KR20140088400A - 스캐닝 마이크로 미러 - Google Patents

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Abstract

실시예는 제1 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 제1 탄성체의 사이에 배치되는 미러; 상기 한 쌍의 제1 탄성체를 통하여 상기 미러와 연결되는 짐벌(gimbal); 제2 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 제2 탄성체를 통하여 짐벌과 연결되는 한 쌍의 앵커; 및 상기 제1 탄성체와 미러에 대응하여 제1 홈이 형성된 자성체를 포함하는 스캐닝 마이크로 미러를 제공한다.

Description

스캐닝 마이크로 미러{Scannng micro mirror}
실시예는 스캐닝 마이크로 미러에 관한 것으로 보다 상세하게는 MEMS기술을 이용한 전자력 구동 레이저 스캐닝 미러에 관한 것이다.
광소자 기술의 발전과 더불어 각종 정보의 입력단과 출력단 및 정보 전달의 매개체로 광을 사용하는 다양한 기술들이 제시되고 있는데, 바코드 스캐너(barcode scanner)나 기초적인 수준의 스캐닝 레이저 디스플레이(scanning laser display) 등과 같이 광원에서 나오는 빔을 주사하여 사용하는 기술을 대표적인 예로 들 수 있다. 특히, 최근에는 높은 공간 분해능(High Spatial Resolution)의 빔 스캐닝을 이용한 시스템이 개발되고 있으며, 이러한 시스템으로는 레이저 스캐닝(laser scanning)을 사용한 고해상도의 원색 재현력이 뛰어난 투사 방식 디스플레이 시스템(projection display system)이나 HMD(Head Mounted Display), 레이저 프린터 등이 있다.
이러한 빔 스캐닝 기술은 적용 사례에 따라 다양한 주사 속도(Scanning Speed)와 주사 범위(Scanning Range)와 각 변위(Angular displacement) 및 틸팅 각도(Tilting Angle)를 가지는 스캐닝 미러가 요구된다. 스캐닝 마이크로 미러는 광원(光源)으로부터 들어온 광선을 미러를 통해 1차원 또는 2차원 영역에 주사하여 화상을 결상하거나 데이터를 읽어 들이는 소자이다.
도 1은 종래의 2차원 스캐닝 마이크로 미터의 구조와 원리를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 스캐닝 마이크로 미러(100)는 빛을 반사하기 위한 미러(110)와, 미러(110)를 수평방향으로 회전시키기 위한 수평 스프링(120)과, 미러(110)를 수직방향으로 회전시키기 위한 수직 스프링(140)과, 미러(110)의 수직방향과 수평방향 회전을 분리하기 위한 짐벌(130)로 구성되어 있다. 미러(110)는 수직 스프링(140)과 수평 스프링(120)을 통하여 수직방향과 수평방향으로 회전을 함으로서 입사된 빛을 스캔하여 화면을 결상하거나 데이터를 읽어 들이는 원리로 동작한다. 한 쌍의 수평 스프링(140)은 각각 앵커(anchor, 151, 152)과 연결되어 지지되거나 구동될 수 있고, 미러(110)에서 반사된 빛은 스크린(screen)으로 투사되어, 수평 방향과 수직 방향에서 각각 스캔(scan)될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 스캐닝 마이크로 미러와 자성체를 나타낸 도면이다.
스캐닝 마이크로 미러는 전자력 구동방식을 이용하고 있으며, 스캐닝 마이크로 미러(100)는 자성체(200)와 인접하게 배치될 수 있다. 자성체(200)는 내부의 제1 자성체(210)와 외부의 제2 자성체(210)로 이루어져 있는데, 제1 자성체(210)와 제2 자성체(220)의 사이에 홀(hole)이 형성될 수 있다. 짐벌의 움직임으로 인해 자성체(200)와 스캐닝 마이크로 미러는 일정한 갭(gap,d1)을 두고 동작을 하게 되어 있다.
전자력 구동 방식에서 상술한 갭(gap,d1)은 구동 토크의 저하를 초래하여 높은 구동 전력을 요구할 수 있다. 또한, 스캐닝 마이크로 미러와 자성체의 패키징시에 일정한 갭이 유지되지 않으면 소자간 구동전력 편차 및 짐벌이 자석에 닿아 이상 구동하는 문제점이 있다.
실시예는 스캐닝 마이크로 미러에서 자성체의 변화를 통하여, 자성체와 미러 및 짐벌과의 사이에 수직 방향의 갭이 없는 구조를 제안하여 구동 토크의 저하 방지로 인한 구동 전력의 저하와 미러의 이상 구동을 방지하고자 한다.
실시예는 제1 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 제1 탄성체의 사이에 배치되는 미러; 상기 한 쌍의 제1 탄성체를 통하여 상기 짐벌과 연결되는 짐벌(gimbal); 제2 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 제2 탄성체를 통하여 미러와 연결되는 한 쌍의 앵커; 및 상기 제1 탄성체와 미러에 대응하여 제1 홈이 형성된 자성체를 포함하는 스캐닝 마이크로 미러를 제공한다.
자성체는 상기 짐벌과 대응되는 영역을 사이에 두고 배치되는 제1 자성체와 제2 자성체로 구분될 수 있다.
제1 홈은 상기 제1 자성체에 형성될 수 있다.
스캐닝 마이크로 미러는 제2 탄성체와 대응하여 상기 제2 자성체에 형성된 제2 홈을 더 포함할 수 있다.
제1 홈의 깊이는 상기 제2 홈의 깊이와 동일할 수 있다.
제1 방향과 제2 방향은 서로 수직일 수 있다.
미러의 바닥면의 높이는 상기 제1 자성체의 윗면의 높이와 동일할 수 있다.
제1 탄성체의 바닥면의 높이는 상기 제1 자성체의 윗면의 높이와 동일할 수 있다.
짐벌의 바닥면의 높이는 상기 제2 자성체의 윗면의 높이와 동일할 수 있다.
제2 탄성체의 바닥면의 높이는 상기 제 2자성체의 윗면의 높이와 동일할 수 있다.
미러와 상기 제1 탄성체는 상기 제1 홈이 형성된 상기 자성체의 바닥면과 기설정된 간격 이격되어 배치될 수 있다.
제2 탄성체는 상기 제2 홈이 형성된 상기 제2 자성체의 바닥면과 기설정된 간격 이격되어 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 스캐닝 마이크로 미러는 전자력 구동 방식의 스캐닝 마이크로 미러에서 자성체와 스캐닝 미러 사이의 갭을 제거하여 저전력 구동이 가능하고, 자성체에 홈이 형성되어 짐벌 및 미러의 회전시에 자성체와의 접촉을 방지하여 회전각의 제한이 줄어들 수 있다.
도 1은 종래의 2차원 스캐닝 마이크로 미터의 구조와 원리를 나타낸 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 스캐닝 마이크로 미러와 자성체를 나타낸 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 스캐닝 마이크로 미러와 자성체의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3a의 스캐닝 마이크로 미러의 구조를 상세히 나타낸 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 도 3a의 X-X'축 방향의 단면도와, Y-Y'축 방향의 단면도이고,
도 6a 및 도 6b는 도 5a 및 도 5b에 도시된 스캐닝 마이크로 미러의 구동을 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 스캐닝 마이크로 미러와 자성체의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3a의 스캐닝 마이크로 미러의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 스캐닝 마이크로 미러는 전자력 구동방식을 이용하고 있으며, 스캐닝 마이크로 미러(300)는 자성체(400)와 인접하게 배치될 수 있다.
스캐닝 마이크로 미러(300)는 빛을 반사하기 위한 미러(310)와, 미러(310)와 제1 탄성체(320)를 통하여 연결되는 짐벌(gimbal, 330)과, 짐벌과 제2 탄성체(340)를 통하여 연결되는 앵커(350)와 한 쌍의 자성체(400)를 포함하여 이루어진다.
미러(310)는 상술한 제1,2 탄성체(320, 340)와 자성체(400)와의 작용에 의하여 빛을 스크린(미도시) 방향으로 반사시킬 수 있다. 제1 탄성체(320)는 제1 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 탄성체(321, 322)로 이루어져서 제1 방향으로 미러(310)를 회전시킬 수 있고, 제2 탄성체(340)는 미러(310)를 제2 방향으로 회전시킬 수 있는데, 본 실시예에서 제1,2 탄성체(320, 340)는 각각 스프링일 수 있으며, 제1 방향은 수직 방향이고 제2 방향은 상기 제1 방향과 수직인 방향 즉, 수평 방향일 수 있다.
짐벌(330)은 제2 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 탄성체(341,342)를 포함하는 제2 탄성체를 통하여 앵커(351, 352)와 연결되고, 한 쌍의 제2 탄성체(340)는 각각 앵커(351, 352)에 연결되어 지지되거나 구동될 수 있고, 미러(310)에서 반사된 빛은 스크린(screen)으로 투사되어, 수평 방향과 수직 방향에서 각각 스캔(scan)될 수 있다.
자성체(400)는 내부의 제1 자성체(410)와 외부의 제2 자성체(410)로 이루어져 있는데, 제1 자성체(410)와 제2 자성체(420)의 사이에 홀(hole)이 형성될 수 있다.
제1 자성체(410)에는 미러(310)와 제1 탄성체(320)에 대응되어 제1 홈(412, 414)가 형성되고, 짐벌(330)은 홀과 대응되어 배치되고 상기 홀에 의하여 제1 자성체(410)와 제2 자성체(42)가 구분될 수 있고, 제2 자성체(420)에는 제2 탄성체(340)와 대응되어 제2 홈(424)이 형성되고 있다.
상술한 제1 홈(412, 414)의 깊이는 제2 홈(424)의 깊이와 동일할 수 있는데, 서로 연결된 미러(310)와 제1 탄성체(320) 및 제2 탄성체(340)가 동일한 높이에 배치될 수 있기 때문이다.
본 실시예에 따른 스캐닝 마이크로 미러에서 미러(310)와 제1 탄성체(320)의 바닥면의 높이는 제1 자성체(410)의 윗면의 높이와 동일하게 배치될 수 있는데, 상술한 제1 홈(412, 414)으로 인하여 미러(310) 및 제1 탄성체(320)은 제1 자성체(410)와 접촉하지 않을 수 있으며, 제1 홈(412, 414)은 미러(310) 및 제1 탄성체(320)의 구동시에 미러(310) 및 제1 탄성체(320)은 제1 자성체(410)와 접촉하지 않게 할 수 있다.
미러(310)와 제1 탄성체(320)는 제1 홈(412, 414)이 형성된 제1 자성체(410)의 바닥면과 기설정된 간격 이격되어 배치될 수 있는데, 여기서 제1 자성체(410)의 바닥면은 제1 홈(412, 414)이 형성된 영역을 뜻하고 '기설정된 간격'은 제1 홈(412, 414)의 높이와 동일할 수 있다.
짐벌(330)의 바닥면의 높이는 제1 자성체(410) 또는 제2 자성체(420)의 윗면의 높이와 동일할 수 있는데, 짐벌(330)이 제1 탄성체(320) 및 제2 탄성체(340)와 동일한 높이로 연결될 수 있기 때문이다.
제2 탄성체(340)의 바닥면의 높이는 제2 자성체(420)의 윗면의 높이와 동일하게 배치될 수 있는데, 상술한 제2 홈(424)으로 인하여 제2 탄성체(340)는 제2 자성체(420)와 접촉하지 않을 수 있으며, 제2 홈(424)은 제2 탄성체(340)의 구동시에 제2 탄성체(340)은 제1 자성체(420)와 접촉하지 않게 할 수 있다.
제1 탄성체(340)는 제2 홈(424)이 형성된 제2 자성체(420)의 바닥면과 기설정된 간격 이격되어 배치될 수 있는데, 여기서 제2 자성체(420)의 바닥면은 제2 홈(424)이 형성된 영역을 뜻하고 '기설정된 간격'은 제2 홈(424)의 높이와 동일할 수 있다.
본 실시예에 따른 스캐닝 마이크로 미러에서, 짐발과 미러의 회전을 위하여는 짐벌과 평행한 자기력이 필요하며 도시된 바와 같이 원형 내지 환형의 영구자석 등의 자성체를 사용할 수 있다. 이때, 자기력 강도는 자성체와 인접한 위치에서 가장 세기가 세며 거리에 따라 자기력 강도는 점점 줄어든다. 따라서, 강한 자기력을 이용하기 위해서는 짐벌 자성체와 최대한 가까이 위치해야 저전력으로 구동을 구현 할 수 있고, 이러한 구성을 위하여 상술한 바와 같이 자성체에 홈을 형성할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 3a의 X-X'축 방향의 단면도와, Y-Y'축 방향의 단면도이다.
도 5a에서 제1 자성체(410)의 윗면은 미러(310) 및 제1 탄성체(321,322)의 바닥면과 제1 홈(412, 414a, 414b)의 높이(h1) 만큼 이격되고 있는데, 제1 홈(412, 414a, 414b)이 형성되지 않은 영역에서의 제1 자성체(410)의 윗면은 미러(310) 및 제1 탄성체(321,322)의 바닥면과 동일할 수 있다. 짐벌(330)은 제1 자성체(410)과 제2 자성체(420) 사이의 홀(hole)에 대응하여 형성되고 있다.
도 5b에서 미러(310)가 제1 자성체(410)에 형성된 제1 홈(412)와 이격되어 배치되고 있으며, 짐벌(330)은 제1 자성체(410)과 제2 자성체(420) 사이의 홀(hole)에 대응하여 형성되고 있으며, 제2 자성체(420)의 윗면은 제2 탄성체(341,342)의 바닥면과 제2 홈(424a, 424b)의 높이(h2) 만큼 이격되고 있는데, 제2 홈(424a, 424b)이 형성되지 않은 영역에서의 제2 자성체(420)의 윗면은 제2 탄성체(341,342)의 바닥면과 동일할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a 및 도 5b에 도시된 스캐닝 마이크로 미러의 구동을 나타낸 도면이다.
도 6a에서 짐벌(330)의 움직임으로 인하여 미러(310)와 제1 탄성체(321, 322)가 점선으로 도시된 바와 같이 이동할 수 있는데, 제1 탄성체(321, 322)는 제1 홈(414a, 414b)의 깊이(h1)의 범위 이내에서 움직일 수 있다.
도 6b에서도 짐벌(330)의 움직임으로 인하여 미러(310)가 점선으로 도시된 바와 같이 이동할 수 있는데, 미러(310)는 제1 홈(412)의 깊이의 범위 이내에서 움직일 수 있으며, 제2 탄성체(341, 342)는 제2 홈(414a, 414b)의 깊이(h2)의 범위 이내에서 움직일 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 홈과 제2 홈으로 인하여 스캐닝 마이크로 미러의 구동시에 미러 및 짐벌은 자성체와의 접촉이 방지되며, 자기력의 손실은 최대한 방지할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 300: 스캐닝 마이크로 미러 110, 310: 미러
120:수평 스프링 130, 330: 짐벌
140: 수직 스프링 151,152: 앵커
200, 400: 자성체 210, 410:제1 자성체
220, 420: 제2 자성체 320: 제1 탄성체
340: 제2 탄성체 321,322,341,342: 탄성체
350: 앵커 412, 414: 제1 홈
424: 제2 홈

Claims (12)

  1. 제1 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 제1 탄성체의 사이에 배치되는 미러;
    상기 한 쌍의 제1 탄성체를 통하여 상기 미러와 연결되는 짐벌(gimbal);
    제2 방향에서 서로 마주보는 한 쌍의 제2 탄성체를 통하여 짐벌과 연결되는 한 쌍의 앵커; 및
    상기 제1 탄성체와 미러에 대응하여 제1 홈이 형성된 자성체를 포함하는 스캐닝 마이크로 미러.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 짐벌과 대응되는 영역을 사이에 두고 배치되는 제1 자성체와 제2 자성체로 구분되는 스캐닝 마이크로 미러.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 홈은 상기 제1 자성체에 형성된 스캐닝 마이크로 미러.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 탄성체와 대응하여 상기 제2 자성체에 형성된 제2 홈을 더 포함하는 스캐닝 마이크로 미러.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 홈의 깊이는 상기 제2 홈의 깊이와 동일한 스캐닝 마이크로 미러.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직인 스캐닝 마이크로 미러.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 미러의 바닥면의 높이는 상기 제1 자성체의 윗면의 높이와 동일한 스캐닝 마이크로 미러.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 탄성체의 바닥면의 높이는 상기 제1 자성체의 윗면의 높이와 동일한 스캐닝 마이크로 미러.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 짐벌의 바닥면의 높이는 상기 제2 자성체의 윗면의 높이와 동일한 스캐닝 마이크로 미러.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 탄성체의 바닥면의 높이는 상기 제 2자성체의 윗면의 높이와 동일한 스캐닝 마이크로 미러.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 미러와 상기 제1 탄성체는 상기 제1 홈이 형성된 상기 자성체의 바닥면과 기설정된 간격 이격되어 배치되는 스캐닝 마이크로 미러.
  12. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 탄성체는 상기 제2 홈이 형성된 상기 제2 자성체의 바닥면과 기설정된 간격 이격되어 배치되는 스캐닝 마이크로 미러.
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