.
상기 제1 및 2영역 각각은 상기 기준선을 따라 상기 자기장발생부의 양측변까지 연장되게 구성될 수 있다.
상기 자기장발생부는, 상기 제1 내지 4영역 각각에 대응되며 수직 방향으로 자화된 제1 내지 4자석을 포함할 수 있다.
상기 기준선은 상기 회전축과 45도 각도를 이루며 교차할 수 있다.
상기 가동구조물은 상기 탄성체를 통해 상기 기판에 연결되며, 상기 도전코일은 상기 가동구조물에 설치될 수 있다.
상기 탄성체를 통해 상기 가동구조물과 연결되고, 상기 탄성체와 수직한 방향으로 연장된 제2탄성체를 통해 상기 기판과 연결되고, 상기 도전코일이 설치된 가동프레임을 포함할 수 있다.
상기 가동프레임과 상기 가동구조물 사이에 위치하고, 상기 탄성체를 통해 상기 가동구조물과 연결되고, 상기 탄성체의 연장방향과 동일한 방향으로 연장된 제3탄성체를 통해 상기 가동프레임과 연결되며, 제2도전코일이 설치된 제2가동프레임을 포함할 수 있다.
상기 제2가동프레임과 상기 가동구조물 사이에 위치하고, 상기 탄성체를 통해 상기 가동구조물과 연결되고, 제4탄성체를 통해 상기 제2가동프레임과 연결된 강화틀을 포함할 수 있다.
상기 가동구조물의 상면은 광을 반사시키는 반사면으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가동구조물과 도전코일이 구성된 가동부의 하부에 자석부를 배치하고, 평면적으로 볼 때 가동구조물의 회전축과 비스듬히 교차하는 기준선에 수직한 방향을 따라 반대되는 자극이 표면상에서 교대하여 기준선 양측 각각에 적어도 하나의 자극쌍이 존재하도록 구성된다. 이에 따라, 도전코일에 작용하는 자기장의 세기는 상당한 정도로 증가할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 스캐닝 마이크로미러를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 자석부의 자석 배치 구조에 대한 여러 예들을 개략적으로 도시한 도면.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예에 따른 가동부의 다른 예들을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 도 6의 스캐닝 마이크로미러의 2축 구동을 위해 도전코일에 인가되는 구동전류의 파형을 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 전자력 구동 액추에이터로서 스캐닝 마이크로미러를 예로 들어 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러(100)는, 자기장을 형성하는 자기장발생부(300)와, 자기장발생부(300)에서 형성된 자기장과 상호 작용하는 전기장을 형성하고 이로 인해 발생되는 로렌쯔힘을 가동력으로 사용하여 마이크로 스캐닝 구동을 수행하는 가동부(200)를 포함할 수 있다.
가동부(200)는 기판(210)과, 가동구조물(220)과, 탄성체(230)를 포함할 수 있다.
기판(210) 내부에는 개방영역(OS)이 구성되어 있으며, 개방영역(OS) 내부에는 가동구조물(220)이 위치하게 된다.
가동구조물(220)은 미러판으로 기능하는 구성으로서, 상면이 반사면으로 형성되어 입사된 광을 반사할 수 있다.
가동구조물(220)은, 평면적으로 볼 때, 삼각형 이상의 다각형이나 원형의 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 사각형의 형상을 갖는 경우를 예로 든다.
가동구조물(220)은 탄성체(230)를 통해 기판(210)과 연결되어 지지될 수 있다. 탄성체(230)는 토션바(torsion bar)와 같은 역할을 하는 구성으로서, 가동구조물(220)의 서로 마주보는 양단에 연결되어, 가동구조물(220)의 회전축(RA)으로서 기능할 수 있게 된다.
한편, 가동구조물(220)에는, 그 주변을 따라 가동구조물(220)과 동일한 평면 형상을 가지며 구동전류가 흐르게 되는 도전코일(240)이 구성될 수 있다. 도전코일(240)은 반사면인 상면에 구성될 수 있다. 한편, 다른 예로서, 도전코일(240)은 상면의 반대면인 배면에 구성될 수 있다.
이와 같은 도전코일(240)은, 가동구조물(220)의 일측에 연결된 탄성체(230)를 따라 기판(210)으로 연장되도록 구성될 수 있다. 즉, 도전코일(240)은, 기판(210)으로부터 탄성체(230)를 거쳐 가동구조물(220)에 인입되고, 그 후 가동구조물(220)의 주변을 따라 일방향으로 한바퀴 돌아 탄성체(230)로 인출된 후, 기판(210)으로 돌아 나오도록 구성될 수 있게 된다.
이에 따라, 구동전류는 루프 형태로 시계방향과 반시계방향 중 하나의 방향으로 한바퀴 회전하여 입력된 측과 동일한 측으로 출력된다.
이와 같이, 도전코일(240)에 구동전류가 흐르게 되면, 자기장발생부(300)로부터 발생된 자기장에 의해 도전코일(240)에 로렌쯔힘이 작용하게 되고, 이에 따라 탄성체(230)의 연장 방향을 회전축(RA)으로 하여 가동구조물(220)은 소정 각도로 회전할 수 있게 된다.
위와 같이 자기장을 발생시키는 자기장발생부(300)는, 하부의 폴피스(pole piece; 310)와 폴피스(310) 상부의 자석부(320)로 구성될 수 있다.
폴피스(310)는 투자율이 높은 물질로 구성되어, 자석부(320)에서 발생되는 자기장의 세기를 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 자석부(320)는, 평면적으로 볼 때, 회전축(RA)과 예각을 이루며 교차하고 가동구조물(220)의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 하여 양측에 서로 반대되는 자극이 분할되어 위치하도록 구성될 수 있다. 특히, 자석부(320)에는, 도전코일(240)에 대응하며 기준선 양측에 서로 반대되는 두 자극이 구성된 제1 및 2영역과, 제1 및 2영역 외측 각각에 기준선을 기준으로 대칭되며 인접한 내측 영역과 반대되는 자극이 구성된 제3 및 4영역이 포함될 수 있다.
이와 같은 자극 배치를 갖는 자석부(320)는 다수의 자석을 사용하여 여러 가지 형태로 구성될 수 있는데, 이에 대해 도 3 내지 5를 더욱 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 자석부의 자석 배치 구조에 대한 여러 예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 5에서는, 설명의 편의를 위해, 자석부(320)에는 제1 내지 4영역 각각에 제1 내지 4자석(321 내지 324)이 구성된 경우를 예로 든다.
이와 같은 경우에, 제1 내지 4자석(321 내지 324)은 기판면에 수직한 방향으로 자화되도록 구성된다. 여기서, 제1 내지 4자석(321 내지 324)의 표면에서의 자극은 각각 N극, S극, N극, S극인 경우를 예로 든다.
먼저, 도 3의 구조를 살펴보면, 자극이 서로 반대되는 제1 및 2자석(321, 322)은 회전축(RA)과 예각을 이루며 교차하는 기준선(RL)의 양측에 서로 마주보며 대칭되게 위치한다. 여기서, 회전축(RA)과 기준선(RL)은 45도를 이루도록 구성되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 제3 및 4자석(323, 324)은 각각, 제1 및 2자석(321, 322)의 외측에 기준선(RL)을 기준으로 서로 대칭되게 위치한다.
여기서, 제1 및 2자석(321, 322) 각각은 외측에 위치하는 제3 및 4자석(323, 324)과의 사이에서 발생되는 자기장의 방향이 적어도 2개 이상 방향을 갖도록 구성될 수 있는데, 예를 들면 제1 및 2자석(321, 322)은 직각삼각형 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같은 경우에, 제3 및 4자석(323, 324)은 제1 및 2자석(321, 322)의 외측을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
한편, 도전코일(240)은 제1 및 2자석(321, 322)와 대응하도록 구성될 수 있게 된다. 이와 관련하여, 평면적으로 볼 때, 도전코일(240)에 의해 둘러싸여진 영역은, 제1 및 2자석(321, 322)이 형성된 영역과 실질적으로 일치하거나 이를 완전히 덮도록 구성되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 도전코일(240)에 의해 둘러싸여진 영역이 제1 및 2자석(321, 322)이 형성된 영역보다 작도록 구성될 수도 있다
전술한 바와 같이 자석부(320)를 구성함에 따라, 도전코일(240)에 작용하는 자기장의 세기는 상당한 정도로 증가할 수 있게 된다.
즉, 자석부(320)를 가동구조물(220)의 하부에 형성함에 따라, 자기장을 발생하는 두 자석 사이는 서로 접촉하도록 구성될 수 있어, 이들 자석 사이의 이격 간격에 대한 제한은 실질적으로 존재하지 않는다고 볼 수 있다.
더욱이, 도전코일(240)에 작용하는 자기장을 발생시킴에 있어, 제1 및 3자석(321, 323)은 기준선(RA)을 기준으로 2개로 구분되는 도전코일(240)의 일부에 대응하는 하나의 자극쌍으로 기능하고, 제2 및 4자석(322, 324)은 도전코일(240)의 다른 일부에 대응하는 다른 하나의 자극쌍으로 기능하게 된다.
이와 같은 자석부(320)의 구성에 따라, 도전코일(240)에 작용하는 자기장의 세기는, 종래에 비해 상당한 정도로 증가할 수 있게 된다.
다음으로, 도 4의 구조를 살펴보면, 도 3의 구조와 달리, 제1 및 2자석(321, 322)은 반원형 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에, 도 3과 유사하게, 도전코일(240)은 제1 및 2자석(321, 322)와 대응하도록 구성될 수 있게 된다.
전술한 도 3 및 4의 구조에서는, 제1 및 2자석(321, 322)이 형성된 영역은 제3 및 4자석(323, 324)이 형성된 영역에 의해 둘러싸이며, 제1 및 2자석(321, 322)은 삼각형과 반원형의 형태로 형성되고, 제3 및 4자석(323, 324)은 그 내측이 제1 및 2자석(321, 322)의 외측을 따라 형성된다. 한편, 제1 및 2자석(321, 322)은 삼각형 이외에 사각형 등의 다각형 형태로 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 5의 구조를 살펴보면, 도 3 및 4의 구조와는 달리, 제1 및 2자석(321, 322)은 기준선(RL)을 따라 양방향으로 연장되며, 자석부(320)의 측변까지 연장되도록 구성될 수 있다.
이와 같은 경우에, 도전코일(240)은 제1 및 2자석(321, 322)과 대응하도록 구성될 수 있게 된다. 특히, 도전코일(240)이 제1 및 2자석(321, 322)의 최외측 내에 위치하도록 구성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 위와 같은 예들에서는, 자석부(320)가 평면적으로 사각형의 형상을 갖는 경우를 설명하였는데, 이와는 달리 자석부(320)은 오각형 등의 다각형 형상이나 원형의 형상으로 구성될 수 있다.
전술한 바에서는, 가동구조물(220)이 하나의 회전축을 따라 회전하여 스캐닝이 수행되는 1축 스캐닝 구조의 가동부(200)를 예로 들어 설명하였다.
한편, 가동부(200)는 전술한 바와 다른 형태로 구성되어 2축 스캐닝 구동을 수행할 수 있게 되는데, 이에 대해 도 6 내지 8을 참조하여 설명한다.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예에 따른 가동부의 다른 예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 가동부(200)는 기판(210)과, 가동구조물(220)과, 가동프레임(250)과, 제1 및 2탄성체(231, 232)를 포함할 수 있다.
이처럼, 도 6의 가동부(200)는, 도 2의 가동부와 비교하여, 가동프레임(250)과 하나의 탄성체가 더욱 구성된다.
가동프레임(250)은 가동구조물(220)의 외측을 둘러싸는 형태로 구성된다. 가동프레임(250)은, 가동구조물(220)의 양측에 연결된 제1탄성체(231)를 통해 가동구조물(220)과 연결되어 이를 지지할 수 있다. 그리고, 가동프레임(250)은 양측에 형성된 제2탄성체(232)를 통해 기판(210)과 연결되어 지지될 수 있다.
제1탄성체(231)는 제1방향을 따라 연장되며, 이와 같은 제1탄성체(231)의 연장방향을 제1회전축(RA1)으로 하여 가동구조물(220)은 회전할 수 있게 된다.
제2탄성체(232)는 제1방향과 수직한 제2방향을 따라 연장되며, 이와 같은 제2탄성체(232)의 연장방향을 제2회전축(RA2)으로 하여 가동프레임(250)은 회전할 수 있게 된다.
이처럼, 제2회전축(RA2)을 중심으로 한 가동프레임(250)의 회전과, 제1회전축(RA1)을 중심으로 한 가동구조물(220)의 회전에 의해, 2축 스캐닝 구동이 구현될 수 있게 된다.
이와 관련하여, 가동프레임(250)에는 루프 형태로 구성되며 구동전류가 흐르게 되는 도전코일(240)이 구성될 수 있다. 이와 같은 도전코일(240)은, 가동프레임(250)의 일측에 연결된 제2탄성체(232)를 따라 기판(210)으로 연장되도록 구성될 수 있다. 즉, 도전코일(240)은, 기판(210)으로부터 제2탄성체(232)를 거쳐 가동프레임(250)에 인입되고, 그 후 가동프레임(250)을 따라 한바퀴 돌아 제2탄성체(232)로 인출된 후, 기판(210)으로 돌아 나오도록 구성될 수 있게 된다.
이와 같은 도전코일(240)에 구동전류가 인가되면, 제1 및 2회전축(RA1, RA2) 모두와 비스듬하게 교차하는 자석부(320)의 자극 분할의 기준선(RL)을 중심으로 서로 반대되는 방향의 로렌쯔힘이 도전코일(240)에 발생될 수 있다.
이에 따라, 도전코일(240)에 인가되는 구동전류의 주파수 등을 조절함으로써, 2축 스캐닝 구동을 구현할 수 있게 된다.
여기서, 2축 구동을 위해 도전코일(240)에 인가되는 구동전류는, 도 9에 도시한 바와 같은 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 60Hz의 제1주파수(f1)를 갖는 파형의 전류와, 20kHz의 제2주파수(f2)를 갖는 파형의 전류를 동시에 인가함으로써, 제1주파수(f1) 파형에 제2주파수(f2) 파형이 실어 올려진 구동전류가 인가될 수 있게 된다.
이와 관련하여, 가동프레임(250)과 가동구조물(220)은 서로 다른 공진주파수로 구동되도록 구성된다. 예를 들면, 가동구조물(220)은 제1회전축(RA1)을 기준으로 수평 방향 스캔을 위한 회전을 하게 되며 이를 위해 대략 20kHz의 공진주파수로 구동될 수 있다. 한편, 가동프레임(250)은 제2회전축(RA2)을 기준으로 수직 방향 스캔을 위한 회전을 하게 되며 이를 위해 대략 300Hz의 공진주파수로 구동될 수 있다.
이와 같은 경우에, 가동프레임(250)의 공진주파수보다 낮은 제1주파수(f1)의 전류가 구동전류로서 인가되면, 가동프레임(250)은 제1주파수(f1)에 따른 공진모드로 강제 구동되어 제2회전축(RA2)을 중심으로 회전할 수 있게 된다.
그리고, 가동구조물(220)의 공진주파수와 동일한 제2주파수(f2)의 전류가 구동전류로서 인가되면, 가동구조물(220)은 해당 주파수로 공진 구동되어 제1회전축(RA1)을 중심으로 회전할 수 있게 된다.
한편, 제1주파수(f1)와 제2주파수(f2)를 갖는 전류가 동시에 인가되면, 가동프레임(250)과 가동구조물(220) 모두 해당 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 된다.
위와 같은 방식에 따라, 하나의 도전코일(240)을 사용하여 2축 스캐닝 구동이 구현될 수 있게 된다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 가동부(200)는 기판(210)과, 가동구조물(220)과, 제1 및 2가동프레임(251, 252)과, 제1 내지 3탄성체(231 내지 233)를 포함할 수 있다.
이처럼, 도 7의 가동부(200)는, 도 6의 가동부와 비교하여, 하나의 가동프레임과 하나의 탄성체가 더욱 구성된다.
제1가동프레임(251)은 가동구조물(220)의 외측을 둘러싸는 형태로 구성된다. 제1가동프레임(251)은, 가동구조물(220)의 양측에 연결된 제1탄성체(231)를 통해 가동구조물(220)과 연결되어 이를 지지할 수 있다. 그리고, 제1가동프레임(251)은 양측에 형성된 제2탄성체(232)를 통해 이를 둘러싸는 형태로 구성된 제2가동프레임(252)에 연결되어 지지될 수 있다. 또한, 제2가동프레임(252)은 양측에 형성된 제3탄성체(233)를 통해 기판(210)에 연결되어 지지될 수 있다.
제1탄성체(231)는 제1방향을 따라 연장되며, 제2탄성체(232)는 제1탄성체(231)와 동일하게 제1방향을 따라 연장된다. 따라서, 제1회전축(RA1)을 중심으로 하여, 가동구조물(220)과 제1가동프레임(251)은 제1회전축(RA1)을 중심으로 회전할 수 있다.
제3탄성체(233)는 제1방향과 수직한 제2방향을 따라 연장되며, 이와 같은 제2탄성체(232)의 연장방향을 제2회전축(RA2)으로 하여 제2가동프레임(252)은 회전할 수 있게 된다.
이처럼, 제2회전축(RA2)을 중심으로 한 제2가동프레임(252)의 회전과, 제1회전축(RA1)을 중심으로 한 제1가동프레임 및 가동구조물(251, 220)의 회전에 의해, 결과적으로 2축 스캐닝 구조가 구현될 수 있게 된다.
이와 관련하여, 제1 및 2가동프레임(251, 252) 각각에는 루프 형태로 구성되며 구동전류가 흐르는 제1 및 2도전코일(241, 242)이 구성될 수 있다.
도전코일(241, 242)에 구동전류가 흐르게 되면, 자기장발생부(300)에 의해 발생된 자기장에 의해 도전코일(241, 242)에 로렌쯔힘이 작용하게 된다.
이에 따라, 제3탄성체(233)의 연장 방향인 제2회전축(RA2)을 중심으로 제2가동프레임(252)은 소정 각도로 회전할 수 있게 되며, 이에 의해 제2가동프레임(252)과 연결된 제1가동프레임 및 가동구조물(251, 220) 또한 제2회전축(RA2)을 따라 회전할 수 있게 된다.
또한, 제2탄성체(232)의 연장 방향인 제1회전축(RA1)을 중심으로 제1가동프레임(251)은 소정 각도로 회전할 수 있게 되며, 이에 의해 제1가동프레임(251)과 연결된 가동구조물(220) 또한 제1회전축(RA1)을 따라 회전할 수 있게 된다.
이처럼, 위와 같은 제1 및 2회전축(RA1, RA2)을 중심으로 한 회전에 의해, 2축 스캐닝 구조가 구현될 수 있게 된다.
특히, 제2가동프레임(252) 내측에, 가동구조물(220)과 제1탄성체(231)를 통해 연결된 제1가동프레임(251)을 구비함에 따라, 가동구조물(220)의 각변위를 증폭시킬 수 있게 된다.
이와 관련하여, 제1가동프레임(251)에 구비된 제1도전코일(241)에 흐르는 구동전류의 주파수, 크기, 방향 등을 제어함으로써, 제1가동프레임(251)과 가동구조물(220)은 제1회전축(RA1)을 중심으로 서로 역위상 즉 역방향으로 회전할 수 있게 된다. 이는, 제1가동프레임(251)의 구동전류 주파수와 가동구조물(220)의 공진주파수가 일치하도록 구동전류를 제어함으로써 구현될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 가동부(200)는 기판(210)과, 가동구조물(220)과, 제1 및 2가동프레임(251, 252)과, 강화틀(reinforcememnt rim; 253)과, 제1 내지 4탄성체(231 내지 234)를 포함할 수 있다.
이처럼, 도 8의 가동부(200)는, 도 7의 가동부와 비교하여, 강화틀(253)과 하나의 탄성체가 더욱 구성된다.
강화틀(253)은 가동구조물(220)의 외측을 둘러싸는 형태로 구성되며, 제4탄성체(234)를 통해 가동구조물(220)과 연결된다. 강화틀(253)은 가동구조물(220)이 외부열로 인해 열변형되거나 유동시 펄럭거림에 의한 동적 변형(dynamic deformation)이 발생하는 것을 방지하기 위한 구성에 해당된다. 이와 같은 강화틀(253)은 가동구조물(220)과 동일한 방향 및 동일한 회전각으로 움직일 수 있다.
한편, 강화틀(253)은 제4탄성체(234)를 통해 제1가동프레임(251)에 연결되도록 구성되어, 제1가동프레임(251)의 제1회전축(RA1)을 중심으로 한 회전에 따라 강화틀 및 가동구조물(253, 220)은 함께 회전할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 가동구조물과 도전코일이 구성된 가동부의 하부에 자석부를 배치하고, 평면적으로 볼 때 가동구조물의 회전축과 비스듬히 교차하는 기준선에 수직한 방향을 따라 반대되는 자극이 표면상에서 교대하여 기준선 양측 각각에 적어도 하나의 자극쌍이 존재하도록 구성된다. 이에 따라, 도전코일에 작용하는 자기장의 세기는 상당한 정도로 증가할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: 스캐닝 마이크로미러 200: 가동부
210: 기판 220: 가동구조물
230: 탄성체 240: 도전코일
300: 자기장발생부 310: 폴피스
320: 자석부

Claims (10)

  1. 기판의 개방영역에 위치하고 외측에 연결된 탄성체의 연장방향을 회전축으로 하여 구동되는 가동구조물과, 구동 전류가 흘러 자기장과의 상호작용으로 상기 가동구조물에 대한 구동력을 발생시키는 도전코일을 포함하는 가동부와;
    상기 가동부 하부에 위치하고 상기 자기장을 발생시키며,
    평면적으로 볼 때 상기 회전축과 예각을 이루며 교차하는 기준선을 기준으로 하여 상면에 서로 반대되는 자극이 구성된 제1 및 2영역과, 상기 제1영역 외측에 상기 제1영역과 반대되는 자극이 상면에 구성된 제3영역과, 상기 제2영역 외측에 상기 제2영역과 반대되는 자극이 상면에 구성된 제4영역을 포함하는 자기장발생부를 포함하고,
    상기 도전코일은, 상기 제1영역과 제3영역 사이에서 발생된 자기장 및 상기 제2영역과 제4영역 사이에서 발생된 자기장과의 상호작용으로 상기 가동구조물에 대한 구동력을 발생시키도록 구성되고,
    상기 자기장발생부는, 상기 제1 내지 4영역 각각에 대응되며 수직 방향으로 자화된 제1 내지 4자석을 포함하고,
    상기 제1자석과 상기 제3자석은 서로 접촉하고, 상기 제2자석과 상기 제4자석은 서로 접촉하는
    전자력 구동 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 2영역 각각은 다각형이나 반원형 형상으로 구성되고,
    상기 제3 및 4영역은 상기 제1 및 2영역을 둘러싸도록 구성된
    전자력 구동 액추에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 2영역 각각은 상기 기준선을 따라 상기 자기장발생부의 양측변까지 연장되게 구성된
    전자력 구동 액추에이터.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준선은 상기 회전축과 45도 각도를 이루며 교차하는
    전자력 구동 액추에이터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동구조물은 상기 탄성체를 통해 상기 기판에 연결되며, 상기 도전코일은 상기 가동구조물에 설치되는
    전자력 구동 액추에이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성체를 통해 상기 가동구조물과 연결되고, 상기 탄성체와 수직한 방향으로 연장된 제2탄성체를 통해 상기 기판과 연결되고, 상기 도전코일이 설치된 가동프레임을 포함하는
    전자력 구동 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가동프레임과 상기 가동구조물 사이에 위치하고, 상기 탄성체를 통해 상기 가동구조물과 연결되고, 상기 탄성체의 연장방향과 동일한 방향으로 연장된 제3탄성체를 통해 상기 가동프레임과 연결되며, 제2도전코일이 설치된 제2가동프레임을 포함하는
    전자력 구동 액추에이터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2가동프레임과 상기 가동구조물 사이에 위치하고, 상기 탄성체를 통해 상기 가동구조물과 연결되고, 제4탄성체를 통해 상기 제2가동프레임과 연결된 강화틀을 포함하는
    전자력 구동 액추에이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동구조물의 상면은 광을 반사시키는 반사면으로 구성된
    전자력 구동 액추에이터.
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