KR20010009852A - 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치 - Google Patents

정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010009852A
KR20010009852A KR1019990028452A KR19990028452A KR20010009852A KR 20010009852 A KR20010009852 A KR 20010009852A KR 1019990028452 A KR1019990028452 A KR 1019990028452A KR 19990028452 A KR19990028452 A KR 19990028452A KR 20010009852 A KR20010009852 A KR 20010009852A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mirror
micro
electrostatically
light
optical
Prior art date
Application number
KR1019990028452A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100301844B1 (ko
Inventor
이영주
Original Assignee
구자홍
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구자홍, 엘지전자 주식회사 filed Critical 구자홍
Priority to KR1019990028452A priority Critical patent/KR100301844B1/ko
Publication of KR20010009852A publication Critical patent/KR20010009852A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100301844B1 publication Critical patent/KR100301844B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K21/00—Fluid-delivery valves, e.g. self-closing valves
    • F16K21/02—Fluid-delivery valves, e.g. self-closing valves providing a continuous small flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/60—Handles

Abstract

광 정보 저장 장치(optical data storage)의 기록/재생을 위한 입력 광을 미세 조절할 수 있는 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치에 관한 것으로, 기판과, 기판 위에 형성되고 다수개의 홈들을 갖는 고정 전극부와, 외부의 인가 전압에 따라 대응되는 홈 내부를 상하로 왕복하는 돌출부를 가지며 고정 전극부의 상부에 위치하는 구동 전극부와, 구동 전극부 위에 형성되는 미러로 구성된다. 여기서, 구동 전극부는 기판의 양 에지(edge)에 각각 형성되는 앵커(anchor)들과, 앵커들에 고정되는 탄성 서스펜션(suspension)과, 탄성 서스펜션에 지지되는 미러판과, 미러판의 일 측면에 돌출되어 형성되고 고정 전극부의 홈에 각각 대응되어 일부분이 삽입되며 외부의 인가 전압에 따라 홈 내로 이동되는 다수개의 전극들로 구성된다. 이와 같이, 구성된 본 발명은 정전 구동 방식의 액튜에이터를 이용하므로 입력 광의 위치 조절 정밀도를 향상시키고, 소모 전력을 낮출 수 있으며, 미러와 구동기를 일체화 및 집적화하므로 광학계의 크기를 소형화 및 경량화시킬 수 있다.

Description

정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치{micro-mirror device driving electrostatically and optical pick-up system using the same}
본 발명은 광 정보 저장 장치(optical data storage)의 기록/재생을 위한 입력 광을 미세 조절할 수 있는 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
최근에 정보 관련 기술인 컴퓨터 및 통신 기술의 발전은 다량의 정보를 저장, 기록/재생 할 수 있는 정보 저장 장치의 발전을 통해 가능하였다.
더욱이, 여러 형태의 데이터를 실시간(real-time)으로 처리해야 하는 멀티미디어 환경의 확산은 기존의 정보 저장 장치의 용량과 처리 속도를 더욱 개선할 것을 요구하고 있다.
기존의 자기 저장 방식의 경우, 기록 밀도의 물리적 한계로 인하여 평방 인치 당 10 기가 바이트 이상을 실현하는 것이 상당히 어렵다고 알려져 있다.
반면에 광학계를 이용한 정보 저장 장치는 광학 방식의 빠른 응답 속도, 비접촉식 픽업, 간편한 휴대성 등의 장점을 갖고 있으며, 무엇보다 데이터 밀도가 기록/재생을 위한 레이저 광원의 파장 범위까지 고밀도화할 수 있다는 장점이 있다.
그런데, 데이터 밀도가 높아진다는 것은 데이터 비트간의 간격 또는 데이터 트랙(track) 간의 간격인 트랙 피치(track pitch)가 기록/재생용 광원의 파장 범위만큼 축소되어야 한다는 것을 의미한다.
따라서, 트랙 피치의 위치에 기록/재생용 레이저 빔이 정확히 조사될 수 있도록 레이저 빔의 위치를 조절할 수 있는 광학계가 고밀도 광 정보 저장 장치의 관건이 된다.
한편, 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 이용한 초미세 광학계의 출현은 앞서 언급한 초정밀 레이저 빔의 변위 제어를 실현할 수 있는 기술로 기대된다.
또한, 광 정보 저장 장치의 영역뿐만 아니라 새로운 개념의 화상 표시 장치(display)인 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument) 사의 DMD(Digital Mirror Dispaly)의 예는 미소 광학 소자인 마이크로 미러(micro-mirror) 배열을 응용한 사례이다.
그리고, 다결정 실리콘 표면 마이크로머시닝(surface micromachining)을 이용한 바 코드(bar code) 판독기용 레이저 빔 스캐너(scanner)에 관한 연구(J. Microelectromech. Syst. vol. 7, no. 1, pp.27~37, 1998)도 보고되는 등 마이크로머시닝으로 구현되는 초미세 광학계의 응용 분야가 확대되고 있는 추세이다.
그러나, 위에 열거한 종래 기술의 미세 광학계는 도 5에 도시된 바와 같이, 미러를 비평행으로 구동시켜 미러의 반사 각도를 변화시킴으로써, 입력 광의 위치를 조절하는 방식이다.
이 경우, 구동에 의한 미러의 각도 변화와 레이저 빔의 위치는 비선형적인 관계를 갖게 되며, 구동 정밀도 또한 미러와 광 디스크 사이의 거리에 반비례하게 되는 단점을 내포하고 있다.
본 발명의 목적은 정전 구동 방식의 액튜에이터를 이용하여 입력 광의 위치 조절 정밀도를 향상시키고, 소모 전력을 낮출 수 있는 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 미러와 구동기를 일체화 및 집적화하여 광학계의 크기를 소형화 및 경량화시킬 수 있는 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자에 의한 레이저 빔의 반사를 보여주는 도면
도 2는 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 이용한 광 픽업 장치를 보여주는 도면
도 3은 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자에 의한 기록/재생 레이저 빔의 광축 변화를 보여주는 도면
도 4 및 도 5는 종래와 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자의 구동에 의한 레이저 빔의 위치 제어 원리를 비교한 도면
도 6a는 본 발명에 따른 빗살형 전극을 갖는 정전 방식의 평행 구동 마이크로-미러 소자를 보여주는 사시도
도 6b는 본 발명에 따른 동축 막대형 전극을 갖는 정전 방식의 평행 구동 마이크로-미러 소자를 보여주는 사시도
도 7a 및 도 7b는 정전 방식에 의한 본 발명의 마이크로-미러 소자의 평행 구동 원리를 보여주는 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 절연층
11 : 광원 12 : 시준 렌즈
13 : 광 분할기 14,16,18 : 집속 렌즈
15 : 45°서브마운트 17 : 디스크
19 : 광 감지 소자 30 : 마이크로-미러 소자
31 : 미러판 32,33 : 상부 전극
34,35 : 하부 전극 36 : 하부 공통 전극
37 :지지 스프링 38 : 고정부
71 : 디스크 기판 72 : 기록층
73,74 : 비트
본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자는 기판과, 기판 위에 형성되고 다수개의 홈들을 갖는 고정 전극부와, 외부의 인가 전압에 따라 대응되는 홈 내부를 상하로 왕복하는 돌출부를 가지며 고정 전극부의 상부에 위치하는 구동 전극부와, 구동 전극부 위에 형성되는 미러로 구성된다.
여기서, 고정 전극부의 홈은 일 방향으로 배열된 띠(stripe) 형태이거나 또는 일정 간격으로 배열된 도트(dot) 형태이고, 구동 전극부의 돌출부는 고정 전극부의 홈 내에 각각 대응되어 일부분이 삽입되어 있다.
그리고, 구동 전극부는 기판의 양 에지(edge)에 각각 형성되는 앵커(anchor)들과, 앵커들에 고정되는 탄성 서스펜션(suspension)과, 탄성 서스펜션에 지지되는 미러판과, 미러판의 일 측면에 돌출되어 형성되고 고정 전극부의 홈에 각각 대응되어 일부분이 삽입되며 외부의 인가 전압에 따라 홈 내로 이동되는 다수개의 전극들로 구성된다.
이때, 탄성 서스펜션은 기판 표면으로부터 일정 간격 떨어져 형성될 수 있고, 홈 내에 삽입되어 있는 전극들은 홈의 내면으로부터 이격되어 있다.
그리고, 전극은 일 방향으로 배열된 띠(stripe) 형태이거나 또는 일정 간격으로 배열된 도트(dot) 형태인데, 전극 및 홈의 단면은 다각형, 원형, 타원형 중 어느 한 형태로 형성된다.
이와 같이 구성되는 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 이용한 광 픽업 장치는 광을 발생하는 광원 모듈과, 광원 모듈로부터 발생된 광을 광 기록 매체의 표면에 집속하는 집속부와, 광 기록 매체에 의해 반사된 광을 전기적 신호로 변환하는 광검출부와, 광원 모듈 및 집속부 사이에 위치하여 광원 모듈로부터 발생된 광을 집속부로 전달하고 광 기록 매체에 의해 반사되어 집속부를 경유한 광을 광검출부로 전달하는 광분리부와, 집속부와 광분리부 사이에 위치하여 입사되는 광을 반사시키고 반사된 광의 경로를 미세 조절하는 마이크로-미러 소자로 구성된다.
여기서, 정전 구동형 마이크로-미러 소자는 서브마운트의 45도 경사면에 위치한다.
이와 같이, 구성된 본 발명은 기록 및 재생을 위한 광 정보 매체에 조사되는 입력 광의 위치를 정전기 방식의 평행 구동 마이크로-미러 소자로 미세 조절함으로써, 고밀도로 데이터를 트래킹(data tracking)할 수 있다.
또한, 본 발명은 정전 구동 방식의 액튜에이터를 이용하므로 입력 광의 위치 조절 정밀도를 향상시키고, 소모 전력을 낮출 수 있으며, 미러와 구동기를 일체화 및 집적화하므로 광학계의 크기를 소형화 및 경량화시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자에 의한 레이저 빔의 반사를 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로-미러 소자(30)는 반도체 일관 공정 및 마이크로머시닝 등의 기법으로 제작되며, 기판과 수직인 방향으로 1축 방향의 운동 자유도(degree of freedom)를 갖는다.
이러한 미세 구동 마이크로-미러 소자(30)는 입력 레이저 빔의 방향을 전환하여 정보 저장 광 디스크 표면에 조사될 수 있도록 하기 위해 45°서브마운트(submount)(15) 위에 결합된다.
그리고, 45°서브마운트(15) 위에 결합된 마이크로-미러 소자(30)는 마이크로 미러를 미세 구동시킴으로써, 고정된 입력 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 미세하게 위치 조절하여 광 자기 디스크 상의 데이터 위치에 조사되도록 한다.
이러한, 평행 구동 방식의 마이크로-미러 소자는 미러와 광 디스크 간의 거리에 무관하게 레이저 빔의 위치 조절 정밀도가 유지되고, 구동되는 미러의 변위에 정비례하여 레이저 빔의 위치가 변화되므로, 보다 선형적인 빔 조절 특성을 얻게 되어 안정적으로 레이저 빔의 위치를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 정전 구동형 마이크로-미러 소자는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 초소형으로 제작되므로 광 픽업 장치의 소형 경량화를 실현할 수 있게 하며, 구동 해상도를 나노미터(nanometer)수준으로 향상시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.
그리고, 본 발명의 정전 구동형 마이크로-미러 소자는 인가된 전압에 의한 전계(electric field)로 구동되는 정전 구동 방식이므로, 전류의 소모가 없어 저전력(low power)으로 구동할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 구동되는 본 발명은 DMD나 광 스캐너(beam scanner)에서 이용하고 있는 틸팅(tilting) 방식의 미러에 비해 빔 위치 조절의 공간 분해능(spatial resolution)을 높일 수 있고, 이러한 분해능의 향상으로 인해 고밀도 광 정보 저장 매체의 픽업에 활용할 수 있다.
이러한 장점을 갖는 본 발명의 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 적용한 광 픽업 장치는 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 이용한 광 픽업 장치를 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 광 신호의 기록/재생을 위한 입력 광원(11)으로부터 출력되는 퍼짐 각(spreading angle)을 갖는 레이저 빔은 시준 렌즈(12)등을 통하여 평행광으로 전환된 후, 광 분할기(beam splitter)(13)를 통과하여 집속 렌즈(14)에 의해 45°서브 마운트(15)상에 결합되어 있는 정전 방식 평행 구동 마이크로-미러 소자(30)에 집속된다.
그리고, 레이저 빔은 이 미러에서 반사되어 광 경로가 광 자기 디스크(17) 표면에 수직이 되도록 변경된다.
이때, 마이크로-미러 소자(30)까지 도달하는 광학계는 광 픽업용 슬라이더(slider)에 조립되며, 광 경로는 슬라이더 상의 자유 공간(free space)을 통하거나 광 섬유(optical fiber), 광 도파로(optical wave guide)등을 통하는 방식으로도 구성될 수 있다.
이어, 마이크로-미러 소자(30)에서 반사된 레이저 빔은 또 다른 집속 렌즈(16) 등을 통해 광 자기 디스크의 기록층에 집속(focusing)되고, 마이크로-미러 소자(30)의 미세 구동(actuation) 변위에 의해 기록/재생 하고자 하는 위치로 레이저 빔이 이동한다.
한편, 정보의 재생을 위해서는 재생할 광 자기 디스크의 데이터 비트 위치에서 반사되는 입력 레이저 광선이 광 경로를 역행하여 집속 렌즈(16), 마이크로-미러 소자(30), 집속 렌즈(14), 광 분할기(13) 등을 거친 후, 또 다른 집속 렌즈(18)를 통하여 포토다이오드 등을 이용한 광 감지 소자(19)에 집속되어 디스크 상에 기록되어 있는 1 비트 데이터를 판독할 수 있게 된다.
그리고, 정보를 기록할 경우에는 앞서 서술한 재생용 레이저보다 고출력의 레이저를 입사하거나 특정 위치에 기록/재생용 레이저 빔이 머무르는 시간을 조절함으로써, 기록하고자 하는 데이터 비트 위치의 온도를 국부적으로 상승시켜 상 변화(phase change)를 일으키는 방식과, 광 자기 픽업 헤드에 장착된 자계(magnetic field) 발생 장치로 집속된 자계를 특정한 데이터 위치에 인가하여 디스크 상의 기록 물질의 광학적 특성을 변경시킴으로써, 디지털 정보를 기록하는 광 자기(magnetic optical) 방식 등이 모두 가능하다.
여기서, 본 발명의 정전 구동형 마이크로-미러 소자에 의한 광 정보 기록/재생 방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자에 의한 기록/재생 레이저 빔의 광축 변화를 보여주는 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 입력 레이저 빔은 마이크로-미러 소자(30)의 평행 구동 변위 h에 의해 고밀도 광 자기 디스크(17)에 입사되는 위치가 d 만큼 미세 조절된다.
이와 같이, 마이크로-미러 소자(30)는 입력 레이저 빔을 미세 조절하여 광 자기 디스크(17)의 기록층(72)에 정보 비트(73,74)들을 고밀도로 기록하면, 각 정보 비트(73,74)들은 입력 레이저 빔에 대해 반사도, 위상차, 굴절율 등의 광학적 성질이 다른 위치에 있게 된다.
그러므로, 그 기록된 정보 비트를 재생하기 위해서는 마이크로-미러 소자(30)를 평행 구동시켜 재생하고자 하는 정보 비트 위치로 레이저 빔을 이동시키고, 1로 정의된 광학 성질을 가진 비트(73)와 0으로 정의된 광학 성질을 갖는 비트(74)에서 반사되는 레이저 빔을 각각 감지하여 기록된 정보를 재생할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자의 구동에 의한 레이저 빔의 위치 제어 원리를 보여주는 도면으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 마이크로-미러 소자를 정전 방식으로 평행 구동시킴으로써, 레이저 빔의 위치를 조절한다.
이 정전 구동 방식에 대해서는 후술하기로 한다.
여기서, 평행 구동 마이크로-미러 소자는 그 구동 거리가 h 인 경우, 입력 레이저 빔과 45°를 이루는 서브 마운트(15)상에 장착된 마이크로 미러판(31)에 의해 반사되는 레이저 빔의 위치는 d 만큼 변화하게 된다.
이때, d와 h의 관계는 다음 수학식 1과 같다.
따라서, 마이크로-미러 소자의 평행 구동에 의해 미러 평판의 변위가 미세하게 조절됨으로써, 입력 레이저 빔의 위치를 조절할 수 있게 된다.
이 평행 구동 마이크로-미러 소자는 도 4에 도시된 바와 같이, 미러 판(31)에 결합되어 있는 상부 전극(32,33) 배열과 소자의 기판(1)에 형성되어 있는 하부 전극(34,35) 배열 사이에 제어 전압을 인가하여 정전기력을 발생시키면, 지지 스프링(suspension spring)(37)을 통하여 고정부(anchor)(38)에 연결되어 있는 미러 판(31)이 하부 전극(34,35) 쪽으로 이동하게 되고, 인가되는 전압에 대응하는 정전기력과 지지 스프링(37)의 복원력이 같아지는 위치에서 미러 판(31)의 변위 h가 결정된다.
여기서, 상부 전극(32,33)은 빗살(comb) 형태의 전극이거나 또는 동축 막대(coaxial rod) 형태의 전극 등으로 이루어지며, 하부 전극(34,35)은 빗살 형태의 전극이거나 또는 동축 쉴드(shield) 형태의 전극 등으로 이루어진다.
또한, 지지 스프링(37)은 탄성력을 위해 기판(1) 표면으로부터 일정 간격 떨어져 형성되고, 실리콘 등으로 이루어진 기판(1)과 구동을 위한 상/하부 전극(32,33,34,35) 사이에는 절연을 위한 절연층(2)을 형성하는 것이 바람직하다.
기존의 레이저 빔 위치 조절 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 평행 구동 마이크로-미러 소자와는 달리 미러가 미소하게 회전하는 틸팅(tilting) 방식을 이용한다.
하지만, 이 경우에는 반사되는 레이저 빔의 변위가 미러의 회전각 θ와 미러의 평행 변위에 의해 복합적으로 나타나므로 선형적인 위치 제어가 어렵고, 미러로부터 광 자기 디스크까지의 거리에 따라 레이저 빔 변위가 상이하여 레이저 빔 위치 제어가 어렵게 되는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 정전 구동형 마이크로-미러 소자의 구조를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6a는 빗살형 전극을 갖는 정전 방식의 평행 구동 마이크로-미러 소자이고, 도 6b는 동축 막대형 전극을 갖는 정전 방식의 평행 구동 마이크로-미러 소자이다.
여기서, 단순한 평판 커패시터 구조의 평행 변위 미러는 도시하지 않았지만, 그 구조도 본 발명의 범위에 포함된다.
도 6a는 기판(1)에 수직 방향으로 형성된 콤 전극(comb electrodes)를 구동부로 하는 평행 구동 마이크로-미러이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 미러가 부착되는 미러 판(31)에 상부 콤 전극(32)이 배열되며, 상부 콤 전극(32)과 일정한 자유 공간의 간극(gap)을 갖도록 하부 콤 전극(34)이 배열되고, 하부 콤 전극(34)의 하부에는 하부 콤 전극(34)을 전기적으로 연결하는 공통 하부 전극(36)이 형성되어 있다.
여기서, 하부 콤 전극(34)은 절연층(2)에 의해 기판(1)과 전기적으로 분리되어 있으며, 상기에 설명된 미러판(31)을 지지하는 지지 스프링(37)과지지 스프링(37)을 고정하는 고정부(38)는 생략되어 있다.
도 6b는 도 6a와는 달리 기판(1)에 수직 방향으로 형성된 동축 막대(coaxial rod) 형상의 전극을 구동부로 하는 평행 구동 마이크로-미러 소자이다.
이 구동부는 콤 전극을 이용한 구동부에 비해 구동 전력을 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 동축 막대 전극을 이용한 마이크로-미러 소자는 콤 전극을 이용한 마이크로-미러 소자와 마찬가지로 미러가 부착된 미러판(31)이 상부 동축 막대 전극(33)에 연결되며, 상부 동축 막대 전극(33)은 기판(1)에 고정된 하부 동축 쉴드 전극(35)과의 전위차에 의해 변위가 발생한다.
여기서, 상부 동축 막대 전극(33)과 하부 동축 쉴드 전극(35)은 자유 공간의 간극으로 분리되어 있으며, 하부 쉴드 전극(35)은 공통 전극(36)에 전기적으로 연결되어 있다.
그리고, 기판(1)과 하부 동축 쉴드 전극(35)은 절연층(2)으로 분리되어 누설 전류나 잡음의 혼입, 크로스-토크(cross-talk) 등을 방지하도록 한다.
또한, 도 6b에서도 미러판(31)을 지지하는 지지 스프링(37)과지지 스프링(37)을 고정하는 고정부(38)는 생략되어 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 본 발명은 일 실시예에 불과하고, 경우에 따라 상부 전극의 개수와 모양, 지지 스프링의 형상, 자유 공간의 간극 등과 같은 미러 소자의 형상은 구동 거리 및 입력 전압 등에 의해 다양하게 설계될 수 있다.
즉, 상부 전극에 대응되는 하부 전극의 홈의 형태는 일 방향으로 배열된 띠(stripe) 형태이거나 또는 일정 간격으로 배열된 도트(dot) 형태일 수도 있고, 전극 및 홈의 단면이 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 설계시, 주의할 점은 상부 전극의 돌출부가 하부 전극의 홈 내에 각각 대응되어 그 일부분이 삽입되어 있도록 한다.
즉, 상/하부 전극이 콤 형태인 경우에는 서로 어긋나게 그 일부분이 중첩되도록 형성하고, 동축 막대 형태인 경우에는 상부 전극의 돌출부가 하부 전극의 홈 내에 그 일부분이 중첩되도록 형성한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 정전 구동형 마이크로-미러 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
도 7a 및 도 7b는 정전 방식에 의한 본 발명의 마이크로-미러 소자의 평행 구동 원리를 보여주는 도면이다.
도 7a은 구동용 상부 전극(32,33)과 고정용 하부 전극(34,35) 사이에 전압이 인가되지 않는 대기 상태이다.
여기서, 구동용 상부 전극(32,33)과 고정용 하부 전극(34,35)은 l 만큼 중첩되어 있다.
이어, 도 7b에 도시된 바와 같이 상/하부 전극에 구동 전압 V2가 인가되면, 구동용 상부 전극(32,33)과 고정용 하부 전극(34,35) 사이의 자유 공간 간극(a, c, W-w)에 전계(electric field)가 형성되고, 형성된 전계에 비례하여 정전력이 발생한다.
이 정전력에 의해 상부 전극(32,33)은 h 만큼 하부 전극(34,35)으로 끌려오게 된다.
이때, 상부 전극(32,33)에 부착된 미러판도 동일한 거리 만큼 움직이게 되며, 움직인 거리 h는 인가된 전압에 의한 정전기력과 지지 스프링(37)의 스프링 상수 k 에 비례하는 복원력이 균형을 이루는 위치에서 결정된다.
즉, 도 7b에 도시된 관계식을 참조하면, 구동 전압에 따른 마이크로-미러 소자의 변위를 구할 수 있다.
특히, 콤 구조나 동축 막대 구조의 전극 배열은 변위에 따른 정전 용량의 변화 C가 보다 선형적이므로, 미러의 선형적인 평행 구동이 가능하게 된다,
또한, 구동의 선형성은 도 7a 및 도 7b에서로 주어지는 측벽면의 간극 값이 기판 방향에 평행한 상부 전극과 하부 전극 사이의 간극인 a 와 c 값에 비해 작을수록 개선된다.
본 발명에 따른 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 미세 광학계 부품인 미러, 광선 위치 조절기를 일체화/집적화 함으로써, 광학계의 크기를 초 소형화/경량화 할 수 있고, 기판에 수직인 방향으로 미러를 평행 구동함으로써, 광선의 선형적인 위치 조절이 가능하게 된다.
둘째, 평행 구동 마이크로-미러 소자를 이용하여 광선의 위치 조절을 나노 미터 수준으로 제어할 수 있고, 정전 방식의 구동기를 집적하여 이용함으로써, 소모 전력을 낮출 수 있다.
셋째, 기판에 수직인 방향으로 선형적인 구동 특성을 갖는 정전 구동 방식의 구동기는 고밀도 광 정보 저장 장치의 픽업 장치를 실현할 수 있게 할 뿐만 아니라, 초정밀 광 스캐너 등의 미세 빔 위치 조절 장치로도 응용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성되고, 다수개의 홈들을 갖는 고정 전극부;
    외부의 인가 전압에 따라 상기 대응되는 홈 내부를 상하로 왕복하는 돌출부를 가지며, 상기 고정 전극부의 상부에 위치하는 구동 전극부; 그리고,
    상기 구동 전극부 위에 형성되는 미러로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 전극부의 홈은 일 방향으로 배열된 띠(stripe) 형태이거나 또는 일정 간격으로 배열된 도트(dot) 형태인 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 전극부의 돌출부는 상기 고정 전극부의 홈 내에 각각 대응되어 일부분이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 전극부는
    상기 기판의 양 에지(edge)에 각각 형성되는 앵커(anchor)들;
    상기 앵커들에 고정되는 탄성 서스펜션(suspension);
    상기 탄성 서스펜션에 지지되는 미러판; 그리고,
    상기 미러판의 일 측면에 돌출되어 형성되고, 상기 고정 전극부의 홈에 각각 대응되어 일부분이 삽입되며, 외부의 인가 전압에 따라 상기 홈 내로 이동되는 다수개의 전극들을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 탄성 서스펜션은 상기 기판 표면으로부터 일정 간격 떨어져 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 홈 내에 삽입되어 있는 전극들은 상기 홈의 내면으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 전극은 일 방향으로 배열된 띠(stripe) 형태이거나 또는 일정 간격으로 배열된 도트(dot) 형태인 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 전극 및 상기 홈의 단면은 다각형, 원형, 타원형 중 어느 한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 표면 위에는 절연막이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자.
  10. 다수개의 홈들을 갖는 고정 전극부와, 외부의 인가 전압에 따라 상기 대응되는 홈 내부를 상하로 왕복하는 돌출부를 갖는 구동 전극부와, 상기 구동 전극부 위에 형성되는 미러로 구성된 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 이용한 광 픽업 장치에 있어서,
    광을 발생하는 광원 모듈;
    상기 광원 모듈로부터 발생된 광을 광 기록 매체의 표면에 집속하는 집속부;
    상기 광 기록 매체에 의해 반사된 광을 전기적 신호로 변환하는 광검출부;
    상기 광원 모듈 및 집속부 사이에 위치하여 상기 광원 모듈로부터 발생된 광을 상기 집속부로 전달하고 상기 광 기록 매체에 의해 반사되어 상기 집속부를 경유한 광을 상기 광검출부로 전달하는 광분리부;
    상기 집속부와 광분리부 사이에 위치하여 입사되는 광을 반사시키고, 상기 반사된 광의 경로를 미세 조절하는 마이크로-미러 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 이용한 광 픽업 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 마이크로-미러 소자는 서브마운트의 45도 경사면에 위치하는 것을 특징으로 하는 정전 구동형 마이크로-미러 소자를 이용한 광 픽업 장치.
KR1019990028452A 1999-07-14 1999-07-14 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치 KR100301844B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990028452A KR100301844B1 (ko) 1999-07-14 1999-07-14 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990028452A KR100301844B1 (ko) 1999-07-14 1999-07-14 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010009852A true KR20010009852A (ko) 2001-02-05
KR100301844B1 KR100301844B1 (ko) 2001-11-01

Family

ID=19601698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990028452A KR100301844B1 (ko) 1999-07-14 1999-07-14 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100301844B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100486704B1 (ko) * 1999-11-05 2005-05-03 삼성전자주식회사 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치 및 그 구동방법
KR100707193B1 (ko) * 2005-05-31 2007-04-13 삼성전자주식회사 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너
KR101340915B1 (ko) * 2010-09-02 2013-12-13 한국과학기술원 스위치 소자 및 그 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3546532B2 (ja) * 1994-06-14 2004-07-28 株式会社デンソー 光スキャナ装置
KR19980083237A (ko) * 1997-05-13 1998-12-05 이우복 빗살형 일렉트로스테틱 마이크로 액츄에이터
KR100300965B1 (ko) * 1998-09-10 2001-10-29 윤종용 정전기력을 이용한 광디스크 드라이브의 미소 거울 구동기 및 그 제작 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100486704B1 (ko) * 1999-11-05 2005-05-03 삼성전자주식회사 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치 및 그 구동방법
KR100707193B1 (ko) * 2005-05-31 2007-04-13 삼성전자주식회사 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너
KR101340915B1 (ko) * 2010-09-02 2013-12-13 한국과학기술원 스위치 소자 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100301844B1 (ko) 2001-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6798729B1 (en) Optical head using micro-machined elements
US6275453B1 (en) Optical head and optical disk apparatus
US5999303A (en) Micro-machined mirror using tethered elements
US6178150B1 (en) Offset optics for use with optical heads
KR100530244B1 (ko) 동적 미러를 구비한 플라잉 광학 헤드, 데이터 정보를 저장 및 검색하기 위한 장치, 시스템 및 방법
US6034938A (en) Data storage system having an optical processing flying head
US6836459B2 (en) Optical pickup device
US6081499A (en) Magneto-optical data storage system having an optical-processing flying head
JP2001525972A (ja) 微細加工を使用した光学ヘッド
US6212151B1 (en) Optical switch with coarse and fine deflectors
US5329507A (en) Solid state optical disk reader
JPH0689439A (ja) 高密度光データ記憶装置及び情報書込／読取方法
EP1056076B1 (en) Micro-mirror device and optical pick-up system
US5940549A (en) Optical system and method using optical fibers for storage and retrieval of information
KR100301844B1 (ko) 정전 구동형 마이크로-미러 소자 및 그를 이용한 광 픽업 장치
EP1043716B1 (en) A micromirror device and an optical pick-up using the same
KR100878912B1 (ko) 포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상 ｍｏｅｍｓ
WO1998009280A1 (en) Single-frequency laser source for optical data storage system
EP0996122B1 (en) Near-field optical head
JPH11238238A (ja) 光ヘッドおよび光ディスク装置
JP2001307366A (ja) 光ピックアップ装置
JP2000048382A (ja) 記録媒体記録再生装置及び光ピックアップ
KR20010055398A (ko) Ｓｉｌ 모듈 및 그 제조방법
KR100874400B1 (ko) 홀로그래픽 광 정보 저장 및 재생 방법과 그 장치
RU2014648C1 (ru) Устройство для записи информации на оптический носитель

Legal Events

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

Payment date: 20080319

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee