KR101907467B1 - 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러 및 온도 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는, 광원으로부터 출사된 빔을 1차원(선) 또는 2차원(면)의 소정의 영역에 주사(scan)하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 구동각을 측정하는 센서의 온도 변화에 따른 구동각(또는 회전각)의 측정 오차를 감소시키기 위한 온도 보상 기능을 가지는 스캐닝 마이크로미러 및 그 온도 보상방법을 제공한다.
이를 위하여, 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판, 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블, 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하고, 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판 또는 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부 및 상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

Description

센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러 및 온도 보상 방법{scanning micromirror including Temperature compensating function of sensor and compensating method thereof}

본 명세서는 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러 및 온도 보상 방법에 관한 것이다.

광 소자 기술의 발전과 더불어 각종 정보의 입출력단 및 정보 전달의 매개체로 광을 사용하는 다양한 기술들이 대두되고 있다. 이러한 기술들로는 바코드 스캐너 또는 기초적인 수준의 스캐닝 레이저 디스플레이 등과 같이 광원에서 나오는 빔을 주사하여 사용하는 기술이 있다.

특히, 최근에는 높은 공간 분해능(High Spatial Resolution)의 빔 스캐닝을 이용한 시스템이 개발되고 있으며, 이러한 시스템으로는 레이저 스캐닝을 이용한 고해상도의 원색 재현력이 뛰어난 투사 방식 디스플레이 시스템이나 HMD(Head Mounted Display), 레이저 프린터 등이 있다.

이러한 빔 스캐닝 기술은 적용 사례에 따라 다양한 주사 속도(scanning speed)와 주사 범위(scanning range), 즉 각변위(angular displacement, tilting angle)를 가지는 스캐닝 마이크로미러가 요구되는데, 기존의 빔 스캐닝은 갈바닉 미러(galvanic mirror)나 회전형 폴리곤 미러(rotating polygon mirror) 등 구동되는 미러의 반사면과 입사광이 이루는 입사 각도를 조절하여 구현된다.

위와 같은 빔 스캐닝을 구현하는 스캐닝 마이크로미러는 특허공개번호 10-2007-0121082의 "스캐닝 마이크로미러"에 개시된 바 있다.

스캐닝 마이크로미러를 구동시킴에 있어서, 상기 스캐닝 마이크로미러의 구동각(scanning angle) 정보를 얻기 위해 압저항 센서(piezoresistive sensor)를 이용하여 상기 미러의 회전각을 측정할 수 있다. 그러나, 상기 압저항 센서는 상기 스캐닝 마이크로미러의 주변 온도 변화에 민감하기 때문에, 상기 미러의 각변위를 보다 정교하게 제어하지 못하는 문제점이 있을 수 있다.

본 명세서는 광원으로부터 출사된 빔을 1차원(선) 또는 2차원(면)의 소정의 영역에 주사(scan)하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 구동각을 측정하는 센서의 온도 변화에 따른 구동각(또는 회전각)의 측정 오차를 감소시키기 위한 온도 보상 기능을 가지는 스캐닝 마이크로미러 및 그 온도 보상방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판; 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블; 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판 또는 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부; 및 상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서부는, 상기 탄성체의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(piezoresistor)일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서부는, 상기 탄성체의 표면 또는 내부에 위치하는 것일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서부는, 상기 제 1 탄성체의 양단 중 상기 김블 쪽 단부에 구비되고, 상기 제 2 탄성체의 양단 중 상기 지지부 쪽 단부에 구비되는 것 일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부를 더 포함하고, 상기 회전각 검출부는, 상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전각을 검출하는 것일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 회전각 검출부는, 상기 센서부의 주변 온도를 측정하는 온도 센서부를 포함하는 것일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서부는, 다수의 압저항체를 포함하며, 상기 다수의 압저항체는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 회전각 검출부는, 상기 다수의 압저항체 중 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전량에 따라 저항값의 변화가 서로 다른 두 개 이상의 압저항체를 선택하고, 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부의 주변 온도를 검출하는 것일 수 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판; 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블; 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태로 구성된 다수의 압저항체를 포함하는 센서부; 및 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드(node)에 소정의 전류을 인가하고, 나머지 두 노드 사이의 출력 전압을 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서부는, 상기 출력 전압을 증폭시키는 증폭부를 더 포함하고, 상기 증폭부의 이득은

이되, R₀는 기준 온도에서의 저항값, R은 온도 T에서의 저항값, α는 R의 온도계수 및 β는 ΔR/R의 온도계수일 수 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판; 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블; 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태로 구성된 다수의 압저항체 및 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드에 직렬로 연결된 온도 보상용 저항을 포함하는 센서부; 및 상기 휘트스톤 브리지 및 상기 온도 보상용 저항의 직렬 회로 양단에 소정의 전압을 인가하고, 상기 휘트스톤 브리지의 나머지 두 노드 사이의 출력 전압을 근거로 상기 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 스캐닝 마이크로미러는,

제 3 탄성체를 회전축으로 구동되는 미러판; 상기 미러판의 주위에 구비되고, 상기 미러판과 서로 역위상으로 구동되는 내측 김블; 상기 내측 김블의 주위에 구비되고, 제 4 탄성체를 통해 상기 내측 김블을 지지하는 외측 김블; 및 제 5 탄성체를 통해 상기 외측 김블을 지지하는 지지부를 포함하되, 상기 외측 김블은 상기 제 5 탄성체를 회전축으로 구동되는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 상기 제 3 탄성체, 상기 제 4 탄성체 및 상기 제 5 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 외측 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부; 및 상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부를 더 포함하고, 상기 회전각 검출부는, 상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 검출하는 것일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 회전각 검출부는, 상기 센서부의 주변 온도를 측정하는 온도 센서부를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 센서부는, 다수의 압저항체를 포함하며, 상기 다수의 압저항체는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 회전각 검출부는, 상기 다수의 압저항체 중 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전량에 따라 저항값의 변화가 서로 다른 두 개 이상의 압저항체를 선택하고, 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부의 주변 온도를 검출하는 것일 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 광원으로부터 출사된 빔을 1차원(선) 또는 2차원(면)의 소정의 영역에 주사(scan)하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서, 구동각을 측정하는 센서의 온도 변화에 따른 구동각(또는 회전각)의 측정 오차를 감소시키기 위한 온도 보상 기능을 가지는 스캐닝 마이크로미러 및 그 온도 보상방법을 제공한다.

특히, 본 명세서에 개시된 스캐닝 마이크로미러에 따르면, 상기 스캐닝 마이크로의 미러판 또는 김블의 구동각을 측정함에 있어서, 상기 구동각을 측정하는 센서의 온도 변화에 따른 구동각(또는 회전각)의 측정 오차를 온도 보상 기능을 통해 감소시킴으로써 상기 스캐닝 마이크로미러의 구동각을 보다 정확하게 제어할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예들에 따른 스캐닝 마이크로미러의 사시도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.
도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.
도 4는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.
도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부가 구성하는 휘트스톤 브리지의 개념도이다.
도 6a은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 사시도이다.
도 6b 내지 도 6e는 본 명세서의 일 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 개념도 및 평면도이다.
도 6f는 본 명세서의 일 실시예에 따라, 상기 강화틀을 포함하는 미러판을 도시하는 평면도이다.
도 7 내지 도 10은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 구동을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 명세서에 개시된 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 12는 상기 센서부 압저항체에 온도에 따른 저항값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 센서 온도 보상의 원리를 나타내는 예시도이다.
도 14은 본 명세서에 개시된 변형된 제 3 실시예에 따른 센서 온도 보상의 원리를 나타내는 예시도이다.
도 15는 본 명세서에 개시된 제 4 실시예에 따른 센서 온도 보상의 원리를 나타내는 예시도이다.

본 명세서에 개시된 기술은 스캐닝 마이크로미러의 구동에 있어서, 온도 변화에 따른 미러판 또는 김블의 구동각(또는 회전각)의 측정 오차를 온도보상을 통하여 감소시키는 기술에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 기술은 소정의 전류를 인가하여 입력광을 반사시키는 마이크로미러를 가동시킴으로써 반사광의 경로를 변조하는 광 스캐닝 소자(optical scanning device)에서 구동 각(scanning angle) 정보를 얻기 위해 이용하는 압저항 센서(piezoresistive sensor)의 온도 보상(Temperature compensate) 방법에 관한 것이다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 스캐닝 마이크로미러는 광원으로부터 출사된 빔을 1차원(선) 또는 2차원(면)의 소정의 영역에 주사(scan)하여 화상 등의 정보를 결상하거나 위치, 화상 등의 데이터를 읽어 들이는 레이저 프린터, 공초점 현미경(confocal microscope), 바코드 스캐너, 스캐닝 디스플레이 및 각종 센서 등에 적용 가능하다. 또한 스캐닝 외에도 반사광의 경로를 임의로 조절하는 광 스위치(optical switch) 소자 등에도 적용이 가능하다.

그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 광 스캐닝 소자, 장치 및 광 스캐닝 방법등 모든 응용분야에 적용될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

본 명세서의 실시예들에 따른 스캐닝 마이크로의 구조에 대한 설명

도 1은 본 명세서의 일 실시예들에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)는 빛을 반사시키는 미러판(11), 상기 미러판(11)의 주위에 구비되어, 제 1 탄성체(12)를 통해 상기 미러판(11)을 지지하는 김블(gimbal)(13), 제 2 탄성체(14)를 통해 상기 김블(13)을 지지하는 지지부(15), 상기 김블(13) 및 미러판(11) 중 적어도 하나에 구비되어 전류가 흐르는 권선(미도시), 상기 권선 주변에 자기장을 형성하는 자성체(미도시), 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전하고, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전하도록 구동시키는 제어부(미도시), 및 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14)에 구비되어, 상기 미러판 및 김블의 회전각을 측정하는 센서부(미도시)를 포함한다.

상기 미러판(11)은 광원으로부터 발산되는 빛을 반사시킨다. 상기 미러판(11)은 상기 미러판(11)의 주위에 구비되는 김블(13)에 의해 지지된다. 즉, 상기 김블(13)은 상기 미러판의 주위에 구비되어, 제 1 탄성체(12)를 통해 상기 미러판(11)과 연결되며, 상기 제 1 탄성체(12)를 통해 상기 미러판(11)을 지지한다.

그 결과, 상기 김블(13)은 상기 미러판(11)이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 비틀리는 경우, 즉 회전하는 경우 상기 미러판(11)의 회전을 지지해줄 수 있다.

실시예에 따라, 상기 미러판(11) 및 김블(13)은 원형, 타원형, 사각형 또는 다각형의 다양한 형태로 구성될 수 있다.

상기 지지부(15)는 제 2 탄성체(14)를 통해 상기 김블(13)을 지지한다. 즉, 상기 지지부(15)는 상기 제 2 탄성체(14)에 의해 상기 김블(13)의 외측과 연결되며, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 비틀리는 경우, 즉 회전하는 경우 상기 김블(13)의 회전을 지지해줄 수 있다.

상기 권선(미도시)은 상기 김블(13) 및 미러판(11) 중 적어도 하나에 구비되어 전류가 흘려진다.

예를 들어, 도 1을 참조하면, 상기 권선은 일측 지지부(15a)로부터 일측 제 2 탄성체(14a)를 거쳐, 상기 김블(13)의 상부에 구비되고, 타측 제 2 탄성체(14b)를 거쳐, 타측 지지부(15b)에 이르기까지 분포할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 권선은 제 1 탄성체(12) 및 미러판(11)에도 구비될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 권선의 하부에는 절연층이 형성되어 권선이 형성된 김블(13), 미러판(11), 제 1 탄성체(12), 제 2 탄성체(14)와 전기적으로 절연될 수 있다.

상기 자성체(미도시)는 상기 권선 주변에 자기장을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 자성체는 도 1에 도시된 스캐닝 마이크로미러(10)의 하부에 구비되어, 상기 스캐닝 마이크로미러(10) 전체에 걸쳐 자기장을 형성시킬 수 있다.

상기 제어부(미도시)는 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(11)이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전하고, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전하도록 구동시킬 수 있다.

즉, 상기 제어부는 상기 권선에 흐르는 전류의 주파수, 방향, 크기 등을 제어하여, 상기 미러판(11) 및 김블(13)이 제 1, 2 탄성체를 축으로 회전하도록 구동시킨다.

상기 미러판(11) 또는 김블(13)은 상기 미러판, 김블에 구비된 권선을 통해 흐르는 전류와 상기 자성체가 형성하는 자기장의 상호 작용을 외력으로 작용받아 제 1, 2 탄성체를 축으로 회전할 수 있다.

예를 들어, 상기 김블(13)에 형성된 권선에 소정 주파수의 전류가 흐르는 경우, 상기 전류는 자기장과 상호작용하여 전자기력을 발생하고, 상기 김블(13)은 발생된 전자기력을 구동력으로 하여 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전할 수 있다.

반대로, 상기 미러판(11)에 형성된 권선에 소정 주파수의 전류가 흐르면, 상기 전류는 자기장과 상호작용하여 전자기력을 발생하고, 상기 김블(13)은 발생된 전자기력을 구동력으로 하여 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전할 수 있다.

상기 센서부(미도시)는 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14) 중 적어도 하나에 구비되어 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 측정할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부는 상기 제 1, 2 탄성체의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(piezoresistor)일 수 있다.

도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시예에 따른 센서부(16)는 탄성체(14a)의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(161), 상기 압저항체(161)의 양단에 구비된 오믹 접합부(ohmic contact node)(162), 상기 오믹 컨택 노드(162)에 연결된 도선(163)을 포함할 수 있다.

상기 탄성체는 도 1의 제 1 탄성체(12) 또는 제 2 탄성체(14)일 수 있다. 즉, 상기 탄성체는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)에 연결되어 회전 운동을 지지하는 축일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 탄성체(14a)는 실리콘으로 형성될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 센서부(16)는 상기 탄성체의 표면 또는 그 내부에 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 센서부(16)는 상기 탄성체의 상면에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 상기 탄성체의 측면 또는 하면에 형성될 수도 있다.

상기 센서부(16)는 상기 탄성체(14a)의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(161)를 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)가 실리콘으로 형성되고, 상기 실리콘이 n-type 실리콘인 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 실리콘의 결정방향 중 (110)에 평행하게 배열될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압저항체(161)는 우측 상단에 표시된 실리콘 결정 방향 중 (110)과 평행하게 배열될 수 있다.

이는 실리콘의 비틀림 또는 토션(torsion)에 따른 압저항계수가 최대가 되는 방향으로 상기 압저항체(161)가 배열되도록 하기 위함이다. 이를 위해, 상기 탄성체를 구성하는 실리콘이 n-type인 경우, 상기 압저항체(161)는 결정방향 (110)에 평행하게 배열되며, 따라서, 상기 탄성체(14a)가 중심축(141)을 축으로 비틀리는 경우, 저항값의 변화가 최대가 되도록 한다.

도 2와 같이, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)의 중심축 상에 구비될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 상기 탄성체(14a)의 일면 어느 지점에도 구비될 수 있다.

상기 탄성체(14a)가 p-type 실리콘으로 구성된 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)에 n-type 불순물을 도핑하여 형성할 수 있고, 이 경우, 상기 불순물은 포스포러스(phosphorus), 아세닉(arsenic), 안티몬(antimony) 등일 수 있다.

반대로, 상기 탄성체(14a)가 n-type 실리콘으로 구성된 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)에 p-type 불순물을 도핑하여 형성할 수 있고, 상기 불순물은 보론(boron)일 수 있다.

상기 불순물을 도핑하는 방법으로는 이온 주입(ion implantation)이나 확산(diffusion)을 사용할 수 있다.

상기 압저항체(161)의 저항값 변화를 용이하게 검출하기 위해 압저항체(161)의 저항부분이 다른 부분의 저항에 비해 크도록 구성한다. 예를 들면, 상기 도선(163)의 길이를 줄이고, 폭을 크게 하여 직렬연결된 도선의 저항을 줄이고, 상대적으로 상기 압저항체(161)의 저항은 크게 구성할 수 있다.

실리콘 기판의 박피에 형성된 압저항체(161)는 응력이 작용하면 저항값이 변하고, 저항값의 변화 정도를 나타내는 저항 감도 관계식은 다음과 같다.

여기서, σ_l, σ_t는 각각 전류 방향에 평행한 응력 성분 및 수직한 응력 성분을 나타내고, π_l, π_t는 각각 전류 방향에 평행한 압저항 계수 및 수직한 압저항 계수를 나타낸다.

상기 수학식 1에 의하면, 저항 감도를 최대화하기 위해서는 σ_l, σ_t 및 π_l, π_t를 크게 하여야 한다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)의 회전축과 45°각도를 형성하는 경우, π_l, π_t가 최대가 되어 저항 감도가 최대화될 수 있다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)의 장축 중앙점에 위치하는 경우, σ_l, σ_t 가 최대가 되어 저항 감도가 최대화될 수 있다.

하지만, 상기 탄성체(14a)가 장축 중앙점에 위치하는 경우, 상기 도선(53)의 길이가 길어져 도선(53)의 저항값이 커지므로, 압저항체(161)의 저항 감도와 도선(53)의 저항값의 트레이드-오프(trade-off)가 필요하다.

상기 압저항체(161)가 상기 탄성체(14a)의 장축 중앙점에 위치하는 경우, 토크 T에 대한 회전각과 최대 전단 응력 τ_max는 다음과 같다.

여기서, L은 탄성체(14a)의 장축 방향 길이, a는 탄성체(14a)의 단면의 장축 길이, b는 탄성체(14a)의 단면의 단축 길이, G는 실리콘의 전단 응력 계수, c1, c2는 a,b에 대한 함수이다. 즉, 최대 전단 응력 τ_max는 구동각에 비례하고, 저항 감도는 다음과 같이 구동각에 비례한다.

상기 수학식 4에 의하면, π_l-π_t가 최대인 경우 압저항체(161)의 저항감도는 최대가 됨을 알 수 있다.

상기 압저항 계수는 실리콘 결정 방향에 의존하며, 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)가 n-type 실리콘으로 구성되는 경우, 상기 압저항체(164)는 실리콘의 결정방향 중 (110)에 평행하게 배열될 수 있다.

반대로, 본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)를 구성하는 실리콘이 p-type인 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 실리콘의 결정방향 중 (100)에 평행하게 배열될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 압저항체(161)가 실리콘 결정 방향에 따라 배열되는 경우, π_l, π_t는 서로 다른 부호를 가지며, π_l-π_t가 최대가 될 수 있다.

상기 π_l-π_t는 도핑 농도 및 온도의 함수이며, 도핑 농도가 10¹⁸cm³이하인 경우 상온에서 온도가 1℃ 증가하면 π_l, π_t는 0.25% 씩 감소한다.

n-type 불순물에 대해서는 상온에서 π_l = -102.2*10^-11Pa^-1, π_t= 53.4*10

^-11Pa^{- 1} 이며, p-type 불순물에 대해서는 상온에서 π^l = 72*10^-11Pa^-1, π_t= -66*10^-11Pa^-1 이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탄성체(14a)가 p-type 실리콘으로 구성되는 경우, 상기 압저항체(161)는 (110)방향에 평행하게 정렬되고, 상기 탄성체(14a)는 (110) 방향으로 정렬될 수 있다.

이 경우, (110) 방향은 KOH 에칭 시 마스크 방향과 일치하므로 상기 탄성체(14a) 제조 시 KOH 에칭 공정을 함께 적용할 수 있는 장점이 있다.

그 외에도, 상기 탄성체(14a)가 p-type 실리콘으로 구성되는 경우, 압저항 계수의 차인 π_l-π_t가 n-type 실리콘으로 구성되는 경우보다 더 크므로 저항 감도 측면에서도 상기 탄성체(14a)를 p-type 실리콘으로 구성하고, 압저항체를 n-type 불순물로 구성하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄성체(14a)가 n-type 실리콘으로 구성되는 경우, 상기 압저항체(164)는 실리콘의 결정방향 중 (110)에 평행하게 배열될 수 있다.

우측 상단을 향하여 배열된 도 2의 압저항체(161)와 달리, 도 3의 압저항체(164)는 좌측 상단을 향하여 배열되지만, 이들 두 압저항체(161,164)는 모두 결정방향 (110)에 평행하게 배열되는 점에서 공통된다.

본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 탄성체(14a)를 구성하는 실리콘이 p-type인 경우, 상기 압저항체(161)는 상기 실리콘의 결정방향 중 (100)에 평행하게 배열될 수 있다.

이 역시, p-type 실리콘으로 구성된 탄성체(14a)가 중심축(141)을 축으로 비틀리는 경우, 실리콘의 압저항계수가 최대가 되는 방향으로 상기 압저항체(161)가 배열되도록 하기 위함이다.

이를 위해, n-type 실리콘과 달리 p-type 실리콘으로 구성된 탄성체에 센서부(16)를 형성하는 경우, 상기 압저항체(161)는 실리콘 결정방향 (100)에 평행하도록 배열할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 압저항체(161)는 상기 탄성체(14a)가 비틀리는 중심축(141) 간의 사이각이 45°가 되도록 배열될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 압저항체는 상기 탄성체(14a)의 중심축(141) 과의 사이각이 45°가 되도록 배열될 수 있다.

상기 압저항체(161)는 도선(163)을 통해 전류를 공급받을 수 있다. 실시예에 따라, 상기 제어부(미도시)는 상기 도선(163)을 통해 일정 전류를 상기 압저항체(161)에 공급하고, 상기 압저항체(161)의 양단의 전위 차를 측정하여 상기 압저항체(161)의 저항값 변화를 파악할 수 있다.

상기 파악된 저항값의 변화를 이용하여, 상기 탄성체(14a)의 비틀림 정도, 즉 비틀림 각을 계산할 수 있으며, 상기 비틀림각을 통해 상기 김블(13) 또는 미러판(11)의 회전각을 얻을 수 있다.

실시예에 따라, 상기 압저항체(161)와 상기 도선(163) 사이에는 오믹 접촉부(162)를 구비하여 접촉 저항값을 줄일 수 있다.

도 4는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부의 확대도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(17)는 네 개의 압저항체(171,172,173,174)를 포함하며, 상기 네 개의 압저항체(171,172,173,174)는 휘트스톤 브리지를 구성할 수 있다.

즉, 상기 네 개의 압저항체(171,172,173,174) 각각은 마름모의 각 변을 구성하도록 배열될 수 있다.

이하, 상기 네 개의 압저항체(171,172,173,174)를 R1(171), R2(172), R3(173), R4(174)로 기재하기로 한다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부(16)를 구성하는 휘트스톤 브리지, 즉 R1(171), R2(172), R3(173), R4(174)로 구성된 마름모의 일 대각선은 상기 탄성체(14a)의 중심축(141)과 중첩되도록 구비될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 휘트스톤 브리지의 노드 N1(175)과 노드 N2(177)를 잇는 대각선은 상기 탄성체의 중심축(141)과 중첩되도록 배열될 수 있다. 그 결과, 상기 휘트스톤 브리지는 상기 탄성체의 중심축 상에 배열될 수 있다.

상기 휘트스톤 브리지의 각 노드에는 도선(179)이 연결된다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(미도시)는 상기 탄성체의 중심축(141) 상에 위치한 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드(175, 177), 즉 노드 N1 및 N3에 소정의 전압을 인가하고, 나머지 두 노드(178, 176) 간의 전위차를 측정하여 상기 탄성체의 비틀림 정도를 측정할 수 있다.

구체적으로, 상기 탄성체(14a)가 비틀리지 않은 상태에서 상기 센서부(16)를 구성하는 휘트스톤 브리지는 대각선 저항의 곱이 동일하도록 구성된다. 즉, R1·R3=R2·R4가 되도록 구성한다.

그리고, 상기 휘트스톤 브리지의 노드 N1(175)와 N2(177) 간에 소정의 전압 Vdd를 인가한다. 이 경우, 상기 휘트스톤 브리지의 다른 노드 N2(176)와 N4(178) 간의 전위차는 0이 된다.

그리고 나서, 상기 탄성체(14a)가 중심축(141)을 축으로 소정 각도 비틀린 경우, 상기 휘트스톤 브리지를 구성하는 압저항체(171,172,173,174)의 저항값은 비틀림 정도에 따라 변하게 된다. 이 경우, 상기 휘트스톤 브리지의 노드 N2(176)와 N4(178) 간의 전위차는 더 이상 0이 되지 않고, 소정의 전위 값을 가질 수 있다.

상기 제어부(미도시)는 상기 노드 N2(176)와 N4(178) 간의 전위 값을 측정하고, 상기 측정된 전위 값의 크기에 따라 상기 탄성체(14a)의 비틀림 정도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정된 전위 값이 클수록, 상기 탄성체(14a)의 비틀림 정도, 즉 비틀림각은 클 수 있다.

또한, 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각은 상기 탄성체(14a)의 비틀림각이 커질수록 회전각도 커지므로, 상기 측정된 비틀림각을 이용하여 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 얻을 수 있다.

도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부가 구성하는 휘트스톤 브리지의 개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 센서부(17)는 네 개의 압저항체 R1(171), R2(172), R3(173), R4(174)로 구성된 휘트스톤 브리지를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 탄성체(14a)가 비틀리기 전, 휘트스톤 브리지의 두 대각선 저항의 곱은 서로 동일하도록 구성할수 있다. (즉, R1·R3=R2·R4)

그리고, 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드 N1과 N3 사이에 소정 전압 Vdd를 인가하고, 나머지 두 노드 N4와 N2 사이의 전위 값 Vout을 측정한다.

상기 탄성체(14a)가 비틀리기 전 두 노드 N4와 N2 사이의 전위 값은 0이 되도록 한다.

이 경우, R1 내지 R4의 저항 변화에 따른 Vout은 다음과 같다.

여기서, 압저항체 R1 내지 R4가 동일한 저항값인 R을 가진다고 하면,

이 되며, 다음과 같은 관계식이 성립될 수 있다.

상기 탄성체(14a)가 비틀리면, 상기 휘트스톤 브리지를 구성하는 네 개의 압저항체의 저항값은 변화하고, 그 결과, 노드 N4와 N2 사이의 전위 값은 더 이상 0으로 측정되지 않는다.

상기 제어부(미도시)는 상기 측정된 전위값을 이용하여 상기 탄성체(14a)의 비틀림각을 계산하고, 상기 계산된 비틀림각을 이용하여 상기 탄성체를 축으로 한 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 얻을 수 있다.

따라서, 본 명세서의 일 실시예에 따르면, Vout의 크기가 클수록 상기 압저항체의 저항값의 변화는 크므로, 그 결과 상기 탄성체(14a)의 회전각이 커지는 것으로 결정할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압저항체를 배치하는 경우, 저항 감도 뿐 아니라, 스프링의 축 방향(axial) 벤딩이 발생하는 경우에도 비틀림을 제외한 다른 변형의 영향은 소거가 되고, 오직 중심축(141)에 대한 비틀림만을 검출하는 장점이 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 센서부는 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체의 단부에 구비될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 센서부는 상기 제 1 탄성체의 양단 중 상기 김블(13) 쪽 단부에 구비되고, 상기 제 2 탄성체의 양단 중 상기 지지부(15) 쪽 단부에 구비될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 센서부가 상기 제 1 탄성체(12)에 구비되는 경우, 상기 제 1 탄성체(12)의 양단부 중 상기 김블(13) 쪽 단부(22)에 배치될 수 있다. 또한, 상기 센서부가 상기 제 2 탄성체(14)에 구비되는 경우, 상기 제 2 탄성체(14)의 양단부 중 상기 지지부(15) 쪽 단부(21)에 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 센서부(16)의 압저항체(161)에 연결되는 도선(163)의 길이가 짧아져, 상기 도선(163)의 저항이 감소하고, 따라서 상기 압저항체(161)의 저항값의 변화가 보다 분명하게 측정될 수 있다.

다시 말해, 상기 압저항체(161)의 저항값의 변화는 매우 작으므로, 상기 압저항체(161)에 직렬로 연결된 도선의 저항이 클수록 상기 저항값의 변화는 검출하기 어려울 수 있다.

따라서, 상기 센서부(16)를 상기 제 1 탄성체(12)의 양단부 중 상기 김블(13) 쪽 단부(22)에 배치하고, 상기 제 2 탄성체(14)의 양단부 중 상기 지지부(15) 쪽 단부(21)에 배치하면, 도선의 길이는 짧아져 압저항체(161)의 저항값의 변화를 보다 분명하게 측정할 수 있다.

도 6a은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 사시도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 빛을 반사시키는 미러판(51), 상기 미러판(51)의 주위에 구비되어, 제 3 탄성체(52)를 통해 상기 미러판(51)을 지지하는 내측 김블(53), 상기 내측 김블(53)의 주위에 구비되어, 제 4 탄성체(54)를 통해 상기 내측 김블(53)을 지지하는 외측 김블(55), 제 5 탄성체(56)를 통해 상기 외측 김블(55)을 지지하는 지지부(57), 상기 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)에 구비되어 전류가 흐르는 권선(미도시), 상기 권선 주변에 자기장을 형성하는 자성체(미도시), 및 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(51) 및 내측 김블(53)이 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 서로 역위상으로 회전하고, 상기 외측 김블(55)이 상기 제 5 탄성체를 축으로 회전하도록 구동시키는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 본 명세서의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)와 달리, 도 6에 도시된 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 김블을 적어도 둘 이상 구비할 수 있다.

도 6a을 참조하면, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)을 구비하며, 상기 내측 김블(53)은 상기 제 3 탄성체(52)를 통해 상기 미러판(51)을 지지하고, 상기 외측 김블(55)은 제 4 탄성체(54)를 통해 상기 내측 김블(53)을 지지할 수 있다. 상기 외측 김블(55)은 제 5 탄성체(56)를 통해 상기 지지부(57)에 의해 지지될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제 3 탄성체(52) 및 제 4 탄성체(54)는 일직선 상에 위치하고, 상기 제 5 탄성체(56)는 상기 제 3 탄성체(52) 및 제 4 탄성체(54)와 수직을 이루도록 배치될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제 3 탄성체(56) 및 제 4 탄성체(54)의 탄성 계수는 서로 다를 수 있다. 즉, 상기 미러판(51)과 내측 김블(53)을 연결하는 탄성체와 내측 김블(53)과 외측 김블(55)을 연결하는 탄성체의 탄성계수는 서로 다를 수 있다.

실시예에 따라, 상기 탄성체는 외팔보(cantilever), 비틀림보(torsion beam) 및 meander 중 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다.

상기 미러판(51) 균일한 두께의 평판 구조물일 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 국부적으로 두께가 다른 구조일수도 있다.

상기 미러판(51)의 일측은 금속, 유전체, 및 금속과 유전체의 적층으로 구성된 반사면이 형성된다.

상기 미러판(51)은 상기 미러판(51)을 둘러싸며 다수의 지점에서 상기 미러판(51)을 지지하여, 상기 미러판(51)의 동적 변형을 억제하는 강화틀을 더 포함할 수 있다.

도 6f는 본 명세서의 일 실시예에 따라, 상기 강화틀을 포함하는 미러판을 도시하는 평면도이다.

도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 강화틀(511)은 상기 미러판(51)의 주변을 둘러싸며 다수의 지점, 예컨대 네 개의 지점에서 상기 미러판(51)을 지지하여 미러판(51)의 동적 변형을 억제할 수 있다.

상기 권선은 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)에 구비되어 전류가 흐른다. 즉, 상기 권선은 지지부(57)에서 시작하여, 제 5 탄성체(56)를 거쳐, 외측 김블(55) 및 내측 김블(53)의 일면에 형성되고, 반대쪽 제 5 탄성체(56)를 거쳐 반대쪽 지지부(57)에 이르기까지 형성될 수 있다.

도 6b 내지 도 6e는 본 명세서의 일 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 개념도 및 평면도이다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(10)는 방사상으로 자기장을 형성하는 자성체(61), 상기 자기장과 상호작용하여 제 1 축을 회전축으로 외측 김블(55)을 회전시키도록 전류를 흘리는 제 1 권선(62) 및 제 2 축을 회전축으로 내측 김블(53)을 회전시키도록 전류를 흘리는 제 2 권선(63)을 포함할 수 있다.

도 6b에는 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)이 도시되지 않지만, 상기 제 1 권선(62)은 외측 김블(55)에 제한되지 않고, 외측 김블(55) 및 내측 김블(53) 중 어느 하나의 김블에 형성될 수 있으며, 상기 제 2 권선(63)은 상기 제 1 권선(62)이 형성된 김블과 다른 김블에 형성될 수 있다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 권선(62)은 상기 일측 지지부(57)에서 시작하여, 상기 제 5 탄성체(56)를 거쳐 두 개의 권선으로 분기되어 상기 외측 김블(55) 상에서 두 개의 반원을 그리도록 형성되어, 다시 제 5 탄성체(56)에 연결되는 지점에서 하나의 권선으로 합쳐져 타측 지지부(57)에서 종료될 수 있다.

또한, 상기 제 2 권선(63)은 상기 제 4 탄성체(54)의 일측에서 시작되어, 두 개의 권선으로 분기되어 상기 내측 김블(53) 상에서 두 개의 반원을 그리도록 형성되어, 다시 제 4 탄성체(54)에 연결되는 지점에서 하나의 권선으로 합쳐져 제 4 탄성체(54)에서 종료되도록 형성될 수 있다.

상기 제 1 권선(62) 및 제 2 권선(63)에 각각 2I의 전류를 인가하는 경우, 상기 외측 김블(55) 및 내측 김블(53) 상의 상기 제 1 권선(62) 및 제 2 권선(63)은 I의 전류가 흐르며, 상기 권선을 통해 흐르는 전류 I는 상기 자성체(61)가 형성하는 방사상의 자기장과 상호작용을 통해 상기 권선에 작용하는 전자기력을 생성할 수 있다.

그 결과, 상기 외측 김블(55) 및 내측 김블(53)은 상기 생성된 전자기력을 토크 T1 및 T2로 작용받아 각각 제 1 축 및 제 2축을 회전축으로 하여 회전운동을 할 수 있다.

도 6c는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 예시도이다.

두 개의 권선으로 구성된 도 6b와 달리 도 6c의 권선은 하나의 권선인 제 3 권선(64)으로 구성된다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 권선(64)은 상기 지지부(57)의 일측에서 시작되어, 제 5 탄성체(56)를 거쳐, 외측 김블(55) 상에서 사분원을 형성한다. 그리고 나서, 제 4 탄성체(54)를 거쳐, 내측 김블(53)과 연결되는 지점에서 두 개의 권선으로 분기되어 상기 내측 김블(53) 상에서 두 개의 반원을 형성하고, 다시 상기 제 4 탄성체(54)와 연결되는 지점에서 하나의 권선으로 합쳐진다. 그리고 나서, 제 4 탄성체(54)를 지나 상기 외측 김블(55) 상에서 다른 사분원을 형성하고, 제 5 탄성체(56)를 거쳐 지지부(57)의 타측에서 종료될 수 있다.

도 6d는 도 6c의 제 3 권선(64)이 형성된 스캐닝 마이크로미러의 평면도이다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(57)의 일측에 전류 2I를 인가하는 경우, 상기 외측 김블(55) 상에 형성된 사분원에는 전류 2I가 흐르고, 제 4 탄성체(54)를 거쳐 두 개의 권선으로 분기되므로, 상기 내측 김블(53)에 형성된 각 권선에는 전류 I가 흐르게 된다.

상기 외측 김블(55)의 제 2 사분면에는 2I의 전류가 시계방향으로 흐르고, 상기 내측 김블(53)의 제 2 사분면에는 I의 전류가 반시계방향으로 흐르므로, 그 결과 상기 스캐닝 마이크로미러(10)의 제 2사분면은 I의 전류가 시계방향으로 흐르는 것과 동일한 전자기력을 받는다.

마찬가지로, 상기 내측 김블(53)의 제 4 사분면에는 I의 전류가 시계방향으로 흐르고, 상기 외측 김블(55)의 제 4 사분면에는 2I의 전류가 반시계방향으로 흐르므로, 그 결과 상기 스캐닝 마이크로미러(10)의 제 4 사분면은 I의 전류가 반시계방향으로 흐르는 것과 동일한 전자기력을 받는다.

도 6b와 같이 두 개의 권선을 구비한 스캐닝 마이크로미러는 각각의 권선에 인가되는 구동 전류를 제어하여 2축 구동을 구현할 수 있으며, 도 6c 및 도 6d와 같이 하나의 권선을 구비한 스캐닝 마이크로미러는 구동 전류의 주파수를 다르게 인가함으로써 2축 구동을 구현할 수 있다.

도 6e는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 권선의 배치를 도시하는 평면도이다.

하나의 권선이 두 개의 권선으로 분기되어 다시 하나로 합쳐진 도 6d의 권선과 달리 도 6e의 권선은 제 4 권선(65) 및 제 5 권선(66)으로 구성된다.

도 6e에 도시된 바와 같이, 제 4 권선(65) 및 제 5 권선(66)은 지지부(57)의 일측에서 시작되어, 제 5 탄성체(56)를 거쳐, 외측 김블(55) 상에서 사분원을 형성한다. 그리고 나서, 제 4 탄성체(54)를 거쳐, 상기 제 4 권선(65)은 내측 김블(53) 상의 하나의 반원을 형성하고, 상기 제 5 권선(66)은 내측 김블(53) 상의 다른 하나의 반원을 형성한다.

상기 제 4 및 5 권선(65,66)은 다시 제 4 탄성체(54)를 거쳐 외측 김블(55) 상에서 다른 사분원을 형성하고, 제 5 탄성체(56)를 거쳐 지지부(57)의 타측에서 종료된다.

도 6e과 같은 권선을 구비한 스캐닝 마이크로미러는 구동 전류의 주파수를 다르게 인가함으로써 2축 구동을 구현할 수 있다.

도 6b 내지 도 6e에 도시된 권선은 하나 또는 둘 이상의 금속층으로 형성될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 권선은 Ti, Cr, Cu, Au, Ag, Ni, Al 등의 금속 또는 ITO(Indume Tin Oxide), 도전성 폴리머 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

상기 제어부는 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(51) 및 내측 김블(53)이 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 서로 역위상으로 회전하도록 구동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 자성체(61)는 상기 권선의 주변에 방사상의 자기장을 형성하여 상기 권선에 구동 전류가 흐르는 경우, 상기 권선에 전자기력을 발생시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 자성체(61)는 소정의 단면 형태를 가지는 기둥형 영구 자석일 수 있다.

바람직하게, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 자성체(61)는 소정의 단면 형태를 가지는 기둥형의 내부 자석(611), 상기 내부 자석(611)을 둘러싼 도넛 형태의 외부 자석(612) 및 상기 내부 자석(611) 및 상기 외부 자석(612)을 지지하는 지지대(613)을 포함할 수 있다.

상기 내부 자석 및 외부자석의 단면은 원, 타원 또는 다각형일 수 있다.

상기 지지대(613)는 투자율이 높은 철, 페라이트와 같은 강자성체로 구성될 수 있다.

상기 내부 자석(611)과 외부 자석(612)는 동일한 두께를 가질 수 있으며, 상기 지지대(613)의 직경은 상기 외부 자석(612)의 직경과 일치할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 방사상으로 형성되는 자기장의 세기를 극대화시키기 위해, 상기 내부 자석(611)과 외부 자석(612)는 각각 반대 방향으로 자화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 각각의 권선에 전류 I가 흐르는 경우, 상기 권선은 자기장과 상호작용하여 수직 방향의 로렌츠 힘을 작용받으며, 이로 인해 다음과 같은 토크 T가 작용한다.

여기서, r₁은 권선의 반지름, μ는 공기의 투자율, H_r은 방사상 자기장의 세기이다.

도 7 내지 도 10은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)의 구동을 나타내는 예시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)의 외측 김블(55)은 상기 제 5 탄성체(56)를 축으로 회전하도록 구동될 수 있다.

즉, 상기 제어부는 상기 외측 김블(55)에 형성된 권선에 전류를 흘려주어, 상기 권선에 흐르는 전류와 주변의 자기장의 상호 작용으로 발생한 전자기력을 외력으로 하여, 상기 외측 김블(55)이 상기 제 5 탄성체(56)를 축으로 회전하도록 구동시킬 수 있다.

그 결과, 상기 스캐닝 마이크로미러(50)의 미러판(51)은 상기 제 3, 4 탄성체를 축으로 한 1축 구동과 상기 제 5 탄성체를 축으로 한 2축 구동이 가능해진다. 또한, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 상기 미러판(51)을 직접 회전시키지 않고, 주변에 위치한 내측 김블(53)을 회전시켜 상기 미러판(51)을 공진 구동시킴으로써, 상기 미러판(51)의 회전각을 증가시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 스캐닝 마이크로미러는 제 3 탄성체(52)를 축으로 상기 미러판(51) 및 내측 김블(53)을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(미도시)는 권선(미도시)에 흐르는 전류의 주파수, 크기, 방향 등을 제어하여, 상기 미러판(51)과 내측 김블(53)이 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 서로 역위상으로 회전하도록 구동시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 미러판(51)은 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 시계 반대 방향으로 회전하고, 상기 내측 김블(53)은 상기 제 3 탄성체(52)를 축으로 시계 방향으로 회전하도록 구동될 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 권선은 미러판(51)에는 형성되지 않고, 오직 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)에만 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제어부는 상기 미러판(51)을 회전시키기 위해 상기 미러판(51)을 직접 구동시키지 않고, 상기 제 3 탄성체(52)를 통해 연결된 상기 내측 김블(53)을 회전시킴으로써 상기 미러판(51)을 회전시킬 수 있다.

즉, 상기 제어부는 상기 내측 김블(53) 상에 형성된 권선에 전류를 흘려 상기 내측 김블(53)이 회전하도록 구동시킨다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 내측 김블(53)의 구동 주파수가 상기 미러판(51)의 공진 주파수와 일치하도록 전류를 제어할 수 있다.

그 결과, 상기 미러판(51)은 상기 내측 김블(53)의 회전 방향과 역방향으로 회전하며, 다시 말해 역위상으로 구동하며, 상기 미러판(51)의 회전각은 미러판(51)을 직접 회전시키는 경우보다 증폭될 수 있다.

실시예에 따라, 도 9와 같이, 상기 스캐닝 마이크로미러(10)는 제 3 탄성체(52)를 축으로 동일한 방향으로 상기 미러판(51) 및 상기 내측 김블(53)을 회전시킬 수도 있다.

또한, 도 10과 같이, 상기 스캐닝 마이크로미러(10)는 제 3 탄성체(52)를 축으로 상기 미러판(51) 및 상기 외측 김블(55)을 동일한 방향으로 회전시키고, 상기 내측 김블(53)을 반대 방향으로 회전시킬 수도 있다.

도 6에 도시된 본 명세서의 다른 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러(50)는 상술한 센서부를 더 포함하여, 상기 미러판(51), 내측 김블(53) 및 외측 김블(55)의 회전각을 측정할 수 있다.

본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 스캐닝 마이크로미러(10)가 소정 개수의 행과 소정 개수의 열로 구성되어 M×N 의 스캐닝 마이크로미러 어레이를 구성할 수 있다.

상기 스캐닝 마이크로미러 어레이는 투사 방식 디스플레이 시스템이나 HMD(Head Mounted Display), 레이저 프린터와 같은 광 스캐닝 장치에 사용될 수 있다.

본 명세서의 실시예들에 따른 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마 이크로미러의 구성에 대한 설명

본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러는 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판, 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블, 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하는 스캐닝 마이크로미러일 수 있다.

또한, 상기 스캐닝 마이크로미러는 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판 또는 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부 및 상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르면, 상기 센서부는 상기 탄성체의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(piezoresistor)일 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르면, 상기 센서부는 상기 탄성체의 표면 또는 내부에 위치하는 것일 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르면, 상기 센서부는 상기 제 1 탄성체의 양단 중 상기 김블 쪽 단부에 구비되고, 상기 제 2 탄성체의 양단 중 상기 지지부 쪽 단부에 구비되는 것일 수 있다.

도 11은 본 명세서에 개시된 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 11을 참조하면, 본 명세서에 개시된 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러(10)는 스캐닝부(210), 제어부(220), 센서부(230) 및 회전각 검출부(240)을 포함할 수 있다.

도 11에 도시된 스캐닝 마이크로미러의 구성요소들은 기능을 중심으로 구분된 것이며, 또한, 도 11에 도시된 상기 스캐닝 마이크로미러의 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니며, 도 11에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 상기 스캐닝 마이크로미러가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 상기 스캐닝 마이크로미러가 구현될 수도 있다는 사실은 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.

또한, 도 11에 도시된 구성요소의 전부 또는 일부 기능이 다른 구성요소의 전부 또는 일부 기능과 합쳐진 새로운 구성요소들로 상기 스캐닝 마이크로미러가 구성될 수 있다. 따라서, 상기 구성요소들의 명칭으로 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

상기 스캐닝부(210)는 광원으로부터 출사된 빔을 1차원(선) 또는 2차원(면)의 소정의 영역에 주사(scan)하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 스캐닝부(210)는 상술한 구성요소인 미러판(11), 김블(13), 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 스캐닝부(210)는 제 1 탄성체(12)를 회전축으로 하여 구동되는 미러판(11), 상기 미러판(11)의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체(14)를 회전축으로 하여 구동되는 김블(13), 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14), 상기 김블(13) 및 미러판에(11)에 결합되고, 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선(미도시) 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함할 수 있다.

또한, 상기 스캐닝부(210)는 제 2 탄성체(14)를 통해 상기 김블(13)을 지지하는 지지부(15)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(220)는 상기 스캐닝부(210)의 구성요소들을 제어하여 상기 스캐닝부(210)가 광원으로부터 출사된 빔을 소정의 영역에 올바르게 주사할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.

이를 위해, 상기 제어부(220)는, 상기 권선에 흐르는 전류를 제어하여, 상기 미러판(11)이 상기 제 1 탄성체(12)를 축으로 회전하고, 상기 김블(13)이 상기 제 2 탄성체(14)를 축으로 회전하도록 구동시킬 수 있다.

상기 센서부(230)는 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14) 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전량에 비례하는 측정값을 생성할 수 있다.

또한, 상기 센서부(230)는 상기 탄성체의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(piezoresistor)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 센서부(230)는 상기 탄성체의 표면 또는 내부에 위치할 수 있다.

또한, 상기 센서부(230)는 상기 제 1 탄성체(12)의 양단 중 상기 김블(13) 쪽 단부에 구비되고, 상기 제 2 탄성체(14)의 양단 중 상기 지지부(15) 쪽 단부에 구비되는 것일 수 있다.

상기 회전각 검출부(240)는, 상기 측정값 및 상기 센서부(230)의 주변 온도를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 검출할 수 있다.

상기 회전각 검출부(240)이 상기 센서부(230)의 주변 온도를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 검출하기 때문에, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 센서부(23)의 주변 온도의 변화에 대한 온도 보상을 통해 보다 정확한 회전각을 검출하는 역할을 할 수 있다.

상기 센서부(230) 및 상기 회전각 검출부(240)의 기능은 하나의 구성요소를 통하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 회전각 검출부(240)의 역할을 상기 센서부(230)이 함께 수행할 수 있다.

제 1 실시예

본 명세서에 개시된 제 1 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체(12)를 회전축으로 하여 구동되는 미러판(11), 상기 미러판(11)의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체(14)를 회전축으로 하여 구동되는 김블(13), 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14), 상기 김블(13) 및 미러판(11)에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석(또는 자성체)을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14) 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부(230) 및 상기 측정값 및 상기 센서부(230)의 주변 온도를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 검출하는 회전각 검출부(240)를 포함할 수 있다.

또한, 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부(미도시)를 더 포함하고, 상기 회전각 검출부(240)는, 상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부(230)의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 검출하는 것일 수 있다.

구체적으로 상기 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러에 대해 상술하면, 상기 센서부(230)는 기계적인 응력에 따라 저항값이 변하는 압저항체를 포함할 수 있다.

상기 압저항체는 상기 제 1 탄성체(12) 및 상기 제 2 탄성체(14)에 구비되며, 상기 탄성체들(12, 14)이 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)이 회전함에 따라 비틀리는 경우, 상기 압저항체의 저항값도 이에 따라 변화할 수 있다.

이 경우, 상기 압저항체의 저항값의 변화에 따라 상기 센서부(230)의 측정값이 변할 수 있고, 상기 센서부(230)는 상기 측정값의 변화를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전에 비례하는 측정값을 생성할 수 있다.

제 1 실시예에 따르면, 상기 센서부(230)는 다수의 압저항체를 포함하며, 상기 다수의 압저항체는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것일 수 있다.

같은 공정과 같은 형태로 만들어진 휘스톤 브리지 형태의 저항 센서는 각 저항의 온도에 따른 변화는 상쇄되지만 센서 출력 감도인 압저항체의 저항 변화율은 보상하지 못할 수 있다. 상기 저항 변화율은 온도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 알려져 있다. R과 ΔR/R 의 온도 변화는 도핑 농도(doping concentration)에 따라 달라지나 10^-19 수준의 도핑 농도에서 온도 1도 변화에 따라 R은 약 0.1% 증가하고 ΔR/R은 약 0.2% 감소할 수 있다.

이러한 온도 의존성은 도핑 농도에 따라 크게 달라지므로 센서 제작 공정 조건에 따라 실측을 하여 적용할 수 있다.

마이크로미러 소자에서 온도 변화를 일으키는 열원은 구동 권선(또는 코일)의 발열, 광원에 의한 열과 주변 온도가 있다. 주변 온도의 경우 소자의 전 범위에 걸쳐 동일한 온도를 형성하나 두 가지 열원에 의한 온도 변화는 마이크로미러의 구조에 따라 각 센서 위치에서의 온도 변화는 다를 수 있다.

온도 등의 여러 가지 요인에 의해 마이크로미러의 구동 각이 변화하는 경우가 발생하고 구동 각을 일정하게 유지시키기 위해서는 정확한 센서 신호의 온도 보상이 필요할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로 미러는, 상기 측정값 및 상기 센서부(230)의 주변 온도를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 검출하는 회전각 검출부(240)를 포함할 수 있다.

또한, 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부(미도시)를 더 포함하고, 상기 회전각 검출부(240)는, 상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부(230)의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 검출하는 것일 수 있다.

상기 회전각 검출부(240)는, 상기 센서부(230)의 측정값 및 상기 센서부(230)의 주변 온도를 근거로 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 검출하기 때문에, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 센서부(230)의 온도 변화에 따른 온도 보상 기능을 할 수 있다.

제 1 실시예에 따르면, 상기 센서부(230)의 주변 온도를 측정하기 위해, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 센서부(230)의 주변 온도를 측정하는 온도 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 메모리부에 저장된 룩-업 테이블은 아래 표와 같이 구성될 수 있다.

	70℃	80℃	90℃	100℃	110℃
10°	5V	4.5V	4V	3.5V	3V
20°	6V	5V	4V	3V	2V
30°	7V	6.5V	5V	4.5V	4V
40°	8V	6.7V	6V	5.2V	4.2V

상기 표 1에 따르면, 상기 온도 센서부에 의해 측정된 온도가 80 ℃이고, 상기 센서부(230)에 의해 생성된 측정값이 5V인 경우, 상기 회전각은 20°로 검출될 수 있다. 상기 표에 기재된 값은 예시적인 것이면, 상기 값에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되지 않는다.

이렇게 함으로써, 제 1 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 센서의 온도 변화를 보상하여 정확한 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 예측할 수 있다.

제 2 실시예

본 명세서에 개시된 제 2 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 2 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체(12)를 회전축으로 하여 구동되는 미러판(11), 상기 미러판(11)의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체(14)를 회전축으로 하여 구동되는 김블(13), 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14), 상기 김블(13) 및 미러판(11)에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석(또는 자성체)을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 상기 제 1 탄성체(12) 및 제 2 탄성체(14) 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부(230) 및 상기 측정값 및 상기 센서부(230)의 주변 온도를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 검출하는 회전각 검출부(240)를 포함할 수 있다.

또한, 제 2 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부(미도시)를 더 포함하고, 상기 회전각 검출부(240)는, 상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부(230)의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전각을 검출하는 것일 수 있다.

구체적으로 상기 제 2 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러에 대해 상술하면, 상기 센서부(230)는 기계적인 응력에 따라 저항값이 변하는 압저항체를 포함할 수 있다.

상기 압저항체는 상기 제 1 탄성체(12) 및 상기 제 2 탄성체(14)에 구비되며, 상기 탄성체들(12, 14)이 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)이 회전함에 따라 비틀리는 경우, 상기 압저항체의 저항값도 이에 따라 변화할 수 있다.

이 경우, 상기 압저항체의 저항값의 변화에 따라 상기 센서부(230)의 측정값이 변할 수 있고, 상기 센서부(230)는 상기 측정값의 변화를 근거로 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전에 비례하는 측정값을 생성할 수 있다.

제 2 실시예에 따르면, 상기 센서부(230)는 다수의 압저항체를 포함하며, 상기 다수의 압저항체는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것일 수 있다.

또한, 제 2 실시예에 따르면, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 다수의 압저항체 중 상기 미러판(11) 또는 상기 김블(13)의 회전량에 따라 저항값의 변화가 서로 다른 두 개 이상의 압저항체를 선택하고, 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부의 주변 온도를 검출할 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 휘트스톤 브리지에서 R1, R2, R3, R4의 저항값이 R로 동일한 경우, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 네 개의 압저항체 중 R1 및 R4를 선택할 수 있다. 이 경우, 상기 R1 및 R4를 합산한 저항값을 2R이 되며, 상기 탄성체들의 비틀림에 의해 상기 R1 및 R4의 저항값이 각각 R+ΔR 및 R-ΔR로 변화하더라도 상기 합산된 저항값은 2R로 유지되게 된다. 따라서, 상기 회전각의 변화에 무관하게 상기 합산된 저항값인 2R의 온도에 대한 변화만 알고 있다면, 상기 회전각 검출부(240)는 별도의 온도 센서부를 구비하지 않고 상기 센서부(230)의 주변 온도를 예측할 수 있다.

즉, 제 2 실시예에 따르면, 상기 스캐닝 마이크로미러는, 별도의 온도 센서부가 없어도 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부(230)의 주변 온도를 예측할 수 있다. 따라서, 제 2 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 경우, 생산단가 측면에서 유리할 수 있다.

상기 합산된 저항값을 근거로 상기 센서부(230)의 주변 온도를 예측하는 것은 상기 센서부(230)의 주변 온도의 변화에 따라 상기 합산된 저항값이 선형적으로 변화하는 경우 보다 효율적일 수 있다.

도 12는 상기 센서부 압저항체에 온도에 따른 저항값의 변화를 도시한 그래프이다.

도 12를 참조하면, 상기 센서부 압저항체의 저항값이 70℃이상에서 선형적으로 변함을 알 수 있다. 따라서, 상기 센서부의 주변 온도가 70℃이상인 경우 상기 센서부 온도 보상효과가 더욱 효율적일 수 있다.

제 2 실시예에 따른 룩-업 테이블은 아래의 표와 같이 구성될 수 있다.

	R=10Ω (=70℃)	R=12.5Ω (=80℃)	R=15Ω (=90℃)	R=17.5Ω (=100℃)	R=20Ω (=110℃)
10°	5V	4.5V	4V	3.5V	3V
20°	6V	5V	4V	3V	2V
30°	7V	6.5V	5V	4.5V	4V
40°	8V	6.7V	6V	5.2V	4.2V

표 2를 참조하면, 예를 들어, 상기 센서부 압저항체의 저항값 R이 12.5Ω인 경우, 상기 센서부(230)의 주변 온도가 70℃임을 미리 알 수 있다.

따라서, 상기 센서부(230)의 측정값이 5V인 경우, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 회전각이 20°임을 예측할 수 있다. 상기 표에 기재된 값은 예시적인 것이면, 상기 값에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되지 않는다.

제 3 실시예

본 명세서에 개시된 제 3 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 3 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판, 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블, 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함할 수 있다.

또한 제 3 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태로 구성된 다수의 압저항체를 포함하는 센서부 및 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드(node)에 소정의 전류을 인가하고, 나머지 두 노드 사이의 출력 전압을 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 제 3 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러에 대해 상술하면, 도 5에 도시된 상기 휘트스톤 브리지의 소정의 두 노드(N1, N3)에 인가되는 전압원인 Vdd를 전류원인 Idd로 대체하는 경우, 상기 센서부의 주변 온도에 대한 온도 보상 효과가 발생될 수 있다.

도 13은 본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 센서 온도 보상의 원리를 나타내는 예시도이다.

도 13을 참조하면, 휘트스톤 브리지의 소정의 두 노드(C1, C3)에 전류원 Idd(250)가 인가되고 있다.

도 13처럼, 상기 두 노드(C1, C3)에 전류원 Idd(250)를 인가하는 경우, 상기 센서부(230)의 측정값은 다음과 같은 수학식으로 표현될 수 있다.

제 3 실시예에 따르면, 상기 저항 R은 온도가 증가함에 따라 증가하고, ΔR/R의 경우 온도가 증가함에 따라 감소하므로, 상기 휘트스톤 브리지에 전류원을 인가함으로써 상기 센서부(230)의 주변 온도 변화에 대한 온도 보상효과가 나타날 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 센서부(230) 또는 상기 회전각 검출부(240)의 회로가 단순해 지는 장점 및 상기 스캐닝 마이크로미러 내에 별도의 집적이 필요한 온도 센서부등이 필요 없다는 장점이 있을 수 있다.

예를 들어, 대략 100도 변화에 ΔR/R의 감소가 20%이고 저항 증가가 10% 일 때 12%까지 줄일 수 있고 저항 증가가 15%이면 8%까지 센서 신호의 변화를 줄일 수 있다.

또한 예를 들어, 측정된 100도 당 변화율의 경우, ΔR/R은 15% 감소하고 R은 15% 증가라면, 이 경우 센서 신호 크기의 변화는 2.25%까지 줄어들 수 있다. 실제 구동 각을 보상하기 위해 구동 신호를 변화시킬 경우 센서 위치에서의 온도 변화는 20도 미만일 수 있기 때문에 약 0.5% 오차를 갖고 보상이 가능할 수 있다.

변형된 제 3 실시예에 따르면, 상기 센서부는, 상기 센서부(230)의 출력 전압(또는 측정값)을 증폭시키는 증폭부를 더 포함하되, 상기 증폭부의 이득은 다음과 같은 수학식에 정해지는 것일 수 있다.

여기서, R₀는 기준 온도에서의 저항값, R은 온도 T에서의 저항값, α는 R의 온도계수 및 β는 ΔR/R의 온도계수이다.

도 14은 본 명세서에 개시된 변형된 제 3 실시예에 따른 센서 온도 보상의 원리를 나타내는 예시도이다.

도 14를 참조하면, 변형된 제 3 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는 상기 센서부(230)의 출력전압(또는 측정값)인 Vout을 입력으로 하는 증폭부(260)을 더 포함하고 있다.

구체적으로 상기 증폭부(260)의 이득에 대해 설명하면, R의 온도 계수를 α라 하면 온도에 따라 Vdd는

로 주어지고 온도 T는

가 된다.

또한, ΔR/R의 온도 계수를 β라고 하면 ΔR/R는

가 된다.

따라서, 상기 증폭부(260)의 이득을

로 설정하게 되면, 센서 온도 보상 효과가 발생할 수 있다.

변형된 제 3 실시예에 따르면, 압저항 센서의 온도 특성을 미리 측정하고 주어진 식에 의해 상기 증폭부(260)의 이득을 변화시킬 수 있다.

또한, 각 온도 특성을 하나의 변수로 관리할 수 있고 메모리 없이 간단한 연산회로를 통해 상기 온도 보상의 정확도를 올릴 수 있는 장점이 있을 수 있다.

제 4 실시예

본 명세서에 개시된 제 4 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 4 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 제 4 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판, 상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블, 상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및 상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함할 수 있다.

또한, 제 4 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태로 구성된 다수의 압저항체 및 상기 휘트스톤 브리지의 두 노드에 직렬로 연결된 온도 보상용 저항을 포함하는 센서부 및 상기 휘트스톤 브리지 및 상기 온도 보상용 저항의 직렬 회로 양단에 소정의 전압을 인가하고, 상기 휘트스톤 브리지의 나머지 두 노드 사이의 출력 전압을 근거로 상기 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 제 3 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러에 대해 상술하면, 상기 휘트스톤 브리지의 소정의 두 노드에 상기 스캐닝 마이크로미러의 동작 온도 범위 내에서 온도에 대한 변화가 상대적으로 작은 온도 보상용 저항을 직렬로 연결하는 경우, 상기 회전각 검출부(240)는 상기 센서부(230)의 주변 온도 변화에 상대적으로 둔감하게 상기 미러판(11) 또는 김블(13)의 회전각을 검출할 수 있다.

도 15는 본 명세서에 개시된 제 4 실시예에 따른 센서 온도 보상의 원리를 나타내는 예시도이다.

도 15를 참조하면, 상기 휘트스톤 브리지의 C1노드에 온도 보상용 저항 Rc를 직렬로 연결하면, 상기 휘트스톤 브리지에 실제로 인가되는 전압 Vbias는 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다.

이 경우, 온도가 증가하여 R이 상승하면, Vbias는 상승하고 상기 센서부(230)의 출력전압(또는 측정값)이 증가할 수 있다.

따라서, 제 4 실시예에 따르면, 간단한 온도 보상용 저항의 추가로 온도 보상 효과가 발생할 수 있다.

제 5 실시예

본 명세서에 개시된 제 5 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 5 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 제 5 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 제 3 탄성체를 회전축으로 구동되는 미러판, 상기 미러판의 주위에 구비되고, 상기 미러판과 서로 역위상으로 구동되는 내측 김블, 상기 내측 김블의 주위에 구비되고, 제 4 탄성체를 통해 상기 내측 김블을 지지하는 외측 김블 및 제 5 탄성체를 통해 상기 외측 김블을 지지하는 지지부를 포함하되, 상기 외측 김블은 상기 제 5 탄성체를 회전축으로 구동될 수 있다.

또한 제 5 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 상기 제 3 탄성체, 상기 제 4 탄성체 및 상기 제 5 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 외측 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부 및 상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함할 수 있다.

또한 제 5 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부를 더 포함하고, 상기 회전각 검출부는, 상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 검출하는 것일 수 있다.

또한, 상기 회전각 검출부는, 상기 센서부의 주변 온도를 측정하는 온도 센서부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서부는, 다수의 압저항체를 포함하며, 상기 다수의 압저항체는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것일 수 있다.

또한, 상기 회전각 검출부는, 상기 다수의 압저항체 중 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전량에 따라 저항값의 변화가 서로 다른 두 개 이상의 압저항체를 선택하고, 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부의 주변 온도를 검출하는 것일 수 있다.

제 5 실시예에 따른 스캐닝 마이크로미러의 센서 온도 보상 원리는 상술한 실시예들과 동일 또는 유사하다.

본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

10: 스캐닝 마이크로미러 210: 스캐닝부
220: 제어부 230: 센서부
240: 회전각 검출부

Claims (16)

1. 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판;
   상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블;
   상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및
   상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서,
   상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판 또는 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부; 및
   상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함하며,
   상기 센서부는,
   다수의 압저항체를 포함하고,
   상기 회전각 검출부는,
   상기 다수의 압저항체 중 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전량에 따라 저항값의 변화가 서로 다른 두 개 이상의 압저항체를 선택하고, 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부의 주변 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서부는,
   상기 탄성체의 비틀림에 따라 저항값이 변하는 압저항체(piezoresistor)인 스캐닝 마이크로미러.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서부는,
   상기 탄성체의 표면 또는 내부에 위치하는 것인 스캐닝 마이크로미러.
4. 제1항에 있어서, 상기 센서부는,
   상기 제 1 탄성체의 양단 중 상기 김블 쪽 단부에 구비되고, 상기 제 2 탄성체의 양단 중 지지부 쪽 단부에 구비되는 것인 스캐닝 마이크로미러.
5. 제1항에 있어서,
   상기 미러판 또는 상기 김블의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부를 더 포함하고,
   상기 회전각 검출부는,
   상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전각을 검출하는 것인 스캐닝 마이크로미러.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 센서부는,
   상기 다수의 압저항체가 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것인 스캐닝 마이크로미러.
8. 삭제
9. 제 1 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 미러판;
   상기 미러판의 주위에 구비되고, 제 2 탄성체를 회전축으로 하여 구동되는 김블;
   상기 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체, 상기 김블 및 미러판에 결합되고 전자계를 형성하여 구동력을 발생시키는 권선; 및
   상기 권선과 함께 상기 전자계를 형성하는 자석을 포함하는 스캐닝 마이크로미러에 있어서,
   상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태로 구성된 다수의 압저항체를 포함하는 센서부; 및
   상기 휘트스톤 브리지의 두 노드(node)에 소정의 전류을 인가하고, 나머지 두 노드 사이의 출력 전압을 근거로 상기 미러판 또는 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함하며,
   상기 센서부는,
   상기 출력 전압을 증폭시키는 증폭부를 더 포함하고,
   상기 증폭부의 이득은

   

   이되, R₀는 기준 온도에서의 저항값, R은 온도 T에서의 저항값, α는 R의 온도계수 및 β는 ΔR/R의 온도계수인 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 3 탄성체를 회전축으로 구동되는 미러판;
    상기 미러판의 주위에 구비되고, 상기 미러판과 서로 역위상으로 구동되는 내측 김블;
    상기 내측 김블의 주위에 구비되고, 제 4 탄성체를 통해 상기 내측 김블을 지지하는 외측 김블; 및
    제 5 탄성체를 통해 상기 외측 김블을 지지하는 지지부를 포함하되, 상기 외측 김블은 상기 제 5 탄성체를 회전축으로 구동되는 스캐닝 마이크로미러에 있어서,
    상기 제 3 탄성체, 상기 제 4 탄성체 및 상기 제 5 탄성체 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 외측 김블의 회전량에 비례하는 측정값을 생성하는 센서부; 및
    상기 측정값 및 상기 센서부의 주변 온도를 근거로 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 검출하는 회전각 검출부를 포함하며,
    상기 센서부는,
    다수의 압저항체를 포함하고,
    상기 회전각 검출부는,
    상기 다수의 압저항체 중 상기 미러판 또는 상기 김블의 회전량에 따라 저항값의 변화가 서로 다른 두 개 이상의 압저항체를 선택하고, 상기 선택된 두 개 이상의 압저항체의 저항값을 합산한 값을 근거로 상기 센서부의 주변 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
13. 제12항에 있어서,
    상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 룩-업(look-up) 테이블 형태로 저장하는 메모리부를 더 포함하고,
    상기 회전각 검출부는,
    상기 메모리부의 룩-업 테이블로부터 상기 센서부의 주변 온도 및 측정값에 해당하는 상기 미러판, 상기 내측 김블 또는 상기 외측 김블의 회전각을 검출하는 것인 스캐닝 마이크로미러.
14. 삭제
15. 제12항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 다수의 압저항체가 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 형태를 구성하는 것인 스캐닝 마이크로미러.
16. 삭제

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