KR20060010419A - 구동각도가 향상된 광스캐너 및 이를 적용한 레이저영상투사장치 - Google Patents

구동각도가 향상된 광스캐너 및 이를 적용한 레이저영상투사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MEMS(Micro-electro-mechanical system) 구조에 의해 제공된 미소거울의 구동각도를 향상시킨 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치를 개시한다. 본 발명에 따른 광스캐너는, 기판; 상기 기판의 상방에 소정의 높이로 현가되어 있는 미러부; 상기 미러부가 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 기판 상의 지지체; 상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 각각 연결된 지지축; 상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및 상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 기판 상에 설치된 다수의 고정콤전극;을 구비하며, 상기 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 한다.
레이저 영상투사장치, 이동콤전극, 고정콤전극, 광스캐너, 마이크로 액추에이터, MEMS(Micro-electro-mechanical system)

Description

구동각도가 향상된 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치{Optical scanner and laser image projector adopting the same}
도 1은 종래의 광스캐너의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2는 종래의 광스캐너의 동작을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너의 동작을 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광스캐너의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광스캐너의 배선 구조를 예시적으로 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 광스캐너가 적용된 레이저 영상투사장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
10,100......광스캐너 1,11,131....미러부
12,132......토션스프링 3,13,133....이동콤전극
14..........제 1 고정콤전극 15..........제 2 고정콤전극
5,16,110,120..기판 18,118,128..절연층
135.........결합부재 4...........고정콤전극
본 발명은 구동각도가 향상된 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, MEMS(Micro-electro-mechanical system) 구조에 의해 제공된 미소거울의 구동각도를 향상시킨 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치에 관한 것이다.
프로젝션 TV 등에서 레이저 빔을 편향시키는 광스캐너로서, 빗살 모양의 콤전극(comb-typed electrode) 구조에 의한 정전효과(electro static effect)를 이용하는 MEMS 구조의 마이크로 액츄에이터가 사용되고 있다. 도 1은 이러한 종래의 광스캐너의 구조를 예시적으로 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광스캐너는 기판(5)의 상방에 현가되어 있는 미러부(mirror unit)(1), 상기 미러부(1)의 양단을 지지하는 지지체(6), 상기 미러부(1)와 지지체(6) 사이에 연결되어 미러부(1)의 시이소 운동을 지지하는 토션스프링(torsion spring)(2), 상기 미러부(1)의 양측면에 수직으로 형성된 다수의 이동콤전극(movable comb electrode)(3) 및 상기 이동콤전극(3)과 상호 교번하도록 기판(5) 상에 수직으로 설치된 다수의 고정콤전극(4)을 포함하여 구성된다.
도 2는 상술한 구조를 갖는 종래의 광스캐너의 동작을 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시된 구조의 광스캐너에서, 미러부(1) 양측의 이동콤전극(3)에 소정의 전압을 인가하고, 동시에 상기 미러부(1) 양측의 이동콤전극(3)에 대응하는 고정콤전극(4a,4b)에 각각 양의 전압과 음의 전압을 인가한다. 예컨대, 왼쪽의 고정콤전극(4a)에 V의 전압을, 오른쪽의 고정콤전극(4b)에 -V의 전압을 인가하고, 왼쪽의 이동콤전극(3a)과 오른쪽의 이동콤전극(3b)에 모두 V1의 전압을 인가한다. 그러면, 왼쪽의 이동콤전극(3a)과 고정콤전극(4a) 사이의 전압차가 오른쪽의 이동콤전극(3b)과 고정콤전극(4b) 사이의 전압차와 다르게 되면서, 도 2에 도시된 바와 같이, 정전기력에 의해 미러부(1)가 한쪽으로 기울게 된다. 미러부(1)가 제자리로 복귀하는 것은 토션스프링(2)의 탄성계수를 이용한 자체 복원력에 의한다. 따라서, 상기 이동콤전극(3)에 인가하는 전압을 적당히 조절하여 미러부(1)를 소정의 구동각도와 구동속도(즉, 구동 주파수)로 주기운동을 시킬 수 있다.
한편, 예컨대, 레이저 영상투사장치에서 스크린에 영상을 구현하기 위해서는, 광스캐너가 매우 빠른 속도로 레이저빔을 주사(scanning)하여야 한다. 일반적으로, 구동 주파수를 높이기 위해서는 미러부의 질량을 작게 만들 필요가 있다. 그런데, 미러부(1)의 질량을 줄이기 위해서 미러의 크기를 작게 하면, 미러부(1)에 의해 반사되는 레이저빔의 빔경 역시 작아진다. 그런데, 미러부(1)에 의해 반사되는 레이저빔의 빔경이 작아질 경우, 스크린에서 레이저빔이 퍼지게 되는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 영상의 해상도를 저하시키는 문제를 일으킨다.
따라서, 영상의 해상도를 높이기 위해서는 미러부(1)의 크기를 크게 하여 보다 큰 빔경의 레이저빔이 반사될 수 있도록 하거나, 미러부(1)의 구동각도를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 미러부(1)의 크기가 커지면 질량의 증가로 인해 광스캐너의 구동속도를 저하시키게 된다. 또한, 미러부(1)의 구동각도를 증가시키는 것 역시 일정한 한계가 있다. 왜냐하면, 미러부(1) 양측면의 이동콤전극(3)이 고정콤전극(4) 사이에 완전히 들어가게 되면 더 이상 구동력이 발생하지 않으므로 미러부(1)는 더 이상 회전하지 않기 때문이다. 이 경우, 구동각도의 증가를 위해서는, 이동콤전극(3)과 고정콤전극(4)의 높이를 높게 하여 두 전극이 완전히 겹쳐지는 각도를 크게 하여야 한다. 따라서, 구동각도의 증가를 위해서는 미러부(1)의 두께를 증가될 수밖에 없는데, 이것 역시 미러부(1)의 질량 증가를 가져온다.
본 발명은 상술한 종래의 광스캐너의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 미러의 두께를 증가시키지 않으면서 광스캐너의 구동각도를 증가시킴으로써 광스캐너의 해상도를 향상시키는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 구동각도가 향상된 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너는, 기판; 상기 기판의 상방에 소정의 높이로 현가되어 있는 미러부; 상기 미러부가 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 기판 상의 지지체; 상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지 지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 각각 연결된 지지축; 상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및 상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 기판 상에 설치된 다수의 고정콤전극;을 구비하며, 상기 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 2층 구조의 고정콤전극은, 기판 상에 형성된 제 1 고정콤전극; 상기 제 1 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성된 제 2 고정콤전극;을 포함한다. 이때, 상기 제 1 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 광스캐너는, 광을 반사시키는 미러부; 상기 미러부의 상부와 하부에 각각 이격되어 배치된 상부 및 하부 기판; 상기 미러부가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 하부 기판 상의 지지체; 상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 연결된 지지축; 상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및 상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 설치된 다수의 상부 고정콤전극 및 하부 고정콤전극;을 구비하며, 상기 상부 및 하부 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 2층 구조의 상부 고정콤전극은, 상기 이동콤전극을 향해 상부 기판에 형성된 제 1 상부 고정콤전극; 상기 제 1 상부 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성된 제 2 상부 고정콤전극;을 포함한다. 또한, 상기 2층 구조의 하부 고정콤전극은, 상기 이동콤전극을 향해 하부 기판에 형성된 제 1 하부 고정콤전극; 상기 제 1 하부 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성된 제 2 하부 고정콤전극;을 포함한다.
이때, 상기 미러부 우측의 하부 고정콤전극에 인가되는 전압과 좌측의 상부 고정콤전극에 인가되는 전압이 동일하고, 상기 미러부 우측의 상부 고정콤전극에 인가되는 전압과 좌측의 하부 고정콤전극에 인가되는 전압이 동일하다. 또한, 상기 제 1 하부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 하부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 크고, 상기 제 1 상부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 상부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 큰 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 한 유형에 따른 레이저 영상투사장치는, 서로 다른 파장을 가지는 단색광을 각각 조사하는 다수의 광원, 상기 단색광의 빔들을 각각 색 신호에 따라 변조하는 광변조수단, 상기 광변조수단에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광합성수단, 상기 합성된 빔이 화상을 형성하도록 주사하는 광스캐너, 및 상기 광스캐너에서 주사된 화상이 맺히는 스크린을 포함하고, 여기서 상기 광스캐너는, 기판; 상기 기판의 상방에 소정의 높이로 현가되어 있는 미러부; 상기 미러부가 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 기판 상의 지지체; 상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 각각 연결된 지지축; 상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및 상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 기판 상에 설치된 다수의 고정콤전극;을 구비하며, 상기 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 유형에 따른 레이저 영상투사장치는, 서로 다른 파장을 가지는 단색광을 각각 조사하는 다수의 광원, 상기 단색광의 빔들을 각각 색 신호에 따라 변조하는 광변조수단, 상기 광변조수단에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광합성수단, 상기 합성된 빔이 화상을 형성하도록 주사하는 광스캐너, 및 상기 광스캐너에서 주사된 화상이 맺히는 스크린을 포함하고, 여기서 상기 광스캐너는, 광을 반사시키는 미러부; 상기 미러부의 상부와 하부에 각각 이격되어 배치된 상부 및 하부 기판; 상기 미러부가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 하부 기판 상의 지지체; 상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 연결된 지지축; 상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및 상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 설치된 다수의 상부 고정콤전극 및 하부 고정콤전극;을 구비하며, 상기 상부 및 하부 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광스캐너 및 이를 적용한 레이저 영상투사장치의 구조 및 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너(10)는, 도 2에 도시된 종래의 광스캐너와 비교할 때, 고정콤전극(static comb electrode)(14,15)이 2층 구조의 전극이라는 점에서 특징이 있다. 즉, 본 발명에 따른 광스캐너(10)는, 예컨대, 글래스(glass) 등으로 된 기판(16), 상기 기판(16)의 상방에 소정의 높이로 현가되어 있는 미러부(mirror unit)(11), 상기 미러부(11)가 현가될 수 있도록 미러부(11)의 양단부를 지지하는 기판(16) 상의 지지체(도시되지 않음), 상기 미러부(11)가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부(11)의 양단부와 지지체 사이에 각각 연결된 지지축(12), 상기 미러부(11)의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극(movable comb electrode)(13) 및 상기 미러부(11) 양측면의 이동콤전극(13)과 상호 교번하도록 기판(16) 상에 설치된 다수의 고정콤전극(14,15)을 구비한다는 점에서는 종래의 광스캐너와 유사하며, 상기 고정콤전극(14,15)이 2층 구조의 전극이라는 점에서 차이가 있다.
고정콤전극(14,15)은 상기 이동콤전극(13)과 상호 교번하면서 기판(16) 상에 수직으로 형성되는 다수의 제 1 고정콤전극(14), 상기 제 1 고정콤전극(14) 상에 형성된 절연층(18), 및 상기 절연층(18) 상에 형성된 제 2 고정콤전극(15)으로 구성된다. 절연층(18)은 상기 제 1 고정콤전극(14)과 제 2 고정콤전극(15) 사이를 전기적으로 분리함으로써, 제 1 고정콤전극(14)과 제 2 고정콤전극(15)에 각각 개별적으로 전압을 인가할 수 있도록 하기 위한 것이다. 한편, 이동콤전극(13)은, 도 1에 도시된 종래의 경우와 마찬가지로, 미러부(11)의 양측면을 따라 소정의 간격으로 수직 형성된다. 또한, 지지축(12) 역시 상기 미러부(11)의 양단부와 지지체 사이에 각각 형성된, 예컨대, 토션스프링(torsion spring)일 수 있다. 그러나, 반드 시 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 기능을 하는 다른 구성을 사용할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너(10)의 동작을 예시적으로 도시하는 단면도이다. 먼저, 미러부(11) 양측의 이동콤전극(13a,13b)에 동일한 전압 V를 인가하고, 동시에 상기 이동콤전극(13a,13b)에 각각 대응하는 제 2 고정콤전극(15a,15b)에 각각 양의 전압과 음의 전압을 인가한다. 예컨대, 도 4a 및 도 4b에서 좌측의 제 2 고정콤전극(15a)에 VⅠ의 전압을, 우측의 제 2 고정콤전극(15b)에 -VⅠ의 전압을 인가한다. 그러면, 앞서 설명한 바와 같이, 좌측 이동콤전극(13a)과 좌측 제 2 고정콤전극(15a) 사이의 전압차(VⅠ-V)가 우측 이동콤전극(13b)과 우측 제 2 고정콤전극(15b) 사이의 전압차(VⅠ+V)와 다르게 되면서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 미러부(11)가 한쪽으로 기울게 된다. 따라서, 제 2 고정콤전극(15a,15b)에만 전압을 인가할 경우, 종래와 마찬가지로, 광스캐너(10)는 θ1의 구동각도를 갖는다.
여기서, 광스캐너의 구동각도를 증가시키고자 할 경우, 상기 이동콤전극(13a,13b)에 각각 대응하는 제 1 고정콤전극(14a,14b)에 각각 양의 전압과 음의 전압을 인가한다. 예컨대, 도 4b에서 좌측의 제 1 고정콤전극(14a)에 VⅡ의 전압을, 우측의 제 1 고정콤전극(14b)에 -VⅡ의 전압을 인가한다. 이때, 제 1 고정콤전극(14)에 인가하는 전압의 절대값은, 제 2 고정콤전극(15)에 인가하는 전압의 절대값 보다 커야 한다. 즉, VⅡ > VⅠ 이어야 한다. VⅡ ≤ VⅠ 일 경우, 이동콤전극(13)이 제 2 고정콤전극(15) 사이에 완전히 들어왔을 때, 제 1 고정콤전극(14)이 이동콤전극(13)에 어떠한 구동력도 제공하지 못하기 때문이다. 즉, 제 2 고정콤전극(15)과 이동콤전극(13) 사이의 전압차 보다 제 1 고정콤전극(14)과 이동콤전극(13) 사이의 전압차가 더 클 때에만, 제 2 고정콤전극(15) 사이에 완전히 들어간 이동콤전극(13)이 구동력을 제공받는다. 이렇게 제 2 고정콤전극에 인가된 전압 보다 큰 전압이 제 1 고정콤전극(14)에 인가되면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 이동콤전극(13)이 추가적으로 회전하게 된다. 따라서, 광스캐너(10)는 종래의 광스캐너 보다 큰 θ2의 구동각도를 갖는다. 이는, 예컨대, 레이저 영상투사 장치의 해상도를 높이기 위한 수단으로 적용되어 질 수 있다.
여기서, 상기 광스캐너(10)의 제 1 및 제 2 고정콤전극(14,15)에 전압을 인가하는 과정은 다양하게 제어될 수 있다. 예컨대, 광스캐너(10)를 θ2의 구동각도로 동작시킬 경우, 제 1 고정콤전극(14)과 제 2 고정콤전극(15)에 동시에 전압을 인가할 수도 있고, 이동콤전극(13)이 상기 제 2 고정콤전극(15) 사이에 완전히 들어가는 순간에 제 1 고정콤전극(14)에 전압을 인가할 수도 있다. 또한, 광스캐너(10)를 θ1의 구동각도로 동작시킬 경우에는, 제 2 고정콤전극(15)에만 전압을 인가한다.
한편, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광스캐너(100)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광스캐너(100)는, 광을 반사시키는 미러부(131), 상기 미러부(131)의 상부와 하부에 각각 이격되어 배치된 상부 및 하부 기판(120,110), 상기 미러부(131)가 상기 상부 및 하부 기판(120,110) 사이에 현가될 수 있도록 미러부(131)의 양단부를 지지하는 지지체(도시되지 않음), 상기 미러부(131)가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부(131)의 양단부와 지지체 사이에 연결된 지지축(132), 상기 미러부(131)의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극(133a,133b) 및 상기 미러부(110) 양측면의 이동콤전극(133a,133b)과 상호 교번하도록 상기 상부 기판(120)과 하부 기판(110)에 각각 설치된 2층 구조의 다수의 상부 고정콤전극(124a,124b,125a,125b) 및 하부 고정콤전극(114a,114b,115a,115b)를 포함한다. 또한, 상부 기판(120)과 하부 기판(110) 사이의 결합은 고정콤전극 바깥쪽의 결합부재(135a,136b)를 통해 이루어진다. 그리고, 비록 도시되어 있지는 않지만, 상기 상부 기판(120)의 상면에는, 미러부(131)로 광이 출입할 수 있도록 개구가 마련되어 있다. 미러부의 하부에만 고정콤전극이 설치된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스캐너(10)와 비교할 때, 제 2 실시예에 따른 광스캐너(100)는 미러부(131)의 상하부 모두에 고정콤전극이 설치된다. 따라서, 미러부(131)에 큰 구동력을 보다 안정적으로 제공할 수 있다.
여기서, 상기 2층 구조의 상부 고정콤전극(124,125)은, 상기 이동콤전극(133)과 상호 교번하도록 상기 이동콤전극(133)을 향해 상부 기판(120)에 수직으로 형성된 제 1 상부 고정콤전극(124), 상기 제 1 상부 고정콤전극(124) 상에 형성된 절연층(128), 및 상기 절연층(128) 상에 형성된 제 2 상부 고정콤전극(125)으로 구성된다. 마찬가지로, 상기 2층 구조의 하부 고정콤전극(114,115)은, 상기 이동콤전극(133)과 상호 교번하도록 상기 이동콤전극(133)을 향해 하부 기판(110)에 수직으 로 형성된 제 1 하부 고정콤전극(114), 상기 제 1 하부 고정콤전극(114) 상에 형성된 절연층(118) 및 상기 절연층(118) 상에 형성된 제 2 하부 고정콤전극(115)으로 구성된다. 여기서, 절연층(118,128)은, 제 1 실시예에서와 마찬가지로, 2층 구조로 형성된 고정콤전극들 사이를 전기적으로 분리함으로써, 2층 구조의 고정콤전극에 각각 개별적으로 전압을 인가할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이동콤전극(113) 역시 제 1 실시예와 마찬가지로 미러부(131)의 양측면을 따라 소정의 간격으로 수직 형성된다. 그리고, 지지축(132)은 상기 미러부(131)의 양단부와 지지체 사이에 각각 형성된, 예컨대, 토션스프링(torsion spring)일 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광스캐너(100)의 동작 원리는 제 1 실시예에 따른 광스캐너(10)와 실질적으로 동일하다. 즉, 상부와 하부의 제 2 고정콤전극(125,115)에 인가되는 전압 보다 더 높은 전압을 상부와 하부의 제 1 고정콤전극(124,114)에 인가한다. 그 결과, 이동콤전극(133)이 상부와 하부의 제 2 고정콤전극(125,115) 사이에 완전히 들어갈 때에도, 상부와 하부의 제 1 고정콤전극(124,114)을 이용하여 이동콤전극(133)에 구동력을 제공할 수 있다.
이때, 이동콤전극(133)이 안정적으로 회전할 수 있도록, 예컨대, 토션스프링과 같은 지지축(132)을 중심으로 대칭적인 위치에 있는 전극들에는 동일한 크기와 극성의 전압이 인가된다. 보다 구체적으로 설명하자면, 예컨대, 도면에서 좌측에 있는 제 2 상부 고정콤전극(125a)과 우측에 있는 제 2 하부 고정콤전극(115b)에 전압 VⅠ 을 인가하고, 좌측의 제 2 하부 고정콤전극(115a)과 우측의 제 2 상부 고정 콤전극(125b)에 전압 -VⅠ 을 인가한다. 그리고, 좌측의 제 1 상부 고정콤전극(124a)과 우측의 제 1 하부 고정콤전극(114b)에 전압 VⅡ 을 인가하고, 좌측의 제 1 하부 고정콤전극(114a)과 우측의 제 1 상부 고정콤전극(124b)에 전압 -VⅡ 을 인가한다. 앞서 설명한 바와 같이, 이동콤전극(133)이 상부와 하부의 제 2 고정콤전극(125,115) 사이에 완전히 들어갔을 때, 상부와 하부의 제 1 고정콤전극(124,114)이 상기 이동콤전극(133)에 구동력을 제공할 수 있도록, 상부와 하부의 제 1 고정콤전극(124,114)에 인가하는 전압의 절대값은, 상부와 하부의 제 2 고정콤전극(125,115)에 인가하는 전압의 절대값 보다 커야 한다. 즉, VⅡ > VⅠ 이어야 한다.
또한, 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로, 제 2 실시예에 따른 광스캐너(100)의 상부와 하부의 제 1 및 제 2 고정콤전극(124,125,114,115)에 전압을 인가하는 과정은 다양하게 제어될 수 있다. 예컨대, 광스캐너(100)를 큰 구동각도로 동작시킬 경우, 상부와 하부의 제 1 고정콤전극(124,114)과 제 2 고정콤전극(125,115)에 동시에 전압을 인가할 수도 있고, 이동콤전극(133)이 제 2 고정콤전극(125,115) 사이에 완전히 들어가는 순간에 제 1 고정콤전극(124,114)에 전압을 인가할 수도 있다. 또한, 광스캐너(10)를 종래와 같은 구동각도로 동작시킬 경우에는, 제 2 고정콤전극(125,115)에만 전압을 인가한다.
도 6은 상기와 같은 광스캐너(100)의 배선 구조를 예시적으로 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 기판(120)과 하부 기판(110)을 결합하고 지지하는 결합부재(135a,136b) 및 상부 기판(120)에 형성된 다수의 전극 용 홀(126,127)들을 통해 배선이 이루어질 수 있다. 예컨대, DC1과 DC3을 위한 배선은 하부 기판(110)의 좌우측 결합부재(135a,135b)를 따라 각각 좌우측의 제 2 하부 고정콤전극(115a,115b)으로 연결된다. DC2과 DC4용 배선은 하부 기판(110)의 바닥을 통해 각각 좌우측의 제 1 하부 고정콤전극(114a,114b)으로 연결된다. 또한, DC5와 DC6용 배선은 상부 기판(120)에 마련된 제 2 전극용 홀(126a,126b)을 통해 좌우측 결합부재(135a,135b)를 따라 각각 좌우측의 제 2 상부 고정콤전극(125a,125b)으로 연결된다. 마지막으로, DC7과 DC8용 배선은 상부 기판(120)에 마련된 제 1 전극용 홀(127a,127b)을 통해 각각 좌우측의 제 1 상부 고정콤전극(124a,124b)으로 연결된다. 한편, 신호선(signal line)은 상부 기판(120)에 마련된 제 2 전극용 홀(126a) 및 결합부재(135a)를 따라 토션스프링(132)을 통해 이동콤전극(133)으로 연결된다. 상기 신호선을 통해 이동콤전극(133)에 인가되는 전압에 따라 미러부(131)의 회전운동이 제어된다. 이러한 배선구조는, 예컨대, 와이어링을 통해 이루어질 수 있다.
도 7은 상술한 본 발명에 따른 광스캐너가 예시적으로 적용된 본 발명에 따른 레이저 영상투사장치(200)를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 영상투사장치(200)는, 서로 다른 파장을 가지는 단색광을 각각 조사하는 다수의 광원(210), 상기 단색광의 빔들을 각각 색 신호에 따라 변조하는 광변조수단(220,225), 상기 광변조수단(220,225)에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광합성수단(230), 상기 합성된 빔이 화상을 형성하도록 주사하는 광스캐너(250), 및 상기 광스캐너에서 주사된 화상이 맺히는 스크 린(260) 등을 포함하여 구성된다.
광원(210)은, 예컨대, RGB와 같은 삼원색을 각각 방출하는 세 개의 레이저(210R,210G,210B)일 수 있다. 상기 세 개의 레이저(210R,210G,210B)로부터 방출된 RGB 광은 각각의 RGB 광에 대응하는 광변조기(225R,225G,225B)로 입사한다. 상기 광변조기(225R,225G,225B)는 제어부(control unit)(220)의 제어에 따라, 각각의 광변조기(225R,225G,225B)에 입사하는 RGB 광을 광변조한다. 그런 후, 상기 광변조기(225R,225G,225B)에 의해 변조된 각각의 RGB 광은, 예컨대, 특정한 파장의 광을 반사하고 다른 파장의 광은 투과시키는 다이크로익 미러(230)에 의해 하나의 광으로 합성된다. 이렇게 합성된 광은, 예컨대, 광섬유(240)를 통해 광스캐너(250)로 전달된다. 여기서, 상기 광스캐너(250)는 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예에 따른 광스캐너(10,100)와 동일한 구조를 갖는다. 상기 광섬유(240)에서 나온 합성광이 광스캐너(250)에 의해 스크린(260)을 향해 주사됨으로써 스크린(260)에 화상이 형성된다. 이때, 두 개의 광스캐너(250)를 사용하여 수직 및 수평 주사를 구현하는 것이 가능하다.
지금까지 본 발명에 따른 광스캐너 및 이를 예시적으로 적용한 레이저 영상투사장치에 관하여 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 광스캐너는 반드시 레이저 영상 투사장치에의 적용에만 한정되는 것은 아니며, 미소한 빔 스캐닝이 필요한 모든 장치에 적용되는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 미러의 두께를 증가시키지 않고도 광스캐너의 구동각도를 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 광스캐너의 구동속도를 저하시키지 않고도 보다 큰 구동각도를 얻을 수 있다. 그 결과, 광스캐너를 이용한 영상의 해상도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 고정콤전극의 구조를 단지 이중전극 구조로 변경하는 것이기 때문에, 기존의 광스캐너의 구조 및 설계값을 변경하지 않고 그대로 이용할 수 있다. 따라서, 기존의 제조 공정을 변경하지 않고 본 발명에 따른 광스캐너를 제조하는 것이 가능하다.

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판의 상방에 소정의 높이로 현가되어 있는 미러부;
    상기 미러부가 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 기판 상의 지지체;
    상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 각각 연결된 지지축;
    상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및
    상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 기판 상에 설치된 다수의 고정콤전극;을 구비하며,
    상기 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2층 구조의 고정콤전극은:
    기판 상에 형성된 제 1 고정콤전극;
    상기 제 1 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 제 2 고정콤전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 큰 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 미러부의 회전에 의하여 상기 이동콤전극이 상기 제 2 고정콤전극 사이에 완전히 들어가게 될 때, 상기 제 1 고정콤전극에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동콤전극은 상기 미러부의 양측면을 따라 소정의 간격으로 수직 형성되는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지축은 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 각각 형성된 토션스프링인 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  7. 광을 반사시키는 미러부;
    상기 미러부의 상부와 하부에 각각 이격되어 배치된 상부 및 하부 기판;
    상기 미러부가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 지지체;
    상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 연결된 지지축;
    상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및
    상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 설치된 다수의 상부 고정콤전극 및 하부 고정콤전극;을 구비하며,
    상기 상부 및 하부 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2층 구조의 상부 고정콤전극은:
    상기 이동콤전극을 향해 상부 기판에 형성된 제 1 상부 고정콤전극;
    상기 제 1 상부 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 제 2 상부 고정콤전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 2층 구조의 하부 고정콤전극은:
    상기 이동콤전극을 향해 하부 기판에 형성된 제 1 하부 고정콤전극;
    상기 제 1 하부 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 제 2 하부 고정콤전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미러부 우측의 하부 고정콤전극에 인가되는 전압과 좌측의 상부 고정콤전극에 인가되는 전압이 동일하고, 상기 미러부 우측의 상부 고정콤전극에 인가되는 전압과 좌측의 하부 고정콤전극에 인가되는 전압이 동일한 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 하부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 크고, 상기 제 1 상부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 상부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 큰 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 미러부의 회전에 의하여 상기 이동콤전극이 상기 제 2 상부 및 제 2 하부 고정콤전극 사이에 완전히 들어가게 될 때, 상기 제 1 상부 및 제 1 하부 고정콤전극에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 이동콤전극은 상기 미러부의 양측면을 따라 소정의 간격으로 수직 형성되는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 미러부의 양단부를 지지하는 지지체는 상기 상부 기판 또는 하부 기판 중 적어도 하나에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  15. 서로 다른 파장을 가지는 단색광을 각각 조사하는 다수의 광원, 상기 단색광의 빔들을 각각 색 신호에 따라 변조하는 광변조수단, 상기 광변조수단에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광합성수단, 상기 합성된 빔이 화상을 형성하도록 주사하는 광스캐너, 및 상기 광스캐너에서 주사된 화상이 맺히는 스크린을 포함하는 레이저 영상투사장치에 있어서, 상기 광스캐너는:
    기판;
    상기 기판의 상방에 소정의 높이로 현가되어 있는 미러부;
    상기 미러부가 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 기판 상의 지지체;
    상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 각각 연결된 지지축;
    상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및
    상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 기판 상에 설치된 다수의 고정콤전극;을 구비하며, 상기 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 하는 레이저 영상투사장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 2층 구조의 고정콤전극은:
    기판 상에 형성된 제 1 고정콤전극;
    상기 제 1 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 제 2 고정콤전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 큰 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  18. 서로 다른 파장을 가지는 단색광을 각각 조사하는 다수의 광원, 상기 단색광의 빔들을 각각 색 신호에 따라 변조하는 광변조수단, 상기 광변조수단에 의해 변조된 단색광들을 하나의 빔으로 합성하는 광합성수단, 상기 합성된 빔이 화상을 형성하도록 주사하는 광스캐너, 및 상기 광스캐너에서 주사된 화상이 맺히는 스크린을 포함하는 레이저 영상투사장치에 있어서, 상기 광스캐너는:
    광을 반사시키는 미러부;
    상기 미러부의 상부와 하부에 각각 이격되어 배치된 상부 및 하부 기판;
    상기 미러부가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 현가될 수 있도록 미러부의 양단부를 지지하는 지지체;
    상기 미러부가 상기 지지체에 회전 가능하게 지지될 수 있도록 상기 미러부의 양단부와 지지체 사이에 연결된 지지축;
    상기 미러부의 양측면에 돌출하여 형성된 다수의 이동콤전극; 및
    상기 미러부 양측면의 이동콤전극과 상호 교번하도록 상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 설치된 다수의 상부 고정콤전극 및 하부 고정콤전극;을 구비하며,
    상기 상부 및 하부 고정콤전극은 2층 구조의 전극인 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 2층 구조의 상부 고정콤전극은:
    상기 이동콤전극을 향해 상부 기판에 형성된 제 1 상부 고정콤전극;
    상기 제 1 상부 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 제 2 상부 고정콤전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 2층 구조의 하부 고정콤전극은:
    상기 이동콤전극을 향해 하부 기판에 형성된 제 1 하부 고정콤전극;
    상기 제 1 하부 고정콤전극 상에 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 제 2 하부 고정콤전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 미러부 우측의 하부 고정콤전극에 인가되는 전압과 좌측의 상부 고정콤전극에 인가되는 전압이 동일하고, 상기 미러부 우측의 상부 고정콤전극에 인가되는 전압과 좌측의 하부 고정콤전극에 인가되는 전압이 동일한 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 하부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 크고, 상기 제 1 상부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값은 상기 제 2 상부 고정콤전극에 인가되는 전압의 절대값 보다 큰 것을 특징으로 하는 광스캐너.
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