KR102390952B1 - 광섬유 이미징 시스템들에서 사용하기 위한 기계적 조인트 - Google Patents

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마이클 로버트 존슨
티모시 마크 달림플
앤드류 씨. 뒤너
알버트 다니엘 샤를마뉴
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Abstract

예시적인 장치는 광섬유, 액추에이터, 및 액추에이터를 광섬유에 기계적으로 커플링하는 조인트를 포함한다. 조인트는 축을 따라 연장되는 넥을 포함한다. 광섬유는 넥을 통해 축을 따라 연장되는 어퍼처를 통해 스레딩된다. 광섬유는 축을 향한 넥의 표면에서 조인트에 부착된다. 조인트는 또한 축을 따라 연장되는 칼라를 포함한다. 액추에이터는 축을 향하는 칼라의 내부 표면에서 조인트에 기계적으로 부착된다. 조인트는 또한 넥으로부터 칼라로 방사상으로 연장되는 굽힘 엘리먼트를 포함한다. 동작 동안, 조인트는 축에 대해 넥으로부터 연장되는 광섬유의 부분의 배향을 변동시키도록 액추에이터로부터 광섬유로 힘을 커플링한다.

Description

광섬유 이미징 시스템들에서 사용하기 위한 기계적 조인트
[0001] 본 출원은, 2017년 5월 31일에 출원된 미국 가출원 번호 제62/513,082호의 출원일의 이익을 주장한다. 미국 출원 번호 제62/513,082호의 내용들은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 개시내용은 섬유 스캔 디스플레이 디바이스들과 같은 광섬유 이미징 시스템들에서 사용하기 위한 기계적 조인트들에 관한 것이다.
[0003] 이미징 시스템들은 시각적 정보를 사용자에게 제시하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 이미징 시스템은 하나 이상의 사용자들이 이미지를 볼 수 있도록 이미징 표면 상에 이미지들을 프로젝팅하는 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 이미징 시스템들은 보다 몰입식으로 시각적 정보를 제시하기 위해 머리-장착 디스플레이 디바이스에 통합될 수 있다. 예컨대, 머리-장착 디스플레이들은 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR) 시스템들에 대한 시각적 정보를 제시하는 데 사용될 수 있다.
[0004] 액추에이터를 도파관에 물리적으로 커플링하기 위한 기계적 조인트의 구현들이 본원에서 설명된다. 설명된 구현들 중 하나 이상은 섬유 스캔 디스플레이 디바이스들과 같은 광섬유 이미징 시스템들과 함께 사용될 수 있다.
[0005] 기계적 조인트의 구현들은 다양한 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 본원에서 설명된 기계적 조인트들 중 하나 이상은 광섬유 이미징 시스템이 높은 정밀도로 동작하는 것을 가능하게 하여 이미지 품질을 개선한다. 또한, 본원에서 설명된 기계적 조인트들 중 하나 이상은 정밀하고 일관되게 구성될 수 있고, 따라서 변동-특정 애플리케이션들에서 (예컨대, 섬유 스캔 디스플레이 디바이스들과 같은 기계적 조인트의 성질들에 매우 민감할 수 있는 이미징 시스템들에서) 사용하기에 적합할 수 있다. 또한, 기계적 조인트는 쉽게 대량 생산될 수 있다. 더욱이, 기계적 조인트들의 설계는 용이하게 수정 및 구현될 수 있고, 따라서 다양한 상이한 애플리케이션들에서 용이하게 사용될 수 있다.
[0006] 일반적으로, 일 양상에서, 장치는 광섬유, 액추에이터, 및 액추에이터를 광섬유에 기계적으로 커플링하는 조인트를 포함한다. 조인트는 축을 따라 연장되는 넥(neck)을 포함한다. 광섬유는 넥을 통해 축을 따라 연장되는 어퍼처를 통해 스레딩된다. 광섬유는 축을 향한 넥의 표면에서 조인트에 부착된다. 조인트는 또한 축을 따라 연장되는 칼라를 포함한다. 액추에이터는 축을 향하는 칼라의 내부 표면에서 조인트에 기계적으로 부착된다. 조인트는 또한 넥으로부터 칼라로 방사상으로 연장되는 굽힘 엘리먼트를 포함한다. 동작 동안, 조인트는 축에 대해 넥으로부터 연장되는 광섬유의 부분의 배향을 변동시키도록 액추에이터로부터 광섬유로 힘(force)을 커플링한다.
[0007] 이 양상의 구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
[0008] 일부 구현들에서, 굽힘 엘리먼트는 넥과 칼라 사이에서 연장되는 환형 부분을 포함할 수 있다.
[0009] 일부 구현들에서, 굽힘 엘리먼트는 넥과 칼라 사이에서 연장되는 하나 이상의 빔들을 포함할 수 있다.
[0010] 일부 구현들에서, 칼라는 넥으로부터 멀어지는 방향으로 축을 따라 연장될 수 있다.
[0011] 일부 구현들에서, 칼라는 넥의 주변부 주위에서 축을 따라 연장될 수 있다.
[0012] 일부 구현들에서, 조인트는 축을 중심으로 회전 대칭일 수 있다. 조인트는 축을 중심으로 적어도 4-폴드(four-fold) 회전 대칭을 가질 수 있다.
[0013] 일부 구현들에서, 조인트는 축에 대해 제1 강성도, 제1 반경 방향에 대해 제2 강성도, 및 제1 반경 방향에 직교하는 제2 반경 방향에 대해 제3 강성도 가질 수 있다. 제1 강성도는 제2 강성도 및 제3 강성도보다 클 수 있다. 제2 강성도 및 제3 강성도는 실질적으로 동일할 수 있다.
[0014] 일부 구현들에서, 조인트는 결정질 실리콘을 포함할 수 있다. 결정질 실리콘은 (111) 결정 구조를 가질 수 있다.
[0015] 일부 구현들에서, 조인트는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
[0016] 일부 구현들에서, 조인트는 하나 이상의 실리콘 층들 및 하나 이상의 전기 절연성 재료 층들을 포함할 수 있다. 전기 절연성 재료는 실리콘 이산화물을 포함할 수 있다.
[0017] 일부 구현들에서, 외부 부분은 실질적으로 원형인 단면을 가질 수 있다. 넥은 200㎛ 미만의 내경을 가질 수 있다. 넥은 300㎛ 미만의 외경을 가질 수 있다.
[0018] 일부 구현들에서, 넥은 넥의 주변부를 따라 하나 이상의 슬롯들을 정의할 수 있다.
[0019] 일부 구현들에서, 칼라는 실질적으로 원형인 단면을 가질 수 있다. 칼라는 1500㎛ 미만의 내경을 가질 수 있다. 칼라는 2000㎛ 미만의 외경을 가질 수 있다.
[0020] 일부 구현들에서, 칼라는 칼라의 주변부를 따라 하나 이상의 슬롯들을 정의할 수 있다.
[0021] 일부 구현들에서, 장치는 광섬유와 광통신하는 조명 소스를 더 포함할 수 있다. 조명 소스는 동작 동안 광을 광섬유로 지향시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터는 동작 동안, 광섬유의 제1 단부가 미리 정의된 패턴을 트래버싱(traverse)하도록 광섬유의 부분의 배향을 변동시키게 구성될 수 있다. 광학 가이드는 동작 동안, 조명 소스로부터 광을 수신하고, 수신된 광을 광섬유의 단부로 안내하고, 광섬유의 제1 단부로부터 수신된 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
[0022] 일부 구현들에서, 굽힘 엘리먼트는 굽힘 엘리먼트를 통해 연장되는 하나 이상의 슬롯들을 정의할 수 있다.
[0023] 일부 구현들에서, 하나 이상의 슬롯들은 축을 중심으로 나선형으로 배열될 수 있다.
[0024] 일부 구현들에서, 굽힘 엘리먼트는 짐벌 구조를 포함할 수 있다. 짐벌 구조는 링, 넥을 링에 기계적으로 커플링하는 복수의 내부 빔들, 및 링을 칼라에 기계적으로 커플링하는 복수의 외부 빔들을 포함할 수 있다.
[0025] 하나 이상의 실시예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 다른 특징들 및 이점들은 설명 및 도면들, 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
[0026] 도 1a는 예시적인 섬유 스캔 디스플레이 디바이스의 개략도이다.
[0027] 도 1b는 도파관 팁의 예시적인 편향을 도시한다.
[0028] 도 1c는 예시적인 변조 패턴의 플롯을 도시한다.
[0029] 도 1d는 예시적인 스캔 패턴을 도시한다.
[0030] 도 2a는 예시적인 액추에이터, 예시적인 도파관 및 예시적인 기계적 조인트의 사시도를 도시한다.
[0031] 도 2b는 도 2a에 도시된 컴포넌트들의 단면도를 도시한다.
[0032] 도 3a는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 기계적 조인트의 정면 사시도를 도시한다.
[0033] 도 3b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 기계적 조인트의 후면 사시도를 도시한다.
[0034] 도 3c는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 기계적 조인트의 단면도를 도시한다.
[0035] 도 3d는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 기계적 조인트의 평면도를 도시한다.
[0036] 도 4a는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 기계적 조인트의 후면 사시도를 도시한다.
[0037] 도 4b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 기계적 조인트의 평면도를 도시한다.
[0038] 도 4c는 도 2a에 도시된 예시적인 액추에이터, 예시적인 도파관 및 예시적인 기계적 조인트의 사시도를 도시한다.
[0039] 도 5a는 다른 예시적인 기계적 조인트의 사시도를 도시한다.
[0040] 도 5b는 도 5a에 도시된 기계적 조인트의 평면도를 도시한다.
[0041] 도 5c는 도 5a에 도시된 기계적 조인트의 단면도를 도시한다.
[0042] 도 6a는 다른 예시적인 기계적 조인트의 사시도를 도시한다.
[0043] 도 6b는 도 6a에 도시된 기계적 조인트의 평면도를 도시한다.
[0044] 도 6c는 도 6a에 도시된 기계적 조인트의 단면도를 도시한다.
[0045] 도 7a는 다른 예시적인 기계적 조인트의 사시도를 도시한다.
[0046] 도 7b는 도 7a에 도시된 기계적 조인트의 평면도를 도시한다.
[0047] 도 7c는 도 7a에 도시된 기계적 조인트의 단면도를 도시한다.
[0048] 도 8a 내지 도 8c는 기계적 조인트들을 생성하기 위한 예시적인 미세제조 프로세스를 도시한다.
[0049] 일반적으로, 섬유 스캔 디스플레이(fiber scanned display; FSD) 디바이스는 광섬유 팁을 진동시키면서, 광섬유를 통해 시간-변조된 광 패턴을 지향시킴으로써 이미징 표면 상에 이미지를 프로젝팅한다. 예컨대, FSD 디바이스는 액추에이터를 사용하여 광섬유를 진동시켜서, 광섬유의 팁이 예측 가능한 미리 정의된 패턴 또는 경로(예컨대, 나선)를 따라 이동하거나 "스캔"할 수 있게 한다. 광섬유의 팁이 패턴을 스캔함에 따라, 변조된 광은 광섬유를 통해 송신되어서, 광은 광섬유의 팁으로부터 공간-의존적 방식으로 방출된다. 따라서, 광 펄스들의 시퀀스를 광섬유 내로 투과시키면서, 광섬유를 연속적으로 진동시킴으로써 이미징 표면 상에 이미지들이 공간적으로 "스캔"될 수 있다.
[0050] 예시적인 FSD 디바이스(100)는 도 1a에 개략적으로 도시된다. FSD 디바이스(100)는 광(예컨대, 각각, 적색 레이저, 녹색 레이저 및 청색 레이저)을 방출하도록 구성된 여러 방사 소스들(102a-c)을 포함한다. 방사 소스들(102a-c)은 방사 소스들 각각에 의해 방출된 광이 결합되도록 제1 도파관(104)(예컨대, RGB(red-green-blue) 결합기)에 광학적으로 커플링된다. 제1 도파관(104)으로부터의 결합된 광은 제1 도파관(104)에 광학적으로 커플링된 제2 도파관(106)(예컨대, 단일 모드 광섬유)에 의해 중계된다. 차례로, 제2 도파관(106)으로부터의 광은 제 2 도파관의 팁(108)(예컨대, 캔틸레버 섬유 팁)으로부터 방출된다.
[0051] 방출된 광은 이미지 평면(112) 상에 방출된 광을 포커싱하는 렌즈 조립체(110)를 통과한다. 광이 방출될 때, 도파관 팁(108)은 액추에이터(114)(예컨대, 압전 튜브 액추에이터)에 의해 하나 이상의 축들을 따라 스캔되어서, 방출된 광은 이미지 평면(112)을 따라 스캔 패턴(예컨대, 나선)에 따라 프로젝팅된다. 결과적으로, 스캔 이미지(예컨대, 나선-스캔 이미지)가 이미지 평면(112) 상에 형성된다.
[0052] 도 1b에 도시된 바와 같이, 도파관 팁(108)은 액추에이터(114)를 사용하여 도파관(106) 상에 힘을 부여함으로써 스캔될 수 있다. 도파관(106)은 가요성이어서, 도파관 팁(108)은 액추에이터(114)의 종축(150)에 대해 각도(α)만큼 편향되게 한다. 액추에이터(114)의 동작은 도파관 팁(108)이 특정한 미리 정의된 패턴을 스캔하도록 축(150)에 직교하는 하나 이상의 축들을 따라 도파관 팁(108)을 편향시키도록 선택적으로 조절될 수 있다.
[0053] 방사 소스들(102a-c)에 의해 방출된 광의 강도는 광이 펄스들의 시퀀스로서 도파관(106) 내로 커플링되도록 변조된다. FSD 디바이스(100)는 도파관 팁(108)의 작동으로 펄스 시퀀스를 조정하여서, 광이 이미지를 형성하도록 도파관 팁(108)으로부터 공간-의존적 방식으로 선택적으로 방출되게 한다. 예컨대, 액추에이터(114)가 예측 가능한 미리 정의된 패턴에 따라 도파관 팁(108)을 연속적으로 스캔함에 따라, 방사 소스들(102a-c)은 각각, 이미지 평면(112) 상에 순차적으로 형성된 광 패턴이 사용자에게 이미지로서 나타나도록, 그 패턴에 따라 그리고 충분히 짧은 시간 간격들로 광을 선택적으로 방출하고 그리고/또는 광 방출의 강도를 조절할 수 있다. 이는, 예컨대 이미지 평면(112) 상의 객체들, 형상들 및/또는 패턴들을 묘사하는 데 유용할 수 있다. 더욱이, 방사 소스들은 또한 동적 패턴에 따라 광을 방출할 수 있는데, 이를테면, (예컨대, 이미지 평면(112) 상에서 이를테면, 비디오 시퀀스로 모션 감각(sense of motion)을 부여하기 위해) 시간이 지남에 따라 상이한 이미지들의 시퀀스가 이미지 소스 상에 프로젝팅된다.
[0054] 도 1a에 도시된 바와 같이, FSD 디바이스(100)는 액추에이터(114)의 동작 및 방사 소스들(102a-c)의 동작을 조정하는 구동 모듈(116)을 포함한다. 예컨대, 구동 모듈(116)은 (예컨대, 액추에이터(114)가, 도파관 팁(108)이 예측 가능한 미리 정의된 패턴을 스캔하게 하도록) 액추에이터(114)의 작동을 제어하기 위해 액추에이터(114)에 대한 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 모듈(116)은 또한 액추에이터(114)의 작동에 따라 방사 소스들(102a-c)의 출력을 조절하기 위해 픽셀 변조 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호 및 픽셀 변조 신호는 픽셀들이 이미지 평면(112)을 따라 특정 공간 위치들에 형성되도록, 액추에이터(114)에 동시에 송신될 수 있다.
[0055] 예로서, 구동 신호는, 신호가 시간이 지남에 따라 진폭 변조되는 정현파 구동 신호를 구성하도록 도 1c의 플롯(160)에 도시된 예시적인 패턴에 따라 변조될 수 있다. 구동 신호는 액추에이터(114)의 하나의 스캔 축을 구동하는 정현파 신호 부분뿐만 아니라 제2 스캔 축을 구동하는 제2 정현파 신호 부분을 포함할 수 있다. 제2 정현파 구동 신호는 도파관 팁(108)이 원형 스캔 패턴을 통해 스위핑하도록 제1 구동 신호 부분에 대해 위상 시프트된다. 정현파 구동 신호는 시간이 지남에 따라 진폭 변조되어, 영역-충전 나선 스캔 패턴을 형성하도록 이 원형 스캔 패턴을 확장 및 수축시킬 수 있다. 단순화된 스캔 패턴(170)이 도 1d에 도시된다. 유사하게, 픽셀 변조 신호는, 픽셀들이 스캔 패턴(170)을 따라 특정 공간 위치에 형성되도록 스캔 패턴(170)에 따라 생성될 수 있다.
[0056] 일부 경우들에서, 프로젝팅된 이미지의 품질을 증가시키기 위해 다수의 FSD 디바이스들이 함께(예컨대, 2-차원 어레이로) 사용될 수 있다. 예로서, 다수의 FSD 디바이스들은 어레이로 구현되어 프로젝팅된 이미지들의 해상도를 증가시키고, 프로젝팅된 이미지들의 픽셀 밀도를 증가시키거나 그리고/또는 이미지가 프로젝팅되게 하는 프레임 레이트를 증가시킬 수 있다.
[0057] FSD 디바이스(100)의 구현들은 다양한 이미징 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 예컨대, 일부 경우들에서, FSD 디바이스들(100)은 머리 장착 디스플레이 디바이스로 구현된다. 하나 이상의 FSD 디바이스들(100)은 이미지들이 사용자의 시야 내에 있도록 사용자의 눈 위에 포지셔닝된 접안렌즈들 상에 이미지들을 프로젝팅하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, FSD 디바이스들(100)은 시각적으로 몰입형 방식으로 이미지들을 제시하기 위해 "가상 현실" 시스템 또는 "증강 현실" 시스템의 부분으로서 구현될 수 있다.
[0058] 도 1a와 관련하여 설명된 바와 같이, 액추에이터(114)는 도파관 팁(108)이 예측 가능한 미리 정의된 패턴에 따라 하나 이상의 축들을 따라 스캔되도록 도파관(106) 상에 힘을 부여한다. 이는 기계적 조인트(200)를 사용하여 액추에이터(114)를 도파관(106)에 기계적으로 커플링함으로써 구현될 수 있다.
[0059] 도 2a 및 도 2b는 예시적인 액추에이터(114), 예시적인 도파관(106) 및 예시적인 기계적 조인트(200)의 사시도(도 2a) 및 단면도(도 2b)를 도시한다. 예시의 용이함을 위해, 액추에이터(114)의 부분들은 생략되었다. 도 3a 내지 도 3d는 정면 사시도(도 3a), 후면 사시도(도 3b), 단면도(도 3c) 및 평면도(도 3d)에 따라 기계적 조인트(200)를 도시한다.
[0060] 액추에이터(114)는 종축(150)을 따라 연장된다. 액추에이터(114)는 튜브형 구성을 가지며, 중공 내부 채널(206)을 둘러싸는 외벽(204)을 포함한다. 액추에이터(114)는 원형 또는 실질적으로 원형인 단면을 갖는다. 일부 경우들에서, 액추에이터(114)는 압전 튜브 액추에이터이다.
[0061] 도파관(106)은 액추에이터(114)의 내부 채널(206)을 통해 스레딩되고 종축(150)을 따라 연장된다. 도파관(106)은 기계적 조인트(200)를 통해 액추에이터(114)에 기계적으로 커플링되어서, (예컨대, 액추에이터(114)의 외벽(204)을 따라 액추에이터(114)에 의해 발생된 진동들로 인해) 액추에이터(114)에 의해 유도된 힘이 도파관(106)에 커플링되게 한다. 도파관(106)은 광섬유(예컨대, 단일 모드 광섬유)일 수 있다.
[0062] 기계적 조인트(200)는 넥 부분(208), 칼라 부분(210) 및 굽힘 엘리먼트 부분(212)을 포함한다. 일부 경우들에서, 기계적 조인트(200)는 일체형 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 일부 경우들에서, 기계적 조인트(200)는 둘 이상의 이산 컴포넌트들로부터 구성될 수 있다.
[0063] 넥 부분(208)은 기계적 조인트 및 도파관(106)이 기계적으로 커플링되도록 도파관(106)에 부착되게 구성된다. 일부 경우들에서, 넥 부분(208)은 도파관(106)에 기계적으로 그리고/또는 화학적으로 부착될 수 있다. 예컨대, 넥 부분(208)은 금속화 또는 확산을 통해 도파관(106)에 부착될 수 있다. 다른 예로서, 넥 부분(208)은 우레탄들, 에폭시들 또는 나노입자들의 사용을 통해 도파관(106)에 부착될 수 있다.
[0064] 넥 부분(208)은 종축(150)을 따라 연장된다. 넥 부분(208)은 튜브형 구성을 가지며, 중공 내부 채널(216)을 둘러싸는 외벽(214)을 포함한다.
[0065] 내부 채널(216)은 도파관(106)을 수용하도록 치수가 정해진다. 일부 경우들에서, 내부 채널(216)의 단면 형상은 도파관(106)의 것과 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 예컨대, 도파관(106)의 단면 형상이 원형 또는 실질적으로 원형인 경우, 내부 채널(216)은 또한 원형 또는 실질적으로 원형인 단면을 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 내부 채널(216)의 직경은 도파관(106)의 직경과 실질적으로 동일할 수 있어서, 도파관(106)이 (예컨대, 마찰 피팅을 통해) 종축(150)을 향하는 외벽(214)의 내부 표면(218)과 단단히 접촉하게 한다.
[0066] 일부 경우들에서, 넥 부분(208)은 외벽(214)을 따라 하나 이상의 슬롯들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 넥 부분(208)은 외벽(214)을 통해 연장되는 여러 슬롯들(220)을 포함할 수 있다. 각각의 슬롯(220)은 각각, 넥 부분(208)을 따라 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다. 슬롯들(220)은 예컨대, 기계적 조인트(200)의 굴곡을 용이하게 하는 데 유리할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 슬롯들(220)은 종축(150)을 중심으로 방위각에서 균일하게 이격될 수 있다. 4개의 슬롯들(220)이 도 2a 및 도 3a 내지 도 3c에 도시되지만, 실제로, 넥 부분(208)은 임의의 수의 슬롯들(예컨대, 1개, 2개, 3개, 또는 그 이상의 슬롯들)을 포함하거나 슬롯을 전혀 포함하지 않을 수 있다.
[0067] 칼라 부분(210)은 액추에이터(114)에 기계적으로 커플링되도록 구성된다. 칼라 부분(210)은 종축(150)을 따라 연장된다. 칼라 부분(210)은 튜브형 구성을 가지며, 중공 내부 채널(224)을 둘러싸는 외벽(222)을 포함한다.
[0068] 내부 채널(224)은 액추에이터(114)를 수용하도록 치수가 정해진다. 일부 경우들에서, 내부 채널(224)의 단면 형상은 액추에이터(114)의 것과 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 예컨대, 액추에이터(114)의 단면 형상이 원형 또는 실질적으로 원형인 경우, 내부 채널(224)은 또한 원형 또는 실질적으로 원형 단*을 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 내부 채널(224)의 직경은 액추에이터(114)의 직경과 실질적으로 동일할 수 있어서, 액추에이터(114)가 (예컨대, 마찰 피팅을 통해) 종축(150)을 향하는 외벽(222)의 내부 표면(226)과 단단히 접촉하게 한다. 일부 경우들에서, 내부 채널(224)의 직경은 액추에이터(114)의 직경보다 클 수 있어서, 갭 구역(228)이 외벽(222)의 내부 표면(226)과 액추에이터(114) 사이에서 정의되게 한다.
[0069] 일부 경우들에서, 칼라 부분(210)은 외벽(222)을 따라 하나 이상의 슬롯들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2a 및 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 칼라 부분(210)은 외벽(222)을 통해 연장되는 여러 슬롯들(230)을 포함할 수 있다. 각각의 슬롯(230)은 각각, 칼라 부분(210)을 따라 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다. 슬롯들(230)은 예컨대, 기계적 조인트(200)의 굴곡을 용이하게 하는 데 유리할 수 있다. 4개의 슬롯들(230)이 도 2a 및 도 3a 내지 도 3c에 도시되지만, 실제로, 칼라 부분(210)은 임의의 수의 슬롯들(예컨대, 1개, 2개, 3개, 또는 그 이상의 슬롯들)을 포함하거나 슬롯을 전혀 포함하지 않을 수 있다.
[0070] 굽힘 엘리먼트 부분(212)은 (예컨대, 액추에이터(114)에 의해 생성된 진동들로 인해) 칼라 부분(210) 상에 부여된 힘들이 넥 부분(208)에 커플링되도록, 넥 부분(208)을 칼라 부분(210)에 기계적으로 커플링하게 구성된다. 일부 경우들에서, 굽힘 엘리먼트 부분(212)의 부분들 또는 굽힘 엘리먼트 부분(212)의 전체는, 넥 부분(208) 및 칼라 부분(210)이 견고하게 서로 커플링되지 않도록 넥 부분(208) 및/또는 칼라 부분(210)에 대해 구부러질 수 있다.
[0071] 굽힘 엘리먼트 부분(212)은 넥 부분(208)과 칼라 부분(208) 사이에서 연장되는 다양한 구조들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 굽힘 엘리먼트 부분(212)은 환형 부분(232)(예컨대, 플랜지 또는 림), 및 넥 부분(208)과 칼라 부분(210) 사이에서 연장되고 이들을 상호연결하는 빔(234)을 포함할 수 있다. 4개의 빔들(234)이 도 2a, 도 3a 및 도 3d에 도시되지만, 실제로 굽힘 엘리먼트 부분(212)은 임의의 수의 빔(234)(예컨대, 1개, 2개 3개 또는 그 이상의 슬롯들)을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 굽힘 엘리먼트 부분(212)은 빔들을 전혀 갖지 않을 수 있고, 환형 부분(232)만이 넥 부분(208)으로부터 칼라 부분(210)으로 연장될 수 있다. 더욱이, 일부 경우들에서, 굽힘 엘리먼트 부분(212)은 환형 부분(232)을 전혀 포함하지 않는다(예컨대, 빔들(234) 각각은 넥 부분(208)으로부터 칼라 부분(210)으로 직접 연장될 수 있음). 굽힘 엘리먼트 부분(212)의 강성도를 변동시키기 위해 다른 구성들이 또한 사용될 수 있다.
[0072] 일부 경우들에서, 기계적 조인트(200)는 종축(150)을 중심으로 회전 대칭일 수 있다. 일부 경우들에서, 기계적 조인트(200)는 종축(150)에 대해 적어도 4-폴드(four-fold) 회전 대칭을 가질 수 있다.
[0073] 일부 경우들에서, 기계적 조인트(200)는 방향에 의존하는 강성도를 가질 수 있다. 예컨대, 도 3d를 참조하면, 기계적 조인트(200)는 종축(150)(즉, z-축)에 대한 제1 병진 강성도(kz), x-축에 대한 제2 병진 강성도(kx), 및 y-축에 대한 제3 병진 강성도(ky)를 가질 수 있다 (여기서 x, y 및 z 축은 데카르트 좌표계의 축들을 지칭함). 제1 병진 강성도(kz)는 제2 병진 강성도(kx) 및 제3 병진 강성도(ky) 각각과 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 병진 강성도(kz)는 제2 및 제3 병진 강성도들(kx 및 ky) 각각보다 클 수 있다. 또한, 일부 경우들에서, 제2 병진 강성도(kx) 및 제3 병진 강성도(ky)는 실질적으로 동일할 수 있다.
[0074] 또한, 기계적 조인트(200)는 x-축을 중심으로 제1 회전 강성도(kθx), y-축을 중심으로 제2 회전 강성도(kθy)를 가질 수 있다. 제1 및 제2 회전 강성도들(kθx 및 kθy)은 실질적으로 동일할 수 있고, 각각의 회전 강성도는 제1 병진 강성도(kz) 미만일 수 있다.
[0075] 이러한 강성도들의 조합은, 예컨대, 도파관(106)이 액추에이터(114)의 동작 동안 x-y 평면에 대해 방향-의존적 바이어스를 나타낼 가능성이 적도록, 기계적 조인트(200)가 액추에이터(114)로부터의 힘을 x-y 평면에 대해 균일하게 커플링하는 것을 가능하게 하기 때문에, 유용할 수 있다. 따라서, 도파관(106)은 예측 가능한 미리 정의된 스캔 패턴을 따라 이동할 가능성이 매우 높고, 그리하여 프로젝팅된 이미지 품질을 개선한다. 또한, 제1 병진 강성도(kz)가 비교적 크기 때문에, 도파관(106)은 z-축을 따라 덜 병진운동하면서, 그것이 x-및 y-축들에 대해서는 여전히 진동하는 것을 가능하게 한다.
[0076] 더욱이, 일부 경우들에서, 강성도는 도파관(106)의 거동을 변동시키도록(예컨대, 액추에이터(114)의 동작 동안 도파관 팁(108)의 편향 각도를 증가 또는 감소시키고 그리고/또는 동작 동안 도파관 팁(108)의 고유 또는 공진 주파수를 변경하기 위해) 수정될 수 있다. 따라서, FSD 디바이스(100)의 성능은 기계적 조인트(200)의 강성도들을 수정함으로써 조정될 수 있다. 일부 경우들에서, 기계적 조인트(200)는 도파관 팁(108)이 약 10 kHz 내지 150 kHz의 주파수에서 패턴을 스캔하고 600㎛ 내지 1800㎛ 사이의 직경 편향을 달성하는 것을 가능하게 한다(예컨대, 팁(108)은 600㎛ 내지 1800㎛의 직경을 갖는 원형 또는 실질적으로 원형 경로를 트래버싱함). 구현에 의존하여, 다른 성능 특성들이 또한 가능하다.
[0077] 예들로서, 일부 경우들에서, 통상적인 방사상 병진 강성도는 0.375 N/mm 내지 6.0 N/mm일 수 있고, 좌굴 모드 강성도는 1.7 N/mm 내지 28 N/mm이다. 일부 경우들에서, 통상적인 축방향 병진 강성도는 1.2 N/mm 내지 20.0 N/mm일 수 있고, 좌굴 모드 강성도는 20.0 N/mm 내지 360.0 N/mm이다. 일부 경우들에서, 통상적인 회전 강성도는 0.1N * mm/Rad 내지 1.6N * mm/Rad일 수 있으며 좌굴 모드 강성도는 0.15N * mm/Rad 내지 2.5N * mm/Rad이다.
[0078] 일부 경우들에서, 각각의 슬롯(220)은 대응하는 슬롯(230) 및 대응하는 빔(234)과 방사상으로 정렬될 수 있다. 예컨대, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 슬롯(220a), 제1 슬롯(230a) 및 제1 빔(234a)은 각각, 종축(150)에 대해 제1 반경 방향(402a)으로 배치된다. 또한, 제2 슬롯(220b), 제2 슬롯(230b) 및 제2 빔(234b)은 각각, 종축(150)에 대해 제2 반경 방향(402b)으로 배치된다. 또한, 제3 슬롯(220c), 제3 슬롯(230c) 및 제3 빔(234c)은 각각, 종축(150)에 대해 제3 반경 방향(402c)으로 배치된다. 또한, 제4 슬롯(220d), 제4 슬롯(230d) 및 제4 빔(234d)은 각각, 종축(150)에 대해 제4 반경 방향(402d)으로 배치된다.
[0079] 또한, 방향들은 종축(150) 주위에 방위각으로 균일하게 이격될 수 있다. 예컨대, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 반경 방향들(236a-d)은 종축(150)에 대해 90° 증분들로 방위각으로 이격된다.
[0080] 일부 경우들에서, 반경 방향들(236a-d)은 각각, 액추에이터(114)의 각각의 압전 엘리먼트와 정렬될 수 있다. 예컨대, 도 4c에 도시된 예들에서, 액추에이터(114)는 종축(150)을 중심으로 방위각으로 균일하게 이격되는 압전 엘리먼트들(예컨대, 압전-세라믹 엘리먼트들)의 4개의 라인들 및 인접 압전 엘리먼트들 사이에 배치된 전극 판들을 포함한다(도 4c의 사시도로 인해, 단 2개의 압전 엘리먼트들(404a 및 404b) 및 3개의 전극 판들(406a-c)만이 도시됨). 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 반경 방향(402a)은 제1 압전 엘리먼트(404a)와 방사상으로 정렬될 수 있고, 제2 반경 방향(402b)은 제2 압전 엘리먼트(404b)와 방사상으로 정렬될 수 있다. 유사하게, 제3 반경 방향(402c) 및 제4 반경 방향(402d)은 각각, 제3 압전 엘리먼트 및 제4 압전 엘리먼트와 각각 방사상으로 정렬될 수 있다.
[0081] 이 구성은, 예컨대, FSD 디바이스(100)의 모션 축들을 정의하고 그리고/또는 액추에이터(114)의 동작 동안 x-y 평면에 대한 방향-의존적 바이어스를 감소시키는 데 유용할 수 있다.
[0082] 기계적 조인트(200)의 예시적인 구성이 도 2a, 도 2b, 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4c에 도시되지만, 이는 단지 예시적인 예일 뿐이다. 실제로, 기계적 조인트의 구성은 (예컨대, 상이한 크기의 액추에이터들 및/또는 도파관들을 수용하고, 상이한 강성도 성질들을 제공하고, 상이한 도파관 편향 특성들을 제공하는 등을 하기 위해) 애플리케이션에 의존하여 상이할 수 있다.
[0083] 예로서, 도 5a 내지 도 5c는 다른 기계적 조인트(500)를 도시한다. 도 5a는 기계적 조인트(500)의 사시도를 도시하고, 도 5b는 기계적 조인트(500)의 평면도를 도시하고, 도 5c는 평면(A)을 따른 기계적 조인트(500)의 단면도를 도시한다.
[0084] 기계적 조인트(500)는 일부 면들에서, 기계적 조인트(200)와 유사하다. 예컨대, 기계적 조인트(500)는 넥 부분(502), 칼라 부분(504) 및 굽힘 엘리먼트 부분(506)을 포함한다. 넥 부분(502)은 넥 부분(502)과 도파관(예컨대, 도파관(106)) 사이의 기계적 및/또는 화학적 부착을 통해 그 도파관에 기계적으로 커플링되도록 구성된다. 또한, 칼라 부분(504)은 액추에이터(예컨대, 액추에이터(114))에 기계적으로 커플링되도록 구성된다. 또한, 굽힘 엘리먼트 부분(506)은, (예컨대, 액추에이터에 의해 생성된 진동들로 인해) 칼라 부분(504) 상에 부여된 힘들이 넥 부분(502)에 커플링되도록, 넥 부분(502)을 칼라 부분(504)에 기계적으로 커플링하게 구성된다.
[0085] 굽힘 엘리먼트 부분(506)은 또한, 넥 부분(502)과 칼라 부분(504) 사이에서 연장되고 이들을 상호연결하는 환형 부분(508)(예컨대, 플랜지 또는 림)을 포함한다. 다수의 슬롯들이 환형 부분(508) 상에 정의될 수 있다. 예컨대, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 3개의 슬롯들(510)이 환형 부분(508) 상에 형성될 수 있고, 각각은 넥 부분(502)으로부터 나선형으로 외향으로 연장된다. 슬롯들(510)은 기계적 조인트(500)의 종축(512)을 중심으로 회전 대칭으로 정의될 수 있다(예컨대, 각각의 슬롯(510)은 인접 슬롯(510)으로부터 120°만큼 회전 오프셋될 수 있음). 3개의 슬롯들(510)이 도 5a 내지 도 5c에 도시되지만, 이것은 단지 예시적인 예일 뿐이다. 실제로, 기계적 조인트는 임의의 수의 슬롯들(510)(예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상)을 포함할 수 있다.
[0086] 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 슬롯들(510)은 개념상 원(B) 내에 한정된다. 실제로, 원(B)의 크기는 상이할 수 있어서, 슬롯들(510)은 환형 부분(508)의 더 큰 또는 더 적은 영역을 점유한다.
[0087] 또한, 도 5a 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 기계적 조인트(500)는 또한 허브 단차 구조(514)를 포함한다. 허브 단차 구조(514)는 굽힘 엘리먼트 부분(506)으로부터 외향으로 연장되고 넥 부분(502)을 둘러싸서 단차 또는 만입부(516)를 형성한다. 허브 단차 구조(514)는 예컨대, 기계적 조인트(500)에 부가적인 강성도를 제공하는 데 유용할 수 있다.
[0088] 도 6a 내지 도 6c는 다른 예시적인 기계적 조인트(600)를 도시한다. 도 6a는 기계적 조인트(600)의 사시도를 도시하고, 도 6b는 기계적 조인트(600)의 평면도를 도시하고, 도 6c는 평면(A)을 따른 기계적 조인트(600)의 단면도를 도시한다.
[0089] 기계적 조인트(600)는 일부 면들에서, 기계적 조인트(200)와 유사하다. 예컨대, 기계적 조인트(600)는 넥 부분(602), 칼라 부분(604) 및 굽힘 엘리먼트 부분(606)을 포함한다. 넥 부분(602)은 이들 사이의 기계적 및/또는 화학적 부착을 통해 도파관(예컨대, 도파관(106))에 기계적으로 커플링되도록 구성된다. 또한, 칼라 부분(604)은 액추에이터(예컨대, 액추에이터(114))에 기계적으로 커플링되도록 구성된다. 또한, 굽힘 엘리먼트 부분(606)은 (예컨대, 액추에이터에 의해 생성된 진동들로 인해) 칼라 부분(604) 상에 부여된 힘들이 넥 부분(602)에 커플링되도록, 넥 부분(602)을 칼라 부분(604)에 기계적으로 커플링하게 구성된다.
[0090] 기계적 조인트(600)는 또한 허브 단차 구조(610)를 포함한다. 허브 단차 구조(610)는, 각각이 굽힘 엘리먼트 부분(606)으로부터 외향으로 연장되는 여러 핑거 구조들(612)을 포함한다. 예컨대, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 기계적 조인트(600)는 굽힘 엘리먼트 부분(606)으로부터 돌출되고 넥 부분(602)을 둘러싸는 8개의 핑거 구조들(612)을 포함할 수 있다. 핑거 구조들(612)은 기계적 조인트(600)의 종축(608)을 중심으로 회전 대칭으로 배치될 수 있다(예컨대, 각각의 핑거 구조(612)는 인접 핑거 구조(612)로부터 45°만큼 회전 오프셋될 수 있음). 8개의 핑거 구조들(612)이 도 6a 내지 도 6c에 도시되었지만, 이것은 단지 예시적인 예일 뿐이다. 실제로, 기계적 조인트는 임의의 수의 핑거 구조들(612)(예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상)을 포함할 수 있다.
[0091] 또한, 핑거 구조(612)는 단차 또는 만입부(614)를 형성한다. 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 설명된 것과 유사한 방식으로, 허브 단차 구조(610)는 예컨대, 기계적 조인트(600)에 부가적인 강성도를 제공하는 데 유용할 수 있다.
[0092] 도 7a 내지 도 7c는 다른 예시적인 기계적 조인트(700)를 도시한다. 도 7a는 기계적 조인트(700)의 사시도를 도시하고, 도 7b는 기계적 조인트(700)의 평면도를 도시하고, 도 7c는 평면(D)을 따른 기계적 조인트(700)의 단면도를 도시한다.
[0093] 기계적 조인트(700)는 넥 부분(702), 칼라 부분(704) 및 짐벌 구조(706)를 포함한다. 넥 부분(702)은 이들 사이의 기계적 및/또는 화학적 부착을 통해 도파관(예컨대, 도파관(106))에 기계적으로 커플링되도록 구성된다. 또한, 칼라 부분(704)은 액추에이터(예컨대, 액추에이터(114))에 기계적으로 커플링되도록 구성된다.
[0094] 또한, 짐벌 구조(706)는 (예컨대, 액추에이터에 의해 생성된 진동들로 인해) 칼라 부분(704) 상에 부여된 힘들이 넥 부분(702)에 커플링되도록, 넥 부분(702)을 칼라 부분(704)에 기계적으로 커플링하게 구성된다. 짐벌 구조(706)는 링(708), 링(708)을 넥 부분(702)에 기계적으로 커플링하는 내부 빔들(710), 및 링(708)을 칼라 부분(704)에 기계적으로 커플링하는 외부 빔들(712)을 포함한다.
[0095] 도 7b에 도시된 바와 같이, 링(708)은 형상이 난형(ovular)이며, 기계적 조인트(700)의 종축(714)을 중심으로 한다. 내부 빔들(710)은 링(708)의 장축(716)을 따라 링(708)의 내주(inner periphery)로부터 내향으로 연장된다. 외부 빔들(712)은 링(708)의 단축(718)을 따라 링(708)의 외주(outer periphery)로부터 외향으로 연장된다. 또한, 장축(716)은 단축(718)과 직교한다. 따라서, 내부 빔들(710) 및 외부 빔들(712)은 서로 90° 만큼 회전식이다.
[0096] 짐벌 구조(706)는 넥 부분(702)이 실질적으로 2개의 이산 회전축들을 중심으로(예컨대, 장축(716)을 중심으로 그리고 단축(718)을 중심으로) 칼라 부분(704)에 대해 회전하는 것을 가능하게 한다. 예컨대, 링(708)이 외부 빔들(712)을 통해 칼라 부분(704)에 기계적으로 커플링되기 때문에, 링(708)은 단축(718)을 중심으로 칼라 부분(704)에 대해 회전할 수 있다. 결과적으로, 이 회전은 단축(718)을 중심으로 칼라 부분(704)에 대해 넥 부분(702)을 유사하게 회전시킨다. 또한, 링(708)이 내부 빔들(710)을 통해 넥 부분(702)에 기계적으로 커플링되기 때문에, 넥 부분(702)은 장축(716)을 중심으로 링(708)에 대해 회전할 수 있다.
[0097] 이러한 어레인지먼트는 별개의 수의 회전축들을 따라 칼라 부분(704)에 대한 넥 부분(702)의 움직임을 제한한다. 이는, 예컨대, (예컨대, 다른 회전축들을 따른 잘못된 움직임을 제거하거나, 그렇지 않으면 감소시킴으로써) 기계적 조인트의 동작 특성들을 개선하는 데 유용할 수 있다.
[0098] 예시적인 기계적 조인트들이 본원에서 도시되지만, 이들이 반드시 실척으로 그려질 필요는 없다는 것이 이해된다. 실제로, 기계적 조인트의 각각의 구조의 치수들은 애플리케이션에 의존하여 변동될 수 있다. 예들로서, 기계적 조인트의 다양한 치수들이 아래에서 설명된다. 그러나, 실제로, 다른 치수들이 또한 가능하다는 것이 이해된다.
[0099] 일부 경우들에서, 칼라 부분의 내경은 500㎛ 내지 1500㎛(예컨대, 502㎛, 612㎛, 804㎛, 940㎛ 또는 1242㎛)일 수 있다. 일부 경우들에서, 칼라 부분의 외경은 800㎛ 내지 2000㎛(예컨대, 802㎛, 912㎛, 1104㎛, 1214㎛, 1240㎛ 및 1542㎛)일 수 있다.
[00100] 일부 경우들에서, 넥 부분의 내경은 20㎛ 내지 200㎛(예컨대, 26㎛, 72㎛, 82㎛, 84㎛, 102㎛, 127㎛, 129㎛, 140㎛, 185㎛, 204㎛, 260㎛ 및 556㎛)일 수 있다. 일부 경우들에서, 넥 부분의 외경은 300㎛ 이하(예컨대, 300㎛, 150㎛, 100㎛ 및 50㎛)일 수 있다.
[00101] 일부 경우들에서, 허브 단차 구조의 내경은 50㎛ 내지 1000㎛(예컨대, 84㎛, 127㎛, 129㎛, 130㎛, 160㎛, 185㎛, 190㎛, 204㎛, 260㎛, 및 556㎛)일 수 있다. 일부 경우들에서, 허브 단차 구조의 직경 두께는 10㎛ 내지 60㎛(예컨대, 20㎛ 및 50㎛)일 수 있다.
[00102] 일부 경우들에서, 굽힘 엘리먼트 부분의 두께는 20㎛ 내지 60㎛(예컨대, 30㎛ 및 50㎛)일 수 있다.
[00103] 일부 경우들에서, (예컨대, 기계적 조인트의 종축에 직교하는 방향에서) 짐벌 구조의 내부 빔의 두께는 5㎛ 내지 50㎛(예컨대, 10㎛ 및 15㎛)일 수 있다. 일부 경우들에서, (예컨대, 기계적 조인트의 종축에 직교하는 방향에서) 짐벌 구조의 외부 빔의 두께는 5㎛ 내지 50㎛(예컨대, 11㎛ 및 17㎛)일 수 있다. 일부 경우들에서, (예컨대, 기계적 조인트의 종축에 직교하는 다른 방향으로) 짐벌 구조의 외부 빔의 길이는 50㎛ 내지 150㎛(예컨대, 100㎛ 및 125㎛)일 수 있다.
[00104] 일부 경우들에서, 굽힘 엘리먼트 부분을 따라 정의된 나선형으로 연장되는 슬롯의 두께는 10㎛ 내지 100㎛(예컨대, 18㎛, 21㎛, 22㎛, 26㎛, 28㎛, 32㎛, 35㎛, 72㎛, 78㎛, 81㎛)일 수 있다. 일부 경우들에서, 나선형으로 연장되는 슬롯들은 수학식들
Figure 112019135028160-pct00001
및
Figure 112019135028160-pct00002
에 의해 파라미터적으로 정의될 수 있으며, 여기서
Figure 112019135028160-pct00003
이다. A1은 100㎛ 내지 200㎛(예컨대, 102㎛, 108㎛, 111㎛, 124㎛, 125㎛, 129㎛, 135㎛, 175㎛, 181㎛)일 수 있다. B1은 10㎛ 내지 100㎛(예컨대, 23㎛, 24㎛, 25㎛, 28㎛, 30㎛, 31㎛, 32㎛, 52㎛ 및 53㎛)일 수 있다. θf는 200° 내지 350°(예컨대, 220°, 262°, 272°, 277°, 278°, 279°, 296°, 299°, 301°, 304°, 315°)일 수 있다.
[00105] 또한, 다양한 구조들이 본원에서 도시되지만, 다양한 피처들이 단일 기계적 조인트 상에서 결합될 수 있고 그리고/또는 기계적 조인트로부터 제외될 수 있는 것으로 이해된다. 예로서, 기계적 조인트는, (예컨대, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이) 굽힘 엘리먼트 부분에 정의된 나선형으로 연장되는 슬롯들, (예컨대, 도 5a 내지 도 5c 및 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같은) 허브 단차 구조, (예컨대, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이) 핑거 구조들을 갖는 허브 단차 구조, (예컨대, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같은) 짐벌 구조, (예컨대, 도 3b에 도시된 바와 같이) 칼라 부분 상에 정의된 슬롯들, (예컨대, 도 3b에 도시된 바와 같이) 넥 부분 상에 정의된 슬롯들, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
[00106] 기계적 조인트는 다양한 재료들을 사용하여 구성될 수 있다. 예컨대, 일부 경우들에서, 기계적 조인트는 부분적으로 또는 전체적으로, 실리콘으로 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 기계적 조인트는 결정질 실리콘(예컨대, (111) 결정 구조를 갖는 실리콘) 및/또는 비정질 실리콘을 사용하여 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 기계적 조인트는 하나 이상의 실리콘 층들 및/또는 하나 이상의 전기 절연성 재료(예컨대, 실리콘 이산화물) 층들을 사용하여 구성될 수 있다.
[00107] 일부 경우들에서, 기계적 조인트는 반도체 미세제조 기술들을 사용하여 구성될 수 있다. 단순화된 예가 도 8a 내지 도 8c에 도시된다.
[00108] 예로서, 도 8a는 웨이퍼(800)의 단면도를 도시한다. 웨이퍼(800)는 디바이스 층(810)(예컨대, 실리콘 층), 매립된 산화물 층(820)(예컨대, 실리콘 이산화물 층) 및 핸들 층(830)(예컨대, 실리콘 층)을 포함한다. 이들 층들은 예컨대, (예컨대, 산화, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착, 전기 도금, 스핀 캐스팅 또는 다른 층 증착 기술들을 사용하여) 기판 상에 층들 각각을 연속적으로 증착함으로써 형성될 수 있다.
[00109] 웨이퍼(800)로부터 재료를 선택적으로 추가 및/또는 제거함으로써 웨이퍼(800) 상에 하나 이상의 피처들이 정의될 수 있다. 예컨대, 도 8b에 도시된 바와 같이, 채널들(840)을 정의하기 위해 웨이퍼(800)로부터 재료가 에칭될 수 있다.
[00110] 웨이퍼(800)로부터의 재료는 잔여 재료가 기계적 조인트를 형성하는 방식으로 추가 및/또는 제거될 수 있다. 예컨대, 도 8c에 도시된 바와 같이, 재료는 웨이퍼(800)의 주변부를 따라 선택적으로 제거될 수 있어서, 웨이퍼(800)의 실질적으로 원통형인 부분이 남게 되어, 기계적 조인트(200)의 칼라 부분(210)의 외벽(222)의 외주를 형성하게 한다. 또한, 재료는 내부 채널(216, 224)을 정의하도록 웨이퍼(800)의 내부를 따라 선택적으로 제거될 수 있다. 유사한 방식으로, 기계적 조인트(200)의 다른 구조들 각각을 정의하기 위해 웨이퍼(800)로부터 추가의 재료가 제거될 수 있다. 예로서, 웨이퍼(800)는 포토리소그래피 기술들(예컨대, 습식 에칭 또는 건식 에칭, 이를테면, 반응성 이온 에칭 및 깊은 반응성 이온 에칭)을 사용하여 에칭될 수 있다.
[00111] 미세제조 기술들을 사용하여 기계적 조인트를 생성하는 것은 다양한 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 일부 경우들에서, 기계적 조인트들은 정밀하고 일관되게 구성될 수 있고, 따라서 변동-특정 애플리케이션에서 (예컨대, FSD 디바이스들과 같은 기계적 조인트의 성질들에 매우 민감할 수 있는 이미징 시스템들에서) 사용하기에 적합할 수 있다. 또한, 기계적 조인트들은 쉽게 대량 생산될 수 있다. 더욱이, 기계적 조인트들의 설계는 용이하게 수정 및 구현될 수 있고, 따라서 여러 다양한 애플리케이션들에서 용이하게 사용될 수 있다.
[00112] 예시적인 미세제조 프로세스가 도 8a 내지 도 8c에 도시되지만, 이것은 단지 간략화된 예일 뿐이다. 실제로, 다른 미세제조 기술들이 기계적 조인트를 생산하는 데 그리고/또는 본원에서 도시된 것들과 상이한 구조적 피처들을 갖는 기계적 조인트들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 유사한 기술들이 또한 본원에서 설명된 임의의 다른 기계적 조인트(예컨대, 기계적 조인트들(500, 600, 700))를 형성하는 데 사용될 수 있다.
[00113] 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 다른 실시예들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (29)

  1. 광섬유;
    액추에이터; 및
    상기 액추에이터를 상기 광섬유에 기계적으로 커플링하는 조인트를 포함하고,
    상기 조인트는,
    축을 따라 연장되는 넥(neck) ― 상기 광섬유는 상기 넥을 통해 상기 축을 따라 연장되는 어퍼처(aperture)를 통해 스레딩되고(threaded), 상기 광섬유는 상기 축을 향하는 상기 넥의 표면에서 상기 조인트에 부착됨 ― ,
    상기 축을 따라 연장되는 칼라 ― 상기 액추에이터는 상기 축을 향하는 상기 칼라의 내부 표면에서 상기 조인트에 기계적으로 부착됨 ― , 및
    상기 넥으로부터 상기 칼라로 방사상으로 연장되는 굽힘 엘리먼트를 포함하고,
    상기 굽힘 엘리먼트는 상기 넥과 상기 칼라 사이에서 연장되는 하나 이상의 빔들을 포함하고,
    동작 동안, 상기 조인트는 상기 축에 대해 상기 넥으로부터 연장되는 상기 광섬유의 부분의 배향을 변동시키도록 상기 액추에이터로부터 상기 광섬유로 힘을 커플링하고,
    상기 넥은 상기 넥의 주변부를 따라 하나 이상의 슬롯들을 정의하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 굽힘 엘리먼트는 상기 넥과 상기 칼라 사이에서 연장되는 환형 부분을 포함하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 칼라는 상기 넥으로부터 멀어지는 방향으로 상기 축을 따라 연장되는,
    광섬유 이미징 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 칼라는 상기 넥의 주변부 주위에서 상기 축을 따라 연장되는,
    광섬유 이미징 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 조인트는 상기 축을 중심으로 회전 대칭인,
    광섬유 이미징 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 조인트는 상기 축을 중심으로 적어도 4-폴드(four-fold) 회전 대칭을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 조인트는 상기 축에 대해 제1 강성도, 제1 반경 방향에 대해 제2 강성도, 및 상기 제1 반경 방향에 직교하는 제2 반경 방향에 대해 제3 강성도를 갖고,
    상기 제1 강성도는 상기 제2 강성도 및 상기 제3 강성도보다 큰,
    광섬유 이미징 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 강성도 및 상기 제3 강성도는 실질적으로 동일한,
    광섬유 이미징 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 조인트는 결정질 실리콘을 포함하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 결정질 실리콘은 (111) 결정 구조를 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 조인트는 비정질 실리콘을 포함하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 조인트는 하나 이상의 실리콘 층들 및 하나 이상의 전기 절연성 재료 층들을 포함하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 전기 절연성 재료는 실리콘 이산화물을 포함하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 넥은 실질적으로 원형인 단면을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 넥은 200㎛ 미만의 내경을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 넥은 300㎛ 미만의 외경을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 칼라는 실질적으로 원형인 단면을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 칼라는 1500㎛ 미만의 내경을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 칼라는 2000㎛ 미만의 외경을 갖는,
    광섬유 이미징 시스템.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 칼라는 상기 칼라의 주변부를 따라 하나 이상의 슬롯들을 정의하는,
    광섬유 이미징 시스템.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 광섬유와 광통신하는 조명 소스를 더 포함하고, 상기 조명 소스는 동작 동안 광을 상기 광섬유로 지향시키도록 구성되는,
    광섬유 이미징 시스템.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 광섬유의 제1 단부가 미리 정의된 패턴을 트래버싱(traverse)하도록 상기 광섬유의 부분의 배향을 변동시키게 구성되는,
    광섬유 이미징 시스템.
  23. 제22 항에 있어서,
    광학 가이드는 동작 동안, 상기 조명 소스로부터 광을 수신하고, 상기 수신된 광을 상기 광섬유의 단부로 안내하고, 상기 광섬유의 제1 단부로부터 상기 수신된 광을 방출하도록 구성되는,
    광섬유 이미징 시스템.
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