WO2020054995A1 - 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기 - Google Patents

스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기 Download PDF

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WO2020054995A1
WO2020054995A1 PCT/KR2019/010634 KR2019010634W WO2020054995A1 WO 2020054995 A1 WO2020054995 A1 WO 2020054995A1 KR 2019010634 W KR2019010634 W KR 2019010634W WO 2020054995 A1 WO2020054995 A1 WO 2020054995A1
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WO
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mirror
axis
substrate
scanner
distance
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/010634
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English (en)
French (fr)
Inventor
이병구
박주도
안재용
김상천
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to a scanner, a scanner module and an electronic device having the same, and more particularly, to a scanner capable of wide-angle scanning, a scanner module and an electronic device having the same.
  • Optical-based MEMS scanners have been developed for projector-based displays, and have recently been adopted in riders, etc. for the detection of users in robots, drones, vehicles, driving aids, or home appliances. .
  • An object of the present invention is to provide a scanner capable of wide-angle scanning, a scanner module, and electronic devices having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a scanner, a scanner module and an electronic device having the same, which can reduce the element size while reducing optical interference.
  • Another object of the present invention is to provide a scanner, a scanner module, and an electronic device having the same, with improved horizontal and vertical resolution and beam reflection performance.
  • a vehicle scanner for achieving the above object, a scanner module and an electronic device having the same, a mirror rotating about a first axis in a direct manner, and first and second mirrors First and second mirror support members connected to the side, first and second mirror springs respectively connected to the first and second mirror support members, and a plurality of combs for supplying a rotational force based on constant power to the mirror ( comb) and a substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and the distance between the center of the mirror and the substrate on the basis of the second axis intersecting the first axis is 1.41 to 4.41 times the radius of the mirror.
  • the size of the rotation angle compared to the second axis is 25 to 40 degrees.
  • a step is formed on the substrate, and the difference between the center of the mirror or the center of the top of the mirror and the step of the substrate may be within 0.53 times the radius of the mirror.
  • a step is formed on the substrate, and the substrate may be formed lower than the center of the mirror with respect to the second axis.
  • the height of the stepped substrate may increase as the distance from the mirror increases.
  • the distance between the mirror and the substrate on the basis of the second axis intersecting the first axis may be 0.41 to 3.41 times the radius of the mirror.
  • a scanner according to another embodiment of the present invention, a scanner module, and an electronic device equipped with the same, the mirror rotating about the first axis in a direct manner, and the first and second sides of the mirror, respectively A first axis and a second mirror spring connected to each other, and at least one coil connected to the first and second mirror springs, and a substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, the second axis intersecting the first axis
  • the distance between the center of the mirror and the substrate is 1.41 to 4.41 times the radius of the mirror.
  • the size of the rotation angle compared to the second axis is 25 to 40 degrees.
  • a step is formed on the substrate, and the difference between the center of the mirror or the center of the top of the mirror and the step of the substrate is within 0.53 times the radius of the mirror.
  • a step is formed on the substrate, and the substrate is formed lower than the center of the mirror with respect to the second axis.
  • the height of the substrate on which the step is formed increases as the distance from the mirror increases.
  • a first pattern and a second pattern attached to the first and second sides of the mirror are further included on the rear surface of the mirror.
  • the distance between the mirror and the substrate on the basis of the second axis intersecting the first axis is 0.41 to 3.41 times the radius of the mirror.
  • it further includes a rim connected to the mirror, the first and second mirror springs.
  • the third and fourth mirror springs further connected to the first and second mirror springs and extending in the second axis direction crossing the first axis.
  • the widths of the third and fourth mirror springs are larger than the widths of the first and second mirror springs.
  • a vehicle scanner includes a mirror that rotates about a first axis in a direct manner, and are connected to first and second sides of the mirror, respectively.
  • the distance between the center of the mirror and the substrate on the basis of the second axis intersecting the first axis including the substrate formed spaced apart from the outside is 1.41 to 4.41 times the radius of the mirror. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the size of the rotation angle compared to the second axis is 25 to 40 degrees. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • a step is formed on the substrate, and the difference between the center of the mirror or the center of the top of the mirror and the step of the substrate may be within 0.53 times the radius of the mirror. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • a step is formed on the substrate, and the substrate may be formed lower than the center of the mirror with respect to the second axis. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the height of the stepped substrate may increase as the distance from the mirror increases. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the distance between the mirror and the substrate on the basis of the second axis intersecting the first axis may be 0.41 to 3.41 times the radius of the mirror. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • it further includes a rim connected to the mirror, the first and second mirror springs. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the third and fourth mirror springs further connected to the first and second mirror springs and extending in the second axis direction crossing the first axis. Accordingly, stress applied to the first and second mirror springs can be reduced.
  • the widths of the third and fourth mirror springs are larger than the widths of the first and second mirror springs. Accordingly, stress applied to the first and second mirror springs can be reduced.
  • a scanner according to another embodiment of the present invention, a scanner module, and an electronic device equipped with the same, the mirror rotating about the first axis in a direct manner, and the first and second sides of the mirror, respectively A first axis and a second mirror spring connected to each other, and at least one coil connected to the first and second mirror springs, and a substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, the second axis intersecting the first axis
  • the distance between the center of the mirror and the substrate is 1.41 to 4.41 times the radius of the mirror. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the size of the rotation angle compared to the second axis is 25 to 40 degrees. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • a step is formed on the substrate, and the difference between the center of the mirror or the center of the top of the mirror and the step of the substrate is within 0.53 times the radius of the mirror. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • a step is formed on the substrate, and the substrate is formed lower than the center of the mirror with respect to the second axis. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the height of the substrate on which the step is formed increases as the distance from the mirror increases. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • a first pattern and a second pattern attached to the first and second sides of the mirror are further included on the rear surface of the mirror. Accordingly, through the scanner, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • the distance between the mirror and the substrate on the basis of the second axis intersecting the first axis is 0.41 to 3.41 times the radius of the mirror. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • it further includes a rim connected to the mirror, the first and second mirror springs. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the third and fourth mirror springs further connected to the first and second mirror springs and extending in the second axis direction crossing the first axis. Accordingly, stress applied to the first and second mirror springs can be reduced.
  • the widths of the third and fourth mirror springs are larger than the widths of the first and second mirror springs. Accordingly, stress applied to the first and second mirror springs can be reduced.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of an electronic device having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A illustrates an internal block diagram of an optical output unit having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a scanning method during light projection of the scanner module of FIG. 2A.
  • 2C is a view for explaining the operation of a conventional horizontal incidence scanner.
  • Figure 3a is a view showing the front of the scanner according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a view showing the rear surface of the scanner of FIG. 3A.
  • 3C to 3E are diagrams showing various examples of a constant power type scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3A to 3E are views referred to in the description of FIGS. 3A to 3E.
  • FIG. 6 is a side view of a scanner module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a view showing the front side of a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a view showing the back surface of the scanner of FIG. 7A.
  • FIGS 7C to 7E are diagrams showing various examples of an electromagnetic force type scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7E are views referred to in the description of FIGS. 7A to 7E.
  • 9A is a view showing the front side of a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a view showing the rear surface of the scanner of FIG. 9A.
  • 10A is a view showing the front side of a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B is a view showing the rear surface of the scanner of FIG. 10A.
  • modules and “parts” for components used in the following description are given simply by considering the ease of writing the present specification, and do not give meanings or roles particularly important in themselves. Therefore, the “module” and the “unit” may be used interchangeably.
  • the electronic devices described in this specification include robots, drones, vehicles, and the like, which can be used for driving, and, for the detection of users, refrigerators, washing machines, air conditioners, electronic doors, and automatic temperature control devices And home appliances.
  • the scanner described in this specification is a scanner employed in Lidar or the like, and outputs light in front.
  • FIG. 1 is a view showing an electronic device having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 200 may include a light output unit 205 for forward light output. Meanwhile, the light output unit 205 may be implemented as a scanner.
  • the light output unit 205 may each include a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the scanner in the light output unit 205 may output the scanned light OL to the front, approximately a few meters to several hundred meters ahead.
  • the light output from the light output unit 205 is infrared light, and may have a wavelength of approximately 900-1550 nm.
  • FIG. 2A illustrates an internal block diagram of an optical output unit having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the light output unit 205 may output light scanned outside the electronic device.
  • the light output unit 205 uses a laser diode having good straightness as a light source in order to output the scanned light OL from approximately a few meters to several hundred meters forward.
  • the light output unit 205 includes a light source unit 210 for outputting infrared light and a driving unit 286 for driving the light source unit 210.
  • the light source unit 210 may output infrared light having a wavelength of approximately 900 to 1550 nm.
  • the light source unit 210 may be driven by an electric signal from the driving unit 286, and an electric signal from the driving unit 286 may be generated by control of the processor 170.
  • the infrared light output from the light source unit 210 is collimated through each collimator lens in the light collecting unit 212.
  • the light reflection unit 220 reflects the infrared light output from the light source unit 210 or the condensing unit 212, and outputs the path-changed infrared light in one direction.
  • the light reflection unit 220 may include a 1D MEMS mirror.
  • the light reflection unit 220 reflects the infrared light output from the light source unit 210 or the light collecting unit 212, and outputs the path-changed infrared light in the direction of the scanner module 240.
  • the line beam forming unit 222 may form light from the light reflection unit 220 as a line beam. To this end, when the light reflection unit 220 is provided as a 1D MEMS, the line beam forming unit 222 may be excluded.
  • the line beam forming unit 222 may form and output a line beam having a straight line shape in consideration of the scanner module 240, which is capable of only one-way scanning.
  • the light reflection unit 256 may reflect the line beam from the line beam forming unit 222 in the direction of the scanner module 240. To this end, the light reflection unit 256 may be provided with Total Mirror (TM).
  • TM Total Mirror
  • the scanner module 240 may scan the line beam reflected from the light reflection unit 256 in the first direction.
  • the scanner module 240 may sequentially and repeatedly perform input line beam scanning in the first direction. Thereby, the scanned light OL corresponding to infrared light may be output to the outside.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a scanning method during light projection of the scanner module of FIG. 2A.
  • light from the light source unit 210 is input to the scanner module 240 through the light reflection unit 220, the line beam forming unit 222, the light reflection unit 256, and the like, and the scanner module
  • the 240 may sequentially and repeatedly perform the first direction scanning on the input light or line beam. .
  • the scanner module 240 may perform scanning from the left to the right in a diagonal direction or a horizontal direction, which is a first direction, with respect to the external area 40, centering on a scanable area.
  • the scanning operation may be repeatedly performed on the entire external area 40.
  • the outer region 40 may be divided into a first region 42 and a second region 44, as shown in FIG. 2cb.
  • the first area 42 may be an area including the external object 43, that is, an active area 42
  • the second area 44 does not include the external object 43 It may be a non-existing area, that is, a blank area 44.
  • the entire scanning section also includes a first scanning section corresponding to an active area 42 that is an area where an external object is present, and a blank area 44 which is an area where no external object is present. It may be divided into a second scanning section corresponding to.
  • 2C is a view for explaining the operation of a conventional horizontal incidence scanner.
  • the conventional horizontal incidence method has been applied in a scanner 410x having an optical angle of 60 degrees or less, due to the failure limit of a silicon-based mirror spring at a large-diameter mirror, high driving frequency, and wide driving angle.
  • the horizontal incidence method is a method in which the second axis (Axisx) and the third axis (Axisz) enter at a predetermined angle with respect to the third axis (Axisz).
  • the scanner 410x with an optical angle of 60 degrees mirrors the incident light OLx incident at an angle of at least 15 degrees based on the third axis (Axisz) to avoid light interference with the light source (MRx) By rotation of the, it is possible to provide a mirror (MRx) to output in one direction.
  • the incident light OLx incident at an angle of 15 degrees from the right with respect to the third axis (Axisz) is based on the incident light when the mirror is rotated 15 degrees to the left and right based on the center (MRC) of the mirror MRx To the left, reflected light (OLxa) is output.
  • the optical angle of the mirror MRx is 60 degrees, which is the sum of 15 degrees on the right and 45 degrees on the left, compared to the third axis (Axisz).
  • the minimum angle of incidence to avoid light interference between the incident light and the scanning reflected light must be secured, and the larger the optical angle of the scanner, the larger the horizontal The angle of incidence must be secured.
  • the horizontal angle of incidence and the rotation angle of the mirror increase, the effective area of the mirror decreases from the point of view of the incident light, and thus the light efficiency decreases, which is not preferable for wide-angle applications.
  • a vertical incidence method is used instead of a horizontal incidence method to implement a wide-angle scanner.
  • the vertical incidence method is a method in which light enters at a predetermined angle with the third axis (Axisz) or the third axis (Axisz) in a plane formed by the first axis (Axisy) and the third axis (Axisz). Accordingly, a wide angle can be realized without light interference between incident light and reflected light.
  • FIG. 3A is a view showing the front of the scanner according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a view showing the back of the scanner of FIG. 3A.
  • the scanner 410 may be a constant power based direct type scanner.
  • the scanner 410 is a first and second mirrors (MR) that rotates with respect to the first axis (Axisy) in a direct manner, and are respectively connected to the first and second sides of the mirror (MR) Mirror support members (SPa, SPb), first and second mirror springs (MSa, MSb) connected to the first and second mirror support members (SPa, SPb), respectively, and a constant power-based rotational force (MR) It includes a plurality of combs (CMBMa to CMBMd, CMBNa to CMBNd) supplied to), and a substrate SLC formed spaced apart from the outside of the mirror MR.
  • CMBMa to CMBMd, CMBNa to CMBNd constant power-based rotational force
  • the substrate SLC is spaced apart from the mirror MR, and may be formed in a square shape outside the mirror MR.
  • Openings OPoa and OPob may be formed between the substrate SLC and the mirror MR. At this time, the openings OPoa and OPob may have a donut shape of a circular shape or an oval shape, as illustrated.
  • the first comb CMBMa to CMBMd among the plurality of combs is a movable comb, connected to the mirror MR, and capable of transmitting a constant power-based rotational force to the mirror MR.
  • the second combs CMBNa to CMBNd among the plurality of combs are disposed corresponding to the first combs CMBMa to CMBMd, and may be fixed combs.
  • the rotational force is generated by the constant power between the first comb CMBMa to CMBMd and the second comb CMBNa to CMBNd, and the generated rotational force can be transmitted to the mirror MR.
  • the first and second mirror support members SPa and SPb are connected to the first and second sides of the mirror MR, and the first and second mirrors are connected.
  • the first and second mirror springs MSa and MSb are respectively connected to the support members SPa and SPb, various modifications are possible.
  • the scanner 410 further includes third and fourth mirror springs (not shown) connected to the first and second mirror support members SPa and SPb and symmetrically extending in the second axial direction. can do. Accordingly, it is possible to alleviate the stress of the first and second mirror springs MSa and MSb by the third and fourth mirror springs (not shown).
  • the mirror MR can be rotated in a direct manner around the first axis Axis where the first and second mirror springs MSa and MSb are disposed.
  • FIG. 3A shows the front surface MRF of the mirror MR
  • FIG. 3B shows the back surface MSB of the mirror MR.
  • first pattern PTa and the second pattern PTb attached to the first and second sides of the mirror MR may be further included on the rear surface MSB of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • the first pattern PTa and the second pattern PTb may have an arc shape spaced apart from the circumference of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • 3C to 3E are diagrams showing various examples of a constant power type scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the scanners 410ab to 410ad of FIGS. 3C to 3E rotate similar to the scanner 410 of FIG. 3A or 3B with respect to a first axis in a constant power-based direct manner.
  • the first and second mirror springs (MSa, MSb) connected to each, and a plurality of combs (CMBMa to CMBMd, CMBNa to CMBNd,) supplying a rotational force based on constant power to the mirror (MR), It may include a substrate (SLC) formed spaced apart from the outside of the mirror (MR).
  • the scanners 410ab to 410ad in FIGS. 3C to 3E have a difference in that a step is formed on the substrate SLC.
  • 3C to 3E illustrate that a step is formed on the substrate SLC in the second axis (Axisx) direction.
  • the substrate SLC is formed lower than the center MRC of the mirror MR based on the second axis Axis.
  • FIG. 3C illustrates a scanner 410ab in which the steps EDaa and EDba are formed by etching the entire substrate in the second axis (Axisx) direction around the mirror MR. At this time, the height of the substrate on which the steps EDaa and EDba are formed may be constant.
  • FIG. 3D illustrates a scanner 410ac having a step EDba, EDbb formed by etching a portion of the substrate in the second axis Axis direction around the mirror MR.
  • the height of the substrate on which the steps EDba and EDbb are formed may be constant.
  • 3E illustrates a scanner 410ad in which steps (EDac, EDbc) are formed by etching a part of the substrate in the second axis (Axisx) direction around the mirror MR.
  • steps EDac, EDbc
  • the optical angle of the mirror MR may be etched. Accordingly, the height of the substrate on which the steps EDac and EDbc are formed may increase as the distance from the mirror MR increases.
  • FIGS. 3A to 3E are views referred to in the description of FIGS. 3A to 3E.
  • FIG. 4A illustrates that the mirror MR of the scanner 410x rotates by a ⁇ angle in a downward direction with respect to the second axis Axis.
  • FIG. 4B illustrates that the mirror MR of the scanner 410x rotates by ⁇ x smaller than the ⁇ angle in a downward direction, relative to the second axis Axis.
  • the mirror MR of the scanner 410xb rotates by a ⁇ y angle smaller than ⁇ and greater than ⁇ x in a downward direction, relative to the second axis Axisx, and a step is formed on the substrate SLCbx.
  • the substrate SLCbx is formed lower than the center MRC of the mirror MR based on the second axis Axis.
  • the present invention proposes a scanner capable of wide-angle scanning in a vehicle scanner.
  • the optical angle of the mirror MRx in the conventional horizontal incidence type scanner 410x was 60 degrees or less.
  • the incident light angle is a third axis ( Axisz) standards should be increased further.
  • the scanner 410 having a high driving frequency and a wide driving angle is designed while reducing the possibility of damage such as a silicon-based mirror spring.
  • the mirror (MR) Let light enter.
  • This method is a vertical incidence method, compared to the horizontal incidence method of FIG. 2C, and has the advantage of being advantageous for wide-angle implementation without light interference.
  • the angle of the reflected light is changed.
  • the angle of the reflected light in the left direction compared to the incident light is at least 45 degrees.
  • Set the angle of the reflected light in the right direction to the incident light at least 45 degrees.
  • the optical angle of the mirror MR of the scanner 410 it is preferable to set the optical angle of the mirror MR of the scanner 410 to be at least 90 degrees.
  • the minimum optical angle in the vertical incidence method according to the embodiment of the present invention corresponds to the reflected light path of 45 degrees to the left of FIG. 2C. Therefore, the reflected light path abnormality of the left 45 degrees in FIG. 2C is set as a wide-angle scanner.
  • the present invention proposes a scanner 410 having a final optical angle of the mirror MR of 100 degrees.
  • the second A scanner 410 in which the final rotation angle with respect to the axis (Axisx) is 25 degrees or more is proposed. According to this, it is preferable that the final optical angle of the mirror MR is 100 degrees or more.
  • lidars employ wide-angle cameras to obtain more image information, for example, wide-angle cameras with a maximum viewing angle of approximately 150 degrees. Therefore, for the overlap verification with a camera in an electronic device employing a lidar, it is preferable that the maximum angle of the optical angle of the mirror MR in the scanner 410 for use in the lidar of the present invention is 150 degrees.
  • the maximum value of the final optical angle of the mirror MR is 160 degrees, further considering the margin optical angle of 10 degrees to 150 degrees which is the maximum value of the optical angle of the mirror MR. Therefore, in the present invention, a scanner in which the maximum value of the final optical angle of the mirror MR is 160 degrees is proposed.
  • the maximum value of the rotation angle compared to the second axis (Axisx) is 37.5, and considering the margin driving angle of 2.5 degrees, finally, the second axis (Axisx) )
  • the maximum value of the final optical angle of the mirror MR is 160 degrees.
  • the size of the final rotation angle compared to the second axis (Axisx) is 25 to 40 degrees. Suggest.
  • a direct type scanner applicable to both a constant power method and an electromagnetic force method a scanner in which the final optical angle of the mirror MR is 100 degrees to 160 degrees is proposed. This will be described with reference to FIG. 5A.
  • FIGS. 3A to 3E are views referred to in the description of FIGS. 3A to 3E.
  • FIG. 5A illustrates a case where the mirror MR rotates when the distance or distance between the substrate SLC and the mirror MR is Da, which is farther than Dxa.
  • FIG. 5A illustrates that the mirror MR rotates by a ⁇ angle in a downward direction, relative to the second axis Axis.
  • the incident light OLi incident on the mirror MR is a mirror ( MR), and is output to the outside without loss of light by the substrate SLC.
  • the distance or distance Da between the center (MRC) of the mirror (MR) and the end (GBED) of the substrate (SLC) to prevent light loss can be calculated by the following equation (1).
  • R is the radius of the mirror MR
  • ⁇ corresponds to the rotation angle of the mirror MR relative to the second axis Axis.
  • the incident light OLi incident on the mirror MR is a mirror ( MR), and is output to the outside without loss due to the mirror MR.
  • Da1 which is the distance or distance between the end MRED of the mirror MR and the end GBED of the substrate SLC, may be calculated by Equation 2 below.
  • Da1 Rcos ( ⁇ ) + Rsin ( ⁇ ) tan (2 ⁇ ) -R
  • the distance or distance between the substrate SLC and the mirror MR may be better as the distance increases.
  • the distance between the substrate SLC and the mirror MR is within a predetermined range.
  • the distance between the center MRC of the mirror MR and the substrate SLC, which corresponds to the optical angle 100 of the mirror MR, is the radius R of the mirror MR.
  • the distance between the center (MRC) of the mirror (MR) and the substrate (SLC) relative to the second axis (Axisx) intersecting the first axis (Axisy) is the mirror (MR) It is preferable that it is 1.41 times to 4.41 times the radius of (R).
  • the distance between the mirror MR and the substrate SLC which corresponds to the optical angle of 100 degrees of the mirror MR, corresponds to 0.41 times the radius R of the mirror MR
  • the distance between the mirror MR and the substrate SLC, corresponding to the optical angle 160 degrees of the mirror MR corresponds to 3.41 times the radius R of the mirror MR.
  • the distance between the mirror MR and the substrate SLC, based on the second axis Axis that intersects the first axis Axis is the radius R of the mirror MR It is preferably from 0.41 to 3.41 times.
  • the mirror MR of the scanner 410b rotates by a ⁇ angle in a downward direction, relative to the second axis Axisx, and a step is formed on the substrate SLCm, so that the second axis Axisxi Based on), it is illustrated that the substrate SLCm is formed lower than the center MRC of the mirror MR. That is, it is illustrated that the substrate SLCm is formed lower than the second axis Axisx.
  • the difference between the end GBEDm of the substrate SLCm closest to the mirror MR and the second axis Axisx is hb.
  • the difference hb between the end GBEDm of the substrate SLCm closest to the mirror MR and the second axis Axisx may be calculated by the following Equation (3).
  • the optical angle of the mirror from 100 degrees to 160 degrees, without loss of light, a method to enable wide-angle scanning is sought.
  • the range of hb which is the difference between the end (GBEDm) of the substrate SLCm and the second axis (Axisx) closest to the mirror MR, is considered by considering the maximum optical angle of the mirror MR 160 degrees, It is preferably within 0.53 times the radius of (MR). Therefore, light loss is reduced, and wide-angle scanning is possible.
  • FIG. 5C similar to FIG. 5B, the mirror MR of the scanner 410c rotates by a ⁇ angle in a downward direction, relative to the second axis Axis, and a step is formed on the substrate SLCc , It is illustrated that the substrate SLCc is formed lower than the center MRC of the mirror MR based on the second axis Axis.
  • the difference is that the height of the substrate SLCc increases as the distance from the mirror MR increases.
  • the difference between the end GBEDb of the substrate SLCc closest to the mirror MR and the second axis Axisx is hb
  • the end GBEDc of the substrate SLCc farthest from the mirror MR is The difference between the second axes (Axisx) is hc.
  • the difference between the center MRC of the mirror MR and the step difference of the substrate SLCc, that is, the center MRC of the mirror MR or the center MRC of the upper end of the mirror MR, and the substrate ( It is preferable that hb which is a difference between the ends GBEDb of SLCc) is within 0.53 times the radius of the mirror MR. Therefore, wide-angle scanning is possible without increasing the size of the substrate.
  • the difference between the end GBEDc of the substrate SLCc farthest from the mirror MR and the second axis Axisx, hc is also preferably within 0.53 times.
  • the mirror MR of the scanner 410c has the height of the substrate SLCc, in the downward direction, to an angle greater than the ⁇ angle, compared to the second axis Axisx, the second axis Since it is lower than (Axisx), light reflected and output from the mirror MR may not be blocked by the substrate SLCc, and light loss may not occur.
  • FIG. 5D shows a cross-sectional shape of a substrate that can be formed by various etching methods.
  • various cross-sectional shape variations can be implemented.
  • FIG. 6 is a side view of a scanner module according to an embodiment of the present invention.
  • the scanner module 240 the electromagnetic force type scanner 410 including a mirror (MR) reflecting light, a magnet disposed on the back of the scanner 410 ( magnet, 420, 430), the lower case 450 forming a storage space for storing the magnets 420, 430, the yoke 460 corresponding to the magnets 420, 430, and the light reflected from the scanner pass through
  • An upper case 440 having an opening 442 may be included.
  • the scanner module 240 may further include a transparent cover part 470 formed of a transparent member to cover the opening 442.
  • the transparent cover part 470 is disposed on the front surface of the scanner 410, and may be formed of a transparent member so that light can pass while sealing the opening 442.
  • the upper case 440 may be provided with an inclined portion 441 that contacts a part of the scanner 410 and extends in a direction from the contact surface with the scanner 410 toward the mirror surface MR.
  • the upper case 440 according to an embodiment of the present invention, the central portion of the scanner, that is, the inclined portion 441 extending in the direction toward the mirror (MR) surface and the mirror surface (MR) is reflected
  • An opening 442 having a predetermined size may be included to output light to the outside.
  • the size of the opening 442 can be designed to a minimum size that does not interfere with the output of light to the outside.
  • the front surface of the inclined portion 441 may be designed to have an inclined surface at a predetermined angle so as not to interfere with output of light to the outside.
  • the yoke 460 may be disposed on the rear surface of the lower case 450 forming a storage space for storing the magnets 420 and 430.
  • the shape of the yoke 460 may correspond to the shape of the magnets 420 and 430, and may be formed of a soft magnetic material. On the other hand, the yoke 460 may be a passage of a magnetic flux formed when a current is applied.
  • the transparent cover 470 may seal the scanner module 240 so that external dust or the like does not flow through the opening 442.
  • the transparent cover part 470 may be inclined to have a predetermined inclination angle with respect to the scanner 410 and coupled to the upper case 440.
  • the electromagnetic force type scanner 410 may be implemented in a rectangular shape, as shown in the drawing.
  • FIG. 7A is a view showing the front of the scanner according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a view showing the back of the scanner of FIG. 7A.
  • the scanner 410m may be a direct-type scanner based on electromagnetic force.
  • the scanner 410m includes first and second mirrors MR that rotate in a direct manner with respect to the first axis Axis and first and second sides of the mirror MR, respectively. It includes a mirror spring (MSa, MSb), at least one coil (CLa) connected to the first and second mirror springs (MSa, MSb), and a substrate (SLC) formed spaced apart from the outside of the mirror (MR) do.
  • a mirror spring MSa, MSb
  • CLa coil connected to the first and second mirror springs
  • SLC substrate
  • the substrate SLC is spaced apart from the mirror MR, and may be formed in a square shape outside the mirror MR.
  • Openings OPoa and OPob may be formed between the substrate SLC and the mirror MR. At this time, the openings OPoa and OPob may have a donut shape of a circular shape or an oval shape, as illustrated.
  • At least one coil CLa may be connected to the first and second mirror springs MSa and MSb, respectively.
  • the coil may be formed on the mirror MR through the first mirror spring MSa and connected to the first mirror spring MSa again, and the number of coil turns formed on the mirror MR may include multiple turns. Can form. When multiple coil turns are formed, a multi-layered coil path can be formed through a via hole using a dielectric layer.
  • the number and path of the coils CLa formed in the mirror MR may be formed by symmetric or asymmetric reference to the first axis.
  • the electrical signal When an electrical signal is applied to at least one coil CLa, the electrical signal may be transmitted to the mirror MR through the first and second mirror springs MSa and MSb.
  • a magnetic field may be formed by the magnets 420 and 430 and the at least one coil CLa, and accordingly, a driving force input through the at least one coil CLa may be transmitted to the mirror MR. .
  • the mirror MR can be rotated in a direct manner around the first axis Axis where the first and second mirror springs MSa and MSb are disposed.
  • FIG. 7A shows the front surface MRF of the mirror MR
  • FIG. 7B shows the back surface MSB of the mirror MR.
  • first pattern PTa and the second pattern PTb attached to the first and second sides of the mirror MR may be further included on the rear surface MSB of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410m, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • the first pattern PTa and the second pattern PTb may have an arc shape spaced apart from the circumference of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410m, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • FIGS 7C to 7E are diagrams showing various examples of an electromagnetic force type scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS 7C to 7E are diagrams showing various examples of an electromagnetic force type scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the scanners 410mb to 410md of FIGS. 7C to 7E rotate similarly to the first axis (Axisy) in an electromagnetic force-based direct manner, similar to the scanner 410 of FIG. 7A or 7B.
  • the first and second mirror springs MSa, MSb and the first and second mirror springs MSa, MSb respectively connected to the first and second sides of the mirror MR It includes at least one coil (CLa) and a substrate (SLC) formed to be spaced apart from the outside of the mirror (MR).
  • the scanners 410mb to 410md in FIGS. 7C to 7E differ in that a step is formed on the substrate SLC.
  • FIG. 7C to 7E illustrate that a step is formed on the substrate SLC in the second axis (Axisx) direction.
  • the substrate SLC is formed lower than the center MRC of the mirror MR based on the second axis Axis.
  • FIG. 7C illustrates the scanner 410mb in which the steps EDaa and EDba are formed by etching the entire substrate in the second axis (Axisx) direction around the mirror MR. At this time, the height of the substrate on which the steps EDaa and EDba are formed may be constant.
  • FIG. 7D illustrates a scanner 410mc in which a part of the substrate in the second axis (Axisx) direction around the mirror MR is etched to form steps EDba and EDbb.
  • the height of the substrate on which the steps EDba and EDbb are formed may be constant.
  • FIG. 7E illustrates a scanner 410md having a stepped EDac and EDbc formed by etching a part of the substrate in the second axis Axis direction around the mirror MR.
  • the optical angle of the mirror MR may be etched. Accordingly, the height of the substrate on which the steps EDac and EDbc are formed may increase as the distance from the mirror MR increases.
  • FIGS. 7A to 7E are views referred to in the description of FIGS. 7A to 7E.
  • FIGS. 7A to 7E are views referred to in the description of FIGS. 7A to 7E.
  • FIG. 8A illustrates a case where the mirror MR rotates when the distance or distance between the substrate SLC and the mirror MR of the scanner 410m is greater than Dxa and is Da.
  • FIG. 8A illustrates that the mirror MR rotates by a ⁇ angle in a downward direction, relative to the second axis Axis.
  • the incident light OLi incident on the mirror MR is a mirror ( MR), and is output to the outside without loss of light by the substrate SLC.
  • the distance or distance Da between the center (MRC) of the mirror (MR) and the end (GBED) of the substrate (SLC) to prevent light loss can be calculated by Equation 1 above.
  • the incident light OLi incident on the mirror MR is a mirror ( MR), and is output to the outside without loss due to the mirror MR.
  • Da1 which is an interval or distance between the end MRED of the mirror MR and the end GBED of the substrate SLC, may be calculated by Equation 2 above.
  • the distance or distance between the substrate SLC and the mirror MR may be better as the distance increases.
  • the distance between the substrate SLC and the mirror MR is within a predetermined range.
  • the distance between the center MRC of the mirror MR and the substrate SLC, which corresponds to the optical angle 100 of the mirror MR, is the radius R of the mirror MR.
  • the distance between the center (MRC) of the mirror (MR) and the substrate (SLC) relative to the second axis (Axisx) intersecting the first axis (Axisy) is the mirror (MR) It is preferable that it is 1.41 times to 4.41 times the radius of (R).
  • the distance between the mirror MR and the substrate SLC which corresponds to the optical angle of 100 degrees of the mirror MR, corresponds to 0.41 times the radius R of the mirror MR
  • the distance between the mirror MR and the substrate SLC, corresponding to the optical angle 160 degrees of the mirror MR corresponds to 3.41 times the radius R of the mirror MR.
  • the distance between the mirror MR and the substrate SLC, based on the second axis Axis that intersects the first axis Axis is the radius R of the mirror MR It is preferably from 0.41 to 3.41 times.
  • Fig. 8B as in Fig. 8A, the gap or distance between the substrate SLCm and the mirror MR is Da, but there is a difference in that a step is formed on the substrate SLCm.
  • FIG. 8B the mirror MR of the scanner 410mb rotates by an angle of ⁇ in a downward direction, relative to the second axis Axisx, and a step is formed on the substrate SLCm, so that the second axis AxisX Based on), it is illustrated that the substrate SLCm is formed lower than the center MRC of the mirror MR. That is, it is illustrated that the substrate SLCm is formed lower than the second axis Axisx.
  • the difference between the end GBEDm of the substrate SLCm closest to the mirror MR and the second axis Axisx is hb.
  • Equation 3 the distance between the center MRC of the mirror MR and the end GBEDm of the substrate SLCm corresponding to the case where the minimum optical angle of the mirror MR is 100 degrees, Da is the mirror ( At 1.41 times the radius R of MR), when hb is 0.53 times the radius of the mirror MR, the same effect occurs when the maximum optical angle of the mirror MR is 160 degrees when there is no step. That is, wide-angle scanning is possible without increasing the distance between the center MRC of the mirror MR and the end GBEDm of the substrate SLCm.
  • the range of hb which is the difference between the end (GBEDm) of the substrate SLCm and the second axis (Axisx) closest to the mirror MR, is considered by considering the maximum optical angle of the mirror MR 160 degrees, It is preferably within 0.53 times the radius of (MR). Therefore, light loss is reduced, and wide-angle scanning is possible.
  • FIG. 8C similar to FIG. 8B, the mirror MR of the scanner 410mc rotates by a ⁇ angle in the downward direction, relative to the second axis Axis, and a step is formed on the substrate SLCc , It is illustrated that the substrate SLCc is formed lower than the center MRC of the mirror MR based on the second axis Axis.
  • the difference is that the height of the substrate SLCc increases as the distance from the mirror MR increases.
  • the difference between the end GBEDb of the substrate SLCc closest to the mirror MR and the second axis Axisx is hb
  • the end GBEDc of the substrate SLCc farthest from the mirror MR is The difference between the second axes (Axisx) is hc.
  • the difference between the center MRC of the mirror MR and the step difference of the substrate SLCc, that is, the center MRC of the mirror MR or the center MRC of the upper end of the mirror MR, and the substrate ( It is preferable that hb which is a difference between the ends GBEDb of SLCc) is within 0.53 times the radius of the mirror MR. Therefore, wide-angle scanning is possible without increasing the size of the substrate.
  • FIG. 8D shows a cross-sectional shape of a substrate that can be formed by various etching methods.
  • various cross-sectional shape variations can be implemented.
  • FIG. 9A is a view showing the front of the scanner according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9B is a view showing the back of the scanner of FIG. 9A.
  • the scanner 410n of FIGS. 9A and 9B is an electromagnetic force-based direct type scanner, similar to the scanner 410m of FIGS. 7A and 7B.
  • the scanner 410n includes a mirror MR rotating about the first axis Axis in a direct manner, and first and second mirrors connected to the first and second sides of the mirror MR, respectively. It includes a spring (MSa, MSb), at least one coil (CLa) connected to the first and second mirror springs (MSa, MSb), and a substrate (SLC) formed spaced apart from the outside of the mirror (MR) .
  • the scanner 410n of FIGS. 9A and 9B further includes a mirror MR, and a rim RM connected to the first and second mirror springs MSa and MSb. This is different from the scanner 410m in FIG. 7B.
  • the distance between the center MRC of the mirror MR and the substrate SLC is 1.41 to 4.41 times the radius of the mirror MR, as described above. desirable.
  • the difference between the center (MRC) of the mirror (MR) or the center (MRC) of the top of the mirror (MR) and the step of the substrate (SLC) is the mirror (MR ) Is preferably within 0.53 times the radius.
  • Fig. 9A the front surface MRF of the mirror MR is shown
  • Fig. 9B the rear surface MSB of the mirror MR is shown.
  • first pattern PTa and the second pattern PTb attached to the first and second sides of the mirror MR may be further included on the rear surface MSB of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410n, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • the rim (RM) in addition to the electromagnetic force method, may be arranged in a constant-power type scanner.
  • the scanner 410 of FIG. 3A may further include a mirror MR and a rim RM connected to the first and second mirror support members SPa and SPb.
  • FIG. 10A is a view showing the front of the scanner according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10B is a view showing the back of the scanner of FIG. 10A.
  • the scanner 410o of FIGS. 10A and 10B is an electromagnetic force-based direct scanner, and is similar to the scanner 410m of FIGS. 7A and 7B.
  • the scanner 410o includes a mirror MR rotating about the first axis Axis in a direct manner, and first and second mirrors connected to the first and second sides of the mirror MR, respectively. It includes a spring (MSa, MSb), at least one coil (CLa) connected to the first and second mirror springs (MSa, MSb), and a substrate (SLC) formed spaced apart from the outside of the mirror (MR) .
  • the scanner 410o of FIGS. 10A and 10B is connected to the first and second mirror springs MSa and MSb, and extends in the second axis (Axisx) direction intersecting the first axis (Axisy).
  • the scanner 410m in FIGS. 7A and 7B there is a difference from the scanner 410m in FIGS. 7A and 7B.
  • the widths WPb of the third and fourth mirror springs MSc and MSd are larger than the widths WPa of the first and second mirror springs MSa and MSb.
  • the distance between the center MRC of the mirror MR and the substrate SLC is 1.41 to 4.41 times the radius of the mirror MR, as described above. desirable.
  • the difference between the center MRC of the mirror MR or the center MRC of the upper end of the mirror MR and the step difference of the substrate SLC is: It is preferable to be within 0.53 times the radius of MR).
  • FIG. 10A the front surface MRF of the mirror MR is shown, and in FIG. 10B, the rear surface MSB of the mirror MR is shown.
  • first pattern PTa and the second pattern PTb attached to the first and second sides of the mirror MR may be further included on the rear surface MSB of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410o, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • the third and fourth mirror springs MSc and MSd may be disposed in a constant-power type scanner in addition to the electromagnetic force type.
  • the scanner 410 of FIG. 3A is connected to the first and second mirror support members SPa and SPb and extends symmetrically in the second axis direction intersecting the first axis Axis.
  • the fourth mirror springs MSc and MSd may be further included.
  • the third and fourth mirror springs MSc and MSd connected to the first and second mirror springs MSa and MSb and extending in the second axis Axisx crossing the first axis Axis are further added. It can contain.

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Abstract

본 발명은 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이다. 본 발명의 차량용 스캐너는, 다이렉트(direct) 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)과, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판을 포함하고, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러의 중심과 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.

Description

스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기
본 발명은 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 광각의 스캐닝이 가능한 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이다.
광학 기반의 멤스 스캐너(mems scanner)는, 프로젝터 기반의 디스플레이용으로 개발되고 있으며, 최근에는 로봇, 드론, 차량 등의 주행 보조 또는 홈 어플라이언스 등에서의 사용자 등의 감지를 위해, 라이다 등에 채용되고 있다.
멤스 스캐너가, 주행 보조 또는 사용자 감지 등을 위해 사용되는 경우, 신뢰성 확보를 위해, 최저 주파수, 구동각, 미러 크기 등을 고려한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은, 광각의 스캐닝이 가능한 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 광간섭을 저감하면서, 소자 크기를 저감할 수 있는 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상된 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트(direct) 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)과, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판을 포함하고, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러의 중심과 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배이다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도이다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 미러의 중심 또는 미러의 상단의 중심과 기판의 단차 사이의 차이는, 미러의 반경의 0.53배 이내일 수 있다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 제2 축을 기준으로, 미러의 중심 보다 기판이 낮게 형성될 수 있다.
한편, 단차가 형성된 기판의 높이는, 미러에서 멀어질수록, 증가할 수 있다.
한편, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러와 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 0.41배 내지 3.41배 일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 제1 및 제2 미러 스프링에 연결되는 적어도 하나의 코일과, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판을 포함하고, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러의 중심과 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배이다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도이다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 미러의 중심 또는 미러의 상단의 중심과 기판의 단차 사이의 차이는, 미러의 반경의 0.53배 이내이다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 제2 축을 기준으로, 미러의 중심 보다 기판이 낮게 형성된다.
한편, 단차가 형성된 기판의 높이는, 미러에서 멀어질수록, 증가한다.
한편, 미러의 배면에, 미러의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴 및 제2 패턴을 더 포함한다.
한편, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러와 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 0.41배 내지 3.41배이다.
한편, 미러, 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되는 림(rim)을 더 포함한다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되며, 제1 축에 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링을 더 포함한다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링의 폭 보다, 제3 및 제4 미러 스프링의 폭이 더 크다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트(direct) 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)과, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판을 포함하고, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러의 중심과 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 미러의 중심 또는 미러의 상단의 중심과 기판의 단차 사이의 차이는, 미러의 반경의 0.53배 이내일 수 있다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 제2 축을 기준으로, 미러의 중심 보다 기판이 낮게 형성될 수 있다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 단차가 형성된 기판의 높이는, 미러에서 멀어질수록, 증가할 수 있다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러와 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 0.41배 내지 3.41배 일 수 있다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러, 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되는 림(rim)을 더 포함한다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되며, 제1 축에 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링을 더 포함한다. 이에 따라, 제1 및 제2 미러 스프링이 부담하는 스트레스를 경감할 수 있게 된다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링의 폭 보다, 제3 및 제4 미러 스프링의 폭이 더 크다. 이에 따라, 제1 및 제2 미러 스프링이 부담하는 스트레스를 경감할 수 있게 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너, 스캐너 모듈 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 제1 및 제2 미러 스프링에 연결되는 적어도 하나의 코일과, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판을 포함하고, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러의 중심과 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 미러의 중심 또는 미러의 상단의 중심과 기판의 단차 사이의 차이는, 미러의 반경의 0.53배 이내이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판에 단차가 형성되어, 제2 축을 기준으로, 미러의 중심 보다 기판이 낮게 형성된다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 단차가 형성된 기판의 높이는, 미러에서 멀어질수록, 증가한다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 배면에, 미러의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴 및 제2 패턴을 더 포함한다. 이에 따라, 스캐너를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 미러와 기판 사이의 거리는, 미러의 반경의 0.41배 내지 3.41배이다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러, 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되는 림(rim)을 더 포함한다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되며, 제1 축에 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링을 더 포함한다. 이에 따라, 제1 및 제2 미러 스프링이 부담하는 스트레스를 경감할 수 있게 된다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링의 폭 보다, 제3 및 제4 미러 스프링의 폭이 더 크다. 이에 따라, 제1 및 제2 미러 스프링이 부담하는 스트레스를 경감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 구비하는 전자기기의 외관을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 구비하는 광 출력부의 내부 블록도를 예시한다.
도 2b는 도 2a의 스캐너 모듈의 광 투사시의 스캐닝 방법을 예시하는 도면이다.
도 2c는 종래의 수평 입사 방식의 스캐너의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도 3c 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 정전력 방식의 스캐너의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 5d는 도 3a 내지 도 3e의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스캐너 모듈의 측면도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이다.
도 7b는 도 7a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도 7c 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 전자기력 방식의 스캐너의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 7a 내지 도 7e의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이다.
도 9b는 도 9a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도 10a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이다.
도 10b는 도 10a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술되는 전자기기는, 주행을 위해 라이다 등이 채용 가능한 로봇, 드론, 차량 등을 포함하며, 아울러, 사용자 등의 감지를 위한, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 전자 도어, 자동 온도 조절 장치 등의 홈 어플라이언스 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 스캐너는, 라이다(Lidar) 등에 채용되는 스캐너로서, 전방에 광을 출력한다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 구비하는 전자기기를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 전자기기(200)는, 전방으로의 광출력을 위해, 광 출력부(205)를 구비할 수 있다. 한편, 광 출력부(205)는, 스캐너로 구현될 수 있다.
한편, 광 출력부(205)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 각각 구비할 수 있다.
예를 들어, 광 출력부(205) 내의 스캐너는, 대략, 수 미터에서 수백 미터 전방까지, 스캐닝된 광(OL)을, 전방에 출력할 수 있다.
한편, 광 출력부(205)에서 출력되는 광은 적외선 광으로서, 그 파장이, 대략 900~1550nm일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너를 구비하는 광 출력부의 내부 블록도를 예시한다.
도면을 참조하면, 광 출력부(205)는, 전자기기 외부에 스캐닝된 광을 출력할 수 있다.
광 출력부(205)는, 대략, 수 미터에서 수백 미터 전방까지, 스캐닝된 광(OL)을, 출력하기 위해, 광원으로서, 직진성이 좋은 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 광 출력부(205)는, 적외선 광을 출력하는 광원부(210)와, 광원부(210)를 구동하는 구동부(286)를 구비한다.
예를 들어, 광원부(210)는, 대략 900~1550nm의 파장을 가지는 적외선 광을 출력할 수 있다.
한편, 광원부(210)는, 구동부(286)로부터의 전기 신호에 의해, 구동될 수 있으며, 이러한 구동부(286)의 전기 신호는, 프로세서(170)의 제어에 의해, 생성될 수 있다.
광원부(210)에서 출력되는 적외선 광은, 집광부(212) 내의 각 집광 렌즈(collimator lens)를 통해, 시준된다(collimate).
광반사부(220)는, 광원부(210) 또는 집광부(212)에서 출력되는 적외선 광을 반사하여, 경로 변경된 적외선 광을 일 방향으로 출력한다. 이를 위해, 광반사부(220)는, 1D MEMS 미러를 구비할 수 있다.
예를 들어, 광반사부(220)는, 광원부(210) 또는 집광부(212)에서 출력되는 적외선 광을 반사하여, 경로 변경된 적외선 광을, 스캐너 모듈(240) 방향으로 출력하도록 한다.
한편, 라인빔 형성부(222)는, 광반사부(220)로부터의 광을 라인빔으로 형성할 수 있다. 이를 위해 광반사부(220)를 1D MEMS로 구비하는 경우, 라인빔 형성부(222)는 제외될 수 있다.
특히, 라인빔 형성부(222)는, 일방향 스캐닝만 가능한, 스캐너 모듈(240)을 고려하여, 일자 형태의 라인빔을 형성하여 출력할 수 있다.
다음, 광반사부(256)는, 라인빔 형성부(222)로부터의 라인빔을 스캐너 모듈(240) 방향으로 반사시킬 수 있다. 이를 위해, 광반사부(256)는, Total Mirror(TM)로 구비할 수 있다.
한편, 스캐너 모듈(240)은, 광반사부(256)에서 반사된 라인빔을, 제1 방향 스캐닝되도록 할 수 있다.
즉, 스캐너 모듈(240)은, 입력되는 라인빔을 제1 방향 스캐닝을 순차적으로 반복적으로 수행할 수 있다. 이에 의해, 외부로 적외선 광에 대응하는 스캐닝된 광(OL)이 출력될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 스캐너 모듈의 광 투사시의 스캐닝 방법을 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 광원부(210)로부터의 광은, 광반사부(220), 라인빔 형성부(222), 광반사부(256) 등을 거쳐, 스캐너 모듈(240)로 입력되며, 스캐너 모듈(240)은, 입력되는 광 또는 라인빔에 대해, 제1 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. .
도면과 같이, 스캐너 모듈(240)은, 스캐닝 가능한 영역을 중심으로, 외부 영역(40)에 대해, 제1 방향인 사선 방향 또는 수평 방향으로, 좌에서 우로 스캐닝을 수행할 수 있다. 그리고, 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 영역(40)의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
이러한 스캐닝 동작에 의해, 외부에 스캐닝된 적외선 광을 출력할 수 있게 된다.
한편, 외부 영역(40)은, 도 2cb와 같이, 제1 영역(42)과 제2 영역(44)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 영역(42)은, 외부 대상물(43)을 포함하는 영역, 즉 유효 영역(active area)(42)일 수 있으며, 제2 영역(44)은, 외부 대상물(43)을 포함하지 않는 영역, 즉 블랭크 영역(blank area)(44)일 수 있다.
이에 따라, 전체 스캐닝 구간도, 외부 대상물이 존재하는 영역인 유효 영역(active area)(42)에 대응하는 제1 스캐닝 구간과, 외부 대상물이 존재하지 않는 영역인 블랭크 영역(blank area)(44)에 대응하는 제2 스캐닝 구간으로 구분될 수도 있다.
도 2c는 종래의 수평 입사 방식의 스캐너의 동작을 설명하는 도면이다.
종래의 수평 입사 방식은, 대구경 미러, 높은 구동 주파수, 넓은 구동각에서 실리콘 기반의 미러 스프링의 파손 한계로 인해, 광학각 60도 이하인 스캐너(410x)에서 적용되었다..
도면을 참조하면, 수평 입사 방식은, 제2 축(Axisx) 과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면에서 제3 축(Axisz)을 기준으로 소정의 각도를 가지고 입사하는 방식이다.
한편, 종래의 수평 입사 방식에 따른 광학각 60도의 스캐너(410x)는, 광원과의 광간섭을 피하기 위해 제3 축(Axisz)기준 최소 15도의 각도로 입사되는 입사광(OLx)을 미러(MRx)의 회전에 의해, 단방향으로 출력하는 미러(MRx)를 구비할 수 있다.
이에 따라, 제3 축(Axisz)을 기준으로 우측에서 15도의 각도로 입사되는 입사광(OLx)은, 미러(MRx)의 중심(MRC)을 기준으로 미러가 좌,우로 15도 회전 시, 입사광 기준으로 좌측으로, 반사광(OLxa)이 출력되게 된다.
도면에서는, 제3 축(Axisz) 대비, 우측의 15도와, 좌측의 45도를 합산한, 60도가, 미러(MRx)의 광학각인 것으로 도시한다.
즉, 도 2c의 종래의 수평 입사방식의 광학각 60도의 스캐너(410x)에 따르면, 입사광과 스캐닝 반사광과의 광 간섭을 피하기 위한 최소 입사각을 확보해야 하며, 스캐너의 광학 각이 커질수록 더욱더 큰 수평 입사각을 확보하여야 한다. 하지만 수평 입사각과 미러의 회전각도가 커질수록, 입사 광 관점에서 미러의 유효면적이 줄어들어 광 효율이 저하되므로 광각 적용에 바람직하지 않다.
이에 본 발명에서는, 광각의 스캐너 구현을 위해, 수평 입사 방식이 아닌 수직 입사 방식을 사용한다.
수직 입사 방식은 제1 축(Axisy) 과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면에서, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz)과 소정의 각도를 가지고 광이 입사하는 방식이다. 이에 따라 입사광과 반사광 간의 광 간섭 없이 광각 구현이 가능하다.
수직 입사 방식에 따라, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz) 근방에서, 미러 방향으로 광이 입사되고, 미러의 중심(MRC)을 기준으로, 좌측, 우측 양방향으로, 반사광이 출력되게 한다. 특히, 좌측, 우측 양방향으로 대칭의 반사광이 출력될 수 있다. 대칭으로 출력될 경우 반투과 미러 등을 이용하여 제3 축(Axisz) 방향 입사광의 광간섭없는 광학계 구성이 가능하다. 이에 대해서는, 도 3a 이하를 참조하여 기술한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이고, 도 3b는 도 3a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐너(410)는, 정전력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너일 수 있다.
이를 위해, 스캐너(410)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)(CMBMa~CMBMd,CMBNa~CMBNd)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함한다.
기판(SLC)은, 미러(MR)와 이격되어, 미러(MR) 주위의 외측에 사각 형상으로 형성될 수 있다.
기판(SLC)과 미러(MR) 사이에는 개구(OPoa, OPob)가 형성될 수 있다. 이때의 개구(OPoa, OPob)는, 도면과 같이, 원형 또는 타원형의 도넛 형상을 가질 수 있다.
복수의 콤(comb) 중 제1 콤(CMBMa~CMBMd)은, 움직임 가능한(movable) 콤으로서, 미러(MR)에 연결되어, 미러(MR)로 정전력 기반의 회전력을 전달할 수 있다.
한편, 복수의 콤(comb) 중 제2 콤(CMBNa~CMBNd)은, 제1 콤(CMBMa~CMBMd)과 대응하여 배치되며, 고정형 콤일 수 있다.
제1 콤(CMBMa~CMBMd)과, 제2 콤(CMBNa~CMBNd) 사이의 정전력에 의해, 회전력이 발생하며, 발생한 회전력이, 미러(MR)로 전달될 수 있다.
한편, 도면에서는, 제1 축(Axisy) 방향으로, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)가 연결되고, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)가 각각 연결되는 것을 예시하나, 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 스캐너(410)는, 제1 및 제2 미러 지지부재 (SPa, SPb)에 접속되며, 제2 축 방향으로 대칭 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)이 부담하는 스트레스를, 제3 및 제4 미러 스프링(미도시)에 의해, 경감할 수 있게 된다.
한편, 미러(MR)는, 다이렉트 방식으로, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb) 이 배치되는 제1 축(Axisy)을 중심으로, 회전할 수 있게 된다.
도 3a는, 미러(MR)의 전면(MRF)이 도시되며, 도 3b는, 미러(MR)의 배면(MSB)이 도시된다.
한편, 미러(MR)의 배면(MSB)에, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴(PTa) 및 제2 패턴(PTb)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제1 패턴(PTa) 및 제2 패턴(PTb)은, 미러(MR)의 원주에 이격되는 호 형상일 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
도 3c 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 정전력 방식의 스캐너의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 3c 내지 도 3e의 스캐너(410ab~410ad)는, 도 3a 또는 도 3b의 스캐너(410)와 유사하게, 정전력 기반의 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)(CMBMa~CMBMd,CMBNa~CMBNd,)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함할 수 있다.
다만, 도 3c 내지 도 3e의 스캐너(410ab~410ad)는, 기판(SLC)에 단차가, 형성된 것에 그 차이가 있다.
도 3c 내지 도 3e에서는, 제2 축(Axisx) 방향으로, 기판(SLC)에 단차가 형성된 것을 예시한다. 이러한 구조에 의하면, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLC)이 낮게 형성되게 된다.
이에 따라, 미러(MR)가 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하더라도, 근접하여 위치하는 기판(SLC)에 형성된 단차로 인하여 광손실 가능성이 저하된다. 따라서, 일방향의 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
도 3c는, 미러(MR) 주변의, 제2 축(Axisx) 방향의 기판의 전체가 식각되어 단차(EDaa,EDba)가 형성된 스캐너(410ab)를 예시한다. 이때, 단차(EDaa,EDba)가 형성된 기판의 높이는 일정할 수 있다.
도 3d는, 미러(MR) 주변의, 제2 축(Axisx) 방향의 기판의 일부가 식각되어 단차(EDba,EDbb)가 형성된 스캐너(410ac)를 예시한다. 이때, 단차(EDba,EDbb)가 형성된 기판의 높이는 일정할 수 있다.
도 3e는, 미러(MR) 주변의, 제2 축(Axisx) 방향의 기판의 일부가 식각되어, 형성된 단차(EDac,EDbc)가 형성된 스캐너(410ad)를 예시한다. 일예로, 미러(MR)의 광학각에 대응하여, 식각될 수 있다. 이에 따라, 단차(EDac,EDbc)가 형성된 기판의 높이는, 미러(MR)에서 멀어질수록, 증가할 수 있다.
도 4a 내지 도 5d는 도 3a 내지 도 3e의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 4a 내지 도 4c는, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부 또는 단부의 연장선(LInb) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa인 경우, 미러(MR)가 회전하는 경우를 예시한다.
또한, 도 4a 내지 도 4c는, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부 또는 단부의 연장선(Linb) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa1인 경우, 미러(MR)가 회전하는 경우를 예시한다.
먼저, 도 4a는, 스캐너(410x)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 것을 예시한다.
이때, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa인 경우, 또는, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa1인 경우, 미러(MR)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되나, 가까이 위치하는 기판(SLC)으로 인하여, 일부의 광경로가 막혀, 광손실이 발생하게 된다.
다음, 도 4b는, 스캐너(410x)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 보다 작은 θx 만큼 회전하는 것을 예시한다.
미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa인 경우, 또는, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa1인 경우임에도 불구하고, 미러(MR)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 손실없이, 외부로 출력되게 된다. 그러나, 이러한 경우, 미러(MR)의 스캐닝 각도가, θx 로서, 작아지는 단점이 있다.
다음, 도 4c는, 스캐너(410xb)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ보다 작고 θx보다는 큰 θy 각도 만큼 회전하며, 기판(SLCbx)에 단차가 형성되어, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLCbx)이 낮게 형성된 것을 예시한다.
이러한 경우, 도 4b와 달리, 스캐너(410xb)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θx보다 큰 θy 각도 만큼 회전하더라도, 기판(SLCbx)의 높이가, 제2 축(Axisx) 보다 낮으므로, 미러(MR)에서 반사되어 출력되는 광이, 기판(SLCbx)에 의해, 막히지 않고, 광손실이 발생하지 않을 수 있다.
그러나, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCbx)의 단부(GBEDb) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa이므로, θy 각도 보다 조금 큰 각도에서, 다시 기판(SLCbx)에 의한 광손실이 발생한다는 단점이 있다.
이에 본 발명에서는, 챠량용 스캐너에서, 광각의 스캐닝이 가능한 스캐너를 제안한다.
한편, 도 2d에서 도시한 바와 같이, 종래의 수평 입사 방식의 스캐너(410x)에서의 미러(MRx)의 광학각은 60도 이하였다.
한편, 수평 입사 방식에서 대구경 미러, 높은 구동 주파수, 넓은 구동각을 구현하기 위해, 미러(MRx)의 광학각을 60도 이상으로 설계하는 경우, 광간섭을 피하기 위해, 입사광 각도는 제3 축(Axisz) 기준으로 더욱 더 증가 시켜야 한다.
이때, 제3 축(Axisz) 기준의 입사광의 각도가 커질수록, 그리고 미러의 회전각이 커질수록, 입사광 관점에서 미러의 유효면적이 줄어들어 광 효율이 저하되는 단점이 있다. 또한 미러(MRx)의 회전각이 커질수록, 실리콘 기반의 미러 스프링 등이 쉽게 파손되는 등의 문제가 있다.
그러나, 본 발명에서는, 실리콘 기반의 미러 스프링 등의 파손 가능성을 저감시키면서, 높은 구동 주파수와 넓은 구동각을 가지는, 스캐너(410)를 설계한다.
특히, 수직 입사 방식에 따라, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz) 근방에서, 미러 방향으로 광이 입사되고, 미러의 중심(MRC)을 기준으로, 좌측, 우측 양방향으로, 반사광이 출력되도록 한다. 특히, 좌측, 우측 양방향으로 대칭의 반사광이 출력되도록 한다.
이에 따라, 본 발명에서는, 제1 축(Axisy)과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면에서, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz) 기준으로 소정의 각도를 가지고, 미러(MR)로 광이 입사되도록 한다.
이러한 방식은 수직 입사 방식으로서, 도 2c의 수평 입사 방식에 비해, 광 간섭 없이, 광각 구현에 유리하다는 장점이 있다.
한편, 스캐너(410)의 미러(MR)의 회전에 따라, 반사광의 각도가 변경되며, 본 발명에서는, 미러((MR)의 회전을 고려하여, 입사광 대비 좌측 방향 반사광의 각도가 최소 45도 이고, 입사광 대비 우측 방향 반사광의 각도가 최소 45도가 되도록 설정한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 스캐너(410)의 미러(MR)의 광학각이 최소 90도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
이는, 도 2d의 수직 축(Axisz) 대비 좌측의 45도로 반사광(OLxa)이 출력되는 것에 대응한 것이다.
이에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 수직 입사 방식에서의 최소 광학각은, 도 2c의 좌측 45도의 반사광 경로에 대응하게 된다. 따라서, 도 2c의 좌측 45도의 반사광 경로 이상을 광각의 스캐너로 설정한다.
한편, 스캐너(410)의 미러(MR)의 광학각이 90도 미만인 경우는, 미러(MR)의 회전각이 작아지는 경우로서, 이에 의하면, 광각의 스캐닝을 수행할 수 없게 된다.
한편, 미러(MR)의 광학각이 90도인 경우, 마진 광학각 10도를 더 고려하여, 미러(MR)의 최종 광학각은 100도인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는, 미러(MR)의 최종 광학각이 100도인 스캐너(410)를 제안한다.
즉, 미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 크기가, 22.5도 이상이며, 마진 구동각으로 2.5도를 고려하여, 최종적으로, 제2 축(Axisx) 대비 최종 회전 각도가 25도 이상이 되는 스캐너(410)를 제안한다. 이에 의하면, 미러(MR)의 최종 광학각은 100도 이상인 것이 바람직하다.
한편, 미러(MR)의 최종 광학각이 증가할수록, 반사광 경로 상에 위치한 기판으로 인한 광 손실이 발생하거나, 기판의 이격 배치로 인하여, 스캐너의 사이즈가 커지는 단점이 있다.
한편, 라이다를 채용한 전자기기들은 더 많은 영상 정보를 얻기 위해, 광각 카메라를 채용하고 있으며, 예를 들어, 최대 시야각이 대략 150도인 광각의 카메라를 사용한다. 따라서, 라이다를 채용한 전자 기기 내의 카메라와의 중복검증을 위해, 본 발명의 라이다에 채용되기 위한 스캐너(410)에서, 미러(MR)의 광학각은, 최대치가 150도인 것이 바람직하다.
한편, 미러(MR)의 광학각의 최대치인 150도에, 마진 광학각 10도를 더 고려하여, 미러(MR)의 최종 광학각의 최대치는 160도인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는, 미러(MR)의 최종 광학각의 최대치가 160도인 스캐너를 제안한다.
즉, 미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 최대치가, 37.5이며, 마진 구동각 2.5도를 고려하여, 최종적으로, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 최대치가 40도인 스캐너를 제안한다. 이에 의하면, 미러(MR)의 최종 광학각의 최대치는 160도인 것이 바람직하다.
한편, 최대치가 160도를 초과한 경우, 미러(MR)의 최종 광학각의 증가에 따라, 반사광 경로 상에 위치한 기판 및 주변의 구조물로 인한 광 손실이 발생하거나, 실리콘 기반의 미러 스프링 등이 파손 위험성이 상당히 증가하거나, 기판 및 주변 구조물의 이격 배치로 인하여, 스캐너 또는 스캐너 모듈의 사이즈가 커지는 단점이 있다.
결국, 본 발명에서는, 미러(MR)의 최종 광학각의 크기가, 100도 내지 160도가 되는 스캐너를 제안한다.
즉, 본 발명에서는, 마진 구동각을 고려하여, 미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 최종 회전 각도의 크기가, 25도 내지 40도가 되는 스캐너를 제안한다.
특히, 본 발명에서는, 정전력 방식 및 전자기력 방식에 모두 적용 가능한 다이렉트 방식의 스캐너로서, 미러(MR)의 최종 광학각의 크기가, 100도 내지 160도인 스캐너를 제안한다. 이에 대해서는 도 5a를 참조하여 기술한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3a 내지 도 3e의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 5a는, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa 보다 먼, Da인 경우, 미러(MR)가 회전하는 경우를 예시한다.
특히, 도 5a는, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 것을 예시한다.
이때, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dx 보다 먼, Da이므로, 미러(MR)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 기판(SLC)에 의한 광 손실없이, 외부로 출력되게 된다.
한편, 광 손실을 방지하기 위한 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리인 Da는 다음의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Da=Rcos(θ)+Rsin(θ)tan(2θ)
여기서, R은 미러(MR)의 반경이며, θ는, 제2 축(Axisx) 대비 미러(MR)의 회전각에 대응한다.
한편, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa1 보다 먼, Da1이므로, 미러(MR)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 미러(MR)에 의한 손실없이, 외부로 출력되게 된다.
한편, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리인, Da1은 다음의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Da1=Rcos(θ)+Rsin(θ)tan(2θ)-R
한편, 도 5a에 의하면, 도 4b에 비해, 미러(MR)의 스캐닝 각도가, θ로서 더 커지므로, 광각의 스캐닝이 가능하다는 장점이 있다.
이러한 원리에 의하면, 광각의 스캐닝을 위해, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, 멀어질수록 좋을 수 있다.
그러나, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, 너무 멀어지게 되면, 광간섭이 줄어드나, 기판의 크기가 커지는 단점이 있다.
한편, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, 너무 작아지게 되면, 기판의 크기는 작아지나, 미러(MR)의 광간섭이 발생하는 단점이 있다.
결국, 광간섭 저감과, 광각의 스캐닝을 위해, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격은, 소정 범위 이내인 것이 바람직하다.
한편, 수학식 1에 기초하여, 미러(MR)의 광학각 100도에 대응하는, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배에 대응하며, 미러(MR)의 광학각 160도에 대응하는, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 4.41배에 대응한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 기준의, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배 내지 4.41배인 것이 바람직하다.
한편, 수학식 2에 기초하여, 미러(MR)의 광학각 100도에 대응하는, 미러(MR)와 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 0.41배에 대응하며, 미러(MR)의 광학각 160도에 대응하는, 미러(MR)와 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 3.41배에 대응한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 기준의, 미러(MR)와 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 0.41배 내지 3.41배인 것이 바람직하다.
한편, 도 5b는, 도 5a와 동일하게, 기판(SLCm)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, Da이나, 기판(SLCm)에 단차가 형성된 것에 그 차이가 있다.
즉, 도 5b는, 스캐너(410b)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하며, 기판(SLCm)에 단차가 형성되어, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLCm)이 낮게 형성된 것을 예시한다. 즉, 제2 축(Axisx) 보다 기판(SLCm)이 낮게 형성된 것을 예시한다.
이러한 경우, 도 5a와 같이, 스캐너(410b)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하더라도, 기판(SLCm)의 높이가, 제2 축(Axisx) 보다 낮으므로, 미러(MR)에서 반사되어 출력되는 광이, 기판(SLCm)에 의해, 막히지 않고, 광손실이 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCm)의 단부(GBEDm) 사이의 간격 또는 거리인 Da의 증가 없이, θ 각도 보다 더 큰 각도까지 기판(SLCm)에 의한 광손실이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 기판의 크기 증가 없이 일방향의 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCm)의 단부(GBEDm)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이는, hb 이다.
미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCm)의 단부(GBEDm)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이인 hb는, 다음의 수학식 3에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 3]
hb=Rsin(θ)-Da2/tan(2θ),
Da2=Da-Rcos(θ)
한편, 본 발명에서는, 기판의 크기 증가 없이, hb의 단차에 의해, 미러(MR)의 광학각 100도부터 160도까지, 광 손실 없이, 광각의 스캐닝이 가능하도록 하는 방안을 강구한다.
미러(MR)의 최소 광학각 100도인 경우에 대응하는 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCm)의 단부(GBEDm) 사이의 간격, Da는 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배에서, hb가 미러(MR)의 반경의 0.53배인 경우, 단차가 없는 경우의, 미러(MR)의 최대 광학각 160도와 동일한 효과가 발생하게 된다. 즉, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCm)의 단부(GBEDm) 사이의 간격 증가 없이 광각의 스캐닝이 가능하다.
이에 따라, 미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCm)의 단부(GBEDm)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이인 hb의 범위는, 미러(MR)의 최대 광학각 160도를 고려하여, 미러(MR)의 반경의 0.53배 이내인 것이 바람직하다. 따라서, 광손실이 줄어들어, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
다음, 도 5c는, 도 5b와 유사하게, 스캐너(410c)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하며, 기판(SLCc)에 단차가 형성되어, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLCc)이 낮게 형성된 것을 예시한다.
한편, 도 5b와 달리, 기판(SLCc)의 높이가, 미러(MR)에서 멀어질수록, 높아지는 것에 그 차이가 있다.
즉, 미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCc)의 단부(GBEDb)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이는, hb 이며, 미러(MR)에 가장 먼 기판(SLCc)의 단부(GBEDc)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이는, hc 이다.
이때, 미러(MR)의 중심(MRC)과, 기판(SLCc)의 단차 사이의 차이, 즉, 미러(MR)의 중심(MRC) 또는 미러(MR)의 상단의 중심(MRC)과, 기판(SLCc)의 단부(GBEDb) 사이의 차이인 hb는, 미러(MR)의 반경의 0.53배 이내인 것이 바람직하다. 따라서, 기판의 크기 증가 없이 광각의 스캐닝이 가능하게 된다. 또한, 미러(MR)에 가장 먼 기판(SLCc)의 단부(GBEDc)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이, hc도 0.53배 이내인 것이 바람직하다.
이러한 경우, 도 5a와 달리, 스캐너(410c)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 보다 더 큰 각도까지, 기판(SLCc)의 높이가, 제2 축(Axisx) 보다 낮으므로, 미러(MR)에서 반사되어 출력되는 광이, 기판(SLCc)에 의해, 막히지 않고, 광손실이 발생하지 않을 수 있다.
다음, 도 5d는, 다양한 식각 방식으로 형성 가능한 기판의 단면 형상을 도시한다. 한편, 도 5d에서 예시된 기판의 단면 형상 이외에, 다양한 단면 형상 변형 실시가 가능하다
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스캐너 모듈의 측면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 모듈(240)은, 광을 반사하는 미러(MR)를 포함하는 전자기력 방식의 스캐너(410), 스캐너(410)의 후면에 배치되는 자석(magnet, 420, 430), 자석(420, 430)을 수납하는 수납 공간을 형성하는 하부 케이스(450), 자석(420, 430)에 대응하는 요크(460), 및 스캐너에서 반사되는 광이 통과하는 개구부(442)를 구비하는 상부 케이스(440)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 모듈(240)은, 투명 부재로 형성되어 개구부(442)를 커버하는 투명 커버부(470)를 더 포함할 수 있다.
즉, 투명 커버부(470)는, 스캐너(410)의 전면에 배치되고, 개구부(442)를 밀폐시키면서도 광이 통과할 수 있도록 투명 부재로 형성될 수 있다.
한편, 상부 케이스(440)는, 스캐너(410)의 일부와 접촉하고, 스캐너(410)와의 접촉면에서 미러면(MR)를 향하는 방향으로 연장되는 경사부(441)를 구비할 수 있다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상부 케이스(440)는, 스캐너의 중앙부, 즉 미러(MR)면을 향하는 방향으로 연장되는 경사부(441)와 미러면(MR)에서 반사되는 광을 외부로 출력시키기 위하여 소정 크기의 개구부(442)를 포함할 수 있다.
이 경우에, 개구부(442)의 크기는 광을 외부로 출력시키는 것을 방해하지 않는 정도의 최소 크기로 설계될 수 있다.
또한, 경사부(441)의 전면은 광을 외부로 출력시키는 것을 방해하지 않기 위해 소정 각도의 경사면을 가지도록 설계될 수 있다.
요크(yoke, 460)는, 자석(420, 430)을 수납하는 수납 공간을 형성하는 하부 케이스(450)의 후면에 배치될 수 있다.
요크(460)의 형상은 자석(420, 430)의 형상에 대응할 수 있고, 연자성 재료로 형성될 수 있다. 한편, 요크(460)는, 전류가 인가되는 경우 형성되는 자속(magnetic flux)의 통로가 될 수 있다.
투명 커버부(470)는 개구부(442)를 통하여 외부의 먼지 등이 유입되지 않도록 스캐너 모듈(240)를 밀폐시킬 수 있다.
이에 따라, 스캐너(410) 및 미러면(MR)의 외부 미물질과의 노출빈도를 최소화할 수 있다.
한편, 투명 커버부(470)는, 스캐너(410)에 대해 소정 경사각을 가지도록 기울어져 상부 케이스(440)에 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전자기력 방식의 스캐너(410)는, 도면과 같이, 사각형의 형상으로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전자기력 방식의 스캐너(410)에 대한 설명은, 도 7a 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이고, 도 7b는 도 7a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐너(410m)는, 전자기력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너일 수 있다.
이를 위해, 스캐너(410m)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 연결되는 적어도 하나의 코일(CLa)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함한다.
기판(SLC)은, 미러(MR)와 이격되어, 미러(MR) 주위의 외측에 사각 형상으로 형성될 수 있다.
기판(SLC)과 미러(MR) 사이에는 개구(OPoa, OPob)가 형성될 수 있다. 이때의 개구(OPoa, OPob)는, 도면과 같이, 원형 또는 타원형의 도넛 형상을 가질 수 있다.
한편, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 적어도 하나의 코일(CLa)이 각각 연결될 수 있다.
도면에서는, 네개의 라인의 코일(CLa)이, 제1 미러 스프링(MSa)에 연결되고,미러(MR)를 통해, 제2 미러 스프링(MSB)에 연결되는 것을 예시하나, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 코일은 제1 미러 스프링(MSa)을 통해 미러(MR)에 형성되고 다시 제 1 미러 스프링(MSa)으로 연결될 수 있으며, 미러(MR)에 형성되는 코일 Turn 수는 다수의 Turn 을 형성할 수 있다. 다수의 코일 Turn 을 형성하는 경우에는, 유전체 층을 이용한 Via Hole로 다층 코일 경로를 형성 할 수 있다. 또한 미러(MR)에 형성되는 코일(CLa)의 갯수와 경로는, 제 1축(Axisy) 기준 대칭 또는 비대칭으로 형성할 수 있다.
적어도 하나의 코일(CLa)에 전기 신호가 인가되는 경우, 전기 신호는, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)을 통해, 미러(MR)에 전달될 수 있다.
한편, 자석(420,430)과, 적어도 하나의 코일(CLa)에 의해 자기장이 형성될 수 있으며, 이에 따라, 적어도 하나의 코일(CLa)을 통해 입력되는 구동력이, 미러(MR)에 전달될 수 있다.
따라서, 미러(MR)는, 다이렉트 방식으로, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb) 이 배치되는 제1 축(Axisy)을 중심으로, 회전할 수 있게 된다.
도 7a는, 미러(MR)의 전면(MRF)이 도시되며, 도 7b는, 미러(MR)의 배면(MSB)이 도시된다.
한편, 미러(MR)의 배면(MSB)에, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴(PTa) 및 제2 패턴(PTb)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410m)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제1 패턴(PTa) 및 제2 패턴(PTb)은, 미러(MR)의 원주에 이격되는 호 형상일 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410m)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
도 7c 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 전자기력 방식의 스캐너의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 7c 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 전자기력 방식의 스캐너의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 7c 내지 도 7e의 스캐너(410mb~410md)는, 도 7a 또는 도 7b의 스캐너(410)와 유사하게, 전자기력 기반의 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 연결되는 적어도 하나의 코일(CLa)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함한다.
다만, 도 7c 내지 도 7e의 스캐너(410mb~410md)는, 기판(SLC)에 단차가, 형성된 것에 그 차이가 있다.
도 7c 내지 도 7e에서는, 제2 축(Axisx) 방향으로, 기판(SLC)에 단차가 형성된 것을 예시한다. 이러한 구조에 의하면, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLC)이 낮게 형성되게 된다.
이에 따라, 미러(MR)가 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하더라도, 근접하여 위치하는 기판(SLC)에 형성된 단차로 인하여 광손실 가능성이 저하된다. 따라서, 일방향의 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
도 7c는, 미러(MR) 주변의, 제2 축(Axisx) 방향의 기판의 전체가 식각되어 단차(EDaa,EDba)가 형성된 스캐너(410mb)를 예시한다. 이때, 단차(EDaa,EDba)가 형성된 기판의 높이는 일정할 수 있다.
도 7d는, 미러(MR) 주변의, 제2 축(Axisx) 방향의 기판의 일부가 식각되어 단차(EDba,EDbb)가 형성된 스캐너(410mc)를 예시한다. 이때, 단차(EDba,EDbb)가 형성된 기판의 높이는 일정할 수 있다.
도 7e는, 미러(MR) 주변의, 제2 축(Axisx) 방향의 기판의 일부가 식각되어, 형성된 단차(EDac,EDbc)가 형성된 스캐너(410md)를 예시한다. 일예로, 미러(MR)의 광학각에 대응하여, 식각될 수 있다. 이에 따라, 단차(EDac,EDbc)가 형성된 기판의 높이는, 미러(MR)에서 멀어질수록, 증가할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 도 7a 내지 도 7e의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 7a 내지 도 7e의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8a는, 스캐너(410m)의 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa 보다 먼, Da인 경우, 미러(MR)가 회전하는 경우를 예시한다.
특히, 도 8a는, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 것을 예시한다.
이때, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dx 보다 먼, Da이므로, 미러(MR)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 기판(SLC)에 의한 광 손실없이, 외부로 출력되게 된다.
한편, 광손실을 방지하기 위한 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리인 Da는 상기의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
한편, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리가, Dxa1 보다 먼, Da1이므로, 미러(MR)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 미러(MR)에 의한 손실없이, 외부로 출력되게 된다.
한편, 미러(MR)의 단부(MRED)와 기판(SLC)의 단부(GBED) 사이의 간격 또는 거리인, Da1은 상기의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.
한편, 도 8a에 의하면, 도 4b에 비해, 미러(MR)의 스캐닝 각도가, θ로서 더 커지므로, 광각의 스캐닝이 가능하다는 장점이 있다.
이러한 원리에 의하면, 광각의 스캐닝을 위해, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, 멀어질수록 좋을 수 있다.
그러나, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, 너무 멀어지게 되면, 광간섭이 발생하지 않으나, 기판의 크기가 커지는 단점이 있다.
한편, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, 너무 작아지게 되면, 기판의 크기는 작아지나, 광간섭이 발생하는 단점이 있다.
결국, 광간섭 저감과, 광각의 스캐닝을 위해, 기판(SLC)과 미러(MR) 사이의 간격은, 소정 범위 이내인 것이 바람직하다.
한편, 수학식 1에 기초하여, 미러(MR)의 광학각 100도에 대응하는, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배에 대응하며, 미러(MR)의 광학각 160도에 대응하는, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 4.41배에 대응한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 기준의, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배 내지 4.41배인 것이 바람직하다.
한편, 수학식 2에 기초하여, 미러(MR)의 광학각 100도에 대응하는, 미러(MR)와 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 0.41배에 대응하며, 미러(MR)의 광학각 160도에 대응하는, 미러(MR)와 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 3.41배에 대응한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 기준의, 미러(MR)와 기판(SLC) 사이의 거리는, 미러(MR)의 반경(R)의 0.41배 내지 3.41배인 것이 바람직하다.
한편, 도 8b는, 도 8a와 동일하게, 기판(SLCm)과 미러(MR) 사이의 간격 또는 거리가, Da이나, 기판(SLCm)에 단차가 형성된 것에 그 차이가 있다.
즉, 도 8b는, 스캐너(410mb)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하며, 기판(SLCm)에 단차가 형성되어, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLCm)이 낮게 형성된 것을 예시한다. 즉, 제2 축(Axisx) 보다 기판(SLCm)이 낮게 형성된 것을 예시한다.
이러한 경우, 도 8a와 같이, 스캐너(410mb)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하더라도, 기판(SLCm)의 높이가, 제2 축(Axisx) 보다 낮으므로, 미러(MR)에서 반사되어 출력되는 광이, 기판(SLCm)에 의해, 막히지 않고, 광손실이 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCm)의 단부(GBEDm) 사이의 간격 또는 거리인, Da의 증가 없이, θ 각도 보다 더 큰 각도까지 기판(SLCm)에 의한 광손실이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 기판의 크기 증가 없이 일방향의 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCm)의 단부(GBEDm)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이는, hb 이다.
한편, 수학식 3에 기초하여, 미러(MR)의 최소 광학각 100도인 경우에 대응하는 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCm)의 단부(GBEDm) 사이의 간격, Da는 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배에서, hb가 미러(MR)의 반경의 0.53배인 경우, 단차가 없는 경우의, 미러(MR)의 최대 광학각 160도와 동일한 효과가 발생하게 된다. 즉, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLCm)의 단부(GBEDm) 사이의 간격 증가 없이 광각의 스캐닝이 가능하다.
이에 따라, 미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCm)의 단부(GBEDm)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이인 hb의 범위는, 미러(MR)의 최대 광학각 160도를 고려하여, 미러(MR)의 반경의 0.53배 이내인 것이 바람직하다. 따라서, 광손실이 줄어들어, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
다음, 도 8c는, 도 8b와 유사하게, 스캐너(410mc)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하며, 기판(SLCc)에 단차가 형성되어, 제2 축(Axisx)을 기준으로, 미러(MR)의 중심(MRC) 보다 기판(SLCc)이 낮게 형성된 것을 예시한다.
한편, 도 8b와 달리, 기판(SLCc)의 높이가, 미러(MR)에서 멀어질수록, 높아지는 것에 그 차이가 있다.
즉, 미러(MR)에 가장 가까운 기판(SLCc)의 단부(GBEDb)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이는, hb 이며, 미러(MR)에 가장 먼 기판(SLCc)의 단부(GBEDc)와 제2 축(Axisx) 사이의 차이는, hc 이다.
이때, 미러(MR)의 중심(MRC)과, 기판(SLCc)의 단차 사이의 차이, 즉, 미러(MR)의 중심(MRC) 또는 미러(MR)의 상단의 중심(MRC)과, 기판(SLCc)의 단부(GBEDb) 사이의 차이인 hb는, 미러(MR)의 반경의 0.53배 이내인 것이 바람직하다. 따라서, 기판의 크기 증가 없이 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
이러한 경우, 도 8a와 달리, 스캐너(410mc)의 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 보다 더 큰 각도까지 회전하더라도, 기판(SLCc)의 높이가, 제2 축(Axisx) 보다 낮으므로, 미러(MR)에서 반사되어 출력되는 광이, 기판(SLCc)에 의해, 막히지 않고, 광손실이 발생하지 않을 수 있다.
다음, 도 8d는, 다양한 식각 방식으로 형성 가능한 기판의 단면 형상을 도시한다. 한편, 도 8d 에서 예시된 기판의 단면 형상 이외에, 다양한 단면 형상 변형 실시가 가능하다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이고, 도 9b는 도 9a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 9a 및 도 9b의 스캐너(410n)는, 전자기력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너로서, 도 7a 및 도 7b의 스캐너(410m)와 유사하다.
즉, 스캐너(410n)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 연결되는 적어도 하나의 코일(CLa)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함한다.
한편, 도 9a 및 도 9b의 스캐너(410n)는, 미러(MR), 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 접속되는 림(rim)(RM)을 더 포함하는 것에, 도 7a 및 도 7b의 스캐너(410m)와 차이가 있다.
한편, 도 9a 및 도 9b의 스캐너(410n)에서, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 상술한 바와 같이, 미러(MR)의 반경의 1.41배 내지 4.41배인 것이 바람직하다.
한편, 도 9a 및 도 9b의 스캐너(410n)에서, 미러(MR)의 중심(MRC) 또는 미러(MR)의 상단의 중심(MRC)과 기판(SLC)의 단차 사이의 차이는, 미러(MR)의 반경의 0.53배 이내인 것이 바람직하다.
도 9a는, 미러(MR)의 전면(MRF)이 도시되며, 도 9b는, 미러(MR)의 배면(MSB)이 도시된다.
한편, 미러(MR)의 배면(MSB)에, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴(PTa) 및 제2 패턴(PTb)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410n)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 림(rim)(RM)은, 전자기력 방식 외에, 정전력 방식의 스캐너에도 배치될 수 있다.
이에 따라, 도 3a의 스캐너(410)는, 미러(MR) 및 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 접속되는 림(rim)(RM)을 더 포함 할 수 있다.
도 10a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너의 전면을 도시한 도면이고, 도 10b는 도 10a의 스캐너의 배면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 10a 및 도 10b의 스캐너(410o)는, 전자기력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너로서, 도 7a 및 도 7b의 스캐너(410m)와 유사하다.
즉, 스캐너(410o)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 연결되는 적어도 하나의 코일(CLa)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함한다.
한편, 도 10a 및 도 10b의 스캐너(410o)는, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 접속되며, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc,MSd)을 더 포함하는 것에, 도 7a 및 도 7b의 스캐너(410m)와 차이가 있다.
이에 의해, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 부담되는 스트레스가, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc,MSd)으로 전달될 수 있게 된다.
이때, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)의 폭(WPa) 보다, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc,MSd)의 폭(WPb)이 더 큰 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 부담되는 스트레스가, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc,MSd)으로 상당히 전달될 수 있게 된다.
한편, 도 10a 및 도 10b의 스캐너(410o)에서, 미러(MR)의 중심(MRC)과 기판(SLC) 사이의 거리는, 상술한 바와 같이, 미러(MR)의 반경의 1.41배 내지 4.41배인 것이 바람직하다.
한편, 도 10a 및 도 10b의 스캐너(410o)에서, 미러(MR)의 중심(MRC) 또는 미러(MR)의 상단의 중심(MRC)과, 기판(SLC)의 단차 사이의 차이는, 미러(MR)의 반경의 0.53배 이내인 것이 바람직하다.
도 10a는, 미러(MR)의 전면(MRF)이 도시되며, 도 10b는, 미러(MR)의 배면(MSB)이 도시된다.
한편, 미러(MR)의 배면(MSB)에, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴(PTa) 및 제2 패턴(PTb)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410o)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc,MSd)은, 전자기력 방식 외에, 정전력 방식의 스캐너에도 배치될 수 있다.
이에 따라, 도 3a의 스캐너(410)는, 제1 및 제2 미러 지지부재 (SPa, SPb)에 접속되며, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축 방향으로 대칭 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc, MSd)을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)에 접속되며, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링(MSc,MSd)을 더 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러;
    상기 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재;
    상기 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링;
    정전력 기반의 회전력을 상기 미러에 공급하는 복수의 콤(comb);
    상기 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판;을 포함하고,
    상기 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 상기 미러의 중심과 상기 기판 사이의 거리는, 상기 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 단차가 형성되어, 상기 미러의 중심 또는 미러의 상단의 중심과, 상기 기판의 단차 사이의 차이는, 상기 미러의 반경의 0.53배 이내인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 단차가 형성되어, 상기 제2 축을 기준으로, 상기 미러의 중심 보다 상기 기판이 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 스캐너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단차가 형성된 상기 기판의 높이는, 상기 미러에서 멀어질수록, 증가하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미러의 배면에, 상기 미러의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴 및 제2 패턴;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 상기 미러와 상기 기판 사이의 거리는, 상기 미러의 반경의 0.41배 내지 3.41배인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되며, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  9. 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러;
    상기 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링;
    상기 제1 및 제2 미러 스프링에 연결되는 적어도 하나의 코일;
    상기 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판;을 포함하고,
    상기 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 상기 미러의 중심과 상기 기판 사이의 거리는, 상기 미러의 반경의 1.41배 내지 4.41배인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기판에 단차가 형성되어, 상기 미러의 중심 또는 미러의 상단의 중심과, 상기 기판의 단차 사이의 차이는, 상기 미러의 반경의 0.53배 이내인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기판에 단차가 형성되어, 상기 제2 축을 기준으로, 상기 미러의 중심 보다 상기 기판이 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 스캐너.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단차가 형성된 상기 기판의 높이는, 상기 미러에서 멀어질수록, 증가하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 미러의 배면에, 상기 미러의 제1 측 및 제2 측에 부착되는 제1 패턴 및 제2 패턴;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 축에 교차하는 제2 축 기준의, 상기 미러와 상기 기판 사이의 거리는, 상기 미러의 반경의 0.41배 내지 3.41배인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 미러, 상기 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되는 림(rim);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 스프링에 접속되며, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 스프링의 폭 보다, 상기 제3 및 제4 미러 스프링의 폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 스캐너.
  19. 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항의 스캐너;
    상기 스캐너의 후면에 배치되는 자석;
    상기 자석을 수납하는 수납 공간을 형성하는 하부 케이스;
    상기 스캐너에서 반사되는 광이 통과하는 개구부를 구비하는 상부 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너 모듈.
  20. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 스캐너;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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