KR20220015972A - 광학 장치, 광학 장치의 제조 방법 및 광학 장치의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

플랫폼(30)에 의해 캐리어(20)에 장착된 광학 요소(10)를 포함하는 광학 장치(1)이며,
- 상기 플랫폼(30)은 베이스(32) 및 탄성 구조(31)를 포함하고,
- 상기 베이스(32)는 광학 요소(10)에 연결되고,
- 상기 탄성 구조(31)는 베이스(32)와 캐리어(20)를 연결하고,
- 상기 플랫폼(30)은 x-방향(101) 및 y-방향(102)으로 형성된 x-y 평면을 따라 연장되고,
- 액추에이터(40)는 x-y 평면을 따른 방향으로 베이스(32)에 힘을 가하도록 배치되고,
- 상기 탄성 구조(32)는 x-방향(101) 및 y-방향(102)으로 탄성이 있고,
- 베이스(32)와 탄성 구조(31)는 일체형으로 구성된다.

Description

광학 장치, 광학 장치의 제조 방법 및 광학 장치의 작동 방법{OPTICAL DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL DEVICE AND METHOD FOR OPERATING AN OPTICAL DEVICE}

본원에 개시된 광학 장치(optical device)는 광학 장치에 영향을 미치는 전자기파(electromagnetic radiation)의 특성을 능동적으로 제어하기 위해 배치된다. 특히, 전자기파는 가시광선의 파장 범위에 있다. 그 특성은 광 빔의 방향, 상호 간섭, 스펙트럼 및/또는 초점일 수 있다. 특히, 상기 광학 장치는 간섭성 파면 세트의 상호 간섭으로 생성된 스페클 패턴을 감소시키기 위해 배치된 스페클 저감장치(speckle reducer)이다. 광학 장치의 제조 방법은 상기 광학 장치를 제조하는 데 특히 적합한 것이다. 광학 장치를 작동하는 방법은 상기 광학 장치를 작동하는 데 특히 적합한 것이다.

광학 장치는 광학 요소를 포함하며, 광학 요소는 플랫폼에 의해 캐리어에 장착된다. 광학 요소는 전자기파와 상호작용하도록 배치되는 투명한 또는 반사성 광학 요소일 수 있다. 특히, 광학 요소는 전자기파를 확산 반사 또는 투과하도록 배치된다. 예를 들어, 광학 요소는 확산기(diffusor) 이다. 광학 요소는 기본적으로 33mm x 31mm의 엣지 길이 및 900 ㎟ 의 기본적인 2차 광학적으로 사용 가능한 영역을 갖는 정사각형의 형상을 가질 수 있다. 광학 요소는 단일 확산기 표면을 갖는 확산기일 수 있다. 특히, 상기 확산기 표면은 추가적인 광학 요소를 갖는 광학 시스템의 이미지 평면에 배치될 수 있는 것이다.

광학 요소는 플랫폼에 부착된다. 플랫폼은 캐리어에 부착된다. 특히, 플랫폼 및/또는 캐리어는 정의 가능한 방식으로 광학 요소를 이동시키도록 배치된다. 플랫폼 및/또는 캐리어는 전자기파가 그를 통해 투과될 수 있는 개구를 가질 수 있다. 플랫폼 및/또는 캐리어는 의도된 작동 시에 전자기파가 플랫폼 및/또는 캐리어와 상호작용하지 않고, 광학 요소와 상호작용하도록 배치될 수 있다.

플랫폼은 베이스와 탄성 구조를 포함한다. 광학 요소는 베이스에 부착된다. 탄성 구조는 베이스와 캐리어를 연결한다. 베이스와 탄성 구조는 일체형(one-piece manner)으로 구성된다. 따라서 탄성 구조는 베이스와 동일한 재료로 구성된다. 예를 들어, 베이스 및 탄성 구조는 시트(sheet) 재료, 특히 폴리머 시트 재료 또는 금속 시트 재료로 제조된다. 탄성 구조와 베이스 사이의 과도부(transition)에는 패스너, 접착제 및 고정 영역이 없다.

탄성 구조와 캐리어는 교합(interlocking) 및 정합(formfitting) 접속으로 연결될 수 있다. 플랫폼, 특히 베이스는 기본적으로 x-방향 및 y-방향으로 형성되는 x-y 평면을 따라 연장되며, 양측 방향은 x-y 평면을 따라 연장된다. 특히, x-방향과 y-방향은 상호 수직방향으로 연장된다. 탄성 구조는 x-방향과 y-방향으로 탄성이 있다. 본원에서, 특정 방향으로의 탄성은 물체가 그 방향으로 특히 낮은 탄성 계수를 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 탄성 특성은 지정된 방향으로의 탄성 계수가 탄성 특성이 명시적으로 지정되지 않은 방향에 비해 5배 이상, 바람직하게는 10배 이상 작다.

광학 장치는 힘을 가하도록 배치된 액추에이터를 포함한다. 힘은 탄성 구조의 탄성력에 대항하여 베이스와 캐리어 사이에 작용한다. 예를 들어, 액추에이터는 플랫폼과 캐리어에 직접 힘을 가한다. 액추에이터에 의해 가해지는 힘은 자기력 및/또는 전자기력일 수 있다. 특히, 액추에이터에 의해 가해지는 힘의 본질적인 부분은 x-y 평면을 따라서 작용한다. 예를 들어, 액추에이터는 단일 방향으로 힘을 가하도록 배치되며, 상기 단일 방향은 x-y 평면을 따라 이어진다.

액추에이터는 캐리어에 대한 베이스의 제어된 이동을 할 수 있게 한다. 특히, 광학 장치는 광학 요소가 기본적으로 x-y 평면을 따라 연장되는 경로를 따라 캐리어에 대해 이동되도록 배치된다. 특히, 그 경로는 타원형 또는 원형의 형상으로 이루어지며, 상기 경로는 30 Hz 내지 200 Hz, 바람직하게는 50 Hz 내지 80 Hz 사이의 주파수에서 0.5 내지 3 mm 사이의 진폭을 가질 수 있다. 특히, 상기 경로는 0.1 mm 미만, 바람직하게는 0.05 mm 미만으로 x-y 평면에 대해 수직인 방향으로 연장된다.

광학 장치의 일 실시예에 따르면, 광학 장치는 플랫폼에 의해 캐리어에 장착되는 광학 요소를 포함한다. 플랫폼은 베이스 및 탄성 구조를 포함하고, 베이스는 광학 요소에 연결되고, 탄성 구조는 베이스와 캐리어를 연결한다. 베이스와 탄성 구조는 일체형으로 제조될 수 있다. 플랫폼은 x-방향 및 y-방향으로 형성된 x-y 평면을 따라 연장된다. 액추에이터는 x-y 평면을 따른 방향으로 베이스에 힘을 가하도록 배치되고, 탄성 구조는 x-방향 및 y-방향으로 탄성이 있다.

광학 요소는 투과성 광학 요소(transmissive optical element)이다. 특히, 광학 요소는 확산 투명성이 있을 수 있다. 광학 장치는 투과에 의해 전자기파, 특히 광과 상호 작용하도록 배치된다.

본원에 개시된 광학 장치는 다음과 같은 고려 사항을 기반으로 한다. 플랫폼에 이동 가능하게 장착되는 광학 요소는 정밀한 장착을 필요로 하며, 장착은 잘 정의된 기계적 특성이 필요하다. 또한, 많은 용도에서 특히 제조비용이 효율적일 것을 요구한다.

본원에 개시된 광학 장치는 베이스와 탄성 구조를 포함하는 플랫폼을 사용하며, 베이스와 탄성 구조는 일체형 방식으로 제조된다. 바람직하게, 일체형 방식으로 제조된 플랫폼은 정확하게 한정할 수 있는 기계적 특성을 가진 매우 정밀한 장착을 제공하며, 플랫폼은 그 제조가 간단하고 제조비용이 효율적이다.

일 실시예에 따르면, 플랫폼은 x-방향을 따른 제1 공진 주파수 및 y-방향을 따른 제2 공진 주파수를 갖는다. 제1 공진 주파수는 기본적으로 베이스와 광학 요소의 질량 및 x-방향을 따른 탄성 구조의 탄성 계수로 한정된다. 제2 공진 주파수는 기본적으로 베이스와 광학 요소의 질량 및 y-방향을 따른 탄성 구조의 탄성 계수로 한정된다. 제1 대안에 따르면, 제1 및 제2 공진 주파수는 기본적으로 동일하다. 특히, 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수 사이의 편차는 제1 및 제2 공진 주파수의 평균 주파수와 1%, 특히 0.1% 미만이다. 바람직하게, 기본적으로 동일한 공진 주파수는, 제1 및 제2 공진 주파수에 가깝게 구동될 때, 액추에이터가 비교적 낮은 전력을 소비하여 광학 요소의 동작 경로를 간단하게 제어할 수 있다.

제2 대안에 따르면, 제1 및 제2 공진 주파수는 제1 및 제2 공진 주파수의 평균 주파수와는 0.1% 내지 10%, 특히 1% 내지 5% 사이에서 서로 상이하다. 바람직하게, 제2 대안은 액추에이터가 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수 사이의 주파수에서 동작하는 구동을 할 때 액추에이터가 단일 방향으로 힘을 가하는 광학 요소의 동작 경로를 제어할 수 있게 한다. 이것은 광학 장치의 제어가 특히 간단히 이루어지게 한다.

일 실시예에 따르면, 탄성 구조는 x-스프링 및 y-스프링을 포함하고, x-스프링은 적어도 하나의 제1 종류 굽힘 빔을 포함하고 그리고 y-스프링은 적어도 하나의 제2 종류 굽힘 빔을 포함한다. 편향되지 않은 상태에서, 제1 종류 굽힘 빔은 x-방향에 대해 수직으로 연장되고 그리고 제2 종류 굽힘 빔은 y-방향에 대해 수직으로 연장된다. x-스프링은 다중 구조, 특히 제1 종류의 다중 굽힘 빔을 포함할 수 있고, 상기 굽힘 빔은 탄성 계수가 잘 정의된 것이다. y-스프링은 다중 구조, 특히 제2 종류의 다중 굽힘 빔을 포함할 수 있고, 상기 굽힘 빔은 탄성 계수가 잘 정의된 것이다. 상기 제1 종류 빔의 탄성 계수는 x-방향에 대해 수직인 방향으로의 길이로 정의된다. 제2 종류 빔의 탄성 계수는 y-방향에 대해 수직인 방향으로의 길이로 정의된다. 바람직하게, 기본적으로 탄성 계수를 정의하는 빔을 포함하는 스프링 구조는 특히 간단하게 제조할 수 있다.

일 실시예에 따르면 베이스는 외부 윤곽을 갖는다. 외부 윤곽은 베이스의 원주 윤곽을 형성한다. 외부 윤곽은 베이스의 평면도에서 보았을 때 다각형, 바람직하게는 직사각형 모양을 형성할 수 있다. 평면도는 광학 장치의 광학 축을 따른 방향으로 보고 도시한 도면이다.

제1 종류의 굽힘 빔은 외부 윤곽의 제1 영역을 따라 연장될 수 있고, 제2 종류의 굽힘 빔은 외부 윤곽의 제2 영역을 따라 연장될 수 있다. 특히, 편향되지 않은 상태에서, 제1 종류의 굽힘 빔은 외부 윤곽의 제1 영역을 따라 평행하게 연장되고 그리고 제2 종류의 굽힘 빔은 외부 윤곽의 제2 영역을 따라 평행하게 연장된다. 예를 들어, 제1 종류의 굽힘 빔과 제2 종류의 굽힘 빔은 부분적으로 베이스를 구성한다. 바람직하게, 굽힘 빔의 이러한 배치는 광학 장치의 특히 작은 풋프린트(footprint)를 초래한다.

일 실시예에 따르면, x-y 평면에 대해 비스듬한 방향, 특히 수직 방향으로의 이동을 위한 탄성 구조의 강성(stiffness)은 x-y 평면을 따른 방향으로의 이동에 대한 탄성 구조의 강성보다 적어도 10배 더 높다. 광학 요소가 이동하는 경로는 기본적으로 x-y 평면을 따라 연장된다. 특히, 광학 요소의 이동 진폭은 x-y 평면에 대해 수직인 방향으로 광학 요소의 진폭보다 적어도 10배, 바람직하게는 적어도 100배 더 크다. 바람직하게, x-y 평면에 대해 수직인 방향으로의 작은 진폭은 광학 시스템의 광학 경로에서 광학 요소의 특히 정확한 위치 설정을 할 수 있게 한다.

일 실시예에 따르면, 광학 장치는 캐리어에 대한 베이스의 위치를 검출하기 위해 배치된 센서를 포함하고, 그리고 광학 장치는 베이스에 대한 플랫폼의 상대적 동작의 주파수 및/또는 진폭을 제어하기 위해 배치된 컨트롤러를 포함한다. 특히, 센서와 컨트롤러는 광학 요소의 동작 경로에 대한 폐쇄 루프 제어를 할 수 있게 한다. 바람직하게, 센서와 컨트롤러는 광학 요소의 동작을 정밀하게 모니터링하고 제어할 수 있게 한다.

일 실시예에 따르면, 액추에이터는 보이스 코일 액추에이터이고, 보이스 코일 액추에이터는 센서이다. 예를 들어, 베이스는 자석을 포함하고 그리고 캐리어는 코일을 포함하며, 그 반대의 경우도 동일하다. 액추에이터는 캐리어와 플랫폼 사이에 힘을 가하고 그리고 캐리어와 플랫폼의 상대적 위치를 교대로 측정하도록 배치될 수 있다. 바람직하게, 액추에이터에 센서의 통합은 광학 장치의 특히 컴팩트한 설계를 할 수 있게 한다.

일 실시예에 따르면, 광학 장치는 전달 요소를 포함하며, 상기 전달 요소는 x-y 평면을 따른 모든 방향에서 캐리어에 대한 플랫폼의 최대 편향을 제한하도록 배치되고, x-y 평면을 따른 모든 방향에서 최대 편향은 기본적으로 동일하다. 특히, 전달 요소는 기계적 정지부를 포함할 수 있으며, 상기 정지부는 x-y 평면을 따라 캐리어에 대한 플랫폼의 동작을 제한한다. 예를 들어, 전달 요소는 캐리어에 고정적으로 연결되는 핀 및 플랫폼의 개구를 포함하며, 핀의 직경은 개구의 직경보다 작다. 대안적으로, 핀은 플랫폼에 고정적으로 부착되고 그리고 캐리어는 상기 개구를 포함한다. 예를 들어, 액추에이터는 핀이 개구부의 윤곽을 형성하는 내부 엣지에 대하여 놓이도록 캐리어에 대해 플랫폼을 이동한다. 따라서 플랫폼은 상기 윤곽에 의해 형성된 경로를 따라 이동한다. 특히 윤곽은 원형의 윤곽을 갖는다. 개구 직경에 대한 핀 직경의 비율은 플랫폼에 대한 편향 진폭을 정의한다. 특히, 전달 요소는 다수의 개구 및 다수의 핀을 포함하며, 각각의 핀은 다수의 개구 중 하나에 배정된다.

전달 요소는 캐리어에 대한 플랫폼의 동작을 안내하도록 배치될 수 있다. 특히, 전달 요소는 x-y 평면을 따라 플랫폼의 동작 경로를 형성하는 캠을 포함한다.

예를 들어, 광학 장치가 전달 요소를 포함하는 경우, 탄성 구조는 특히 높은 탄성 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수는 모두 10 Hz 이하, 특히 5 Hz 이하이다.

일 실시예에 따르면, 베이스 및 탄성 구조는 일체형 방식으로 제조된다.

일 실시예에 따르면, 광학 장치는 광학 요소를 통해 연장되는 광학 축을 포함한다. 광학 축은 광학 장치를 통과하는 광이 요망하는 경로를 나타낸다. 특히, 광학 요소는 광학 축에 배치된 광학 장치의 유일한 부분이다. 예를 들어, 광학 축은 캐리어, 베이스 또는 탄성 구조와 교차하지 않는다. 광학 축은 광학 장치를 통해 연장된다. 다시 말해서, 광학 축은 광학 장치의 제1 측면으로부터 광학 장치의 제2 측면으로 연장되며, 여기서 제1 측면은 제2 측면에 대향한다. 특히, 광학 장치는 트인 구멍(clear aperture)을 포함하며, 광학 축은 상기 트인 구멍을 통해 연장된다. 트인 구멍에는 광학 요소만 배치된다. 트인 구멍은 플랫폼 및/또는 캐리어에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 특히, 캐리어 및/또는 플랫폼은 측방향으로 적어도 3개의 측면에서 인접하여 있고, 측방향은 광학 축에 대해 수직 방향으로 연장된다. 바람직하게, 트인 구멍은 측방향으로 캐리어 및/또는 플랫폼에 의해 완전히 둘러싸여 있다.

또한, 광학 장치를 제조하기 위한 방법을 특정한다. 특히, 본원에 개시된 광학 장치는 상기 방법으로 제조될 수 있는 것이다. 이런 사실은 상기 광학 장치에 대해 개시된 모든 특징들이 상기 방법에 대해서도 개시되며, 그 반대의 경우도 동일함을 의미한다.

상기 방법은 플랫폼을 포함하는 광학 장치를 제조하기 위한 것이다. 플랫폼은 베이스 및 탄성 구조를 구비하며, 상기 베이스 및 상기 탄성 구조는 공통 금속 시트로 제조된다. 상기 방법에서, 금속 시트의 윤곽은 예를 들어 펀칭 또는 에칭 단계에서 형성된다. 특히, 상기 방법의 단계에서 베이스의 윤곽과 탄성 구조의 윤곽이 형성된다.

베이스는 금속 시트의 제1 부분을 포함하고, 탄성 구조는 금속 시트의 제2 부분을 포함한다. 상기 방법의 단계에서는 제1 부분과 제2 부분이 구부러져, 제1 부분이 제2 부분에 대해 기본적으로 비스듬하게 연장된다. 특히, 금속 시트는 제1 부분이 제2 부분에 대해 수직으로 연장되도록 구부러진다. 탄성 구조는 제1 부분을 제2 부분에 대해 90° 굽혀서 제조된다.

일 실시예에 따르면, 탄성 구조는 제1 종류의 굽힘 빔을 가진 x-스프링 및 제2 종류의 굽힘 빔을 가진 y-스프링을 포함한다. 제1 종류의 굽힘 빔과 제2 종류의 굽힘 빔은 일체형으로 제조된다. 특히, 제1 종류의 굽힘 빔과 제2 종류의 굽힘 빔은 금속 시트의 제2 부분을 구부려서 제조된다. 특히, 제2 부분은 제1 하위 부분과 제2 하위 부분을 포함하며, 여기서 제1 하위 부분은 제1 종류의 굽힘 빔을 포함하고, 제2 하위 부분은 제2 종류의 굽힘 빔을 포함한다. 예를 들어, 제1 하위 부분은 x-방향에 대해 수직인 방향으로 연장되고, 제2 하위 부분은 y-방향에 대해 수직인 방향으로 연장된다. 제1 공진 주파수는 x-방향에 대해 수직인 방향을 따른 제1 하위 부분의 길이에 따라 달라진다. 제2 공진 주파수는 y-방향에 대해 수직인 제2 하위 부분의 길이에 따라 달라진다.

광학 장치를 구동하기 위한 방법도 특정된다. 특히, 본원에 개시된 광학 장치는 상기 방법으로 구동될 수 있는 것이다. 이런 사실은 광학 장치 및 광학 장치 제조 방법에 대해 개시된 모든 특징들이 방법에 대해서도 개시되었으며, 그 반대의 경우도 동일한 것임을 의미한다. 광학 장치를 구동하기 위한 방법에서 광학 장치는 플랫폼에 의해 캐리어에 장착된 광학 소자를 포함한다. 액추에이터는 여기 주파수를 가진 주기적 여기 신호로 구동된다. 플랫폼은 베이스를 구비하고, 상기 베이스는 x-방향으로 제1 공진 주파수를 갖고 그리고 y-방향으로 제2 공진 주파수를 갖는다. 제1 공진 주파수는 기본적으로 베이스 및 광학 요소의 질량과 x-방향을 따른 탄성 구조의 탄성 계수에 따라 달라진다. 제2 공진 주파수는 베이스 및 광학 요소의 질량과 y-방향을 따른 탄성 구조의 탄성 계수에 따라 달라진다.

제1 대안에 따라서, 여기 주파수는 제1 및 제2 공진 주파수 양측의 것보다 크거나 작다. 예를 들어, 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수는 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수의 평균 주파수와 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만의 차이가 난다. 특히, 액추에이터는 x-y 평면을 따라 2개의 힘을 가하도록 배치되며, 여기서 2개의 힘은 x-y 평면을 따라 다른 방향으로 향하고 그리고 2개의 힘은 서로에 대한 위상(phase)이 다를 수 있다. 바람직하게, 작은 힘이 광학 요소의 동작에 대한 큰 진폭을 초래하기 때문에, 제1 및 제2 공진 주파수에 특히 가까운 여기 주파수가 에너지 효율적인 작동을 할 수 있게 한다. 제2 대안에 따르면, 여기 주파수는 제1 및 제2 공진 주파수 사이에 있고, 그리고 여기 주파수와 제1 공진 주파수 간의 차이의 절대값 및 여기 주파수와 제2 공진 주파수 간의 차이의 절대값은 기본적으로 동일하다. 예를 들어, 제1 및 제2 공진 주파수는 제1 및 제2 공진 주파수의 평균 주파수와 5% 이상, 특히 3% 이상 차이가 난다. 또한, 액추에이터의 힘은 x-y 평면을 따라 x-방향 및 y-방향에 대해 비스듬하게 작용한다. 바람직하게, 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수 사이의 구동 주파수는 x-y 평면을 따라 단일 방향으로 힘을 방출하는 액추에이터로 광학 장치를 구동할 수 있게 한다. 특히, 액추에이터는 단일 채널의 신호로 구동된다. 따라서 장치를 작동하는 데 필요한 회로의 복잡성을 상당히 줄여서 유지 할 수 있다.

일 실시예에 따라서, 광학 장치는 캐리어에 대한 베이스의 위치를 검출하도록 배치된 센서, 및 캐리어에 대한 베이스의 상대적 동작에 대한 주파수 및/또는 진폭을 제어하도록 배치된 컨트롤러를 포함하며, 캐리어에 대한 베이스의 이동 경로는 센서와 컨트롤러를 포함하는 위치 기반 폐쇄 루프 제어 회로로 제어된다. 특히, 베이스는 플랫폼에 대한 이동 경로를 따라 이동한다. 이동 경로는 타원형, 특히 원형 형상을 가질 수 있다. 특히, 동작 경로는 리사주 궤도(Lissajous orbit)의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게, 이동 경로는 센서에 의해 결정되며, 여기서 센서는 베이스의 원형 동작의 주파수보다 적어도 10배 더 높은 검출 주파수를 갖는다.

광학 장치, 광학 장치 제조 방법 및 광학 장치 작동 방법의 추가 이점 및 유리한 개선 그리고 개발은 도면과 관련하여 예시된 다음의 예시적인 실시예로부터 비롯된다.

도 1은 광학 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 사시도 이다.
도 2는 광학 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 투시도 이다.
도 3은 광학 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 사시도 이다.
도 4는 예시적인 실시예에서 광학 장치의 플랫폼을 개략적으로 도시한 사시도 이다.
도 5는 전달 구조를 갖는 광학 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 사시도 이다.
도 6은 전달 구조를 갖는 광학 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 평면도 이다.
도 7은 전달 구조를 갖는 광학 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 평면도 이다.

동일하거나, 동일하게 작용하는 요소에는 도면에서 동일한 참조 기호를 부여 했다. 도면 및 도면에 도시된 요소 간의 비율은 축척에 맞춰 나타낸 것이 아니다. 오히려, 각각의 요소는 바람직하게 나타낼 수 있고 그리고/또는 용이한 이해를 위해서 크기를 과장하여 나타낸 것이다.

도 1은 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 개략적인 사시도로 나타낸 것이다. 광학 장치(1)는 광학 요소(10)를 포함하며, 광학 요소(10)는 플랫폼(30)에 의해 캐리어(20) 상에 장착된다. 광학 요소(10)는 확산기이다. 플랫폼(30)은 베이스(32)와 탄성 구조(31)를 포함한다. 베이스(32)는 광학 요소(10)에 연결되고, 그리고 탄성 구조(31)는 베이스(32)와 캐리어(20)를 연결한다.

탄성 구조(31)는 x-스프링 및 y-스프링을 포함한다. x-스프링은 적어도 하나의 제1 종류 굽힘 빔(311)을 포함하고, y-스프링은 적어도 하나의 제2 종류 굽힘 빔(312)을 포함한다. 편향되지 않은 상태에서, 제1 종류 굽힘 빔(311)은 x-방향(101)에 대해 수직으로 연장되고, 그리고 편향되지 않은 상태에서, 제2 종류 굽힘 빔(312)은 y-방향(102)에 대해 수직으로 연장된다. 플랫폼(30)은 x-방향(101)을 따른 제1 공진 주파수를 갖고, y-방향(102)을 따른 제2 공진 주파수를 가지며, 제1 및 제2 공진 주파수는 기본적으로 동일하거나, 제1 및 제2 공진 주파수는 1% 내지 5% 사이에서 서로 다르다. 제1 공진 주파수는 기본적으로 x-스프링의 탄성과 베이스(32) 및 광학 요소(10)의 질량에 따라 달라진다. 제2 공진 주파수는 기본적으로 y-스프링의 탄성과 광학 요소(10) 및 베이스(32)의 질량에 따라 달라진다.

플랫폼(30)은 x-방향(101) 및 y-방향(102)으로 형성된 x-y 평면을 따라 연장된다. 탄성 구조(31)는 x-방향(101) 및 y-방향(102)으로 탄성이 있다. x-y 평면에 대해 비스듬한 방향, 특히 수직 방향으로의 이동에 대한 탄성 구조(32)의 강성(stiffness)은, x-y 평면을 따르는 방향으로의 이동에 대한 탄성 구조(32)의 강성보다 적어도 10배 더 크다.

액추에이터(40)는 x-y 평면을 따른 방향으로 베이스(32)에 힘을 가하도록 배치된다. 액추에이터(40)는 다수의 보이스 코일 액추에이터를 포함하며, 코일은 캐리어(20)에 통합된다. 특히, 캐리어(20)는 PCB이고 그리고 PCB의 전도성 트랙은 PCB에 통합되는 코일을 형성한다. 또한, 액추에이터(40)는 베이스(32)에 부착된 다수의 자석(도면에 도시되지 않음)을 포함한다. 보이스 코일 액추에이터는 캐리어(20)에 대한 베이스(32)의 위치를 검출하기 위한 센서(51)로서 사용된다. 컨트롤러(50)는 캐리어(20)에 대한 베이스(32)의 상대적 동작의 주파수 및/또는 진폭을 제어하도록 배치된다. 베이스(32) 및 탄성 구조(31)는 공통 금속 시트로 일체형으로 제조된다. 베이스(32)는 금속 시트의 제1 부분을 포함하고 그리고 탄성 구조(31)는 금속 시트의 제2 부분을 포함한다. 탄성 구조(31)는 제1 부분을 제2 부분에 대해 90°로 굽혀서 제조된다. 따라서, 탄성 구조(31)는 x-y 평면에 대해 수직으로 연장된다.

탄성 구조는 제1 종류의 2개의 굽힘 빔(311)을 갖는 x-스프링 및 제2 종류의 2개의 굽힘 빔(312)을 갖는 y-스프링을 포함한다. 제1 종류의 각각의 굽힘 빔(311)은 제2 종류의 굽힘 빔(312) 중 하나에 기계적으로 연결된다. 제1 종류의 각각의 굽힘 빔(311)은 제2 종류의 굽힘 빔(312)과 일체형으로 제조된다. 작동 시에, 액추에이터(40)는 여기 주파수(excitation frequency)를 갖는 주기적 여기 신호로 구동된다. 여기 주파수는 제1 및 제2 공진 주파수 양측의 것보다 크거나 작고, 또는 여기 주파수가 제1 및 제2 공진 주파수 사이에 있고 그리고 여기 주파수와 제1 공진 주파수 간의 차이의 절대값 및 여기 주파수와 제2 주파수 간의 차이의 절대값은 기본적으로 동일하다. 작동 시에, 액추에이터(40)는 베이스(32)가 캐리어(20)에 대해 x-y 평면을 따라 타원형, 바람직하게는 원형의 동작을 수행하도록 구동된다. 특히, 컨트롤러(50)는 폐쇄 루프(closed loop) 제어를 할 수 있다. 특히, 컨트롤러는 2개의 채널을 갖고, 제1 채널은 x-방향(101)을 따라 액추에이터(40)의 힘을 제어하도록 배치되고 그리고 제2 채널은 y-방향(102)을 따라 액추에이터(40)의 힘을 제어하도록 배치된다. 상기 동작의 주파수는 바람직하게는 30 Hz 내지 200 Hz 사이, 매우 바람직하게는 50 Hz 내지 80 Hz 사이이다. 상기 동작의 피크 대 피크 진폭은 0.5 mm 내지 5 mm의 범위에 있으며 반면에, x-y 평면에 대해 수직인 방향으로의 동작의 진폭은 0.1 mm 미만이다.

도 2는 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 개략적인 사시도로 도시 했다. 도 2에 도시된 광학 장치(1)는 탄성 구조의 설계에서 도 1에 도시된 실시예와는 다른 것이다. 도 2의 실시예는 제1 종류의 4개의 굽힘 빔(311)을 갖는 x-스프링 및 제2 종류의 4개의 굽힘 빔(312)을 갖는 y-스프링을 포함한다.

도 3은 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 개략적인 사시도로 도시 했다. 도 3에 도시된 실시예는 베이스(32)에 광학 요소(10)를 부착하는 도 2에 도시된 실시예와는 다른 것이다. 광학 요소(10)는 고정 요소(34)에 의해 베이스(32)에 부착된다. 고정 요소(34)는 클램프이며, 부정합 연결(non-positive connection)로 베이스(32)에 광학 요소(10)를 부착한다.

도 4는 예시적인 실시예에서 광학 장치(1)의 플랫폼(30)을 개략적인 사시도로 도시 했다. 플랫폼은 베이스(32)를 포함한다. 베이스(32)에는 가시 파장 범위(visible wavelength range)의 광에 대한 투명한 오목부가 있다.

도 5는 예시적인 실시예에서 전달 구조(60)를 가진 광학 장치(1)의 개략적인 사시도 이다. 전달 구조(60)는 베이스(32) 및 4개 핀(61)에 배치된 4개 개구(62)를 포함한다. 개구(62) 및 핀(61)은 모두 평면도에서 보았을 때 원형의 외형상을 갖는다. 각각의 핀(61)은 개구(62) 중 하나를 통해 연장된다. 핀(61)은 개구(62)보다 작은 직경을 갖는다. 핀 직경에 대한 개구 직경의 비는 베이스(32)의 동작 경로에 대한 진폭을 정의한다. 전달 구조는 x-y 평면을 따라 캐리어(20)에 대한 베이스(32)의 최대 편향성을 제한 한다. 작동 시, 핀은 개구(62)를 제한하는 내부 윤곽부에 대하여 놓여 있다. 따라서 개구(62)의 윤곽은 베이스(32)의 이동 경로를 형성 한다.

도 6은 예시적인 실시예에서 전달 구조(60)를 가진 광학 장치의 개략적인 평면도 이다. x-스프링 및 y-스프링은 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수가 10 Hz 미만이도록 설계되었다. 따라서, 기본적으로 전달 구조(60)는 베이스(32)의 동작을 관리한다.

도 7은 예시적인 실시예에서 전달 구조(60)를 가진 광학 장치(1)의 개략적인 평면도 이다. 도 7에 도시된 전달 구조(60)는 도 6에 도시된 전달 구조의 실시예와는 다른 것이다. 전달 구조(60)는 축(63)과 베어링(64)을 갖는 캠(65)이다. 축(63)은 의도된 작동을 하는 동안 베어링(64)이 그 주위를 회전하는 회전 축이다. 축(63)은 베어링(64)의 중심에서 벗어나 있다. 따라서 베이스는 캐리어(20)에 대해 원형 동작으로 힘을 받게 된다. 베어링(64)에 대한 축(63)의 거리는 베이스(32)의 원형 동작 경로의 진폭을 각각 형성 한다.

본 발명은 상술된 내용에 기초한 설명에 의한 예시적인 실시예에 제한되지 않는 것이다. 오히려, 본 발명은 모든 새로운 특징 및 특징들의 조합, 특히 특징 또는 특징들의 조합 자체가 청구범위 또는 예시적인 실시예에 명시적으로 지정되지 않은 것일지라도, 특허 청구범위 내의 모든 특징들의 조합을 포함하는 것이다.

1 광학 장치
20 캐리어
30 플랫폼
31 탄성 구조
311 제1 종류의 빔
312 제2 종류의 빔
32 베이스
33 오목부
34 고정 요소
40 액추에이터
50 컨트롤러
51 센서
60 전달 구조
61 핀
62 개구
63 축
64 베어링
65 캠
101 x-방향
102 y-방향

Claims (14)

1. 플랫폼(30)에 의해 캐리어(20)에 장착된 광학 요소(10)를 포함하는 광학 장치(1)이며,
   - 플랫폼(30)은 베이스(32) 및 탄성 구조(31)를 포함하고,
   - 베이스(32)는 광학 요소(10)에 연결되고,
   - 탄성 구조(31)는 베이스(32)와 캐리어(20)를 연결하고,
   - 플랫폼(30)은 x-방향(101) 및 y-방향(102)으로 형성된 x-y 평면을 따라 연장되고,
   - 액추에이터(40)는 x-y 평면을 따른 방향으로 베이스(32)에 힘을 가하도록 배치되고,
   - 탄성 구조(32)는 x-방향(101) 및 y-방향(102)으로 탄성이 있고,
   - 광학 요소(10)는 투과성 광학 요소인 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 플랫폼(30)은 x-방향(101)을 따른 제1 공진 주파수 및 y-방향(102)을 따른 제2 공진 주파수를 구비하고, 그리고
   - 제1 및 제2 공진 주파수는 기본적으로 동일하거나, 또는
   - 제1 및 제2 공진 주파수가 1% 내지 5% 사이에서 서로 다른 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성 구조(32)는 x-스프링 및 y-스프링을 포함하고, 상기 x-스프링은 적어도 하나의 제1 종류 굽힘 빔(311)을 포함하고 그리고 상기 y-스프링은 적어도 하나의 제2 종류 굽힘 빔(312)을 포함하며,
   - 편향되지 않은 상태에서, 제1 종류 굽힘 빔(311)은 x-방향(101)에 대해 수직으로 연장하고, 그리고
   - 편향되지 않은 상태에서, 제2 종류 굽힘 빔(312)은 y-방향(102)에 대해 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
4. 제3항에 있어서, 상기 베이스는 외부 윤곽을 갖고,
   제1 종류 굽힘 빔은 외부 윤곽의 제1 영역을 따라 연장되고,
   제2 종류 굽힘 빔은 외부 윤곽의 제2 영역을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, x-y 평면에 대해 비스듬한 방향으로의 이동에 대한 탄성 구조(32)의 강성은, x-y 평면을 따른 방향으로의 이동에 대한 탄성 구조(32)의 강성보다 적어도 10배 더 높은 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광학 장치(1)는
   - 캐리어(31)에 대한 베이스(32)의 위치를 검출하도록 배치된 센서(51), 및
   - 캐리어(20)에 대한 베이스(32)의 상대적 동작의 주파수 및/또는 진폭을 제어하도록 배치된 컨트롤러(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
7. 제6항에 있어서, 액추에이터(40)는 보이스 코일 액추에이터이고, 보이스 코일 액추에이터는 센서(51)인 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전달 요소(60)를 포함하며, 상기 전달 요소는 x-y 평면을 따른 모든 방향으로 캐리어(20)에 대해 베이스(32)의 최대 편향성을 제한하도록 배치되고, x-y 평면을 따른 모든 방향으로의 최대 편향성은 기본적으로 동일한 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 베이스(32)와 탄성 구조(31)는 일체형 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광학 요소(10)를 통해 연장되는 광학 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치(1).
11. 탄성 구조(31) 및 베이스(32)를 가진 플랫폼(30)을 포함하는 광학 장치(1)를 제조하는 방법이며,
    - 베이스(32)와 탄성 구조(31)는 공통 금속 시트로 구성되며,
    - 베이스(32)는 금속 시트의 제1 부분을 포함하고 그리고 탄성 구조(31)는 금속 시트의 제2 부분을 포함하며,
    - 탄성 구조(31)는 제1 부분을 제2 부분에 대해 90°만큼 굽힘으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 탄성 구조(31)는 제1 종류 굽힘 빔(311)을 갖는 x-스프링 및 제2 종류 굽힘 빔(312)을 갖는 y-스프링을 포함하며, 제1 종류 굽힘 빔(311)과 제2 종류 굽힘 빔(312)은 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 플랫폼(30)에 의해 캐리어(20)에 장착된 광학 요소(10)를 포함하는 광학 장치(1)를 구동하는 방법이며,
    - 액추에이터(40)는 캐리어(20)에 대해 광학 요소(10)를 편향시키는 힘을 행사하고,
    - 액추에이터(40)는 여기 주파수를 가진 주기적 여기 신호로 구동되고,
    - 플랫폼(30)은 x-방향(101)으로의 제1 공진 주파수 및 y-방향(102)으로의 제2 공진 주파수를 가지며,
    - 여기 주파수가 제1 및 제2 공진 주파수 양측의 것보다 크거나 작고,
    - 또는 여기 주파수가 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수 사이에 있고 그리고 여기 주파수와 제1 공진 주파수 간의 차이의 절대값 및 여기 주파수와 제2 공진 주파수 간의 차이의 절대값이 기본적으로 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 광학 장치는 캐리어(31)에 대한 베이스(32)의 위치를 검출하도록 배치된 센서(51), 및 캐리어(20)에 대한 베이스(32)의 상대적 동작의 주파수 및/또는 진폭을 제어하게 배치된 컨트롤러(50)를 포함하며, 캐리어에 대한 베이스의 이동 경로는 센서(51) 및 컨트롤러(50)를 구비하는 위치 기반 폐쇄-루프 제어 회로로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
    

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