WO2020080868A1 - 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기 - Google Patents

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WO2020080868A1
WO2020080868A1 PCT/KR2019/013706 KR2019013706W WO2020080868A1 WO 2020080868 A1 WO2020080868 A1 WO 2020080868A1 KR 2019013706 W KR2019013706 W KR 2019013706W WO 2020080868 A1 WO2020080868 A1 WO 2020080868A1
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WO
WIPO (PCT)
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mirror
axis
substrate
scanner
region
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/013706
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이병구
박주도
안재용
김상천
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to a scanner and an electronic device having the same, and more particularly, to a scanner capable of wide-angle scanning, and an electronic device having the same.
  • Optical-based MEMS scanners are being developed for projector-based displays, and have recently been employed in riders, etc., for the detection of users in driving aids such as robots, drones, vehicles, or home appliances.
  • An object of the present invention is to provide a scanner capable of wide-angle scanning, and an electronic device having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a scanner capable of reducing an element size while reducing optical interference, and an electronic device having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a scanner for preventing collisions when rotating a mirror and reducing damping caused by airflow generated by mirror rotation, and an electronic device having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a scanner having improved horizontal and vertical resolution and beam reflection performance, and an electronic device having the same.
  • a scanner for achieving the above object, and an electronic device having the same, a mirror rotating about a first axis in a direct manner, a substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and a mirror First and second mirror support members connected to the first and second sides, first and second mirror springs respectively connected to the first and second mirror support members, and formed on the substrate.
  • a step is formed in the first region and the second region, which include a plurality of combs for supplying the rotational force to the mirror, a partial region of the substrate, and both regions of the mirror.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis may be 25 to 40 degrees.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis is ⁇
  • the thickness of the mirror is H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the substrate is R ⁇ It can correspond to sin ( ⁇ ) + H ⁇ cos ( ⁇ ).
  • the thickness of the mirror is referred to as H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the substrate may be 0.42R + 0.9H to 0.64R + 0.76H.
  • the substrate may include an upper substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and a lower substrate disposed under the upper substrate.
  • the step is formed on the upper substrate and the lower substrate, and may be formed in the first region and the second region, which are both regions of the mirror.
  • the steps formed in the first region and the second region may have an asymmetric shape.
  • the width of the substrate may be greater than or equal to the diameter of the mirror.
  • At least one opening may be formed in the substrate corresponding to the lower portion of the mirror.
  • the larger the width of the opening the smaller the step formed on the mirror and the substrate.
  • a scanner for achieving the above object, and an electronic device having the same, a mirror rotating about a first axis in a direct manner, an upper substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and a mirror
  • the first and second mirror support members are connected to the first and second sides of the first and second mirror springs respectively connected to the first and second mirror support members, and are formed on the upper substrate.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis may be 25 to 40 degrees.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis is ⁇
  • the thickness of the mirror is H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the upper substrate is R It can correspond to ⁇ sin ( ⁇ ) + H ⁇ cos ( ⁇ ).
  • the thickness of the mirror is called H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the upper substrate may be 0.42R + 0.9H to 0.64R + 0.76H.
  • the steps formed in the first region and the second region may have an asymmetric shape.
  • the widths of the upper substrate and the lower substrate may be greater than or equal to the diameter of the mirror.
  • At least one opening may be formed in the lower substrate corresponding to the lower portion of the mirror.
  • the larger the width of the opening the smaller the step formed on the mirror and the substrate.
  • a scanner and an electronic device having the same, include a mirror rotating about a first axis in a direct manner, a substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and first and second sides of the mirror First and second mirror support members connected to each of the first and second mirror springs connected to the first and second mirror support members, respectively, and formed on the substrate and supplying a constant power-based rotational force to the mirror
  • a step is formed in the first region and the second region, which include a plurality of combs, are partial regions of the substrate, and are both regions of the mirror. Accordingly, light can be output in both directions of the mirror, and thus, wide-angle scanning is possible.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis may be 25 to 40 degrees. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis is ⁇
  • the thickness of the mirror is H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the substrate is R ⁇ It can correspond to sin ( ⁇ ) + H ⁇ cos ( ⁇ ). Accordingly, collision with the substrate due to rotation of the mirror can be prevented. In addition, wide-angle scanning becomes possible.
  • the thickness of the mirror is referred to as H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the substrate may be 0.42R + 0.9H to 0.64R + 0.76H. Accordingly, collision with the substrate due to rotation of the mirror can be prevented. In addition, wide-angle scanning becomes possible.
  • the substrate may include an upper substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and a lower substrate disposed under the upper substrate.
  • the step is formed on the upper substrate and the lower substrate, and may be formed in the first region and the second region, which are both regions of the mirror. Accordingly, light can be output in both directions of the mirror, and thus, wide-angle scanning is possible.
  • a step may be formed on the upper substrate and the lower substrate, and through the step, collision with the lower substrate by rotation of the mirror may be prevented.
  • the steps formed in the first region and the second region may have an asymmetric shape. Accordingly, when the incident angle is increased in the vertical incidence method, wide-angle scanning is possible.
  • the width of the substrate may be greater than or equal to the diameter of the mirror. Accordingly, it is possible to prevent the mirror from being damaged while handling the substrate.
  • At least one opening may be formed in the substrate corresponding to the lower portion of the mirror. Accordingly, the damping effect due to the air flow occurring in the lower portion of the mirror according to the rotation of the mirror can be reduced.
  • the width of the opening becomes larger, it is possible to prevent the substrate from colliding due to head rotation, and the step formed on the mirror and the substrate may be smaller. Accordingly, the height of the scanner can be reduced, and accordingly, a slim scanner can be implemented.
  • a scanner and an electronic device having the same, include a mirror rotating about a first axis in a direct manner, an upper substrate formed spaced apart from the outside of the mirror, and a first side and a second side of the mirror
  • the first and second mirror support members connected to the two sides, the first and second mirror springs connected to the first and second mirror support members, respectively, and formed on the upper substrate, mirror the rotational force based on the constant power.
  • a plurality of combs to be supplied to and a lower substrate disposed under the upper substrate, a partial region of the upper substrate, and a step formed in the first region and the second region which are both regions of the lower portion of the mirror Can be. Accordingly, light can be output in both directions of the mirror, and thus, wide-angle scanning is possible.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis may be 25 to 40 degrees. Accordingly, wide-angle scanning becomes possible.
  • the size of the rotation angle relative to the second axis is ⁇
  • the thickness of the mirror is H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the upper substrate is R It can correspond to ⁇ sin ( ⁇ ) + H ⁇ cos ( ⁇ ). Accordingly, collision with the lower substrate by rotation of the mirror can be prevented. In addition, wide-angle scanning becomes possible.
  • the thickness of the mirror is called H
  • the radius of the mirror is R
  • the height of the step formed on the upper substrate may be 0.42R + 0.9H to 0.64R + 0.76H. . Accordingly, collision with the lower substrate by rotation of the mirror can be prevented. In addition, wide-angle scanning becomes possible.
  • a step may be formed only on the upper substrate, and through the step, collision with the lower substrate by rotation of the mirror may be prevented.
  • the steps formed in the first region and the second region may have an asymmetric shape. Accordingly, when the incident angle is increased in the vertical incidence method, wide-angle scanning is possible.
  • the widths of the upper substrate and the lower substrate may be greater than or equal to the diameter of the mirror. Accordingly, it is possible to prevent the mirror from being damaged while handling the substrate.
  • At least one opening may be formed in the lower substrate corresponding to the lower portion of the mirror. Accordingly, the damping effect due to the air flow occurring in the lower portion of the mirror according to the rotation of the mirror can be reduced.
  • the larger the width of the opening the smaller the step formed on the mirror and the lower substrate. Accordingly, the height of the scanner can be reduced, and accordingly, a slim scanner can be implemented.
  • FIG. 1 is a view showing an electronic device having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A illustrates an internal block diagram of an optical output unit having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a scanning method during light projection of the scanner module of FIG. 2A.
  • 2C is a view for explaining the operation of a conventional horizontal incidence scanner.
  • 3A is a diagram illustrating a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • 3B to 4C are views referred to in the description of FIG. 3A.
  • 5A is a diagram illustrating a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • 5B to 5C are views referred to in the description of FIG. 5A.
  • 6A is a diagram illustrating a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • 6B to 6F are views referred to in the description of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B to 7C are views referred to in the description of FIG. 7A.
  • 8A to 9C are diagrams illustrating scanners according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing incident light incident on a mirror.
  • modules and “parts” for components used in the following description are given simply by considering the ease of writing the present specification, and do not give meanings or roles particularly important in themselves. Therefore, the “module” and the “unit” may be used interchangeably.
  • the electronic devices described in this specification include robots, drones, vehicles, and the like, which can be used for driving, and, for the detection of users, refrigerators, washing machines, air conditioners, electronic doors, and automatic temperature control devices And home appliances.
  • the scanner described in this specification is a scanner employed in Lidar or the like, and outputs light in front.
  • FIG. 1 is a view showing an electronic device having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 200 may include an optical output unit 205 for optical output to the front. Meanwhile, the optical output unit 205 may be implemented as a scanner.
  • the light output unit 205 may each include a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the scanner in the light output unit 205 may output the scanned light OLa in front, approximately a few meters to several hundred meters ahead.
  • the light output from the light output unit 205 is infrared light, and may have a wavelength of approximately 900-1550 nm.
  • FIG. 2A illustrates an internal block diagram of an optical output unit having a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the light output unit 205 may output light scanned outside the electronic device.
  • the light output unit 205 uses a laser diode having good straightness as a light source in order to output the scanned light OLa, approximately a few meters to several hundred meters ahead.
  • the light output unit 205 includes a light source unit 210 for outputting infrared light and a driving unit 286 for driving the light source unit 210.
  • the light source unit 210 may output infrared light having a wavelength of approximately 900 to 1550 nm.
  • the light source unit 210 may be driven by an electric signal from the driving unit 286, and an electric signal from the driving unit 286 may be generated by control of the processor 170.
  • the infrared light output from the light source unit 210 is collimated through each collimator lens in the light collecting unit 212.
  • the light reflection unit 220 reflects the infrared light output from the light source unit 210 or the condensing unit 212, and outputs the path-changed infrared light in one direction.
  • the light reflection unit 220 may include a 1D MEMS mirror.
  • the light reflection unit 220 reflects the infrared light output from the light source unit 210 or the light collecting unit 212, and outputs the path-changed infrared light in the direction of the scanner module 240.
  • the line beam forming unit 222 may form light from the light reflection unit 220 as a line beam. To this end, when the light reflection unit 220 is provided as a 1D MEMS, the line beam forming unit 222 may be excluded.
  • the line beam forming unit 222 may form and output a line beam having a straight line shape in consideration of the scanner module 240, which is capable of only one-way scanning.
  • the light reflection unit 256 may reflect the line beam from the line beam forming unit 222 in the direction of the scanner module 240. To this end, the light reflection unit 256 may be provided with Total Mirror (TM).
  • TM Total Mirror
  • the scanner module 240 may scan the line beam reflected from the light reflection unit 256 in the first direction.
  • the scanner module 240 may sequentially and repeatedly perform input line beam scanning in the first direction. Thereby, the scanned light OL corresponding to infrared light may be output to the outside.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a scanning method during light projection of the scanner module of FIG. 2A.
  • light from the light source unit 210 is input to the scanner module 240 through the light reflection unit 220, the line beam forming unit 222, the light reflection unit 256, and the like, and the scanner module
  • the 240 may sequentially and repeatedly perform the first direction scanning on the input light or line beam. .
  • the scanner module 240 may perform scanning from the left to the right in a diagonal direction or a horizontal direction, which is a first direction, with respect to the external area 40, centering on a scanable area.
  • the scanning operation may be repeatedly performed on the entire external area 40.
  • the outer region 40 may be divided into a first region 42 and a second region 44, as shown in FIG. 2cb.
  • the first area 42 may be an area including the external object 43, that is, an active area 42
  • the second area 44 does not include the external object 43 It may be a non-existing area, that is, a blank area 44.
  • the entire scanning section also includes a first scanning section corresponding to an active area 42 that is an area where an external object is present, and a blank area 44 which is an area where no external object is present. It may be divided into a second scanning section corresponding to.
  • 2C is a view for explaining the operation of a conventional horizontal incidence scanner.
  • the conventional horizontal incidence method was applied in a scanner 410x having an optical angle of 60 degrees or less, due to the breakage limit of a silicon-based mirror spring at a large-diameter mirror, a high driving frequency, and a wide driving angle.
  • the horizontal incidence method is a method in which the second axis (Axisx) and the third axis (Axisz) enter at a predetermined angle with respect to the third axis (Axisz).
  • the scanner 410x with an optical angle of 60 degrees mirrors the incident light OLx incident at an angle of at least 15 degrees relative to the third axis (Axisz) to avoid light interference with the light source (MRx)
  • MRx mirror
  • the incident light OLx incident at an angle of 15 degrees from the right with respect to the third axis (Axisz) is based on the incident light when the mirror is rotated 15 degrees to the left and right based on the center (MRC) of the mirror MRx To the left, reflected light (OLxa) is output.
  • the optical angle of the mirror MRx is 60 degrees, which is the sum of 15 degrees on the right and 45 degrees on the left, compared to the third axis (Axisz).
  • a vertical incidence method is used instead of a horizontal incidence method to implement a wide-angle scanner.
  • the vertical incidence method is a method in which light enters at a predetermined angle with the third axis (Axisz) or the third axis (Axisz) in a plane formed by the first axis (Axisy) and the third axis (Axisz). Accordingly, a wide angle can be realized without light interference between incident light and reflected light.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a scanner according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 3B to 4C are diagrams referred to in the description of FIG. 3A.
  • FIG. 3A is a perspective view of a scanner according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a front view of a scanner according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3C is a side view of a scanner according to an embodiment of the present invention.
  • the scanner 410 may be a constant power based direct type scanner.
  • the scanner 410 is a first and second mirrors (MR) that rotates with respect to the first axis (Axisy) in a direct manner, and are respectively connected to the first and second sides of the mirror (MR) Mirror support members (SPa, SPb), first and second mirror springs (MSa, MSb) connected to the first and second mirror support members (SPa, SPb), respectively, and a constant power-based rotational force (MR) It includes a plurality of combs (CMBMa to CMBMd, CMBNa to CMBNd) supplied to), and a substrate SLC formed spaced apart from the outside of the mirror MR.
  • CMBMa to CMBMd, CMBNa to CMBNd constant power-based rotational force
  • the substrate SLC is spaced apart from the mirror MR, and may be formed in a square shape outside the mirror MR.
  • the first comb CMBMa to CMBMd is a movable comb, connected to the first or second mirror support members SPa and SPb, and based on the constant power with the mirror MR It can transmit the rotational force.
  • the second comb CMBNa to CMBNd among the plurality of combs may be a fixed comb formed on the substrate SLC and disposed in correspondence with the first combs CMBMa to CMBMd.
  • the rotational force is generated by the constant power between the first comb CMBMa to CMBMd and the second comb CMBNa to CMBNd, and the generated rotational force can be transmitted to the mirror MR.
  • the first and second mirror support members SPa and SPb are connected to the first and second sides of the mirror MR, and the first and second mirrors are connected.
  • the first and second mirror springs MSa and MSb are respectively connected to the support members SPa and SPb, various modifications are possible.
  • the scanner 410 further includes third and fourth mirror springs (not shown) connected to the first and second mirror support members SPa and SPb and symmetrically extending in the second axial direction. can do. Accordingly, it is possible to alleviate the stress of the first and second mirror springs MSa and MSb by the third and fourth mirror springs (not shown).
  • steps EDba and EDaa are formed in the first region and the second region, which are a partial region of the substrate SLC, and are both regions of the mirror MR.
  • the first region and the second region which are both side regions, may mean both side regions of the mirror MR, but are not limited thereto, and may also include a space below the mirror MR. That is, the step may be formed in both side regions of the mirror MR, as well as in both side regions of the lower portion of the mirror MR.
  • the steps EDba and EDaa formed in the first region and the second region may have an asymmetric shape.
  • the upper region of the steps EDba and EDaa may be larger than the lower region. Accordingly, when the incident angle is increased in the vertical incidence method, wide-angle scanning is possible.
  • the width of the substrate SLC may be greater than or equal to the diameter of the mirror MR. Accordingly, it is possible to prevent damage to the mirror that may occur while handling the substrate SLC.
  • the third axis (Axisz) and the first axis (Axisy) orthogonal to the first axis (Axisy) and the second axis (Axisx) may be incident on the mirror MR at a predetermined angle, and light may be reflected in directions corresponding to the first region and the second region. Accordingly, wide-angle scanning is possible in the vertical incidence method.
  • a first pattern and a second pattern formed through etching may be further included on the rear surface of the mirror MR. Accordingly, the driving force of the scanner can be reduced by reducing the MOI (Moment Of Inertia) of the mirror while maintaining the rigidity of the mirror. Accordingly, through the scanner 410, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • MOI Manufacturing Of Inertia
  • the first pattern and the second pattern may be arc shapes spaced apart from the circumference of the mirror MR. Accordingly, through the scanner 410, horizontal resolution and vertical resolution and beam reflection performance can be improved.
  • a scanner capable of wide-angle scanning is proposed in a scanner employable in various electronic devices.
  • the optical angle of the mirror MRx in the conventional horizontal incidence type scanner 410x was 60 degrees or less.
  • the incident light angle is a third axis ( Axisz) standards should be increased further.
  • the scanner 410 having a high driving frequency and a wide driving angle is designed while reducing the possibility of damage such as a silicon-based mirror spring.
  • the mirror (MR) Let light enter.
  • This method is a vertical incidence method, compared to the horizontal incidence method of FIG. 2C, and has the advantage of being advantageous in realizing wide angle without light interference of incident light.
  • the angle of the reflected light is changed.
  • the angle of the reflected light in the left direction compared to the incident light is at least 45 degrees.
  • Set the angle of the reflected light in the right direction compared to the incident light to be at least 45 degrees.
  • the optical angle of the mirror MR of the scanner 410 it is preferable to set the optical angle of the mirror MR of the scanner 410 to be at least 90 degrees.
  • the minimum optical angle in the vertical incidence method according to the embodiment of the present invention corresponds to the reflected light path of the left 45 degrees of FIG. 2C. Therefore, the reflected light path abnormality of the left 45 degrees in FIG. 2C is set as a wide-angle scanner.
  • the present invention proposes a scanner 410 having a final optical angle of the mirror MR of 100 degrees.
  • the second A scanner 410 in which the final rotation angle with respect to the axis (Axisx) is 25 degrees or more is proposed. According to this, it is preferable that the final optical angle of the mirror MR is 100 degrees or more.
  • electronic devices employing LiDAR employ a wide-angle camera to obtain more image information, for example, a wide-angle camera having a maximum viewing angle of approximately 150 degrees. Therefore, in order to verify the overlap with a camera in an electronic device employing a lidar, it is preferable that the maximum angle of the optical angle of the mirror MR in the scanner 410 for use in the lidar of the present invention is 150 degrees.
  • the maximum value of the final optical angle of the mirror MR is 160 degrees, further considering the margin optical angle of 10 degrees to 150 degrees, which is the maximum value of the optical angle of the mirror MR. Therefore, in the present invention, a scanner in which the maximum value of the final optical angle of the mirror MR is 160 degrees is proposed.
  • the maximum value of the rotation angle compared to the second axis (Axisx) is 37.5, and considering the margin driving angle of 2.5 degrees, finally, the second axis (Axisx) )
  • the maximum value of the final optical angle of the mirror MR is 160 degrees.
  • the size of the final rotation angle compared to the second axis (Axisx) is 25 to 40 degrees. Suggest.
  • FIG. 4A illustrates that light is reflected in the direction of the first area of FIG. 3A.
  • the mirror MR rotates with respect to the first axis Axis in a direct manner based on a constant power
  • the substrate SLC is disposed spaced apart from the mirror MR.
  • the substrate SLC may be disposed spaced apart from the side and rear surfaces of the mirror MR.
  • the right side of the mirror MR is a region corresponding to the first region of FIG. 3A, and the substrate SLC may be etched to form a step EDba.
  • FIG. 4A illustrates that the mirror MR rotates in the downward direction with respect to the second axis Axis, by an angle of ⁇ .
  • the incident light OLi incident on the right end MRED of the mirror MR rotating to the lower right is reflected by the mirror MR and passes through the point GBED on the second axis Axis.
  • step EDba corresponding to the first region, light is output to the outside without loss of light by the substrate.
  • the distance or distance Da between the center (MRC) of the mirror (MR) and the point (GBED) on the second axis (Axisx) corresponds to the path of the reflected light on the top of the first region substrate, as the sum of Dmo and Dm1 , It can be calculated by the following equation (1).
  • R is the radius of the mirror MR
  • ⁇ corresponds to the rotation angle of the mirror MR relative to the second axis Axis
  • Dmo corresponds to Rcos ( ⁇ )
  • Dm1 is Rsin ( ⁇ ) tan (2 ⁇ ).
  • the position of the side substrate positioned in the first region is preferably Da or higher.
  • the wider the angle the larger the size of Da and the larger the size of the device. Therefore, it is desirable to prevent light loss by applying a step EDba to the first region without increasing the device size.
  • the width Da corresponding to the first region corresponding to the optical angle of 100 degrees of the mirror MR corresponds to 1.41 times the radius R of the mirror MR
  • the width Da corresponding to the first region corresponding to the optical angle of 160 degrees of the mirror MR corresponds to 4.41 times the radius R of the mirror MR. Accordingly, the wider the angle, the larger the device is forced to prevent.
  • a step EDba it is preferable to apply a step EDba to the first region based on the second axis (Axisx) intersecting the first axis (Axisy) to prevent light loss without increasing the device size.
  • 4B illustrates that light is reflected in the direction of the second region of FIG. 3A.
  • the mirror MR rotates with respect to the first axis Axis in a direct manner based on a constant power, and the substrate SLC is disposed under the mirror MR.
  • FIG. 4B illustrates that the mirror MR rotates in the downward direction with respect to the second axis Axis, by an angle of ⁇ .
  • the incident light OLi incident on the right end MRED of the mirror MR rotating to the lower right is reflected by the mirror MR and passes through the point GBEDb on the second axis Axisx.
  • step EDaa by applying the step EDaa to the second region, light is output to the outside without light loss due to surrounding structures.
  • the distance or distance Da between the center MRC of the mirror MR and the point GBEDb on the second axis Axis corresponds to the path of the reflected light on the top of the second region substrate, and is the sum of Dmo and Dm1. , It can be calculated by Equation 1 above.
  • FIG. 4C illustrates that light is reflected in the direction of the first region of FIG. 3A, similar to FIG. 4A.
  • the height Dpth of the step EDba formed on the substrate SLC is Dm2 and Dm3 It can be the sum of
  • the height Dpth of the step EDba formed on the substrate SLC may be calculated by Equation 2 below.
  • the height Dpth of the step EDba formed on the substrate SLC may be 0.42R + 0.9H to 0.64R + 0.76H. .
  • the substrate may be formed by dividing the upper substrate and the lower substrate. This will be described with reference to FIGS. 5A to 5C.
  • FIG. 5A is a perspective view of a scanner according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a side view of the scanner of FIG. 5A
  • FIG. 5C is a view referenced to the operation description of FIG. 5A.
  • the scanner 410aa may be a constant power based direct scanner, similar to the scanner 410 of FIGS. 3A to 4C.
  • the difference will be mainly described.
  • the scanner 410aa includes first and second mirrors MR that rotate in a direct manner with respect to the first axis Axis, and first and second sides of the mirror MR, respectively.
  • CMBMa ⁇ CMBMd, CMBNa ⁇ CMBNd A plurality of combs to supply (CMBMa ⁇ CMBMd, CMBNa ⁇ CMBNd), the upper substrate (SLC) formed spaced apart from the outside of the mirror (MR), and the lower portion disposed under the upper substrate (SLC) And a substrate (DDSB).
  • the upper substrate SLC is spaced apart from the mirror MR, and may be formed in a square shape outside the mirror MR.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are a partial region of the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB, and are both regions of the mirror MR. Accordingly, light can be output in both directions of the mirror MR, and thus, wide-angle scanning is possible.
  • steps EDba and EDaa may be formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB, and thus, collision of the lower substrate DDSB by rotation of the mirror MR may be prevented. There will be.
  • the width of the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB may be greater than or equal to the diameter of the mirror MR. Accordingly, according to this, it is possible to prevent damage to the mirror that may occur while handling the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB.
  • FIG. 5C illustrates that light is reflected in the direction of the first region.
  • the height of the step EDba formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB ( Dpth) may be the sum of Dm2 and Dm3.
  • the height Dpth of the step EDba formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB may be calculated by Equation 2 above.
  • the height (Dpth) of the step (EDba) formed in the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB is 0.42R + 0.9H to 0.64 R + 0.76H.
  • At least one opening OP is formed in a region corresponding to a lower portion of the mirror MR. This will be described with reference to FIG. 6A and below.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a scanner according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 6B to 6E are diagrams referred to in the description of FIG. 6A.
  • the scanner 410ba may be a constant power-based direct scanner, similar to the scanner 410 of FIGS. 3A to 4C.
  • the difference will be mainly described.
  • the scanner 410aa includes first and second mirrors MR that rotate in a direct manner with respect to the first axis Axis, and first and second sides of the mirror MR, respectively.
  • Mirror support members SPa, SPb
  • first and second mirror springs MSa, MSb
  • MR constant power-based rotational force
  • FIG. 6B shows a side view of FIG. 6A and illustrates that the opening OP is formed in the third region corresponding to the lower portion of the mirror MR. Accordingly, a damping effect due to airflow generated under the mirror due to rotation of the mirror MR may be reduced, and thus, a scanner driving force may be reduced. In addition, as the width of the opening increases, the mirror rotation space can be secured through the opening, so that the step formed on the mirror and the substrate can be reduced.
  • 6C to 6F illustrate that light is reflected in the direction of the first region of FIG. 6A.
  • the right side of the mirror MR is a region corresponding to the first region of FIG. 6A, and the substrate SLC may be etched to form a step EDba.
  • FIGS. 6C to 6F illustrate that the mirror MR rotates by an angle of ⁇ in a downward direction with respect to the second axis Axis.
  • Fig. 6C illustrates a scanner 410ba having a width of the opening OP formed in the substrate SLC, Wsa, and a height of the step EDba, which is Dptha.
  • FIG. 6C illustrates a scanner 410ba in which the mirror MR rotates by a ⁇ angle in a downward direction with respect to the second axis Axis.
  • FIG. 6D illustrates a scanner 410ba2 having a width of the opening OP formed on the substrate SLC, a Wsb smaller than Wsa, and a height of the step EDba being Dpthb larger than Dptha.
  • the height of the step EDba is It has no choice but to grow.
  • FIG. 6E illustrates a scanner 410ba3 in which the width of the opening OP formed in the substrate SLC is Wsc greater than Wsa and the height of the step EDba is Dpthc less than Dptha.
  • the mirror rotation space can be secured through the opening, so that the height of the step EDba can be reduced. Accordingly, it is possible to implement a slim scanner.
  • FIG. 6F shows a range of steps that can be formed when an opening is formed in the substrate.
  • the mirror MR formed in the scanner 410ba4 and the step EDba formed in the substrate SLC may be between Dpthd and Dpthe.
  • Dpthe is a value corresponding to R ⁇ sin ( ⁇ ) + H ⁇ cos ( ⁇ ) when a 40-degree rotation is not formed in the substrate SLC, and may be approximately 0.64R + 0.76H.
  • Dpthd corresponds to a step that must be etched to a minimum in order to avoid optical interference.
  • the distance of the second axis (Axisx) from the center of the mirror of the point where it meets the upper surface of the mirror at the minimum optical angle ⁇ 1 is half the opening size (Wsc) Is 1.41R.
  • the step Dpthd for securing the maximum optical angle ⁇ 2 corresponds to 0.53R.
  • a method of forming a step through etching on the upper surface will be more preferable than a method of reducing the step of the lower plate.
  • the minimum step (Dpthd) to prevent the optical interference when rotating at the maximum optical angle ( ⁇ 2) can be calculated by the following equation (3).
  • Dpthd R ⁇ sin ( ⁇ 2)-[R ⁇ cos ( ⁇ 1) + R ⁇ sin ( ⁇ 1) ⁇ tan (2 ⁇ 1) -R ⁇ cos ( ⁇ 2)] / tan (2 ⁇ 2)
  • the step formed on the substrate is compared with the upper surface of the mirror MR when the thickness of the mirror MR is H and the radius of the mirror MR is R. , 0.53R to 0.64R + 0.76H.
  • a step is formed in some regions of the substrate SLC, and at least one opening is formed below the mirror MR, but the substrate is used as an upper substrate and a lower substrate. It is also possible to be divided. This will be described with reference to FIGS. 7A to 7C.
  • FIG. 7A is a perspective view of a scanner according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 7B to 7C are views referred to for describing the operation of FIG. 7A.
  • the scanner 410bb may be a constant power-based direct scanner, similar to the scanners of FIGS. 6A to 6F. Hereinafter, the difference will be mainly described.
  • the scanner 410bb includes first and second mirrors MR rotating about the first axis Axis in a direct manner, and first and second sides of the mirror MR, respectively.
  • MR constant power-based rotational force
  • a plurality of combs to supply CMBMa ⁇ CMBMd, CMBNa ⁇ CMBNd
  • the upper substrate (SLC) formed spaced apart from the outside of the mirror (MR), and the lower portion disposed under the upper substrate (SLC) And a substrate (DDSB). Meanwhile, an opening OP is formed in the lower substrate DDSB corresponding to the lower portion of the mirror MR.
  • the upper substrate SLC is spaced apart from the mirror MR, and may be formed in a square shape outside the mirror MR.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are a partial region of the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB, and are both regions of the mirror MR. Accordingly, light can be output in both directions of the mirror MR, and thus, wide-angle scanning is possible.
  • steps EDba and EDaa may be formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB, and thus, collision of the lower substrate DDSB by rotation of the mirror MR may be prevented. There will be.
  • the width of the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB may be greater than or equal to the diameter of the mirror MR. Accordingly, it is possible to prevent damage to the mirror that may occur while handling the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB.
  • FIG. 7B illustrates that light is reflected in the direction of the first region.
  • the step EDba formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB is Dptha It can be formed of.
  • an opening OP is formed in the lower substrate DDSB corresponding to the lower portion of the mirror MR.
  • the larger the width of the opening OP the more the damping effect due to the airflow generated in the lower part of the mirror when the mirror MR is rotated, the scanner driving force can be reduced.
  • the mirror rotation space can be secured through the opening, so that the height of the step EDba can be reduced. Accordingly, it is possible to implement a slim scanner.
  • FIG. 7C shows a range of the stepped EDba that can be formed when a step EDba is formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB and an opening OP is formed on the lower substrate DDSB. .
  • the mirror MR formed in the scanner 410bb and the step EDba formed in the substrate SLC may be between Dpthd and Dpthe.
  • Dpthe is a value corresponding to R ⁇ sin ( ⁇ ) + H ⁇ cos ( ⁇ ) when a 40-degree rotation is not formed in the substrate SLC, and may be approximately 0.64R + 0.76H.
  • Dpthd corresponds to a step that must be etched to a minimum in order to avoid optical interference.
  • the distance of the second axis (Axisx) from the center of the mirror of the point where the upper surface of the mirror meets the upper surface of the mirror at the minimum optical angle ⁇ 1 is the opening size (Wsc). It is 1.41R in half.
  • the step Dpthd for securing the maximum optical angle ⁇ 2 corresponds to 0.53R.
  • the step (Dpthhd) is less than 0.53R, a method of forming a step through etching on the upper surface will be more preferable than a method of reducing the step of the lower plate.
  • Equation 3 the minimum step (Dpthd) that prevents optical interference when rotating at the maximum optical angle ( ⁇ 2) can be calculated by Equation 3 above.
  • 8A to 9C are diagrams illustrating scanners according to various embodiments of the present invention.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are both regions of the mirror MR, and a plurality of openings (below the mirror MR) are formed.
  • OPaa ⁇ OPan is illustrated.
  • the scanners shown in FIGS. 5A to 7B have openings greater than or equal to the size of the mirror MR, but, as with the scanner 410ca of FIG. 8A, to reduce the damping effect due to airflow, the mirror MR It is also preferable to form a plurality of openings smaller than the size of. According to this, it is also possible to easily form a plurality of openings.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are both regions of the mirror MR, and two openings (at the bottom of the mirror MR) It is exemplified that OPb) is formed on both sides of the mirror MR.
  • the two openings OPb in the drawing may be implemented in a square shape or the like.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are both regions of the mirror MR, and one opening (at the bottom of the mirror MR) It illustrates that OPc) is formed.
  • the opening OPc has a circular shape similar to the circular mirror MR shape, but is formed smaller than the size of the mirror MR.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are both regions of the mirror MR, and one opening (at the bottom of the mirror MR) OPd) is illustrated.
  • the opening OPd in the drawing may be formed larger than a circular mirror MR shape.
  • steps EDba and EDaa are formed in the first and second regions, which are both regions of the mirror MR, and one opening (at the bottom of the mirror MR) OPe) is illustrated.
  • the opening OPe in the drawing may be implemented in a square shape or the like.
  • the scanner 410cf of FIG. 8F is similar to the scanner 410cd of FIG. 8D, but the steps EDba and EDaa are formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSBf, and the lower portion of the mirror MR In, it illustrates that one opening OPf is formed.
  • FIG. 8G illustrates the lower substrate DDSBf of FIG. 8F.
  • the scanner 410ch in FIG. 8H is similar to the scanner 410cd in FIG. 8D, but is the first substrate SLC, the second of the first substrate SLC, the second substrate DDSBh1, and the third substrate DDSBh2. It is exemplified that steps EDba and EDaa are formed on the substrate DDSBh1, and one opening OPh is formed under the mirror MR.
  • FIG. 8I illustrates the third substrate DDSBh2.
  • a step is not formed, and one opening OPh may be formed.
  • FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating a scanner according to another embodiment of the present invention.
  • the scanners 410da, 410db, and 410dc of FIGS. 9A to 9C are mirrors that rotate relative to the first axis Axis in a direct manner, similar to the scanner 410 of FIGS. 3A to 3C.
  • MR magnetic resonance
  • SLC substrate
  • SPa, SPb first and second mirror support members
  • the first and second mirror springs MSa and MSb connected to the first and second mirror support members SPa and SPb, respectively, and formed on the upper substrate SLC and mirroring the rotational force based on the constant power.
  • a plurality of combs supplied to the MR and a lower substrate DDSB disposed under the upper substrate SLC, and a partial region of the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB, and a mirror Steps (EDac, EDbc or EDad, EDbd or EDac, EDbc or EDae, EDbe) are formed in the first region and the second region, which are both side regions of the lower part of (MR). Accordingly, light can be output in both directions of the mirror MR, and thus, wide-angle scanning is possible.
  • the side shapes of the steps EDac and EDbc formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB may be implemented in various shapes such as an angular shape and a circular shape.
  • the width of the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB may be greater than or equal to the diameter 2R of the mirror MR. Accordingly, it is possible to prevent the mirror from being damaged while handling the substrate.
  • the steps EDae and EDbe formed on the upper substrate SLC and the lower substrate DDSB are formed asymmetrically in the vertical direction. Can be.
  • more etching may be performed in the upward direction and less etching may be performed in the downward direction. Accordingly, when the incident angle is increased in the vertical incident method, light may be output in an upward direction.
  • FIG. 10 is a view showing incident light incident on a mirror.
  • a vertical incident method is used instead of a horizontal incident method.
  • light (OLi) is incident at a predetermined angle with the third axis (Axisz) or the third axis (Axisz) in the plane (YZP) formed by the first axis (Axisy) and the third axis (Axisz). Way.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

본 발명은 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이다. 본 발명의 스캐너는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판과, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)을 포함하고, 기판의 일부 영역이며, 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성된다. 이에 따라, 미러의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.

Description

스캐너, 및 이를 구비한 전자기기
본 발명은 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 광각의 스캐닝이 가능한 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이다.
광학 기반의 멤스 스캐너(mems scanner)는, 프로젝터 기반의 디스플레이용으로 개발되고 있으며, 최근에는 로봇, 드론, 차량 등의 주행 보조 또는 홈 어플라이언스 등에서의 사용자 등의 감지를 위해, 라이더 등에 채용되고 있다.
멤스 스캐너가, 주행 보조 또는 사용자 감지 등을 위해 사용되는 경우, 신뢰성 확보를 위해, 최저 주파수, 구동각, 미러 크기 등을 고려한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은, 광각의 스캐닝이 가능한 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 광간섭을 저감하면서, 소자 크기를 저감할 수 있는 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 미러 회전 시 충돌 방지 및 미러 회전에 의해 발생하는 기류에 의한 댐핑을 저감하는 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상된 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판과, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)을 포함하고, 기판의 일부 영역이며, 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도일 수 있다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 기판에 형성된 단차의 높이는, R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응할 수 있다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 기판에 형성된 단차의 높이는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 일 수 있다.
한편, 기판은, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판과, 상부 기판의 하부에 배치되는 하부 기판을 포함할 수 있다. 이때, 단차는 상부 기판 및 하부 기판에 형성되며, 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 형성될 수 있다.
한편, 제1 영역 및 제2 영역에 형성된 단차는 비대칭 형상을 가질 수 있다.
한편, 기판의 폭은, 미러의 직경 이상일 수 있다.
한편, 제1 축 및 제2 축에 직교하는 제3 축과 제1 축이 이루는 평면에서, 제3 축 혹은 제3 축과 소정 각도를 가지고 광이 미러에 입사하고, 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 방향으로 광이 반사될 수 있다.
한편, 미러의 하부에 대응하는 기판에, 적어도 하나의 개구가 형성될 수 있다.
이때, 개구의 폭이 커질수록, 미러와 기판에 형성된 단차는 작아지는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판과, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각가 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 상부 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)과, 상부 기판의 하부에 배치되는 하부 기판을 포함하고, 상부 기판의 일부 영역이며, 미러의 하부의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성될 수 있다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도일 수 있다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 상부 기판에 형성된 단차의 높이는, R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응할 수 있다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 상부 기판에 형성된 단차의 높이는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 일 수 있다.
한편, 제1 영역 및 제2 영역에 형성된 단차는 비대칭 형상을 가질 수 있다.
한편, 상부 기판 및 하부 기판의 폭은, 미러의 직경 이상일 수 있다.
한편, 제1 축 및 제2 축에 직교하는 제3 축과 제1 축이 이루는 평면에서, 제3 축 혹은 제3 축과 소정 각도를 가지고 광이 미러에 입사하고, 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 방향으로 광이 반사될 수 있다.
한편, 미러의 하부에 대응하는 하부 기판에, 적어도 하나의 개구가 형성될 수 있다.
이때, 개구의 폭이 커질수록, 미러와 기판에 형성된 단차는 작아지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판과, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)을 포함하고, 기판의 일부 영역이며, 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성된다. 이에 따라, 미러의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도일 수 있다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 기판에 형성된 단차의 높이는, R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응할 수 있다. 이에 따라, 미러의 회전에 의한, 기판과의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 또한, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 기판에 형성된 단차의 높이는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 일 수 있다. 이에 따라, 미러의 회전에 의한, 기판과의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 또한, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판은, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판과, 상부 기판의 하부에 배치되는 하부 기판을 포함할 수 있다. 이때, 단차는 상부 기판 및 하부 기판에 형성되며, 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 형성될 수 있다. 이에 따라, 미러의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 상부 기판 및 하부 기판에 단차가 형성될 수 있으며, 단차를 통해, 미러의 회전에 의한, 하부 기판과의 충돌을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 영역 및 제2 영역에 형성된 단차는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 입사각이 커지는 경우 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판의 폭은, 미러의 직경 이상일 수 있다. 이에 따라, 기판을 다루면서 발생할 수 있는 미러의 파손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 축 및 제2 축에 직교하는 제3 축과 제1 축이 이루는 평면에서, 제3 축 혹은 제3 축과 소정 각도를 가지고 광이 미러에 입사하고, 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 방향으로 광이 반사될 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 하부에 대응하는 기판에, 적어도 하나의 개구가 형성될 수 있다. 이에 따라, 미러의 회전에 따라 미러의 하부에서 발생하는 기류에 의한 댐핑 효과가 저감될 수 있게 된다.
한편, 개구의 폭이 커질수록, 머리 회전에 의한 기판 충돌을 방지할 수 있어, 미러와 기판에 형성된 단차는 작아질 수 있다. 이에 따라, 스캐너의 높이를 줄일 수 있으며, 따라서, 슬림한 스캐너를 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기는, 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러와, 미러의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판과, 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재와, 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링과, 상부 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 미러에 공급하는 복수의 콤(comb)과, 상부 기판의 하부에 배치되는 하부 기판을 포함하고, 상부 기판의 일부 영역이며, 미러의 하부의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성될 수 있다. 이에 따라, 미러의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도일 수 있다. 이에 따라, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 제2 축 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 상부 기판에 형성된 단차의 높이는, R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응할 수 있다. 이에 따라, 미러의 회전에 의한, 하부 기판과의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 또한, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 제1 축 기준 회전시, 미러의 두께를 H라 하며, 미러의 반경을 R이라 할 때, 상부 기판에 형성된 단차의 높이는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 일 수 있다. 이에 따라, 미러의 회전에 의한, 하부 기판과의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 또한, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 상부 기판에만 단차가 형성될 수 있으며, 단차를 통해, 미러의 회전에 의한, 하부 기판과의 충돌을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 영역 및 제2 영역에 형성된 단차는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 입사각이 커지는 경우 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 상부 기판 및 하부 기판의 폭은, 미러의 직경 이상일 수 있다. 이에 따라, 기판을 다루면서 발생할 수 있는 미러의 파손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 축 및 제2 축에 직교하는 제3 축과 제1 축이 이루는 평면에서, 제3 축 혹은 제3 축과 소정 각도를 가지고 광이 미러에 입사하고, 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 방향으로 광이 반사될 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러의 하부에 대응하는 하부 기판에, 적어도 하나의 개구가 형성될 수 있다. 이에 따라, 미러의 회전에 따라 미러의 하부에서 발생하는 기류에 의한 댐핑 효과가 저감될 수 있게 된다.
한편, 개구의 폭이 커질수록, 미러와 하부 기판에 형성된 단차는 작아지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 스캐너의 높이를 줄일 수 있으며, 따라서, 슬림한 스캐너를 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 구비하는 전자기기를 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 구비하는 광 출력부의 내부 블록도를 예시한다.
도 2b는 도 2a의 스캐너 모듈의 광 투사시의 스캐닝 방법을 예시하는 도면이다.
도 2c는 종래의 수평 입사 방식의 스캐너의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도 3b 내지 도 4c는 도 3a의 설명에 참조되는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도 5b 내지 도 5c는 도 5a의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도 6b 내지 도 6f는 도 6a의 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도 7b 내지 도 7c는 도 7a의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도 10은 미러에 입사되는 입사광을 도시하는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술되는 전자기기는, 주행을 위해 라이다 등이 채용 가능한 로봇, 드론, 차량 등을 포함하며, 아울러, 사용자 등의 감지를 위한, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 전자 도어, 자동 온도 조절 장치 등의 홈 어플라이언스 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 스캐너는, 라이다(Lidar) 등에 채용되는 스캐너로서, 전방에 광을 출력한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 구비하는 전자기기를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 전자기기(200)는, 전방으로의 광출력을 위해, 광 출력부(205)를 구비할 수 있다.한편, 광 출력부(205)는, 스캐너로 구현될 수 있다.
한편, 광 출력부(205)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 각각 구비할 수 있다.
예를 들어, 광 출력부(205) 내의 스캐너는, 대략, 수 미터에서 수백 미터 전방까지, 스캐닝된 광(OLa)을, 전방에 출력할 수 있다.
한편, 광 출력부(205)에서 출력되는 광은 적외선 광으로서, 그 파장이, 대략 900~1550nm일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너를 구비하는 광 출력부의 내부 블록도를 예시한다.
도면을 참조하면, 광 출력부(205)는, 전자기기의 외부에 스캐닝된 광을 출력할 수 있다.
광 출력부(205)는, 대략, 수 미터에서 수백 미터 전방까지, 스캐닝된 광(OLa)을, 출력하기 위해, 광원으로서, 직진성이 좋은 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 광 출력부(205)는, 적외선 광을 출력하는 광원부(210)와, 광원부(210)를 구동하는 구동부(286)를 구비한다.
예를 들어, 광원부(210)는, 대략 900~1550nm의 파장을 가지는 적외선 광을 출력할 수 있다.
한편, 광원부(210)는, 구동부(286)로부터의 전기 신호에 의해, 구동될 수 있으며, 이러한 구동부(286)의 전기 신호는, 프로세서(170)의 제어에 의해, 생성될 수 있다.
광원부(210)에서 출력되는 적외선 광은, 집광부(212) 내의 각 집광 렌즈(collimator lens)를 통해, 시준된다(collimate).
광반사부(220)는, 광원부(210) 또는 집광부(212)에서 출력되는 적외선 광을 반사하여, 경로 변경된 적외선 광을 일 방향으로 출력한다. 이를 위해, 광반사부(220)는, 1D MEMS 미러를 구비할 수 있다.
예를 들어, 광반사부(220)는, 광원부(210) 또는 집광부(212)에서 출력되는 적외선 광을 반사하여, 경로 변경된 적외선 광을, 스캐너 모듈(240) 방향으로 출력하도록 한다.
한편, 라인빔 형성부(222)는, 광반사부(220)로부터의 광을 라인빔으로 형성할 수 있다. 이를 위해 광반사부(220)를 1D MEMS로 구비하는 경우, 라인빔 형성부(222)는 제외될 수 있다.
특히, 라인빔 형성부(222)는, 일방향 스캐닝만 가능한, 스캐너 모듈(240)을 고려하여, 일자 형태의 라인빔을 형성하여 출력할 수 있다.
다음, 광반사부(256)는, 라인빔 형성부(222)로부터의 라인빔을 스캐너 모듈(240) 방향으로 반사시킬 수 있다. 이를 위해, 광반사부(256)는, Total Mirror(TM)로 구비할 수 있다.
한편, 스캐너 모듈(240)은, 광반사부(256)에서 반사된 라인빔을, 제1 방향 스캐닝되도록 할 수 있다.
즉, 스캐너 모듈(240)은, 입력되는 라인빔을 제1 방향 스캐닝을 순차적으로 반복적으로 수행할 수 있다. 이에 의해, 외부로 적외선 광에 대응하는 스캐닝된 광(OL)이 출력될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 스캐너 모듈의 광 투사시의 스캐닝 방법을 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 광원부(210)로부터의 광은, 광반사부(220), 라인빔 형성부(222), 광반사부(256) 등을 거쳐, 스캐너 모듈(240)로 입력되며, 스캐너 모듈(240)은, 입력되는 광 또는 라인빔에 대해, 제1 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. .
도면과 같이, 스캐너 모듈(240)은, 스캐닝 가능한 영역을 중심으로, 외부 영역(40)에 대해, 제1 방향인 사선 방향 또는 수평 방향으로, 좌에서 우로 스캐닝을 수행할 수 있다. 그리고, 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 영역(40)의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
이러한 스캐닝 동작에 의해, 외부에 스캐닝된 적외선 광을 출력할 수 있게 된다.
한편, 외부 영역(40)은, 도 2cb와 같이, 제1 영역(42)과 제2 영역(44)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 영역(42)은, 외부 대상물(43)을 포함하는 영역, 즉 유효 영역(active area)(42)일 수 있으며, 제2 영역(44)은, 외부 대상물(43)을 포함하지 않는 영역, 즉 블랭크 영역(blank area)(44)일 수 있다.
이에 따라, 전체 스캐닝 구간도, 외부 대상물이 존재하는 영역인 유효 영역(active area)(42)에 대응하는 제1 스캐닝 구간과, 외부 대상물이 존재하지 않는 영역인 블랭크 영역(blank area)(44)에 대응하는 제2 스캐닝 구간으로 구분될 수도 있다.
도 2c는 종래의 수평 입사 방식의 스캐너의 동작을 설명하는 도면이다.
종래의 수평 입사 방식은, 대구경 미러, 높은 구동 주파수, 넓은 구동각에서 실리콘 기반의 미러 스프링의 파손 한계로 인해, 광학각 60도 이하인 스캐너(410x)에서 적용되었다.
도면을 참조하면, 수평 입사 방식은, 제2 축(Axisx) 과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면에서 제3 축(Axisz)을 기준으로 소정의 각도를 가지고 입사하는 방식이다.
한편, 종래의 수평 입사 방식에 따른 광학각 60도의 스캐너(410x)는, 광원과의 광간섭을 피하기 위해 제3 축(Axisz) 기준 최소 15도의 각도로 입사되는 입사광(OLx)을 미러(MRx)의 회전에 의해, 입사광 기준으로 단방향으로 출력하는 미러(MRx)를 구비할 수 있다.
이에 따라, 제3 축(Axisz)을 기준으로 우측에서 15도의 각도로 입사되는 입사광(OLx)은, 미러(MRx)의 중심(MRC)을 기준으로 미러가 좌,우로 15도 회전 시, 입사광 기준으로 좌측으로, 반사광(OLxa)이 출력되게 된다.
도면에서는, 제3 축(Axisz) 대비, 우측의 15도와, 좌측의 45도를 합산한, 60도가, 미러(MRx)의 광학각인 것으로 도시한다.
즉, 도 2c의 종래의 수평 입사방식의 광학각 60도의 스캐너(410x)에 따르면, 입사광과 스캐닝 반사광과의 광 간섭을 피하기 위한 최소 입사각을 확보해야 하며, 스캐너의 광학 각이 커질수록 더욱더 큰 수평 입사각을 확보하여야 한다. 하지만 수평 입사각과 미러의 회전각도가 커질수록, 입사 광 관점에서 미러의 유효면적이 줄어들어 광 효율이 저하되므로 광각 적용에 바람직하지 않다.
이에 본 발명에서는, 광각의 스캐너 구현을 위해, 수평 입사 방식이 아닌 수직 입사 방식을 사용한다.
수직 입사 방식은 제1 축(Axisy) 과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면에서 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz)과 소정의 각도를 가지고 광이 입사하는 방식이다. 이에 따라 입사광과 반사광 간의 광 간섭 없이 광각 구현이 가능하다.
수직 입사 방식에 따라, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz) 근방에서, 미러 방향으로 광이 입사되고, 미러의 중심(MRC)을 기준으로, 좌측, 우측 양방향으로, 반사광이 출력되게 한다. 특히, 좌측, 우측 양방향으로 대칭의 반사광이 출력될 수 있다. 대칭으로 출력될 경우 반투과 미러 등을 이용하여 제3 축(Axisz) 방향 입사광의 광간섭없는 광학계 구성이 가능하다. 이에 대해서는, 도 3a 이하를 참조하여 기술한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이고, 도 3b 내지 도 4c는 도 3a의 설명에 참조되는 도면이다. 발명의 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너의 사시도이며, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너의 정면도이며, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 스캐너의 측면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐너(410)는, 정전력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너일 수 있다.
이를 위해, 스캐너(410)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)(CMBMa~CMBMd,CMBNa~CMBNd)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함한다.
기판(SLC)은, 미러(MR)와 이격되어, 미러(MR) 주위의 외측에 사각 형상으로 형성될 수 있다.
복수의 콤(comb) 중 제1 콤(CMBMa~CMBMd)은, 움직임 가능한(movable) 콤으로서, 제1 또는 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 연결되어, 미러(MR)로 정전력 기반의 회전력을 전달할 수 있다.
한편, 복수의 콤(comb) 중 제2 콤(CMBNa~CMBNd)은, 기판(SLC)에 형성되며, 제1 콤(CMBMa~CMBMd)과 대응하여 배치되는 고정형 콤일 수 있다.
제1 콤(CMBMa~CMBMd)과, 제2 콤(CMBNa~CMBNd) 사이의 정전력에 의해, 회전력이 발생하며, 발생한 회전력이, 미러(MR)로 전달될 수 있다.
한편, 도면에서는, 제1 축(Axisy) 방향으로, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)가 연결되고, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)가 각각 연결되는 것을 예시하나, 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 스캐너(410)는, 제1 및 제2 미러 지지부재 (SPa, SPb)에 접속되며, 제2 축 방향으로 대칭 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)이 부담하는 스트레스를, 제3 및 제4 미러 스프링(미도시)에 의해, 경감할 수 있게 된다.
한편, 기판(SLC)의 일부 영역이며, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성된다.
여기서, 양측 영역인, 제1 영역과 제2 영역은, 미러(MR)의 양 측면 영역을 의미할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 미러(MR)의 하부의 공간도 포함할 수 있다. 즉, 단차는, 미러(MR)의 양 측면 영역은 물론, 미러(MR)의 하부의 양 측면 영역에도 형성될 수 있다.
이에 따라, 미러(MR)의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 기판에 의한 광간섭 없이 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 제1 영역 및 제2 영역에 형성되는 단차(EDba, EDaa)는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 단차(EDba, EDaa)의 상부 영역이 하부 영역 보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 입사각이 커지는 경우 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 기판(SLC) 의 폭은, 미러(MR)의 직경 이상일 수 있다. 이에 따라, 기판(SLC)을 다루면서 발생할 수 있는 미러의 파손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 축(Axisy) 및 제2 축(Axisx)에 직교하는 제3 축(Axisz)과 제1 축(Axisy)이 이루는 평면에서, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz)과 소정 각도를 가지고 광이 미러(MR)에 입사하고, 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 방향으로 광이 반사될 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 미러(MR)의 배면에, 식각을 통해 형성되는 제1 패턴 및 제2 패턴을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 미러의 강성은 유지하면서 미러의 MOI(Moment Of Inertia)를 감소시켜 스캐너의 구동 힘을 줄일 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 제1 패턴 및 제2 패턴은, 미러(MR)의 원주에 이격되는 호 형상일 수 있다. 이에 따라, 스캐너(410)를 통해, 수평 분해능 및 수직 분해능과 빔 반사 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는, 다양한 전자기기에서 채용 가능한 스캐너에서, 광각의 스캐닝이 가능한 스캐너를 제안한다.
한편, 도 2c에서 도시한 바와 같이, 종래의 수평 입사 방식의 스캐너(410x)에서의 미러(MRx)의 광학각은 60도 이하였다.
한편, 수평 입사 방식에서 대구경 미러, 높은 구동 주파수, 넓은 구동각을 구현하기 위해, 미러(MRx)의 광학각을 60도 이상으로 설계하는 경우, 광간섭을 피하기 위해, 입사광 각도는 제3 축(Axisz) 기준으로 더욱더 증가 시켜야 한다.
이때, 제3 축(Axisz) 기준의 입사광의 각도가 커질수록, 그리고 미러의 회전각이 커질수록, 입사광 관점에서 미러의 유효면적이 줄어들어 광 효율이 저하되는 단점이 있다. 또한 미러(MRx)의 회전각이 커질수록, 실리콘 기반의 미러 스프링 등이 쉽게 파손되는 등의 문제가 있다.
그러나, 본 발명에서는, 실리콘 기반의 미러 스프링 등의 파손 가능성을 저감시키면서, 높은 구동 주파수와 넓은 구동각을 가지는, 스캐너(410)를 설계한다.
특히, 수직 입사 방식에 따라, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz) 근방에서, 미러 방향으로 광이 입사되고, 미러의 중심(MRC)을 기준으로, 좌측, 우측 양방향으로, 반사광이 출력되도록 한다. 특히, 좌측, 우측 양방향으로 대칭의 반사광이 출력되도록 한다.
이에 따라, 본 발명에서는, 제1 축(Axisy)과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면에서, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz)과 소정의 각도를 가지고, 미러(MR)로 광이 입사되도록 한다.
이러한 방식은 수직 입사 방식으로서, 도 2c의 수평 입사 방식에 비해, 입사광의 광 간섭 없이, 광각 구현에 유리하다는 장점이 있다.
한편, 스캐너(410)의 미러(MR)의 회전에 따라, 반사광의 각도가 변경되며, 본 발명에서는, 미러((MR)의 회전을 고려하여, 입사광 대비 좌측 방향 반사광의 각도가 최소 45도 이고, 입사광 대비 우측 방향 반사광의 각도가 최소 45도가 되도록 설정한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 스캐너(410)의 미러(MR)의 광학각이 최소 90도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
이는, 도 2c의 수직 축(Axisz) 대비 좌측의 45도로 반사광(OLxa)이 출력되는 것에 대응한 것이다.
이에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 수직 입사 방식에서의 최소 광학각은, 도 2c의 좌측 45도의 반사광 경로에 대응하게 된다. 따라서, 도 2c의 좌측 45도의 반사광 경로 이상을 광각의 스캐너로 설정한다.
한편, 스캐너(410)의 미러(MR)의 광학각이 90도 미만인 경우는, 미러(MR)의 회전각이 작아지는 경우로서, 이에 의하면, 광각의 스캐닝을 수행할 수 없게 된다.
한편, 미러(MR)의 광학각이 90도인 경우, 마진 광학각 10도를 더 고려하여, 미러(MR)의 최종 광학각은 100도인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는, 미러(MR)의 최종 광학각이 100도인 스캐너(410)를 제안한다.
즉, 미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 크기가, 22.5도 이상이며, 마진 구동각으로 2.5도를 고려하여, 최종적으로, 제2 축(Axisx) 대비 최종 회전 각도가 25도 이상이 되는 스캐너(410)를 제안한다. 이에 의하면, 미러(MR)의 최종 광학각은 100도 이상인 것이 바람직하다.
한편, 미러(MR)의 최종 광학각이 증가할수록, 반사광 경로 상에 위치한 기판으로 인한 광 손실이 발생하거나, 기판의 이격 배치로 인하여, 스캐너의 사이즈가 커지는 단점이 있다.
한편, 라이다(LiDAR)를 채용한 전자기기들은 더 많은 영상 정보를 얻기 위해, 광각 카메라를 채용하고 있으며, 예를 들어, 최대 시야각이 대략 150도인 광각의 카메라를 사용한다. 따라서, 라이다를 채용한 전자 기기 내의 카메라와의 중복 검증을 위해, 본 발명의 라이다에 채용되기 위한 스캐너(410)에서, 미러(MR)의 광학각은, 최대치가 150도인 것이 바람직하다.
한편, 미러(MR)의 광학각의 최대치인 150도에, 마진 광학각 10도를 더 고려하여, 미러(MR)의 최종 광학각의 최대치는 160도인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는, 미러(MR)의 최종 광학각의 최대치가 160도인 스캐너를 제안한다.
즉, 미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 최대치가, 37.5이며, 마진 구동각 2.5도를 고려하여, 최종적으로, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 최대치가 40도인 스캐너를 제안한다. 이에 의하면, 미러(MR)의 최종 광학각의 최대치는 160도인 것이 바람직하다.
한편, 최대치가 160도를 초과한 경우, 미러(MR)의 최종 광학각의 증가에 따라, 반사광 경로 상에 위치한 기판 및 주변의 구조물로 인한 광 손실이 발생하거나, 실리콘 기반의 미러 스프링 등이 파손 위험성이 상당히 증가하거나, 기판 및 주변 구조물의 이격 배치로 인하여, 스캐너 또는 스캐너 모듈의 사이즈가 커지는 단점이 있다.
결국, 본 발명에서는, 미러(MR)의 최종 광학각의 크기가, 100도 내지 160도가 되는 스캐너를 제안한다.
즉, 본 발명에서는, 마진 구동각을 고려하여, 미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 최종 회전 각도의 크기가, 25도 내지 40도가 되는 스캐너를 제안한다.
특히, 본 발명에서는, 정전력 방식에 적용 가능한 다이렉트 방식의 스캐너로서, 미러(MR)의 최종 광학각의 크기가, 100도 내지 160도인 스캐너를 제안한다. 이에 대해서는 도 4a를 참조하여 기술한다.
도 4a는 도 3a의 제1 영역 방향으로 광이 반사되는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 미러(MR)는, 정전력 기반의 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하며, 미러(MR)와 이격되어 기판(SLC)이 배치된다. 실제, 기판(SLC)은, 미러(MR)의 측면 및 후면에 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 미러(MR)의 우측은 도 3a의 제1 영역에 대응하는 영역으로서, 기판(SLC)이 식각되어 단차(EDba)가 형성될 수 있다.
한편, 도 4a는, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 것을 예시한다.
이때, 우측 아래로 회전하는 미러(MR)의 우측 단부(MRED)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 제2 축(Axisx) 상의 지점(GBED)을 통과하게 된다.
이에 따라, 제1 영역에 대응하는 단차(EDba)를 적용함으로써,기판에 의한 광 손실없이, 광이 외부로 출력 되게 된다.
한편, 미러(MR)의 중심(MRC)과 제2 축(Axisx) 상의 지점(GBED) 사이의 간격 또는 거리인 Da는, 제1 영역 기판 상부의 반사광 경로에 대응하며, Dmo와 Dm1의 합으로서, 다음의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Da=Rcos(θ)+Rsin(θ)tan(2θ)
여기서, R은 미러(MR)의 반경이며, θ는, 제2 축(Axisx) 대비 미러(MR)의 회전각에 대응하며, Dmo는 Rcos(θ)에 대응하며, Dm1은 Rsin(θ)tan(2θ)에 대응한다.
이러한 원리에 의하면, 광각의 스캐닝을 위해, 제1영역에 위치하게 되는 측면 기판의 위치는 Da 이상인 것이 바람직하다. 그러나 광각일수록 Da는 점점 커져 소자의 크기가 커지게 되는 단점이 있다. 따라서, 소자 크기의 증가 없이, 제1 영역에 단차(EDba)를 적용하여 광 손실을 방지하는 것이 바람직하다.
한편, 수학식 1에 기초하여, 미러(MR)의 광학각 100도에 대응하는, 제1 영역에 대응하는 폭(Da)은, 미러(MR)의 반경(R)의 1.41배에 대응하며, 미러(MR)의 광학각 160도에 대응하는, 제1 영역에 대응하는 폭(Da)은, 미러(MR)의 반경(R)의 4.41배에 대응한다. 이에 따라, 광각일수록 광손실을 방지하기 위해 소자가 더욱더 커질 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 축(Axisy)에 교차하는 제2 축(Axisx) 기준의, 제1 영역에 단차(EDba)를 적용하여 소자 크기 증가없이 광 손실을 방지하는 것이 바람직하다.
도 4b는 도 3a의 제2 영역 방향으로 광이 반사되는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 미러(MR)는, 정전력 기반의 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하며, 미러(MR)의 하부에 기판(SLC)이 배치된다.
한편, 도 4b는, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 것을 예시한다.
이때, 우측 아래로 회전하는 미러(MR)의 우측 단부(MRED)에 입사되는 입사광(OLi)이, 미러(MR)에서 반사되어, 제2 축(Axisx) 상의 지점(GBEDb)을 통과하게 된다.
이에 따라, 제2 영역에 단차(EDaa)를 적용 함으로서, 주변 구조물에 의한 광 손실없이, 광이 외부로 출력 되게 된다.
한편, 미러(MR)의 중심(MRC)과 제2 축(Axisx) 상의 지점(GBEDb) 사이의 간격 또는 거리인 Da는, 제2 영역 기판 상부의 반사광 경로에 대응하며, Dmo와 Dm1의 합으로서, 상기의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
다음, 도 4c는, 도 4a와 유사하게, 도 3a의 제1 영역 방향으로 광이 반사되는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 경우, 기판(SLC)에 형성된 단차(EDba)의 높이(Dpth)는, Dm2와 Dm3의 합일 수 있다.
미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 미러(MR)의 두께를 H라 하며, 미러(MR)의 반경을 R이라 할 때, 기판(SLC)에 형성된 단차(EDba)의 높이(Dpth)는, 다음의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Dpth=R×sin(θ)+H×cos(θ)
한편, 상술한 바와 같이, θ의 범위가, 25도 내지 40도인 경우, 기판(SLC)에 형성된 단차(EDba)의 높이(Dpth)는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 일 수 있다.
이에 따라, 미러(MR)의 회전에 의한, 기판(SLC)과의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 또한, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 도 3a 내지 도 4c에서는, 기판(SLC)의 일부 영역에, 단차가 형성되는 것을 예시하나, 기판이, 상부 기판과 하부 기판으로 나뉘어 형성되는 것도 가능하다. 이에 대해서는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 기술한다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너의 사시도이며, 도 5b는 도 5a의 스캐너의 측면도이고, 도 5c는 도 5a의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐너(410aa)는, 도 3a 내지 도 4c의 스캐너(410)와 유사하게, 정전력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너일 수 있다. 이하에서는 그 차이를 중심으로 기술한다.
이를 위해, 스캐너(410aa)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)(CMBMa~CMBMd,CMBNa~CMBNd)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판(SLC)과, 상부 기판(SLC)의 하부에 배치되는 하부 기판(DDSB)을 포함한다.
상부 기판(SLC)은, 미러(MR)와 이격되어, 미러(MR) 주위의 외측에 사각 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)의 일부 영역이며, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성된다. 이에 따라, 미러(MR)의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 상부 기판(SLC)과, 하부 기판(DDSB)에 단차(EDba,EDaa)가 형성될 수 있으며, 따라서, 미러(MR)의 회전에 의한, 하부 기판(DDSB)과의 충돌을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)의 폭은, 미러(MR)의 직경 이상일 수 있다. 이에 따라, 이에 따라, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)을 다루면서 발생할 수 있는 미러의 파손을 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 5c는, 제1 영역 방향으로 광이 반사되는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 경우, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)에 형성된 단차(EDba)의 높이(Dpth)는, Dm2와 Dm3의 합일 수 있다.
미러(MR)의 제1 축(Axisy) 기준 회전시, 제2 축(Axisx) 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 미러(MR)의 두께를 H라 하며, 미러(MR)의 반경을 R이라 할 때, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)에 형성된 단차(EDba)의 높이(Dpth)는, 상기의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, θ의 범위가, 25도 내지 40도인 경우, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)에 형성된 단차(EDba)의 높이(Dpth)는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 일 수 있다.
이에 따라, 미러(MR)의 회전에 의한, 하부 기판(DDSB)과의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 또한, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 도 3a 내지 도 5c와 달리, 미러(MR)의 하부에 대응하는 영역에 적어도 하나의 개구(OP)가 형성되는 것도 가능하다. 이에 대해서는, 도 6a 이하를 참조하여 기술한다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이고, 도 6b 내지 는 도 6e는 도 6a의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐너(410ba)는, 도 3a 내지 도 4c의 스캐너(410)와 유사하게, 정전력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너일 수 있다. 이하에서는 그 차이를 중심으로 기술한다.
이를 위해, 스캐너(410aa)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)(CMBMa~CMBMd,CMBNa~CMBNd)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)을 포함하며, 미러(MR)의 하부에 대응하는 기판(SLC)에 개구(OP)가 형성된다.
도 6b는 도 6a의 측면도를 나타내며, 미러(MR)의 하부에 대응하는 제3 영역에 개구(OP)가 형성되는 것을 예시한다. 이에 따라, 미러(MR)의 회전에 의한 미러 하부에서 발생하는 기류에 의한 댐핑 효과가 저감될 수 있어, 스캐너 구동 힘이 저감 될 수 있다. 또한, 개구의 폭이 커질수록, 개구를 통해 미러 회전공간을 확보 할 수 있어 미러와 기판에 형성된 단차는 작아질 수 있다.
도 6c 내지 도 6f는 도 6a의 제1 영역 방향으로 광이 반사되는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 미러(MR)의 우측은 도 6a의 제1 영역에 대응하는 영역으로서, 기판(SLC)이 식각되어 단차(EDba)가 형성될 수 있다.
한편, 도 6c 내지 도 6f는, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 것을 예시한다.
한편, 도 6c는, 기판(SLC)에 형성된 개구(OP)의 폭이, Wsa이며, 단차(EDba)의 높이는, Dptha인 스캐너(410ba)를 예시한다.
한편, 도 6c는, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 스캐너(410ba)를 예시한다.
한편, 도 6d는, 기판(SLC)에 형성된 개구(OP)의 폭이, Wsa 보다 작은 Wsb이며, 단차(EDba)의 높이는, Dptha 보다 큰 Dpthb인 스캐너(410ba2)를 예시한다.
개구(OP)의 폭이 작아질수록, 미러(MR)의 회전시, 미러 하부에서 발생하는 기류의 댐핑이 커지고 개구를 통한 미러의 회전 공간 확보가 힘들어지며, 이에 따라, 단차(EDba)의 높이는 커질 수 밖에 없다.
한편, 도 6e는, 기판(SLC)에 형성된 개구(OP)의 폭이, Wsa 보다 큰 Wsc이며, 단차(EDba)의 높이는, Dptha 보다 작은 Dpthc인 스캐너(410ba3)를 예시한다.
개구(OP)의 폭이 커질수록, 미러(MR)의 회전시, 미러 하부에서 발생하는 기류에 의한 댐핑 효과가 저감될 수 있어 스캐너 구동 힘이 저감 될 수 있다. 또한, 개구를 통해 미러 회전공간을 확보할 수 있어, 단차(EDba)의 높이가 줄어들 수 있다. 이에 따라, 슬림한 스캐너의 구현이 가능하게 된다.
다음, 도 6f는 기판에 개구가 형성된 경우, 형성 가능한 단차의 범위를 나타낸다.
도면을 참조하면, 기판(SLC)에 개구가 형성된 경우, 스캐너(410ba4)에 형성된 미러(MR)와 기판(SLC)에 형성된 단차(EDba)는, Dpthd 와 Dpthe 사이일 수 있다.
여기서, Dpthe는 기판(SLC)에 개구가 형성되지 않은 경우, 40도 회전시의 R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응하는 값으로, 대략 0.64R+0.76H일 수 있다.
한편, Dpthd는 광간섭을 피하기 위해, 최소로 식각 되어야하는 단차에 대응한다. 미러 상부면에서 기판(SLC)를 식각하여 광간섭을 피하는 구조의 경우 최소 광학각(θ1)에서 미러 상부면과 만나는 점의 미러 중심과의 제2 축(Axisx) 거리는 개구 크기(Wsc)의 절반으로 1.41R이다. 이 때 최대 광학각(θ2)을 확보하기 위한 단차(Dpthd)는 0.53R에 대응한다. 또한, 단차(Dpthhd)가 0.53R보다 작은 경우 하판의 단차를 줄이는 방법보다는 상부면에서 식각을 통해 단차를 형성하는 방법이 더 바람직할 것이다.
또한, 최대 광학각(θ2)로 회전시 광 간섭을 방지하는 최소 단차(Dpthd)는 다음 수학식 3에 의해 연산되어 질 수 있다.
[수학식 3]
Dpthd=R×sin(θ2)-[R×cos(θ1)+R×sin(θ1)×tan(2θ1)-R×cos(θ2)]/tan(2θ2)
결국, 기판(SLC)에 개구가 형성된 경우, 기판에 형성된 단차는, 미러(MR)의 두께를 H라 하고, 미러(MR)의 반경을 R 이라 하였을 때, 미러(MR)의 상부면 대비하여, 0.53R 내지 0.64R+0.76H 로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 6a 내지 도 6f에서는, 기판(SLC)의 일부 영역에, 단차가 형성되며, 미러(MR)의 하부에 적어도 하나의 개구가 형성되는 것을 예시하나, 기판이, 상부 기판과 하부 기판으로 나뉘어 형성되는 것도 가능하다. 이에 대해서는 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 기술한다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너의 사시도이며, 도 7b 내지 도 7c는 도 7a의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐너(410bb)는, 도 6a 내지 도 6f의 스캐너와 유사하게, 정전력 기반의 다이렉트 방식의 스캐너일 수 있다. 이하에서는 그 차이를 중심으로 기술한다.
이를 위해, 스캐너(410bb)는, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)(CMBMa~CMBMd,CMBNa~CMBNd)과, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판(SLC)과, 상부 기판(SLC)의 하부에 배치되는 하부 기판(DDSB)을 포함한다. 한편, 미러(MR)의 하부에 대응하는 하부 기판(DDSB)에 개구(OP)가 형성된다.
상부 기판(SLC)은, 미러(MR)와 이격되어, 미러(MR) 주위의 외측에 사각 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)의 일부 영역이며, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성된다. 이에 따라, 미러(MR)의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 상부 기판(SLC)과, 하부 기판(DDSB)에 단차(EDba,EDaa)가 형성될 수 있으며, 따라서, 미러(MR)의 회전에 의한, 하부 기판(DDSB)과의 충돌을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)의 폭은, 미러(MR)의 직경 이상일 수 있다. 이에 따라, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)을 다루면서 발생할 수 있는 미러의 파손을 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 7b는, 제1 영역 방향으로 광이 반사되는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 미러(MR)가, 제2 축(Axisx) 대비, 아래 방향으로, θ 각도 만큼 회전하는 경우, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)에 형성된 단차(EDba)는, Dptha로 형성될 수 있다.
한편, 미러(MR)의 하부에 대응하는 하부 기판(DDSB)에 개구(OP)가 형성된다.
이에 따라, 미러(MR)의 회전에 의한 미러 하부에서 발생하는 기류에 의한 댐핑 효과가 저감될 수 있어 스캐너 구동 힘이 저감 될 수 있다.
한편, 개구(OP)의 폭이 커질수록, 미러(MR)의 회전시, 미러 하부에서 발생하는 기류에 의한 댐핑 효과가 저감될 수 있어 스캐너 구동 힘이 저감 될 수 있다. 또한, 개구를 통해 미러 회전공간을 확보 할 수 있어, 단차(EDba)의 높이가 작아질 수 있다. 이에 따라, 슬림한 스캐너의 구현이 가능하게 된다.
다음, 도 7c는, 상부 기판(SLC)과 하부 기판(DDSB)에 단차(EDba)가 형성되고, 하부 기판(DDSB)에 개구(OP)가 형성된 경우, 형성 가능한 단차(EDba)의 범위를 나타낸다.
도면을 참조하면, 하부 기판(DDSB)에 개구(OP)가 형성된 경우, 스캐너(410bb)에 형성된 미러(MR)와 기판(SLC)에 형성된 단차(EDba)는, Dpthd 와 Dpthe 사이일 수 있다.
여기서, Dpthe는 기판(SLC)에 개구가 형성되지 않은 경우, 40도 회전시의 R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응하는 값으로, 대략 0.64R+0.76H일 수 있다.
한편, Dpthd는 광간섭을 피하기 위해, 최소로 식각 되어야하는 단차에 대응한다. 미러 상부면에서 상부 기판(SLC)을 식각하여 광간섭을 피하는 구조의 경우 최소 광학각(θ1)에서 미러 상부면과 만나는 점의 미러 중심과의 제2 축(Axisx) 거리는 개구 크기(Wsc)의 절반으로 1.41R이다. 이 때 최대 광학각(θ2)을 확보하기 위한 단차(Dpthd)는 0.53R에 대응한다. 또한, 단차(Dpthhd)가 0.53R보다 작은 경우 하판의 단차를 줄이는 방법보다는 상부면에서 식각을 통해 단차를 형성하는 방법이 더 바람직할 것이다.
또한, 최대 광학각(θ2)로 회전시 광 간섭을 방지하는 최소 단차(Dpthd)는 상기의 수학식 3에 의해 연산되어 질 수 있다.
도 8a 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
먼저, 도 8a의 스캐너(410ca)는, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 복수의 개구(OPaa~OPan)가 형성되는 것을 예시한다.
도 5a 내지 도 7b에서 도시한 스캐너는, 미러(MR)의 크기 이상의 개구(OP)가 형성되었으나, 도 8a의 스캐너(410ca)와 같이, 기류에 의한 댐핑 효과를 저감하기 위해, 미러(MR)의 크기 보다 작은, 복수의 개구를 형성하는 것도 바람직하다. 이에 의하면, 복수의 개구를 간단하게 형성할 수도 있게 된다.
다음, 도 8b의 스캐너(410cb)는, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 두 개의 개구(OPb)가 미러(MR)의 양측에 형성되는 것을 예시한다.
도면에서의 두 개의 개구(OPb)는, 원형의 미러(MR) 형상과 달리, 사각 형상 등으로 구현될 수도 있다.
다음, 도 8c의 스캐너(410cc)는, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 하나의 개구(OPc)가 형성되는 것을 예시한다.
도면에서는 개구(OPc)가, 원형의 미러(MR) 형상과 유사하게, 원형 형상을 가지나, 미러(MR)의 크기 보다 작게 형성되는 것을 예시한다.
다음, 도 8d의 스캐너(410cd)는, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 하나의 개구(OPd)가 형성되는 것을 예시한다.
도면에서의 개구(OPd)는, 원형의 미러(MR) 형상 보다 크게 형성될 수 있다.
다음, 도 8e의 스캐너(410ce)는, 미러(MR)의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 하나의 개구(OPe)가 형성되는 것을 예시한다.
도면에서의 개구(OPe)는, 원형의 미러(MR) 형상과 달리, 사각 형상 등으로 구현될 수도 있다.
다음, 도 8f의 스캐너(410cf)는, 도 8d의 스캐너(410cd)와 유사하나, 상부 기판(SLC)와 하부 기판(DDSBf)에 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 하나의 개구(OPf)가 형성되는 것을 예시한다.
도 8g는 도 8f의 하부 기판(DDSBf)을 예시한다.
도 8h의 스캐너(410ch)는, 도 8d의 스캐너(410cd)와 유사하나, 제1 기판(SLC), 제2 기판(DDSBh1), 제3 기판(DDSBh2) 중 제1 기판(SLC), 제2 기판(DDSBh1)에 단차(EDba,EDaa)가 형성되며, 미러(MR)의 하부에, 하나의 개구(OPh)가 형성되는 것을 예시한다.
도 8i는 제3 기판(DDSBh2)을 예시한다. 제3 기판(DDSBh2)은, 단차가 형성되지 않으며, 하나의 개구(OPh)가 형성될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 9a 내지 도 9c의 스캐너(410da, 410db,410dc)는, 도 3a 내지 도 3c의 스캐너(410)와 유사하게, 다이렉트 방식으로 제1 축(Axisy)을 기준으로 회전하는 미러(MR)와, 미러(MR)의 외측에 이격되어 형성되는 기판(SLC)과, 미러(MR)의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)와, 제1 및 제2 미러 지지부재(SPa,SPb)에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링(MSa,MSb)과, 상부 기판(SLC)에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 미러(MR)에 공급하는 복수의 콤(comb)과, 상부 기판(SLC)의 하부에 배치되는 하부 기판(DDSB)을 포함하고, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)의 일부 영역이며, 미러(MR)의 하부의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차(EDac,EDbc 또는 EDad,EDbd 또는 EDac,EDbc 또는 EDae,EDbe)가 형성된다. 이에 따라, 미러(MR)의 양측 방향으로 광이 출력될 수 있으며, 따라서, 광각의 스캐닝이 가능하게 된다.
한편, 도 9a의 스캐너(410da)와 같이, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)에 형성된 단차(EDac,EDbc)의 측면 형상이, 각도 형상, 원형 형상 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
다음, 도 9b의 스캐너(410db)와 같이, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)의 폭은, 미러(MR)의 직경(2R) 이상일 수 있다. 이에 따라, 기판을 다루면서 발생할 수 있는 미러의 파손을 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 9c의 스캐너(410dc)는, 도 3a 내지 도 3c의 스캐너(410)와 달리, 상부 기판(SLC) 및 하부 기판(DDSB)에 형성된 단차(EDae,EDbe)가, 상하 방향으로 비대칭 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 9c와 같이, 상방향으로 식각이 더 많이 되고, 하방향으로 식각이 덜 될 수 있다. 이에 따라, 수직 입사 방식에서 입사각이 커질 경우 상방향으로 광이 출력될 수도 있다.
도 10은 미러에 입사되는 입사광을 도시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에서는, 광각의 스캐너 구현을 위해, 수평 입사 방식이 아닌 수직 입사 방식을 사용한다.
수직 입사 방식은 제1 축(Axisy) 과 제3 축(Axisz)이 이루는 평면(YZP)에서 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz)과 소정의 각도를 가지고 광(OLi)이 입사하는 방식이다.
수직 입사 방식에 따라, 제3 축(Axisz) 혹은 제3 축(Axisz) 근방에서, 미러 방향으로 광(OLi)이 입사되고, 미러의 중심(MRC)을 기준으로, 좌측, 우측 양방향으로, 반사광이 출력되게 한다. 특히, 좌측, 우측 양방향으로 대칭의 반사광이 출력될 수 있다. 이에 따라 광각의 스캐너 구현이 가능하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러;
    상기 미러의 외측에 이격되어 형성되는 기판;
    상기 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재;
    상기 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링;
    상기 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 상기 미러에 공급하는 복수의 콤(comb);을 포함하고,
    상기 기판의 일부 영역이며, 상기 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 미러의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 하부에 배치되는 하부 기판;을 포함하고,
    상기 복수의 콤은, 상기 상부 기판에 형성되며,
    상기 단차는, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 형성되며, 상기 미러의 양측 영역인 상기 제1 영역과 상기 제2 영역에, 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 상기 미러의 두께를 H라 하며, 상기 미러의 반경을 R이라 할 때,
    상기 기판에 형성된 단차의 높이는, R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 미러의 두께를 H라 하며, 상기 미러의 반경을 R이라 할 때,
    상기 기판에 형성된 단차의 높이는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 형성된 상기 단차는 비대칭 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 폭은, 상기 미러의 직경 이상인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 축 및 제2 축에 직교하는 제3 축과 상기 제1 축이 이루는 평면에서, 상기 제3 축 혹은 상기 제3 축과 소정 각도를 가지고 광이 상기 미러에 입사하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 대응하는 방향으로 상기 광이 반사되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미러의 하부에 대응하는 기판에, 적어도 하나의 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 스캐너.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 접속되며, 상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향으로 대칭 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 개구가 형성된 상태에서, 상기 기판에 형성된 단차는, 상기 미러의 두께를 H라 하고, 상기 미러의 반경을 R 이라 하였을 때, 상기 미러의 상부면 대비하여, 0.53R 내지 0.64R+0.76H 로 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  12. 다이렉트 방식으로 제1 축을 기준으로 회전하는 미러;
    상기 미러의 외측에 이격되어 형성되는 상부 기판;
    상기 미러의 제1 측 및 제2 측에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 지지부재;
    상기 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 연결되는 제1 및 제2 미러 스프링;
    상기 상부 기판에 형성되며, 정전력 기반의 회전력을 상기 미러에 공급하는 복수의 콤(comb);
    상기 상부 기판의 하부에 배치되는 하부 기판;을 포함하고,
    상기 상부 기판의 일부 영역이며, 상기 미러의 양측 영역인 제1 영역과 제2 영역에, 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 대비 회전 각도의 크기는 25도 내지 40도인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 대비 회전 각도의 크기를 θ라 하고, 상기 미러의 두께를 H라 하며, 상기 미러의 반경을 R이라 할 때,
    상기 상부 기판에 형성된 단차의 높이는, R×sin(θ)+H×cos(θ)에 대응하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 미러의 상기 제1 축 기준 회전시, 상기 미러의 두께를 H라 하며, 상기 미러의 반경을 R이라 할 때,
    상기 상부 기판에 형성된 단차의 높이는, 0.42R+0.9H 내지 0.64R+0.76H 인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판의 폭은, 상기 미러의 직경 이상인 것을 특징으로 하는 스캐너.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 지지부재에 각각 접속되며, 상기 제1 축에 교차하는 제2 축 방향으로 대칭 연장되는, 제3 및 제4 미러 스프링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 미러의 하부에 대응하는 상기 하부 기판에, 적어도 하나의 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 스캐너.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 하부 기판에 개구가 형성된 상태에서, 상기 상부 기판에 형성된 단차는, 상기 미러의 두께를 H라 하고, 상기 미러의 반경을 R 이라 하였을 때, 상기 미러의 상부면 대비하여, 0.53R 내지 0.64R+0.76H로 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 스캐너;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
PCT/KR2019/013706 2018-10-18 2019-10-18 스캐너, 및 이를 구비한 전자기기 WO2020080868A1 (ko)

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