CN1580863A - 微型振荡元件及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种微型振荡元件包括：可移动主部件；第一框架和第二框架；和第一连接部件，连接该可移动主部件和该第一框架，并且限定用于该可移动主部件相对于该第一框架的第一旋转操作的第一旋转轴。该元件还包括第二连接部件，连接该第一框架和该第二框架，并且限定用于该第一框架和该可移动主部件相对于该第二框架的第二旋转操作的第二旋转轴。设有产生用于该第一旋转操作的驱动力的第一驱动机构。设有产生用于该第二旋转操作的驱动力的第二驱动机构。该第一旋转轴和该第二旋转轴不垂直。

Description

微型振荡元件及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种微型振荡元件，如具有能够旋转移动的可移动部件的微型反射镜元件，还涉及这种微型振荡元件的驱动方法。
背景技术
近年来，人们已经试图在各种技术领域中使用具有通过微机械加工技术形成的极小结构的元件。例如，在光学通信技术领域中，注意力已经集中在具有光反射功能的非常小的微型反射镜元件上。
在光学通信中，通过使用光纤作为媒质传输光学信号，此外，通常情况下，为了将光学信号的传输路径从一个纤维转换到另一个纤维，使用所谓的光学开关器件。为了实现良好的光学通信而在光学开关器件中所需要的特性包括在开关操作等中的高容量、高速度和高可靠性。从这个观点来看，对于装有由微机械加工技术制造的微型反射镜元件的光学开关器件的期望增加。这是因为使用微型反射镜元件可以在光学开关器件的输入侧光学传输路径和其输出侧光学传输路径之间关于光学信号本身进行转换处理，而不必将光学信号变换成电信号，这意味着它适合于获得上述特性。
微型反射镜元件设有用于反射光的镜面，并且可以改变光被镜面振荡反射的方向。在很多器件中使用静电驱动型微型反射镜元件，这种静电驱动型微型反射镜元件为了使镜面振荡而使用静电力。静电驱动型微型反射镜元件可以广泛地分为两种类型：由所谓的面型微加工技术制造的微型反射镜元件，和由所谓的体型微加工技术制造的微型反射镜元件。
在面型微加工技术的情况下，在衬底上形成对应各个构成区域的薄层材料并将其处理成预定图案，并且依次层叠这种图案，由此形成构成元件如支架、镜面和电极部件的各个区域，并且还形成后来将去掉的牺牲层。另一方面，在体型微加工技术的情况下，通过根据要求刻蚀衬底的实际材料、镜面和在其上形成为薄层的电极而将支架和反射镜部件等形成为预定形状。体型微加工技术例如在日本专利特许公开No.(平)10-190007、日本专利特许公开No.(平)10-270714和日本专利特许公开No.(平)2000-31502中有介绍。
在微型反射镜元件中需要的一个技术特征是进行光反射的镜面具有高平整度。然而，在面型微加工技术的情况下，由于最后形成的镜面很薄，因此镜面易于弯曲，因而，在具有大表面面积的镜面中难以实现高平整度。另一方面，在体型微加工技术的情况下，反射镜部件是通过借助刻蚀工艺切割较厚的实际材料衬底而构成的，并且由于镜面设置在这个反射镜部件上，因此即使镜面具有大表面面积也可以确保刚性。因而，可以形成具有足够高光学平整度的镜面。
图43和图44示出了借助体型微加工技术制造的常规静电驱动型微型反射镜元件X8。图43是微型反射镜元件X8的分解倾斜视图，图44是沿着组装状态的微型反射镜元件X8的图43中的线XXXXIV-XXXXIV截取的剖面图。
微型反射镜元件X8具有如下结构：其中反射镜衬底80和基底衬底86彼此层叠在一起。反射镜衬底80由反射镜部件81、框架82和将它们连接在一起的一对扭杆83构成。通过只在预定材料衬底上从一侧进行刻蚀，如具有导电性的硅衬底，可以在反射镜衬底80上形成反射镜部件81、框架82和扭杆83的轮廓形状。镜面84设置在反射镜部件81的表面上。一对电极85a、85b设置在反射镜部件81的后表面上。这对扭杆83限定用于旋转操作反射镜部件81的轴A8，如后面所述。在基底衬底86上设有与反射镜部件81的电极85a相对的电极87a、和与电极85b相对的电极87b。
在该微型反射镜元件X8中，当电位施加于反射镜部件80的框架82上时，借助由与框架82相同的导电材料以整体方式形成的一对扭杆83和反射镜部件81将该电位传输给电极85a和电极85b。因而，通过给框架82施加预定电位，可以使电极85a和85b例如带正电荷。在这种状态下，如果基底衬底86的电极87a带负电荷，则在电极85a和电极87a之间产生静电吸引，因此反射镜部件81沿箭头方向M8旋转，如图44所示，而使一对扭杆83扭曲。反射镜部件81能够摆动，直到它到达一定角度，在该角度时电极之间的吸引力与各个扭杆83的扭曲阻力的总和平衡。或者，如果负电荷施加于电极87b，而正电荷施加于反射镜部件81的电极85a、85b，则在电极85b和87b之间产生静电吸引，因此反射镜部件81将在与箭头M8相反的方向旋转。通过像上述那样驱动反射镜部件81摆动，可以转换被镜面84反射的光的反射方向。
在该微型反射镜元件X8中，为了实现反射镜部件81的旋转移动中的大角度，必须确保反射镜衬底80和基底衬底86之间的足够间隙，以便避免反射镜衬底80和基底衬底86之间的机械接触。但是，由于随着电极之间的距离增加，在电极85a和87a之间或在电极85b和87b之间产生的静电力趋于下降，因此必须将施加于各个电极之间的驱动电压增加到相应程度，以便可以适当地驱动反射镜部件81，同时确保反射镜衬底80和基底衬底86之间的足够间隙。在很多情况下，鉴于元件成分或者从减小功耗方面考虑，增加驱动电压是不希望的。
图45是另一常规微型反射镜元件X9的部分简化的斜视图，该元件是通过体型微加工技术制造的。微型反射镜元件X9具有在其上表面上设有镜面94的反射镜部件91、框架92(部分省略)和用于将它们连接在一起的一对扭杆93。梳齿状电极91a、91b形成在反射镜部件91的两个相应端部。一对梳齿状电极92a、92b形成在框架92中，并在对应梳齿状电极91a、91b的位置沿向内方向延伸。一对扭杆93限定用于相对于框架92旋转操作反射镜部件91的轴A9。
在具有这种组成的微型反射镜元件X9中，在没有电压施加于电极时，为了产生静电力而设置在相邻位置的一组梳齿状电极例如梳齿状电极91a和梳齿状电极92a按照两排方式取向，如图46A所示。另一方面，当施加预定电压时，如图46B所示，梳齿状电极91a向梳齿状电极92a内部牵引，由此使反射镜部件91旋转。更具体地说，例如，如果梳齿状电极91a带正电荷，并且梳齿状电极92a带负电荷，则反射镜部件91将围绕轴A9旋转，同时使一对扭杆93扭曲。通过用这种方式驱动反射镜部件91摆动，可以转换由设置在反射镜部件91上的镜面94反射的光的反射方向。都知道为了驱动一对这种梳齿状电极所需要的驱动电压趋于比驱动一对平面电极所需要的驱动电压低，如在上述的微型反射镜元件X8中。
图47示出了用于制造微型反射镜元件X9的方法。在图47中，通过特殊剖面的变化示出了形成图45中所示的反射镜部件91的一部分、框架92、扭杆93以及一组梳齿状电极91a、92a的一部分的方法。该剖面表示在被包含于该部件中的多个剖面上模拟的连续剖面，其中在所述部件中，在被进行了各种处理的材料衬底(晶片)上形成单个微型开关元件。
在制造微型反射镜元件X9的方法中，首先，如图47A所示制备晶片S9。晶片S9是所谓的SOI(绝缘体上硅)晶片，它具有包括硅层901、硅层902和置于这些层之间的绝缘层903的叠层结构。接着，通过在硅层901上的预定掩模进行各向异性刻蚀，如图47B所示，形成将在硅层901中形成的构成部件(反射镜部件91、一部分框架92、扭杆93和梳齿状电极91a)。然后，通过在硅层902上的预定掩模进行各向异性刻蚀，如图47C所示，形成将要形成在硅层902中的构成部件(一部分框架92、和梳齿状电极92a)。接下来，如图47D所示，通过在绝缘层903上进行各向同性刻蚀，去掉硅层903上的露出部分。通过这种方式，形成反射镜部件91、框架92、扭杆93和一组梳齿状电极91a、92a。利用与梳齿状电极91a、91b相同的方式形成另一组梳齿状电极91b、92b。
在微型反射镜元件X9中，由于梳齿状电极91a、91b根据反射镜部件91的旋转操作而移动，因此梳齿状电极91a、91b必须具有对应反射镜部件91的倾斜预定角度的足够厚度。因此，为了实现微型反射镜元件X9的反射镜部件91的旋转位移的大角度，必须将梳齿状电极91a、91b设计成在旋转操作方向很长，由此确保用于驱动电极的冲程的足够长度(该冲程是电极对在旋转操作方向的允许的相对移动范围，同时仍然能够产生合适的驱动力)。为了确保长冲程，在上述制造方法中，必须在具有其厚度对应所需冲程长度的硅层901、902的材料衬底S9上进行处理。然而，通过在相对厚的硅层901、902上进行刻蚀工艺等难以高精度地形成梳齿状电极91a、91b，其中每个电极齿具有相对小的宽度。
此外，在微型反射镜元件X9中，由于反射镜部件91形成为与梳齿状电极91a、91b相同的厚度，因此在旋转操作方向较长的梳齿状电极91a、91b的形成不可避免地导致厚反射镜部件91的形成。反射镜部件91越厚，反射镜部件91的质量越大，因此其惯性越大。因而，可能发生以下情况：其中在驱动反射镜部件91的旋转操作时不可能实现预定速度。
通过这种方式，在常规微型反射镜元件X9中，在高速操作时，为了实现包括大旋转位移量的反射镜部件91的旋转操作而存在问题。
发明内容
鉴于上述情况已经提出了本发明。因此本发明的目的是提供一种微型振荡元件和驱动微型振荡元件的方法，适于在高速操作时实现包括大旋转位移量的可移动部件的旋转操作。
本发明的第一方案提供一种微型振荡元件。这种微型振荡元件包括：可移动主部件；第一和第二框架；连接可移动主部件和第一框架的第一连接部件，该第一连接部件限定用于可移动主部件相对于第一框架的第一旋转操作的第一旋转轴；连接第一框架和第二框架的第二连接部件，该第二连接部件限定用于第一框架和可移动主部件相对于第二框架的第二旋转操作的第二旋转轴；产生用于第一旋转操作的驱动力的第一驱动机构；和产生用于第二旋转操作的驱动力的第二驱动机构。在该元件中，第一旋转轴和第二旋转轴不垂直。第一驱动机构例如由一组梳齿状电极构成，其中梳齿状电极之一相对于可移动主部件以整体方式设置，另一梳齿状电极相对于第一框架以整体方式设置。而且，第二驱动机构例如由一组梳齿状电极构成，其中梳齿状电极之一相对于第一框架以整体方式设置，另一梳齿状电极相对于第二框架以整体方式设置。
在具有这种结构的微型振荡元件中，可移动主部件的第一旋转操作和第二旋转操作包括位移的公共分量。换言之，这些公共位移分量中的总位移量对应源于第一旋转操作的位移量和源于第二旋转操作产生的位移量的总和。因此，在公共位移分量中，第一和第二驱动机构的各个冲程以互相叠加的方式施加，因此可以确保长的冲程。例如，如果第一旋转轴和第二旋转轴互相重合，则第一旋转操作的位移分量和第二旋转操作的位移分量将完全一致，并且可移动主部件的旋转位移的总量将对应第一旋转操作的位移量和第二旋转操作的位移量的总和，结果是，可以在可移动主部件的旋转位移中保证有效地长于第一和第二驱动机构的各个冲程的冲程。由于通过叠加两种类型驱动机构的冲程保证了有效长的冲程，因此可以将由多组梳齿状电极构成的各个驱动机构形成为例如相对薄尺寸(在旋转操作方向上的长度较短)。因此，趋于形成反应驱动机构厚度的可移动部件(可移动主部件和第一框架)可以形成为相对薄尺寸。可移动部件越薄，其重量越轻，因此越适合于实现高速操作。通过这种方式，根据本发明第一方案的微型振荡元件适合于实现包括大旋转位移量的可移动主部件的旋转操作的高操作速度。
在本发明的第一方案中，优选地，第一连接部件具有随着靠近可移动主部件而变宽的腔部。除此之外，或者代替这一点，第二连接部件可具有随着靠近第一框架而变宽的腔部。这种结构适合于减少例如在垂直于希望的旋转位移的方向上的不希望的位移分量。
本发明的第二方案提供另一种微型振荡元件。这种微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，所述连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；在离旋转轴较远的位置且产生用于旋转操作的驱动力的第一驱动机构；在离旋转轴较近的位置且产生用于旋转操作的驱动力的第二驱动机构。第一驱动机构例如由一组梳齿状电极构成，其中梳齿状电极之一相对于可移动部件以整体方式设置，另一梳齿状电极相对于框架以整体方式设置。此外，第二驱动机构里例如由一组梳齿状电极构成，其中梳齿状电极之一相对于可移动部件以整体方式设置，另一梳齿状电极相对于框架以整体方式设置。
在具有这种组成的微型振荡元件中，第一驱动机构比第二驱动机构更适合于产生较大的旋转扭矩，以便用做可移动部件的旋转操作的驱动力，并且第二驱动机构比第一驱动机构更适合确保较长的冲程。在根据本发明第二方案的微型振荡元件中，通过有效地利用两种类型驱动机构的这些相应特性可以实现可移动部件的良好旋转操作。例如，当可移动部件的位移量在小角度范围内时，则主要通过第一驱动机构可以产生大旋转扭矩，如果位移量在较大角度范围内，则通过第二驱动机构可以在第二驱动机构的整个相对较长冲程期间维持预定旋转扭矩。在设有适于产生大旋转扭矩的驱动机构和适于确保大冲程的驱动机构的微型振荡元件中，即使在不将各个驱动机构的各个梳齿状电极形成为过分厚的尺寸的情况下，也可以确保有效地大冲程。因此，根据本发明第二方案的微型振荡元件适于实现用于包括大旋转位移量的可移动部件的旋转操作的高操作速度。
在本发明的第一和第二方案中，优选地，第一驱动机构和第二驱动机构被构造成能在共同的控制下运转。在这种情况下，优选地，第一驱动机构和第二驱动机构并联电连接。优选地，第一驱动机构和第二驱动机构被构造成为能在互相独立的控制下操作，或者电隔离。
本发明的第三方案提供另一种微型振荡元件。这种微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，该连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；和驱动机构，在随距旋转轴的距离而连续变化的位置上产生用于旋转操作的驱动力。例如，驱动机构由一组梳齿状电极构成，其中梳齿状电极之一相对于可移动部件以整体方式设置，另一梳齿状电极相对于框架以整体方式设置。
在具有这种组成的微型振荡元件中，本发明的第二方案的第一和第二驱动机构被包括在单一驱动机构内。因此，根据本发明的第三方案，实现了类似于上述本发明第二方案的有益效果。此外，根据本发明的第三方案，在单一驱动机构中产生的旋转扭矩趋于逐渐改变和连续贯穿预定旋转操作的范围。这种特性适于实现可移动部件的良好旋转操作。
本发明的第四方案提供另一种微型振荡元件。这种微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，该连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；和产生用于旋转操作的驱动力的驱动机构，该驱动机构包括第一梳齿状电极和第二梳齿状电极。第一梳齿状电极和/或第二梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第一导体部分和第二导体部分，第一和第二导体部分电隔离并且平行于旋转操作方向排成行。例如，第一梳齿状电极相对于可移动部件以整体方式设置，第二梳齿状电极相对于框架以整体方式设置。
在这种元件中，第一梳齿状电极和/或第二梳齿状电极的第一导体部分和第二导体部分平行于可移动部件的旋转操作方向排成行。这种组成适于确保一对梳齿状电极较大范围的移动，换言之，大冲程。而且，被包含于单一梳齿状电极中的第一导体部分和第二导体部分互相电隔离，因此可以用独立方式控制施加于它们的电压。在一对梳齿状电极的至少其中之一中具有这种第一和第二导体部分的摆动元件适于实现包括大旋转位移量的用于可移动部件的旋转操作的高速度操作。
本发明的第五方案提供又一种微型振荡元件。这种微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，该连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；和产生用于旋转操作的驱动力的驱动机构，该驱动机构包括第一梳齿状电极和第二梳齿状电极。第一梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括电连接并平行于旋转操作方向排成行的第一导体部分和第二导体部分。第二梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第三导体部分，在该元件不被驱动时，该第三导体部分与第一导体部分相对并与第二导体部分不相对。例如，第二梳齿状电极相对于可移动部件以整体方式设置，第一梳齿状电极相对于框架以整体方式设置。
在这个元件中，相对于第二梳齿状电极中的第三导体部分产生静电吸引的第一梳齿状电极的第一导体部分和第二导体部分平行于可移动部件的旋转操作方向排成行。这种结构适于保证一对梳齿状电极的较大移动范围，换言之，大冲程。而且，如果第二梳齿状电极(第三导体部分)相对于框架以整体方式设置，并且第一梳齿状电极相对于可移动部件以整体方式设置，则第二梳齿状电极(第三导体部分)可以形成为相对薄的尺寸(在旋转操作方向较短的尺寸)，因此趋于形成为反应第二梳齿状电极(第三导体部分)的厚度的可移动部件也可以形成为相对薄尺寸。可移动部件越薄，其重量越轻，因此它越适于实现高速操作。通过这种方式，具有这种一对梳齿状电极的该微型振荡元件适于实现包括大旋转位移量的用于可移动部件的旋转操作的高操作速度。
在本发明的第五方案中，优选地，第一道题部分和第三导体部分在旋转操作方向的长度不同。
在本发明的第一至第五方案中，优选地，构成梳齿状电极的梳齿状电极组的至少其中之一具有基部和从这个基部延伸的电极齿，这些电极齿具有向基部侧的端部逐渐增宽或增厚的区域。或者，优选地，构成梳齿状电极的梳齿状电极组的至少其中之一包括基部和从该基部延伸的电极齿，电极齿具有随着靠近另一梳齿状电极而逐渐增宽的区域。
在根据本发明的第二至第五方案中，优选地，连接部件具有随着接近可移动部件而变宽的腔部。这种组成适于例如在垂直于期望的旋转位移的方向减少不希望的位移分量。
本发明的第六方案提供一种驱动微型振荡元件的方法。通过这种方法驱动的微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，该连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；和产生用于旋转操作的驱动力的第一梳齿状电极和第二梳齿状电极。第一梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第一导体部分和第二导体部分。这种第一梳齿状电极例如相对于框架以整体方式设置。第二梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第三导体部分，在该元件不被驱动时，第三导体部分与第一导体部分相对并与第二导体部分不相对。这种第二梳齿状电极例如相对于可移动部件以整体方式设置。该方法包括：第一步骤，通过在第二导体部分和第三导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作；和第二步骤，在第一步骤之后，通过在第一导体部分和第三导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向进行旋转操作。
在这种方法中，相对于第二梳齿状电极的第三导体部分产生静电吸引的第一梳齿状电极的第一导体部分和第二导体部分平行于可移动部件的旋转操作方向而排成行。因此，这种方法适于确保一对梳齿状电极的较大移动范围，换言之，大冲程。而且，在该方法中，在第一和第二梳齿状电极中，与在第一方向产生的用于旋转操作的驱动力的一样，在与第一方向相反的第二方向也产生用于旋转操作的驱动力。借助一组梳齿状电极而在两个方向产生驱动力的该方法适于实现在两个方向的旋转操作的高速度操作。通过这种方式，根据本发明第六方案的驱动方法适于实现包括大旋转位移量的用于旋转操作的高速度操作。而且，根据本方法，例如，可以利用合适的方式驱动根据本发明第四方案的微型振荡元件。
在本发明的第六方案中，优选地，被驱动的微型振荡元件还包括：第三梳齿状电极和第四梳齿状电极，产生用于用于旋转操作的驱动力。第三梳齿状电极具有电极齿，该电极齿具有平行于旋转操作方向排成行的第四导体部分和第五导体部分。这种第三梳齿状电极例如相对于框架以整体方式设置。第三梳齿状电极和上述第一梳齿状电极例如相对于可移动部件的旋转轴以对称方式设置。而且，第四梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第六导体部分，在该元件不被驱动时，第六导体部分与第四导体部分相对并且与第五导体部分不相对。这种第四梳齿状电极例如相对于可移动部件以整体方式设置。第四梳齿状电极和上述第二梳齿状电极例如相对于可移动部件的旋转轴以对称方式设置。如果该微型振荡元件具有这种组成，则优选地，根据第六方案的驱动方法还包括：第三步骤，在第二步骤之后，通过在第五导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向进行旋转操作；和第四步骤，在第三步骤之后，通过在第四导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作。
在本发明的第六方案中，优选地，在第二步骤中，在第四导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引。优选地，在第四步骤中，在第一导体部分和第三导体部分之间产生静电吸引。而且，优选地，在对应旋转操作周期的四分之一的时间期间，分别执行第一、第二、第三和第四步骤。
本发明的第七方案提供另一种微型振荡元件。由该方法驱动的微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，该连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；产生用于旋转操作的驱动力的第一梳齿状电极和第二梳齿状电极；和在比第一和第二梳齿状电极更靠近旋转轴的位置且产生用于旋转操作的驱动力的第三梳齿状电极和第四梳齿状电极。例如，第一和第三梳齿状电极相对于框架以整体方式设置。例如，第二和第四梳齿状电极相对于可移动部件以整体方式设置。该方法包括：第一步骤，通过在第一梳齿状电极和第二梳齿状电极之间产生静电吸引，以及在第三梳齿状电极和第四梳齿状电极产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作；和第二步骤，在第一步骤之后，通过在第三梳齿状电极和第四梳齿状电极之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作。
根据该方法，可以利用合适方式驱动根据本发明第二方案的微型振荡元件，因此在包括大旋转位移量的旋转操作中可实现高速度操作。
优选地，根据本发明第七方案的驱动方法还包括：第三步骤，在第二步骤之后，通过在第一导体部分和第二导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在与第一方向相反的第二方向旋转。优选地，在对应旋转操作周期的四分之一的时间期间执行第一步骤和第三步骤。
优选地，在本发明的第七方案中，微型振荡元件还包括产生用于旋转操作的驱动力的第五梳齿状电极和第六梳齿状电极、以及在比第五和第六梳齿状电极更靠近旋转轴的位置且产生用于旋转操作的驱动力的第七梳齿状电极和第八梳齿状电极。第五梳齿状电极和第七梳齿状电极例如相对于框架以整体方式设置。第六和第八梳齿状电极例如性对于可移动部件以整体方式设置。而且，第五梳齿状电极和上述第一梳齿状电极、第六梳齿状电极和上述第二梳齿状电极、第七梳齿状电极和上述第三梳齿状电极以及第八梳齿状电极和上述第四梳齿状电极分别例如相对于可移动部件的旋转轴以对称方式设置。如果微型振荡元件具有这种组成，则优选地，根据本发明的第七方案的驱动方法还包括：在第三步骤之后的第四步骤，通过在第五梳齿状电极和第六梳齿状电极之间产生静电吸引、以及在第七梳齿状电极和第八梳齿状电极之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向执行旋转操作；和在第四步骤之后的第五步骤，通过在第七梳齿状电极和第八梳齿状电极之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向执行旋转操作。
优选地，根据本发明第七方案的驱动方法还包括：第六步骤，在第五步骤之后，通过在第五梳齿状电极和第六梳齿状电极之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向旋转。优选地，在对应旋转操作周期的四分之一时间期间执行第五步骤和第六步骤。
本发明的第八方案提供另一种微型振荡元件的驱动方法。由该方法驱动的该微型振荡元件包括：可移动部件；框架；连接可移动部件和框架的连接部件，该连接部件限定用于可移动部件相对于框架的旋转操作的旋转轴；产生用于旋转操作的驱动力的第一梳齿状电极和第二梳齿状电极；和在比第一和第二梳齿状电极更靠近旋转轴的位置且产生用于旋转操作的驱动力的第三梳齿状电极和第四梳齿状电极。第一梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第一导体部分和第二导体部分。第二梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第三导体部分，在该元件不被驱动时，第三导体部分与第一导体部分相对并且不与第二导体部分相对。第三梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第四导体部分和第五导体部分。第四梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第六导体部分，在该元件不被驱动时，第六导体部分与第四导体部分相对并且不与第五导体部分相对。第一和第三梳齿状电极例如相对于框架以整体方式设置，第二和第四梳齿状电极例如相对于可移动部件以整体方式设置。该方法包括：第一步骤，通过在第二导体部分和第三导体部分之间产生静电吸引，以及在第五导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作；和第二步骤，在第一步骤之后，通过在第五导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作。
这种组成还有效地组合上述根据本发明第六和第七方案的组成。因此，根据本发明的第八方案，当驱动根据本发明第二方案的微型振荡元件时，可以实现用于包括大旋转位移量的可移动部件的旋转操作的高速度操作。
根据本发明第八方案的驱动方法还包括：第三步骤，在第二步骤之后，通过在第一导体部分和第三导体部分之间、第二导体部分和第三导体部分之间、第四导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向进行旋转操作；和第四步骤，在第三步骤之后，通过在第一导体部分和第三导体部分之间以及在第四导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向进行旋转操作。
优选地，在本发明的第八方案中，微型振荡元件包括：产生用于旋转操作的驱动力的第五梳齿状电极和第六梳齿状电极；以及在比第五梳齿状电极和第六梳齿状电极更靠近旋转轴的位置且产生用于旋转操作的驱动力的第七梳齿状电极和第八梳齿状电极。第五梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第七导体部分和第八导体部分。第六梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第九导体部分，在该元件不被驱动时，第九导体部分与第七导体部分相对而不与第八导体部分相对。第七梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第十导体部分和第十一导体部分。第八梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第十二导体部分，在该元件不被驱动时，第十二导体部分与第十导体部分相对而不与第十一导体部分相对。第五和第七梳齿状电极例如相对于框架以整体方式设置，第六和第八梳齿状电极例如相对于可移动部件以整体方式设置。而且，第五梳齿状电极和上述第一梳齿状电极、第六梳齿状电极和上述第二梳齿状电极、第七梳齿状电极和上述第三梳齿状电极、以及第八梳齿状电极和上述第四梳齿状电极分别例如相对于可移动部件的旋转轴以对称方式设置。如果该微型振荡元件具有这种组成，则根据本发明第八方案的驱动方法还包括：第五步骤，在第四步骤之后，通过在第八导体部分和第九导体部分之间产生静电吸引，以及在第十一导体部分和第十二导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向进行旋转操作；第六步骤，在第五步骤之后，通过在第十一导体部分和第十二导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第二方向进行旋转操作；第七步骤，在第六步骤之后，通过在第七导体部分和第九导体部分之间、第八导体部分和第九导体部分之间、以及第十导体部分和第十一导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向进行旋转操作；和第八步骤，在第七步骤之后，通过在第七导体部分和第九导体部分之间以及在第十导体部分和第十二导体部分之间产生静电吸引，使可移动部件在第一方向执行旋转操作。
在本发明的第八方案中，优选地，在第三步骤和第四步骤中，在第七导体部分和第九导体部分之间以及在第十导体部分和第十二导体部分之间产生静电吸引。在本发明的第八方案中，优选地，在第七步骤和第八步骤中，在第一导体部分和第三导体部分之间以及在第四导体部分和第六导体部分之间产生静电吸引。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的微型反射镜元件的平面图；
图2A-2C是沿着图1的线II-II截取的剖面图；
图3A-3B是沿着图1的线III-III截取的剖面图；
图4A-4B是沿着图1的线IV-IV截取的剖面图；
图5A-5C是沿着图1的线V-V截取的剖面图；
图6A-6B是沿着图1的线VI-VI截取的剖面图；
图7A-7B是沿着图1的线VII-VII截取的剖面图；
图8A-8C是图1的微型反射镜元件的驱动模式的一个例子；
图9是根据本发明第二实施例的微型反射镜元件的平面图；
图10A-10C是沿着图9的线X-X截取的剖面图；
图11A-11B是沿着图9的线XI-XI截取的剖面图；
图12A-12B是沿着图9的线XII-XII截取的剖面图；
图13A-13C是沿着图9的线XIII-XIII截取的剖面图；
图14A-14B是沿着图9的线XIV-XIV截取的剖面图；
图15A-15B是沿着图9的线XV-XV截取的剖面图；
图16A-16D是图9的微型反射镜元件的驱动模式的一个例子；
图17是根据本发明第三实施例的微型反射镜元件的平面图；
图18是沿着图17的线XVIII-XVIII截取的剖面图；
图19A-19B是当驱动该微型反射镜元件时沿着图17的线XVIII-XVIII截取的剖面图；
图20A-20B是当驱动该微型反射镜元件时沿着图17的线XVIII-XVIII截取的剖面图；
图21A-21C是沿着图17的线XXI-XXI截取的剖面图；
图22A-22C是沿着图17的线XXII-XXII截取的剖面图；
图23A-23C是沿着图17的线XXIII-XXIII截取的剖面图；
图24A-24C是沿着图17的线XXIV-XXIV截取的剖面图；
图25A-25E表示图17中的微型反射镜元件的驱动模式的一个例子；
图26A-26E表示图17的微型反射镜元件的驱动模式的另一例子；
图27是根据本发明第四实施例的微型反射镜元件的平面图；
图28是沿着图27的线XXVIII-XXVIII截取的剖面图；
图29A-29B是当驱动该微型反射镜元件时沿着图27的线XXVIII-XXVIII截取的剖面图；
图30A-30B是当驱动该微型反射镜元件时沿着图27的线XXVIII-XXVIII截取的剖面图；
图31A-31C是沿着图27的线XXXI-XXXI截取的剖面图；
图32A-32C是沿着图27的线XXXII-XXXII截取的剖面图；
图33A-33C是沿着图27的线XXXIII-XXXIII截取的剖面图；
图34A-34C是沿着图27的线XXXIV-XXXIV截取的剖面图；
图35A-35F表示图27中的微型反射镜元件的驱动模式的一个例子；
图36是根据发明第五实施例的微型反射镜元件的平面图；
图37A-37B是沿着图36中的线XXXVII-XXXVII截取的剖面图；
图38A-38B是沿着图36中的线XXXVIII-XXXVIII截取的剖面图；
图39A-39B是沿着图36中的线XXXIX-XXXIX截取的剖面图；
图40A-40B是沿着图36中的线XXXX-XXXX截取的剖面图；
图41A-41D表示梳齿状电极的修改例；
图42A-42B表示梳齿状电极的另一修改例；
图43是常规微型反射镜元件的分解斜视图；
图44是沿着图43的微型反射镜元件的线XXXXIV-XXXXIV截取的剖面图；
图45是另一常规微型反射镜元件的部分缩写的斜视图；
图46A-46B表示一组梳齿状电极的取向；和
图47A-47D表示用于制造图45中的微型反射镜元件的方法的一部分工艺。
具体实施方式
图1-图7表示根据本发明第一实施例的微型反射镜元件X1。图1是微型反射镜元件X1的平面图，图2到是沿着图1中的线II-II截取的剖面图，图3到图7是分别沿着图1中的线III-III、IV-IV、V-V、VI-VI和VII-VII截取的剖面图。
微型反射镜元件X1包括反射镜部件110、内部框架120、外部框架130、一对连接部件140、一对连接部件150和各对驱动机构160、170、180、190。此外，微型反射镜元件X1是利用体型微加工技术如MEMS(微机电系统)技术通过在材料衬底上进行处理制造的，其中所述材料衬底是所谓的SOI(绝缘体上硅)衬底。该材料衬底具有层叠结构，该层叠结构例如由第一和第二硅层以及位于这些硅层之间的绝缘层构成，通过用杂质掺杂将规定导电类型赋予各个硅层。为了阐明附图，在图1中，用斜阴影线标记对在读者方向突出到绝缘层以外的源于第一硅层的区域(除了后面将要说明的镜面111之外)。
反射镜部件110是主要形成在第一硅层中的区域，并且在其前表面上包括具有光反射功能的镜面111。镜面111具有由形成在第一硅层上的Cr层和形成在Cr层上的Ar层构成的层叠结构。这种镜面111形成本发明的主要可移动部件。
内部框架120是主要形成在第一硅层中的区域，并处于包围反射镜部件110的状态。这种内部框架120和上述反射镜部件110构成根据本发明的可移动部件。外部框架130是主要形成在第一硅层中的区域，并处于它围绕内部框架120的状态。
一对连接部件140是形成在第一硅层中的区域，并分别由两个扭杆141构成。各个扭杆141连接到反射镜部件110和内部框架120，由此将它们连接在一起。每个连接部件140的两个扭杆141之间的间隔从内部框架120一侧向反射镜部件110一侧逐渐增加。一对这种连接部件140限定了用于反射镜部件110相对于内部框架120的旋转操作的轴A1。优选地，连接部件140各由两个扭杆141构成，它们之间的间隔从内部框架120一侧向反射镜部件110一侧逐渐增加，并且它们防止了反射镜部件110的旋转操作中不希望的位移。此外，还可以构成连接部件140，以便两个不同电位可以经过两个扭杆141从内部框架120施加于反射镜部件110。
一对连接部件150是形成在第一硅层中的区域，并分别由两个扭杆151构成。各个扭杆151连接到内部框架120和外部框架130，由此将它们连接在一起。各个连接部件150的两个扭杆151之间的间隔从外部框架130一侧向内部框架120一侧逐渐增加。内部框架120和反射镜部件110相对于外部框架130的旋转操作的旋转轴由一对这种连接部件150限定，并与旋转轴A1一致。换言之，一对连接部件140和一对连接部件150如此设置，以便分别由它们限定的旋转轴互相重合。优选地，连接部件150分别由两个扭杆151构成，它们之间的间隔从外部框架130一侧向内部框架120一侧逐渐增加，因此它们防止了内部框架120和反射镜部件110的旋转操作中不希望的位移。此外，还可以构成连接部件150，以便两个不同电位可以经过两个扭杆151从外部框架130施加于内部框架120。
两个驱动机构160相对于反射镜部件110以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极161和梳齿状电极165。梳齿状电极161是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件110的基部162和从这个基部162突出的多个电极齿163。梳齿状电极165是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到内部框架120并沿向内方向突出的基部166和从这个基部166突出的多个电极齿167。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极161、165处于互相不同的高度，如图2A和图3A所示。而且，梳齿状电极161、165设置为以下状态，即它们的各个电极齿163、167位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
两个驱动机构170相对于反射镜部件110以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极171和梳齿状电极175。梳齿状电极171是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件110的基部172和从这个基部172突出的多个电极齿173。梳齿状电极175是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到内部框架120并沿向内方向突出的基部176和从这个基部176突出的多个电极齿177。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极171、175处于互相不同的高度，如图2A和图4A所示。而且，梳齿状电极171、175处于以下状态，即它们的各个电极齿173、177位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
两个驱动机构180相对于反射镜部件110和内部框架120以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极181和梳齿状电极185。梳齿状电极181是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到内框架120并沿向内方向突出的基部182和从这个基部182突出的多个电极齿183。梳齿状电极185是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到外部框架130并沿向内方向突出的基部186和从这个基部186突出的多个电极齿187。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极181、185处于互相不同的高度，如图5A和图6A所示。而且，梳齿状电极181、185设置为以下状态，即它们的各个电极齿183、187位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
两个驱动机构190相对于反射镜部件110和内部框架120以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极191和梳齿状电极195。梳齿状电极191是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到内部框架120并沿向内方向突出的基部192和从这个基部192突出的多个电极齿193。梳齿状电极195是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到外部框架130并沿向内方向突出的基部196和从这个基部196突出的多个电极齿197。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极191、195处于互相不同的高度，如图5A和图7A所示。而且，梳齿状电极191、195处于以下状态，即它们的各个电极齿193、197位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
如上所述，微型反射镜元件X1是借助体型微加工技术如MEMS技术通过在具有多层结构的材料衬底上进行处理而制造的。而且，如上所述，在本实施例中，材料衬底具有由第一和第二硅层以及置于它们之间的绝缘层构成的层叠结构。
在微型反射镜元件X1的制造中，更具体地说，使用覆盖对应反射镜部件110的区域的刻蚀掩模、覆盖对应内部框架120的区域的刻蚀掩模、覆盖对应外部框架130的区域的刻蚀掩模、覆盖对应一对连接部件140的区域的刻蚀掩模、覆盖对应一对连接部件150的区域的刻蚀掩模、覆盖对应各个驱动机构160、170、180、190的区域的刻蚀掩模，在规定时间适当地在材料衬底上进行刻蚀来处理各个硅层。对于刻蚀技术，可以采用干刻蚀法如深反应离子刻蚀(RIE)、或使用KOH的湿刻蚀法等。通过刻蚀适当地除去绝缘层的不希望的区域。通过这种方式，在具有第一和第二硅层以及绝缘层的材料衬底上形成微型反射镜元件X1的各个区域。在本发明中，当制造微型反射镜元件X1时，还可以采用具有不同层叠结构的材料衬底。
在微型反射镜元件X1中，在需要时，通过给各个梳齿状电极161、165、171、175、181、185、191、195施加规定电位，可以使反射镜部件110围绕旋转轴A1旋转。
通过给驱动机构180的梳齿状电极181、185施加规定电位，在梳齿状电极181、185之间产生规定静电吸引，由此向梳齿状电极185内部牵引梳齿状电极181，以至于各个电极采取例如图5B和图6B所示的取向。借此，内部框架120和反射镜部件110围绕旋转轴A1相对于外部框架130进行旋转操作。在这个旋转操作中进行的旋转位移量可以通过调整施加电位来控制。
在梳齿状电极181、185采取图5B和图6B所示的取向的状态下，如果通过给驱动机构160的梳齿状电极161、165施加规定电位而在梳齿状电极161、165之间产生规定的静电吸引，则梳齿状电极161将被向梳齿状电极165内部牵引，并且这两个电极将例如采取图2B和图3B所示的取向。借此，反射镜部件110相对于内部框架120围绕旋转轴A1进行旋转操作。在这种旋转操作中进行的旋转位移量可以通过调整施加电位来控制。
反射镜部件110的总位移量对应由上述两种类型的旋转运动产生的各个位移的总和。反射镜部件110围绕旋转轴A1沿相反方向的旋转操作可以通过与关于驱动机构180的上述操作相同的在驱动机构190中产生的规定的静电吸引、以及与关于驱动机构160的上述操作相同的在驱动机构170中也产生的规定的静电吸引而实现，如图2C、图4B、图5C和图7B所示。通过用上述方式驱动反射镜部件110摆动，可以转换由设置在反射镜部件110上的镜面111反射的光的反射方向。
图8表示微型反射镜元件X1的驱动结构的一个例子。图8A表示施加于驱动机构160的梳齿状电极165和驱动机构180的梳齿状电极185的电压随时间变化的示意图。图8B表示施加于驱动机构170的梳齿状电极175和驱动机构190的梳齿状电极195的电压随时间变化的示意图。在图8A和图8B的曲线中，时间(t)表示在水平轴上，施加的电压(v)表示在垂直轴上。在本驱动模式中，梳齿状电极161、171、181和191连接到地。此外，图8C表示在该驱动模式中反射镜部件110的旋转角随时间变化的曲线图。在图8C的曲线中，时间(t)表示在水平轴上，旋转角(θ)表示在垂直轴上。
在该驱动模式中，首先，在时间T0和时间T1之间，给在时间T0时处于初始状态(其中反射镜部件110的旋转角为0°)的微型反射镜元件X1的各个梳齿状电极165、185施加规定电压V1，如图8A所示，以便反射镜部件110的旋转位移在时间T1达到最大旋转角θ1。在时间T0和T1之间，在梳齿状电极161、165和梳齿状电极181、185之间产生静电吸引，并且反射镜部件110的旋转角在第一方向连续增加。在时间T1，驱动机构160例如采取图2B和图3B所示的取向，并且驱动机构180例如采取图5B和图6B所示的取向，而旋转角达到θ1，如图8C所示。在这种情况下，在连接部件140、150中产生规定扭曲反应。
因此，在时间T1，施加于各梳齿状电极165、185的电压基本上设定为0V。接着，在时间T1和T2之间，连接部件140、150的扭曲反应用作恢复力，并且旋转角连续减小。在时间T2，驱动机构160、170采取图2A、图3A和图4A所示的取向，并且驱动机构180、190采取图5A、图6A和图7A所示的取向，而旋转角达到0°，如图8C所示。
因此，在时间T2和T3之间，给个梳齿状电极175施加规定电压V2，如图8B所示，以至于反射镜部件110的旋转位移在时间T3达到最大旋转角θ2。在时间T2和T3之间，在梳齿状电极171、175和梳齿状电极191、195之间产生静电吸引，并且反射镜部件110的旋转角在与第一方向相反的第二方向连续增加。在时间T3，驱动机构170例如采取图2C和图4B所示的取向，驱动机构190例如采取图5C和图7B所示的取向，而旋转角达到θ2，如图8C所示。在这种情况下，在连接部件140、150中产生规定扭曲反应。
因此，在时间T3，施加于梳齿状电极175、195的电压基本上设定为0V。接着，在时间T3和T4之间，连接部件140、150的扭曲反应用作恢复力，并且旋转角连续减小。在时间T4，驱动机构160、170采取图2A、图3A、图4A所示的取向，驱动机构180、190采取图5A、图6A和图7A所示的取向，而旋转角达到0°，如图8C所示。可以根据需要重复进行从时间T0到时间T4的上述操作序列。
在该驱动模式中，优选地，电压V1和V2相同，并且旋转角θ1的绝对值与旋转角θ2的绝对值相同。而且，时间T0和时间T1之间、时间T1和时间T2之间、时间T2和时间T3之间以及时间T3和时间T4之间的各个周期优选设定为相同长度，并且每个分别构成反射镜部件110的摆动操作周期的四分之一。通过这种方式，可以实现微型反射镜元件X1的反射镜部件110的循环旋转操作。
在微型反射镜元件X1中，驱动机构180的冲程和驱动机构160的冲程，或者驱动机构190的冲程和驱动机构170的冲程互相叠加，由此确保长冲程。由于通过两种类型驱动机构的冲程的叠加确保了有效长冲程，因此可以例如将由梳齿状电极组形成的各个驱动机构形成为相对薄的尺寸(在旋转操作方向的长度较短)。因此，趋于形成为反映驱动机构厚度的可移动部件(反射镜部件110和内部框架120)可以形成为相对薄尺寸。可移动部件越薄，其重量越轻，因此越适合于实现高速操作。通过这种方式，微型反射镜元件X1适合于实现包括大旋转位移量的用于反射镜部件110的旋转操作的高速操作。
在微型反射镜元件X1中，通过电并联设置驱动机构160和驱动机构180，和电并联设置驱动机构170和驱动机构190电并联，可以简化对旋转驱动操作德控制。例如，如果两个驱动机构160的各个梳齿状电极161和两个驱动机构180的梳齿状电极181设置为电并联，并且如果两个驱动机构160的各个梳齿状电极165和两个驱动机构180的各梳齿状电极185设置为电并联，则当驱动旋转时，相同的电位同时施加于所有梳齿状电极161、181，并且相同的电位同时施加于所有梳齿状电极165、185，因此可以实现驱动机构160、180的共同控制。而且，如果两个驱动机构170的各个梳齿状电极171和两个驱动机构190的梳齿状电极191设置为电并联，并且如果两个驱动机构170的各个梳齿状电极175和两个驱动机构190的梳齿状电极195设置为电并联，则在驱动旋转时，相同的电位同时施加于所有梳齿状电极171、191，并且相同的电位同时施加于所有梳齿状电极175、195，因此可以实现驱动机构170、190的共同控制。
在如下设计中，其中可通过驱动机构160、170实现的反射镜部件110相对于内部框架120的旋转位移的最大相对角以及可通过驱动机构180、190实现的内部框架120相对于外部框架130的旋转位移的最大相对角设定为相等，如果例如像上述那样共同控制驱动机构160、180，并且如果例如像上述那样共同控制驱动机构170、190，则连接部件140、150的扭曲弹性常数(twisting spring constant)分别为k1和k2，并且通过驱动机构160、170和驱动机构180、190产生的旋转扭矩分别为T1和T2，在满足下面等式(1)中的条件时可以以最大效率控制这些驱动机构。另一方面，在如下设计中，其中可通过驱动机构160、170实现的反射镜部件110相对于内部框架120的旋转位移的最大相对角以及可通过驱动机构180、190实现的内部框架120相对于外部框架130的旋转位移的最大相对角设定为1∶a，如果例如像上述那样共同控制驱动机构160、180，并且如果例如像上述那样共同控制驱动机构170、190，则连接部件140、150的扭曲弹性常数分别为k1和k2，并且通过驱动机构160、170和驱动机构180、190产生的旋转扭矩分别为T1和T2，在满足下面等式(2)中的条件时可以以最大效率控制这些驱动机构。此外，如果反射镜部件110和内部框架120的惯性分别为I1和I2，则优选地，在微型反射镜元件X1中k1/I1和k2/(I1+I2)应该相等。
k1/T1＝k2/T2                     (1)
a(k1/T1＝k2/T2)                  (2)
在微型反射镜元件X1中，通过设置驱动机构160和驱动机构180为电隔离方式，以及设置驱动机构170和驱动机构190为电隔离方式，可以实现旋转驱动操作的高精度控制。如果采用这种组成，则通过独立调整由各个驱动机构160、170、180、190产生的驱动力或旋转扭矩，可以独立控制围绕旋转轴A1的两种旋转操作。在这种情况下，还希望满足等式(1)或等式(2)中规定的条件。
图9到图15表示根据本发明第二实施例的微型反射镜元件X2。图9是微型反射镜元件X2的平面图，图10到是沿着图9中的线X-X截取的剖面图。此外，图11-图15是分别沿着图9中的线XI-XI、XII-XII、XIII-XIII、XIV-XIV和XV-XV截取的剖面图。
微型反射镜元件X2包括反射镜部件110、内部框架120、外部框架130、一对连接部件140、一对连接部件150、和各对驱动机构260、270、280、290。微型反射镜元件X2不同于微型反射镜元件X1的地方在于它设有驱动机构260、270、280和290代替驱动机构构160、170、180和190。而且，与微型反射镜元件X1相同，微型反射镜元件X2是利用体型微加工技术如MEMS技术等通过在材料衬底上进行处理制造的，其中所述材料衬底是SOI衬底。该材料衬底具有层叠结构，该层叠结构例如由第一和第二硅层以及位于这些硅层之间的绝缘层构成，通过用杂质掺杂将规定导电类型赋予各个硅层。为了阐明附图，在图9中，用斜阴影线标记在读者方向突出于绝缘层以外的源于第一硅层的区域(除了镜面111之外)。
在微型反射镜元件X2中设置的两个驱动机构260相对于反射镜部件110以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极261和梳齿状电极265。梳齿状电极261是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件110上的基部262和从这个基部262突出的多个电极齿263。梳齿状电极265具有由导体部分265a、导体部分265b和用于电隔离这两个导体部分的绝缘部分265c构成的叠层结构，并且还具有固定到内部框架120并朝向内方向突出的基部266以及从这个基部266突出的多个电极齿267。导体部分265a和265b是分别源于第一和第二硅层的区域。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极261和梳齿状电极265的基部265b位于互相不同的高度，如图10A和图11A所示。而且，梳齿状电极261、265处于以下状态，即它们的各个电极齿263、267位于互相偏移的位置，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构270相对于反射镜部件110以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极271和梳齿状电极275。梳齿状电极271是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件110上的基部272和从这个基部272突出的多个电极齿273。梳齿状电极275具有由导体部分275a、导体部分275b和用于电隔离这两个导体部分的绝缘部分275c构成的叠层结构，并且还具有固定到内部框架120并朝向内方向突出的基部276以及从这个基部276突出的多个电极齿277。导体部分275a和275b是分别源于第一和第二硅层的区域。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极271和梳齿状电极275的基部275b位于互相不同的高度，如图10A和图12A所示。而且，梳齿状电极271、275处于以下状态，以至于它们的各个电极齿273、277位于互相偏移的位置，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构280相对于反射镜部件110和内部框架120以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极281和梳齿状电极285。梳齿状电极281是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到内部框架120上的基部282和从这个基部282突出的多个电极齿283。梳齿状电极285具有由导体部分285a、导体部分285b和用于电隔离这两个导体部分的绝缘部分285c构成的叠层结构，还具有固定到外部框架130并在向内方向突出的基部286以及从这个基部286突出的多个电极齿287。导体部分285a和285b是分别源于第一和第二硅层的区域。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极281和梳齿状电极285的基部285b位于互相不同的高度，如图13A和图14A所示。而且，梳齿状电极281、285处于以下状态，即它们的各个电极齿283、287位于互相偏移的位置，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构290相对于反射镜部件110和内部框架120以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极291和梳齿状电极295。梳齿状电极291是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到内部框架120上的基部292和从这个基部292突出的多个电极齿293。梳齿状电极295具有由导体部分295a、导体部分295b和用于电隔离这两个导体部分的绝缘部分295c构成的叠层结构，还具有固定到外部框架130并在向内方向突出的基部296以及从这个基部296突出的多个电极齿297。导体部分295a和295b是分别源于第一和第二硅层的区域。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极291和梳齿状电极295的基部295b位于互相不同的高度，如图13A和图15A所示。而且，梳齿状电极291、295处于以下状态，即它们的各个电极齿293、297位于互相偏移的位置，以便它们彼此不接触。
在微型反射镜元件X2中，在需要时，通过给梳齿状电极261、271、281和291、梳齿状电极265的导体部分265a和265b、梳齿状电极275的导体部分275a和275b、梳齿状电极285的导体部分285a和285b、梳齿状电极295的导体部分295a和295b施加规定电位，可以使反射镜部件110围绕旋转轴A1进行旋转操作。
图16表示微型反射镜元件X2的驱动模式的一个例子。图16A表示施加于驱动机构260的梳齿状电极265的导体部分265b和驱动机构280的梳齿状电极285的导体部分285b的电压随时间变化的示意图。图16B表示施加于驱动机构270的梳齿状电极275的导体部分275b和驱动机构290的梳齿状电极295的导体部分295b的电压随时间变化的示意图。图16C表示施加于驱动机构260的梳齿状电极265的导体部分265a、驱动机构270的梳齿状电极275的导体部分275a、驱动机构280的梳齿状电极285的导体部分285a、和驱动机构290的梳齿状电极295的导体部分295a的电压随时间变化的示意图。在图16A-图16C的各个图中，时间(t)表示在水平轴上，施加的电压(v)表示在垂直轴上。在本驱动模式中，梳齿状电极261、271、281和291连接到地。此外，图16D表示在该驱动模式中反射镜部件110的旋转角随时间变化的示意图。在图16D的曲线图中，时间(t)表示在水平轴上，旋转角(θ)表示在垂直轴上。
在该驱动模式中，首先，在时间T0和时间T1之间，在时间T0时处于初始状态下(其中反射镜部件110的旋转角为0°)给微型反射镜元件X2的各个梳齿状电极265、285的导体部分265b和285b施加规定电压V1，如图16A所示，以便反射镜部件110的旋转位移在时间T1达到最大旋转角θ1。在时间T0和T1之间，在每个梳齿状电极261和导体部分265b之间、以及在每个梳齿状电极281和导体部分285b之间产生静电吸引，并且反射镜部件110的旋转角在第一方向连续增加。在时间T1，驱动机构260例如采取图10B和图11B所示的取向，并且驱动机构280例如采取图13B和图14B所示的取向，而旋转角达到θ1，如图16D所示。在这种情况下，在连接部件140、150中产生规定扭曲反应。
因此，在时间T1和T2之间，施加于导体部分265b、285b的电压基本上设定为零，并施加规定电压V2于各个导体部分265a、275a、285a和295a，如图16B所示。在这个时间期间，除了用作恢复力的连接部件140、150的扭曲反应之外，在梳齿状电极261和导体部分265b之间、梳齿状电极271和导体部分275b之间、梳齿状电极281和导体部分285b之间、以及梳齿状电极291和导体部分295b之间产生静电吸引，因此反射镜部件110的旋转角连续减小。在时间T2，驱动机构260、270采取图10A、图11A和图12A中所示的取向，驱动机构280、290采取图13A、图14A和图15A中所示的取向，而旋转角达到0°，如图16D所示。
借此，在时间T2和T3之间，给各个导体部分275b、295b施加规定电压V3，并且施加于各个导体部分265a、275a、285a和295a的电压基本上设定为0V，如16B所示，以便反射镜部件110的旋转位移在时间T3达到最大旋转角θ2。在时间T2和T3之间，在每个梳齿状电极271和导体部分275b之间、以及在每个梳齿状电极291和导体部分295b之间产生静电吸引，反射镜部件110的旋转角在与第一方向相反的第二方向连续增加。在时间T3，驱动机构270例如采取图10C和图12B所示的取向，并且驱动机构290例如采取图13C和图15B所示的取向，而旋转角达到θ2，如图16D所示。在这种情况下，在连接部件140、150中产生规定扭曲反应。
接着，在时间T3和T4之间，施加于导体部分275b、295b的电压基本上设定为零，并且施加规定电压V4于各个导体部分265a、275a、285a和295a，如图16C所示。在这个时间期间，除了用作恢复力的连接部件140、150的扭曲反应之外，在梳齿状电极261和导体部分265b之间、梳齿状电极271和导体部分275b之间、梳齿状电极281和导体部分285b之间、以及梳齿状电极291和导体部分295b之间产生静电吸引，因此反射镜部件110的旋转角连续减小。在时间T4，驱动机构260、270采取图10A、图11A和图12A中所示的取向，驱动机构280、290采取图13A、图14A和图15A中所示的取向，而旋转角达到0°，如图16D所示。根据需要，重复进行从时间T0到时间T4的上述操作序列。
在该驱动模式中，优选地，电压V1和V3相同，电压V2和V4相同，并且旋转角θ1的绝对值与旋转角θ2的绝对值相同。而且，优选地，电压V2和V4小于电压V1和V3。而且，优选地，时间T0和时间T1之间、时间T1和时间T2之间、时间T2和时间T3之间以及时间T3和时间T4之间的各个周期设定为相同长度，并且每个分别构成反射镜部件110的旋转操作周期的四分之一。通过这种方式，可以实现微型反射镜元件X2的反射镜部件110的循环旋转操作。
在微型反射镜元件X2中，驱动机构280的冲程和驱动机构260的冲程，或者驱动机构290的冲程和驱动机构270的冲程互相叠加，由此确保长冲程。由于通过叠加两种类型的驱动机构的冲程确保了有效长冲程，因此可以使由梳齿状电极组形成的各种驱动机构形成为例如相对薄尺寸(在旋转操作方向形成的长度较短)。因此，趋于形成为反应驱动机构厚度的可移动部件(反射镜部件110和内部框架120)可以形成为相对薄尺寸。可移动部件越薄，其重量越轻，就越适合于实现高速度操作。通过这种方式，微型反射镜元件X2适于实现包括大旋转位移量的用于反射镜部件110的高速旋转操作。
在微型反射镜元件X2中，通过电并联设置驱动机构260和驱动机构280，和电并联设置驱动机构270和驱动机构290，可以简化旋转驱动操作的控制。例如，如果各个梳齿状电极261和各个梳齿状电极281电并联设置，各个梳齿状电极265的导体部分265a和各个梳齿状电极285的导体部分285a电并联设置，并且各个梳齿状电极265的导体部分265b和各个梳齿状电极285的导体部分285b电并联设置，则当驱动旋转时，相同的电位将同时输送给所有梳齿状电极261、281，同时相同的电位将同时施加于所有导体部分265a、285a，并且相同的电位将同时施加于所有导体部分265b、285b，因而可以进行驱动机构260、280的共同控制。而且，如果各个梳齿状电极271和各个梳齿状电极291电并联设置，各个梳齿状电极275的导体部分275a和各个梳齿状电极295的导体部分295a电并联设置，并且各个梳齿状电极275的导体部分275b和各个梳齿状电极295的导体部分295b电并联设置，则当驱动旋转时，相同的电位将同时输送给所有梳齿状电极271、271，同时相同的电位将同时施加于所有导体部分275a、295a，并且相同的电位将同时施加于所有导体部分275b、295b，因而可以进行驱动机构270、290的共同控制。
在设计中，其中可通过驱动机构260、270实现的反射镜部件110相对于内部框架120的旋转位移的最大相对角、以及可通过驱动机构280、290实现的内部框架120相对于外部框架130的旋转位移的最大相对角设定为相等，如果例如像上述那样共同控制驱动机构260、280，并且如果例如像上述那样共同控制驱动机构270、290，则将连接部件140、150的扭曲弹性常数分别设定为k1和k2，并且由驱动机构260、270和驱动机构280、290产生的旋转扭矩分别设定为T1和T2，在满足上述等式(1)的条件时，可以以最高效率控制驱动机构。另一方面，在如下设计中，其中通过驱动机构260、270可实现的反射镜部件110相对于内部框架120的旋转位移的最大相对角与可通过驱动机构280、290实现的内部框架120相对于外部框架130的旋转位移的最大相对角之间的比设定为1∶a，如果例如像上述那样共同控制驱动机构260、280，并且如果例如像上述那样共同控制驱动机构270、290，则将连接部件140、150的扭曲弹性常数分别设定为k1和k2，并且由驱动机构260、270和驱动机构280、290产生的旋转扭矩分别设定为T1和T2，在满足上述等式(2)的条件时，可以以最高效率控制驱动机构。
图17到图24示出了根据本发明第三实施例的微型反射镜元件X3。图17是微型反射镜元件X3的平面图，图18到图20是沿着图17中的线XVIII-XVIII截取的剖面图，图21到图24是分别沿着图17中的线XXI-XXI、XXII-XXII、XXIII-XXIII、XXIV-XXIV和XV-XV截取的剖面图。
微型反射镜元件X3包括反射镜部件310、框架320、一对连接部件330、和各对驱动机构340、350、360、370。而且，与微型反射镜元件X1相同，微型反射镜元件X3是利用体型微加工技术如MEMS技术等通过在材料衬底上进行处理制造的，其中所述材料衬底是具有规定层叠结构的SOI衬底。材料衬底具有层叠结构，例如该层叠结构由第一和第二硅层以及位于这些硅层之间的绝缘层构成，通过用杂质掺杂将规定导电类型赋予各个硅层。为了阐明附图，在图17中，用斜阴影线标记在读者方向突出至绝缘层以外的源于第一硅层的区域(除了镜面311之外)。
反射镜部件310是主要形成在第一硅层中的区域，并且在其前表面上包括具有光反射功能的镜面311。镜面311具有由形成在第一硅层上的Cr层和形成在Cr层上的Ar层构成的层叠结构。这种镜面310形成本发明的可移动部件。框架320是主要形成在第一硅层中的区域，并处于它包围反射镜部件310的状态。
一对连接部件330是形成在第一硅层中的区域，并分别由两个扭杆331构成。各个扭杆331连接到反射镜部件310和框架320，由此将它们连接在一起。各个连接部件331的两个扭杆330之间的间隔从框架320向反射镜部件310逐渐增加。一对这种连接部件330限定了用于反射镜部件310相对于框架320的旋转操作的轴A3。优选地，由两个扭杆321构成的连接部件330，两个扭杆331之间的间隔从框架320向反射镜部件310逐渐增加，防止了反射镜部件310的旋转操作中不希望的位移。此外，还可以构成连接部件330，使得两个不同电位可以经过两个扭杆331从框架320施加于反射镜部件310。
两个驱动机构340相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极341和梳齿状电极345。梳齿状电极341是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部342和从这个基部342突出的多个电极齿343。梳齿状电极345是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到框架320并在向内方向突出的基部346和从这个基部346突出的多个电极齿347。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极341、345处于互相不同的高度，如图18和图21A所示。而且，梳齿状电极341、345处于以下状态，即它们的各个电极齿343、347位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
两个驱动机构350相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极351和梳齿状电极355。梳齿状电极351是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部352和从这个基部352突出的多个电极齿353。梳齿状电极355是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到框架320并朝向内方向突出的基部356和从这个基部356突出的多个电极齿357。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极351、355处于互相不同的高度，如图18和图22A所示。而且，梳齿状电极351、355处于以下状态，即它们的各个电极齿353、357位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
两个驱动机构360相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极361和梳齿状电极365。梳齿状电极361是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部362和从这个基部362突出的多个电极齿363。梳齿状电极365是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到框架320并在向内方向突出的基部366和从这个基部366突出的多个电极齿367。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极361、365处于互相不同的高度，如图18和图23A所示。而且，梳齿状电极361、365处于以下状态，即它们的各个电极齿363、367位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
两个驱动机构370相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极371和梳齿状电极375。梳齿状电极371是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部372和从这个基部372突出的多个电极齿373。梳齿状电极375是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到框架320并在向内方向突出的基部376和从这个基部376突出的多个电极齿377。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极371、375处于互相不同的高度，如图18和图24A所示。而且，梳齿状电极371、375处于以下状态，即它们的各个电极齿373、377位于互相偏移的位置，以便在驱动元件旋转时它们彼此不接触。
在微型反射镜元件X3中，在需要时，通过给各个梳齿状电极341、345、351、355、361、365、371、375施加规定电位，可以使反射镜部件310围绕旋转轴A3旋转。
例如，通过给驱动机构340的梳齿状电极341、345施加规定电位，在梳齿状电极341、345之间产生规定静电吸引，通过给驱动机构360的梳齿状电极361、365施加规定电位，在梳齿状电极361、365之间产生规定静电吸引，由此分别向梳齿状电极345内部牵引梳齿状电极341，分别向梳齿状电极365内部牵引梳齿状电极361，以至于驱动机构340、360各采取例如图19A、图21B和图23B所示的取向。借此，反射镜部件310围绕旋转轴A3相对于框架320进行旋转操作。在这个旋转操作中进行的旋转位移量可以通过调整施加的电位来管理。反射镜部件310围绕旋转轴A3在相反方向的旋转驱动可以利用与关于驱动机构340、360的上述操作方式相同的方式通过驱动机构350、370产生规定的静电吸引来实现，如图20A、图22B和图24B所示。通过利用这种方式驱动反射镜部件310在两个方向旋转，可以适当地转换由设置在反射镜部件310上的镜面311反射的光的反射方向。
图25表示微型反射镜元件X3的驱动模式的一个例子。图25A表示施加于驱动机构340的梳齿状电极345的电压随时间变化的曲线图。图25B表示施加于驱动机构360的梳齿状电极365的电压随时间变化的曲线图。图25C表示施加于驱动机构350的梳齿状电极355的电压随时间变化的曲线图。图25D表示施加于驱动机构370的梳齿状电极375的电压随时间变化的曲线图。在图25A-图25D的各个曲线中，时间(t)表示在水平轴上，施加的电压(v)表示在垂直轴上。在本驱动模式中，梳齿状电极341、351、361和371连接到地。此外，图25E表示在该驱动模式中反射镜部件310的旋转角随时间变化的曲线图。在图25E的曲线中，时间(t)表示在水平轴上，旋转角(θ)表示在垂直轴上。
在该驱动模式中，首先，在时间T0和时间T1之间，如图25A所示，给梳齿状电极345施加规定电压V1，并且在时间T0和时间T2之间，如图25B所示，给梳齿状电极365施加规定电压V2，以便反射镜部件310的旋转位移在时间T2达到最大旋转角θ1，其中在时间T0时反射镜部件310的旋转位移处于初始状态下(旋转角为0°)。在时间T0和T1之间，在梳齿状电极341、345之间、以及在梳齿状电极361、365之间产生静电吸引，并且反射镜部件310的旋转角在第一方向连续增加，在时间T1，驱动机构340、360例如采取图19A、图21B和图23B所示的取向。在时间T1，在到达旋转位移(例如θ1’)的时间之前，其中所述旋转位移是通过在与第一方向相反的第二方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构340中产生，施加于梳齿状电极345的电压基本上设定为0V。在时间T1和T2之间，在梳齿状电极361、365之间产生静电吸引，并且反射镜部件3 10的旋转角在第一方向连续增加。在时间T2，驱动机构340、360例如采取图19B、图21C和图23C所示的取向，并且旋转角达到θ1，如图25E所示。在这种情况下，在连接部件330中产生规定扭曲反应。
这样，在时间T2，施加于各个梳齿状电极365的电压基本上设定为0V。接着，在时间T2和T3之间，连接部件330的扭曲反应用作恢复力，并且旋转角连续减小。在时间T3，旋转角达到0°，如图25E所示。
然后，在时间T3和T4之间，给梳齿状电极355施加规定电压V3，如图25C所示，在时间T3和T5之间，给梳齿状电极375施加规定电压V4，如图25D所示，以至于反射镜部件310的旋转位移在时间T5达到最大旋转角θ2。在时间T3和T4之间，在梳齿状电极351、355之间以及梳齿状电极371、375之间产生静电吸引，并且反射镜部件310的旋转角在第二方向连续增加，在时间T4，驱动机构350、370例如采取图20A、图22B和图24B所示的取向。在时间T4，在到达旋转位移(例如θ2’)的时间之前，其中所述旋转位移是通过在与第二方向相反的第一方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构350中产生，施加于梳齿状电极355的电压基本上设定为0V。在时间T4和T5之间，在梳齿状电极371、375之间产生静电吸引，并且反射镜部件310的旋转角在第二方向连续增加。在时间T5，驱动机构350、370例如采取图20B、图22C和图24C所示的取向，并且旋转角达到θ2，如图25E所示。在这种情况下，在连接部件330中产生规定扭曲反应。
因此，在时间T5，施加于各个梳齿状电极375的电压基本上设定为0V。接着，在时间T5和T6之间，连接部件330的扭曲反应用作恢复力，并且旋转角连续较小。在时间T6，旋转角达到0°，如图25E所示。根据需要重复进行从时间T0到时间T6的上述操作序列。
在该驱动模式中，优选地，电压V1和V3相同，电压V2和V4相同，并且旋转角θ1的绝对值与旋转角θ2的绝对值相同。而且，时间T0和时间T2之间、时间T2和时间T3之间、时间T3和时间T5之间以及时间T5和时间T6之间的各个周期设定为相同长度，并且每个分别构成反射镜部件310的旋转操作周期的四分之一。通过这种方式，可以实现微型反射镜元件X3的反射镜部件310的循环旋转操作。
图26表示微型反射镜元件X3的驱动模式的另一个例子。图26A表示施加于驱动机构340的梳齿状电极345的电压随时间变化的曲线图。图26B表示施加于驱动机构360的梳齿状电极365的电压随时间变化的曲线图。图26C表示施加于驱动机构350的梳齿状电极355的电压随时间变化的曲线图。图26D表示施加于驱动机构370的梳齿状电极375的电压随时间变化的曲线图。在图26A-图26D的各个曲线中，时间(t)表示在水平轴上，施加的电压(v)表示在垂直轴上。在本驱动模式中，梳齿状电极341、351、361和371连接到地。此外，图26E表示在该驱动模式中反射镜部件310的旋转角随时间变化的曲线图。在图26E的曲线中，时间(t)表示在水平轴上，旋转角(θ)表示在垂直轴上。本驱动模式不同于参照图25所述驱动模式的地方在于：存在一个附加周期，在该周期内给梳齿状电极345、355施加电压。
在该驱动模式中，在时间T2和时间T2’之间将规定电压V5施加于梳齿状电极345，如图26A所示。在这个阶段期间，连接部件330的扭曲力用作恢复力，除此之外，在梳齿状电极341、345之间产生静电吸引，作为第二方向的驱动力，并且反射镜部件310的旋转角连续减小。在时间T2’，驱动机构340、360例如采取图19A、图21B和图23B所示的取向。在时间T2’，在到达旋转位移(例如θ1’)的时间之前，其中所述旋转位移是通过在与第二方向相反的第一方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构340中产生，施加于梳齿状电极345的电压基本上设定为0V。
此外，在该驱动模式中，在时间T5和时间T5’之间将规定电压V6施加于梳齿状电极355，如图26C所示。在这个阶段，连接部件330的扭曲力用作恢复力，除此之外，在梳齿状电极351、355之间产生静电吸引，作为第一方向的驱动力，并且反射镜部件310的旋转角连续减小。在时间T5’，驱动机构350、370例如采取图20B、图22B和图24B所示的取向。在时间T5’，在到达旋转位移(例如θ2’)的时间之前，其中所述旋转位移是通过在与第一方向相反的第二方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构350中产生，施加于梳齿状电极355的电压基本上设定为0V。
在该驱动模式中，优选地，电压V1和V5相同，电压V3和V6相同。而且，优选地，时间T0和时间T1之间以及时间T2和时间T2’之间的各时期之和、以及时间T3和时间T4之间与时间T5和时间T5’之间的时期之和，分别构成反射镜部件310旋转操作周期的四分之一。通过这种方式，可以实现微型反射镜元件X3的反射镜部件310的循环旋转操作。
在微型反射镜元件X3中，相对于反射镜部件310的旋转操作的旋转轴A3，驱动机构340、350设置为互相远离的位置，并且驱动机构360、370设置在互相靠近的位置。在这种结构中，在产生大旋转扭矩时，驱动机构340、350比驱动机构360、370更合适。例如，如果驱动机构340、350和驱动机构360、370的尺寸设计相等，则当相同电压施加于这些驱动机构时，与驱动机构360、370相比，在驱动机构340、350中将产生较大的旋转扭矩，因为驱动机构340、350位于距离旋转轴A3较远的位置上。此外，在保证大冲程时，驱动机构360、370比驱动机构340、350更合适。例如，如果驱动机构340、350和驱动机构360、370的尺寸设计相等，则驱动机构360、370具有包括比驱动机构340、350更大的旋转位移(旋转角)量的冲程。在设有适于产生大旋转扭矩的驱动机构340、350和适于保证大冲程的驱动机构360、370的微型反射镜元件X3中，即使不将各个驱动机构的各个梳齿状电极形成为过分厚的尺寸，也可以有效地保证大冲程。通过这种方式，微型反射镜元件X3适于实现包括大旋转位移量的用于反射镜部件310的高速旋转操作。
在这种微型反射镜部件X3中，优选地，驱动机构340、350和驱动机构360、370电隔离并且分别以独立方式控制，以至于可以有效地利用驱动机构340、350和驱动机构360、370的各自的特性。例如，在反射镜部件310的位移量为小角度范围内，可以通过驱动机构340、350产生大旋转扭矩，并且在大角度范围内，可以通过驱动机构360、370在这些驱动机构360、370的整个较长冲程期间以连续方式维持规定旋转扭矩。
此外，在微型反射镜元件X3中，通过将驱动机构360、370的各个梳齿状电极的电场产生表面面积扩大为规定表面面积，可以实现由驱动机构360、370产生的旋转扭矩与由驱动机构340、350产生的旋转扭矩之间的小差值。或者，还可以在距离旋转轴A3更远的位置上附加产生用于驱动力的多种类型的驱动机构。通过采用这些组成，可以提高微型反射镜元件X3的规定特性。
此外，在微型反射镜部件X3中，优选地，应该设有用于检测反射镜部件310的旋转位移量(旋转角)的装置，以便可以以高精度旋转驱动反射镜部件310。对于这种检测装置，例如，可以采用利用光在反射镜部件310的上表面或下表面上反射的光学装置，用于测量在反射镜部件310的下表面或梳齿状电极的静电容量值的装置，通过压电电阻变形计等或者用于测量连接部件330或扭杆331的变形的装置。
图27到图34表示根据本发明第四实施例的微型反射镜元件X4。图27是微型反射镜元件X4的平面图，图28-图30是沿着图27中的线XXVIII-XXVIII截取的剖面图。此外，图31-图34是分别沿着图27中的线XXXI-XXXI、XXXII-XXXII、XXXIII-XXXIII和XXXIV-XXXIV截取的剖面图。
微型反射镜元件X4包括反射镜部件310、框架320、一对连接部件330、和各对驱动机构440、450、460、470。该微型反射镜元件X4不同于微型反射镜元件X3的地方在于它设有驱动机构440、450、460和470代替了驱动机构340、350、360和370。而且，与微型反射镜元件X1相同，微型反射镜元件X4是利用体型微加工技术如MEMS技术等通过在材料衬底上进行处理制造的，其中所述材料衬底是具有规定层叠结构的SOI衬底。材料衬底具有层叠结构，例如该层叠结构由第一和第二硅层以及位于这些硅层之间的绝缘层构成，通过用杂质掺杂将规定导电类型赋予各个硅层。为了阐明附图，在图27中，用斜阴影线标记朝读者方向突出在绝缘层以外的源于第一硅层的区域(除了镜面311之外)。
设置在微型反射镜元件X4中的两个驱动机构440相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极441和梳齿状电极445。梳齿状电极441是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部442和从这个基部442突出的多个电极齿443。梳齿状电极445具有由导体部分445a、导体部分445b和用于电隔离两个导体部分的绝缘部分445c构成的叠层结构，并且还具有固定到框架320并在向内方向突出的基部446和从这个基部446突出的多个电极齿447。导体部分445a、445b是分别源于第一和第二硅层的区域。当元件不被驱动旋转时，梳齿状电极441和梳齿状电极445的基部445b位于互相不同的高度，如图28和图31A所示。而且，梳齿状电极441、445处于以下状态，即它们的各个电极齿443、447位于互相偏移的位置上，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构450相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极451和梳齿状电极455。梳齿状电极451是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部452和从这个基部452突出的多个电极齿453。梳齿状电极455具有由导体部分455a、导体部分455b和用于电隔离两个导体部分的绝缘部分455c构成的叠层结构，并且还具有固定到框架320并在向内方向突出的基部456和从这个基部456突出的多个电极齿457。导体部分455a、455b是分别源于第一和第二硅层的区域。当元件不被驱动旋转时，梳齿状电极451和梳齿状电极455的基部455b位于互相不同的高度，如图28和图32A所示。而且，梳齿状电极451、455处于以下状态，即它们的各个电极齿453、457位于互相偏移的位置上，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构460相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极461和梳齿状电极465。梳齿状电极461是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部462和从这个基部462突出的多个电极齿463。梳齿状电极465具有由导体部分465a、导体部分465b和用于电隔离两个导体部分的绝缘部分465c构成的叠层结构，并且还具有固定到框架320并在向内方向突出的基部466和从这个基部466突出的多个电极齿467。导体部分465a、465b是分别源于第一和第二硅层的区域。当元件不被驱动旋转时，梳齿状电极461和梳齿状电极465的基部465b位于互相不同的高度，如图28和图33A所示。而且，梳齿状电极461、465处于以下状态，即它们的各个电极齿463、467位于互相偏移的位置上，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构470相对于反射镜部件310以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极471和梳齿状电极475。梳齿状电极471是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件310的基部472和从这个基部472突出的多个电极齿473。梳齿状电极475具有由导体部分475a、导体部分475b和用于电隔离两个导体部分的绝缘部分475c构成的叠层结构，并且还具有固定到框架320并在向内方向突出的基部476和从这个基部476突出的多个电极齿477。导体部分475a、475b是分别源于第一和第二硅层的区域。当元件不被驱动旋转时，梳齿状电极471和梳齿状电极475的基部475b位于互相不同的高度，如图28和图34A所示。而且，梳齿状电极471、475处于以下状态，即它们的各个电极齿473、477位于互相偏移的位置上，以便它们彼此不接触。
在微型反射镜元件X4中，在需要时，通过给梳齿状电极441、451、461和471、梳齿状电极445的导体部分445a和445b、梳齿状电极455的导体部分455a和455b、梳齿状电极465的导体部分465a和465b、梳齿状电极475的导体部分475a和475b施加规定电位，可以使反射镜部件310围绕旋转轴A3旋转。
图35表示微型反射镜元件X4的驱动结构的一个例子。图35A表示施加于驱动机构440的梳齿状电极445的导体部分445b的电压随时间变化的曲线图。图35B表示施加于驱动机构460的梳齿状电极465的导体部分465b的电压随时间变化的曲线图。图35C表示施加于驱动机构450的梳齿状电极455的导体部分455b的电压随时间变化的曲线图。图35D表示施加于驱动机构470的梳齿状电极475的导体部分475b的电压随时间变化的曲线图。图35E是表示施加于驱动机构440的梳齿状电极445的导体部分445a、驱动机构450的梳齿状电极455的导体部分455a、驱动机构460的梳齿状电极465的导体部分465a、和驱动机构470的梳齿状电极475的导体部分475a的电压随时间变化的曲线图。在图35A-图35E的各个曲线中，时间(t)表示在水平轴上，施加的电压(v)表示在垂直轴上。在本驱动模式中，梳齿状电极441、451、461和471连接到地。此外，图35F表示在该驱动模式中反射镜部件310的旋转角随时间变化的曲线图。在图35F的曲线中，时间(t)表示在水平轴上，旋转角(θ)表示在垂直轴上。
在该驱动模式中，首先，在时间T0和时间T1之间，如图35A所示，给导体部分445b施加规定电压V1，并且在时间T0和时间T2之间，如图35B所示，给导体部分465b施加规定电压V2，以便反射镜部件310的旋转位移在时间T2达到最大旋转角θ1，其中在时间T0时反射镜部件310的旋转位移处于初始状态(旋转角为0°)。在时间T0和T1之间，在梳齿状电极441和导体部分445b之间、以及在梳齿状电极461和导体部分465b之间产生静电吸引，并且反射镜部件310的旋转角在第一方向连续增加，在时间T1，驱动机构440、460例如采取图29A、图31B和图33B所示的取向。在时间T1，在到达旋转位移(例如θ1’)的时间之前，其中所述旋转位移是通过在与第一方向相反的第二方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构440中产生，施加于导体部分445b的电压基本上设定为0V。在时间T1和T2之间，在梳齿状电极461和导体部分465b之间产生静电吸引，并且反射镜部件310的旋转角在第一方向连续增加。在时间T2，驱动机构440、460例如采取图29B、图31C和图33C所示的取向，并且旋转角达到θ1，如图35F所示。在这种情况下，在连接部件330中产生规定扭曲反应。
然后，在时间T2和时间T3之间给导体部分445b施加规定电压V3，在时间T2和时间T4之间给导体部分445a、455a、465a、475a施加规定电压V4，如图35E所示，以便旋转角在时间T4达到0°。而且，在时间T2和时间T4之间，施加于导体部分465b的电压基本上设置为0V。在时间T2和时间T3之间，除了用作恢复力的连接部件330的扭曲反应之外，在梳齿状电极441和梳齿状电极445(导体部分445a和445b)之间产生作为第二方向驱动力的静电吸引，此外，在梳齿状电极451和导体部分455a之间、在梳齿状电极461和导体部分465a之间、以及在梳齿状电极471和导体部分475a之间也产生静电吸引力，作为在第二方向的驱动力，由此反射镜部件310的旋转角连续减小。在时间T3，驱动机构440、460采取图29A、图31B和图33B所示的取向。在时间T3，在到达旋转位移(例如θ1’)的时间之前，其中所述旋转位移是通过在与第二方向相反的第一方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构440中产生，施加于每个导体部分445b的电压基本上设定为0V。之后，在时间时间T3和时间T4之间，在梳齿状电极441和导体部分445a之间、在梳齿状电极451和导体部分455a之间、在梳齿状电极461和导体部分465a之间、以及在梳齿状电极471和导体部分475a之间连续产生静电吸引力，因此反射镜部件310的旋转角连续减小。在时间T4，旋转角达到0°，如图35F所示。
然后，在时间T4和时间T5之间给导体部分455b施加规定电压V5，如图35D所示，在时间T4和时间T6之间给导体部分475b施加规定电压V6，如图35D所示，以便反射镜部件310的旋转位移在时间T6达到最大旋转角θ2。在时间T4和时间T5之间，在梳齿状电极451和导体部分455b之间以及在梳齿状电极471和导体部分475b之间产生静电吸引，并且反射镜部件310的旋转角在第二方向连续增加，并且在时间T5，驱动机构450、470例如采取如图30A、图32B和图34B所示的取向。在时间T5，在达到旋转位移(例如θ2’)的时间之前，其中所述旋转位移可以通过在与第二方向相反的第一方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构450中产生，施加于每个导体部分445b的电压基本上设定为0V。在时间时间T5和时间T6之间，在梳齿状电极471和导体部分475b之间连续产生静电吸引力，因此反射镜部件310的旋转角在第二方向连续减小。在时间T6，驱动机构450、470假设例如为图30B、图32C和图34C所示的取向，旋转角达到θ2，如图35F所示。在这种情况下，在连接部件330中产生规定扭曲反应。
因此，在时间T6和时间T7之间给导体部分455b施加规定电压V7，如图35C所示，并且在时间T6和时间T8之间给导体部分445a、455a、465a和475a施加规定电压V8，如图35E所示，以便旋转角在时间T8达到0°。而且，在时间T6和时间T8之间施加于导体部分475b的电压基本上设定为0V。在时间T6和时间T7之间，除了用作恢复力的连接部件330的扭曲反应之外，在梳齿状电极451和梳齿状电极455(导体部分455a和455b)之间产生作为第一方向的驱动力的静电吸引，此外，在梳齿状电极441和导体部分445a之间、梳齿状电极461和导体部分465a之间以及梳齿状电极471和导体部分475a之间产生静电吸引力，作为第一方向的驱动力，由此反射镜部件310的旋转角连续减小。在时间T7，驱动机构450、470例如采取图30A、图32B和图34B所示的取向。在时间T7，在达到旋转位移(例如θ2’)的时间之前，其中所述旋转位移可以通过在与第一方向相反的第二方向的驱动力(驱动扭矩)而在驱动机构450中产生，施加于每个导体部分455b的电压基本上设定为0V。因此，在时间T7和时间T8之间，在梳齿状电极441和导体部分445a之间、梳齿状电极451和导体部分455a之间、以及梳齿状电极461和导体部分465a之间、以及梳齿状电极471和导体部分475a之间连续产生静电吸引力，因此反射镜部件310的旋转角连续减小。在时间T8，旋转角达到0°，如图35F所示。可以根据需要重复进行从时间T0到时间T8的上述操作序列。
在该驱动模式中，优选地，电压V1和V3相同，电压V5和V7相同，并且旋转角θ1的绝对值与旋转角θ2的绝对值相同。而且，在时间T0和时间T2之间、时间T2和时间T4之间、时间T4和时间T6之间、时间T6和时间T8之间的各个时间段优选设定为相同的长度，它们每个构成反射镜部件310旋转操作的四分之一。而且，优选地，时间T0和时间T1之间以及时间T2和时间T3之间的各个时间段的和、时间T4和时间T5之间以及时间T6和时间T7之间的各个时间段的和，它们每个分别构成反射镜部件310旋转操作周期的四分之一。通过这种方式，可以实现微型反射镜元件X4的反射镜部件310的循环旋转操作。
在微型反射镜元件X4中，相对于反射镜部件310的旋转操作的旋转轴A3，驱动机构440、450设置在互相远离的位置，并且驱动机构360、370设置在互相靠近的位置。在这种结构中，与前面涉及驱动机构340、350的描述相同，驱动机构440、450比驱动机构460、470更合适产生大旋转扭矩。而且，与前面涉及驱动机构360、370的描述相同，驱动机构460、470比驱动机构440、450更适合于保证大冲程。与前面涉及微型反射镜元件X3的描述相同，在设有适于产生大旋转扭矩的驱动机构440、450和适于保证大冲程的驱动机构460、470的微型反射镜元件X4中，即使不将各个驱动机构的各个梳齿状电极形成为过分厚的尺寸，也可以保证有效的大冲程。通过这种方式，微型反射镜元件X4适于实现包括大旋转位移量的用于反射镜部件310的旋转操作的高速操作。
此外，与前面涉及微型反射镜元件X3的描述相同，在微型反射镜元件X4中，优选地，应该设有用于检测反射镜部件310的旋转位移量(旋转角)的装置，以至于可以以高精度旋转驱动反射镜部件310。
图36-图40表示根据本发明第五实施例的微型反射镜元件X5。图36是微型反射镜元件X5的剖面图，图37是沿着图36中的线XXXVII-XXXVII截取的剖面图。此外，图38-图40是分别沿着图36中的线XXXIII-XXXIII、XXXIX-XXXIX和XXXX-XXXX截取的剖面图。
微型反射镜元件X5包括反射镜部件510、框架520、一对连接部件530、和各对驱动机构540、550。而且，与微型反射镜元件X1相同，微型反射镜元件X5是利用体型微加工技术如MEMS技术等通过在材料衬底上进行处理制造的，其中所述材料衬底是具有规定层叠结构的SOI衬底。材料衬底具有层叠结构，例如该层叠结构由第一和第二硅层以及位于这些硅层之间的绝缘层构成，通过用杂质掺杂将规定导电类型赋予各个硅层。为了阐明附图，在图36中，用斜阴影线标记在绝缘层以外并朝向读者的源于第一硅层的区域(除了镜面511之外)。
反射镜部件510是主要形成在第一硅层中的区域，并且它包括在其前面上的具有光反射功能的镜面511。镜面511具有由形成在第一硅层上的Cr层和形成在Cr层上的Ar层构成的层叠结构。这种镜面510形成本发明的可移动部件。框架520是主要形成在第一硅层中的区域，并处于包围反射镜部件510的状态。
一对连接部件530是形成在第一硅层中的区域，并分别由两个扭杆531构成。各个扭杆531连接到反射镜部件510和框架520，由此将它们连接在一起。各个连接部件531的两个扭杆530之间的间隔从框架520侧向反射镜部件510侧逐渐增加。这对连接部件530限定了用于反射镜部件510相对于框架520的旋转操作的轴A5。优选地，由两个扭杆530构成的连接部件531，两个扭杆531之间的间隔从框架520一侧向反射镜部件510一侧逐渐增加，防止了反射镜部件510的旋转操作中不希望的位移。此外，还可以构成连接部件530，使得两个不同电位可以经过两个扭杆531从框架520施加于反射镜部件510。
两个驱动机构540相对于反射镜部件510以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极541和梳齿状电极545。梳齿状电极541是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件510的基部542和多个电极齿543。基部541延伸，使得随着它远离反射镜部件510而逐渐靠近旋转轴A5。基本相同长度的多个电极齿543在垂直于旋转轴A5的方向从这个基部541延伸。梳齿状电极545是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到框架520并在向内方向突出的基部546和多个电极齿547。基部546延伸，使其随着逐渐靠近反射镜部件510而远离旋转轴A5。基本相同长度的多个电极齿547在垂直于旋转轴A5的方向从这个基部546延伸。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极541和梳齿状电极545处于互相不同的高度，如图37A、图38A和图39A所示。而且，梳齿状电极541、545设置成以下状态，即它们的各个电极齿543、547位于互相偏移的位置，以便它们彼此不接触。
两个驱动机构550相对于反射镜部件510以对称方式设置，每个驱动机构包括梳齿状电极551和梳齿状电极555。梳齿状电极551是主要源于第一硅层的区域，并且它具有固定到反射镜部件510的基部552和多个电极齿553。基部551延伸，使得随着它远离反射镜部件510而逐渐靠近旋转轴A5。基本相同长度的多个电极齿553在垂直于旋转轴A5的方向从这个基部551延伸。梳齿状电极555是主要源于第二硅层的区域，并具有固定到框架520并在向内方向突出的基部556和多个电极齿557。基部556延伸，使其随着逐渐靠近反射镜部件510而远离旋转轴A5。基本相同长度的多个电极齿557在垂直于旋转轴A5的方向从这个基部556延伸。当该元件不被驱动旋转时，梳齿状电极551和梳齿状电极555处于互相不同的高度，如图37A、图38A和图39A所示。而且，梳齿状电极551、555设置成以下状态，即它们的各个电极齿553、557位于互相偏移的位置，以便它们彼此不接触。
在微型反射镜元件X5中，在需要时，通过给各个梳齿状电极541、545、551、555施加规定电位，可以使反射镜部件510围绕旋转轴A5旋转。
例如，通过给驱动机构540的梳齿状电极541、545施加规定电位，在梳齿状电极541、545之间产生规定静电吸引，由此向梳齿状电极545内部牵引梳齿状电极541，以至于各个电极采取例如图37B、图38B和图39B所示的取向。借此，反射镜部件510围绕旋转轴A5相对于框架520进行旋转操作。在这个旋转操作中进行的旋转位移量可以通过调整施加的电位来控制。通过在驱动机构550中产生规定的静电吸引，可以驱动反射镜部件510围绕旋转轴A5在相反方向旋转，这与前面关于驱动机构540的描述相同。通过用这种方式在两个方向驱动反射镜部件510旋转，可以适当地转换由设置在反射镜部件510上的镜面511反射的光的反射方向。
在微型反射镜元件X5中，基于每个驱动机构540中的定位最近的电极齿543、547的冲程以及基于每个驱动机构550中的定位最近的电极齿553、557的冲程在平行于电极齿的方向连续改变。更具体地说，基于定位最近的电极齿543、547的冲程以及基于定位最近的电极齿553、557的冲程从反射镜部件510一侧向框架520一侧之间增加。因此，在微型反射镜元件X5中，即使不将驱动机构540、550的梳齿状电极541、545、551、555形成为过分厚的尺寸也可以确保有效的长冲程。通过这种方式，微型反射镜元件X5适于实现包括大旋转位移量的用于反射镜部件510的旋转操作的高速操作。
此外，在微型反射镜元件X5中，在每个驱动机构540中定位最近的电极齿543、547之间产生的旋转扭矩和在每个驱动机构550中定位最近的电极齿553、557之间产生的旋转扭矩在平行于电极齿的方向连续改变。更具体地说，在定位最近的电极齿543、547之间产生的旋转扭矩和在定位最近的电极齿553、557之间产生的旋转扭矩从框架520一侧向反射镜部件510一侧逐渐增加。因而，在微型反射镜元件X5中，可以避免在反射镜部件510的相对较宽范围旋转操作中的扭矩的急剧变化。
图41和图42表示构成微型反射镜元件X1、X3和X5的各个驱动机构的梳齿状电极的修改例子。图41A-图41D表示根据各个修改例的梳齿状电极的剖面图，图42A和图42B分别是修改例的部分平面图。
在图41A中所示的修改中，固定梳齿状电极具有电极齿71，移动梳齿状电极具有电极齿71’。当不驱动该元件时，电极齿71和电极齿71’在梳齿状电极的厚度方向部分重叠。这里，固定梳齿状电极例如对应微型反射镜元件X1中的梳齿状电极165、175、185、195，或者对应微型反射镜元件X3中的梳齿状电极345、355、365、375，或者对应微型反射镜元件X5中的梳齿状电极545、555。另一方面，移动梳齿状电极例如对应微型反射镜元件X1中的梳齿状电极161、171、181、191，或者对应微型反射镜元件X3中的梳齿状电极341、351、361、371，或者对应微型反射镜元件X5中的梳齿状电极541、551。下面所述的其它修改例子也与此类似。在本修改例中，电极齿71各具有由导体部分71a和71b以及置于导体部分之间的绝缘部分71c构成的叠层结构。在电极齿71中，导体部分71a和71b电连接。在这种结构中，由于在不驱动元件旋转时电极齿71和电极齿71’已经部分重叠，因此可以减少在每侧为0°的小旋转角范围内的旋转扭矩的急剧变化。
在图41B所示的修改中，移动梳齿状电极具有电极齿72，固定梳齿状电极具有电极齿72’。当不驱动该元件时，电极齿72和电极齿72’在梳齿状电极的厚度方向部分重叠。在该修改例中，梳齿状电极72具有由导体部分72a、72b以及置于导体部分之间的绝缘部分72c构成的叠层结构。在电极齿72中，导体部分72a、72b电连接。在这种结构中，由于在不驱动元件旋转时电极齿72和电极齿72’已经部分重叠，因此可以减少在每侧为0°的小旋转角范围内的旋转扭矩的急剧变化。
在图41C所示的修改中，固定梳齿状电极具有电极齿73，移动梳齿状电极具有电极齿73’。当不驱动该元件时，电极齿73和电极齿73’在梳齿状电极的厚度方向部分重叠。各个电极齿73、73’各由均匀的导体部分构成。在这种结构中，由于在不驱动元件旋转时电极齿73和电极齿73’已经部分重叠，因此可以减少在每侧为0°度的小旋转角范围内的旋转扭矩的急剧变化。
在图41D所示的修改中，固定梳齿状电极具有电极齿74，移动梳齿状电极具有电极齿74’。在不驱动元件旋转时位于下部位置的电极齿74设计成使得它们从其底部向其顶部逐渐变宽，而在不驱动元件旋转时位于上部位置的电极齿74’设计成使得它们从其顶部向底部逐渐变宽。根据这种组成，通过减少在每侧为0°的小旋转角范围内的旋转扭矩的急剧变化，并且减少了在大角度情况下的旋转扭矩，可以在移开梳齿状电极之后(脱离冲程之后)减少电容变化。而且，根据这种组成，还可以增加各个电极齿的弯曲强度。
在图42A所示的修改中，最外侧电极齿75设定为比其它电极齿厚。当施加电压时，由一组梳齿状电极构成的驱动机构中的最外侧电极齿接收在驱动机构的向内方向作用的大静电弯曲力，通过这种组成，可以防止由于静电力而使最外侧电极齿75过分弯曲。
在图42B所示的修改中，从基部76延伸的各个电极齿77设计成使得它们从其自由端向其基端逐渐变宽。通过这种组成，可以适当地提高电极齿77的弯曲强度。

Claims (30)

1、一种微型振荡元件，其中包括：
可移动主部件；
第一框架和第二框架；
第一连接部件，连接该可移动主部件和该第一框架，并且限定用于该可移动主部件相对于该第一框架的第一旋转操作的第一旋转轴；
第二连接部件，连接该第一框架和该第二框架，并且限定用于该第一框架和该可移动主部件相对于该第二框架的第二旋转操作的第二旋转轴；
第一驱动机构，产生用于该第一旋转操作的驱动力；和
第二驱动机构，产生用于该第二旋转操作的驱动力；
其中该第一旋转轴和该第二旋转轴不垂直。
2、一种微型振荡元件，其中包括：
可移动主部件；
框架；
连接部件，连接该可移动部件和该框架，并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；
第一驱动机构，产生用于该旋转操作的驱动力，在离该旋转轴较远的位置；和
第二驱动机构，产生用于该旋转操作的驱动力，在离该旋转轴较近的位置。
3、根据权利要求2所述的微型振荡元件，其中该第一驱动机构和/或该第二驱动机构包括一组梳齿状电极。
4、根据权利要求3所述的微型振荡元件，其中该第一驱动机构和该第二驱动机构被构造成能在共同控制下运转。
5、根据权利要求4所述的微型振荡元件，其中该第一驱动机构和该第二驱动机构并联电连接。
6、根据权利要求3所述的微型振荡元件，其中该第一驱动机构和该第二驱动机构电隔离，并且被构造成能在互相独立的控制下运转。
7、一种微型振荡元件，其中包括：
可移动主部件；
框架；
连接部件，连接该可移动部件和该框架，并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；和
驱动机构，产生用于该旋转操作的驱动力，其随距该旋转轴的距离而连续变化。
8、一种微型振荡元件，其中包括：
可移动主部件；
框架；
连接部件，连接该可移动部件和该框架，并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；和
驱动机构，包括第一梳齿状电极和第二梳齿状电极，产生用于该旋转操作的驱动力；
该第一梳齿状电极和/或该第二梳齿状电极包括具有如下结构的电极齿，其中在该旋转操作的方向层叠有电隔离的第一导体部分和第二导体部分、以及置于该第一和第二导体部分之间的绝缘部分。
9、一种驱动微型振荡元件，其中包括：
可移动主部件；
框架；
连接部件，连接该可移动部件和该框架，并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；和
驱动机构，包括第一梳齿状电极和第二梳齿状电极，产生用于该旋转操作的驱动力；
该第一梳齿状电极包括具有如下结构的电极齿，其中在该旋转操作的方向层叠有电连接的第一导体部分和第二导体部分、以及置于该第一和第二导体部分之间的绝缘部分；和
该第二梳齿状电极包括由第三导体部分构成的电极齿，当该元件不被驱动时，该第三导体部分与该第一导体部分相对并且与该第二导体部分不相对。
10、根据权利要求9所述的微型振荡元件，其中该第一导体部分和该第三导体部分在旋转操作方向上的长度不同。
11、根据权利要求9所述的微型振荡元件，其中梳齿状电极组中至少一个电极具有基部和从该基部延伸的电极齿，该电极齿具有朝向基部侧的端部逐渐变宽或变厚的区域。
12、根据权利要求9所述的微型振荡元件，其中梳齿状电极组中至少一个电极具有基部和从该基部延伸的电极齿，该电极齿具有随着靠近其它梳齿状电极而逐渐变宽的区域。
13、根据权利要求1所述的微型振荡元件，其中该第一连接部件具有随着接近该可移动主部件而变宽的腔部，除此之外，或者代替之，该第二连接部件具有随着接近该框架而变宽的腔部。
14、根据权利要求9所述的微型振荡元件，其中该连接部件具有随着接近该可移动部件而变宽的空腔。
15、一种用于驱动微型振荡元件的方法，该元件包括：可移动部件；框架；连接部件，连接该可移动部件和该框架并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；以及产生用于旋转操作的驱动力的第一梳齿状电极和第二梳齿状电极；
其中该第一梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第一导体部分和第二导体部分；
其中该第二梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括第三导体部分，在该元件不被驱动时，该第三导体部分与该第一导体部分相对并且与该第二导体部分不相对；
该驱动方法包括：
第一步骤，通过在该第二导体部分和该第三导体部分之间产生静电吸引使该可移动部件在第一方向进行旋转操作；和
第二步骤，在该第一步骤之后，通过在该第一导体部分和该第三导体部分之间产生静电吸引使该可移动部件在与该第一方向相反的第二方向进行旋转操作。
16、根据权利要求15所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中该微型振荡元件还包括：产生用于旋转操作的驱动力的第三梳齿状电极和第四梳齿状电极；
该第三梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第四导体部分和第五导体部分；
该第四梳齿状电极具有包括第六导体部分的电极齿，在该元件不被驱动时，该第六导体部分与该第四导体部分相对并且与该第五导体部分不相对；
该驱动方法还包括：
第三步骤，在该第二步骤之后，通过在该第五导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引使该可移动部件在该第二方向进行旋转操作；和
第四步骤，在该第三步骤之后，通过在该第四导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引使该可移动部件在该第一方向进行旋转操作。
17、根据权利要求16所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中在该第二步骤中，在该第四导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引。
18、根据权利要求16所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中在该第四步骤中，在该第一导体部分和该第三导体部分之间产生静电吸引。
19、根据权利要求16所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中该第一、第二、第三和第四步骤分别在对应旋转操作周期四分之一的时间期间执行。
20、一种用于驱动微型振荡元件的方法，该元件包括：可移动部件；框架；连接部件，连接该可移动部件和该框架并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；产生用于旋转操作的驱动力的第一梳齿状电极和第二梳齿状电极；以及第三梳齿状电极和第四梳齿状电极，产生用于旋转操作的驱动力且在比该第一和第二梳齿状电极更靠近该旋转轴的位置；
其中该驱动方法包括：
第一步骤，通过在该第一梳齿状电极和该第二梳齿状电极之间产生静电吸引、以及在该第三梳齿状电极和该第四梳齿状电极之间产生静电吸引，使该可移动部件在第一方向进行旋转操作；和
第二步骤，在该第一步骤之后，通过在该第三梳齿状电极和该第四梳齿状电极之间产生静电吸引使该可移动部件在第一方向进行旋转操作。
21、根据权利要求20所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中还包括第三步骤，在该第二步骤之后，通过在该第一导体部分和该第二导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在与该第一方向相反的第二方向进行旋转操作。
22、根据权利要求21所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中该第一和第三步骤都在对应旋转操作周期的四分之一的时间期间执行。
23、根据权利要求20所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中该微型振荡元件还包括产生用于旋转操作的驱动力的第五梳齿状电极和第六梳齿状电极、以及产生用于旋转操作的驱动力且在比该第五和第六梳齿状电极更靠近该旋转轴的位置的第七梳齿状电极和第八梳齿状电极；
其中该驱动方法还包括：
第四步骤，在该第三步骤之后，通过在该第五梳齿状电极和该第六梳齿状电极之间产生静电吸引、以及在该第七梳齿状电极和该第八梳齿状电极之间产生静电吸引，使该可移动部件在第二方向进行旋转操作；和
第五步骤，在该第四步骤之后，通过在该第七梳齿状电极和该第八梳齿状电极之间产生静电吸引，使该可移动部件在第二方向进行旋转操作。
24、根据权利要求23所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中还包括第六步骤，在该第五步骤之后，通过在该第五梳齿状电极和该第六梳齿状电极之间产生静电吸引，使该可移动部件在该第一方向进行旋转操作。
25、根据权利要求24所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中该第五步骤和第六步骤都在对应旋转操作周期的四分之一的时间期间执行。
26、一种用于驱动微型振荡元件的方法，该元件包括：可移动部件；框架；连接部件，连接该可移动部件和该框架并且限定用于该可移动部件相对于该框架的旋转操作的旋转轴；产生用于旋转操作的驱动力的第一梳齿状电极和第二梳齿状电极；以及第三梳齿状电极和第四梳齿状电极，产生用于旋转操作的驱动力且在比该第一和第二梳齿状电极更靠近该旋转轴的位置；
该第一梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第一导体部分和第二导体部分；
该第二梳齿状电极具有包括第三导体部分的电极齿，在该元件不被驱动时，该第三导体部分与该第一导体部分相对并且与该第二导体部分不相对；
该第三梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第四导体部分和第五导体部分；和
该第四梳齿状电极具有包括第六导体部分的电极齿，在该元件不被驱动时，该第六导体部分与该第四导体部分相对并且与该第五导体部分不相对；
其中该驱动方法包括：
第一步骤，通过在该第二导体部分和该第三导体部分之间产生静电吸引、以及在该第五导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在第一方向进行旋转操作；和
第二步骤，在该第一步骤之后，通过在该第五导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在第一方向进行旋转操作。
27、根据权利要求26所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中还包括：
第三步骤，在该第二步骤之后，通过在该第一导体部分和该第三导体部分之间、在该第二导体部分和该第三导体部分之间、以及在该第四导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在与该第一方向相反的第二方向进行旋转操作；和
第四步骤，在该第三步骤之后，通过在该第一导体部分和该第三导体部分之间、以及在该第四导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在该第二方向进行旋转操作。
28、根据权利要求27所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中该微型振荡元件还包括：产生用于旋转操作的驱动力的第五梳齿状电极和第六梳齿状电极、以及产生用于旋转操作的驱动力且在比该第五和第六梳齿状电极更靠近该旋转轴的位置的第七梳齿状电极和第八梳齿状电极；
该第五梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第七导体部分和第八导体部分；
该第六梳齿状电极具有包括第九导体部分的电极齿，在该元件不被驱动时，该第九导体部分与该第七导体部分相对并且与该第八导体部分不相对；
该第七梳齿状电极具有电极齿，该电极齿包括平行于旋转操作方向排成行的第十导体部分和第十一导体部分；和
该第八梳齿状电极具有包括第十二导体部分的电极齿，在该元件不被驱动时，该第十二导体部分与该第十导体部分相对并且与该第十一导体部分不相对；
其中该驱动方法还包括：
第五步骤，在该第四步骤之后，通过在该第八导体部分和该第九导体部分之间产生静电吸引、以及在该第十一导体部分和该第十二导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在第二方向进行旋转操作；
第六步骤，在该第五步骤之后，通过在该第十一导体部分和该第十二导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在第二方向进行旋转操作；
第七步骤，在该第六步骤之后，通过在该第七导体部分和该第九导体部分之间、在该第八导体部分和该第九导体部分之间、以及在该第十导体部分和该第十二导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在第一方向进行旋转操作；和
第八步骤，在该第七步骤之后，通过在该第七导体部分和该第九导体部分之间、以及在该第十导体部分和该第十二导体部分之间产生静电吸引，使该可移动部件在该第一方向执行旋转操作。
29、根据权利要求28所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中在该第三步骤和该第四步骤中，在该第七导体部分和该第九导体部分之间、以及在该第十导体部分和该第十二导体部分之间产生静电吸引。
30、根据权利要求28所述的用于驱动微型振荡元件的方法，其中在该第七步骤和该第八步骤中，在该第一导体部分和该第三导体部分之间、以及在该第四导体部分和该第六导体部分之间产生静电吸引。
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