KR20060026001A - Mems scanning mirror with tunable natural frequency - Google Patents

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KR20060026001A
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위-청 푸
팅-퉁 쿠오
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어드밴스드 나노 시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

In one embodiment of the invention, a MEMS structure includes a first electrode, a second electrode, and a mobile element. The first electrode is coupled to a first voltage source. The second electrode is coupled to a second voltage source. The mobile element includes a third electrode coupled to a third voltage source. A steady voltage difference between the first electrode and the third electrode is used to tune the natural frequency of the structure to a scanning frequency of an application. An oscillating voltage difference between the second electrode and the third electrode at the scanning frequency of the application is used to oscillate the mobile element. In one embodiment, the mobile unit is a mirror.

Description

MEMS 구조 및 MEMS 구조 제어 방법{MEMS SCANNING MIRROR WITH TUNABLE NATURAL FREQUENCY}MEMS structure and MEMS structure control method {MEMS SCANNING MIRROR WITH TUNABLE NATURAL FREQUENCY}

본 발명은 마이크로-전기-기계적 시스템(MEMS)에 관한 것으로, 더 구체적으로는, MEMS 스캐닝 미러에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to micro-electro-mechanical systems (MEMS) and, more particularly, to MEMS scanning mirrors.

MEMS 스캐닝 미러에 대한 다양한 정전기 설계가 제안되고 있다. 그 애플리케이션은 바코드 판독기, 레이저 프린터, 공초점 현미경, 광섬유 네트워크 소자, 프로젝터용 프로젝션 디스플레이, 리어 프로젝션(rear projection) TV, 착용 가능 디스플레이, 및 군용 레이저 추적 및 유도 시스템을 포함한다. 전형적으로, MEMS 스캐닝 미러는 그 주요 공진에서 구동되어 높은 스캔 각도를 달성한다. 변함없이, 제조 프로세스는 개별적인 디바이스들의 고유 주파수를 변화시키는 치수 불일치를 갖는 MEMS 스캐닝 미러를 생산한다. MEMS 스캐닝 미러 중의 소수의 주요 고유 주파수가 너무 낮거나 너무 높은 경우, 소수의 디바이스들은, MEMS 스캐닝 미러의 소수에 대해 선택된 교류(AC) 구동 전압 하에서, 적절한 스캔 속도 및 적절한 스캔 각도를 생성하지 않을 것이다. 따라서, MEMS 스캐닝 미러의 주요 고유 주파수를 동조시켜 이들 디바이스의 제조 수율을 개선하는 장치 및 방법이 필요하다. Various electrostatic designs for MEMS scanning mirrors have been proposed. Applications include bar code readers, laser printers, confocal microscopes, fiber optic network devices, projection displays for projectors, rear projection TVs, wearable displays, and military laser tracking and guidance systems. Typically, MEMS scanning mirrors are driven at their main resonance to achieve high scan angles. Invariably, the manufacturing process produces MEMS scanning mirrors with dimensional mismatches that change the natural frequencies of the individual devices. If a few major natural frequencies in the MEMS scanning mirror are too low or too high, a few devices will not produce the proper scan speed and the proper scan angle under the alternating current (AC) drive voltage selected for the minority of the MEMS scanning mirror. . Accordingly, what is needed is an apparatus and method for tuning the major natural frequencies of MEMS scanning mirrors to improve the manufacturing yield of these devices.

본 발명의 일 실시예에서, MEMS 구조는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 이동성 소자를 포함한다. 제 1 전극은 제 1 전압원에 연결된다. 제 2 전극은 제 2 전압원에 연결된다. 이동성 소자는 제 3 전압원(예를 들어, 전기 접지)에 연결된 제 3 전극을 포함한다. 제 1 전극과 제 3 전극 사이의 정상 전압 차이는 구조의 고유 주파수를 애플리케이션의 스캐닝 주파수에 동조시키는 데 사용된다. 애플리케이션의 스캐닝 주파수에서 제 2 전극과 제 3 전극 사이의 발진 전압 차이는 이동성 소자를 발진시키는 데 사용된다. 일 실시예에서, 이동성 소자는 미러이다.In one embodiment of the present invention, the MEMS structure includes a first electrode, a second electrode, and a movable element. The first electrode is connected to the first voltage source. The second electrode is connected to the second voltage source. The movable element includes a third electrode connected to a third voltage source (eg, electrical ground). The normal voltage difference between the first and third electrodes is used to tune the natural frequency of the structure to the scanning frequency of the application. The oscillation voltage difference between the second electrode and the third electrode at the scanning frequency of the application is used to oscillate the mobile device. In one embodiment, the movable element is a mirror.

도 1a 및 도 1b는 각각 일 실시예에서 MEMS 구조(100)의 조립 및 분해도,1A and 1B are respectively assembled and exploded views of the MEMS structure 100 in one embodiment,

도 1c, 도 1d 및 도 1e는 일 실시예에서 MEMS 구조(100)에 있는 층들의 상측도,1C, 1D and 1E are top views of layers in the MEMS structure 100 in one embodiment,

도 1f는 본 발명의 일 실시예에서 MEMS 구조(100)를 구성하고 작동시키는 방법을 예시한 도면,1F illustrates a method of constructing and operating a MEMS structure 100 in one embodiment of the present invention;

도 1g, 도 1h, 도 1i 및 도 1j는 상이한 실시예에서 MEMS 구조(100)에 있는 다양한 층들의 상측도,1G, 1H, 1I and 1J are top views of the various layers in the MEMS structure 100 in different embodiments,

도 2a 및 도 2b는 각각 일 실시예에서 MEMS 구조(200)의 조립 및 분해도,2A and 2B are, respectively, an assembly and exploded view of the MEMS structure 200 in one embodiment,

도 2c 및 도 2d는 일 실시예에서 MEMS 구조(200)에 있는 층들의 상측도,2C and 2D are top views of layers in the MEMS structure 200 in one embodiment,

도 3a 및 도 3b는 각각 일 실시예에서 MEMS 구조(300)의 조립 및 분해도,3A and 3B illustrate an assembly and exploded view of the MEMS structure 300 in one embodiment, respectively,

도 3c, 도 3d, 도 3e, 도 3f 및 도 3g는 일 실시예에서 MEMS 구조(300)에 있는 층들의 상측도,3C, 3D, 3E, 3F and 3G are top views of layers in MEMS structure 300 in one embodiment,

도 4는 본 발명의 일 실시예에서 MEMS 시스템을 예시하는 도면,4 illustrates a MEMS system in one embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 MEMS 구조를 발진시키는 데 사용되는 DC 및 AC 전압을 예시한 도면이다. 5 illustrates the DC and AC voltages used to oscillate a MEMS structure in one embodiment of the invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서 MEMS 시스템(400)을 예시한다. MEMS 시스템(400)은, 전압원(402)에 의해 제공된 전압 하에서 정전기적으로 이동하는 이동성 소자를 갖는 MEMS 구조(예를 들어, MEMS 구조(100, 200 또는 300))를 포함한다. 전압원(402)은 고정 전극과 이동성 소자의 이동 전극 사이에 전압 차이를 제공하여, MEMS 구조(100)의 고유 주파수를 바람직한 스캐닝 주파수로 조정한다. 전압원(402)은 또한 바람직한 스캐닝 주파수에서 다른 고정 전극과 이동성 소자의 이동 전극 사이에 AC 전압 차이를 제공하여 이동성 소자를 바람직한 스캐닝 각도로 발진시킨다.4 illustrates a MEMS system 400 in one embodiment of the present invention. MEMS system 400 includes a MEMS structure (eg, MEMS structure 100, 200, or 300) with a mobile element that electrostatically moves under the voltage provided by voltage source 402. The voltage source 402 provides a voltage difference between the fixed electrode and the moving electrode of the mobile device to adjust the natural frequency of the MEMS structure 100 to the desired scanning frequency. The voltage source 402 also provides an AC voltage difference between the other fixed electrode and the movable electrode of the movable element at the desired scanning frequency to oscillate the movable element at the desired scanning angle.

이동성 소자(예를 들어, 스캐닝 주파수 및 스캐닝 각도)의 이동도는 센서(404)에 의해 측정되어 제어기(406)에 귀환된다. 제어기(406)는 측정된 이동도를 이동성 소자의 바람직한 이동도와 비교한 후, 전압원(402)에게 적절한 전압을 제공 할 것을 지시하여 바람직한 이동도를 달성한다. 개별적인 소자로 도시하고 있으나, MEMS 구조(100), 전압원(402), 센서(404), 및 제어기(406)는 동일한 칩 또는 상이한 칩 상에 구축될 수 있다.The mobility of the mobile device (eg, scanning frequency and scanning angle) is measured by the sensor 404 and returned to the controller 406. The controller 406 compares the measured mobility with the desired mobility of the mobile device and then instructs the voltage source 402 to provide an appropriate voltage to achieve the desired mobility. Although shown as separate components, the MEMS structure 100, voltage source 402, sensor 404, and controller 406 may be built on the same chip or on different chips.

도 1a 및 도 1b는 각각 일 실시예에서 MEMS 구조(100)의 조립 및 분해도를 예시한다. MEMS 구조(100)는 단일 이동 축을 필요로 하는 임의의 애플리케이션(예를 들어, 단방향 스캐닝 미러)에서 사용될 수 있다. MEMS 구조(100)는 전도 층(105), 절연 층(107), 및 전도 층(109)을 포함한다. 일 실시예에서, 전도 층(105, 109)은 도핑된 실리콘으로 만들어지는 반면, 절연 층(107)은 실리콘 이산화물(SiO2)로 만들어진다. 절연 층(107)은 전도 층(105, 109) 상의 소자들을 전기적으로 절연시킨다. 절연 층(107)은 또한 전도 층(105, 109)을 물리적으로 본딩하는 데에도 사용된다.1A and 1B each illustrate an assembly and exploded view of the MEMS structure 100 in one embodiment. The MEMS structure 100 can be used in any application that requires a single axis of movement (eg, unidirectional scanning mirror). The MEMS structure 100 includes a conductive layer 105, an insulating layer 107, and a conductive layer 109. In one embodiment, conductive layers 105 and 109 are made of doped silicon, while insulating layer 107 is made of silicon dioxide (SiO 2 ). Insulating layer 107 electrically insulates the elements on conductive layers 105 and 109. Insulating layer 107 is also used to physically bond conductive layers 105 and 109.

도 1c는 전도 층(105)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 전도 층(105)은 스캐닝 미러(101) 및 바이어스 패드(112)를 포함한다. 스캐닝 미러(101)는 비틀림 힌지(hinges)(102A, 102B)에 의해 각각 앵커(108A, 108B)에 접속되는 반사 영역(124)을 포함한다. 미러(101)는 축(122)을 중심으로 하여 회전한다.1C illustrates a top view of one embodiment of a conductive layer 105. Conductive layer 105 includes a scanning mirror 101 and a bias pad 112. Scanning mirror 101 includes reflective regions 124 connected to anchors 108A, 108B, respectively, by torsional hinges 102A, 102B. The mirror 101 rotates about the axis 122.

일 실시예에서, 비틀림 힌지(102A, 102B)는 내부 홀(114)을 포함하여 구조(100)의 회전 모드 주파수를 낮춘다. 회전 모드 주파수는, 스캐닝 미러(101)가 그 밖의 희망하지 않는 회전 및 변환 구조 진동에 연결되지 않고서도 축(122)을 중심으로 하여 회전하는 것을 보증하도록 모드 주파수들 중에서 가장 낮은 것이다.In one embodiment, the torsion hinges 102A, 102B include an inner hole 114 to lower the rotational mode frequency of the structure 100. The rotation mode frequency is the lowest of the mode frequencies to ensure that the scanning mirror 101 rotates about the axis 122 without being connected to other undesired rotational and transforming structure vibrations.

미러(101)는 회전 축(122)의 상이한 면 상에 이동식 치상돌기(104A, 104B)(총괄하여, "이동식 치상돌기(104)")를 포함한다. 이동식 치상돌기(104A, 104B)는 각각 바(106A, 106B)로부터 연장된다. 바(106A, 106B)는 반사 영역(124)에 접속되며, 비틀림 힌지(102A, 102B)에 평행하다.The mirror 101 includes movable teeth 104A and 104B (collectively, "mobile teeth 104") on different sides of the rotation axis 122. The movable tooth protrusions 104A and 104B extend from the bars 106A and 106B, respectively. Bars 106A and 106B are connected to reflective area 124 and are parallel to torsion hinges 102A and 102B.

바이어스 패드(112)는 회전 축(122)의 상이한 면 상에 고정식 치상돌기(103A, 103B)(총괄하여, "고정식 치상돌기(103)")를 포함한다. 고정식 치상돌기(103A, 103B)는, 바이어스 패드(112) 및 미러(101)가 동일한 평면에 있을 때(예를 들어, 미러(101)가 회전하지 않을 때), 각각 이동식 치상돌기(104A, 104B)와 서로 맞물려 있다.The bias pad 112 includes fixed teeth 103A, 103B (collectively, “fixed teeth 103”) on different sides of the rotation axis 122. The fixed teeth 103A and 103B are movable teeth 104A and 104B, respectively, when the bias pad 112 and the mirror 101 are in the same plane (for example, when the mirror 101 does not rotate). ) Is interlocking with each other.

실시예에서, 앵커(108A)는 접지(116)에 연결되고, 바이어스 패드(112)는 직류(DC) 전압원(118)에 연결된다. DC 전압원(118)은 DC 바이어스 전압을 바이어스 패드(112)에 제공한다. DC 바이어스 전압은 고정식 치상돌기(103)와 이동식 치상돌기(104) 사이의 정상 전압 차이를 생성한다. 고정식 치상돌기(103)와 이동식 치상돌기(104) 사이의 정상 전압 차이는, 정전기 토크가 균형 잡힌 위치에서 복원 토크와 동일할 때까지 미러(101)를 회전시키는 정전기 토크를 생성한다. 사실상, 고정식 치상돌기(103)와 이동식 치상돌기(104) 사이의 고정 전압 차이는 MEMS 구조(100)의 고유 주파수를 변화시키는 비선형 정전기 시스템을 생성한다. 이에 따라, MEMS 구조(100)의 고유 주파수는 고정식 치상돌기(103)와 이동식 치상돌기(104) 사이의 정상 전압 차이를 증가시키거나 감소시킴으로써 조정(예를 들어, 동조)될 수 있다. In an embodiment, anchor 108A is connected to ground 116 and bias pad 112 is connected to a direct current (DC) voltage source 118. DC voltage source 118 provides a DC bias voltage to bias pad 112. The DC bias voltage produces a normal voltage difference between the fixed tooth protrusion 103 and the movable tooth protrusion 104. The normal voltage difference between the stationary tooth protrusion 103 and the movable tooth protrusion 104 generates an electrostatic torque that rotates the mirror 101 until the electrostatic torque is equal to the restoring torque in the balanced position. In fact, the fixed voltage difference between the stationary tooth protrusion 103 and the movable tooth protrusion 104 creates a nonlinear electrostatic system that changes the natural frequency of the MEMS structure 100. Accordingly, the natural frequency of the MEMS structure 100 can be adjusted (eg, tuned) by increasing or decreasing the normal voltage difference between the stationary tooth protrusion 103 and the movable tooth protrusion 104.

일 실시예에서, DC 전압원(118)은 구조(100)와 동일한 칩 상에 구축된다. 대안으로, DC 전압원(118)은 구조(100)로부터 떨어진 칩 상에 구축된다. 일 실시예에서, DC 전압원(118)은 동작 중에 서보 제어되어, 구조(100)의 바람직한 고유 주파수를 생성하는 DC 바이어스 전압 값을 생성한다.In one embodiment, DC voltage source 118 is built on the same chip as structure 100. Alternatively, DC voltage source 118 is built on a chip away from structure 100. In one embodiment, the DC voltage source 118 is servo controlled during operation to produce a DC bias voltage value that produces the desired natural frequency of the structure 100.

도 1d는 중간 층(107)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 절연 층(107)은 미러(101)를 제외하면 전도 층(105)과 동일한 형상을 갖고 있어서, 층(101) 상의 소자들을 전기적으로 절연시킨다. 절연 층(107)은 미러(101)의 스캐닝 움직임을 위한 교차형 개구부(121)를 규정한다.1D illustrates a top view of one embodiment of the intermediate layer 107. The insulating layer 107 has the same shape as the conductive layer 105 except for the mirror 101 to electrically insulate the elements on the layer 101. The insulating layer 107 defines an intersecting opening 121 for the scanning movement of the mirror 101.

도 1e는 전도 층(109)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 전도 층(109)은 교차형 개구부(111)를 규정하는 드라이브 패드(126)를 포함한다. 드라이브 패드(126)는 회전축(122)의 상이한 면 상에 고정식 치상돌기(110A, 110B)(총괄하여, "고정식 치상돌기(110)"를 포함한다. 개구부(121)와 마찬가지로, 개구부(111)는 미러(101)의 스캐닝 움직임을 위해 남겨둔 빈 공간(free space)이다. 고정식 치상돌기(110A)는 미러(101)가 제 1 방향(예를 들어, 시계방향)으로 회전할 때 이동식 치상돌기(104A)와 서로 맞물리고, 고정식 치상돌기(110B)는 미러(101)가 제 2 방향(예를 들어, 반시계방향)으로 회전할 때 이동식 치상돌기(104B)와 서로 맞물린다. 치상돌기(110A, 110B)는 전기적으로 접속된다. AC 드라이브 전압이 패드(112)와 패드(126) 사이에 인가될 때, 변환 합력(translational resultant force)은 이동 구조가 축(122)에 대해 대칭인 경우에 처음 발생한다. 이 변환 합력은 회전 움직임에 대해서는 유용하지 않다. 실제로, 구조는 제조 공차 때문에 완전히 대칭이지 않으며, 발진하기 시작할 것이다. 일단 구조가 발진하기 시작하면, 토크가 증가하고 변환 합력이 감소한다. 작은 초기 토크의 잠재적 결과는 축(122)에 대해 약간 비대칭인 힘 또는 구조를 만듦으로써 해결될 수 있다. 예를 들어, 치상돌기(110A, 110B)의 길이는 약간 상이하게 제작되어 비교적 큰 초기 토크를 생성하게 할 수 있다. 미러 형상은 축(122)에 대해 약간 비대칭으로 제작되어 동일한 효과를 발생시킬 수 있다.1E illustrates a top view of one embodiment of conductive layer 109. Conductive layer 109 includes drive pads 126 that define intersecting openings 111. The drive pad 126 includes fixed tooth protrusions 110A and 110B (collectively, “fixed tooth protrusions 110”) on different sides of the rotation shaft 122. Similar to the opening 121, the opening 111 Is the free space left for the scanning movement of the mirror 101. The fixed tooth projection 110A is a movable tooth protrusion when the mirror 101 rotates in the first direction (e.g., clockwise). Interlocking with 104A), the fixed tooth projection 110B meshes with the movable tooth protrusion 104B when the mirror 101 rotates in the second direction (eg, counterclockwise). 110B is electrically connected when an AC drive voltage is applied between the pad 112 and the pad 126, the translational resultant force first appears when the moving structure is symmetric about the axis 122. This transformation force is not useful for rotational movements. Because of the difference, it will not be fully symmetrical and will start to oscillate Once the structure begins to oscillate, the torque increases and the transformation force decreases.The potential consequence of small initial torques is that they produce forces or structures that are slightly asymmetric with respect to axis 122. For example, the lengths of the tooth protrusions 110A and 110B may be made slightly different to produce a relatively large initial torque, while the mirror shape may be made slightly asymmetric about the axis 122. Can produce the same effect.

일 실시예에서, 고정식 치상돌기(110) 및 이동식 치상돌기(104)는 스캐닝 미러(101)를 발진시키는 정전기 액추에이터(예를 들어, 수직 돌기 구동 액추에이터)를 형성한다. 이 실시예에서, 드라이브 패드(126)는 AC 전압원(120)에 연결되고, 앵커(108A)는 접지(116)에 연결된다. 활성화될 때, AC 전압원(120)은 AC 드라이브 전압을 드라이브 패드(126)에 제공하여, 고정식 치상돌기(110)와 이동식 치상돌기(104) 사이에 발진 전압 차이를 생성한다. 전형적으로, AC 드라이브 전압은 구조(100)의 고유 주파수와 동일한 주파수를 갖고 있어서, 최대 스캔 각도를 달성한다. 치상돌기(110)와 치상돌기(104) 사이의 발진 전압 차이는 미러(101)의 스캐닝 움직임을 생성하는 정전기 토크를 야기한다.In one embodiment, the stationary tooth protrusion 110 and the movable tooth protrusion 104 form an electrostatic actuator (eg, a vertical protrusion driving actuator) that oscillates the scanning mirror 101. In this embodiment, drive pad 126 is connected to AC voltage source 120 and anchor 108A is connected to ground 116. When activated, the AC voltage source 120 provides an AC drive voltage to the drive pad 126 to produce an oscillation voltage difference between the stationary tooth protrusion 110 and the movable tooth protrusion 104. Typically, the AC drive voltage has a frequency equal to the natural frequency of the structure 100, thus achieving a maximum scan angle. The oscillation voltage difference between the tooth protrusion 110 and the tooth protrusion 104 causes an electrostatic torque that generates the scanning movement of the mirror 101.

일 실시예에서, AC 전압원(1200은 구조(100)와 동일한 칩 상에 구축된다. 대안으로, AC 전압원(120)은 구조(100)와 떨어진 칩 상에 구축된다. 일 실시예에서, AC 전압원(120)은 동작 중에 서보 제어되어, 바람직한 스캐닝 속도 및 스캐닝 각도를 생성하는 AC 드라이브 전압을 생성한다.In one embodiment, the AC voltage source 1200 is built on the same chip as the structure 100. Alternatively, the AC voltage source 120 is built on a chip away from the structure 100. In one embodiment, the AC voltage source 120 is servo controlled during operation to generate an AC drive voltage that produces the desired scanning speed and scanning angle.

도 1f는 일 실시예에서 MEMS 구조(100)를 구성하고 동작시키는 방법(150)을 예시한다. 일반적으로 구조(100)는 양산된 구조(100)의 배치(batch)로부터의 디바이스이다. 이하에 설명하는 바와 같이, 작용(151, 152)이 구조(100)의 제조 중에 발생하고, 작용(153, 154, 156, 160)이 구조(100)의 사용 중에 발생한다.1F illustrates a method 150 of constructing and operating the MEMS structure 100 in one embodiment. Structure 100 is generally a device from a batch of mass produced structure 100. As described below, actions 151, 152 occur during the fabrication of the structure 100, and actions 153, 154, 156, 160 occur during the use of the structure 100.

작용(151)에서, 설계자는 애플리케이션의 스캐닝 주파수 및 스캐닝 각도(예를 들어, 바코드 판독기에 대해 1kHz 및 5-10도)를 결정하고, 구조(100)의 기본 설계를 수정하여 스캐닝 주파수와 동일한 특정 고유 주파수를 달성한다. 설계자는 힌지의 강성도(예를 들어, 힌지의 기하학적 배열)를 변화시키거나 구조(예를 들어, 미러의 기하학적 배열)의 관성을 변화시킴으로써 설계를 수정한다. 작용(151)에 뒤이어 작용(152)이 일어난다.At act 151, the designer determines the scanning frequency and scanning angle of the application (e.g., 1 kHz and 5-10 degrees for the barcode reader) and modifies the basic design of the structure 100 to specify a specific frequency equal to the scanning frequency. Achieve a natural frequency. The designer modifies the design by changing the stiffness of the hinge (eg the hinge geometry) or by changing the inertia of the structure (eg the mirror geometry). Action 152 follows action 151.

작용(152)에서, 설계자는 이 구조(100)에 대한 DC 전압 차이 및 AC 전압 차이의 특성을 미리 설정한다. 설계자는 DC 바이어스 전압(도 5)의 진폭을 미리 설정하여 이 구조(100)의 고유 주파수를 애플리케이션의 스캐닝 주파수에 동조시킨다. 설계자는 AC 드라이브 전압(도 5)의 진폭 및 주파수를 미리 설정하여 이 구조(100)에 대한 바람직한 스캔 각도를 달성한다. 설계자는 또한 AC 드라이브 전압(도 5)의 수직 오프셋도 미리 설정하여 발진이 발생하는 바람직한 중립 스캐닝 위치를 달성한다. 이들 단계는 각 구조(100)가 제조 불일치로 인해 다른 것들과 다소 상이하기 때문에 필요하다. 그러면, 이들 특성은 이 구조(100)에 대해 DC 바이어스 전압 및 AC 드라이브 전압에 대한 초기/디폴트(default) 특성으로서 제어기 내에 저장된다.At act 152, the designer presets the characteristics of the DC voltage difference and the AC voltage difference for this structure 100. The designer presets the amplitude of the DC bias voltage (Figure 5) to tune the natural frequency of this structure 100 to the scanning frequency of the application. The designer presets the amplitude and frequency of the AC drive voltage (FIG. 5) to achieve the desired scan angle for this structure 100. The designer also presets the vertical offset of the AC drive voltage (FIG. 5) to achieve the desired neutral scanning position where oscillation occurs. These steps are necessary because each structure 100 is somewhat different from others due to manufacturing discrepancies. These characteristics are then stored in the controller as initial / default characteristics for the DC bias voltage and AC drive voltage for this structure 100.

작용(153)에서, 최종 사용자는 제어기(406)에서 DC 바이어스 전압 및 AC 드 라이브 전압에 대한 상이한 특성을 저장할 수도 있다. 최종 사용자는 그렇게 하여 바람직한 스캐닝 주파수, 바람직한 스캐닝 각도, 및 바람직한 중립 스캐닝 위치를 변화시키기를 희망할 수도 있다.At act 153, the end user may store different characteristics for the DC bias voltage and the AC drive voltage at the controller 406. The end user may wish to do so to change the desired scanning frequency, the preferred scanning angle, and the preferred neutral scanning position.

작용(154)에서, 제어기(406)는 전압원(402)에게 DC 바이어스 전압 및 AC 드라이브 전압을 인가할 것을 지시한다. 전압원(402)은 다양한 DC 및 AC 전압원(예를 들어, DC 전압원(118) 및 AC 전압원(120))을 나타낸다.At act 154, the controller 406 instructs the voltage source 402 to apply a DC bias voltage and an AC drive voltage. Voltage source 402 represents various DC and AC voltage sources (eg, DC voltage source 118 and AC voltage source 120).

DC 바이어스 전압은 제어기(406)에 저장된 디폴트 값으로 초기화된 후, 회전 고유 주파수가 스캐닝 주파수임을 보증하도록 서보 제어된다. DC 바이어스 전압의 서보 제어는 구조(100)의 고유 주파수가 온도의 변화, 재료의 노화, 또는 임의의 다른 이유로 인해 바람직한 값으로부터 이동할 수도 있기 때문에 작동 단계에서 필수적이다.The DC bias voltage is initialized to the default value stored in the controller 406 and then servo controlled to ensure that the rotational natural frequency is the scanning frequency. Servo control of the DC bias voltage is essential in the operating phase because the natural frequency of the structure 100 may shift from the desired value due to a change in temperature, aging of the material, or any other reason.

AC 드라이브 전압은 제어기(406)에 저장된 디폴트 값으로 초기화된 후, 바람직한 스캐닝 주파수 및 스캐닝 각도가 달성됨을 보증하도록 서보 제어된다. AC 드라이브 전압의 서보 제어는 스캐닝 주파수, 스캐닝 각도, 및 중립 스캐닝 위치가 온도의 변화, 재료의 노화, 또는 임의의 다른 이유로 인해 바람직한 값으로부터 이동될 수도 있기 때문에 작동 단계에서 필수적이다. 작용(154)에 뒤이어 작용(158)이 일어난다.The AC drive voltage is initialized to default values stored in controller 406 and then servo controlled to ensure that the desired scanning frequency and scanning angle are achieved. Servo control of the AC drive voltage is essential in the operating phase because the scanning frequency, scanning angle, and neutral scanning position may be moved from the desired value due to changes in temperature, aging of the material, or any other reason. Action 158 follows action 154.

작용(158)에서, 센서(404)는 스캐닝 미러의 움직임(예를 들어, 스캐닝 주파수, 스캐닝 각도, 및 스캐닝 중립 위치)을 모니터링하는 데 사용되고, 측정된 정보는 제어기(406)에 출력된다. 작용(158)에 뒤이어 작용(160)이 일어난다.In operation 158, sensor 404 is used to monitor the movement of the scanning mirror (eg, scanning frequency, scanning angle, and scanning neutral position), and the measured information is output to controller 406. Action 160 follows action 158.

작용(160)에서, 제어기(406)는 센서(404)로부터 움직임 정보를 수신한다. 제어기(406)는 필요한 DC 바이어스 전압 및 필요한 AC 드라이브 전압을 전압원(402)에 제공한다. DC 바이어스 전압의 서보 제어는 DC 바이어스 전압의 진폭을 섭동(perturb)함으로써 달성된다. DC 바이어스 전압이 증가하고 스캐닝 각도가 또한 동시에 증가한 경우, 고유 주파수가 스캐닝 주파수에 근접하게 되며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 보드 플롯(Bode plot)이 주요 고유 주파수의 높은 Q 인자를 도시하고 있는 경우에 DC 바이어스 전압 변화로 고유 주파수를 제어함으로써 스캐닝 진폭을 유지하는 것이 일반적으로 더욱 효과적이다.At act 160, controller 406 receives movement information from sensor 404. The controller 406 provides the required DC bias voltage and the required AC drive voltage to the voltage source 402. Servo control of the DC bias voltage is achieved by perturbing the amplitude of the DC bias voltage. If the DC bias voltage increases and the scanning angle also increases simultaneously, the natural frequency approaches the scanning frequency, and vice versa. If the Bode plot shows the high Q factor of the main natural frequency, it is generally more effective to maintain the scanning amplitude by controlling the natural frequency with a DC bias voltage change.

AC 드라이브 전압의 서보 제어는 AC 드라이브 전압의 진폭, 주파수, 및 수직 오프셋을 섭동하고, 스캐닝 각도, 스캐닝 주파수, 및 스캐닝 중립 위치에서의 변화를 감지함으로써 달성된다. AC 드라이브 전압의 진폭이 증가하여 회전 각도를 증가시키며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. AC 드라이브 전압의 주파수가 증가하여, 스캐닝 주파수를 증가시키며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. AC 드라이브 전압의 수직 오프셋이 변화되어 스캐닝 중립 위치를 최적화시킨다. 작용(160)에 뒤이어 작용(154)이 일어나며, 그 방법은 귀환 루프에서 계속된다.Servo control of the AC drive voltage is achieved by perturbing the amplitude, frequency, and vertical offset of the AC drive voltage and sensing changes in scanning angle, scanning frequency, and scanning neutral position. The amplitude of the AC drive voltage increases to increase the angle of rotation, and vice versa. The frequency of the AC drive voltage increases, increasing the scanning frequency and vice versa. The vertical offset of the AC drive voltage is varied to optimize the scanning neutral position. Action 154 follows action 160, and the method continues in the feedback loop.

도 1g는 구조(100)의 전도 층(105)의 다른 실시예의 상측도를 예시한다. 도 1c 및 도 1g 사이의 동일하거나 유사한 부분들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 이 실시예에서, 반사 영역(124)은 바(128A, 128B)에 접속된다. 이동식 치상돌기(104A, 104B)는 각각 바(128A, 128B)의 반대편 에지(edges)로부터 연장된다. 바(128A, 128B)의 선단은 각각 비틀림 힌지(130A, 130B)에 의해 앵커(108A, 108B)에 접속된다. 비틀림 힌지(130A, 130B) 각각은 변환 강성도를 증가시키지만 힌지(102A, 102B)의 비틀림 가요성을 유지하는 서펜타인 형태를 갖는다. 전술한 바와 유사하게, DC 전압원(118)은 바이어스 패드(112)에 연결되고, 접지(116)는 앵커(108A)에 연결된다. 전술한 방법(150)은 도 1g의 전도 층(105)을 구비한 구조(100)를 구성하고 동작시키는 데 사용될 수 있다.1G illustrates a top view of another embodiment of a conductive layer 105 of structure 100. Identical or similar parts between FIGS. 1C and 1G are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, reflective region 124 is connected to bars 128A and 128B. The movable teeth 104A and 104B extend from opposite edges of the bars 128A and 128B, respectively. The tips of the bars 128A and 128B are connected to the anchors 108A and 108B by the torsion hinges 130A and 130B, respectively. Each of the torsion hinges 130A and 130B has a serpentine form that increases the translational stiffness but maintains the torsional flexibility of the hinges 102A and 102B. Similar to the foregoing, DC voltage source 118 is connected to bias pad 112 and ground 116 is connected to anchor 108A. The method 150 described above can be used to construct and operate the structure 100 with the conductive layer 105 of FIG. 1G.

도 1h는 전도 층(109)의 다른 실시예의 상측도를 예시한다. 도 1e 및 도 1h 사이의 동일하거나 유사한 부분들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 이 실시예에서, 드라이브 패드(126)는 고정식 치상돌기(110B)만을 포함한다. 이 구성은 큰 초기 토크를 제공하여 미러 회전 발진을 여기한다. 고정식 치상돌기(110B)와 이동식 치상돌기(104B) 사이의 발진 전압 차이는 미러의 스캐닝 움직임만을 생성한다. 그러나, 발진 전압 차이는, 이 실시예에서의 층(109)이 대향 면들 중에서 단 하나의 면 상에 있는 고정식 치상돌기(110)에 힘을 발휘하기 때문에, 도 1e의 전술한 실시예의 응답 진폭을 매칭시키도록 증가할 수도 있다. 전술한 방법(150)은 도 1h의 전도 층(109)을 갖는 구조(100)를 구성하고 동작시키는 데 사용될 수 있다.1H illustrates a top view of another embodiment of conductive layer 109. Identical or similar parts between FIGS. 1E and 1H are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the drive pad 126 includes only the stationary teeth 110B. This configuration provides a large initial torque to excite the mirror rotational oscillation. The oscillation voltage difference between the fixed tooth protrusion 110B and the movable tooth protrusion 104B only generates the scanning movement of the mirror. However, the oscillation voltage difference is due to the fact that the layer 109 in this embodiment exerts a force on the stationary tooth protrusion 110 which is on only one of the opposing faces, thus reducing the response amplitude of the foregoing embodiment of FIG. It may increase to match. The method 150 described above can be used to construct and operate the structure 100 having the conductive layer 109 of FIG. 1H.

도 1i는 전도 층(109)의 다른 실시예의 상측도를 예시한다. 도 1e와 도 1i 사이의 동일하거나 유사한 부분들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 이 실시예에서, 전도 층(109)은, 함께 개구부(121)를 규정하는 2개의 드라이브 패드(132A, 132B)(총괄하여, "드라이브 패드(132)")로 분리된다. 고정식 치상돌기(110A, 110B)는 각각 드라이브 패드(132A, 132B)의 대향 에지로부터 연장된다. 드라이브 패드(132A)가 AC 전압원(134A)에 연결되는 한편, 드라이브 패드(132)는 다른 AC 전 압원(134B)에 연결된다. AC 전압원(134A, 134B)은 동일한 주파수를 갖지만 180도의 위상 차이를 갖고 있어서, 최고 비틀림 액추에이션 힘 및 초기 여기 토크를 제공한다. 따라서, 고정식 치상돌기(110)와 이동식 치상돌기(104) 사이의 발진 전압 차이는 미러(101)의 스캐닝 움직임을 생성한다. 전술한 방법(150)은 도 1i의 전도 층(109)을 갖는 구조(100)를 구성하고 동작시키는 데 사용될 수 있다.1I illustrates a top view of another embodiment of conductive layer 109. Identical or similar parts between FIGS. 1E and 1I are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the conductive layer 109 is separated into two drive pads 132A, 132B (collectively "drive pad 132") that together define an opening 121. Fixed teeth 110A and 110B extend from opposite edges of drive pads 132A and 132B, respectively. Drive pad 132A is connected to an AC voltage source 134A, while drive pad 132 is connected to another AC voltage source 134B. The AC voltage sources 134A, 134B have the same frequency but have a 180 degree phase difference, providing the highest torsional actuation force and initial excitation torque. Therefore, the oscillation voltage difference between the fixed tooth projection 110 and the movable tooth protrusion 104 generates a scanning movement of the mirror 101. The method 150 described above can be used to construct and operate the structure 100 having the conductive layer 109 of FIG. 1I.

도 1j는 드라이브 패드(132A, 132B)를 전기적으로 절연시키는 전도 층(109) 아래에 있는 부가 층(136)의 상측도를 예시한다. 일 실시예에서, 절연 층(136)은 진성 실리콘으로 만들어진다. 절연 층(136)은 미러(101)의 스캐닝 움직임을 위해 남겨둔 빈 공간을 포함할 수도 있다.1J illustrates a top view of an additional layer 136 under conductive layer 109 electrically insulating drive pads 132A, 132B. In one embodiment, insulating layer 136 is made of intrinsic silicon. The insulating layer 136 may include empty space left for the scanning movement of the mirror 101.

도 2a 및 도 2b는 각각 일 실시예에서 MEMS 구조(200)의 조립 및 분해도를 예시한다. MEMS 구조(100)와 같이, MEMS 구조(200)는 단일 축 스캐닝 미러를 필요로 하는 임의의 애플리케이션에 사용될 수 있다. MEMS 구조(200)는 전도 층(205), 절연 및 본딩 층(207), 및 구조 고정 층(209)을 포함한다. 일 실시예에서, 전도 층(205)은 도핑된 실리콘으로 만들어지는 반면, 절연 층(207)은 SiO2로 만들어져서 전도 층(205)의 성분들을 전기적으로 절연시킨다. 층(209)은 2개의 상부 층을 위한 지지 구조를 제공한다. 층(209)이 비전도성 진성 실리콘으로 만들어진다면, 층(207)은 본딩 층으로서만 사용될 것이며, 이 구성에 대해서 선택적일 수도 있다.2A and 2B each illustrate an assembly and exploded view of the MEMS structure 200 in one embodiment. Like the MEMS structure 100, the MEMS structure 200 can be used for any application that requires a single axis scanning mirror. MEMS structure 200 includes a conductive layer 205, an insulating and bonding layer 207, and a structure fixing layer 209. In one embodiment, conductive layer 205 is made of doped silicon, while insulating layer 207 is made of SiO 2 to electrically insulate the components of conductive layer 205. Layer 209 provides a support structure for the two top layers. If layer 209 is made of nonconductive intrinsic silicon, layer 207 will be used only as a bonding layer, and may be optional for this configuration.

도 2c는 전도 층(205)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 전도 층(205)은 스캐닝 미러(201), 바이어스 패드(212), 및 드라이브 패드(232A, 232B)를 포함한 다. 미러(101)와 유사하게, 미러(201)는 각각 비틀림 힌지(202A, 202B)에 의해 앵커(208A, 208B)에 접속되는 반사 영역(224)을 포함한다. 미러(201)는 축(222)을 중심으로 하여 회전한다.2C illustrates a top view of one embodiment of conductive layer 205. Conductive layer 205 includes scanning mirror 201, bias pad 212, and drive pads 232A and 232B. Similar to mirror 101, mirror 201 includes reflective regions 224 connected to anchors 208A and 208B by torsion hinges 202A and 202B, respectively. The mirror 201 rotates about the axis 222.

일 실시예에서, 비틀림 힌지(202A, 202B)는 내부 홀(214)을 포함하여 회전 모드 주파수를 낮춘다. 미러(201)는 또한 이동식 치상돌기(204A, 204B)(총괄하여, "이동식 치상돌기(204)") 세트를 포함한다. 이동식 치상돌기(204A, 204B)는 바(206A, 206B)로부터 연장되는데, 이들 바는 축(222)의 상이한 면 상에 있다. 바(206A, 206B)는 반사 영역(224)으로부터 멀리 떨어져 있으며, 비틀림 힌지(202A, 202B)에 평행하다.In one embodiment, the torsion hinges 202A, 202B include an inner hole 214 to lower the rotation mode frequency. The mirror 201 also includes a set of movable teeth 204A and 204B (collectively, "mobile teeth 204"). The movable teeth 204A, 204B extend from the bars 206A, 206B, which are on different sides of the axis 222. Bars 206A, 206B are remote from reflective area 224 and are parallel to torsion hinges 202A, 202B.

안쪽 이동식 치상돌기(204B)는 반사 영역(224)에 더 근접하며, 고정식 치상돌기(210A, 210B)(추후 설명함)와 서로 맞물려 있다. 바깥쪽 이동식 치상돌기(204B)는 반사 영역(224)으로부터 더 멀리 떨어져 있으며, 고정식 치상돌기(203A, 203B)(추후 설명함)와 서로 맞물려 있다.Inwardly movable teeth 204B are closer to reflective region 224 and are engaged with fixed teeth 210A and 210B (described later). The outer movable tooth 204B is further away from the reflective region 224 and is engaged with the stationary tooth protrusions 203A and 203B (described later).

일 실시예에서, 미러(201)는 일반적으로 하나 이상의 코너가 제거된 사각형 형상을 갖기 때문에 비대칭이다. 따라서, 미러(201)의 중심은 축(222)의 한쪽으로 이동된다. 이러한 설계는 미러(201)가 소정의 초기 회전 위치에서 시작하거나 소정의 초기 회전 위치에 급속히 도달할 것을 애플리케이션이 요구할 때 바람직할 수도 있다.In one embodiment, the mirror 201 is generally asymmetric because it has a rectangular shape with one or more corners removed. Thus, the center of the mirror 201 is moved to one side of the axis 222. This design may be desirable when the application requires the mirror 201 to start at a certain initial rotational position or rapidly reach a predetermined initial rotational position.

바이어스 패드(212)는 축(222)의 상이한 면 상에 고정식 치상돌기(203A, 203B)(총괄하여, ""고정식 치상돌기(203)")를 포함한다. 고정식 치상돌기(203A, 203B)는, 바이어스 패드(212) 및 미러(201)가 동일 평면에 있을 때(예를 들어, 미러(201)가 회전하지 않을 때), 각각 바깥쪽 이동식 치상돌기(204A)와 서로 맞물려 있다.Bias pad 212 includes stationary teeth 203A, 203B (collectively "" fixed teeth 203 ") on different sides of axis 222. Stationary teeth 203A, 203B When the bias pad 212 and the mirror 201 are in the same plane (eg, when the mirror 201 is not rotating), the bias pad 212 and the mirror 201 are respectively engaged with the outer movable tooth projection 204A.

드라이브 패드(232A, 232B)(총괄하여, "드라이브 패드(232)")는 각각 고정식 치상돌기(210A, 210B)(총괄하여, "고정식 치상돌기(210)")를 포함한다. 고정식 치상돌기(210A, 210B)는 드라이브 패드(232) 및 미러(201)가 동일 평면에 있을 때 안쪽 이동식 치상돌기(204B)와 서로 맞물려 있다. Drive pads 232A and 232B (collectively, "drive pad 232") each include fixed toothed protrusions 210A and 210B (collectively, "fixed toothed protrusions 210"). The stationary tooth protrusions 210A and 210B are engaged with the inner movable tooth protrusion 204B when the drive pad 232 and the mirror 201 are in the same plane.

일 실시예에서, 앵커(208A)는 접지(216)에 연결되고, 바이어스 패드(212)는 DC 전압원(218)에 연결된다. DC 전압원(218)은 바이어스 패드(212)에 DC 바이어스 전압을 제공하여, 고정식 치상돌기(203)와 바깥쪽 이동식 치상돌기(204A) 사이에 정상 전압 차이를 생성한다. 전술한 바와 유사하게, 고정식 치상돌기(203)와 이동식 치상돌기(204A) 사이의 고정 전압 차이는 구조(200)의 고유 주파수를 변화시키는 정전기 힘을 생성한다. 이에 따라, MEMS 구조(200)의 고유 주파수는 고정식 치상돌기(203)와 이동식 치상돌기(204A) 사이의 정상 전압 차이를 변화시킴으로써 동조될 수 있다.In one embodiment, anchor 208A is connected to ground 216 and bias pad 212 is connected to DC voltage source 218. The DC voltage source 218 provides a DC bias voltage to the bias pad 212 to produce a normal voltage difference between the fixed teeth 203 and the outer movable teeth 204A. Similar to the foregoing, the fixed voltage difference between the stationary tooth 203 and the movable tooth 204A generates an electrostatic force that changes the natural frequency of the structure 200. Accordingly, the natural frequency of the MEMS structure 200 can be tuned by changing the normal voltage difference between the stationary tooth 203 and the mobile tooth 204A.

일 실시예에서, 고정식 치상돌기(210) 및 이동식 치상돌기(204B)는 스캐닝 미러(201)를 발진시키는 정전기 액추에이터(예를 들어, 돌기 드라이브 액추에이터)를 형성한다. 이 실시예에서, 드라이브 패드(232)는 AC 전압원(229)에 연결된다. 활성화될 때, AC 전압원(220)은 드라이브 패드(232)에 AC 드라이브 전압을 제공하여, 고정식 치상돌기(210)와 안쪽 이동식 치상돌기(204B) 사이의 발진 전압 차이를 생성한다. 고정식 치상돌기(210)와 안쪽 이동식 치상돌기(204B) 사이의 발진 전압 차이는 미러(201)의 스캐닝 움직임을 생성하는 정전기 토크를 야기한다.In one embodiment, the stationary tooth protrusion 210 and the movable tooth protrusion 204B form an electrostatic actuator (eg, a protrusion drive actuator) that oscillates the scanning mirror 201. In this embodiment, the drive pad 232 is connected to an AC voltage source 229. When activated, the AC voltage source 220 provides an AC drive voltage to the drive pad 232, creating a difference in oscillation voltage between the fixed teeth 210 and the inner movable teeth 204B. The oscillation voltage difference between the fixed tooth protrusion 210 and the inner movable tooth protrusion 204B causes an electrostatic torque that generates a scanning movement of the mirror 201.

전술한 바와 유사하게, 일 실시예에서, DC 전압원(218) 및 AC 전압원(220)은 구조(200)와 동일한 칩 상에 구축된다. 대안으로, 전압원(218, 220)은 구조(200)로부터 떨어진 하나 이상의 칩 상에 구축된다. 그 후, 이들 하나 이상의 칩들은 와이어를 거쳐 바이어스 패드(212) 및 드라이브 패드(232)에 연결된다. 일 실시예에서, DC 전압원(218)은 작동 중에 서보 제어되어 구조(100)의 바람직한 고유 주파수를 발생시키는 DC 바이어스 전압을 생성하며, AC 전압원(220)은 작동 중에 서보 제어되어 바람직한 스캐닝 속도 및 스캐닝 각도를 발생시키는 AC 드라이브 전압을 생성한다.Similar to the foregoing, in one embodiment, DC voltage source 218 and AC voltage source 220 are built on the same chip as structure 200. Alternatively, voltage sources 218 and 220 are built on one or more chips away from structure 200. These one or more chips are then connected to the bias pad 212 and the drive pad 232 via wires. In one embodiment, DC voltage source 218 is servo controlled during operation to generate a DC bias voltage that generates the desired natural frequency of structure 100, while AC voltage source 220 is servo controlled during operation to provide the desired scanning speed and scanning. Generates an AC drive voltage that generates an angle.

도 2d는 절연 층(207)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 절연 층(207)은 교차형 개구부(221)를 규정한다. 개구부(121)와 유사하게, 개구부(221)는 미러(201)의 스캐닝 움직임을 위해 남겨둔 빈 공간이다.2D illustrates a top view of one embodiment of insulating layer 207. Insulating layer 207 defines an intersecting opening 221. Similar to the opening 121, the opening 221 is an empty space left for the scanning movement of the mirror 201.

전술한 방법(150)(도 1f)이 이용되어 구조(200)를 동작시킬 수 있다.The method 150 (FIG. 1F) described above can be used to operate the structure 200.

도 3a 내지 도 3b는 각각 일 실시예에서 MEMS 구조(300)의 조립 및 분해도를 예시한다. MEMS 구조(300)는 2개의 회전축에 대해 회전 움직임을 요구하는 임의의 애플리케이션(예를 들어, 양방향성 스캐닝 미러)에서 사용될 수 있다. MEMS 구조(300)는 구조 고정 층(301), 절연 층(304), 전도 층(302), 절연 층(305), 및 전도 층(303)을 포함한다. 일 실시예에서, 층(301)은 진성 실리콘 또는 도핑된 실리콘으로 만들어지며, 전도 층(302, 303)은 도핑된 실리콘으로 만들어지며, 절연 층 (304, 305)은 실리콘 이산화물(SiO2)로 만들어진다. 절연 층(304, 305)은 층들(301, 302, 303) 상의 소자들을 전기적으로 절연시킨다. 절연 층(304)은 전도 층(301, 302)을 물리적으로 본딩하는 데에 사용된다. 마찬가지로, 절연 층(305)은 또한 전도 층(302, 303)을 물리적으로 본딩하는 데에도 사용된다.3A-3B each illustrate an assembly and exploded view of the MEMS structure 300 in one embodiment. The MEMS structure 300 may be used in any application (eg, bidirectional scanning mirror) that requires rotational movement about two axes of rotation. MEMS structure 300 includes structure fixing layer 301, insulating layer 304, conductive layer 302, insulating layer 305, and conductive layer 303. In one embodiment, layer 301 is made of intrinsic silicon or doped silicon, conductive layers 302, 303 are made of doped silicon, and insulating layers 304, 305 are made of silicon dioxide (SiO 2 ). Is made. Insulating layers 304, 305 electrically insulate the devices on layers 301, 302, 303. Insulating layer 304 is used to physically bond conductive layers 301 and 302. Similarly, insulating layer 305 is also used to physically bond conductive layers 302 and 303.

도 3c는 전도 층(303)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 전도 층(303)은 스캐닝 미러(316), 드라이브 패드(306, 309), 접지 패드(307), 및 바이어스 패드(308)를 포함한다. 스캐닝 미러(316)는 각각 서펜타인 비틀림 힌지(315A, 316B)에 의해 앵커(328, 329)에 접속된 반사 영역(352)을 포함한다. 미러(316)는 힌지(315A, 315B)를 거쳐 Y-축을 중심으로 하여 회전한다. 힌지(315A, 315B)는 Y-축에서 미러 스캐닝 주파수/속도를 결정한다.3C illustrates a top view of one embodiment of conductive layer 303. Conductive layer 303 includes scanning mirror 316, drive pads 306 and 309, ground pad 307, and bias pad 308. Scanning mirror 316 includes reflective regions 352 connected to anchors 328 and 329 by serpentine torsion hinges 315A and 316B, respectively. The mirror 316 rotates about the Y-axis via hinges 315A and 315B. Hinges 315A and 315B determine the mirror scanning frequency / speed in the Y-axis.

미러(316)는 Y-축의 상이한 면들 상에 이동식 치상돌기(314A, 314B0(총괄하여, "이동식 치상돌기(314)")를 포함한다. 드라이브 패드(306)는 서펜타인 비틀림 힌지(324)에 의해 돌기(388)에 접속된다. 돌기(388)는, 돌기(388)와 미러(316)가 동일한 평면에 있을 때(예를 들어, 미러(316)가 Y-축을 중심으로 하여 회전하지 않을 때), 이동식 치상돌기(314A) 중의 일부와 서로 맞물려 있는 고정식 치상돌기(313)를 갖는다. 유사하게, 드라이브 패드(309)는 서펜타인 비틀림 힌지(326)에 의해 돌기(390)에 접속된다. 돌기(390)는 미러(316)가 Y-축을 중심으로 하여 회전하지 않을 때 이동식 치상돌기(314B) 중의 일부와 서로 맞물려 있는 고정식 치상돌기(311)를 갖는다.The mirror 316 includes movable teeth 314A, 314B0 (collectively, “mobile teeth 314”) on different sides of the Y-axis.The drive pad 306 is a serpentine torsion hinge 324. Is connected to the projection 388. The projection 388 may not rotate when the projection 388 and the mirror 316 are in the same plane (for example, the mirror 316 does not rotate about the Y-axis). And a stationary tooth protrusion 313 engaged with a portion of the movable tooth protrusion 314A. Similarly, the drive pad 309 is connected to the protrusion 390 by a serpentine torsion hinge 326. The protrusion 390 has a stationary tooth protrusion 311 that meshes with some of the movable tooth protrusions 314B when the mirror 316 does not rotate about the Y-axis.

바이어스 패드(308)는 서펜타인 비틀림 힌지(325)에 의해 돌기(323B)에 접속된다. 돌기(323B)는 바(330A)에 의해 돌기(323A)에 접속된다. 돌기(323A, 323B)는 각각 고정식 치상돌기(310A, 310B)(총괄하여, "고정식 치상돌기(310)")를 갖는다. 고정식 치상돌기(310A, 310B)는, 미러(316)가 Y-축을 중심으로 하여 회전하지 않을 때, 이동식 치상돌기(314A, 314B) 중의 일부와 서로 맞물려 있다.The bias pad 308 is connected to the protrusion 323B by the serpentine torsion hinge 325. The projection 323B is connected to the projection 323A by the bar 330A. The protrusions 323A and 323B have fixed tooth protrusions 310A and 310B (collectively, “fixed tooth protrusions 310”), respectively. The stationary tooth protrusions 310A and 310B are engaged with some of the movable tooth protrusions 314A and 314B when the mirror 316 does not rotate about the Y-axis.

접지 패드(307)는 서펜타인 비틀림 힌지(327)에 의해 L-형 바(330B)에 접속된다. 바(330B)는 앵커(329)에 접속된다. 따라서, 접지 패드(307)는 미러(316) 및 이동식 치상돌기(314)에 접속된다.Ground pad 307 is connected to L-shaped bar 330B by serpentine torsion hinge 327. Bar 330B is connected to anchor 329. Thus, the ground pad 307 is connected to the mirror 316 and the movable tooth projection 314.

일 실시예에서, 접지 패드(307)는 접지(354)에 연결되고, 바이어스 패드(308)는 DC 전압원(356)에 연결된다. DC 전압원(356)은 DC 바이어 전압을 바이어스 패드(308)에 제공한다. DC 바이어스 전압은 고정식 치상돌기(310)와 이동식 치상돌기(314) 사이에 정상 전압 차이를 생성한다. 전술한 바와 유사하게, 고정식 치상돌기(310)와 이동식 치상돌기(314) 사이의 정상 전압 차이는 Y-축을 중심으로 하여 MEMS 구조(300)의 고유 주파수를 변화시키는 비선형 정전기 시스템을 생성한다. 이에 따라, Y-축을 중심으로 한 MEMS 구조(300)의 고유 주파수는 고정식 치상돌기(310)와 이동식 치상돌기(314) 사이의 정상 전압 차이를 변화시킴으로써 변화(예를 들어, 동조)될 수 있다.In one embodiment, ground pad 307 is connected to ground 354 and bias pad 308 is connected to DC voltage source 356. DC voltage source 356 provides a DC via voltage to bias pad 308. The DC bias voltage generates a normal voltage difference between the fixed tooth protrusion 310 and the movable tooth protrusion 314. Similar to the foregoing, the normal voltage difference between the stationary tooth protrusion 310 and the movable tooth protrusion 314 creates a nonlinear electrostatic system that changes the natural frequency of the MEMS structure 300 about the Y-axis. Accordingly, the natural frequency of the MEMS structure 300 about the Y-axis can be changed (eg, tuned) by changing the normal voltage difference between the fixed tooth protrusion 310 and the movable tooth protrusion 314. .

전술한 바와 유사하게, DC 전압원(356)은 구조(300)와 동일한 칩 상에 구축될 수 있다. 대안으로, DC 전압원(356)은 구조(300)로부터 떨어진 칩 상에 구축될 수 있다. 일 실시예에서, DC 전압원(356)은 동작 중에 서보 제어되어, Y-축을 중 심으로 하여 구조(300)의 바람직한 고유 주파수를 발생시키는 DC 바이어스 전압 값을 생성한다.Similar to the foregoing, DC voltage source 356 may be built on the same chip as structure 300. Alternatively, DC voltage source 356 may be built on a chip away from structure 300. In one embodiment, the DC voltage source 356 is servo controlled during operation to generate a DC bias voltage value that generates the desired natural frequency of the structure 300 centered on the Y-axis.

일 실시예에서, (1) 고정식 치상돌기(311) 및 이동식 치상돌기(314B)와, (2) 고정식 치상돌기(313) 및 이동식 치상돌기(314A)는 Y-축을 중심으로 하여 스캐닝 미러(316)를 발진시키는 2개의 정전기 액추에이터(예를 들어, 돌기 드라이브 액추에이터)를 형성한다. 이 실시예에서, 드라이브 패드(306, 309)는 AC 전압원(360)에 연결되고, 접지 패드(307)는 접지(354)에 연결된다. 활성화될 때, AC 전압원(360)은 (1) 고정식 치상돌기(311)와 이동식 치상돌기(314B) 사이, 및 (2) 고정식 치상돌기(313)와 이동식 치상돌기(314A) 사이의 발진 전압 차이를 생성한다. 전형적으로, AC 드라이브 전압은 최대 스캔 각도를 달성하도록 구조(300)의 고유 주파수와 동일한 주파수를 갖는다. 치상돌기들 사이의 발진 전압 차이는 Y-축을 중심으로 하여 미러(316)의 스캐닝 움직임을 생성하는 정전기 토크를 야기한다.In one embodiment, (1) the stationary tooth protrusion 311 and the movable tooth protrusion 314B, and (2) the stationary tooth protrusion 313 and the movable tooth protrusion 314A are scanning mirrors 316 about the Y-axis. Two electrostatic actuators (e.g., protrusion drive actuators) are formed. In this embodiment, drive pads 306 and 309 are connected to AC voltage source 360 and ground pad 307 is connected to ground 354. When activated, AC voltage source 360 is characterized by the difference in oscillation voltage between (1) fixed tooth 311 and mobile tooth 314B, and (2) between fixed tooth 313 and mobile tooth 314A. Create Typically, the AC drive voltage has a frequency equal to the natural frequency of structure 300 to achieve the maximum scan angle. The oscillation voltage difference between the tooth protrusions causes an electrostatic torque that generates a scanning movement of the mirror 316 about the Y-axis.

전술한 바와 유사하게, 일 실시예에서, AC 전압원(360)은 구조(300)와 동일한 칩 상에 구축된다. 대안으로, AC 전압원(360)은 구조(300)로부터 떨어진 칩 상에 구축된다. 일 실시예에서, Ac 전압원(360)은 동작 중에 서보 제어되어, Y-축을 중심으로 바람직한 스캐닝 속도 및 스캐닝 각도를 발생시키는 AC 드라이브 전압을 생성한다.Similar to the foregoing, in one embodiment, the AC voltage source 360 is built on the same chip as the structure 300. Alternatively, AC voltage source 360 is built on a chip away from structure 300. In one embodiment, the Ac voltage source 360 is servo controlled during operation to generate an AC drive voltage that generates the desired scanning speed and scanning angle about the Y-axis.

일 실시예에서, 전도 층(303)은 X-축의 상이한 면 상에 위치한 드라이브 패드/돌기(317A, 317B)를 더 포함한다. 돌기(317A, 317B)는 각각 고정식 치상돌기(318A, 318B)를 포함한다. 고정식 치상돌기(318A, 318B)는 X-축(층(302)을 참조하 여 추후에 설명함)을 중심으로 하여 미러(316)를 회전시키는 데 사용된다. 돌기(317A, 317B)는 AC 전압원(374)(추후 설명함)에 연결된다.In one embodiment, conductive layer 303 further includes drive pads / projections 317A, 317B located on different sides of the X-axis. The protrusions 317A and 317B include the fixed tooth protrusions 318A and 318B, respectively. Fixed teeth 318A, 318B are used to rotate mirror 316 about the X-axis (described later with reference to layer 302). The protrusions 317A, 317B are connected to an AC voltage source 374 (described later).

도 3d는 절연 층(305)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 절연 층(305)은 미러(316)를 제외하면 전도 층(303)과 동일한 형상을 갖고 있어서, 층(303) 상의 소자들을 전기적으로 절연시킨다. 절연 층(305)은 미러(316)의 스캐닝 움직임을 위해 남겨둔 개구부(358)를 규정한다.3D illustrates a top view of one embodiment of insulating layer 305. The insulating layer 305 has the same shape as the conductive layer 303 except for the mirror 316 to electrically insulate the elements on the layer 303. The insulating layer 305 defines an opening 358 left for the scanning movement of the mirror 316.

도 3e는 전도 층(302)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 전도 층(302)은 회전 프레임(364) 및 바이어스 패드/돌기(319A, 319B)를 포함한다. 회전 프레임(364)은 미러(316)의 스캐닝 움직임을 위한 개구부(358)를 규정한다. 회전 프레임(364)은 미러(316)의 상이한 면 상에 돌기(322A, 322B)를 포함한다. 회전 프레임(364)은 서펜타인 비틀림 힌지(332A, 332B)에 의해 각각 접지 패드/앵커(331A, 331B)에 접속된다. 회전 프레임(364)은 힌지(332A, 332B)를 거쳐 X-축을 중심으로 하여 회전할 수 있다. 미러(316)는 프레임(364)의 상측에 탑재된다. 구체적으로, 미러(316)의 앵커(329, 329)는 각각 회전 프레임(364)의 앵커 탑재부(366, 367)의 상부에 각각 탑재된다. 이것은 미러(316)가 힌지(315A, 315B)를 이용하여 Y-축을 중심으로 회전하게 하고, 힌지(332A, 332B)를 이용하여 X-축을 중심으로 회전하게 한다.3E illustrates a top view of one embodiment of conductive layer 302. Conductive layer 302 includes a rotating frame 364 and bias pads / projections 319A, 319B. Rotating frame 364 defines an opening 358 for the scanning movement of mirror 316. Rotating frame 364 includes protrusions 322A, 322B on different sides of mirror 316. Rotating frame 364 is connected to ground pad / anchor 331A, 331B by serpentine torsion hinges 332A, 332B, respectively. Rotating frame 364 can rotate about the X-axis via hinges 332A and 332B. The mirror 316 is mounted above the frame 364. Specifically, the anchors 329 and 329 of the mirror 316 are mounted on top of the anchor mounts 366 and 367 of the rotary frame 364, respectively. This causes the mirror 316 to rotate about the Y-axis using hinges 315A and 315B, and to rotate about the X-axis using hinges 332A and 332B.

돌기(322A, 322B)는 각각 이동성 치상돌기(321A, 321B)(총괄하여, "이동성 치상돌기(321)")를 포함한다. 돌기(319A, 319B)는 각각 고정식 치상돌기(320A, 320B)(총괄하여, "고정식 치상돌기(320)")를 포함한다. 고정식 치상돌기(320A, 320B)는, 돌기(322A, 322B) 및 회전 프레임(364)이 동일한 평면에 있을 때(예를 들어, 회전 프레임(364)이 X-축을 중심으로 회전하지 않을 때), 각각 이동식 치상돌기(321A, 321B)와 서로 맞물린다.The protrusions 322A and 322B each include the movable tooth protrusions 321A and 321B (collectively, the "movable tooth protrusions 321"). The protrusions 319A and 319B include fixed tooth protrusions 320A and 320B (collectively, “fixed tooth protrusions 320”), respectively. The stationary tooth protrusions 320A and 320B are formed when the protrusions 322A and 322B and the rotation frame 364 are in the same plane (for example, when the rotation frame 364 does not rotate about the X-axis). Respectively engaged with the movable tooth projections 321A and 321B.

일 실시예에서, 앵커(331A)는 접지(368)에 연결되고, 돌기(319A, 319B)는 DC 전압원(370)에 연결된다. DC 전압원(370)은 DC 바이어스 전압을 돌기(319A, 319B)에 제공한다. DC 바이어스 전압은 고정식 치상돌기(320)와 이동식 치상돌기(321) 사이에 정상 전압 차이를 생성한다. 전술한 바와 유사하게, 고정식 치상돌기(320)와 이동식 치상돌기(321) 사이의 정상 전압 차이는 X-축을 중심으로 하여 MEMS 구조(300)의 고유 주파수를 변화시키는 비선형 정전기 시스템을 생성한다. 이에 따라, X-축을 중심으로 한 MEMS 구조(300)의 고유 주파수는 고정식 치상돌기(320)와 이동식 치상돌기(321) 사이의 정상 전압 차이를 변화시킴으로써 변화(예를 들어, 동조될 수 있다.In one embodiment, anchor 331A is connected to ground 368 and projections 319A, 319B are connected to DC voltage source 370. DC voltage source 370 provides the DC bias voltage to protrusions 319A and 319B. The DC bias voltage generates a normal voltage difference between the fixed tooth protrusion 320 and the movable tooth protrusion 321. Similar to the foregoing, the normal voltage difference between the stationary tooth protrusion 320 and the movable tooth protrusion 321 creates a nonlinear electrostatic system that changes the natural frequency of the MEMS structure 300 about the X-axis. Accordingly, the natural frequency of the MEMS structure 300 about the X-axis can be varied (eg, tuned) by changing the normal voltage difference between the fixed tooth protrusion 320 and the movable tooth protrusion 321.

전술한 바와 유사하게, 일 실시예에서, DC 전압원(370)은 구조(300)와 동일한 칩 상에 구축된다. 대안으로, DC 전압원(370)은 구조(300)로부터 떨어진 칩 상에 구축된다. 일 실시예에서, DC 전압원(370)은 동작 중에 서보 제어되어 X-축을 중심으로 한 구조(300)의 바람직한 고유 주파수를 발생시키는 DC 바이어스 전압을 생성한다.Similar to the foregoing, in one embodiment, the DC voltage source 370 is built on the same chip as the structure 300. Alternatively, DC voltage source 370 is built on a chip away from structure 300. In one embodiment, the DC voltage source 370 is servo controlled during operation to generate a DC bias voltage that generates the desired natural frequency of the structure 300 about the X-axis.

전술한 바와 같이, 돌기(317A, 317B)(도 3c)는 각각 고정식 치상돌기(318A, 318B)(도 3c)를 갖는다. 회전 프레임(364)(도 3e)의 이동성 치상돌기(321A)(도 3e)는 미러(316)(도 3c)가 제 1 방향으로 회전할 때 고정식 치상돌기(318A)와 맞물 리고, 회전 프레임(364)(도 3e)의 이동성 치상돌기(321B)(도 3e)는 미러(316)(도 3c)가 반대 방향으로 회전할 때 고정식 치상돌기(318B)와 맞물린다.As described above, the projections 317A and 317B (FIG. 3C) have fixed toothed projections 318A and 318B (FIG. 3C), respectively. The movable tooth protrusion 321A (FIG. 3E) of the rotating frame 364 (FIG. 3E) is engaged with the fixed tooth protrusion 318A when the mirror 316 (FIG. 3C) rotates in the first direction, and the rotating frame ( The movable tooth projection 321B (FIG. 3E) of 364 (FIG. 3E) engages with the fixed tooth protrusion 318B when the mirror 316 (FIG. 3C) rotates in the opposite direction.

일 실시예에서, (1) 고정식 치상돌기(318A)와 이동식 치상돌기(321A), 및 (2) 고정식 치상돌기(318B)와 이동식 치상돌기(321B)는 X-축을 중심으로 하여 스캐닝 미러(316)를 발진시키는 2개의 정전기 액추에이터(예를 들어, 돌기 드라이브 액추에이터)를 형성한다. 이 실시예에서, 돌기(317A, 317B)는 AC 전압원(374)(도 3c)에 연결되고, 접지 패드(331)는 접지(368)(도 3e)에 연결된다. 활성화될 때, AC 전압원(374)은 고정식 치상돌기(318A)와 이동식 치상돌기(321A) 사이, 및 고정식 치상돌기(318B)와 이동식 치상돌기(321B) 사이의 발진 전압 차이를 생성한다. 전형적으로 AC 드라이브 전압은 최대 스캔 각도를 달성하도록 구조(300)의 고유 주파수와 동일한 주파수를 갖는다. 치상돌기들 사이의 발진 전압 차이는 X-축을 중심으로 하여 미러(316)의 스캐닝 움직임을 생성하는 정전기 토크를 야기한다.In one embodiment, (1) the fixed tooth projection 318A and the movable tooth protrusion 321A, and (2) the fixed tooth protrusion 318B and the movable tooth protrusion 321B are scanning mirrors 316 about the X-axis. Two electrostatic actuators (e.g., protrusion drive actuators) are formed. In this embodiment, the projections 317A, 317B are connected to an AC voltage source 374 (FIG. 3C) and the ground pad 331 is connected to ground 368 (FIG. 3E). When activated, the AC voltage source 374 produces a difference in oscillation voltage between the stationary teeth 318A and the mobile teeth 321A and between the stationary teeth 318B and the mobile teeth 321B. Typically the AC drive voltage has a frequency equal to the natural frequency of structure 300 to achieve a maximum scan angle. The oscillation voltage difference between the tooth protrusions causes an electrostatic torque that generates a scanning movement of the mirror 316 about the X-axis.

전술한 바와 유사하게, 일 실시예에서, AC 전압원(374)은 구조(300)와 동일한 칩 상에 구축된다. 대안으로, AC 전압원(374)은 구조(300)로부터 떨어진 칩 상에 구축된다. 일 실시예에서, AC 전압원(374)은 동작 중에 서보 제어되어, X-축을 중심으로 바람직한 스캐닝 속도 및 스캐닝 각도를 발생시키는 AC 드라이브 전압을 생성한다.Similar to the foregoing, in one embodiment, the AC voltage source 374 is built on the same chip as the structure 300. Alternatively, AC voltage source 374 is built on a chip away from structure 300. In one embodiment, the AC voltage source 374 is servo controlled during operation to generate an AC drive voltage that generates the desired scanning speed and scanning angle about the X-axis.

도 3f는 절연 층(304)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 절연 층(304)은 회전 프레임(364)을 제외하면 전도 층(302)과 동일한 형상을 갖고 있어서, 층(302) 상의 소자들을 전기적으로 절연시킨다. 절연 층(304)은 미러(316) 및 회전 프레임 (364)의 스캐닝 움직임을 위해 남겨둔 개구부(358)를 규정한다.3F illustrates a top view of one embodiment of insulating layer 304. The insulating layer 304 has the same shape as the conductive layer 302 except for the rotating frame 364 to electrically insulate the elements on the layer 302. The insulating layer 304 defines an opening 358 left for scanning movement of the mirror 316 and the rotating frame 364.

도 3g는 구조 고정 층(301)의 일 실시예의 상측도를 예시한다. 층(301)은 미러(316) 및 회전 프레임(364)의 스캐닝 움직임을 위한 개구부(358)를 규정하는 프레임(378)을 포함한다. 회전 프레임(364)은 프레임(378) 상부에 탑재된다. 구체적으로, 회전 프레임(364)의 앵커(331A, 331B)는 각각 프레임(378)의 앵커 탑재부(380, 382)의 상부에 탑재된다. 전도 층(302)의 돌기(319A, 319B)는 각각 돌기 탑재부(384, 386)의 상부에 탑재된다.3G illustrates a top view of one embodiment of the structural fixation layer 301. Layer 301 includes a frame 378 that defines an opening 358 for the scanning movement of the mirror 316 and rotating frame 364. Rotating frame 364 is mounted on top of frame 378. Specifically, anchors 331A and 331B of rotating frame 364 are mounted on top of anchor mounts 380 and 382 of frame 378, respectively. The projections 319A and 319B of the conductive layer 302 are mounted on top of the projection mounting portions 384 and 386, respectively.

전술한 방법(150)(도 1f)은 일 실시예에서 MEMS 구조(300)를 구성하고 작동시키도록 수정될 수 있다. 구조(300)는 일반적으로 양산 구조(300)의 배치(batch)로부터의 디바이스이다.The method 150 (FIG. 1F) described above may be modified to configure and operate the MEMS structure 300 in one embodiment. Structure 300 is generally a device from a batch of mass production structure 300.

작용(151)에서, 설계자는 애플리케이션의 양 회전축에 대한 스캐닝 주파수 및 스캐닝 각도를 결정하고, 구조(300)의 기본 설계를 수정하여, 스캐닝 주파수와 동일한 특정 고유 주파수를 달성한다. 설계자는 힌지의 강성도(예를 들어, 힌지의 기하 배열)를 변화시키거나 구조의 관성(예를 들어, 미러의 기하 배열)을 변화시킴으로써 설계를 수정한다. 작용(151)에 뒤이어 작용(152)이 일어난다.At act 151, the designer determines the scanning frequency and the scanning angle for both axes of rotation of the application and modifies the basic design of structure 300 to achieve a specific natural frequency equal to the scanning frequency. The designer modifies the design by changing the stiffness of the hinge (eg, the geometry of the hinge) or by changing the inertia of the structure (eg, the geometry of the mirror). Action 152 follows action 151.

작용(152)에서, 설계자는 양 회전축에 대한 DC 전압 차이의 특성을 미러 설정하여 이 구조(300)의 고유 주파수를 스캐닝 주파수에 동조시킨다. 설계자는 또한 양 회전축에 대한 AC 전압 차이의 특성을 미리 설정하여, 발진이 발생하는 바람직한 스캔 각도 및 바람직한 중립 스캐닝 위치를 달성한다. 그 후, 이들 특성은 이 구조(300)를 위한 제어기(406)에 DC 바이어스 전압 및 AC 드라이브 전압에 대한 초기/디폴트 특성으로서 저장된다.In act 152, the designer mirrors the characteristics of the DC voltage difference for both rotational axes to tune the natural frequency of this structure 300 to the scanning frequency. The designer also presets the characteristics of the AC voltage difference for both axes of rotation to achieve the desired scan angle and preferred neutral scanning position at which oscillation occurs. These properties are then stored in the controller 406 for this structure 300 as initial / default properties for the DC bias voltage and the AC drive voltage.

작용(153)에서, 최종 사용자는 DC 바이어스 전압 및 AC 드라이브 전압에 대한 상이한 특성을 제어기(406)에 저장할 수도 있다. 최종 사용자는 그렇게 하여 바람직한 스캐닝 주파수, 바람직한 스캐닝 각도, 및 바람직한 중립 스캐닝 위치를 변화시키기를 희망할 수도 있다.At act 153, the end user may store different characteristics in the controller 406 for the DC bias voltage and the AC drive voltage. The end user may wish to do so to change the desired scanning frequency, the preferred scanning angle, and the preferred neutral scanning position.

작용(154)에서, 제어기(406)는 전압원(402)에게 DC 바이어스 전압 및 AC 드라이브 전압을 인가할 것을 지시한다. 전압원(402)은 다양한 DC 및 AC 전압원(예를 들어, DC 전압원(356, 370) 및 AC 전압원(360, 374))을 나타낸다.At act 154, the controller 406 instructs the voltage source 402 to apply a DC bias voltage and an AC drive voltage. Voltage source 402 represents various DC and AC voltage sources (eg, DC voltage sources 356 and 370 and AC voltage sources 360 and 374).

DC 바이어스 전압은 제어기(406)에 저장된 디폴트 값으로 초기화된 후, 회전 고유 주파수가 스캐닝 주파수임을 보증하도록 서보 제어된다.The DC bias voltage is initialized to the default value stored in the controller 406 and then servo controlled to ensure that the rotational natural frequency is the scanning frequency.

AC 드라이브 전압은 제어기(406)에 저장된 디폴트 값으로 초기화된 후, 바람직한 스캐닝 주파수, 바람직한 스캐닝 각도, 및 바람직한 스캐닝 중립 위치가 달성됨을 보증하도록 서보 제어된다. 작용(154)에 뒤이어 작용(158)이 일어난다.The AC drive voltage is initialized to the default value stored in the controller 406 and then servo controlled to ensure that the desired scanning frequency, preferred scanning angle, and desired scanning neutral position are achieved. Action 158 follows action 154.

작용(158)에서, 센서(404)는 스캐닝 미러의 움직임을 모니터링하는 데 사용되고, 측정된 정보는 제어기(406)에 출력된다. 작용(158)에 뒤이어 작용(160)이 일어난다.At act 158, sensor 404 is used to monitor the movement of the scanning mirror and the measured information is output to controller 406. Action 160 follows action 158.

작용(160)에서, 제어기(406)는 센서(404)로부터 스캐닝 주파수 및 각도 정보를 수신한다. 제어기(406)는 필요한 DC 바이어스 전압 및 필요한 AC 드라이브 전압을 전압원(402)에 제공한다. 작용(160)에 뒤이어 작용(154)이 일어나며, 그 방법은 귀환 루프에서 계속된다.At act 160, the controller 406 receives scanning frequency and angle information from the sensor 404. The controller 406 provides the required DC bias voltage and the required AC drive voltage to the voltage source 402. Action 154 follows action 160, and the method continues in the feedback loop.

설명된 실시예들의 특징의 다양한 적용 및 조합은 본 발명의 범주 내에 있다. 많은 실시예들이 다음 청구범위에 의해 포괄된다.Various applications and combinations of features of the described embodiments are within the scope of the present invention. Many embodiments are encompassed by the following claims.

Claims (58)

MEMS 구조에 있어서,In the MEMS structure, 제 1 전압원에 연결된 제 1 전극과,A first electrode connected to the first voltage source, 제 2 전압원에 연결된 제 2 전극과,A second electrode connected to the second voltage source, 제 3 전압원에 연결된 제 3 전극을 포함하는 이동성 소자를 포함하되,A mobile device comprising a third electrode connected to a third voltage source, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 정상 전압 차이는 상기 구조의 고유 주파수가 애플리케이션의 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키며, 상기 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수에서 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극 사이의 발진 전압 차이는 상기 이동성 소자를 발진시키는The normal voltage difference between the first electrode and the third electrode causes the natural frequency of the structure to change at least approximately equal to the scanning frequency of the application, and between the second electrode and the third electrode at the scanning frequency of the application. The oscillation voltage difference of the oscillating element MEMS 구조.MEMS structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전압원은 DC 전압원이고, 상기 제 2 전압원은 AC 전압원이며, 상기 제 3 전압원은 접지인The first voltage source is a DC voltage source, the second voltage source is an AC voltage source, and the third voltage source is ground MEMS 구조.MEMS structure. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 전극은 다수의 제 1 고정식 치상돌기를 포함하고, 상기 제 2 전극은 다수의 제 2 고정식 치상돌기를 포함하며, 상기 제 3 전극은 다수의 이동식 치상돌기를 포함하는The first electrode includes a plurality of first fixed tooth protrusions, the second electrode includes a plurality of second fixed tooth protrusions, and the third electrode includes a plurality of movable tooth protrusions. MEMS 구조.MEMS structure. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 DC 전압원 및 상기 AC 전압원은 상기 구조와 동일한 칩 상에 위치하는The DC voltage source and the AC voltage source are located on the same chip as the structure. MEMS 구조.MEMS structure. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, (1) 상기 DC 전압원 및 (2) 상기 AC 전압원 중의 적어도 하나는 상기 구조와 다른 칩 상에 위치하는At least one of (1) the DC voltage source and (2) the AC voltage source is located on a chip different from the structure MEMS 구조.MEMS structure. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 이동성 소자는 축을 중심으로 회전하는 스캐닝 미러인The movable element is a scanning mirror that rotates about an axis. MEMS 구조.MEMS structure. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 스캐닝 미러는 비틀림 스프링에 연결된 반사 영역을 더 포함하고, 상기 다수의 이동식 치상돌기는 상기 반사 영역에 연결된 바로부터 연장된The scanning mirror further comprises a reflective region coupled to the torsion spring, wherein the plurality of movable teeth are extended from a bar connected to the reflective region. MEMS 구조.MEMS structure. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 비틀림 스프링은 내부 홀을 포함하는The torsion spring includes an inner hole MEMS 구조.MEMS structure. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 다수의 제 1 고정식 치상돌기는 상기 스캐닝 미러가 제 1 방향에 있을 때 상기 다수의 이동식 치상돌기와 서로 맞물리는The plurality of first stationary teeth are engaged with the plurality of movable teeth when the scanning mirror is in the first direction. MEMS 구조.MEMS structure. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 다수의 제 2 치상돌기는 상기 스캐닝 미러가 제 2 방향에 있을 때 상기 다수의 이동식 치상돌기와 서로 맞물리는The plurality of second teeth are engaged with the plurality of movable teeth when the scanning mirror is in the second direction. MEMS 구조.MEMS structure. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 전극 및 상기 이동성 소자는 상부 층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 하부 층을 포함하되, 상기 상부 층 및 상기 하부 층은 전기적 절연 재료의 중개 층에 의해 분리되는The first electrode and the movable element comprise a top layer and the second electrode comprises a bottom layer, wherein the top layer and the bottom layer are separated by an intermediate layer of electrically insulating material. MEMS 구조.MEMS structure. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 미러는 바에 의해 서펜타인 비틀림 스프링에 연결된 반사 영역을 더 포함하고, 상기 다수의 이동식 치상돌기는 상기 바로부터 연장된The mirror further comprises a reflective area connected to the serpentine torsion spring by a bar, wherein the plurality of movable teeth are extended from the bar. MEMS 구조.MEMS structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 제 4 전압원에 연결된 제 4 전극을 더 포함하는And further comprising a fourth electrode connected to the fourth voltage source MEMS 구조.MEMS structure. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 1 전압원은 제 1 DC 전압원이고, 상기 제 2 전압원은 제 1 AC 전압원이고, 상기 제 3 전압원은 접지이며, 상기 제 4 전압원은 제 2 AC 전압원인The first voltage source is a first DC voltage source, the second voltage source is a first AC voltage source, the third voltage source is ground, and the fourth voltage source is a second AC voltage source. MEMS 구조.MEMS structure. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 1 AC 전압원 및 상기 제 2 AC 전압원은 위상이 벗어난 전압을 제공하는The first AC voltage source and the second AC voltage source provide an out of phase voltage. MEMS 구조.MEMS structure. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 및 상기 이동성 소자는 하나의 층을 포함하는The first electrode, the second electrode, and the movable element comprise one layer. MEMS 구조.MEMS structure. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 다수의 제 1 고정식 치상돌기는 상기 다수의 이동식 치상돌기로부터의 제 1 세트의 이동식 치상돌기와 서로 맞물리고, 상기 다수의 제 2 고정식 치상돌기는 상기 다수의 이동식 치상돌기로부터의 제 2 세트의 이동식 치상돌기와 서로 맞물리는Wherein the plurality of first fixed teeth are interlocked with the first set of movable teeth from the plurality of mobile teeth, and the plurality of second fixed teeth are second set of movable teeth from the plurality of movable teeth. Interlocking with teeth MEMS 구조.MEMS structure. MEMS 구조에 있어서,In the MEMS structure, 제 1 드라이브 패드 - 상기 제 1 드라이브 패드는 제 1 개구부를 규정하고, 다수의 제 1 고정식 치상돌기를 포함하며, AC 전압을 제공하는 AC 전압원에 전기적으로 연결됨 - 를 포함하는 제 1 층과,A first layer comprising a first drive pad, the first drive pad defining a first opening, the first drive pad including a plurality of first stationary teeth, and electrically connected to an AC voltage source providing an AC voltage; 상기 제 1 층 상부에 있는 제 2 층 - 상기 제 2 층은 상기 제 1 개구부와 중첩하는 제 2 개구부를 규정하고, 전기 절연 물질을 포함함 - 과,A second layer overlying said first layer, said second layer defining a second opening overlapping said first opening and comprising an electrically insulating material; and 상기 제 2 층 상부에 있는 제 3 층을 포함하되,A third layer overlying said second layer, 상기 제 3 층은,The third layer, 상기 제 2 개구부와 중첩하는 제 3 개구부를 규정하는 바이어스 패드 - 상기 바이어스 패드는 다수의 제 2 고정식 치상돌기를 포함하고, DC 바이어스 전압을 제공하는 DC 전압원에 전기적으로 연결됨 - 와,A bias pad defining a third opening overlapping said second opening, said bias pad including a plurality of second fixed tooth projections and electrically connected to a DC voltage source providing a DC bias voltage; 상기 제 3 개구부에 있는 미러를 포함하며,A mirror in the third opening, 상기 미러는,The mirror is, 반사 영역과,Reflection area, 상기 반사 영역에 연결된 비틀림 힌지와,A torsional hinge connected to the reflective region, 상기 비틀림 힌지에 연결되고, 상기 미러를 회전시킬 수 있도록 상기 제 2 층 상부에 탑재되는 앵커 - 상기 앵커는 접지에 전기적으로 연결됨 - 와,An anchor connected to the torsional hinge and mounted on top of the second layer to rotate the mirror, the anchor being electrically connected to ground; 상기 반사 영역에 연결되는 다수의 이동식 치상돌기 - 상기 다수의 이동식 치상돌기는 상기 다수의 제 2 고정식 치상돌기와 서로 맞물림 - 를 포함하며,A plurality of movable tooth protrusions connected to the reflective region, the plurality of movable tooth protrusions meshing with the plurality of second fixed tooth protrusions; 상기 다수의 이동식 치상돌기와 상기 다수의 제 2 고정식 치상돌기 사이의 정상 전압 차이는 상기 구조의 고유 주파수를 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수로 변화시키고, 상기 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수에서 상기 다수의 이동식 치상돌기와 상기 다수의 제 1 고정식 치상돌기 사이의 발진 전압 차이는 상기 스캐닝 미러를 발진시키는The normal voltage difference between the plurality of mobile teeth and the plurality of second fixed teeth may change the natural frequency of the structure to the scanning frequency of the application and at the scanning frequency of the application the plurality of mobile teeth and the plurality of mobile teeth. The oscillation voltage difference between the first stationary teeth of the oscillating oscillating the scanning mirror MEMS 구조.MEMS structure. 전기적 절연 물질로 구성된 제 1 층과,A first layer of electrically insulating material, 상기 제 1 층 상부에 있는 제 2 층 - 상기 제 2 층은,A second layer over the first layer-the second layer, 다수의 제 1 고정식 치상돌기를 포함하고, 제 1 AC 전압을 제공하는 제 1 AC 전압원에 전기적으로 연결되는 제 1 드라이브 패드와,A first drive pad comprising a plurality of first stationary teeth and electrically connected to a first AC voltage source providing a first AC voltage; 다수의 제 2 고정식 치상돌기를 포함하고, 상기 제 1 AC 전압과는 위상이 다른 제 2 AC 전압을 제공하는 제 2 AC 전압원에 전기적으로 연결되는 제 2 드라이브 패드를 포함하되, 상기 제 1 드라이브 패드 및 상기 제 2 드라이브 패드는 제 1 개구부를 규정함 - 과,A second drive pad comprising a plurality of second stationary teeth, the second drive pad being electrically connected to a second AC voltage source providing a second AC voltage that is out of phase with the first AC voltage; And the second drive pad defines a first opening—and, 상기 제 2 층 상부에 있는 제 3 층 - 상기 제 3 층은 상기 제 1 개구부와 중첩하는 제 2 개구부를 규정하고, 전기적 절연 물질로 구성됨 - 과,A third layer overlying said second layer, said third layer defining a second opening overlapping said first opening and consisting of an electrically insulating material; and 상기 제 3 층 상부에 있는 제 4 층 - 상기 제 4 층은,The fourth layer over the third layer-the fourth layer, 상기 제 2 개구부와 중첩하는 제 3 개구부를 규정하는 바이어스 패드 - 상기 바이어스 패드는 다수의 제 3 고정식 치상돌기를 포함하고, DC 바이어스 전압을 제공하는 DC 전압원에 전기적으로 연결됨 - 와,A bias pad defining a third opening overlapping said second opening, said bias pad including a plurality of third fixed tooth projections and electrically connected to a DC voltage source providing a DC bias voltage; 상기 제 1 및 제 2 개구부 위에 있는 미러를 포함하되,A mirror over the first and second openings, 상기 미러는,The mirror is, 반사 영역과,Reflection area, 상기 반사 영역에 연결된 비틀림 힌지와,A torsional hinge connected to the reflective region, 상기 비틀림 힌지에 연결되고, 상기 미러를 회전시킬 수 있도록 상기 제 3 층 상부에 탑재되는 앵커 - 상기 앵커는 접지에 전기적으로 연결됨 - 와,An anchor connected to the torsional hinge and mounted above the third layer to rotate the mirror, the anchor being electrically connected to ground; 상기 반사 영역에 연결되는 다수의 이동식 치상돌기 - 상기 다수의 이동식 치상돌기는 상기 다수의 제 3 고정식 치상돌기와 서로 맞물림 - 를 포함함 - 을 포함하며,A plurality of movable tooth protrusions connected to the reflective region, the plurality of movable tooth protrusions being engaged with the plurality of third fixed tooth protrusions; 상기 다수의 이동식 치상돌기와 상기 다수의 제 3 고정식 치상돌기 사이의 정상 전압 차이는 상기 구조의 고유 주파수를 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수로 변화시키고, 상기 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수에서 상기 다수의 이동식 치상돌기와 상기 다수의 제 1 및 제 2 고정식 치상돌기 사이의 발진 전압 차이는 상기 스캐닝 미러를 발진시키는The normal voltage difference between the plurality of mobile teeth and the plurality of third fixed teeth may vary the natural frequency of the structure to the scanning frequency of the application, and the plurality of mobile teeth and the plurality of mobile teeth at the scanning frequency of the application. The oscillation voltage difference between the first and second stationary teeth of the oscillation oscillates the scanning mirror. MEMS 구조. MEMS structure. 개구부를 규정하는 제 1 층 - 상기 제 1 층은 전기 절연 물질로 구성됨 - 과,A first layer defining an opening, said first layer consisting of an electrically insulating material, and 제 2 층 - 상기 제 2 층은,Second layer-the second layer, 다수의 제 1 고정식 치상돌기를 포함하고, AC 전압을 제공하는 AC 전압원에 전기적으로 연결된 제 1 드라이브 패드와,A first drive pad comprising a plurality of first stationary teeth and electrically connected to an AC voltage source providing an AC voltage; 다수의 제 2 고정식 치상돌기를 포함하고, 상기 AC 전압원에 전기적으로 연결된 제 2 드라이브 패드와,A second drive pad comprising a plurality of second stationary teeth, the second drive pad being electrically connected to the AC voltage source; 다수의 제 3 치상돌기를 포함하고, DC 전압을 제공하는 DC 전압원에 전기적으로 연결된 바이어스 패드와,A bias pad comprising a plurality of third teeth, the bias pad being electrically connected to a DC voltage source providing a DC voltage; 상기 개구부 위에 있는 미러를 포함하되,A mirror over the opening, 상기 미러는,The mirror is, 반사 영역과,Reflection area, 상기 반사 영역에 연결된 비틀림 힌지와,A torsional hinge connected to the reflective region, 상기 비틀림 힌지에 연결되고, 상기 미러를 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 층 상부에 탑재되며, 접지에 전기적으로 연결되는 앵커와,An anchor connected to the torsional hinge, mounted on top of the first layer to rotate the mirror, and electrically connected to ground; 상기 반사 영역에 연결되고, 상기 다수의 제 1 및 제 2 고정식 치상돌기와 서로 맞물리는 다수의 제 1 이동식 치상돌기와,A plurality of first movable tooth protrusions connected to the reflective region and engaged with the plurality of first and second fixed tooth protrusions, 상기 반사 영역에 연결되고, 상기 다수의 제 3 고정식 치상돌기와 서로 맞물리는 다수의 제 2 이동식 치상돌기를 포함하며,A plurality of second movable tooth protrusions connected to the reflective region and engaged with the plurality of third fixed tooth protrusions, 상기 다수의 제 2 이동식 치상돌기와 상기 다수의 제 3 고정식 치상돌기 사이의 정상 전압 차이는 상기 구조의 고유 주파수를 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수로 변화시키고, 상기 애플리케이션의 상기 스캐닝 주파수에서 상기 다수의 제 2 이동식 치상돌기와 상기 다수의 제 1 및 제 2 고정식 치상돌기 사이의 발진 전압 차이는 상기 스캐닝 미러를 발진시키는The normal voltage difference between the plurality of second movable teeth and the plurality of third fixed teeth is such that the natural frequency of the structure is changed to the scanning frequency of the application and the plurality of second movable at the scanning frequency of the application. An oscillation voltage difference between the tooth protrusion and the plurality of first and second fixed tooth protrusions causes the scanning mirror to oscillate. MEMS 구조. MEMS structure. 이동성 소자를 구비한 MEMS 구조를 제어하는 방법에 있어서, In the method of controlling a MEMS structure with a mobile device, 제 1 고정 전극과 상기 이동성 소자의 이동 전극 사이의 DC 전압 차이 - 상기 DC 전압 차이는 상기 구조의 고유 주파수가 애플리케이션의 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 함 - 의 진폭을 결정함 단계와,Determining an amplitude of a DC voltage difference between the first fixed electrode and the moving electrode of the movable element, the DC voltage difference such that the natural frequency of the structure is at least approximately equal to the scanning frequency of the application; 상기 애플리케이션에서의 사용을 위해 상기 DC 전압 차이의 상기 진폭을 기록하는 단계와,Recording the amplitude of the DC voltage difference for use in the application; 상기 애플리케이션에서의 사용을 위해 제 2 고정 전극과 상기 이동성 소자의 상기 이동 전극 사이의 AC 전압 차이의 주파수로서 상기 스캐닝 주파수를 기록하는 단계를 포함하는Recording the scanning frequency as a frequency of an AC voltage difference between a second fixed electrode and the moving electrode of the movable element for use in the application. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 DC 전압 차이의 값을 결정하는 상기 단계는,The determining of the value of the DC voltage difference, DC 바이어스 전압을 상기 제 1 고정 전극에 인가하는 단계와,Applying a DC bias voltage to the first fixed electrode; 상기 이동성 소자에 연결된 상기 이동 전극을 접지시키는 단계와,Grounding the mobile electrode connected to the mobile device; 상기 구조의 상기 고유 주파수가 상기 스캐닝 주파수에 적어도 거의 동일할 때까지 상기 DC 바이어스 전압의 상기 진폭을 조정하는 단계를 포함하는Adjusting the amplitude of the DC bias voltage until the natural frequency of the structure is at least approximately equal to the scanning frequency. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 DC 전압 차이를 기록하는 상기 단계는 상기 MEMS 구조를 동작시키기 위해 상기 DC 바이어스 전압의 상기 진폭을 제어기에 프로그래밍하는 단계를 포함하는The step of recording the DC voltage difference includes programming the amplitude of the DC bias voltage to a controller to operate the MEMS structure. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 스캐닝 주파수를 AC 전압 차이의 주파수로서 기록하는 상기 단계는 상기 스캐닝 주파수를 상기 제어기에 프로그래밍하는 단계를 포함하는Recording the scanning frequency as a frequency of an AC voltage difference includes programming the scanning frequency to the controller. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 이동 전극을 접지시키는 단계와,Grounding the moving electrode; DC 바이어스 전압을 상기 제 1 고정 전극에 인가하여, 상기 제 1 고정 전극과 상기 이동 전극 사이에 상기 DC 전압 차이를 야기하는 단계와,Applying a DC bias voltage to the first fixed electrode to cause the DC voltage difference between the first fixed electrode and the moving electrode; AC 드라이브 전압을 상기 제 2 고정 전극에 인가하여, 상기 제 2 고정 전극과 상기 이동 전극 사이에 상기 AC 전압 차이를 야기하는 단계를 더 포함하는Applying an AC drive voltage to the second fixed electrode, causing the AC voltage difference between the second fixed electrode and the moving electrode; MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 애플리케이션에서의 사용을 위해 제 3 고정 전극과 상기 이동성 소자의 상기 이동 전극 사이의 제 2 AC 전압 차이 - 상기 제 2 AC 전압 차이는 상기 제 1 AC 전압 차이와 상이한 위상임 - 의 주파수로서 상기 스캐닝 주파수를 기록하는 단 계와,The scanning as a frequency of a second AC voltage difference between the third fixed electrode and the moving electrode of the movable element for use in the application, wherein the second AC voltage difference is out of phase with the first AC voltage difference. To record the frequency, 제 2 AC 드라이브 전압을 상기 제 3 고정 전극에 인가하여, 상기 제 2 고정 전극과 상기 이동 전극 사이의 상기 AC 전압 차이를 야기하는 단계를 더 포함하는Applying a second AC drive voltage to the third fixed electrode to cause the AC voltage difference between the second fixed electrode and the moving electrode; MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 이동성 소자를 구비한 MEMS 구조를 제어하는 방법에 있어서,In the method of controlling a MEMS structure with a mobile device, 제 1 고정 전극과 상기 이동성 소자의 이동 전극 사이에 DC 전압 차이 - 상기 DC 전압 차이는 상기 구조의 고유 주파수를 애플리케이션의 바람직한 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 함 - 를 인가하는 단계와,Applying a DC voltage difference between the first fixed electrode and the moving electrode of the movable element, wherein the DC voltage difference makes the natural frequency of the structure at least approximately equal to the desired scanning frequency of the application; 제 2 고정 전극과 상기 이동 전극 사이에 상기 바람직한 스캐닝 주파수의 AC 전압 차이 - 상기 AC 전압 차이는 상기 이동성 소자의 발진을 야기함 - 를 인가하는 단계를 포함하는Applying an AC voltage difference of the desired scanning frequency between the second fixed electrode and the moving electrode, the AC voltage difference causing oscillation of the mobile device. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 이동성 소자의 스캐닝 주파수 및 스캐닝 각도를 측정하는 단계와,Measuring a scanning frequency and a scanning angle of the mobile device; 상기 측정된 스캐닝 주파수 및 상기 스캐닝 각도를 상기 바람직한 스캐닝 주파수 및 바람직한 스캐닝 각도와 비교하는 단계와,Comparing the measured scanning frequency and the scanning angle with the preferred scanning frequency and preferred scanning angle, 상기 DC 전압 차이의 진폭을 조정하여, 상기 구조의 상기 고유 주파수를 상기 애플리케이션의 상기 바람직한 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키는 단계를 더 포함하는Adjusting the amplitude of the DC voltage difference to change the natural frequency of the structure at least approximately equal to the desired scanning frequency of the application. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 AC 전압 차이의 진폭, 주파수, 및 수직 오프셋 중의 적어도 하나를 조정하여, 상기 스캐닝 주파수, 상기 스캐닝 각도, 및 중립 스캐닝 위치 중의 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는Adjusting at least one of the amplitude, frequency, and vertical offset of the AC voltage difference to change at least one of the scanning frequency, the scanning angle, and the neutral scanning position. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 27 항에 있어서, The method of claim 27, DC 전압 차이를 인가하는 상기 단계는, The step of applying a DC voltage difference, DC 바이어스 전압을 상기 제 1 고정 전극에 인가하는 단계와,Applying a DC bias voltage to the first fixed electrode; 상기 이동 전극을 접지시키는 단계를 포함하는Grounding the moving electrode; MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, AC 전압 차이를 인가하는 상기 단계는 AC 전압을 상기 제 2 고정 전극에 인가하는 단계를 포함하는The step of applying an AC voltage difference includes applying an AC voltage to the second fixed electrode. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 1 전압원에 연결된 제 1 전극과,A first electrode connected to the first voltage source, 제 2 전압원에 연결된 제 2 전극과,A second electrode connected to the second voltage source, 제 3 전압원에 연결된 제 3 전극을 포함하는 회전 프레임 - 상기 프레임은 지지 층에 탑재되어 제 1 축을 중심으로 회전함 - 과,A rotating frame comprising a third electrode connected to a third voltage source, the frame mounted on a support layer to rotate about a first axis; and 제 4 전압원에 연결된 제 4 전극과,A fourth electrode connected to the fourth voltage source, 제 5 전압원에 연결된 제 5 전극과,A fifth electrode connected to the fifth voltage source, 제 6 전압원에 연결된 제 6 전극을 포함하는 회전성 소자 - 상기 회전성 소자는 상기 프레임에 탑재되어 제 2 축을 중심으로 회전함 - 를 포함하되,A rotatable element comprising a sixth electrode connected to a sixth voltage source, wherein the rotatable element is mounted to the frame and rotates about a second axis; 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 제 1 정상 전압 차이는 상기 제 1 축을 중심으로 하는 상기 구조의 상기 고유 주파수를 상기 제 1 축을 중심으로 하는 애플리케이션의 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키고,A first normal voltage difference between the first electrode and the third electrode changes the natural frequency of the structure about the first axis to be at least approximately equal to the scanning frequency of an application about the first axis, 상기 제 4 전극과 상기 제 6 전극 사이의 제 1 정상 전압 차이는 상기 제 2 축을 중심으로 하는 상기 구조의 상기 고유 주파수를 상기 제 2 축을 중심으로 하 는 애플리케이션의 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키고,The first normal voltage difference between the fourth electrode and the sixth electrode changes the natural frequency of the structure around the second axis to be at least approximately equal to the scanning frequency of an application about the second axis. , 상기 제 1 스캐닝 주파수에서 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극 사이의 제 1 발진 전압 차이는 상기 제 1 축을 중심으로 상기 회전성 소자를 발진시키며,A first oscillation voltage difference between the second electrode and the third electrode at the first scanning frequency oscillates the rotatable element about the first axis, 상기 제 2 스캐닝 주파수에서 상기 제 5 전극과 상기 제 6 전극 사이의 제 2 발진 전압 차이는 상기 제 2 축을 중심으로 상기 회전성 소자를 발진시키는The second oscillation voltage difference between the fifth electrode and the sixth electrode at the second scanning frequency causes the rotatable element to oscillate about the second axis. MEMS 구조.MEMS structure. 제 32 항에 있어서,The method of claim 32, 상기 제 1 전압원은 제 1 DC 전압원이고, 상기 제 2 전압원은 제 1 AC 전압원이며, 상기 제 3 전압원은 접지인The first voltage source is a first DC voltage source, the second voltage source is a first AC voltage source, and the third voltage source is ground MEMS 구조.MEMS structure. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 프레임은 상기 지지 층 상부에 탑재된 비틀림 스프링을 더 포함하고, 상기 제 3 전극은 상기 프레임으로부터 연장된 다수의 제 1 치상돌기를 포함하는The frame further includes a torsion spring mounted on the support layer, and the third electrode includes a plurality of first tooth protrusions extending from the frame. MEMS 구조.MEMS structure. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 제 1 전극은 상기 지지 층 상부에 탑재된 다수의 제 2 치상돌기를 포함하며, 상기 프레임이 회전하지 않을 때 상기 다수의 제 1 치상돌기와 서로 맞물리는The first electrode includes a plurality of second tooth protrusions mounted on the support layer, and meshes with the plurality of first tooth protrusions when the frame is not rotated. MEMS 구조.MEMS structure. 제 35 항에 있어서,36. The method of claim 35 wherein 상기 제 2 전극은 상기 다수의 제 2 치상돌기 위에 다수의 제 3 치상돌기 - 상기 다수의 제 3 치상돌기는 상기 프레임이 회전할 때 상기 다수의 제 1 치상돌기와 서로 맞물림 - 를 포함하는The second electrode includes a plurality of third tooth protrusions on the plurality of second tooth protrusions, the plurality of third tooth protrusions meshing with the plurality of first tooth protrusions when the frame rotates. MEMS 구조.MEMS structure. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 제 4 전압원은 제 2 DC 전압원이고, 상기 제 5 전압원은 제 2 AC 전압원이며, 상기 제 6 전압원은 접지인The fourth voltage source is a second DC voltage source, the fifth voltage source is a second AC voltage source, and the sixth voltage source is ground MEMS 구조.MEMS structure. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 회전성 소자는 상기 프레임 상부에 탑재된 비틀림 스프링에 연결된 반사 영역을 포함하는 스캐닝 미러이며, 상기 제 6 전극은 상기 반사 영역으로부터 연장된 다수의 제 1 치상돌기를 포함하는The rotatable element is a scanning mirror including a reflective region connected to a torsion spring mounted on the upper portion of the frame, and the sixth electrode includes a plurality of first tooth protrusions extending from the reflective region. MEMS 구조.MEMS structure. 제 38 항에 있어서,The method of claim 38, 상기 제 4 전극은 상기 프레임이 회전하지 않을 때 상기 다수의 제 1 치상돌기의 적어도 일부분과 서로 맞물린 다수의 제 2 치상돌기를 포함하는The fourth electrode includes a plurality of second tooth protrusions engaged with at least a portion of the plurality of first tooth protrusions when the frame is not rotated. MEMS 구조.MEMS structure. 제 39 항에 있어서,The method of claim 39, 상기 제 5 전극은 상기 프레임이 회전하지 않을 때 상기 다수의 제 1 치상돌기의 적어도 일부분과 서로 맞물린 다수의 제 3 치상돌기를 포함하는The fifth electrode includes a plurality of third tooth protrusions engaged with at least a portion of the plurality of first tooth protrusions when the frame is not rotated. MEMS 구조.MEMS structure. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 제 1 DC 전압원, 상기 제 2 DC 전압원, 상기 제 1 AC 전압원, 및 상기 제 2 AC 전압원은 상기 구조와 동일한 칩 상에 위치하는The first DC voltage source, the second DC voltage source, the first AC voltage source, and the second AC voltage source are located on the same chip as the structure. MEMS 구조.MEMS structure. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 제 1 DC 전압원, 상기 제 2 DC 전압원, 상기 제 1 AC 전압원, 및 상기 제 2 AC 전압원 중의 적어도 하나는 상기 구조와 상이한 칩 상에 위치하는At least one of the first DC voltage source, the second DC voltage source, the first AC voltage source, and the second AC voltage source is located on a different chip than the structure. MEMS 구조.MEMS structure. 전기 절연 물질을 포함하는 제 1 층과,A first layer comprising an electrically insulating material, 상기 제 1 층 상부에 있는 제 2 층 - 상기 제 2 층은,A second layer over the first layer-the second layer, 하나 이상의 에지로부터 연장된 다수의 제 1 치상돌기를 포함하고, 제 1 축을 중심으로 하는 회전을 위한 제 1 비틀림 힌지에 의해 제 1 앵커 - 상기 제 1 앵커는 접지에 전기적으로 연결됨 - 에 접속되는 프레임과,A frame comprising a plurality of first tooth protrusions extending from at least one edge, the frame being connected to a first anchor, the first anchor being electrically connected to ground, by a first torsional hinge for rotation about a first axis and, 다수의 제 2 치상돌기 - 상기 다수의 제 1 및 상기 제 2 치상돌기는 상기 프레임이 회전하지 않을 때 서로 맞물림 - 를 포함하고, 제 1 DC 전압원에 연결되는 제 1 바이어스 패드를 포함함 - 과,A plurality of second teeth, wherein the plurality of first and second teeth are engaged with each other when the frame is not rotating, and includes a first bias pad connected to a first DC voltage source; and 상기 제 2 층 상부에 있는 제 3 층 - 상기 제 3 층은 전기 절연 물질을 포함함 - 과,A third layer overlying said second layer, said third layer comprising an electrically insulating material; and 상기 제 3 층 상부에 있는 제 4 층 - 상기 제 4 층은,The fourth layer over the third layer-the fourth layer, 하나 이상의 에지로부터 연장된 다수의 제 3 치상돌기를 포함하고, 제 2 축을 중심으로 하는 회전을 위한 제 2 비틀림 힌지에 의해 제 2 앵커 - 상기 제 2 앵커는 접지에 전기적으로 연결됨 - 에 연결되는 미러와,A mirror connected to a second anchor, the second anchor being electrically connected to ground, by a second torsional hinge for rotation about a second axis, the plurality of third protrusions extending from at least one edge; Wow, 다수의 제 4 치상돌기를 포함하는 제 2 바이어스 패드 - 상기 제 2 바이어스 패드는 제 2 DC 전압원에 연결되고, 상기 다수의 제 3 및 상기 제 4 치상돌기는 상기 미러가 회전하지 않을 때 서로 맞물림 -과,A second bias pad comprising a plurality of fourth teeth, wherein the second bias pad is connected to a second DC voltage source, and the plurality of third and fourth teeth are engaged with each other when the mirror is not rotating; and, 다수의 제 5 치상돌기를 포함하는 제 1 드라이브 패드 - 상기 제 1 드라이브 패드는 제 1 AC 전압원에 연결되고, 상기 다수의 제 3 및 상기 제 4 치상돌기는 상기 미러가 회전하지 않을 때 서로 맞물림 - 과,A first drive pad comprising a plurality of fifth teeth, the first drive pads being connected to a first AC voltage source, and the plurality of third and fourth teeth are engaged with each other when the mirror is not rotating; and, 다수의 제 6 치상돌기를 포함하는 제 2 드라이브 패드 - 상기 제 2 드라이브 패드는 제 2 AC 전압원에 연결되고, 상기 다수의 제 1 및 제 6 치상돌기는 상기 미러가 제 2 축을 중심으로 회전할 때 서로 맞물림 - 을 포함함 - 을 포함하며, A second drive pad comprising a plurality of six teeth, wherein the second drive pad is connected to a second AC voltage source, wherein the plurality of first and six teeth are rotated about the second axis; Interlocks with-contains-, 상기 다수의 제 1 치상돌기와 제 2 치상돌기 사이의 제 1 정상 전압 차이는 상기 제 1 축을 중심으로 하는 상기 구조의 상기 고유 주파수를 상기 제 1 축을 중심으로 하는 애플리케이션의 제 1 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키고,A first steady voltage difference between the plurality of first and second tooth protrusions is at least approximately equal to the first scanning frequency of an application about the first axis of the natural frequency of the structure about the first axis. To make a difference, 상기 다수의 제 3 치상돌기와 제 4 치상돌기 사이의 제 2 정상 전압 차이는 상기 제 2 축을 중심으로 하는 상기 구조의 상기 고유 주파수를 상기 제 2 축을 중심으로 하는 상기 애플리케이션의 제 2 스캐닝 주파수의 적어도 거의 동일하게 변화시키며,The second normal voltage difference between the plurality of third and fourth teeth is at least approximately of the second scanning frequency of the application about the second axis of the natural frequency of the structure about the second axis. Change the same, 상기 제 1 스캐닝 주파수에서 상기 다수의 제 3 치상돌기와 제 5 치상돌기 사이의 제 1 발진 전압 차이는 상기 제 2 축을 중심으로 상기 스캐닝 미러를 발진시키고,A first oscillation voltage difference between the plurality of third and fifth tooth protrusions at the first scanning frequency oscillates the scanning mirror about the second axis; 상기 제 2 스캐닝 주파수에서 상기 다수의 제 1 치상돌기와 제 6 치상돌기 사이의 제 2 발진 전압 차이는 상기 제 1 축을 중심으로 상기 스캐닝 미러를 발진시키는The second oscillation voltage difference between the plurality of first and sixth tooth protrusions at the second scanning frequency causes the scanning mirror to oscillate about the first axis. MEMS 구조.MEMS structure. 회전성 프레임 상에 탑재된 회전성 소자를 구비한 MEMS 구조를 제어하는 방법에 있어서,A method of controlling a MEMS structure having a rotatable element mounted on a rotatable frame, 상기 회전성 소자의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 제 1 DC 전압 차이 - 상기 제 1 DC 전압 차이는 제 2 축을 중심으로 하는 상기 구조의 제 1 고유 주파수를 상기 제 2 축을 중심으로 하는 애플리케이션의 제 1 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 함 - 를 결정하는 단계와,A first DC voltage difference between a first electrode and a second electrode of the rotatable element, the first DC voltage difference being the first natural frequency of the structure about a second axis of the application about the second axis. Determining at least approximately equal to the first scanning frequency; 상기 회전성 프레임의 제 3 전극과 제 4 전극 사이의 제 2 DC 전압 차이 - 상기 제 2 DC 전압 차이는 제 1 축을 중심으로 하는 상기 구조의 제 2 고유 주파수를 상기 제 1 축을 중심으로 하는 상기 애플리케이션의 제 2 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 함 - 를 결정하는 단계와,A second DC voltage difference between a third electrode and a fourth electrode of the rotatable frame, wherein the second DC voltage difference is the application of the second natural frequency of the structure about the first axis about the first axis Determining at least approximately equal to a second scanning frequency of C; 상기 애플리케이션에서의 이용을 위한 상기 제 1 및 상기 제 2 DC 전압 차이를 기록하는 단계와,Recording the first and second DC voltage differences for use in the application; 상기 애플리케이션에서의 이용을 위한 상기 회전성 소자의 제 5 전극과 상기 제 2 전극 사이의 제 1 AC 전압 차이 - 상기 제 1AC 전압 차이는 상기 제 2 축을 중심으로 상기 회전성 소자의 발진을 야기함 - 의 제 1 드라이브 주파수로서 상기 제 1 스캐닝 주파수를 기록하는 단계와,A first AC voltage difference between the fifth electrode and the second electrode of the rotatable element for use in the application, the first AC voltage difference causing oscillation of the rotatable element about the second axis Recording the first scanning frequency as a first drive frequency of; 상기 애플리케이션에서의 이용을 위한 상기 회전성 소자의 제 6 전극과 상기 제 4 전극 사이의 제 2 AC 전압 차이 - 상기 제 2 AC 전압 차이는 상기 제 1 축을 중심으로 상기 회전성 프레임의 발진을 야기함 - 의 제 2 드라이브 주파수로서 상기 제 2 스캐닝 주파수를 기록하는 단계를 포함하는Second AC voltage difference between the sixth electrode and the fourth electrode of the rotatable element for use in the application, wherein the second AC voltage difference causes oscillation of the rotatable frame about the first axis. Recording the second scanning frequency as a second drive frequency of the; MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 44 항에 있어서,The method of claim 44, 상기 제 1 DC 전압 차이를 결정하는 상기 단계는,The determining of the first DC voltage difference, 제 1 DC 바이어스 전압을 상기 제 1 전극에 인가하는 단계와,Applying a first DC bias voltage to the first electrode; 상기 회전성 소자의 상기 제 2 전극을 접지시키는 단계와,Grounding the second electrode of the rotatable element; 상기 제 1 고유 주파수가 상기 제 1 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일할 때까지 상기 제 1 DC 바이어스 전압의 진폭을 조정하는 단계를 포함하는Adjusting the amplitude of the first DC bias voltage until the first natural frequency is at least approximately equal to the first scanning frequency. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 45 항에 있어서,The method of claim 45, 상기 제 2 DC 바이어스 전압 차이를 결정하는 상기 단계는,The determining of the second DC bias voltage difference, 제 2 DC 바이어스 전압을 상기 제 3 전극에 인가하는 단계와,Applying a second DC bias voltage to the third electrode; 상기 회전성 프레임의 상기 제 4 전극을 접지시키는 단계와,Grounding the fourth electrode of the rotatable frame; 상기 제 2 고유 주파수가 상기 제 2 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일할 때까지 상기 제 2 DC 바이어스 전압의 진폭을 조정하는 단계를 포함하는Adjusting the amplitude of the second DC bias voltage until the second natural frequency is at least approximately equal to the second scanning frequency. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 46 항에 있어서,The method of claim 46, 상기 제 1 및 상기 제 2 DC 전압 차이를 기록하는 상기 단계는 상기 MEMS 구조를 동작시키기 위한 제어기에 상기 제 DC 바이어스 전압 및 상기 제 2 DC 바이어스 전압을 프로그래밍하는 단계를 포함하는Recording the first and second DC voltage differences comprises programming the DC bias voltage and the second DC bias voltage to a controller for operating the MEMS structure. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 47 항에 있어서,The method of claim 47, 상기 제 1 및 상기 제 2 스캐닝 주파수를 기록하는 상기 단계는 상기 제어기에 상기 제 1 및 상기 제 2 스캐닝 주파수를 프로그래밍하는 단계를 포함하는Recording the first and second scanning frequencies includes programming the first and second scanning frequencies with the controller. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 44 항에 있어서,The method of claim 44, 상기 제 2 전극을 접지시키는 단계와,Grounding the second electrode; 상기 제 1 DC 바이어스 전압을 상기 제 1 전극에 인가하여, 상기 제 1 DC 전압 차이를 야기하는 단계와,Applying the first DC bias voltage to the first electrode to cause the first DC voltage difference; 상기 제 1 스캐닝 주파수의 제 1 AC 드라이브 전압을 상기 제 5 전극에 인가하여, 상기 제 1 AC 전압 차이를 야기하는 단계와,Applying a first AC drive voltage of the first scanning frequency to the fifth electrode to cause the first AC voltage difference; 상기 제 4 전극을 접지시키는 단계와,Grounding the fourth electrode; 상기 제 2 DC 바이어스 전압을 상기 제 3 전극에 인가하여, 상기 제 2 DC 전압 차이를 야기하는 단계와,Applying the second DC bias voltage to the third electrode to cause the second DC voltage difference; 상기 제 2 스캐닝 주파수에서의 제 2 AC 드라이브 전압을 상기 제 6 전극에 인가하여 상기 제 2 AC 전압 차이를 야기하는 단계를 포함하는Applying a second AC drive voltage at the second scanning frequency to the sixth electrode to cause the second AC voltage difference. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 회전성 프레임 상에 탑재된 회전성 소자를 구비한 MEMS 구조를 제어하는 방법에 있어서,A method of controlling a MEMS structure having a rotatable element mounted on a rotatable frame, 상기 회전성 소자의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 제 1 DC 전압 차이 - 상기 제 1 DC 전압 차이는 제 1 축을 중심으로 하는 상기 구조의 제 1 고유 주파수를 상기 제 1 축을 중심으로 하는 애플리케이션의 제 1 바람직한 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 함 - 를 인가하는 단계와,A first DC voltage difference between a first electrode and a second electrode of the rotatable element, the first DC voltage difference being the first natural frequency of the structure about a first axis of the application about the first axis. Applying at least approximately equal to the first preferred scanning frequency; 상기 회전성 프레임의 제 3 전극과 제 4 전극 사이의 제 2 DC 전압 차이 - 상기 제 2 DC 전압 차이는 제 2 축을 중심으로 하는 상기 구조의 제 2 고유 주파수를 상기 제 2 축을 중심으로 하는 애플리케이션의 제 2 바람직한 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 함 - 를 인가하는 단계와,A second DC voltage difference between a third electrode and a fourth electrode of the rotatable frame, the second DC voltage difference being the second natural frequency of the structure about a second axis of the application about the second axis. Applying at least approximately equal to a second preferred scanning frequency; 상기 제 1 바람직한 스캐닝 주파수에서 상기 회전성 소자의 제 5 전극과 상기 제 2 전극 사이의 제 1 AC 전압 차이 - 상기 제 1 AC 전압 차이는 상기 제 1 축을 중심으로 하는 상기 회전성 소자의 발진을 야기함 - 를 인가하는 단계와,A first AC voltage difference between the fifth electrode and the second electrode of the rotatable element at the first preferred scanning frequency—the first AC voltage difference causes oscillation of the rotatable element about the first axis Applying- 상기 제 2 바람직한 스캐닝 주파수에서 상기 회전성 프레임의 제 6 전극과 상기 제 4 전극 사이의 제 2 AC 전압 차이 - 상기 제 2 AC 전압 차이는 상기 제 2 축을 중심으로 하는 상기 회전성 소자의 발진을 야기함 - 를 인가하는 단계를 포함하는 A second AC voltage difference between the sixth electrode and the fourth electrode of the rotatable frame at the second preferred scanning frequency—the second AC voltage difference causes oscillation of the rotatable element about the second axis Applying the MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50, 상기 제 1 축을 중심으로 상기 회전성 소자의 제 1 스캐닝 주파수 및 제 1 스캐닝 각도를 측정하는 단계와,Measuring a first scanning frequency and a first scanning angle of the rotatable element about the first axis; 상기 측정된 제 1 스캐닝 주파수 및 상기 측정된 제 1 스캐닝 각도를 상기 제 1 바람직한 스캐닝 주파수 및 제 1 바람직한 스캐닝 각도와 비교하는 단계와,Comparing the measured first scanning frequency and the measured first scanning angle with the first preferred scanning frequency and the first preferred scanning angle; 상기 제 1 DC 전압 차이의 진폭을 조정하여 상기 제 1 고유 주파수를 상기 제 1 바람직한 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키는 단계를 더 포함하는Adjusting the amplitude of the first DC voltage difference to change the first natural frequency at least approximately equal to the first preferred scanning frequency. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 51 항에 있어서,The method of claim 51, wherein 상기 제 1 AC 전압 차이의 진폭, 주파수, 및 수직 오프셋 중의 적어도 하나를 조정하여, 상기 회전성 소자의 상기 제 1 스캐닝 주파수, 상기 제 1 스캐닝 각도, 및 제 1 중립 스캐닝 위치 중의 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는Adjusting at least one of the amplitude, frequency, and vertical offset of the first AC voltage difference to change at least one of the first scanning frequency, the first scanning angle, and the first neutral scanning position of the rotatable element. Including more steps MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 51 항에 있어서,The method of claim 51, wherein 상기 제 2 축을 중심으로 상기 회전성 프레임의 제 2 스캐닝 주파수 및 제 2 스캐닝 각도를 측정하는 단계와,Measuring a second scanning frequency and a second scanning angle of the rotatable frame about the second axis; 상기 측정된 제 2 스캐닝 주파수 및 상기 측정된 제 2 스캐닝 각도를 상기 제 2 바람직한 스캐닝 주파수 및 제 2 바람직한 스캐닝 각도와 비교하는 단계와,Comparing the measured second scanning frequency and the measured second scanning angle with the second preferred scanning frequency and the second preferred scanning angle; 상기 제 2 DC 전압 차이의 진폭을 조정하여, 상기 제 2 고유 주파수를 상기 제 2 바람직한 스캐닝 주파수와 적어도 거의 동일하게 변화시키는 단계를 더 포함하는Adjusting the amplitude of the second DC voltage difference to change the second natural frequency at least approximately equal to the second preferred scanning frequency. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 53 항에 있어서,The method of claim 53 wherein 상기 제 2 AC 전압 차이의 진폭, 주파수, 및 수직 오프셋 중의 적어도 하나를 조정하여, 상기 회전성 소자의 상기 제 2 스캐닝 주파수, 상기 제 2 스캐닝 각도, 및 제 2 중립 스캐닝 위치 중의 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는Adjusting at least one of an amplitude, a frequency, and a vertical offset of the second AC voltage difference to change at least one of the second scanning frequency, the second scanning angle, and a second neutral scanning position of the rotatable element. Including more steps MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50, 상기 제 1 DC 전압 차이를 인가하는 상기 단계는,The step of applying the first DC voltage difference, DC 바이어스 전압을 상기 제 1 전극에 인가하는 단계와,Applying a DC bias voltage to the first electrode; 상기 제 2 전극을 접지시키는 단계를 포함하는Grounding the second electrode; MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 55 항에 있어서,The method of claim 55, 상기 제 1 AC 전압 차이를 인가하는 상기 단계는 AC 전압을 상기 제 5 전극에 인가하는 단계를 포함하는The step of applying the first AC voltage difference includes applying an AC voltage to the fifth electrode. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 56 항에 있어서,The method of claim 56, wherein 상기 제 2 DC 전압 차이를 인가하는 상기 단계는,The step of applying the second DC voltage difference, DC 바이어스 전압을 상기 제 3 전극에 인가하는 단계와,Applying a DC bias voltage to the third electrode; 상기 제 4 전극을 접지시키는 단계를 포함하는Grounding the fourth electrode; MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method. 제 57 항에 있어서,The method of claim 57, 상기 제 2 AC 전압 차이를 인가하는 상기 단계는 AC 바이어스 전압을 상기 제 6 전극에 인가하는 단계를 포함하는The step of applying the second AC voltage difference includes applying an AC bias voltage to the sixth electrode. MEMS 구조 제어 방법.MEMS structure control method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021080059A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-29 엘지전자 주식회사 Scanner and electronic device having same

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100703140B1 (en) 1998-04-08 2007-04-05 이리다임 디스플레이 코포레이션 Interferometric modulation and its manufacturing method
US8928967B2 (en) 1998-04-08 2015-01-06 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Method and device for modulating light
JP4771059B2 (en) * 2004-08-18 2011-09-14 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド Scanning apparatus and manufacturing method thereof
US7889163B2 (en) 2004-08-27 2011-02-15 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Drive method for MEMS devices
US7679627B2 (en) 2004-09-27 2010-03-16 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Controller and driver features for bi-stable display
US7532195B2 (en) 2004-09-27 2009-05-12 Idc, Llc Method and system for reducing power consumption in a display
US7136213B2 (en) 2004-09-27 2006-11-14 Idc, Llc Interferometric modulators having charge persistence
US7724993B2 (en) 2004-09-27 2010-05-25 Qualcomm Mems Technologies, Inc. MEMS switches with deforming membranes
US8310441B2 (en) 2004-09-27 2012-11-13 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Method and system for writing data to MEMS display elements
US8878825B2 (en) 2004-09-27 2014-11-04 Qualcomm Mems Technologies, Inc. System and method for providing a variable refresh rate of an interferometric modulator display
US7675669B2 (en) 2004-09-27 2010-03-09 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Method and system for driving interferometric modulators
US7843410B2 (en) 2004-09-27 2010-11-30 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Method and device for electrically programmable display
JP5221037B2 (en) 2005-01-05 2013-06-26 日本電信電話株式会社 Mirror device
JP2006201519A (en) * 2005-01-20 2006-08-03 Ricoh Co Ltd Optical scanner and image forming apparatus
KR20080027236A (en) 2005-05-05 2008-03-26 콸콤 인코포레이티드 Dynamic driver ic and display panel configuration
US7948457B2 (en) 2005-05-05 2011-05-24 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Systems and methods of actuating MEMS display elements
US7920136B2 (en) 2005-05-05 2011-04-05 Qualcomm Mems Technologies, Inc. System and method of driving a MEMS display device
CN100462774C (en) * 2005-08-22 2009-02-18 佳能株式会社 Optical scanning system and image forming apparatus using the same
JP5164345B2 (en) 2005-08-22 2013-03-21 キヤノン株式会社 Optical scanning device and image forming apparatus using the same
US8391630B2 (en) 2005-12-22 2013-03-05 Qualcomm Mems Technologies, Inc. System and method for power reduction when decompressing video streams for interferometric modulator displays
US7916980B2 (en) 2006-01-13 2011-03-29 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Interconnect structure for MEMS device
US8194056B2 (en) 2006-02-09 2012-06-05 Qualcomm Mems Technologies Inc. Method and system for writing data to MEMS display elements
US8049713B2 (en) 2006-04-24 2011-11-01 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Power consumption optimized display update
US7702192B2 (en) 2006-06-21 2010-04-20 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Systems and methods for driving MEMS display
US7777715B2 (en) 2006-06-29 2010-08-17 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Passive circuits for de-multiplexing display inputs
JP5098254B2 (en) * 2006-08-29 2012-12-12 富士通株式会社 Micro oscillating device
JP2008129424A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Topcon Corp Method of adjusting torsional oscillation mirror, torsional oscillation mirror, optical deflector, ophthalmology apparatus and distance measuring apparatus
US7911672B2 (en) * 2006-12-26 2011-03-22 Zhou Tiansheng Micro-electro-mechanical-system micromirrors for high fill factor arrays and method therefore
JP2008185621A (en) 2007-01-26 2008-08-14 Brother Ind Ltd Optical deflector
JP4889026B2 (en) * 2007-02-08 2012-02-29 株式会社リコー Optical scanning device
JP4285558B2 (en) * 2007-04-26 2009-06-24 ブラザー工業株式会社 Optical scanning apparatus, printing apparatus, and amplitude adjustment method of vibrating mirror
JP2009069457A (en) 2007-09-13 2009-04-02 Seiko Epson Corp Optical scanning element, and image display device
US8210038B2 (en) * 2009-02-17 2012-07-03 Robert Bosch Gmbh Drive frequency tunable MEMS gyroscope
EP3447560B1 (en) 2017-08-23 2021-02-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. A mems reflector system
US11137593B2 (en) * 2019-03-06 2021-10-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Control loop for stabilizing a resonant frequency of a mirror of a laser beam scanning display
CN114690400B (en) * 2020-12-29 2023-05-02 极米科技股份有限公司 Vibrating mirror driven by electrostatic force

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6201629B1 (en) * 1997-08-27 2001-03-13 Microoptical Corporation Torsional micro-mechanical mirror system
US6245590B1 (en) * 1999-08-05 2001-06-12 Microvision Inc. Frequency tunable resonant scanner and method of making
US6629461B2 (en) * 2000-03-24 2003-10-07 Onix Microsystems, Inc. Biased rotatable combdrive actuator methods
US7079299B1 (en) * 2000-05-31 2006-07-18 The Regents Of The University Of California Staggered torsional electrostatic combdrive and method of forming same
US6504641B2 (en) * 2000-12-01 2003-01-07 Agere Systems Inc. Driver and method of operating a micro-electromechanical system device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021080059A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-29 엘지전자 주식회사 Scanner and electronic device having same

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