KR101653117B1 - 이중 축 주사 미러 - Google Patents

이중 축 주사 미러 Download PDF

Info

Publication number
KR101653117B1
KR101653117B1 KR1020157004721A KR20157004721A KR101653117B1 KR 101653117 B1 KR101653117 B1 KR 101653117B1 KR 1020157004721 A KR1020157004721 A KR 1020157004721A KR 20157004721 A KR20157004721 A KR 20157004721A KR 101653117 B1 KR101653117 B1 KR 101653117B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mirror
axis
base
frequency
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020157004721A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150036755A (ko
Inventor
알렉산더 스로민
나프탈리 차야트
라비브 엘리크
유발 게르손
알렉산더 쉬펀트
라비브 웨버
Original Assignee
애플 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 애플 인크. filed Critical 애플 인크.
Publication of KR20150036755A publication Critical patent/KR20150036755A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101653117B1 publication Critical patent/KR101653117B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/085—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

광학 장치(64)는 에어 갭을 포함하는 코어(78, 90, 91) 및 코어 상에 권취된 도전성 와이어를 포함함으로써 도전성 와이어에 흐르는 전류에 응답하여 코어가 에어 갭을 통하여 자기 회로를 형성하게 하는 하나 이상의 코일(80, 92, 94, 116, 120)을 포함하는 고정자 조립체(47)를 포함한다. 주사 미러 조립체(45, 83, 85, 130)는 지지 구조체(68), 지지구조체에 대하여 제1 축을 중심으로 회전하도록 장착된 베이스(72), 및 베이스에 대해 제2 축을 중심으로 회전하도록 장착된 미러(46)를 포함한다. 적어도 하나의 회전자(76, 132)는 주사 미러 조립체에 고정되고 자기 회로에 응답하여 이동하도록 에어 갭 내에 위치된 하나 이상의 영구 자석을 포함한다. 하나 이상의 코일 내에 전류를 발생시키도록 드라이버(82)가 결합된다.

Description

이중 축 주사 미러{DUAL-AXIS SCANNING MIRROR}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 2012년 7월 26일 출원된 미국 가출원 제61/675,828호 및 2013년 6월 17일 출원된 미국 가출원 제61/835,655호의 혜택을 주장한다. 본 특허 출원은 또한 2013년 2월 14일 출원된 미국 특허 출원 제13/766,801호 및 2013년 3월 13일 출원된 미국 특허 출원 제13/798,251호에 관련된 것이다. 위의 관련 출원들 모두 본 명세서에서 참조로 포함된다.
본 발명은 대체로 광학적 주사(optical scanning)에 관한 것이다.
광학적 3D 맵핑(optical 3D mapping), 즉 대상물의 광학 이미지를 처리함으로써 대상물 표면의 3D 프로파일을 생성하기 위한 다양한 방법들이 본 기술 분야에 공지되어 있다. 이러한 종류의 3D 프로파일은 또한 3D 맵, 깊이 맵 또는 깊이 이미지라고도 하며, 3D 맵핑은 또한 깊이 맵핑이라고도 한다.
본 특허 출원의 양수인에게 양도되고 그 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 PCT 특허 출원 제PCT/IB2011/053560호는 조명 모듈을 포함하는 맵핑 장치를 기술한다. 이러한 모듈은 방사선의 빔을 방출하도록 구성된 방사선원 및 선택된 각도 범위에 걸쳐 빔을 수신하고 주사하도록 구성된 스캐너를 포함한다. 조명 광학 장치는 관심대상의 영역에 걸쳐 연장된 스폿(spot)들의 패턴을 생성하도록 주사된 빔을 투사하도록 구성된다. 관심대상의 영역에 있는 대상물 상에 투사된 패턴의 이미지를 캡쳐(capture)하도록 이미지형성 모듈이 구성된다. 대상물의 3차원(3D) 맵을 구성하기 위하여 이미지를 처리하도록 프로세서가 구성된다.
개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2011/0279648호에는 피사체의 2D 이미지를 카메라로 캡쳐하는 단계를 포함하는 피사체의 3D 표현을 구성하기 위한 방법이 설명되어 있다. 이 방법은 피사체의 복수의 타깃 영역들을 한번에 하나씩 조명하도록 피사체 위로 변조된 조명 빔을 주사하는 단계 및 타깃 영역들의 각각으로부터 반사된 조명 빔으로부터 광의 변조 애스펙트(modulation aspect)를 측정하는 단계를 추가로 포함한다. 이동식 미러 빔 스캐너가 사용되어 조명 빔을 주사하고, 광검출기가 사용되어 변조 애스펙트를 측정한다. 이 방법은 타깃 영역들의 각각에 대해 측정된 변조 애스펙트에 기초하여 깊이 애스펙트를 계산하는 단계 및 깊이 애스펙트를 2D 이미지의 대응하는 픽셀과 관련시키는 단계를 추가로 포함한다.
개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제8,018,579호에는 진폭 변조된 주사 빔의 경로 길이를 그의 위상 변이의 함수로서 측정함으로써 이미지형성 볼륨(imaging volume)으로 사용자 입력이 광학적으로 검출되는 3차원 이미지형성 및 디스플레이 시스템이 설명되어 있다. 검출된 사용자 입력에 관한 시각적 이미지 사용자 피드백이 제시되어 있다.
개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,952,781호에는 광선을 주사하는 방법 및 주사 디바이스에 포함될 수 있는 마이크로 전자 기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS)을 제조하는 방법이 설명되어 있다. 개시된 실시예에서, 적어도 하나의 마이크로미러를 가지는 회전자(rotor) 조립체는 자신 위에 장착된 영구 자석 재료와 함께 형성되며, 고정자(stator) 조립체는 적어도 하나의 마이크로미러 상에 사전에 결정된 모멘트(moment)를 인가하기 위한 코일의 배열을 갖는다.
더 나아가, 자기 드라이브를 구비한 MEMS 미러 조립체들은 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2008/0143196호, 2009/0284817호, 및 2010/0046054호에 기술되어 있다.
이하 기술된 본 발명의 실시예들은 향상된 성능과 능력을 가진 광학 주사기(optical scanner)들을 제공한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 광학 장치가 제공되며, 광학 장치는 에어 갭을 포함하는 코어 및 코어 상에 권취된 도전성 와이어를 포함함으로써 도전성 와이어 내에 흐르는 전류에 응답하여 코어로 하여금 에어 갭을 통해 자기 회로를 형성하게 하는 하나 이상의 코일을 포함하는 고정자 조립체를 포함한다. 주사 미러 조립체는 지지 구조체, 지지 구조체에 대하여 제1 축을 중심으로 회전하도록 장착된 베이스, 및 베이스에 대해 제2 축을 중심으로 회전하도록 장착된 미러를 포함한다. 적어도 하나의 회전자는 하나 이상의 영구 자석을 포함하며, 하나 이상의 영구 자석은 주사 미러 조립체에 고정되고 자기 회로에 응답하여 이동하도록 에어 갭 내에 위치된다. 하나 이상의 선택된 주파수에서 하나 이상의 코일 내에 전류를 발생시키도록 드라이버(driver)가 결합됨으로써, 자기 회로에 응답한 적어도 하나의 회전자의 이동이 베이스로 하여금 제1 주파수에서 제1 축을 중심으로 회전하게 하고, 미러로 하여금 제2 주파수에서 제2 축을 중심으로 회전하게 한다.
일 실시예에서, 미러는 적어도 제1 축을 중심으로 비대칭적으로 무게를 가짐으로써 제1 축을 중심으로 하는 미러의 제1 회전을 제2 축을 중심으로 하는 베이스의 제2 회전과 결합시킨다. 전형적으로, 제2 주파수는 제2 축을 중심으로 하는 미러의 회전의 공진 주파수이며, 드라이버는 제1 주파수에서 전류를 발생시키도록 결합된다.
일부 실시예들에서, 코어는 에어 갭을 정의(define)하는 제1 및 제2 쌍의 극편(pole piece)들을 포함하며, 적어도 하나의 회전자는 제1 및 제2 회전자를 포함하고, 이들은 베이스의 서로 대향하는 제1 및 제2 측들에 각각 고정되며 제1 및 제2 쌍의 극편들 사이에서 에어 갭 내에 각각 위치된다. 개시된 실시예에서, 구동 회로는 제1 주파수에서 제1 전류를 이용하고 제2 주파수에서 제2 전류를 이용하여 하나 이상의 코일을 구동하도록 구성된다. 전형적으로, 하나 이상의 코일은 제1쌍 내의 극편들에 인접하게 권취된 제1 코일들 및 제2 쌍 내의 극편들에 인접하게 권취된 제2 코일들을 포함하며, 구동 회로는 제1 주파수에서 동일위상으로(in phase) 제1 및 제2 코일들을 구동하고, 제2 주파수에서 반대위상으로(in opposing phase) 제1 및 제2 코일들을 구동하도록 구성된다.
일부 개시된 실시예들에서, 코어는 극편들 사이에 돌출된 이빨부(tooth)를 포함하며, 이빨부는 에어 갭을 인접하게 포함하는 상단을 갖는다. 전형적으로, 코어는 베이스를 포함하며 베이스로부터 극편들과 이빨부가 에어 갭을 향해 돌출한다. 하나 이상의 코일은 극편들에 인접하게 권취된 제1 코일들 및 이빨부 상에 권취된 제2 코일을 포함할 수 있으며, 구동 회로는 제1 주파수에서 제1 코일들을 구동하고, 제2 주파수에서 제2 코일을 구동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 코어는 복수의 핑거(finger)를 포함하며 복수의 핑거는 이빨부를 감싸고 이빨부와 극편들 사이에서 에어 갭을 향해 돌출된다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 회전자의 하나 이상의 영구 자석은 미러의 서로 대향하는 측들 상에서 베이스에 고정된 제1 및 제2 영구 자석을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 영구 자석은 직사각형의 형상을 갖는다. 부가적으로 또는 대안적으로, 각각의 제1 및 제2 영구 자석은 제1 및 제2 영구 자석의 질량 중심이 제1 축 상에 위치되도록 베이스의 서로 대향하는 표면들 상에 장착되는 각각의 상편 및 하편을 포함한다.
또한 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 회전자의 하나 이상의 영구 자석은 미러에 고정된 적어도 제3 영구 자석을 포함할 수 있다. 적어도 제3 영구 자석은 미러의 표면 내에 요입될(recessed) 수 있다.
개시된 실시예들에서, 주사 미러 조립체는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 장치로서 형성되는 실리콘 웨이퍼를 포함하며, 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼로부터 식각되어 제1 축을 따라 베이스를 기판에 연결하는 제1 스핀들(spindle)들 및 실리콘 웨이퍼로부터 식각되어 제2 축을 따라 미러를 베이스에 연결하는 제2 스핀들들을 포함한다. 전형적으로, 제2 스핀들들은 제2 주파수에서 미러가 제2 축을 중심으로 공진 회전하도록 형성되는 반면, 제1 스핀들들은 제1 스핀들들을 중심으로 하는 베이스의 회전이 비-공진(non-resonant) 회전이 되도록 형성된다. 웨이퍼는 제1 스핀들들의 신축성을 증가시키도록 제1 스핀들들의 근처에서 박형화(thin)될 수 있다.
개시된 실시예에서, 장치는 미러와 상기 베이스가 회전하는 동안 광의 펄스들이 미러로부터 반사되도록 지향(direct)시켜 광이 장면(scene)에 걸쳐 주사되도록 구성된 송신기를 포함한다. 수신기는 장면으로부터 반사된 광의 펄스들을 수신함으로써 펄스들의 비행시간(time of flight)을 측정하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지 구조체에 대하여 축을 중심으로 회전하도록 장착된 미러를 포함하는 미러 조립체를 포함하는 광학 장치가 또한 제공된다. 정전용량 센서는 축의 서로 대향하는 측들 상에서 미러에 근접하게 위치되고 지지 구조체의 평면에 대하여 각지게 형성된 적어도 제1 및 제2 플레이트들을 포함함으로써, 축에 인접한 위치에서 플레이트들이 평면에 가장 근접하고, 축에서 더 멀리 이격된 위치들에서 평면으로부터 경사지게 이격된다.
개시된 실시예에서, 미러는 상호 수직인 제1 및 제2 축을 중심으로 회전하도록 장착되며, 정전용량 센서의 적어도 제1 및 제2 플레이트들은 네 개의 플레이트들을 포함하며 이들은 축들이 교차하는 중심점에 인접한 피크(peak)를 갖는 피라미드 형상을 함께 정의한다.
부가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 주사 방법이 제공되며, 주사 방법은 고정자 조립체를 제공하는 것을 포함하되, 고정자 조립체는 에어 갭을 포함하는 코어 및 코어 상에 권취된 도전성 와이어를 포함함으로써 도전성 와이어 내에 흐르는 전류에 응답하여 코어로 하여금 에어 갭을 통해 자기 회로를 형성하게 하는 하나 이상의 코일을 포함한다. 주사 미러 조립체가 제공되며, 주사 미러 조립체는 지지 구조체, 지지 구조체에 대하여 제1 축을 중심으로 회전하도록 장착된 베이스 및 베이스에 대해 제2 축을 중심으로 회전하도록 장착된 미러를 포함한다. 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 회전자가 주사 미러 조립체에 고정된다. 주사 미러 조립체는 하나 이상의 영구 자석이 에어 갭 내에 위치됨으로써 자기 회로에 응답하여 이동할 수 있도록 회전자 조립체 상에 장착된다. 하나 이상의 선택된 주파수에서 전류에 의해 하나 이상의 코일이 구동됨으로써, 자기 회로에 응답한 적어도 하나의 회전자의 이동이 베이스로 하여금 제1 주파수에서 제1 축을 중심으로 회전하게 하고 미러로 하여금 제2 주파수에서 제2 축을 중심으로 회전하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 지지 구조체에 대해 축을 중심으로 회전하도록 미러를 장착하는 것을 포함하는 모니터링 방법이 추가로 제공된다. 정전용량 센서의 적어도 제1 및 제2 플레이트들은 축의 서로 대향하는 측들 상에서 미러에 근접하게 위치되고 플레이트들이 지지 구조체의 평면에 대하여 각지게 형성됨으로써, 축에 인접한 위치에서 플레이트들이 평면에 대해 가장 근접하고 축에서 더 멀리 이격된 위치들에서 평면으로부터 경사지게 이격된다. 플레이트들과 미러 사이의 정전용량의 변화를 측정하여 미러의 회전을 모니터링한다.
본 발명은 다음 도면들과 함께 그의 실시예들의 후속하는 상세한 설명들로부터 보다 충분히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 주사 헤드의 개략적 회화도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스캐너의 개략적 회화도;
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로미러 조립체의 개략적 저면도;
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로미러 조립체의 일부의 개략적 정면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스캐너를 저부에서 바라본 개략적 회화도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스캐너의 고정자 및 회전자를 도시하는 개략적 회화도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 스캐너의 고정자 및 회전자의 세부사항들을 도시하는 개략적 회화도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 고정자에 의해 발생된 벡터 자기장(magnetic vector field)을 지시하는 화살표를 포함한 도 5의 고정자들 중 하나의 개략적 측면도;
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, MEMS 스캐너의 고정자를 구동하기 위해 사용되는 전류 파형의 개략적 플롯(plot);
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라 고정자의 구동에 사용되는 전류 및 그 결과로 발생된 장 방향(field direction)을 나타낸, 도 6의 고정자와 회전자의 개략적 측면도;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 마이크로미러의 개략적 절개도;
도 13은 본 발명의 대안적 실시예에 따른 MEMS 스캐너의 고정자를 도시하는 개략적 회화도;
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따라 고정자에 의해 발생된 자기장을 나타낸, 도 13의 고정자의 일부의 개략적 측면도;
도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자의 개략적 측면도;
도 15는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 마이크로미러 조립체의 개략적 저면도;
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스핀들의 개략적 상세도; 및
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 센서를 구비한 마이크로미러 조립체의 개략적 저면도이다.
개요
전술된 미국 특허 출원 제13/766,801호는 주사 빔의 비행 시간을 측정함으로써 3D 맵핑 데이터를 발생시키는 깊이 엔진(depth engine)을 기술한다. 레이저와 같은 송광기가 관심대상의 장면에 걸쳐 광선을 주사하는 주사 미러를 향하여 광의 단 펄스들을 지향시킨다. 감광성 고속 포토다이오드(sensitive, high-speed photodiode)(예를 들어, 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode))와 같은 수신기가 동일한 주사 미러를 거쳐 상기 장면으로부터 복귀된 광을 수신한다. 주사 시에 각각의 지점에서 송신된 광 펄스와 수신된 광 펄스 사이의 시간 지연을 처리 회로가 측정한다. 이러한 지연은 광선이 이동한 거리와 그에 따라서 그 지점에서의 대상물의 깊이를 나타낸다. 처리 회로는 그에 따라서 추출되는 깊이 데이터를 상기 장면의 3D 맵의 생성에 사용한다.
3D 맵핑은 물론 다른 주사 응용을 위한 이러한 종류의 주사 시스템을 사용할 때, 미러는 고주파(예를 들어, 2-30 ㎑ 범위)에서 큰 각도(전형적으로, ±10-25O)에 걸쳐 적어도 하나의 축을 중심으로 기계적으로 주사하는 것이 바람직하다. 제2 주사 축을 중심으로 하는 주사 범위가 보다 클 수도 있으나, 주사 주파수는 전형적으로 훨씬 낮다(예를 들어, 15-100 ㎐ 범위). 두 개의 주사 방향들을 좌표화하여 주사되는 영역을 커버하는 래스터(raster) 패턴을 발생시킨다. 전술된 특허 출원들은 이러한 종류의 래스터 생성에 사용될 수 있는 짐발형(gimbaled) 마이크로미러 장착대 및 자기 구동 배열들을 기술한다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들은 고주파수 주사 방향에서 넓은 각도 범위에 걸쳐 효과적인 주사를 수행하는데 특히 유용한 이러한 자기 구동 배열에 대한 개선을 제공한다. 개시된 실시예들에서, 마이크로미러가 축소 짐발형 베이스 상에 장착됨으로써, 저주파수(저속) 주사 방향에서 베이스가 지지 구조체에 대해 회전하고 고주파수(고속) 주사 방향에서 마이크로미러 자체가 베이스에 대해 회전한다. (용어 "마이크로미러"는 본 명세서에서 단순히 가로가 전형적으로 수 밀리미터 이하인 매우 작은 미러를 칭하는 데 사용되지만, 본 발명의 원리를 더 큰 미러에 적용하는 것이 가능할 수 있다.) 동일한 자기 드라이브를 사용하여 고속 주사 및 저속 주사 모두에 동력을 공급할 수 있다. 미러와 베이스 사이의 기계적 결합에 의해 고속 주사 방향 내로 에너지가 결합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 요구되는 이동 패턴을 제공할 수 있도록 적절한 구동 전류를 제공하여 상이한 주파수에서 상이한 방향으로 미러와 베이스 상에 교번자기력을 가함에 의해 드라이브의 자기장을 역동적으로 형상화할 수 있다.
시스템 설명
도 1은 전술된 미국 특허 출원 제13/766,801호에 기술된 시스템에 사용되는 광학 헤드(40)의 구성요소들을 개략적으로 도시한다. 이러한 광학 헤드의 성능은 이하 기술되는 바와 같이 자기 드라이브를 구비한 짐발형 미러를 포함함으로써 향상될 수 있다. 송신기(44)는 광의 펄스들을 편광 빔스플리터(60)를 향하여 방출한다. 전형적으로, 송신기(44)의 광 경로에 직접적으로 위치한 빔스플리터의 단지 작은 영역만이 반사를 위해 코팅되는 한편, 빔스플리터의 나머지 부분은 복귀된 광이 수신기(48)로 관통하도록 투과 파장 범위에서 완전히 투명하다(또는 심지어 그 목적으로 반사-방지 코팅된다). 송신기(44)로부터의 광은 빔스플리터(60)에서 반사되어 나와 이어서 폴딩 미러(folding mirror)(62)에 의해 주사 마이크로미러(46)를 향해 반사된다. 마이크로미러의 면적은 예를 들어 약 12 ㎟일 수 있다. MEMS 스캐너(64)는 요구되는 주사 주파수 및 진폭으로 마이크로미러를 X- 및 Y-방향으로 주사한다. 마이크로미러와 스캐너의 세부 사항이 아래의 도면에 도시된다.
장면으로부터 귀환된 광 펄스들이 마이크로미러(46)에 충돌하고, 이러한 마이크로미러는 광을 폴딩 미러(62)를 거쳐 빔스플리터(60)를 통해 반사한다. 수신기(48)는 복귀된 광 펄스들을 감지하고 대응된 전기 펄스들을 발생시킨다. 검출 감응도를 높이기 위해, 활성 미러 크기, 빔스플리터(60)의 전체 면적 및 수신기(48)의 개구는 송신된 빔의 면적에 비해 상당히 크도록 하는 것이 바람직하다. 수신기(48)에 도달한 원하지 않는 주변광의 양을 제한하기 위하여, 대역통과 필터(미도시)가 수신기 경로 내에, 가능하게는 빔스플리터(60)와 동일한 기판 상에 포함될 수 있다.
도 1에 도시된 광학 헤드의 특정한 기계적 및 광학적 설계가 예로서 여기에서 설명되고, 유사한 원리를 구현하는 대안적인 설계들이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스캐너(64)의 개략적 회화도이다. 이러한 스캐너는 전술된 미국 특허 제7,952,781호에 기술된 것과 유사한 원리에 따라 제조되고 작동하지만, 단일 마이크로미러(46)의 2차원 주사를 가능하게 한다. (전술된 미국 특허 출원 제13/798,251호에 기술된 바와 같이, 마이크로미러의 어레이를 구동하기 위하여, 도시된 구성이 필요한 수정을 가하여(mutatis mutandis) 사용될 수 있다). 마이크로미러(46)를 포함하는 마이크로미러 조립체(45)는 반도체 기판(68)을 적절하게 식각함으로써 베이스(72)('짐발'로도 지칭됨)로부터 마이크로미러를 분리하고, 지지 구조체로서 역할하는 잔여 기판(68)으로부터 베이스를 분리함에 의해 제조된다. 식각 이후에, 마이크로미러(46)(여기에는 적절한 반사형 코팅이 적용되어 있음)는 스핀들(70)들 상의 지지체(72)에 대해 X-축을 중심으로 회전할 수 있는 반면(즉, 반사된 스폿을 Y-방향으로 주사할 수 있음), 베이스는 스핀들(74)들 상의 기판(68)에 대해 Y-축을 중심으로 회전한다(즉, X-방향으로 스폿을 주사함).
마이크로미러(46)와 베이스(72)는 영구 자석을 포함하는 한 쌍의 회전자(76) 상에 장착된다. (회전자들 중 단 하나만이 본 도면에서 볼 수 있다.) 회전자(76)들은 고정자 조립체(47)(단순히 스캐너(64)의 고정자로도 지칭됨) 내의 자기 코어(78)들의 극편들 사이의 각각의 에어 갭 내에 현가(suspend)된다. 코어(78)들은 도전성 와이어의 코일(80)들로 각각 권취되고, 따라서 전자기 고정자 조립체를 생성한다. 단순화를 위하여 코어당 단일 코일이 도 2에 도시되어 있지만, 대안적으로 둘 이상의 코일이 각자의 코어 상에 권취될 수 있고, 코일은 코어들 상의 상이한 위치들에 권취될 수 있고, 상이한 코어 형상이 또한 사용될 수 있으며, 이는 다음의 도면에 도시된 바와 같다.
구동 회로(82)(간략하게 '드라이버'로 지칭됨)는 코일(80)을 통해 전류를 구동함으로써 에어 갭을 관통하는 코어(78)들을 통해 자기 회로를 발생시킨다. 전형적으로, 구동 회로(82)는 적합한 증폭기들과 함께 요구되는 주파수 또는 주파수들에서 전기 신호를 생성하여 코일에게 요구되는 전류 레벨을 제공하는 주파수 발생기를 포함한다. 코일의 에어 갭 내에서 발생된 자기장은 회전자(76)의 자화(magnetization)와 상호작용하며, 따라서 회전자로 하여금 에어 갭 내에서 이동하도록 한다.
구체적으로, 본 실시예에서, 코일(80)들은 고주파수 차동 전류로 구동되어 마이크로미러(46)가 높은 주파수(앞서 언급한 바와 같이 전형적으로 2-30 ㎑의 범위)에서 스핀들(70)들을 중심으로 전후 공진 회전하게 할 수 있다. 이러한 공진 회전은 광학 헤드(40)로부터의 출력 빔의 고속 Y-방향 래스터 주사를 발생시킨다. 동시에, 코일(80)들은 보다 낮은 주파수로 함께 구동됨으로써 베이스(72)가 스핀들(74)들을 중심으로 원하는 주사 범위에 걸쳐 회전함에 의해 X-방향 주사가 구동하도록 한다. (축들을 중심으로 하는 회전의 대응 속도에 따라, 본 명세서에 기술된 실시예들에서의 X-축은 "고속축"으로도 지칭되는 반면, Y-축은 "저속축"으로 지칭된다) 대안적으로, 일부가 이하 도면들에 도시되어 있는 다른 고정자 구성 및 구동 스킴(scheme)이 이러한 목적에 사용될 수 있다. X- 및 Y-회전은 함께 마이크로미러(46)의 전반적인 래스터 주사 패턴을 발생시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 별개의 광학적 및 기계적 구성요소들로부터의 광학 헤드(40)의 조립은 정밀한 정렬을 요구하고 고비용일 수 있다. 대안적인 실시예에서, (송광기, 수신기, 및 관련된 광학 장치들과 같은) 정밀한 배치 및 정렬을 필요로 하는 모든 부품들이 실리콘 광학 벤치(silicon optical bench, SiOB) 상의 단일 통합 패키지 내에 결합될 수 있다. 이러한 접근법은 비용을 절감하면서 광학 헤드의 취급이 용이하도록 할 수 있다. 이러한 종류의 다양한 대안적 설계가 전술된 미국 특허 출원 제13/766,801호에 예시되어 있다.
기계적 비대칭을 이용한 주사 커플링
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로미러(46)의 고속 Y-방향 주사를 기계적으로 구동하기 위한 스킴을 도시한 마이크로미러 조립체(83)의 개략적 저면도이다. 본 도면에서 자기 회전자(76)들이 직사각형 구조체로 나타나며 이는 도 2에 도시된 원통형 회전자에 상반되는 것이나, 수행하는 기능은 동일하다. 도 3a의 스핀들(70)들은 도 2에 도시된 바와 같이 X-축과 정렬되어 있는 반면, Y-축과 정렬된 스핀들(74)들은 도 3a에서 회전자(76)들에 의해 가려져있다.
한 쌍의 추(84)들이 서로 대향하는 모서리에서 마이크로미러(46)의 저면에 부착된다. 추들은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있으며, 적절한 위치에서 (예를 들어, 적절한 글루를 사용하여) 마이크로미러에 고정될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 DRIE 또는 습식 식각과 같은 표준 식각 공정들을 이용하여 미러 후측의 적절한 부분들을 식각시킴으로써 추의 비대칭을 생성할 수 있다. 추들의 목적은 마이크로미러의 회전 축들을 중심으로 기계적 비대칭을 도입하기 위함이다. 도 3a에서 추들의 특정 형상 및 위치는 따라서 단순히 예시를 위해 도시된 것이며, 축들을 중심으로 적절한 비대칭적 추의 분포를 제공하는 임의의 설계라면 유사하게 사용될 수 있다.
비대칭적 추 분포는 마이크로미러(46)의 회전관성의 축을 변경함으로써 회전 축들 사이에 기계적 결합을 유도한다. 고속 주사 방향으로 생성된 관성의 새로운 축은 따라서 저속 주사의 축에 대해 정확히 수직이지는 않다. 따라서, 자기 드라이브의 작동으로 인해 베이스(72)가 Y-축을 중심으로 회전함에 따라, 추(84)들은 마이크로미러(46)로 하여금 스핀들(70)들 상의 X-축을 중심으로 진동(wobble)하도록 할 것이다. 마이크로미러, 스핀들들 및 추들의 기계적 설계는 이러한 조건하에서 요구되는 주사 주파수 및 진폭을 제공하도록 선택된다. 고속 주사 회전을 위한 공진 주파수에서 마이크로미러에 고주파수 전기 드라이브를 부가함에 따라 상당량의 기계적 에너지가 이러한 주사 방향으로 전이될 것이며, 이로 인해 마이크로미러의 요구되는 이차원적 주사가 생성된다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로미러 조립체(85)의 일부의 개략적 정면도이다. 이러한 경우, 비대칭적 추 분포는 포토리소그래픽 제조 공정 중에 마이크로미러(46)의 형상을 적절히 식각시켜 비대칭적 추 분포를 제공하도록 함에 의해 형성된다. 이러한 경우에서 미러의 형상화는 고속 및 저속 회전 축들 사이에 바람직한 기계적 결합을 제공한다.
전기 및 자기 드라이브 스킴들
이하 기술되는 도면들은 본 발명의 여러 상이한 실시예들에 따라 마이크로미러의 이중-축 주사를 구동하기 위해 사용될 수 있는 다양한 스킴들을 예시한다. 편의와 명료성을 위해, 이들 실시예들은 마이크로미러(46) 및 위에 제시된 연관 MEMS 구조체를 참조하여 기술한다. 그러나, 이러한 실시예들의 이러한 원칙들은, 필요한 수정을 가하여, 본 발명의 배경 기술 부분에서 전술된 참조들에서 기술된 디바이스들의 일부와 같이, 다른 종류의 이중-축 주사 미러에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 스캐너(64)의 개략적 저면도이다. 본 실시예에서, 한 쌍의 자기 스트립(86, 88)이 마이크로미러(46)의 저부에 고정된다. 스트립들은 도면에서 화살표로 지시된 바와 같이 상이한 극성을 가지며, 스트립(86)의 북극은 하향 지향되어 있고 스트립(88)의 그것은 상향 지향되어 있다. 이러한 종류의 실시예에서, 마이크로미러의 볼륨 내에 스트립(86, 88)을 요입시킴으로써 마이크로미러의 질량 중심이 스핀들(70)들에 의해 정의된 축에 근접하도록 하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 종류의 실시예가 도 15에 도시되어 있다.
전류 구동 코일(80)은 마이크로미러의 공진 주파수에서 차동 성분을 포함하며, 다시 말해, 이러한 주파수에서 코일을 구동하는 파형은 각자에 대해 180O 위상일탈이다. 이러한 차동 성분은 코어(78) 사이에서 Y-축을 따라 자기장 컴포넌트를 일으키고, 이는 X-방향에 비균일(inhomogeneous)하며 구동 주파수에서 방향이 교번된다. 다시 말해, 주어진 시간적 지점에서, 장(field)은 자기 스트립(86)에서 포지티브 Y-방향을 가리키고 자기 스트립(88)에서 네가티브 Y-방향을 가리킬 수 있으며 공진 주파수에서 가리키는 방향이 교번할 수 있다. 자기 스트립(86, 88)의 자화와 이러한 자기장 사이의 상호작용은 마이크로미러(46) 상에 스핀들(70)들을 중심으로 가해지는 교번회전력을 발생시키며, 따라서 마이크로미러는 도면에 도시된 바와 같이 회전하게 된다.
좀 더 일반적으로, 코일 및 구동 전류 구성들은 의도된 방향에서 알짜 힘 및 토크를 생성하기 위한 다른 수단에 의해 적용될 수 있다. 자성의, 또는 강자성의 재료가 (도면에 도시된 특정 지오메트리가 아닌) 다른 지오메트리 내에서 미러 자체에 적용될 수 있으며, 구동력은 고정권선에 의해 생성된다. 임의의 적절한 극성을 지닌 하나 이상의 이러한 자석, 또는 (내재적 극성이 없는) 강자성 재료가 있을 수 있다. 구동 전자기장은 적절한 방향으로 구동력을 생성하기 위해 각자의 경우에 따라 조절될 수 있으며, 이는 본 특허 출원을 열람하는 당업자라면 명확히 이해할 수 있을 것이다. 자석 및 드라이브의 이와 같은 대안적 구성들 모두는 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 MEMS 스캐너(64)의 구성요소들을 도시하는 개략적 회화도이다. 본 실시예에서, 시각적 명료성을 위해 마이크로미러(46) 자체의 도시는 생략하였으며, 이전 도면들에서 도시된 바와 같이 마이크로미러의 짐발형 베이스(72)의 저부에 부착된 회전자(76A, 76B)에 의해 그 위치가 지시되어 있다. MEMS 스캐너의 고정자 조립체는 두 개의 코어(90, 91)를 포함하며, 각자가 내부에 대응 회전자(76A 또는 76B)가 현가되어 있는 에어 갭을 정의하는 한 쌍의 극편들을 갖는다. (용어 "극편"이라 함은 본 명세서와 청구항들에서 일반적 개념으로 사용되었으며, 에어 갭에 인접한 자기 코어의 일부를 나타낸다.) 각자의 코어(90, 91)는 코어의 에어 갭의 서로 대향하는 측들 상의 두 개의 코일(92, 94)에 의해 권취된다. 회전자의 이동을 구동하는 자기 회로를 생성함에 있어서 이러한 종류의 배열의 효과가 다음의 도면에 예시되어 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 자기 드라이브에 이용되는 하나의 고정자 코어(90) 및 회전자(76) 구조의 상세사항을 개략적으로 도시한다. 이전 실시예에서와 같이, 이는 회전자 및 코어 쌍 중 하나이다. 극과 돌출된 "이빨부"(100) 형상의 부가적 극 사이에 위치한 에어 갭과 함께 코어의 형상을 명확히 도시하기 위해, 코일과 마이크로미러는 본 도면에서 생략되어 있으며, 이빨부(100)의 상단부는 하부 방향에서부터 에어 갭을 인접하게 포함하고 있다. 이러한 이빨부의 기능에 대해 이하 설명한다.
본 실시예 및 다른 실시예들에서 회전자(76)의 직사각형 프로파일은 유용할 수 있는데, 그 이유는 무엇보다도 회전자의 각 측들에 위치된 고정자 코어의 극편들에 의한 인력(attraction)으로 인해, 도면에 도시된 중앙 위치로부터 회전각이 증가함에 따라 역시 증가하는 Y-축을 중심으로 하는 회전자의 회전 모멘트를 일으키기 때문이다. 이러한 회전 모멘트는 스핀들 (Y) 축을 중심으로 회전자가 회전하면서 증가하는 스핀들(74)들의 스프링력(spring force)을 상쇄함으로써, 스핀들(74)들을 중심으로 미러를 회전시키기 위해 가해져야 하는 힘을 감소시킨다. 대안적으로, 회전자 및 고정자 코어의 다른 기하학적 설계를 이용하여 원하는 회전 특징을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5에 그림으로 예시된 코어(90)의 개략적 측면도이다. 본 실시예에서, 코어(90)는 베이스 상부의 코어 상에 권취된 코일(92, 94)을 구비한 확대된 베이스(96)를 포함한다. 코어(91)(도 5)는 유사한 형태 및 거동을 가질것이다. 도 7은 코일이 적절한 전류에 의해 구동될 때 도면의 평면에서의 자기 회로의 플럭스(코어(90)의 극 사이의 에어 갭 내에서의 플럭스 포함)를 나타내는 화살표를 또한 포함한다. 그러나, 대안적으로는, 다른 코어 및 코일 구성들이 이용될 수 있으며, 이는 위에 주지된 바와 같이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.
화살표로 지시된 바와 같이, 코어(90) 내와 코어(90) 주변에서 발생되는 고주파 자기장은 코어의 극 사이의 에어 갭 내의 수직(Z-방향) 성분을 포함한다. 이러한 장 컴포넌트는 코일(92, 94)을 구동하는 전류의 주파수에서 방향이 교번된다. 코어(91) 상의 코일(92, 94)은 코어(90)의 상대 코일(92, 94) 내의 전류와 반대 위상으로 구동됨으로써, 코어(90, 91)의 에어 갭 내의 임의의 모멘트에서 Z-방향 장 컴포넌트들이 이와 유사하게 상반된다. 따라서, 장은 고주파 파형의 구동 주파수에서 교번하면서 회전자(76A)는 상향으로 밀고 회전자(76B)는 하향으로 밀거나, 그 역이 될 것이다. 회전자들의 이러한 상반적 Z-방향 이동은 마이크로미러(46)로 하여금 이러한 동일 주파수(이는 일반적으로 마이크로미러의 공진 주파수로서 선택된 것임)에서 스핀들(70) 상에 회전하도록 한다. (좀 더 상세하게는, 뉴튼의 법칙에 입각하여, 관성은 베이스(72)의 이동 시에 마이크로미러(46)가 제 위치를 유지하는 경향을 갖게 함으로써, 스핀들(70)들의 토션 아암을 통해 회전자로부터 마이크로미러로 탄성 에너지의 전달을 생성하도록 하며; 이러한 원칙은 본 명세서에 기술된 복수의 실시예들의 작동의 기초가 된다.) 동시에, 모든 코일(92, 94)을 통해 동일위상으로 구동되는 저주파수 전류 성분, 즉 모든 코일에서 동일 방향으로 흐르는 전류에 의해 구동되는 저주파수 전류 성분은 에어 갭 내의 교번하는 X-방향 자기장을 발생시킴으로써, 회전자(76A, 76B)가 Y-축을 중심으로 회전하고 이러한 방식으로 베이스(72)를 회전시키게 한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일(92, 94)을 구동하는데 사용되는 전형적 전류 파형의 개략도이다. 위에 주지된 바와 같이, 도 7에 도시된 톱니와 같은 저주파수 파형으로 코일 모두가 동일위상으로 구동된다. 도 8에 도시된 사인곡선과 같은 고주파수 파형에 의해 코일이 반대위상으로 구동된다. 각 코어 상의 코일(92, 94)은 서로에 대해 180O 위상일탈로 구동되며; 코어(90) 상의 각 코일(92, 94)은 코어(91) 상의 상대 코일(92, 94)에 대해 180O 위상일탈로 구동된다. 각 코일은 따라서 도 9에 도시된 파형의 중첩에 의해 코일 간에 고주파수 성분의 위상의 변동을 가지면서 구동됨으로써, 고정 코일 세트를 이용하여 두 개의 축을 중심으로 하는 마이크로미러의 회전을 발생시킨다.
코일(92, 94)에 인가되는 전류(및 이와 유사하게, 본 발명의 다른 실시예들에서 인가되는 전류)는 개-루프와 폐-루프 제어 모두를 포함한 공지된 임의의 적합한 기법을 이용하여 생성되고 제어될 수 있다. 후자의 카테고리에서, 구동 회로(82)는 미러 주사의 진폭 및/또는 주파수와 관련하여 피드백을 수신할 수 있으며, 이에 따라 전류를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시된 새로운 정전용량성 감지 스킴이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있으나, 공지된 다른 종류의 감지 스킴, 예컨데, 전술된 미국 특허 제7,952,781호에 기술된 다양한 종류의 센서를 이용한 폐-루프 스킴이 대안적으로 사용될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고정자의 구동에 사용되는 전류 및 그 결과로 발생된 장 방향을 도시한, 도 6의 고정자코어(90)와 회전자(76)의 개략적 측면도이다. 도 11a에서 화살표(101, 102)로 도시된 바와 같이, 저주파(저속축) 전류가 두 개의 고정자 코어 상의 코일(92, 94)을 통해 동일위상으로 흐르면서, 화살표(103)로 지시된 바와 같이, 에어 갭을 통해 수평(X-방향) 자속을 일으킨다. 이러한 X-방향 장은 동일위상 전류의 주파수에서 교번하며 두 개의 회전자 모두 Y-축을 중심으로 회전하게 한다.
반면에, 도 11b에 도시된 바와 같이, 고주파(고속축) 전류는 화살표(104, 105)로 지시된 바와 같이 코일(92, 94)을 통해 반대위상으로 흐른다. 이들 전류는 화살표(106)로 지시된 교번적 수직(Z-방향) 자속을 발생시키는데, 이는 회전자(76A, 76B)가 Z-축을 따라 반대 방향으로 이동하도록 하여 마이크로미러의 고주파수 주사를 구동한다. 에어 갭 하부의 돌출된 이빨부(100)는 이러한 장을 증대시킴으로써 X-축을 중심으로 하는 고속 회전을 위한 구동력을 증대시킨다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 주사 마이크로미러(46)와 마이크로미러 조립체의 연관된 부분의 개략적 절개도이다. 본 도면은 도 11b에 도시된 전류와 장이 어떠한 방식으로 마이크로미러(46)의 고속 회전을 구동하는지를 도시한다. 고정자 코어(90)의 에어 갭 내의 교번적 Z-방향 플럭스는 회전자(76A, 76B)로 하여금 교류 주파수에서 Z-축을 따라 반대 위상으로 상하 진동하도록 한다. 그 결과, 스핀들(74)들이 상반되는 방향으로 굴절되면서, 도면에 도시된 바와 같이 베이스(72) 역시 진동하도록 한다. 진동 주파수는 스핀들(70)들을 중심으로 하는 마이크로미러(46)의 공진 회전 주파수와 동일하거나 그에 근접하기 때문에, 베이스(72)의 진동으로 인한 스핀들들의 뒤틀림으로 인해 마이크로미러는 높은 진폭을 가지고 X-축을 중심으로 전후 회전하게 된다.
도 13은 본 발명의 추가적 실시예에 따른 고정자(110)의 개략적 회화도이다. 고정자(110)는 본 실시예에서 그 자신의 코일(120)에 의해 권취되어 있는 중앙 이빨부(100)를 포함한다. 이러한 코일은 마이크로미러(46)의 고속축 회전 구동을 위해 전력공급(energize)된다. 고정자(110)는 이빨부(100)와 함께 베이스(114) 상에 두 쌍의 포스트(112)를 포함하는 자기 코어에 기초한다. 포스트(112) 상부의 극편(118)들은 이빨부(100)와 함께 에어 갭을 정의하며, 이 내부에 마이크로미러 조립체의 회전자가 동작 중에 위치된다. 포스트(112) 상의 코일(116)은 짐발형 베이스(72)의 저속축 회전 주파수에서 교류에 의해 동일위상으로 구동되며, 따라서 극편(118)들 사이의 에어 갭 영역 내에서 회전자를 회동시킨다.
그러나, 코일(120)은 마이크로미러의 (공진) 고속축 회전의 훨씬 높은 주파수에서 구동된다. 그 결과, 이빨부(100)는 고주파수 자기장을 발생시키고, 이는 마이크로미러(46) 자체 상에 장착된 자석 또는 자석들과 상호작용함으로써 마이크로미러가 베이스(72)에 대하여 스핀들(70)들을 중심으로 회전하게 한다. 도 15는 마이크로미러의 후측 상에 장착된 적합한 자석을 구비한, 본 문맥에서 사용될 수 있는 마이크로미러(46)의 구성을 도시한다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 이빨부(100) 상의 코일(120) 내의 전류로 인해 고정자의 에어 갭 내에 발생된 자기 회로를 도시하는, 코일(116)이 생략된 고정자(110)의 일부의 개략적 측면도이다. 도면에서 포스트(112) 사이 공간 내의 표지들은 공간 내 각 지점에서의 자기장의 방향과 세기를 나타낸다.
이빨부(100)와 포스트(112)의 기하학적 배열로 인해 이빨부 주변의 자기장은 전반적으로 "분수"의 형태를 갖게 되고, 즉 자기력 선들이 이빨부에서 외부로 "분사"되어 포스트로 향하고 있다. 코일(120)을 통해 구동되는 교류로 인해 이러한 장의 방향이 교번함에 따라, 스핀들(70)들의 축을 중심으로 하는 마이크로미러(46) 상에 가해지는 자기력의 방향도 마찬가지로 교번하며, 따라서 마이크로미러는 교류의 주파수에서 회전하게 한다. 본 도면에 도시된 상향(Z-방향) 장은 마이크로미러(46)(도 15에 도시됨) 상에 장착된 자석의 Y-방향 자화와 상호작용하여 스핀들(70)들에 의해 정의된 고속(X-방향) 축을 중심으로 마이크로미러의 회전을 구동한다.
도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자(125)의 개략적 측면도이다. 고정자(125)의 구조는 고정자(110)의 구조와 유사하되, 다만 이빨부(100) 주변의 베이스(114) 상에 위치된 두 개 이상의 보조 핑거(126)를 부가적으로 가진다. 핑거(126)는 극(118) 사이에 위치된 고정자 코어의 에어 갭을 추가로 한정(bound) 및 정의하며, 자기장 선(128)의 제한에 영향을 미침으로써 에어 갭 내 장의 수직(Z-방향) 성분이 증대되도록 한다. 결과적으로, 구동 전류에 대하여 마이크로미러의 고속축 회전의 진폭 또한 증대된다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 주사 마이크로미러 조립체(130)의 개략도이다. 본 도면에서 조립체(130)는 저부, 즉 (예를 들어, 고정자(110)의 형태를 가질 수 있는) 고정자에 인접한 측에 도시되고 있다. 본 도면에서 마이크로미러(46)의 반사(상부)측은 페이지(page) 안쪽 방향을 보고 있다. 조립체(130)는 예를 들면 전술된 방식으로 고정자(110)의 자기력에 의해 구동될 수 있다.
조립체(130) 내의 마이크로미러(46)는 스핀들(70)들에 의해 짐발형 베이스(72)에 연결되는 반면, 베이스(72)는 전술된 실시예들에서와 같이 스핀들(74)들에 의해 기판(68)에 연결된다. 그러나 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들의 간략도와는 대조적으로, 조립체(130) 내의 각자의 자기 회전자(132)는 베이스(72)의 두 개 측들 모두에 직접적으로 부착된 상편 및 하편(138, 140)을 포함한다. 따라서, 마이크로미러(46)가 회전자(132) 상부에 장착되는 것이 아니라 회전자(132) 사이에 균형을 이룬다. (전술된 실시예들 또한 유사하게 균형잡힌 형태로 구현될 수 있다.) 그 결과, (예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은) 전술된 실시예들에서와 같이, 마이크로미러의 평면과 그 베이스는 코어 상부에 위치되는 것이 아니라 고정자 조립체의 두 개의 코어 사이에 위치될 것이다. 이러한 균형잡힌 마이크로미러의 구성은 기계적 안정도의 관점에서 유리할 것인데, 즉 스핀들(74)들에 의해 정의된 베이스(72)의 회전축이 조립체(130) 질량 중심을 관통하기 때문이다.
자석(134)이 마이크로미러(46)의 하측에 고정되며 고정자의 이빨부(100)에 의해 생성된 교번자기장과 상호작용한다(도 14a에 도시된 바와 같음). 자석(134)은 도면에서 화살표로 지시된 바와 같이 Y-축을 따라 극화된다. 도 14a에 도시된 Z-방향 장과의 이러한 자화의 상호반응은 마이크로미러(46)로 하여금 스핀들(70)들의 축(X-축, 즉 고속축)을 중심으로 회전하도록 유발하는 힘을 제공한다.
조립체(130)의 기계적 안정성을 개선하기 위해, 마이크로미러(46)의 후측 내에 형성된 요입부(136) 내에 자석(134)이 장착된다. 요입부는 예를 들어 실리콘의 습식 식각 또는 딥 반응성 이온 식각(deep reactive ion etching; DRIE)에 의해 형성될 수 있다. 결과적으로, 스핀들(70)들에 의해 정의된 마이크로미러의 회전축은 자석(134)이 요입부 내에 장착된 상태에서 마이크로미러의 질량 중심에 근접하게 통과한다. 질량 중심과 회전관성의 중심을 회전축 상에 정확히 위치시키는 것이 가능하지 않을 수 있으나, 이들 지점 사이의 거리를 전술된 방식으로 감소시키는 것이 회전하는 마이크로미러의 균형과 동적 안정도를 개선하는 데에 여전히 유용하다.
미러 회전의 개선과 모니터링
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들(74)의 개략적 상세도이다. 기판(68)에 대하여 베이스(72)를 회전(일반적으로 공진 회전이 아님)시키는 데에 인가되어야 하는 힘을 감소시키기 위해, 스핀들(74)은 되도록 회전적 신축성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 스핀들(74)을 둘러싸는 베이스(72) 영역 내의 실리콘 웨이퍼는 예를 들어 습식 식각 공정에 의해 박형화된다. 그 다음으로 스핀들의 형상이 포토리소그래피에 의해 정의되고 박형 웨이퍼로부터 절개된다. 파손에 대비해 스핀들의 강도를 강화시키는 반면, 요구되는 회전적 신축성을 유지하기 위해, 스핀들(74)을 둘러싸는 간극들이 본 명세서에서 참조로 통합된 미국 가출원 제61/781,086호에 기재된 바와 같은 신축 고분자와 같은 적절한 충전재료로 충전될 수 있다. 이러한 접근법을 이용하여, 저속 스핀들(74)들의 설계 조건들을 고속 스핀들(70)들의 설계 조건들로부터 분리하는 것이 가능하다.
웨이퍼의 박형화에 사용되는 공정은 도 16에 도시된 종류의 설계에 있어서 결정적일 수 있다. 일부 공정들은 실리콘 웨이퍼 내에 미세균열 및 거칠기를 유발하는 경향이 있을 수 있으며, 이는 스핀들들을 약화시킬 수 있고, 따라서 그와 같은 공정들을 이용하여 스핀들들을 박형화하는 것은 바람직하지 않다. 그러나, 습식 식각 공정은 평활면을 남기는데, 이는 강건하면서도 균열 가능성은 감소된 스핀들들의 제조에 유익하다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로미러(46)의 회전의 감지에 사용되는 정전용량 센서(150)의 개략도이다. 센서(150)는 전형적으로 도전재료로 제조된 네 개의 사분면(quadrant)(152, 153, 154, 155) 형태인 감지판들을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 스핀들(74)들을 중심으로(즉, 저속축을 중심으로) 베이스(72)가 회전함에 따라, 마이크로미러(46)와 사분면(154, 155) 사이의 정전용량이 증가하는 반면, 마이크로미러와 사분면(152, 153) 사이의 정전용량은 감소한다. 베이스가 이동의 반대편 극한점을 향해 회전해서 돌아가면, 마이크로미러와 사분면(152, 153) 사이의 정전용량이 증가하는 반면, 마이크로미러와 사분면(154, 155) 사이의 정전용량은 감소한다.
컨트롤러(도면에 미도시)는 종래에 공지된 측정 방법에 의해 정전용량의 이러한 변화를 지속적으로 측정한다. 정전용량의 변화에 기초하며, 컨트롤러는 저속축을 중심으로 하는 베이스(72)의 회전의 주파수 및 진폭(즉, 각도 범위)을 모니터할 수 있다.
같은 이유로, 스핀들(70)들을 중심으로 하는 마이크로미러(42)의 회전은 사분면(153, 155)에 대한 마이크로미러와 사분면(152, 154) 사이의 정전용량에서의 변화를 유발할 것이며, 이들 변화 역시 측정되어 고속축을 중심으로 하는 마이크로미러의 회전을 모니터할 수 있다.
이러한 목적을 위한 정전용량 센서의 구성요소들을 기판(68)에 평행한 평면으로 장착하는 것이 가능하긴 하지만, 이러한 장착 스킴은 센서 구성요소들이 마이크로미러에서 멀리 이격되게 장착되는 경우가 아닌 한(이러한 경우, 정전용량은 물론, 이에 따라 회전 측정에 유용한 신호가 대폭 감소된다), 마이크로미러(46)의 이동 범위를 한정할 수 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해, 사분면(152, 153, 154, 155)은 도 17에 도시된 바와 같이 각지게 형성됨으로써, 사분면들이 마이크로미러의 회전축의 영역 내에서 기판(68)의 평면에 가장 근접하고, 축에서 더 멀리 이격된 위치들에서는 이러한 평면으로부터 경사지게 이격된다. 도면에 도시된 구성에서, 사분면(152, 153)은 사분면(154, 155)과 마찬가지로 상호 평행하며, 이에 따라 융기선이 스핀들(74)들의 축에 가까운 "지붕"을 정의하게 된다. 본 실시예에서 센서(150)가 이중-축 주사 마이크로미러 조립체의 맥락으로 예시되었으나, 이러한 종류의 지붕 형상 센서 구성이 단일축 스캐너의 회전 감지에 마찬가지로 사용될 수 있다.
대안적으로, 사분면(152, 153)은 또한 각자에 대해 각지게 형성되고 사분면(154, 155)도 그와 마찬가지로 되어 네 개의 사분면이 함께 피라미드 형상을 정의할 수 있으며, 피라미드 형상은 회전축이 교차하는 마이크로미러의 중심에 근접한 곳에 피크를 갖는다.
명료함을 위해 마이크로미러(46)를 참조하여 정전용량 센서(150)에 대해 기술하였으나, 이러한 종류의 센서들은 필요한 수정을 가하여 유사하게 적용되어 다른 유형의 주사 미러의 이동을 감지 및 추적하는데 적용될 수 있으며, 그와 같은 것들은 배경기술 부분에서 상기와 같이 언급된 참조들에 기술되어 있는 바와 같다. 이와 동일한 이유로, 주사 미러의 구동 기법과 관련하여 전술된 다른 발명의 특징들이 다른 미러 설계에 유사하게 적용될 수 있다.
전술된 실시예들은 예로서 인용된다는 것이, 그리고 본 발명은 위에서 특히 도시되고 설명된 것으로 제한되는 것은 아니라는 것이 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는, 전술된 다양한 특징들의 조합들 및 서브조합들 양측 모두뿐만 아니라, 상기의 설명을 읽은 당업자가 생각하게 될 것이고 종래기술에는 개시되지 않은 본 발명의 변형들 및 수정들을 포함한다.

Claims (44)

  1. 광학 장치로서,
    고정자(stator) 조립체 - 상기 고정자 조립체는
    에어 갭(air gap)을 정의(define)하는 극편(pole piece)들의 쌍을 포함하는 코어 및
    하나 이상의 코일을 포함하며,
    상기 코어는 이빨부(tooth)를 포함하며, 상기 이빨부는 상기 극편들 사이에 돌출되고 상기 에어 갭을 인접하게 포함하는 상단을 가지고,
    상기 하나 이상의 코일은 상기 코어 상에 권취된 도전성 와이어를 포함함으로써 상기 도전성 와이어 내에 흐르는 전류에 응답하여 상기 코어로 하여금 상기 에어 갭을 통해 자기 회로를 형성하게 함 -;
    주사 미러 조립체 - 상기 주사 미러 조립체는
    지지 구조체,
    상기 지지 구조체에 대하여 제1 축을 중심으로 회전하도록 장착된 베이스, 및
    상기 베이스에 대하여 제2 축을 중심으로 회전하도록 장착된 미러를 포함함 -;
    하나 이상의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 회전자(rotor) - 상기 하나 이상의 영구 자석은 상기 주사 미러 조립체에 고정되고 상기 자기 회로에 응답하여 이동하도록 상기 에어 갭 내에 위치됨 -; 및
    하나 이상의 선택된 주파수에서 상기 하나 이상의 코일 내에 상기 전류를 발생시키도록 결합됨으로써 상기 자기 회로에 응답한 상기 적어도 하나의 회전자의 이동이 상기 베이스로 하여금 제1 주파수에서 상기 제1 축을 중심으로 회전하게 하고 상기 미러로 하여금 제2 주파수에서 상기 제2 축을 중심으로 회전하게 하는 드라이버
    를 포함하는, 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미러는 적어도 상기 제1 축을 중심으로 비대칭적으로 무게를 가짐으로써 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 미러의 제1 회전을 상기 제2 축을 중심으로 하는 상기 베이스의 제2 회전과 결합시키는, 광학 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 주파수는 상기 제2 축을 중심으로 하는 상기 미러의 회전의 공진 주파수이며, 상기 드라이버는 상기 제1 주파수에서 상기 전류를 발생시키도록 결합되는, 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코어는 상기 에어 갭을 정의(define)하는 제1 및 제2 쌍의 극편(pole piece)들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 회전자는 제1 및 제2 회전자 - 상기 제1 및 제2 회전자는 상기 베이스의 서로 대향하는 제1 및 제2측에 각각 고정되며 상기 제1 및 제2 쌍의 극편들 사이에서 상기 에어 갭 내에 각각 위치됨 - 를 포함하는, 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 드라이버는 상기 제1 주파수에서 제1 전류를 이용하고 상기 제2 주파수에서 제2 전류를 이용하여 상기 하나 이상의 코일을 구동하도록 구성된, 광학 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 코일은 상기 제1쌍 내의 상기 극편들에 인접하게 권취된 제1 코일들 및 상기 제2 쌍 내의 상기 극편들에 인접하게 권취된 제2 코일들을 포함하며,
    상기 드라이버는 상기 제1 주파수에서 동일위상(in phase)으로 상기 제1 및 제2 코일들을 구동하고, 상기 제2 주파수에서 반대위상(in opposing phase)으로 상기 제1 및 제2 코일들을 구동하도록 구성된, 광학 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 코어는 베이스를 포함하며, 상기 베이스로부터 상기 극편들과 상기 이빨부가 상기 에어 갭을 향해 돌출되는, 광학 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 코일은 상기 극편들에 인접하게 권취된 제1 코일들 및 상기 이빨부 상에 권취된 제2 코일을 포함하며,
    상기 드라이버는 상기 제1 주파수에서 상기 제1 코일들을 구동하고, 상기 제2 주파수에서 상기 제2 코일을 구동하도록 구성된, 광학 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 코어는 복수의 핑거(finger) - 상기 복수의 핑거는 상기 이빨부를 감싸고 상기 이빨부와 상기 극편들 사이에서 상기 에어 갭을 향해 돌출됨 - 를 포함하는, 광학 장치.
  11. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 회전자의 상기 하나 이상의 영구 자석은 상기 미러의 서로 대향하는 측들 상에서 상기 베이스에 고정된 제1 및 제2 영구 자석을 포함하는, 광학 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 영구 자석은 직사각형 형상을 갖는, 광학 장치.
  13. 제11항에 있어서, 각각의 상기 제1 및 제2 영구 자석은 각각의 상편 및 하편 - 상기 각각의 상편 및 하편은 상기 제1 및 제2 영구 자석의 질량 중심이 상기 제1 축 상에 위치되도록 상기 베이스의 서로 대향하는 표면들 상에 장착됨 - 을 포함하는, 광학 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 회전자의 상기 하나 이상의 영구 자석은 상기 미러에 고정된 적어도 제3 영구 자석을 포함하는, 광학 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 제3 영구 자석은 상기 미러의 표면 내에 요입되는(recessed), 광학 장치.
  16. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주사 미러 조립체는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스로서 형성된 실리콘 웨이퍼를 포함하며, 상기 실리콘 웨이퍼는 상기 실리콘 웨이퍼로부터 식각되어 상기 제1 축을 따라 상기 베이스를 상기 지지 구조체에 연결하는 제1 스핀들들 및 상기 실리콘 웨이퍼로부터 식각되어 상기 제2 축을 따라 상기 미러를 상기 베이스에 연결하는 제2 스핀들들을 포함하는, 광학 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 스핀들들은 상기 제2 주파수에서 상기 제2 축을 중심으로 상기 미러가 공진적으로 회전하도록 형성되는, 광학 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 스핀들들은 상기 제1 스핀들들을 중심으로 하는 상기 베이스의 회전이 비-공진(non-resonant) 회전이 되도록 형성되고, 상기 웨이퍼는 상기 제1 스핀들들의 신축성을 증가시키도록 상기 제1 스핀들들의 근처에서 박형화(thin)되는, 광학 장치.
  19. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 플레이트들을 포함하는 정전용량 센서를 포함하며, 상기 적어도 제1 및 제2 플레이트들은 상기 제1 축의 서로 대향하는 측들 상에서 상기 미러에 근접하게 위치되고 상기 지지 구조체의 평면에 대하여 각지게 형성됨으로써 상기 제1 축에 인접한 위치에서 상기 플레이트들이 상기 평면에 가장 근접하고, 상기 제1 축에서 더 멀리 이격된 위치들에서 상기 평면으로부터 경사지게 이격되는, 광학 장치.
  20. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미러와 상기 베이스가 회전하는 동안 상기 미러로부터 반사하도록 광의 펄스들을 지향(direct)시켜 상기 광이 장면(scene)에 걸쳐 주사되도록 구성된 송신기; 및
    상기 장면으로부터 반사된 상기 광의 상기 펄스들을 수신함으로써 상기 펄스들의 비행시간(time of flight)을 측정하도록 구성된 수신기
    를 포함하는, 광학 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 고정자 조립체를 제공하는 단계 - 상기 고정자 조립체는 코어를 포함하고, 상기 코어는 에어 갭을 정의하는 극편들의 쌍을 포함하고, 상기 코어는 이빨부를 포함하며, 상기 이빨부는 상기 극편들 사이에 돌출되고 상기 에어 갭을 인접하게 포함하는 상단을 가지고, 상기 고정자 조립체는 상기 코어 상에 권취된 도전성 와이어를 포함함으로써 상기 도전성 와이어 내에 흐르는 전류에 응답하여 상기 코어로 하여금 상기 에어 갭을 통해 자기 회로를 형성하게 하는 하나 이상의 코일을 포함함 -;
    주사 미러 조립체를 제공하는 단계 - 상기 주사 미러 조립체는 지지 구조체, 상기 지지 구조체에 대하여 제1 축을 중심으로 회전하도록 장착된 베이스, 및 상기 베이스에 대해 제2 축을 중심으로 회전하도록 장착된 미러를 포함함 -;
    하나 이상의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 회전자를 상기 주사 미러 조립체에 고정하는 단계;
    상기 하나 이상의 영구 자석이 상기 자기 회로에 응답하여 이동할 수 있도록 상기 에어 갭 내에 위치되도록 상기 주사 미러 조립체를 상기 고정자 조립체 상에 장착하는 단계; 및
    하나 이상의 선택된 주파수에서 전류를 이용하여 상기 하나 이상의 코일을 구동함으로써 상기 자기 회로에 응답한 상기 적어도 하나의 회전자의 이동이 상기 베이스로 하여금 제1 주파수에서 상기 제1 축을 중심으로 회전하게 하고 상기 미러로 하여금 제2 주파수에서 상기 제2 축을 중심으로 회전하게 하는 단계
    를 포함하는, 주사 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 코어는 상기 에어 갭을 정의하는 제1 및 제2 쌍의 극편들을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 회전자를 고정하는 단계는 제1 및 제2 회전자를 상기 베이스의 서로 대향하는 제1 및 제2 측들에 각각 고정함으로써 상기 제1 및 제2 회전자가 상기 제1 및 제2 쌍의 극편들 사이에서 상기 에어 갭 내에 각각 위치되도록 하는 단계를 포함하는, 주사 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 미러와 상기 베이스가 회전하는 동안 상기 미러로부터 반사되도록 광의 펄스들을 지향시켜 상기 광이 장면에 걸쳐 주사되도록 하는 단계; 및
    상기 장면으로부터 반사된 상기 광의 상기 펄스들을 수신함으로써 상기 펄스들의 비행시간을 측정하는 단계
    를 포함하는, 주사 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
KR1020157004721A 2012-07-26 2013-07-25 이중 축 주사 미러 KR101653117B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261675828P 2012-07-26 2012-07-26
US61/675,828 2012-07-26
US201361835655P 2013-06-17 2013-06-17
US61/835,655 2013-06-17
PCT/IB2013/056101 WO2014016794A1 (en) 2012-07-26 2013-07-25 Dual-axis scanning mirror

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150036755A KR20150036755A (ko) 2015-04-07
KR101653117B1 true KR101653117B1 (ko) 2016-08-31

Family

ID=49996673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157004721A KR101653117B1 (ko) 2012-07-26 2013-07-25 이중 축 주사 미러

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10018723B2 (ko)
KR (1) KR101653117B1 (ko)
CN (1) CN104520750B (ko)
AU (2) AU2013294616B2 (ko)
DE (1) DE112013003679B4 (ko)
IL (1) IL236674B (ko)
WO (1) WO2014016794A1 (ko)

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9329080B2 (en) 2012-02-15 2016-05-03 Aplle Inc. Modular optics for scanning engine having beam combining optics with a prism intercepted by both beam axis and collection axis
US9715107B2 (en) 2012-03-22 2017-07-25 Apple Inc. Coupling schemes for gimbaled scanning mirror arrays
US9335220B2 (en) 2012-03-22 2016-05-10 Apple Inc. Calibration of time-of-flight measurement using stray reflections
US20160146939A1 (en) 2014-11-24 2016-05-26 Apple Inc. Multi-mirror scanning depth engine
AU2013237061B2 (en) 2012-03-22 2015-11-26 Apple Inc. Gimbaled scanning mirror array
KR101653117B1 (ko) * 2012-07-26 2016-08-31 애플 인크. 이중 축 주사 미러
WO2014064606A1 (en) 2012-10-23 2014-05-01 Primesense Ltd. Production of micro-mechanical devices
US9523625B2 (en) 2012-12-13 2016-12-20 Apple Inc. Detecting failure of scanning mirror
CN105324631B (zh) 2013-06-19 2018-11-16 苹果公司 集成结构化光投影仪
WO2015108710A1 (en) 2014-01-20 2015-07-23 Apple Inc. Sensing of mirror position using the fringing of electric fields
US9470503B2 (en) 2014-02-26 2016-10-18 Apple Inc. Strain-based sensing of mirror position
US9835853B1 (en) 2014-11-26 2017-12-05 Apple Inc. MEMS scanner with mirrors of different sizes
US9784838B1 (en) 2014-11-26 2017-10-10 Apple Inc. Compact scanner with gimbaled optics
US9798135B2 (en) * 2015-02-16 2017-10-24 Apple Inc. Hybrid MEMS scanning module
US9897801B2 (en) 2015-09-30 2018-02-20 Apple Inc. Multi-hinge mirror assembly
US9703096B2 (en) 2015-09-30 2017-07-11 Apple Inc. Asymmetric MEMS mirror assembly
DE102015222305A1 (de) 2015-11-12 2017-05-18 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil und Verfahren zum Verstellen eines verstellbaren Elements
ITUB20155997A1 (it) * 2015-11-30 2017-05-30 St Microelectronics Srl Struttura micromeccanica ad attuazione biassiale e relativo dispositivo mems
US9869858B2 (en) 2015-12-01 2018-01-16 Apple Inc. Electrical tuning of resonant scanning
US10488652B2 (en) 2016-09-21 2019-11-26 Apple Inc. Prism-based scanner
US10644548B1 (en) 2017-03-05 2020-05-05 Apple Inc. Scanning motor with built-in magnetic stiffness
US10775612B2 (en) 2017-03-05 2020-09-15 Apple Inc. Resonant scanning mirror with both magnetic and mechanical torsion springs
KR102353513B1 (ko) * 2017-03-16 2022-01-20 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 회전 거리 측정 장치
WO2019040329A2 (en) * 2017-08-22 2019-02-28 Ping Li DOUBLE AXIS RESONANCE BRIGHT BEAM BRIGHT ORIENTATION MIRROR SYSTEM AND METHOD OF OPERATION IN A LIDAR SYSTEM
CN107356930B (zh) * 2017-08-28 2024-05-17 广州市杜格科技有限公司 一种振镜全景扫描装置及其扫描方法
US10153614B1 (en) 2017-08-31 2018-12-11 Apple Inc. Creating arbitrary patterns on a 2-D uniform grid VCSEL array
JP6973198B2 (ja) * 2018-03-12 2021-11-24 オムロン株式会社 光偏向器、及びライダー装置
CN108614353B (zh) * 2018-05-10 2020-08-04 西安交通大学 基于离子交换聚合金属材料的二维偏转解耦机构及其偏转方法
US10908361B2 (en) 2018-06-06 2021-02-02 Apple Inc. Capacitive position sensing for capacitive drive MEMS devices
JP7180145B2 (ja) 2018-06-28 2022-11-30 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 発光素子アレイ、及び光計測システム
US11181734B2 (en) * 2018-12-18 2021-11-23 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Micromachined mirror assembly having micro mirror array and hybrid driving method thereof
CN109814251A (zh) * 2019-01-18 2019-05-28 北京理工大学 基于电容位置检测反馈控制的mems微镜
FR3098606B1 (fr) * 2019-07-08 2022-09-02 Commissariat Energie Atomique Scanner a reseau optique a commande de phase mobile
WO2021034371A1 (en) 2019-08-18 2021-02-25 Apple Inc. Force-balanced micromirror with electromagnetic actuation
JP2021051219A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 日本電産株式会社 光学素子および光走査装置
JP2021051218A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 日本電産株式会社 アクチュエータおよび光走査装置
CN110737088A (zh) * 2019-10-10 2020-01-31 贺思源 用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜
CN110940989A (zh) * 2019-12-20 2020-03-31 深圳市镭神智能系统有限公司 一种振镜和激光雷达
CN110941083B (zh) * 2019-12-20 2022-07-26 深圳市镭神智能系统有限公司 一种振镜和激光雷达
US11880031B1 (en) 2020-01-14 2024-01-23 Apple Inc. Strain-based sensing of dual-axis mirror rotation
DE102020120906A1 (de) * 2020-08-07 2022-02-10 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Bestimmen eines Torsionswinkels eines Spiegelkörpers einer MEMS-Vorrichtung
TW202207117A (zh) * 2020-08-10 2022-02-16 客制化科技股份有限公司 自適應式展售系統
US20220066132A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-03 Nidec Corporation Actuator
CN114326012A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 北京瑞控信科技有限公司 一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构
US11875227B2 (en) 2022-05-19 2024-01-16 Atom Computing Inc. Devices and methods for forming optical traps for scalable trapped atom computing
WO2023235333A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 Atom Computing Inc. Methods and systems for generating high-contrast arrays

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110228367A1 (en) 2008-06-02 2011-09-22 Maradin Technologies Ltd. Gimbaled scanning micro-mirror apparatus

Family Cites Families (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3918068A (en) 1974-06-14 1975-11-04 Eastman Kodak Co Distortion correction apparatus for electro-optical reflectors which scan beams to produce images
US4003626A (en) 1974-06-14 1977-01-18 Eastman Kodak Company Distortion correction apparatus for electro-optical reflectors which scan beams to produce images
JP3003429B2 (ja) 1992-10-08 2000-01-31 富士電機株式会社 ねじり振動子および光偏向子
US6044705A (en) 1993-10-18 2000-04-04 Xros, Inc. Micromachined members coupled for relative rotation by torsion bars
US5742419A (en) 1995-11-07 1998-04-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Universtiy Miniature scanning confocal microscope
US6096155A (en) 1996-09-27 2000-08-01 Digital Optics Corporation Method of dicing wafer level integrated multiple optical elements
US5938989A (en) 1997-01-24 1999-08-17 Mems Optical, Inc. Diffractive optical elements
US6140979A (en) 1998-08-05 2000-10-31 Microvision, Inc. Scanned display with pinch, timing, and distortion correction
EP1067657B1 (en) * 1999-07-05 2004-05-06 MINEBEA Co., Ltd. Limited angle rotary actuator
US6245590B1 (en) 1999-08-05 2001-06-12 Microvision Inc. Frequency tunable resonant scanner and method of making
US20020071169A1 (en) 2000-02-01 2002-06-13 Bowers John Edward Micro-electro-mechanical-system (MEMS) mirror device
US6593677B2 (en) 2000-03-24 2003-07-15 Onix Microsystems, Inc. Biased rotatable combdrive devices and methods
AU2001281019A1 (en) 2000-08-03 2002-02-18 Reflectivity, Inc. Micromirror elements, package for the micromirror elements, and protection system therefor
US6714336B2 (en) 2000-09-08 2004-03-30 Texas Instruments Incorporated Packaged micromirror assembly with in-package mirror position feedback
WO2002047241A1 (de) 2000-12-08 2002-06-13 Gatzen Hans Heinrich Mikromechanische, schwenkbare vorrichtung mit magnetischem antrieb sowie verfahren zu deren herstellung
US6803843B2 (en) * 2001-02-22 2004-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Movable-body apparatus, optical deflector, and method of fabricating the same
US20020181069A1 (en) 2001-03-30 2002-12-05 Gsi Lumonics Corporation Free space optical switch
JP4102037B2 (ja) * 2001-04-26 2008-06-18 富士通株式会社 マイクロミラー素子およびその製造方法
WO2003012491A2 (en) 2001-08-02 2003-02-13 Santur Corporation Mems mirror
WO2003028363A1 (de) 2001-08-28 2003-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Scanning-kamera
AU2002353039A1 (en) 2001-12-04 2003-06-17 Primaxx, Inc. System and method for micro electro mechanical etching
KR100451950B1 (ko) 2002-02-25 2004-10-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 소자 웨이퍼 소잉 방법
CN1280669C (zh) 2002-05-14 2006-10-18 张胤微 一种微机械像素的机电显示装置
US6924966B2 (en) 2002-05-29 2005-08-02 Superconductor Technologies, Inc. Spring loaded bi-stable MEMS switch
CN101093282B (zh) 2002-06-19 2010-06-02 明锐有限公司 反射式空间光调节器
US20040069742A1 (en) 2002-06-19 2004-04-15 Pan Shaoher X. Fabrication of a reflective spatial light modulator
US7034984B2 (en) 2002-06-19 2006-04-25 Miradia Inc. Fabrication of a high fill ratio reflective spatial light modulator with hidden hinge
JP3862623B2 (ja) 2002-07-05 2006-12-27 キヤノン株式会社 光偏向器及びその製造方法
US20040004775A1 (en) 2002-07-08 2004-01-08 Turner Arthur Monroe Resonant scanning mirror with inertially coupled activation
US6964196B2 (en) 2002-07-08 2005-11-15 Texas Instruments Incorporated Resonant pivoting surface with inertially coupled activation
US6924915B2 (en) * 2002-08-26 2005-08-02 Canon Kabushiki Kaisha Oscillation device, optical deflector using the oscillation device, and image display device and image forming apparatus using the optical deflector, and method of manufacturing the oscillation device
KR100624405B1 (ko) 2002-10-01 2006-09-18 삼성전자주식회사 광부품 실장용 기판 및 그 제조방법
JP4380233B2 (ja) 2002-10-18 2009-12-09 日本ビクター株式会社 光偏向器
US7483198B2 (en) 2003-02-12 2009-01-27 Texas Instruments Incorporated Micromirror device and method for making the same
EP2107412A1 (en) 2003-02-17 2009-10-07 Seiko Epson Corporation Scanner
CN100515921C (zh) 2003-04-25 2009-07-22 富士通株式会社 微型结构体的制造方法以及微型结构体
US20050078345A1 (en) 2003-10-09 2005-04-14 Turner Arthur Monroe Scanning device with improved magnetic drive
US7295726B1 (en) 2003-12-02 2007-11-13 Adriatic Research Institute Gimbal-less micro-electro-mechanical-system tip-tilt and tip-tilt-piston actuators and a method for forming the same
US20050280879A1 (en) * 2004-02-09 2005-12-22 Gibson Gregory T Method and apparatus for scanning a beam of light
KR101091129B1 (ko) 2004-02-09 2011-12-09 세이코 엡슨 가부시키가이샤 레이저 프린터에 사용되는 ｍｅｍｓ 스캐너
US7442918B2 (en) 2004-05-14 2008-10-28 Microvision, Inc. MEMS device having simplified drive
CN100367070C (zh) 2004-08-24 2008-02-06 先进纽微系统公司 具有分散铰链和多个支撑附件的微机电系统扫描镜
US7184202B2 (en) 2004-09-27 2007-02-27 Idc, Llc Method and system for packaging a MEMS device
CN1755495A (zh) 2004-09-27 2006-04-05 Idc公司 制造mems系统的预结构的方法
IL165212A (en) 2004-11-15 2012-05-31 Elbit Systems Electro Optics Elop Ltd Device for scanning light
EP1760514A1 (en) 2005-09-05 2007-03-07 DATALOGIC S.p.A. Scanning device for an optical code reader
US8018579B1 (en) 2005-10-21 2011-09-13 Apple Inc. Three-dimensional imaging and display system
US7781310B2 (en) 2007-08-07 2010-08-24 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor die singulation method
US8094352B2 (en) 2008-05-13 2012-01-10 Texas Instruments Incorporated Mirror assembly with recessed mirror
KR101279441B1 (ko) 2008-08-21 2013-07-05 삼성전자주식회사 멤스 미러, 미러 스캐너, 광주사 유닛 및 광주사 유닛을 채용한 화상형성장치
WO2010036807A1 (en) 2008-09-24 2010-04-01 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Arrays of ultrathin silicon solar microcells
WO2010139050A1 (en) 2009-06-01 2010-12-09 Tiansheng Zhou Mems micromirror and micromirror array
EP2333603A1 (en) 2009-12-08 2011-06-15 Alcatel Lucent An optical beam scanner
US20110188054A1 (en) 2010-02-02 2011-08-04 Primesense Ltd Integrated photonics module for optical projection
US8330804B2 (en) 2010-05-12 2012-12-11 Microsoft Corporation Scanned-beam depth mapping to 2D image
US8456724B2 (en) * 2010-06-17 2013-06-04 Touch Micro-System Technology Corp. Biaxial scanning mirror for image forming apparatus
US8654152B2 (en) 2010-06-21 2014-02-18 Microsoft Corporation Compartmentalizing focus area within field of view
WO2012020380A1 (en) 2010-08-11 2012-02-16 Primesense Ltd. Scanning projectors and image capture modules for 3d mapping
US20120236379A1 (en) 2010-08-23 2012-09-20 Lighttime, Llc Ladar using mems scanning
US8982440B2 (en) 2011-05-12 2015-03-17 Calient Technologies, Inc. Microelectromechanical system with balanced center of mass
WO2013121366A1 (en) 2012-02-15 2013-08-22 Primesense Ltd. Scanning depth engine
US9329080B2 (en) 2012-02-15 2016-05-03 Aplle Inc. Modular optics for scanning engine having beam combining optics with a prism intercepted by both beam axis and collection axis
US9335220B2 (en) 2012-03-22 2016-05-10 Apple Inc. Calibration of time-of-flight measurement using stray reflections
AU2013237061B2 (en) 2012-03-22 2015-11-26 Apple Inc. Gimbaled scanning mirror array
KR101653117B1 (ko) * 2012-07-26 2016-08-31 애플 인크. 이중 축 주사 미러
WO2014064606A1 (en) 2012-10-23 2014-05-01 Primesense Ltd. Production of micro-mechanical devices
EP2972557A4 (en) 2013-03-14 2016-11-02 Raviv Erlich MEMS HINGES WITH BETTER ROTATION
WO2014141115A2 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Primesense Ltd. Depth scanning with multiple emitters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110228367A1 (en) 2008-06-02 2011-09-22 Maradin Technologies Ltd. Gimbaled scanning micro-mirror apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014016794A1 (en) 2014-01-30
KR20150036755A (ko) 2015-04-07
US10247827B2 (en) 2019-04-02
US20180292537A1 (en) 2018-10-11
AU2015100178B4 (en) 2015-07-09
CN104520750A (zh) 2015-04-15
DE112013003679T5 (de) 2015-04-30
CN104520750B (zh) 2018-02-23
US10018723B2 (en) 2018-07-10
AU2013294616A1 (en) 2015-02-26
AU2015100178A4 (en) 2015-03-12
US20150260847A1 (en) 2015-09-17
IL236674B (en) 2018-05-31
IL236674A0 (en) 2015-02-26
DE112013003679B4 (de) 2023-05-04
AU2013294616B2 (en) 2016-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101653117B1 (ko) 이중 축 주사 미러
JP5913726B2 (ja) ジンバル式走査ミラーアレイ
EP2817586B1 (en) Scanning depth engine
CN104884993B (zh) 光扫描装置和投影仪
CN111433630A (zh) 用于在两个维度上扫描激光雷达系统的方法和设备
US9715107B2 (en) Coupling schemes for gimbaled scanning mirror arrays
CN106415361B (zh) 用于装有万向接头的扫描镜阵列的耦接方案
KR102014783B1 (ko) 스캐닝 마이크로 미러
Aoyagi et al. A raster-output 2D MEMS scanner with an 8× 4 mm mirror for an automotive time-of-flight image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190729

Year of fee payment: 4