JP4392410B2 - 電磁力駆動スキャニングマイクロミラー及びこれを使用した光スキャニング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁力駆動スキャニングマイクロミラーに関する。

本発明によるスキャニングマイクロミラーは、光源から出射されたビームを１次元（線）又は２次元（面）の所定の領域に走査（ｓｃａｎ）して画像などの情報を結像するか、位置、画像などのデータを読み取るレーザープリンター、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、バーコードスキャナー、スキャニングディスプレイ及び各種センサーなどに適用可能である。且つ、スキャニング機能の他に、反射光の経路を任意に調節する光スイッチ（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ）素子などにも適用可能である。

最近の光素子技術の発展に伴い、各種情報の入出力端及び情報伝達の媒介体として光を使用する多様な技術が開発されている。光源から出るビームを走査して使用する方法もその中の一つで、バーコードスキャナー（ｂａｒｃｏｄｅ ｓｃａｎｎｅｒ）や、基礎的なレベルのスキャニングレーザーディスプレイ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ）などをこのような技術の典型的な応用事例として挙げることができる。

前記のビームスキャニング技術は、適用事例によって多様な走査速度（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）と走査範囲（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｒａｎｇｅ）が要求されるが、既存のビームスキャニングは、ガルヴァニーミラー（ｇａｌｖａｎｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）、回転型ポリゴンミラー（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｐｏｌｙｇｏｎ ｍｉｒｒｏｒ）などの駆動されるミラーの反射面と入射光が形成する入射角度を調節して具現する方法が主流となっている。

又、ガルヴァニーミラーの場合、数乃至数十ヘルツ（Ｈｚ）程度の走査速度を要求する応用に適合し、ポリゴンミラーの場合、数キロヘルツ（ｋＨｚ）程度の走査速度を具現することが可能である。

そして、諸般技術の発達に伴い、最近ではビームスキャニング技術を新しいデバイスに適用するか、このような技術を採用している既存の適用分野において性能をさらに向上させようとする努力を進めているが、レーザー走査（ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ）法を使用した高解像度の原色再現力に優れている投射方式ディスプレイシステム（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ）や、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）、レーザープリンターなどがその好例である。

このような高い空間分解能（ｈｉｇｈ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が要求されるビームスキャニングを必要とするシステムにおいては、通常的に早い走査速度と大きい角変位又は傾斜角（ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｒ ｔｉｌｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を具現することができるスキャニングミラーが要求されるが、従来のポリゴンミラーを使用する方法の場合、高速で回転するモータにポリゴンミラーが装着される形態を取っているので、走査速度はポリゴンミラーの回転角速度に比例し、これは駆動部モータの回転速度に依存しているため、通常のモータ回転速度の限界によって走査速度を増加させることに限界があり、全体システムの体積と電力消耗を減少させることが難しいという問題がある。

なお、駆動モータ部の機械的摩擦騒音を根本的に解決しなければならなく、複雑な構造によってコスト節減の効果を期待することができない。

図１は、従来技術によるポリゴンミラーを使用した走査装置の概略斜視図である。光源１から出射された入射光５は、各種レンズなどの光学系２を通過してポリゴンミラー３によって反射される。

従って、前記ポリゴンミラー３の下部に設置されたモータ４を使用してポリゴンミラー３を回転させることによって、前記反射光６をポリゴンミラー３の回転方向７によって定義される方向８に走査させることができる。

前記ポリゴンミラー３を使用した走査装置の場合、単方向の比較的早いスキャニングを具現することができるが、高解像度のディスプレイなどに適用することには限界がある。

マイクロミラーを使用した走査装置の場合、両方向走査が可能であり、数十ｋＨｚに至る早い走査速度を具現することができるが、このような過酷な条件下で駆動する場合、駆動の原理上、マイクロミラーがなびくいわゆる動的変形（ｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｆｌｅｔｉｏｎ）現象が発生して反射面の歪曲と、これによる反射光が劣化する原因となる。

従って、高性能の光走査装置を具現するためには、このような動的変形現象を抑制することのできるマイクロミラーの材質及び構造選定が必要となる。

垂直方向の櫛形電極（ｃｏｍｂ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を使用する従来の静電力駆動スキャニングマイクロミラーの場合、製造工程において、可動部（ｍｏｖａｂｌｅ ｐａｒｔ ｏｒ ｒｏｔｏｒ）と固定部（ｆｉｘｅｄ ｐａｒｔ ｏｒ ｓｔａｔｏｒ）の高い整列精密度が要求され、回転角度を増加させるためには高い縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）を有するように構造物を製造しなければならない問題がある。

さらに、ミラー板に付着される可動部櫛形電極とこれと隣接する固定部櫛形電極はいずれも駆動力の減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を増加させる要因として作用する短所がある。

本発明の目的は、前記のような従来技術が有する問題を解決するべく案出された発明であって、電磁気現象を利用して駆動されるマイクロミラーを集積して適用した光スキャニング素子を提供することにある。

前記マイクロミラーは、反射光の経路を所定の量だけ変調する方向変調又は角変調機能を提供することにある。

前記マイクロミラーは、反射光の経路を所定の周期の間に所定の量だけを変調するスキャニング機能を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記のマイクロミラーに薄膜とフレーム構造を適用して駆動の中、反射面の変形を抑制し、大きいスキャニング角度と高いスキャニング速度を具現することにある。

本発明の又他の目的は、半導体一貫工程及びマイクロマシニング技術を適用して製造される光スキャニング素子の軽量化及び小型化を図ることにある。

前記の目的を達成するために、本発明は磁界を供給する磁界発生部と、
反射面及び前記反射面の後面に付着されるフレーム構造物で形成されるミラー板と、
前記ミラー板を囲む基板と、
前記ミラー板と前記基板との間を連結する一対のトーションバーと、
前記ミラー板の反射面の後面に形成され、前記磁界の発生部から供給される磁界との相互作用によって駆動力を発生させる磁性体を含み、
前記ミラー板は、前記磁性体から発生する駆動力によって前記トーションバーを中心軸として回転駆動されることを特徴とする。

本発明において、前記フレーム構造物は、アレイ形態で配置される一つ以上の単位フレーム構造物で構成されることが好ましい。

なお、前記単位フレーム構造物は、前記ミラー板の回転軸に近い部分が前記回転軸から遠い部分より幅が広いことがさらに好ましい。

なお、前記単位フレーム構造物は、前記ミラー板の回転軸に近い部分が前記回転軸から遠い部分よりその厚さが厚いことがさらに好ましい。

なお、前記単位フレーム構造物は、少なくとも一つ以上の所定の部位に食刻された空間が形成されることがさらに好ましい。

本発明において、前記磁性体は、前記ミラー板の回転軸を中心に対称又は非対称に形成されることが好ましい。

本発明において、前記磁性体は、前記フレーム構造物の表面に付着されるか、前記フレーム構造物の表面に埋め込める形態で前記ミラー板の後面に形成されることが好ましい。

本発明において、前記磁性体は、前記ミラー板の回転軸と平行方向のアレイ形態で整列される一つ以上の単位磁性体を包含することが好ましい。

本発明において、前記単位磁性体は、前記ミラー板と平行する平面上で前記ミラー板の回転軸と平行方向への幅より前記回転軸と垂直方向への長さがより長い多角形又は楕円形状であることが好ましい。

本発明において、前記磁性体は、軟磁性の素材で形成されることが好ましい。

本発明において、前記磁界発生部は、電流供給電源及び前記電流供給電源から供給される電流を流して磁界を発生させるコイルによって構成されることが好ましい。

なお、前記コイルは、前記基板に集積されることがさらに好ましい。

本発明において、前記基板は上部と下部が絶縁層によって区分される構造であり、前記トーションバーは、前記ミラー板と前記基板の上部又は下部の中から選択されるいずれか一つの間を連結することが好ましい。

なお、前記基板は、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。

本発明において、電磁力駆動スキャニングマイクロミラーは、前記基板に固定され、前記ミラー板と隣接する位置に調整電極をさらに包含し、前記ミラー板は、前記磁性体から発生する駆動力及び前記調整電極と前記ミラー板の間に印加される電位差から発生する電気力によって回転駆動されることが好ましい。

なお、前記ミラー板には、フレーム構造物上の前記調整電極と隣接する位置に可動電極がさらに形成され、前記調整電極と前記ミラー板との間に印加される電位差から発生する電気力は、前記調整電極と前記可動電極との間に印加される電位差から発生する電気力であることがさらに好ましい。

なお、前記調整電極と前記ミラー板との間に印加される電位差から発生する電気力は、前記ミラー板と前記調整電極との間に作用する引力であることがさらに好ましい。

本発明において、以上の特徴を有する電磁力駆動スキャニングマイクロミラーと、前記電磁力駆動スキャニングマイクロミラーに入射光を提供する光学系及び前記電磁力駆動スキャニングマイクロミラーから反射された光を出力する光学系を含む光スキャニング装置である。

上記目的を達成するために、本発明は、例えば、以下の手段を提供する。
（項目１）
磁界を供給する磁界発生部と、
反射面及び上記反射面の後面に付着されるフレーム構造物で形成されるミラー板と、
上記ミラー板を囲む基板と、
上記ミラー板と上記基板との間を連結する一対のトーションバーと、
上記ミラー板の反射面の後面に形成され、上記磁界の発生部から供給される磁界との相互作用によって駆動力を発生させる磁性体を含み、
上記ミラー板は、上記磁性体から発生する駆動力によって上記トーションバーを中心軸として回転駆動されることを特徴とする電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目２）
上記フレーム構造物は、アレイ形態で配置される一つ以上の単位フレーム構造物で構成されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目３）
上記単位フレーム構造物は、上記ミラー板の回転軸に近い部分が上記回転軸から遠い部分より幅が広いことを特徴とする項目２に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目４）
上記単位フレーム構造物は、上記ミラー板の回転軸に近い部分が上記回転軸から遠い部分よりその厚さが厚いことを特徴とする項目２に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目５）
上記単位フレーム構造物は、少なくとも一つ以上の所定の部位に食刻された空間が形成されることを特徴とする項目２に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目６）
上記磁性体は、上記ミラー板の回転軸を中心に対称又は非対称に形成されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目７）
上記磁性体は、上記フレーム構造物の表面に付着されるか、上記フレーム構造物の表面に埋め込められる形態で上記ミラー板の後面に形成されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目８）
上記磁性体は、上記ミラー板の回転軸と平行に整列される一つ以上の単位磁性体のアレイで形成されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目９）
上記単位磁性体は、上記ミラー板と平行する平面上で上記ミラー板の回転軸と平行方向への幅より上記回転軸と垂直方向への長さがより長い多角形又は楕円形状であることを特徴とする項目８に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１０）
上記磁性体は、軟磁性の素材で形成されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１１）
上記磁界発生部は、電流供給電源及び上記電流供給電源から供給される電流を流して磁界を発生させるコイルによって構成されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１２）
上記コイルは、上記基板に集積されることを特徴とする項目１１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１３）
上記基板は、上部と下部が絶縁層によって区分される構造であり、上記トーションバーは、上記ミラー板と上記基板の上部又は下部の中から選択されるいずれか一つの間を連結することを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１４）
上記基板は、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることを特徴とする項目１３に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１５）
上記基板に固定され、上記ミラー板と隣接する位置に調整電極をさらに包含し、上記ミラー板は、上記磁性体から発生する駆動力及び上記調整電極と上記ミラー板の間に印加される電位差から発生する電気力によって回転駆動されることを特徴とする項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１６）
上記ミラー板には、フレーム構造物上の上記調整電極と隣接する位置に可動電極がさらに形成され、上記調整電極と上記ミラー板との間に印加される電位差から発生する電気力は、上記調整電極と上記可動電極との間に印加される電位差から発生する電気力であることを特徴とする項目１５に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１７）
上記調整電極と上記ミラー板との間に印加される電位差から発生する電気力は、上記ミラー板と上記調整電極との間に作用する引力であることを特徴とする項目１５に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー。
（項目１８）
項目１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラー、上記電磁力駆動スキャニングマイクロミラーに入射光を提供する光学系及び上記電磁力駆動スキャニングマイクロミラーから反射された光を出力する光学系を含む光スキャニング装置。

本発明によるスキャニングマイクロミラーは、光源から出射されたビームを所定の領域に走査して画像などの情報を結像するか、位置、画像などのデータを読み取るために使用される素子などに使用される。

このようなスキャニングマイクロミラーを、マイクロマシニング技術及び半導体一貫工程などを利用して製造することによって、光学的、機械的性能が顕著に向上された小型かつ軽量化された形態で具現することができ、部品のコストを低減することができる。なお、電磁力の駆動による駆動電流を顕著に低めることができる。

又、本発明によるスキャニングマイクロミラーは、可動構造物自体に電気的配線を要しない単純な構造であるため、量産性が高く、素子価格の低廉化及び小型軽量化に適合している。

又、既存のマイクロミラーに比べて向上された構造的安定性と光学的性能及び減少した質量によって高い走査速度と広い走査範囲を要する高性能スキャニングシステムに適合し、マイクロミラーの静的変位（ｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を要するシステムにも適用が可能であるため、多様な応用が可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。

なお、下記の各構成要素等に与える符号は、同一の構成要素に対しては他の図面に表示される場合にもなるべく同一の符号を与えるようにし、本発明の要旨を混同させると判断される公知技術や構成に対する詳細な説明は省略する。

先ず、図２ａ及び図２ｂは、本発明による電磁力駆動スキャニングマイクロミラーの１実施例を示す斜視図であって、図２ａは、ミラー板に反射面が形成された方向から見た図であり、図２ｂは、ミラー板にフレーム構造物が形成された方向から見た図である。一方、前記図２ａ及び図２ｂには磁界発生部を図示していない。

前記の実施例において、スキャニングマイクロミラーは、反射面１１及び前記反射面１１の後面に付着され前記反射面を支持するフレーム構造物１２で形成されるミラー板１０、前記ミラー板を囲む基板、前記ミラー板と基板との間を連結する一対のトーションバー１４及び前記フレーム構造物１２上に形成された磁性体１５を含む。そして、前記基板上の前記ミラー板１０と隣接する部分には調整電極１６，１７が形成されている。

前記実施例において、基板は絶縁層によって上部と下部とに区分される。

ミラー板の一面には、入力される光を反射する反射面１１が、その反対面には、前記反射面１１を支持するフレーム構造物１２が夫々形成される。前記フレーム構造物１２に対しては以下図３ａ及び図３ｂを参照して説明する。

前記ミラー板は、一対のトーションバー（ｔｏｒｓｉｏｎ ｂａｒ）１４によって支持され、前記基板の上部と連結される。

前記トーションバー１４は、前記ミラー板１０の中心に対して対称される両方でそれぞれ前記ミラー板１０に連結される。前記ミラー板は、前記一対のトーションバー１４を連結する軸を中心に回転駆動され、前記トーションバー１４は、前記回転駆動時に回転軸の役割をしながら、復元力トルクを提供する。

前記実施例において、磁性体１５は、前記ミラー板１０のフレーム構造物１２の上に形成される。

前記磁性体１５は、回転軸に平行する方向に整列される単位磁性体のアレイで形成されている。前記単位磁性体は、前記ミラー板に平行する平面上から前記ミラー板の回転軸に平行する方向への幅より前記回転軸に垂直の方向への長さがより長い長方形の形状である。

前記実施例において、磁性体１５は、前記ミラー板の回転軸に対して一側に非対称的に形成されているが、前記回転軸に対して対称的に形成されることもできる。

なお、前記磁性体１５は、前記フレーム構造物１２上に突出された形態で形成されているか、図２ｂに示すようにフレーム構造物１２の表面から埋め込められた形態で形成されることもできる。

図３ａ及び図３ｂは、本発明によるスキャニングマイクロミラーの１実施例の平面図及び断面図である。

前記実施例において、基板上部２０と基板下部２２は、絶縁層２１によって電気的に分離された構造である。前記絶縁層２１は、基板又は前記スキャニングマイクロミラーの製造工程において食刻工程がある場合にエッチストップ（ｅｔｃｈ−ｓｔｏｐ）の役割をする。

前記のような基板として、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使用することもでき、又は、二枚の基板を接合して製造することも可能であり、前記基板上部２０と基板下部２２の接合時の絶縁のために、前記絶縁層２１が介在するのである。

この場合、前記ミラー板と基板上部２０及びトーションバー１４は一体的に形成されることができ、ＳＯＩ基板の場合、シリコン基板部分を貫通食刻するなどの方法によって形成することができる。

前記実施例において、前記スキャニングマイクロミラーは、一面が反射面で形成された均一な厚さの薄膜形態のミラー板１０に、前記反射面が形成された反対側にフレーム構造物１２が形成されている構造である。

前記フレーム構造物１２は、複数の単位フレーム構造物がアレイ形態で形成される。前記単位フレーム構造物は、それぞれダイヤモンド形態で前記ミラー板１０の回転軸に近い部分の幅が、前記回転軸から遠い部分の幅より広い形態である。さらに、前記単位フレーム構造物は前記ミラー板１０の回転軸に近い部分が前記回転軸から遠い部分よりその厚さも厚いことが好ましい。

前記フレーム構造物１２は、部分的に複数の食刻孔１３が形成されている。前記のように食刻孔１３が形成されることによってフレーム構造物１２及びミラー板１０の全体的な質量が減少する。この場合、前記ミラー板１０が回転駆動される時の動的変形の問題が効果的に除去される。

本発明のスキャニングマイクロミラーを駆動するためには、ミラー板１０に基板上・下部２０、２２と垂直方向に磁界を加えることになり、前記磁界を供給する部分として磁界発生部（図示しない）が前記スキャニングマイクロミラーに設けられる。

前記磁界発生部は、電流供給電源及び前記電流供給電源から供給される電流を流して磁界を発生させるコイルによって構成されることができ、この時、前記コイルに電流の流れによる磁界がミラー板１０に供給される。前記コイルは、前記基板に集積することができ、又、前記基板とは別に前記ミラー板に隣接する所定の位置に設けられることもできる。

図４及び図５は、電磁気力を使用した本発明によるマイクロミラーの駆動原理を示した斜視図である。

図４は、両端１０１が固定され、ｙ軸方向に配置されたトーションバー１０２によって支持される構造物に磁性体１０３を付着し、前記磁性体１０３の底面に対して垂直方向（ｚ方向）に磁界を供給する場合、前記磁性体１０３には前記トーションバー１０２、即ち、ｙ軸を軸とするトルクが作用することになる。

前記磁性体１０３が永久磁石である場合、トルクは磁極の方向に従って＋θ_ｙ方向、又は、−θ_ｙ方向に作用することになる。これはニッケルなどの軟磁性素材（ｓｏｆｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成される場合にも同様、形状異方性（ｓｈａｐｅ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）によって図４に示すような方向と同一方向１０４のトルクが作用することになる。

従って、外部磁界による駆動力トルクとトーションバー１０２の変形によって発生する反対方向への復元力トルクが平衡を成す時に磁性体の回転角度が決定される。

前記と同様の原理によって、本発明による電磁力駆動マイクロミラーに＋ｚ方向の外部磁界を印加する場合、マイクロミラーにはｘ軸方向のトーションバー１４を回転軸とし、図５に示すような方向３１（矢印）にトルクが作用することになる。

図５の実施例では、磁界発生部（図示せず）から外部磁界が供給されると、磁性体１５によってトルクが発生してミラー板（１０）を回転駆動させる。

前記磁性体１５は、図４と同様の原理によって、トルクを発生させるために単位磁性体のアレイで形成された場合、前記単位磁性体は、それぞれ前記ミラー板の回転軸を中心に非対称的に配置され、前記ミラー板に平行する平面上において前記ミラー板の回転軸に平行する方向への幅より前記回転軸に垂直する方向への長さがより長い多角形又は楕円形状であり、軟磁性素材で形成され、磁性体の形状異方性特性によって駆動力を発生させることができる。

前記磁性体１５に外部磁界を印加した後これを除去すると、トーションバーの復元力によってマイクロミラーが反対方向に駆動されるため、マイクロミラーの両方向回転運動を具現することができる。前記磁界発生部から供給される外部磁界の方向を反対に変える場合、マイクロミラーの回転方向も反対に変わるので、磁界の方向を反復的に変えることによってマイクロミラーの回転運動を実現することができる。

ここで、本発明による前記スキャニングマイクロミラーの駆動力を調整する必要がある。これは、磁界発生部から供給する磁界の強さ及び磁性体を形成する物質の特性によって調整することも可能であり、或は、前記実施例のようにミラー板と調整電極１６，１７の間に電位差を印加して駆動を妨害する静電力を加えることによっても可能である。

又、前記調整電極１６，１７は、前記ミラー板に隣接する位置で前記基板に固定される。前記ミラー板と前記調整電極との間に電位差を形成することによって互いに電気的な引力が作用するようにすることができる。前記電気的引力は、前記ミラー板を前記調整電極１６，１７の周りに拘束する方向に作用するものであり、前記ミラー板を回転駆動させる磁性体１５による駆動力とは反対方向であり、前記電気的引力と前記駆動力によって前記ミラー板の回転駆動を制御することができる。前記の電気的引力は、前記磁性体からの駆動力に比べて制御が容易であるため、前記スキャニングマイクロミラーの駆動をより正確かつ、細密に制御することができる。

前記調整電極と前記ミラー板全体の間の電位差から電気的な引力を発生させる代わり、前記ミラー板のフレーム構造物１２上の可動電極を別途に形成して、前記調整電極と可動電極との間の電位差から電気的引力を発生させることもできる。

前記のスキャニングマイクロミラーに、一つ以上のレンズなどの光源から前記スキャニングマイクロミラーに入射光を提供する光学系、前記スキャニングマイクロミラーから反射された光を出力する光学系及びその他、前記スキャニングマイクロミラーの回転駆動と関連される部分を包含して光スキャニング装置を構成することができる。

特に、前記光スキャニング装置は、前記スキャニングマイクロミラーから反射された反射光を拡大させる拡大レンズを包含することが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明したが、当該分野の当業者であれば、別添特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び要旨の領域範囲内で多様に修正・変更が可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。

本発明は、電磁力駆動スキャニングマイクロミラーに関し、より詳細には、電磁力を利用して入力光を反射させるミラーを回転駆動することによって、反射光の経路を変調する光スキャニング素子（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）である電磁力駆動スキャニングマイクロミラーに関する。

本発明の電磁力駆動スキャニングマイクロミラーは、磁界を供給する磁界発生部と、反射面及び前記反射面の後面に付着されるフレーム構造物で形成されるミラー板と、前記ミラー板を囲む基板と、前記ミラー板と前記基板との間に連結される一対のトーションバーと、前記ミラー板の反射面の後面に形成され、前記磁界の発生部から供給される磁界との相互作用によって駆動力を発生させる磁性体を含み、前記ミラー板は、前記磁性体から発生する駆動力によって前記トーションバーを中心軸として回転駆動されることを特徴とする。

従来のポリゴンミラーを使用した光スキャニング装置の斜視図である。 本発明による１実施例である電磁力駆動スキャニングマイクロミラーの斜視図である。 本発明による１実施例である電磁力駆動スキャニングマイクロミラーの斜視図である。 図２の平面図及び図３ａのＡ−Ｂ線に沿う断面図である。 図３ａの平面図上のＡ’−Ｂ’線に沿う断面図である。 本発明に適用される作動原理を示す概略図である。 本発明の作動原理を示す概略図である。

符号の説明

１；光源
２；光学系
３；ポリゴンミラー
４；モータ
５；入射光
６；反射光
７；モータの回転方向
８；走査方向
１０；反射光
１１；反射面
１２；フレーム構造物
１３；食刻孔
１４；トーションバー
１５；磁性体
１６、１７；調整電極
２０；基板上部
２１；絶縁層
２２；基板下部

Claims (17)

1. 電磁力駆動スキャニングマイクロミラーであって、
   前記マイクロミラーは、
   磁界を供給する磁界発生部と、
   反射面と、前記反射面の後面に付着されるフレーム構造物とを有するミラー板と、
   前記ミラー板を囲む基板と、
   前記ミラー板を前記基板に連結する一対のトーションバーと、
   前記ミラー板の反射面の後面に提供される磁性体であって、前記磁界発生部から供給される磁界と相互作用することによって駆動力を生成するように適合される磁性体と、
   前記ミラー板の側面であって、前記ミラー板の回転軸に平行する方向に延びている側面と隣接する位置で前記基板に固定された一つ以上の調整電極と
   を備え、
   前記ミラー板は、前記磁性体から生成される駆動力と、前記一つ以上の調整電極と前記ミラー板との間に印加される電位差から生成される電気力とを使用することによって前記ミラー板の回転軸を中心軸とした回転動作を実行し、
   前記一つ以上の調整電極と前記ミラー板との間に印加される電位差から生成される電気力は、前記回転軸に垂直な方向における前記一つ以上の調整電極と前記ミラー板との間の引力である、マイクロミラー。
2. 前記フレーム構造物は、一つ以上の単位フレームのアレイである、請求項１に記載のマイクロミラー。
3. 前記単位フレームの各々は、前記ミラー板の回転軸から離れるにつれて徐々に減少する幅を有する、請求項２に記載のマイクロミラー。
4. 前記単位フレームの各々は、前記ミラー板の回転軸から離れるにつれて徐々に減少する厚さを有する、請求項２に記載のマイクロミラー。
5. 前記単位フレームの各１つの単位フレームは、少なくとも一つの食刻された空間を有する、請求項２に記載のマイクロミラー。
6. 隣接する単位フレームの間に、食刻された空間が提供されている、請求項２に記載のマイクロミラー。
7. 前記磁性体は、前記ミラー板の回転軸を中心に対称または非対称に提供される、請求項１に記載のマイクロミラー。
8. 前記磁性体は、前記フレーム構造物の表面に付着されるか、前記フレーム構造物の表面に埋め込められるように前記ミラー板の後面に配置される、請求項１に記載のマイクロミラー。
9. 前記磁性体は、一つ以上の単位磁性体のアレイであり、前記一つ以上の単位磁性体は、前記ミラー板の回転軸に沿って互いに平行に配置されている、請求項１に記載のマイクロミラー。
10. 前記単位磁性体の各々は、前記ミラー板と平行する平面上で前記ミラー板の回転軸と平行な幅よりも前記回転軸と垂直な長さの方が長い細長の多角形または楕円形状を有する、請求項９に記載のマイクロミラー。
11. 前記磁性体は、軟磁性の素材からなる、請求項１に記載のマイクロミラー。
12. 前記磁界発生部は、電流供給電源と、前記電流供給電源から供給される電流が流れると磁界を生成するコイルとを含む、請求項１に記載のマイクロミラー。
13. 前記コイルは、前記基板に集積される、請求項１２に記載のマイクロミラー。
14. 前記基板は、上部と下部とを有し、前記上部と前記下部とは、絶縁層を挿入することによって分離されており、前記トーションバーは、前記ミラー板を、前記基板の上部および下部のうちの選択された一つに連結するように構成される、請求項１に記載のマイクロミラー。
15. 前記基板は、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である、請求項１４に記載のマイクロミラー。
16. 請求項１に記載の電磁力駆動スキャニングマイクロミラーと、前記電磁力駆動スキャニングマイクロミラーに入射光ビームを提供する光学素子と、前記電磁力駆動スキャニングマイクロミラーから反射された光ビームを出力する光学素子とを含む、光スキャニング装置。
17. 電磁力駆動スキャニングマイクロミラーであって、
    前記マイクロミラーは、
    磁界を供給する磁界発生部と、
    反射面と、前記反射面の後面に付着されるフレーム構造物とを有するミラー板と、
    前記ミラー板を囲む基板と、
    前記ミラー板を前記基板に連結する一対のトーションバーと、
    前記ミラー板の反射面の後面に提供される磁性体であって、前記磁界発生部から供給される磁界と相互作用することによって駆動力を生成するように適合される磁性体と、
    前記ミラー板と隣接する位置で前記基板に固定された一つ以上の調整電極であって、前記一つ以上の調整電極の幅は、前記ミラー板の回転軸に垂直な方向に沿って延びている、一つ以上の調整電極と
    を備え、
    可動電極は、前記可動電極が前記一つ以上の調整電極に隣接して位置するように、前記フレーム構造物上に配置されており、
    前記ミラー板は、前記磁性体から生成される駆動力と、前記一つ以上の調整電極と前記可動電極との間に印加される電位差とを使用することによって前記ミラー板の回転軸を中心軸とした回転動作を実行し、
    前記一つ以上の調整電極と前記可動電極との間に印加される電位差から生成される電気力は、前記回転軸に垂直な方向における前記一つ以上の調整電極と前記可動電極との間の引力である、マイクロミラー。

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