KR101916939B1 - A micro scanner, and fabrication method for the micro scanner - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 마이크로 스캐너에는, 제 1 질량부; 상기 제 1 질량부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 1 구동부; 상기 제 1 구동부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 2 질량부; 상기 제 1 구동부를, 상기 제 1 질량부와 상기 제 2 질량부와 각각 연결시키도록, 일방향으로 제공되는 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링; 상기 제 2 질량부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 2 구동부; 상기 제 2 구동부의 이격되는 외부에 놓이는 고정프레임; 상기 제 2 구동부를, 상기 제 2 질량부와 상기 고정프레임와 각각 연결시키도록, 상기 일방향과는 교차하는 이방향으로 제공되는 이방향 제1스프링 및 이방향 제2스프링이 포함된다. A micro scanner according to the present invention includes: a first mass part; A first driving unit provided at an outer periphery of the first mass part at the same center as the first mass part; A second mass portion provided at an outer portion of the first driving portion apart from the first driving portion and coaxially with the first mass portion; A one-way first spring and a one-way second spring provided in one direction so as to connect the first driving portion to the first mass portion and the second mass portion, respectively; A second driving unit provided at an outer periphery of the second mass unit at the same center as the first mass unit; A stationary frame placed on an outer side of the second driving unit; And a bi-directional first spring and a bi-directional second spring provided in opposite directions crossing the one direction so as to connect the second driving portion to the second mass portion and the fixed frame, respectively.

Description

마이크로 스캐너, 및 마이크로 스캐너의 제조방법{A micro scanner, and fabrication method for the micro scanner}[0001] The present invention relates to a micro scanner, and a method of manufacturing the micro scanner,

본 발명은 마이크로 스캐너, 및 마이크로 스캐너의 제조방법에 관한 것으로서, 바람직한 일 예로서 전자기력을 이용하여 구동할 수 있는 마이크로 스캐너, 및 마이크로 스캐너의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro scanner and a method of manufacturing the micro scanner, and more particularly, to a micro scanner and a method of manufacturing the micro scanner, which can be driven using an electromagnetic force.

마이크로 스캐너는, 종래의 갈바노(galvano) 스캐너에 비해 속도, 크기, 무게, 저전력 및 낮은 제조비의 장점을 가지고 있다. 상기 마이크로 스캐너는 멤스(MEMS) 기술에 기반하여 초소형으로 제작 및 구동이 가능하다.Micro scanners have the advantages of speed, size, weight, low power and low manufacturing cost compared to conventional galvano scanners. The micro-scanner can be manufactured and operated in a very small size based on MEMS (MEMS) technology.

이를 기반으로 마이크로 스캐너는, 최근 프린터, 측정장비, 정밀가공, 헤드업(head-up) 디스플레이, 모션 트래커(motion tracker), 피코 프로젝터, 오씨티(optical coherence tomography(OCT)), 및 라이다(light detection and ranging(LiDAR)) 등에서 널리 이용되고 있다. On the basis of this, micro-scanners have recently been used in various fields such as printers, measuring equipment, precision processing, head-up displays, motion trackers, pico projectors, optical coherence tomography (OCT) light detection and ranging (LiDAR)).

상기 마이크로 스캐너는 구동 방식에 따라 전자기력, 정전력, 열, 및 압전 방식으로 구동될 수 있다. 한편, 상기 라이다 및 피코 프로젝터와 등과 같이 큰 광 구동각(optical scan angle)을 구현하기 위해서는 토크가 큰 전자기력 방식이 바람직하다. The micro scanner may be driven by electromagnetic force, electrostatic force, heat, and piezoelectric according to a driving method. On the other hand, in order to realize a large optical scan angle, such as the Rada and Pico projectors, an electromagnetic force system having a large torque is preferable.

미국특허 2010/0073748(인용문헌 1)에는, 대략 X축 및 Y축방향으로 배열되는 도선에 의해 구동되는 제 1 질량부(제 1 질량부는, 예시로 스캐너 또는 미러로서 이해될 수 있다)의 일측에 영구자석이 45도방향으로 배치된다. 이 기술에 따르면, 상기 도선에 흐르는 전류과 영구자석의 자기장에 의해서, 영구자석과 제 1 질량부의 정렬이 어렵고 크기가 커진다는 문제점이 있다. U.S. Patent No. 2010/0073748 (Cited Document 1) discloses a structure in which a first mass portion (a first mass portion can be understood as a scanner or a mirror, for example) driven by a conductor arranged substantially in the X-axis and Y- The permanent magnets are arranged in the direction of 45 degrees. According to this technique, there is a problem in that alignment between the permanent magnet and the first mass portion becomes difficult due to the current flowing in the conductor and the magnetic field of the permanent magnet, and the size becomes large.

또한, 스캔을 위한 X/Y 두 축 간에 크로스 커플링이 발생할 수 있어, 어느 한 쪽의 동작이 다른 축의 움직임에 영향을 미칠 수 있다. 상기 크로스 커플링은 두 축 간의 구동을 위한 도선이 단일의 도선에 의해서 수행되고, 자기장이 각 축에 대하여 45도 방향으로 기울어지기 때문에 발생한다. In addition, cross coupling can occur between the two axes X / Y for scanning, so that either action can affect the motion of the other axis. The cross coupling occurs because the conductors for driving between the two axes are performed by a single conductor and the magnetic field is inclined at an angle of 45 degrees with respect to each axis.

또한, 상기 인용문헌 1에 따르면 토크를 크게 할 때, 제 1 질량부가 스스로 변형하는 동적변형이 발생할 우려가 있다. 상기 동적변형은, 제 1 질량부의 회전 동작 시에 제 1 질량부의 진동 모드 형태에 따라서 제 1 질량부가 변형되는 것으로 이해할 수 있다. 이러한 일은 제 1 질량부의 구동 주파수가 클 때 더욱 커진다. 상기 동적변형이 발생할 경우 반사각이 틀어지는 문제로 인하여 레이저 빔의 스캐닝 동작이 정확하게 수행될 수 없는 문제점이 있다. Further, according to the cited document 1, when the torque is increased, there is a fear that dynamic deformation in which the first mass portion is deformed by itself may occur. It can be understood that the dynamic deformation modifies the first mass portion in accordance with the vibration mode form of the first mass portion during the rotation operation of the first mass portion. This work becomes larger when the driving frequency of the first mass portion is large. There is a problem that the scanning operation of the laser beam can not be accurately performed due to the problem that the reflection angle is distorted when the dynamic deformation occurs.

다른 종래기술(인용문헌 2)로서, OPTICS EXPRESS VOL. 24, No. 14, 페이지 15813~15821에서 소개되는, Aleum Han, Chang-Hyeon Ji etc. 저술의 'Electromagnetic biaxial vector scanner using radial magnetic field'를 예로 들 수 있다. As another prior art (cited document 2), OPTICS EXPRESS VOL. 24, No. 14, pages 15813 to 15821, Aleum Han, Chang-Hyeon Ji etc. For example, the 'electromagnetic biaxial vector scanner using a radial magnetic field' can be used.

상기 인용문헌 2에는 방사형의 자석을 기판 하측에 배치하고, X/Y 두 축에 대한 개별적인 도선을 개입하였다. 이로써, 인용문헌 1과 비교할 때, 두 축 간의 크로스 커플링을 줄이고, 부피가 줄어드는 효과를 얻도록 하였다. 또한, 어느 일 축(안쪽 회전축)에 대해서는 멀티턴이 제공되어 작은 전류에 의해서도 큰 토크가 발생하도록 하였다. 그러나, 어느 일축에 대해서만 큰 토크를 얻을 수 있는 문제점이 있다. In the cited document 2, a radial magnet was placed on the lower side of the substrate, and individual conductors for the X / Y axes were intervened. As a result, compared with Reference 1, cross coupling between the two axes is reduced and the effect of reducing the volume is obtained. In addition, a multi-turn is provided for one axis (inner rotation axis) so that a large torque is generated even by a small current. However, there is a problem that a large torque can be obtained for only one uniaxial axis.

미국특허 2010/0073748의 도 3 및 관련설명Figure 3 and related discussion of U. S. Patent 2010/0073748

OPTICS EXPRESS VOL. 24, No. 14, 페이지 15813~15821에서 소개되는, Aleum Han, Chang-Hyeon Ji etc. 저술의 'Electromagnetic biaxial vector scanner using radial magnetic field'의 도 6OPTICS EXPRESS VOL. 24, No. 14, pages 15813 to 15821, Aleum Han, Chang-Hyeon Ji etc. 6B of the " Electromagnetic biaxial vector scanner using radial magnetic field "

본 발명은 두 축 모두에 대하여 개별적으로 큰 스캔각을 제공하는 마이크로 스캐너, 및 마이크로 스캐너의 제조방법을 제안한다. The present invention proposes a micro scanner, and a method of manufacturing a micro scanner, that individually provide a large scan angle for both axes.

본 발명에 따른 마이크로 스캐너에는, 일 면에 반사층을 가지는 제 1 질량부; 상기 제 1 질량부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 1 구동부; 상기 제 1 구동부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 2 질량부; 상기 제 1 구동부를, 상기 제 1 질량부와 상기 제 2 질량부와 각각 연결시키도록, 일방향으로 제공되는 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링; 상기 제 2 질량부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 2 구동부; 상기 제 2 구동부의 이격되는 외부에 놓이는 고정프레임; 상기 제 2 구동부를, 상기 제 2 질량부와 상기 고정프레임와 각각 연결시키도록, 상기 일방향과는 교차하는 이방향으로 제공되는 이방향 제1스프링 및 이방향 제2스프링; 상기 제 1 구동부에 제공되고 외부로부터 공급되는 전류가 흐르는 제 1 전선; 상기 제 2 구동부에 제공되고 외부로부터 공급되는 전류가 흐르는 제 2 전선; 및 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부의 하측에 소정 간격 이격되어 놓이는 자기장 발생부가 포함된다. A micro scanner according to the present invention includes: a first mass part having a reflective layer on one surface; A first driving unit provided at an outer periphery of the first mass part at the same center as the first mass part; A second mass portion provided at an outer portion of the first driving portion apart from the first driving portion and coaxially with the first mass portion; A one-way first spring and a one-way second spring provided in one direction so as to connect the first driving portion to the first mass portion and the second mass portion, respectively; A second driving unit provided at an outer periphery of the second mass unit at the same center as the first mass unit; A stationary frame placed on an outer side of the second driving unit; A bi-directional first spring and a bi-directional second spring provided in opposite directions crossing the one direction so as to connect the second driving portion with the second mass portion and the fixed frame, respectively; A first electric wire provided to the first driving unit and through which a current supplied from the outside flows; A second electric wire provided to the second driving unit and through which a current supplied from the outside flows; And a magnetic field generating unit disposed below the first driving unit and the second driving unit and spaced apart from each other by a predetermined distance.

여기서, 상기 제 1 질량부의 상측이 반사판으로 이용될 수 있고, 제 1 질량부의 동적변형을 줄이기 위하여 제 1 질량부의 상측에 보강부가 추가되는 경우에는 제 1 질량부의 하측이 반사판으로 이용될 수 있다.Here, the upper side of the first mass portion may be used as a reflection plate, and the lower portion of the first mass portion may be used as a reflector when a reinforcing portion is added above the first mass portion to reduce the dynamic deformation of the first mass portion.

다른 측면에 따른 본 발명의 마이크로 스캐너의 제조방법에는, SOI기판의 상측 및 상기 SOI기판의 하측에 절연막을 제공하는 것; 상기 SOI기판의 상측에 패터닝된 금속층을 제공하는 것; 상기 금속층을 제외하고 상기 SOI기판의 상부를, DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 공정으로 선택적으로 제거하여, 마이크로 스캐너를 위한 기판 구조를 제공하는 것; 상기 SOI기판의 하측 일부를 에칭공정으로 제거하여 함몰면을 제공하는 것; 및 상기 함몰면에 반사층을 제공하는 것이 포함되고, 상기 금속층을 제공할 때, 전류가 흐르는 전선 및 운동하는 제 1 질량부의 동적변형을 억제하기 위하여 SOI 기판의 상측에 보강부가 함께 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a micro scanner, comprising: providing an insulating film on an upper side of an SOI substrate and a lower side of the SOI substrate; Providing a patterned metal layer over the SOI substrate; Selectively removing an upper portion of the SOI substrate except for the metal layer by a deep reactive ion etching (DRIE) process, thereby providing a substrate structure for a micro scanner; Removing a lower portion of the SOI substrate by an etching process to provide a depression; And providing a reflective layer on the depressed surface. When providing the metal layer, a reinforcing portion is provided together with the upper side of the SOI substrate to suppress the dynamic strain of the electric wire and the moving first mass portion.

또 다른 측면에 따른 본 발명의 마이크로 스캐너에는, 일 면에 반사층을 가지는 제 1 질량부; 상기 제 1 질량부의 이격되는 외부에 놓이는 제 1 구동부; 상기 제 1 구동부의 이격되는 외부에 놓이는 제 2 질량부; 상기 제 2 질량부의 이격되는 외부에 놓이는 제 2 구동부; 상기 제 2 구동부의 이격되는 외부에 놓이는 고정프레임; 상기 제 1 구동부를 상기 제 1 질량부와 상기 제 2 질량부로 연결하여, 상기 제 1 구동부의 동적증폭을 허용하는 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링; 상기 제 2 구동부를 상기 제 2 질량부와 상기 고정프레임으로 연결하여 상기 제 2 구동부의 동적증폭을 허용하는 이방향 제1스프링 및 이방향 제2스프링; 상기 제 1 구동부에 제공되고 외부로부터 공급되는 전류가 흐르는 제 1 전선; 상기 제 2 구동부에 제공되고 외부로부터 공급되는 전류가 흐르는 제 2 전선; 및 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부의 하측에 놓이는 자기장 발생부가 포함된다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a micro scanner comprising: a first mass part having a reflective layer on one surface; A first driving unit disposed on a spaced apart outer side of the first mass part; A second mass located on an outer side of the first drive; A second driving unit disposed on a spaced apart outer side of the second mass part; A stationary frame placed on an outer side of the second driving unit; A unidirectional first spring and a unidirectional second spring for connecting the first driving portion to the first mass portion and the second mass portion to allow dynamic amplification of the first driving portion; A bi-directional first spring and a bi-directional second spring connecting the second driving portion to the second mass portion and the fixed frame to allow dynamic amplification of the second driving portion; A first electric wire provided to the first driving unit and through which a current supplied from the outside flows; A second electric wire provided to the second driving unit and through which a current supplied from the outside flows; And a magnetic field generator positioned below the first driver and the second driver.

본 발명에 따르면 두 축 각각에 대하여 큰 스캔각을 얻을 수 있다는 장점이 있다. According to the present invention, a large scan angle can be obtained for each of the two axes.

본 발명에 따르면 두 축 모두가 동적증폭을 이용하여 더 큰 스캔각을 구현할 수 있다. According to the present invention, both axes can implement a larger scan angle using dynamic amplification.

본 발명에 따르면 두 축의 개별적 구동에 사용되는 금속도선의 피로파괴를 줄일 수 있다. According to the present invention, it is possible to reduce the fatigue breakage of the metal lead used for the individual drive of the two shafts.

본 발명에 따르면 두 축에 대하여 복수 턴을 구현할 수 있어서 저전력에도 큰 토크를 얻을 수 있다. According to the present invention, a plurality of turns can be implemented for two axes, so that a large torque can be obtained even at a low power.

본 발명에 따르면 V-shape 및 W-shape 스프링을 사용하여, 스캔각을 증가시키고 슬라이딩 및 요잉방향으로는 운동이 억제된다는 장점이 있다.According to the present invention, the V-shape and W-shape springs are used to increase the scan angle and to suppress motion in the sliding and yaw directions.

도 1은 마이크로 스캐너에 제공되는 기판의 평면도.
도 2는 마이크로 스캐너에 제공되는 기판의 하측에 놓이는 자석의 평면도.
도 3은 기판과 자기장 발생부의 정렬관계를 설명하는 도면.
도 4는 자기발생부의 중심에서 방사상으로 나갈 때 자속벡터(magnetic flux vector)를 보이는 도면.
도 5는 자기발생부의 중심에서 방사상으로 나갈 때 방사방향의 자속밀도를 나타내는 그래프.
도 6은 도선의 배치 및 전자기력의 발생을 설명하는 기판의 평면도.
도 7에서 도 12는 마이크로 스캐너의 제조방법을 순차적으로 보이는 도면.
도 13은 마이크로 스캐너의 평면사진.
도 14는 도 13의 A부분을 확대한 도면.
도 15는 도 14의 C부분을 확대한 도면.
도 16은 도 13의 B부분을 확대한 도면.
도 17은 도 16의 D부분을 확대한 도면.
도 18은 I-shape 스프링과 비교하였을 때, W-shape 스프링의 강점을 설명하기 위해 진동 공진 진동수를 나타내는 도면.
도 19는 I-shape 스프링과 비교하였을 때, W-shape 스프링의 강점을 설명하기 위해 회전강성을 나타내는 도면.
도 20은 I-shape 스프링과 비교하였을 때, W-shape 스프링의 강점을 설명하기 위해 회전각도를 나타내는 도면.
도 21과 도 22는 마이크로 스캐너의 수직축 및 수평축의 주파수 응답특성을 보이는 도면.
도 23과 도 24는 수직축의 정적모드 및 공진모드에서 전압(Vpp)별로 수직축의 비틀림 각을 보이는 그래프.
도 25는 수평축의 공진모드에서 전압(Vpp)별로 수평축의 비틀림 각을 보이는 그래프.
도 26과 도 27은 수평축 및 수직축 중의 한 축은 구동시키지 않고 다른 축만을 구동시키는 경우에 레이저의 반사를 수행한 결과를 보이는 도면.
도 28 내지 도 30은 수직축은 정적모드로 하고 수평축은 공진모드로 하는 래스터(raster) 스캔 모드에서 레이저를 반사시킨 사진.
도 31 및 도 32는 수직축 및 수평축을 공진모드로 하는 리사주(Lissajous) 모드에서 레이저를 반사시킨 사진.
도 33은 다른 실시예에 따른 마이크로 스캐너의 평면도.
도 34는 도 33의 E의 확대도.
도 35는 도 33의 F의 확대도.
1 is a plan view of a substrate provided in a micro-scanner;
2 is a plan view of a magnet placed on the underside of a substrate provided in the micro-scanner;
3 is a view for explaining an alignment relationship between a substrate and a magnetic field generating portion;
4 is a view showing a magnetic flux vector as it goes radially from the center of the magnetism generating portion.
5 is a graph showing the magnetic flux density in the radial direction when radially going out from the center of the magnetism generating portion.
6 is a plan view of a substrate for explaining the arrangement of a conductor and the generation of an electromagnetic force;
Figs. 7 to 12 are views sequentially showing a manufacturing method of a micro scanner. Fig.
13 is a plan view photograph of the micro scanner.
14 is an enlarged view of a portion A in Fig.
15 is an enlarged view of a portion C in Fig.
FIG. 16 is an enlarged view of a portion B in FIG. 13; FIG.
17 is an enlarged view of a portion D in Fig.
18 is a view showing vibration resonance frequencies in order to explain the strength of a W-shape spring when compared with an I-shape spring;
Fig. 19 is a view showing rotation stiffness in order to explain the strength of a W-shape spring when compared with an I-shape spring. Fig.
20 is a view showing a rotation angle in order to explain the strength of a W-shape spring when compared with an I-shape spring;
FIGS. 21 and 22 are views showing frequency response characteristics of the vertical and horizontal axes of the micro scanner. FIG.
23 and 24 are graphs showing the twist angle of the vertical axis for each voltage (Vpp) in the static mode and the resonance mode on the vertical axis.
25 is a graph showing the twist angle of the horizontal axis for each voltage (Vpp) in the resonance mode of the horizontal axis.
Figs. 26 and 27 show the result of performing laser reflection in the case of driving only one axis among the horizontal axis and the vertical axis without driving the other axis. Fig.
28 to 30 are photographs in which the laser is reflected in a raster scan mode in which the vertical axis is a static mode and the horizontal axis is a resonance mode.
31 and 32 are photographs in which the laser beam is reflected in the Lissajous mode in which the vertical axis and the horizontal axis are set to the resonance mode.
33 is a plan view of a micro scanner according to another embodiment;
34 is an enlarged view of E in Fig.
35 is an enlarged view of F in Fig. 33;

본 발명의 구성 및 그로 인한 효과는 이하의 실시예에 의해서 더 명확하게 이해할 수 있을 것이다. The constitution of the present invention and the effect thereof will be more clearly understood by the following examples.

한편, 이하에 제시되는 실시예의 설명에 있어서, 각 부품들은 서로 대칭되는 부품이 쌍으로 제공되는 경우가 많다. 이 경우에는 어느 하나의 부품을 설명하고 대칭되어 쌍을 이루는 부품은 그 설명을 생략하지만, 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. 또한, 도면에 있어서 부품의 작용을 설명하기 위하여 실제 물품과는 달리 강조되어 표시되는 경우도 있지만, 이는 이해의 편의를 위한 것으로서, 크기 및 구체적인 형상은 달라질 수 있다. On the other hand, in the following description of the embodiment, each part is often provided with a pair of parts symmetrical to each other. In this case, any one of the parts will be described and a symmetrically paired component will not be described. However, the same description applies. Also, in order to explain the operation of the parts in the drawings, the parts may be highlighted and displayed differently from the actual articles, but this is for the sake of understanding, and the size and the specific shape may be changed.

도 1은 마이크로 스캐너에 제공되는 기판의 평면도이고, 도 2는 마이크로 스캐너에 제공되는 기판의 하측에 놓이는 자석의 평면도이다. FIG. 1 is a plan view of a substrate provided on a micro scanner, and FIG. 2 is a plan view of a magnet placed on a lower side of a substrate provided on a micro scanner.

먼저, 도 1을 참조하면, 기판(1)에는 사각형상으로 예시되는 고정프레임(5)이 놓이고, 상기 고정프레임(5)의 내부에는, 제 1 질량부(10)를 구동시키는 구동부(20)(40)와, 상기 구동부로부터 가하여지는 변형력을 탄성 지지하는 다수의 스프링(60)(61)(80)(81)과, 서로 다른 X/Y 두 축의 운동이 가능하도록 상기 두 축의 각각의 구동부 사이에 짐발(gimbal)기능을 수행하는 제 2 질량부(300)가 제공된다. Referring to FIG. 1, a stationary frame 5, which is illustrated in a rectangular shape, is placed on a substrate 1. Inside the stationary frame 5, a driving part 20 for driving the first mass part 10 A plurality of springs 60, 61, 80, and 81 for elastically supporting a deforming force applied from the driving unit and a plurality of springs 60, A second mass portion 300 is provided to perform a gimbal function.

상기 구동부, 상기 스프링, 및 상기 제 2 질량부는, 상기 제 1 질량부를 중심으로 쌍을 이루거나(스프링의 경우), 상기 제 1 질량부의 무게중심과 동일한 무게중심(구동부 및 제 2 질량부의 경우)을 가지도록 한다. 이로써, 마이크로 스캐너의 구동이 원활히 일어날 수 있다. The driving unit, the spring, and the second mass unit are paired on the first mass unit (in the case of a spring) or have the same center of gravity (in the case of the driving unit and the second mass unit) . As a result, the micro scanner can be driven smoothly.

상기 구동부, 상기 스프링, 및 상기 제 2 질량부에는 전기가 통하는 도선이 제공되어, 도 2의 자석과의 작용에 의해서, 상기 제 1 질량부(10)의 움직임에 필요한 전자기력이 발생하도록 한다. Electrical conductors are provided in the driving portion, the spring and the second mass portion so that electromagnetic force necessary for movement of the first mass portion 10 is generated by the action of the magnet in Fig.

상기 구동부, 상기 스프링, 및 상기 제 2 질량부의 상세구성을 설명한다. The detailed configuration of the driving portion, the spring, and the second mass portion will be described.

상기 구동부에는, 도면을 기준으로 상기 제 1 질량부(10)의 수평방향을 중심축으로 하는 비틀림 동작(torsional movement)을 이끌어 내는 제 1 구동부(20)와, 도면을 기준으로 상기 제 1 질량부(10)의 수직방향을 중심축으로 하는 비틀림 동작을 이끌어 내는 제 2 구동부(40)가 포함된다. The driving unit includes a first driving unit 20 for generating a torsional movement with the horizontal axis of the first mass unit 10 as a center axis on the basis of the drawing, And a second driving unit 40 for generating a torsional motion with the vertical direction of the first driving unit 10 as a central axis.

상기 제 1 구동부(20)와 상기 제 1 질량부(10)와의 연결은, 상기 제 1 구동부(20)와 상기 제 1 질량부(10)를 수평방향으로 연결하는 한 쌍의 일방향 제1스프링(60)에 의해서 수행된다. 다시 말하면, 상기 제 1 질량부(10)가 가장 내측에 놓이고, 방사상으로 한 쌍의 일방향 제1스프링(60), 및 원형 틀(이해의 편의를 위하여 도넛 형상)의 형상으로 제시되는 제 1 구동부(20)가 놓이게 된다.The connection between the first driving part 20 and the first mass part 10 is achieved by a pair of unidirectional first springs (not shown) connecting the first driving part 20 and the first mass part 10 in the horizontal direction 60). In other words, the first mass portion 10 is located at the innermost position, and is radially arranged in the shape of a pair of unidirectional first springs 60 and a circular mold (donut shape for the sake of understanding) The driving unit 20 is placed.

상기 제 1 구동부(20)의 바깥쪽에는 제 2 질량부(300)가 놓인다. 상기 제 2 질량부(300)는 직접적으로 구동을 위한 힘을 제공하는 부분이 아니고, 제 1 구동부(20)와 제 2 구동부(40)를 연결하는 부분이다. 상기 제 2 질량부(300)에 의해서, 각 구동부(20)(40)로 인하여 구동 중에 발생하는 변형이, 구동부 상호 간에 미치는 영향이 줄어들도록 할 수 있고, 추후에 설명되는 동적증폭이 원활히 일어나도록 할 수 있다. And a second mass portion 300 is disposed outside the first driving portion 20. [ The second mass part 300 is not a part for directly providing a driving force but is a part for connecting the first driving part 20 and the second driving part 40. The second mass portion 300 can reduce the influence of deformation that occurs during driving due to each of the driving portions 20 and 40 between the driving portions so that the dynamic amplification described later can be smoothly performed can do.

상기 제 2 질량부(300)와 상기 제 1 구동부(20)와의 연결은, 상기 제 1 구동부(20)와 상기 제 2 질량부(300)를 수평방향으로 연결하는 한 쌍의 일방향 제2스프링(61)에 의해서 수행된다. 다시 말하면, 상기 제 1 구동부(20)가 내측에 놓이고, 방사상으로 한 쌍의 일방향 제2스프링(61), 및 원형 틀(이해의 편의를 위하여 도넛 형상)의 형상으로 제시되는 제 2 질량부(300)가 놓이게 된다.The connection between the second mass part 300 and the first driving part 20 may be realized by a pair of unidirectional second springs connecting the first driving part 20 and the second mass part 300 in the horizontal direction 61). In other words, the first driving portion 20 is located inside, is radially provided with a pair of unidirectional second springs 61, and a second mass portion, which is presented in the form of a circular frame (donut shape for the sake of understanding) (300).

상기 제 1 구동부(20)를 중심으로 살펴보면, 제 1 구동부(20)를 중심으로 할 때, 안쪽에 일방향 제1스프링(60)이 제공되고 바깥쪽에 일방향 제2스프링(61)이 제공된다. 따라서, 제 1 구동부(20)에서 발생하는 힘은 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링(60)(61)에 의해서 지지되고, 공진현상에 의해서 증폭이 되어 제 1 질량부(10)로 전달될 수 있다. 이를 위하여 상기 일방향 제1스프링과 일방향 제2스프링은 제 1 질량부(10)에서 볼 때 동일한 방향으로 연결될 수 있다. 다시 말하면, 일방향은 동일한 방향으로 지칭하는 것으로 이해할 수 있다. When the first driving unit 20 is viewed as a center, a unidirectional first spring 60 is provided on the inside and a unidirectional second spring 61 is provided on the outside of the first driving unit 20. Therefore, the force generated by the first driving unit 20 is supported by the unidirectional first spring and the unidirectional second spring 60 (61), amplified by the resonance phenomenon, and transmitted to the first mass unit 10 . For this purpose, the unidirectional first spring and the unidirectional second spring may be connected in the same direction when viewed from the first mass portion 10. In other words, it can be understood that one direction refers to the same direction.

이 작용을 제 1 질량부(10)를 중심으로 정적인 구동과정을 살펴보면, 상기 제 1 질량부(10)가 기울어지더라도, 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링(60)(61)은 그 변형각을 각각 지지할 수 있다. 그러나 발명의 동적인 구동에서는 상기 제 1 구동부(20)의 비틀림 힘이 작더라도, 상기 제 1 질량부(10)는 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링(60)(61)에 의해서 동적 증폭되어 제 1 질량부(10)의 경사각은 증폭되어 나타날 수 있다. As a result of the static operation of the first mass part 10, the unidirectional first spring 61 and the unidirectional second spring 60 (61) Respectively. However, in the dynamic driving of the present invention, even if the twisting force of the first driving part 20 is small, the first mass part 10 is dynamically amplified by the unidirectional first spring and the unidirectional second spring 60 (61) The inclination angle of the first mass portion 10 may be amplified.

상기 동적증폭에 의해서 상기 일방향 제2스프링(61)에 마련되는 도선은 작은 변형으로 비틀릴 수 있다. 즉, 상기 제 1 질량부(10)가 크게 경사지더라도, 상기 스프링(61)은 작게 비틀릴 수 있으므로 금속재질의 도선에서 발생할 수 있는 피로파괴를 억제할 수 있다. By the dynamic amplification, the conductor provided on the unidirectional second spring 61 can be twisted with a small deformation. That is, even if the first mass portion 10 is greatly inclined, the spring 61 can be slightly twisted, so that fatigue breakdown that may occur in a metal wire can be suppressed.

상기 일방향 제2스프링(61)은 "V" 자 형태로 서로 분지되어 있기 때문에, 스프링에 제공되는 두 개 도선의 단락을 애초에 막으면서도, 각 로드(611)(612)가 사이의 간격부에 의해서 서로 떨어져 있어서 비교적 작은 스프링 상수를 얻을 수 있다. Since the unidirectional second springs 61 are branched from each other in a "V" shape, the two rods provided in the spring are prevented from short-circuiting, So that a relatively small spring constant can be obtained.

상기 제 2 질량부(300)는 바깥쪽으로 상기 제 2 구동부(40)로 연결된다. The second mass part 300 is connected to the second driving part 40 outwardly.

구체적으로 상기 제 2 구동부(40)와 상기 제 2 질량부(300)와의 연결은, 상기 제 2 구동부(40)와 상기 제 2 질량부(300)를 수직방향으로 연결하는 이방향 제1스프링(80)에 의해서 수행된다. 다시 말하면, 상기 제 2 질량부(300)를 내측에 두고, 수직 방사상으로 한 쌍의 이방향 제1스프링(80)에 의해서 제 2 구동부(40)가 연결된다. More specifically, the connection between the second driving unit 40 and the second mass unit 300 may be realized by connecting the second driving unit 40 and the second mass unit 300 in the vertical direction, 80). In other words, the second driving portion 40 is connected to the second mass portion 300 by the pair of bi-directional first springs 80 in the vertical radial direction with the second mass portion 300 inside.

상기 제 2 구동부(40)의 바깥쪽에는 고정프레임(5)이 놓인다. A fixed frame 5 is placed on the outside of the second driving part 40.

상기 제 2 구동부(40)와 상기 고정프레임(5)과의 연결은, 상기 제 2 구동부(40)와 상기 고정프레임(5)을 수직방향으로 연결하는 한 쌍의 이방향 제2스프링(81)에 의해서 수행된다. 다시 말하면, 상기 제 2 구동부(40)가 내측에 놓이고, 수직 방사상으로 제공되는 한 쌍의 이방향 제2스프링(81), 및 사각 틀의 형상으로 제시되는 고정프레임(5)이 놓인다.The connection between the second driving unit 40 and the stationary frame 5 may be realized by a pair of second directional second springs 81 connecting the second driving unit 40 and the stationary frame 5 in the vertical direction, Lt; / RTI > In other words, there is a pair of bi-directional second springs 81, in which the second drive part 40 is located inside and is provided in a vertical radial direction, and a stationary frame 5 which is presented in the form of a square frame.

상기 제 2 구동부(40)를 중심으로 살펴보면, 제 2 구동부(40)를 중심으로 할 때, 이방향 제1스프링(80) 및 이방향 제2스프링(81)이 제공된다. 따라서, 제 2 구동부(40)에서 발생하는 힘은 이방향 제1스프링 및 이방향 제2스프링(60)(61)에 의해서 지지되고, 동적증폭에 의해서 증폭이 되어 제 2 질량부(300)로 전달될 수 있다. 이를 위하여 상기 이방향 제1스프링과 이방향 제2스프링은 제 1 질량부에서 볼 때 동일한 방향으로 연결될 수 있다. 다시 말하면, 이방향은 동일한 방향으로 지칭하는 것으로 이해할 수 있고, 상기 일방향과는 다른 방향으로서, 바람직하게는 상기 일방향이 수평방향일 때에, 상기 이방향은 수직방향으로 제공될 수 있다. When the second driving part 40 is viewed as a center, a bi-directional first spring 80 and a bi-directional second spring 81 are provided around the second driving part 40. Therefore, the force generated by the second driving unit 40 is supported by the bi-directional first spring and bi-directional second spring 60 (61), amplified by the dynamic amplification, and transmitted to the second mass unit 300 Lt; / RTI > For this purpose, the bi-directional first spring and the bi-directional second spring may be connected in the same direction when viewed from the first mass portion. In other words, it can be understood that the direction is referred to as the same direction, and when the direction is different from the one direction, and preferably, when the one direction is the horizontal direction, the direction may be provided in the vertical direction.

이 작용을 제 2 질량부(300)를 중심으로 정적인 구동과정을 살펴보면, 상기 제 2 질량부(300)가 경사지게 변형되더라도, 이방향 제1스프링(80) 및 이방향 제2스프링(81)은 그 경사각을 각각 지지할 수 있다. 그러나 동적인 구동에서는 상기 제 2 구동부(40)의 토크, 즉 비틀림 힘이 작더라도 이방향 제1스프링 및 이방향 제2스프링(60)(61)에 의해서 증폭되어 제 2 질량부(300)의 경사각은 동적증폭되어 나타날 수 있다. As shown in FIG. 5, when the second mass portion 300 is inclined, the bi-directional first spring 80 and the bi-directional second spring 81 move in the direction of the second mass portion 300, Can support the respective inclination angles. However, in the dynamic driving, even if the torque of the second driving part 40, that is, the torsional force is small, it is amplified by the bi-directional first spring and bi-directional second spring 60 (61) The tilt angle can be dynamically amplified.

상기 동적증폭에 의해서 상기 이방향 제2스프링(81)에 마련되는 도선은 작게 변형될 수 있다. 즉, 상기 제 2 질량부(300)가 크게 경사지더라도 스프링(81)은 작게 비틀림 변형될 수 있으므로 금속도선의 피로파괴를 억제할 수 있다. By the dynamic amplification, the conductor provided in the bi-directional second spring 81 can be deformed small. That is, even if the second mass portion 300 is largely inclined, the spring 81 can be twisted to a small extent, so that the fatigue breakage of the metal wire can be suppressed.

상기 이방향 제2스프링(81)은 "W" 자 형태로서 큰 지지력을 얻을 수도 있고, 후술하는 바와 같이 세 개 도선의 단락을 애초에 막으면서도 각 스프링 로드(811)(812)(813) 사이의 비어 있는 간격부에 의해여 비교적 작은 스프링 상수를 얻을 수 있다. The bi-directional second spring 81 may have a large " W "shape and may have a large supporting force, and may prevent shorting of three wires in the first place, A relatively small spring constant can be obtained by an empty space portion.

상기 이방향 제2스프링(81)은 "W" 자 형태이고, 상기 일방향 제2스프링(61)은 "V" 자 형태로서 서로 다르게 제공될 수 있다. 이에 따르면, 회전강성이 작아져 스캔각이 커지며, 또한 슬라이딩 방향의 강성이 커져서 원하지 않는 방향의 운동을 억제할 수 있다는 장점이 있다.The bi-directional second spring 81 is of a " W "shape and the unidirectional second spring 61 may be provided differently as a" V " According to this, there is an advantage that the rotation rigidity is reduced, the scan angle is increased, and the rigidity in the sliding direction is increased, thereby suppressing motion in an undesired direction.

도 2는 기판의 상하 쪽 어느 일측에 제공되는 자기장 발생부를 나타낸다. Fig. 2 shows a magnetic field generating part provided on one side of the upper and lower sides of the substrate.

도 2를 참조하면, 자기장 발생부(100)는 상기 구동부(20)(40)로 자기장을 공급하는 부분이다. 자기장 발생부(100)는, 도 2의 하측에 보이는 자기장 발생부(100)의 평면도를 통하여 알 수 있는 바와 같이 동심원을 가지고, 가장 내측의 제 1 자석(101), 상기 제 1 자석 바깥쪽의 제 2 자석(102), 및 제 2 자석 바깥쪽의 제 3 자석(103)이 포함된다. Referring to FIG. 2, the magnetic field generating unit 100 is a part for supplying a magnetic field to the driving units 20 and 40. The magnetic field generating section 100 has a concentric circle as seen from a plan view of the magnetic field generating section 100 shown in the lower side of FIG. 2, and has the innermost first magnet 101, The second magnet 102, and the third magnet 103 outside the second magnet.

상기 자석(101)(102)(103)의 극성은, 도 2의 하측에 보이는 자기장 발생부(100)의 측면도에서 알 수 있는 바와 같이, 서로 교번하여 제공된다. The polarities of the magnets 101, 102, and 103 are provided alternately to each other, as can be seen from the side view of the magnetic field generator 100 shown in the lower side of FIG.

도 3은 상기 기판과 상기 자기장 발생부의 정렬관계를 설명하는 도면이다. 3 is a view for explaining an alignment relationship between the substrate and the magnetic field generating portion.

도 3을 참조하면, 상기 기판(1)의 상측 또는 하측에 상기 자기장 발생부(100)가 놓이는 것으로써, 어느 쪽에 놓이더라도 마이크로 스캐너의 동작에는 무리가 없다. 다만, 설명의 편의를 위하여 상기 기판(1)의 하측에 상기 자기장 발생부(100)가 제공되는 것을 기준으로 한다. Referring to FIG. 3, the magnetic field generating unit 100 is placed on the upper side or the lower side of the substrate 1, so that the operation of the micro scanner is not affected. However, for convenience of explanation, it is assumed that the magnetic field generating unit 100 is provided below the substrate 1.

도 3에는, 세 개의 메칭지시선(2011)(2021)(2031)이 도시된다. 각각의 메칭지시선은 기판(1)과 자기장 발생부(100)가 상하로 정렬되는 지점을 포인트별로 메칭하여 보이고 있다. 상기 제 1 메칭지시선(2011)은 제 1 구동부(20) 선폭의 중심(201)과 제 1 자석(101)과 제 2 자석(102)의 사이지점(201)을 연결하고, 상기 제 1 메칭지시선(2011)이 연결하는 지점은 상하로 정렬된다. 상기 제 2 메칭지시선(2021)은 제 2 질량부(300) 선폭의 중심(202)과 제 2 자석(102) 선폭의 중심을 연결하고, 상기 제 2 메칭지시선(2021)이 연결하는 지점은 상하로 정렬된다. 상기 제 3 메칭지시선(2031)은 제 2 구동부(40) 선폭의 중심(203)과 제 2 자석(102)과 제 3 자석(103)의 사이지점(203)을 연결하고, 상기 제 3 메칭지시선(2031)이 연결하는 지점은 상하로 정렬된다. In Fig. 3, three meshing guide lines 2011 (2021) and 2031 are shown. Each of the marking leader lines is shown by point by point where the substrate 1 and the magnetic field generator 100 are vertically aligned. The first marking guide line 2011 connects the center 201 of the line width of the first driving unit 20 and the point 201 between the first magnet 101 and the second magnet 102, (2011) are aligned vertically. The second marking line 2021 connects the center 202 of the line width of the second mass part 300 and the center of the line width of the second magnet 102. The point at which the second marking line 2021 connects is vertical . The third matching leader 2031 connects the center 203 of the line width of the second driving unit 40 and the point 203 between the second magnet 102 and the third magnet 103, (2031) are vertically aligned.

상기 메칭지시선의 연결은, 상기 자기발생부(100)에서의 자기장이, 상기 구동부(20)(40)에 대해서는 최고의 유효자속을 인가하여 최대의 전자기력을 만들어 내도록 하고, 상기 제 2 질량부(300)에 대해서는 최소의 유효자속을 인가하여 최소의 전자기력을 만들어내기 위한 것이다. The coupling of the marking leaders is performed such that the magnetic field in the magnetism generating unit 100 generates the maximum electromagnetic force by applying the highest effective magnetic flux to the driving units 20 and 40, ), The minimum effective magnetic flux is applied to generate the minimum electromagnetic force.

상기 구동부(20)(40), 및 상기 제 2 질량부(300)에 발생하는 전자기력의 성질에 대하여 더 상세하게 설명한다. 이하의 전자기력 및 자기장의 설명은 공학적인 오차가 있는 것은 당연하게 이해할 수 있을 것이다. The characteristics of the electromagnetic force generated in the driving units 20 and 40 and the second mass unit 300 will be described in more detail. It should be understood that the following description of electromagnetic force and magnetic field has an engineering error.

도 4는 자기발생부의 중심에서 방사상으로 나갈 때 자속벡터(magnetic flux vector)를 보이는 도면이고, 도 5는 자기발생부의 중심에서 방사상으로 나갈 때 방사방향의 자속밀도를 그래프로 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a view showing a magnetic flux vector when radially moving from the center of the magnetism generating portion, and FIG. 5 is a graph showing a magnetic flux density in a radial direction as it goes radially from the center of the magnetism generating portion.

도 5에 도시되는 자속밀도는, 자기발생부(100)의 표면에서 450마이크로미터 상측의 데이터로서, 기판(1)이 그 위치에 놓이는 것을 가정할 수 있다. 기판과 자기발생부 사이의 간격은 제 1 질량부(10)의 회동을 허용하기 위한 간격으로 작용할 수 있다. 이하에서 자속밀도의 설명은 모두 도 5를 기준으로 설명한다. It can be assumed that the magnetic flux density shown in Fig. 5 is the data of 450 micrometers above the surface of the magnetism generating portion 100, and the substrate 1 is placed at that position. The gap between the substrate and the magnetism generating portion can act as an interval for allowing the rotation of the first mass portion 10. Hereinafter, the description of the magnetic flux density will be described with reference to FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 방사방향으로 갈수록 자속이 점진적으로 증가하여 제 1 메칭라인(201)에서는 안쪽(자기발생부의 중심방향)을 향하는 자속이 최대가 된다. 상기 제 1 메칭라인(201)과 정렬되는 제 1 구동부(20)에는 최대의 토크를 발생시킬 수 있다. 4 and 5, the magnetic flux gradually increases in the radial direction, and the magnetic flux directed toward the inside (the center direction of the magnetism generating portion) becomes the maximum in the first matching line 201. A maximum torque can be generated in the first driving unit 20 aligned with the first matching line 201. [

상기 제 1 메칭라인(201)을 통과해서 방사방향으로 가면 갈수록 방사상으로 안쪽과 바깥쪽을 향하는 자속이 상쇄되어 자속밀도가 영이 된다. 자속밀도가 영이 되는 제 2 메칭라인(202)에서는 자속밀도가 없다. 상기 제 2 메칭라인(202)과 정렬되는 제 2 질량부(300)에는 토크가 발생하지 않는다. As the magnetic flux passes through the first matching line 201 in the radial direction, the magnetic fluxes radially inward and outward are canceled, and the magnetic flux density becomes zero. In the second matching line 202 where the magnetic flux density becomes zero, there is no magnetic flux density. No torque is generated in the second mass portion 300 that is aligned with the second matching line 202.

상기 제 2 메칭라인(202)을 통과해서 방사방향으로 가면 갈수록 자속이 점진적으로 증가하여 제 3 메칭라인(203)에서는 바깥쪽(방사방향)을 향하는 자속이 최대로 된다. 상기 제 3 메칭라인(203)과 정렬되는 제 2 구동부(40)에는 최대의 토크를 발생시킬 수 있다. The magnetic flux gradually increases in the radial direction passing through the second matching line 202, and the magnetic flux directed toward the outside (radial direction) in the third matching line 203 becomes the maximum. A maximum torque can be generated in the second driving unit 40 aligned with the third matching line 203.

제 3 메칭라인을 통과한 뒤부터는 자속이 점진적으로 작아질 수 있다. After passing through the third matching line, the magnetic flux can be gradually reduced.

상기 기판(1)과 상기 자기발생부(100)의 정렬관계에 따르면, 구동부(20)(40)에서는 최대의 전자기력 및 토크가 발생하고, 제 2 질량부(300)에서는 전자기력이 발생하지 않을 수 있다. According to the alignment relationship between the substrate 1 and the magnetism generation unit 100, the maximum electromagnetic force and torque are generated in the driving units 20 and 40 and the electromagnetic force is not generated in the second mass unit 300 have.

도 6은 도선의 배치 및 전자기력의 발생을 설명하는 기판의 평면도이다. 6 is a plan view of the substrate for explaining the arrangement of the conductive wire and the generation of the electromagnetic force.

도 6을 참조하면, 제 1 구동부(20)에 전류를 공급하는 제 1 전선(70)은, 고정프레임(5)에 제공되는 단자로부터 상기 제 2 이방향 제2스프링(812)를 통하여 인입출된다. 다음에, 제 2 구동부(40)를 그대로 통과한 다음에, 이방향 제1스프링(80)을 통과하여 제 2 질량부(300)에 이른다. 이후에는 제 2 질량부(300)를 따라서 원주방향으로 90도 연장된다. 이후에, 상기 일방향 제2스프링(61)에서는, 제 1 일방향 제2스프링(611)과 제 2 일방향 제2스프링(612)로 두 갈래로 분기되어 제 1 구동부(20)를 통과한다. 그 다음에는 위의 설명과 대칭되는 방향으로 도면과 같이 고정프레임(5)까지 연장될 수 있다. 6, a first wire 70 for supplying a current to the first driving unit 20 is connected to the second frame 70 through a second forward biasing spring 812 through a terminal provided in the fixed frame 5, do. Then, after passing through the second driving portion 40 as it is, the air passes through the bi-directional first spring 80 and reaches the second mass portion 300. And then extends 90 degrees in the circumferential direction along the second mass portion 300. Thereafter, the unidirectional second spring 61 is divided into two branches by the first unidirectional second spring 611 and the second unidirectional second spring 612, and passes through the first driving part 20. And then extend to the stationary frame 5 as shown in the direction symmetrical with the above description.

상기 제 1 전선(70) 중에서, 상기 제 1 구동부(20)를 따라서 연장되는 제 1 능동도선(72)의 전류방향은, 방사상으로 대칭되지 않고, 상하로 대칭을 이룬다. 다시 말하면, 제 1 능동도선(72)의 전류방향은 도면을 기준으로 우측으로서, 서로 같은 방향으로 흐른다. 따라서, 상기 제 1 메칭라인(201)에서 방사 방향의 자기장이 인가될 때, 전류 방향이 상하로 대칭이므로, 제 1 구동부(20)는 수평축을 중심으로 비틀림 회전진동할 수 있다. 구체적으로 도면에 도시되는 자기장방향(B) 및 전류방향(I)과 그로 인한 전자기력의 방향을 참조하면 충분히 이해할 수 있을 것이다. Of the first wires 70, the current direction of the first active conductor 72 extending along the first driving part 20 is not radially symmetrical but symmetrical up and down. In other words, the current directions of the first active conductive lines 72 flow in the same direction to the right, with reference to the drawing. Accordingly, when the magnetic field in the radial direction is applied to the first matching line 201, the first driving unit 20 can vibrate and rotate in a twisted manner about the horizontal axis because the current direction is symmetrical up and down. Specifically, it can be understood by referring to the direction of the magnetic field (B) and the direction of the current (I) shown in the figure and the direction of the resulting electromagnetic force.

상기 제 1 전선(70) 중에서, 상기 제 2 질량부(300)를 따라서 연장되는 제 1 연결부(71)의 전류방향은 방사방향으로 대칭이지만, 상기 자기장발생부(100)의 자기장이 방사방향으로는 영이기 때문에 전자기력이 발생하지 않는다. The current direction of the first connection portion 71 extending along the second mass portion 300 among the first electric wires 70 is symmetrical in the radial direction but the magnetic field of the magnetic field generating portion 100 is in the radial direction The electromagnetic force is not generated.

간단히 설명하면, 상기 제 1 전선(70)에 있어서, 제 1 연결부(71)에는 전자기력이 발생하지 않아서 상기 제 2 질량부(300)에는 힘이 발생하지 않고, 제 1 능동도선(72)에는 전자기력이 발생하여 상기 제 1 구동부(20)에는 토크가 발생한다. An electromagnetic force is not generated in the first connection portion 71 so that no force is generated in the second mass portion 300 and an electromagnetic force is applied to the first active wire 72. [ And a torque is generated in the first driving unit 20. As shown in FIG.

제 2 구동부(40)에 전류를 공급하는 제 2 전선(90)은, 고정프레임(5)에 제공되는 단자로부터 분기되어 상기 이방향 제2스프링(811)(813)를 통하여 인입출된다. 다음에, 제 2 구동부(40)를 두 갈래로 나뉜 상태로 통과한다. The second wire 90 for supplying current to the second driving part 40 is branched from the terminal provided to the stationary frame 5 and is drawn in and out through the bi-directional second springs 811 and 813. Next, the second driving unit 40 is divided into two parts.

상기 제 2 전선(90) 중에서, 상기 제 2 구동부(40)를 따라서 연장되는 제 2 능동도선(91)의 전류방향은, 방사상으로 대칭되지 않고, 좌우로 대칭을 이룬다. 다시 말하면, 제 2 능동도선(91)의 전류방향은 도면을 기준으로 할 때 하측으로서, 같은 방향으로 흐른다. 따라서, 상기 제 3 메칭라인(203)에 방사 방향의 자기장이 인가될 때, 전류 방향이 좌우로 대칭이므로, 제 2 구동부(40)는 수직축을 중심으로 비틀림 회전진동할 수 있다. 구체적으로 도면에 도시되는 자기장방향(B) 및 전류방향(I), 및 그로 인한 전자기력의 방향을 참조하면 충분히 이해할 수 있을 것이다. Of the second wires 90, the current direction of the second active conductor 91 extending along the second drive part 40 is not radially symmetrical but symmetrical to the left and right. In other words, the current direction of the second active conductor 91 flows downward in the same direction with reference to the drawing. Therefore, when the radial magnetic field is applied to the third matching line 203, the current direction is symmetrical to the left and the right, so that the second driving unit 40 can vibrate and rotate with respect to the vertical axis. Specifically, it will be fully understood by referring to the magnetic field direction B and the current direction I shown in the drawing, and the direction of the resulting electromagnetic force.

위의 설명과 같이 각각의 전선(70)(90)을 따라서 흐르는 전류와 자기장 발생부(100)의 자기장에 의해서 로렌츠힘에 따른 전자기력이 발생하고, 전선이 제공되는 구동부(20)(40)가 비틀림 회전할 수 있다. The electromagnetic force corresponding to the Lorentz force is generated by the current flowing along each of the electric wires 70 and 90 and the magnetic field of the magnetic field generating part 100 as described above and the driving parts 20 and 40 Torsion can be rotated.

상기 전선에 교류전류가 흐르게 됨으로써 구동부는 진동회전할 수 있다. 각 구동부, 스프링, 제 2 질량부, 및 제 1 질량부의 진동계의 형상 및 스프링 상수에 따른 공진주파수로 상기 교류전류가 공급됨으로써, 상기 제 1 질량부(10)는 수평축 및 수직축의 각각의 공진주파수로 비틀림 회진진동할 수 있다. 이때, 상기 수평축은 고속으로 진동회전하는 고속축이 될 수 있고, 상기 수직축은 저속으로 진동회전하는 저속축이 될 수 있다. An alternating current flows through the electric wire so that the driving part can vibrate and rotate. The first mass portion 10 is supplied with the alternating current at a resonance frequency corresponding to the shape of each driving portion, the spring, the second mass portion, and the vibration system of the first mass portion and the spring constant, It can be twisted and vibrated. At this time, the horizontal axis may be a high-speed axis that vibrates and rotates at high speed, and the vertical axis may be a low-speed axis that vibrates and rotates at a low speed.

한편, 상기 제 1 질량부(10)는 원형으로 제공될 수 있고, 경우에 따라서 상기 제 1 질량부(10)가 레이저의 반사경으로 적용될 때에 레이저가 비스듬히 조사되기 위하여 타원형으로 제공될 수도 있다. On the other hand, the first mass portion 10 may be provided in a circular shape and may be provided in an elliptical shape in order to irradiate the laser obliquely when the first mass portion 10 is applied as a reflector of the laser, as the case may be.

상기 제 1 질량부(10)에는, 동적변형을 억제하기 위한 보강부(11)가 제공될 수 있다. 상기 보강부(11)의 예시로서 십자형상을 들 수 있으며, 이를 통하여 제 1 질량부(10)의 면적관성(area moment of inertia)을 크게 하여 고주파로 회동 진동시에 제 1 질량부(10)의 변형을 줄일 수 있다. 상기 보강부(11)는 직교형 십자가, 대각선 십자가, 원형, 대칭되는 사각형, 및 이들의 조합과 같은 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 상기 보강부(11)는 상기 도선이 제공될 때 함께 제공될 수 있기 때문에, 별도의 공정이 필요하지 않은 장점을 얻을 수 있다. The first mass portion 10 may be provided with a reinforcing portion 11 for suppressing dynamic deformation. As an example of the reinforcement portion 11, a cross shape can be exemplified. By increasing the area moment of inertia of the first mass portion 10, the reinforcement portion 11 is rotated at a high frequency, The deformation can be reduced. The reinforcement portion 11 may be provided in various shapes such as an orthogonal cross, a diagonal cross, a circle, a symmetrical rectangle, and combinations thereof. Since the reinforcing portion 11 can be provided together when the lead wires are provided, an advantage that a separate process is not required can be obtained.

이하에서는 실시예에 따른 마이크로 스캐너의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the micro scanner according to the embodiment will be described.

도 7에서 도 12는 마이크로 스캐너의 제조방법을 순차적으로 보이는 도면이다. FIGS. 7 to 12 are views sequentially showing the method of manufacturing the micro scanner.

먼저, 도 7에 보이는 바와 같은 기판을 준비한다. 기판은 SOI(SOI: Silicon On Insulator)기판을 사용할 수 있다. 상기 다층기판(200)은, 제 1 실리콘층(205)와 제 2 실리콘층(204)을 가지고, 하측의 하측절연막(203), 상측의 상측절연막(202), 및 절연층(201)을 가질 수 있다. 상기 절연층(201), 절연막(202)(203)은 산화실리콘(SiO2)으로 제공될 수 있다. First, a substrate as shown in FIG. 7 is prepared. The substrate may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate. The multilayer substrate 200 has a first silicon layer 205 and a second silicon layer 204 and has a lower insulating film 203 on the lower side and an upper insulating film 202 on the upper side and an insulating layer 201 . The insulating layer 201 and the insulating films 202 and 203 may be provided with silicon oxide (SiO 2).

이후에 도 8에 보이는 바와 같이, 다층기판(200)의 상면에 금속층(210)을 적층한다. 상기 금속층(210)의 적층방법은, 시드층(Cu/Ti)를 스퍼터링하여 적층하고, 포토레지스터 현상(develop)을 이용하여 패터닝 한 다음에, 전기도금으로 구리를 도금하는 것에 의해서 수행될 수 있다. Then, as shown in FIG. 8, a metal layer 210 is stacked on the upper surface of the multilayer substrate 200. The method of laminating the metal layer 210 may be performed by sputtering and laminating a seed layer (Cu / Ti), patterning using photoresist development, and then plating copper by electroplating .

상기 금속층(210)은 상기 전선(70)(90)을 제공할 뿐만 아니라, 상기 보강부(11)를 제공할 수 있다. 다시 말하면, 단일의 공정을 통해서 도선부로서 전선과 보강부를 함께 제공하므로 간단한 제작공정을 달성할 수 있다. 멤스분야에서 적용되는 미세공정은 제작공정의 수가 늘어남에 따라서 제품수율이 감소하는 문제가 있음을 감안할 때, 보강부(11) 및 전선(70)(90)을 단일의 공정으로 제공할 수 있는 것은 제품수율에 좋은 영향을 미칠 수 있다. The metal layer 210 not only provides the wires 70 and 90 but also the reinforcing part 11. In other words, since a wire and a reinforcing portion are provided together as a lead portion through a single process, a simple manufacturing process can be achieved. Considering that the microfabrication process applied in the field of MEMS has a problem in that the product yield is reduced as the number of manufacturing processes increases, the reinforcement portion 11 and the wires 70 and 90 can be provided in a single process It can have a good effect on product yield.

이후에는 도 9에 보이는 바와 같이, 알아이(RIE) 공정으로 상측절연막(202), 딥알아이이(Deep RIE)공정으로 제 1 실리콘층(205)을 선택적으로 제거하여 마이크로 스캐너에 필요한 기판 구조를 형성한다. 다시 말하면, 고정프레임, 구동부, 제 2 질량부, 및 스프링이 서로 분리되도록 할 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 9, the first silicon layer 205 is selectively removed by an upper insulating film 202 and a deep RIE process by an RIE process to form a substrate structure necessary for a micro scanner do. In other words, the fixed frame, the driving portion, the second mass portion, and the spring can be separated from each other.

이후에 도 10 및 도 11과 같이, 제 2 실리콘층(204) 및 절연층(201)을 순차적으로 제거한다. 그러면 다층기판(200)의 하부에는 함몰면(210)을 제공할 수 있다. Then, as shown in FIGS. 10 and 11, the second silicon layer 204 and the insulating layer 201 are sequentially removed. The recessed surface 210 may be provided at the lower portion of the multi-layer substrate 200.

이후에는 도 12에 보이는 바와 같이, 함몰면(210)을 포함하는 하면에 반사율이 높은 금속으로 반사층(212)을 제공한다. 상기 반사층(212)은 보호막으로 보호할 수도 있다. Thereafter, as shown in FIG. 12, the reflective layer 212 is provided with a metal having a high reflectance on the lower surface including the recessed surface 210. The reflective layer 212 may be protected by a protective layer.

상기 반사층(212)은 마이크로 스캐너의 제 1 질량부(10)에서 레이저를 반사하는 반사판이 될 수 있다. 즉, 제 1 질량부(10)가 회전진동할 때 반사판(212)으로 입사된 레이저를 다양한 각도로 반사하고, 반사된 광은 점광원인 레이저가 넓은 공간을 스캐닝하도록 할 수 있다. The reflective layer 212 may be a reflector reflecting the laser beam in the first mass portion 10 of the micro scanner. That is, when the first mass portion 10 rotates and vibrates, the laser beam incident on the reflection plate 212 is reflected at various angles, and the reflected light can be scanned by the laser beam, which is a point light source, in a wide space.

위와 같은 공정에 의해서 다층기판(200)이 마이크로 스캐너의 기판(1)이 되는 과정을 설명하였다. 도 12의 기판에서 가운데 부분은 제 1 질량부(10)가 되고 최외각은 고정프레임(5)이 될 수 있고, 내부의 각 부품은 구동부, 제 2 질량부, 및 스프링으로 제공될 수 있다. The process in which the multilayer substrate 200 becomes the substrate 1 of the micro scanner by the above process has been described. In the substrate of Fig. 12, the center portion may be the first mass portion 10 and the outermost portion may be the stationary frame 5, and each internal component may be provided with a drive portion, a second mass portion, and a spring.

도 13은 실제로 제작된 마이크로 스캐너의 평면사진이다. 13 is a plane photograph of a micro scanner actually manufactured.

도 13을 참조하면, 기판(1)의 가운데 제 1 질량부가 놓여있다. 도 13의 A부분을 확대한 도면이 도 14이고, 도 14의 C부분을 확대한 도면이 도 15이다. Referring to Fig. 13, the center first mass portion of the substrate 1 is laid. FIG. 14 is an enlarged view of part A of FIG. 13, and FIG. 15 is an enlarged view of part C of FIG.

도 13내지 도 15를 참조하면, 제 1 구동부(20)의 진동계를 주로 제공하는 부분으로서, 상기 제 1 질량부(10)와 연결되는 일방향 제1스프링(60)과 일방향 제2스프링(61)이 보이고, 그 바깥쪽으로 제 2 질량부(300)가 제공되는 것을 볼 수 있다. 상기 제 1 구동부(20)의 상측 및 제 2 질량부(300)의 상면에는 제 1 능동도선(72) 및 제 1 연결부(71)가 적층되는 것을 볼 수 있다. 13 to 15, the unidirectional first spring 60 connected to the first mass portion 10 and the unidirectional second spring 61 connected to the first mass portion 10, And the second mass portion 300 is provided outwardly thereof. The first active conductor 72 and the first connection part 71 are laminated on the upper side of the first driving part 20 and the upper side of the second mass part 300.

도 16은 도 13의 B부분을 확대한 도면이고, 도 17은 도 16의 D부분을 확대한 도면이다. FIG. 16 is an enlarged view of a portion B in FIG. 13, and FIG. 17 is an enlarged view of a portion D in FIG.

도 13, 도 16, 도 17을 참조하면, 제 2 구동부(40)의 진동계를 주로 제공하는 부분으로서, 이방향 제1스프링(80)과 이방향 제2스프링(81)이 상기 제 2 구동부(40)의 안과 바깥에 제공되는 것을 볼 수 있다. Referring to FIGS. 13, 16 and 17, the bi-directional first spring 80 and the bi-directional second spring 81 serve as a part mainly providing the vibration system of the second drive unit 40, 40) in the outside of the eye.

상기 설명에서 본 바와 같이, 상기 일방향 제2스프링(61), 및 상기 이방향 제2스프링(81)은 각각 'V'자와 'W'자 형상으로 제공되어, 다른 스프링의 'I'자 형상과는 다른 것을 볼 수 있다. 이는 제 1 질량부의 불필요한 슬라이딩 모드(sliding mode)과 요잉(yawing mode)의 방향에 대한 스프링 강성을 증대시킴으로써 스캐너의 회전운동에 대한 영향을 줄이기 위한 것이다. As described in the above description, the unidirectional second spring 61 and the bi-directional second spring 81 are provided in the shape of 'V' and 'W', respectively, Can be seen. This is to reduce the influence of the rotational motion of the scanner by increasing the spring stiffness in the direction of the yawing mode and the unnecessary sliding mode of the first mass part.

이하에서 더 상세하게 설명한다. This will be described in more detail below.

실시예에 따르면, 상기 동적증폭에 의해서 제 1 질량부(10)의 경사각을 크게 할 수 있고, 설계 시에 마이크로 스캐너의 형상에 의해서 정하여진 수평축 및 수직축의 공진 비틀림 진동수를 달성할 수 있다. 이 경우에 스캐너의 회전모드를 제외한 다른 모드에 대해서, 스프링(61)(81)의 스프링 상수를 크게 함으로써, 제 1 질량부(10)의 슬라이딩 모드와 요잉모드의 공진 진동수를 더 크게 할 수 있는 것이다. According to the embodiment, the inclination angle of the first mass portion 10 can be increased by the dynamic amplification, and the resonance torsional vibrations of the horizontal axis and the vertical axis defined by the shape of the micro scanner at the time of designing can be achieved. In this case, it is possible to make the resonance frequency of the sliding mode of the first mass portion 10 and the resonance frequency of the yawing mode larger by increasing the spring constant of the springs 61 and 81 with respect to other modes except the rotation mode of the scanner will be.

도 18에 제시되는 진동모드에 따른 공진 진동수의 테이블을 참조하여 더 쉽게 이해할 수 이다. Can be more easily understood with reference to the table of the resonance frequency according to the vibration mode shown in FIG.

도 18는, 'I'자 형상의 스프링과 "W"자 형상의 스프링을 사용하는 경우에, 제 1 질량부(10)의, 공진 비틀림 진동수와 공진 슬라이딩 진동수와 공진 요잉 진동수를 비교하여 제시한다. 18 shows the resonance torsional frequency, the resonant sliding frequency, and the resonant yaw frequency of the first mass part 10 in comparison with the case of using the I-shaped spring and the W-shaped spring .

'I'자 형상의 스프링과 "W"자 형상의 스프링을 각각 사용하여, 공진 비틀림 진동수를 429Hz로 설계하였을 때, 'I'자 형상의 스프링의 경우에는 공진 슬라이딩 진동수는 1073Hz이고 공진 요잉 진동수는 2180Hz이다. 이에 반하여, 'W'자 형상의 스프링의 경우에는 공진 슬라이딩 진동수는 3777Hz이고 공진 요잉 진동수는 4436Hz이다.When the resonant torsional frequency is designed to be 429 Hz by using the I-shaped spring and the W-shaped spring, the resonant sliding frequency is 1073 Hz and the resonant yawing frequency is 2180 Hz. On the other hand, in the case of the 'W' shaped spring, the resonance sliding frequency is 3777 Hz and the resonance yaw frequency is 4436 Hz.

위의 시뮬레이션 결과에 따르면, 스프링 상수가 큰 스프링을 사용함으로써, 필요로 하는 공진 비틀림 진동수와 대비할 때, 공진 슬라이딩 진동수와 공진 요잉 진동수가 더 크게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 공진 슬라이딩 동작과 공진 요잉 동작은 제 1 질량부(10)의 비틀림 동작에 미치는 영향이 작아지고, 제 1 질량부(10)의 반사각에 미치는 악영향을 줄일 수 있다. 이러한 작용은 'V'자 스프링에 있어서도 마찬가지로 볼 수 있다. According to the above simulation results, it can be seen that, by using a spring having a large spring constant, the resonance sliding frequency and the resonance yawing frequency become larger when compared with the required resonance torsional frequency. Therefore, the resonance sliding operation and the resonance yaw operation have a small effect on the twisting motion of the first mass portion 10, and can reduce the adverse effect on the reflection angle of the first mass portion 10. This action can be similarly seen in the 'V' spring.

이때 유념할 것으로서, 'I'자 스프링의 두께 및 폭을 크게 하는 것으로 유사한 효과를 달성할 수 있을 것이라고 볼 수도 있다. 그러나, 그와 같이 하는 경우에는 공진 비틀림 주파수의 변화(예를 들어, 스프링상수가 불필요하게 지나치게 커지는 현상, 및 그에 따른 공진 비틀림 주파수의 변화)를 초래할 뿐만 아니라, 실시예에서는 스프링, 특히, 일방향 제2스프링(61) 및 이방향 제2스프링(81)이 다수 개의 분기되는 도선의 단락을 일으킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. It should be noted that a similar effect can be achieved by increasing the thickness and width of the 'I' spring. However, in such a case, not only a change in the resonance torsional frequency (for example, a phenomenon that the spring constant becomes unnecessarily too large, and thus a change in the resonance torsional frequency) 2 spring 61 and the bi-directional second spring 81 may cause a short circuit of a plurality of branched conductors.

예를 들어 설명한다. For example,

구리의 최대 전류 밀도는 0.1MA/cm2(1mA/μm2)이다. 이 경우에, 전자기력을 이용하는 마이크로 스캐너의 구동을 위하여 충분히 큰 전류(200mArms)가 흐르기 위해서는 스프링 위의 도선의 최소 선폭은 20㎛이상 요구된다. 마찬가지로 도선의 하부에 위치하는 스프링의 최소 선폭 역시 최소 20㎛이상이 요구된다. The maximum current density of copper is 0.1 MA / cm 2 (1 mA / μm 2 ). In this case, the minimum line width of the wire above the spring is required to be 20 占 퐉 or more for a sufficiently large current (200 mA rms ) to flow for driving the micro scanner using the electromagnetic force. Likewise, the minimum line width of the spring located at the lower portion of the conductor is also required to be at least 20 탆.

실시예와 같이 구동부(20)(40)와 연결되는 라인이 3개(slow-axis축 구동) 또는 2개(fast-axis축 구동)인 경우에는 스프링 폭이 두꺼워져서 스프링의 비틀림 강성(torsional stiffness)이 커지고, 이에 따라서 스캔각(scan angle)을 저하시킬 우려가 있다. 이 경우에, 스프링을 병렬로 나누어서 'W' 자형상 또는 'V'자 형상으로 하면 스프링의 비틀림 강성를 크게 줄일 수 있다. When the number of lines connected to the driving units 20 and 40 is three (slow axis axis driving) or two (fast axis axis driving) as in the embodiment, the spring width becomes thick and the torsional stiffness ) Is increased, which may lower the scan angle. In this case, the torsional rigidity of the spring can be greatly reduced by dividing the spring in parallel into a "W" shape or a "V" shape.

도 19는 비틀림 강성의 유한요소해석 시뮬레이션 결과를 보이고 있다. Fig. 19 shows the simulation result of the finite element analysis of the torsional stiffness.

도 19를 참조하면, 'I'자 형상(폭: 60㎛, 두께: 50㎛, 길이 2000㎛)과 'W'자 형상(폭: 20㎛, 두께: 50㎛, 길이 2000㎛)의 스프링 구조 각각의 비틀림 강성을 알 수 있다. 도선이 세 개가 필요한 경우에, 'I'자 형상의 비틀림 강성은 7.9424e-5[Nm]이고, 'W'자 형상의 비틀림 강성은 2.1322e-5로 크게 개선될 수 있다. Referring to FIG. 19, a spring structure having an 'I' shape (width: 60 μm, thickness: 50 μm, length: 2000 μm) and a W 'shape (width: 20 μm, thickness: 50 μm, The respective torsional stiffnesses can be known. When three wires are required, the torsional stiffness of the 'I' shape is 7.9424e-5 [Nm] and the torsional stiffness of the 'W' shape is 2.1322e-5.

도 20은 스캔각을 보이는 그래프로서, 도 20을 참조하면, 'I'자 형상의 스프링에 비해서 'W'자의 형상의 스프링에서 스캔각도가 크게 개선되는 것을 볼 수 있다. FIG. 20 is a graph showing a scan angle. Referring to FIG. 20, it can be seen that the scan angle is significantly improved in the spring of the 'W' shape compared to the spring of the 'I' shape.

정리하면, 일반적으로 사용되는 'I'자 형상 대신에 'W'자 형상을 사용하게 되면, 회전모드의 스프링 강성은 줄여서 회전각도를 크게 할 수 있고, 슬라이딩 모드와 요잉 모드의 스프링 강성은 크게 하여 원하지 않는 방향으로의 운동을 줄일 수 있다.In summary, if the 'W' shape is used instead of the generally used 'I' shape, the spring stiffness of the rotation mode can be reduced to increase the rotation angle, and the spring stiffness of the sliding mode and the yawing mode can be increased You can reduce movement in unwanted directions.

이하에서는 제작된 마이크로 스캐너를 이용한 실험결과에 대하여 설명한다. Hereinafter, experimental results using the manufactured micro scanner will be described.

도 21과 도 22는 마이크로 스캐너의 수직축 및 수평축의 공진 주파수를 보이는 도면이다. FIGS. 21 and 22 are views showing the resonance frequencies of the vertical and horizontal axes of the micro scanner.

도 21을 참조하면, 입력전압 100mV, 전류 33mA에서 429Hz에서 공진되는 것을 알 수 있었다. 도 22를 참조하면, 입력전압 200mV, 전류 37mV에서 1634Hz에서 공진되는 것을 알 수 있었다.Referring to FIG. 21, it can be seen that resonance occurs at 429 Hz at an input voltage of 100 mV and a current of 33 mA. Referring to FIG. 22, it can be seen that the resonance occurs at 1634 Hz at an input voltage of 200 mV and a current of 37 mV.

도 23과 도 24는 수직축의 정적모드 및 공진모드에서 전압(Vpp)별로 수직축의 비틀림 각을 보이는 그래프이다. 23 and 24 are graphs showing the twist angle of the vertical axis for each voltage Vpp in the static mode and the resonance mode on the vertical axis.

도 23을 참조하면, 정적모드(static mode)에서는 전압에 따라서 비틀림 각이 증가하여 9.06도까지 증가하는 것을 볼 수 있었다. 도 24를 참조하면, 공진모드(resonant mode)에서는 전압에 따라서 비틀림 각이 증가하여 20.65도까지 증가하는 것을 볼 수 있었다. Referring to FIG. 23, in the static mode, the twist angle increases according to the voltage and increases to 9.06 degrees. Referring to FIG. 24, in the resonant mode, the twist angle increases according to the voltage and increases to 20.65 degrees.

도 25는 수평축의 공진모드에서 전압(Vpp)별로 수평축의 비틀림 각을 보이는 그래프이다. 25 is a graph showing the twist angle of the horizontal axis for each voltage Vpp in the resonance mode of the horizontal axis.

도 25를 참조하면, 공진모드에서 전압에 따라서 비틀림 각이 증가하여 50.55도까지 증가하는 것을 볼 수 있었다. Referring to FIG. 25, it can be seen that the twist angle increases according to the voltage in the resonance mode to 50.55 degrees.

도 26과 도 27은 수평축 및 수직축 중의 한 축은 구동시키지 않고 다른 축만을 구동시키는 경우에 레이저의 반사를 수행한 결과를 보이는 도면으로서, 도 26은 수평축을 공진모드로 1.2Vpp로 구동시키는 경우이고, 도 27은 수직축을 정적모드로 20Vpp로 동작시킨 경우로서 각 경우에 비틀림 진동이 일어나는 것을 볼 수 있다. 26 and 27 show the result of performing laser reflection in the case of driving only one axis among the horizontal axis and the vertical axis without driving the other axis. FIG. 26 shows a case where the horizontal axis is driven at 1.2 Vpp in the resonance mode, FIG. 27 shows a case where the vertical axis is operated in a static mode at 20 Vpp, and a torsional vibration occurs in each case.

도 28 내지 도 30은 수직축은 정적모드로 하고 수평축은 공진모드로 하는 래스터 모드(raster mode)에서 레이저를 반사시킨 사진이다. 28 to 30 are photographs in which the laser is reflected in a raster mode in which the vertical axis is a static mode and the horizontal axis is a resonance mode.

도 28은 수직축은 20Vpp, 수평축은 0.8Vpp으로 동작시킨 경우이고, 도 29는 수직축은 20Vpp, 수평축은 1.6Vpp으로 동작시킨 경우이고, 도 30은 수직축은 2.8Vpp, 수평축은 20Vpp으로 동작시킨 경우로서, 각 경우에 따라서 레이저 반사가 달라지는 것을 볼 수 있었다.FIG. 28 shows a case where the vertical axis is operated at 20 Vpp and the horizontal axis at 0.8 Vpp. FIG. 29 shows a case where the vertical axis is operated at 20 Vpp and the horizontal axis is operated at 1.6 Vpp. FIG. 30 shows a case where the vertical axis is operated at 2.8 Vpp and the horizontal axis is operated at 20 Vpp , And the laser reflections were different in each case.

도 31 및 도 32는 수직축 및 수평축을 공진모드로 하는 리사주 모드(Lissajous mode)에서 레이저를 반사시킨 사진이다. 31 and 32 are photographs in which the laser is reflected in the Lissajous mode in which the vertical axis and the horizontal axis are set to the resonance mode.

도 31은 수직축은 200mVpp, 수평축은 2.8Vpp으로 동작시킨 경우이고, 도 32는 수직축은 500mVpp, 수평축은 2.8Vpp으로 동작시킨 경우로서, 각 경우에 따라서 레이저 반사가 다양한 양상으로 달라지는 것을 볼 수 있었다. FIG. 31 shows a case where the vertical axis is operated at 200 mVpp and the horizontal axis is operated at 2.8 Vpp. FIG. 32 shows a case where the vertical axis is 500 mVpp and the horizontal axis is operated at 2.8 Vpp.

위의 실험결과에서 본 바와 같이 본 실시예에 따르면 다양한 레이저 반사각을 구현할 수 있다.As seen from the above experimental results, according to this embodiment, various laser reflection angles can be realized.

이상의 실시예에서, 원형 틀, 즉 도우넛 형상의 상기 제 2 질량부(300)가 제공되는 것에 의해서, 제 2 질량부(300)에 놓이는 전선으로 전류가 흐르더라도 구동부에 전자기력이 발생하지 않는다. 상기 제 2 질량부(300)에는 스프링을 포함하는 다수의 연결부가 제공되어 동적증폭이 가능하게 되는 장점이 있다. In the above embodiment, by providing the second mass portion 300 of the circular shape, that is, the donut shape, no electromagnetic force is generated in the driving portion even if current flows through the electric wire placed in the second mass portion 300. The second mass part 300 is provided with a plurality of connection parts including a spring, which enables dynamic amplification.

상기 장점을 더욱 크게 하는 다른 실시예를 설명한다. Other embodiments for further enhancing the above advantages will be described.

도 33은 다른 실시예에 따른 마이크로 스캐너의 평면도이다. 33 is a plan view of a micro scanner according to another embodiment.

상기 다른 실시예는 구동부 및 제 2 질량부에 제공되는 전선이 복선으로 제공되는 것이 특징적으로 달라진다. 구동부에서 전선 복선으로 제공됨으로써, 동일한 토크를 얻을 수 있는 소요전류가 감소되는 효과를 얻을 수 있다. The other embodiment is characterized in that the electric wire provided to the driving part and the second mass part is provided in a double line. By providing the electric wire as a double wire in the driving section, the required current for obtaining the same torque can be reduced.

이하 도면의 설명에 있어서 구체적으로 설명이 없는 부분은 원 실시예의 설명이 필요한 범위의 변경을 가지고서 그대로 적용될 수 있고, 다른 실시예의 경우에 특징적으로 달라지는 부분에 대하여만 설명한다. 또한 대칭적으로 놓이는 부분에 대하여 한 곳을 설명하고 대칭되는 곳은 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. In the following description of the drawings, parts that are not specifically described can be applied as they are with changes in the scope of the description of the original embodiment, and only the parts which are characteristically different in the case of the other embodiments will be described. In addition, one place is described symmetrically, and the same explanation applies to symmetric places.

도 33을 참조하면, 제 1 구동부(20)로 전류를 공급하는 전선은 상하로 분리되어 한 쌍으로서, 제 1-1 전선(75)과 제 1-2전선(76)이 제공된다. Referring to FIG. 33, electric wires supplying electric current to the first driving part 20 are vertically separated and provided as a pair, and the first-first electric wire 75 and the first-second electric wire 76 are provided.

상기 제 1-1 전선(75)는, 도시된 바와 같이 상기 제 1 구동부(20) 및 상기 제 2 질량부(300)를 같은 방향으로 두번 회전하도록 구성된다. 따라서 같은 방향의 전류로서 로렌츠 힘을 원 실시예와 비교할 때 두배를 제공할 수 이다. 구체적으로 상기 제 1-1 전선(75)은 상기 제 1 구동부(20) 및 상기 제 2 질량부(300)를 180도 회전할 수 이다. The first wire (75) is configured to rotate the first driving part (20) and the second mass part (300) twice in the same direction as shown. So that the Lorentz force as the current in the same direction can be doubled when compared to the original embodiment. Specifically, the first wire (75) can rotate the first driving part (20) and the second mass part (300) by 180 degrees.

상기 제 1-1 전선(75)의 제공방향은 도 34에 제시되는 도 33의 E의 확대도를 통하여 더 명확하게 이해될 수 있다. The providing direction of the 1-1 wire 75 can be understood more clearly through an enlarged view of FIG. 33E shown in FIG.

도 33 및 도 34를 참조하면, 상기 제 1-1 전선(75)는 먼저 제 2 질량부(300)에서 반시계방향을 따라 90도 연장되고, 상기 제 1 일방향 제2스프링(611)을 통하여 제 1 구동부(20)로 들어와, 상기 제 1 구동부(20)에서 시계방향으로 180도 연장된다. 이후에는 다시 상기 제 2 질량부(300)를 반시계방향으로 180도 연장된 다음에, 다시금 상기 제 2 일방향 제2스프링(612)를 통하여 제 1 구동부(20)로 들어와 180도 연장된다. Referring to FIGS. 33 and 34, the first wire 75 is first extended 90 degrees in the counterclockwise direction in the second mass part 300, and the first unidirectional second spring 611 Enters the first driving part 20 and extends in the clockwise direction by 180 degrees from the first driving part 20. Thereafter, the second mass part 300 is further extended 180 degrees counterclockwise, then again through the second unidirectional second spring 612 into the first driving part 20 and extended 180 degrees.

상기되는 도선 배치의 결과, 상기 제 1 구동부(20)에는 제 1-1-1 능동도선(77)과 제 1-1-2 능동도선(78)인 두 개의 도선이 제공되고, 상기 제 2 질량부(300)에는 제 1-1-1 연결부(751)과 제 1-1-2 연결부(752)와 제 1-2-3 연결부(753)인 세 개의 도선이 제공될 수 있다. As a result of the above arrangement of the conductors, the first driving section 20 is provided with two conductors, that is, the 1-1-1 active conductors 77 and the 1-1-2 active conductors 78, Three leads may be provided at the first and second connection portions 300 and 300. The first connection portion 751, the first connection portion 752, and the 1-2-3 connection portion 753 may be provided at the first connection portion 300 and the second connection portion 300, respectively.

상기되는 바와 같은 연장경로에 따르면, 상기 제 1 구동부(20)에는 같은 방향으로 흐르는 두 개의 전선이 제공되어 전자기력을 발생시킬 수 있다. 마찬가지로 상기 제 2 질량부(300)에도 두 개의 전선이 제공되지만, 원 실시예에서 설명한 바와 같이 전자기력을 발생시키는 않는다. According to the extension path as described above, the first driving part 20 is provided with two electric wires running in the same direction to generate an electromagnetic force. Similarly, although the second mass portion 300 is provided with two electric wires, it does not generate an electromagnetic force as described in the first embodiment.

하측에 있는 제 1-2 전선(76)도 마찬가지의 형태가 대칭적으로 제공될 수 있다. The first 1-2 wire 76 on the lower side may be provided with a similar shape symmetrically.

상기 제 2 전선(95)는, 도시된 바와 같이 상기 제 2 구동부(40)를 같은 방향으로 두 번, 상기 제 2 질량부(300)를 한 번 회전하도록 구성된다. 따라서 같은 방향의 전류에 의해서 로렌츠 힘을 원 실시예와 비교할 때 두 배로 제공할 수 있다. The second electric wire 95 is configured to rotate the second mass part 300 once twice in the same direction as the second driving part 40 as shown in the figure. Hence, the Lorentz force can be doubled when compared with the original embodiment by the current in the same direction.

상기 제 2 전선(95)의 생성방향은 도 35에 제시되는 도 33의 F의 확대도를 통하여 명확하게 이해될 수 있다. The generation direction of the second electric wire 95 can be clearly understood through an enlarged view of FIG. 33F shown in FIG.

도 33 및 도 35를 참조하면, 인입된 제 2 전선(95)는 좌우로 분기되어 인입출되고 서로 다른 방향으로 제 2 구동부(40)를 180도 연장된다. 이후에 상기 제 2 전선(65)은 제 2 질량부(300)로 들어와 180도 회전하고, 다시 상기 제 2 구동부(40)를 180도 연장된 다음에 인출된다. Referring to FIGS. 33 and 35, the second wire 95 drawn in is branched into left and right portions, and the second driving portion 40 is extended 180 degrees in different directions. Thereafter, the second electric wire 65 enters the second mass part 300 and rotates 180 degrees, and is again drawn out after the second driving part 40 is extended by 180 degrees.

이 도선 배치의 결과, 상기 제 2 구동부(20)에는 제 2-1 능동도선(96)과 제 2-2 능동도선(97)인 두 개의 도선이 제공되고, 상기 제 2 질량부(300)에는 제 2-1 연결부(951)인 한 개의 도선이 제공될 수 있다. As a result of the arrangement of the conductors, the second driving unit 20 is provided with two conductors, that is, the 2-1 active conductors 96 and the 2-2 active conductors 97, and the second mass unit 300 And one lead, which is the (2-1) connecting portion 951, may be provided.

상기되는 바와 같은 연장경로에 따르면, 상기 제 2 구동부(40)에는 같은 방향으로 흐르는 두 개의 전선이 제공되어 전자기력을 발생시킬 수 있다. 마찬가지로 상기 제 2 질량부(300)에도 한 개의 전선이 제공되지만, 원 실시예에서 설명한 바와 같이 전자기력을 발생시키는 않는다. According to the extension path as described above, the second driving part 40 is provided with two electric wires running in the same direction, thereby generating an electromagnetic force. Similarly, the second mass portion 300 is provided with one electric wire, but does not generate the electromagnetic force as described in the first embodiment.

분기되는 반대쪽에 있는 전선도 마찬가지의 형태가 대칭적으로 제공될 수 있다. The same type of wire on the opposite side of the branch can be provided symmetrically.

이상의 다른 실시예에 따르면, 원 실시예와 비교할 때 기판의 구성은 동일하고, 도선으로 제공되는 전선의 결선을 다르게 함으로써 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 도선을 모두 멀티 턴(multi turn)으로 제공할 수 있다. 따라서, 양 구동부의 토크를 모두 크게 할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the structure of the substrate is the same as that of the first embodiment, and the wires of the first driver and the second driver are all provided in a multi-turn . Therefore, the torque of both the driving portions can be increased.

상기 다른 실시예에 따르면, 도선의 결선이 서로 단락되지 않으면서 서로 타고 넘을 수 있도록 하기 위하여, 상기 금속층(210)을 다층으로, 예를 들어, 두 층으로 제공하여야 하는 단점은 있지만, 마이크로 스캐너의 동작에 있어서 같은 전류로 더 큰 토크를 제공할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is a disadvantage in that the metal layer 210 must be provided in multiple layers, for example, two layers in order to allow the wiring of the conductive wires to ride over each other without being short- In operation, a larger torque can be provided with the same current.

상기 금속층(210)이 다층으로 제공되는 경우에는 다음과 같은 공정이 추가로 제공될 수 있다. 먼저, 원실시예에서 소정의 구조로 제공된 금속층(210)을 제공하고, 상기 금속층(210) 상에 절연층을 깔고 상기 절연층을 패턴하여 비아구조를 제공한다. 이후에 다시 패터닝된 시드층을 제공하고 다시 전기도금을 실시하는 것에 의해서 다층의 금속층을 얻을 수 있다. When the metal layer 210 is provided in multiple layers, the following process may be further provided. First, a metal layer 210 provided in a predetermined structure is provided in the first embodiment, an insulating layer is laid on the metal layer 210, and the insulating layer is patterned to provide a via structure. A multilayered metal layer can be obtained by providing a patterned seed layer again and conducting electroplating again.

상기 다른 실시예는 큰 힘이 요망되는 마이크로 스캐너의 경우에 더 바람직하게 적용될 수 있을 것이다. Such another embodiment may be more preferably applied in the case of a micro scanner in which a large force is desired.

본 발명에 따르면, 동적증폭, 멀티턴을 이용하여 두 축 모두에 대한 제 1 질량부의 더 큰 반사각을 저전류로 구현할 수 있다. 이에 따르면 레이저 스캐너의 스캐닝 범위를 크게 할 수 있다. According to the present invention, a larger reflection angle of the first mass portion with respect to both axes can be realized with a low current by using dynamic amplification and multi-turn. Accordingly, the scanning range of the laser scanner can be increased.

10: 제 1 질량부
300: 제 2 질량부
10: First mass part
300: Second mass part

Claims (17)

일 면에 반사층을 가지는 제 1 질량부;
상기 제 1 질량부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 1 구동부;
상기 제 1 구동부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 2 질량부;
상기 제 1 구동부를, 상기 제 1 질량부와 상기 제 2 질량부와 각각 연결시키도록, 일방향으로 제공되는 일방향 제1스프링 및 일방향 제2스프링;
상기 제 2 질량부의 이격되는 외부에 상기 제 1 질량부와 동일 중심으로 제공되는 제 2 구동부;
상기 제 2 구동부의 이격되는 외부에 놓이는 고정프레임;
상기 제 2 구동부를, 상기 제 2 질량부와 상기 고정프레임와 각각 연결시키도록, 상기 일방향과는 교차하는 이방향으로 제공되는 이방향 제1스프링 및 이방향 제2스프링;
상기 제 1 구동부에 제공되고 외부로부터 공급되는 전류가 흐르는 제 1 전선;
상기 제 2 구동부에 제공되고 외부로부터 공급되는 전류가 흐르는 제 2 전선; 및
상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부의 하측에 소정 간격 이격되어 놓이는 자기장 발생부가 포함되고,
상기 제 1 질량부에서 상기 반사층이 제공되는 반대면에는, 상기 제 1 질량부의 동적변형을 억제하기 위한 보강부가 마련되며,
상기 보강부는 상기 제1 전선 및 상기 제 2 전선과 같은 재질로 제공되는 마이크로 스캐너.
A first mass portion having a reflective layer on one surface thereof;
A first driving unit provided at an outer periphery of the first mass part at the same center as the first mass part;
A second mass portion provided at an outer portion of the first driving portion apart from the first driving portion and coaxially with the first mass portion;
A one-way first spring and a one-way second spring provided in one direction so as to connect the first driving portion to the first mass portion and the second mass portion, respectively;
A second driving unit provided at an outer periphery of the second mass unit at the same center as the first mass unit;
A stationary frame placed on an outer side of the second driving unit;
A bi-directional first spring and a bi-directional second spring provided in opposite directions crossing the one direction so as to connect the second driving portion with the second mass portion and the fixed frame, respectively;
A first electric wire provided to the first driving unit and through which a current supplied from the outside flows;
A second electric wire provided to the second driving unit and through which a current supplied from the outside flows; And
And a magnetic field generating unit disposed below the first driving unit and the second driving unit and spaced apart from each other by a predetermined distance,
A reinforcing portion for suppressing dynamic deformation of the first mass portion is provided on the opposite surface of the first mass portion on which the reflective layer is provided,
Wherein the reinforcing portion is provided in the same material as the first electric wire and the second electric wire.
제 1 항에 있어서,
상기 자기장 발생부는 동일한 중심을 가지는 세 개의 자석을 포함하고,
상기 세 개의 자석은,
소정 간격으로, 방사방향으로 극성이 반대이고 자속이 최대인 두개의 메칭라인과, 방사방향으로 자속이 영인 하나의 메칭라인을 가지도록, 극성이 교차하는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
Wherein the magnetic field generating portion includes three magnets having the same center,
The three magnets,
Wherein the polarities cross at a predetermined interval so that the two polarity opposite in polarity in the radial direction and having the maximum magnetic flux and a single symmetric line in which the magnetic flux is zero in the radial direction.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전선 및 상기 제 2 전선은, 상기 자속이 최대인 두개의 메칭라인과 정렬되고,
상기 제 2 질량부는 상기 자속이 영인 하나의 메칭라인과 정렬되는 마이크로 스캐너.
3. The method of claim 2,
Wherein the first wire and the second wire are aligned with two symmetrical lines having the maximum magnetic flux,
And the second mass part is aligned with one meshing line where the magnetic flux is zero.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구동부를 흐르는 전류는, 상기 일방향을 축으로 할 때, 상기 축을 중심으로 같은 방향으로 흐르는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
Wherein the current flowing through the first driving unit flows in the same direction about the axis when the one direction is the axis.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 구동부를 흐르는 전류는, 상기 이방향을 축으로 할 때, 상기 축을 중심으로 같은 방향으로 흐르는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
And the current flowing through the second driving unit flows in the same direction about the axis when the direction is the axis.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구동부에 놓이는 전선과 상기 제 2 구동부에 놓이는 전선은, 모두 복선으로 제공되는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
Wherein the electric wire placed in the first driving part and the electric wire placed in the second driving part are both provided in a double line.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 질량부는 원형 또는 타원형으로 제공되는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
Wherein the first mass portion is provided in a circular shape or an elliptical shape.
제 1 항에 있어서,
상기 일방향 제1스프링, 상기 일방향 제2스프링, 상기 이방향 제1스프링, 및 상기 이방향 제2스프링 중의 적어도 하나는 'V'자 형상 및 'W'자 형상 중의 적어도 하나로 제공되는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the one-way first spring, the one-way second spring, the first bi-directional spring, and the bi-directional second spring is provided in at least one of a 'V' shape and a 'W' shape.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 보강부는 직교형 십자가, 대각선 십자가, 원형, 대칭되는 사각형, 및 이들의 두 개 이상의 조합 중의 어느 하나로 제공되는 마이크로 스캐너.
The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing portion is provided in one of an orthogonal cross, a diagonal cross, a circle, a symmetrical rectangle, and a combination of two or more thereof.
삭제delete SOI기판의 상측 및 상기 SOI기판의 하측에 절연막을 제공하는 것;
상기 SOI기판의 상측에 패터닝된 금속층을 제공하는 것;
상기 금속층을 제외하고 상기 SOI기판의 상부를, DRIE공정으로 선택적으로 제거하여, 마이크로 스캐너를 위한 기판 구조를 제공하는 것;
상기 SOI기판의 하측 일부를 에칭공정으로 제거하여 함몰면을 제공하는 것; 및
상기 함몰면에 반사층을 제공하는 것이 포함되고,
상기 금속층을 제공할 때, 전류가 흐르는 전선 및 운동하는 제 1 질량부의 동적변형을 억제하기 위하여 보강부가 함께 제공되는 마이크로 스캐너의 제조방법.
Providing an insulating film on the upper side of the SOI substrate and the lower side of the SOI substrate;
Providing a patterned metal layer over the SOI substrate;
Selectively removing the upper portion of the SOI substrate except for the metal layer by a DRIE process to provide a substrate structure for the micro-scanner;
Removing a lower portion of the SOI substrate by an etching process to provide a depression; And
Providing a reflective layer on said depressed surface,
Wherein the reinforcing portion is provided together with the metal layer to suppress the dynamic strain of the electric wire and the moving first mass portion when the metal layer is provided.
제 12 항에 있어서,
상기 금속층은 전기도금으로 제공되는 마이크로 스캐너의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the metal layer is provided by electroplating.
제 13 항에 있어서,
상기 금속층은 비아구조를 가지는 적층구조로 제공되는 마이크로 스캐너의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the metal layer is provided in a laminated structure having a via structure.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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