2축 구동 전자기 스캐너 document_id A220623035227

최근, 영상 디스플레이 장치, 레이저 프린터, 정밀 측정, 정밀 가공 등 다양한 기술 분야에서 마이크로 전자기술(micro-electro-mechanical systems; MEMS)에 의해 제조되는 미소 구조를 갖는 마이크로 전자기 스캐너에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 자기장 내의 코일에 작용하는 전자기력에 의해 구동되는 2축 구동 전자기 스캐너는, 서로 다른 진동축에 대해 미러면이 요동되면서 입사광을 소정의 화면 영역에 대해 수평방향 및 수직방향으로 주사한다. 예컨대, 상기 2축 구동 전자기 스캐너에 의한 수평방향으로의 주사각 변화는 고주파로 왕복 진동하는 정현파로 나타낼 수 있다. 한편, 상기 2축 구동 전자기 스태너에 의한 수직방향으로의 주사각 변화는 저주파의 톱니파 함수로 나타낼 수 있다. 특히, 2축 구동 전자기 스캐너를 이용하여 영상을 투사하기 위해서는, 미러를 수평 진동축을 중심으로 예컨대 약 60Hz의 톱니파 형태로 비공진 구동시키고, 수직 진동축을 중심으로 비교적 고주파인 약 20kHz의 사인파로 공진 구동시키는 것이 바람직하다. 이러한 2축 구동 전자기 스캐너를 구현하기 위하여 다양한 기술이 제안되었다. 예컨대, 미러에 제 1 코일을 형성하고 미러를 지지하는 프레임에 제 2 코일을 형성한 후, 제 1 코일과 제 2 코일에 20kHz의 사인파 수평 신호와 60Hz의 톱니파 수직 신호를 각각 독립적으로 인가하는 방식이 있다. 그러나 이 방식의 경우, 미러에 코일이 직접 형성되어 있기 때문에, 코일과 미러의 열팽창계수의 차이로 의한 미러의 변형이 발생한다. 다른 방식으로, 미러를 지지하는 프레임에 하나의 코일만을 형성하고, 상기 코일에 20kHz의 사인파 수평주사 신호와 60Hz의 톱니파 수직주사 신호의 합성 신호를 인가하는 방식이 있다. 이러한 방식에 따르면, 수직 방향의 구동력과 수평 방향의 구동력이 모두 프레임에 작용하게 되며, 미러는 프레임에 작용하는 수평 방향의 구동력에 의해 간접적으로 구동된다. 그러나 이 방식의 경우, 수직으로 구동하는 프레임에 20kHz의 미세한 수평 방향 진동(즉, 수평 방향의 노이즈)가 존재하는 문제가 있다. 이러한 수평 방향의 노이즈에 의해 고해상도의 스캐너를 구현하는 데도 한계가 있다. 더욱이, 수평 공진 구동의 경우 프레임의 구동력을 사용하는 간접 구동 방식이기 때문에, 소비전력이 증가하게 된다. 또 다른 방식으로, 미러를 지지하는 프레임에 수평주사 신호용 코일과 수직주사 신호용 코일을 교번적으로 형성하는 방식이 있다. 그러나 이 경우에도, 수직 방향의 구동력과 수평 방향의 구동력이 모두 프레임에 작용하게 되며, 프레임에 작용하는 수평 방향의 구동력에 의해 미러를 간접적으로 구동하는 방식이기 때문에, 수평 방향의 노이즈가 프레임에 발생한다. 또한, 코일을 교번적으로 사용하기 때문에, 구동에 필요한 전류량이 높아 소비전력이 크게 증가한다.