KR100505374B1

KR100505374B1 - 가동마이크로보디

Info

Publication number: KR100505374B1
Application number: KR10-2003-0049525A
Authority: KR
Inventors: 야스다수수무
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2003-07-19
Publication date: 2005-08-03
Also published as: JP4307171B2; KR20040010269A; JP2004102249A; US7038826B2; US20040021924A1

Abstract

본 발명에 따른 가동마이크로보디는 편향을 감소시킬 수 있고 비틀림의 허용각이 크다. 상기 가동마이크로보디는 가동판과 하나 또는 2개의 토션바로 이루어지고, 상기 가동판은 상기 토션바와 교차하는 방향으로 배치된 적어도 하나의 링크부재를 개재해서 지지부재에 의해 지지된다.

Description

가동마이크로보디{MOVABLE MICRO-BODY}

본 발명은 마이크로 머신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가동판을 가진 가동마이크로보디(movable micro-body)에 관한 것이다.

기계요소(machine element)를 소형화하고자 하는 시도의 결과로써, 기계요소에 가해지는 전체힘에 있어서 표면의 힘은 몸체의 힘에 대하여 큰 비율을 차지하게 된다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서, 마이크로머신을 설계할 때 슬라이딩부품수와 회전부품수를 최소화하는 것이 일반적이다.

유첨도면중 도 16은 미국특허공보 제 4, 317, 611호에 개시된 광편향기의 개략적 사시도이고, 도 17은 도 16의 광편향기의 내부구성을 설명하는 분해사시도이다. 도 18은 도 16의 광편향기의 내부구성을 설명하는 분해사시도이다. 도 18 및 19는 각각 도 16에서의 선(1003) 및 (1006)을 따른 실리콘박판(1020)의 개략적 단면도이다.

절연재로 이루어진 기판(1010)에는 리세스(1020)가 형성되어 있다. 리세스(1012)의 바닥부에는 1쌍의 구동전극(1014)(1016)과 하나의 미러지지부재(1032)가 배치되어 있다. 실리콘박판(1020)은 1쌍의 토션바(1022) (1024) 및 미러(1030)와 일체로 형성되어 있다. 미러(1030)는 그 표면에 고광반사률을 나타내는 물질로 도포되어 있고, 자유자재로 스윙할 수 있도록 토션바(1022) (1024)에 의해 지지되어 있다. 실리콘박판(1020)은 이것을 구동전극(1014)(1016)으로부터 신뢰성있게 분리하는 상기 구공전극(1014)(1016)과 소정의 간격을 가지고 대향해서 배치되어 있다.

실리콘박판(1020)은 전기적으로 접지되어 있다. 상기 구동전극(1014)(1016)에 교류전압이 인가될 때에는, 미러(1030)에 정전흡인력이 가해져서 미러(1030)를 토션바(1022)(1024)의 길이축 주위로 스윙시킨다.

본 발명자는 미러(1030)의 베어링강성률을 주의깊게 살펴보았다. 베어링강성률은 토션바(1022)(1024)의 길이축 주위에서 관찰했을 때의 토션바(1022)(1024)의 비틀림강성률(k_θ)과 x, y의 각 방향에서 관찰했을 때의 편향강성률(k_x) 및 (k_y)을 포함한다. 비틀림의 방향과 x 및 y의 방향이 도 22A~22C에 도시되어 있다. 비틀림의 방향은 도 22A에서 화살표로 표시된 한편, y 및 x 방향은 도 22B 및 22C에서 각각 화살표로 표시되어 있다. 비틀림강성률은 단위각도만큼 토션바를 비트는데 필요한 토크에 관련되고, 편향강성률은 축에 수직인 방향으로 단위길이만큼 토션바를 변위시키는데 필요한 힘에 관련 된다. 스윙체(가동체)가 스윙하는 방향으로 이동하는 것은 필요로하지만 편향방향으로 이동하는 것은 불필요한 경우, 토션바는 편향강성률이 크고 비틀림강성률이 작은 것이 바람직하다.

간단하게 하기 위하여, 여기서 토션바가 비틀리는 축에 수직인 방향을 따른 토션바의 단면이 장변(a) 및 단변(b)을 가진 직4각형이라고 가정한다. 그러면, 비틀림강성률(k_θ), 비틀림의 최대 허용각(θ_max), x 및 y 방향의 편향강성률(k_x) 및 (k_y)는 각각 다음의 식으로 표현된다.

···· (1)

···· (2)

···· (3)

···· (4)

여기서,

E : 토션바의 재료의 가로의 탄성계수(영률)

G : 토션바의 재료의 세로의 탄성계수(영률)

τ_max : 토션바의 재료의 강도

a, b : 토션바의 직4각형 단면의 변의 길이

: 토션바의 길이

J : 토션바의 직4각형의 단면에서의 2차극모멘트

I_x : x 방향에서의 토션바의 직4각형의 단면에서의 2차모멘트

I_y : y 방향에서의 토션바의 직4각형의 단면에서의 2차모멘트

α 및 β는 이하 표 1에서 정의 된 계수이다.

a/b	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	4.0	6.0	8.0	10.0	∞
α	0.208	0.231	0.246	0.258	0.267	0.282	0.299	0.309	0.313	0.333
β	0.141	0.196	0.229	0.249	0.263	0.281	0.299	0.309	0.313	0.333
α/β	1.48	1.18	1.07	1.04	1.02	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00

유첨도면중 도 20은 일본국 특개평6-82711호에 개시된 주사미러를 구동하기 위한 구동유닛의 개략적 설명도이다. 도 20에 있어서, 주사미러(3010)는, 대향해서 배치된 편평한 직4각형의 유리판(3011)의 주표면 중 하나에 전형적으로 알루미늄증착에 의해 형성된 미러변부(3012)와 상기 유리판(3011)의 다른 주표면에 전형적으로 스퍼터링 SmCo(사마륨 코발트)에 의해 형성된 희토류형 박막영구자석(3013)으로 이루어진다. 전형적으로 스테인리스강 또는 베릴륨 등과 같은 금속으로 이루어진 1쌍의 스트립형상 박막토션바(3014)는 각각 대향단부 중 하나에서 미러면부(3012)의 길이방향의 대향단부의 각 중간점에 강고하게 부착되고, 그리고 타단부에서 유닛본체(도시하지 않음)에 강고하게 부착된다. 주사미러(3010)는 2개의 토션바(3014)가 비틀릴 때 각을 이루어 변위애서 구동축(3015) 주위를 스윙하도록 적응된다. 영구자석(3013)은 구동축(3015)에 대하여 반대쪽에서 반대의 극성을 나타내도록 자화된다.

도 20에 있어서, 코일프레임(3022) 주위와, 또한 주사미러(3010)의 구동축(3015)에 수직인 축주위에 코일(3021)을 감아서 형성되고, 영구자석(3013)이 주면으로부터 자기발생부재를 분리하는 소정의 간격을 가지고 배치되도록 주사미러(3010)의 주면 근처에 배치된 자기발생부재(3020)가 또한 도시되어 있다.

자기발생부재(3020)로부터 도 21에 도시한 바와같은 자극을 가지 자기를 발생하도록 여자하기 위하여 상기 코일(3021)이 통전될 때 상기한 구성은 동작한다. 결과적으로 주사미러(3010)의 토션바(3014)가 비틀리도록 발생된 자기의 자극과 영구자석(3013)의 자극사이에는 흡인력과 반발력이 발생한다. 이와같이, 자기발생부재(3020)로부터 발생된 자기의 기능으로써 주사미러(3010)는 도 21에서 화살표로 표시된 방향에서 구동축 주위를 각을 이루어 변위할 수 있다.

그러나, 본 발명의 발명자는 상기한 관련기술의 가동 마이크로보디는 다음과 같은 문제점이 있는 것을 알게 되었다.

1. 토션바의 직4각형의 단면에서의 2차극모멘트(J)가 감소해서 상기한 가동마이크로보디 중 하나의 토션바의 비틀림의 허용각을 증가시키면 토션바의 편향강성률(k_x) 또는 (k_y)도 감소하고, 결과적으로 상기 가동마이크로보디가 외부진동에 의해 영향을 쉽게 받게 된다.

2. 한편, 도션바의 길이(l)가 증가해서 토션바의 비틀림의 허용각을 증가시키면, 토션바의 편향강성률(k_x) 또는 (k_y)이 감소하고, 결과적으로 역시 가동마이크로보디가 외부진동에 의해 쉽게 영향을 받게 된다.

따라서, 상기한 문제점에 비추어서, 본 발명의 목적은, 토션바의 편향강성률을 높임으로써 토션바가 비틀림 이외의 동작에 의해서 발생하는 축으로 부터의 일탈이 비교적 없고, 비틀림의 허용각을 증가시킴으로써 변위각이 크게 될수 있는 가동마이크로보디를 제공하는 것이다.

통상, 편향강성률이 증가될 때 비틀림의 허용각은 감소한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 링크부재를 사용함으로써 비틀림의 허용각을 감소시키지 않고 편향강성률을 높일 수 있다.

외부진동에 의해 야기되는 축으로부터의 벗어남은 화상형성장치에 발생되는 변형화상으로 된다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것이다.

편향강성률이 작은 물체는 특히 낙하되었을 때 충격에 의해 쉽게 파손될 수 있다. 본 발명은 또한 이러한 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명에 따르면, 표면을 가진 가동판과; 이 가동판을 지지하는 하나 또는 2개의 토션바와; 상기 하나 또는 2개의 토션바에 의해 상기 가동판을 지지하는 지지부재와; 상기 하나 또는 2개의 토션바의 길이방향과 교차하는 방향에 배치되고, 관통구멍영역에 의해 상기 지지부재와 상기 가동판을 실직적으로 링크하도록 적응되는 적어도 하나의 링크부재로 이루어진 가동마이크로보디가 제공된다.

본 발명에 따른 가동마이크로보디를 개념적으로 설명하는 유첨도면을 참조해서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 설명되는 본 발명에 따른 가동마이크로보디는 표면을 가진 가동판, 토션바, 지지부재 및 이 지지부재와 상기 가동판을 실직적으로 링크하는 링크부재로 이루어진다.

도 14는 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 개략 평면도이다. 또 14에 있어서, 가동마이크로보디는 토션바(902),(904), 지지부재로써 동작하는 외부프레임(909), 1쌍의 링크부재(922),(924) 및 표면을 가진 가동판인 스윙부재(930)로 이루어져 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 스윙부재(930)는 표면을 가지며 선형으로 배열된 토션바(902)(904)의 각각에 의해 그 대향단부에서 지지되어 있다. 토션바(902)(904)의 다른쪽 단부는 외부프레임(909)에 접합되고, 결과적으로 스윙부재(930)는 자유자재로 스윙이 가능하도록 외부프레임(909)에 지지된다.

가동마이크로보디에 있어서, 토션바의 상부면은 스윙부재의 상부면과 대략 같은 높이의 평면이다. 즉, 토션바와 스윙부재는 하나의 판의 부분이어도 된다. 외부프레임과(909)과 스윙부재사이에는 도 14의 백색영역으로 표시된 바와같이 하나의 관통공간이 형성되어 있으며, 이것은 관통구멍영역으로 칭해도 된다. 스윙부재(930)는 관통구멍영역내에서 토션바(902)(904)에 의해 외부프레임(909)에 지지되어 있다.

스윙부재(930), 2개의 토션바(902)(904) 및 외부프레임(909)은 전형적으로 단결정실리콘으로 이루어진 하나의 보디(body)를 에칭해서 일체로 형성된다.

스윙부재(930)의 표면영역은 아주 작고, 약 수㎟이다.

예를들면, 스윙부재(930)의 장변과 단변은 각각 약1.5㎜와 1.0㎜이다.

링크부재(922)(924)는 각 토션바(902)(904) 위에 배치되어 있고, 외부프레임(909)으로 뻗는다.

또, 토션바(902)(904)로부터 보았을 때, 외부프레임(909)의 대향하는 변에는 링크부재(922)(924)가 배치되어 있다.

즉, 링크부재(922)는 토션바(902)로부터 보았을 때 토션바(902)와 교차하고, 외부프레임(909)의 대향하는 변사이로 뻗어서 토션바(902)와 외부프레임(909)의 대향하는 변을 링크한다.마찬가지로, 링크부재(924)는 토션바(904)로부터 보았을 때 토션바(904)와 교차하고, 외부프레임(909)의 대향하는 변사이로 뻗어서 토션바(904)와 외부프레임(909)의 대향하는 변을 링크한다.

링크부재(922)(924)는 각 토션바(902)(904) 위에서, 스윙부재(930)와 인접해서 위치한다.

이 본원발명에 따른 가동마이크로보디의 경우에 있어서는 링크부재(922) (924)는 상대적으로 연하고, 가요성이 있는 재료로 이루어져도 된다. 예를들면, 이들은 유기재료로 이루어져도 되고, 더 구체적으로는 폴리이미드 등으로 이루어져도 된다. 링크부재(922)(924)는 포토리소그래피 기술을 이용하는 패터닝공정에 의해 적절한 윤곽을 나타내도록 하는 위치에 형성하고, 그후 그 불필요한 영역을 제거해서 정확한 최종의 프로파일(profile)을 나타내도록 해도 된다. 또, 정확한 최종 프로파일을 나타내는 링크부재(922)(924)를 미리 형성하고, 이어서 토션바(902)(904)와 외부프레임(909)의 각 영역에 접합해도 된다. 이 본발명에 따른 가동마이크로보디에 있어서는, 링크부재(922)(924)는 스트립형상이다. 도 15A 및 15B는 도 14에 있어서의 절단선(990)에 따른 단면도이다. 토션바는 도 15A에서는 뉴트럴(neutral)상태(비틀리지 않는 상태)이고, 반면에 도15B에서는 비틀린상태에 있다.

이 본발명에 따른 가동마이크로보디의 링크부재(922)(924)는 평면내 방향, 특히 토션바의 길이방향과 교차하는 방향에서의 토션바(902)의 편향을 제한하고, 토션바의 전단부 및 전단부 부근에서, 또는 스윙부재(930) 부근에서의 토션바의 편향강성률을 높이도록 적응된다.

링크부재는 또 비틀리는 방향으로의 토션바의 이동과 간섭하지 않도록 적응되고, 이러한 구성에 의해 도 21B에 도시된 바와같이 토션바가 비틀리지 않으면, 링크부재는 연장되지도 않고 너무 축소되지도 않는다.

이하 특정의 수치를 사용해서 링크부재 설치의 효과를 설명한다.

토션바의 단면(토션바의 길이방향과 수직으로 교차하는 방향을 따른 단면)을 100㎛(a) 길이의 변을 가진 정사각형이라 하고, 토션바의 길이를 1000㎛(l₁)라고 가정한다. 그리고 링크부재가 설치되지 않으면, 비틀림강성률(k_θl), 비틀림의 최대 허용각(θ_maxl) 및 편향강성률(k_xl) 및 (k_yl)은 각각 다음식으로 표현한다.

여기서, τ_max= 1,000㎫, E = 170㎬ 및 G = 80㎬ 이다.

반면에, 상기 가동마이크로보디의 경우에서와 같이 링크부재가 본 발명에 따라서 설치되는 경우에는, 정4각형의 단면을 가진 토션바의 Y방향(토션바의 길이방향과 수직으로 교차하는 가동판에 대하여 평면내의 방향)으로의 편향은 링크부재의 설치로 인하여 저하된다.

또 토션바가 직4각형의 단면을 나타내게 되면, 가동판의 변위를 증가시킬 수 있다. 토션바가 장변 및 단변이 각각 120㎛ 및 12㎛ 인 직4각형의 단면을 가지며, 링크부재가 마찬가지로 설치되어 있다고 가정한다.

상기와 동일한 (k_θ)를 실현할 수 있는 토션바의 길이(l₂)는 이하의 식으로 표현된다.

그러면,

링크부재에 의한 강성률 k_s는 이하의 식으로 표현된다.

여기서 E_s= 3.5㎬, A_s= 2×10^-6[m]×100×10^-6[m] 및 l_s= 200×10^-6[m]

이와같이 토션바가 직4각형의 단면을 가지고, 링크부재가 설치되면, 토션바의 X방향으로의 전체강성률(k_x')는 다음식으로 표현된다.

k′_x= 182+1.40×10⁴= 1.42×10⁴[N/m]

이하의 표2는 상기의 값을 요약해서 나타낸다.

	k_θ	l[m]	θ_max[도]	k_x[N/m]	k_y[N/m]
정4각형 단면	2.26E-3	1000	10.6	8.5E3	8.5E3
본 발명	2.26E-3	459	27.4	1.42E4	1.82E4

상술한 바와같이, 토션바의 강성률을 그 전단부에서 높일수 있고, 가동마이크로보디에 링크부재를 설치하면, 토션바의 비틀림 허용각을 증가시킬 수 있다. 또 토션바의(길이방향으로의) 전체길이를 감소시킬 수 있다.

이와같이 스윙부재가 크게 변위될 수 있도록 링크부재가 스윙부재를 지지한다.

이 본 발명에 따른 가동마이크로보디를 스윙부재가 지지부재에 대하여 변위하는 마이크로-액튜에이터로써 사용할 수 있다.

따라서, 스윙부재의 상부면이 미러로 되거나, 또는 미러가 스윙부재의 상부면에 배치되는 경우, 광을 소정의 방향으로 반사시키기 위해 적응되는 광편향기로써 상기 가동마이크로보디를 사용할 수 있다.

그리고, 반사된 광빔을 주사하는 이러한 광편향기로 이루어지는 투사형 표시장치를 제공하는 것이 가능하다. 또 감광체위에 정전잠상이 형성되어 가시화상을 형성하는 전자촬영형 화상형성장치를 제공하는 것도 가능하다.

또, 지지부재에 대해서 스윙부재가 변위되는 현상을 이용해서 보다 정밀한 가속센서, 다이내믹 센서를 제공할 수 있다.

한편, 링크부재의 길이방향에서 관찰되는 바와같이 토션바의 폭을 감소시킴으로써 토션바의 비틀림의 허용각을 증가시키고 비틀림강성률을 감소시키면서 편향강성률이 충분한 상기 가동마이크로보디의 토션바를 제공할 수 있다. 이것은 링크부재의 그 길이방향으로 토션바의 편향강성률을 높이기 때문이다.

상기 가동마이크로보디의 토션바는 장변의 길이가 단변의 길이의 10배(상술한 바와 같이 장변=120㎛, 단변=12㎛임)인 직4각형의 단면을 나타내고, 바람직하게는 장변이 단변의 5배 이상인 다른 값을 나타내어도 된다.

상기 가동마이크로보디의 스윙부재는 공진하도록 구동할 수 있다. 상기 가동마이크로보디에 사용될 수 있는 공진주파수대역은 14㎑와 25㎑의 사이이다.

하나의 토션바만을 사용해서 충분한 편향강성률을 확보할 수 있기 때문에, 마이크로보디를 소형화하고자 하는 본 발명의 목적상 1쌍의 토션바중 하나는 제외시킬수 있다. 이에 대해서는 실시예 2를 참조해서 이하 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

가동마이크로보디에 대한 본 실시예는 전자형 광마이크로 편향기이다.

도 1은 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 1실시예인 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 사시도이다. 도 2는 도 1의 광마이크로 편향기의 구성을 설명하는 개략적 분해사시도이다. 도 3a 내지 도 3c는 도 1에서 절단선(190)을 따른 광마이크로편향기의 개략적 단면도이다.

하부기판(110)에는 평면코일(142)과 페치전극(114),(116)이 형성되며, 이들은 포토리소그래피기술에 의해 형성해도 된다.

외부프레임(109), 토션바(102), (104) 및 스윙부재(130)는 하나의 실리콘 단결정기판으로부터 일체로 형성된다. 높은 광반사율을 나타내는 물질로 이루어진 반사막(131)과 영구자석(132)은 스윙부재(130)의 상부면과 하부면에 각각 접착되어 미러부(135)를 형성한다. 이 미러부(135)는 자유자재로 스윙할 수 있도록 토션바(102),(104)에 의해 지지된다. 링크부재(122),(124)는 각각 대응하는 토션바(102),(104)와 외부프레임(109)을 링크한다. 상기 링크부재(122),(124)는 각 토션바(102),(104)의 편향을 제한하도록 동작한다.

외부프레임(109)과 하부기판(110)은 이들 사이에 개재된 스페이서(119)와 함께 구성된다. 스윙부재(130)의 변위각(스윙동작에 의한 경사)은 스페이서(119)가 설치되면 증가한다.

본 실시예인 전자형 광마이크로 편향기의 동작을 도 1에서 절단선(190)을 따른 실시예의 단면도인 도 3a~3c를 참조해서 설명한다.

영구자석(132)은 도 3a에 예시된 바와같은 극성을 나타내도록 미리 자화된다. 도 3b에 도시된 바와같은 방법으로 전류가 박막코일(142)을 통해서 흐르게 되면, 자계가 발생해서 도 3b에서 위로 향한다. 그 후, 영구자석(132)에는 도 3b에서 곡선화살표로 표시된 바와같이 토크가 가해지고 미러부(135)를 시계방향으로 회전시킨다. 한편, 전류가 도 3c에 도시된 바와같은 방법으로 박막코일(142)을 통해서 흐르게 되면, 자계가 발생하고 도 3c에서 밑으로 향한다. 그 후 영구자석(132)에는 도 3c에서 곡선화살표로 표시된 바와같이 토크가 가해지고 미러부(135)를 반시계방향으로 회전시킨다. 이러한 방법으로, 박막코일(142)을 통해 흐르는 전류의 방향을 제어해서 미러부(135)를 스윙하게할 수 있다. 또, 전류의 강도를 제어함으로써 비틀림의 최대 허용각 이하의 각도범위내에서 미러부(135)의 비틀림각을 제어할 수 있다.

상기한 구성을 가진 전자형 광마이크로 편향기의 제조공정을 도 4a 내지 4g를 참조해서 이하 설명한다. 도 4a~4f는 도 1에서 절단선(191)을 따는 개략적 단면도이고, 도 4g는 도 1에서 절단선(190)을 따른 개략적 단면도이다.

1. 패터닝작업에 의해 실리콘 단결정박판의 상부면 및 하부면위에 레지스트층(160)을 형성한다(도 4a).

2. ICP-RIE(inductively coupled plasma-reaction ion etching)와 같은 디프(deep)에칭기술을 이용해서 상부(앞)면으로부터 수직의 에칭동작을 행한다. 상기 기판은 그 높이의 절반정도로 에칭된다(도 4b).

3. 상부면위의 레지스트층(160)을 제거한다(도 4c).

4. 폴리이미드층(161)을 형성하고 패터닝동작을 행해서(보다 구체적인 스트립의)소정의 패턴을 형성한다(도 4d)

5. ICP-RIE(inductively coupled plasma-reaction ion etching)와 같은 디프에칭기술을 사용해서 하부면(이면)으로부터 수직의 에칭동작을 행한다. 상기 기판은 완전히 에칭되고, 그 결과, 폴리이미드층(161)밑에서 실리콘 단결정이 발견되지 않았다(도 4e).

6. 하부면위의 레지스트층(160)을 제거한다(도 4f).

7. 미러체(스윙부재)(130)를 세정하고, 광반사막(131)을 상부면위에 형성하며, 영구자석(132)을 하부면에 접합한다(도 4g).

이러한 구성에 의해서, 비틀림의 최대허용각이 증가하고/증가하거나 비틀림강성률이 감소하면 토션바의 편향강성률을 높일 수 있기 때문에 외부진동에 의해 영향을 쉽게 받지 않고 고정밀도로 동작하는 전자형 광마이크로 편향기를 제공할 수 있다. 또, 토션바를 짧게할 수 있기 때문에, 전체 장치를 소형으로할 수 있다.

(실시예 2)

가동마이크로보디에 대한 본 실시예는 정전형 광마이크로 편향기이다. 도 5는 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 2실시예인 정전형 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 사시도이다. 도 6은 도 5의 광마이크로 편향기의 구성을 설명하는 개략적 분해 사시도이다. 도 7은 광마이크로 편향기의 상부기판의 개략적 평면도이다. 도 5~도 7에 있어서, 하부기판(210)은 유리로 이루어지고, 구동전극(204)(206)과 페치전극(214)(216)을 포토리소그래피기술에 의해 하부기판(210)의 상부면에 형성한다. 구동전극(204)와 페치전극(214)을 전기적으로 결합하는 한편, 구동전극(206)과 페치전극(216)을 전기적으로 결합한다. 하나의 실리콘단결정기판으로부터 외부프레임(209), 토션바(202) 및 스윙부재(230)를 일체로 형성한다. 고광반사율을 나타내는 물질로 이루어진 반사막(231)을 증착에 의해 스윙부재(230)의 상부면에 형성해서 미러부(235)를 형성한다. 그리고 이 미러부(235)를 자유자재로 스윙할 수 있도록 토션바(202)로 지지한다. 링크부재(222) (224)는 토션바(202)와 외부프레임(209)을 링크한다. 링크부재(222) (224)는 각 토션바(202)의 편향을 제한하도록 동작한다.

외부프레임(209)과 하부기판(210)을 이들 사이에 개재된 1쌍의 스페이서(219)와 함께 구성한다.

본 실시예인 정전형 광마이크로 편향기의 동작을 도 5에서 절단선(290)을 따른 실시예의 단면도인 도 8a~도 8c를 참조해서 이하 설명한다.

스윙부재(230)는 접지되어 OV의 전위를 나타낸다. 도 8a에 도시된 바와같이 구동전극(204)(206)이 동일한 전위(예를들면 OV)로 유지되는 경우는 스윙부재(230)를 스윙시키기 위하여 스윙부재(230)에 힘이 가해지지 않는다. 그러나, 도 8b에 도시된 바와같이 구동전극(204) (206)이 각각 O과 V의 전위를 나타내게 되는 경우는, 스윙부재(230)와 구동전극(206)사이에는 정전흡인력이 발생해서 미러부(235)를 시계방향으로 회전시킨다.

한편 도 8c에 도시된 바와같이 구동전극(204) (206)이 각각 V와 O의 전위를 나타내게 되는 경우는, 스윙부재(230)와 구동전극(204)사이에는 정전흡인력이 발생해서 미러부(235)를 반시계방향으로 회전시킨다. 이러한 방법으로, 구동전극(204) (206)에 인가되는 전압을 제어해서 미러부(235)를 스윙하게 할 수 있다. 구동전극(204) 및 (206)사이에 실질적으로 전압차가 발생하는한 인가된 전압의 극성은 문제가 되지 않는다. 그 후 스윙부재(230)를 스윙하도록 구동할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 비틀림의 최대허용각을 증가시키고/증가시키거나 비틀림강성을 저하시키면 토션바의 편향강성률을 높일 수 있기 때문에 외부진동에 의해 쉽게 영향받지 않고 고정밀도로 동작하는 정전형 광마이크로 편향기를 제공할 수 있다. 또, 단일의 토션바로 편향강성률을 충분한 정도로 제공할 수 있기 때문에, 전체장치를 소형화할 수 있다.

(실시예 3)

가동마이크로보디에 대한 본 실시예는 역학량 센서(dynamic quantity sensor)이다.

도 9는 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 3실시예인 역학량 센서, 또는 보다 구체적인 가속센서의 구성을 설명하는 개략적 사시도이다. 도 10은 도 9의 가속센서의 내부구조를 설명하는 개략적 분해 사시도이다. 도 11은 도 9의 가속센서의 상부기판을 설명하는 개략적 평면도이다.

하부기판(310)은 유리로 이루어지고, 검출전극(304)은 포토리소그래피기술에 의해 그 상부면에 형성된다.

외부프레임(309), 토션바(302), 스위부재(330) 및 돌기부(336)가 하나의 실리콘 단결정기판으로부터 일체를 형성한다. 스윙부재(330)는 자유자재로 스윙할 수 있도록 하나의 토션바(302)에 의해 지지된다. 본 실시예의 센서에 있어서는, 센서의 감도를 향상시키기 위해 스윙부재의 중심부에는 토션바가 배치되어 있지 않다. 돌기부(336)는 외부프레임(309)에 연결되어 있지 않다. 링크부재(322)는 돌기부(336)와 외부프레임(309)을 링크한다. 링크부재(332)는 돌기부(336)의 변위를 제한하도록 동작한다.

토션바(302)위에는 링크부재(322)가 위치하지 않는다.

외부프레임(309)과 하부기판(310)은 이들 사이에 개재된 스페이서(319)와 함께 구성되어 있다. 스윙부재(330)는 소정의 간격을 가지고 검출전극(304)과 대향해서 배치되어 있으며, 전기적으로 접지되어 있다.

이하, 가속센서의 동작을 도 12A ~ 도 12C를 참조해서 설명한다. 도 12A는 센서에 의해 가속이 검출되지 않는 뉴트럴상태를 설명한다.

가속센서에 도 12b에 도시된 바와같이 위로 향하는 가속이 가해질 때에는, 관성력이 스위부재(330)에 작용해서 스윙부재(330)를 도 12b에서 시계방향으로 회전시킨다. 이와는 반대로, 가속센서에 도 12c에 도시된 바와같이 밑으로 향하는 가속이 가해질 때에는, 관성력이 스윙부재(330)에 작용해서 스윙부재(330)를 도 12c에서 반시계방향으로 회전시킨다. 스윙부재(330)는 각을 이루어 변위되기 때문에, 스윙부재(330)와 검출전극(304) 사이의 거리는 이들 사이의 정전용량를 차례로 변화시키도록 변화한다. 따라서 검출전극(304)과 스윙부재(330)사이의 정전용량을 검출함으로써 가속을 검출할 수 있다.

역으로, 전압이 검출전극(403)과 스윙부재(330) 사이에 인가될 때에는, 검출전극(304)과 스윙부재(330) 사이에 힘이 작용해서 스윙부재(330)를 도 12b에 도시된 바와같이 시계방향으로 회전시킨다. 즉 본 실시예의 가속센서를 정전구동기로써 사용할 수 있다.

이와같이, 본 발명의 본 실시예에 의해서, 센서의 가동부는 스윙동작에 있어서 비틀림축에 수직방향으로 거의 회전할 수 없기 때문에 잡음이 거의 없는 역학량 센서를 제공할 수 있다. 또, 비틀림강성률이 저하하면 편향강성률이 증가될 수 있기 때문에 잡음이 거의 없는 고감도의 가속센서를 제공할 수 있다.

또, 센서의 가동부는 스윙동작에 있어서 비틀림축에 수직인 방향으로 거의 회전할 수 없기 때문에, 고정밀도로 동작하는 마이크로구동기로써 가속센서를 제공할 수 있다.

또, 비틀림강성률이 저하하면 편향강성률 증가시킬 수 있기 때문에, 변위가 크고 고정밀도로 동작하는 마이크로 구동기로써 가속센서를 제공할 수 있다.

외부프레임, 하나 또는 2개의 토션바 및 스윙부재로 이루어진 상술한 실시예의 각각은 구동기, 광편향기 또는 역학량 센서에 적용할 수 있다. 만일 구동기 또는 광편향기로써 사용된다면, 스윙부재를 회전시키기 위하여 전자력 또는 정전력의 어느 하나를 사용해도 된다. 만일 역학량 센서로써 사용된다면, 이러한 힘을 발생시키는 수단은 필요하다면 설치해도 되지만 상기 수단을 설치하는 것은 불필요하다.

하나의 토션바만을 사용할 경우는, 이것을 스윙부재를 회전시킬 목적으로 스윙부재의 중심부에 반드시 설치하지 않아도 된다. 예를 들면, 외부프레임, 토션바 및 스윙부재로 이루어진 제 2실시예에 있어서는, 토션바는 스윙부재의 중심부에 있는 것이 요구되지 않는다.

한편, 외부프레임, 토션바 및 스윙부재로 이루어진 제 3실시예에 있어서는, 토션바는 스윙부재의 중심부에서 떨어지는 것이 요구되지 않는다.

(실시예4)

가동마이크로보디에 대한 본 실시예는 화상형성장치에 적용된다.

본 실시예를 적용해서 실현가능한 화상형성장치는 이후에서 설명하는 투사형 표시장치 또는 전자촬영형 화상형성장치이다.

도 13은 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 4실시예인 투사형 표시장치, 보다 구체적인 광주사형 표시장치의 구성을 나타내는 개략적 설명도이다. 도 13에 있어서, X(수평) 광편향기(401) 및 Y(수직) 광편향기(402)는 제 1실시예의 광편향기와 동일하다. 제어기(409)는 X광편향기(401)와 Y광편향기(402)를 제어해서 레이저빔(410)이 표시화면(407)을 래스터주사(raster-scan)하도록 한다. 레이저발진기 (405)는 표시되는 정보에 따라서 조정되기 때문에, 화상이 표시화면(407)에 표시된다.

이와같이해서, 미러를 가진 가동마이크로보디를 적용함으로써, 외부 진동을 받는다고 해도 실제적으로 변형된 화상이 없는 광주사형 표시장치를 제공할 수 있다. 즉, 이동시에 변형이 없는 화상을 표시할 수 있는 이동 광주사형 표시장치를 제공할 수 있다.

또, 토션바를 짧게 할 수 있기 때문에, 광편향기를 소형화할 수 있고, 결과적으로 전체 표시장치를 소형으로 할 수 있다.

표시장치와 같은 투사형 화상형성장치 이외에, 본 실시예는 또한 반사된 광빔이 수평으로 주사해서 원통의 감광드럼을 조사하고, 감광드럼이 회전하거나 또는 반사된 광빔이 감광드럼의 주변방향으로 이동해서 감광드럼상에 2차원의 잠상을 형성하는 전자촬영형 화상형성장치에 적용할 수 있다.

본 발명을 실시예에 의해서 상기와 같이 기술하였다. 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 가동판은 토션바와 교차하도록 배치된 하나 또는 2개의 링크부재를 개재해서 지지부재에 의해 지지될 수 있기 때문에, 가동판의 편향을 감소시킬 수 있다. 또, 토션바를 직4각형의 단면을 가지도록 형성하는 경우 비틀림의 허용각을 증가시킴으로써 변위각을 크게할 수 있는 가동마이크로보디를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 또한 토션바의 편향강성률을 높임으로써 토션바가 비틀림이외의 동작에 의해서 축으로부터 일탈하는 것을 비교적 없게할 수 있고, 비틀림의 허용각을 증가시킴으로써 변위각을 크게할 수 있는 가동마이크로보디를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 또한 외부진동에 의해 야기되는 가동판의 축으로부터의 일탈에 의해 표시된 화상이 변형하는 것을 방지할 수 있는 화상형성장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 또한 떨어뜨려서 충격을 받아도 거의 파손되지 않는 가동마이크로보디를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 1실시예인 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 사시도.

도 2는, 도 1의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 분해사시도.

도 3A, 3B 및 3C는 도 1의 광편향기의 동작을 설명하는 개략적 단면도.

도 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F 및 4G는 도 1의 광편향기의 제조공정을 설명하는 개략적 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 2실시예인 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 사시도.

도 6은 도 5의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 분해사시도.

도 7은 도 5의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 평면도.

도 8A, 8B 및 8C는 도 5의 광편향기의 동작을 셜명하는 개략적 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 마이크로보디의 제 3실시예인 가속센서의 구성을 설명하는 개략적 사시도.

도 10은 도 9의 가속센서의 구성을 설명하는 개략적 분해사시도.

도 11은 도 9의 가속센서의 구성을 설명하는 개략적 평면도.

도 12A, 12B 및 12C는 도 9의 가속센서의 동작을 설명하는 개략적 단면도.

도 13은 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 제 4실시예인 광주사형 표시장치의 구성을 나타내는 개략적 설명도

도 14는 본 발명에 따른 가동마이크로보디의 구성을 나타내는 개략적 개념 설명도.

도 15A 및 15B는 도 14의 가동마이크로보디의 토션바가 비틀리는 방법을 나타내는 개략적 설명도.

도 16은 관련된 기술의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 사시도.

도 17은 도 16의 종래기술의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 분해사시도.

도 18은 도 16의 관련된 기술의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 단면도.

도 19는 또한 도 16의 관련된 기술의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 단면도.

도 20은 다른 관련된 기술의 광편향기의 구성을 설명하는 개략적 분해사시도.

도 21은 도 20의 관련된 기술의 광편향기의 동작을 설명하는 개략적 단면도.

도 22A, 22B 및 22C는 도 20의 관련된 기술의 광편향기의 동작을 설명하는 개략적 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

110, 210, 310 : 하부기판 119 : 스페이서

130, 230, 330, 930 : 스윙부재 131, 231 : 반사막

132 : 영구자석 135, 235 : 미러부

142 : 박막코일 160 : 레지스트층

161 : 폴리이미드층 202, 302, 902, 904 : 토션바

204, 206 : 구동전극 209, 309, 909 : 외부프레임

214, 216 : 페치전극 219, 319 : 스페이서

222, 224, 322, 922, 924 : 링크부재

304 : 검출전극 336 : 돌기부

401 : X(수평)광편향기 402 : Y(수직)광편향기

405 : 레이저 발진기 407 : 표시화면

409 : 제어기 410 : 레이저빔

Claims

표면을 가진 가동판과:

상기 가동판을 지지하는 1개 또는 2개의 토션바와;

1개 또는 2개의 토션바를 개재하여 상기 가동판을 지지하는 지지부재와;

상기 1개 또는 2개의 토션바의 길이방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 지지부재와 상기 가동판을 관통구멍영역을 개재하여 실질적으로 링크하는 적어도 1개의 링크부재를 구비한 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
제 1항에 있어서, 상기 2개의 토션바는 상기 가동판의 양측에 배치되고, 상기 적어도 1개의 링크부재는 상기 2개의 토션바 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
제 1항에 있어서, 상기 1개의 토션바가 단독으로 설치되고 상기 가동판의 옆쪽에 배치되며, 상기 적어도 1개의 링크부재는 상기 하나의 토션바 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
제 1항에 있어서, 상기 1개의 토션바는 단독으로 설치되고 상기 가동판의 옆쪽에 배치되며, 상기 가동판에는 상기 1개의 토션바에 대향하는 변에 돌기부가 형성되고, 상기 돌기부는 상기 지지부재로부터 분리되며, 상기 적어도 1개의 링크부재는 상기 돌기부에 배치되는 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
제 1항에 있어서, 상기 표면의 평면내 방향에 수직인 방향을 따른 상기 1개 또는 2개의 토션바의 단면은 상기 길이방향에 수직인 방향을 따라 관찰되는 단면의 폭보다 상기 적어도 하나의 링크부재의 길이방향을 따라 관찰되는 폭이 작은 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
제 1항에 있어서, 상기 지지부재, 상기 1개 또는 2개의 토션바 및 상기 가동판은 하나의 재료로부터 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 링크부재는 상기 지지부재의 재료, 상기 1개 또는 2개의 토션바의 재료 또는 상기 가동판의 재료 중의 적어도 한 재료와는 다른 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 가동마이크로보디.
광편향기는, 제 1항에 기재된 가동마이크로보디와, 상기 가동판 위에 배치된 광반사수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광편향기.
화상형성장치는, 제 8항에 기재된 광편향기와 광원으로 이루어지고, 상기 광원으로부터 발광한 광속을 상기 광반사수단에 의해 주사적으로 반사시킴으로써 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제9항에 있어서,

상기 화상형성장치는 광빔주사형표시인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제 9항에 기재된 화상형성장치와 광의 주사빔을 수광하는 감광체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 화상형성장치.
제 1항에 기재된 가동마이크로보디와 상기 지지부재와 상기 가동판의 상대적인 위치변위를 검출하는 검출수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 역학량 센서.