KR20060035747A - 레이저 빔 스캐너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비틀림 축(B)과 상기 비틀림 축(B) 주변에 상기 표면(53)을 선회하기 위한 제 1 액추에이터(60,61)를 한정하는 적어도 2개의 비틀림 요소(55)에 의해 매달린 표면(53)을 포함하는, 프로젝팅 디바이스에 사용하기 위한 2차원 스캐닝 디바이스에 관한 것이다. 상기 스캐너는 상기 표면에 대해 고정된 한 단부와 상기 비틀림 축(B)과 비-평행인(수직인) 휨축(A) 주변에 휘어지도록 배열된 대향 단부를 구비하는 캔틸레버 빔(51)을 더 포함한다. 상기 캔틸레버 빔(51)에는 반사 표면이 제공되고 제 2 액추에이터(58)는 상기 캔틸레버 빔을 공진 주파수에서 진동시키도록 배열된다. 저속 비틀림 스캐너와 고속 캔틸레버 스캐너(10)의 조합은 이미지를 투사하기 위해 래스터 패턴으로 레이저 빔을 스캐닝할 수 있는 2차원 스캐너를 제공한다.

Description

레이저 빔 스캐너{LASER BEAM SCANNER}

본 발명은 비틀림축을 한정하는 적어도 두 개의 비틀림 요소에 의해 매달린 표면과, 상기 비틀림축(torsion axis)을 중심으로 상기 표면을 선회시키기 위한 제 1 액추에이터를 포함하는, 프로젝팅 디스플레이에 사용하기 위한, 2 차원 스캐닝 디바이스에 관한 것이다.

최근 휴대폰 또는 이미지 프로젝터를 구비한 PDA와 같은, 소형 핸드헬드 전자 디바이스를 제공할 것이 제안되었다. 현재 디스플레이보다 훨씬 큰 영역에 정보를 디스플레이하는 능력은 실시간 비디오 시청, 게임 및 이미지 공유와 같은 활동이 가능하게 만들 것이다.

이러한 프로젝션 디스플레이 디바이스는 소형이고, 저렴하며, 경량에, 전력 소비가 낮고 견고해야 한다. 비디오 정보를 디스플레이하기 위해, 이미지의 리프레시 율이 50Hz와 같거나 높아야 한다. 라인 주파수는 이미지 율, 디스플레이 되는 라인의 수, 그리고 이미지가 순차방식으로 스캐닝되었는지 또는 비월방식으로 스캐닝되었는지에 따라 달라진다. 이러한 스캐너에 요구되는 주파수는 대략 16kHz이다.

레이저 스캐닝에 기초하는 비디오 디스플레이의 개념은 종래 기술에 잘 알려져 있으며, 일반적으로 레이저 다이오드와 두 개의 개별 스캐닝 미러를 포함하는 데, 이들 미러 중 하나는 일반적으로 회전 다각형 미러이다. 이 개념은 수평과 수직 방향의 편향 지점이 동일한 지점에 위치하지 않기 때문에 극심한 래스터 왜곡(raster distortion)이 야기된다는 단점이 있다. CRT에서 일어나는 래스터 왜곡과는 달리, 이러한 왜곡은 사분면에서 대칭성을 갖지 않으며, 따라서 전자적으로 교정하는 것이 더욱 어렵다. 또한 많은 실제적인 문제가 존재한다. 스캐닝 미러는 약 5*5mm²의 반사 영역을 갖음으로 인해, 소형 핸드헬드 전자 디바이스에 사용하기에는 부피가 너무 커진다. 또한, 빠른 스캐닝 방향용의 미러는 공진 주파수 이상에서 구동되어야 하며, 이것으로 인해 스캐너의 입력 전원이 과다하게 소비된다.

이러한 문제점들을 극복하기 위해 고안된 대안적인 스캐너의 예시에는 비틀림 스캐너(예; US5,629,790 참조)와 캔틸레버 스캐너(예; EP875 780 참조)가 있다. 비틀림 스캐너는 베이스의 오목부 위에 두 개의 비틀림 막대(스프링)에 의해 매달린 미러를 포함한다. 작동되면, 미러는 비틀림 막대 축을 중심으로 선회한다. 캔틸레버 스캐너는 짧은 단부들 중 하나의 베이스에 부착된, 캔틸레버 빔 상의 미러를 포함한다. 작동되면, 캔틸레버 빔이 휘어질 것이며, 그 자유 단부는 따라서 세로 방향의 연장과 수직인 축을 중심으로 회전할 것이다. 상기 두 가지 경우에서, 액추에이터는 미러와 그 기계적 마운트를 공진 주파수에서 진동시키도록 배열된다. 액추에이터는 예를 들어, 정전기적일 수 있는데, 미러와 베이스, 2형 액추에이터, 또는 피에조 전기 액추에이터 사이의 전압차를 제공한다.

두 개의 비틀림 스캐너를 조합함으로써, 2-차원 스캐너가, US 5,629,790에서 도시된 것과 같이, 얻어질 수 있다. 정전기 액추에이터를 구비한 2차원 비틀림 스캐너는 US 특허 출원 2001/0022682에 개시되어 있다.

이러한 제안된 스캐너들은 비교적 큰 반사 표면을 가지며, 따라서 부피가 크다. 큰 부피와 가파른 비틀림 막대 또는 캔틸레버와 결합함으로써, 빠른 스캔 방향에서의 미러의 공진 주파수가 비디오 애플리케이션의 요구 조건을 충족시킬 수 있다. 그러나, 가파른 캔틸레버 또는 비틀림 막대는 미러의 광학 스캔 각이 일반적으로 약 5도이며, 이것은 가까운 거리에서 작동되는 프로젝팅 디스플레이에 사용하기에는 너무 작다는 것을 의미한다. 게다가, 스캐너는 에어 댐핑(air damping)을 피하기 위해 진공 상태에서 작동되며, 따라서 비용이 많이 드는 패키지 단계를 필요로 한다. 대신 더 약한 비틀림 막대 또는 캔틸레버를 사용함으로써, 광학 스캔 각이 확대될 수 있지만, 이것은 비디오 애플리케이션에 적합한 이미지 율에서 빔을 스캐닝하기에는 너무 낮은 공진 주파수가 수반된다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하고, 프로젝팅 디스플레이에 적합한, 개선된 2차원 스캐닝 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 이들 그리고 다른 목적들은 도입부에서 언급된 종류의 스캐닝 디바이스를 통해 달성될 수 있으며, 상기 표면과 연관되어 고정된 한 단부와 상기 비틀림 축과 비-평행한 축 주변에 휘어지도록 배열된 다른 단부를 구비하는 캔틸레버 빔과 상기 캔틸레버 빔 상에 제공된 반사 표면 및 상기 캔틸레버 빔을 그 공진 주파수에서 진동하도록 하기 위한 제 2 액추에이터를 더 포함한다.

표면과 제 1 액추에이터는 비틀림 스캐너를 형성하고, 이러한 비틀림 스캐너는 비틀림 스캐너의 공진 주파수를 포함할 수 있지만, 결코 이에 한정되지 않는, 제 1 주파수 범위에서 작동한다. 그 표면 상에, 이 스캐너에는 또한 캔틸레버 형태의, 제 2 스캐너가 장착되어 있으며, 제 1 스캐너의 주파수보다 상당히 빠른, 공진 주파수에서 진동하도록 배열되었다. 제 2 스캐너의 반사 표면이 두 개의 상이한 축을 중심으로 선회될 수 있거나, 회전될 수 있으므로, 이것은 2차원 스캐너로 사용될 수 있다.

저속 비틀림 스캐너와 더 빠른 캔틸레버 스캐너의 조합은 이미지를 투사하기 위해, 래스터 패턴으로 레이저 빔을 스캐닝할 수 있는 2차원 스캐너를 제공한다.

바람직하게, 캔틸레버 빔은 공진 주파수가 10kHz 내지 100kHz의 범위이고, 바람직하게 15kHz 내지 35kHz의 범위인, 부피와 크기를 갖는다. 이것은 비디오 프로젝팅 구현에 적합한 주파수 범위이다. 실제로, 이것은 실리콘 또는 실리콘 질소화물로 만들어진 캔틸레버 빔에 제공된 약 100㎛ X 100㎛ 크기의 반사 표면을 구비함으로써 달성될 수 있다. 게다가, 캔틸레버는 바람직하게 최소 10도에서, 바람직하게 25도 이상의 휘어짐 범위를 허용하기 위한 두께를 갖고, 이에 따라 즉, 이 범위의 두 배인 광학 스캔 각, 즉 바람직하게 50도 이상을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 캔틸레버 빔은 두 개의 다리를 갖고, 각각은 표면에 대해 고정되어 있으며, 상기 반사 표면은 두 개의 다리를 결합하기 위해 연장된다. 이 설계에서, 반사 영역은 팔보다 휘어짐에 더욱 견고하다. 따라서, 휘어짐 영역은 반사 영역에서 다소 분리된다. 더욱이, 캔틸레버는 비틀림 방향으로(즉 세로 축을 따라 회전) 더욱 견고하게 만들어졌다. 따라서 레버의 휘어짐은 비틀림으로 인해 빔 변위에 의해 덜 방해받는다. 반사 영역의 형태는 바람직하게 직사각형이며, 이로 인해 개구 형태 인자가 더욱 작아지고, 이에 따라 반사된 빔에 각 분산을 감소시킨다.

바람직하게, 캔틸레버 빔과 비틀림 스캐너의 표면은 하나의 기판에 형성되며, 캔틸레버 빔은 표면의 구멍의 한 쪽으로부터 확장된다. 이 설계는 두 개의 분리된 스캐닝 디바이스의 정렬에 대한 필요성을 제거한다. 비틀림 스캐너의 표면과 비틀림 막대는 실리콘 또는 실리콘 질소화물의 기판을 에칭함으로써 형성될 수 있다.

제 2 액추에이터는 피에조-전기 액추에이터일 수 있다. 이것은 선회 표면에 직접 배열되거나, 이 표면에서 분리될 수 있다. 피에조-전기 액추에이터로부터의 기계적 여기는 캔틸레버의 진동을 초래한다.

제 1 액추에이터는 예를 들어, 갈바닉(galvanic) 액추에이터 또는 정전기 액추에이터와 같은, 다양한 유형이 될 수 있다. 대안적으로, 제 1 액추에이터는 [청구항 제 8항]을 포함할 수 있다. 이러한 액추에이터는 종래 기술에 대해 본질적으로 새로운 것이며, 본 출원에 설명된 것 이외의 다른 유형을 포함하여, 다양한 유형의 비틀림 스캐너에 유리하게 구현될 수 있다.

본 발명의 제 2 양상에 따라, 전술한 목적들은 전술한 내용에 따른 스캐닝 디바이스를 포함하여, 프로젝팅 디바이스에 의해 달성된다.

본 발명의 이들 그리고 다른 양상들은 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참조하여, 더욱 구체적으로 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 디바이스를 유리하게 구현하는 프로젝팅 디바이스의 개략도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캔틸레버 스캐너의 사시도.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예 각각에 따른 캔틸레버 스캐너의 평면도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스캐닝 디바이스의 횡단면도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스캐닝 디바이스의 평면도.

도 1에서, 본 발명에 따른 스캐너를 구현하는 프로젝팅 디바이스(1)가 개략적으로 도시된다. 상기 디바이스는 벽(미도시)과 같은 표면 상에 레이저 빔(2)을 투사할 수 있으며, 이 디바이스의 크기는 예를 들어, 휴대폰 또는 PDA와 같은, 모바일 응용에 사용될 수 있을 정도의 크기이다. 일반적으로 이것은 약 10mm X 10mm이다.

도시된 프로젝팅 디바이스(1)에서, 원하는 컬러는 비디오 신호에 의해 한정된 비율로 빨간색, 파란색, 초록색 레이저 빔(3a, 3b, 3c)을 조합함으로써 얻어진다. 조합된 레이저 빔(2)은 그러면 스캐닝 디바이스(13)를 향하며, 컬러 이미지를 얻기 위해 스크린(14) 전체에 스캐닝된다.

빨간색과 파란색 컬러의 레이저 빔은 바람직하게 레이저 다이오드(4a, 4b)에 의해 생성되며, 각각 빨간색과 파란색 파장 영역에 광을 발산한다. 빨간색과 파란색 레이저 다이오드는 현재 상업적으로 이용가능하지만, 초록색 다이오드는 현재 그렇지 않다(이들은 향후 출시될 것으로 예상된다). 그러므로, 도시된 프로젝터에서, 초록색 광은 적외선의 두 개의 광자를 초록색 광의 한 광자로 변환시키는 크리스털(6)로 적외선을 공급하는 다이오드 펌프(5)에 의해 생성된다. 다른 옵션(미도시)은 UV 레이저 다이오드와 함께 펌핑될 때 레이저 기능을 하는 상위-변환 섬유(up-conversion fiber)를 사용하는 것이다. 그리고 다른 옵션은 초록색(그리고 파란색) 광의 생성을 위한 광학적으로 펌핑된 반도체 레이저(OPSL: optically pumped semiconductor laser)를 사용하는 것이다. 초록색 광이 다이오드 펌프(5)를 변조함으로써 비디오 주파수에서 변조될 수 없는 경우, 광 변조기(7)는 초록색 빔의 광학 경로에 포함될 수 있다.

구동기(8)는 비디오 정보를 포함하는 비디오 신호를 수신하기 위해, 그리고 본 정보에 따른 레이저 빔(3a, 3b, 3c)을 변조하기 위해 배열된다. 디바이스는 이색(dichroic) 미러(11) 주변에 배열된, 렌즈(10a, 10b, 10c) 세트와, 본 발명에 따른 이색 미러와 스캐닝 디바이스(13) 사이에 배열된, 추가 렌즈(12)를 포함한다. 이색 미러(11)는 LCD 프로젝터로부터 잘 알려진 종류의 이색 큐브가 될 수 있고, 유리하게 상당히 소형이며 따라서 저렴하다.

렌즈(10a, 10b, 10c, 12)와 이색 미러(11)를 통과함으로써, 레이저 빔(3a, 3b, 3c)은 결합되어 스캐닝 디바이스(13)에 맞는 평행 빔(2)으로 시준된다. 예를 들어, 빨간색 레이저 다이오드(4a)로부터의 광은 제 1 렌즈(10a)에 의해 집속되고, 그 다음 이것은 이색 미러(11)에 결합되며 소형 렌즈(12)에 시준된다. 렌즈의 세부 사항, 그들 상호간 거리 및 그들의 강도는 당업자에 의해 결정될 수 있다.

2차원에서 작동하기 위해, 스캐닝 디바이스(13)는 2개의 1차원적 스캐너; 제 1, 저속 스캐너, 이와 함께 제공되는, 제 2, 고속 스캐너를 포함한다. 제 1 스캐너는 비틀림 스캐너이며, 2개의 막대 또는 스프링으로 둘러싸인 물질로부터 매달린 판-모양의 부분을 포함한다. 적절한 액추에이터를 사용하여 판을 작동시킴으로써, 판은 막대로 한정된 축 주변을 선회하게 될 수 있다. 제 2 스캐너는 캔틸레버 스캐너이며, 한 단부가 기판에 부착된 미러링 표면이 제공되는 캔틸레버 빔을 포함한다. 적절한 액추에이터를 사용하여 빔을 작동시킴으로써, 빔은 세로 방향의 연장선과 수직축 주변으로 휘고, 공진 주파수에서 진동하게 될 수 있다. 캔틸레버 스캐너의 진동 방향은, 2차원 스캐너를 제공하기 위해, 비틀림 스캐너의 회전 방향과 다르다는 것이 중요하다. 바람직하게, 래스터 유형의 스캐닝 패턴을 구현할 때, 캔틸레버 스캐너의 진동 방향은 비틀림 스캐너의 회전 방향과 정확히 직교하고, 캔틸레버 스캐너의 미러링 영역은 정확히 비틀림 스캐너의 회전축 상에 위치한다. 스캐너의 패키지 비용을 최소화하기 위해, 모든 실시예는 가장 바람직하게 대기중에서 작동된다. 본 발명에 따른 스캐닝 디바이스(13)는 이하 더욱 자세히 설명될 것이다.

캔틸레버 스캐너는 도 2와 도 3을 참조로 하여, 우선 설명될 것이다. 가장 간단한 형태로, 도 2에 도시된 캔틸레버(20)는 두께(T), 폭(W), 길이(L)를 가진 직사각형 빔(21)과 같은 모양이며, 베이스(22)로부터 돌출된다. 자유 진동 빔 캔틸레버의 공진 주파수(f)는 다음과 같다.

이 때, T는 두께이며, L은 길이, E는 영(Young)률이며 ρ는 캔틸레버의 밀도이다. 캔틸레버의 폭은 공진 주파수에 영향을 주지 않는다는 것에 주목해야 한다.

캔틸레버는 축(A) 주변에서 세로 방향으로 휘어질 수 있으며, 캔틸레버의 크기와 물질은 의도된 응용에 충분한 휨 각도(α)를 허용하기 위해 선택될 수 있다. 바람직하게, 최대 휨 각도(α)는 약 30도이며, 이것은 60도의 스캐닝 각도를 제공한다(입사각은 최대 30도가 될 것이다). 이것은 소형 반사 표면에서도, 충분한 해상도를 제공한다.

캔틸레버의 가장 바람직한 크기는 응용에 필요한 공진 주파수에 따라 달라진다. 단순성을 위해, 캔틸레버가 600nm의 두께를 가진 실리콘 질소화물의 동종의 물질이라고 가정한다면, 241㎛의 길이는 16kHz의 공진 주파수에 대응하는 것을 계산할 수 있을 것이다. 캔틸레버의 폭은 공진 주파수에 영향을 주지 않기 때문에 거의 제한없이 선택될 수 있다.

레버의 반사 계수를 증가시키기 위해, 그 일부는 금 또는 알루미늄과 같은, 반사 물질(23)로 코팅될 수 있다. 실제로, 500nm의 실리콘 질소화물층 상의 50nm의 알루미늄층이 적당하다. 캔틸레버의 반사 영역은 실리콘 질소화물을 반사 영역의 아래 부분에 더 추가함으로써 더욱 단단하게 만들어 질 수 있다.

캔틸레버를 공진 주파수에서 진동하도록 하기 위해, 캔틸레버는 여러 가지 방법으로 여기될 수 있다. 여기는, 예를 들어 피에조-전기 크리스탈에 의해, 기계 적으로 달성될 수 있다. 크리스탈은 캔틸레버가 형성된 기판과 결합될 수 있지만, 원칙적으로 진동파가 캔틸레버 빔에 도달할 수 있는 한은, 더욱 멀리 위치될 수 있다. 캔틸레버의 공진 주파수에서 피에조 요소를 구동함으로써, 캔틸레버의 기본 휨 모드만이 여기되고 큰 진폭으로 진동할 것이다. 대안적으로, 얇은 피에조 저항층은 캔틸레버 빔 상에 코팅될 수 있고, 전압이 이층에 인가되며, 따라서 빔이 휘어지도록 한다. 다른 밀접히 연관된 옵션은 캔틸레버의 열 팽창 계수와는 다른 열 팽창 계수를 가진 층을 증착시키는 것이다. 전류로 층을 가열시킴으로써, 캔틸레버가 휘어지도록 한다.

비-기계적 여기는 캔틸레버의 뒷면에 자기층을 제공하고 공진 주파수에서 근접하여 위치한 코일을 구동시킴으로써 달성될 수 있다. 부피가 커짐으로 인해, 캔틸레버의 공진 주파수에서의 쉬프트가 작아지도록, 층이 매우 얇다는 사실에 당연히 주의해야 한다. 스캐너가 대기 중에 작동될 수 있으므로, 캔틸레버 빔의 음향 여기 역시 예측될 수 있다. 이러한 경우, (초)음이 스피커에 의해 생성되며 공기를 통해 스캐너에 전달된다.

도 3a와 3b에 도시된, 캔틸레버 빔의 추가적인 실시예에 따라, 반사 영역(31,34)을 베이스(32,35)로 연결하는 2개의 다리(30a, 30b, 33a, 33b)를 포함한다. 도 3a의 캔틸레버는 V-형이며, 2개의 다리(30a, 30b)의 교차 부분에 위치한 반사 영역(31)을 갖는다. 도 3b의 캔틸레버는 직사각형 반사 영역(34)과 2개의 본질적으로 평행한 다리(33a, 33b)를 갖는다.

도 3a와 도 3b의 실시예를 위한 레버의 공진 주파수에 대한 수식을 발견하는 것은 더욱 어렵다. 그러나, 도 3b의 캔틸레버가 상호 연결된 동일한 공진 주파수를 가진 2개의 분리된 레버로 간주되는 경우, 상호 연결의 부피는 공진 주파수를 감소시켜야 한다. 따라서, 주어진 공진 주파수에 대해, 도 3a와 도 3b의 캔틸레버의 길이는 도 2의 캔틸레버의 길이보다 작다.

도 4에 도시된, 본 발명에 따른 2차원 스캐너(13)의 제 1 실시예에서, 전술한 캔틸레버 스캐너(41)에는 종래의 갈바니 방식 구동 비틀림 스캐너(44)의 선회 판(43) 상의 지지 구조(42)가 부착된다. 선회판(43)은 비틀림 막대(49)가 부유하고, 영구 자석(45)에 제공되며, 전자계에는 코어(47) 주변에 배역된 코일(46)에 전류의 인가가 유도된다. 유도된 전자계가 자석(45)과 상호작용하면, 힘이 생성되고, 판(43)이 선회한다.

전극이 플레이트와 베이스에 제공되는, 정전기 방식 구동 스캐너를 포함한, 다른 비틀림 스캐너도 역시 가능하다. 전압을 전극에 인가함으로써, 힘의 유인과 저항이 생성될 수 있으며, 이로 인해 판이 선회한다.

전술한 것과 같이, 캔틸레버 스캐너(41)는 예를 들어, 피에조 요소(48)에 의해 공진 주파수에서 진동하도록 여기된다. 가장 효율적인 여기에 대해, 피에조 요소(48)는 바람직하게 캔틸레버(41)의 지지 구조(42)의 바로 아래에 위치되어야 한다. 이 구조는 최적의 여기를 위해 피에조 요소 상에 매우 밀착되어 고정되어야 한다.

캔틸레버(41)와 피에조 요소(48)의 조합은 매우 작아서 이 스캐너의 공진 주파수에 상당한 영향을 주지 않고 비틀림 스캐너의 선회판(43)에 부착될 수 있다. 그러므로, 이 스캐너의 구동 회로에 약간의 적응만이 필요하다.

도 5에 도시된, 본 발명에 따른 2차원 스캐너(13)의 제 2 실시예에서, 캔틸레버 빔(51)은, 본 명세서에서 도 3a에 도시된 유형이라면, 비틀림 스캐너(54) 자체의 선회판(53)에 형성되고, 비틀림 막대(55)의 비틀림 축(B)에 수직인 휨축(A)을 갖도록 배열된다. 바람직하게, 캔틸레버 빔(51)과 비틀림 막대(55)는 실리콘 또는 실리콘 질소화물의 기판(56)을 에칭함으로써 형성된다.

캔틸레버 지지판과 캔틸레버를 포함하는 판의 크기는 공진 주파수가 의도된 판 주파수보다 상당히 높아지도록 선택된다. 이러한 방식으로, 피드백이 없이 톱니-형태의 신호로 저속 스캔 방향을 구동하는 것이 가능하다. 더욱이, 추가적인 신호가 판 스캐닝 방향에서 비-선형 효과를 보상하기 위해 인가될 수 있다.

도 4의 스캐너를 능가하는 도 5의 스캐너의 주요 장점은 양 ??향을 위한 스캐너들이 완전히 통합되어서, 정렬의 필요성을 제거한다는 점이다.

전술한 것과 같이, 캔틸레버(51)는 여기 수단에 의해 공진 주파수에서 진동하게 된다. 피에조 요소(58)가 캔틸레버를 여기시키기 위해 사용되는 경우, 판(53) 외부의, 기판(56) 상에 위치될 수 있다.

비틀림 스캐너의 판(53)은 제 1 실시예와 관련하여 전술한 방법들을 포함하는, 여러 가지 방법으로 구동될 수 있다. 새로운 기술인, 비틀림 스캐너를 구동하기 위한 추가적인 방법은, 로렌츠 힘(Lorentz force)에 기초한다.

이러한 구동에 적응된 액추에이터는 기판에 증착된 금속에 의해 바람직하게 형성된, 2개의 전도 경로를 포함한다. 제 1 경로(60)는 판(53)의 외주 주변으로 연 장되고, 제 2 경로(61)는 주변 기판(56)의 내부 경계선을 따라 연장된다. 전류를 두 경로에 인가함으로써, 유도 또는 저항 힘이 코일 사이에 생성되며, 이로 인해 판이 선회한다. 2개의 코일은 z-레벨로 약간 분리되어 있어야 하는데, 그렇지 않은 경우, 컨덕터 사이의 힘이 어떠한 토크도 생성하지 않기 때문이다. 이것은 경로(들 중 하나)를 증착하기 전에 트렌치를 에칭함으로써, 또는 한 경로를 기판의 한 쪽에, 다른 경로를 기판의 다른 쪽에 증착함으로써 달성될 수 있다.

도 5에서, 2개의 경로(60,61)는 한 패턴으로 결합되는데, 하나의 전류 공급(62)만을 필요로 한다. 자연스럽게, 다른 패턴이 가능하고, 2개의 경로들은 또한 분리될 수 있다. 더욱이, 각 경로에 권선을 추가로 적용하면 구동 전압이 감소되는 대신 구동 전류를 낮춘다.

본 발명에 따른 2차원 빔 스캐너에 대한 모든 실시예들은 고속 스캐너(캔틸레버)가 공진 주파수에서 구동된다는 공통점을 갖는다. 이것은 광을 생성하기 위해 필요한 전력과 비교했을 때, 동작을 여기시키기 위해 필요한 입력 전원이 미미하다는 것을 의미한다. 또한 저속 스캔 방향을 위한 전원은 매우 작을 수 있다. 도 4의 매우 큰 갈바니 비틀림 스캐너의 경우조차, 전원은 실질적으로 100mW 이하이다. 따라서 완전한 디바이스의 입력 전원은 아마도 모바일 애플리케이션에 대해 충분히 작을 것이다.

본 발명은 비틀림축을 한정하는 적어도 두 개의 비틀림 요소가 부유하는 표면과, 상기 비틀림축(torsion axis) 주변의 상기 표면을 선회하기 위한 제 1 액추 에이터를 포함하는, 프로젝팅 디스플레이에 사용하기 위한, 2 차원 스캐닝 디바이스에 관한 것으로서, 최근 휴대폰 또는 이미지 프로젝터를 구비한 PDA와 같은, 소형 핸드헬드 전자 디바이스에 이용가능하다.

Claims (11)

1. 프로젝팅 디스플레이에 사용하기 위한, 2차원 스캐닝 디바이스로서,

   비틀림 축(B)을 한정하는 적어도 두 개의 비틀림 요소(49;55)에 의해 매달린 표면(43;53)과, 상기 표면(43;53)을 상기 비틀림 축(B)을 중심으로 선회시키기 위한 제 1 액추에이터(45,46,47;60,61)를 포함하는, 2차원 스캐닝 디바이스에 있어서,

   - 상기 표면에 대해 고정된 한 단부와 상기 비틀림 축(B)에 비-평행인 휨축(A)을 중심으로 휘어지도록 배열된 대향 단부를 구비하는 캔틸레버 빔(41;51),

   - 상기 캔틸레버 빔(41;51) 상에 제공된 반사 표면(31;34), 및

   - 상기 캔틸레버 빔을 공진 주파수에서 진동하도록 하기 위한 제 2 액추에이터(48;58)

   를 특징으로 하는, 2차원 스캐닝 디바이스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캔틸레버 빔(41;51)은 공진 주파수가 10kHz-100kH의 범위, 바람직하게는 15kHz-35kHz의 범위가 되는 부피와 크기를 갖는, 2차원 스캐닝 디바이스.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캔틸레버 빔(41;51)이 적어도 15도, 바람직하게는 50도 이상으로 휨축(A) 주변에서 휘어질 수 있는 크기를 갖는, 2차원 스캐닝 디바이 스.
4. 제 1항에 있어서, 상기 캔틸레버 빔은 2개의 다리(30a,30b;33a,33b)를 갖고, 상기 다리 각각은 표면(43;53)에 대해 고정되어 있으며, 상기 반사 표면(31;34)은 2개의 다리(30a,30b;33a,33b)를 결합하기 위해 연장된, 2차원 스캐닝 디바이스.
5. 제 1항에 있어서, 상기 캔틸레버 빔(51)과 상기 표면(53)은 하나의 기판에서 형성되며, 상기 캔틸레버 빔(51)은 상기 표면(53)에 있는 구멍의 한 면에서 연장된, 2차원 스캐닝 디바이스.
6. 제 1항에 있어서, 상기 표면(53)과 상기 비틀림 막대(55)는 실리콘 또는 실리콘 질소화물의 기판을 에칭함으로써 형성된, 2차원 스캐닝 디바이스.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 액추에이터는 피에조-전기 액추에이터(48)인, 2차원 스캐닝 디바이스.
8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 액추에이터는, 전자석(電磁石)을 포함하는, 갈바니 액추에이터인, 2차원 스캐닝 디바이스.
9. 제 1항 내지 제 5항에 있어서, 상기 제 1 작동 수단은 2개의 전기적인 전도 코일을 포함하는, 2차원 스캐닝 디바이스.
10. 제 1항에 기재된 스캐닝 디바이스(13)를 포함하는, 프로젝팅 디바이스(1).
11. 제 10항에 있어서,

    - 복수의 레이저 빔(3a,3b,3c)을 생성하기 위한 수단(4a,4b,5,6)과,

    - 상기 레이저 빔을 변조하기 위한 구동기(8), 및

    - 상기 빔을 시준하고 결합하며, 그리고 결합된 빔(2)을 상기 스캐너(13)로 유도하기 위한 수단(10a,10b,10c,11,12)

    을 더 포함하는, 프로젝팅 디바이스.

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