KR20060124079A - Mems scanning micromirror and dual-axis electromagnetic mems scanning micromirror device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 의한 폴리곤 미러를 사용한 스캐닝 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing an example of a scanning apparatus using a polygon mirror according to the prior art.
도 2a 내지 도 2b는 종래 기술에 의한 마이크로미러를 사용한 스캐닝 장치의 주사 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다. 2A to 2B are schematic diagrams illustrating a scanning principle of a scanning apparatus using a micromirror according to the prior art.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 3A to 3B are perspective views showing one embodiment of the scanning micromirror of the present invention.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 마이크로미러부의 일 실시예의 사시도이다. 4A-4B are perspective views of one embodiment of the micromirror portion of the scanning micromirror of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 마이크로미러부의 다른 실시예들의 사시도이다. 5A-5C are perspective views of other embodiments of the micromirror portion of the scanning micromirror of the present invention.
도 6은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도이다. 6 is a plan view from above of an embodiment of an electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다. 7A to 7B are perspective views showing another embodiment of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention.
도 8은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로 도선을 함께 표시한 것이다. FIG. 8 is a view of the embodiment of the electromagnetically driven scanning micromirror device of the present invention with the conductors in a plan view from above.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 자기장 공급부의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 9A to 9B are perspective views showing one embodiment of a magnetic field supply unit of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention.
도 10은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 도 8의 A-A'선을 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다. 10 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 8 of an embodiment of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention.
도 11은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로 도선의 일부를 함께 표시한 것이다. FIG. 11 is a view from above of an embodiment of the electromagnetically driven scanning micromirror device of the present invention, with a portion of the lead shown together.
도 12는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로 도선의 일부를 함께 표시한 것이다. 12 is a plan view, as seen from above, of an embodiment of the electromagnetically driven scanning micromirror device of the present invention, with a portion of the lead shown together.
{도면의 주요부호에 대한 설명}{Description of major symbols in the drawing}
301,601,701,801 : 마이크로미러부301,601,701,801: Micromirror
302,602,702,802 : 김블(gimbal)302,602,702,802: gimbal
303,603,703,803 : 내부 탄성 굴신 구조물303,603,703,803: Internal Elastic Flexural Structures
304,604,804 : 외부 탄성 굴신 구조물304,604,804: External Elastic Flexural Structures
401,501 : 미러판401,501: Mirror Plate
402 : 프레임 구조물402: frame structure
403,503 : 토션 빔403,503: torsion beam
504 : 다이아몬드 어레이 형 프레임 구조물504: Diamond Array Frame Structure
505 : 식각구멍505: etching hole
506 : 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지는 다이아몬드 어레이 형 프레임 구조물506: diamond array frame structure thinner toward the end
711,811 : 제 1 미러 구동 코일711,811: first mirror drive coil
712,812 : 제 2 미러 구동 코일712,812: second mirror drive coil
813 : 제 1 김블 구동 코일813: First Gamble Drive Coil
814 : 제 2 김블 구동 코일814: second gamble drive coil
901 : 지지대901 support
902 : 내부자석902: internal magnet
903 : 외부자석903: External magnet
본 발명은 소정의 전류를 인가하여 입력광을 반사시키는 마이크로미러를 가동시킴으로써 반사광의 경로를 변조하는 광 스캐닝 소자에 관한 것이다. 본 발명에 의한 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 광원으로부터 출사된 빔을 1차원의 선 또는 2차원의 면의 소정의 영역에 주사하여 화상 등의 정보를 결상하거나 위치, 화상 등의 데이터를 읽어들이는 레이저 프린터, 공초점 현미경, 바코드 스캐너, 스캐닝 디 스플레이 및 각종 센서 등에 적용 가능하다. 또한, 스캐닝 외에도 반사광의 경로를 임의로 조절하는 광 스위치 소자 등에도 적용이 가능하다.The present invention relates to an optical scanning device for modulating a path of reflected light by operating a micromirror that reflects input light by applying a predetermined current. The scanning micromirror device according to the present invention scans a beam emitted from a light source to a predetermined area of a one-dimensional line or a two-dimensional surface to form an image such as an image or to read data such as a position or an image. It can be applied to confocal microscopes, barcode scanners, scanning displays and various sensors. In addition to the scanning, it is also applicable to an optical switch element for arbitrarily adjusting the path of the reflected light.
최근 광소자 기술의 발전과 더불어 각종 정보의 입출력단 및 정보 전달의 매개체로 광을 사용하는 다양한 기술들이 대두하고 있다. 광원에서 나오는 빔을 주사하여 사용하는 방법도 이들 중 하나로 바코드 스캐너나 기초적인 수준의 스캐닝 레이저 디스플레이 등을 이러한 기술의 전통적인 응용 사례로 꼽을 수 있다. 이러한 빔 스캐닝 기술은 적용 사례에 따라 다양한 주사 속도와 주사 범위를 요구하게 되는데, 기존의 빔 스캐닝은 갈바닉 미러나 회전형 폴리곤 미러 등의 구동되는 미러의 반사면과 입사광이 이루는 입사 각도를 조절하여 구현하는 방법이 주류를 이루고 있다. 갈바닉 미러의 경우 수 내지 수십 헤르쯔(Hz) 정도의 주사 속도를 요구하는 응용에 적합하며, 폴리곤 미러의 경우 수 킬로헤르쯔(kHz) 정도의 주사 속도를 구현하는 것이 가능하다. Recently, with the development of optical device technology, various technologies that use light as a medium for input / output terminals and information transmission of various information are emerging. Scanning and using beams from light sources is one of the traditional applications of this technology, such as barcode scanners and basic scanning laser displays. Such beam scanning technology requires various scanning speeds and scanning ranges depending on the application cases. Conventional beam scanning is implemented by adjusting the incident angle between the reflection surface of the driven mirror and the incident light such as a galvanic mirror or a rotating polygon mirror. How to do it is mainstream. Galvanic mirrors are suitable for applications requiring scan rates of several to tens of hertz (Hz), and polygon mirrors can achieve scan rates of several kilohertz (kHz).
제반 기술의 발달과 더불어 최근에는 빔 스캐닝 기술을 새로운 디바이스에 적용하거나, 이러한 기술을 채용하고 있는 기존의 적용 사례에서 성능을 더욱 향상시키려는 노력이 계속되고 있는데, 레이저 스캐닝을 사용한 고해상도의 원색 재현력이 뛰어난 투사 방식 디스플레이 시스템이나 두부 장착형 디스플레이, 레이저 프린터 등이 그 좋은 예이다. 이러한 높은 공간 분해능이 요구되는 빔 스캐닝을 필요로 하는 시스템에서는 통상적으로 빠른 주사 속도와 큰 각변위를 구현할 수 있는 스캐닝 미러가 요구되는데, 종래의 폴리곤 미러를 사용하는 방법의 경우 고속으로 회전하는 모터에 폴리곤 미러가 부착되어 있는 형태를 취하기 때문에, 주사 속도는 폴리곤 미러의 회전 각속도에, 나아가서 구동부 모터의 회전 속도에 비례하여 통상의 모터 회전 속도의 한계로 인하여 주사 속도를 증가시키는 데 한계가 있고, 전체 시스템의 부피와 전력 소모를 감소시키기 어려운 단점이 있다. 또한, 구동 모터부의 기계적 마찰 소음을 근본적으로 해결하여야 하며, 복잡한 구조로 인해 원가 절감을 기대하기 어렵다.With the development of various technologies, efforts have recently been made to apply beam scanning technology to new devices or to further improve the performance of existing applications employing these technologies. Projective display systems, head mounted displays, and laser printers are good examples. In systems requiring beam scanning requiring such high spatial resolution, a scanning mirror that can realize a high scanning speed and a large angular displacement is typically required. In the case of using a conventional polygon mirror, a motor that rotates at high speed is required. Since the polygon mirror is attached, the scanning speed is limited in increasing the scanning speed due to the limitation of the normal motor rotational speed in proportion to the rotational angular velocity of the polygon mirror and further in proportion to the rotational speed of the drive motor. The disadvantage is that it is difficult to reduce the volume and power consumption of the system. In addition, the mechanical friction noise of the drive motor unit must be fundamentally solved, and it is difficult to expect cost reduction due to the complicated structure.
도 1은 종래 기술에 의한 폴리곤 미러를 사용한 스캐닝 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing an example of a scanning apparatus using a polygon mirror according to the prior art.
상기 예에서 보는 바와 같이 광원(101)에서 출사된 입력광(111)은 각종 렌즈 등의 광학계(102)를 통과하여 폴리곤 미러(103)에 의해 반사된다. 모터(104)를 사용하여 모터 위에 부착된 폴리곤 미러(103)를 회전시킴으로써 반사광(112)을 폴리곤 미러의 회전 방향(113)에 의해 정의되는 소정의 방향(114)으로 주사할 수 있다. 폴리곤 미러를 사용한 주사 장치의 경우 단방향의 비교적 빠른 스캐닝을 구현할 수 있으나, 고해상도의 디스플레이 등에 적용하는 데에는 한계가 있다. As shown in the above example, the
도 2a 내지 도 2b는 종래 기술에 의한 마이크로미러를 사용한 스캐닝 장치의 주사 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.2A to 2B are schematic diagrams illustrating a scanning principle of a scanning apparatus using a micromirror according to the prior art.
도 2a에 나타난 바와 같이 마이크로미러(201)가 양쪽에 형성된 토션 빔(torsion beam, 202)을 축으로 회전함에 따라 반사 광(212)의 경로가 변경되어 빔 스캐닝을 구현하게 된다. 마이크로미러를 사용한 주사 장치의 경우 양 방향 주사가 가능하고, 수십 킬로헤르쯔(kHz)에 이르는 빠른 주사 속도를 구현할 수 있으나, 이러한 가혹 조건에서 구동할 경우 구동 원리상 도 2b에서 보는 바와 같이 마이크로미러가 펄럭이는 이른바 동적 변형 현상이 발생하여 반사면 및 반사 광(212)의 형상 및 특성을 왜곡시키는 원인이 된다.As shown in FIG. 2A, as the
따라서 고성능의 광 주사 장치를 구현하기 위해서는 이러한 동적 변형 현상을 억제할 수 있는 마이크로미러의 재질 및 구조 선정이 필요하다. 수직 방향의 빗살 모양 전극을 사용하는 종래의 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 경우, 제작 공정상 가동부와 고정부의 높은 정렬 정밀도가 요구되고, 회전 각도를 증가시키기 위해서는 높은 종횡비를 갖도록 구조물을 제작해야 하는 어려움이 있다. 또한, 미러 판에 부착되는 가동 빗살 모양 전극과 이에 인접한 고정부 빗살 모양 전극 모두 구동시 감쇄를 증가시키는 요인으로 작용하게 되는 단점이 있다. Therefore, in order to implement a high performance optical scanning device, it is necessary to select a material and a structure of a micromirror that can suppress such dynamic deformation. Conventional scanning micromirror devices using a comb-shaped electrode in the vertical direction require high alignment accuracy of the movable part and the fixed part in the manufacturing process, and the difficulty of manufacturing the structure to have a high aspect ratio in order to increase the rotation angle have. In addition, both the movable comb-shaped electrode attached to the mirror plate and the fixing part comb-shaped electrode adjacent thereto have a disadvantage of acting as a factor of increasing attenuation during driving.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 동적 변형 현상이 억제되고 빠른 주사 속도와 넓은 주사 범위를 구현할 수 있는 스캐닝 마이크로미러를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a scanning micromirror capable of suppressing dynamic deformation and realizing a high scanning speed and a wide scanning range.
본 발명의 다른 목적은, 전자력으로 구동되어 구동전압을 현저히 낮출 수 있고 종래의 마이크로미러에 비해 구조적 안정성과 광학적 성능이 향상되어 빠른 주사 속도와 넓은 주사 범위를 구현할 수 있는 스캐닝 마이크로미러 디바이스를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a scanning micromirror device which can be driven by an electromagnetic force to significantly lower the driving voltage and improve structural stability and optical performance compared to the conventional micromirror to realize a fast scan speed and a wide scan range. There is.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 스캐닝 마이크로미러는, 입력광을 반사시키는 반사면이 형성된 미러판 박막과 상기 미러판 박막을 지지하는 프레임 구조물을 구비하는 마이크로미러부; 상기 마이크로미러부에 각각의 일단이 연결되어 상기 마이크로미러부를 지지하는 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물을 포함한다. In order to solve the above problems, the scanning micromirror of the present invention includes: a micromirror unit including a mirror plate thin film having a reflective surface reflecting input light and a frame structure supporting the mirror plate thin film; Each end of the micromirror portion is connected to include a pair of internal elastic bending structure for supporting the micromirror portion.
본 발명에서, 상기 스캐닝 마이크로미러는 상기 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물 각각의 타단이 연결되고 상기 마이크로미러부를 둘러싸는 김블(gimbal) 및 상기 김블에 각각의 일단이 연결되어 상기 김블을 지지하는 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물을 더 포함하는 것이 바람직하다. In the present invention, the scanning micromirror is a pair to which the other end of each of the pair of internal elastic flexural structures are connected and one end of each of the gimbals and the gimbles surrounding the micromirror portions to support the gimbals. It is preferable to further include an outer elastic flexural structure of.
본 발명에서, 상기 반사면은 금속 또는 유전체 또는 금속과 유전체의 적층 가운데 선택되는 1종 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.In the present invention, the reflective surface is preferably formed of at least one selected from a metal or a dielectric or a stack of a metal and a dielectric.
본 발명에서, 상기 프레임 구조물은 적어도 하나 이상의 단위 프레임 구조물이 어레이 형태로 배치되어 형성되는 것이 바람직하고, 상기 프레임 구조물은 다이아몬드형 프레임을 사용하는 것 또는 속에 빈 공간을 구비하는 것 또는 상기 마이크로미러부 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지는 것 중에서 선택되는 한 가지 이상의 특징을 더 구비하는 것이 더욱 바람직하다. In the present invention, the frame structure is preferably formed by arranging at least one or more unit frame structures in an array form, the frame structure is to use a diamond-shaped frame or having an empty space therein or the micromirror portion It is more preferable to further have one or more features selected from those that become thinner toward the ends.
본 발명에서, 상기 마이크로미러부는 원형인 것이 바람직하다. In the present invention, the micromirror portion is preferably circular.
본 발명에서, 상기 김블은 원형의 고리의 형태인 것이 바람직하다. In the present invention, the gamble is preferably in the form of a circular ring.
본 발명에서, 상기 내부 탄성 굴신 구조물 또는 상기 외부 탄성 굴신 구조물 은 각각 외팔보 또는 비틀림 보 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. In the present invention, the inner elastic flexural structure or the outer elastic flexural structure is preferably at least one selected from cantilever beam and torsion beam, respectively.
본 발명에서, 상기 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물은 각각의 일단이 상기 마이크로미러부의 중심부의 일점에 대해 대칭되는 두 점에서 상기 마이크로미러부에 각각 연결되며, 상기 내부 탄성 굴신 구조물이 연결된 두 점을 잇는 축을 중심축으로 상기 마이크로미러부가 회전운동할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the pair of internal elastic flexural structures are respectively connected to the micromirror at two points each end is symmetrical with respect to a point of the central portion of the micromirror portion, the two points connected to the internal elastic flexural structure It is preferable that the micromirror portion is formed to be rotatable about a connecting axis about a central axis.
본 발명에서, 상기 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물은 각각의 일단이 상기 김블의 중심부의 일점에 대해 대칭되는 두 점에서 상기 김블에 각각 연결되며, 상기 외부 탄성 굴신 구조물이 연결된 두 점을 잇는 축을 중심축으로 상기 김블이 회전운동할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the pair of outer elastic flexural structure is connected to the gimbles at two points each end is symmetrical with respect to a point of the center of the gimbal, respectively, about the axis connecting the two points connected to the external elastic flexural structure It is preferable that the gimbals are formed to rotate in an axis.
본 발명에서, 상기 내부 탄성 굴신 구조물과 외부 탄성 굴신 구조물은 각자가 위치한 축이 서로 수직하도록 각각 연결되는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the inner elastic flexural structure and the outer elastic flexural structure are connected to each other so that the axes in which they are located are perpendicular to each other.
본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는, 디바이스 전 영역에 걸쳐서 자기장을 형성하는 자기장 공급부; 상기 자기장 공급부의 위쪽에 위치하고, 한쪽 면에는 전류가 흐를 수 있는 미러구동용 도선이 형성되고 반대쪽 면에는 입력광을 반사시키는 반사면이 형성된 미러판 박막과 상기 미러판 박막을 지지하는 프레임 구조물을 구비하며, 상기 자기장 공급부에 의한 자기장과 상기 도선에 흐르는 전류의 상호작용에 의한 전자력이 작용하여 운동하는 마이크로미러부; 및 상기 마이크로미러부에 각각의 일단이 연결되어 상기 마이크로미러부를 지지하는 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물을 포함한다. The electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention comprises: a magnetic field supply for forming a magnetic field over the entire area of the device; Located above the magnetic field supply unit, a mirror driving thin film is formed on one surface of which a current can flow, and a mirror structure on which the reflective surface reflects the input light is formed, and a frame structure supporting the mirror plate thin film. A micromirror unit in which an electromagnetic force acts by an interaction between a magnetic field by the magnetic field supply unit and a current flowing through the conductive wire; And a pair of internal elastic bending structures each end of which is connected to the micromirror part to support the micromirror part.
본 발명에서, 상기 반사면 및 프레임 구조물은 앞서 언급한 스캐닝 마이크로미러의 반사면 및 프레임 구조물과 유사한 특징을 가지는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the reflective surface and the frame structure have similar characteristics to the reflective surface and the frame structure of the aforementioned scanning micromirror.
본 발명에서, 상기 미러구동용 도선은 상기 마이크로미러부의 중심부의 일점에 대해서 대칭되는 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the mirror driving conductor is preferably formed in a pair symmetrical with respect to one point of the central portion of the micromirror portion.
본 발명에서, 상기 마이크로미러부는 원형인 것이 바람직하다. In the present invention, the micromirror portion is preferably circular.
본 발명에서, 상기 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 상기 내부 탄성 굴신 구조물 각각의 타단이 연결되고 상기 마이크로미러부를 둘러싸며 전류가 흐를 수 있는 김블구동용 도선을 구비하고 상기 자기장 공급부에 의한 자기장과 상기 김블구동용 도선에 흐르는 전류의 상호작용으로 인한 전자력이 작용하여 운동하는 김블(gimbal) 및 상기 김블에 각각의 일단이 연결되어 상기 김블을 지지하는 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물을 더 포함하는 것이 바람직하다. In an embodiment of the present invention, the electromagnetically driven scanning micromirror device may include a gamble driving lead through which the other end of each of the internal elastic bending structures may be connected, and the current may flow around the micromirror portion, and the magnetic field and the gamble by the magnetic field supply unit. It is preferable to further include a gimbal in which the electromagnetic force due to the interaction of the current flowing in the driving conductor and a pair of external elastic flexural structures connected to one end of the gimbal to support the gimbal. .
본 발명에서, 상기 김블구동용 도선은 상기 외부 탄성 구조물이 김블에 연결된 두 점을 잇는 축에 대해서 대칭되는 한 쌍으로 이루어진 것이 바람직하다. In the present invention, the gimble driving lead is preferably made of a pair symmetrical about the axis connecting the two points connected to the outer elastic structure gimble.
본 발명에서, 상기 김블은 원형의 고리의 형태인 것이 바람직하다. In the present invention, the gamble is preferably in the form of a circular ring.
본 발명에서, 상기 내부 탄성 굴신 구조물 및 상기 외부 탄성 굴신 구조물은 앞서 언급한 스캐닝 마이크로미러의 내부 탄성 굴신 구조물 및 외부 탄성 굴신 구조물과 유사한 특징을 가지는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the internal elastic flexural structure and the external elastic flexural structure have similar characteristics to the internal elastic flexural structure and the external elastic flexural structure of the aforementioned scanning micromirror.
본 발명에서, 상기 자기장 공급부는 지지대 및 상기 지지대 위에 부착되어 고정되는 적어도 하나 이상의 영구자석을 구비하는 것이 바람직하다. In the present invention, the magnetic field supply unit preferably has a support and at least one permanent magnet attached and fixed on the support.
본 발명에서, 상기 영구자석은 원통형의 내부자석과 상기 내부자석을 소정의 간격을 두고 둘러싼 속이 빈 원통형의 외부자석으로 구성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the permanent magnet is preferably composed of a cylindrical inner magnet and a hollow cylindrical outer magnet surrounding the inner magnet at a predetermined interval.
본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 어레이는 상기 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스를 평면 상에 소정의 개수의 행과 소정의 개수의 열로 이루어진 행렬의 형태로 배열하여 이루어진다. The electromagnetic force driven scanning micromirror array of the present invention is obtained by arranging the electromagnetic force driven scanning micromirror device in the form of a matrix consisting of a predetermined number of rows and a predetermined number of columns on a plane.
본 발명의 광 스캐닝 장치는 상기 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스를 사용하는 것을 특징으로 한다. The optical scanning device of the present invention is characterized by using the electromagnetic force driven scanning micromirror device.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 일 실시예를 나타낸 사시도로, 같은 실시예에 대하여 도 3a는 마이크로미러부의 반사면이 형성된 쪽에서 바라본 경우이고, 도 3b는 도선이 형성된 면 쪽에서 바라본 경우이다. 3A to 3B are perspective views showing one embodiment of the scanning micromirror of the present invention, in which FIG. 3A is viewed from the side in which the reflective surface of the micromirror is formed, and FIG. 3B is viewed from the side in which the conductive wire is formed. If it is.
도 3a 내지 도 3b의 실시예에서 스캐닝 마이크로미러는, 가장 안쪽의 원형의 마이크로미러부(301), 상기 마이크로미러부에 각각의 일단이 연결된 내부 탄성 굴신 구조물(303), 상기 마이크로미러부를 바깥에서 둘러싸고 상기 내부 탄성 굴신 구조물 각각의 타단이 연결되며 원형의 고리의 형상을 띤 김블(302), 및 상기 김블에 각각의 일단이 연결된 외부 탄성 굴신 구조물(304)을 포함하고 있다. In the embodiment of FIGS. 3A to 3B, the scanning micromirror may include an innermost
상기 실시예에서, 상기 마이크로미러부(301)는 일면에 입사하는 빛을 반사시키는 반사면이 형성된 미러판 박막과 상기 미러판 박막을 지지하는 프레임 구조물을 구비한다. 상기 반사면은 금속 또는 유전체 또는 금속과 유전체의 적층 가운데 선택되는 1종 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 프레임 구조물의 세부에 대해서는 도 4a 내지 도 4b 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다. In the above embodiment, the
상기 내부 탄성 굴신 구조물(303)과 외부 탄성 굴신 구조물(304)은 각각 마이크로미러부와 김블을 지지하는데, 그 형상은 일단과 타단이 존재하는 것이라면 어떤 것이라도 무방하고, 외팔보 또는 비틀림 보 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. The inner elastic
상기 실시예에서, 상기 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물(303)은 상기 마이크로미러부의 중심을 지나는 X-X'축 상에 위치하고 서로 대칭되는 형태로 연결되며, 상기 마이크로미러부는 상기 X-X'축을 중심으로 회전운동할 수 있다. In this embodiment, the pair of internal elastic
상기 실시예에서, 상기 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물(304)은 상기 김블의 중심을 지나는 Y-Y'축 상에 위치하고 서로 대칭되는 형태로 연결되며, 상기 김블은 상기 Y-Y'축을 중심으로 회전운동할 수 있다. In the embodiment, the pair of outer elastic
상기 실시예에서, 상기 내부 탄성 굴신 구조물이 놓인 X-X'축과 상기 외부 탄성 굴신 구조물이 놓인 Y-Y'축은 서로 같은 평면상에 위치하며 마이크로미러부의 중심점에서 직교한다. In the above embodiment, the X-X 'axis on which the inner elastic stretching structure is placed and the Y-Y' axis on which the outer elastic stretching structure is placed are on the same plane and orthogonal to the center point of the micromirror portion.
상기 김블(302)은 상기 마이크로미러부가 놓인 평면의 바깥을 둘러싸되 마이크로미러부의 상기 반사면이 형성된 면 쪽으로 빛이 들고 나는 경로를 막지 않는다면 전체적으로 어떤 형상을 띠어도 무방하나, 상기의 회전운동을 고려하여 전체적인 외곽이 원형의 형상을 띠는 것이 바람직하다. 특히 상기 실시예에 나타난 바와 같이 상기 마이크로미러부(301)는 원형으로, 상기 김블(302)은 상기 마이크로미러부가 놓인 것과 동일한 평면에 놓인 원형의 고리의 형상으로 각각 형성되는 것이 바람직하다. The
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 마이크로미러부의 일 실시예의 사시도로, 같은 실시예에 대해서 도 4a는 위쪽에서 바라본 경우이고 도 4b는 아래쪽에서 바라본 경우이다. 4A to 4B are perspective views of one embodiment of the micromirror portion of the scanning micromirror of the present invention, in which FIG. 4A is viewed from above and FIG. 4B is viewed from below.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 마이크로미러부는 두 개의 토션빔(torsion beam, 403)으로 표현된 내부 탄성 굴신 구조물에 의해 지지되며, 상기 토션빔을 축으로 회전 운동을 하게 된다. 미러판(401)의 두께는 프레임 구조물(402)의 두께에 비해 상대적으로 작은 값을 갖기 때문에 미러 구동시 동적 변형의 크기는 하부의 프레임 구조물에 의해 결정되며, 프레임보다 큰 미러판을 사용하였으므로 최적의 광 효율을 얻을 수 있다. 4A to 4B, the micromirror portion is supported by an internal elastic flexural structure represented by two
상기 실시예에서 프레임 구조물은 미러 끝단으로 갈수록 질량이 작아지는 모든 형태의 구조가 적용 가능하며, 미러 끝단으로 갈수록 상기 실시예와 같이 폭이 줄어들거나 또는 두께가 얇아지는 것이 바람직하다. In the above embodiment, the frame structure may be applied to any type of structure in which the mass decreases toward the mirror end, and the width decreases or the thickness becomes thinner, as in the embodiment, toward the mirror end.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 마이크로미러부의 일 실시예의 사시도이다. 5A-5C are perspective views of one embodiment of a micromirror portion of the scanning micromirror of the present invention.
도 5a 내지 도 5b의 실시예는 각각 마이크로미러부가 도 4b의 실시예와는 다른 형태의 프레임 구조물을 포함하는 경우로, 프레임 구조물을 제외한 나머지 구성요소는 도 4b의 실시예의 구성과 동일하다. 5A to 5B are cases in which the micromirror includes a frame structure having a different shape from that of the embodiment of FIG. 4B, and the rest of the components except for the frame structure are the same as those of the embodiment of FIG. 4B.
도 5a는 적어도 하나 이상의 단위 프레임 구조물(504)이 어레이 형태로 배치되어 형성된 프레임 구조물을 포함하고, 특히 상기 단위 프레임 구조물은 미러 끝단으로 갈수록 폭이 줄어드는 다이아몬드 형 프레임으로 형성된 경우이다. 상기 프레임 구조물을 상기 도 5a와 같이 형성하는 경우는 도 4b와 같이 하나의 프레임 구조물을 사용하는 경우와 비교할 때, 동일한 동적 변형 감소 효과를 얻으면서 미러판 박막의 전체적인 강성을 증가시킬 수 있다. FIG. 5A illustrates a frame structure formed by arranging at least one
도 5b는 도 5a의 어레이 형태의 프레임 구조물(504)에 식각 구멍(505)을 형성한 경우로, 프레임 구조물의 질량과 관성을 추가로 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 상기 식각 구멍의 형상은 당업자의 수준에 맞추어 다양하게 형성되는 것이 가능하나 본 발명에서는 벌집 형태의 육각형 모양으로 형성되는 것이 바람직하다. FIG. 5B illustrates a case in which an
도 5c는 도 5a의 다이아몬드 어레이 형 프레임 구조물이 미러 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성된 프레임 구조물(506)을 포함하는 경우로, 도 5a의 다이아몬드 형 단위 프레임이 어레이로 배열된 프레임을 사용하는 경우보다 프레임의 질량과 관성을 현저히 감소시킬 수 있다. FIG. 5C illustrates a case in which the diamond array frame structure of FIG. 5A includes a
도 6은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로 아래에 있는 자기장 공급부를 제외한 나머지 부분을 나타내고 있다. 6 is a plan view from above of an embodiment of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention, showing the rest of the magnetic field supply except the bottom.
도 6의 실시예에서, 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 가장 안쪽의 마이크로미러부(601)와, 상기 마이크로미러부를 바로 바깥쪽에서 둘러싼 김블(602)과, 상기 가장 밖에서 둘러싼 기판(605)과, 상기 상기 사이에 각각 연결되는 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물(603), 및 상기 가장 바깥쪽의 기판 사이에 각각 연결되는 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물(604)을 포함한다. In the embodiment of FIG. 6, the electromagnetically driven scanning micromirror device includes an
상기 실시예에서, 상기 마이크로미러부(601)의 구성은 도 7의 실시예의 마이크로미러부와 크게 다르지 않으므로, 도 7을 참조하여 설명한다. In the above embodiment, the configuration of the
상기 실시예에서, 상기 내부 탄성 굴신 구조물(603)과 외부 탄성 굴신 구조물(604)은 각각 외팔보, 비틀림 보 가운데 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. In the above embodiment, the inner elastic
상기 실시예에서, 상기 내부 탄성 굴신 구조물(603)은 서로 대칭하는 형상으로 형성된 한 쌍으로 이루어지고, 상기 한 쌍 각각의 일단은 마이크로미러부(601)의 중심부의 일 점에 대해 대칭되는 두 점에서 상기 마이크로미러부에 연결된다. 상기 마이크로미러부는 상기 내부 탄성 굴신 구조물이 마이크로미러부에 연결된 두 점을 잇는 축인 X-X'축을 중심축으로 김블(602)에 대해서 회전운동을 할 수 있다. 상기 회전운동에 대해서는 도 11을 참조하여 설명한다. In this embodiment, the internal elastic
상기 실시예에서, 상기 외부 탄성 굴신 구조물(604)은 서로 대칭하는 형상으 로 형성된 한 쌍으로 이루어지고, 상기 한 쌍 각각의 일단은 김블(602)의 중심부의 일 점에 대해서 대칭되는 두 점에서 상기 김블에 연결된다. 상기 김블은 상기 외부 탄성 굴신 구조물이 김블에 연결된 두 점을 잇는 축인 Y-Y'축을 중심축으로 기판(605)에 대해서 회전운동을 할 수 있다. 상기 회전운동에 대해서는 도 12를 참조하여 설명한다. In this embodiment, the outer elastic
상기 실시예에서, 마이크로미러부(601)는 X-X'축을 중심으로 회전운동을 하고 상기 마이크로미러부가 연결된 김블(602)은 Y-Y'축을 중심으로 회전운동을 할 수 있어, 상기 마이크로미러부는 X_X'와 Y-Y'의 두 축 모두에 대해 각변위가 달라지며 전체 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 2축의 방향으로 스캐닝을 조절할 수 있다. In the above embodiment, the
상기 X-X'축과 Y-Y'축이 상기 실시예에 나타난 것과 같이 동일한 평면상에서 서로 직교하는 경우 상기 마이크로미러부의 일면에 형성된 반사면에서 반사된 빛을 3차원 공간의 모든 범위에 대해 주사할 수 있으므로, 상기 내부 탄성 굴신 구조물이 놓인 X-X'축과 외부 탄성 굴신 구조물이 놓인 Y-Y'축은 동일한 평면상에서 서로 직교하는 것이 바람직하다. When the X-X 'axis and the Y-Y' axis are orthogonal to each other on the same plane as shown in the above embodiment, the light reflected from the reflection surface formed on one surface of the micromirror portion is scanned for all the ranges of the 3D space. Therefore, the X-X 'axis on which the inner elastic stretching structure is placed and the Y-Y' axis on which the outer elastic stretching structure is placed are preferably orthogonal to each other on the same plane.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예에서 자기장 공급부를 제외한 나머지 부분을 모두 나타낸 사시도로, 같은 실시예에 대해서 도 7a는 마이크로미러부의 반사면이 형성된 쪽에서 바라본 경우이고, 도 7b는 도선이 형성된 면 쪽에서 바라본 경우이다. 그리고 상기 도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 스캐닝 마이크로미러의 일 실시예를 나타낸 것이기도 하다. 7A to 7B are perspective views illustrating all parts of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention except for the magnetic field supply unit. FIG. 7A is a view of the same embodiment when the reflective surface of the micromirror unit is formed. 7B is the case seen from the surface side in which the conducting wire was formed. 7A to 7B also illustrate an embodiment of the scanning micromirror of the present invention.
도 7a 내지 도 7b의 실시예에서, 상기 마이크로미러부(701)는 전체적인 외곽은 원의 형상을 띠고, 한쪽 면에는 전류가 흐를 수 있는 미러구동용 도선이 형성되고 반대쪽 면에는 입력광을 반사시키는 반사면이 형성된 미러판 박막과 상기 미러판 박막을 지지하고 다이아몬드 형 단위 프레임 구조물이 어레이 형태로 배치된 프레임 구조물을 구비하며, 서로 대칭하는 형태로 구성된 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물(703)은 각각의 일단이 상기 마이크로미러부 중심점에 대해 대칭되는 점에서 마이크로미러부에 연결된다. In the embodiment of FIGS. 7A to 7B, the
상기 반사면은 금속 또는 유전체 또는 금속과 유전체의 적층 가운데 선택되는 1종 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. The reflective surface is preferably formed of at least one selected from a metal or a dielectric or a stack of a metal and a dielectric.
상기 실시예에서 상기 프레임 구조물은 다이아몬드 형 단위 프레임 구조물이 어레이 형태로 배치된 것으로, 그 전체적인 외곽이 원의 형상을 띠는 것 외에는 도 5a 내지 도 5c에 나타난 실시예 중의 하나의 것과 구성이 크게 다르지 않다. In the embodiment, the frame structure is a diamond-shaped unit frame structure is arranged in an array form, the configuration is not significantly different from any one of the embodiment shown in Figs. 5a to 5c except that the overall outline is in the shape of a circle. not.
상기 도 7b의 실시예에는 전류가 상기 내부 탄성 굴신 구조물을 통해서 마이크로미러부로 진입하고 마이크로미러부의 외곽의 절반을 지나며 마이크로미러부를 지름 방향으로 가로지르고 상기 마이크로미러부에 진입할 때 통과한 것과 같은 내부 탄성 굴신 구조물을 통해 마이크로미러부 밖으로 빠져나가도록 배치된, 서로 대칭되는 형태의 2개의 도선, 제 1 및 제 2 미러 구동 코일(711,712)이 표시되어 있다. 상기 두 도선의 배치와 발생하는 상기 두 도선에 흐르는 전류와 자기장의 상호작용에 의해 발생하는 전자력에 대해서는 도 8 및 도 11을 참조하여 설명한다. In the embodiment of FIG. 7B, the current flows into the micromirror portion through the internal elastic flexural structure, passes through the outer half of the micromirror portion, traverses the micromirror portion in the radial direction, and passes through when entering the micromirror portion. Two conductors, symmetrically shaped, first and second mirror drive coils 711, 712 are shown arranged to exit the micromirror portion through the elastic flexural structure. The arrangement of the two conductors and the electromagnetic force generated by the interaction between the current flowing through the two conductors and the magnetic field will be described with reference to FIGS. 8 and 11.
상기 실시예는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예 중 1축의 방향으로 스캐닝을 조절하는 디바이스에서 자기장 공급부를 제외한 나머지 부분을 나타낸 것이다. 상기 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물의 마이크로미러부와 연결되지 않은 타단이 외부와 직접 연결되고 하부에 자기장 공급부를 구비하여 구동되는 경우, 마이크로미러부가 내부 탄성 굴신 구조물에 의해 지지되면서 회전운동하므로 전체 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 1축의 방향으로 스캐닝을 조절한다. 이는 상기 도 6의 실시예에서 김블 및 외부 탄성 굴신 구조물이 없어 마이크로미러부가 외부의 기판과 직접 연결되고 X-X'축을 중심으로 회전운동하여 스캐닝을 조절하는 것과 같은 구성이다. The above embodiment shows the rest of the embodiments of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention except for the magnetic field supply in the device for adjusting the scanning in one axis direction. When the other end not connected to the micromirror portion of the pair of inner elastic flexural structures is directly connected to the outside and driven with a magnetic field supply part at the bottom thereof, the micromirror portion is rotated while being supported by the internal elastic flexural structure, so that the entire electromagnetic force The drive scanning micromirror device adjusts the scanning in the direction of one axis. In the embodiment of FIG. 6, there is no gamble and an external elastic stretching structure, and thus the micromirror portion is directly connected to an external substrate and rotates about an X-X 'axis to control scanning.
도 8은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로, 상기 도 6에 도선의 배치를 추가하여 나타낸 것이다. FIG. 8 is a plan view from above of an embodiment of the electromagnetically driven scanning micromirror device of the present invention, showing the arrangement of the conductors in FIG.
도 8의 실시예는 도 6의 실시예의 구성에 4개의 도선과 기판에 구비된 8개의 전극을 더 포함하여 표현되었다. 이하 도 8에 나타난 바를 토대로 제 1 및 제 2 김블 구동 코일과 제 1 및 제 2 미러 구동 코일의 4개의 도선을 상술한다. The embodiment of FIG. 8 is represented by further including four electrodes and eight electrodes provided on the substrate in the configuration of the embodiment of FIG. 6. Hereinafter, four conductors of the first and second gamble driving coils and the first and second mirror driving coils will be described in detail with reference to FIG. 8.
제 1 미러 구동 코일(811)은 위쪽의 제 1 미러 구동 코일용 전극1(821)과 제 1 미러 구동 코일용 전극2(822)에 양단이 각각 연결되고 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물 중 위쪽의 것, 김블, 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물 중 왼쪽의 것, 및 마이크로미러부에 걸쳐서 구비된다. 제 2 미러 구동 코일(812)은 아래쪽의 제 2 미러 구동 코일용 전극1(823)과 제 2 미러 구동 코일용 전극2(824)에 양단이 각각 연결 되고 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물 중 아래쪽의 것, 김블, 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물 중 오른쪽의 것, 및 마이크로미러부에 걸쳐서 배치된다. The first
제 1 김블 구동 코일(813)은 위쪽의 제 1 김블 구동 코일용 전극1(825)과 아래쪽의 제 1 김블 구동 코일용 전극2(826)에 양단이 각각 연결되고 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물과 김블에 걸쳐서 배치된다. 제 2 김블 구동 코일(814)은 위쪽의 제 2 김블 구동 코일용 전극1(827)과 아래쪽의 제 2 김블 구동 코일용 전극2(828)에 양단이 각각 연결되고 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물과 김블에 걸쳐서 배치된다. The first
상기 실시예에 나타난 것과 같이, 제 1 김블 구동 코일과 제 2 김블 구동 코일은 상기 외부 탄성 굴신 구조물이 김블에 연결된 두 점을 잇는 축인 Y-Y'축을 중심으로 서로 대칭되는 형태로 배치되는 것이 바람직하다. As shown in the above embodiment, the first and second gamble driving coils are preferably arranged in a symmetrical manner with respect to the Y-Y 'axis, which is an axis connecting two points connected to the external elastic flexural structure. Do.
상기 실시예에 나타난 것과 같이, 제 1 미러 구동 코일과 제 2 미러 구동 코일은 상기 마이크로미러부의 중심부의 일 점, 특히 마이크로미러부가 원형으로 구성된 경우는 그 중심점에 대해서 서로 대칭되는 형태로 배치되는 것이 바람직하다. As shown in the above embodiment, the first mirror driving coil and the second mirror driving coil are arranged at one point of the central portion of the micromirror portion, particularly in the case where the micromirror portion is formed in a circular shape and symmetrical with respect to the center point thereof. desirable.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 자기장 공급부의 일 실시예를 나타낸 사시도로, 특히 도 9b는 본 발명에서 자기장 공급부 상부에 전류가 흐르는 경로의 일 실시예를 포함한 나타낸 것이다. 9A to 9B are perspective views showing an embodiment of a magnetic field supply unit of the electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention, and in particular, FIG. 9B illustrates an embodiment of a path through which a current flows over the magnetic field supply unit in the present invention. .
도 9a의 실시예에서, 상기 자기장 공급부는 지지대(901) 및 상기 지지대 위에 구비된 두 개의 영구자석, 지지대의 가운데에 구비된 원통형의 내부자석(902)과 소정의 간격을 두고 상기 내부자석을 둘러싼 속이 빈 원통형의 외부자석(903)을 포함한다. In the embodiment of FIG. 9A, the magnetic field supply unit surrounds the inner magnet at a predetermined distance from the
도 9b의 실시예에서, 전류가 흐르는 경로는 상기 도 9a의 실시예의 자기장 공급부가 놓인 평면과 평행하면서 위쪽에 위치한 평면상에 위치하고 상기 자기장 공급부의 중심점의 수직 위쪽을 지나는 상기 평면상의 소정의 선(L)에 대칭되며 각기 직선 가운데에 반원의 형상을 포함하도록 형성된 한 쌍으로 구성되어 있다. In the embodiment of FIG. 9B, a path through which a current flows is located on a plane located above and parallel to the plane on which the magnetic field supply of the embodiment of FIG. 9A lies, and a predetermined line on the plane passing vertically upward of the center point of the magnetic field supply ( It is composed of a pair symmetrical to L) and formed to include a semicircle shape in the center of each straight line.
상기 실시예에서 왼쪽과 오른쪽의 전류가 흐르는 경로에는 전류(I)가 모두 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 흐르고, 자기장 공급부의 중심으로부터 방사상으로 뻗어나가는 성분의 자기장(Br)이 상기 전류가 흐르는 경로에 영향을 준다. 상기 전류와 자기장의 상호작용에 의해 전자력이 발생하는데, 상기 두 전류가 흐르는 경로 중 직선부분에서는 전류의 방향과 자기장의 방사상 성분의 방향이 서로 평행하여 본 발명의 작용과 관련해 의미 있는 크기의 전자력이 발생하지 않으나, 반원의 형상 부분에서는 왼쪽의 전류가 흐르는 경로에는 아래쪽 방향으로, 오른쪽의 전류가 흐르는 경로에는 위쪽 방향으로 전자력이 발생하여 작용한다. In this embodiment, the current flows from the upper left to the lower right in the paths through which the current flows to the left and the right, and the magnetic field Br of a component extending radially from the center of the magnetic field supply part affects the path through which the current flows. give. The electromagnetic force is generated by the interaction between the current and the magnetic field. In a straight portion of the two current paths, the direction of the current and the direction of the radial component of the magnetic field are parallel to each other, so that an electromagnetic force having a significant magnitude is related to the action of the present invention. However, in the shape of the semicircle, the electromagnetic force is generated in the downward direction in the path through which the current on the left flows and upward in the path through which the current on the right flows.
전체 전류가 흐르는 경로의 양쪽 끝이 고정되어 있는 경우라면, 상기 반원의 형상 부분에 발생한 전자력은 상기 전류가 흐르는 경로가 서로 대칭되는 기준인 선(L)을 축으로 회전운동을 일으키는 토크(T)로 작용하여, 전체 전류가 흐르는 경로는 회전운동을 하게 된다. If both ends of the path through which the entire current flows are fixed, the electromagnetic force generated in the shape of the semicircle is the torque T causing the rotational movement about the line L, the reference of which the path through which the current flows is symmetric with each other. As a result, the path through which the entire current flows is rotated.
도 10은 마이크로미러부 아래에 도 9a에 나타난 자기장 공급부의 일 실시예 를 구비한 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 도 8의 A-A'선을 따라 자른 단면을 나타낸 것이다. 10 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 8 of an embodiment of the electromagnetically driven scanning micromirror device of the present invention with one embodiment of the magnetic field supply shown in FIG. 9A below the micromirror. .
도 10의 실시예에서 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 아래쪽에 위치한 지지대(901)와 그 위에 부착된 내부자석(902)과 외부자석(903)의 두 영구자석을 구비한 자기장 공급부, 상기 자기장 공급부 위쪽 가운데에 위치한 도선이 형성된 면이 아래쪽으로 향한 마이크로미러부(801), 상기 마이크로미러부가 놓인 것과 동일한 평면에서 상기 마이크로미러부를 바로 바깥에서 둘러싼 김블(802), 및 상기 김블을 가장 바깥에서 둘러싼 기판(805)을 포함한다. In the embodiment of FIG. 10, the electromagnetically driven scanning micromirror device has a magnetic field supply having a
본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 두 개의 축을 중심으로 스캐닝을 조절할 수 있는데, 이를 위해서는 미러판이 형성된 평면상에서 중심으로부터 외부로 향하는 방사상의 자기장을 사용하는 것이 효율적이다. 상기 자기장의 방사상 방향의 성분을 크게 하기 위해 상기 자기장 공급부가 지지대 위에 구비하는 적어도 1개 이상의 영구자석은 원통형인 것이 바람직하다. The electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention can adjust scanning about two axes. For this purpose, it is efficient to use a radial magnetic field directed from the center to the outside on a plane on which a mirror plate is formed. In order to increase the radial component of the magnetic field, at least one permanent magnet provided by the magnetic field supply unit on the support is preferably cylindrical.
상기 자기장 공급부에는 하나의 영구자석만을 사용할 수도 있으나 상기 실시예에 나타난 것과 같이 원통형의 내부자석(902)과 소정의 간격(904)을 두고 상기 내부자석을 둘러싼 속이 빈 원통형의 외부자석(903)의 2개의 영구자석을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실시예에서 내부자석은 수직 위쪽 방향으로 자화되어 있고, 외부자석은 수직 아래쪽 방향으로 자화되어 있어 중심으로부터 방사상으로 뻗어나가는 자기장(B)이 마이크로미러부에 작용하는데, 상기 방사상의 자기장(B)은 수직 위쪽 방향으로 자화된 내부자석 하나만이 있는 경우보다 크기가 현저하게 증 가한다. 자기장의 크기가 증가하면 전체 전자력의 크기도 자기장의 크기에 비례하여 증가하므로, 상대적으로 작은 크기의 전류로 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러를 구동할 수 있어 효율적이다. Only one permanent magnet may be used for the magnetic field supply unit, but as shown in the above embodiment, the hollow cylindrical
상기 실시예에서, 전체 영구자석 영역의 하부에 배치되는 지지대(901)의 재료가 되는 물질의 비투자율(relative permeability)이 높을수록 영구자석에 의한 자기장의 대칭성이 증대되어, 방사상 방향 이외의 방향의 자기장에 의한 전자력이 더 효율적으로 상쇄된다. 따라서 상기 지지대는 비투자율이 높은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. In this embodiment, the higher the relative permeability of the material of the
도 11은 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로, 마이크로미러부의 회전운동과 관련 있는 부분을 나타낸 것이다. FIG. 11 is a plan view from above of an embodiment of an electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention, showing a portion associated with the rotational motion of the micromirror portion.
도 11의 실시예는 도 8의 일부분만을 나타낸 것으로, 4개의 도선 중에서 제 1 및 제 2 미러 구동 코일(811,812)만을 표시한 것을 제외하면 나머지 구성은 도 9의 그것과 같다. 11 shows only a part of FIG. 8, except that only the first and second
상기 실시예에서, 제 1 미러 구동 코일(811)에는 제 1 미러 구동 코일용 전극1(821)에서 제 1 미러 구동 코일용 전극2(822)로 전류가 흐르며, 제 2 미러 구동 코일(812)에는 제 2 미러 구동 코일용 전극1(823)에서 제 2 미러 구동 코일용 전극2(824)로 전류가 흐른다. 상기 마이크로미러부의 중심부의 바로 아래 쪽에 중심부가 위치하는 자기장 공급부는 도 8a의 실시예와 같은 것으로 마이크로미러부의 중 심점으로부터 방사상으로 뻗어나가는 자기장을 형성한다. In the above embodiment, a current flows from the first mirror drive coil electrode 1821 to the first mirror drive coil electrode 2 822 in the first
상기 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 미러 구동 코일의 여타의 부분에서는 자기장과 전류의 방향이 평행하여 전자력이 발생하지 않거나 서로 반대방향으로 전류가 흐르는 도선끼리 인접해 있어 자기장과 전류의 상호작용에 의한 전자력이 거의 작용하지 않으나, 마이크로미러부(801)의 끝단을 따라 형성된 두 반원의 형상의 부분에서는 본 발명의 작용과 관련해 의미 있는 전자력이 발생 및 작용한다. In the above embodiment, in the other parts of the first and second mirror drive coils, the direction of the magnetic field and the current are parallel so that no electromagnetic force is generated or the conductors flowing in the opposite directions are adjacent to each other, so that the magnetic field and the current interact. Although the electromagnetic force due to almost does not work, in the portion of the shape of the two semicircles formed along the end of the
상기 두 반원의 형상 중 제 1 미러 구동 코일(811)에 해당하는 위쪽의 반원에 흐르는 전류에 의한 전자력은 아래쪽으로 들어가는 방향으로 발생하고, 제 2 미러 구동 코일(812)에 해당하는 아래쪽의 반원에 흐르는 전류에 의한 전자력은 위쪽으로 나오는 방향으로 발생한다. The electromagnetic force caused by the current flowing in the upper semicircle corresponding to the first
상기 마이크로미러부(801)의 끝단을 따라 형성된 두 코일에 작용하는 전자력은 마이크로미러부를 운동시키는데, 상기 마이크로미러부 전체는 내부 탄성 굴신 구조물(803)에 의해 동일한 평면상에 놓인 김블(802)에 연결되어 지지되고 있어, 상기 내부 탄성 굴신 구조물이 놓인 평면상의 축을 중심으로 회전운동을 하게 된다. 상기 회전운동의 정도는 발생하는 전자력의 크기에 따라 달라지는데, 자기장의 크기 또는 자기장 공급부와 마이크로미러부 사이 거리의 조절보다는 주로 제 1 및 제 2 미러 구동 코일에 흐르는 전류의 크기에 따라 달라진다. 전자력의 크기가 줄어들면, 탄성체로 이루어진 상기 내부 탄성 굴신 구조물에 의한 반발력으로 상기 마이크로미러부는 회전운동 전의 모습으로 복귀한다. Electromagnetic forces acting on two coils formed along the ends of the
도 12는 본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스의 일 실시예를 위에서 바라본 평면도로, 김블의 회전운동과 관련 있는 부분을 나타낸 것이다. 12 is a plan view from above of an embodiment of an electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention, showing a portion related to the rotational motion of the gimbal.
도 12의 실시예는 도 8의 일부분만을 나타낸 것으로, 4개의 도선 중에서 제 1 및 제 2 김블 구동 코일(813,814)만을 표시한 것을 제외하면 나머지 구성은 도 9의 그것과 같다. 12 shows only a part of FIG. 8, except that only the first and second
상기 실시예에서, 제 1 김블 구동 코일(813)에는 제 1 김블 구동 코일용 전극1(825)에서 제 1 김블 구동 코일용 전극2(826)로 전류가 흐르며, 제 2 김블 구동 코일(814)에는 제 2 김블 구동 코일용 전극1(827)에서 제 2 김블 구동 코일용 전극2(828)로 전류가 흐른다. 상기 김블의 중심부의 바로 아래 쪽에 중심부가 위치하는 자기장 공급부는 도 8a의 실시예와 같은 것으로 김블의 중심점으로부터 방사상으로 뻗어나가는 자기장을 형성한다. In the above embodiment, a current flows from the first gamble drive coil electrode 1 825 to the first gamble drive coil electrode 2 826 in the first
상기 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 김블 구동 코일의 여타의 부분에서는 자기장과 전류의 방향이 평행하여 전자력이 발생하지 않으나, 김블의 끝단을 따라 형성된 두 반원의 형상의 부분에서는 본 발명의 작용과 관련해 의미 있는 전자력이 발생 및 작용한다. In the above embodiment, in other parts of the first and second gamble drive coils, the direction of the magnetic field and the current are parallel, so that no electromagnetic force is generated, but in the part of the shape of two semicircles formed along the ends of the gamble, the function of the present invention In relation to this, a significant electromagnetic force is generated and acted upon.
상기 두 반원의 형상 중 제 1 김블 구동 코일(813)에 해당하는 왼쪽의 반원에 흐르는 전류에 의한 전자력은 아래쪽으로 들어가는 방향으로 발생하고, 제 2 김블 구동 코일에 해당하는 오른쪽의 반원에 흐르는 전류에 의한 전자력은 위쪽으로 나오는 방향으로 발생한다. The electromagnetic force generated by the current flowing in the semicircle on the left side corresponding to the first
상기 김블(802)의 끝단을 따라 형성된 두 코일에 작용하는 전자력은 김블을 운동시키는데, 상기 김블 전체는 외부 탄성 굴신 구조물(804)에 의해 동일한 평면상에 놓인 기판(805)에 연결되어 지지되어, 상기 외부 탄성 굴신 구조물이 놓인 평면상의 축을 중심으로 회전운동을 하게 된다. 상기 회전운동의 정도는 발생하는 전자력의 크기에 따라 달라지는데, 자기장의 크기 또는 자기장 공급부와 마이크로미러부 사이 거리의 조절보다는 주로 제 1 및 제 2 김블 구동 코일에 흐르는 전류의 크기에 따라 달라진다. 전자력의 크기가 줄어들면, 탄성체로 이루어진 상기 외부 탄성 굴신 구조물에 의한 반발력으로 상기 김블은 회전운동 전의 모습으로 복귀한다. The electromagnetic force acting on the two coils formed along the ends of the
본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 하나의 광원으로부터 입사하는 빛을 반사시켜 주사하는데 용이하게 사용된다. 복수 개의 광원으로부터 입사하는 빛의 주사를 조절하기 위해서는 상기 디바이스가 어레이로 배열되는 것이 바람직하다. 미세 가공 기술 또는 마이크로머시닝 공정을 통해 형성된 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스가 소정의 수 개의 행과 수 개의 열로 이루어진 어레이로 배열된 경우, 상기 어레이에 입사하는 빛을 반사시킨 광의 파면의 주사를 조절할 수 있다. The electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention is easily used to reflect and scan light incident from one light source. It is preferred that the devices be arranged in an array to control the scanning of light incident from a plurality of light sources. When the electromagnetically driven scanning micromirror devices formed through the micromachining technique or the micromachining process are arranged in an array of several predetermined rows and columns, scanning of the wavefront of the light reflecting the light incident on the array can be controlled. .
본 발명의 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스는 마이크로미러를 사용하는 종래의 통상적인 광 스캐닝 장치에 사용될 수 있다. 종래의 통상적인 광 스캐닝 장치에 있어서 마이크로미러 및 상기 미러를 구동하는 전자력 구동기 또는 스텝 모터 등의 구동부 대신에 상기 디바이스를 사용하여 광 스캐닝 장치를 구성하는 것이 바람직하며, 이 경우 광 스캐닝 장치는 더 넓은 주사범위와 더 빠른 주사속도를 가진다. The electromagnetic force driven scanning micromirror device of the present invention can be used in a conventional conventional optical scanning apparatus using a micromirror. In the conventional conventional optical scanning apparatus, it is preferable to configure the optical scanning apparatus by using the device in place of a driving unit such as a micromirror and an electromagnetic force driver or a step motor for driving the mirror, in which case the optical scanning apparatus is wider. It has a scanning range and a faster scanning speed.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 스캐닝 마이크로미러의 동적 변형 현상이 억제되고 2축 구동으로 넓은 주사 범위와 빠른 주사 속도가 구현 가능하다. As described above, according to the present invention, the dynamic deformation of the scanning micromirror is suppressed, and a wide scan range and a high scan speed can be realized by two-axis driving.
또한, 본 발명에 의하면, 1축 또는 2축 구동방식을 모두 적용할 수 있어 양산성이 높아 경제성이 높고, 전자력으로 구동되어 구동전압을 현저히 낮출 수 있으며, 종래의 마이크로미러에 비해 구조적 안정성과 광학적 성능이 향상되어 빠른 주사 속도와 넓은 주사 범위를 구현할 수 있는 전자력 구동 스캐닝 마이크로미러 디바이스가 제공된다. In addition, according to the present invention, it is possible to apply both the single-axis or two-axis driving method, high productivity, high economical efficiency, can be driven by the electromagnetic force can significantly lower the driving voltage, and compared with the conventional micromirror structural stability and optical The performance is enhanced to provide an electromagnetically driven scanning micromirror device capable of high scan rates and wide scan ranges.
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