KR20040108264A - 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터에 관한 것으로, 내부에 관통공이 형성된 고정부와; 상기 고정부의 관통공 내부에 배치되고 그 내부에 광진행 경로 관통공이 형성된 가동부와; 상기 고정부와 상기 가동부에 양단이 각각 고정되도록 설치된 탄성체와; 상기 가동부의 광진행 경로 관통공에 설치된 집속 렌즈와; 상기 고정부를 둘러싼 절연 수지 또는 절연 세라믹과; 상기 절연 수지 또는 세라믹에 솔레노이드 형상으로 상기 고정부를 감싸도록 매입 형성된 적층 코일과; 상기 적층 코일에 인가하기 위한 전류제어장치와; 상기 가동부의 일단에 결합된 자성체를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터를 제공하여, 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터는 적층 코일부를 절연 수지의 내부에 매입함으로서, 소형 경량화가 가능하며, 적층 코일에 인가되는 전류방향을 변경함에 의하여 양방향 구동이 가능하고, 렌즈가동장치를 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조함으로서 대량생산이 용이하고 각 소자간 균일도를 향상시킬 수 있으며, 탄성체의 허용변위를 조절함에 따라 행정거리를 크게 할 수 있고, 가동부의 작은 질량으로 인하여 응답시간을 줄일 수 있다.

Description

초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터{MICRO ACTUATOR FOR CONTROLLING THE FOCAL LENGTH AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터에 관한 것으로서, 상세하게는 소형 경량화 및 저전력화가 가능하고 각 소자간 균일도를 향상시키며 저렴한 가격으로 대량생산이 가능한 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터에 관한 것이다.
회전하는 광디스크를 기록 매체로 이용하는 광 기록/재생 장치의 경우에는 광디스크 자체의 편평도 오차, 광디스크를 회전 구동시키는 구동부에 의한 기계적 진동 및 편심 오차에 기인하여 광디스크의 기록층과 픽업 광학계의 대물렌즈간의 거리는 끊임없이 변화하게 되어, 기록 및 재생을 위한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)가 불량하게 되고, 이에 따라 판독 및 기록 가능한 단위 비트의 크기에 제약이 따를 뿐 아니라 오독 및 오기록의 원인이 되기도 한다.
따라서, 이에 대응하여 입력 광의 초점을 기록층에 맺히도록 능동적으로 조정해 주는 포커싱 서보(Focusing Servo)장치가 이용되고 있으며, 같은 원리가 콘포칼 마이크로스코프(Confocal Microscope)와 같은 측정 장비에도 적용되고 있다.
최근의 광 기록/재생 장치는 기록 용량을 늘리기 위하여 광 정보를 저장하는 데이터 비트(data bit) 크기를 줄임으로써 기록 밀도를 증가시키거나, 광디스크의 양면에 기록층을 형성하거나, 광디스크의 기록면에 여러 층의 기록막을 적층하고 각각의 기록막 층에 광 정보를 기록, 재생 및 개서 하는 방법들이 개발되고 있다. 특히, 다층의 기록막으로 적층 구성되는 다층기록막 광디스크의 경우에는 디스크 편평도 오차, 진동 및 편심 오차, 적층 막들의 두께 오차 등에 기인한 개별 기록층 내에서의 미소한 초점 심도의 조절 기능뿐 아니라, 각각의 기록막간에 레이저빔이 집속될 수 있도록 초점위치를 개별 기록막 층 간을 이동시킬 수 있도록 하는 초점 심도의 조절 기능이 필수적이다.
이러한 문제점을 고려하여, 종래에는 입력 광의 초점을 광디스크의 기록층에 맺히도록 원통 형태의 코일 두개를 동심원상으로 겹치게 배열하고 전자기 구동력으로 집속 렌즈 등을 광 축 방향으로 움직여 초점 위치를 조절하는 방식이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 종래의 초점 심도 조절용 액츄에이터는 소형화가 곤란할 뿐만 아니라 동작전류가 커서 소형의 정보 저장 장치에는 채택이 곤란하다는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 특허 공개번호 제 2002-0014486호에 명시된 발명과 같이 정전기에 의해 구동되는 초점 심도 조절용 액츄에이터도 개발되어 활용되고 있으나, 상하 양(兩)방향 구동이 불가능하며, 행정거리가 짧고, 높은 구동전압이 요구된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 소형 경량화 및 저전력화가 가능하고, 소자간 균일도를 향상시키며, 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하고, 양(兩) 방향으로 구동할 수 있는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터를 제공함을 그 목적으로 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 구조 및 동작을 도시한 것으로,
도 1은 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 분리 사시도
도 2는 도 1의 렌즈가동장치의 평면도
도 3은 도 1의 적층 코일부의 평면도
도 4는 도 1의 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 절단선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도
도 5는 가동부가 상향으로 이동하는 동작을 도시한 개념도
도 6은 가동부가 하향으로 이동하는 동작을 도시한 개념도
도 7a 내지 도 7c는 도 1의 렌즈가동장치를 제조단계에 따라 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
110: 렌즈가동장치 111: 가동부
113: 탄성체 114: 고정부
115: 자성체 116: 투명 기판
120: 집속 렌즈 130: 적층 코일부
131: 적층 코일 134: 절연 수지 또는 세라믹
140: 광디스크 150: 전류제어장치
210: 실리콘 기판
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 관통공이 형성된 고정부와; 상기 고정부의 관통공 내부에 배치되고 그 내부에 광진행 경로 관통공이 형성된 가동부와; 상기 고정부와 상기 가동부에 양단이 각각 고정되도록 설치된 탄성체와; 상기 가동부의 광진행 경로 관통공에 설치된 집속 렌즈와; 상기 고정부를 둘러싼 절연 수지 또는 절연 세라믹과; 상기 절연 수지 또는 세라믹에 솔레노이드 형상으로 상기 고정부를 감싸도록 매입 형성된 적층 코일과; 상기 적층 코일에 전류를 인가하기 위한 전류제어장치와; 상기 가동부의 일단에 결합된 자성체를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터를 제공한다.
상기와 같은 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터를 제공함으로서, 양방향 구동이 가능하며, 대량생산에 의한 소자간 균일도를 향상시키고, 행정거리를 크게 할 수 있으며, 가동부의 작은 질량으로 인하여 응답시간을 줄일 수 있다.
여기서, 상기 절연 수지는 다층 인쇄회로기판(multi-layer PCB)으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 절연 수지는 저온 소결 적층 세라믹 회로기판(LTCC; LowTemperature Co-fired Ceramic)으로 형성될 수도 있다
또한, 상기 절연 수지는 정렬, 조립을 용이하게 하기 위하여 끼워맞춤으로 조립되도록 상기 고정부의 외면과 일정한 틈새를 갖는 조립용 관통공이 형성되는 것이 효과적이다.
한편, 상기 절연 수지는 정렬, 조립을 용이하게 하기 위하여 접착제에 의한 접합으로 조립되도록 상기 고정부의 외면과 일정한 틈새를 갖는 조립용 관통공이 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 탄성체는 전자기 구동력의 방향에 대해서는 자유로운 변형이 가능하고, 그 이외의 방향에 대해서는 큰 강성을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자성체는 광진행 경로 관통공의 외주부에 환형이나 분절된 환형의 형태로 집적되어 구성되는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 가동부는 상기 집속 렌즈를 용이하게 정렬, 조립하기 위하여 상기 가동부에 형성된 광진행 경로 관통공 내에 렌즈거치턱이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 전자기 구동에 의한 상기 가동부의 상하이동이 간섭되지 않도록 상기 가동부의 하단으로부터 일정 거리만큼 이격되며 상기 고정부 하단에 결합된 투명 기판을 더 포함하여 구성되는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 투명 기판의 표면에는 광반사에 의한 광손실을 최소화 할 수 있도록 무반사 코팅이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 전류제어장치로부터 전류가 인가되기 위하여 상기 투명 기판의 일측면을 상기 절연 수지의 외주보다 돌출되도록 형성하고, 상기 적층 코일의 끝단과 연결되도록 돌출된 투명 기판의 일면에 형성된 전극 패드를 더 포함하여 구성되는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 전극 패드는 전류제어장치로부터 전류가 인가되기 위하여 상기 적층 코일의 끝단과 연결되고, 상기 절연 수지의 상단에 형성될 수도 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 구성 및 동작을 도시한 것으로, 도 1은 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 분리 사시도, 도 2는 도 1의 렌즈가동장치의 평면도, 도 3은 도 1의 적층 코일부의 평면도, 도 4는 도 1의 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 절단선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도, 도 5는 가동부가 상향으로 이동하는 동작을 도시한 개념도, 도 6은 가동부가 하향으로 이동하는 동작을 도시한 개념도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터는 레이저빔이 집속되도록 초점을 형성시키는 집속 렌즈(120)와, 집속 렌즈(120)와 결합하여 광진행 경로 방향으로 정밀 구동하는 렌즈가동장치(110)와, 상기 렌즈가동장치(110)에 유도 자기장을 생성시키도록 렌즈가동장치(110)를 감싸고 있는 적층 코일부(130)와, 상기 적층 코일부에 전류를 인가하는 전류제어장치(150)로구성된다.
상기 렌즈가동장치(110)는 반도체 가공공정에 의하여 제조되어 집적화된 형태를 가지며, 내부에 관통공(114a)이 형성된 고정부(114)와, 전자기 구동력에 의해 광진행 경로 방향으로 상하 수직이동을 하도록 고정부관통공(114a)의 내부에 설치된 가동부(111)와, 그 가동부(111)의 중심부에 광진행 경로를 따라 관통 형성된 관통공(112)과, 그 광진행 경로 관통공(112)의 상단에 집속 렌즈(120)를 용이하게 조립, 정렬하기 위하여 형성된 렌즈거치턱(112a)과, 가동부(111)의 변위방향과 반대방향으로 복원력을 갖도록 고정부(114)와 가동부(111)에 양단이 각각 고정되도록 설치된 탄성체(113)와, 환형 (ring shape)또는 분절된 환형(segmented ring shape)으로 광진행 경로 관통공의 외주 부근의 가동부(111)의 상단에 일체로 결합된 자성체(115)와, 전자기 구동에 의한 상기 가동부(111)의 수직 이동이 간섭되지 않도록 상기 가동부(111)의 하단으로부터 일정 거리만큼 이격되도록 설치되고 상기 고정부(114) 하단에 결합된 투명 기판(116)을 구비한다.
이 때, 탄성체(113)는 반도체 가공공정에 의하여 실리콘 기판을 재료로 하여 판형상으로 제작되며, 전자기 구동력의 방향인 상하방향에 대해서는 자유로운 변형이 가능하도록 강성이 작게 형성되고, 그 이외의 방향에 대해서는 변형을 억제하도록 강성이 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 투명 기판(116)은 오염물질이 광디스크(140)로부터 집속 렌즈(120)에 도달하는 것을 방지하는 역할을 하며, 투명 기판(116)에 의한 광의 굴절 정도를 고려하여 소정의 두께로 가공되고, 그 표면에는 광반사에 의한 광손실을 최소화 할수 있도록 무반사 코팅이 형성되도록 한다.
상기 적층 코일부(130)는 상기 고정부(114)를 둘러싼 절연 수지(134)와, 렌즈가동장치(110)를 끼워넣고 렌즈가동장치(110)와 적층 코일부(130)간 접착제에 의한 결합을 할 수 있을 정도의 틈새를 갖도록 절연 수지(134)의 중심부에 형성된 조립용 관통공(135)과, 솔레노이드 형상으로 고정부(114)를 감싸도록 절연 수지(134) 내부에 작은 직경을 갖는 코일 금속 전도체로 매입 형성된 적층 코일(131)과, 적층 코일(131)에 구동 전류를 인가하기 위하여 절연 수지(134)의 상단에 형성된 2개의 전극 패드(132,133)로 구성된다.
이 때, 전극 패드(132,133)는 상기와 같이 절연 수지(134)의 상단에 형성되는 대신, 절연 수지(134)의 일측면으로부터 투명 기판(116)이 돌출되도록 가공하고 돌출된 투명 기판(116)의 일면에 형성될 수도 있다.
또한, 적층 코일부(130)의 초소형화를 위하여, 절연 수지(134)는 다층 인쇄회로기판(Multi-layer Printed Circuit Board) 또는 적층 세라믹 회로 기판(Low Temperature Cofired Ceramic; LTCC)등으로 구성되어 단위면적당 더 많은 적층 코일(131)이 그 내부에 매입되도록 형성된다.
이와 같은 구성에 의하여, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터의 동작은 전류제어장치(150)로부터 적층 코일(131)에 전류를 인가하고, 적층 코일(131) 주위에 암페어(Ampere)의 법칙에 따른 자기장이 형성되어 렌즈가동장치(110)의 중심부에 자기장이 집적되며, 그 자기장의 방향에 따라 자성체(115)에 전자기 구동력을 발생시키고, 전자기 구동력에 의하여자성체(115)와 일체로 움직이는 가동부(111)가 소정의 방향으로 변위가 발생하면, 탄성체(113)는 그 반대 방향으로 변위에 비례하여 가동부(111)에 복원력이 가해지고, 복원력과 전자기 구동력이 평행이 이루는 지점에서 가동부(111)의 변위가 결정되며, 전자기 구동력은 전류제어장치(150)로부터 인가되는 전류의 크기에 비례하므로 인가 전류의 크기조절에 의하여 가동부(111)의 변위를 임의로 조절할 수 있도록 구현된다.
도 5는 다층기록막구조를 갖는 광디스크(140)에 대하여, 집속 렌즈(120)가 상향으로 이동하는 것을 보여주는 동작 개념도로서, 자성체(115)에 착자되어 있는 자력은 하향으로 자화된 것으로 예시되어 있다. 다층기록막구조를 갖는 광디스크(140)는 데이터 저장을 위한 상부기록막(142) 및 하부기록막(144)과, 광디스크의 외부로부터 기록막을 보호하기 위한 보호막(141)과, 기록막을 분리하도록 상부기록막(142)과 하부기록막(144) 사이에 분포된 분리막(143)과, 광디스크의 기판(145)으로 구성된다.
여기서, 집속 렌즈(120)의 초점을 상향으로 이동하는 동작은 전류제어장치(150)에 의해 적층 코일(131)에 시계 반대방향(위에서 볼 경우)으로 전류가 인가되고, 전류의 크기에 따라 렌즈가동장치(110)에 자기장(Bu)이 상향으로 분포하며, 자성체(115)의 자력은 하향으로 자화되어 있으므로 전자기 구동력 (Fu)은 상향으로 작용하게 되므로 가동부(111)는 상향으로 이동을 하고, 그에 따라 집속 렌즈(120)의 초점은 심도(lu)가 짧아지게 되어 광디스크(140)의 상부기록막(142)에맺히게 됨으로서 구현된다.
같은 원리로, 도 6은 다층기록막구조를 갖는 광디스크(140)에 대하여, 집속 렌즈(120)가 하향으로 이동하는 것을 보여주는 동작 개념도로서, 자성체(115)에 착자되어 있는 자력은 하향으로 자화된 것으로 예시되어 있다. 여기서, 집속 렌즈(120)의 초점을 하향으로 이동하는 동작은 전류제어장치(150)에 의해 적층 코일(131)에 시계 방향(위에서 볼 경우)으로 전류가 인가되고, 전류의 크기에 따라 렌즈가동장치(110)에 자기장(Bd)이 하향으로 분포하며, 자성체(115)의 자력은 아래쪽으로 자화되어 있으므로 전자기 구동력(Fd)은 하향으로 작용하게 되므로 가동부(111)는 하향으로 이동을 하고, 그에 따라 집속 렌즈(120)의 초점은 심도(ld)가 길어지게 되어 광디스크(140)의 하부기록막(144)에 맺히게 됨으로서 구현된다. 이 때, 가동부(111)의 하단과 투명 기판(116)간에 상호 간섭이 발생하지 않도록 상호간의 간격(gd)이 일정 값 이상을 가져야 한다.
따라서, 본 발명의 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터는 초점 심도 조절을 위하여 탄성체(113)의 허용변위를 조절함에 따라 행정거리를 크게 할 수 있고, 적층 코일(131)에 인가되는 전류의 방향에 따라 양(兩)방향 구동이 가능하고, 가동부의 작은 질량으로 인하여 응답시간을 줄일 수 있으며, 절연 수지(134) 내부에 단위 면적당 보다 많은 적층 코일을 매입시킴으로서 적층 코일부의 소형화가 가능하며, 보다 작은 전류를 인가하여도 동일한 전자기 구동력을 얻을 수 있으므로 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다.
도면에는 동일 기록막 내에서 미소한 초점 보정에 관한 동작은 별도로 도시하지 않았으나, 기록막 간의 초점 이동 동작과 구동원리는 동일하며 단지 구동에 의한 변위가 미소하다는 차이점만 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1의 렌즈가동장치를 제조단계에 따라 도시한 단면도이다. 상기 도면에서는 편의상 렌즈가동장치(110) 하나에 대하여 도시되었으나, 실제 공정은 도면에 도시한 소자가 다수 개 형성되는 웨이퍼 형태의 기판 형태로 공정이 진행되어 동시에 다량으로 제조되며, 렌즈가동장치(110)의 제조 공정은 반도체 가공공정에 의하여 다음의 단계를 거쳐 구현된다.
도 7a (a)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 형태의 실리콘 기판(210)을 시작 재료로 하여 실리콘 기판(210)의 상하면에 각각 식각 마스크 박막(211,212)을 형성한다. 식각 마스크 박막은 도포, 증착, 도금 등의 반도체 소자 제조 공정에 의하여 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등과 같이 실리콘과의 식각 선택도(Etch Selectivity)가 높은 물질로 형성된다.
그 다음, 도 7a (b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(210)의 상면에 승화(Evaporation) 또는 스퍼터링(Sputtering) 등의 박막 증착 방법으로 전해 도금 공정의 시드(Seed)로 이용될 금속박막(213)을 형성하고, 도금틀용 감광막(214)을 도포한 후, 사진묘화공정 (Photolithography)을 통하여 상기 감광막(214)에 도금틀(Plating mold)(214a)을 형성한다.
그 다음, 도 7a (c)에 도시된 바와 같이, 상기 도금틀(214a)에 니켈, 페라이트 등의 자성체(115)를 전해도금을 통하여 소정의 두께만큼 형성한 후,도금틀(214a)로 이용된 감광막(214)을 제거한다.
그 다음, 도 7a (d)에 도시된 바와 같이, 자성체(115) 패턴 이외의 부분의 금속박막(213)을 식각으로 제거한다.
그 다음, 도 7a (e)에 도시된 바와 같이, 자성체(115)가 패터닝된 표면상에 감광막을 도포하고, 사진묘화공정에 의하여 고정부(114)의 상단과, 탄성체(113)의 상단과, 렌즈거치턱을 제외한 가동부(111)의 상단을 형성할 부분에 제1 식각 마스크 패턴(215a)을 형성한다.
그 다음, 도 7b (f)에 도시된 바와 같이, 제1 식각 마스크 패턴(215a)이 형성되지 않은 식각 마스크 박막(211)을 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching ; RIE) 등의 건식 식각 방법이나 불산(Hydrofluoric Acid; HF)등의 화학 식각 용액을 사용한 식각으로 제거한다.
그 다음, 도 7b (g)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(210)의 하면에 감광막을 도포한 후, 실리콘 기판(210)의 상면에 이미 형성된 정렬 마크(Alignment mark)를 이용한 양면정렬기술(Double side alignment)에 의하여 실리콘 기판(210) 하면에 고정부(114) 하단을 형성할 부분에 제2 식각 마스크 패턴(216a)을 형성한다.
그 다음, 도 7b (h)에 도시된 바와 같이, 제2 식각 마스크 패턴(216a)이 형성되지 않은 식각 마스크 박막(212)을 반응성 이온 식각(RIE) 등의 건식 식각 방법이나 불산(HF)등의 화학식각용액을 사용한 식각으로 제거한 후, 제2 식각 마스크 패턴(216a)이 형성되지 않은 실리콘 부분을 가동부(111)의 하단에 이르는 깊이만큼 실리콘 깊은 반응성 이온 식각(Silicon Deep RIE)기술 등으로 식각하고, 실리콘 기판(210)의 상하면에 잔류하는 감광막을 제거한다.
그 다음, 도 7b (i)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(210)의 하면에 가동부(111)의 하단을 형성할 면에 대해 제3 식각 마스크 패턴(217A)을 사진묘화공정으로 형성한다.
그 다음, 도 7b (j)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(210)의 하면에 형성된 제3 식각 마스크 패턴(212a, 217A)이 형성되지 않은 실리콘 부분을 소정의 깊이만큼 반응성 이온 식각(RIE) 또는 실리콘 깊은 반응성 이온식각(Silicon Deep RIE) 기술 등으로 식각하고, 제3 식각 마스크 패턴(212a, 217A)을 제거한다. 이 과정에서 식각이 진행된 후 잔류하는 실리콘의 두께가 탄성체(113)의 두께가 된다.
그 다음, 도 7c (k)에 도시된 바와 같이, 제3 식각 마스크 박막(212a, 217A)을 제거하고 드러난 실리콘 기판(210)의 하면에 투명 기판(116)을 접합한다. 투명 기판(116)의 재질이 소정의 소듐(Sodium; Na)을 함유한 유리일 때에는 투명 기판(116)의 접합은 미세가공기술의 하나인 실리콘-유리 간 양극 접합(Anodic Bonding)에 의한다.
그 다음, 도 7c (l)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(210)의 상면에 제1 식각 마스크 패턴(215a)이 형성되지 않은 실리콘 부분을 반응성 이온 식각(RIE) 또는 실리콘 깊은 반응성 이온 식각 기술 등으로 식각하여 실리콘 기판(210)이 관통되도록 한다. 이 과정에서 광진행 경로 관통공(112) 및 렌즈거치턱(112a)이 완성된다.
그 다음, 도 7c (m)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(210)의 상면에 드러난식각 마스크 박막(211)을 제거함으로서 가동부(111), 탄성체(113) 및 고정부(114)를 완성하고, 투명 기판(116)을 웨이퍼 형태의 기판에서 다이싱(Dicing) 등의 방법으로 소정 크기의 개별 칩으로 각각 분리함으로서 본 발명의 렌즈가동장치(110)를 완성한다.
적층 코일부(130)는 절연 수지(134)가 세라믹 회로 기판으로 형성된 경우에는 도금된 금속재질의 코일을 세라믹 회로기판에 채워넣고 각각의 기판을 적층하여 형성되며, 절연 수지(134)가 인쇄회로기판으로 형성된 경우에는 도금된 금속재질의 코일을 몰딩에 의하여 함께 형성한 후 이를 적층하여 형성된다.
한편, 완성된 렌즈가동장치(110)의 광진행 경로 관통공(112)에 집속 렌즈(120)를 장착하여 조립하고, 이를 적층 인쇄회로기판 또는 적층 세라믹기판으로 절연 수지를 구성한 적층 코일부(130)의 조립용 관통공(135)에 끼워넣고, 접착제로 조립용 관통공(135)의 내면과 렌즈가동장치(110)의 고정부(114)의 외면을 부착하여 결합하거나 또는 일정 공차에 의한 끼워맞춤으로 결합하고, 전극 패드(132,133)에 전류제어장치를 연결함으로서 본 발명의 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터가 완성된다.
렌즈가동장치(111)는 반도체 제조 공정 및 정밀 가공 기술인 마이크로머시닝 기술로 제조되므로 대량생산이 용이하고, 각 소자간 균일도를 향상시킬 수 있으며, 적층 코일부(130)는 절연 수지(134)의 내부에 단위면적당 보다 많은 작은 직경의 코일금속전도체로 형성된 적층 코일(131)을 매입할 수 있으므로 소형화에 기여하고, 보다 낮은 전류로 동일한 전자기 구동력을 얻을 수 있으므로 전력의 소비량을절감시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터는 적층 코일부을 절연 수지의 내부에 매입함으로서 소형 경량화가 가능하며, 적층 코일에 인가되는 전류방향을 변경함에 의하여 양방향 구동이 가능하고, 렌즈가동장치를 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조함으로서 대량생산이 용이하고 각 소자간 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 탄성체(113)의 허용변위를 조절함에 따라 행정거리를 크게 할 수 있으며, 가동부의 작은 질량으로 인하여 응답시간을 줄일 수 있다.

Claims (12)

  1. 내부에 관통공이 형성된 고정부와;
    상기 고정부의 관통공 내부에 배치되고 그 내부에 광진행 경로 관통공이 형성된 가동부와;
    상기 고정부와 상기 가동부에 양단이 각각 고정되도록 설치된 탄성체와;
    상기 가동부의 광진행 경로 관통공에 설치된 집속 렌즈와;
    상기 고정부를 둘러싼 절연 수지와;
    상기 절연 수지에 솔레노이드 형상으로 상기 고정부를 감싸도록 매입 형성된 적층 코일과;
    상기 적층 코일에 전류를 인가하기 위한 전류제어장치와;
    상기 가동부의 일단에 결합된 자성체를;
    포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절연 수지는 다층 인쇄회로기판(multi-layer PCB)으로 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연 수지는 적층 세라믹 회로기판(LTCC)으로 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 절연 수지는 정렬, 조립을 용이하게 하기 위하여 끼워맞춤으로 조립되도록 상기 고정부의 외면과 일정한 틈새를 갖는 조립용 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절연 수지는 정렬, 조립을 용이하게 하기 위하여 접착제에 의한 접합으로 조립되도록 상기 고정부의 외면과 일정한 틈새를 갖는 조립용 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성체는 전자기 구동력의 방향에 대해서는 자유로운 변형이 가능하고, 그 이외의 방향에 대해서는 큰 강성을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자성체는 광진행 경로 관통공의 외주부에 환형의 형태로 집적되어 구성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 가동부는 상기 집속 렌즈를 용이하게 정렬, 조립하기 위하여 상기 가동부에 형성된 광진행 경로 관통공 내에 렌즈거치턱이 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자기 구동에 의한 상기 가동부의 상하이동이 간섭되지 않도록 상기 가동부의 하단으로부터 일정 거리만큼 이격되며 상기 고정부 하단에 결합된 투명 기판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 투명 기판의 표면에는 광반사에 의한 광손실을 최소화 할 수 있도록 무반사 코팅이 형성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  11. 제 9항에 있어서,
    전류제어장치로부터 전류가 인가되기 위하여 상기 투명 기판의 일측면을 상기 절연 수지의 외주보다 돌출되도록 형성하고, 상기 적층 코일의 끝단과 연결되도록 돌출된 투명 기판의 일면에 형성된 전극 패드를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
  12. 제1항에 있어서,
    전류제어장치로부터 전류가 인가되기 위하여 상기 적층 코일의 끝단과 연결되고, 상기 절연 수지의 상단에 형성된 전극 패드를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초점 심도 조절용 마이크로 액츄에이터.
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