KR102470757B1 - 광학 요소, 특히 거울을 틸팅하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 요소(10)를 피벗하기 위한 장치(1, 2)에 관한 것으로, 상기 장치는, 광학 요소(10) - 상기 광학 요소는 적어도 제 1축을 중심으로 틸팅될 수 있도록 이동 가능하게 장착됨 - 와, 연장 방향(Z)으로 연장된 자석(20)을 포함하되, 상기 자석(20)은 상기 연장 방향(Z)과 정렬된 자화(M)를 포함하고, 상기 자석(20)은 전면(20a)을 포함하고, 광학 요소(10)는 자석(20)에 견고하게 결합되거나, 연장 방향(Z)으로 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 제 1 도체 섹션(30)에 결합되고, 상기 제 1 도체 섹션(30)은 제 1축(A)을 따라 연장되고, 전류원 수단(50)은 제 1 도체 섹션(30)에 전기적으로 연결되고, 전류원 수단(50)은 상기 제 1 도체 섹션(30)에 전기 전류(I)를 인가하여서, 제 1 틸팅 방향(x)을 따라 상기 제 1축(A)을 중심으로 광학 요소(10)를 틸팅하는 로렌츠 힘이 생성되도록 한다.

Description

광학 요소, 특히 거울을 틸팅하기 위한 장치{DEVICE FOR TILTING AN OPTICAL ELEMENT, PARTICULARLY A MIRROR}

본 발명은 광학 요소, 특히 거울을 고정 및 틸팅(또는 피벗팅)하기 위한 장치에 관한 것이다.

US7388700B1에는 거울 조립체가 부착된 피벗팅 볼 조인트가 개시되어있다. 거울 조립체는 작동기 조립체 (예를 들어, 전자석 또는 압전기 기반의 작동기)에 작동 가능하게 연결된다.

또한, WO2012171581은 적어도 하나의 광학 요소를 위치시키는 장치를 개시하고, 상기 장치는 광학 요소를 고정하기 위한 적어도 하나의 가동식 캐리어를 포함한다.

또한, EP0916983A1에는, 입사광선을 편향 및 투과시키기 위한 편향 면과 이 편향 면과 대향하는 분할 구면 부분을 가진 분할 구면체와, 회전가능한 방식으로 분할 구면체를 지지하기 위한 베이스판 및 분할 구면체를 회전시키기 위한 구동 수단을 포함한다.

또한, US7136547A1은 방사선을 원하는 방향으로 지향시키는 방법 및 장치를 나타낸다. 고정 부재에 의해 이동 가능하게 지지된 가동 부재가 제공되고, 상기 가동 부재는 광학 요소, 가령, 광학 요소에 고정적으로 부착된 평면 거울을 가진다. 여기서, 자석의 자화는 코일(들)의 권선 축에 수직으로 이어지므로, 원하지 않는 힘 성분이 생성된다.

또한, US 5430571A는 하나 이상의 거울면이 제공되는 거울 몸체를 회전 가능하게 지지하는 공기 베어링 장치를 포함하고, 광선을 각도적으로 편향시키기 위한 회전 거울 시스템을 개시하며, 거울 본체는 전기 모터의 회전자이다.

또한, US6666561B1은 기판, 기판의 표면으로부터 이격된 반사 요소, 기판의 표면에 인접하고, 서로 이격되어 배치되며, 반사 요소의 반대편 말단에 인접하게 배치된 한 쌍의 전극을 포함하고, 적어도 반사 요소와 한 쌍의 전극 사이에 배치된 유전체 액체를 포함한다.

또한, US5959758A는 지지 부재 및 편향 부재를 갖는 광 편향 장치를 교시한다. 지지 부재에는 개구가 제공된다. 개구의 아치형 내부 표면은 구형 고리에 해당한다.

또한, US6,797,447A1는 갈바노미터 거울 및 이를 이용한 광 스위칭 장치가 개시한다.

또한, US5754327는 거울 및 레이저 빔의 제어된 편향을 위한 소정의 방정식에 따라 거울을 배향시키기 위한 수단을 포함하는 레이저 빔을 편향시키는 장치가 개시되어있다. 거울은 약 2 개의 축을 진동시킬 수 있도록 지지되고, 거울을 배향시키기 위한 수단은, 시간에 따라 제어되고 가변적인 전류가 공급되는 복수의 전자석을 포함하여 상기 거울에 자기력을 가한다

또한, US8752969B1은 고속 주사 거울을 작동시키는 방법을 개시하며, 거울은베이스, 내부 스테이지, 반사기, 제어기, 및 스테이지 및 반사기를 피벗식으로 지지하는 기계적 서브 시스템을 갖는다.

마지막으로, US8203702는 방사선 소스, 광학 검출기, 입구 개구 및 무한 초점(apocal) 요소를 포함하는 광학 시스템을 개시한다. 무한 초점 요소는 조리개와 관련되어있어, 소스 및 검출기에 의해 보이는 외부 제품 및 부피에 대한 관심 영역을 확대한다. 또한, 상기 시스템에서, 상기 소스 또는 검출기와 상기 입구 개구 사이의 광학 경로를 따라 배치되고, 복수의 축을 중심으로 회전 가능하고 상기 소스 및 검출기로 하여금 상기 광학 시스템 외부의 상기 부피 부의 가변 부분을 처리하게 하는 적어도 하나의 거울이다. 상기에 기초하여, 본 발명의 근간을 이루는 문제점은, 특히 2 차원(2D)으로 광학 요소를 기울이기 위한, 개선되고 특히 비용 효율적인 장치를 제공하는 것이다. 특히, 신속하고 고도로 제어 가능한 2D 스캐닝 미러를 만드는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 문제점은 청구항 1의 특징을 갖는 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예는 하위 청구항에 기술되어 있으며 이하에 설명된다.

이에 따라, 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치는,

광학 요소 - 광학 요소가 이동 가능하게 장착되어서, 광학 요소는 제 1 축을 중심으로 적어도 틸팅될 수 있음 - 와,

연장 방향으로 연장되는 (가령, 영구) 자석 - 자석은 상기 연장 방향과 정렬된 자화를 포함하고(즉, 자화는 연장 방향과 평행하게 이어짐), 상기 자석은 전면을 포함함 - 과,

연장 방향으로 자석의 전면과 마주하는 제 1 도체 섹션 - 제 1 도체 섹션은 제 1 방향을 따라 연장됨 - 과,

광학 요소는 자석 또는 상기 제 1 도체 섹션에 견고하게 결합되며,

제 1 도체 섹션에 전기적으로 연결된 전류원 수단 - 전류원 수단은 상기 제 1 도체 섹션에 전기 전류를 인가하도록 설계되어서, (전류의 방향에 의존하여) 제 1 틸팅 방향을 따라 상기 제 1 축을 중심으로 광학 요소를 틸팅하는 로렌츠 힘이 생성됨 - 을 포함한다.

특히, 제 1 틸팅 방향은 제 1 축에 수직일 수 있다. 그러나, 특히 틸팅이 발생하는 두 개의 독립적인 축(예를 들어, 제 1 및 제 2 축, 아래 참조)이 있는 경우, 제 1 틸팅 방향은 제 1 축에 직각일 필요는 없다 (마찬가지로, 제 2 틸팅 방향은 제 2 축과 수직일 필요는 없음).

특히, 광학 요소는 거울이지만, 프리즘, 렌즈, 마이크로 렌즈, 회절 광학 요소 또는 임의의 다른 광학 요소 중 하나 일 수 있다 (이는 또한 이하에 기술된 본 발명의 제 2 양태에도 유지됨).

자석 (및 후술된 추가적인 자석뿐만 아니라)은 반드시 원통형일 필요는 없으며, 평면(가령, 전면)일 필요도 없다. 그러나, 일반적으로, 자석(들)은 모든 실시 예에서 원통형일 수 있고 또한 평면 전면을 포함할 수 있다. 그러나, 전면은 볼록 곡률을 포함할 수도 있다. (예를 들어, 모든 실시 예에서) 자기장 라인을 최적 각도로 가능한 평행하게 유지하면서 각각의 자석이 도체에 더 가깝게 배치될 수 있게 한다. 또한, 일반적으로, 자석(들)은 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 자석(들)은 구형 표면을 가질 수 있다(예를 들어, 구형을 형성할 수 있음). 특히, 모든 실시 예에서, 자석의 연장 방향은 그의 자화 축 (주요 자기장 축)과 일치할 수 있다. 특히, 연장 방향은 자석의 대칭축 (예를 들어, 실린더 축) 또는 종축 방향과 같은 어떤 축 방향에 대응할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 장치는 연장 방향으로 자석의 전면과 마주하는 제 2 도체 섹션을 포함하고, 상기 제 2 도체 섹션은 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향을 따라 연장하고, 상기 광학 요소 광학 요소가 제 1 축 외에 - 또한 제 1 축과 다른 제 2 축을 중심으로 틸팅될 수 있도록 이동 가능하게 장착된다. 특히, 제 2 축은 제 1 축에 수직이지만, 90°와 다른 제 1 축을 가진 각도를 포함할 수 있다. 또한, 특히, 상기 전류원 수단은 상기 제 2 도체 섹션에도 전기적으로 연결되어서, (제 2 도체 섹션에서의 전류의 방향에 의존하여) 제 2 틸팅 방향으로 또는 그 반대 방향으로, 제 2 축을 중심으로 광학 요소를 틸팅하는 자석과 제 2 도체 섹션 사이에서 로렌츠 힘이 발생한다. 특히, 제 2 틸팅 방향은 특히 제 1 틸팅 방향과 다르며, 제 2 틸팅 방향은 특히 제 1 방향에 대해 직교한다(그러나, 두 틸팅 방향은 90°와는 다른 각도를 포함할 수도 있음). 따라서, 광학 요소는 2D로 틸팅되거나 피벗팅 될 수 있다.

특히, 광학 요소가 제 1 도체 섹션에 견고하게 결합될 때, 제 2 도체 섹션에도 견고하게 결합된다. 특히, 광학 요소가 도체 섹션(들)에 결합되는 실시 예에서, 광학 요소는 예를 들어, 직접 또는 다른 구성을 통해 간접적으로, 각각의 코일 수단 또는 코일 캐리어(이하 참조)에 견고하게 결합될 수 있다.

바람직하게는, 광학 요소는 제 1 축과 제 2 축의 교차점을 관통하는 축을 중심으로 동심축으로 (예를 들어, 실질적으로) 배치되고, 또한 상기 제 1 축 및 제 2 축에 수직으로 연장된다. 특히, 광학 요소는 상기 축을 따라 자석과 마주한다.

특히, 전류원 수단은 제 1 도체 섹션(들) 및 제 2 도체 섹션(들)에 서로 독립적으로 전류를 인가하도록 설계되어, 상기 각각의 전류가 개별적으로 제어되고 조정될 수 있다(예를 들어, 전류원 수단에 의해). 특히, 전류원 수단은 제 1 도체 섹션 (및 궁극적으로 추가적인 제 1 도체 섹션, 이하 참조)을 위한 제 1 전류원을 포함 할 수 있으며, 제 1 전류원은 제 1 도체 섹션에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 도체 섹션에 상기 전류를 인가하도록 설계된다. 또한, 특히, 전류원 수단은 제 2 도체 섹션 (및 궁극적으로 추가적인 제 2 도체 섹션을 위한, 이하 참조)을 위한 제 2 전류원을 포함할 수 있으며, 제 2 전류원은 제 2 도체 섹션에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 도체 섹션에 상기 전류를 인가하도록 설계된다.

특히, 제 1 및 제 2 도체 섹션은 서로 교차한다. 특히, 제 1 및 제 2 도체 섹션은 서로에 대해 수직으로 연장된다. 그러나, 제 1 및 제 2 도체 섹션에 의해 둘러싸인 각도는 135° 내지 45°, 특히 130° 내지 60°, 특히 105° 내지 75°, 특히 100° 내지 80°, 특히 95° 내지 85 °의 범위 내에 있을 수 있다.

특히, 자석의 전면(예를 들어, 자석의 자화 방향 또는 연장 방향)에 마주하는 이들 교차된 전류에 의해, 광학 요소를 2개의 상이한, 특히 수직으로 틸팅(피벗팅)할 수 있어서, 광학 요소는 2 차원 (2D)으로 피벗팅될 수 있다.

특히, 교차점 또는 교차 영역은 연장 방향으로 정렬되거나, 연장 방향으로 자석의 전면의 돌출부(예를 들어, 코일 캐리어상의 돌출부, 이하 참조) 내에 놓인다.

또한, 특히, 제 1 및 제 2 도체 섹션(또는 제 1 및 제 2 방향)은 자석의 전면이 연장되는 (가상의) 연장 평면을 따라 연장되고, 전면은 광학 요소 (또는 자석)의 틸팅(tilt)에 의존하여, 연장 평면에 대해 틸팅될 수 있다. 또한, 특히, 제 1 및 제 2 방향은 상기 연장 평면을 따라 연장된다(예컨대, 상기 연장 평면에 걸쳐 있음). 또한, 자석(또는 광학 요소)은 자석의 연장 방향 또는 그 자화가 상기 연장 평면에 수직으로 및/또는 자석의 전면이 연장 평면에 평행하게 연장되는, 특정 위치를 포함할 수 있다. 특히, 이러한 특정 위치는 자석 또는 광학 요소의 위치이고, 틸팅가능한 자석 또는 광학 요소가 상주할 수 있고, 이에 따라, 장치가 자석이나 광학 요소를 틸틸하도록 함에 의해 또 다른 위치로부터 도달될 수 있다. 예를 들어, 특정 위치는 자석 또는 광학 요소가 틸팅되지 않거나(예를 들어, 정지 위치) 다른 위치일 수있다.

또한, 특히, 제 1 및/또는 제 2 도체 섹션은 자석의 전면을 따라 연장된다. 자석의 특정 (예를 들어, 기울어지지 않은) 위치에서, 제 1 및/또는 제 2 도체 섹션(또는 제 1 방향 및/또는 제 2 방향)은 연장 방향 또는 자석의 자화에 수직으로 연장된다. 또한, 특히, 상기 자석의 특정 위치에서, 제 1 및/또는 제 2 도체 섹션(또는 제 1 방향 및/또는 제 2 방향)은 자석의 전면에 평행하게 연장된다. 특히, 제 1 도체 섹션이나 제 2 도체 섹션과 자석의 연장 방향(또는 자화) 간의 각도는 정확하게 90°일 필요는 없지만, 이 값으로부터 40° 이하, 특히 최대 30°, 특히 최대 20°, 특히 최대 10°, 특히 최대 5°를 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 각도는 130° 내지 50°, 특히 120° 내지 60°, 특히 110° 내지 70°, 특히 100° 내지 80°, 특히 95° 내지 85°의 범위 내에 있을 수있다.

본 발명의 추가적인 실시 예에 따르면, 상기 장치는 (특히 상기 연장 평면을 따라 연장되는) 제 1 코일 수단을 포함하며, 상기 제 1 도체 섹션은 상기 제 1 코일 수단의 도체의 일부를 형성하며, 상기 제 1 코일 수단의 도체는 제 1 권선 축(특히, 상기 연장 평면에 수직이거나 적어도 실질적으로 수직으로 이어짐)에 대해 적어도 권취되고, 특히, 자석의 특정 위치에서, 제 1 권선 축은 자석의 연장 방향이나 자화에 평행하게(또는 적어도 실질적으로 평행하게) 이어진다.

특히, 상기 특정 위치에 대하여, 제 1 권선 축은 ± 25°, 특히 ± 20°, 특히 ± 15°, 특히 ± -10°, 특히 ± 5° 내의 연장 방향 또는 자화에 평행하게 이어진다. 다시 말해, 제 1 권선 축과 연장 평면에 의해 둘러싸인 각도는 115° 내지 65°, 특히 110° 내지 70°, 특히 105° 내지 75°, 특히 100° 내지 80°, 특히 95° 내지 85°의 범위 내에 있을 수 있다. 더욱이, 특히 모든 실시 예에서, 상기 장치는 원칙적으로 +/- 25°사이의 모든 각도가 설정될 수 있도록 설계될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 일 실시 예에 따르면, 상기 장치는 (특히 상기 연장 평면을 따라 연장되는) 제 2 코일 수단을 포함하며, 상기 제 2 도체 섹션은 상기 제 2 코일 수단의 도체의 일부를 형성하며, 제 2 코일 수단은 적어도 제 2 권선 축 (특히 상기 연장 평면에 대해 수직으로 또는 적어도 실질적으로 수직으로) 주위에 권취되며, 특히 상기 자석의 특정 위치에서 상기 제 2 권선 축은 평행하게 (또는 적어도 실질적으로 평행한 방향) 또는 자석의 자화 방향으로 이동한다. 특히, 제 2 권선 축과 연장 방향 사이 또는 제 2 권선 축과 연장 평면 사이의 각도는 제 1 권선 축을 중심으로 상기 언급된 범위 내에 있을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제 1 코일 수단은 제 1 및 제 2 루프를 포함하고, 제 1 도체 섹션의 적어도 일부(또는 완전한 제 1 도체 섹션)는 제 1 루프의 일부를 형성하고, 상기 장치는 추가적인 제 1 도체 섹션을 포함하고, 상기 추가적인 제 1 도체 섹션의 적어도 일부(또는 완전한 추가적인 제 1 도체 섹션)는 상기 제 2 루프의 일부를 형성하며, 상기 제 1 도체 섹션 및 상기 추가적인 제 1 도체 섹션은 각각 특히 제 1 방향을 따라 (특히 서로 평행하게) 배치되고, 특히 제 1 도체 섹션 및 추가적인 제 1 도체 섹션은 자석의 전면과 마주하는 제 1 코일 수단의 중심 영역을 형성한다 (자석의 연장 방향으로). 또한, 특히, 상기 전류원 수단은 제 1 코일 수단의 제 1 루프 및 제 2 루프에 전류를 인가하여서, 상기 두 개의 제 1 전류 섹션의 전류가 동일한 (제 1) 방향으로 흐르도록 설계된다. 이미 언급한 바와 같이, 제 1 방향은 제 1 축과 정렬될 수 있다.

특히, 제 1 코일 수단의 도체는 제 1 루프에서 제 1 권선 축을 중심으로 감겨지고, 제 2 루프에서 추가적인 제 1 권선 축을 중심으로 감겨져서, 2개의 루프는 특히 반대 방향의 권취 방향을 갖는다. 특히, 제 1 권선 축 및 추가적인 제 1 권선 축은 서로에 대해 평행하게 또는 적어도 실질적으로 평행하게 연장된다. 더욱이, 특히, 자석의 특정 위치에서, 제 1 권선 축 및 추가적인 제 1 권선 축은 자석의 연장 방향 또는 자화와 평행하게 또는 적어도 실질적으로 평행하게 연장된다. 연장 방향 (자화) 또는 연장 평면과 관련하여 상기 제 1 권선 축을 중심으로 상술한 각도는 추가적인 제 1 권선 축 및/또는 제 2 권선 축 (이하 참조)을 중심으로도 유효하다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 2 코일 수단은 제 1 및 제 2 루프를 포함하고, 제 2 도체 섹션의 적어도 일부(또는 완전한 제 2 도체 섹션)는 제 1 루프의 일부를 형성하고, 상기 장치는 추가적인 제 2 도체 섹션을 포함하고, 상기 추가적인 제 2 도체 섹션의 적어도 일부(또는 완전한 추가적인 제 2 도체 섹션)은 상기 제 2 루프의 일부분을 형성하며, 상기 제 2 도체 섹션 및 상기 추가적인 제 2 도체 섹션은 특히 제 2 방향으로 (특히 서로 평행하게) 배치되며, 특히 제 2 및 추가적인 제 2 도체 섹션은 자석의 전면과 마주하는 제 2 코일 수단의 중심 영역을 형성한다(자석의 연장 방향으로). 특히, 전류원 수단은 제 2 코일 수단의 제 1 및 제 2 루프에 전류를 인가하여, 상기 두 개의 제 2 전류 섹션의 전류가 동일한 (제 2) 방향으로 흐르도록 설계된다. 이미 언급한 바와 같이, 제 2 방향은 제 2 축과 정렬될 수 있다.

특히, 제 2 코일 수단의 도체는 제 2 코일 수단의 제 1 루프에서 제 2 권선 축 주위로 감겨지고, 제 2 코일 수단의 제 2 루프에서 추가적인 제 2 권선 축 주위로 감겨져서, 2개의 루프는 특히 반대의 권취 방향을 가진다. 또한, 특히, 자석의 특정 위치에서, 제 2 권선 축 및 추가적인 제 2 권선 축은 자석의 연장 방향 또는 자화에 평행하게 이어진다.

바람직한 실시 예에 따르면, 제 1 도체 섹션(추가적인 제 1 도체 섹션을 따라 또는 그와 평행하게 연장됨) 및 추가적인 제 1 도체 섹션은, 제 2 도체 섹션(다른 제 2 도체 섹션을 따라 또는 평행하게 연장됨) 및 추가적인 제 2 도체 섹션에 교차하여 연장된다. 특히, 제 1 도체 섹션은 제 2 도체 섹션에 직교하여 연장되고, 특히 제 1 및 제 2 도체 섹션의 교차점 또는 교차 영역은 (연장 방향으로) 자석의 전면과 마주하고, 특히 그 아래에 플럼프(plump)내에 놓인다(상기 자석의 특정 위치에서의 수직 방식으로). 제 1 도체 섹션들 및 (교차하는) 제 2 도체 섹션들에 의해 둘러싸인 각도는 제 1 및 제 2 도체 섹션에 대해 상기 언급된 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 및/또는 제 2 코일 수단의 2개의 루프는 각각 별개의 코일을 형성할 수 있다. 여기서, 특히, (제 1 코일 수단의) 제 1 루프의 도체는 제 1 권선 축을 중심으로 감겨지고, (제 1 코일 수단의) 제 2 루프의 도체는 추가적인 제 1 권선 축을 중심으로, 다시 말해, 제 1 루프의 도체와 반대 권선 방향으로 감겨져서, (중심에서) 인접한 제 1 도체 섹션들에서의 전류는 동일 (제 1 또는 제 2) 축을 따라 (그 방향으로 또는 그 반대 방향으로) 흐른다. 다시 말해, 권선 축과 연장 방향/평면 사이의 각도는 위에서 언급한 것 일 수 있다.

또한, 대안적인 실시 예에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 코일 수단의 2개의 루프는, 가령 도 8의 코일과 같이, 각각 단일 코일을 형성할 수 있다.

도 8의 코일에서, 도체는 두 개의 권선 축 (예를 들어, 제 1 및 추가적인 제 1 권선 축 또는 제 2 및 추가적인 제 2 권선 축)을 중심으로 권취되고, 2개의 권선 축은 서로에 대해 평행하게 이어지므로, 코일은 도 8의 모양을 형성하는 2개의 (전기적으로 연결된) 루프를 포함하여 형성된다. 특히, 도체는 2개의 권선 축을 중심으로 반대 방향 (반대의 권취 방향)으로 권취된다. 다시, 각각의 도 8의 코일의 중심 영역이 존재하며, 2개의 각각의 (제 1 또는 제 2) 도체 섹션은 서로를 따라 이어 지고, 전류는 동일한 방향으로 (예를 들어, 제 1 또는 제 2 ) 방향으로 흐른다(상기 참조). 다시 말하면, 권선 축과 연장 방향/평면 사이의 각도는 위에서 언급한 것 일 수 있다.

더욱이, 특히, 상기 도체 섹션들 각각은 하나 또는 수 개의 전기 도체, 예를 들어 와이어를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 코일은 각각 적어도 하나의 층 또는 수 개의 층을 포함하며, 특히 제 1 코일의 적어도 하나의 층은 상기 연장 평면(또는 상기 연장 방향으로)에 수직으로, 제2 코일의 적어도 하나의 층의 상단에 배치되거나, 특히, 제1 및 제2 코일의 층은 상기 연장 평면 또는 연장 방향에 수직으로, 교호 방식으로 서로의 상단에 배치된다. 여기서, 상술한 도체 섹션은 이에 따라 하나 또는 수 개의 층을 포함한다.

일반적으로, 코일 수단, 코일 또는 루프는 원형 또는 윤곽을 가질 필요가 없다. 코일/루프의 형상 또는 윤곽은 원형일 수 있지만, 원형 구성에서 벗어날 수 있다(예를 들어, 직사각형, 타원형, 둥근 모서리가 있는 직사각형 등).

본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 장치는 추가적인 제1 도체 섹션을 포함하고, 제1 도체 섹션 및 추가적인 도체 섹션은 제 1 방향을 따라 연장되고, 상기 장치는 추가적인 제 2 도체 섹션을 포함하고, 제 2 도체 섹션 및 추가적인 제 2 도체 섹션은 제 2 방향으로 서로를 따라 연장하고, 각각의 도체 섹션은 개별 코일 (즉, 4 개의 개별 코일들이 존재함)에 의해 형성되고, 특히 상기 전류원 수단은 상기 개별 코일에 전류를 인가하도록 설계되어서, 상기 두 개의 제 1 전류 섹션들에서의 전류가 특히 제 1 방향으로 또는 그 반대 방향으로 흐르고, 상기 두 개의 제 2 전류 섹션들에서의 전류가 제2 방향과 동일한 방향, 특히 동일 방향으로 이나 그 반대 방향으로 흐르도록 한다.

가령 2D로 자석을 움직이기 위해 이러한 방식으로(즉, 방향당 2 개의 코일) 4개의 코일을 제공함에 의해, 자기장이 최대인 코일 캐리어/PCB(이하 참조)의 중심에서 균일한 전류 흐름을 생성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 코일은 적층된 PCB 구조로 구현되도록 설계된다. 바람직하게는, 두 직교 방향은 양방향 힘을 산출하는 층 설계로 번갈아 나타난다. 여기서, 특히, 코일 캐리어/PCB는 상이한 형상 (예를 들어, 둥근 윤곽/외주)을 갖도록 설계될 수 있다. 특히, 바람직하게는, 코일 캐리어/PCB의 외측에서 코일을 통과하는 복귀 전류는 단지 코일 캐리어(가령, PCB)의 중심 외부에서의 자속을 최소화하도록 최적화된 안내 구조로 인해 작은 후방 작용력을 생성한다. 또한, 특히, 자기 복귀 구조는 외부 자기장으로부터 코일을 차폐하는 것을 도울 수 있는데, 그렇지 않으면 작동을 방해할 수 있다. 복귀 구조와 자기 차폐물은 동일한 구조 일 필요는 없다. 전자기 차폐물은 패러데이 케이지라고도 하며 코일을 감싸는 전도성 시트로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 일 실시 예에 따르면, 제 1 및 제 2 도체 섹션은 각각 개별 코일에 의해 형성되고, 개별 코일은 자속 안내판 (예를 들어, 철판 또는 강철판의 형태) 주위에 각각 권취된다. 또한, 이러한 자속 안내 구조물의 맥락에서 본 명세서에 기술된 다른 물질도 사용될 수 있다.

바람직하게는, 제 1 및 제 2 도체 섹션은 각각 복수의 평행한 와이어 섹션을 포함하고, 제 1 도체 섹션의 와이어 섹션은 제2 도체 섹션의 와이어 섹션을 횡단하여서, 와이어 섹션의 격자 구조가 가령, 상기 자속을 마주하는 상기 자속 안내판의 표면상에 형성된다.

여기서, 필요한 전기적 및 광학적 구성 요소를 갖는 (예를 들어, 단지 매우 얇은) PCB가 상기 와이어 섹션의 상단과 같은 그러한 판의 상단에 위치될 수 있고, 이는 (특히 역방향 힘을 유발할 가능성이 있는 반대 방향의 전류 흐름이 없는) 방향당 이상적인 균일한 전류 흐름을 생성하도록 설계된다.

바람직하게는, 상기 자속 안내판은 자속 안내 구조물, 가령, 장치의 자기장(또는 자속) 복귀 구조물에 내장될 수 있거나, 본 명세서의 다양한 실시예에서 기술된 바와 같이, 외부 자속 안내 구조물의 바닥의 일부나 전체 바닥을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 상기 코일 와이어는 예를 들어 복귀 구조물 내에 내장된 상기 플레이트 아래에 근접한다. 판으로 인해, 상기 판 아래의 추가적인 자속 안내(가령, 복귀) 구조물은, 판이 이러한 구조물의 기능을 수행할 수 있기 때문에 생략될 수 있다.

따라서, 자속 안내판의 두께는 자속 안내 구조의 일부가 되고, 철판 아래의 코일 권선을 통한 역 전류는, 본 명세서에서 기술된 바와 같이, (예를 들어, 외측) 자속 안내 구조물 내부의 자기장을 수정하지 않는다.

이러한 코일 구조는 균일한 단일 방향의 힘을 발생시키며, 높은 코일 패키지 밀도 및 코일의 양호한 열적 연결 (즉, 철판/복귀 구조)을 포함한다. 본 발명의 추가적인 (제2) 양태에 따르면, 광학 요소를 피벗팅하기 위한 장치가 개시되고, 상기 장치는,

광학 요소 - 광학 요소가 이동 가능하게 장착되어서, 광학 요소는 제 1 축을 중심으로 적어도 틸팅될 수 있음 - 와,

연장 방향으로 연장되는 (가령, 영구) 제 1 자석(이하에 기술된 다른 자석도 영구 자석일 수 있음) - 제 1 자석은 상기 연장 방향과 정렬된 자화를 포함하거나(즉, 자화는 연장 방향과 평행하게 이어짐), 연장 방향에 수직으로 이어지는 자화를 포함하고, 제 1 자석은 전면을 포함함 - 과,

연장 방향으로 또는 연장 방향과 수직으로, 제 1 자석의 전면과 마주하는 제 1 코일 수단 - 제 1 코일 수단은 제 1 권선 축을 중심으로 권취된 도체를 포함하고, 특히, 제 1 자석이 (가령, 틸팅되지 않은) 특정 위치에서 배열될 때, 상기 제 1 권선 축은 제 1 자석의 연장 방향과 평행하게 이어짐 - 과,

광학 요소는 제 1 자석 또는 상기 제 1 코일 수단에 견고하게 결합되며,

제 1 코일 수단에 전기적으로 연결된 전류원 수단- 전류원 수단은 상기 제 1 코일 수단에 전기 전류를 인가하도록 설계되어서, 전자기적 힘이 제 1 자석과 제 1 코일 수단 사이에서 생성되어서, 광학 요소는 (제1 코일 수단의 전류 방향에 의존하여) 제 1 틸팅 방향으로 또는 그 반대 방향으로 상기 제 1 축을 중심으로 틸팅됨 - 을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 장치는 제 2 자석의 연장 방향으로 연장되는 제 2 자석을 포함하되, 제 2 자석은 제 2 자석의 상기 연장 방향과 정렬된 자화를 포함하거나, 제 2 자석의 연장 방향과 수직으로 이어지는 자화를 포함하고(특히, 제 1 및 제 2 자석의 연장 방향은 서로에 대해 평행하게 이어짐), 광학 요소가 이동 가능하게 장착되어서, 광학 요소는 제 1 축과 상이한 제 2 축을 중심으로도 틸팅될 수 있다. 또한, 장치는 특히, 제 2 자석의 연장 방향으로(또는 제2 자석의 연장 방향과 수직으로) 자석의 전면과 마주하는 제2 코일 수단을 포함하고, 제 2 코일 수단은 제 2 권선 축을 중심으로 권취된 도체를 포함하고, 특히, 제 2 자석이 특정 위치에서 배열될 때, 상기 제 2 권선 축은 제 2 자석의 연장 방향과 평행하게 이어지고, 광학 요소는 제 2 자석이나 제 2 코일 수단(및 특히 제1 코일 수단)에 견고하게 결합된다. 또한, 특히 전류원 수단은 제 2 코일 수단에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 코일 수단에 전기 전류를 인가하도록 설계되어서, 전자기적 힘이 제 2 자석과 제 2 코일 수단 사이에서 생성되어서, 광학 요소는 (제 2 코일 수단의 전류 방향에 의존하여) 제 2 틸팅 방향 또는 그 반대 방향을 따라 상기 제 2 축을 중심으로 틸팅된다.

특히, 광학 요소가 제 1 코일 수단에 견고하게 결합될 때, 광학 요소는 또한 제 2 코일 수단에 견고하게 결합된다(그리고 종국적으로 추가적인 코일 수단에 결합됨). 특히, 상기 광학 요소가 상기 코일 수단에 결합되는 실시 예에서, 상기 광학 요소는, 가령, 다른 구성을 통해 직접 또는 간접적으로, 코일 캐리어(이하 참조)에 견고하게 결합될 수 있다.

특히, 제 2 틸팅 방향은 제 1 틸팅 방향과 상이하며, 제 2 틸팅 방향은 특히 제 1 틸팅 방향과 직교하여 연장된다. 또한, 특히 제 1 축은 제 2 축에 직교한다. 그러나, 제 1 축 및 제 2 축이 존재하는 경우, 2개의 축은 다른 축에 대해 직각으로 연장될 필요는 없다. 따라서, 제 1 및 제 2 틸팅 방향에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 2개의 틸팅 축, 즉 제 1 및 제 2 축이 존재하는 경우, 제 1 도체 섹션(들)의 제 1 방향은 제 1 축과 정렬될 필요가 없다. 또한, 제 2 도체 섹션(들)의 제 2 방향은 제 2 축과 정렬될 필요가 없다.

따라서, 다시 말해, 본 발명의 제 2 양태에 따른 광학 요소는 2D로 피벗팅될 수 있다.

또한, 여기에서 광학 요소는 전술한 요소 중 하나 일 수 있다. 특히, 이전과 같이, 전류원 수단은 제 1 코일 수단 및 제 2 코일 수단에 서로 독립적으로 전류를 인가하도록 설계되어, 각각의 전류가 개별적으로 제어 및 조정될 수 있다(예를 들어, 전류원 수단에 의해). 특히, 전류원 수단은 제 1 코일 수단(그리고 종국적으로 추가적인 코일 수단에 대한, 이하 참조)에 대한 제 1 전류원을 포함할 수 있고, 제 1 전류원은 제 1 코일 수단에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 코일 수단에 상기 전류를 인가하도록 설계된다. 또한, 특히, 전류원 수단은 제 2 코일 수단(그리고 종국적으로는 추가적인 코일 수단에 대한, 이하 참조)에 대한 제 2 전류원을 포함할 수 있고, 제 2 전류원은 제 2 코일 수단에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 코일 수단에 전류를 인가하도록 설계된다.

또한, 특히, 제 1 및 제 2 코일 수단은 상기 전면이 연장될 수 있는 (가상의) 연장 평면을 따라 연장되고(대안적으로, 전면이 연장 평면에 수직으로 연장될 수 있음), 전면은 광학 요소 (또는 자석)의 틸팅에 따라 상기 연장 평면에 대해 틸팅될 수 있다. 또한, 특히, 제 1 및 제 2 틸팅 방향은 상기 연장 평면을 따라서 또는 연장 평면내에서 (예를 들어, 상기 연장 평면에 걸쳐 있음)을 따라 연장된다. 또한, 2개의 자석(또는 광학 요소)은 각각의 (제 1 또는 제 2) 자석의 연장 방향 또는 그 자화가 상기 연장 평면에 대해 수직으로 연장되는 특정 위치를 포함할 수 있고, 및/또는 자석의 전면은 상기 연장 평면에 평행하게 (또는 수직으로) 연장된다.

특히, 제 1 및/또는 제 2 코일 수단은 관련 자석에 대하여 (예를 들어 각각의 연장 방향으로) 동심축으로 배치되고, 특히 제 1 및/또는 제 2 코일 수단의 외경은 각각의 자석의 외경보다 크다.

특히, 제 1 및 제 2 코일 수단은 루프를 형성하는 개별 코일로서 각각 형성된다. 더욱이, 특히, 제 1 및 제 2 코일 수단 각각은 상기 평면을 따라 연장되고, 겹치지 않고 상기 연장 평면 내에서 또는 연장 평면을 따라 나란히 연장된다.

특히, 본 발명의 제 2 양태에 따른 장치는, 4개의 자석, 즉 제 1 자석, 제 2 자석, 및 제 3 자석 및 제 4 자석을 포함한다. 특히, 제 3 및 제 4 자석도 연장 방향으로 연장되고, 각각의 연장 방향과 정렬된 자화(또는 그에 수직하게 이어짐)를 포함한다. 또한, 특히, 제 3 및 제 4 자석도 광학 요소에 견고하게 결합된다(그러나, 그 대신에 광학 요소가 코일 수단 또는 코일 캐리어에 결합될 수 도 있음). 특히, 장치는 대응하는 복수의 코일 수단(예를 들어, 각각 루프를 형성하는 개별 코일로서 형성됨), 즉 제 1 및 제 2 코일 수단뿐만 아니라 제 3 및 제 4 코일 수단을 포함한다. 또한, 특히 제 3 코일 수단은 제 3 자석과 관련되고, 제 3 자석의 연장 방향으로 제 3 자석의 전면과 마주하고, 제 4 코일 수단은 제 4 자석과 관련되고, 상기 제 4 자석의 연장 방향으로 상기 제 4 자석의 전면과 마주한다.

또한, 특히, 제 3 및 제 4 코일 수단은 제 3 권선 축 (제 3 코일 수단) 및 제 4 권선 축 (제 4 코일 수단)을 중심으로 권취된 도체를 포함하며, 각각의 권선 축은 각각의 자석이 예를 들어, 각각의 자석이 가령, 피벗팅되지 않은 상기 특정 위치 (상기 참조)에 배치될 때, 관련된 자석 (제 3 또는 제 4 자석)의 자화와 평행하게 배향된다. 특히, 제 3 및 제 4 코일 수단(및 각각의 코일 수단의 도체)은 제 3 및 제 4 코일 수단의 각각의 권선 축에 수직으로 이어지는 연장 평면을 따라 연장된다.

특히, 제 3 및 제 4 코일 수단도 루프를 형성하는 개별 코일로서 각각 형성된다. 또한, 특히 상기 제 3 및 제 2 코일 수단은 각각 상기 연장 평면을 따라 연장되며, 특히 상기 4개의 코일 수단은 겹치지 않고 상기 연장 평면 내에 또는 상기 연장 평면을 따라 나란히 배치된다.

특히, 제 1 및 제 3 코일 수단은 제 1 방향으로 서로 마주하고, 제 2 및 제 4 코일 수단은 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 서로 마주한다.

특히, 전류원 수단은 코일 수단에 전기적으로 연결되고, 전류원 수단은 제 1, 제 2, 제 3 및/또는 제 4 코일 수단에 (독립적으로) 전류를 인가하도록 설계되어, 전자기력이 발생되어서, 각각의 코일 수단에서의 전류의 방향에 따라 제 1 방향 또는 그 반대 방향 및/또는 (각각의 축을 중심으로) 제 2 방향 또는 그 반대 방향으로 광학 요소를 틸팅할 수 있다.

특히, 제 3 및/또는 제 4 코일 수단은 또한 관련 자석에 대하여 동심축으로 배치되고, 특히 제 3 및/또는 제 4 코일 수단의 외경은 각각의 (제 3 또는 제 4 ) 자석의 외경보다 크다.

제 1 및 제 2 자석 (및 특히 제 3 및 제 4 자석)에 자속 복귀 구조를 제공하는 것도 가능하다. 각각의 자기 복귀 구조는 특히 관련 자석의 연장 방향에 평행하게 연장되는 림(limb)을 포함하고, 각 코일은 각각의 연장 방향에 수직인 방향으로 또는 연장 평면을 따른 관련 자석과 마주한다.

일반적으로, 4개의 자석과 같은 복수의 자석을 사용하는 대신에, 단지 하나의 자석이 가령, 본 발명의 제 2 양태에서 제공될 수 있으며, 자속을 개별 코일 수단(예를 들어, 4개의 다른 코일)으로 안내하는 자속 복귀 구조가 사용된다. 따라서, 효율적으로, 4개의 자석 수단 또는 자속이 전술한 바와 같이 관련된 코일 수단과 상호 작용할 수 있는 방식으로 제공된다.

다음의 특징들 및 실시 예들은 전술한 본 발명의 양태들 모두에 적용될 수 있다.

또한, 모든 실시 예에서, 상기 장치는 제 1 및/또는 제 2 코일 수단 (그리고, 종국적으로 추가적인 코일 수단)을 운반하거나 상기 별개의 4개의 코일(상기 참조)을 운반하기 위한 코일 캐리어를 포함할 수 있다. 특히, 코일 캐리어는, 가령, 인쇄 회로 기판과 같은 기판일 수 있는데, 예를 들어, 상기 제 1 및/또는 제 2 코일 수단 (그리고 종국적으로 제 3 및/또는 제 4 코일 수단과 같은 추가적인 코일 수단)은 상기 코일 캐리어 상에 배치되거나 상기 코일 캐리어에 통합된다. 전술 한바와 같이, 광학 요소를 자석에 견고하게 결합하는 대신에, 광학 요소를 코일 캐리어에 결합시킬 수 있고, 그리고 나서, 고정된 자석에 대해 이동시킨다.

특히 상기 캐리어는 판-형 캐리어이며, 제 1 및/또는 제 2 권선 축에 수직 인 캐리어의 치수는 제 1 및/또는 제 2 권선 축을 따르는 캐리어의 두께보다 상당히 크다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 코일 수단 (및 종국적으로 추가적인 코일 수단)은 예를 들어 단일 또는 다중 층 인쇄 회로 기판 코일과 같은 평면 코일로서 형성된다. 또한, 제 3 및/또는 제 4 코일 수단은 평면 코일 일 수 있다. 다시 말해서, 각각의 코일 또는 코일 수단은 인쇄 회로 기판으로 형성되는 코일 캐리어 내로 집적되거나 내장될 수 있다.

특히, 본 발명의 의미에서의 평면 코일은 코일이고, 여기서, 권선 축 또는 축들에 수직인 외경은 적어도 권선 축 (또는 축들)의 방향의 두께만큼 크다. 바람직하게는, 상기 직경은 상기 두께보다 상당히 크며, 특히 10배 크고, 특히 100배 크고, 특히 1000배 크다. 예를 들어, 평면 코일(수단)은 가령, 30㎛의 권선 축의 방향으로 두께 및 가령 30mm의 직경(권선 축에 수직임)을 가질 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 센서 수단, 특히 적어도 하나의 자기장 센서(홀 센서와 같은)를 포함하여, 제 1 자석 또는 복수 자석의 위치를 측정한다.

특히, 센서 수단은 코일 캐리어 상에, 특히 자석 또는 다수의 자석과 마주하는 코일 캐리어의 측면 상 또는 자석 또는 다수의 자석으로부터 멀리 향하는 코일 캐리어의 측면 상에 배치된다. 특히, 센서 수단은 연장 방향으로 자석과 마주하고, 특히 (적어도 자석의 상기 특정 위치에서) 제 1 자석과 동축으로 배열된다.

특히, 센서 수단이 자석 또는 다수의 자석과 마주하는 측에 배치될 때, 센서 수단은 자석의 수에 대응하는 다수의 자기장 센서 (예를 들어, 홀 센서)를 포함하며, 각각의 자기장 센서는 관련된 자석에 인접하여 배치된다. 특히, 센서 수단이 제 1 자석으로부터 멀리 향하는 다른 측면에 배치될 때, 센서 수단은 특히 단일 자기장 센서, 자석의 위치를 검출하도록 설계된 가령, (2D) 홀 센서를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 실시 예에 따르면, 센서 수단은 4개의 홀 센서, 즉, 회전축을 따라 거울의 직교하는 측면 상에 배치되는 회전축 당 2개의 홀 센서를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 4개의 홀 센서를 포함하는 상기 센서 수단에 의해 생성된 신호는 상기 자석의 위치에 의존한다.

더욱이, 특히, 상기 장치는 제 1 자석 또는 상기 복수의 자석의 현재 위치 및 그에 연결된 광학 요소의 현재 위치가 기준값에 근접하도록 전류원 수단 (예컨대, 개별적인 전류원)을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

특히, 전류원 수단 및/또는 제어기는 센서 수단 (예를 들어, 홀 센서)에 통합 될 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 장치는 광원, 특히 LED 및 포토 다이오드와 같은 광 강도 센서를 포함하며, 상기 광원은 광을 방출하도록 구성되어, 상기 광원에 의해 방출된 상기 광은 자석 또는 자석에 연결된 반사 수단(가령, 거울)에 의해 강도 센서(가령, 포토 다이오드)를 향하여 반사되어서, 강도 센서(가령, 포토 다이오드)에 부딪치는 상기 반사된 광 때문에, 강도 센서(포토 다이오드)에 의해 생성된 (피드백) 신호(가령, 전류)는 자석의 위치에 의존한다.

추가 실시 예에 따르면, 포토 다이오드는 쿼드러쳐(quadrature) 포토 다이오드(가령, 포토 다이오드는 4개의 쿼드러쳐 다이오드를 포함하는데, 각각의 쿼드런트는 각각의 쿼드런트에 부딪치는 광에 의존하는 신호를 제공함)이거나, 배열된 4개의 단일 포토 다이오드이어서, 이들은 쿼드러쳐 포토 다이오드를 닮아서, 상기 광원(가령, LED 또는 레이저)은 쿼드러쳐 포토 다이오드의 중심, 특히 포토 다이오드의 리세스부에 배치된다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 일 실시 예에 따르면, 자석 또는 상기 반사 수단은 쉐이딩을 포함하여, 상기 신호가 자석의 연장 방향에 대한 자석의 회전 각도뿐만 아니라 제 1 및/또는 제 2 틸팅 방향으로의 자석의 틸팅을 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 일 실시 예에 따르면, 상기 장치는 자석의 위치에 의존하는 신호를 발생 시키도록 구성된 커패시티브 센서 수단을 포함한다.

특히, 상기 센서 수단은 이동 거울에 장착된 전기 전도성의 제 1 판 부재를 포함할 수 있다. 더욱이, 특히, 센서 수단은 가령, 코일 캐리어에 결합된 제 2 및 제 3 (별도의) 판 부재를 포함할 수 있는데, 제 2 및 제 3 판 부재는 거울과 함께 이동하지 않고, 제 1 판 부재로부터 이격되어 있지만 마주하여, 직렬로 배열된 두 개의 커패시터는 상기 판 부재에 의해 형성된다.

커패시티브 센서 수단은 바람직하게는, 거울이 이동할 때, 변화하는 직렬로 2개의 커패시터의 용량을 측정하도록 구성된다. 이 용량은 거울의 움직임을 제어하기 위해 전 한 바와 같이 제어기에 의해 사용될 수 있는 신호에 대응한다.

특히, 상기 장치는 전류원 수단(가령, 개별적인 전류원)을 제어하기 위한 제어기를 포함하여서, 상기 신호가 상기 제 1 자석 및 따라서 상기 광학 요소의 원하는 기준 위치와 관련된 기준 신호에 접근하도록 한다. 특히, 제어기는 전류원을 제어하도록 구성되어서, 그 공칭(nominal) 틸팅 범위 외의 자석 또는 광학 요소의 회전 (예를 들어, 자석의 연장 방향에 대한 회전)이 방지된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광학 요소를 지지하기 위해, 장치는 장치의 리세스부, 특히 장치의 케이지 부재의 리세스부 내에 배치된 베어링 볼을 포함하며,이 케이지 부재는 특히 코일 캐리어에 연결된다.

특히 베어링 볼은 광학 요소에 연결된다.

특히 광학 요소는 광학 요소를 고정하는 고정 요소를 통해 베어링 볼에 연결된다.

특히, 베어링 볼은 케이지 부재의 리세스부의 베어링 표면을 따라 슬라이딩하는 구형으로 만곡된 볼록면을 포함하여, 베어링 볼이 자석 및 광학 요소를 피벗시키기 위해 리세스부 내에서 회전 할 수 있다.

또한, 특히, 베어링 볼은, 베어링 볼의 제1 측면(가령, 하단)을 포함하고, 제1 측면은 코일 캐리어 또는 본 코일 수단과 마주하며, 베어링 볼의 제 2 측면은 제 1 측면으로부터 멀어지는 방향을 향한다.

특히 자석 및/또는 그 전면은 베어링 볼의 제 1 측면 상에 배치되는 반면 광학 요소 및/또는 고정 요소는 베어링 볼의 제 2 측면 상에 배치된다.

특히, 자석은 베어링 볼의 제 1 측면에 연결되는 한편, 베어링 볼의 제 2 측면은 특히 베어링 볼에 연결된 고정 요소를 통해 광학 요소에 연결된다.

특히, 자석은 베어링 볼의 제 1 측면상의 베어링 볼의 리세스부에 배치되고, 특히 리세스부는 베어링 볼의 관통-개구이고, 자석의 후면은, 상기 자석의 후면이 상기 자석의 전면으로부터 멀어지게 향하는 광학 요소를 포함한다. 특히, 상기 자석의 상기 후면은 베어링 볼의 표면과 동일 평면상에 있거나, 또는 상기 리세스부로부터 돌출될 수 있다. 또한, 특히 자석의 전면을 포함하는 자석의 단부는, 가령, 코일 캐리어 또는 코일 수단을 향하여, 베어링 볼의 제 1 면상의 베어링 볼의 리세스부 밖으로 돌출한다.

또한, 대안적으로, 자석은 베어링 볼의 제 1 측면 상의 베어링 볼의 관통 개구 내에 배치되고, 고정 부재는 제 1 면으로부터 멀리 향하는 제 2 면상의 관통 개구 내로 삽입되는 부분 베어링 볼의 특히, 고정 부재는 광학 요소를 유지하도록 설계된다. 즉, 광학 요소는 고정 부재에 연결된다. 특히, 제 1 자석의 전면을 포함하는 제 1 자석의 단부는 베어링 볼의 관통 개구로부터 돌출한다.

대안적으로, 특히, 고정 부재는 베어링 볼의 리세스부 (예를 들어, 관통-개구)에 배치되고, 베어링 볼의 제 1 면상의 단부와 함께 돌출하는 부분을 포함하며, 자석은 상기 고정 요소의 상기 단부에 결합된다.

몇몇 자석 (예를 들어, 상기 네 개의 자석)이 존재하는 경우, 자석은 특히 코일 수단 또는 코일 캐리어와 마주하는 고정 부재 또는 광학 요소의 제 1 측면에 연결된다. 고정 부재의 이러한 제 1 면은 광학 요소가 부착되는 고정 부재의 제 2 면으로부터 멀어지게 향하게 된다.

또한, 특히 상기 자석은 상기 베어링 볼을 형성할 수 있다.

특히, 자석 및/또는 고정 요소는 베어링 볼에 접착될 수 있다. 특히, 베어링 볼과 케이지 부재는 인서트 성형 볼 베어링을 형성한다. 특히, 베어링 볼은 광학 요소의 광학 특성에 영향을 미치지 않으면서 회전 자유도를 허용하는 회전 대칭을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 장치는 자석을 지지하기 위한 복수의 베어링 볼을 포함하는 볼 베어링을 포함하여, 자석이 임의의 축을 중심으로 틸팅될 수 있고, 상기 볼 베어링은, 거울을 지지하는 제1 지지 부재와 제1 지지 부재 및/또는 자석을 둘러싸는 제2 지지 부재 사이에 형성된 외주 갭에 배치되고, 제2 지지 부재는 코일 캐리어에 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 일 실시 예에 따르면, 예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같이 코일 캐리어(가령, PCB) 아래에 배열될 수 있는 자속 안내 구조물이나 복귀 구조물로의 자석의 스냅-인을 방지하기 위해, 및/또는 (가령, 자석의 연장 방향에 대해) 자석의 회전을 방지하기 위해, 상기 장치는 상기 거울에 연결된 내부 자속 안내 구조물 및 코일 캐리어에 연결된 (가령, 환형의) 외부 자석 안내 구조물을 포함하고, 여기서, 외부 자속 안내 구조물은 상기 내부 자속 안내 구조물을 둘러싼다.

또한, 일 실시 예에 따르면, (가령, 외부의) 자속 안내 구조물은 또한 광학 요소 및 자석이 장치로부터 떨어지는 것을 회피하도록 구성된다. 또한, (가령, 외부의) 자속 안내 구조물 또는 복귀 구조물(또는 선택적으로 특정 차폐물)은 또한 외부 자기장으로부터 장치를 차폐하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 내부 자속 안내 구조물은 복수의 제 1 돌출부를 포함하며, 상기 제 1 돌출부는 상기 외부 자속 안내 구조를 향해 반경 방향 바깥쪽으로 돌출하며, 상기 외부 자속 안내 구조물은 대응하는 수의 제 2 돌출부를 포함하고, 각각의 제 2 돌출부는 내부 자속 안내 구조물을 향해 반경 방향 내측으로 돌출하여서, 각각의 제 1 돌출부가 제 2 돌출부와 정렬되어 갭을 형성한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 광학 요소 또는 고정 부재는 특히 복원력을 제공하는 탄성 변형 가능한 스프링 수단에 의해, 특히 코일 캐리어 상에서 지지된다.

특히, 스프링 수단은 중합체와 같은 탄성 재료로 된 원통형 몸체와 같은 몸체일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스프링 수단은 복수의 자석 (예를 들어, 제 1, 제 2, 제 3 및/또는 제 4 자석)에 연결된 중심 부분을 포함하며, 중심 부분은, 상기 중심 부분을 둘러싸는 외주 제1 부분에 일체로 연결되어서, 중심 부분이 제1 부분에 대해 제 1 축을 중심으로 틸팅될 수 있고, 상기 제 1 부분은 상기 제 1 부분을 둘러싸는 외주 제 2 부분에 일체로 연결되어서, 중심 부분과 함께 제 1 부분은 제 1 축에 수직으로 이어지는 제 2 축을 중심으로 제 2 부분에 대해 틸팅될 수 있으며, 제 2 부분은 특히 코일 캐리어에 연결된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스프링 수단은, 광학 요소, 특히 제 1 자석 또는 복수의 자석 중 하나에 고정되는 제 1 고정 점으로부터, 코일 캐리어에 고정되는 제 2 고정점까지 연장되는 적어도 하나의 암을 포함한다. 특히 두 고정 점은 광학 요소의 중심 축에 가깝고, 중심 축은 광학 요소 및/또는 코일 캐리어에 수직으로 연장된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스프링 수단은 특히 카단 조인트(Cardan joint)를 형성한다.

특히, 스프링 수단은 스프링 부재의 중심으로부터 외측으로 연장되는 4개의 암 (즉, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 암)을 갖는 십자형 스프링 부재를 포함한다. 특히, 제 1 암은 제 2 암과 정렬되고, 제 1 및 제 2 암은 가령, (틸팅 동작의) 제 1 축을 중심으로 45°각도로 연장하고, 제 3 암은 제 4 암과 정렬되고, 상기 제 3 및 제 4 암은 상기 제 1 및 제 2 암에 수직이다. 특히, 각각의 암은 외부 단부 영역을 포함한다. 또한, 장치는, 광학 요소가 연결되고(고정 부재를 형성하는), 자석이나 제 1 및/또는 제 2 자석(그리고 종국적으로 제 3 및 제 4 자석)이 연결된 제 1 캐리어 부재와(자석 대신에, 코일 수단이 제1 캐리어 부재에 연결될 수 있음), 제 1 및/또는 제 2 코일 수단(그리고 종국적으로 제 3 및 제 4 코일 수단)이 연결된 제 2 캐리어 부재(코일 수단 대신에, 자석(들)이 제 2 캐리어 부재에 연결될 수 있음)를 포함하고, 특히 십자형 부재가 2개의 캐리어 부재 사이에 배치되고, 제 1 및 제 2 암의 단부 영역이 특히 제 1 캐리어 부재에 고정되고, 제 3 및 제 4 암의 단부 영역이 특히 제 2 캐리어 부재에 고정되어서, 제 1 캐리어 부재는 제 1 및/또는 제 2 캐리어 부재를 중심으로 (광학 요소와 함께) 제 2 캐리어 부재에 대하여 틸팅될 수 있다. 스프링 수단에 관해서는, 코일 수단에 대하여 광학 요소가 자석과 함께 틸팅될 수 있고, 코일 수단은 고정되어 있다는 것을 주목해야한다. 대안적으로, 광학 요소는 자석(들)에 대해 코일 수단과 함께 틸팅될 수 있고, 자석(들)은 고정된다. 특히, 이는 본 발명의 프레임 워크 내에서 사용된 모든 지지 개념들에 적용된다.

스프링 대신에 자이로 조인트(2 축 자이로라고도 함)를 사용할 수도 있다. 이러한 구성은 광학 요소 (10) 및 특히 자석 또는 사용된 도체 섹션(들) 또는 코일 수단을 고정하기 위한 상기 고정 부재를 형성하는 제 1 부재, 제 2 부재 및 제 3 부재를 포함한다. 광학 요소에 대한 2D 피벗가능한 지지를 달성하기 위해, 제 2 부재는 제 1 부재상에 회전가능하게 지지되어서, 제 2 부재는 제 1 부재에 대하여 제 1 축을 중심으로 틸팅될 수 있고, 제 3 부재가 제 2 부재상에 회전가능하게 지지되어서, (제 2 부재에 대해) 제 1 축과 직교하는 제 2 축을 중심으로 틸팅될 수 있다. 결과적으로, 제 3 부재는 2 차원(2D)으로 제 1 부재에 대해 2개의 독립적인 축을 중심으로 틸팅될 수 있다. 제 1 부재는 코일 캐리어 또는 사용된 도체 섹션(들) 또는 코일 수단 또는 대안적으로 자석에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광학 요소를 초기 위치로 복귀시키기위한 복원력을 제공하도록 설계된 복원력 수단을 포함하고, 특히 복원력 수단은,

특히, 자석(들)(즉, 상기 자석 또는 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자석)에 의해 생성된 자속(가령, 코일을 통해)을 개선하고, 복원력을 생성하기 위한 코일 수단 또는 도체 섹션(들) 아래에 위치될 수 있는 자기장(또는 자속) 복귀 구조물 - 특히, 자기장 복귀 구조물은 자석(들)로부터 멀어지게 향하는 측면에 코일 캐리어에 연결되는 판의 형태를 포함할 수 있다. 특히, 상기 복귀 구조물은 자기적으로 연성 물질 및/또는 강자성 물질(가령, 철이나 강)로 구성될 수 있다. 특히, 자기장 복귀 구조물은 자석의 자화나 연장 방향에 수직인 연장 평면/코일 캐리어를 따라 연장된다. 특히, 복귀 구조물은, 자기장이 각각의 자석의 연장방향과 평행하게 이어지는 길이를 연장하도록 설계되어서, 가령, 도체 섹션상에 더 큰 로렌츠 힘을 생성할 수 있다. 또한, 자기장 복귀 구조물과 초기 위치로 자석(들)을 복귀시키는 자석(들) 사이에 인력이 있다.

대안적으로 상기 복원력은 자석이나 스프링 수단(가령, 상기 기술된 바와 같이)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는 시야 확장 이미징 시스템이 제공된다. 특히, 시야 확장 이미징 시스템은, 렌즈 스택 뒤에 위치된 이미지 센서로 다양한 방향에서 광을 재안내함에 의해, 미리 정의된 제 1 각도(가령, 20°)의 시야를 미리 정의된 더 큰 제 2 각도(가령, 60°)의 시야까지 확장하도록 설계된 이미징 시스템(즉, 이미지를 생성하는 시스템)이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 장치는, 가령, 조명 응용 분야에서, (시스템의 조명 경로 또는 이미징 경로에서) 동적 광 조종 (dynamic light steering)을 위해 사용된다. 조명 응용 분야에서. 본 발명의 양태에 따르면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는 동적 조명 조종을 위한 대응 시스템이 제공된다. 이 장치는 단일 장치 구성 또는 여러 장치 배열로 사용할 수 있다. 가령, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 복수의 장치를 포함하는 시스템이 제공되며, 상기 장치는 어레이 구성으로 배열된다. 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 광학 요소를 단지 1 차원(1D) 또는 2 차원(2D)으로 틸팅하는데 사용될 수 있다.

전술한 모든 실시 예에서, 회전축 또는 축들 (즉, 제 1 축 및 제 2 축)은 힘 방향 축 (가령, 상기 로렌츠 힘이 도체 섹션(들) 또는 자석에 작용하는 방향)과 정렬될 필요가 없다.

일반적으로, 광학 요소는 프리즘, 거울, 렌즈, 회절 광학 요소 및 다른 광학 요소일 수 있다. 비자성 베어링 볼은, 유리(가령, 용융 실리카), 세라믹(가령, 산화 지르코니아 및 산화 알루미늄), 루비, 사파이어, 강철(가령, 크롬 강), AISI 316(오스테니틱 스테인리스 강) 중 하나로 구성될 수 있다.

케이지 부재는 폴리 아미드-이미드 (가령, Torlon 4301), 아세탈 수지(가령, Derlin 500AL), PTFE(특히 Rulon J와 같은 강화 PTFE), PVX (가령, TecaPEEK), SLX(가령, Nycast NylOil) 중 하나로 구성될 수 있다.

거울의 형태인 광학 요소는, 베릴륨, 실리콘, 용융 실리카/석영, SiC, BK7, 사파이어 (Al2O3), MgF2 중 하나의 재료로 형성될 수 있다.

본 명세서에 기재된 자석 또는 자석은 사마륨 코발트 SmCo33EN S300, 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) N50M 중 하나의 재료로 형성될 수 있다.

강판의 경우 AISI 1010 탄소강을 사용할 수 있다.

인쇄 회로 기판(가령, 코일 캐리어)은 예를 들어 FPC로 형성될 수 있거나 HDI 아닐 레이트와 같은 다층 PCB 일 수 있다.

코일용 도체는 10㎛ 내지 200㎛, 특히 20㎛ 내지 60㎛ 범위의 두께를 가질 수 있는 구리로 제조 될 수 있다.

홀 센서로서, 다음과 같은 센서를 사용할 수 있다. AS5013 (2D 홀 센서), AS5510, LC898214XC. 물론, 다른 홀 센서도 사용될 수 있다.

상기 언급된 물질은 예로서 이해되어야 한다. 다른 재료도 사용할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 장치의 전형적인 외경은 (연장 평면을 따라) 2mm 내지 75mm의 범위 내에 있다.

특히, 본 발명에 따른 장치는 다음 분야에서 사용될 수 있거나 다음 장치들 중 하나의 구성으로 형성될 수 있는데, 이들은 조명, 머신 비젼, 레이저 가공, 라이트 쇼, 3D 프린터를 포함하는 프린터, 도량형, 의료 기기, 비행 카메라의 시간, 시야 확장기, 라이더(Lidar), 모션 추적기, 현미경, 내시경, 연구, 감시 카메라, 자동차, 프로젝터, 레인지 파인더, 휴대 전화, 비전 시스템, 안과용 렌즈, 포롭터와 같은 안과 장비, 굴절계, 안저 카메라, ppt. 생체 측정, 시야 측정계, 굴절계, 안압계, 아노말로스코프, 콘트라스토미터(kontrastometer), 엔도셀마이크로스코프(endothelmicroscope), 아노말로스코프(anomaloscope), 비놉토미터(binoptometer), OCT, 로다테스트(rodatest), 검안경(ophthalmoscope), RTA와, 라이팅 장치(가령, 머리 착용) 안경, 로봇 카메라 망원경, 쌍안경, 안과용 렌즈, 바코드 판독기 및 웹캠, 광 커플링, 생체 인식 장치, 전자 돋보기, 군사용 디지털 스틸 카메라, 웹캠, 산업 분야, 비전 시스템 및 헤드 업 디스플레이가 포함된다.

특히, 본 발명에 따른 장치는 차량의 헤드 라이트에 의해 발생된 광을 편향시켜 조정 가능한 방향을 따라 이동하고 따라서 도로의 굴곡 등에 조정될 수 있는 동적 헤드 라이트를 생성하는 차량에 사용될 수 있다.

본 발명의 추가적인 양태는 3D 증강 현실을 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는,

제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따르거나 본 명세서에 기술된 본 발명에 따른 장치의 형태인 이동 가능한 2D 거울 - 이러한 장치의 상기 광학 요소는 거울임 - 과,

광원 - 바람직하게는 시준된 광선을 생성하기 위한 레이저 - 과,

초점 제어 장치와,

이미지 프로젝터 - 바람직하게는 스캐닝 거울 장치 - 와,

프로젝션 스크린과,

프로젝션 스크린에 대해 장치의 사용자의 눈의 동공의 위치를 검출하도록 구성된 시선 추적 장치를 포함하되,

광원은 초점 제어 장치를 통해 안내되는 광선을 생성하도록 구성되고, 상기 초점 제어 장치는 상기 광선을 초점 맞추거나, 초점 흐리게 하도록 구성되며, 이미지 프로젝터는 상기 광선을 통해 이미지를 생성하도록 구성되고, 이동 가능한 2D 거울은 검출된 동공의 위치에 의존하여, 프로젝션 스크린 상으로 상기 이미지를 반사시키도록 구성된다.

바람직한 실시 예에 따르면, 초점 제어 장치는 초점 조절 가능한 렌즈이며, 가장 바람직하게는 액체 렌즈의 형태이다 (예를 들어, 본 명세서에 전체적으로 참고로 인용 된 US 8,000,022 B2 또는 US 8,755,124 B2에 기재되어 있음). 그러나, 초점 제어 장치는 또한 병진 렌즈 시스템일 수 있다

바람직하게는, 상기 이미지 프로젝터는 상기 이미지를 생성하도록 상기 광 선을 편향 시키도록 구성된 스캐닝 거울 장치이다.

상기 장치의 일 실시 예에 따르면, 상기 장치는 헤드 장착형 디스플레이이다. 프로젝션 스크린은 곡면 반투명 또는 반사 스크린 (가령, 유리 플레이트) 인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 일 실시 예에 따르면, 유리판은 이미지 프로젝터의 파장(색)에 대해 부분적으로 또는 완전히 반사적이다.

또한, 일 실시 예에 따르면, 프로젝션 스크린(가령, 유리판)으로의 프로젝션 영역은 눈의 현재 시야에 대해 최대로 제한되고, 이동 가능한 2D 거울(예를 들어, 본 발명에 따른 장치)을 사용하여 동공의 이동시에 변화한다.

바람직하게는, 동공의 위치는 임의의 적절한 눈 추적 장치로 발견될 수 있다. 프로젝션된 이미지의 크기는 이동 가능한 2D 미러 (예를 들어, 본 발명에 따른 장치)의 광학 요소(거울)의 표면의 경사각에 의존한다.

따라서, 전체 프로젝션 스크린/유리판을 조명하는 것과 비교하여, 시야만을 조명할 때, 프로젝션된 이미지의 해상도가 증가 될 수 있다.

특히 유리판에 조명되어야 하는 영역은 프로젝트된 가상 물체의 크기로 표시된다. 물체가 여러 서브프레임으로 구성되어서, 인간 시각 시스템이 처리하는 전체 이미지가 서브프레임과 중첩된다면, 조명 영역을 더욱 감소시켜 단위 면적당 픽셀 해상도를 높일 수 있다. 서브 프레임은, 이동 가능한 2D 거울(가령, 본 발명에 따른 장치)의 거울(광학 요소)을, 가령, 심볼이 인식될 수 있고, 고해상도 가상 이미지가 요구되는 시야 내로 약간 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 바람직하게는, 일 실시 예에서, 저해상도 이미지는 좌우 눈의 시각 한계에 의해 제한되고, 심볼이 인식될 수 있는 시야의 외부에 있는 양안 시야로 프로젝트될 수 있다.

또한, 특히, 발산된 광의 총합이 동공 내로 지향될 수 있기 때문에, 프로젝션 스크린(가령, 유리판)의 일부만을 조명할 때 에너지 소비가 감소된다.

더욱이, 특히, 시준 광원 (가령, 레이저)과 이동 가능한 2D 거울(가령, 본 발명에 따른 장치)의 이동 거울 (광학 요소) 사이의 상기 초점 제어 장치 또는 초점 조절 가능한 (가령, 액체) 렌즈의 위치 선정은 광선의 초점을 맞추거나 흐리게할 수 있어서, 관찰자에게 제시되는 가상 이미지의 거리가 동적으로 변경될 수 있다.

일 실시 예에서, 초점 제어 장치 또는 (예를 들어, 액체) 렌즈는 개개의 픽셀의 광선의 시준을 수정함으로써, 가상 이미지의 초점 평면을 변경시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 광학 경로에서, 초점 제어 장치(가령, 상기 렌즈)는 이미지 프로젝터(가령, 스캐닝 거울 장치)의 전후에 배치될 수 있다. 위치는 이미지 장치 및 적용된 제어 알고리즘에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 사람의 시각 시스템이 물체의 거리를 재구성할 수 있도록 입체적인 시력을 가능하게 하도록 분리된 헤드 장착형 디스플레이가 사용자의 각 눈에 제공된다.

즉, 본 발명에 따른 장치는 각각의 눈에 대해 전술한 구성 요소를 각각 포함한다. 그러나 프로젝션 스크린(가령, 유리판)은 양 눈 모두에 사용될 수 있다.

사람의 시각 시스템보다 빠른 프레임 속도로 다양한 거리에서 이미지를 프로젝트하는 것은, 이들 이미지를 오버레이하는 결과를 낳고, 뇌가 다양한 초점 평면에 의존하는 피사계 심도가 있는 3D 이미지를 생성한다. 이는 충분히 빠르게 조정할 수 있는 이미지 프로젝터 및 초점 조절 장치(가령, 조정 가능한 렌즈)에 의해 실현될 수 있습니다. 예를 들어, 인간 시각 시스템은 16Hz 미만의 깜박임을 감지한다. 그러므로, 바람직하게는, 유체 3D 경험을 생성하기 위해, 조절 가능한 렌즈(가령, 액체)가 가령, 50Hz 이상으로 진동할 수 있다.

또 다른 실시 예에 따르면, 눈 (움직임) 추적 장치 이외에도, 눈꺼풀 및/또는 제스처로부터의 기록된 제어 명령에 따른 장치에 의해, 이미지를 프로젝트하기 위하여, 눈꺼풀의 움직임에 반응할 뿐만 아니라 사용자의 손동작에 반응하는 제스처 추적 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점뿐만 아니라 본 발명의 실시 예는 도면을 참조하여 이하에서 설명 될 것이다
또한, 도 1 내지 도 3은 본 발명의 제 1 양태에 따른 장치의 상이한 실시 예를 도시한다.
또한, 도 5 내지 도 6은 도 1 - 3에 도시된 장치의 자석 및 광학 요소를 지지하는 다른 가능성을 나타낸다.
도 7은 도 1 - 3에 도시된 종류의 본 발명의 실시예의 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명에 따른 장치의 실시예의 확대도를 나타낸다.
도 9 - 10은 본 발명에 따른 장치에 의해 틸팅될 수 있는 다양한 광학 요소를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 기본적인 제1 양태의 사시도이다.
도 12는 도 2에 도시된 실시예의 수정예를 나타낸다.
도 13은 압전 작동기를 사용하여 광학 요소를 틸팅하기 위한 추가적인 장치의 사시도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 제2 양태에 따른 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 15 - 16은 도 14에 도시된 실시예의 다양한 개략도를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 제2 양태에 따른 장치의 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 18은 도 17에 도시된 실시예의 수정예를 나타낸다.
도 19 - 21은 본 발명의 제2 양태에 따른 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 22는 도 1에 도시된 실시예의 수정예를 나타낸다.
도 23 - 24는 본 발명의 제2 양태에 따른 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 25 - 26은 본 발명의 제2 양태에 따른 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 27은 틸팅가능한 방식으로 광학 요소를 지지하기 위한 스프링 수단의 실시예를 나타낸다.
도 28은 본 발명에 따른 장치의 사용의 개략도를 나타낸다.
도 29는 광학 요소에 견고하게 결합된 광학 요소 및 자석(들)을 지지하기 위한 베어링 구조물(두-축 자이로)을 나타낸다.
도 30은 도 29에 도시된 종류의 자이로를 사용하여 본 발명의 실시예를 나타낸다.
도 31은 도 30에 도시된 실시예의 수정예를 나타낸다.
도 32 - 34는 본 발명의 추가적인 실시예의 다양한 도면을 나타낸다.
도 35 - 36은 도 32 - 34에 따른 장치를 어레이 배열로 나타낸다.
도 37은 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예를 사시도를 나타낸다.
도 38은 도 37에 도시된 장치의 자석을 이동시키기 위해, 도 38에 도시된 코일의 배열의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 39는 도 39의 하부의 예시에 도시된 코일의 장치의 개략적인 평면을 상부에서 사시도로 도시하고, 이들 코일은 도 37에 도시된 장치의 자석을 이동시키는데 사용될 수 있다.
도 40 - 41은, 제 1 및 제 2 틸팅 방향(x 및 y)으로 각도를 틸팅함은 물론 자석의 축 회전을 검출하기 위한 셰이딩을 가진, 도 37에 따른 장치의 거울의 하부상의 평면도를 나타낸다.
도 42 - 43은 도 37에 따른 장치의 자석의 각도를 축 회전 및 틸팅하는 방향에 관한 것이다.
도 44는 본 발명에 따른 장치의 자석의 위치를 검출하기 위한 추가적인 가능예를 나타낸다.
도 45 - 46은 두 개의 홀 센서를 사용하여 하나의 광학 축을 따라 자석의 위치를 검출하는 추가적인 가능예를 나타낸다.
도 47 - 49는 도 37에 따른 장치의 자석의 회전을 방지함은 물론, 코일 캐리어/PCB 아래의 바닥 복귀 구조물로 자석의 스냅-인을 방지하기 위한 내부 및 외부 자기장 안내 구조물의 사용에 관한 것이다.
도 50은 도 1에 도시된 종류의 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 51은 1D 거울 장치의 형태인 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 52는 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예를 나타내고, 거울은 스프링 수단에 의해 지지된다.
도 53 - 56은 본 발명의 3D 증강 현실을 위한 장치의 제1 실시예에 관한 것이다.
도 57 - 58은 본 발명에 따른 3D 증강 현실을 위한 장치의 제2 실시예에 관한 것이다.

도 11은 본 발명의 제 1 양태의 기본 원리, 즉 광학 요소(10) (예를 들어, 도 1 내지 도 3 참조)를 피벗 또는 틸팅하기 위한 장치(1)의 사시도를 도시하며, 장치(1)는 광학 요소(10)가 적어도 제 1 축 (A)을 중심으로 기울어질 수 있고, 도록 이동 가능하게 장착된 광학 요소(10) 및 광학 요소(10)에 견고하게 결합된 원통형 자석(20)을 포함하며, 자석(20)은 연장 방항(실린더 축, Z)으로 연장되고, 상기 연장 방향(Z)과 정렬된 자화(M) 및 도 11에 도시되지 않은 전면(20a)을 포함한다. 장치(1)는 연장 방향(Z)으로 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 제1 도체 섹션(30)을 포함하고, 제1 도체 섹션(30)은 제 1 축(A)을 따라 제 1 방향(C)으로 연장되며, 자석(20) 및 자석에 연결된 광학 요소(10)는 상기 제 1 축을 중심으로 피벗가능하거나 틸팅가능하다. 이로 인해, 자석(20)의 자화(M)가 그 연장 방향 (Z)과 정렬되기 때문에, 제 1 도체 섹션(30)에 전류(I)가 인가될 때, 로렌츠 힘(F)이 생성되고, 이는 제 1 도체 섹션(30)의 연장 방향(Z)에 직교하거나 제 1 축 (A)에 직교하는 방향으로 이어지는 제 1 틸팅 방향(X)에 작용한다. 본 발명을 수행하기 위해, 실제로 틸팅 방향 마다 단지 하나의 제 1 도체 섹션(30)이 필요하지만, 도 11에 도시된 바와 같이, 자석(20)의 전면(20a) 아래에서 제 1 도체 섹션(30)을 따라 연장되는 추가적인 제 2 도체 섹션(31)이 존재할 수 있다. 특히, 도 11에 도시된 바와 같이, 2개의 도체 섹션(30, 31)은 제 1 방향 (C)으로 서로에 대해 평행하게 연장되고, 2개의 루프(61, 62)를 포함하는 도 11의 평면 코일 수단(60)의 인접한 부분을 형성된다. 이러한 제 1 코일 수단(60)은 가상 연장 평면(P)을 따라 연장되고, 제 1 루프(61)의 제 1 권선 축(W) 및 제 2 루프(62)의 제 2 권선 축(W')은 상기 연장 평면(P)에 수직으로 이어진다. 자석(20)과 광학 요소(10)가 상기 제 1 축(A)을 중심으로 피벗되거나 틸팅되지 않을 때, 자석(20)의 연장 방향(Z)과 자화(M)도 상기 연장 평면(P)에 수직으로 이어진다. 특히, 제 1 코일 수단(60)은 상기 연장 평면(P)을 따라 연장되는 코일 캐리어(80)에 의해 고정되는데, 즉, 상기 코일 캐리어(80)는 상기 연장 평면(P)으로 연장되거나 상기 연장 평면(P)에 걸친 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 표면을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 도 11에 도시되지 않은 광학 요소(10)는, 상기 연장 평면(P)을 따라 연장하고, 특히 상기 자석(20)의 연장 방향(Z) 또는 자화 방향으로 상기 자석(20) 및 코일 캐리어(80)와 마주한다. 상기 자석이 상기 도체 섹션(들)(30, 31) 또는 코일 수단(60)이나 코일 캐리어(80)에 대해 이동하기 때문에, 광학 요소(10)는 원칙적으로 자석(20)에 견고하게 결합될 수 있고 자석(20)과 함께 이동할 수 있으며, 광학 요소(10)는 도체 섹션(들)(30, 31)이나 제 1 코일 수단(60) 또는 코일 캐리어(80)에 견고하게 결합되고, 이들 구성과 함께 이동할 수 있다.

일반적으로, 가령, 제 1 틸팅 방향(X)과 직교하는 제 2 틸팅 방향(Y)으로, 상기 자석(20)에 결합된 광학 요소(10)를 틸팅하기 위해, 본 발명의 상기 제 1 양태에 따른 장치(1)는 제 2 도체 섹션(40) 또는 이러한 두 개의 제 2 도체 섹션들(40, 41)(제 2 도체 섹션(40, 41)은 도 11에 나타나지 않으나, 도 8로부터 유추될 수 있음)을 포함할 수 있고, 이는 도 11에 도시된 제 1 도체 섹션(30, 31)과 유사하게 형성되나, 제 1 도체 섹션(30, 31)에 대해, (제 1 코일 수단(60)의 연장 평면(P)으로 약 90°)회전되어서, 제 1 도체 섹션(30, 31)이 제 2 도체 섹션(40, 41)과 교차하고, 교차점 이나 교차 영역은 자석(20)의 전면(20a) 아래에 수직 방식으로 플럼프(plump)에 위치된다.

특히, 제 2 도체 섹션 (40) 또는 제 2 도체 섹션들(40, 41)은, 자석(20) 또는 광학 요소(10)가 피벗 가능하게 장착되는 제 2 축(A')을 따라 연장된다. 도 8에 예시로 도시된 바와 같이, 제 2 도체 섹션들(40, 41)은, 도 11에 도시되지 않은 제 2 코일 수단 (70)의 제 1 및 제 2 루프(71, 72)의 일부를 각각 형성한다. 일단 2개의 축 (즉, 제 1 및 제 2 축)(A, A')이 존재하면, 이들이 도체 섹션(30, 31, 40, 41)과 정렬될 필요가 없다는 것을 주목해야 한다. 자석(20)은 임의의 방향으로 기계적으로 자유롭게 회전할 수 있다.

전류(I)가 제 2 도체 섹션(40) 또는 섹션들(40, 41)에 인가되는 경우에, 다시 로렌츠 힘(F)이 생성되어, 제 2 축(A')에 직교하는 방향(Y)으로 자석(20)을 가압한다. 따라서, 적절한 전류(I)를 제 1 및 제 2 도체 섹션들(30, 31, 40, 41)에 인가함으로써, 자석(20) 및 자석에 연결된 광학 요소(10)는 연속적으로 2차원적으로 틸팅될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 도체 섹션(30) 및 추가적인 제 1 도체 섹션(31)은 각각 제 1 코일 수단의 개별 코일 또는 루프(61, 62)의 일부일 수 있지만, 가령, 도 7 및 8에 도시된 소위 도 8의 코일 (60, 70)의 일부일 수 있다. 이들 코일 수단(60, 70)이 2개의 연결된 루프(61, 62, 71, 72)를 각각 포함하여서, 전류(I)는 각 루프(61, 62, 71, 72)에서 반대 방향으로 흐르지만, 도 8의 코일의 중심 영역에서는 동일 방향으로 흐르고, 여기서, 상기 제 1 도체 섹션들(30, 31)은 제 1 축(A)을 따라 연장되지만, 제 2 도체 섹션들(40, 41)은 제 2 축(A")을 따라 연장되어서, 자석(20)의 틸팅을 허용하여서, 광학 요소(10)를 2D로 틸팅할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시 된 바와 같이, 본 발명에 사용된 코일 수단(60, 70)은 원칙적으로, 다층 인쇄 회로 기판 코일일 수 있으며, 여기서, 도 7에 도시된 단면도 및 도 8의 분해도에서 알 수있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 도체 섹션(30, 31, 40, 41)은 서로의 상단에 스택된다. 이러한 방식으로, 매우 소형의 코일이 각각 형성될 수 잇고, 이는 제1 자석(20)의 전면(20a) 바로 아래의 영역을 포함하고, 전류(I)는 제1 방향(C)을 따라(가령, 제 1 축(A)을 따라), 또는 제 2 방향(C')(가령, 제 2 축(A')을 따라 흐를 수 있어서, 제 1 및/또는 제 2 축(A, A')을 중심으로, 그리고 임의의 조합 방향으로, 자석(20) 및 광학 요소(10)를 앞 뒤로 피벗할 수 있도록 한다.

물론, 자석(20) 및 자석(20)에 견고하게 결합되는 광학 요소(10)를 피벗 가능하게 장착하는 다양한 방법이 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 볼 형상의 베어링 부재(12)는 케이지 부재 (15)의 리세스부(13) 내에 형태 적합 방식으로 피벗 가능하게 고정되어, 베어링 볼(12)이 리세스부에 슬라이드/피벗될 수 있어서, 자석(20)과 이에 결합된 광학 요소 (10)를 피벗시킬 수 있다. 여기서, 상기 케이지 부재(15)는 상기 자석(20)이 배치된 코일 캐리어(80)와 함께 하우징을 형성할 수 있으며, 하우징 외부에 상기 광학 소자(10)가 배치되어서, 베어링 볼(12)을 통해 자석(20)에 견고하게 결합되는 방식으로 연결된다. 그러므로, 제 1 및/또는 제 2 도체 섹션 (30, 31, 40, 41)을 통해 흐르는 전류(I)에 의해 생성된 로렌츠 힘 F로 인해 자석(20)이 움직일 때, 자석 (20)에 연결된 베어링 볼(12)이 회전되어 광학 요소(10)를 코일 캐리어 (80)에 대하여 틸팅한다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 프리즘 (10)(도 9) 또는 렌즈(10)(도 10)와 같은 매우 다양한 광학 요소(10)가 직접적으로 또는 추가 요소를 통해 간접적으로 베어링 볼(12)에 부착될 수 있어서, 본 발명에 따른 장치(1, 2)가 매우 많은 수의 가능한 응용예를 갖는다. 더구나, 렌즈 (또는 다른 광학 요소(10))가, 점선(광학 요소(10)/자석(20)의 어떤 위치에서) 점선으로, 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 그 반대로 지나는 광으로, 도 10에 도시된 바와 같은 고정 부재(11)나 코일 캐리어에 대해, 수직 또는 수직으로 배열된 실시예를 생각할 수 있다. 이러한 방식으로 렌즈(10)는 이중 통과 방식으로 거울과 함께 사용될 필요는 없다.

매우 중요한 응용예가 광학계(O)를 통해 본 발명에 따른 장치(1)에 결합되는 광학 센서(S)를 도시하는 도 28에 도시되어 있으며, 본 예에서는 시야 확대기로서 사용된다. 따라서, 거울 형태의 광학 소자(10)를 피벗함으로써, 상대적으로 큰 시야로부터 나오는 광선은 비교적 작은 센서(S) 상에 초점 맞춰질 수 있고, 이는 비교적 작아서 비용 효율적인 센서(S)가 비교적 큰 영역을 스캔하는데 사용될 수 있다는 점에서 이점을 가진다.

본 발명에 따른 장치(1,2)로 피벗될 수 있는 가능한 광학 요소(10)는 거울, 프리즘, 렌즈 및 더 많은 것들이다.

또한, 도 4 내지 도 6은 자석(20)을 광학 요소(10)(예를 들어, 거울)에 연결하는 다양한 가능성을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 베어링 볼(12)은 코일 캐리어 (80) 또는 코일 수단과 대면하는 제 1 (하부) 면(12a)뿐만 아니라, 제 1 측면(12a)으로부터 멀어지게 향하는 제 2 면(12b)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광학 요소(10)는 제 2 면(12b)에 연결되는 반면, 자석(20)은 베어링 볼(12)의 제 1 면(12a)에 연결된다. 예를 들어, 광학 요소(10)뿐만 아니라 자석(12)이 베어링 볼(12)에 부착될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 자석(20)은 적어도 부분적으로 베어링 볼(12)의 리세스부(12c) 내로 삽입될 수 있어서, 자석(20)의 전면(20a)이 베어링 볼(12)의 리세스부(12c)로부터 돌출되고, 상기 리세스부(12c) 외부에 배열된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 요소(10)는 베어링 볼(12)의 리세스부(12c) 내로 삽입되는 자석(20)에 직접 연결될 수 있다. 도 6은 이러한 상황의 수정예를 나타내는데, 광학 요소(10)가 베어링 볼(12)의 제 2 면(12b)상의 관통 개구(12c) 내로 일부분이 삽입된 고정 부재(11)에 연결되는 반면, 자석(20)은 제 1 면(12a)으로부터 베어링 볼의 리세스부(12c) 또는 관통 개구(12c)의 일부분이 삽입되고, 리세스부(12c)에서 연결되어서, 광학 요소(10)가 부착된 고정 부재(11)에 연결된다.

제 1 및/또는 제 2 축 (A, A')을 중심으로 자석(20) 및 따라서 광학 요소(10)의 이동 또는 틸팅을 제어할 수 있도록, 본 발명에 따른 장치(1,2)는 도 1 - 3에 도시된 바와 같이, 특히 홀 센서(90)와 같은 자기장 센서(90)를 포함한다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 홀 센서(90)는 코일 캐리어(80), 특히 자석(20)으로부터 멀어지게 향하는 측면(80a) 상에 부착된다. 이러한 경우, 홀 센서(90)는 바람직하게는, 소위 2차원 홀 센서(90)이고, 이는 로렌츠 힘(F)으로 인한 자석(20)의 2차원 피벗팅을 검출할 수 있다. 또 다른 가능예가 도 3에 도시되는데, 홀 센서(90)는 자석(20)과 마주하는 코일 캐리어(80)의 측면(80b)상에 배치된다. 이 경우, (예를 들어 강철) 판(91)의 형태의 자속 복귀 구조물은, 자석(20)으로부터 멀어지게 향하는 코일 캐리어(80)의 측면(80a)상에 배치될 수 있어서, 자기장 선을 안내하고, 코일 수단을 통과하는 전류가 0으로 감소될 때, 초기 위치로 자석(20)을 되돌리는 복원력을 생성한다. 더구나, 복원력은 장치(1)의 개루프 제어 성을 용이하게 한다. 특히, 강판은 자기장 안내부로서의 역할을 한다. 자력선이 너무 빨리 구부러지지 않고 수직으로 유지되도록 한다.

또한, 예를 들어, 도 2 내지 도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치(1,2)는 전류원 수단(50) (예를 들어, 전류원 수단에 포함된 개별적인 전류원)을 제어하기 위한 제어기(92)를 포함하여서, 제 1 자석(20)의 현재 (실제) 위치, 그에 따른 그에 연결된 광학 요소(10)의 위치는 기준값에 근접한다(도 11 참조). 자석(20)의 이동을 제어하기 위한 자석(20)의 위치를 결정하는 다른 방법이 도 12에 도시되어 있는데, 여기서, 광원(100), 특히 LED는 코일 캐리어(80)의 측면에 배치되고, 자석(20)의 연장 방향(Z)으로 자석(20)의 전면(20a)과 마주하여서, 상기 광원(100)으로부터 발산된 광은 자석(20) 및 그에 부착된 반사 수단을 때려서, 자석(20)이나 상기 반사 수단에 의해 반사된 광은 적어도 하나, 바람직하게는 두 개의 포토 다이오드(101)를 치고, 상기 포토 다이오드는 자석(20)과 마주하는 코일 캐리어(80)의 상기 측면(80b)에 배치된다. 따라서, 자석(20)의 위치에 따라, 자석(20)에 의해 포토 다이오드(101)를 향하여 다양한 양의 광이 반사되므로, 포토 다이오드(101)에 의해 생성된 신호로부터 자석(20)의 위치를 추측할 수 있다. 또한 여기에서, 장치(1, 2)는 전류원 수단(50)(가령, 사용되는 개별 전류원, 상기 참조)을 제어하기 위한 제어기(92)를 포함하여서, 적어도 하나의 포토 다이오드(101)에 의해 제공된 신호가 자석(20), 그래서 광학 요소(10)의 원하는 기준 위치와 관련된 기준 신호로 접근한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 자석(20) 및 그에 고정적으로 연결된 광학 요소(10)를 피벗시키기 위해 로렌츠 힘(F) 또는 전자기력을 사용하는 것 이외에, 광학 요소(10)를 피벗시키도록 압전 작동기(95)가 사용될 수도 있다. 광학 요소 (예를 들어, 거울) (10)을 틸팅하기 위한 장치(3)가 도 13에 도시된다. 여기서, 반구체(12)는 3개의 압전 작동기(95)가 배열되는 인쇄 회로 기판(80)과 마주하는 광학 요소(가령, 거울)의 측면에 부착되고, 압전 작동기(95)의 적절한 수축과 팽창에 의해 반구체(12)를 회전하도록 설계된다. 광학 요소(10)의 틸팅을 제어할 수 있도록 하는 광학 요소(10)의 위치를 결정하기 위해, 자석(20)은 광학 요소(10)에 부착되고, 압전 작동기(95)상에 배치된 2차원 홀 센서(90)에 의해 감지되는 장을 자석(20)이 생성한다. 광학 요소(10)과 PCB(80) 사이의 외주 갭은, (가령, 유연한) 멤브레인(81)에 의해 커버될 수 있고, 이는 압전 작동기(95) 상에 슬라이딩하는 반구체(12) 상으로 형성된 힘을 가한다.

도 14는 본 발명의 제 2 양태에 따른 실시 예를 도시한다. 여기서, 장치(2)는 자화 가능한 강으로 형성될 수 있는 고정 부재(11)에 부착되는 광학 요소(예를 들어, 거울, 특히 원형 또는 타원형 거울)(10)를 포함한다.

고정 부재(11)는, 스프링 수단(110)(여기에서, 그리고 이후에 그러한 스프링 수단(110)은, 예를 들어 일체적으로 스틸 또는 플라스틱으로 제조될 수 있음)의 도움으로 (예를 들어, 인쇄 회로 기판의 형태인) 코일 캐리어(80) 상에서 탄성적으로 지지되어서, 고정 부재(11) 및 광학 요소(10)는 적어도 제 1 및 직교하는 제 2 축(A, A')을 중심으로 피벗될 수 있고, 특히, 스프링 수단(110)의 탄성 때문에, 복권력을 경험할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 광학 요소(10) 및 고정 부재(11)는 코일 캐리어(80)에 부착된 링 부재(14) 상에 놓이는 곡면을 갖는 볼 부재(12)에 의해 선택적으로 또는 추가로 지지될 수 있다.

도 14 및 도 16에 도시된 바와 같이, 스프링 수단(110)은, 각각의 암(114)이 관련 자석(21, 22, 23, 24)에 인접한 고정 부재(11) 또는 광학 요소(10)에 연결되는 상부 제 1 고정 점(115)로부터, 링 부재(14)와 같은 하부 중심 제2 고정 점(116)까지 각각 연장된 4개의 암(114)을 포함한다. 특히, 각각의 암(114)은 특정 코스를 포함하며, 각각의 암(114)은 각각의 제 1 고정 점으로부터 중심의 제 2 고정 점(116)을 향해 내측으로 연장하고, 방향을 바꾸어 외측으로 (중앙의 제 2 고정 점(116)으로 부터 멀리), 그리고, 각각의 중앙 제 2 고정 점(16)를 향해 내측으로 다시 연장한다. 여기서, 이들 암(114) 각각은 2개의 이웃하는 자석(21, 22, 23, 24) 사이에서 연장된다.

코일 캐리어(80)는 적어도 제 1 및 제 2 코일 수단(60,70), 바람직하게는 제 3 및 제 4 코일 수단(60a, 70a)을 구비하고, 상기 코일 수단(60, 70, 60a, 70a)은 상기 판-형상의 코일 캐리어(80)가 연장되는 공통 연장 평면(P)을 따라 연장되는 별도(가령, 원형) 코일로 형성된다. 특히, 코일(60, 70, 60a, 70a)은 코일 캐리어(80) (가령, 인쇄 회로 기판)에 내장된다. 또한, 장치(2)는 적어도 제 1 및 제 2 자석(21, 22)을 포함하지만, 바람직하게는 제 3 및 제 4 자석(23, 24)을 포함한다. 각각의 자석(21, 22, 23, 24)은 동일한 연장 방향(Z)으로 연장되어 고정 부재(11)의 제 1 (하부) 측면(11)에 견고하게 연결된다. 각각의 자석(21, 22, 23, 24)은 각각의 연장 방향(Z)과 정렬된 자화(M)를 더 포함한다. 특히, 제 1 코일(60)은 제 1 자석(21)과 관련되고, 제 1 자석(21)의 연장 방향(Z)으로 제 1 자석(21)의 전면(21a)과 마주하고, 제 2 코일(70)은 제 2 자석(22)과 관련되고, 제 2 자석의 연장 방향(Z)으로 제 2 자석(22)의 전면(22a)과 마주한다.

또한, 제 3 코일 수단(60a)은 제 3 자석(23)과 관련되고, 제 3 자석(23)의 연장 방향(Z)으로 제 3 자석(23)의 전면(23a)과 마주하고, 마지막으로 제 4 코일 수단(70a)은 제 4 자석(24)과 관련되고, 제 4 자석(24)의 연장 방향(Z)으로 제 4 자석(24)의 전면(24)과 마주한다. 자석(21, 22, 23, 24)의 전면(21a, 22a, 23a, 24a)은 각각의 연장 방향(Z)과 수직으로 연장한다.

또한, 각각의 코일(60, 60a, 70, 70a)은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 권선 축 (W, W, W ", W"')으로 표시된 권선 축을 포함하고, 자석(21, 22, 23, 24)이나 광학 요소(10)가 특정(틸팅되지 않은) 위치에 있을 때, 이들 축들은 모두 각각의 자석(21, 22, 23, 24)의 연장 방향(Z)이나 자화(M)에 평행하게 이어진다(연장 방향(Z)은 연장 평면(P)에 수직임).

또한, 제 1 및 제 3 코일 수단(60a, 60a)은 물론 제 1 및 제 3 자석(21, 23)은, 제 1 틸팅 방향(X)로 또는 제 1 축(A)에 수직으로 서로 마주하는 반면, 제 2 및 제 4 코일 수단(70, 70a)은 물론 제 2 및 제 4 자석(22, 24)은 제 2 틸팅 방향(Y)으로(또는 제 2 축(A')에 수직으로) 서로 마주한다. 여기서, 제 1 및 제 2 틸팅 방향(X, Y)(제 1 및 제 2 축(A, A')과 같이)은 직교한다. 특히, 코일(60, 70, 60a, 70a)은 관련된 자석(21, 22, 23, 24)에 대해 동심축으로 배열되고, 특히 각각의 코일(60, 70, 60a, 70a)의 외부 직경은 관련된 자석(21, 22, 23, 24)의 직경보다 크다.

이제, 자석 (21, 22, 23, 24)을 이동시킴으로써 광학 요소(10)를 피벗팅(또는 틸팅)하기 위해, 전류원 수단(50)(도 11 참조)이 본 발명의 제 1 양태에 따라 제공되며, 전류원은 제 1 및 제 3 코일에 전류를 인가하고, 제 2 및 제 4 코일에 개별적으로 전류를 인가하도록 설계된다. 개별적인 전류의 방향에 의존하여, 각각의 자석은 관련 코일을 향해 끌리거나 멀리 떨어지게 하여, 광학 요소(10)의 2D 틸팅이 달성될 수 있다. 광학 요소의 틸팅 제어는 하나 이상의 자기장 센서(예를 들어, 홀 센서)를 사용하거나, 광원(예를 들어, LED) 및 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 포토 다이오드나 광 강도 센서)를 사용함에 의해 상기 기술된 것이 달성될 수 있다.

도 17은 또한 본 발명의 제 2 양태에 따른 실시 예를 도시한다. 여기서, 다시, 장치(2)는 자화 가능한 강으로 형성될 수 있는 고정 부재(11)에 부착되는 광학 요소(예를 들어, 거울, 특히 원형 거울)(10)를 포함한다. 고정 부재(11)는 케이지 부재(15)의 리세스부(13) 내에 피벗 가능하게 배치된 베어링 볼(12)에 부착되어, 고정 부재(11) 및 광학 요소(10)가 적어도 제 1 및 제 2 직교 축(A, A')을 중심으로 피벗될 수 있다(도 16 참조).

케이지 부재(15)는 도 14와 관련하여 설명된 바와 같이, 적어도 제 1 및 제 2 코일 수단(60, 70), 바람직하게는 제 3 및 제 4 코일 수단(60a, 70a)을 가진 코일 캐리어(80)에 연결된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 케이지 부재(15)는 본질적으로 도 14와 관련하여 설명된 코일(60, 70, 60a, 70a)에 관하여 배열된 4개의 자석(21, 22, 23, 24) 사이에 배치된다. 특히, 케이지 부재(15)는 자석(21, 22, 23, 24)을 수용하기 위한 4 개의 리세스부를 포함한다. 광학 요소(10)의 틸팅 운동의 작동 및 제어는 도 14와 관련하여 설 된 바와 같이 수행될 수 있다. 또한, 도 14 및 도 16과 관련하여 설명된 스프링 수단(110)은 추가적인 복원력 또는 향상된 지지력을 제공하는데 사용될 수 있다.

또한, 도 18에 도시된 수정 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 케이지 부재(15)는 코일 지지체(80)와 마주하는 측면상의 고정 부재(11)(또는 광학 요소(10))에 견고하게 연결될 수 있고, 코일 캐리어(80)에 고정된 베어링 볼(12)의 구형 표면을 따라 슬라이들 될 수 있다. 도 14 및 도 16과 관련하여 전술한 바와 같은 추가적인 스프링 수단(110)이 사용될 수 있다.

도 19는 도 19 및 도 21과 관련하여, 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시하는데, 이는 삼각형 루프를 각각 가진 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 코일(60, 70, 60a, 70a)의 형태인 집적된 코일을 가진 코일 캐리어(가령, 인쇄 회로 기판 형태)를 포함한다. 4개의 자석 대신에, 장치는 코일 캐리어(80) 및 내장된 삼각형 코일(60, 70, 60a, 70a)이 연장되는 연장 평면(P)에 수직으로 이어지는 (자석(20)이 피벗되지 않을 때) 연장 방향(Z)을 따라 연장되는 중심 자석(20)을 포함한다. 자석(20)의 자화(M)는 연장 방향(Z)과 정렬되고, 삼각형 코일의 권선 축에 평행하게 연장된다. 자석(20)은 자화 가능한 강으로 형성되고, 코일 캐리어(80)를 향하는 연장 방향으로 연장되는 4개의 돌출부(11c)를 포함하는 고정 부재(11)의 하부 측에 부착되며, 상기 돌출부(11c)는 관련된 코일의 외부 (직선) 섹션(73)을 따라 각각 연장된다. 자석(20)은 코일 캐리어(80)의 링 부재(14) 상에서 슬라이드되는 자석(20)의 전면(20a)에 부착된 베어링 볼(12)에 의해 및/또는 피벗 가능한 지지 및 광학 요소(10)/고정 부재(11)에 복원력을 제공하는 스프링 수단(110)에 의해, 코일 캐리어(80)상에서 지지될 수 있고, 스프링 수단(110)은, 각각의 암이 고정 부재(11)에 고정되거나 접촉하는 (상부) 제 1 고정 점 또는 접촉 점(115)으로부터, 각각의 암(114)이 코일 캐리어(80)에 고정되는 제 2 고정 점(116)(가령, 중심 링 부재(14) 상에)까지 연장된 4개의 암(114)을 포함한다.

도 19에 따른 본 실시 예에서, 틸팅 힘은 자석(20) 아래에 생성되는 것이 아니라, 대신에 강자성 구조물의 돌출부(11c) 아래에 생성된다. 돌출부(11c)는 자기장을 안내하여 코일 캐리어(PCB, 80)의 외측 가장자리 위의 수직으로 나온다. 여기서, 이들은 삼각형 코일의 각각의 외측 섹션(73)과 상호 작용하여 토크를 생성한다. 이 실시 예의 주된 장점은, 주어진 힘에 대해, 토크가 큰 지렛대 때문에 증가된다는 것이다. 코일 캐리어(80)의 각 삼각형 코일(60, 60a, 70, 70a)(중앙을 향하는 것)의 2개의 내부 측면은 힘 생성을 위해 사용되지 않는다. 그것들은 근본적으로 요구되지 않는다. 그것들은 외부 가장자리 도체를 직렬로 연결하는 편리한 방법을 제공한다. 중심에서, 자석(20) 아래에, 약간의 기생 세력이 있을 수 있지만, 전류가 거의 반대 방향으로 흘러서 되돌아 오기 때문에, 결과적인 기생력은 미미해야 한다. 또한, 도 22는 도 2에 도시된 실시 예의 수정 예를 도시하는데, 사용된 코일 수단(60, 70)의 외측 부분은, 특히 자석(20)에 보다 근접하고, 특히 자석(20)과 동일한 레벨에 있는 도체 부분(30, 31, 40, 41)과 다른 레벨에서 연장 방향(Z)으로 배열되고, 자석(20)의 전면(20a) 아래에서, 교차된 도체 섹션들(30, 31, 40, 41)을 생성하는 힘은 연장 방향(Z)으로 자석에 더 큰 거리를 가진다. 이러한 위치에서, 코일 수단(60, 70)의 외측 부분은, 그들이 원래 위치에서 생산하는 수혜자 힘(beneficiary force) 대신에 더 큰 수혜자 힘을 생성한다. 이것은 자기장이 자석(20)의 레벨에서 코일 수단의 외측 부분에서 180° 뒤집어 져서 발생하고, 이는 도체의 역전된 전류 방향을 보상한다.

또한, 도 23 내지 도 24는 도 14에 도시 된 실시 예의 수정 예를 도시하는데, 이는 제 1 축(A) 및 독립적인 제 2 축(A')을 중심으로 틸팅 운동을 가능하게하는 수정된 스프링 수단 (110)을 포함한다. 이를 위해, 스프링 수단(110)은 자석(21, 22, 23, 24)에 연결된 중심 부분(111)을 포함하며, 중심 부분(111)은 중심 부분(111)을 둘러싼 외주 제 1 부분(112)과 일체형으로 연결되어서, 중심 부분(111)은 제 1 부분(112)에 대해 제 1 축 (A)을 중심으로 틸팅될 수 있고, 제 1 부분(112)은 제 1 부분 (112) 및 중심 부분(111)을 둘러싸는 외주 제 2 부분(113)에 일체형으로 연결되어서, 제 1 부분(112)과 함께 중심 부분(111)은 제 1 축(A)에 수직으로 이어지는 제 2 축(A')을 중심으로 제 2 부분(113)에 대해 틸팅될 수 있다. 여기서, 스프링 수단(110)의 제 2 부분(113)은 코일 캐리어(80)에 특히 연결된다.

스프링 수단(110) 대신에도 도 29에 도시된 2축 자이로(300)를 사용할 수 도있는데, 이는, 외부 링 부재(301) 형태의 제 1 부재, 중간 링 부재(302)의 형태인 제 2 부재 및 광학 요소(10) 및/또는 자석(20) 또는 자석들(21, 22, 23, 24)를 고정하기 위한 고정 부재를 형성하는 내부 부재(303)의 형태인 제 3 부재를 포함하고, 외부 링 부재(301)는 중간 링 부재(302)와 내부 부재(303)를 둘러싸고, 중간 링 부재(302)는 내부 부재(303)를 둘러싼다. 광학 요소(10) 및 자석(20) 또는 자석들(21, 22, 23, 24)에 대한 2D 피벗 가능한 지지를 달성하기 위해, 중간 링 부재(302)는 외부 부재(301)상에 회전 가능하게 지지되어서, 중간 링 부재 (301)가 외부 링 부재(301)에 대해 제 1 축(A)을 중심으로 틸팅될 수 있고, 내부 부재(303)가 중간 링 부재(302)상에 회전 가능하게 지지되어서, 내부 부재 (303)가 (중간 링 부재(302)에 대해) 제 1 축(A)에 직교하는 제 2 축(A')을 중심으로 틸팅될 수 있다. 결과적으로, 내부 부재(11)는 외부 링 부재(301)에 대해 2개의 독립적인 축 (A, A')을 중심으로 2D로 틸팅될 수 있고, 외부 링 부재(301)는 코일 캐리어(80) 및/또는 사용된 코일 수단을 연결할 수 있다.

도 25 및 도 26은 본 발명의 제 2 양태에 따른 장치(2)의 추가적인 실시 예를 도시하며, 광학 요소(예를 들어, 거울, 특히 원형 거울)는 중합체 블록의 형태인 스프링 수단(110)을 통해 인쇄 회로 기판 형태인 코일 캐리어(80)에 부착된다. 폴리머 블록(110)은 광학 요소(11) 및 코일 캐리어(80)의 중심에 배치되어서, 코일 캐리어(80)상에 광학 요소(10)를 지지한다. 폴리머 블록(110)은 광학 요소(10)가 적어도 2개의 직교 축 (A, A')에 대응하는 틸트 방향 (X, Y)으로 피벗될 수 있도록 한다.

코일 캐리어(80)는 적어도 제 1 및 제 2 코일 수단(60,70), 바람직하게는 제 3 및 제 4 코일 수단(60a, 70a)을 구비하고, 상기 코일 수단(60,70,60a, 70a)은 상기 판-형 코일 캐리어(80)가 연장되는 공통 연장 평면(P)을 따라 연장되는 별개의(즉, 원형) 코일로서 형성된다. 특히, 코일(60, 70, 60a, 70a)은 코일 캐리어(80)에 내장되어 있고 직사각형 윤곽을 포함한다.

또한, 장치(2)는 적어도 제 1 및 제 2 자석(21,22)을 포함하지만, 바람직하게는 제 3 및 제 4 자석(23, 24)도 포함한다. 각각의 자석들(21,22,23,24)은 각각의 연장 방향(Z)으로 연장되고(이는 광학 요소(10)에 수직이고, 코일 캐리어(80)에도 수직으로 이어지며, 광학 요소(10)는 도 25에 도시된 방와 같이, 틸팅되지 않은 위치에 있음), 자속을 안내하기 위해 구비된 자속 복귀 구조물(25)을 통해 광학 요소(10)의 제 1 (하부) 측면(10a)에 견고하게 연결된다. 특히, 복귀 구조물(25)은 자기적으로 연성 물질로 제조되거나, 이를 포함한다. 또한, 각각의 자속 복귀 구조물(25)은 특히, 관련 자석들(21, 22, 23, 24)의 연장 방향(Z)으로 연장되는 림(26)을 포함한다. 각각의 림(26)은 관련된 코일 수단(60, 70, 60a, 70a)을 통해 연장되고, 각각의 코일(60, 70, 60a, 70a)은 각각의 연장 방향(Z)에 대해 수직인(자화(M)의 방향으로) 또는 연장 평면(P)을 따르는 관련된 자석들(21, 22, 23, 24)과 마주한다.

또한, 여기에서 각각의 자석(21, 22, 23, 24)은 각각의 연장 방향(Z)에 수직으로 이어지는 자화(M)를 더 포함한다. 특히, 제 1 코일(60)은 제 1 자석(21)과 관련되고, 연장 평면(P)을 따라 제 1 자석(21)의 수직 전면(21a)과 마주하고, 제 2 코일(70)은 제 2 자석(22)과 관련되고, 연장 평면(P)을 따라 제 2 자석(22)의 수직 전면(22a)과 마주한다. 또한, 제 3 코일 수단(60a)은 제 3 자석(23)과 관련되어, 연장 평면(P)을 따라 제 3 자석(23)의 수직 전면(23a)과 마주하고, 마지막으로 제 4 코일 수단(70a)은 제 4 자석(24)과 관련되고, 연장 평면(P)을 따라 제 4 자석(24)의 수직 전면(24)과 마주한다. 외측을 향한 자석들(21, 22, 23, 24)의 전 면(21a, 22a, 23a, 24a)은 각각 연장 방향(Z)으로 연장된다.

또한, 각각의 코일(60, 60a, 70, 70a)은 각각 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 권선 축(W, W', W", W"')을 포함하고, 이들 축들은 모두 각각의 연장 방향(Z)에 평행하게 이어지고, 자석(21, 22, 23, 24) 또는 광학 요소(10)가 상기 특정(틸팅되지 않은) 위치에 있을 때, 각각의 자석(21, 22, 23, 24)의 자화(M)와 수직으로 이어진다(연장 평면(P)에 수직인 연장 방향(Z)).

또한, 제 1 및 제 3 코일 수단(60, 60a)은 물론 제 1 및 제 3 자석(21, 23)은 제 1 틸팅 방향(X)으로 또는 제 1 축(A)에 수직으로 서로 마주하는 반면, 제 2 및 제 4 코일 수단(70, 70a)은 물론 제 2 및 제 4 자석(22, 24)은 제 2 틸팅 방향(Y)으로 또는 제 2 축(A')에 수직으로 서로 마주한다. 여기서, 제 1 및 제 2 틸팅 방향 (X, Y) (제 1 및 제 2 축 (A, A')과 마찬가지로)은 직교한다.

자석(21, 22, 23, 24)을 이동시킴으로써 광학 요소(10)를 피벗팅 (또는 틸팅)하기 위해, 이미 상술한 바와 같이 전류원 수단(50)이 제공되며, 상기 전류원 수단은 제 1 및 제 3 코일에, 그리고 개별적으로 제 2 및 제 4 코일에 전류를 인가하도록 설계된다. 개별적인 전류의 방향에 따라, 각각의 자석(21, 22, 23, 24)은 관련된 코일을 향해 끌리거나 밀어내서, 광학 요소(10)의 2D 틸팅이 달성될 수 있다. 광학 요소(10)의 틸팅 제어는 투명한 중합체 블록(110)에 배치되는 광원(가령, LED)을 사용하여 수행되어서, 상기 광원(100)에 의해 발산된 광이 광학 요소(10)에 부딪치고, 중합체 블록(110) 주위의 코일 캐리어(80)상에 배치된 4개의 포토 다이오드(101)들 중에 하나로 다시 반사된다. 포토 다이오드(101)의 신호는 광학 요소(10)의 위치에 의존하여, 전류원 수단(50)이 전류를 코일(60, 70, 60a, 70a)에 인가하여 포토 다이오드(101)의 원하는 기준 신호가 접근함에 의해 틸팅이 제어될 수 있다.

도 27은 두 개의 직교 축(A, A')을 중심으로 피벗될 수 있는 본 발명에 따른 장치(1, 2)의 광학 요소(10)를 탄성적으로 지지하는데 사용될 수 있는 스프링 수단(110)의 추가적인 실시예를 나타낸다. 이를 위해, 스프링 수단(110)은 스프링 부재(110)의 중심(124)으로부터 외부로 연장되는 4개의 일체형 연결된 암(120, 121, 122, 123)을 포함하는 십자형 스프링 부재로 형성되는데, 제 1 암(120)은 제 2 암(121)과 정렬되고, 제 1 암 및 제 2 암(120, 121)은 상기 제 1 축(A)을 따라 연장되고, 제 3 암(122)은 제 4 암(123)과 정렬되고, 제 3 암 및 제 4 암(122, 123)은 상기 제 2 축(A')을 따라 연장되며, 각각의 암(120, 121, 122, 123)은 말단 영역(125)을 포함한다. 십자형 스프링 부재(110)에 의해, 광학 요소(10)가 연결될 수 있는 장치(1, 2)의 제 1 캐리어 부재(130)는 물론, 자석(20) 또는 자석들(21, 22, 23, 24)은, 제 1 및/또는 제 2 코일 수단(60, 70)이나 4개의 코일 수단(60, 70, 60a, 70a)이 연결될 수 있는 제 2 캐리어 부재(13) 상에서 피벗적으로 지지될 수 있다. 특히, 제 1 캐리어 부재(130)는, 자석(들)(20, 21-24)과 연결하기 위한 제 1 측면(130a) 및 상기 제 1 측면(130a)로부터 멀어지게 향하는 제 2 측면(130b)을 포함하는데, 제 2 측면(130b)은 광학 요소(10)에 연결되는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 암(120)의 말단 영역(125)은 제 1 캐리어 부재(130)에 고정되고, 제 3 및 제 4 암(122, 123)의 말단 영역(125)은 제 2 캐리어 부재(130)에 고정되어서, 제 1 캐리어 부재(130)는 제 2 캐리어 부재(131)에 대해, 제 1 및/또는 제 2 축(A, A')을 중심으로, 광학 요소(10)와 함께 틸팅될 수 있다.

또한, 도 30은 도 29에 도시된 원리에 따른 자이로 조인트(300)를 사용하는 제 1 양태에 따른 본 발명의 실시예를 나타낸다. 여기서, 자석(20)은 광학 요소(10)에 견고하게 결합되고, 자석(20) 및 제 1 및 제 2 코일 수단(60, 70)(제 2 코일 수단(70)은 도시되지 않음)은 도 7 및 8과 관련하여 기술된 바와 같이, 즉, 제 1 코일은 자석(20)의 연장 방향(Z)이나 자화(M)의 방향으로 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 두 개의 제 1 평행 도체 섹션(30, 31)을 포함하도록 구성된다. 자석(20)의 피벗되지 않은 위치에서, 이들 도체 섹션은 자석(20)의 자화(M)/연장 방향(Z)에 수직으로 연장되고, 제 1 축(A)에 수직으로 이어지는 제 1 틸팅 방향(X)으로 자석(20)/광학 요소(10)를 틸팅하기 위한 로렌츠 힘을 생성하는데, 자이로 조인트의 외주 제 2 부재(302)는 코일 수단(60, 70)을 지닌 코일 캐리어(80)를 가진 제 1 부재(301)상에 피벗적으로 지지된다(가령, 상기 기술된 바와 같이). 제 1 부재(300)는 도체 섹션(30, 31)을 자석(20)으로 더 우수하게 노출시키기 위한 리세스부(301b)를 포함한다. 특히, 제 1 부재(301)는, 제 2 부재(302)가 피벗적으로 지지되는 연장 방향(Z)을 따라 연장되는 두 개의 마주보는 돌출부(301a)를 포함하고, 자석(20)은 이들 돌출부(301a)들 사이에 배치된다. 또한, 상기 조인트는, 그 자체가 제 1 부재(301)의 돌출부(301)와 반대 방향인 연장 방향(Z)을 따라 제 3 부재(303)로부터 돌출된 두 개의 돌출부(303a)를 통해 제 2 축(A')을 중심으로 제 2 부재(302)상에 피벗가능하게 지지되는 제 3 부재(303)를 포함한다. 제 3 부재는 자석(20) 및 (반대편에) 광학 요소(10)를 구비한다. 특히, 광학 요소(10)는 제 3 부재(303)의 일부를 형성할 수 있는데, 특히, 돌출부(303a)는 광학 요소(10) 자체로부터 돌출될 수 있다. 결과적으로, 제 3 부재(303) 및 그래서 광학 요소(10) 및 자석(20)은 축들(A, A')을 중심으로 2D로 틸팅될 수 있다. 자석(20)의 작동 및 제어는 이전에 기술된 바와 같이, 가령 도 11과 관련하여, 전류원 수단(50) 및 제어기(92)는 물론 자석(20)의 실제 위치를 감지하기 위한 센서 수단(90)(가령, 하나 이상의 홀 센서나 다른 적절한 센서)을 사용하여 시행될 수 있다. 일반적으로, 자석(20)이나 자석들(21-24)이 연결된 광학 요소(10)가 있는 대부분의 실시예가 도시되지만, 자석(20) 또는 자석들(21-24)에 대해 틸팅가능한 코일 캐리어(80)에 장착된 광학 요소(10)를 가지고, 공간적으로 고정되는 것도 본 발명의 사상 안에 있다.

도 30에 따른 실시예의 수정 예인 이러한 실시 예가 도 31에 도시된다.

이에 따라서, 도 30과 달리, 제 1 부재(301)는 이제 자석(20)(미도시)을 가지는데, 제 2 외주 부재(302)는 제 1 축(A)을 중심으로 제 1 부재(301)의 반대편 돌출부(301)상에 피벗가능하게 지지된다. 코일 캐리어(PCB, 80)과 코일 수단(60, 70)(미도시)을 가진 제 3 부재(303)는 제 2 부재(302)상의 반대편 돌출부(303a)를 통해 제 2 축(A')을 중심으로 피벗가능하게 지지되어서, 가령 일체형 코일 수단(60, 70)이 있는 코일 캐리어(PCB, 80)는 고정된 자석(20)에 대해 2D로 틸팅될 수 있다. 제 3 부재(303)의 상단 측에(코일 캐리어(80)로부터 멀리 향햐는), 광학 요소(10)가 장착되어서, 연장 방향(Z)를 따라, 또는 도 30에 도시된 배치와 같이, 자석(20)의 자화(M)의 방향을 따라, 자석(20)과 마주한다.

본 발명의 제2 양태에 따른, 특히 어레이 응용 분야에 적절한 추가적인 실시예는 도 32 내지 34에 도시된다. 여기서, 장치(1)는 각각 사각형 윤곽을 가진 (가령, 일체형) 네 개의 코일(60, 60a, 70, 70a)이 있는 코일 캐리어(가령, PCB)를 포함한다. 이들 코일(60, 60a, 70, 70a)은 가령, 도 26과 관련하여 기술된 바와 같이, 쌍으로 서로 마주한다. 코일은, 자석(21) 및 자석(21)에 견고하게 결합된 광학 요소(10)를 틸팅하기 위한 단일 자석(21)과 상호작용하도록 구성된다. 자석(21)은 외주, 네 개의 연결된 암을 포함하는 사각형을 포함하고, 각각의 암은 자석(21)의 자화(M)와 정렬된 자석의 연장 방향(Z)으로 관련된 코일(60, 60a, 70, 70a)과 마주한다. 여기서, 자석(21)이 피벗되지 않을 때, 자화는 연장 평면과 수직이며, 코일(60, 60a, 70, 70a)은 나란히 연장되고, 이들 코일의 권선 축은 상기 평면/코일 캐리어(80)에 수직으로 이어지는 것이 바람직하다.

이제, 자석(21)과 광학 요소를 피벗가능하게 지지하기 위하여, 자석은 고정 부재(11)에 연결되고, 결국, 자기적으로 연성 물질로 제조되고 코일 캐리어(80)로부터 돌출되는 외주 벽(85) 상에 두 개의 마주보는 스프링 수단(110)을 통해 지지된다. 벽은 사각형 컨피규레이션을 포함하여서, 장치(2)의 어레이는 도 35 및 36에 도시된 바와 같이, 나란히 배열시킴에 의해 구성되는 것이 바람직할 수 있다.

더구나, 본 발명에 따른 장치(1, 2)의 모든 실시 예는 동일한 장치(1 또는 2)의 어레이로 연장될 수 있다.

또한, 도 37은, 광학 요소(10)가 임의의 축을 중심으로 틸팅될 수 있도록, 볼 베어링(420)에 의해 이동가능하게 장착된, 바람직하게는 거울(10)의 형태인 광학 요소(10)를 피벗하거나 틸팅하기 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 장치(1)는, 자석(20)이 연장 방향 (원통 축)(Z)으로 연장되는, 광학 요소(10)에 견고하게 결합된 원통형 자석(20)을 추가적으로 포함하고, 자석(20)은 상기 연장 방향(Z)과 정렬된 자화(M) 및 전면(20a)을 포함한다.

가령, 도 38에 도시된 바와 같이, 상기 이미 기술된 방식으로 자석(20)을 이동하기 위해, 장치(1)는 코일 캐리어(80)(바람직하게는 PCB 형태인) 상에 배열된 4개의 개별 코일, 즉, 제 1 코일(401), 제 2 코일(402), 제 3 코일(403) 및 제 4 코일(404)을 포함할 수 있다. 이들 코일들(401, 402, 403, 404)은 연장 평면(P)에 평행하게 연장되는 평면형 코일이고, 코일들(401, 402, 403, 404)의 권선 축들은 이 평면(P)에 수직으로 연장된다. 제 1 및 제 2 코일(401, 402)은 동일한 평면으로 연장될 수 있고, 동일한 평면으로 연장될 수 있는 제 3 및 제 4 코일(403, 404)의 상단에 배열될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 코일(401, 402)은 제 1 방향(C)을 따라 연장되는 평행한 제 1 도체 섹션(30, 31)을 형성하는 반면, 제 3 및 제 4 코일은 제 1 방향(C)과 수직으로 이어지는 제 2 방향(C')을 따라 연장되는 평행한 제 2 도체 섹션(40, 41)을 형성한다. 제 1 도체 섹션(30, 31)은 자석(20)의 전면(20) 아래에 제 2 도체 섹션(40, 41)을 가로질러 이어지고, 전면(자석(20)이 틸팅되지 않은 경우에)은 상기 연장 평면(P)에 평행하게 이어진다. 그러므로, 전류가 코일들(401, 402, 403, 404)에 인가되어서, 제 1 방향(C)으로 또는 그 반대 방향으로 제 1 도체 섹션(30, 31)에서 흐르거나 및/또는 제 2 방향(C')으로 또는 그 반대 방향으로 제 2 도체 섹션(40, 41)에서 흐를 때, 상기 자세히 기술된 바와 같이, 대응되는 로렌츠 힘에 의해 원하는 방향으로 자석(20)이 틸팅될 수 있다. 상기 전류를 제공하기 위해, 장치(1)는 본 명세서에서 기술된 바와 같은 제어기에 의해 제어될 수 있는 전류원 수단을 제공할 수 있다.

도 37에 도시된 실시 예(또는 다른 실시 예)에서, 자석(20)을 구동하기 위한 두 개의 교차 도체 섹션(30 및 40)을 제공하기 위한 또 다른 가능 예는 도 39에 도시된다. 여기서, 요구되는 전기 및 광학 요소를 가진 충분히 얇은 PCB는 방향(C, C') 당 이상적이고 균일한 전류 흐름을 생성하도록 구성된 코일(405, 406)의 상단에 배열될 수 있다(반대 방향으로 반동력을 야기할 수 있는 전류 흐름이 없음). 이를 위해, 제 1 및 제 2 도체 섹션(30, 40)은 개별 코일(405, 406)에 의해 각각 형성되고, 이들 개별 코일(405, 406)은 자속 안내판(407)(가령, 철 또는 강철(407))의 주위에 각각 권취되고, 이는, 이하에 더 자세히 설명될 자기장 복귀 구조물(또는 본 명세서에 자속 복귀 구조물로 표시됨)과 같은 자속 안내 구조물(431)의 바닥판(91) 내로 내장되는 것이 바람직하며, 또는 도 39의 하부에 도시된 바와 같이, 외부 자속 안내 구조물(431)(가령, 도 37 참조)의 바닥 또는 바닥의 일부(가령, 91)를 형성할 수 있다. 코일(405, 406)은 철판(407) 주위에 권취되어서, 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 판(407)의 표면 상에서, 제 1 및 제 2 도체 섹션(30, 40) 각각은 복수의 평행한 와이어 섹션을 포함하고, 제 1 도체 섹션(30)의 와이어 섹션은 제 2 도체 섹션(40)의 와이어 섹션에 걸쳐 이어져서, 와이어 섹션의 격자 구조가 철판(407)의 상기 표면상에 형성된다. 이러한 방식으로, 균일하고 단일 방향의 힘을 생성할 수 있는 판(407) 주위에 권취된 코일(405, 406)은 코일의 우수한 열적 연결(즉, 철판/복귀 구조물에 대한)은 물론 높은 코일 패키지 밀도를 포함한다.

임의의 축을 중심으로 자석(20) 및 거울(10)을 틸팅할 수 있기 위하여, 장치(1)는 자석(20)을 지지하기 위한 볼 베어링(420)을 포함하고, 상기 볼 베어링(420)은, 자석(20)과 광학 요소(10)를 지지하는 제 1 지지 부재(422)와 코일 캐리어(80)에 있는 제 2 지지 부재(423) 사이에 형성된 외주 갭(421)에 배치되고, 상기 제 2 지지 부재(423)는 제 1 지지 부재(422)와 자석(20)을 둘러싼다.

여기서, 제 1 지지 부재(422)는 베어링(420)의 볼과 접촉하기 위해 구형 곡률을 가진 볼록한 표면을 제공하는 반면, 제 2 지지 부재(423)는 다른 측면으로부터 베어링(420)의 볼과 접촉하기 위한 구형 곡률을 가진 오목한 표면을 형성한다.

자석(20) 및 광학 요소(가령, 거울(10))는, 스크류(39)를 통해 자속 안내 구조물(431)의 하부 또는 바닥판(91)에 연결되는 외부 자속 안내 구조물(431)에 의해 더욱 둘러싸이고, 상기 하부(91)는 자속 복귀 구조물로도 표현될 수 있다. 투명한 커버 요소나 유리(10b)는 외부 자속 안내 구조물에 연결되어서, 광학 요소(10)를 커버하고 보호할 수 있다. 또한, 내부 자속 안내 구조물(430)은 자석(20)에 부착되어서, 외부 자속 안내 구조물(431)에 의해 포함된다. 내측 및 외부 자속 안내 구조물(430, 431)은 자기적으로 연성 및/또는 강자석 물질로 형성될 수 있다. 장치(1)는 또 다른 자치로 신호 연결을 제공하기 위한 커넥터(38)를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 2개의 안내 구조물(430, 431)은 하부(91)/PCB(80)로 자석(20)의 스냅-인을 방지하기 위해, 및/또는 연장 방향이나 축(z)을 중심으로 자석(20)의 회전을 방지하기 위해 구성된다. 이를 위해, 도 37 및 바람직하게는 도 47, 48, 49에 도시된 바와 같이, 내부 자속 안내 구조물(430)은 복수의 제 1 돌출부(432)를 포함하고, 각각의 제 1 돌출부(432)는 외부 자속 안내 구조물(431)을 향해 반경 방향 외측으로 돌출된다. 또한, 내부 자속 안내 구조물(431)은 대응되는 수의 제 2 돌출부(433)를 포함하고, 각각의 제 2 돌출부(433)는 내부 자속 안내 구조물(430)을 향해 반경 방향 내측으로 돌출되어서, 각각의 제 1 돌출부(432)는 관련된 제 2 돌출부(433)와 정렬되어서, 갭(434)을 형성한다. 그러므로, 각각의 돌출부 쌍(432, 433)의 양 쪽에 갭(A", A"')(도 48 참조)이 존재한다.

이러한 컨피규레이션에 의하여, 상기 축(z)을 중심으로 자석(20)/광학 요소(10)의 회전에 때문에, 제 1 돌출부(432)가 외측 돌출부(433)와 정렬에서 벗어날 때, 유한한 토크가 내부 자속 안내 구조물(430) 내로, 따라서, 자석(20) 및 이에 연결된 광학 요소(10) 내로 유도된다. 이러한 토크는 회전에 대응하여서, 세로축이 생성된 토크이고, 가로축이 회전 각도를 도시하는 도 47에 도시된 바와 같이, 회전이 억제된다.

일반적으로, 측면 벽이나 배리어 없이, 자석(20)은 하부 바닥판(91)으로 스냅되는 경향이 있고(도 37 참조), 이는 여기서, 외측 자속 구조물(431)의 형태인 이러한 벽에 의해 억제될 수 있다.

또한, 자석(20)에 연결된 내부 자속 안내 구조물(430)과 외측 안내 구조물 사이의 외주 에어 갭(434a)(도 49 참조)이 최소가 될 때, 자석(20)/광학 요소(10)는 도 37에 도시된 수평 위치에 우세하게 유지할 것이다.

상기 돌출부(432, 433)를 사용하여, 자석(20)이 하부(91)로 스냅되는 경향과 수평 위치로 유지하려는 경향 사이의 평형은, 돌출부(432, 433)의 충전율(filling factor), 즉, 도 48 및 49에 도시된 바와 같이, 돌출부(432, 433) 사이의 영역(A", A"')의 크기을 최적화함에 의해 달성될 수 있다(도 48에서, 왼쪽의 구조물이 낮은 충전율을 가지는데, 즉, A"는 도 48의 오른쪽의 영역(A"') 보다 더 큼).

또한, z-방향으로의 제 2 돌출부(433)의 높이는, 바닥판(91)으로의 자석(20)의 스냅을 방지하도록 더욱 최적화될 수 있다.

특히, 도 49는, 더 작은 갭(434a)을 가진 왼쪽(그래프에서 실선) 및 더 큰 갭(434a)(그래프에서 점선)을 가진 두 컨피규레이션에 대해 세로축에 토크 및 가로축에 틸팅 각도를 나타낸다. 상기 기술된 바와 같이, 도 49의 오른쪽에 도시된 정렬된 돌출부(432, 33)의 구조를 사용하여, 이들을 에어갭(434a)에 졀합하는 것은 원하는 평형을 산출한다.

그러므로, 도 49에 도시된 바와 같이 힘이 적절하게 작아질 때, 토크는 최소로 되고, 속도와 같은 전체적인 장치(1)의 효율성이 최대로 된다. 이는 자석(20)의 틸팅을 제어하기 위해 제어 알고리즘을 더욱 간단하게 한다.

바람직하게는, 상기 기술된 바와 같이, 정렬된 돌출부(432, 433)를 사용하는 것은 자석(20) 상기 축 회전을 방지한다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 스프링 구조물이나 수단(500)은 자석의 상기 축 회전을 방지하는데 사용될 수 있고(가령, 도 52 참조), 특히 장치(1)의 하우징으로부터 거울이 떨어지는 것을 방지한다. 그러므로, 이러한 스프링 수단은 본 발명의 장치(1)의 다른 실시예와 결합될 수 있다.

또한, 대안적인 실시예에서, 멤브레인(가령, 얇고 탄성/유연한 중합 멤브레인)은 이동 가능한 광학 요소/거울(10)과 외부 자속 안내 구조물 사이에 걸쳐있을 수 있어서, 상기 축 회전을 방지한다.

특히, 도 52는 장치(1)의 실시예를 나타내는데, 유연한 코일 캐리어(가령, PBC)(80)는, 다양한 실시예에서 기술된 바와 같은 코일 및 센서 수단을 포함하고, 외측 외주 자속 안내 구조물(431)은 자석(20)의 하우징으로 있어서, 광학 요소(가령, 거울)(10)는 상기 PCB(인쇄 회로 기판)(80)에 부착된다.

표시된 축(A, A')을 중심으로 틸팅될 수 있는 자석(20) 및 광학 요소(10)의 지지부를 제공하기 위한 스프링 수단(500)은 안내 구조물(431)에 결구 장착되고, 외측 프레임 부재(506)를 포함하는데, 이를 통해, 스프링 수단(500)은 안내 구조물(431) 및 자석(20)과 광학 요소(10)가 연결된 내측 프레임 부재(503)에 연결된다.

특히, 자석(20), 광학 요소(10)를 내측 프레임 부재(503)의 중심 리세스부 내에 수용하는 환형 내측 프레임 부재(503)는, 내측 프레임 부재(503)(따라서 광학 요소(10))가 외측 프레임 부재(506)에 대해 틸팅될 수 있는 제 1 회전 축(A)과 정렬된 두 개의 제 1 암(504, 505)에 의해, 직사각형 외측 프레임 부재(506)에 연결된다. 또한, 자석(20) 및 광학 요소(10)는, 제 1 회전 축에 수직으로 이어지는 제 2 회전 축(A')과 정렬된 두 개의 제 2 암(501, 502)을 통해 내측 프레임 부재(503)에 연결되어서, 광학 요소(10)가 제 2 회전 축(A')을 중심으로 내측 프레임 부재에 대해 틸팅될 수 있다. 다시 말해, 자석은 본 명세서에 기술된 바와 같은 코일에 의해 작동될 수 있고, 코일은 상기 기술된 바와 같이 제어기에 의해 제어될 수 있다.

도 52에 도시된 실시예의 수정 예에 따르면, 상기 기술된 바와 같이, 스프링 구조물(500) 아래에 볼 베어링(420)을 위치시킴에 의해, 진동(가령, 외부 방해)을 피하기 위해, 자석(20)/광학 요소(10)를 추가적으로 지지할 수 있다.

자석(20)(가령, 도 37에 도시된 실시예에서)의 위치를 검출할 수 있기 위하여, 장치(1)는 쿼드러쳐 포토 다이오드(101), 즉, 4개의 개별 쿼드런트를 포함하는 포토 다이오드 또는 정사각형의 꼭지점에 배열되는 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 쿼드러쳐 포토 다이오드(101)(가령, 도 43 참조)는 LED 형태의 광원(100)을 수용하기 위해 중심에 리세스부를 포함한다.

이러한 구조물(100, 101)은 자석(20)의 전면(20a) 아래의 코일 캐리어(80)의 상단에 배열되어서, 쿼드러쳐 포토 다이오드(101) 및 LED가 자석(20)의 전면(20a)과 마주하고(10e는 도 43에서 거울 피벗점을 나타냄), LED(100)는 가령, 도 40 및 41에 도시된 셰이딩(20b)을 포함하는 전면(20a)으로 부딪치는 광을 발산하도록 구성된다. 이러한 셰이딩(20b)이 형성되어서, 전면(20a)으로부터 쿼드러쳐 포토 다이오드(101)까지, 다시 반사된 LED(100)의 검출된 광으로부터 파생된 쿼드러쳐 다이오드(101)에 의해 제공된 신호는 자석(20)의 축 회전 각도를 나타내고(즉, z-축을 중심으로), 2개의(즉, 직교) 틸팅 방향(x, y)으로 틸팅 각도를 나타낸다. 이는 (회전 축으로서, 전면(20a)의 중심 수직에 대해) 회전 대칭적이 아닌 셰이딩 패턴(20b)을 사용함에 의해 달성될 수 있다.

특히, 도 42 내지 43은 포토 다이오드(101)의 정규화된 신호의 거의 선형 진화가 자석의 전면의 산란 특성과 관계된 가우신한 시그마의 광역에 걸쳐 달성될 수 있는지를 나타낸다. 여기서, 여전히 신호가, 얼마나 많은 광이 산란되는지와 독립적으로 각도 정보를 포함하는지를 달성하기 원한다. 표면이 더 거칠고, 덜 반사적일 때, 광선은 다양한 방향으로 다시 회절되고, 장치는 포토 다이오드의 장치에 덜 민감한데, 즉, 기계적 허용 오차가 증가될 수 있다. 도시된 컨피규레이션(가령, 도 43)은 본질적으로 이상적인 선형 피드백 곡선에 대응된다.

포토 다이오드(101)에 의해 제공된 신호는 자석(20), 따라서 광학 요소(10)(가령, 거울)의 이동을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있다. 이를 위해, 본 명세서에 기술된 제어기는, 전류원 수단을 사용하여 적절한 전류를 제공함에 의해, 자석을 이동시킬 수 있어서, 피드백 신호는 원하는 기준 신로에 도달한다.

대안적인 실시 예에서, 피드백 신호는 도 44에 도시된 바와 같이, 커패시티브 센서 수단(410)에 의해 제공될 수 있다. 여기서, 특히, 상기 센서 수단(410)은 움직이는 광학 요소/거울(10)에 장착되는 전기적으로 도체인 제 1 판 부재(411)를 포함할 수 있다. 또한, 특히, 센서 수단(410)은 가령, 코일 캐리어(80)나 하우징 구조물에 결합된 제 2 및 제 3 (별도의) 판 부재(412, 413)를 포함할 수 있고, 상기 제 2 및 제 3 판 부재(413, 414)는 광학 요소(10)와 함게 이동되지 않으며, 제 1 판 부재(411)로부터 이격되지만 마주보아서, 직렬로 배치된 두 개의 커패시터가 상기 판 부재(411, 412, 413)에 의해 형성된다.

그러므로, 커패시티브 센서 수단(410)은, 광학 요소(10)가 틸팅될 때, 가변하는 직렬의 두 커패시터의 커패시티를 측정하도록 구성된다. 이러한 커패시티는 고아학 요소의 이동을 제어하기 위해, 상기 기술된 제어기에 의해 사용될 수 있는 피드백 신호에 대응된다.

또한, 대안적인 실시 예에서, 피드백 신호는 도 45, 46에 도시된 바와 같이, 두 개의 홀 센서(90a, 90b)(가령, 회전 축당)에 의해 제공될 수 있다.

여기서, 두 개의 홀 센서(90a, 90b)는 도 37의 실시 예와 관련하여 기술된 상기 돌출부 쌍(432, 433)의 갭(434) 아래에, 자석(20)의 반대편 면에 배열될 수 있다. 두 개의 홀 센서(90a, 90b)에 의해 제공되고, 도 45에 도시된 차동 홀 센서는(도 46에 자석(20)의 틸팅 또는 회전 축을 중심으로 틸팅에 걸친 홀 센서의 차동) 제어기 및 전류원 수단을 사용하여, 상기 기술된 바와 같이, 자석(20)의 위치를 제어하는데 사용될 수 있다.

또한, 도 50은 본 발명에 따른 장치(1)의 또 다른 실시 예를 나타내는데, 자석(20)은 (가령, 상기 기술된 쿼드러쳐 포토 다이오드(101) 및 LED(100)를 사용하여) 도 37과 관련하여 기술된 바와 같이 이동 및 제어될 수 있고, 도 37과 달리, 자석(20)은 도 7 및 유사 실시 예와 관련하여 설명된 원리에 따라 베어링 볼(12)을 사용하여 이제 지지된다. 베어링 볼(12)은 형태에 맞는 방식(form-fitting manner)으로 케이지 부재(15)의 리세스부에 피벗가능하게 고정되어서, 베어링 볼(12)은 상기 리세스부 내에서 슬라이드/회전될 수 있어서, 리세스부에 연결된 자석(20) 및 광학 요소(10)(가령, 거울)를 피벗한다. 케이지 부재(15)는 케이지 부재(15)에 연결된 하부(91)와 함게 하우징을 형성한다. 두 구성(15, 91)은 자석(20)의 자속을 안내하기 위한 자속 안내 구조물을 형성한다. 평평한 코일 구조물(미도시)에 의해 형성된 가령, 제 1 및/또는 제 2 도체 섹션들(30, 31, 40, 41)을 지지하는 코일 캐리어(80)는 쿼드러쳐 포토 다이오드(101)와 LED(100) 아래의 하부(91) 상에 배열된다. 자석(20)은 케이지 부재(15)와 하부(91)에 의해 형성된 하우징 내에 배치되는 반면, 광학 요소(10)는 이러한 하우징의 외부에 배치되고, 베어링 볼912)을 통해 자석(20)에 견고하게 연결되는 방식이다. 그러므로, 제 1 및/또는 제 2 도첵 섹션들(30, 31, 40, 41)을 지나는 전류에 의해 생성된 로렌츠 힘(F) 때문에, 자석(20)이 이동할 때, 자석(20)에 연결된 베어링 볼(12)은 회전되어서, 코일 캐리어(가령, PCB)(80) 또는 케이지 부재(15)에 대해 광학 요소(10)를 틸팅한다. 특히, 광학 요소(10)는 베어링 볼(12)에 연결된 고정 부재(11)에 의해 지지되고, 고정 부재(11)는 자속 안내 구조물도 형성한다. 여기서, 고정 부재(11)는 케이지 부재(15)의 원뿔 모양의 지붕 영역과 접촉할 수 있어서, 이는 실리콘 패드(11d)로 커버되어서, 틸팅될 때, 광학 요소(10)를 부드럽게 정지시킨다.

또한, 도 51은 일 차원(1D), 즉, 자석(20)의 축 자화(M)에 수직으로 연장되는 축(A)을 중심으로, 광학 요소(10)(가령, 거울)를 틸팅하기 위한 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시 예를 나타낸다.

자석(20)은, 축(A)을 중심으로 틸팅될 광학 요소(가령, 거울)(10)이 부착된 상부 면을 포함하는 내부 자속 안내 구조물(430)의 하부 면에 연결된다.

도 51에 도시된 바와 같이, 내측 안내 구조물(430)은 두 개의 마주하는 제 1 돌출부(432)를 포함하는데, 이는 각각 자석(20)을 넘어 연장되고, 갭(434)을 통해, 장치의 하우징을 형성하는 외부 자속 안내 구조물(431)의 제 2 돌출부(433)로부터 각각 분리되며, 자석(20)은 볼 베어링(430a)을 통해 상기 하우징에 피벗가능하게 지지된다.

자석(20) 및 그러므로 거울(10)을 축(A)을 중심으로 틸팅하기 위하여, 코일(60)은 자석(20) 아래에 배치되고, 이러한 코일(60)은 상기 하우징(431)의 하부(80)의 영역 주위에 권취되고, 따라서, 상기 하부(80)는 자속 안내 구조물(431)의 하부는 물론 코일 캐리어를 형성한다. 코일(60)은 자석(20)의 아래에 제 1 도체 섹션(미도시)을 형성하여서, 전류가 제 1 도체 섹션에 가해질 때, 자석(20)은 로렌츠 힘에 의해 틸팅될 수 있다. 전류는 본 명세서에 기술된 다양한 실시예에 따라 가해지고, 제어될 수 있다.

자석이 틸팅할 때, 자석(20)을 부드럽게 정지시키기 위해, 실리콘 패드(11d)가 자석(20) 아래의 코일(60)에 배치된다.

더구나, 도 53은 본 발명에 따른 3D 증강 현실을 위한 장치를 도 54 내지 56과 관련하여 도시하는데, 이는 거울(10)을 2D로 피벗가능하게 하는 2D 거울 장치를 사용하고, 장치(200)는 바람직하게는, 본 명세서에 기술된 본 발명에 따른 장치(1, 2, 3)를 사용한다.

도 53은 사용자의 머리(211)의 제 1 위치를 위한 장치를 나타내는 반면, 도 54는 사용자의 머리(211)의 제 2 위치를 위한 장치를 나타낸다.

도 53 및 54에 따르면, 장치(200)는 헤드-장착된(또는 장착가능한) 장치(200)로 형성될 수 있고, 또한, 거울(10)을 2D로 피벗가능하게 하는 본 발명에 따른 상기 장치(1, 2, 3)는 물론, 시준된 광선(208)을 제공하기 위한 레이저와 같은 광원(201), 바람직하게는 액체 렌즈의 형태인 초점 조절가능한 렌즈(202), 바람직하게는 스캐닝 거울 장치의 형태인 이미지 프로젝터(203), 프로젝션 스크린(204) 및 프로젝션 스크린(204)에 대해 사용자의 눈(207)의 동공(206)의 위치를 검출하도록 구성된 시선 추적 장치(205)를 더 포함한다. 본 발명에 따르면, 광원(201)은 렌즈(202)를 통해 안내된 광선(208)을 생성하도록 구성되고, 상기 렌즈(202)는 상기 광선(208)을 초점 맞추거나, 초점 흐리게 하도록 구성되며, 이미지 프로젝터(203)는 상기 광선(208)을 사용하여 이미지(209)를 생성하도록 구성되고, 장치(1, 2, 3)는 동공(206)의 검출된 위치에 의존하여, 프로젝션 스크린(204) 상으로 상기 이미지(209)를 반사하도록 구성된다.

프로젝션 스크린(204)은 헤드-장착된 디스플레이의 일부일 수 있고, 상기 프로젝션 스크린(204)은 바람직하게는, 반투명 또는 반사성 곡면 유리판(204)에 의해 형성된다. 바람직하게는, 유리판(204)은 이미지 프로젝터(203)의 파장(색)에 대해 부분 또는 전부 반사성이다. 바람직하게는, 이미지 프로젝터(203)는, 프로젝션 스크린(204) 상에 디스플레이될 이미지(209)를 생성하기 위해, 레이저(201)에 의해 생성된 광선(208)을 편향시키는 스캐닝 거울 장치이다.

유리판(204)으로의 프로젝션의 영역은 최대한, 눈(207)의 현재 시야(V)로 제한되고, 2D 거울 장치(1, 2, 3)를 사용하여 동공(206)이 움직이면, 변한다.

동공(206)의 위치는, 가령, 눈에 의해 반사되었던 LED에 의해 발산된 광을 분석함에 의해, 임의의 적절한 시선 또는 모션 추적 장치(205)에 의해 발견될 수 있다.

프로젝트된 이미지(209)의 크기는 2D 거울 장치(1, 2, 3)의 거울 표면의 틸팅 각도에 의존한다.

전체 유리판(204)에 조명할 때와 비교하여, 단지 시야(V)에 조명할 때, 프로젝트된 이미지(209)의 해상도는 증가될 수 있다.

유리판(204)에 조명될 영역은, 프로젝트된 가상 물체의 크기에 의해 주어진다. 물체가 여러 서브프레임으로 구성되어서, 사람 시각 시스템이 처리하는 전체 이미지가 서브프레임의 중첩된다면, 조명 영역은 단위 영역당 픽셀 해상도 증가를 더욱 낮출 수 있다. 서브프레임은 2D 거울 장치(1, 2, 3)를 약간 이동시킴에 의해 달성될 수 있다.

프로젝트된 이미지(209)의 전체 광 강도와 같은 유리판(204)의 일부만 조명하는 것이 동공(206)에 들어갈 때, 에너지 소비는 감소된다.

시준 광원(201)과 2D 거울 장치(1, 2, 3) 사이에서 고속 조절가능한 액체 렌즈(202)를 위치시키는 것은, 광선(208)의 초점 맞추기와 초점 흐리기를 할 수 있어서, 액체 렌즈 초점 능력에 의존하여, 사람 눈(207)이 눈으로부터 특정 거리에서의 이미지를 재구성할 수 있다.

액체 렌즈(202)는 개별 픽셀의 광선(208)의 시준을 수정함에 의해 가상 이미지의 초점 평면을 변경한다. 렌즈(202)는 이미지 프로젝터(203)(가령, 스캐닝 거울 장치)의 이전 또는 이후에 위치될 수 있다. 위치선정은 이미지 장치(203) 및 적용된 제어 알고리즘에 따라 선택될 수 있다. 사람 시각 시스템이 물체의 거리를 재구성할 수 있는 스테레오스코픽 시각을 가능하게 하기 위하여, 별도의 헤드 장착된 장치(200)가 각각의 눈(207)에 제공될 수 있다.

사람 시가 시스템보다 더 빠른 프레임 속도로 다양한 거리에서 이미지를 프로젝트하는 것은 이미지를 처리할 수 있고, 이들 이미지의 오버레이를 초래하고, 뇌는 다양한 초점 평면에 의존하여, 필드의 깊이를 가진 3D 이미지를 생성한다. 이는 고속 이미지 프로젝터(203)와 고속 조절 가능한 렌즈(202)에 의해 실현될 수 있다.

시선 모션 추적 장치(205)는, 눈(207)의 눈꺼물의 움직임에 반응하는 것뿐만 아니라, 사용자의 손의 제스쳐에도 반응하는 것으로 구성된 제스쳐 추적 장치에 의해, 확장될 수 있어서, 눈꺼풀 및/또는 제스쳐로부터 기록된 제어 명령에 따라 이미지를 프로젝트한다.

사용자의 눈(207), 동공(206) 및 코(210)를 나타내는 도 55 및 56에 추가로 도시된 바와 같이, 곡면 유리판(204)(유리 대신에, 임의의 다른 적절한 물질이 사용될 수 있음)이 설계되어서, 동공(206)이 보는 모든 방향에 대해, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 2D 거울 장치(1, 2, 3)가 조절되어서, 광선(208)이 곡면 유리판(204)으로부터 눈(207)으로 들어간다. 바람직하게는, 전체 유리 형상은 세 개의 모든 공간 방향(x, y 및 z)에 대해 계산된다.

또한, 도 57 및 58은 본 발명에 따른 장치(200)의 실시 예를 나타내는데, 글로벌 거울(204)이 사용자의 두 눈(207)에 제공되는데(가령, 각각의 눈(207)에 대해 별도의 스크린(204) 대신에), 특히 반사 구 형태이다. 여기서, 도 53 및 54에 도시된 실시 예에 추가로, 광원(가령, 레이저)(201)에 의해 생성된 광선(208)은, 조절가능한 초점(가령, 액체) 렌즈(202)를 통과하기 이전에, 거울(208a)에 의해 반사될 수 있다. 다시 말해, 유리판(204)은 도 55 및 56에 도시된 원리에 따라 설계될 수 있다.

Claims (29)

1. 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는,
   광학 요소(10) - 광학 요소(10)는 적어도 제 1 축(A)을 중심으로 틸팅될 수 있도록 상기 광학 요소(10)는 이동 가능하게 장착됨 - 와,
   연장 방향(Z)으로 연장되는 자석(20) - 자석(20)은 상기 연장 방향(Z)과 정렬된 자화(M)를 포함하고, 상기 자석은 전면(20a)을 포함하며, 광학 요소(10)는 연장 방향(Z)으로 자석(20)과 마주함 - 과,
   연장 방향(Z)으로 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 제 1 도체 섹션(30) - 상기 제 1 도체 섹션(30)은 제 1 방향(C)을 따라 연장됨 - 과,
   연장 방향(Z)으로 자석(20)의 전면(20a)과 마주하는 제 2 도체 섹션(40) - 상기 제 2 도체 섹션(40)은 상기 제 1 방향(C)와 상이한 제 2 방향을 따라 연장되고, 상기 광학 요소(10)는 상기 제 1 축(A)와 상이한 제 2 축(A')을 중심으로도 틸팅될 수 있도록 이동 가능하게 장착되며, 상기 제 1 도체 섹션(30)과 제 2 도체 섹션(40)은 서로 교차하며, 상기 광학 요소(10)는 자석(20) 또는 상기 제 1 도체 섹션(30)에 견고하게 결합됨 - ,
   제 1 도체 섹션(30)에 전기적으로 연결된 전류원 수단(50) - 상기 전류원 수단(50)은 상기 제 1 도체 섹션(30)에 전기 전류(I)를 인가하도록 설계되어서, 제 1 틸팅 방향(X)을 따라 상기 제 1 축(A)을 중심으로 광학 요소(10)를 틸팅하는 로렌츠 힘(F)이 생성되며, 상기 전류원 수단(50)은 제 2 도체 섹션(40)에 전기적으로 연결되며, 상기 전류원 수단(50)은 상기 제 2 도체 섹션(40)에 전기 전류(I)를 인가하도록 설계되어, 제 2 틸팅 방향(Y)을 따라 상기 제 2 축(A')을 중심으로 광학 요소(10)를 틸팅하는 로렌츠 힘(F)이 생성됨 - 과,
   추가 제 1 도체 섹션(31) - 상기 제 1 도체 섹션(30) 및 상기 추가 제 1 도체 섹션(31)은 제 1 방향(C)을 따라 연장됨 - 과,
   추가 제 2 도체 섹션(41) - 상기 제 2 도체 섹션(40) 및 상기 추가 제 2 도체 섹션(41)은 제 2 방향을 따라 서로 연장됨 - 을 포함하고,
   도체 섹션(30, 31, 40, 41) 각각은 개별 코일(401, 402, 403, 404)에 의해 형성되고, 개별 코일(401, 402, 403, 404)은 각각 평면 코일로서 형성되며, 전류원 수단(50)은 상기 코일(401, 402, 403, 404)에 전류(I)를 인가하도록 설계되어, 제 1 도체 섹션(30) 및 추가 제 1 도체 섹션(31) 내 전류(I)가 제 1 방향(C)으로 동일한 방향으로 흐르게 하며, 제 2 도체 섹션(40) 및 추가 제 2 도체 섹션(41) 내 전류(I)가 제 2 방향으로 동일한 방향으로 흐르게 하는, 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 도체 섹션(30) 및 제 2 도체 섹션은 연장 평면(P)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 장치(1)는
   상기 연장 평면(P)을 따라 연장되는 제 1 코일 수단(60) - 제 1 도체 섹션(30)은 제 1 코일 수단(60)의 도체의 일부를 형성하고, 제 1 코일 수단(60)의 도체는 제 1 권선 축(W)을 중심으로 적어도 권취되며, 자석(20)의 특정 위치에서, 제 1 권선 축(W)은 연장 방향(Z)이나 자석(20)의 자화(M)와 실질적으로 평행하게 뻗어 있음 -, 및
   상기 연장 평면(P)을 따라 연장되는 제 2 코일 수단(70) - 제 2 도체 섹션(40)은 제 2 코일 수단(70)의 도체의 일부를 형성하고, 제 2 코일 수단(70)의 상기 도체는 적어도 제 2 권선 축(W')을 중심으로 권취되며, 자석(20)의 특정 위치에서, 제 2 권선 축(W')은 연장 방향(Z)이나 자석(20)의 자화(M)와 실질적으로 평행하게 뻗어 있음 - 중 적어도 하나를 포함하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 제 1 코일 수단(60) 및 제 2 코일 수단(70) 중 적어도 하나는 상기 연장 평면(P)을 따라 연장되는 각각 적어도 하나의 층(600, 700) 또는 여러 층들(600, 700)을 포함하고, 제 1 코일 수단(60)의 적어도 하나의 층(600)은 상기 연장 평면(P)에 수직으로, 제 2 코일 수단(70)의 적어도 하나의 층(700)의 상단에 배열되거나, 제 1 코일 수단(60)과 제 2 코일 수단(70)의 층들(600, 700)은 상기 연장 평면(P)에 수직으로, 서로 상하로 교대하여 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 제 1 코일 수단(60)은 제 1 및 제 2 루프(61, 62)를 포함하되, 제 1 도체 섹션(30)의 적어도 일부는 제 1 루프(61)의 일부를 형성하고, 장치는 추가적인 제 1 도체 섹션(31)을 포함하되, 추가적인 제 1 도체 섹션(31)의 적어도 일부는 제 2 루프(62)의 일부를 형성하고, 제 1 도체 섹션(30) 및 추가적인 제 1 도체 섹션(31)은 제 1 방향(C)을 따라 연장되고, 전류원 수단(50)은 제 1 코일 수단(60)의 제 1 및 제 2 루프(61, 62)에 전류(I)를 인가하도록 설계되어서, 상기 제 1 도체 섹션(30) 및 추가 제 1 도체 섹션(31) 내의 전류(I)는 동일한 방향으로, 제 1 방향(C)이나 그 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
6. 제 3 항에 있어서, 제 2 코일 수단(70)은 제 1 및 제 2 루프(71, 72)를 포함하되, 제 2 도체 섹션(40)의 적어도 일부는 제 1 루프(71)의 일부를 형성하고, 장치(1)는 추가적인 제 2 도체 섹션(41)을 포함하되, 추가적인 제 2 도체 섹션(41)의 적어도 일부는 제 2 루프(72)의 일부를 형성하고, 제 2 도체 섹션(40) 및 추가적인 제 2 도체 섹션(41)은 제 2 방향(C')을 따라 연장되고, 전류원 수단(50)은 제 2 코일 수단(70)의 제 1 및 제 2 루프(71, 72)에 전류(I)를 인가하도록 설계되어서, 상기 제 2 도체 섹션(40) 및 추가 제 2 도체 섹션(41) 내의 전류(I)는 동일한 방향으로, 제 2 방향이나 그 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 제 1 도체 섹션(30) 및 제 2 도체 섹션(40)은 개별 코일(405, 406)에 의해 각각 형성되고, 상기 개별 코일(405, 406)은 자속 안내판(407) 주위에 각각 권취되며, 상기 자속 안내판(407)은 적어도 자기장 안내 구조물(431)의 바닥의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
8. 제 3 항에 있어서, 장치(1, 2)는 제 1 코일 수단(60) 및 제 2 코일 수단(70)중 적어도 하나를 운반하기 위한, 또는 상기 개별 코일(401, 402, 403, 404)을 운반하기 위한 코일 캐리어(80)를 포함하되, 제 1 코일 수단(60) 및 제 2 코일 수단(70) 중 적어도 하나 또는 개별 코일은 코일 캐리어(80) 상에 배열되거나 코일 캐리어(80) 내로 통합되고, 코일 캐리어(80)는 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 장치(1, 2)는 자석(20) 또는 자석(21 , 22, 23, 24)의 위치를 측정하기 위한 적어도 하나의 자기장 센서를 포함하는 센서 수단(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 장치(1)는 광원(100) 및 포토 다이오드(101)를 포함하되, 광원(100)은 광을 발산하도록 구성되어서, 광원(100)에 의해 발산된 상기 광은 자석(20)에 의해, 또는 자석(20)에 부착된 반사 수단에 의해 포토 다이오드(101)를 향해 반사되어서, 포토 다이오드에 부딪치는 상기 반사된 광에 의한 포토 다이오드에 의해 생성된 신호는 자석(20)의 위치에 의존하며, 자석(20) 또는 반사 수단은 쉐이딩(shading)(20b)을 포함하여 상기 신호가 자석(20)의 연장 방향(z)을 중심으로 하는 자석(20)의 회전 각과 광학 요소(10)의 틸트를 나타내도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 포토 다이오드(101)는 쿼드러쳐 다이오드(quadrature diode)이고, 상기 광원(100)은 포토 다이오드(101)의 리세스부(recess)에서 쿼드러쳐 포토 다이오드(101)의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 장치(1)는, 자석(20)의 위치에 의존하는 신호를 생성하도록 구성된 커패시티브 센서 수단(410, 411, 412, 413)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 자석(20)의 스냅인(snap-in) 및 회전 중 적어도 하나를 방지하기 위하여, 장치(1)는, 광학 요소(10)에 연결된 내부 자속 안내 구조물(430) 및 코일 캐리어(80)에 연결된 외부 자속 안내 구조물(431)을 포함하고, 상기 외부 자속 안내 구조물은 상기 내부 자속 안내 구조물(430)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 내부 자속 안내 구조물(430)은 복수의 제 1 돌출부(432)를 포함하되, 각각의 제 1 돌출부(432)는 외부 자속 안내 구조물(432)을 향하여 반경방향 외부로 돌출되고, 외부 자속 안내 구조물(432)은 대응되는 수의 제 2 돌출부(433)를 포함하며, 각각의 제 2 돌출부(433)는 내부 자속 안내 구조물(430)을 향하여 반경방향 내부로 돌출되어서, 각각의 제 1 돌출부(432)는 관련된 제 2 돌출부(433)와 정렬되어서 갭(434)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 요소를 틸팅하기 위한 장치.
15. 3D 증강 현실을 위한 장치(200)에 있어서, 상기 장치는,
    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치 - 상기 장치의 광학 요소(10)는 거울임 - 와,
    광원(201)과,
    초점 제어 장치(202)와,
    이미지 프로젝터(203)와,
    프로젝션 스크린(204)과,
    프로젝션 스크린(204)에 대해 사용자의 눈(207)의 동공(206)의 위치를 검출하도록 구성된 시선 추적 장치(205)를 포함하되,
    광원(201)은 렌즈(202)를 통해 안내되는 광선(208)을 생성하도록 구성되고, 상기 렌즈(202)는 상기 광선(208)을 초점 맞추거나, 초점 흐리게 하도록 구성되며, 이미지 프로젝터(203)는 상기 광선(208)을 통해 이미지(209)를 생성하도록 구성되고, 장치(1)는 검출된 동공(206)의 위치에 의존하여, 프로젝션 스크린(204) 상으로 상기 이미지(209)를 반사시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 3D 증강 현실을 위한 장치.
    
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