KR20040020864A - 주파수 가변 공진 스캐너 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

미세전자기계 장치는 조정 가능한 공진 주파수를 갖는다. 일 실시예에서, MEMs 장치는 비틀림 아암을 포함하는데, 이 비틀림 아암은 진동 몸체(141)를 지지한다. 일 실시예에서, 탈착 가능한 질량체의 배열(143)이 진동 몸체의 노출된 부분에 배치되고 선택적으로 제거되어 공진 주파수를 구현한다. 재료는 레이저 절제, 에칭 또는 기타 공정으로 제거될 수 있다. 다른 방안으로서, 이동 가능한 재료가 비틀림 아암 상에 배치되고 선택적으로 자극을 받아 비틀림 아암 내부로 이동하며, 이로써 비틀림 아암의 기계적 성질을 변경시킨다. 변경된 기계적 성질은 이어서 비틀림 아암의 공진 주파수를 변경시킨다. 다른 방안으로서, 대칭적으로 분포된 질량체가 측정된 공진 주파수에 대응하여 탈착됨으로써 공진 주파수를 원하는 공진 주파수로 조정한다. 디스플레이 장치는 스캐닝 장치를 포함하며, 스캐닝 장치는 2개 이상의 축에 대하여 래스터 패턴으로 주사한다. 스캐닝 장치의 주파수 응답을 조절하는 다양한 방안이 기재되어 있으며, 이 중에는 MEMs 스캐너의 능동 제어와 수동 주파수 튜닝이 포함된다.

Description

주파수 가변 공진 스캐너 및 그 제조 방법{FREQUENCY TUNABLE RESONANT SCANNER AND METHOD OF MAKING}

다양한 기술들이 그래픽 또는 비디오 화상을 제공하기 위하여 제공되고 있다. 텔레비전 또는 컴퓨터와 같이, 많은 응용 장치에서는 화상을 생성하기 위하여 음극관 방식의 디스플레이(cathode ray tube, 이하, "CRT" 라고 합니다)가 사용된다. 예를 들어, CRT는 부피가 크고 상당한 양의 전력을 소모하기 때문에, 휴대용 또는 머리 장착형 장치에서 사용되기에는 부적합하다.

액정 디스플레이 또는 전계 방출 디스플레이(field emission display)와 같은 매트릭스 어드레서블 디스플레이(matrix addressable display)는 부피가 보다 작고 더 적은 전력을 소모한다. 그러나, 대표적인 매트릭스 어드레서블 디스플레이는 수인치 크기의 스크린을 사용한다. 이러한 스크린은 머리 장착형 응용 제품이나 디스플레이가 사용자 시계(視界)의 일부만을 차지하도록 설계되는 디스플레이를 사용하는 응용 제품에는 적합하지 않다. 이런 디스플레이를 작게 만들 수는 있지만, 제조 공정이 어려워지고 해상도와 휘도가 제한된다. 더욱이, 이런 디스플레이의 해상도를 향상시키기 위해서는 일반적으로 복잡도가 상당히 증가한다.

종래의 디스플레이가 갖는 많은 제약 조건들을 극복하기 위한 한가지 방안으로서 주사 빔 디스플레이(scanned beam display)가 있으며, 그 일례가 퍼니스 등이 출원하고 발명의 명칭이 "가상 망막 디스플레이(virtual retinal display)"인 미국특허 제5,467,104호에 개시되어 있는 바, 이 미국특허에 개시되어 있는 내용을 본 명세서의 내용으로 포함시킨다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 주사 빔 디스플레이(40)의 일 실시예에서는 주사 광원(42)이 주사 광선을 생성시키고, 이 주사 광선은 빔 결합기(46)에 의하여 사용자의 눈(44)과 연결된다. 어떤 주사 디스플레이에는 주사 광원(42)이 스캐닝 미러(scanning mirror) 또는 음향광 스캐너(acoustic-optic scanner)와 같이 변조된 광선을 사용자의 망막에 주사하는 스캐너를 구비한다. 다른 실시예에서는, 주사 광원이 일정 범위 내에서 각 방향으로 회전하는 광 방출기를 포함한다.

주사광은 사용자의 동공(48)을 통하여 눈으로 입사되며 각막에 의하여 망막(59)에 상이 형성된다. 주사광에 반응하여 사용자는 상을 인식한다. 또다른 실시예에서는, 주사 광원(42)이 변조 광원을 사용자가 주시하는 스크린 상에 변조 광선을 주사한다. 위 2가지 종류의 디스플레이에 모두 적용될 수 있는 이런 방식의 스캐너의 일례가 멜빌 등이 출원하고 발명의 명칭이 "2축 주사 시스템용 소형 광 스캐너"인 미국특허 제5,557,444호에 개시되어 있으며, 거기에 개시된 내용을 본 명세서의 일부로 포함시킨다.

이런 디스플레이는 부분 또는 첨가 영상 장치(partial or augmented view application)에서 사용된다. 이런 장치에서는 디스플레이의 일부분이 사용자의 시계 내에 위치하며, 도 2A에 도시된 바와 같이, 사용자 시계(45)의 일부 영역(43)을 점유하는 화상을 제공한다. 이에 따라, 사용자는 투사된 가상 화상(47)과 배경 정보(49)를 모두 볼 수 있다. 배경광이 차단되는 경우에 사용자는 도 2B에 도시된 바와 같이 가상 화상(47)만을 인지할 수 있다.

이런 디스플레이가 갖는 한가지 어려움은 래스터 핀치(raster pinch)이며, 이하에서 도 3 내지 5를 참조하여 이에 대하여 설명한다. 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 주사 광원(42)은 변조 광선(52)을 방출하는 광원(50)을 구비한다. 본 실시예에서, 광원(50)은 광섬유이며 레이저 다이오드(도시되지 않음)와 같은 발광 소자에 의하여 구동된다. 광선(52)은 렌즈(53)에 의하여 집속된 후 회전 미러(54)에 의하여 반사되어 수평 스캐너(56)로 입사된다. 수평 스캐너(56)는 기계적 공진 스캐너로서 광선(52)을 주기적으로 정현파 방식으로 주사한다. 수평으로 주사된 광선은 수직 스캐너(58)로 이동하여 주기적으로 수직 방향으로 주사된다. 출사동 확장기(exit pupil expander)는 스캐너(58)로부터 입사되는 각 각도의 광선(52)을 한 세트의 광선(63)으로 변환한다. 시각 연결 광학기(eye coupling optics: 60)는 광선(62)을 집속하여 한 세트의 출사동(65)을 형성한다. 이 출사동(65)은 사용자의 눈(64)에 보여지는 확장된 출사동(expanded exit pupil)으로서의 기능을 갖는다. 이런 확장기 중의 일례가 콜린 등이 출원하고 발명의 명칭이 "확장된 출사동을 구비하는 가상 망막 디스플레이(virtual retinal display with expanded exit pupil)"인 미국출원 제5,701,132호에 개시되어 있으며, 그 개시된 내용을 본 명세서에 포함한다. 당해 기술분야에서 숙련된 자는, 다른 응용 장치에 적용하기 위하여 출사동 확장기(62)가 생략될 수 있으며, 시점 추적 장치(eye tracking system)가 이를 대체 또는 추가될 수 있고, 회절기나 반사기 등과 같은 다양한 구조체를 구비할 수도 있다는 것을 알 것이다. 또한, 도 3에는 출사동이 3개만 나타나 있지만, 퓨필(pupil)의 수는 몇 개라 하더라고 거의 문제되지 않는다. 예를 들어, 어떤 응용 분야에서는 15X15의 행렬이 적합할 수도 있다.

스캐닝 과정에 대한 설명을 계속한다면, 광선이 광선 확장기(62) 내에서 연속하는 각 지점을 통과하도록 주사될 때, 광선의 색과 강도는 화상의 각 픽셀을 형성하기 위하여 다음과 같은 방식으로 변조된다. 각 픽셀 위치에 대한 광선의 색과 강도를 적절하게 조절함으로써, 디스플레이(40)는 필요한 화상을 제공할 수 있다.

수직 및 수평 스캐너의 각 파형을 단순화하여 나타내면 도 4A 및 4B와 같다. 평면(66)(도 3 참조)에서, 광선은 도 5에 도시된 패턴(68)을 추종한다. 도 5에는 단지 화상의 11개의 선만이 나타나 있지만, 당해 기술분야에서 숙련된 자라면 실제 디스플레이에서 주사선의 수는 11개보다 훨씬 크다는 것을 알 것이다. 실제의 스캔 패턴(68)과 요망되는 래스터 스캔 패턴(69)을 대비하면, 실제의 주사 광선(68)은 광선 확장기(62)의 바깥쪽 에지에서 "닫혀짐(pinched)"을 알 수 있다. 즉, 광선의 연속적인 전진 및 역 스윕(forward and reverse sweep)에서, 스캔 패턴의 에지 부근 픽셀은 균일하지 않은 간격으로 배치되어 있다. 이런 불균일한 간격은 픽셀이 중첩되도록 하거나 인접하는 픽셀 열 사이에 간극이 형성되도록 할 수 있다. 더욱이, 화상 정보가 일반적으로 테이터 행렬로 주어지기 때문에, 행렬의 각 위치가 이상적인 래스터 패턴(69)에서의 각 위치에 대응되는 경우, 위치가 어긋난 픽셀은 화상 왜곡을 일으킬 수 있다.

재생율(refresh rate)과 파장이 정해지면, 라인당 픽셀 수는 도 3에 도시된 구조체에서 회전축에 대하여 수직 방향으로의 미러 스캔 각 θ와 미러 치수 D에 의하여 결정된다. 고 해상도의 경우, 큰 스캔 각 θ와 큰 미러를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 큰 미러와 스캔각은 일반적으로 낮은 공진 주파수와 대응된다. 낮은 공진 주파수는 주어진 시간에 보다 적은 수의 라인을 표시한다. 결과적으로, 큰 미러와 큰 스캔 각은 적합하지 않은 재생율을 발생시킨다.

당해 기술분야에서 숙련된 자는 전술한 디스플레이 및 다른 응용 장치에서 스캐닝이 중요한 기능이라는 점을 알 것이다. 여러 응용 장치에서 크기가 작고, 고성능이며, 신뢰성 있는 스캐닝 장치가 필요하다.

본 발명은 주사광 장치, 더 구체적으로는 화상을 영사하고 수집하기 위한 주사 광선 장치 및 이미징 장치에 관한 것이다.

도 1은 사용자의 눈에 대하여 정렬된 디스플레이를 개략적으로 도시하는 도면이며,

도 2A는 화상 발생기로부터의 빛과 배경으로부터의 빛을 결합하여 결과적으로 사용자가 인식하는 결합된 화상을 도시하는 도면이고,

도 2B는 배경광이 차단된 경우에 도 1의 디스플레이로부터 사용자가 인식하는 화상을 도시하는 도면이며,

도 3은 스캐너와 사용자의 눈을 개략적으로 도시한 것으로서, 광선의 2방향 스캐닝과 사용자의 눈과의 결합관계를 도시하는 도면이고,

도 4A 및 4B는 도 3의 스캐닝 조립체에서 스캔 패턴 스캐너의 신호 타이밍 다이어그램을 도시하는 도면이며,

도 5는 도 4A 및 4B의 신호에 대응하여 주사된 광선에 의하여 추종되는 경로와 요망되는 래스터 주사 경로를 대비하여 나타내는 신호 위치 다이어그램을 도시하는 도면이고,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 2중 광선을 포함하는 디스플레이를 개략적으로 도시하는 도면이며,

도 7은 테더(tether)를 포함하는 머리 장착형 스캐너의 등축 도면(isometric view)이고,

도 8은 도 6의 스캐닝 디스플레이에 포함된 스캐닝 조립체로서 보정 미러를 구비하는 것을 개략적으로 도시한 도면이며,

도 9는 도 8의 스캐닝 조립체에서 사용되기에 적합한 수평 스캐너 및 수직 스캐너의 등축 도면이고,

도 10은 2개의 입력 광선으로 스캐닝하는 장치로서 타일이 약간 중첩된 상태를 나타내는 개략도이며,

도 11은 2축 스캐너로서 공간적으로 분리된 지점에 있는 4개의 공급부를 갖는 것의 평면도이고,

도 12는 도 11의 4-공급부 스캐너에 의하여 생성되는 4개의 타일을 개략적으로 도시한 도면이며,

도 13은 도 11의 2개의 분리된 공급부를 구동하는 시스템으로서 4개의 분리된 버퍼를 갖는 것을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 14는 램프 신호를 요망되는 수직 스캐너의 구동 신호와 대비하는 신호 타이밍 다이어그램을 도시하는 도면이며,

도 15는 위치 에러 및 수직 스캐닝 위치에 대한 보정을 나타내는 신호 타이밍 다이어그램을 도시하는 도면이고,

도 16은 압전 보정 스캐너의 측단면도이며,

도 17A는 MEMs 보정 스캐너의 평면도이고,

도 17B는 도 17A에 도시된 MEMs 보정 스캐너의 측단면도로서, 축전판(capacitive plate) 및 스캐닝 미러에 대한 이들의 배치를 도시하는 도면이며,

도 18은 정현 구동 스캐너를 사용하여 전체 스캔 중에서 90% 정도가 보정된 주사 위치를 도시하는 도면이고,

도 19는 에러 감소 스캐너의 다른 실시예로서, 스캔 보정이 수평 미러에 수직 요소를 추가하여 구현되는 것을 도시한 도면이며,

도 20은 도 19의 스캐너에 의하여 편향되는 광선의 주사 경로를 도시하는 위치 다이어그램이고,

도 21은 2축 MEMs 스캐너와 MEMs 보정 스캐너를 구비하는 스캐닝 시스템의 개략도이며,

도 22는 입력 광섬유의 위치 또는 각도를 조정하여 입력광을 조정하는 보정 스캐너의 개략도이고,

도 23은 전자 신호에 대응하여 입력 광선을 조정하는 전자-광학 크리스탈을 구비하는 보정 스캐너의 개략도이며,

도 24는 대상 물체로부터 외부광을 획득하는 화상 처리기의 개략도이고,

도 25는 도 24에 도시된 화상 처리기의 다른 실시예로서, 인지되는 화상도 투영하는 것을 개략적으로 도시한 도면이며,

도 26은 정현 주사 위치가 선형 주사의 위치로부터 벗어나는 정도를 시간에 대하여 도시하는 신호 타이밍 다이어그램이고,

도 27은 카운트의 선형 세트(linear set of counts)가 정현 주사를 위하여 주사 위치를 전사하는 방식을 개략적으로 도시하는 도면이며,

도 28은 공진 미러의 비선형 주사 속도를 보상하는 동안 데이터를 처리하여 메모리 메트릭스에 저장하는 것을 도시하는 시스템 블록 선도이고,

도 29는 공진 미러의 비선형 주사 속도를 보상하는 동안 메모리로부터 데이터를 읽어오는 출력 클록을 생성하기 위한 제1 시스템의 블록 선도이며,

도 30은 도 29에 도시된 장치의 다른 실시예로서, 사전왜곡(pre-distortion)을 포함하는 것의 블록 선도이고,

도 31은 도 29에 도시된 블록 선도의 클록 발생부에 대한 상세한 블록 선도이며,

도 32는 수직 광학 왜곡을 보정하기 위하여 사전왜곡된 데이터를 나타내는 데이터 구조의 개략도이고,

도 33은 각 미러의 반쪽 부분의 질량 중심을 전자적으로 조정하기 위한 구조체를 포함하는 MEMs 스캐너의 평면도이며,

도 34는 도 32에 도시된 MEMs 스캐너의 평면도로서, 인가된 전압에 대응하여 돌출부를 유연하게 하는 단계를 도시하는 도면이고,

도 35는 각 미러의 반쪽 부분의 질량 중심을 측방향으로 이동시키기 위한 빗살 구조체를 포함하는 MEMs 스캐너의 평면도이며,

도 36은 탈가스 절결부(outgassing nodule)를 전기적으로 제어하는 패키지 스캐너(packaged scanner)의 측단면도이고,

도 37은 주파수 조정을 위하여 선택적으로 탈착가능한 탭을 구비하는 MEMs 미러의 평면도이며,

도 38A는 기판상 주파수 조정을 위한 탈착가능한 재료를 갖는 스캐너의 배열을 구비하는 기판의 평면도이고,

도 38B는 선택적인 주파수 조정을 위한 비틀림 아암 상에 이동가능한 불순물의 블록을 갖는 1축 스캐너의 평면도이며,

도 39는 광학 발생기를 구비하는 4개의 광원을 갖는 디스플레이로서 스캐닝 필드가 중첩된 상태를 도시하는 개략도이고,

도 40은 소형 회전 미러와 오프셋 광학 발생기를 구비하는 4개의 광원을 갖는 디스플레이의 개략도이며,

도 41은 도 40에 도시된 디스플레이로서 소형 회전 미러와 공통 만곡 미러(common curved mirror)를 구비하는 것의 개략도로서, 광선의 경로를 도시하는 도면이고,

도 42는 스위치로 전환되어 분리된 타일 화상을 공급하는 광섬유를 구비한 단일 방출기를 갖는 디스플레이의 개략도이며,

도 43은 감지된 시선의 방향에 대응하여 한 세트의 광학 스위치를 통하여 4개의 분리된 광섬유에서 스캐너에 공급하여 4개의 분리된 타일을 생성하는 디스플레이의 개략도이다.

디스플레이 장치는 광선을 동시에 주사하는 1차 스캐닝 기구를 포함한다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일 실시예에서, 스캐닝 기구는 실질적으로 연속적인 주사 경로를 따라 광선을 주사하며, 이 경로 상에서 각 광선은 화상의 개별적인 "타일(tile)"을 한정한다. 바람직한 실시예에서, 스캐닝 기구는 회전하면서 광선을 수평으로 스위핑하는 미러를 포함한다.

이 타일형 실시예에서, 광원은 각각의 입력각으로부터 스캐닝 기구로 광선을 제공하도록 정렬된다. 입력각은 각 광선을 화상 필드의 구별되는 각 영역을 가로질러 광선을 스위핑하도록 선택된다. 각 영역은 실질적으로 중첩되지 않기 때문에, 각 광선은 공간적으로 구별되는 화상의 영역을 발생시킨다. 각 영역은 바로 인접하거나 약간 중첩될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 구별되는 영역은 끊긴 부분이 없는 화상을 형성한다. 미러의 운동이 모든 광선의 운동을 발생시키기 때문에, 디스플레이는 공간적으로 분리된 각 영역을 동시에 발생시칸다. 전술한 바와 같이, 스캔 각도 및 미러 치수는 각 광선에 할당되는 픽셀의 수를 결정한다. 한 라인 안의 픽셀의 총 개수는 실질적으로 각 광선에 대한 픽셀의 수에 광선의 수를 곱한 것과 같다.

일 실시예에서, 스캐닝 기구는 대체로 수평 요소와 수직 요소를 갖는 래스터 패턴으로 주사된다. 기구적 공진 스캐너는 광선을 정현파적으로 주사함으로써 수평 요소를 발생시킨다. 일반적으로, 비공진 또는 반공진 스캐너는 광선을 실질적으로 일정한 각속도로 수직으로 주사한다.

일 실시예에서, 스캐닝 기구는 2축 미세전자기계(microelectromechanical; MEMs) 스캐너를 포함한다. 2축 스캐너는 1개의 미러를 사용하여 각 광선에 대하여 수평 및 수직 운동을 제공한다. 일 실시예에서, 디스플레이는 데이터를 저장하고 저장된 데이터를 각 광학 발생기(optical source)로 출력하는 버퍼를 포함한다. 보정 승수(correction multiplier)에 의하여 구동 신호를 수정하는 보정 데이터가 저장된 데이터에 대응하여 광학 발생기로 제공된다. 수정된 구동 신호는 패턴에 따른 가열에 의하여 발생되는 출력 강도의 변동을 보상한다.

일 실시예에서, MEMs 스캐너는 특성 공진 주파수를 갖는 공진 스캐너이다. 공진 주파수가 화상 데이터의 공급 속도와 정합되지 않는 경우에, 데이터는 다른 속도로 버퍼로 입력되고 출력된다.

MEMs 스캐너의 다른 실시예에서, MEMs 스캐너는 조정가능한 공진 주파수를 가지며, 이 공진 주파수는 화상 데이터가 제공되는 속도와 일치하도록 조정된다. 이런 MEMs 스캐너의 일 실시예에서, 1차 진동 몸체는 탈착 가능한 2차 질량체를 보유하며, 이로써 스캔 축에 대하여 회전하는 질량의 크기를 조정한다. 질량 크기의 조정에 의하여 공진 주파수가 달라지며, 조정은 레이저 절제(laser ablation) 또는 다른 질량 탈착 기술에 의하여 수행될 수 있다. 제어 회로는 진동 몸체의 운동을 측정하고 측정된 운동과 요망하는 스캐닝 주파수를 대비함으로써 자동화된 제조 시스템을 제어하여 여래개의 MEMs 스캐너를 조정할 수 있다.

적극적으로 조정가능한 MEMs 스캐너의 다른 실시예로서, 비틀림 아암(torsion arm)이 진동 몸체를 지지하며 이동성 재료를 포함한다. 비틀림 아암은 열 또는 다른 자극에 반응하여 이동 재료를 흡수하고 재료가 이동함에 따라 기계적 성질이 변경된다. 비틀림 아암의 기계적 성질은 공진 주파수에 영향을 미치기 때문에, 공진 주파수는 이동량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 화상 처리기는 2개의 분리된 감지기와 광학 발생기의 조합체를 이용하여 화상을 타일 형태로 획득한다. 화상 처리기의 일례는 LEDs 또는 레이저를 광학 발생기로서 포함하며, 각 광학 발생기는 다른 파장을 갖는다. 스캐닝 조립체는 각 광학 발생기로부터 화상 필드의 각 영역으로 빛을 안내한다. 화상 필드의 각 지점에 대하여, 각 감지기는 광원에 따른 파장, 극성 또는 기타 특징을 갖는 빛을 각 지점의 반사 정도(reflectivity)에 따라 선택적으로 감지한다. 감지기는 전기 신호를 화상 필드를 나타내는 데이터를 저장하는 디코딩 소자로 출력한다.

일 실시예에서, 화상 처리기는 각각의 적, 녹, 청 파장 밴드에서 복수개의 감지기/광학 발생기 조합체를 포함한다. 각 조합체는 그 밴드 내에 있는 각 파장에서 작동된다. 예를 들어, 제1 적색 조합체는 제1 적색 파장에서 작동하고 제2 적색 조합체는 제1 파장과 상이한 제2 적색 파장에서 작동한다.

일 실시예에서, 광학 발생기의 조합체는 단일의 스캐너에 상이한 각도에서 번갈아 공급한다. 스캐너의 전진 스윕시에, 제1 발생기는 라인의 전반부(first half)에 대응하여 변조된 빛을 방출한다. 복귀 스윕시에는, 제2 발생기가 라인의 후반부(second half)에 대응하여 변조된 빛을 방출한다. 2차 스윕은 1차와 반대 방향이기 때문에, 라인의 후반부에 대응하는 데이터는 제2 발생기에 적용되기 전에 반전되며, 이에 따라 제2 발생기로부터의 빛은 라인의 후반부에 역방향으로 쓸 수 있도록 변조된다.

다른 공급 방식을 이용하는 일실시예에서, 단일의 광 방출기가 입력 광섬유에 공급하며, 이 광섬유는 광학 스위치에 의하여 2개의 분리된 광섬유 중의 하나의 선택적으로 결합된다. 전진 스윕시에, 광학 스위치는 입력 광섬유를 제1 광섬유와 결합시킴으로써 제1 광섬유가 제1 광학 발생기가 되도록 한다. 역 스윕시에, 광학 스위치는 제2 광섬유로 공급함으로써, 제2 광섬유가 제2 발생기가 되도록 한다. 이 실시예는 단일의 광 방출기가 2개의 광학 발생기에 빛을 공급할 수 있도록 한다.

다른 공급 방식을 사용하면 2개 이상의 타일을 쓰도록 확장될 수 있다. 일례로서, 입력 광섬유는 한 세트의 광학 스위치에 의하여 4개의 광섬유에 결합되는데, 각 광섬유는 각각의 각도에서 스캐닝 조립체로 공급한다. 스위치는 스윕 방향 및 사용자 시야를 추적한 지점에 따라 활성화 된다. 예를 들어, 사용자가 화상의 상반부를 바라보는 경우, 전진 스윕시에는 좌상측 타일면의 화상을 생성하도록 배치된 제1 광섬유가 스캐너에 공급하며, 역 스윕시에는 우상측 타일면의 화상을 생성하도록 배치된 제2 광섬유가 스캐너에 공급한다. 사용자가 하반부를 바라보는 경우, 전진 스윕시에는 좌하측 타일면의 화상을 생성하도록 배치된 제3 광섬유가 스캐너에 공급하며, 역 스윕시에는 우하측 타일면의 화상을 생성하도록 배치된 제4 광섬유가 스캐너에 공급한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 주사 광선 디스플레이(70)는 사용자가 눈(72)으로 볼 수 있는 위치에 있다. 본 명세서에서는 디스플레이(70)가 눈(72)으로 빛을 스캐닝하는 것으로 설명되어 있으나, 본 명세서에 설명된 구조 및 개념은 스크린을 포함하는 프로젝션 디스플레이 등과 같은 다른 방식의 디스플레이에도 역시 적용될 수 있다.

디스플레이(70)에는 4개의 주요부가 포함되어 있는데, 이들 각각은 아래에 보다 자세히 설명한다. 먼저, 전자 제어부(74)는, 컴퓨터, 텔레비젼 수상기, 비디오카세트 플레이어, DVD 플레이어, 원격 센서, 또는 이와 유사한 장치 등과 같은 이미지 소스(76)로부터의 화상 신호(VIM)에 대하여 디스플레이(70)의 동작을 제어하는 전기 신호를 제공한다.

디스플레이(70)의 두번째 주요부는 광원(78)으로서, 이 광원(78)은 변조된 광선(80)을 출력하는데, 각각 화상 신호(VIM)에 포함된 정보에 대응하는 변조도를 가지고 있다. 광원(78)은 레이저 다이오드 또는 마이크로레이저와 같은 코히어런트 광 에미터가 사용되거나 또는 발광 다이오드와 같은 비-코히어런트 소스가 사용되기도 한다. 또한, 광원(78)에는 발광 다이오드(LEDs)와 같이 직접 변조된 광 에미터가 포함되기도 하고 또는 음향-광학 변조기와 같은 외부 변조기에 의해 직접 변조된 연속 광 에미터가 포함되기도 한다.

디스플레이(70)의 세번째 주요부는 래스터 패턴과 같은 2차원 스캐닝 패턴을 통해 변조된 빔(80)을 주사하는 스캐닝 조립체(82)이다. 스캐닝 조립체(82)로는 주기적인 스캐닝 미러 또는 미러들을 포함하는 것이 적절한데, 이에 대하여 도 3-4, 8, 11, 19-22를 참고하여 아래에 보다 상세히 설명한다.

스캐닝 조립체(82)의 대향면상에 위치한 렌즈(84,86)는 디스플레이(70)의 네번째 주요부를 형성하는 이미징 광학기로서 동작한다. 렌즈(86)는 원통 형상의 집속형(graded index; GRIN) 렌즈로서, 광원(78)으로부터의 빛을 집속하여 상을 형성시킨다. 광원(78)이 렌즈(86)에 공급하는 광섬유를 포함하는 경우에, 렌즈(86)는 광섬유에 결합되거나 또는 광섬유와 일체로 될 수 있다. 다른 방법으로서, 더블렛, 트리플렛 등과 같은 다른 타입의 렌즈로 렌즈(86)를 형성할 수도 있다. 또한, 회절 소자와 같은 다른 종류의 광학 소자를 사용하여 빛의 형태를 형성시키고 안내할 수 있다. 소자의 종류와 상관없이, 전체 광학 트레인(optic train)에는 편광 민감 물질, 색채 보정 또는 빛의 모양, 위상 또는 다른 특성을 제어하기 위한 다른 광학 기술을 통합시켜도 좋다.

렌즈(84)는 눈(72)으로 볼 수 있도록 주사된 빔(80)을 형체화하고 집속하는 부분 투과성의 만곡된 미러로 형성된다. 렌즈(84)를 벗어난 후, 주사된 빔(80)은 눈동자(90)를 통해 눈(72)으로 들어가고 망막(92)에 도달한다. 주사된 변조광의 각 광선이 망막(92)에 도달함에 따라, 사용자는 이미지 각 부분을 인식하게 되는데, 이에 대해서는 후술한다.

렌즈(84)가 부분적으로 투과성이 있기 때문에, 렌즈(84)는 배경(89)으로부터 수신된 빛과 스캐닝 조립체(82)로부터의 빛을 결합하여 사용자의 눈(72)에 결합된 입력을 제공한다. 본 명세서에서 배경(89)을 "실제(real-world)" 배경으로서 나타내고 있지만, 배경광은 차단되거나 동일 또는 상이한 타입의 광원에 의해 만들어져도 좋다. 당업자는 다양한 다른 광학 소자가 렌즈(84,86)를 대체하거나 보충할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 프레즈넬(Fresnel) 렌즈와 같은 굴절율 소자를 렌즈(84,86) 중 어느 하나로 또는 둘 다로 대체해도 좋다. 또한, 빔스플리터 및 렌즈로 렌즈(84)의 부분 투과성의 미러 구조체를 대체해도 좋다. 더욱이, 어떤 응용 분야에서는 편광기, 컬러 필터, 출사동 확장기(exit pupil expander), 색채 보정 소자, 시각 추적 소자 및 백그라운드 마스크 등과 같은 다양한 다른 광학 소자들도 통합될 수 있다.

비록 도 6의 소자들은 개략적으로 표현되었지만, 당업자라면 그 구성요소들이 원하는 응용 제품을 위한 적절한 크기 및 구조를 가지고 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 디스플레이(70)가 이동용 개인 디스플레이인 경우에, 그 구성요소는 헬멧 또는 도 7에 도시된 바와 같은 머리 장착용 디스플레이(70)와 같이 헬멧과 유사한 프레임에 장착할 수 있는 크기와 형태를 갖는다. 이 실시예에서, 디스플레이(70)의 첫번째 주요부는 머리 장착용 프레임(174)에 장착되어 있고 디스플레이(70)의 두번째 주요부(176)는 힙 벨트에 별도로 운반된다. 주요부(174,176)는 광섬유와 전선(178)으로 링크되어 있어 두번째 주요부로부터 첫번째 주요부로 광 및 전기 신호를 운반한다. 광섬유-결합된 스캐너 디스플레이의 한 예가 본 명세서에 통합된 퍼니스(Furness) 등의 미국 특허 제5,596,339호인 "VIRTUAL RETINAL DISPLAY WITH FIBER OPTIC POINT SOURCE"에 나와있다.

스캐닝 조립체(82)의 실시예를 도 8을 참고하여 설명한다. 스캐닝 조립체(82)에는 도 3의 스캐닝 소스(42)에 대응하는 여러 구성요소들이 포함되어 있는데, 스캐닝 조립체(82) 및 스캐닝 소스(42)에 공통한 구성요소들은 동일한 참조번호를 부여하였다. 또한, 명확한 설명을 위해 빔(52)을 대표하는 것으로서 중앙 광선(55)만을 나타내었다.

이 실시예에서, 한 쌍의 광섬유(50)는 광원(78)(도시하지 않음)으로부터 빛을 방출하며, 렌즈(84)는 부분 투과성인 미러가 아니라 통상의 굴절 렌즈로 기술되어 있다. 도 3의 스캐닝 소스(42)와는 달리, 스캐닝 조립체(82)에는 수직축을 따라 광선(80)을 주사하도록 회전될 수 있는 능동 보정 미러(100)가 포함되어 있다. 아래 설명하겠지만, 보정 미러(100)는 수평 스캐너(56)의 각 주사(정방향 또는 역방향)가 진행되는 동안 수직축을 따라 변화하는 보정 시프트(correction shift)를 만들어 낸다. 보정 시프트는 수직 스캐너(58)에 의해 야기된 빔(80)의 수직 운동을 오프셋 시켜서 도 5의 점선으로 도시된 원하는 패턴에서 스캐닝 패턴의 전체 편향도를 감소시킨다.

보정 미러(100)의 효과 및 여러 신호의 상대적인 타이밍을 설명하기 전에, 각각 수평 스캐너(56) 및 수직 스캐너(58)로서 사용하기에 적합한 기계적 공진 스캐너(201) 및 스캐너(220)를 가지는 스캐너 조립체(200)를 도 9를 참고하여 설명한다.

수평 스캐너(201)의 주요 스캐닝 성분은 스프링 플레이트(204)에 장착된 이동 미러(202)이다. 미러(202)와 스프링 플레이트(204)의 크기 및 스프링 플레이트(204)의 재료 특성은 1-100kHz 범위의 고유 진동("공진") 주파수인 하이(high) Q를 가지는데, 선택된 공진 주파수는 애플리케이션에 따라 달라진다. 60Hz 재생율과 인터레이싱(interlacing)이 없는 VGA 화질급 출력을 위해서는, 공진 주파수는 약 15-20kHz가 적절하다. 아래 설명하겠지만, 선택된 공진 주파수 또는 획득할 수 있는 해상도는 여러개의 피드(feed)를 사용함에 따라 바뀔 수 있다.

미러(202)에 장착된 강자성체 물질은 한 쌍의 전자기 코일(206,208)에 의해 구동되어 미러(202)에게 이동력을 제공함으로써 진동을 시작하게 하고 유지시킨다. 강자성체 물질은 스프링 플레이트(204) 및 미러(202)의 몸체에 일체로 되는 것이 적절하다. 전자 구동부(218)는 앞서 설명한 바와 같이, 코일(206,208)을 움직이는 전기 신호를 제공한다. 전기 신호에 응답하여, 코일(206,208)은 강자성체 물질에 힘을 인가하는 주기적인 전자기장을 만들어서 미러(202)가 진동하게 만든다. 만일 전기 신호의 주파수와 위상이 미러(202)의 움직임으로 적절히 동기화 된다면, 미러(202)는 소비 전력이 거의 없이 자신의 공진 주파수에서 진동한다.

수직 스캐너(220)는 공진 스캐너(201)와 매우 유사하게 만들어져 있다. 공진 스캐너(201)와 같이, 수직 스캐너(220)에는 전자 구동부(218)로부터의 전기 신호에 응답하여 한 쌍의 코일(224,226)에 의해 구동되는 미러(222)가 포함되어 있다. 그러나, 진동율이 수직 스캐닝을 하기에는 너무 작기 때문에, 수직 스캐너(220)는 일반적으로는 공진하지 않는다. 미러(222)는 수평 스캐너(201)로부터 빛을 수신하고 약 30-100kHHz 의 수직 굴절을 만들어 낸다. 유리하게도, 이 낮은 주파수는 미러(222)를 미러(202)보다 훨씬 크게 만들 수 있도록 하기 때문에 수직 스캐너(220)의 위치에 대한 제약 조건을 완화시킨다. 가상 망막 디스플레이 및 기계적 공진 스캐닝의 상세는 본 명세서에 통합되는 퍼니스 3세 (Furness III) 등의 미국 특허 제5,467,104호인 "VIRTUAL RETINAL DISPLAY"에 보다 자세히 설명되어 있다.

당업자는 일반적인 래스터 패턴을 통해 광선을 주사하는 다른 다양한 구조을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 애플리케이션에서는 스피닝 폴리곤 또는 검류계 스캐닝이 스캐너(56,58) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 될 수 도 있다.

다른 실시예에서, 2축(biaxial) MEMs 스캐너가 주요 스캐닝을 제공한다. 그러한 스캐너의 일부가 본 명세서에 통합되는 뉴커만(Neukermanns) 등의 미국 특허 제5,629,790호인 "MICROMACHINED TORSIONAL SCANNER"에 설명되어 있다. '790특허의 스캐너가 가장 적절한 실시예가 될 수 있지만, 다른 다양한 MEMs 스캐너도 어느 애플리케이션에서는 적절할 수 있다. 예를 들어, 표면 마이크로머신 복합축 스캐너 및 다른 MEMs 스캐너가 여러 제조자들에 의해 설명되어 오고 있다.

앞에서 설명한 스캐닝 시스템과 같이, MEMs 스캐너의 수평 구성요소들은 일반적으로 그들 각각의 구조의 기계적 공진에 의해 정의되는데, 도 17A-B 및 21을 참고하여 아래에 보다 상세히 설명한다. 도 3 및 8을 참고하여 앞서 설명한 2개의 스캐너 시스템과 같이, 그러한 복합축 스캐너는 빠른 스캔 축을 따라 스윕(sweep)이 이루어지는 동안 느린 스캔 축을 따른 움직임에 기인하는 유사한 래스터 핀치 문제를 가지고 있다. 예를 들어, 음향-광학 스캐너, 일렉트로옵틱 스캐너, 스피닝 폴리곤, 또는 여러 스캐닝 방식의 결합에 의하여 스캐닝 기능을 제공할 수 있다. 이러한 접근 중 일부는 핀치 보정을 요구하지 않는다.

도 6, 8 및 9를 다시 참고하면, 광섬유(50)가 전자 구동부(218)로부터의 이미지 신호에 따라 변조되는 광선(80)을 출력한다. 동시에, 전자 구동부(218)는 코일(206,208,224,226)을 동작시켜 미러(202,222)를 진동시킨다. 변조된 광선이 (수평 스캐너(56)의) 수평 진동 미러(202)에 입사하고 미러(202)의 일정한 각도에 대응하는 각도에 의해 수평으로 반사된다. 이 반사된 빛은 (수직 스캐너(58)의) 수직 미러(222)에 부딪치고 수직 미러(222)의 일정 각도에 대응하는 수직 각도에서 반사된다. 빔 익스펜더(62)에 의한 확장이 이루어진 후, 빔(52)은 렌즈(84)를 거쳐 눈에 도달한다. 아래 설명하겠지만, 광선의 변조는 수평 및 수직 스캔으로 동기화되어, 각 미러의 위치에서 빔의 색과 세기가 원하는 가상 이미지에 대응하게 된다. 그래서 각 빔은 사용자의 망막에 직접 가상 이미지 부분을 "그려준다".

당업자는 도 9에서 스캐닝 조립체(82)의 여러 구성요소들이 표현의 명확도를 위해 생략되었음을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 수평 및 수직 스캐너(201,220)는 보통 프레임에 장착된다. 또한, 빔(80)을 모으고, 구체화하고, 바꾸고, 초점을 맞추고, 또는 평행하게 하는 렌즈 및 다른 광학 구성요소들도 생략되었다. 또한, 비록 일부 실시예에서는 필요하기 하지만, 스캐너(201,220) 사이에 릴레이 광학 제품은 도시하지 않았다. 더욱이, 스캐너(201)에는 일반적으로 하나 이상의 튜닝 미러가 포함되어 있는데, 이 튜닝 미러는 빔이 각 미러에 여러번 부딪혀 스캐닝의 각도 범위를 증가시키도록 빔을 안내한다. 또한, 일부 실시예에서, 스캐너(201,220)는 튜닝 미러 없이 빔이 스캐닝 미러에 어러번 부딪칠 수 있도록 방위가 맞추어져 있다.

도 10 및 11을 다시 참고하여, 다수개의 빔(80)의 효과를 설명하겠다. 도 10을 통해 볼 수 있듯이, 두 개의 광섬유(50)가 각각의 광선(80)을 방출한다. GRIN 렌즈(86)은 그 빔(80)을 모으고 초점을 맞추어 빔(80)이 빔(80A, 80B)로 수렴되게 하여 공통 스캐닝 미러(1090)에 부딪치게 한다.

명확한 설명을 위해, 도 10의 실시예에서는 일부 실시예에서는 필요한 미러(84)를 제외했다. 또한, 도 10의 실시예에는 도 9의 이중 미러 시스템 대신 복합축으로 스캔하는 하나의 미러(1090)가 포함되어 있다. 그러한 복합축 구조는 이후 도 11, 17A-B 및 21을 참고하여 아래에 보다 상세히 설명한다. 당업자는 이중 미러 시스템도 사용될 수 있으며, 그러한 시스템에는 광 경로 길이를 다르게 하기 위한 보다 복잡한 광선 추적 세트 및 보다 복잡한 보상이 필요하다는 것을 알 수 있을 것이다.

또한, 도 10의 광섬유(50) 및 렌즈(84)가 스캐닝 미러(1090)와 공통 플레이트에 위치해 있는 것으로 도시되어 있으나, 많은 애플리케이션에서, 도 11에서 보는 바와 같이, 광섬유(50) 및 렌즈(84)가 축없이 위치하는 것도 가능하다. 더욱이, 도 11에는 네 개의 광섬유/렌즈 쌍이 사용되고 있는데, 빔 스플리터 또는 다른 광 소자들은 광섬유/렌즈 쌍이 다른 광섬유/렌즈 쌍으로부터 빔(80A-D)을 막지 않도록 배치할 수 있게 한다. 다른 방안으로서, 소형 튜닝 미러와 같은 다른 접근 방법을 사용하여 이미지 화질 손상이 거의 없이 광섬유/렌즈 쌍을 비-블로킹 위치에 배치시키는 것도 가능하다. 그러한 접근방법은 도 11 및 38A-41을 참고하여 아래에 보다 상세히 설명하도록 하겠다.

렌즈(86)에서 빠져나온 다음, 제1 빔(80A)은 스캐닝 미러(1090)에 부딪치고 이미지 필드(1094) 쪽으로 반사된다. 제2 빔(80B)도 스캐닝 미러(1090)에 의해 이미지 필드(1094) 쪽으로 반사된다. 도 10에 광선 경로로 도시된 바와 같이, 이미지 필드(1094)에서의 빔(80A-B)의 수평 위치는 수평 스캐너(56)로부터의 각 반사 정도 및 렌즈(86)와 광섬유(50)의 위치 및 방위에 따른다.

이미지 필드(1092)에서, 제1 빔(80A)은 이미지 필드(1094)의 제1 영역(1092)를 비추고 제2 빔(80B)은 제1 영역(1092)과 실질적으로 중첩되지 않는 제2 영역(1096)을 비춘다. 두 영역(1092,1096) 사이의 평활한 전이가 가능하도록, 두 영역(1092,1096)은 작은 오버랩 영역(1098)에서 살짝 겹친다. 따라서, 비록 두 영역이 충분히 구별된다 하지만, 대응하는 이미지 부분은 그 각도에서는 약간 "섞이게"되는데, 이에 대해서는 도 12 및 13을 참고하여 아래서 설명하도록 한다.

오직 두 개의 빔(80A-B) 만을 도 10에 도시하였지만, 둘 이상의 광섬유/렌즈 쌍도 사용될 수 있으며, 이들 광섬유/렌즈 쌍은 동일 평면상에 있어야할 필요는 없다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 4개의 개별적인 렌즈(86)가 4개의 별개로 구분된 위치에서 미러(1090) 쪽으로 4개의 각각의 빔(80A-D)을 방출한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 미러(1090)은 이들 네 개의 빔(80A-D) 각각을 이미지 필드(1094)의 각각의 분리된 구별 영역(1202A-D)으로 반사한다.

따라서, 네 개의 빔(80A-D) 각각은 모여서 전체 이미지를 형성하는 4개의 별개의 "타일(tile)"을 비춘다. 당업자는 4개 이상의 타일이 이미지를 형성한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제3의 광섬유/렌즈 쌍 세트를 부가하여 2x3 타일 이미지 또는 3x2 타일 이미지를 만들 수 있다.

실제 이미지를 만들기 위해서, 빔(80A-D) 각각의 세기 및 컬러 정도는 미러(1090)가 주기적 패턴, 예를 들면 래스터 패턴을 스윕하는 동안 이미지 정보로 변조된다. 도 13은 빔(80A-D)이 이미지 신호(VIM)에 응답하여 변조되어 4개의 타일(1202A-D)을 만들 수 있는 한 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.

이미지 신호(VIM)는 디멀티플렉서(1304)를 구동하기 위한 대응 데이터를 생산하는 A/D 컨버터(1302)를 구동시킨다. 데이터 및 제어기(74)(도 8 참조)로부터의 클럭 신호(CK)에 응답하여, 디멀티플렉서(1304)는 4개의 출력 데이터 스트림을 만드는데, 각 데이터 스트림에는 각각의 이미지 타일(1202A-D)에 대응하는 데이터가 포함되어 있다. 예를 들어, 디멀티플렉서(1304)는 이미지의 첫번째 라인의 전반부에 대응하는 데이터를 제1 버퍼(1306A)로 출력하고 첫번째 라인의 후반부에 대응하는 데이터를 제2 버퍼(1306B)로 출력한다. 이어서, 디멀티플렉서(1304)는 이미지의 두번째 라인에 대응하는 데이터를 첫번째 두 버퍼(1306A,B)의 두번째 라인에 출력한다. 첫번째 두 버퍼(1306A,B)가 이미지의 위쪽 반을 표현하는 데이터를 포함한 다음, 디멀티플렉서(1304)는 제3 및 제4 버퍼(1306C,D)를 채우기 시작한다. 일단 버퍼(1306A-D)가 모두 채워지면, 출력 클록(CKOUT)이 버퍼(1306A-D) 모두로부터 각각의 D/A 컨버터(1308A-D)로 동시에 데이터를 클록한다. 그러면, D/A 컨버터(1308A-D)는 각각의 광 소스(78)를 구동시켜, 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 영역(2102A-D)로 스캔되는 빛을 만들어낸다. 픽셀 출력의 실제 타이밍은 출력 클록(CKOUT)에 의해 제어되며, 이에 대해서는 도 28-31을 참고하여 후술한다.

당업자는 비록 도 13의 시스템이 네 개의 분리 영역(1201A-D)으로 설명되었으나, 더 크거나 더 작은 영역이 사용되어도 좋다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 또한, 영역(1202A-D)의 일부 겹치는 부분이 요구되는데, 공통 데이터가 하나의 버퍼(1202A-D) 이상에 저장될 수 있다. 공통 데이터 세트가 오버래핑 영역에서 일부 픽셀을 복사하기 때문에, 데이터는 스케일 변화를 주어 원하는 레벨로 강도를 제한할 수 있다.

이미지 부분(1202A-D)을 서로 "매칭"시키는데 도움이 되도록 이미지 질을 향상시키는 한 방법에 대해 도 14 및 15를 참고하여 설명하도록 한다. 빔(80A-D)의 각도가 수직 및 수평 스캐너(공통 축, 두 개의 시스템을 위한)의 각도 또는 단일 미러(복합축 스캐너을 위한)의 수평 및 수직 각도에 의해 결정되기 때문에, 어느 시간의 어느 지점에서의 빔(80A-D)의 실제 벡터각은 도 14의 점선으로 도시한 바와 같이, "계단 스텝" 스캔 패턴이 된다.

만일 터닝 미러(도 8)가 디스에이블(disable) 되면, 광선으로 추적되는 패턴은 도 3-5를 참고하여 앞서 설명한 바와 동일하게 될 것이다. 도 14에서 실선으로 표시된 바와 같이, 패턴의 실제 수직 스캔 부분은, 원하는 계단 패턴보다는 대략 경사진 형태가 된다.

계단 스텝 패턴을 제공하기 위한 한 방법은 계단 전압으로 수직 스캐너(58)를 구동시키는 것이다. 그러나, 수직 미러는 물리적 시스템이고 계단 스텝에는 비연속 움직임이 포함되어 있기 때문에, 수직 미러가 구동 신호에 정확히 따르지 않게 된다. 대신, 수직 미러가 그 계단 스텝 패턴을 따르려고 하는 동안, 수직 미러는 대부분 수직 미러, 미러 지지 구조의 재료 특성, 구동 신호의 피크 전압 또는 전류, 및 구동 회로의 전기적 특성의 크기 및 무게에 의해 표시되는 최대 속도로 이동하려고 할 것이다. 일반적인 수직 스캔 미러 크기, 구조, 스캔 각도 및 구동 전압을 위해서는, 수직 스캐너(58)는 100-3000Hz 범위로 주파수가 제한된다. 원하는 스캔 패턴은 이 범위를 크게 초과하는 주파수 성분을 가지고 있다. 따라서, 계단 스텝으로 수직 스캐너를 구동시키는 것은 구동 신호가 원하는 패턴으로부터 크게 벗어는 수직 스캔 패턴을 만들 수도 있다.

이러한 문제를 줄이기 위해서는, 도 8의 스캐닝 조립체(82)가 수직 스캔 기능을 두 부분으로 나눈다. 그러면 전체 수직 스캔은 약 60Hz에서 큰 진폭의 램프 기능과 두 배의 수평 레이트(즉, 약 30Hz)에서 작은 진폭의 보정 기능을 조합한 것이 된다. 수직 스캐너(58)는 큰 진폭 램프 기능을 만들 수 있는데, 이는 60Hz 주파수는 통상적인 스캐닝 미러의 주파수 상한치 내에 있기 때문이다. 보정 미러(100)는 터닝 미러(100)를 대신하여 작은 진폭 보정을 제공한다. 보정 미러(100)는 수직 스캐너 보다 훨씬 높은 주파수에서 동작하지만, 보정 미러(100)의 전체 각의 스윙은 매우 적다.

도 15의 신호 타이밍 다이어그램을 통해 볼 수 있듯이, 보정 미러(100)는 시야의 어느 한 에지에서 대향하는 에지(즉, 도 15에서 시간 t1에서 t2)까지 수평 스캐너가 스캔하는 시간 동안 대략 자신의 최대 네가티브 각도에서 최대 포지티브 각도까지 움직인다. 도 14 및 15에 도시된 바와 같이, 전체 보정 각도는 한번의 수평 스캔 동안 수직 스캔 미러가 아래쪽으로 이동한 정도에 의해 정해진다. 보정 각도는 디스플레이의 여러 구성에 따라 변화할 수 있지만, 보정 각도는 쉽게 계산될 수 있다.

예를 들어, 각각의 이미지 영역(1202A-D)이 1280개의 수직 라인을 가지며 전체 기계적 수직 스캔 각도가 10도인 디스플레이인 경우, 각각의 라인의 각도 스캔 범위는 대략 0.008도(10/1280=0078125) 이다. 수직 스캐너(58)가 수평 스캔 동안 이러한 전체 거리를 이동한다고 가정하면, 보정 미러(100)에 의해 지원될 에러 보정은 약 플러스 또는 마이너스 0.0039도 이다. 그러므로, 이러한 각도 보정은 대략 θ/N이 되는데, 여기서 θ는 수직 스캔 각도이고, N은 수평 라인의 갯수 이다. 이 갯수는 일부 실시예에서는 변경될 수 있다. 예를 들어, 수평 스캐너(56)가 공진 스캐너인 경우, 수평 스캐너(56)는 스캔 시간의 일부를 사용하여 역 방향으로의 이동을 정지 및 시작하기 때문에, 스캔이 시야 에지에 도달함에 따라 보정 각도는 약간 다를 수 있다. 보정 각도 역시 광학 소자 내의 수차 또는 광학 경로 길이 차이를 보정하기 위해 변경되기도 한다. 더욱이, 만일 데이터가 수평 스캐너 주기의 1/2 동안만("단방향성 스캐닝") 제공된다면, 비록 래스터 핀치가 일반적으로 단방향성 스캐닝 접근에서 문제가 되진 않지만, 보정 스캐너(100)의 주파수가 감소하기도 한다.

도 14 및 15를 통해 볼 수 있는 바와 같이, 보정 미러(100)는 수평 스캐너(56)의 두 배의 주파수에서 한 라인 폭의 약 1/2 정도 수직으로 빔을 이동시킨다. 양방향 스캐닝(즉,수평 스캐너(56)의 정방향 및 역방향 스윕 모두에서 데이터 출력)으로 통상적인 SVGA 화질을 디스플레이하기 위해서는, 수평 스캐너(56)는 약 15kHz에서 공진해야 한다. 따라서, 일반적인 디스플레이를 위해서는, 보정 스캐너(100)는 약 30kHz에서 1도의 약 1/10 으로 피봇되어야 한다. 당업자는 디스플레이 해상도가 증가함에 따라 수평 스캐너(56)의 주사율이 증가한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 보정 미러(100)의 주사율은 그에 따라 증가하겠지만, 피봇 각도는 감소한다. 예를 들어, 2560 라인 및 10도의 전체 스캔을 가지는 디스플레이를 위해서는, 보정 미러(100)의 주사율은 약 0.002도의 피봇 각도로 약 60kHz 가 될 것이다. 당업자는 더 높은 해상도를 위해서는, 최소 보정 미러 크기가 일반적으로 스폿 크기가 제한된 회절에서 증가한다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

도 16은 일부 실시예에서 보정 미러(100)용으로 적합한 압전 스캐너(110)를 보여주고 있다. 스캐너(110)는 공간-분할된 압전 액추에이터(114,116) 한 쌍을 운반하는 플랫폼(112)으로 형성된다. 보정 미러(100)는 금속화된, 충분히 평평한 실리콘 기판으로서 액추에이터(114,116) 사이에 연장되어 있다. 압전 액추에이터(114,116)의 양면은 도전성 코팅되어 있고 결합되어 있어서 액추에이터(114,116) 양단의 전압이 반대가 되도록 증폭기(120)를 구동시킨다. 잘 알려져 있듯이, 압전 물질은 전기장 하에서는 변형된다. 따라서, 구동 증폭기(120)가 전압을 출력하면, 액추에이터(114,116)는 보정 미러(100)에 반대 방향의 힘을 인가하여 보정 미러(100)가 피봇되게 한다. 당업자는 비록 압전 액추에이터(114,116)가 단일의 전극 세트 및 단일의 압전 물질 층을 가지는 것으로 표현되어 있지만, 압전 액추에이터(114,116)는 보통은 여러 층으로 형성되어 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 그러한 구조는 상업적으로 사용가능한 압전 디바이스들에서 사용되는데 상대적으로 큰 변형을 일으킨다.

종래의 램프 발생기 회로와 같은 간단한 신호 발생기 회로(122)는 수평 스캐너(56)의 검색된 위치에 응답하여 구동 증폭기(120)를 위한 구동 신호를 제공한다. 회로(122)로의 주요 입력은 수평 스캐너(56)와 결합된 센서에서 나오는 감지 신호이다. 감지 신호는 다양한 방법으로 얻을 수 있다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "MICROMACHINED HINGE HAVING AN INTEGRAL TORSIONAL SENSOR"로서 본 명세서에 참고문헌으로 통합되는 뉴커만스(Neukermanns) 등의 미국 특허 제5,648,618호에 설명된 바와 같이, MEMs 스캐너의 비틀림 움직임은 스캐닝 미러의 위치에 대응하는 전기 출력을 만들 수 있다. 선택적으로, 미러의 위치는 스캐너에 압전 센서를 장착함으로서 얻을 수 있는데, 발명의 명칭이 "POSITION DETECTION OF MECHANICAL RESONANT SCANNER MIRROR"로서 본 명세서에 참고문헌으로 통합되는 멜빌(Melville)의 미국 특허 제5,694,237호에 설명되어 있다. 다른 선택으로서, 빔의 위치는 수평 또는 수직 스캐닝 미러의 위치를 광학적 또는 전기적으로 측정함으로서 또는 미러 구동 코일내 유도된 전류를 측정함으로서 결정될 수 있다.

감지 신호가 수평 스캐너(56)가 시야의 에지에 있음을 나타내면, 회로(122)는 램프 신호를 발생하는데, 이 램프 신호는 네가티브 최대에서 시작하고 수평 스캐너가 시야의 중앙에 도달하면 제로 교차점에 도달한다. 그러면, 램프 신호는 수평 스캔이 시야의 반대편 에지에 도달하면 그 최대 값으로 도달한다. 램프 신호는 수평 스캔이 정지하기 위해 느려지고 리턴 스윕을 시작하면 그 구간동안 자신의 네가티브 최대값으로 되돌아 간다. 회로(122)가 램프 신호용 기본 클록 신호로서 감지 신호를 사용하기 때문에, 램프 신호의 타이밍은 스캔의 수평 위치에 대해 당연히 동기화된다. 그러나, 당업자는, 일부 실시예에서는, 감지 신호에 대해 램프 신호의 제어된 위상 시프트가 성능을 최적화 하기도 한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 보정 미러(100)가 공진하며 스캔되는 곳에서는, 도 18을 참고하여 후술하는 바와 같이, 램프 신호는 사인곡선형 신호로 교체될 수 있으며, 이는 감지 신호를 주파수 더블링(frequency doubling), 증폭 및 위상 시프팅 하는 것으로 간단히 얻을 수 있다.

보정 미러(100)에 의해 유도된 빔(80A-D)의 수직 움직임은 수직 스캐너(58)에 의한 빔(80A-D)의 움직임을 오프셋시켜 빔(80A-D)이 수평 스캔 동안 수직 축을 따라 안정적으로 남아있도록 한다. 수평 스캔이 시야 밖에 있는 동안, 빔(80A-D)은 보정 미러(100)에 응답하여 다음 수평 스캔의 도시된 위치(norminal position)로 수직으로 이동한다.

위 설명을 통해 알 수 있는 바와 같이, 압전 방식으로 구동된 보정 미러(100)의 부가는 램프-타입 움직임을 가지고 래스터 핀칭(pinching)을 상당히 감소시킬 수 있다. 그러나, 일부 애플리케이션에서는, 램프-타입 움직임을 사용하는 것이 적절하지 않다. 보정 미러(100)용으로 사용될 수 있는 스캐너(130)의 대안적인 실시예를 도 17A 및 17B에 도시하였다.

스캐너(130)는 MEMs 공진 스캐너로서, 뉴거만스의 '790 특허에 설명된 공동축 실시예와 유사하게 만들어 진다. 선택적으로, 스캐너(130)는 도 9의 수평 스캐너(54)와 매우 유사한 기계적 공진 스캐너일 수도 있지만, 그러한 스캐너에서는 플레이트 및 미러의 크기와 재료 특성은 수평 스캐너(200)의 공진 주파수의 두 배인 약 30kHz에서 공진이 일어나도록 선택되는 것이 적절하다. 또한, 재료 및 장착은 스캐너(130)가 수평 스캐너(56)의 Q 보다 낮은 Q를 갖도록 선택되는 것이 적절하다. 낮은 Q는 스캐너(130)가 좀 더 넓은 주파수 범위에서 동작할 수 있게 해주어서 스캐너(130)가 수평 스캔 주파수의 전체 집합(integral multiple)로 튠(tune) 될 수 있도록 한다.

공진 스캐너(130)의 사용은 스캐너(130)를 구동시키기 위한 전기적 구성요소들의 복잡성을 감소시키고 앞서 설명한 방법들에 비해 스캐닝 효율을 향상시킬 수 있다. 공진 스캐너는 앞서 설명한 원하는 램프-타입 움직임 보다는 사인파 움직임을 하는 경향이 있다. 그러나, 사인파 움직임의 주파수, 위상 및 진폭이 적절히 선택된다면, 보정 미러(100)는 핀치 에러를 크게 줄일 수 있다. 예를 들어, 도 18은 수평 시야가 전체의 수평 스캔 각도의 90 퍼센트를 포괄하는 보정 미러의 사인파 움직임을 통한 래스터 신호의 보정을 보여주고 있다. 당업자는 빔의 위치에서의 에러는 시야가 전체 수평 스캔 각도의 더 작은 퍼센트에 해당하는 경우 더욱 감소될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 더욱이, 비록 한정된 향상 및 비용이 적절하지는 않더라도, 빔 경로내에 두번째 보정 미러를 부가함으로서 스캔 에러에서의 더 다른 감소를 실현할 수 있다. 에러를 감소시키는 더 다른 방법은 스캐너 구동 신호에 하나 또는 그 이상의 더 높은 차수의 하모닉스를 부가하여 공진 보정 스캐너(130)의 스캐닝 패턴을 사인파 스캔으로부터 톱니모양 파형에 더 가깝게 이동시키는 것이다.

감소된 에러 스캐너(140)의 더 다른 실시예가 도 19에 도시되어 있는데, 여기서 스캔 보정은 수평 미러(140)에 수직 구성성분을 부가하는 것으로 이루어진다. 이 실시예에서, 수평 스캐너(140)는 스캔 미러를 피봇시키는 정전기 구동을 하는 MEMs 스캐너이다. 수평 스캐너(140)에는 작은 매스(mass)(145)가 형성되는 위치 어레이(143)가 포함되어 있다. 매스(145)는 디포지트된 금속일 수 있고 또는 포토리소그래피와 같은 종래 방법으로 형성된 다른 재료일 수도 있다. 매스(143) 중 하나를 선택하고 이를 제거하여 미러(141)의 중앙 라인(147)에 대해 비대칭 분포를 형성한다. 매스(145)는 그 주축에 직교하는 축에 대해 피봇시킴으로서 수직축을 따른 보정을 스캔하는 구성요소를 제공한다. 도 20을 통해 볼 수 있는 바와 같이, 수직 스캔 주파수가 수평 스캔 주파수의 두 배이어서 도 20의 전체 스캔 패턴인 리사조스(Lissajous) 즉 "나비 넥타이" 패턴을 만들어 낸다. 매스(145)는 수직 구성요소의 공진 주파수를 튠 하기 위해 능동적으로 변화(예를 들어 레이저 제거에 의해)되기도 한다. 이 실시예를 통해서 추가적인 미러 없이도 보정이 가능하지만, 일반적인 경우에서는 떨림 및 수평 스캐너의 공진 주파수를 매칭시킬 필요가 있다.

수평 스캐너(56) 및 보정 스캐너(100)의 상대적인 공진 주파수 매칭을 유지하기 위해서, 스캐너(56,100) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 공진 주파수가 능동적으로 튠 되기도 한다. 아래에서 도 33-36을 참고하여 다양한 주파수 제어 기술을 설명한다. 스캐너(56,100)의 Q가 충분히 낮은 지점 또는 스캐너(56,100)가 공진하지 않는 지점에서, 구동 주파수를 간단히 변화시키는 것으로 동기화를 유지시키는데 충분한 스캐닝 주파수를 시프트 시킬 수 있다.

도 21에 도시한 대로, 이 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너(150)는 주요 스캔부품인 2축 스캐너(152)와 보정 스캐너(154)를 사용한다. 2축 스캐너(152)는 2개의 직교축선을 중심으로 진동하는 단일 미러장치(single mirror device)이다. 이러한 스캐너의 디자인, 제조 및 작동은 예컨대 Neukermann의 '790 특허, Asada외의 Silicon Micromachined Two-Dimensional Galvano Optical Scanner, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.30, No.6, 4647-4649, 및 Kiang 외의 Micromachined Microscanners for Optical Scanning, SPIE Proceedings on Miniaturized Systems with Micro-Optics and Micromachines Ⅱ, Vol.3008, Feb. 1997, pp.82-90에 개시되어 있고, 이들 각각을 이 명세서에 참고로 한다. 2축스캐너(152)는 Neukermann의 '618 특허에 개시된 바와 같이 미러위치를 터미널(158)로 피이드백하는 일체 센서들(156)을 포함한다.

보정 스캐너(154)는 도 17A-B를 참조하여 전술한 바와 같은 MEMs 스캐너가 바람직하지만, 압전 스캐너와 같은 다른 형식의 스캐너도 이 발명의 범주에 포함될 수 있다. 전술한 대로, 보정 스캐너(154)는 파상으로 스캔하여 스캔에러의 상당부분을 제지하거나, 더 정밀한 에러보정을 위해 보정스캐너가 램프패턴(ramp pattern)으로 스캔할 수 있다.

광원(78)에서 나온 빛이 보정 스캐너(154)에 부딪쳐 전술한 대로 보정각 만큼 편향된다. 이 빛은 2축 스캐너(152)에 부딪쳐 수평 및 수직으로 스캔되어 도 3-5를 참조하여 전술한 대로 래스터 패턴과 비슷해진다.

도 23에 도시된 이 발명에 따른 디스플레이의 다른 실시예는 광학 시스템(500)의 입력에 대해 횡 방향으로 입력 빔을 물리적으로 이동시킴으로써 보정미러(100)를 제거한다. 도 23의 실시예에서, 프레임(504)과 입력 광섬유(506)사이에 위치한 압전 드라이버(502)는 수평 스캔 주파수의 2배인 주파수로 구동 전압을 받는다. 이 구동전압에 응답하여 압전 드라이버(502)가 변형된다. 광섬유(506)가 이 압전 드라이버(502)에 결합되어 있기 때문에 압전 드라이버(502)의 변형에 응하여 화살(508)로 표시된 광섬유(506)과 음영칠한 광섬유(510)이 이동한다. 당업자라면 알 수 있듯이, 광학 시스템(500)의 특성에 의존하여 압전 드라이버(502)는 광섬유(506)의 횡방향 병진운동(lateral translation)을 일으키거나 광섬유(506)출력의 각이동(angular shifting)을 일으킬 수 있다. 그러면 광학 시스템(500)은 전술한 실시예에서와 같이 광섬유 출력의 운동을 인지된 화소 장소의 운동으로 변화시킨다. 도 23의 실시예가 광섬유를 다른 장소로 옮기지만 이 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들면, 몇가지 응용은 LED 또는 레이저 다이오드와 같은 다른 소스의 병진운동을 포함시키거나, 렌즈(50)의 위치를 바꾸거나, 2축 MEMs 스캐너와 같은 전체 스캐너를 병진시키거나 회전시킬 수 있다.

도 23의 실시예는 입력 광섬유의 위치를 바꿈으로써 입력 빔을 이동시키지만 입력 빔을 이동시키는 다른 방법들도 이 발명의 범위에 속한다. 예컨대, 도 24에 도시한 대로, 전자-광학 수정(300)이 전기 신호에 응답하여 입력 빔(83)을 이동시킨다. 이 실시예에서 빔(83)이 사다리꼴형상 전자-광학 수정(300)의 제 1 면(302)에 들어가고, 여기서 생긴 굴절로 인하여 전파방향의 이동이 생긴다. 빔(83)이 제 2 면(304)을 통해 빠져나갈 때 굴절이 일어나 전파방향의 두번째 이동이 생긴다. 각각의 면에서 전파방향의 변화량은 공기와 수정(300)사이의 굴절율 차이에 의존한다.

잘 알려져 있듯이, 전파-광학 수정의 굴절율은 수정을 통과하는 전기장에 의존한다. 1쌍의 전극(306)을 통해 수정(300)에 걸린 전압은 수정(300)의 굴절율을 제어할 수 있다. 그래서 빔(83)이 파선(83a)으로 표시한 대로 수정(300)에 들어갔다 나올 때, 인가된 전압으로 빔(83)의 각 이동을 제어할 수 있다. 이동량은 인가된 전압에 대응한다. 따라서, 이동량은 전극(306)에 인가된 전압을 제어함으로써 제어될 수 있다. 수정(300)은 래스터 핀치를 오프셋시킬 수 있는 전압제어 빔을 제공한다.

전술한 실시예들은 디스플레이들이었지만, 다른 디바이스나 방법도 이 발명의 범주에 속할 수 있다. 예컨대, 도 24에 도시한 대로, 이미저(600)는 도 21의 스캐너(152,154)와 아주 유사한 2축 스캐너(602)와 보정 스캐너(604)를 포함한다. 이미저(600)는 디지털 카메라, 바코드리더, 이차원 심볼리더, 서롯 스캐너, 또는 다른 영상 획득 장치의 입력 소자일 수 있는 영상수집장치(image collecting device)이다. 이미저(600)가 효율적으로 광을 수집하도록, 이미저(600)는 이미저(600) 외부의 목표 물체(608)로부터 보정 스캐너(604)위로 광을 모아 보내는 광 수집기(606)을 포함한다. 광 수집기(606)는 특정 응용에 적합한 피사계 심도(depth of field), 촛점거리, 시계(field of view) 및 기타 광학 특성들을 갖도록 구성된다. 예컨대, 이미저(600)가 2차원 심볼로지 리더(two dimensional symbology reader)일 경우, 광 수집기(606)는 적생광 또는 적외선광에 최적화 되고 촛점거리는 10-50cm 크기가 된다. 더 큰 거리에서 심볼들을 읽기 위해서 촛점 조정 광학장치는 더 긴 촛점 조정 거리를 갖거나 가변 촛점을 가질 수 있다. 이 광학장치는 광학 경로를 따라 다른 장소들에 위치하게 됨으로써 사용될 부품들이 더 작고 더 값싸게 할 수 있다.

보정스캐너(604)는 디스플fp이 실시예들에 대하여 전술한 대로 광수집기(606)에서 수집된 광을 되돌리고, 그래서 수집된 광은 2축 스캐너(602)에 도달하기 전에 보정성분을 갖는다. 2축 스캐너(602)가 대략 래스터 패턴을 통해 스캔하여 일정범위의 각도에서 광수집기(606)에 도달한 광을 수집하고 이 광을 일군의 고정 광 검출기(610)위로 되돌리며, 각각의 광 검출기는 각자의 장소 및 방위가 정해져 있어 이미지 필드의 각자 "타일"을 묘사한다.

2축스캐너(602)의 이동은 목표대상(608)의 연속한 점들을 광검출기(610)위로 비추는 것으로 바뀐다. 광검출기(610)는 스캐너(602)의 광에너지를 디코딩 전자장치(612)에 의해 수신되는 전기 신호들로 변환한다. 이미저(600)가 심볼로지 리더인 경우, 디코딩 전자장치(612)는 심볼 디코딩 및 저장 회로와 이 저장된 화일들로부터 이미지를 조립하기 위한 부가 전자장치를 포함할 수 있다. 이미저가 카메라의 일부인 경우, 디코딩 전자장치(612)는 D/A 컨버터, 메모리 디바이스 및 스캔된 타일의 디지털 표현을 저장하기 위한 관련 전자장치와 이 저장된 화일들로 부터 이미지를 조립하기 위한 부가 전자장치들을 포함할 수 있다. 당업자라면 알 수 있듯이 보정 스캔너(604)가 2축 스캐너(602) 전에 위치되지만, 어떤 응용의 경우에는 2축 스캐너(602) 다음에 보정 스캐너(604)를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다.

도 24에 도시한 이미저(600)의 다른 특징은 목표 대상이 각자의 장소를 조명하는 광을 제공하는 1조의 조명원(614)이다.

이 조명원(614)들은 빔들의 차별화를 용이하게 하도록 다른 파장들로 이루어지는 것이 바람직하지만, 어떤 응용의 경우에는 공통파장의 디바이스들이 사용될 수도 있다. 이미저(600)가 심볼 리더인 다파장 구조의 실시예에서, 조명원(614)은 광 빔을 빔스플리터(616)안으로 방출하는 적외선 또는 적색광 에미터를 포함할 수 있다. 빔 스플리터(616)는 조명광 빔들을 2축 스캐너(602)를 보내고, 여기서 조명광은 보정 스캐너(604)로 되돌려 보내진다. 조명광 빔들은 목표대상(608)으로 부터의 광경로들과 동일선상에 있기 때문에 이 조명광 빔들은 광검출기(610)에 의해 비춰지는 동일한 장소들에서 목표대상(608)에 부딪친다. 조명광 빔들은 목표대상(608)의 각자 영역들의 반사성에 대응하는 패턴으로 목표대상(608)에 의해 반사된다. 이 반사된 조명광은 광검출기(610)로 이동하여, 목표대상(608)의 각자 영역들을 비추는 광검출기들(610)에 의해서만 사용되는 각자 영역들 광을 묘사한다. 고해상도를 위해서 조명원(614)이 조명하거나 광검출기(610)에 의해 비춰지는 지역은 알려진 여러가지 광학기술을 통해 소형화될 수 있다.

당업자라면 알 수 있듯이 도 24는 수평 스캐너(602)다음에 위치한 보정 스캐너(604)를 보여주지만, 빔스플리터(616)와 스평스캐너(602)사이에 보정스캐너를 위치시키는 것이 바람직하다. 이로써 보정스캐너(604)의 미러가 소형화 될 수 있다.

다른 방안으로, 광검출기(610)가 스캐너(602)(604)의 외부에 장착되어 각자의 타일들로 부터 직접 광을 포획하도록 배향될 수 있다. 각각의 광검출기(610)가 각자의 광원에 파장 정합되어 있기 때문에 그리고 광검출기들(610)이 공간적으로 구분된 지역들로 정렬되어 있기 때문에 각자 타일들로 부터의 신호들 사이의 크로스토크는 적절히 억제될 수 있다.

도 24의 이미저(600)의 한가지 응용에 있어서, 하나 또는 그 이상의 조명원(614)은 적색 레이저 다이오드 또는 가시 파장 광방출 다이오드(LED)와 같은 직접 변조된 가시광원을 포함한다. 도 25에 도시한 대로, 가시조명원(614)는 사용자에게 보이는 이미지를 생성할 수 있다. 도 25의 예시적 실시예에서 이미저는 목표대상(608)위의 심볼에 포함된 정보를 식별하는 심볼로지 스캐너로서 작동할 수 있다. 일단 디코딩 전자장치(612)가 품목 가격과 정체(ID)와 같이 투시할 소망의 이미지를 식별하면 디코딩 전자장치(612)는 조명원(614)의 구동전류를 변조시켜 이 소망의 이미지에 따라 방출광의 강도를 변조한다. 사용자가 스크린(619) (또는 목표대상)을 향해 이미저(600)를 돌릴 때, 조명광이 전술한 대로 스크린(619)위에 주사된다. 이 가시광이 소망의 이미지에 따라 변조되므로 스크린(619)에서 반사된 가시광은 상기 소망의 이미지에 따라 공간적으로 변조된다. 그래서, 이미저(600)는 이미지 데이터를 획득하는 외에 이미지 투사기로도 작용한다. 다이오드를 변조하여 이미지를 생성하는 외에 또는 그 대안으로서 목표대상(608)의 지역들 각각에 대응하는 다이오드들은 이미저(600)의 전체 시계를 채우는 연속 광빔 또는 펄스형 광빔을 출력할 수 있다. 그래서 이미저(600)는 사용자에게 시계를 표시하는 스폿터 프레임(618)을 제공한다. 유사하게 조명원(614)은 시계의 윤곽을 그리거나 크로스해칭이나 기점과 같은 시계의 다른 표지를 만들어 사용자가 이미저(600)를 목표대상(608)에 정렬시키는 것을 돕는다.

래스터 핀치를 보상하는 외에, 도28에 도시한 스캐닝 시스템의 한 실시예는 공진 및 다른 비선형 스캐닝 시스템의 비선형성 효과를 조명하기도 한다. 당업자라면 알 수 있듯이, 이런 보정의 단일 광원이나 단일 검출기 시스템에 대하여 설명되었지만, 여기에 개시된 접근방법이 상기 도 10에 제시한 대로 하나이상의 광원을 사용하는 시스템들에도 적용가능하다. 예컨대, 하나의 응용에 있어서 도 28을 참조하여 후술하는 보정된 출력 클록신호가 버퍼들(1306 A-D)(도13)모두를 구동시켜 버퍼들(3306 A-D)로 부터 병렬로 데이터를 출력한다.

도 26에 파선으로 도시한 대로, 유입 데이터의 타이밍은 선형 스캔 속도를 전제로 한다. 즉, 직선상의 등간격 연속 장소들에서 데이터가 일정 간격으로 도달한다. 그러나, 공진 스캐너는 도 26에 실선으로 표시한 대로 정현적으로 변하는 스캔 속도를 갖는다. 시간 to에서 시작하는 직선의 시작을 위해(정현 스캔에 대한 실제 스캔 시작은 도26에서 전술한 대로 약간 지연될 가능성이 있음에 유의하라)정현 스캔은 초기에 선형 스캔보다 뒤처진다. 그래서 위치 P1 의 이미지 데이터가 시간 t1A 에서 도달하면, 정현 스캔이 위치 P2 에 화소를 배치한다.

화소를 위치보정 시키도록, 도 28의 시스템은 후술하는 바와 같이 시간 t1B 까지 이미지 데이터를 지연시킨다. 도28에 도시한 대로, 도달하는 이미지 데이터 V1M 을 이미지 데이터신호의 수평 동기화 성분에 응답하여 카운터 회로(2202)에 의해 라인 또는 프레임 버퍼(2200)에 클록된다. 카운터 회로(2202)는 종래의 회로이고, 등간격 펄스들로 이루어진 입력 클록신호를 제공하여 이 데이터를 버퍼(2200)에 클록시킨다. 도 13의 다중광원 시스템에서, 4개의 버퍼(1306 A-D)와 디멀티플렉서(1304)가 프레임 버퍼를 대신하고, 이미지 데이터는 단일 프레임 버퍼 또는 라인 버퍼에 클록되는 것이 아니라 디멀티플렉서(1304)를 통해 4개의 버퍼들(1306 A-D)에 순차적으로 클록된다.

피이드백 회로(2204)는 버퍼(2200) (또는 도 13의 버퍼들 1306 A-D)의 출력 타이밍을 조절한다. 피이드백 회로(2204)는 스캐닝 조립체(82)의 정현신호 또는 다른 감지 신호를 수신하여 이 감지신호의 주기를 고속 제 2 카운터(2206)으로 분할한다. 논리회로(2208)가 카운터 출력에 응답하여 출력 클록신호를 생성한다.

그러나, 입력 클록신호와 달리 출력 클록신호의 펄스는 등간격이 아니다. 대신에, 도26의 선형신호의 타이밍을 정현신호와 비교함으로써 펄스 타이밍이 해석적으로 결정된다. 예컨대, 위치 P1 에 있는 화소에 있어서 논리회로(2208)는 선형 스캔속도의 경우에서와 같은 시간 t1A 가 아니라 시간 t1B 에서 출력 펄스를 생성한다.

논리회로(2208)는 메모리(2210)내 룩업테이블에 액세스함으로써 화소위치에 대응하는 계수를 확인한다. 룩업테이블(2210)내 데이터는 스캐닝 시스템 주기를 여러 개의 계수를 확인함으로써 정의된다. 도 27은 35 화소라인에 대해 도표로써 이런 계산을 보여준다. 당업자라면 알 수 있듯이 이런예는 명료한 표현을 위해 단순화되어 있다. 전형적인 라인은 수백 또는 심지어 수천 화소들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 화소들은 원치 않게 시계의 테두리에 함께 밀집해 있고 원치 않게 시계 중심에 이격해 있다. 결과적으로 이미지가 시계의 테두리 근처에서는 압축되고 중간부근에서는 확대되어 왜곡된 이미지를 형성한다.

윗선에서 보이듯이 화소위치는 시간상 등간격인 화소계수들에 대하여 비선형적으로 변화한다. 따라서, 윗선으로 되시된 각 화소들의 원하는 장소는 실제로 비선형 간격의 계수들에 대응한다. 예컨대, 상하부 라인들에 있는 제 1 화소는 제로계수에서 도달하고 제로계수 장소에 위치되어야 한다. 제 2 화소는 100계수에 도달하지만, 540계수에 위치되어야 한다. 마찬가지로 제 3 화소는 계수 200에서 도달하지만 계수 720에서 출력된다. 당업자라면 알 수 있듯이, 도면은 실제 계산과 타이밍을 나타낸다. 예컨대, 어떤 출력계수들은 대응하는 입력계수들보다 더 높고 어떤 계수들은 더 낮다. 물론 화소는 그 대응 데이터가 도달하기 전에는 실제적으로 출력되지 않는다. 이런 상태를 조정하기 위해서 도 28의 시스템은 동기 메모리 장치와 유사한 방식으로 데이터의 출력에 잠복성(latency)를 부과한다. 도 27의 예에서 단일선 잠복성(3400계수 잠복성)이면 충분할 것이다. 이러한 잠복성이 있으면 제 1 출력화소는 계수 3400에서 일어나고 제 2 화소는 계수 3940에서 일어날 것이다.

도 29는 원하는 장소에 화소들을 배치하기 위한 다른 방안을 보여준다. 이 실시예는 출력 데이터의 클록킹을 제어하는 카운터가 아니라 패턴 발생기로부터 보정된 클록을 생성한다.

동기신호 스트립퍼(2500)는 도달하는 이미지신호 VIM에서 수평동기 신호를 벗겨낸다. 이 동기신호에 응답하여 위상고정루프(2502)가 이 동기신호에 고정된 일련의 클록펄스들을 발생시킨다. 클록펄스들에 의해 구동된 A/D컨버터(2504)는 이미지 신호의 비디오 부분을 추출하여 샘플입력데이터를 생성한다. 샘플링 속도는 시스템의 원하는 해상도에 의존한다. 양호한 실시예에서, 샘플링 속도는 대략 40㎒ 이다. 프로그래머블 게이트 어레이(2506)는 A/D컨버터(2504)로 부터 데이터를 조정하여 버퍼(2508)에 저장되는 이미지 데이터 세트를 생성한다. 당업자라면 알 수 있듯이, 각각의 수평동기신호에 대하여 버퍼는 한개 라인의 이미지 데이터를 받는다. 1480×1024 화소 디스플레이에 있어서, 시스템은 비디오 신호의 단일주기동안 1480 세트의 이미지 데이터를 추출하여 저장한다.

일단 각 라인의 데이터가 버퍼(2580)에 저장되면, 이 버퍼가 클록되어, 보정 데이터를 내포한 감마 보정 메모리(2510)를 포함하는 RAMDAC(2509)에 데이터를 출력시킨다. 감마 보정 메모리(2510)에 대한 데이터 입력으로 버퍼 데이터를 사용하는 대신, 이 버퍼 데이터는 감마 보정 메모리(2510)로 부터 보정 데이터를 검색하는 어드레싱 데이터를 생성하는데 사용된다. 예컨대, 선택된 이미지 강도 I1에 대응하는 이미지 데이터 세트라 감마 보정 메모리(2510)내 대응 장소를 식별한다. 실제 이미지 데이터를 출력하는 것이 아니라, 감마 보정 메모리(2510)는 사용자의 눈에 적절한 광 강도를 생성하는 보정 데이터 세트를 출력시킨다. 이 보정 데이터는 다양한 부품들의 투과율, 광원의 강도 대 전류응답, 부품들의 회절 및 개구 효과(diffractive and aperture effects), 그리고 다양한 다른 시스템 특성들을 포함해서 전체 스캐닝 시스템을 특정함으로써 해석적이고도 실험적으로 결정된다.

이 발명에 따라 도 30에 도시된 실시예에서, 광원의 온도 대 강도 또는 수명 대 강도변이에 대해 데이터가 추가로 보정될 수 있다. 수직 및 수평 위치가 사용자의 시계에서 벗어나 있는 동안 기준 데이터가 광원을 구동시킨다. 예컨대, 수평 스캔의 에지에서 기준 데이터는 소정의 광 강도로 세트된다. 검출기(2519)가 광원(2516)의 출력과 온도보상회로(2521)를 감시한다. 강도가 소정 광강도 보다 높으면 이득회로(2523)는 1보다 작은 보정계수만큼 RAMDAC(2506)의 신호를 줄인다. 광강도가 소정 광강도보다 높으면 보정계수는 1보다 크다. 여기에 개시된 실시예들이 비변조된 빔의 일부를 골라내거나 스캐닝 주기의 비표시 기간 중에 빔을 추출하지만 이 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 스캐닝 주기의 표시부분중에 또는 연속적으로 변조 빔의 일부가 골라내질 수도 있다. 변조 빔의 골라내진 부분의 강도가 조정되고 입력 비디오 신호와 비교되어 표시 광의 상대적 강도 대 표시 광의 원하는 레벨에 있어서 변화를 결정하고 변동을 감시한다.

강도를 감시하는 것 외에, 시스템은 동일한 보정 데이터를 통해 또는 제 2 보정계수를 곱함으로써 패턴의존 가열(pattern dependent heating)을 보상하기도 한다. 예컨대, 표시된 패턴이 높은 광강도의 넓은 지역을 포함할 경우 광원 온도는 연장된 기간의 하이레벨 활성화 때문에 올라간다. 이미지 신호에 대응하는 데이터가 버퍼에 저장되어 있기 때문에 광원(2516)의 실제 활성화 이전에 데이터가 얻어진다. 따라서 시스템은 패턴에 의해 생긴 가열량을 예측하도록 앞서 볼 수 있다. 예컨대, 광원이 목표 화소에 앞서 50화소에 대해 고도로 활성화되면 시스템은 근사한 패턴의존 가열을 예고할 수 있다. 이 예고된 패턴의존 가열에 기초하여 보정계수가 계산될 수 있다. 대략 여기서는 강도에 대하여 보정이 기술되었지만 많은 실시예들에 있어서 패턴 칼라들의 변동과 에미터들의 다른 응답들을 보상할 수 있도록 적, 청 및 녹색 파장들에 대하여 보정이 독립적으로 이루어진다. 각 파장을 독립적으로 보상함으로써 광 에미터의 신호 대 강도 응답의 다양한 변동으로 인한 칼라 부호화를 제한할 수 있다.

도 29를 다시 보면, (강도 변이에 대하여 수정한 대로) 감마 보정 메모리(2510)에서 나온 보정된 데이터가 신호형성회로(2514)를 구동하고, 이 신호형성회로는 보정된 아날로그 신호를 증폭하고 처리하여 광원(2516)에 입력신호를 발생시킨다. 응답 시에 광원(2516)은 감마 보정 메모리(2510)의 보정 데이터에 따라 변조된 광을 출력한다. 이 변조된 광이 스캐너(2518)에 들어가 투시를 위한 스캔 변조 광을 생성한다.

버퍼(2508), 보정 메모리(2510), 및 D/A 컨버터(2512)를 구동하는 클록신호는 클록발생기(2522), 패턴 메모리(2524) 및 상승에지 검출기(2526)를 포함하는 보정클록회로(2520)에서 나온다. 클록발생기(2522)는 스캐너(2518)의 감지신호에 고정된 위상고정루프(PLL)를 포함한다. PLL은 감지신호에 고정된 약 80㎒의 고주파 클록신호를 발생한다. 이 고주파 클록신호는 패턴메모리(2524)의 어드레스에서 순차적으로 데이터를 클록한다.

상승에지 검출기(2526)는 패턴 메모리(2524)에서 검색된 데이터의 각 0 대 1 전이에 응답하여 펄스를 발생한다. 이 펄스는 버퍼출력, 감마 보정 메모리(2510), 및 D/A 컨버터(2512)를 구동시키는 클록신호 CKOUT를 형성한다.

당업자라면 알 수 있듯이, 에지 검출기(2526)에서 나온 펄스의 타이밍은 패턴 메모리(2524)에 저장된 데이터에 의존하고 스캐너(2518)의 스캐닝 주파수 fscan에 의존한다. 도 31은 이런 개념의 단순화된 예를 보여준다. 당업자라면 알수 있듯이 도 31에서 데이터 구조는 단순화되어 있고 어드레싱과 기타 회로도 명료한 표현을 위해 생략되었다.

도 31의 예에서, 스캐닝 주파수 fscan 이 20㎑이고 클록발생기(2522)가 스캐닝 주파수 fscan의 4000배에서 클록신호를 출력하면, 패턴 메모리(2524)가 80㎒로 클록된다. 어드레스된 메모리 장소(2524A)내 모든 비트들이 0이면 발생기 클록의 16 전이에 대해 출력클록의 전이가 전혀 생기지 않는다. 장소(2524B)의 데이터 구조에 있어서는 발생기 클록의 16 전이에 대해 단 1회의 출력 클록 전이가 일어난다. 마찬가지로, 장소(2524C)는 스캔신호의 1주기동안 2개 펄스의 발생기 클록을 제공하고, 장소(2524E)는 1주기동안 8개 펄스의 발생기 클록을 제공한다.

펄스의 개수와 상대적 타이밍은 패턴메모리(2524)에 저장된 데이터에 의해 제어된다. 다른 한편, 발생기 클록의 주파수는 스캐너 주파수에 의존한다. 스캐너 주파수가 변함에 따라 펄스의 타이밍도 변하지만 패턴 메모리에 저장된 데이터에 의존할 것이다.

도 29및 30의 방법은 정현속도 변이 보정에 제한되지는 않는다. 클록패턴메모리(2524)는 전자 및 광학소스의 광학적 왜곡, 2차 고조파, 및 응답시간 특이성등과 같은 많은 종류의 비선형성을 조정하도록 프로그램될 수 있다.

더욱이, 도 29의 기본구조는 도 30에 도시된 대로 버퍼(2508) 앞에 비트카운터(2530), 룩업테이블(2532), 및 수직 증분회로(2534)를 삽입함으로써 수직 스캐닝에러 또는 광학적 왜곡에 적합하도록 용이하게 변형될 수 있다. 카운터(2530)는 각 펄스의 입력클록에 응답하여 룩업테이블(2532)을 어드레싱하여 2비트의 저장 데이터를 검색한다. 이 검색 데이터는 수직 어드레스가 증분되거나, 감분되거나 그대로 있는지를 표시한다. 룩업테이블(2532)내 데이터는 스캐닝 시스템과 광학장치의 광학적 왜곡을 측정함으로써 실험적으로 결정되거나, 모델링을 통해 해석적으로 결정된다. 어드레스가 증분되거나 감분되면 증분회로가 버퍼(2508)내 어드레스를 증분시키거나 감분시키고, 그래서 공칭 메모리 장소(nominal memory location)에 저장되었을 데이터가 실제로는 공칭 장소보다 1열이 높거나 낮은 다른 장소에 저장된다.

그런 데이터 구조의 도표가 도 32에 단순화되어 보여진다. 이 예에서, 제 1 라인의 데이터(line 0)에 대한 제 1 데이터 비트들 3개 세트(3202)가 제 1 메모리 열에 저장되고, 제 1 라인에 대한 다음 데이터 비트들 3개조(3204)가 제 2 메모리 열에 저장되고, 제 3 메모리 열에 저장된다. 당업자라면 알수 있듯이 이 예는 명료한 표현을 위해 아주 단순화되어 있다. 실제의 구현은 더 많은 세트의 데이터들을 포함하고 열 개수의 감분과 증분을 모두 이용한다.

결과적으로 어떤 라인의 데이터 일부가 다른 라인으로 이동된다. 그래서 버퍼(2508)안의 데이터 맵은 도 32에 도시한 대로 왜곡된다. 그러나, 이런 데이터 맵의 왜곡은 스캐닝 및 광학 왜곡에 의해 야기된 이미지의 수직 왜곡을 상쇄하도록 선택될 수 있다. 그 결과, 전체 시스템 왜곡은 감소된다. 도 30의 실시예가 버퍼(2508)에 저장된 데이터의 위치를 조정함으로써 수직 왜곡의 보정을 보여주지만, 이런 보정에 대한 다른 방법이 구현될 수도 있다. 예컨대, 저장 장소의 어드레스를 조정하지 않고, 버퍼(2508)에서 RAMDAC(2509)까지 데이터를 검색하는데 사용된 어드레스가 변형될수도 있다.

전술한 대로, 많은 응용들에서 하나 이상의 스캐너들의 스캐닝 주파수들을 제어하는 것이 바람직하다. 비공진 즉 낮은 Q 응용에 있어서, 구동신호의 주파수를 간단히 바꾸면 스캐닝 주파수가 변할 수 있다. 그러나, 높은 Q 공진응용에 있어서는 스캐너의 진폭응답은 구동신호가 스캐너의 공진주파수와 다르면 급격히 떨어질 수 있다. 구동신호의 진폭변화는 약간 보상할 수 있지만, 구동신호의 크기는 많은 경우에 수용불가능하게 높아진다. 결국, 많은 응용의 경우에 구동신호 주파수 및/또는 진폭을 조절함으로써 스캐너 주파수 fscan 을 조절하려고 하는 시도는 바람직하지 않다.

주파수 fscan를 조정하는 한가지 방안이 MEMs 스캐너(3300)에 대해 도 33 및 34에 도시되어 있다. 스캐너(3300)는 미러 몸체(3304)의 모서리에 위치한 4개의 튜닝탭(3302A-D)을 포함한다. 튜닝탭(3302A-D)는 미러몸체(3304)와 한몸인 유연한 돌기들이다. 고정된 딱딱한 돌기(3305)가 튜닝탭(3302A-D)에 인접하여 미러몸체(3304)에 튀어나와 그 사이에 작은 간격을 이룬다.

각각의 튜닝탭(3302A-D)은 도체 (3310)에 의해 외부전극(3312)에 결합된 접지전극(3306)을 지탱하며 각자의 탭(3302A-D)에 인접한 전기적 기준평면을 형성한다. 각각의 딱딱한 돌기(3306A-D)는 각자의 외부전극(3316A-D)에 의해 조정된 각자의 열전극(3308)을 지탱하고, 그래서 각자의 튜닝탭(3302A-D)와 상응하는 딱딱한 돌기(3306A-D)간의 전압조정이 가능해진다.

각각의 유연한 탭(3302A-D)은 도 34에 도시한 대로 탭(3302A-D)와 딱딱한 입접 돌기들 3306)간에 인가된 전압차에 응답하여 구부러지도록 설계되어 있다. 구부러지는 양은 인가된 전압에 의존하므로 튜닝탭 구부러짐을 전기적으로 제어가능해진다.

해당분야의 숙련자라면 스캐너(3300)의 공진 주파수가 미러(3304)의 질량, 미러(3304)를 지지하는 토션 암(3317)의 치수 및 기계적 성질과, 미러(3304)의 회전축에 대하여 (탭(3302A-D) 및 견고한 돌출부(3306)를 포함한) 미러(3304) 절반 각각의 질량 중심의 위치(3318)에 관한 함수임을 알 것이다. 상기 유연한 탭을 구부리면 질량 중심은 초기 위치(3318)에서 새로운 위치(3320)로 약간 안쪽으로 이동한다. 질량 중심은 회전축에 보다 가까이 위치하게 되므로, 스캐닝 주파수는 약간 증가한다. 따라서, 고정된 돌출부(3306)상의 전압을 증가시키면 스캐너(3300)의 공진 주파수가 증가될 수 있다.

스캐너에서 공진을 제어하기 위하여 전기적으로 제어되는 요소를 사용하는 것은 수평 스캐닝 주파수를 제어하는 데에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 35에 따른 실시예에서, 미러 몸체(3500)는 몸체의 끝으로부터 연장된 콤 드라이브(comb drive)(3502)와 서로 맞물려져 있다. 콤에 의해 구동되는 액추에이터는 공지된 구조로서, 예를 들면, ELECTROSTATIC-COMB DRIVE OF LATERAL POLYSILICON RESONATORS(Tang 등, Transducers '89, Proceedings of the 5th International Conference on Solid State Sensors and Actuators and Eurosensors III, Vol.2, 328-331페이지, 1990년 6월)에 기재되어 있다.

도전체(3504) 각각은 콤 드라이브(3502) 각각으로부터 연장되어 전압 Vtune1, Vtune2를 조절하여 콤 드라이브(3502)를 제어한다. 알려진 바와 같이, 인가된 전압은 콤 드라이브(3502)에서 측면 방향 힘(F1,F2)를 생성한다. 콤 드라이브(3502)의 말단에 위치한 유연한 암(arm)(3506)은 힘(F1,F2)에 응하여 구부러지며, 이로 인해 미러 몸체 절반 각각의 질량 중심(3508)에 대하여 유연한 암(3506)의 질량은 이동하게 된다. 이러한 위치 이동은 미러 몸체(3500)의 회전축에 평행하게 이루어지므로, 수평 공진 주파수는 상당히 이동하지는 않는다. 그러나, 유연한 암이 위치 이동을 다르게 하도록 전압이 인가되면, 미러 몸체(3500)은 약간 균형을 잃을 수 있다. 그러면 미러 몸체(3500)는 도 20의 리싸쥬(Lissajous) 패턴과 근접하기 시작한다. 조절 전압(Vtune1, Vtune2)을 조정하면 그에 따라 스캔 패턴이 조정된다. 유연한 암(3506)의 질량과 전압(Vtune1, Vtune2)이 적절히 선택되면, 균형을 잃은 미러 몸체가 진동하는 공진 주파수는 수평 스캐닝 주파수의 정수배가 되고 리싸주 패턴은 안정하게 된다. 따라서 스캔 패턴을 측정하고 조절 전압(Vtune1, Vtune2)을 조절하면, 리싸주 패턴은 안정하게 유지된다. 따라서, 전기적으로 제어되는 구조는 핀치 보정에 도움이 될 수 있다.

도 36은 스캐너(3600)의 공진 주파수를 제어하는 다른 접근법을 보여준다. 본 실시예에서, 플랫폼(platform)(3602)은 투명 덮개(3606)를 갖는 밀봉 패키지(3604)안에 위치하며, 스캐너(3600)는 플랫폼(3602) 위에 위치한다. 패키지(3604)는 또한 저압의 헬륨이나 아르곤 혼합체와 같은 가스를 포함한다. 스캐너(3600)의 공진 주파수는 THE ELECTRONIC NOSE IN LILLIPUT(Baltes 등, IEEE Spectrum, 1998년 9월, 35-39 페이지)에 기재된 바와 같이, 부분적으로 패키지(3602)내의 압력과 가스의 성질에 의존한다. 통상적인 밀봉 패키지와 달리, 패키지(3604)는 플랫폼(3602)아래에 감춰진 한 쌍의 가스배출 노듈(nodule)(3610)을 포함한다.

노듈(3610)은 저항 히터(3611) 위에 위치하며, 폴리머의 이소프로패놀(isopropanol)과 같은 가스배출 물질에 의해 만들어진다. 전류는 히터(3611)가 가열되도록 하고, 이에 따라 노듈(3610)은 가스를 배출한다. 주파수 전자 제어기(3614)는 노듈(3610) 각각의 맞은편에 위치한 전극 쌍(3612)을 통하여 제어 전류를 인가함으로써 배출되는 가스의 양을 제어한다. 가스 집중이 증가하면 스캐너(3600)의 공진 주파수는 감소한다. 보다 큰 주파수 변화를 위하여, 흡수 폴리머 부분(3618)은 스캐너 토션 암(3620)을 코팅하여 공진 주파수에 대한 흡수 효과를 증폭시킨다.

통상적으로, 전술한 가변 또는 능동형 조절 접근법은 소량의 주파수 변화를 생성하는 데 적합하다. 예를 들면, 환경 영향, 노후 또는 내부적 열 발생에 의한 공진 주파수 표류를 소량의 주파수 조절에 의해 보상할 수 있다. 능동형 조절 접근법의 어려움을 감소시키거나 능동형 조절을 전체적으로 없애기 위하여, 다수의 응용분야에서 스캐너의 공진 주파수를 조절하여 스캐너의 보상되지 않은 공진 주파수와 소기의 스캔 주파수간의 차이를 최소화하는 것이 바람직하다. 그러한 주파수 차이는 프로세스 변화, 물질 성질 변화 또는 다른 영향들에 의해서 발생된다.

도 37은 스캐너의 보상되지 않은 공진 주파수를 조절하는 방법을 보여준다. 스캐너(3700)는 일체형의 조절 탭(3702A-B, 3704A-B, 3706A-B, 3708A-B, 3710, 3712)으로 구현된다. 초기에는, 스캐너의 미러 몸체(3714)와 토션 암(3716)이 소기의 공진 주파수보다 약간 낮은 공진 주파수를 생성하도록 모든 조절 탭 (3702A-B, 3704A-B, 3706A-B, 3708A-B, 3710, 3712)이 부착된 상태에서 크기가 설정된다. 일단 스캐너(3700)가 조립되면, 공진 주파수는 다양한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들면, 스캐너(3700)는 전술한 방법 중의 하나에 의해 구동될 수 있으며, 미러의 응답은 광학적으로 측정될 수 있다. 다른 방법으로, 주파수에 대한 임피던스를 측정하여 공진 주파수가 상대적으로 신속하게 생성될 수 있다.

그리고 나면, 결정된 공진 주파수는 소기의 주파수 보상을 확인하기 위하여 소기의 공진 주파수와 비교된다. 확인된 주파수 보상에 근거하여, 조절 탭(3702A-B, 3704A-B, 3706A-B, 3708A-B, 3710, 3712)의 일부가 예를 들면, 레이저 트리밍(trimming) 또는 기계적 힘에 의해 미러 몸체(3714)의 질량을 줄이기 위하여 제거될 수 있다. 알려진 바와 같이, 미러 몸체(3714)의 질량을 낮추면 (다른 변화가 없는 경우에) 공진 주파수는 증가하게 된다. 확인된 주파수 보상을 위해 제거되어야 할 탭의 숫자와 위치는 모델링이나 실험 데이터를 통하여 결정될 수 있다. 바람직하게는, 제거되는 조절 탭은 미러 몸체 절반 각각의 질량 중심과, 미러 몸체(3714)의 회전축과 관련하여 대칭되는 위치에 놓인다. 이러한 대칭을 보다 용이하게 하기 위하여, 조절 탭(3702A-B, 3704A-B, 3706A-B, 3708A-B, 3710, 3712)은 미러 몸체(3714)에 관하여 대칭되는 위치에 놓인다. 예를 들면, 조절 탭(3702A-B, 3704A-B)은 그룹으로 제거될 수 있다. 유사하게, 조절 탭(3710, 3712)은 한 쌍으로 제거될 수 있다.

도 37의 조절 탭(3702A-B, 3704A-B, 3706A-B, 3708A-B, 3710, 3712)은 표현하기 편의상 동일한 크기로 제시되어 있으나, 반드시 동일한 크기일 필요도 없고 바람직하지도 않다. 여러 응용분야에서, 탭은 다양한 크기여서 조절할 때 보다 큰 유연성을 제공한다. 한 예로서, 탭의 크기는 소기의 조절 증가량에 개략적으로 해당하도록 선택된다.

MEMs 장치에서 알려진 바와 같이, 몇몇 MEMs 스캐너(3700)는 통상 하나의 기판 위에 형성된다. 따라서, 일부 환경 하에서는 기판을 다이싱(dicing)하기 전에 공진 주파수를 조절하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, MEMs 스캐너(3700)는 기판의 일부인 동안에 조절된다. 이렇게 적용할 때, 프로브 스테이션(probe station)은 압저항(piezoresistive) 위치 센서로부터 측정하고 출력하여 스캐너(3700)의 공진 주파수를 결정한다. 제어기를 기반으로 한 마이크로 프로세서는 프로브 스테이션에 연결되어 측정된 공진 주파수와 소기의 공진 주파수 사이의 차를 결정한다. 그러면, 제어기의 소프트웨어 프로그램은 해당하는 조절 탭(3702A-B, 3704A-B, 3706A-B, 3708A-B, 3710, 3712) 세트를 확인하며, 확인된 조절 탭은 예를 들면, 레이저 절제(laser ablation)를 통해 제거된다. 조절의 각 단계는 자동화될 수 있으며, 스캐너(3700)는 기판을 다이싱 하기 전에 자동으로 조절될 수 있다.

도 38A에서와 같이, 스캐너의 공진 주파수를 조절하는 다른 방법은 스캐너가 분리되기 전에 수행될 수 있다. 이 접근법에서, 각각의 스캐너(3850)는 웨이퍼(3852)위에 위치한다. 단지 18개의 스캐너(3850)가 웨이퍼(3852)의 일부위에 도시되어 있지만, 해당분야의 숙련자라면 전체 웨이퍼(3852)는 더 많은 스캐너(3850)를 포함할 수 있음을 알 것이다. 상부에 위치한 6개의 스캐너(3850)는 미러(3856)의 상부 표면에 위치하는 한 세트의 질량체(mass)(3854A-F)를 포함한다(나머지 스캐너(3850)는 도 37과 관련하여 전술한 바와 같이 조절 탭을 포함한다). 전술한 바와 같이, 각각의 스캐너(3850)의 공진 주파수는 스캐너의 피봇 축으로부터 분리된 질량체의 양을 포함하여 여러 요소에 의존한다. 따라서, 질량체(3854A-F)는 질량체가 없는 스캐너에 비해 스캐너(3850)의 공진 주파수를 감소시키게 된다.

일단 웨이퍼(3852)가 도 38A에 도시된 단계로 처리되면, 전기 프로브 스테이션이 각각의 스캐너(3850)의 공진 주파수를 감시한다. 그 후, 측정된 공진 주파수는 (자동화된 테스트 프로그램이나 사용자에 의해) 소기의 공진 주파수와 비교된다. 사용자나 컴퓨터상의 테스트 프로그램은 공진 주파수를 소기의 공진 주파수로 이동시키기 위하여 제거되어야 할 질량체의 근사량을 결정한다.

질량체(3854A-F)가 박막 또는 후막의 금속으로부터 만들어지는 실시예에서, 결정된 질량체(3854A-F) 부위는 레이저 절제에 의해 제거된다. 바람직하게는, 제거된 질량체(3854A-F) 부위는 탈축(off-axis) 진동을 제한하기 위하여 미러(3856) 표면에 걸쳐 대칭적으로 분포한다.

다른 실시예에서, 질량체(3854A-F)는 상업적으로 사용되는 유기 폴리머의 어떤 형태와 같이 가해진 열에 응하여 가스를 배출하는 물질로 형성된다. 이 실시예에서, 가열 코일이 미러 표면위에 형성되어 물질을 가열하거나, 입력되는 광학 빔이 가열을 유발하도록 이용될 수 있다. 다른 방법으로, Asada 등에게 허여된 미국 특허 5,606,447호, "Planar Type Mirror Galvanometer and Method of Manufacture"에 기재된 바와 같이 미러가 작용상 도전성 코일을 갖는 경우에, 코일을 통해 전류를 보내면 충분한 열이 가해져 물질이 가스를 배출할 수 있다. 해당분야의 숙련자라면 미러의 상부 표면에 선택적으로 물질을 증착하는 것과 같이, 미러(3856)에 물질을 제거하거나 추가하는 다른 방법을 알 수 있을 것이다. 또한, 상기 과정이 증분적으로 즉, 제거되는 질량체 부분이 계산되고 나면 제거되는 형태로 설명되었지만, 상기 과정은 연속적일 수 있다. 그러한 접근법에서, 스캐너(3850)는 활성화되고, 공진 주파수는 물질이 제거되거나 추가되는 동안에 측정된다. 측정된 공진 주파수가 소기의 공진 주파수와 일치할 때까지 물질은 계속하여 제거되거나 추가된다.

주파수를 조절하는 다른 방법은, 구리나 크롬과 같은 이동(migrating) 물질의 블록(3870)이 스캐너(3874)의 각 토션 암(3872) 위에 형성된다. 블록은 통상적인 집적회로 처리 기술에 따라 형성될 수 있다. 알려진 바와 같이, 그러한 물질은 가열될 때 실리콘으로 이동하는 경향이 있으며 실리콘의 기계적 성질을 변화시킨다. 따라서, 상기 물질과 실리콘이 예를 들면, 스캐너(3874)를 가열하여 입력되는 광학적 에너지에 의해 가열될 때 토션 암(3872)의 기계적 성질이 변화한다. 통상적으로, 기판이 다이싱된 후에 스캐너(3874) 전체를 가열하게 되며 이동이 개개의 장치에 대하여 독립적으로 제어된다. 토션 암(3872)의 기계적 성질이 변하면, 미러(3876)의 진동의 공진 주파수도 변한다. 도 38A와 관련하여 전술한 일반 절차에서와 같이, 프로브 스테이션과, 전자 혹은 사용자 제어 구현부는 공진주파수를 초기치에서 소기의 값으로 이동시킬 수 있다. 도 38A-B와 관련하여 설명된 양 방법에서, 대량생산과 같은 적용 분야에서 바람직하듯이, 자동 프로브 스테이션 및 마이크로프로세서에 의해 제어되는 질량체 제거 또는 가열에 의해 웨이퍼 상의 장치의 공진 주파수를 조절하는 과정이 자동화될 수 있다.

도 12와 관련하여 설명된 바와 같이, 2차원 타일링(tiling)에 의해 대형 고해상도의 디스플레이가 가능하다. 도 40은 4개의 분리된 공급원(3800,3802,3804, 3806)이 공통의 스캐너(3808)에 공급될 때 발생할 수 있는 어려움을 보여준다. 하부 좌측의 스캐너(3800)에 대한 광선 추적으로부터 알 수 있듯이, 상부 우측 공급원(3804)은 하부 좌측 공급원(3800)의 예측 스캐닝 영역(3810) 내에 위치한다. 추가의 조정이 없다면, 상부 우측 공급원(3804)은 하부 좌측 공급원(3800)로부터의 영상 일부를 폐색하여 해당하는 타일에서 빛나지 않는 영역을 생성한다.

도 41은 공급원과 빔이 겹치는 효과가 감소될 수 있는 방법을 보여준다. 본 실시예에서, 빛은 분리된 파이버(3900,3902,3904,3906)를 통해 도착하며, 각각의 회전 미러(3916,3918,3920,3922)에 대한 각각의 GRIN 렌즈(3908,3910,3912,3914)에 의해 집중된다. 도 41에서 두개의 미러(3916,3922)에 대해 도시된 바와 같이, 회전 미러(3916,3922)는 매우 작은 미러로서 각각의 GRIN 렌즈(3908,3914)로부터의 빛이, 만곡되고 일부 반사하는 미러(3924)를 향하도록 방향이 설정된다. 미러(3924)에 의해 입사되는 빛은 중앙에 위치하는 스캐너(3926)를 향하며, 스캐너(3926)는 전술한 바와 같이 주기적으로 스캔한다. 스캔된 빛은 부분적으로 투과성을 갖는 미러(3924)를 통과하여 영상이 보이는 이이지 영역(3928)으로 향한다.

도 41에서 도시된 바와 같이, GRIN 렌즈(3908,3914)는 각각의 파이버(3900,3906)로부터의 발산하는 빛을 집중시켜 각각의 회전 거울(3916,3922)에서 빔 폭을 실질적으로 최소 직경으로 감소시킨다. 그 후, 빔(3930)은 만곡된 미러(3924)로 향하면서 팽창한다. 만곡된 미러(3924)는 팽창하는 빔(3930)을 실질적으로 평행하거나 약간 수렴하는 빔(3932)으로 변환하며, 빔(3932)은 스캐너(3926)의 미러 폭 W보다 약간 작은 직경을 갖는다.

도 41에서, 회전 미러(3916,3918,3920,3922)는 스캔 동안에 다른 회전 미러로부터의 빛을 차단한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 회전 미러는 오직 빔의 소영역만 차단하고, 빔은 영상 영역(3924)에서 수렴하므로, 효과는 해당 픽셀을 약간 어둡게 하는 정도이다. 보상되지 않으면, 이것은 소기의 픽셀 강도에서 약간의 변화를 발생시킨다. 그러나, 도 29와 관련하여 전술한 프로그램 가능한 게이트 어레이(2506)는 강도를 미리 가중하여 회전 미러(3916,3918,3920,3922)에 의한 어두워지는 효과를 제거할 수 있다.

효율을 향상시키기 위하여 도 39 및 41에 따른 디스플레이는 또한 편광된 빛의 성질을 이용할 수 있다. 몇몇 응용분야에서, 파이버(3900,3902,3904,3906)(또는 레이저 다이오드와 같은 다른 광원)는 편광된 빛을 방출한다. 3M의 Dual Brightness Enhancement Film과 같은 편광 의존 반사기(3934)는 미러의 내측표면을 코팅하며, 편광된 입사 빔(3930)을 반사한다. 반사된 빔(3932)은 스캐너(3926)로 향하며, 빔(3932)은 편광을 45도 회전시키는 쿼터웨이브 플레이트(quarter wave plate)를 통과한다. 그 후, 빔(3932)은 스캐너(3926)에 의해 반사되며 다시 한번 쿼터웨이브 플레이트를 통과하여, 편광은 총 90도 만큼 회전하고 초기의 빔(3930)과 직교한다. 직교하는 편광 빔은 편광 의존 반사기(3834)를 효율적으로 통과하여 영상 영역(3928)으로 향한다.

도 42는 타일링 접근법을 사용하면 어떻게 래스터 핀치(raster pinch)가 보정 스캐너 없이 감소될 수 있는지를 보여준다. 본 실시예에서, 입력 파이버(4102)로부터의 변조된 빛은 광 스위치(4108)에 의해 지시된 바와 같이 한쌍의 전송 파이버(4104,4106)의 어느 하나로 입력된다. 빛은 전송 파이버(4104,4106)에서 출력되어 공통의 스캐너(4110)를 가격하며, 스캐너(4110)는 제 1파이버(4104)에서 출력되어 영상 영역(4114)의 제 1영역(4112)으로 향하는 빛을 스캔하고, 제 2파이버(4106)에서 출력되어 영상 영역(4114)의 제 2영역(4116)으로 향하는 빛을 스캔한다. 파어버(4104,4106)는 제 1 및 제 2영역(4112,4116)이 겹치는 영역(4118)에서 매우 조금 겹치도록 방향이 설정된다.

스캐너(4110)가 전방향으로 스위프하는 동안에, 전자 제어기(4120)는 스위치(4108)를 활성화하며 빛은 제 2파이버(4106)를 통과한다. 따라서, 스캐너(4110)는 제 2영역(4116)의 제 1스캔 라인(4122)을 따라 빛의 방향을 전환한다. 전방향 스위프가 종료하면, 제어기(4120)는 스위치(4108)를 활성화하여 빛이 이제는 제 1파이버(4104)를 통과하여 제 1영역(4112)의 제 1스캔 라인(4124)을 따라 스캔된다. 스캐너(4110)의 스위프 각각에 대하여, 제어기(4120)는 스위치를 활성화하여 영역(4112,4116) 각각에 라인 세트를 생성한다. 수직 스캔은 전방향 스위프 동안 계속되므로, 도 42에 도시된 바와 같이 라인은 약간 경사진다. 그러한 경사는 시청자가 보통 감지할 수 없지만, 원한다면, 스캔 경사를 상쇄하는 역 경사(counter-tilt)를 광학적으로 생성할 수 있다. 다른 방법으로, 영상 데이터는 보상을 위하여 도 29와 관련해서 전술된 프로그램 가능한 게이트 어레이(2506)에 의해 미리 일그러뜨릴 수 있다.

본 구조는 두개의 수평 타일(tile)이나 하나의 광 방출기에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 43에 도시된 바와 같이, 파이버 두개로부터 출력된 빛은 파이버 4개로 전환되어 2X2 타일 영상을 생성할 수 있다.

본 방법에서, 입력 파이버(4200)는 광 스위치 세트(4210,4212,4214)에 의해 4개의 파이버(4202,4204,4206,4208)와 연결되며, 파이버(4202,4204,4206,4208) 각각은 스캐닝 조립체(4216)에 빛을 방출한다. 스위치 제어기(4220)는 스위프 방향과, 시선 추적기(미도시)에 의해 제공되는 바와 같이 사용자의 추적된 시선 위치에 따라 스위치(4210,4212,4214)를 활성화한다. 시선 추적기는 시선 방향을 결정하는 공지의 어떤 장치라도 좋다.

예를 들면, 사용자가 영상의 상측 절반을 볼 때, 상부 좌측 타일(4222)에 영상을 생성하도록 정렬된 제 1파이버(4206)는 전방향 스위프 동안에 스캐닝 조립체(4216)에 빛을 보낸다. 상부 우측 타일(4224)에 영상을 생성하도록 정렬된 제 2파이버(4208)는 역방향 스위프 동안에 스캐닝 조립체(4216)에 빛을 보낸다. 사용자가 영상의 하측 절반을 볼 때, 하부 좌측 타일(4226)에 영상을 생성하도록 정렬된 제 3파이버(4204)는 전방향 스위프 동안에 스캐닝 조립체(4216)에 빛을 보낸다. 하부 우측 타일(4228)에 영상을 생성하도록 정렬된 제 4파이버(4202)는 역방향 스위프 동안에 스캐닝 조립체(4216)에 빛을 보낸다. 파이버(4200,4206,4208,4204) 각각이 단일한 파이버로서 표현되지만, 몇몇 적용 분야에서는 파이버(4200,4206,4208, 4204) 각각이 실제적으로 복수의 파이버(4200,4206,4208,4204)를 포함할 수 있다. 그러한 적용 분야에서, 파이버(4200,4206,4208,4204) 각각은 복수의 입력 파이버(4200)와 해당하는 복수의 스위치 세트에 연결된다. 본 실시예에서는 복수의 라인이 동시에 쓰여지는 것이 장점을 갖는다. 복수의 라인을 동시에 쓰면 전술한 단일 라인 기록 방법에 비해 수평 스캐너의 주파수가 감소하여, 스캐닝의 어려움이 감소한다. 또한, 복수의 광 방출기로부터 빛을 동시에 공급하면 주어진 디스플레이 밝기에 대해 공급원 각각으로부터 필요한 빛 에너지 양이 감소하고 빔의 변조 주파수가 감소한다. 이로 인해 광원의 성능 요구조건이 감소하며, 디스플레인 전반에 대해 비용과 복잡도가 줄어든다.

도 42 및 도 43에 따른 실시예가 파이버와 광 스위치를 사용하여 설명되었지만, 몇몇 적용분야에서는, 레이저 다이오드, LED, 마이크로 레이저 또는 가스 레이저와 같은 이산적인 광원이 파이버 각각을 대신할 수 있다. 그러한 적용분야에서, 전기 스위치(예를 들면, 트랜지스터)는 선택적으로 광원의 구동 전류를 제어하거나, 광원 각각과 정렬된 외부 변조기를 제어하여 미러의 전방향 및 역방향 스위프 동안에 빛을 공급하는 것을 제어한다.

본 발명은 실시예에 의해 설명되었지만, 구조 및 방법에서 다양한 변화가 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 취해질 수 있다. 예를 들면, 변화하는 공진 주파수 방법은 능동형이든 수동형이든 스캐너 외의 다양한 MEMs 장치에 적용될 수 있다. 그러한 조절은 자이로스코프(gyroscope), 매치(match)된 필터, 광 스위치 또는 다수의 다른 MEMs 응용분야 어디에도 사용될 수 있다. 추가하여, 공정중에 MEMs 물질의 기계적 성질을 변화시키거나 고정점에 대해 질량체의 위치와 양을 이동시키는 방법은 비공진(non-resonant) 장치를 포함하여 다양한 장치에 적용될 수 있다.

유사하게, 다양한 구성요소의 위치를 정하는 것은 전술된 다양한 영상 시스템에서 변화될 수 있다. 위치를 움직이는 한 예로서, 보정 스캐너가 다른 스캐너 전후 어디든지 광 경로 상에 위치될 수 있다. 또한, 동공 확장기가 많은 응용 분야에서 추가되거나 생략될 수 있다. 그러한 실시예에서, 통상적인 시각 추적 방법이 추가되어 스캔된 빔이 눈에 용이하게 공급된다. 또한, 스캐닝 시스템은 프로젝션 디스플레이, 광 저장장치, 다양한 스캔 광 빔 응용분야, 스캔 망막 디스플레이에서 사용될 수 있다. 또한, 프로그램 가능한 지연(delay)과 같이 다양한 시간 제어 메커니즘이 도 24-31과 관련하여 설명된 방법을 대신하여 스캐너의 가변 속도를 보상하는 데 사용될 수 있다. 부가하여, 몇몇 응용분야에서 위치를 정하기 용이하거나 기타 다른 이유로 복수의 스캐너를 사용하는 것이 바람직하며, 스캐너 각각에는 하나 또는 그 이상의 빔이 공급된다. 그러한 구조에서, 각 스캐너 및 해당하는 광원은 각각의 타일 세트를 생성한다. 전반적인 영상은 인접 위치 설정이나 겹치기(overlapping)에 의해 각 스캐너로부터의 타일 세트를 결합하여 형성된다. 비록 겹치기가 일반적으로 각 스캐너가 각각의 파장에 대해 사용되는 경우에만 선호되지만, 몇몇 응용 분야에서는 겹치기가 비월주사(interlacing) 또는 영상을 결합하는 다른 방법과 관련하여 사용된다.

시간 설정 및 왜곡 보정에 관한 다른 방법에서, 메모리 맵(map)이 변질되지 않고 일정한 속도로 어드레스(address)된다. 스캐너의 비선형을 보상하기 위하여, 각 위치에 대한 데이터는 추출된 영상 데이터로부터 도출되고 일정한 증감분에서 출력된다. 예를 들어, 도 27을 참조하면 시간(1500)이 픽셀 시간에 바로 해당하지 않더라도 데이터는 시간(1500)에서 출력될 수 있다. 보상하기 위하여, 버퍼(2508)는 이 라인의 10번째와 11번째 위치에서 어드레스된다. 그러면, 출력 데이터는 10번째와 11번째 위치로부터의 가중된 데이터 평균에 해당한다. 따라서, 버퍼(2508)는 일정한 속도로 클럭(clock)되며, 픽셀은 일정한 속도록 출력된다. 하지만, 어드레스 회로를 주의 깊게 제어하고 가중치 평균산정을 수행함으로써, 출력 데이터는 정현파 형태로 보정된다. 또한, 여기서 서술한 광 방출기 및 광원이 파이버를 구비하거나 구비하지 않고 레이저 다이오드 또는 LED를 사용하더라도, 마이크로 레이저, 가스 레이저 또는 다른 광 방출 장치와 같은 다양한 다른 광 방출기가 몇몇 응용분야에서는 바람직하다. 또한, 예로 든 스캐닝 조립체가 비틀려 장착된 미러를 사용하지만, 다른 스캐닝 조립체 구조 예를 들면, 회전 폴리곤(spinning polygon), 콤 드라이브 미러, 음향광학 스캐너 및 다른 스캐닝 구조가 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 빔이 단일 스캐너에 대하여 수렴하는 것으로 보이지만, 몇몇 응용분야에서 빔 각각에 대해 분리된 스캐너를 사용하거나, 복수의 빔을 각각 반사하는 복수의 스캐너를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 의해서가 아니면 한정되지 않는다.

Claims (30)

1. 미세전자기계 공진 스캐너로서,

   기판과;

   상기 기판에 의하여 지지되고 주기적인 운동을 할 수 있도록 상기 기판에 연결되며 제1 재료로 이루어진 진동 몸체; 및

   상기 진동 몸체에 의하여 지지되고 상기 기판 상에 노출되며 상기 제1 재료와는 상이하고 상기 제1 재료보다 낮은 기화 온도를 갖는 종류의 재료인 제2 재료로 이루어지는 탈착 가능 질량체의 배열을 포함하고,

   상기 탈착 가능 질량체의 배열은 상기 진동 몸체와 함께 진동 질량체를 형성하며, 상기 진동 질량체에 의하여 공진 주파수가 결정되는 미세전자기계 공진 스캐너.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 진동 질량체는 상기 주기적인 거동이 피벗축을 중심으로 이루어지도록 허용하는 형태로 연결되고, 상기 탈착 가능한 질량체는 상기 피벗축에 대하여 대칭으로 배치되는 쌍들로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세전자기계 공진 스캐너.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 쌍의 수는 일(1)보다 큰 것을 특징으로 하는 미세전자기계 스캐너.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제2 재료는 금속인 것을 특징으로 하는 미세전자기계 스캐너
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 제2 재료는 유기 중합체인 것을 특징으로 하는 미세전자기계 스캐너.
6. 요망되는 공진 주파수를 갖는 미세전자기계 장치로서,

   기부와;

   피벗축을 중심으로 상기 기부에 대하여 공진 운동을 할 수 있도록 상기 기부에 연결되고, 상기 피벗축에 대하여 선택된 관성을 갖는 가동(可動) 몸체와;

   상기 기부와 상기 가동 몸체의 사이에 배치되고 상기 가동 몸체가 기준점에 대하여 진동 운동을 할 수 있도록 연결되는 지지체; 및

   상기 가동 몸체에 의하여 지지되고 상기 기준점에 대하여 대칭으로 배치되는 복수개의 노출 질량체로서, 각 노출 질량체는 제거를 위한 접근을 제공하는 노출 지점이며, 상기 기준점에 대하여 추가 관성을 제공하도록 배치되는 노출 질량체를 포함하고,

   상기 선택된 관성 및 추가 관성은 함께 공진 주파수를 결정하는 미세전자기계 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 가동 몸체에 의하여 지지되는 제1 전극, 및

   상기 가동 몸체에 의하여 지지되며 상기 가동 몸체가 상기 기준점에 대하여 움직임에 따라 주기적인 스캔 패턴으로 입사광을 반사하도록 배치되는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계장치.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 가동 몸체 및 상기 지지체는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치.
9. 청구항 6에 있어서,

   상기 노출 질량체는 상기 가동 몸체의 노출된 표면 상에 배치되는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치.
10. 청구항 6에 있어서,

    상기 지지체는 상기 가동 몸체의 제1 피벗축을 한정하고,

    상기 기부와 상기 가동 몸체의 사이에 배치되며 상기 기부에 연결되고 실질적으로 상기 제1 피벗축에 대하여 수직인 상기 가동 몸체용 제2 피벗축을 한정하도록 형성되는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치.
11. 단일의 웨이퍼로부터 복수개의 미세전자기계 광학 공진 스캐너를 제조하는 장치로서,

    상기 각 미세전자기계 광학 공진 스캐너는 요망되는 공진 주파수로 움직이고 1개 이상의 탈착 가능 질량체를 지지하는 가동 몸체를 구비하며,

    상기 제조 장치는,

    상기 미세전자기계 스캐너가 상기 웨이퍼와 일체를 이루고 있는 동안 각 미세전자기계 스캐너와 결합하도록 형성되고, 상기 각 광학 스캐너를 활성화하기 위한 제1 입력 신호를 발생시키도록 작동하는 제1 전자 신호 발생기와;

    상기 각 미세전자기계 스캐너의 상기 가동 몸체에 결합되고, 상기 미세전자기계 스캐너가 웨이퍼와 일체를 이루고 있는 동안 상기 가동 몸체의 운동을 표시하는 전자 신호를 발생시키도록 작동하는 위치 센서와;

    요망되는 공진 주파수를 갖는 기준 신호를 발생시키도록 작동하는 기준 신호 발생기와;

    상기 위치 센서 및 상기 기준 신호 발생기와 전기적으로 결합되고, 상기 가동 몸체의 운동 주파수와 상기 요망되는 공진 주파수 사이의 차를 표시하는 오류 신호를 발생시키도록 작동하는 제어기; 및

    상기 각 미세전자기계 스캐너가 웨이퍼와 일체를 이루고 있는 동안 상기 전자 제어기에 반응하여 상기 탈착 가능 질량체의 선택된 부분을 제거하는 질량 제거 장치를 포함하는 미세전자기계 스캐너 제조장치.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 탈착 가능한 질량체는 상기 가동 질량체의 개별적인 노출된 영역에 배치되는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 스캐너의 제조장치.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 웨이퍼는 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 스캐너의 제조장치.
14. 청구항 11에 있어서,

    상기 탈착 가능한 질량체는 유기 중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 스캐너의 제조장치.
15. 반도체 웨이퍼에 형성된 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동을 제어하는 방법으로서,

    상기 미세전자기계 장치가 웨이퍼와 일체를 이루고 있는 동안, 상기 미세전자기계 장치의 일부로서 선택된 거리만큼 기준점으로부터 오프셋된 관성 질량을 갖는 것이 상기 기준점에 대하여 주기적인 운동을 하도록 상기 미세전자기계 장치를 활성화시키는 단계와;

    상기 미세전자기계 장치의 상기 주기적인 운동을 측정하는 단계와;

    상기 미세전자기계 장치의 측정된 상기 주기적인 운동에 대응하여, 상기 주기적인 운동이 요망되는 주기적인 운동으로부터 일탈하는 정도를 확인하는 단계와;

    상기 확인된 일탈 정도에 대응하여 오류 신호를 발생시키는 단계; 및

    상기 미세전자기계 장치가 웨이퍼와 일체를 이루고 오류 신호에 대응하는 동안, 상기 관성 질량의 일부를 제거하는 단계

    를 포함하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 관성 질량의 일부를 제거하는 단계는 상기 미세전자기계 장치의 일부의 노출된 표면으로부터 재료를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 일부는 상기 노출된 표면에 배치된 재료를 포함하며, 상기 미세전자기계 장치의 상기 일부로부터 재료를 제거하는 단계는 배치된 재료의 일부에 대한 레이저 절제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
18. 청구항 16에 있어서,

    상기 요망되는 주기적인 운동으로부터 상기 주기적인 운동의 일탈 정도에 대응하여 제거할 상기 재료의 양을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
19. 청구항 16에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치의 일부로부터 재료를 제거하는 단계는 상기 재료의 일부를 열적으로 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
20. 청구항 15에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치의 상기 주기적인 운동을 측정하는 단계는 상기 웨이퍼를 프로브 스테이션으로 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
21. 청구항 15에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치의 일부가 주기적인 운동을 하도록 상기 미세전자기계 장치를 활성화시키는 단계는 상기 미세전자기계 장치에 전자 구동 신호를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
22. 청구항 15에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치의 주기적인 운동을 측정하는 단계는 상기 일부의 운동 또는 위치를 광학적으로 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 스캐닝 운동 제어방법.
23. 반도체 웨이퍼 내에 형성된 미세전자기계 장치를 제어하는 방법으로서,

    상기 미세전자기계 장치가 상기 웨이퍼와 일체를 이루고 있는 동안, 기준점에 대하여 상기 미세전자기계 장치의 일부가 공진 운동을 하도록 상기 미세전자기계 장치를 활성화시키는 단계와;

    상기 미세전자기계 장치의 공진 운동을 측정하는 단계와;

    상기 미세전자기계 장치의 측정된 공진 운동에 대응하여, 상기 공진 운동이 요망되는 주기적인 운동으로부터 일탈되는 정도를 확인하는 단계와;

    상기 확인된 일탈 정도에 대응하여 오류 신호를 생성시키는 단계; 및

    상기 미세전자기계 장치가 상기 웨이퍼의 일부를 이루며 상기 오류 신호에 대응하는 동안, 상기 공진 운동의 주파수를 변경시키는 방식으로 상기 미세전자기계 장치의 영역에서 물성치를 변경시키는 단계

    를 포함하는 미세전자기계 장치의 제어방법.
24. 청구항 23에 있어서,

    상기 물성치를 변경시키는 단계는 상기 웨이퍼의 일부분에 불순물을 침투시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 제어방법.
25. 청구항 23에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치는 그 공진 주파수를 부분적으로 한정하는 비틀림 부재를 구비하며, 상기 물성치를 변경시키는 단계는 상기 비틀림 부재의 일부에 불순물을 침투시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 제어방법.
26. 청구항 25에 있어서,

    상기 불순물은 금속인 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 제어방법.
27. 청구항 25에 있어서,

    상기 불순물은 크롬인 것을 특징으로 하는 미세전자전기 장치의 제어방법.
28. 청구항 25에 있어서,

    상기 비틀림 부재의 일부에 불순물을 침투시키는 단계는, 상기 비틀림 부재의 표면에 불순물을 배치하는 단계, 및 상기 비틀림 부재를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자전기 장치의 제어방법.
29. 청구항 23에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치의 주기적인 운동을 측정하는 단계는 상기 웨이퍼를 프로브 스테이션에서 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 제어방법.
30. 청구항 23에 있어서,

    상기 미세전자기계 장치의 주기적인 운동을 측정하는 단계는 상기 일부의 운동 또는 위치를 광학적으로 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전자기계 장치의 제어방법.