KR102124717B1

KR102124717B1 - 2차원 방식으로 레이저 비임을 편향시키는 장치

Info

Publication number: KR102124717B1
Application number: KR1020187022729A
Authority: KR
Inventors: 파비오 주치; 다라 바야트; 세바스티엔 라니
Original assignee: 트룸프 슈바이츠 아게
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2020-06-19
Also published as: EP3192770B1; JP6726284B2; KR20180100210A; CN108602662A; JP2019505013A; CN108602662B; US10901203B2; EP3192770A1; WO2017121677A1; US20180329202A1

Abstract

레이저 비임을 2차원적으로 편향시키는 장치(1)를 제공하며, 이 장치(1)는, 기판 개구(5)를 갖는 기판(4); 기판(4)에 마련되는 스프링 맴브레인(60)으로서, 기판 개구(5) 내로 연장하는 스프링 아암(7) 및 기판 개구(5) 내에 배치되고 스프링 아암(7)에 의해 지지되는 중간 섹션(8)을 구비하며, 이 중간 섹션(8)은 2차원적으로 경사 가능하고 스프링 맴브레인 중앙 축선(9)의 양방향(A, B)으로 축방향으로 변위 가능하도록 장착되는 것인 스프링 맴브레인(6); 스프링 맴브레인(6)의 중간 섹션(8)에 고정된 미러(2); 및 미러(2)를 스프링 아암(7)의 복원력에 대항해 경사지게 하는 자기 또는 정전기 드라이브(12)를 포함하며, 본 발명에 따르면, 미러(2) 상에 강성적으로 고정된 컴포넌트(3)와 협동하는 엔드 스톱 유닛(16)이 적어도 축방향(A)에 있어서 미러(2)의 드라이브 관련 경사 중에 그 너머로의 중간 섹션(8)의 축방향 편향을 제한한다.

Description

2차원 방식으로 레이저 비임을 편향시키는 장치

본 발명은 레이저 비임을 2차원적으로 편향시키는 장치에 관한 것으로, 기판 개구를 갖는 기판; 기판에 마련되는 스프링 맴브레인으로서, 기판 개구 내로 연장하는 스프링 아암 및 기판 개구 내에 배치되고 스프링 아암에 의해 지지되는 중간 섹션을 포함하며, 이 중간 섹션은 2차원적으로 경사 가능하고 스프링 맴브레인 중앙 축선의 양방향으로 축방향으로 변위 가능하도록 장착되는 것인 스프링 맴브레인; 스프링 맴브레인의 중간 섹션에 고정된 미러; 및 미러를 스프링 아암의 복원력에 대항해 경사지게 하는 자기 또는 정전기 드라이브를 포함하는 그러한 장치에 관한 것이다.

플랫 코일 형태의 정전기 드라이브를 갖는 MEMS 기술에 기초한 레이저 비임을 편향시키는 그러한 장치는 예를 들면 Ataman 등의 J. Micromech. Microeng. 23 (2013) 025002 (13pp) 또는 T. Iseki 등의, OPTICAL REVIEW Vol. 13, No. 4 (2006) 189-194로부터 공지되어 있다.

레이저 비임 편향 장치, 특히 레이저 재료 가공용 장치 내의 마이크로 스캐너는 각속도 및 각가속도에 대해 높은 동적 응답성을 제공하고 또한 각도 세팅 및 반복성에 대해 높은 정밀도를 제공하도록 되어 있다. 동시에, 사용되는 레이저 비임은 지속적으로 고성능화되고 있고 그 설치 공간은 점점 작아지고 있다. 여기서, MEMS(마이크로전기기계 시스템)에 기초한 스캐너 미러가 흥미로운 기술을 제공하며, 특히 전자기 또는 정전기 드라이브에 기초한 장치를 제공한다.

전술한 논문으로부터 공지된 편향 장치에서 미러를 경사지게 하는 데에 있어서 높은 동적 응답성과 선형성을 달성하기 위해, 특히 스프링 맴브레인은 축방향으로 매우 강성을 갖도록 설계될 수 없고, 이에 따라 높은 축방향 힘(예를 들면, 특히 수송 중에 발생할 수 있는 것과 같은 충돌에 의한 가속도)의 발생시에, 스프링 맴브레인의 스프링 아암은 소성 변형되거나 파괴될 수 있다.

게다가, 중간 섹션에 고정된 미러에 의해 레이저 비임을 1차원적으로 편향시키는 장치가 EP 1 950 174 A2의 도 1 내지 도 11로부터 공지되어 있다. 중간 섹션은, 그 중간 섹션을 기판에 일체적으로 연결하는 데에 이용되는 2개의 비틀림 스프링에 의해 획정되는 경사 축선을 중심으로 피벗 가능하도록 기판에 장착된다. 양방향으로의 중간 섹션의 축방향 변위의 한계를 획정하기 위해, 2개의 스토퍼가 마련된다. 제1 스토퍼는 기판의 개구 에지 위에 고정되어 중간 섹션과 겹쳐지는 한편, 제2 스토퍼는 중간 섹션 상에 마련되어 기판의 개구 에지와 겹쳐진다. 그 도 1 내지 도 11은 스프링 맴브레인이나 레이저 비임의 2차원 편향을 위해 2차원으로 경사 가능하게 장착된 중간 섹션 또는 미러를 제공하지 않고 있기 때문에 당해 타입이 아닌 장치를 개시하고 있다. EP 1 950 174 A2의 도 12 내지 도 15에서는, 짐발(gimbal)에 의해 장착된 미러에 의해 레이저 비임을 2차원적으로 편향시키는 장치가 개시되어 있는데, 2개의 스토퍼는 짐발 장착부의 외부 링의 양 축방향으로의 축방향 변위의 한계를 획정하고 있다.

미러에 의해 레이저 비임을 2차원적으로 편향시키는 장치는 US 2004/061962 A1로부터도 공지되어 있는데, 그 미러는 서로 직교하는 짐발 스프링에 의해 2차원적으로 경사 가능하도록 되어 있다. 짐발 스프링들은 타단부에서는 4개의 연결 아암에서 각각 고정되는데, 그 연결 아암들은 정전 또는 자기 액추에이터에 각각 연결되어 있다. 액추에이터 아래의 전극들의 상응하는 활성화에 의해, 스프링을 통해 장착된 받침대 또는 미러를 포함한 연결 아암들이 2차원적으로 경사질 수 있으며, 여기서 스톱이 받침대의 하향 축방향 변위의 한계를 획정하고 있다. 따라서, 짐발 스프링은 예를 들면 제위치에 고정된 상태로 지지된다기보다는 경사 이동 가능한 액추에이터 상에 지지된다. 받침대를 지지하고 기판 내로 연장하는 스프링 아암을 갖는 스프링 맴브레인은 US 2004/061962 A1로부터는 어떤 경우에도 공지되어 있지 않다.

따라서, 본 발명은 서두에 언급한 형태의 편향 장치에서 스프링 맴브레인의 소성 변형 또는 파괴를 방지한다는 과제, 즉 충격에 대해 가능한 한 덜 민감한 편향 장치를 제공한다는 과제에 기초한다.

이러한 과제는 본 발명에 따르면, 미러 상에 강성적으로 고정된 컴포넌트와 협동하는 엔드 스톱 유닛이 적어도 축방향에 있어서 미러의 드라이브 관련 경사 중에 그 너머로의 중간 섹션의 축방향 편향을 제한한다. 스프링 아암은 바람직하게는 스프링 맴브레인의 평면 밖으로 탄성적으로 편향될 수 있고, 기판 개구의 에지로부터 기판 개구 내로 연장할 수 있다.

본 발명에 따른 엔드 스톱 유닛은 예를 들면 ±10°의 미러의 드라이브 관련 최대 경사 각도 범위 밖에 배치되고 또한 어쩌면 그 경우에 축방향으로 발생할 수 있는 미러의 최대 변위 밖에 배치되고, 스프링 맴브레인의 축방향 최대 편향이 탄성 편향 범위로 제한된 상태로 유지되게, 즉 스프링 맴브레인의 소성 변형이나 파괴가 엔드 스톱 유닛에 대한 컴포넌트의 접촉시까지 발생하지 않도록 위치 설정된다. 또한, 엔드 스톱 유닛은 컴포넌트의 충돌 시의 가속도를 감소시켜 힘을 최소화도록 높은 탄성을 가질 수 있다. 스프링 맴브레인 통상 기판에 부착되거나 기판에 에칭되며, 스프링 아암은 예를 들면, 선형, 나선형, 지그재그형 또는 S형으로 연장할 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 엔드 스톱 유닛은 스프링 맴브레인의 하나 이상의 엔드 스톱 아암에 의해 형성되며, 이들 엔드 스톱 아암은 그 스프링형 자유단에 의해 컴포넌트의 축방향 이동을 정지시키도록 컴포넌트의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구 내로 돌출한다. 엔드 스톱 아암은 SOI(실리콘-온-인슐레이터) 실리콘 웨이퍼의 디바이스 층 내로 바로 에칭될 수 있고, 유리하게는 서로에 대해 동일한 각도 간격으로 그리고 스프링 아암의 이동을 차단하지 않도록 스프링 아암으로부터 충분히 이격되게 배치된다. 엔드 스톱 아암은 바람직하게는 스프링 아암보다 큰 스프랑 강성을 가지며, 이는 예를 들면 엔드 스톱 아암의 보다 큰 단면에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 엔드 스톱 유닛은 기판의 하나 이상의 엔드 스톱 아암에 의해 형성되며, 이들 엔드 스톱 아암은 그 자유단에 의해 컴포넌트의 축방향 이동을 정지시키도록 컴포넌트의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구 내로 돌출한다. 엔드 스톱 아암은 SOI 실리콘 웨이퍼의 핸들 층 내로 바로 에칭될 수 있고, 유리하게는 서로에 대해 동일한 각도 간격으로 그리고 스프링 아암의 이동을 차단하지 않도록 스프링 아암으로부터 충분히 이격되게 배치된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 엔드 스톱 유닛은 개구 다이어프램, 특히 천공 필름에 의해 형성되며, 그 개구 에지 또는 엔드 스톱 아암이 컴포넌트의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구 내로 돌출하여, 그 개구 에지에 의해 컴포넌트의 축방향 이동을 정지시키도록 된다. 특히, 개구 단면, 특히 개구 직경은 컴포넌트의 단면, 특히 그 직경보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 개구 다이어프램은, 기판에 있어서의 스프링 맴브레인과는 반대쪽에 배치되며, 예를 들면 기판에 있어서의 스프링 맴브레인과는 반대쪽에 고정될 수 있다.

엔드 스톱 유닛과 협동하는 컴포넌트는 바람직하게는 중간 섹션에 있어서의 미러와는 반대쪽에 배치되며, 특히 그에 고정된다. 대안적인 실시예에서는, 개구 다이어프램은 미러와 스프링 맴브레인 사이에 배치된다.

본 발명의 특히 다른 바람직한 실시예에서, 엔드 스톱 유닛과 협동하는 컴포넌트는, 스프링 맴브레인, 자기 드라이브의 영구 자석 또는 솔레노이드 코일, 또는 정전기 드라이브의 전극, 즉 어느 경우든 미러에 고정되는 자기 또는 정전기 드라이브의 드라이브 컴포넌트이다. 대안적으로, 엔드 스톱 유닛과 협동하는 컴포넌트는 또한 드라이브 기능이 없는 컴포넌트, 예를 들면 스톱 디스크일 수도 있다. 그러한 다른 컴포넌트는 바람직하게는 별도의 스톱 플레이트에 의해, 또는 영구 자석과 스프링 맴브레인 사이에 위치한 스페이서에 있어서의 반경방향 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부에 의해 형성된다.

다른 축방향으로의 중간 섹션의 축방향 편향은 미러에 강성적으로 고정된 컴포넌트와 역시 협동하는 추가적 엔드 스톱 유닛에 의해 제한되며, 이 추가적 엔드 스톱 유닛은 전술한 엔드 스톱 유닛과 원칙적으로 동일하게 구성될 수 있다. 그 추가적 엔드 스톱 유닛은 또한 예를 들면 ±10°의 미러의 드라이브 관련 최대 경사 각도 범위 밖에 배치되고 또한 어쩌면 그 경우에 다른 축방향으로 발생할 수 있는 미러의 최대 변위 밖에 배치되고, 스프링 맴브레인의 축방향 최대 편향이 탄성 편향 범위로 제한된 상태로 유지되게, 즉 스프링 맴브레인의 소성 변형이나 파괴가 추가적 엔드 스톱 유닛에 대한 컴포넌트의 접촉시까지 발생하지 않도록 위치 설정된다. 또한, 엔드 스톱 유닛은 컴포넌트의 충돌 시의 가속도를 감소시켜 힘을 최소화도록 높은 탄성을 가질 수 있다.

하지만, 바람직하게는 추가적 엔드 스톱 유닛은 컴포넌트의 이동 경로 내에 배치된 엔드 스톱에 의해, 예를 들면 기판 개구 앞에 배치된 스톱 플레이트, 플랫 코일 인쇄 회로 기판, 또는 컴포넌트 앞에서 그 중간에 배치된 축방향 스파이크에 의해 구현된다.

유리하게는 댐퍼가 엔드 스톱 유닛과 이와 협동하는 컴포넌트 사이에 배치될 수 있고, 특히 엔드 스톱 유닛 또는 컴포넌트에 고정될 수 있다. 댐퍼는 예를 들면 컴포넌트 상에 폴리머 코팅에 의해, 예를 들면 파릴렌 코팅에 의해 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 편향 장치는 바람직하게는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술로 구현될 수 있다.

바람직하게는, 자기 또는 정전기 드라이브의 힘 인가 컴포넌트가 미러에 강성적으로 연결된다. 게다가, 스프링 맴브레인은 바람직하게는 미러와 자기 또는 정전기 드라이브의 힘 인가 컴포넌트(예를 들면, 영구 자석) 사이에서 각각으로부터 이격되게 배치된다. 유리하게는, 엔드 스톱 유닛은 기판, 스프링 맴브레인, 또는 기판 상에 도포된 층에 의해 형성된다.

본 발명에 따른 장치의 다른 유리한 이점 및 유리한 실시예는 상세한 설명, 도면 및 청구 범위로부터 얻어질 것이다. 전술한 특징은 물론 아래에 기재한 특징들 또한 그 자체로 복수의 임의의 조합으로 이용될 수도 있다. 도시하고 설명하는 실시예들은 총망라한 리스트로서 이해할 것이 아니라, 본 발명의 설명을 위한 예시적 성격을 갖는다.

도 1a 및 도 1b는 경사 가능 미러를 구비한, 레이저 비임의 2차원적 편향을 위한 본 발명에 따른 제1 장치의 종방향 단면도를 도시하는 것으로, 도 1a에서는 축방향 비편향 위치로, 도 1b에서는 축방향으로 편향된 상단 위치로 도시하며,
도 2는 도 1에 도시한 스프링 맴브레인의 평면도이며,
도 3은 도 1에 도시한 편향 장치가 수정된 하부 엔드 스톱 유닛을 갖고 있는 것을 나타내는 도 1a와 유사한 도면이며,
도 4a 및 도 4b는 경사 가능 미러를 구비한 본 발명에 따른 제2 편향 장치의 종방향 단면도를 도시하는 것으로, 도 4a에서는 축방향 비편향 위치로, 도 4b에서는 축방향으로 편향된 상단 위치로 도시하며,
도 5는 도 4에 도시한 기판의 평면도이며,
도 6은 경사 가능 미러를 구비한 본 발명에 따른 제3 편향 장치의 종방향 단면도를 도시하는 것으로, 축방향 비편향 위치로 도시하며,
도 7은 경사 가능 미러를 구비한 본 발명에 따른 제4 편향 장치의 종방향 단면도를 도시하는 것으로, 축방향 비편향 위치로 도시하며,
도 8은 경사 가능 미러를 구비한 본 발명에 따른 제5 편향 장치의 종방향 단면도를 도시하는 것으로, 축방향 비편향 위치로 도시하며,
도 9는 도 8에 도시한 스프링 맴브레인의 평면도이다.

도면에 대한 이하의 상세한 설명에서, 동일한 도면 부호는 동일 또는 기능적으로 동일한 구성 요소를 가리키는 데에 이용된다.

도 1a 및 도 1b에 도시한 장치(1)는 2차원적으로 경사 가능하도록 장착된 미러(2)에 의해 레이저 비임을 2차원적으로 편향시키는 데에 이용된다. 미러(2) 외에도, 편향 장치(1)는 이하의 구성 요소; 즉

미러(2)에 강성적으로 연결된 영구 자석(3);

기판 개구(5)를 갖는 기판(4);

기판(4)에 마련되는 스프링 맴브레인(6)으로서, 이 스프링 맴브레인(6)은 기판 개구(5) 내로 연장하는 스프링 아암(7) 및 기판 개구(5) 내에 배치되고 스프링 아암(7)에 의해 지지되는 중간 섹션(8)을 포함하며, 이 중간 섹션(8)은 경사 가능하고 스프링 맴브레인 중앙 축선(9)의 양방향(A, B)으로 축방향으로 변위 가능하도록 장착되며, 미러(2)가 중간 섹션(8)의 일측, 도 1에서는 상측에 고정되어 있는 것인 스프링 맴브레인(6); 및

중앙 축선(9)에 대해 수직으로 연장하는 중간 섹션(8)의 임의의 경사 축선을 중심으로 영구 자석(3)을 미러(2)와 함께 스프링 아암(7)의 복원력에 대항해, 도면의 지면에 대해 수직으로 연장하는 중간 섹션(8)의 경사 축선에 대해 이중 화살표(11)로 나타낸 바와 같이, 경사지게 하기 위해 자기장을 생성하는 플랫 코일 인쇄 회로 기판으로서 구현된 솔레노이드 코일(10)을 더 구비한다. 스프링 아암(7)은 스프링 맴브레인(6)의 평면 밖으로 탄성적으로 편향될 수 있고, 기판 개구(5)의 에지로부터 기판 개구(5) 내로 연장할 수 있다.

따라서, 영구 자석(3)과 솔레노이드 코일(10)은 함께, 스프링 아암(7)의 복원력에 대항해 미러(2)를 경사지게 하는 전체적으로 도면 부호 12로 나타낸 전자기 드라이브를 형성한다. 미러(2)는 상부 스페이서(13)에 의해 중간 섹션(8)의 상측에 고정되고, 영구 자석(3)은 하부 스페이서(14)에 의해 중간 섹션(8)의 하측에 고정되며, 이에 따라 스프링 맴브레인(6)에 매달린 채로 유지된다. 따라서, 영구 자석(3) 아래에 위치하는 플랫 코일 인쇄 회로 기판(10) 상에 기판(4)이 프레임(15)에 의해 고정된다. 미러(2)와 상부 스페이서(13)는 바람직하게는 SOI(실리콘-온-인슐레이터) 실리콘 웨이퍼(예를 들면, Si/SiO₂/Si 샌드위치)에 일체적으로 에칭되며, 그 상부 스페이서(13)는 미러(2)와는 다른 실리콘층으로 이루어진다. 대안적으로, 상부 스페이서(13)는 미러(2) 상에 별도로 설치된 별개의 컴포넌트일 수도 있다.

영구 자석(3)과 협동하는 상부 엔드 스톱 유닛(16)이 자기장에 의해 야기되는 미러(2)의 경사 중에 그 너머로의 중간 섹션(8)의 상향(방향 A) 축방향 편향을 제한한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 엔드 스톱 유닛(16)은 스프링 맴브레인(6)의 복수의 엔드 스톱 아암(17)(도면에는 예시를 위해 4개만 도시)에 의해 형성되며, 이들 엔드 스톱 아암(17)은 그 자유단에 의해 영구 자석(3)의 상향 축방향 이동을 정지시키도록 영구 자석(3)의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구(5) 내로 돌출한다. 이를 위해, 엔드 스톱 아암(17)들은 상당히 높은 스프링 강성을 갖는데, 예를 들면 스프링 아암(7)보다 큰 폭을 갖는 다. 엔드 스톱 아암(17)은 서로에 대해 동일한 각도 간격으로 그리고 스프링 아암(7)의 이동을 차단하지 않도록 스프링 아암(7)으로부터 충분히 이격되게 배치된다. 도 1b에 도시한 미러(2)의 상향 최대 편향은 엔드 스톱 유닛(16)에 의해 통상 300㎛로 제한된다.

스프링 맴브레인(6)은 바람직하게는 실리콘 스프링 맴브레인이며, 그 중간 섹션(6), 스프링 아암(7) 및 엔드 스톱 아암(17)은 SOI(실리콘-온-인슐레이터) 실리콘 기판(4)의 디바이스 층에 에칭에 의해 바로 생성되거나 그 기판(4)에 도포되며, 도시한 바와 같이 스프링 아암(7)은 선형으로 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 나선형, 지그재그형 또는 S형으로 연장할 수 있다.

영구 자석(3)의 아래의 플랫 코일 인쇄 회로 기판(10)은, 자기장에 의해 야기된 미러(2)의 경사 중에 그 너머로의 중간 섹션(8)의 하향(방향 B) 축방향 편향을 제한하며, 따라서 영구 자석(3)과 협동하는 하부 엔드 스톱 유닛(8)을 형성한다. 미러(2)의 하향 최대 편향은 하부 엔드 스톱 유닛(18)에 의해 통상 200㎛로 제한된다.

2개의 엔드 스톱 유닛(16, 18)은, 예를 들면 충돌의 결과로 수직 가속도 또는 진동이 큰 경우에 발생할 수 있는 것과 같은 스프링 아암(7)의 수직 상향 및 하향 편향을 제한하며, 예를 들면 ±10°의 미러(2)의 드라이브 관련 최대 경사 각도 범위 밖에 위치한다. 스프링 맴브레인(6)은, 2개의 엔드 스톱 유닛(16, 18)에 이르기까지의 편향 시에, 스프링 맴브레인(6)의 기계적 장력이 플라스틱 변형 한계 또는 파괴 한계 아래에 있도록 치수 설정된다.

대안적으로는 도시 생략한 실시예에서, 솔레노이드 코일은 프레임(15) 상에 권취 코일로서, 영구 자석(3)의 이동 경로 밖에 배치된다. 그러한 측방 코일의 경우에, 영구 자석(3) 아래에 스톱 플레이트가 하부 엔드 스톱 유닛(18)으로서 고정될 수 있다.

도 3에 도시한 편향 장치(1)는 영구 자석(3)이 축방향 편향 하단 위치에서 맞대지도록 플랫 코일 인쇄 회로 기판(10)으로부터 위로 돌출하는 스파이크(19)에 의해 하부 엔드 스톱 유닛(18)이 형성된다는 점에서 도 1과 상이하다. 미러(2)의 동일한 최대 경사 각도 범위의 경우, 스파이크(19)는 플랫 코일 인쇄 회로 기판(10)보다는 영구 자석(3)으로부터 덜 이격되게 배치될 수 있다.

도 4a 및 도 4b에 도시한 편향 장치(1)는, 엔드 스톱 유닛(16)은 기판(4)의 복수의 엔드 스톱 아암(20)(도면에는 예시를 위해 4개만 도시)에 의해 형성되며, 이들 엔드 스톱 아암(20)은 그 자유단에 의해 영구 자석(3)의 상향 축방향 이동을 정지시키도록 영구 자석(3)의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구(5) 내로 돌출한다는 점에서 도 1과 상이하다. 엔드 스톱 아암(20)은 에칭에 의해 SOI(실리콘-온-인슐레이터) 실리콘 기판(4)의 핸들 층에 생성될 수 있고, 바람직하게는 도 5에 도시한 바와 같이 서로 동일한 각도 간격으로 배치된다. 엔드 스톱 아암(20)은 스프링 아암(7)의 이동을 차단하지 않도록 스프링 아암(7)으로부터 측방향으로 충분히 이격되게 배치되어야 한다.

도 6에 도시한 편향 장치(1)는, 영구 자석(3)이 플랫 코일 인쇄 회로 기판(10)과 개구 다이어프램(21) 사이에 배치된다는 점에서 도 1과 상이하다. 개구 다이어프램(21)은 스프링 맴브레인(6)과는 반대쪽의 기판의 하측에 고정되며, 그 개구 직경(d)은 영구 자석(3)의 직경(D)보다 작다. 개구 다이어프램(21)은 천공 필름, 예를 들면 폴리이미드 필름일 수 있다. 개구 다이어프램(21)이 상부 엔드 스톱 유닛(16)을 형성하여, 영구 자석(3)의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구(5) 내로 돌출하여, 그 개구 에지에 의해 영구 자석(3)의 상향 축방향 이동을 정지시킨다. 대안적으로, 개구 다이어프램(21)은 또한 영구 자석(3)을 그 수직 상향 이동 중에 정지시키기에 충분하도록 그 중앙을 향해 연장하는 엔드 스톱 아암을 구비할 수 있다.

도 7에 도시한 편향 장치(1)는, 상부 엔드 스톱 유닛(16)이 영구 자석(3)과 개구 다이어프램(21) 사이에서 스페이서(14) 상에 고정된 스톱 플레이트(예를 들면, 소형 알루미늄 플레이트)(22) 및 개구 다이어프램(21)에 의해 형성된다는 점에서 도 6과 상이하다. 스톱 플레이트(22)의 직경(e)은 도 7에 도시한 바와 같이 개구 직경(d)보다는 크고 영구 자석(3)의 직경(D)보다는 작다. 개구 다이어프램(21)은, 스톱 플레이트(22)의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구(5) 내로 돌출하여, 그 개구 에지 또는 엔드 스톱 아암에 의해 스톱 플레이트(22)의 상향 축방향 이동을 정지시킨다. 별도의 스톱 플레이트 대신에, 하부 스페이서(14)가 개구 다이어프램(21)과 협동하도록 반경방향 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부(22), 예를 들면 볼록부 또는 링형 견부를 구비할 수도 있다.

대안적으로는, 별도의 개구 다이어프램 대신에, 스톱 플레이트(22) 또는 반경방향 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부가 도 1 및 도 4에 설명한 바와 같은 스프링 맴브레인(6) 또는 기판(4)의 엔드 스톱 아암(17, 20)과 각각 협동할 수도 있다.

도면에 도시한 바와 같이, 영구 자석(3)에는 그 상측 및 하측에 폴리머 코팅(23)이 마련되어, 엔드 스톱 유닛(16, 18)에서의 충돌을 추가적으로 감쇠시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 엔드 스톱 유닛(16, 18)이 또한 감쇠용 폴리머 코팅을 구비할 수도 있다.

도 8 및 도 9에는 또 다른 편향 장치(1)를 도시하고 있으며, 여기서 중간 섹션(8)이 반경방향 외측으로 연장하는 엔드 스톱 아암(24)을 구비하는 한편, 기판(4)에 고정된 개구 다이어프램(25)이 스프링 맴브레인(6) 위에 배치되어 있다. 개구 다이어프램(25)이 상부 엔드 스톱 유닛(16)을 형성하여, 엔드 스톱 아암(24)의 이동 경로 내에 이르도록 기판 개구(5) 내로 돌출하여, 스프링 맴브레인(6) 및 영구 자석(3)의 상향 축방향 이동을 정지시킨다. 도 8은 엔드 스톱 아암(24)이 개구 다이어프램(25)에 맞대지게 되는 축방향 편향 상단 위치에서의 미러(2)를 도시하고 있다.

솔레노이드 코일(10)이 제위치에 고정 연결되고 영구 자석(3)이 미러(2)에 강성적으로 연결되어 있는 도시한 편향 장치와는 대조적으로, 도시 생략한 실시예에서는 영구 자석(3)이 제위치에 고정 연결되고 솔레노이드 코일(10)이 미러(2)에 강성적으로 연결된다. 이 경우, 이동 가능하게 장착된 솔레노이드 코일(10)이 엔드 스톱 유닛(16, 18)과 협동한다.

자기 드라이브(12) 대신에, 고정된 제1 전극과 미러(2)에 강성적으로 연결된 제2 전극을 갖는 정전기 드라이브가 이용될 수도 있다. 정전기 드라이브의 전기장 내에서, 제2 전극은 스프링 아암의 복원력에 대항해 경사지며, 그 제2 전극이 엔드 스톱 유닛(16, 18)과 협동한다.

Claims

레이저 비임을 2차원적으로 편향시키는 장치(1)로서:
기판 개구(5)를 갖는 기판(4);
상기 기판(4)에 마련되고, 상기 기판 개구(5) 내로 연장하는 스프링 아암(7) 및 중간 섹션(8)을 구비하는 스프링 맴브레인(6)으로서, 상기 중간 섹션(8)은, 상기 기판 개구(5) 내에 배치되고 상기 스프링 아암(7)에 의해 지지되며, 2차원적으로 경사 가능하고 스프링 맴브레인 중앙 축선(9)의 양방향(A, B)으로 축방향으로 변위 가능하도록 장착되는 것인 스프링 맴브레인(6);
상기 스프링 맴브레인(6)의 중간 섹션(8)에 고정된 미러(2); 및
상기 미러(2)를 상기 스프링 아암(7)의 복원력에 대항해 경사지게 하는 자기 또는 정전기 드라이브(12)
를 포함하고,
상기 미러(2)에 강성적으로 고정된 컴포넌트(3, 22)와 협동하는 엔드 스톱 유닛(16)에 의해, 상기 미러(2)의 드라이브 관련 경사 동안의 중간 섹션의 축방향 편향을 넘어서는 중간 섹션(8)의 축방향 편향이 적어도 하나의 축방향(A)에서 제한되고,
상기 엔드 스톱 유닛(16)과 협동하는 상기 컴포넌트(3; 22)는 상기 중간 섹션(8)에 있어서의 상기 미러(2)의 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔드 스톱 유닛(16)은, 상기 컴포넌트(3; 22)의 이동 경로 내에 이르도록 상기 기판 개구(5) 내로 돌출하는 상기 스프링 맴브레인(6)의 적어도 하나의 엔드 스톱 아암(17)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 엔드 스톱 아암(17)은 상기 스프링 아암(7)보다 높은 스프링 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔드 스톱 유닛(16)은, 상기 컴포넌트(3; 22)의 이동 경로 내에 이르도록 상기 기판 개구(5) 내로 돌출하는 상기 기판(4)의 적어도 하나의 엔드 스톱 아암(20)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔드 스톱 유닛(16)은, 상기 컴포넌트(3; 22)의 이동 경로 내에 이르도록 상기 기판 개구(5) 내로 돌출하는 개구 다이어프램(21; 25)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제5항에 있어서,
상기 개구 다이어프램(21)은, 상기 기판(4)에 있어서의 상기 스프링 맴브레인(6)의 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
삭제
제5항에 있어서,
상기 개구 다이어프램(25)은 상기 미러(2)와 상기 스프링 맴브레인(6) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔드 스톱 유닛(16)과 협동하는 상기 컴포넌트는, 상기 스프링 맴브레인(6), 영구 자석(3), 자기 드라이브(12)의 솔레노이드 코일(10), 정전기 드라이브의 전극, 또는 다른 컴포넌트(22)이고,
상기 다른 컴포넌트는 별개의 스톱 플레이트(22)에 의해, 또는 영구 자석(3)과 스프링 아암(7) 사이에 위치한 스페이서(14)의 반경방향 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러(2)에 강성적으로 고정된 컴포넌트(3)와 협동하는 추가의 엔드 스톱 유닛(18)에 의해, 상기 미러(2)의 드라이브 관련 경사 동안의 중간 섹션의 축방향 편향을 넘어서는 중간 섹션(8)의 축방향 편향이 다른 축방향(B)에서도 제한되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제11항에 있어서,
상기 추가의 엔드 스톱 유닛(18)은, 상기 컴포넌트(3)의 이동 경로 내에 배치된 엔드 스톱에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
댐퍼(23)가 상기 엔드 스톱 유닛(16; 18)과 이와 협동하는 상기 컴포넌트(3; 22) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향 장치(1)는 MEMS 기술로 구현되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 아암(7)은 상기 스프링 맴브레인(6)의 평면 밖으로 탄성적으로 편향될 수 있는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 아암(7)은 상기 기판 개구(5)의 에지로부터 상기 기판 개구(5) 내로 연장하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 또는 정전기 드라이브(12)의 힘 인가 컴포넌트(3, 10)가 상기 미러(2)에 강성적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 맴브레인(6)은 상기 미러(2)와, 상기 자기 또는 정전기 드라이브(12)의 힘 인가 컴포넌트(3, 10) 사이에 각각 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔드 스톱 유닛(16)은 상기 기판(4), 상기 스프링 맴브레인(6) 또는 상기 기판(4)에 도포된 층(21)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.