JPH09318888A - Microactuator - Google Patents

Microactuator

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Publication number
JPH09318888A
JPH09318888A JP13332396A JP13332396A JPH09318888A JP H09318888 A JPH09318888 A JP H09318888A JP 13332396 A JP13332396 A JP 13332396A JP 13332396 A JP13332396 A JP 13332396A JP H09318888 A JPH09318888 A JP H09318888A
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JP
Japan
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electrode
movable
microactuator
electrodes
concave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP13332396A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Sakurai
淳 櫻井
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a microactuator whose turning angle is large and whose driving voltage is low by driving a movable part by attracting action based on electrostatic force between a recessed surface electrode fixed in the recessed part of a base plate and a projected surface movable electrode turhably arranged at a position deviated from a position opposed to the recessed electrode. SOLUTION: In a movable part 12; a semicylindrical projected surface 12a turnably opposed to the recessed surface 2a of the base plate 1 while keeping a specified distance between the surface 2a and the surface 12a is formed. The movable electrodes 5a and 5b are arranged at the positions deviated in a turning direction from the positions opposed to the fixed electrodes 3a and 3b on the surface 2a on the surface 12a. By impressing voltage between the electrodes 3a and 5b, parallel attractive force acts between both electrodes and the electrode 5a tries to move to a position facing to the electrode 3a, and the movable part 12 is rotated in a direction shown by an arrow B. By impressing voltage between the electrodes 3b and 5b, the parallel attractive force in a reverse direction acts, and the movable part 12 is rotated in a direction shown by an arrow C.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光偏向器な
どに用いられるマイクロアクチュエータに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microactuator used in, for example, an optical deflector.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、主な光偏向器には、液晶セルまた
はPLZT(Plumb Lanthanum Zir
conate Titanate)などの強誘電体材料
の電気光学効果を利用した光シャッタや、電子写真式プ
リンタのレーザ光走査に用いられるポリゴンミラー(回
転多面体鏡)などの機械式光偏向器がある。そのうち光
シャッタは、応答速度が速く小型化やアレイ化が容易な
ので、光ファイバ伝送路や光通信端末装置の切替えに用
いられる光スイッチや、電子写真式プリンタに用いられ
る一次元アレイの光ヘッドや、液晶セルを二次元に配置
して構成した液晶ディスプレイ装置など、様々な用途に
広く用いられている。機械式光偏向器は、光スイッチな
どの光通信用光学素子として波長によらず偏向や遮蔽が
可能であるため、多重波長光源を取扱う場合や、光源の
波長変動がある場合などに有用であるが、振動を発生す
るものがあったり、また、応答速度が低く小型化やアレ
イ化が難しいなどの問題がある。
2. Description of the Related Art Currently, a liquid crystal cell or PLZT (Plumb Lanthanum Zir) is mainly used as an optical deflector.
There are optical shutters that utilize the electro-optical effect of ferroelectric materials such as concatenate titanates) and mechanical optical deflectors such as polygon mirrors (rotating polyhedral mirrors) used for laser light scanning of electrophotographic printers. Among them, the optical shutter has a high response speed and can be easily miniaturized and arrayed. Therefore, an optical switch used for switching an optical fiber transmission line or an optical communication terminal device, an optical head of a one-dimensional array used for an electrophotographic printer, , Is widely used in various applications such as a liquid crystal display device in which liquid crystal cells are two-dimensionally arranged. The mechanical optical deflector is an optical element for optical communication such as an optical switch that can deflect and shield regardless of wavelength, and is therefore useful when handling a multi-wavelength light source or when the wavelength of the light source varies. However, there are problems that some of them generate vibration, and that the response speed is low and miniaturization and arraying are difficult.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、いわ
ゆるマイクロエレクトロメカニクス(MEMS)と呼ば
れる、フォトリソプロセスなどの半導体製造技術を用い
て、極めて微細な可動機構を有する微小機械を製造する
技術が発展しつつある。MEMSにより製造される微小
機械は、小型化、集積化、アレイ化、低振動化が容易で
あり、また、小型化によって応答速度の速い光偏向器が
得られる可能性がある。
By the way, in recent years, a technique for manufacturing a micromachine having an extremely fine movable mechanism has been developed using a semiconductor manufacturing technique such as a photolithography process, which is so-called microelectromechanics (MEMS). It's starting. The micromachine manufactured by the MEMS can be easily miniaturized, integrated, arrayed, and reduced in vibration, and there is a possibility that an optical deflector having a high response speed can be obtained by the miniaturization.

【0004】MEMSにより製造された機械式光偏向器
の例として、例えば、特開平2−8812号公報には、
ラリー ジェイ ホーンベック(L.J.Hornbe
ckによって発明された空間光変調器(SLM:Spa
tial Light Modulator)が開示さ
れている。この空間光変調器は、電気信号によってミラ
ーを回動させて入射光の位相、反射方向などを変調させ
る光変調装置であり、光情報処理装置、投射形ディスプ
レイ装置、静電印刷装置など多くの用途に用いられてい
る。また、雑誌”IEEE SPECTRUM”199
3年11月号27頁には、捩れ可能な鏡(DMD:Di
gital MicromirrorDevice)を
用いた投射形ディスプレイ装置に関する特集記事が紹介
されている。
As an example of a mechanical optical deflector manufactured by MEMS, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-8812 discloses
Larry J. Hornbeck (L.J. Hornbe
spatial light modulator (SLM: Spa) invented by ck
Tial Light Modulator) is disclosed. This spatial light modulator is an optical modulator that rotates a mirror by an electric signal to modulate the phase, reflection direction, etc. of incident light, and is used in many optical information processing devices, projection display devices, electrostatic printing devices, and the like. It is used for purposes. In addition, the magazine "IEEE SPECTRUM" 199
On November 27th, page 27, a twistable mirror (DMD: Di
A special article on a projection display device using a digital micromirror device is introduced.

【0005】図9は、上記公報に記載された従来の空間
光変調器の斜視図であり、図10は、図9の空間光変調
器をA−A方向から見た断面図である。図9及び図10
に示すように、この空間光変調器90は、シリコン基板
91と、シリコン基板91上に形成された固定電極92
及び接地電極93と、光偏向板として機能するミラー9
4と、ミラー94を基板91に捩れ自在に支持する支持
梁95とから成り、上記のMEMSにより製造される。
このように構成した空間光変調器を用いて光を偏向させ
るには、ミラー94と固定電極92との間に電圧を印加
し、両者間に生ずる静電力により支持梁95に捩りを与
えてミラー94を矢印方向Bに回動させる。
FIG. 9 is a perspective view of the conventional spatial light modulator described in the above publication, and FIG. 10 is a sectional view of the spatial light modulator of FIG. 9 as seen from the direction AA. 9 and 10
As shown in, the spatial light modulator 90 includes a silicon substrate 91 and a fixed electrode 92 formed on the silicon substrate 91.
And the ground electrode 93, and the mirror 9 functioning as a light deflection plate.
4 and a support beam 95 that supports the mirror 94 on the substrate 91 in a twistable manner, and is manufactured by the above-described MEMS.
In order to deflect light using the spatial light modulator configured as described above, a voltage is applied between the mirror 94 and the fixed electrode 92, and the supporting beam 95 is twisted by the electrostatic force generated between the mirror 94 and the fixed electrode 92 to cause the mirror to move. 94 is rotated in the arrow direction B.

【0006】ところで、この空間光変調器90を電子写
真式プリンタやディスプレイ装置の光偏向器として用い
る場合、プリンタやディスプレイ装置を小型化するため
には、光学系の占めるスペースを小さくする必要があ
り、そのためには光偏向器の偏向角Bはできるだけ大き
いことが望ましい。ところが、図9及び図10に示す空
間光変調器90では、ミラー94の回動角(光の偏向
角)Bはミラー94と接地電極93との間隔Gによって
決定されるため、大きい偏向角Bを得るためには間隔G
を大きくする必要がある。
When the spatial light modulator 90 is used as an optical deflector for an electrophotographic printer or display device, it is necessary to reduce the space occupied by the optical system in order to downsize the printer or display device. For that purpose, it is desirable that the deflection angle B of the optical deflector is as large as possible. However, in the spatial light modulator 90 shown in FIG. 9 and FIG. 10, since the rotation angle (light deflection angle) B of the mirror 94 is determined by the gap G between the mirror 94 and the ground electrode 93, a large deflection angle B To get the distance G
Needs to be increased.

【0007】一方、周辺回路も含めプリンタやディスプ
レイ装置全体の小型化およびコスト低減のために、光偏
向器はできるだけ駆動電圧が低く、かつ消費電力が少な
いことが要求される。図9及び図10に示す空間光変調
器90において、ミラー94を低電圧で駆動するには、
ミラー94と接地電極93との間隔Gを小さくしなけれ
ばならない。しかし、上記のように、大きい偏向角Bを
得るためには間隔Gを大きくする必要がある。このよう
に従来技術においては、光偏向器の偏向角を大きくする
という課題と、光偏向器の駆動電圧を低くするという課
題とを両立させることが極めて難しい。
On the other hand, in order to reduce the size and cost of the entire printer or display device including peripheral circuits, the optical deflector is required to have a driving voltage as low as possible and power consumption low. In the spatial light modulator 90 shown in FIGS. 9 and 10, in order to drive the mirror 94 at a low voltage,
The gap G between the mirror 94 and the ground electrode 93 must be reduced. However, as described above, it is necessary to increase the gap G in order to obtain the large deflection angle B. As described above, in the conventional technique, it is extremely difficult to achieve both the problem of increasing the deflection angle of the optical deflector and the problem of reducing the drive voltage of the optical deflector.

【0008】以上、MEMSにより製造された空間光変
調器を光偏向器として用いた場合の問題点について説明
したが、この空間光変調器には光偏向器としての用途以
外に、一般の各種小型機器におけるアクチュエータとし
て多様な用途がある。一般のアクチュエータとして用い
る場合も、光偏向器の場合と同様、回動角が大きくかつ
駆動電圧の低い小型のアクチュエータが求められてい
る。
The problems in the case where the spatial light modulator manufactured by the MEMS is used as an optical deflector have been described above. However, the spatial light modulator has various general small sizes in addition to its use as an optical deflector. It has various uses as an actuator in equipment. When used as a general actuator, as in the case of the optical deflector, a small actuator having a large turning angle and a low driving voltage is required.

【0009】本発明は、上記の事情に鑑み、回動角が大
きくかつ駆動電圧の低いマイクロアクチュエータを提供
することを目的とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a microactuator having a large turning angle and a low driving voltage.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明のマイクロアクチュエータは、上面に、凹面を有す
る凹部が形成された基板と、その凹部の凹面に配置され
た固定電極と、上記凹面との間に所定の間隔を保ちなが
らその凹面に対して回動自在に対向する凸面を有する可
動部と、その可動部の凸面上に、その凸面上の上記固定
電極に対向する位置よりも回動方向にずれた位置に配置
された、上記固定電極に対応する可動電極と、上記固定
電極と上記可動電極との間に電圧を印加する電源装置と
を備えたことを特徴とする。
A microactuator of the present invention which achieves the above object is a substrate having a concave portion having a concave surface on the upper surface thereof, a fixed electrode arranged on the concave surface of the concave portion, and the concave surface. And a movable portion having a convex surface that rotatably faces the concave surface while keeping a predetermined distance between the movable portion and the movable surface, and the movable portion is provided on the convex surface of the movable portion more than the position on the convex surface facing the fixed electrode. It is characterized by comprising a movable electrode corresponding to the fixed electrode and a power supply device for applying a voltage between the fixed electrode and the movable electrode, which are arranged at positions displaced in the moving direction.

【0011】ここで、上記凹部が、半球状の凹面を有す
るものであってもよく、また、上記凹部が、半円筒形状
の凹面を有するものであってもよい。
Here, the concave portion may have a hemispherical concave surface, or the concave portion may have a semi-cylindrical concave surface.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら具体的に説明する。図1は、本発明
のマイクロアクチュエータの第1の実施形態の平面図で
あり、図2は、図1のマイクロアクチュエータをA−A
方向に見た断面図である。図1及び図2に示すように、
このマイクロアクチュエータ20には、基板1と、固定
電極3a,3bと、可動部12と、可動電極5a,5b
とが備えられている。さらに、これらのほかに、固定電
極3a,3bと可動電極5a,5bとの間に電圧を印加
する電源装置(図示せず)が備えられている。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of the microactuator of the present invention, and FIG. 2 shows the microactuator of FIG.
It is sectional drawing seen in the direction. As shown in FIGS. 1 and 2,
The microactuator 20 includes a substrate 1, fixed electrodes 3a and 3b, a movable portion 12, movable electrodes 5a and 5b.
And are provided. In addition to these, a power supply device (not shown) for applying a voltage between the fixed electrodes 3a and 3b and the movable electrodes 5a and 5b is provided.

【0013】基板1の表面はSiO2 層1aで被覆され
ており、その上面には、半円筒形状の凹面2aを有する
凹部2が形成されている。基板1の凹面2aには固定電
極3a,3bが配置されている。可動部12は、基板1
の凹面2aとの間に所定の間隔を保ちながら凹面2aに
対して回動自在に対向する半円筒形状の凸面12aが形
成されている。可動部12の凸面12a上には、凸面1
2a上の固定電極3a,3bに対向する位置から矢印B
及び矢印Cで示される回動方向にそれぞれ距離Dだけず
れた位置に可動電極5a,5bが配置されている。可動
電極5a,5bはそれぞれ固定電極3a,3bに対応し
ている。
The surface of the substrate 1 is covered with a SiO 2 layer 1a, and a concave portion 2 having a semicylindrical concave surface 2a is formed on the upper surface thereof. Fixed electrodes 3a and 3b are arranged on the concave surface 2a of the substrate 1. The movable portion 12 is the substrate 1
A semi-cylindrical convex surface 12a rotatably opposed to the concave surface 2a is formed between the concave surface 2a and the concave surface 2a. On the convex surface 12a of the movable portion 12, the convex surface 1
Arrow B from the position facing the fixed electrodes 3a and 3b on 2a
The movable electrodes 5a and 5b are arranged at positions displaced by the distance D in the rotational direction indicated by arrow C and arrow C, respectively. The movable electrodes 5a and 5b correspond to the fixed electrodes 3a and 3b, respectively.

【0014】可動部12は、可動電極5a,5bのほか
に、保持材6と、上部電極10と、配線9とを備えてい
る。保持材6の下面は可動電極5a,5bの凸面12a
と同様、下に凸状の形状に形成されており、可動電極5
a,5bを保持する機能を持っている。可動部12上面
に形成された上部電極10は光反射板としての機能をも
有している。支持梁8は、図1に示すように、可動部1
2を貫いて両側に長く延びた形状を有しており、上部電
極10と一体に形成されている。支持梁8は、基板1上
に形成された2本の支持柱11を介して基板1に固定さ
れている。支持梁8は可撓性を有しているので、可動部
12は基板1に対し捩れ可能の構造となっている。配線
9は、可動電極5a,5bと上部電極10とを電気的に
接続する。なお、固定電極3a,3bと可動電極5a,
5bの間の間隔Gは1〜10μm程度である。
The movable portion 12 is provided with a holding material 6, an upper electrode 10 and wiring 9 in addition to the movable electrodes 5a and 5b. The lower surface of the holding material 6 is a convex surface 12a of the movable electrodes 5a and 5b.
Like the above, the movable electrode 5 is formed in a convex shape downward.
It has a function of holding a and 5b. The upper electrode 10 formed on the upper surface of the movable portion 12 also has a function as a light reflecting plate. The support beam 8 is, as shown in FIG.
It has a shape that penetrates 2 and extends long on both sides, and is formed integrally with the upper electrode 10. The support beam 8 is fixed to the substrate 1 via two support columns 11 formed on the substrate 1. Since the support beam 8 has flexibility, the movable portion 12 has a structure capable of being twisted with respect to the substrate 1. The wiring 9 electrically connects the movable electrodes 5a and 5b and the upper electrode 10. The fixed electrodes 3a, 3b and the movable electrodes 5a,
The interval G between 5b is about 1 to 10 μm.

【0015】次に、本実施形態のマイクロアクチュエー
タ20の動作について説明する。固定電極3aと可動電
極5aの間に電圧を印加すると、両電極間に平行吸引力
が働き、可動電極5aは固定電極3aに正対する位置に
移動しようとする。この力によって可動部12には支持
梁8を中心とする回転モーメントが作用し、可動部12
は矢印B方向に回転する。固定電極3bと可動電極5b
の間に電圧を印加すると、上記と逆向きの平行吸引力が
働き、可動部12は矢印C方向に回転する。従って、固
定電極3aと固定電極3bに交互に電圧を印加すること
により、可動部12上面の光反射板をシーソーのように
振動させることができるので、このマイクロアクチュエ
ータ20を、光を偏向走査させる光偏向器として用いる
ことができる。また、このマイクロアクチュエータ20
をディジタル的に駆動することにより光スイッチとして
用いることもできる。
Next, the operation of the microactuator 20 of this embodiment will be described. When a voltage is applied between the fixed electrode 3a and the movable electrode 5a, a parallel attractive force acts between both electrodes, and the movable electrode 5a tends to move to a position directly facing the fixed electrode 3a. Due to this force, a rotational moment about the support beam 8 acts on the movable portion 12, and the movable portion 12
Rotates in the direction of arrow B. Fixed electrode 3b and movable electrode 5b
When a voltage is applied between the two, the parallel attractive force in the opposite direction to the above acts, and the movable portion 12 rotates in the direction of arrow C. Therefore, by alternately applying a voltage to the fixed electrode 3a and the fixed electrode 3b, the light reflection plate on the upper surface of the movable portion 12 can be vibrated like a seesaw, and the microactuator 20 deflects and scans light. It can be used as an optical deflector. In addition, this microactuator 20
Can also be used as an optical switch by digitally driving.

【0016】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図3は、本発明の第2の実施形態の平面図であ
る。図3に示すように、このマイクロアクチュエータ3
0は、基板31の凹部32の凹面形状が半球状であり、
それに応じて、凹面に対して回動自在に対向する凸面を
有する可動部33の平面形状(上部電極34と同じ形
状)は円形状となっている。それ以外の部分は第1の実
施形態のマイクロアクチュエータ20と同様であり、図
3のマイクロアクチュエータ30をA−A方向に見た断
面も図2とほとんど同様である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a plan view of the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, this microactuator 3
0 means that the concave shape of the concave portion 32 of the substrate 31 is hemispherical,
Accordingly, the planar shape (the same shape as the upper electrode 34) of the movable portion 33 having the convex surface that rotatably faces the concave surface is circular. The other parts are the same as those of the microactuator 20 of the first embodiment, and the cross section of the microactuator 30 of FIG. 3 viewed in the AA direction is almost the same as that of FIG.

【0017】マイクロアクチュエータの製造工程によっ
ては、図1に示したように凹部2の凹面形状及び可動部
12の凸面形状を半円筒形状とした場合と、図3に示し
たように凹部32の凹面形状及び可動部33の凸面形状
を半球状とした場合とで、製造コストが異なる場合があ
るので、半円筒形状とするか半球状とするかは製造工程
に応じて適宜選択する必要がある。
Depending on the manufacturing process of the microactuator, the concave shape of the concave portion 2 and the convex shape of the movable portion 12 as shown in FIG. 1 may be a semi-cylindrical shape, and the concave surface of the concave portion 32 as shown in FIG. Since the manufacturing cost may be different when the shape and the convex shape of the movable portion 33 are made hemispherical, it is necessary to appropriately select whether the shape is semicylindrical or hemispherical according to the manufacturing process.

【0018】なお、上記の各実施形態のマイクロアクチ
ュエータを光偏向器として用いる際に、一つのマイクロ
アクチュエータを単独で光偏向器として用いる場合と、
多数のマイクロアクチュエータをアレイ化して用いる場
合とがある。図4は、図1に示すマイクロアクチュエー
タを一枚の基板上に多数配列してアレイ化した光偏向器
アレイの平面図である。
When the microactuator of each of the above embodiments is used as an optical deflector, one microactuator is used alone as an optical deflector.
There are cases where a large number of microactuators are used in an array. FIG. 4 is a plan view of an optical deflector array in which a large number of microactuators shown in FIG. 1 are arrayed on a single substrate to form an array.

【0019】図4(a)に示すように、この光偏向器ア
レイ40は、一枚の基板41上に多数のマイクロアクチ
ュエータ42を配列してアレイ化したものである。ま
た、図4(b)に示す光偏向器アレイ40’は、ミラー
の回動軸の方向に長く延びた形状のマイクロアクチュエ
ータ42’を複数列配列してアレイ化したものである。
次に、本発明のマイクロアクチュエータを電子写真式プ
リンタ、及び投射型ディスプレイに応用した例について
説明する。
As shown in FIG. 4A, the optical deflector array 40 is an array in which a large number of microactuators 42 are arranged on a single substrate 41. Further, the optical deflector array 40 'shown in FIG. 4 (b) is an array in which a plurality of microactuators 42' having a shape elongated in the direction of the rotation axis of the mirror are arranged in an array.
Next, an example in which the microactuator of the present invention is applied to an electrophotographic printer and a projection display will be described.

【0020】図5は、図4に示したマイクロアクチュエ
ータを電子写真式プリンタの光走査装置として用いた例
を示す図である。図5には、光偏向器アレイ51と、s
in-1θレンズより成る対物光学系52と、矢印B方向
に回転する感光体ドラム53とが示されている。図示し
ないレーザ光源から出射される画像情報を担持したレー
ザ光は、光偏向器アレイ51に照射され、光偏向器アレ
イ51の各マイクロアクチュエータ上面に形成されたミ
ラーが同時に振動することにより矢印A方向に偏向走査
され、対物光学系52により感光体ドラム53上に集光
される。光偏向器アレイ51を構成するマイクロアクチ
ュエータは極めて小型であるため、高速駆動が可能であ
り、従来のポリゴンミラーを用いた場合に比べて振動及
び騒音を大幅に減少させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the microactuator shown in FIG. 4 is used as an optical scanning device of an electrophotographic printer. In FIG. 5, an optical deflector array 51 and s
An objective optical system 52 including an in -1 θ lens and a photosensitive drum 53 that rotates in the direction of arrow B are shown. A laser beam carrying image information emitted from a laser light source (not shown) is applied to the optical deflector array 51, and the mirrors formed on the upper surface of each microactuator of the optical deflector array 51 vibrate at the same time, and the direction of arrow A is indicated. Then, the objective optical system 52 focuses the light on the photoconductor drum 53. Since the microactuator forming the optical deflector array 51 is extremely small, it can be driven at high speed, and vibration and noise can be significantly reduced as compared with the case where a conventional polygon mirror is used.

【0021】図6は、図4に示したマイクロアクチュエ
ータを投射型ディスプレイの光学系に用いた例を示す図
である。この光学系は、照明系61と、光偏向器62
と、絞り63と、投射レンズ64と、スクリーン65
と、遮光板66とから構成されている。光偏向器62
は、図4(a)に示したように、一枚の基板上に多数の
マイクロアクチュエータがアレイとして配列されて構成
されている。これら各マイクロアクチュエータは図示し
ない画像信号処理装置からの画素毎の信号に基づいて駆
動される。照明系61からの光が、光偏向器62を構成
する各マイクロアクチュエータ上面のミラーによって反
射され、絞り63及び投射レンズ64を経てスクリーン
65に投射される。画像表示を行わない場合は、光偏向
器62の各マイクロミラーの角度を変えることにより照
明系61からの光を遮光板66に向けて反射させる。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the microactuator shown in FIG. 4 is used in an optical system of a projection type display. This optical system includes an illumination system 61 and a light deflector 62.
, Aperture 63, projection lens 64, screen 65
And a light shielding plate 66. Optical deflector 62
As shown in FIG. 4A, is composed of a large number of microactuators arranged in an array on a single substrate. Each of these microactuators is driven based on a signal for each pixel from an image signal processing device (not shown). The light from the illumination system 61 is reflected by the mirror on the upper surface of each microactuator forming the light deflector 62, and is projected onto the screen 65 via the diaphragm 63 and the projection lens 64. When no image is displayed, the light from the illumination system 61 is reflected toward the light shielding plate 66 by changing the angle of each micro mirror of the light deflector 62.

【0022】次に、本発明のマイクロアクチュエータの
製造方法について説明する。図7は、図1に示した本発
明のマイクロアクチュエータの製造工程の前半部分の工
程図であり、図8は、図1に示した本発明のマイクロア
クチュエータの製造工程の後半部分の工程図である。先
ず、図7(a)に示すように、シリコン基板71上に、
ハーフトーンマスクプロセスにより半円筒形状の凹面7
2aを有する凹部72を形成するか、あるいはマスク層
としてSiO2 を着膜した後、線状のスリットを形成し
湿式またはCDE(Chemical Dry Etc
hing)法による等方性エッチングでエッチングして
半円筒形状の凹面72aを有する凹部72を形成する。
凹部72を形成した後、酸化法あるいは着膜法により凹
面72aを含むシリコン基板71表面にSiO2 層72
bを形成する。
Next, a method for manufacturing the microactuator of the present invention will be described. 7 is a process chart of the first half of the manufacturing process of the microactuator of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 8 is a process diagram of the latter half of the manufacturing process of the microactuator of the present invention shown in FIG. is there. First, as shown in FIG. 7A, on the silicon substrate 71,
Semi-cylindrical concave surface 7 by halftone mask process
After forming the concave portion 72 having 2a or depositing SiO 2 as a mask layer, a linear slit is formed to wet or CDE (Chemical Dry Etc).
Hing) isotropic etching to form a concave portion 72 having a semi-cylindrical concave surface 72a.
After forming the concave portion 72, the SiO 2 layer 72 is formed on the surface of the silicon substrate 71 including the concave surface 72a by an oxidation method or a film forming method.
b is formed.

【0023】次に、図7(b)に示すように、凹面72
a上に、スパッタリング法またはCVD(Chemic
al Vapor Deposition)法などでA
l,Taなどより成る固定電極層を着膜する。次に、固
定電極層の表面に反射防止層を形成した後、フォトリソ
グラフィ及びエッチングにより固定電極73a,73b
をパターニングする。パターニングはリフトオフによっ
てもよい。
Next, as shown in FIG. 7B, the concave surface 72
On top of a, sputtering method or CVD (Chemic
al Vapor Deposition) method, etc.
A fixed electrode layer made of 1, Ta or the like is deposited. Next, after forming an antireflection layer on the surface of the fixed electrode layer, the fixed electrodes 73a and 73b are formed by photolithography and etching.
Pattern. The patterning may be lift-off.

【0024】次に、図7(c)に示すように、ディップ
法またはCVD法により基板全体にポリイミドより成る
第1の犠牲層74を均一な厚さで形成し、その上に可動
電極層75を均一な厚さで形成し、フォトリソグラフィ
及びエッチングで可動電極75a,75bをパターニン
グする。次に、その上に、図7(d)に示すように、S
iO2 などの保持材76を着膜し、支持柱11(図1参
照)近傍の不要部分を除去する。
Next, as shown in FIG. 7C, a first sacrificial layer 74 made of polyimide is formed in a uniform thickness on the entire substrate by a dipping method or a CVD method, and a movable electrode layer 75 is formed thereon. Is formed with a uniform thickness, and the movable electrodes 75a and 75b are patterned by photolithography and etching. Then, as shown in FIG. 7D, S
A holding material 76 such as iO 2 is deposited, and unnecessary portions near the support columns 11 (see FIG. 1) are removed.

【0025】次に、図8(a)に示すように、凹部72
に第2の犠牲層77(ポリイミド)を着膜させ、凹部7
2をポリイミド77で埋め、さらに基板71全体の上に
ポリイミド層77を形成し、そのポリイミド層77表面
を熱処理して平坦化した後、エッチバックして図8
(a)に示すような平坦な表面77aとする。次に、支
持梁78となる材料(Si,Al合金など)を着膜し、
フォトリソグラフィにより支持梁78にパターニングす
る。
Next, as shown in FIG. 8A, the recess 72 is formed.
A second sacrificial layer 77 (polyimide) is deposited on the
2 is filled with polyimide 77, a polyimide layer 77 is further formed on the entire substrate 71, the surface of the polyimide layer 77 is heat-treated to be planarized, and then etched back to be formed.
The flat surface 77a as shown in FIG. Next, a material (Si, Al alloy, etc.) to be the support beam 78 is deposited,
The support beam 78 is patterned by photolithography.

【0026】次に、図8(b)に示すように、第2の犠
牲層77に、フォトリソグラフィ及びエッチングでコン
タクトホールを開け、次に、上部電極80(ミラー)及
び配線79となるAl79aを着膜する。次に、図8
(c)に示すように、上部電極80(ミラー)をフォト
リソグラフィ及びエッチングでパターニングする。
Next, as shown in FIG. 8B, a contact hole is formed in the second sacrificial layer 77 by photolithography and etching, and then Al 79a to be the upper electrode 80 (mirror) and wiring 79 is formed. Apply the film. Next, FIG.
As shown in (c), the upper electrode 80 (mirror) is patterned by photolithography and etching.

【0027】次に、図8(d)に示すように、上部電極
80をマスクとして保持材76をエッチング除去した
後、O2 +CF4 アッシングなどにより2つの犠牲層7
4,77を除去する。これにより、基板71と、可動電
極75a,75b、保持材76、支持梁78、配線7
9、上部電極80より成る可動部81とが分離され、マ
イクロアクチュエータ82が完成する。
Next, as shown in FIG. 8D, after the holding material 76 is removed by etching using the upper electrode 80 as a mask, two sacrificial layers 7 are formed by O 2 + CF 4 ashing or the like.
Remove 4,77. As a result, the substrate 71, the movable electrodes 75a and 75b, the holding material 76, the support beam 78, the wiring 7
9 and the movable part 81 composed of the upper electrode 80 are separated, and the microactuator 82 is completed.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
アクチュエータによれば、基板の凹部に固定された凹面
状の電極と、これに対向する位置からずれた位置に回動
自在に配置された凸面状の可動電極との間の静電力に基
づく吸引作用により可動電極が駆動されるため、両電極
間の間隔が小さくても大きい回動角を得ることができ
る。そのため、回動角が大きくかつ駆動電圧の低いマイ
クロアクチュエータを得ることができる。また、本発明
のマイクロアクチュエータを光偏向器として用いた場合
は、従来のポリゴンミラーを用いた場合に比べて振動及
び騒音を低減させることができる。
As described above, according to the microactuator of the present invention, the concave electrode fixed in the concave portion of the substrate and the rotatably arranged at the position deviated from the position facing the electrode. Since the movable electrode is driven by the attraction action based on the electrostatic force between the convex electrode and the movable electrode, a large rotation angle can be obtained even if the distance between both electrodes is small. Therefore, a microactuator having a large rotation angle and a low driving voltage can be obtained. Further, when the microactuator of the present invention is used as an optical deflector, vibration and noise can be reduced as compared with the case where a conventional polygon mirror is used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のマイクロアクチュエータの第1の実施
形態の平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of a microactuator of the present invention.

【図2】図1のマイクロアクチュエータをA−A方向に
見た断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the microactuator of FIG. 1 viewed in the AA direction.

【図3】本発明の第2の実施形態の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a second embodiment of the present invention.

【図4】図1に示すマイクロアクチュエータを一枚の基
板上に多数配列してアレイ化した光偏向器アレイの平面
図である。
FIG. 4 is a plan view of an optical deflector array in which a large number of microactuators shown in FIG. 1 are arrayed on a single substrate to form an array.

【図5】図4に示したマイクロアクチュエータを電子写
真式プリンタの光走査装置として用いた例を示す図であ
る。
5 is a diagram showing an example in which the microactuator shown in FIG. 4 is used as an optical scanning device of an electrophotographic printer.

【図6】図4に示したマイクロアクチュエータを投射型
ディスプレイの光学系に用いた例を示す図である。
6 is a diagram showing an example in which the microactuator shown in FIG. 4 is used in an optical system of a projection type display.

【図7】図1に示した本発明のマイクロアクチュエータ
の製造工程の前半部分の工程図である。
FIG. 7 is a process drawing of the first half of the manufacturing process of the microactuator of the present invention shown in FIG.

【図8】図1に示した本発明のマイクロアクチュエータ
の製造工程の後半部分の工程図である。
FIG. 8 is a process drawing of the latter half of the manufacturing process of the microactuator of the present invention shown in FIG.

【図9】従来の空間光変調器の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of a conventional spatial light modulator.

【図10】図9の空間光変調器をA−A方向から見た断
面図である。
10 is a cross-sectional view of the spatial light modulator of FIG. 9 viewed from the AA direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 1a SiO2 層 2 凹部 2a 凹面 3a,3b 固定電極 5a,5b 可動電極 6 保持材 8 支持梁 9 配線 10 上部電極 11 支持柱 12 可動部 12a 凸面 20 マイクロアクチュエータ1 substrate 1a SiO 2 layer 2 recesses 2a concave 3a, 3b fixed electrodes 5a, 5b movable electrode 6 holding member 8 supporting beam 9 line 10 upper electrode 11 support posts 12 movable portion 12a convex 20 microactuator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上面に、凹面を有する凹部が形成された
基板と、 該凹部の凹面に配置された固定電極と、 前記凹面との間に所定の間隔を保ちながら該凹面に対し
て回動自在に対向する凸面を有する可動部と、 該可動部の凸面上に、該凸面上の前記固定電極に対向す
る位置よりも回動方向にずれた位置に配置された、前記
固定電極に対応する可動電極と、 前記固定電極と前記可動電極との間に電圧を印加する電
源装置とを備えたことを特徴とするマイクロアクチュエ
ータ。
1. A substrate on which a concave portion having a concave surface is formed on an upper surface, a fixed electrode arranged on the concave surface of the concave portion, and a rotation with respect to the concave surface while maintaining a predetermined space between the concave surface and the fixed electrode. A movable portion having freely opposing convex surfaces, and the fixed electrode arranged on the convex surface of the movable portion at a position displaced in the rotational direction from a position on the convex surface facing the fixed electrode. A microactuator comprising a movable electrode and a power supply device for applying a voltage between the fixed electrode and the movable electrode.
【請求項2】 前記凹部が、半球状の凹面を有すること
を特徴とする請求項1記載のマイクロアクチュエータ。
2. The microactuator according to claim 1, wherein the concave portion has a hemispherical concave surface.
【請求項3】 前記凹部が、半円筒形状の凹面を有する
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロアクチュエー
タ。
3. The microactuator according to claim 1, wherein the recess has a semicylindrical concave surface.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001022540A2 (en) * 1999-09-20 2001-03-29 Iolon, Inc. Tunable laser with microactuator
US7468572B2 (en) * 2005-03-28 2008-12-23 Maurice Thomas Versatile digitally controlled micro-mechanical actuator

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