KR20020008506A - Optics connecting structure using micro mirror actuator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 마이크로 미러와 포토 다이오드가 교대로 배치되어 메트릭스 형태로 배열되고 포토 다이오드에 의한 광정보에 의해 각각의 마이크로 미러가 구동되어 광이 일정한 기준점으로 집속될 수 있도록 된 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to an optical coupling structure using a micromirror actuator, and more particularly, a plurality of micromirrors and photodiodes are alternately arranged to form a matrix, and each micromirror is driven by optical information by a photodiode. The present invention relates to an optical coupling structure using a micromirror actuator in which light can be focused to a predetermined reference point.
도 1을 참조하면, 종래의 광결합 기기는 발광 소자(100)와 제1렌즈(103)와 광파이버(106)로 구성되는 전송단(Tx)과, 상기 광파이버(106)로부터 나온 광을 집광시켜주는 제2렌즈(110)와 수광 소자(113)로 구성된 수신단(RX)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional optical coupling device focuses on a transmission terminal T x composed of a light emitting device 100, a first lens 103, and an optical fiber 106, and collects light emitted from the optical fiber 106. And a receiving end R X composed of a second lens 110 and a light receiving element 113.
상기 전송단(TX)의 발광 소자(100)로는 표면광 레이저(VCSEL)나 레이저 다이오드 등이 사용될 수 있다. 이러한 발광 소자(100)에서 나온 광은 상기 제1렌즈(103)에 의해 집속되어 상기 광파이버(106)를 통해 전송된다. 그런 다음 상기 광파이버(106)를 통해 전송된 신호는 다시 제2렌즈(110)에 의해 집속되어 수광 소자(113) 예컨대 포토 다이오드의 수광면에 집광된다.As the light emitting device 100 of the transmission terminal T X , a surface light laser VCSEL, a laser diode, or the like may be used. The light emitted from the light emitting device 100 is focused by the first lens 103 and transmitted through the optical fiber 106. Then, the signal transmitted through the optical fiber 106 is again focused by the second lens 110 is focused on the light receiving surface of the light receiving element 113, for example a photodiode.
상기 발광 소자(100)로부터 나온 광이 광파이버(106)에 광결합함에 있어서, 발광 소자에서 조사된 광이 광파이버(106)의 코아에 정밀하게 집속되도록 정렬될 것이 요구된다. 한편, 종래와 같이 제1,2렌즈(103, 110)를 이용한 광결합은 정확하게 광결합하기가 매우 어려운 한계를 가지고 있다.When the light from the light emitting device 100 is optically coupled to the optical fiber 106, it is required that the light emitted from the light emitting device is aligned to precisely focus the core of the optical fiber 106. On the other hand, optical coupling using the first and second lenses 103 and 110 as in the prior art has a limitation that is very difficult to accurately optical coupling.
예컨대, 상기 발광 소자(100)로 850nm 파장의 광을 조사하는 표면광 레이저(VCSEL)를 채용한 경우, 평균적으로 상기 제1렌즈(103)를 통해 통과된 스폿 사이즈가 20∼30㎛이고 이와 결합하여 사용되는 광파이버(106)의 코어 사이즈는 50∼62.5㎛이다. 따라서 직경 50∼62.5㎛인 광파이버(106)에 직경 20∼30㎛의 광학 신호를 넣어야 하는데 실제 광학계를 구성하고 있는 구조체의 공차를 고려하면 광결합 효율이 저조할 수 밖에 없다. 즉, 효율적인 광결합을 위해서는 20㎛의 공차 범위 내에서 광학계를 조절하여야 하므로 시간적으로 많은 노력이 소모되고 제품마다 광결합 효율이 균일하지 않는 등의 문제점이 있다.For example, when the surface light laser (VCSEL) irradiating light of 850 nm wavelength is employed as the light emitting device 100, the spot size passed through the first lens 103 is on average 20 to 30 μm, and is coupled thereto. The core size of the optical fiber 106 used is 50 to 62.5 μm. Therefore, an optical signal having a diameter of 20 to 30 µm must be put into the optical fiber 106 having a diameter of 50 to 62.5 µm. However, considering the tolerance of the structure constituting the actual optical system, the optical coupling efficiency is inevitably low. That is, since the optical system must be adjusted within a tolerance range of 20 μm for efficient optical coupling, a lot of effort is consumed in time and the optical coupling efficiency is not uniform for each product.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광신호가 정밀하게 소정의 기준점으로 집속하게 되는 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체를 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical coupling structure using a micro mirror actuator in which an optical signal is precisely focused at a predetermined reference point.
도 1은 종래에 따른 광결합 구조체를 간략하게 나타낸 도면,1 is a view showing briefly the optical coupling structure according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체의 개략적인 도면,2 is a schematic view of an optical coupling structure using a micro mirror actuator according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터의 평면도,3 is a plan view of a micromirror actuator according to the present invention,
도 4 또는 도 5는 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터에서의 광분포를 나타낸 도면.4 or 5 is a view showing the light distribution in the micro mirror actuator according to the present invention.
<도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10...발광 소자 20...마이크로 미러 액추에이터10 ... light emitting element 20 ... micro mirror actuator
23...기판 26...마이크로 미러23 ... substrate 26 ... micro mirror
30...포토 다이오드 33...제어부30.Photodiode 33.Control part
36...광파이버 p,p'...기준점36.optical fiber p, p '... reference point
본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체는, 광을 조사하는 발광 소자와; 상기 발광 소자에서 조사된 광의 일부를 수광하여 입사광에 대한 정보를 검출하고, 검출된 광정보를 바탕으로 광이 일정한 기준점으로 집속되도록 반사하는 마이크로 미러 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical coupling structure using a micro mirror actuator according to the present invention includes a light emitting device for irradiating light; And a micro-mirror actuator which receives a part of the light irradiated from the light emitting device, detects information on incident light, and reflects the light to focus at a predetermined reference point based on the detected light information.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터는, 입사광의 진행 경로 상에 메트릭스 형태로 배치되며, 입사광을 수광하여 광대한 정보를 검출하고 이를 광전변환하는 복수개의 포토 다이오드와; 상기 포토 다이오드와 교대로 메트릭스 형태로 배열되며 상기 포토 다이오드에 의해 검출된 광정보에 대한 전기 신호에 의해 경사 각도가 조절되는 마이크로 미러와; 상기 포토 다이오드 각각에서 입력된 입사광에 대한 정보에 의해 상기 마이크로 미러 각각을 제어하는 마이크로 미러 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the micro-mirror actuator according to the present invention comprises: a plurality of photodiodes arranged in a matrix form on the traveling path of the incident light, and receiving the incident light to detect vast information and photoelectrically convert it; A micromirror arranged alternately with the photodiode and having an inclination angle adjusted by an electrical signal for optical information detected by the photodiode; And a micromirror control unit for controlling each of the micromirrors by information on incident light input from each of the photodiodes.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an optical coupling structure using a micromirror actuator according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체는, 발광 소자(10)로부터 조사된 광의 경로상에 마이크로 미러 액추에이터(20)가 배치되어 있다. 상기 마이크로 미러 액추에이터(20)는, 기판(23)상에 복수개의 마이크로 미러(26)와 이에 대응하는 포토 다이오드(30)가 메트릭스 형태로 배열되고, 제어부가 상기 포토 다이오드(30) 및 상기 마이크로 미러(26)와 전기적으로 결합되어 상기 마이크로 미러의 경사 각도를 제어하도록 되어 있다.2 and 3, in the optical coupling structure using the micromirror actuator according to the present invention, the micromirror actuator 20 is disposed on a path of light irradiated from the light emitting element 10. The micro mirror actuator 20 includes a plurality of micro mirrors 26 and corresponding photo diodes 30 arranged in a matrix form on a substrate 23, and a control unit includes the photo diodes 30 and the micro mirrors. It is electrically coupled with 26 to control the inclination angle of the micromirror.
상기 마이크로 미러(26)와 포토 다이오드(30)는 두 개 이상 구비되어 교대로 배치된다. 여기에서 상기 포토 다이오드(30)는 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광의 일부를 수광하여 수광된 광의 입사량이나 분포 상태, 입사각 등을 검출해낸다. 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광은 발광 소자의 종류나 입사각 등에 따라 여러 가지 광분포를 나타낸다.At least two micro mirrors 26 and photo diodes 30 are alternately arranged. Here, the photodiode 30 receives a part of the light irradiated from the light emitting element 10 and detects an incident amount, a distribution state, an incident angle, and the like of the received light. The light irradiated from the light emitting element 10 exhibits various light distributions depending on the type of light emitting element, the incident angle, and the like.
예컨대 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광이 원분포(A)를 나타내거나 도 5에 도시한 바와 같이, 타원 분포(B)를 나타낼 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the light irradiated from the light emitting element 10 may exhibit a circular distribution A or an elliptic distribution B as illustrated in FIG. 5.
원분포(A)를 나타내는 경우, 상기 복수개의 포토 다이오드(30)는 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광을 수광하는 부분(30a)과 수광하지 않는 부분(30b)으로 나뉘게 된다. 그러면 이러한 수광분포에 대한 정보가 검출된다. 또한 수광된 부분이 타원 분포를 나타내는 경우에도 수광 부분(30a')과 비수광 부분(30b')의 분포나위치 등에 대한 광정보가 검출된다.When the circular distribution A is shown, the plurality of photodiodes 30 are divided into a portion 30a for receiving the light emitted from the light emitting element 10 and a portion 30b for not receiving the light. Then, information on such light distribution is detected. In addition, even when the received portion exhibits an elliptic distribution, light information on the distribution or position of the light receiving portion 30a 'and the non-light receiving portion 30b' is detected.
이와 같이 상기 포토 다이오드(30)의 광분포에 따라 상기 포토 다이오드(30)에 수광되는 광량이나 입사각등이 달라질 것이므로 여러 가지 광정보를 얻을 수 있다.As described above, since the amount of light received by the photodiode 30 or the incident angle will vary according to the light distribution of the photodiode 30, various optical information can be obtained.
상기 포토 다이오드(30)는 이러한 정보에 의해 각각에 대응하는 마이크로 미러(26)의 운동을 제어할 수 있도록 된 제어부(33)에 결합된다. 따라서 상기 포토 다이오드(30)에 의해 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광의 입사량이나 분포 상태, 입사각이 감지되고 그 데이타는 전기 신호로 전환되어 상기 제어부(33)에 입력된다.The photodiode 30 is coupled to the control unit 33, which makes it possible to control the movement of the micromirror 26 corresponding to each of these information. Therefore, the incident amount, distribution state, and angle of incidence of light irradiated from the light emitting element 10 are sensed by the photodiode 30, and the data is converted into an electrical signal and input to the controller 33.
그러면 상기 제어부(33)에서는 상기 포토 다이오드(30)의 광정보를 기초로 미리 입력된 광파이버(36)의 기준점(P)에 대한 각각의 마이크로 미러(26)의 반사각을 결정한다. 그런 다음 그 결정값에 따라 각각의 마이크로 미러(26)를 제어함으로써 각각의 마이크로 미러(26)가 적당한 경사각(θ)을 가지도록 구동된다. 이와 같이 상기 포토 다이오드(30)의 광정보에 따른 제어부(33)의 출력 신호에 의해 각각의 마이크로 미러(26)가 제어된다.Then, the controller 33 determines the reflection angle of each micromirror 26 with respect to the reference point P of the optical fiber 36 inputted in advance based on the optical information of the photodiode 30. Then, by controlling each micromirror 26 according to the determined value, each micromirror 26 is driven to have an appropriate inclination angle [theta]. In this way, each micromirror 26 is controlled by the output signal of the controller 33 according to the optical information of the photodiode 30.
상기 마이크로 미러(26)의 경사각은 광이 정확히 상기 광파이버(36)로 향하도록 정해진 일정한 기준점(P)으로 집속될 수 있는 기울기로 결정되며, 이 기준점(P)은 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광이 광축상에 정확하게 정렬되도록 하는 점이다. 따라서 상기 기준점이 광파이버(36)의 위치에 따라 다른 위치(P')로 옮겨지더라도 상술한 바와 같은 동일한 동작에 의해 각각의 마이크로 미러(26)에서반사되는 광이 정확하게 광파이버(36)의 새로운 기준점(P')으로 향하여 전송된다.The inclination angle of the micromirror 26 is determined as the inclination which can focus light at a predetermined reference point P, which is determined so that the light is directed exactly to the optical fiber 36, and the reference point P is irradiated from the light emitting element 10. This is to ensure that the light is correctly aligned on the optical axis. Therefore, even if the reference point is moved to another position P 'according to the position of the optical fiber 36, the light reflected from each micromirror 26 by the same operation as described above is exactly the new reference point of the optical fiber 36. Is sent towards (P ').
상기한 바와 같이 상기 발광 소자(10)의 초기 조건이 달라지거나 기준점이 달라지면 상기 포토 다이오드(30)에 수광되는 광의 분포 상태가 변하고 이러한 변화 상태를 감지하여 그 조건에 적합한 정보에 의해 정확한 마이크로 미러(26)의 기울기를 결정할 수 있다. 또한 이에 의해 광신호가 일정한 기준점(P,P')에 집속될 수 있다. 따라서 광이 어느 방향으로 입사되더라도 마이크로 미러 액추에이터(20)에 의한 자동 조작에 의해 소정의 기준점(P,P')으로 집속 가능하다.As described above, when the initial condition of the light emitting device 10 is changed or the reference point is changed, the distribution state of the light received by the photodiode 30 is changed, and such a change state is detected and accurate micromirror is detected by information suitable for the condition. 26) can be determined. In addition, the optical signal may be focused at a predetermined reference point (P, P '). Therefore, even if light is incident in any direction, it is possible to focus at predetermined reference points P and P 'by automatic operation by the micromirror actuator 20.
또한 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터는 MEMS(Micro Electro Mecanical System)기술로 제조되므로 공차에 의한 광결합 효율의 불균일을 방지할 수 있고 정밀한 조절이 가능하다.In addition, since the micromirror actuator according to the present invention is manufactured by MEMS (Micro Electro Mecanical System) technology, it is possible to prevent non-uniformity of optical coupling efficiency due to tolerance and to precisely control the micromirror actuator.
이밖에도 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 수광 소자(미도시)에도 적용하여 광파이버에서 출사된 광신호를 동일한 방법으로 수광 소자에 집속할 수 있다. 즉, 광파이버로부터 출사된 광이 포토 다이오드(30)에 의해 수광되고, 수광된 광정보는 광전 변환되어 제어부(33)에 입력된다. 그리고 이 입력된 광정보를 바탕으로 마이크로 미러의 경사 각도를 결정하여 마이크로 미러를 구동시킴으로써 광이 수광 소자를 향해 집속되도록 한다.In addition, the micromirror actuator according to the present invention may be applied to a light receiving element (not shown) to focus the optical signal emitted from the optical fiber on the light receiving element in the same manner. That is, light emitted from the optical fiber is received by the photodiode 30, and the received light information is photoelectrically converted and input to the controller 33. The tilt angle of the micromirror is determined based on the input optical information to drive the micromirror to focus light toward the light receiving element.
본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체는 상기한 바와 같이 렌즈를 이용하지 않고 포토 다이오드의 광정보에 의해 마이크로 미러를 정밀하게 구동함으로써 광신호를 정확하게 광파이버에 결합할 수 있다. 더욱이 공차로 인한 정밀도의 한계를 극복하고 광신호 정보에 따르는 제어부에 의해 마이크로 미러의 경사 각도를 조절함으로써 용이하게 광결합할 수 있는 구조체이다.The optical coupling structure using the micro mirror actuator according to the present invention can accurately couple the optical signal to the optical fiber by precisely driving the micro mirror by the optical information of the photodiode without using a lens as described above. Furthermore, it is a structure that can be easily optically coupled by overcoming the limitation of precision due to the tolerance and adjusting the inclination angle of the micromirror by the control unit according to the optical signal information.
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