DE112016006445B4

DE112016006445B4 - Spiegelantriebsvorrichtung sowie Verfahren zur Steuerung und Herstellung einer Spiegelantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016006445B4
Application number: DE112016006445.4T
Authority: DE
Inventors: Takahiko Ito; Nobuaki Konno; Yoshiaki Hirata; Yukihisa Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: WO2017141529A1; JPWO2017141529A1; CN108604008B; DE112016006445T5; US10852529B2; JP6301017B2; US20200081243A1; CN108604008A

Abstract

Spiegelantriebsvorrichtung, die Folgendes aufweist:- einen Reflektor (11M), der in der Lage ist, einfallendes Licht zu reflektieren; und- ein Paar von Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) benachbart zu dem Reflektor (11M), um den Reflektor (11M) sandwichartig zwischen den Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) anzuordnen, wie in einer Draufsicht zu sehen,wobeidas Paar von Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) Folgendes aufweist:- ein Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) direkt benachbart zu dem Reflektor (11M), um den Reflektor (11M) sandwichartig zwischen den ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) anzuordnen;und- ein Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR1, 11BU2, 11BD2), die jeweils mit einer Seite eines entsprechenden der ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) gekoppelt sind, wobei sich die eine Seite in Bezug auf den entsprechenden der ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) entgegengesetzt zu dem Reflektor (11M) befindet,- eine Mehrzahl von Elektroden (14), die voneinander beabstandet sind, an einer Hauptoberfläche von jedem des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1), wobei ein piezoelektrisches Material (13) zwischen der Hauptoberfläche und der Mehrzahl von Elektroden (14) eingefügt ist,wobei die ersten Träger des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in jeweiligen Richtungen, die entgegengesetzt zueinander sind, quer zu der Hauptoberfläche verschiebbar sind undwobei das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR1, 11BU2, 11BD2) in einer Richtung, die das Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) und das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR1, 11BU2, 11BD2) verbindet, entlang einer Hauptoberfläche der zweiten Träger verschiebbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spiegelantriebsvorrichtung, auf ein Verfahren zur Steuerung einer Spiegelantriebsvorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegelantriebsvorrichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Spiegelantriebsvorrichtung für eine Änderung der Reflexionsrichtung und der Fokusposition oder des Brennpunkts von einfallendem Licht, die für eine Informationskommunikation oder eine Abstandsmessung verwendet werden soll.
Stand der Technik
Es ist eine Spiegelantriebsvorrichtung bekannt, um die Reflexionsrichtung und die Fokusposition oder den Brennpunkt von Licht zu ändern, das auf einen Spiegel einfällt, indem eine Biegeverformung eines Trägers herbeigeführt wird, der den Spiegel trägt, um dadurch die Stellung und die Verschiebung des Spiegels zu ändern. WO 2003/062899 A1 (Patentdokument 1) offenbart zum Beispiel einen optischen Schalter, bei dem eine Spiegel-Einrichtung sowie piezoelektrische Elemente, die aus piezoelektrischen Dünnschichten bestehen, Elektroden und elastische Elemente an einem Substrat ausgebildet sind. An die Elektroden wird eine Spannung angelegt, um eine Biegeverformung der piezoelektrischen Dünnschichten herbeizuführen, was eine Drehung der Spiegel-Einrichtung um die Drehachse herum veranlasst. So wird die Spiegel-Einrichtung angetrieben. Patentdokument 2 ( US 2014/0300942 A1 ) offenbart eine Spiegelantriebsvorrichtung mit einem Reflektor und einem Paar von Trägerbereichen, Paaren von ersten Trägern und Paaren von zweiten Trägern.
Patentdokument 3 (US 2015/0022871 Al) offenbart eine Spiegelantriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Elektroden.
Literaturliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: WO 2003/062899 A1
Patentdokument 2: US 2014/0300942 A1
Patentdokument 3: US 2015/0022871 A1

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem optischen Schalter der WO 2003/062899 A1 (Patentdokument 1) verbindet ein Spannungsabsorber die Spiegel-Einrichtung mit dem elastischen Element. Bei diesem optischen Schalter werden unterschiedliche Spannungen an jeweilige piezoelektrische Dünnschichten angelegt, um so die Spiegeleinrichtung anzutreiben. Wenn insbesondere ein Träger, an dem die piezoelektrische Dünnschicht angebracht ist, und die Spiegel-Einrichtung mittels einer Technologie, wie beispielsweise einer MEMS-Technologie (MEMS, Micro Electro Mechanical Systems, mikroelektromechanische Systeme) als eine Einzeleinheit gebildet werden, werden in diesem Fall leicht Spannungen auf die Spiegel-Einrichtung ausgeübt, wenn der optische Schalter angetrieben wird, was in einer Verschlechterung der Planität der Spiegeleinrichtung resultieren kann. Dies liegt an der Wirkung des Spannungsabsorbers, der zwischen dem Träger und der Spiegeleinrichtung angeordnet ist, um den Träger und die Spiegeleinrichtung miteinander zu verbinden. Eine Verschlechterung der Planität der Spiegeleinrichtung kann die Eigenschaften des Lichts verschlechtern, das von der Spiegeleinrichtung reflektiert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehende Problem konzipiert. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spiegelantriebsvorrichtung anzugeben, die eine Verschlechterung der Planität der Spiegeleinrichtung unterbinden kann, indem mechanische Spannungen zwischen der Spiegeleinrichtung und dem Träger reduziert werden, an dem das piezoelektrische Material angebracht ist, auch wenn der Träger und die Spiegeleinrichtung als eine Einzeleinheit ausgebildet sind, sowie ein Verfahren zur Steuerung der Spiegelantriebsvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung anzugeben.
Lösung für das Problem
Eine Spiegelantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist einen Reflektor sowie ein Paar von Trägerbereichen auf. Der Reflektor ist in der Lage, einfallendes Licht zu reflektieren. Das Paar von Trägerbereichen befindet sich benachbart zu dem Reflektor, um den Reflektor sandwichartig zwischen den Trägerbereichen anzuordnen, wie in einer Draufsicht zu sehen. Das Paar von Trägerbereichen weist Folgendes auf: ein Paar von ersten Trägern, die sich direkt benachbart zu dem Reflektor befinden, um den Reflektor sandwichartig zwischen den ersten Trägern anzuordnen; sowie ein Paar von zweiten Trägern, die jeweils mit einer Seite eines entsprechenden der ersten Träger gekoppelt sind, wobei sich die eine Seite in Bezug auf den entsprechenden der ersten Träger entgegengesetzt zu dem Reflektor befindet. An einer Hauptoberfläche von jedem des Paars von ersten Trägern ist eine Mehrzahl von Elektroden beabstandet voneinander, wobei zwischen der Hauptoberfläche und der Mehrzahl von Elektroden ein piezoelektrisches Material eingefügt ist. Die ersten Träger des Paars von ersten Trägern sind quer zu der Hauptoberfläche in jeweiligen, zueinander entgegengesetzten Richtungen verschiebbar. Das Paar von zweiten Trägern ist in einer Richtung, die das Paar von ersten Trägern und das Paar von zweiten Trägern verbindet, entlang einer Hauptoberfläche der zweiten Träger verschiebbar.
Gemäß einem Verfahren zur Steuerung einer Spiegelantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden jeweilige Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode der Mehrzahl von Elektroden angelegt, wobei sich die erste Elektrode vergleichsweise näher bei dem Reflektor befindet und sich die zweite Elektrode benachbart zu der ersten Elektrode befindet. Der Reflektor wird durch eine Verformung des piezoelektrischen Materials geneigt, die durch die mechanischen Spannungen herbeigeführt wird.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer Spiegelantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Reflektor hergestellt, der in der Lage ist, einfallendes Licht zu reflektieren. Es wird ein Paar von Trägerbereichen benachbart zu dem Reflektor hergestellt, um den Reflektor sandwichartig zwischen den Trägerbereichen anzuordnen, wie in einer Draufsicht zu sehen. Das Paar von Trägerbereichen weist Folgendes auf: ein Paar von ersten Trägern, die sich direkt benachbart zu dem Reflektor befinden, um den Reflektor sandwichartig zwischen den ersten Trägern anzuordnen; sowie ein Paar von zweiten Trägern, die jeweils mit einer Seite eines entsprechenden der ersten Träger gekoppelt sind, wobei sich die eine Seite in Bezug auf den entsprechenden der ersten Träger entgegengesetzt zu dem Reflektor befindet. An einer Hauptoberfläche von jedem des Paars von ersten Trägern ist eine Mehrzahl von Elektroden beabstandet voneinander, wobei ein piezoelektrisches Material zwischen der Hauptoberfläche und der Mehrzahl von Elektroden eingefügt ist. Die ersten Träger des Paars von ersten Trägern sind quer zu der Hauptoberfläche in jeweiligen, zueinander entgegengesetzten Richtungen verschiebbar. Das Paar von zweiten Trägern ist in einer Richtung, die das Paar von ersten Trägern und das Paar von zweiten Trägern verbindet, entlang einer Hauptoberfläche der zweiten Träger verschiebbar.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die ersten Träger, die vergleichsweise näher bei dem Reflektor angeordnet sind, quer zu der Hauptoberfläche der ersten Träger verschiebbar, während die zweiten Träger in der Richtung, welche die ersten Träger und die zweiten Träger verbindet, entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger verschiebbar sind. Daher können mechanische Spannungen zwischen dem Reflektor und den ersten Trägern reduziert werden, die mit dem Reflektor verbunden sind, und dementsprechend kann eine Verschlechterung der Planität des Reflektors unterbunden werden.
Figurenliste
In den Figuren sind:

1 eine perspektivische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem ersten Beispiel von Ausführungsform 1 zeigt;
2 eine schematische Draufsicht, welche die Gesamtkonfiguration der Spiegelantriebsvorrichtung in dem ersten Beispiel von Ausführungsform 1 zeigt;
3 eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2;
4 eine schematische vergrößerte Draufsicht auf einen Bereich IV, der in 2 durch eine gestrichelte Linie definiert ist, insbesondere eine schematische vergrößerte Draufsicht, die ein erstes Beispiel für die Form einer oberen Elektrode zeigt, wie in einer Draufsicht zu sehen, und ein erstes Beispiel für die Form eines zweiten Trägers zeigt, wie in einer Draufsicht zu sehen;
5 eine schematische vergrößerte Draufsicht, die ein zweites Beispiel für die Form des zweiten Trägers zeigt, wie in einer Draufsicht zu sehen, die sich von 4 unterscheidet;
6 eine schematische vergrößerte Draufsicht, die ein drittes Beispiel für die Form des zweiten Trägers zeigt, wie in einer Draufsicht zu sehen, die sich von 4 unterscheidet;
7 eine schematische vergrößerte Draufsicht, die ein zweites Beispiel für die Form der oberen Elektrode zeigt, wie in einer Draufsicht zu sehen, die sich von 4 unterscheidet;
8 eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
9 eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
10 eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
11 eine schematische Querschnittsansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
12 eine schematische Querschnittsansicht, die einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
13 eine schematische Querschnittsansicht, die einen sechsten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
14 eine schematische Querschnittsansicht, die einen siebten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Spiegelantriebsvorrichtung von Ausführungsform 1 zeigt;
15 eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Elements, das aus 2 entnommen ist;
16 eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Verformung darstellt, wenn eine positive Spannung an eine obere Elektrode des piezoelektrischen Elements in 15 angelegt wird;
17 eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Verformung darstellt, wenn eine negative Spannung an die obere Elektrode des piezoelektrischen Elements in 15 angelegt wird;
18 eine schematische vergrößerte Ansicht, die eine durch das Anlegen einer Spannung an ein piezoelektrisches Element herbeigeführte Verformung eines Trägers des Gesamten von einem der ersten Trägerbereiche darstellt, der aus 2 entnommen ist;
19 eine schematische vergrößerte Ansicht, die eine durch das Anlegen einer Spannung an piezoelektrische Elemente herbeigeführte Verformung eines Trägers eines Spiegelbereichs und von zwei ersten Trägerbereichen als ein Ganzes darstellt, die aus 2 entnommen sind;
20 eine schematische vergrößerte Ansicht, die Abmessungen des Spiegelbereichs und von Bestandteilen eines ersten Trägerbereichs in 19 ebenso wie Neigungswinkel in Bezug auf die x-Richtung zeigt;
21 eine graphische Darstellung, die eine Relation zwischen einem Verhältnis des Radius eines reflektierenden Spiegels zu der Trägerlänge und einem Koeffizienten α zeigt, der einen Winkelfehler an einem ersten Grenzbereich des Trägers minimiert;
22 eine schematische Draufsicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem zweiten Beispiel von Ausführungsform 1 zeigt;
23 eine schematische Draufsicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem ersten Beispiel von Ausführungsform 2 zeigt;
24 eine schematische Draufsicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem zweiten Beispiel von Ausführungsform 2 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf den Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
Unter Verwendung der 1 bis 4 ist eine Konfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Einfachheit der Beschreibung halber werden die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung verwendet. In 1 ist die Breite eines Trägers in der y-Richtung in Bezug auf andere Zeichnungen der Einfachheit der virtuellen Erfassung halber breiter gezeichnet. In den 1 bis 4 handelt es sich bei der x-Richtung um eine Richtung, die einen reflektierenden Spiegelbereich M mit ersten Trägerbereichen BL1, BR1 und zweiten Trägerbereichen BL2, BR2 verbindet. Die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 erstrecken sich in der x-Richtung. Die y-Richtung ist orthogonal zu der x-Richtung, wie in einer Draufsicht zu sehen. Spezifisch kreuzt die y-Richtung die Richtung, in der sich die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 erstrecken. Bei der z-Richtung handelt es sich um eine Richtung, in der Elektroden 12BL1, 14BL1 und eine piezoelektrische Schicht 13BL1 auf einem ersten Träger 11BL1 des ersten Trägerbereichs BL1 gestapelt sind.
Bezugnehmend auf die 1, 2 und 3 weist eine Spiegelantriebsvorrichtung 100 in dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen Folgendes auf: einen reflektierenden Spiegelbereich M, ein Paar von ersten Trägerbereichen BL1, BR1 (ein Paar von Trägerbereichen) sowie ein Paar von zweiten Trägerbereichen BL2, BR2 (ein Paar von Trägerbereichen). Der erste Trägerbereich BL1, bei dem es sich um einen des Paars von ersten Trägerbereichen handelt, befindet sich in den 1, 2 und 3 in der x-Richtung benachbart zu der linken Seite des reflektierenden Spiegelbereichs M. Der erste Trägerbereich BR1, bei dem es sich um den anderen des Paars von ersten Trägerbereichen handelt, befindet sich in den 1, 2 und 3 in der x-Richtung benachbart zu der rechten Seite des reflektierenden Spiegelbereichs M. In einer ähnlichen Weise befindet sich der zweite Trägerbereich BL2, bei dem es sich um einen des Paars von zweiten Trägerbereichen handelt, in den 1, 2 und 3 in der x-Richtung benachbart zu der linken Seite des ersten Trägerbereichs BL1, d.h. er befindet sich entfernt von dem reflektierenden Spiegelbereich M. Der zweite Trägerbereich BR2, bei dem es sich um den anderen des Paars von zweiten Trägerbereichen handelt, befindet sich in den 1, 2 und 3 in der x-Richtung benachbart zu der rechten Seite des ersten Trägerbereichs BR1, d.h. er befindet sich entfernt von dem reflektierenden Spiegelbereich M.
Der reflektierende Spiegelbereich M, das Paar von ersten Trägerbereichen BL1, BR1 und das Paar von zweiten Trägerbereichen BL2, BR2 bestehen jeweils aus einem Träger 11, einer unteren Elektrode 12, einer piezoelektrischen Schicht 13 und einer oberen Elektrode 14. Zunächst ist eine Weise beschrieben, in welcher der Träger 11, die untere Elektrode 12, die piezoelektrische Schicht 13 und die obere Elektrode 14 angeordnet sind.
Der Träger 11 wird von einem linken Ende EL und einem rechten Ende ER getragen, bei denen es sich in den 1, 2 und 3 in der x-Richtung jeweils um ein Ende auf der linken Seite und ein Ende auf der rechten Seite handelt, und er erstreckt sich in der x-Richtung linear zwischen dem linken Ende EL und dem rechten Ende ER. Hierbei ist der Träger 11 in dem reflektierenden Spiegelbereich M ein reflektierender Spiegel 11M, bei jeweiligen Bereichen des Trägers 11 in dem Paar von ersten Trägerbereichen BL1, BR1 handelt es sich um erste Träger 11BL1, 11BR1, und bei jeweiligen Bereichen des Trägers 11 in dem Paar von zweiten Trägerbereichen BL2, BR2 handelt es sich um zweite Träger 11BL2, 11BR2. Der Träger 11 besteht daher aus dem reflektierenden Spiegel 11M, einem Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und einem Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2.
Der reflektierende Spiegel 11M des reflektierenden Spiegelbereichs M ist als ein Reflektor ausgebildet, der in der Lage ist, wie ein üblicher Spiegel einfallendes Licht zu reflektieren. Bei der unteren Elektrode 12 handelt es sich um eine Dünnschicht-Elektrode, die an einer Hauptoberfläche von jedem des Paars von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 ausgebildet ist, und sie weist zum Beispiel eine rechteckige Form auf, wie in einer Draufsicht zu sehen. Bei der Hauptoberfläche von jedem der ersten Träger 11BL1, 11BR1 handelt es sich um die Oberfläche der ersten Träger 11BL1, 11BR1, die sich entlang der xy-Ebene erstreckt und entlang der z-Richtung nach oben weist. Bei der unteren Elektrode 12 an der Hauptoberfläche des ersten Trägers 11BL1 handelt es sich um eine untere Elektrode 12BL1, und bei einer unteren Elektrode 12 an der Hauptoberfläche des ersten Trägers 11BR1 handelt es sich um eine untere Elektrode 12BR1. Die untere Elektrode 12 weist somit die untere Elektrode 12BL1 des ersten Trägerbereichs BL1 und die untere Elektrode 12BR1 des ersten Trägerbereichs BR1 auf.
Bei der piezoelektrischen Schicht 13 handelt es sich um ein Dünnschichtelement, das an den Hauptoberflächen der unteren Elektroden 12BL1, 12BR1 ausgebildet ist, die entlang der z-Richtung nach oben weisen, und das so ausgebildet ist, dass es mit den unteren Elektroden 12BL1, 12BR1 überlappt, und sie weist zum Beispiel eine rechteckige Form auf, wie in einer Draufsicht zu sehen. Bei der piezoelektrischen Schicht 13 an der Hauptoberfläche der unteren Elektrode 12BL1 handelt es sich um piezoelektrische Schichten 13BL1, 13BL2. Die piezoelektrische Schicht 13BL1 befindet sich in Bezug auf den Abstand zwischen der piezoelektrischen Schicht 13BL2 und dem reflektierenden Spiegelbereich M in einem geringeren Abstand zu dem reflektierenden Spiegelbereich M, und die piezoelektrische Schicht 13BL1 und die piezoelektrische Schicht 13BL2 sind voneinander beabstandet. Bei der piezoelektrischen Schicht 13 an der Hauptoberfläche der unteren Elektrode 12BR1 handelt es sich um piezoelektrische Schichten 13BR1, 13BR2. Die piezoelektrische Schicht 13BR1 befindet sich in Bezug auf den Abstand zwischen der piezoelektrischen Schicht 13BR2 und den reflektierenden Spiegelbereich M in einem geringeren Abstand zu dem reflektierenden Spiegelbereich M, und die piezoelektrischen Schichten 13BR1 und 13BR2 sind voneinander beabstandet. Die piezoelektrische Schicht 13 weist somit ein Paar von piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2 des ersten Trägerbereichs BL1 sowie ein Paar von piezoelektrischen Schichten 13BR1, 13BR2 des ersten Trägerbereichs BR1 auf.
Bei der oberen Elektrode 14 handelt es sich um eine Dünnschicht-Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie mit den Hauptoberflächen der piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2, 13BR1, 13BR2 überlappt, die entlang der z-Richtung nach oben weisen und zum Beispiel eine rechteckige Form aufweisen, wie in einer Draufsicht zu sehen. Bei der oberen Elektrode 14, die direkt auf den piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2, 13BR1, 13BR2 ausgebildet ist, handelt es sich um obere Elektroden 14BL1, 14BL2, 14BR1, 14BR2. Die obere Elektrode 14BL1 und die obere Elektrode 14BL2 sind voneinander beabstandet, und die obere Elektrode 14BR1 und die obere Elektrode 14BR2 sind voneinander beabstandet. Die obere Elektrode 14 weist somit ein Paar von oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 des ersten Trägerbereichs BL1 sowie ein Paar von oberen Elektroden 14BR1, 14BR2 des ersten Trägerbereichs BR1 auf.
An der entlang der z-Richtung nach oben weisenden Hauptoberfläche des reflektierenden Spiegels 11M, der dem Träger 11 in dem reflektierenden Spiegelbereich M entspricht, ist eine reflektierende Schicht 14M ausgebildet. Die reflektierende Schicht 14M ist die gleiche Schicht und wird aus dem gleichen Material und zur gleichen Zeit wie die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2, 14BR1, 14BR2 hergestellt. Die reflektierende Schicht 14M wird als ein Spiegel des reflektierenden Spiegels 11M an der entlang der z-Richtung nach oben weisenden Hauptoberfläche des reflektierenden Spiegels 11M gebildet, um die Funktion, einfallendes Licht zu reflektieren, zu verstärken.
Nunmehr wird die Konfiguration des reflektierenden Spiegelbereichs M, des Paars der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und des Paars der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 von einem Gesichtspunkt aus beschrieben, der sich von dem vorstehenden unterscheidet.
Wie unter erneuter Bezugnahme auf die 2 und 3 ersichtlich, sind in dem reflektierenden Spiegelbereich M, der in Bezug auf die x-Richtung in einem mittleren Bereich angeordnet ist, ein reflektierender Spiegel 11M als ein Teil des Trägers 11 und eine reflektierende Schicht 14M an der Hauptoberfläche des reflektierenden Spiegels 11M in dieser Reihenfolge gestapelt. Der reflektierende Spiegel 11M und die reflektierende Schicht 14M weisen zum Beispiel eine kreisförmige Gestalt auf, wie in einer Draufsicht zu sehen.
Der erste Trägerbereich BL1 ist in der x-Richtung auf der linken Seite des reflektierenden Spiegelbereichs M angeordnet. Der erste Träger 11BL1 befindet sich somit in einer Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M, d.h. in der x-Richtung benachbart zu der linken Seite des reflektierenden Spiegels 11M, wie in einer Draufsicht zu sehen. In dem ersten Trägerbereich BL1 sind ein erster Träger 11BL1 als ein Teil des Trägers 11, eine untere Elektrode 12BL1, ein Paar von piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2 und ein Paar von oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 in dieser Reihenfolge gestapelt. Sowohl die piezoelektrische Schicht 13BL1 als auch die piezoelektrische Schicht 13BL2 sind auf der unteren Elektrode 12BL1 gestapelt. Auf der piezoelektrischen Schicht 13BL1 ist die obere Elektrode 14BL1 gestapelt, die eine Form und eine Fläche aufweist, die im Wesentlichen identisch mit jenen der piezoelektrischen Schicht 13BL1 sind. Auf der piezoelektrischen Schicht 13BL2 ist eine obere Elektrode 14BL2 gestapelt, die eine Form und eine Fläche aufweist, die im Wesentlichen identisch mit jenen der piezoelektrischen Schicht 13BL2 sind. Die Fläche der oberen Elektrode 14BL1/14BL2 ist daher ungefähr gleich der Hälfte der Fläche der unteren Elektrode 12BL1.
Der erste Trägerbereich BR1 ist in der x-Richtung auf der rechten Seite des reflektierenden Spiegelbereichs M angeordnet. Der erste Träger 11BR1 befindet sich somit in der entgegengesetzten Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M, d.h. in der x-Richtung benachbart zu der rechten Seite des reflektierenden Spiegels 11M, wie in einer Draufsicht zu sehen. In dem ersten Trägerbereich BR1 sind der erste Träger 11BR1 als ein Teil des Trägers 11, die untere Elektrode 12BR1, ein Paar von piezoelektrischen Schichten 13BR1, 13BR2 und ein Paar von oberen Elektroden 14BR1, 14BR2 in dieser Reihenfolge gestapelt. Die Relation hinsichtlich Form und Fläche zwischen den Elektroden ist zum Beispiel ähnlich wie jene zwischen den entsprechenden Elektroden in dem ersten Trägerbereich BL1. Auf diese Weise ist ein Paar von Trägerbereichen benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M angeordnet, bei denen es sich im Einzelnen um den ersten Trägerbereich BL1 und den ersten Trägerbereich BR1 ebenso wie um den zweiten Trägerbereich BL2 und den zweiten Trägerbereich BR2 handelt, wobei der reflektierende Spiegel 11M in der x-Richtung sandwichartig zwischen den Trägerbereichen angeordnet ist, wie in einer Draufsicht zu sehen.
Auf diese Weise ist ein Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 ausgebildet. Über der Hauptoberfläche des ersten Trägers 11BL1 sind die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 als eine Mehrzahl von Elektroden voneinander beabstandet, wobei die piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2 als ein piezoelektrisches Material dazwischen eingefügt sind. Obwohl zwei obere Elektroden 14BL1, 14BL2 als eine Mehrzahl von Elektroden ausgebildet sind, ist die Anzahl der Elektroden nicht darauf beschränkt, und es können drei oder mehr obere Elektroden 14 ausgebildet sein. In einer ähnlichen Weise sind über der Hauptoberfläche des ersten Trägers 11BR1 die oberen Elektroden 14BR1, 14BR2 als eine Mehrzahl von Elektroden voneinander beabstandet, wobei die piezoelektrischen Schichten 13BR1, 13BR2 als ein piezoelektrisches Material dazwischen eingefügt sind. Über dem ersten Träger 11BR1 können drei oder mehr obere Elektroden 14 ausgebildet sein.
Der zweite Trägerbereich BL2 ist in der x-Richtung auf der linken Seite des ersten Trägerbereichs BL1 angeordnet, und der zweite Trägerbereich BR2 ist in der x-Richtung auf der rechten Seite des ersten Trägerbereichs BR1 angeordnet. Dementsprechend befinden sich die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 jeweils benachbart zu den ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und befinden sich entfernt von dem reflektierenden Spiegel 11M, wie in einer Draufsicht zu sehen. Im Einzelnen befindet sich der zweite Träger 11BL2 in der x-Richtung auf der linken Seite des ersten Trägers 11BL1 entfernt von dem reflektierenden Spiegelbereich M, und der zweite Träger 11BR2 befindet sich in der x-Richtung auf der rechten Seite des ersten Trägers 11BR1 entfernt von dem reflektierenden Spiegelbereich M.
Somit weist das Paar von Trägerbereichen benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M das Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und das Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 auf. Die ersten Träger 11BL1, 11BR1 befinden sich direkt benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M, um den reflektierenden Spiegel 11M sandwichartig zwischen den ersten Trägern anzuordnen. Die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 sind mit den zu dem reflektierenden Spiegel 11M entgegengesetzten Seiten der ersten Träger 11BL1, 11BR1 gekoppelt.
Der Träger 11 ist üblicherweise als eine Einzeleinheit ausgebildet, in welcher der reflektierende Spiegel 11M, das Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und das Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 sämtlich integriert sind, und der Träger 11 ist aus einem einzelnen Element gebildet. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Im Einzelnen kann es sich bei dem hierin beschriebenen „ersten Träger 11BL1, der sich in einer Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M befindet, wie in einer Draufsicht zu sehen,“ um den reflektierenden Spiegel 11M und seinen benachbarten ersten Träger 11BL1 handeln, die entweder als eine Einzeleinheit oder als separate, miteinander verbundene Träger 11 ausgebildet sind. Das Gleiche gilt für den „ersten Träger 11BR1, der sich in der anderen Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M befindet, wie in einer Draufsicht zu sehen“.
Der zweite Trägerbereich BL2 ist aus dem zweiten Träger 11BL2 als einem Teil des Trägers 11 gebildet. Der zweite Trägerbereich BR2 ist aus dem zweiten Träger 11BR2 als einem Teil des Trägers 11 gebildet. Bezugnehmend auf 4 weist der zweite Träger 11BL2 bevorzugt die Form eines H auf, wie in einer Draufsicht zu sehen, wobei ein in der x-Richtung mittlerer Bereich des zweiten Trägers 11BL2, der ein Teil des zweiten Trägers 11BL2 ist, in der y-Richtung zum Beispiel schmaler als der verbleibende Bereich ist, so dass er eine geringere Breite aufweist. Die Form des zweiten Trägers 11BL2 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bezugnehmend auf 5 kann der zweite Träger 11BL2 zum Beispiel so gestaltet sein, dass er zwei Ausleger aufweist, die sich in der negativen y-Richtung erstrecken, wie in einer Draufsicht zu sehen. Im Einzelnen erstreckt sich ein Paar von Auslegern in der x-Richtung auf der einen Seite und der anderen Seite des zweiten Trägers 11BL2 und ragt in der negativen y-Richtung aus dem verbleibenden Bereich des zweiten Trägers 11BL2 hervor. Bezugnehmend auf 6 kann der zweite Träger 11BL2 alternativ so gestaltet sein, dass er zwei Ausleger in der positiven y-Richtung und zwei Ausleger in der negativen y-Richtung aufweist, so dass sich ein Bereich des zweiten Trägers 11BL2, der sich in der x-Richtung von dem ersten Träger 11BL1 aus fortsetzt, zwischen den Auslegern in der positiven y-Richtung und den Auslegern in der negativen y-Richtung befindet, wie in einer Draufsicht zu sehen. Die in den 4 bis 6 gezeigten Formen gelten nicht nur für den zweiten Träger 11BR1, sondern auch für den zweiten Träger 11BR2.
Die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 in 4 weisen jeweils eine rechteckige Form auf, die sich in der x-Richtung erstreckt, wie in einer Draufsicht zu sehen. Die Form, wie sie in einer Draufsicht auf die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 zu sehen ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bezugnehmend auf 7 kann jede der oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 zum Beispiel so gestaltet sein, dass sie sich allgemein in der x-Richtung erstreckt, in der sich der Träger 11 erstreckt, und sie so gebogen ist, dass sie sich entlang der y-Richtung mehrere Male nach rückwärts und nach vorne erstreckt, wie in der Draufsicht zu sehen. Auf diese Weise können mechanische Spannungen in der Längsrichtung des Trägers 11, und zwar in der x-Richtung, verringert werden, die in der unteren Elektrode 12 und der oberen Elektrode 14 erzeugt werden, wenn der Träger 11 verformt wird, und somit kann ein Brechen aufgrund einer Ermüdung des Metallmaterials verhindert werden. Dies trägt zu einem zuverlässigen Betrieb der Spiegelantriebsvorrichtung 100 bei. Dies gilt nicht nur für die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2, sondern auch für die oberen Elektroden 14BR1, 14BR2.
Das linke Ende EL und das rechte Ende ER sind in der x-Richtung jeweils an dem linken Ende und an dem rechten Ende der Gesamt-Spiegelantriebsvorrichtung 100 angeordnet. Das linke Ende EL und das rechte Ende ER wirken als Befestigungsbereiche an den in der x-Richtung entgegengesetzten Enden, um die gesamte Spiegelantriebsvorrichtung 100 zu befestigen, die aus Teilstücken besteht, die den Träger 11 aufweisen. Das linke Ende EL befindet sich in der x-Richtung benachbart zu dem zweiten Trägerbereich BL2 (dem zweiten Träger 11BL2) und entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M, und das rechte Ende ER befindet sich in der x-Richtung benachbart zu dem zweiten Trägerbereich BR2 (dem zweiten Träger 11BR2) und entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M. Wenngleich in den 2 bis 4 nicht im Einzelnen gezeigt, kann jedes von dem linken Ende EL und dem rechten Ende ER so ausgebildet sein, dass es zum Beispiel einen Teil des Bereichs des Trägers 11 aufweist (d.h. kann zum Beispiel als ein Teil einer Einzeleinheit ausgebildet sein, die den ersten und den zweiten Träger 11BL1, 11BL2 aufweist) oder kann als ein von dem Träger 11 separates Element ausgebildet sein.
Bei der Spiegelantriebsvorrichtung 100 ist jeder von dem Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 quer zu der Hauptoberfläche verschiebbar, die sich entlang der xy-Ebene erstreckt und auf der die untere Elektrode 12, die piezoelektrische Schicht 13 und die obere Elektrode 14 gestapelt sind, und zwar ist jeder in der z-Richtung verschiebbar. Mit anderen Worten, jeder von den ersten Trägern 11BL1 und 11BR1 ist in der xz-Ebene verformbar. Darüber hinaus kann einer von den ersten Trägern 11BL1 und 11BR1 entlang der z-Richtung nach oben verschoben werden, während der andere entlang der z-Richtung nach unten verschoben werden kann. Mit anderen Worten, die ersten Träger 11BL1 und 11BR1 können in jeweiligen Richtungen, die sich voneinander unterscheiden, entlang der z-Richtung verschoben werden, welche die Hauptoberfläche kreuzt, die sich entlang der xy-Eben erstreckt und an der die obere Elektrode 14 angeordnet ist. Im Einzelnen können die ersten Träger 11BL1 und 11BR1 in entgegengesetzten Richtungen entlang der z-Richtung verschoben werden, welche die Hauptoberfläche kreuzt. Der erste Träger 11BL1 kann zum Beispiel entlang der z-Richtung nach oben verschoben werden, während der erste Träger 11BR1 entlang der z-Richtung nach unten verschoben werden kann.
Im Gegensatz dazu ist jeder des Paars von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 in der Richtung, die das Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und das Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 verbindet, entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 verschiebbar, d.h. jeder ist in der x-Richtung verschiebbar. Mit anderen Worten, die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 sollen in der z-Richtung nicht verschiebbar sein (mit Ausnahme von leichten Verschiebungen aufgrund von Fehlern).
An ersten Grenzbereichen CL1, CR1 befindet sich der reflektierende Spiegel 11M jeweils direkt benachbart zu den ersten Trägern 11BL1, 11BR1, wie in einer Draufsicht zu sehen. „Benachbart“ bedeutet hierin, dass der reflektierende Spiegel 11M und die ersten Träger 11BL1, 11BR1 als ein einzelner Träger 11 ausgebildet sein können oder separate Teilstücke des Trägers 11 sein können, die miteinander verbunden sind, wie vorstehend erwähnt. „Direkt benachbart“ bedeutet hierin, dass der reflektierende Spiegel 11M und der erste Träger 11BL1/11BR1 zusammenhängend ohne ein dazwischen eingefügtes Teilstück angeordnet sind, so dass sie sich direkt Seite an Seite befinden.
Die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 sind in der Richtung verschiebbar, welche die Hauptoberfläche kreuzt, an der Elemente ausgebildet sind, wie beispielsweise die piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2 der ersten Träger 11BL1, 11BR1, d.h. sie sind in der z-Richtung verschiebbar. Mit anderen Worten, die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 sind einer Verschiebung des Paars von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 folgend verschiebbar.
Zweite Grenzbereiche CL2, CR2, welche die Grenze zwischen dem ersten Träger 11BL1/11BR1 und dem zweiten Träger 11BL2/11BR2 bilden, der sich benachbart zu dem ersten Träger 11BL1/11BR1 befindet, sind in der Richtung, welche die ersten Träger 11BL1, 11BR1 und die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 verbindet, entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 verschiebbar, d.h. sie sind in der x-Richtung verschiebbar. Mit anderen Worten, der zweite Grenzbereich CL2, CR2 soll in der z-Richtung nicht verschiebbar sein (mit Ausnahme von leichten Verschiebungen aufgrund von Fehlern).
Nunmehr werden jeweilige Materialien für die Elemente der Spiegelantriebsvorrichtung 100 beschrieben, und es wird beschrieben, wie sie elektrisch verbunden sind.
Der Träger 11 ist zum Beispiel aus einkristallinem Silicium ohne eine elektrische Leitfähigkeit hergestellt. Bei dem Träger 11 kann es sich um irgendein elastisches Material handeln, das als Folge eines Dehnens/eines Zusammenziehens der piezoelektrischen Schicht 13, das durch Anlegen eines elektrischen Felds herbeigeführt wird, gebogen werden kann. Die untere Elektrode 12 ist zum Beispiel aus einer Platin-Dünnschicht hergestellt. Platin ist als ein Material für eine Basis geeignet, auf der das Material für die piezoelektrische Schicht 13 abgeschieden wird. Die piezoelektrische Schicht 13 ist aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) als einem piezoelektrischen Material hergestellt. Die obere Elektrode 14 und die reflektierende Schicht 14M sind aus einer Gold-Dünnschicht hergestellt. Gold zeigt ein hohes Reflexionsvermögen für Licht. Daher ist Gold als ein Material für die reflektierende Schicht 14M geeignet, um das Reflexionsvermögen des reflektierenden Spiegels 11M für Licht weiter zu erhöhen. Die Materialien für die untere Elektrode 12 und die obere Elektrode 14 sind nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt und können aus irgendeinem Material bestehen, das ermöglicht, dass eine Spannung an die piezoelektrische Schicht 13 angelegt wird.
Die untere Elektrode 12BL1 ist von den oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 durch die piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2 elektrisch isoliert, die sich in der Richtung dazwischen befinden, in der sie gestapelt sind. Außerdem ist die untere Elektrode 12BR1 von den oberen Elektroden 14BR1, 14BR2 durch die piezoelektrischen Schichten 13BR1, 13BR2 elektrisch isoliert, die sich in der Richtung dazwischen befinden, in der sie gestapelt sind. Obwohl die elektrische Verbindung von jeder Elektrode in den 2 bis 4 nicht gezeigt ist, kann jede Elektrode mit einer in Bezug auf die Spiegelantriebsvorrichtung 100 externen Stromquelle elektrisch verbunden sein. Wenngleich in den 2 bis 4 nicht im Einzelnen gezeigt, ist die untere Elektrode 12BL1 durch eine externe Stromquelle, die mittels Leitungen verbunden ist, mit der unteren Elektrode 12BR1 elektrisch verbunden, und bei dem Potential dieser unteren Elektroden 12BL1, 12BR1 handelt es sich um ein Referenzpotential.
Die untere Elektrode 12BL1 und die untere Elektrode 12BR1 können elektrisch voneinander isoliert sein oder können elektrisch miteinander verbunden sein.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die 8 bis 14 ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Spiegelantriebsvorrichtung 100 beschrieben.
Bezugnehmend auf 8 wird ein SOI(Silicium-auf-Isolator)-Substrat 20 hergestellt, in dem eine Silicium-Schicht 10, die aus einkristallinem Silicium hergestellt ist, eine Schicht 15 aus einer Siliciumoxid-Schicht, die aus einer Siliciumoxid-Schicht hergestellt ist, und eine Silicium-Schicht 11S, die aus einkristallinem Silicium hergestellt ist, in dieser Reihenfolge gestapelt werden.
Bezugnehmend auf 9 wird die untere Elektrode 12, im Einzelnen eine Dünnschichtstruktur der unteren Elektroden 12BL1, 12BR1, mittels der gebräuchlichen Photolithographie-Technik (Abscheidung und Strukturierung) und Ätzen auf der Hauptoberfläche der Silicium-Schicht 11S gebildet, welche die in der z-Richtung oberste Schicht des SOI-Substrats 20 ist. Bei der Hauptoberfläche der Silicium-Schicht 11S handelt es sich um eine Oberfläche entgegengesetzt zu der Oberfläche derselben, die der Schicht 15 aus einer Siliciumoxid-Schicht zugewandt ist, d.h. bei der Hauptoberfläche handelt es sich um eine Oberfläche, die nach oben weist. Die unteren Elektroden 12BL1, 12BR1 werden in einem Bereich gebildet, der dazu dient, den ersten Trägerbereich BL1 zu bilden, und werden in einem Bereich gebildet, der dazu dient, den ersten Trägerbereich BR1 zu bilden. Dementsprechend werden die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 gebildet. Ein in der x-Richtung mittlerer Bereich der Silicium-Schicht 11S der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 wird als der reflektierende Spiegel 11M gebildet und als ein Bereich definiert, um den reflektierenden Spiegelbereich M zu bilden. Mit anderen Worten, der in den 8 und 9 gezeigte Prozess stellt den reflektierenden Spiegel 11M, der in der Lage ist, einfallendes Licht zu reflektieren, sowie die ersten Träger 11BL1, 11BR1 her, die in einer Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus beziehungsweise in der anderen Richtung von demselben aus benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M sind.
Bezugnehmend auf 10 wird mittels der gebräuchlichen Photolithographie-Technik und Ätzen auf der entlang der z-Richtung nach oben weisenden Hauptoberfläche der unteren Elektroden 12BL1, 12BR1 eine piezoelektrische Schicht 13 gebildet, im Einzelnen eine Dünnschicht-Struktur der piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2, 13BR1, 13BR2.
Bezugnehmend auf 11 wird eine Dünnschicht-Struktur der oberen Elektroden 14BL1, 14BL2, 14BR1, 14BR2 der oberen Elektrode 14 so gebildet, dass sie mit der Struktur der piezoelektrischen Schichten 13BL1, 13BL2, 13BR1, 13BR2 vollständig übereinstimmt beziehungsweise mit dieser überlappt, wie in einer Draufsicht zu sehen. Dementsprechend wird an jeder der jeweiligen Hauptoberflächen des Paars von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 eine Mehrzahl von (zum Beispiel zwei) Elektroden 14BL1, 14BL2/14BR1, 14BR2 gebildet, die voneinander beabstandet sind, wobei die piezoelektrische Schicht 13 dazwischen eingefügt ist.
Gleichzeitig wird speziell in einem Bereich zur Bildung des reflektierenden Spiegelbereichs M auf der Silicium-Schicht 11S eine Dünnschichtstruktur für die reflektierende Schicht 14M gebildet, bei der es sich zum Beispiel um die gleiche Schicht wie die obere Elektrode 14BL1 handelt. Dementsprechend handelt es sich bei einem Teilstück des Trägers 11 direkt unterhalb des Bereichs, in dem die reflektierende Schicht 14M gebildet wird, um ein Teilstück, in dem der reflektierende Spiegel 11M gebildet wird. So wird der reflektierende Spiegelbereich M gebildet.
Bezugnehmend auf 12 wird das SOI-Substrat 20, insbesondere die Silicium-Schicht 11S, teilweise strukturiert und geätzt, um zum Beispiel die Form der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 zu bilden, wie in 4 gezeigt. Das teilweise Ätzen der Silicium-Schicht 11S wird bevorzugt zum Beispiel durch reaktives Ionenätzen vom Typ mit einer induktiven Kopplung durchgeführt, das als ICP-RIE (Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching, reaktives Ionenätzen mit einem induktiv gekoppelten Plasma) bezeichnet wird. Die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 werden als Bereiche gebildet, in denen die Form der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 gebildet wird. Der zweite Träger 11BL2/11BR2 ist benachbart zu dem ersten Träger 11BL1/11BR1 und befindet sich entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M, wie in einer Draufsicht zu sehen. Der Träger 11 weist außerdem die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 und die zweiten Grenzbereiche CL2, CR2 als Grenzen zwischen entsprechenden Bereichen auf.
Wie vorstehend in Verbindung mit den Prozessschritten beschrieben, sind jeweilige Bereiche von Bereichen zur Bildung der ersten Trägerbereiche BL1, BR1, der Bereich zur Bildung des reflektierenden Spiegelbereichs M und die Bereiche zur Bildung der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 klar definiert. Dementsprechend werden der reflektierende Spiegelbereich M, die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 sowie die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 gebildet. Mit anderen Worten, ein Paar von Trägerbereichen benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M wird so gebildet, dass sich der reflektierende Spiegel 11M in der x-Richtung zwischen diesen Trägerbereichen befindet, wie in einer Draufsicht zu sehen, d.h. es werden der erste Trägerbereich BL1 und der erste Trägerbereich BR1 ebenso wie der zweite Trägerbereich BL2 und der zweite Trägerbereich BR2 gebildet. Das Paar von Trägerbereichen weist die ersten Träger 11BL1, 11BR1 auf, die sich direkt benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M befinden, so dass der reflektierende Spiegel 11M sandwichartig zwischen diesen angeordnet ist, und weist die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 auf, die sich in Bezug auf die ersten Träger 11BL1, 11BR1 entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M befinden. Die Silicium-Schicht 11S als eine oberste Schicht des SOI-Substrats wird als der Träger 11 gebildet. In der x-Richtung an der Außenseite, d.h. in der x-Richtung an jeweiligen Enden, der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 können das linke Ende EL und das rechte Ende RE gebildet werden. In den 12 bis 14 werden das linke Ende EL und das rechte Ende ER gebildet.
Bezugnehmend auf 13 werden die Silicium-Schicht 10 des reflektierenden Spiegelbereichs M, die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 sowie die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 zum Beispiel mittels ICP-RIE entfernt. Dementsprechend wird der Träger 11 zum Beispiel gänzlich von der Silicium-Schicht 10 des linken Endes EL und des rechten Endes ER getragen.
Bezugnehmend auf 14 wird die Schicht 15 aus einer Siliciumoxid-Schicht des reflektierenden Spiegelbereichs M, der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 sowie der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 zum Beispiel mittels eines Trockenätzvorgangs unter Verwendung von Tetrafluormethan CF4 entfernt.
Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei der endgültigen Gestalt des reflektierenden Spiegelbereichs M, der den reflektierenden Spiegel 11M aufweist, zum Beispiel um eine kreisförmige Gestalt, wie in einer Draufsicht zu sehen, während die endgültige Gestalt anderer Bereiche, wie beispielsweise des ersten und des zweiten Trägerbereichs BL1, BL2 eine langgestreckte Gestalt ist, wie in einer Draufsicht zu sehen. Daher werden zum Beispiel bei den Schritten der 12, 13 und 14 nicht notwendige Bereiche des SOI-Substrats 20 entfernt, um die Gestalt herzustellen, wie in einer in 2 gezeigten Draufsicht zu sehen. Auf diese Weise wird die in den 2 bis 4 gezeigte Spiegelantriebsvorrichtung 100 gebildet.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, kann die Spiegelantriebsvorrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anwenden der sogenannten Halbleiter-Mikrofertigungs-Technologie oder MEMS-Technologie hergestellt werden, bei der zum Beispiel Abscheidung, Strukturieren und Ätzen zum Beispiel wiederholt an einem Silicium-Substrat durchgeführt werden. Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens werden sämtliche von dem reflektierenden Spiegel 11M des reflektierenden Spiegelbereichs M, der ersten Träger 11BL1, 11BR1 der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und der zweiten Träger 11BL2 11BR2 der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 der Spiegelantriebsvorrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform als ein einzelner Träger 11 gebildet.
Im Folgenden werden eine Funktion der Spiegelantriebsvorrichtung 100 sowie ein Verfahren zur Steuerung der Spiegelantriebsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, und dann werden die Funktion und die Wirkungsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst bezugnehmend auf die 15 bis 17 wird ein Funktionsprinzip eines piezoelektrischen Elements als einem Element der Spiegelantriebsvorrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Bezugnehmend auf 15 zeigen die nachstehend erwähnten 15 bis 17 einen entnommenen Bereich des ersten Trägerbereichs BL1, in dem etwa eine in der x-Richtung rechte Hälfte des ersten Trägers 11BL1 und der unteren Elektrode 12BL1 ebenso wie die piezoelektrische Schicht 13BL1 und die obere Elektrode 14BL1, die sich direkt über diesen befindet, gestapelt sind, und es ist ein Funktionsprinzip zum Beispiel einer Verformung dieses Bereichs beschrieben.
In dem ersten Trägerbereich BL1 der Spiegelantriebsvorrichtung 100 sind die untere Elektrode 12BL1 und die obere Elektrode 14BL1 in Bezug auf die z-Richtung entgegengesetzt zueinander angeordnet, wobei die piezoelektrische Schicht 13BL1 zwischen diesen eingefügt ist, um ein piezoelektrisches Element zu bilden. In einer ähnlichen Weise sind ein piezoelektrisches Element, bei dem sich die untere Elektrode 12BL1 und die obere Elektrode 14BL2 entgegengesetzt zueinander befinden, wobei die piezoelektrische Schicht 13BL2 zwischen diesen eingefügt ist, ein piezoelektrisches Element, bei dem sich die untere Elektrode 12BR1 und die obere Elektrode 14BR1 entgegengesetzt zueinander befinden, wobei die piezoelektrische Schicht 13BR1 zwischen diesen eingefügt ist, und ein piezoelektrisches Element ausgebildet, bei dem sich die untere Elektrode 12BR1 und die obere Elektrode 14BR2 entgegengesetzt zueinander befinden, wobei die piezoelektrische Schicht 13BR2 zwischen diesen eingefügt ist.
Für diese piezoelektrischen Elemente kann jeweils in der Richtung nach oben und unten eine Spannung zwischen einem Paar von Elektroden 12 und 14 angelegt werden, welche die piezoelektrische Schicht 13 sandwichartig anordnen, um dadurch ein elektrisches Feld an die piezoelektrische Schicht 13 anzulegen. Daher bewirkt eine zwischen der unteren Elektrode 12BL1 und der oberen Elektrode 14BL1 in 15 angelegte Spannung, dass an der zwischen diesen Elektroden sandwichartig angeordneten piezoelektrischen Schicht 13BL1 in der Richtung der Schichtdicke, und zwar in der z-Richtung, ein elektrisches Feld anliegt. Dementsprechend dehnt sich/zieht sich die piezoelektrische Schicht 13BL1 in Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Felds in der Richtung entlang der Hauptoberfläche zusammen, d.h. entlang der xy-Ebene. Die piezoelektrische Schicht 13BL1 verformt sich somit und verzieht einen Teil des ersten Trägers 11BL1, über dem die piezoelektrische Schicht 13BL1 abgeschieden ist.
Wenn bezugnehmend auf 16 zum Beispiel eine positive Spannung an die obere Elektrode 14BL1 angelegt wird und eine negative Spannung an die untere Elektrode 12BL1 angelegt wird, liegt an der piezoelektrischen Schicht 13BL1 zwischen diesen Elektroden entlang der z-Richtung ein nach unten gerichtetes elektrisches Feld an. Wenn dabei die piezoelektrische Schicht 13BL1 verformt wird und sich entlang der Hauptoberfläche entlang der xy-Ebene dehnt, wird der erste Träger 11BL1, der sich direkt unterhalb der piezoelektrischen Schicht befindet, in einer konvexen Form verzogen und ragt entlang der z-Richtung nach oben hervor. Demzufolge wird der Stapel des piezoelektrischen Elements insgesamt in einer konvexen Form verzogen und ragt entlang der z-Richtung nach oben hervor.
Wenn bezugnehmend auf 17 zum Beispiel eine negative Spannung an die obere Elektrode 14BL1 angelegt wird und eine positive Spannung an die untere Elektrode 12BL1 angelegt wird, liegt an der piezoelektrischen Schicht 13BL1 zwischen diesen Elektroden entlang der z-Richtung ein nach oben gerichtetes elektrisches Feld an. Wenn dabei die piezoelektrische Schicht 13BL1 verformt wird und sich entlang der Hauptoberfläche entlang der xy-Ebene zusammenzieht, wird der erste Träger 11BL1, der sich direkt unterhalb der piezoelektrischen Schicht befindet, in einer konvexen Form verzogen und ragt entlang der z-Richtung nach unten hervor. Demzufolge wird der Stapel des piezoelektrischen Elements insgesamt in einer konvexen Form verzogen und ragt entlang der z-Richtung nach unten hervor. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, tritt in Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Felds, das an der piezoelektrischen Schicht 13 des piezoelektrischen Elements anliegt, eines von Dehnen und Zusammenziehen auf. Daher ist es möglich, die Richtung des Verziehens der piezoelektrischen Schicht 13 durch Ändern der Polarität der Spannung (positiv oder negativ) zu ändern, die an der oberen Elektrode 14 anliegt, und die Krümmung des Verziehens der piezoelektrischen Schicht 13 durch Ändern der Höhe der Spannung zu ändern, die an der oberen Elektrode 14 anliegt. Mit anderen Worten, in Abhängigkeit von der Polarität (positiv/negativ) und der Höhe der Spannung zwischen der oberen Elektrode 14 und der unteren Elektrode 12 kann das Verziehen des Trägers 11 direkt unterhalb derselben gesteuert werden.
Eine solche Art einer Verformung des piezoelektrischen Elements wird dazu verwendet, zum Beispiel den Neigungswinkel und die Verschiebung des reflektierenden Spiegelbereichs M zu steuern, der den reflektierenden Spiegel 11M der Spiegelantriebsvorrichtung 100 aufweist. Als nächstes bezugnehmend auf die 18 bis 21 ist ein Verfahren zur Steuerung der Spiegelantriebsvorrichtung 100 unter Verwendung der piezoelektrischen Elemente beschrieben.
Bezugnehmend auf die 18 bis 20 wird der Träger 11 in jedem Bereich betrachtet, wie beispielsweise dem ersten Trägerbereich BL1, und es wird angenommen, dass der Träger 11 im Wesentlichen einer Verformung der piezoelektrischen Schicht 13 folgend verformt wird, die direkt über dem Träger 11 abgeschieden ist. Bezugnehmend auf 18 werden in dem ersten Trägerbereich BL1 sowohl der Bereich, in dem sich die obere Elektrode 14BL1 befindet, als auch dessen benachbarter Bereich betrachtet, in dem sich die obere Elektrode 14BL2 befindet.
Wenn die Spiegelantriebsvorrichtung 100 tatsächlich angetrieben wird, wird eine Spannung mit einer bestimmten Polarität an die obere Elektrode 14BL1 als einer ersten Elektrode, die sich vergleichsweise näher bei dem reflektierenden Spiegel 11M befindet, von einer Mehrzahl von (zwei) oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 angelegt, die in dem ersten Trägerbereich BL1 angeordnet sind, und eine Spannung mit der entgegengesetzten Polarität wird an die obere Elektrode 14BL2 als einer zweiten Elektrode angelegt, die sich benachbart zu der oberen Elektrode 14BL1 befindet. Im Einzelnen wird das Potential der unteren Elektrode 12BL1 (siehe 15) als ein Referenzpotential verwendet, eine positive Spannung +V1 wird an die obere Elektrode 14BL1 angelegt, und eine negative Spannung -V2 mit einer zu der oberen Elektrode 14BL1 entgegengesetzten Polarität wird an die obere Elektrode 14BL2 angelegt, wobei |V1|>|V2|.
Wie in 18 schematisch gezeigt, wird der erste Träger 11BL1 in einem Teil des piezoelektrischen Elements, der die obere Elektrode 14BL1 aufweist, so verformt, dass er entlang der z-Richtung nach oben hervorragt, während der erste Träger 11BL1 in einem Teil des piezoelektrischen Elements, der die obere Elektrode 14BL2 aufweist, so verformt wird, dass er entlang der z-Richtung nach unten hervor ragt. Der Teil des piezoelektrischen Elements, der die obere Elektrode 14BL1 aufweist, weist einen Krümmungsradius R1 auf, der Teil des piezoelektrischen Elements, der die obere Elektrode 14BL2 aufweist, weist einen Krümmungsradius R2 auf, und es gilt R2 > R1. Das Verziehen des Teils des ersten Trägers 11BL1 direkt unterhalb der oberen Elektrode 14BL1 ist daher stärker als das Verziehen des Teils des ersten Trägers 11BL1 direkt unterhalb der oberen Elektrode 14BL2.
Die Länge der oberen Elektrode 14BL1 in der x-Richtung ist im Wesentlichen identisch mit jener der oberen Elektrode 14BL2. Somit gilt eine umgekehrt proportionale Relation zwischen dem Krümmungsradius R1, R2 und dem Mittelpunktswinkel θ1, θ2 des Bogens, der aufgrund des Verziehens des Trägers 11 in der x-Richtung ausgebildet ist.
Da der Krümmungsradius R1 in 18 kleiner als der Krümmungsradius R2 ist, ist das in der x-Richtung rechte Ende des Trägers 11, das der oberen Elektrode 14BL1 entspricht, bei der Koordinatenposition (z > 0), die sich in der z-Richtung höher als eine Referenzposition (z = 0) befindet, entlang der z-Richtung nach unten geneigt. Der erste Grenzbereich CL1, der sich in der x-Richtung an dem rechten Ende des Trägers befindet, das der oberen Elektrode 14BL1 entspricht, befindet sich benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M des reflektierenden Spiegelbereichs M, und daher ist die in der x-Richtung rechte Seite des reflektierenden Spiegels 11M rotativ so verschoben, dass sie der vorstehend erwähnten Neigung des Trägers 11 bei dem ersten Grenzbereich CL1 folgend entlang der z-Richtung nach unten geneigt ist. Somit wird die Verformung der piezoelektrischen Schicht 13, die durch eine an das piezoelektrische Element in der Spiegelantriebsvorrichtung 100 angelegte Spannung herbeigeführt wird, dazu verwendet, den reflektierenden Spiegel 11M zu neigen.
18 betrachtet lediglich den ersten Träger 11BL1 des ersten Trägerbereichs BL1. Als nächstes bezugnehmend auf 19 wird das Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element und eine Neigung jedes Bereichs durch Verformung in dem Fall beschrieben, in dem nicht nur der erste Träger 11BL1, sondern auch der reflektierende Spiegelbereich M, der erste Trägerbereich BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 der Spiegelantriebsvorrichtung 100 betrachtet werden.
Bezugnehmend auf 19 werden jeweilige Spannungen mit den gleichen Absolutwerten und entgegengesetzten Polaritäten an die obere Elektrode 14BL1, bei der es sich um eine erste Elektrode für den ersten Träger 11BL1 des Paars von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 handelt, und an die obere Elektrode 14BR1 angelegt, bei der es sich um eine erste Elektrode für den entgegengesetzten ersten Träger 11BR1 handelt. Jeweilige Spannungen mit den gleichen Absolutwerten und entgegengesetzten Polaritäten werden auch an die obere Elektrode 14BL2, bei der es sich um eine zweite Elektrode für den ersten Träger 11BL1 des Paars von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 handelt, und an die obere Elektrode 14BR2 angelegt, bei der es sich um eine zweite Elektrode für den entgegengesetzten ersten Träger 11BR1 handelt. Im Einzelnen wird ähnlich wie bei 18 eine positive Spannung +V1 an die obere Elektrode 14BL1 angelegt, während eine negative Spannung -V1 mit dem gleichen Absolutwert und der entgegengesetzten Polarität an die obere Elektrode 14BR1 angelegt wird. Ähnlich wie bei 18 wird eine negative Spannung -V2 an die obere Elektrode 14BL2 angelegt, während eine positive Spannung +V2 mit dem gleichen Absolutwert und der entgegengesetzten Polarität an die obere Elektrode 14BR2 angelegt wird.
Wie in 19 schematisch gezeigt, verformt sich dabei der erste Träger 11BR1, der dem Teil des piezoelektrischen Elements entspricht, der die obere Elektrode 14BR1 aufweist, in einer konvexen Form, die entlang der z-Richtung nach unten hervorragt, während sich der erste Träger 11BR1, der dem Teil des piezoelektrischen Elements entspricht, der die obere Elektrode 14BR2 aufweist, in einer konvexen Form verformt, die entlang der z-Richtung nach oben hervor ragt. Der Teil des piezoelektrischen Elements, der die obere Elektrode 14BR1 aufweist, weist den Krümmungsradius R1 auf, der Teil des piezoelektrischen Elements, der die obere Elektrode 14BR2 aufweist, weist den Krümmungsradius R2 auf, und es gilt R2 > R1 wie bei dem ersten Träger 11BL1. Daher ist in 19 das in der x-Richtung linke Ende des Trägers 11, das der oberen Elektrode 14BR1 entspricht, bei der Koordinatenposition (z < 0), die sich in der z-Richtung tiefer als die Referenzposition (z = 0) befindet, entlang der z-Richtung nach oben geneigt. Der erste Grenzbereich CRI, der sich an dem in der x-Richtung linken Ende des Trägers befindet, das der oberen Elektrode 14BR1 entspricht, befindet sich benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M des reflektierenden Spiegelbereichs M, und daher ist die in der x-Richtung linke Seite des reflektierenden Spiegels 11M der vorstehend erwähnten Neigung des Trägers 11 bei dem ersten Grenzbereich CR1 folgend rotativ so verschoben, dass sie entlang der z-Richtung nach oben geneigt ist.
Bei dem zweiten Grenzbereich CL2 zwischen dem ersten Träger 11BL1 und dem zweiten Träger 11BL2 und dem zweiten Grenzbereich CR2 zwischen dem ersten Träger 11BR1 und dem zweiten Träger 11BR2 befindet sich der Träger 11 bei der Referenzkoordinatenposition (z = 0), und die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 sind insgesamt bei der Position z = 0 gehalten.
Somit weist die Verformung des Trägers 11 in 19 in der Mitte des reflektierenden Spiegels 11M in der x-Richtung insgesamt eine Punktsymmetrie in Bezug auf die y-Koordinate 0 der y-Achse auf. Der Träger 11 in 19, der dem reflektierenden Spiegelbereich M, den ersten Trägerbereichen BL1, BR1 und den ersten Grenzbereichen CL1, CR1 entspricht, ist in der z-Richtung verschiebbar, während sich der Träger 11, der den zweiten Grenzbereichen CL2, CR2 und den zweiten Trägerbereichen BL2, BR2 entspricht, bei der Position z = 0 befindet und in der z-Richtung nicht verschoben ist.
In dem Fall, in dem der Träger 11 des reflektierenden Spiegelbereichs M und der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 zum Beispiel als eine Einzeleinheit ausgebildet ist, wie in den 8 bis 14 gezeigt, kann der Prozess zur Herstellung des Trägers 11 weiter vereinfacht werden. In diesem Fall ist es jedoch im Vergleich zu dem Fall, in dem die Bereiche des Trägers 11 zwischen den vorstehend erwähnten Bereichen als separate Elemente ausgebildet sind, wahrscheinlicher, dass der Träger 11 durch mechanische Spannungen von anderen Elementen beeinflusst wird, welche die Spiegelantriebsvorrichtung 100 bilden. Wenn der Träger 11 so konfiguriert ist, dass er die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 zwischen dem reflektierenden Spiegel 11M und den ersten Trägern 11BL1, 11BR1 aufweist, die in der z-Richtung nicht verschoben werden, sondern nur in der xy-Ebene verschiebbar sind, kann die Planität des reflektierenden Spiegels 11M verschlechtert sein. Dies ist folgendermaßen begründet. In dem Fall, in dem die ersten Träger 11BL1, 11BR1 und die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 in der z-Richtung nicht durch eine Verformung des Trägers 11 verschoben werden können, wenn das piezoelektrische Element angetrieben wird, ist der Träger 11 einem Moment um die y-Achse herum unterworfen, und es wird eine Verformung des reflektierenden Spiegels 11M herbeigeführt.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist die Spiegelantriebsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass sie ein Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 aufweist, die in der z-Richtung verschiebbar sind, welche die Hauptoberfläche des Trägers 11 kreuzt. In einer ähnlichen Weise sind die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 in der z-Richtung verschiebbar, welche die Hauptoberfläche des Trägers 11 kreuzt. Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass der Träger 11, der einem Moment um die y-Achse herum unterworfen ist, wie vorstehend erwähnt, eine Verformung des reflektierenden Spiegels 11M herbeiführt.
Der erste Träger 11BL1 wird in 19 entlang der z-Richtung nach oben verschoben, während der erste Träger 11BR1 in 19 entlang der z-Richtung nach unten verschoben wird. Somit sind die ersten Träger 11BL1 und 11BR1 in Bezug auf die z-Richtung in jeweiligen Richtungen verschiebbar, die sich voneinander unterscheiden (in entgegengesetzten Richtungen verschiebbar). Es ist daher möglich, zu bewirken, dass beide erste Träger 11BL1 und 11BR1 zum Beispiel jeweils bei dem ersten Grenzbereich CL1 und dem ersten Grenzbereich CR1 nach unten rechts geneigt sind, wie in 19 gezeigt. Der reflektierende Spiegel 11M, der sandwichartig zwischen diesen ersten Grenzbereichen CL1 und CR1 angeordnet ist, kann somit in 19 linear, und zwar plan, gehalten werden, und eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M kann unterbunden werden.
Wenn der gesamte Träger 11, der die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 aufweist, zum Beispiel in der z-Richtung verschiebbar ist, gibt es ungünstigerweise keinen Bereich für die Aufhebung einer Verschiebung in der x-Richtung, die zum Beispiel aus einer Verschiebung des Trägers 11 des ersten Trägers 11BL1 in der z-Richtung resultiert. Im Hinblick darauf ist jeder des Paars von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 der Spiegelantriebsvorrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform in der Richtung, die das Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und das Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 verbindet, entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 verschiebbar, und zwar verschiebbar in der x-Richtung. Die zweiten Grenzbereiche CL2, CR2 sind ebenfalls in der x-Richtung verschiebbar. Diese Bereiche sind in der z-Richtung kaum verschoben. Daher kann eine aus der Verschiebung der ersten Träger 11BL1, 11BR1 in der z-Richtung resultierende Veränderung der Länge in der x-Richtung so aufgenommen werden, dass sie aufgehoben wird.
Der zweite Träger 11BL2/11BR2, der in der x-Richtung verschiebbar ist und in der z-Richtung nicht verschiebbar ist, befindet sich benachbart zu dem ersten Träger 11BL1/11BR1 und entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M. Mit anderen Worten, der zweite Träger 11BL2/11BR2 befindet sich relativ zu dem Abstand zwischen dem ersten Träger 11BL1/11BR1 und dem reflektierenden Spiegel 11M in einem größeren Abstand zu dem reflektierenden Spiegel 11M. Der Bereich, der (nur) in der x-Richtung verschiebbar ist, befindet sich somit entfernt von dem reflektierenden Spiegel 11M. Auch wenn die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 und die zweiten Grenzbereiche CL2, CR2 nur in der x-Richtung verschoben sind, kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass der Träger 11 durch diese Verschiebung beeinflusst wird und einem Moment um die y-Achse herum unterworfen wird, die zu einer Verformung des reflektierenden Spiegels 11M führt.
Die ersten Träger 11BL1, 11BR1 und die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 sind in der z-Richtung verschiebbar, während die zweiten Träger 11BL2, 11BR2 und die zweiten Grenzbereiche CL2, CR2 in der in 19 gezeigten Weise, wie vorstehend beschrieben, (nur) in der x-Richtung verschiebbar sind. Dies liegt daran, dass die Biegungsrichtung durch das Anlegen einer Spannung an die piezoelektrischen Elemente gesteuert wird. Wie unter erneuter Bezugnahme auf 19 ersichtlich, werden im Einzelnen jeweilige Spannungen mit den gleichen Absolutwerten und entgegengesetzten Polaritäten an die obere Elektrode 14BL1 des ersten Trägerbereichs BL1, der sich vergleichsweise näher bei dem reflektierenden Spiegel 11M befindet, und an die obere Elektrode 14BR1 des ersten Trägerbereichs BR1 angelegt, der sich vergleichsweise näher bei dem reflektierenden Spiegel 11M befindet. Dementsprechend kann eine von der oberen Elektrode 14BL1 und der oberen Elektrode 14BR1 in einer konvexen Form verformt werden, die entlang der z-Richtung nach oben hervor ragt, während die andere derselben in einer konvexen Form verformt werden kann, die entlang der z-Richtung nach unten hervor ragt, und es kann bewirkt werden, dass jeweilige Krümmungsradien dieser Elektroden im Wesentlichen identisch miteinander sind. Somit kann einer des Paars von ersten Grenzbereichen CL1, CR1 an einer Position verformt werden, die sich höher als z = 0 befindet, und der andere kann an einer Position verformt werden, die sich tiefer als z =0 befindet, so dass die Verschiebung in Bezug auf y = 0 eine Punktsymmetrie aufweist und beide in Bezug auf die x-Richtung nach unten rechts geneigt sind. Auf diese Weise kann der reflektierende Spiegel 11M, der sich zwischen den ersten Grenzbereichen CL1 und CR1 befindet, geneigt werden, ohne eine Verformung zu herbeizuführen, wie beispielsweise eine Krümmung des Spiegels.
Der reflektierende Spiegel 11M kann durch das Anlegen einer Spannung an die piezoelektrischen Elemente geneigt werden, um eine rotative Verschiebung um die y-Achse herum zu bewirken, auch wenn kein Element den Träger 11 in der y-Richtung trägt.
Bei dem ersten Trägerbereich BL1 werden jeweilige Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an die obere Elektrode 14BL1, die sich vergleichsweise näher bei dem reflektierenden Spiegel 11M befindet, und an die obere Elektrode 14BL2 angelegt, und daher kann eine von der oberen Elektrode 14BL1 und der oberen Elektrode 14BL2 in einer konvexen Form verformt werden, die entlang der z-Richtung nach oben hervor ragt, und die andere kann in einer konvexen Form verformt werden, die entlang der z-Richtung nach unten hervor ragt. Der Träger 11 kann so gebogen werden, dass die z-Koordinate des zweiten Grenzbereichs CL2 gleich 0 ist, auch wenn die z-Koordinate des ersten Grenzbereichs CL1 nicht gleich 0 ist und der Träger in Bezug auf die z-Richtung geneigt ist. Der Punkt der Biegung befindet sich an der Grenze zwischen der oberen Elektrode 14BL1 und der oberen Elektrode 14BL2, an der die Richtung der Krümmung in Bezug auf die z-Richtung invertiert wird. Auf diese Weise können der zweite Grenzbereich CL2 und der zweite Träger 11BL2, die sich weiter entfernt von dem reflektierenden Spiegel 11M befinden, (nur) in der x-Richtung verschoben werden, während sie bei der z-Koordinate 0 gehalten werden.
Ferner ist das Verfahren zur Steuerung der Spiegelantriebsvorrichtung 100 beschrieben, im Einzelnen ist ein Steuerungsverfahren beschrieben, um eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M zuverlässiger zu unterbinden.
Das Anlegen einer Spannung an die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2, 14BR1, 14BR2 kann gesteuert werden, wie vorstehend beschrieben, um dadurch die Stellung des reflektierenden Spiegels 11M zu steuern, im Einzelnen um die Neigungsrichtung und den Neigungswinkel des reflektierenden Spiegels 11M zu steuern. Nunmehr sind Überlegungen in Bezug auf die Neigung des reflektierenden Spiegels 11M und die Neigung des ersten Grenzbereichs CL1 zwischen dem ersten Trägerbereich BL1 und dem reflektierenden Spiegel 11M angegeben. Während die folgende Beschreibung den ersten Grenzbereich CL1 zwischen dem ersten Trägerbereich BL1 und dem reflektierenden Spiegel 11M betrifft, gilt im Wesentlichen das gleiche ebenso für den ersten Grenzbereich CR1 zwischen dem ersten Trägerbereich BR1 und dem reflektierenden Spiegel 11M.
20 zeigt den ersten Trägerbereich BL1 und den reflektierenden Spiegelbereich M, die aus 19 entnommen sind. Bezugnehmend auf 20 können, um zu bewirken, dass insbesondere die in dem ersten Grenzbereich CL1 des Trägers 11 erzeugten mechanischen Spannungen gleich Null werden, die folgenden Formeln 1 und 2 erfüllt sein. Im Einzelnen können die Koordinate zb in z-Richtung des ersten Grenzbereichs CL1 zwischen dem ersten Träger 11BL1 und dem reflektierenden Spiegel 11M, die Koordinate zm in z-Richtung des Endes auf der Seite des ersten Grenzbereichs CL1 des reflektierenden Spiegels 11M, der Radius r in x-Richtung des reflektierenden Spiegels 11M, der Neigungswinkel θm des reflektierenden Spiegels in Bezug auf die x-Achse sowie der Neigungswinkel θb des ersten Grenzbereichs CL1 des ersten Trägers 11BL1 in Bezug auf die x-Achse die folgenden Formeln erfüllen: $zb = zm = r tan θ m$
$θ b = θ m = θ 1 - θ 2$
wobei θ1 in Formel 2 der Mittelpunktswinkel des Bogens ist, der als ein Ergebnis des Anlegens einer Spannung an die obere Elektrode 14BL1 des ersten Trägerbereichs BL1 durch den Bereich gebildet wird, der mit der oberen Elektrode 14BL1 überlappt, wie in einer Draufsicht zu sehen, und dem Winkel θ1 in 18 entspricht und θ2 in Formel 2 der Mittelpunktswinkel des Bogens ist, der als ein Ergebnis des Anlegens einer Spannung an die obere Elektrode 14BL2 des ersten Trägerbereichs BL1 durch den Bereich gebildet wird, der mit der oberen Elektrode 14BL2 überlappt, wie in einer Draufsicht zu sehen, und dem Winkel θ2 in 18 entspricht.
θ1 und θ2, die der vorstehend spezifizierten Relation genügen, können so bestimmt werden, dass die in dem ersten Grenzbereich CL1 erzeugten mechanischen Spannungen gleich Null werden. Es gibt jedoch mehrere Lösungen für θ1 und θ2, die dieser Relation genügen. Der praktischen Anwendung halber wird angenommen, dass die folgenden zwei Bedingungen 1) und 2) erfüllt sind.

1) Die Abmessung der oberen Elektrode 14BL1 in x-Richtung ist gleich der Abmessung der oberen Elektrode 14BL2 in x-Richtung.
2) Der Winkel θ1 und der Winkel θ2 weisen die Relation auf, die durch die folgende Formel 3 definiert ist, d.h. das Verhältnis zwischen dem Winkel θ1 und dem Winkel θ2 wird bei einem bestimmten Wert gehalten, der durch die Spiegelantriebsvorrichtung 100 bestimmt ist. Im Einzelnen erfüllen θ1 und θ2 die folgende Relation: $θ 1 = α \cdot θ2$

Bezugnehmend auf 21 gibt die horizontale Achse der graphischen Darstellung das Verhältnis des Spiegelradius, d.h. des Werts des Radius r des reflektierenden Spiegels 11M in der x-Richtung (siehe 20), zu der Trägerlänge wieder, insbesondere der Länge des ersten Trägers 11BL1 in der x-Richtung. Die vertikale Achse der graphischen Darstellung gibt den Wert des Koeffizienten α wieder, der unter einer bestimmten Bedingung der Abmessung des ersten Trägers 11BL1 in der x-Richtung und jener des reflektierenden Spiegels 11M einen Winkelfehler minimiert. Noch spezifischer wird der Wert des Koeffizienten α in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Abmessung des reflektierenden Spiegels 11M in der x-Richtung zu der Abmessung des ersten Trägers 11BL1 in der x-Richtung bei jeder Spiegelantriebsvorrichtung 100 so bestimmt, dass eine Fehlergröße zwischen zb und zm minimiert wird, d.h. dass die in dem ersten Grenzbereich CL1 erzeugten mechanischen Spannungen gleich Null werden. Auf diese graphische Darstellung wird Bezug genommen, um den Wert von α zu bestimmen.
Die Mittelpunktswinkel θ1, θ2 der jeweiligen Bögen, die durch eine Verformung des ersten Trägerbereichs BL1 erzeugt werden, ist von den Spannungen abhängig, die an die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2 angelegt werden (siehe 18). Daher wird das Verhältnis zwischen den angelegten Spannungen |V1| und |V2| in 18 in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Werts des Radius r des reflektierenden Spiegels 11M zu der Länge des ersten Trägers 11BL1 in der x-Richtung festgelegt, das in 21 durch die horizontale Achse wiedergegeben ist. Dementsprechend können die mechanischen Spannungen, die in dem ersten Grenzbereich CL1 und dem reflektierenden Spiegel 11M erzeugt werden, hinreichend verringert werden, und eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M kann unterbunden werden. Mit anderen Worten, der erste Träger 11BL1 und der reflektierende Spiegel 11M, die benachbart zueinander sind, wobei sich der erste Grenzbereich CL1 zwischen diesen befindet, können unter den gleichen Winkeln geneigt sein, so dass die Erzeugung von mechanischen Spannungen in dem ersten Grenzbereich CL1 ebenso wie eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M unterbunden werden.
Wenn der Wert der Konstante α in Abhängigkeit von den jeweiligen Abmessungen der relevanten Elemente bestimmt ist, wird θb festgelegt. Darüber hinaus wird die Länge des ersten Trägers 11BL1 in der x-Richtung bestimmt. Dann wird der Wert von θm mittels der Formel 2 bestimmt und in der Formel 1 ersetzt. Der Wert von zb wird entsprechend bestimmt. Wenn θm bestimmt ist, kann auch der Wert von zb bestimmt werden, indem θm und der Wert von r in Formel 1 ersetzt werden. Zum Beispiel wird angenommen, dass der Neigungswinkel θm in einen Bereich von ±10° fällt. Das Verhältnis eines Fehlers von zb in Bezug auf zm wird dann aus dem Radius r des reflektierenden Spiegels 11M bestimmt. Das bestimmte Verhältnis ist gleich 0,2 % oder geringer. Wenn im Einzelnen der Radius r des reflektierenden Spiegels 11M gleich 500 µm ist, ist der Fehler der Verschiebung in der z-Richtung gleich 0,1 µm oder geringer. Dementsprechend ist der Fehler des Werts von zb in Bezug auf zm hinsichtlich einer praktischen Anwendung hinreichend klein. Daher ist es möglich, die mechanischen Spannungen, die in dem ersten Grenzbereich CL1 und dem reflektierenden Spiegel 11M erzeugt werden, hinreichend zu verringern und eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M zu unterbinden.
Bei dem in den 18 bis 20 gezeigten Beispiel ist der reflektierende Spiegel 11M nach unten rechts geneigt. Die vorstehende Beschreibung ist jedoch ebenso auf einen reflektierenden Spiegel 11M anwendbar, der nach unten links geneigt ist.
Im Folgenden sind nach und nach weitere Funktionen und Wirkungsweisen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In Bezug auf die Spiegelantriebsvorrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Erzeugung von mechanischen Spannungen in den ersten Grenzbereichen CL1, CR1 und dem reflektierenden Spiegel 11M bei einem Antreiben des Spiegels unterbunden werden, und daher ist eine Verbesserung der Steifigkeit des reflektierenden Spiegels 11M für den Zweck der Unterbindung einer Verformung des reflektierenden Spiegels 11M nicht notwendig.
Die Spiegelantriebsvorrichtung 100 mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften kann problemlos hergestellt werden, indem das vorstehend beschriebene und in den 8 bis 14 gezeigte Herstellungsverfahren angewendet wird. Insbesondere kann der Träger 11 als eine Einzeleinheit, welche die jeweiligen Bereiche des reflektierenden Spiegelbereichs M, den ersten Trägerbereich BL1 und den zweiten Trägerbereich BL2 aufweist, aus der Silicium-Schicht 11S des SOI-Substrats 20 so hergestellt werden, dass diese Bereiche in Bezug auf die Dicke in der z-Richtung im Wesentlichen identisch miteinander sind. Es ist daher nicht notwendig, dass nur der reflektierende Spiegel 11M dicker als andere Bereiche des Trägers 11 gebildet wird, oder es ist nicht notwendig, eine Verbindung mit einem separaten Element herzustellen, das der Bildung des Spiegelbereichs dient und eine größere Dicke aufweist. Der Träger 11 kann daher problemloser hergestellt werden.
Bei der Spiegelantriebsvorrichtung 100 ist die piezoelektrische Schicht 13 an dem ersten Träger 11BL1 zum Beispiel in eine Mehrzahl von (zwei) piezoelektrischen Schichten unterteilt, d.h. in die piezoelektrische Schicht 13BL1 und die piezoelektrische Schicht 13BL2. Die piezoelektrische Schicht 13 kann somit in eine Mehrzahl von Schichten unterteilt sein, um den Einfluss der Polarität der Spannung, die an einen der Bereiche der unterteilten piezoelektrischen Schicht des piezoelektrischen Elements angelegt wird, auf den anderen Bereich zu verringern oder zu verhindern. Daher ist es möglich, jeden der Bereiche der unterteilten piezoelektrischen Schicht des ersten Trägers 11BL1 mit einer höheren Genauigkeit zu verformen und die Stellung des reflektierenden Spiegels 11M mit einer höheren Genauigkeit zu steuern.
Unter Verwendung von 22 ist eine Konfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bezugnehmend auf 22 weist die Spiegelantriebsvorrichtung 101 in dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine gleichartige Konfiguration wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 100 in dem ersten Beispiel auf, und daher ist die gleiche Komponente wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 100 mit einem gleichartigen Bezugszeichen wie jenem der Spiegelantriebsvorrichtung 100 bezeichnet. In Bezug auf die Merkmale des zweiten Beispiels, die ähnlich wie jene des ersten Beispiels sind, ist eine Beschreibung derselben hierin nicht wiederholt.
Bei der Spiegelantriebsvorrichtung 101 in 22 erstrecken sich die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 in der Umfangsrichtung des kreisförmigen reflektierenden Spiegels 11M (der reflektierenden Schicht 14M), wie in einer Draufsicht zu sehen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Konfiguration der Spiegelantriebsvorrichtung 101 von jener der Spiegelantriebsvorrichtung 100, bei der sich die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 linear erstrecken, d.h. sich in der radialen Richtung des kreisförmigen reflektierenden Spiegels 11M (der reflektierenden Schicht 14M) radial erstrecken, wie in einer Draufsicht zu sehen.
Bei der Spiegelantriebsvorrichtung 101 weist ein Paar von ersten Trägern Folgendes auf: einen ersten Träger 11BL1, der sich in einer Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus, im Einzelnen entlang der x-Richtung nach links, benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M befindet; sowie einen ersten Träger 11BR1, der sich in der entgegengesetzten Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus, im Einzelnen entlang der x-Richtung nach rechts, benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M befindet. Der zweite Träger 11BL2 befindet sich in Bezug auf den ersten Träger 11BL1 benachbart zu dem ersten Träger 11BL1 und entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M, und der zweite Träger 11BR2 befindet sich in Bezug auf den ersten Träger 11BR1 benachbart zu dem ersten Träger 11BR1 und entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M. Obere Elektroden 14BL1, 14BL2 an der Hauptoberfläche des ersten Trägers 11BL1 sind voneinander beabstandet, und piezoelektrische Schichten (nicht gezeigt) sind zwischen den oberen Elektroden und der Hauptoberfläche eingefügt. Obere Elektroden 14BR1, 14BR2 an der Hauptoberfläche des ersten Trägers 11BR1 sind voneinander beabstandet, und piezoelektrische Schichten (nicht gezeigt) sind zwischen den oberen Elektroden und der Hauptoberfläche eingefügt. Elemente, wie beispielsweise die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2, erstrecken sich außerdem in der Umfangsrichtung des reflektierenden Spiegels 11M.
Die grundsätzliche Funktion der Spiegelantriebsvorrichtung 101 kann als ähnlich wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 100 betrachtet werden. Im Einzelnen sind die ersten Träger 11BL1, 11BR1 entlang der z-Richtung, welche die Hauptoberfläche kreuzt, die sich entlang der xy-Ebene erstreckt und über der die obere Elektrode 14 abgeschieden ist, in jeweiligen Richtungen verschiebbar, die sich voneinander unterscheiden (die entgegengesetzt zueinander sind). Im Gegensatz dazu ist das Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 in der Richtung verschiebbar, die das Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und das Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 verbindet, im Einzelnen in der Richtung entlang der Umfangsrichtung des reflektierenden Spiegels M. Der reflektierende Spiegel 11M und der erste Träger 11BL1 sind direkt benachbart zueinander, wobei sich der erste Grenzbereich CL1 zwischen diesen befindet, während der reflektierende Spiegel 11M und der erste Träger 11BR1 direkt benachbart zueinander sind, wobei sich der erste Grenzbereich CR1 zwischen diesen befindet. Die ersten Grenzbereiche CL1, CR1 sind in der z-Richtung verschiebbar, welche die Hauptoberfläche der ersten Träger 11BL1, 11BR1 kreuzt. Im Gegensatz dazu sind der zweite Grenzbereich CL2 zwischen dem ersten Träger 11BL1 und dem zweiten Träger 11BL2 und der zweite Grenzbereich CR2 zwischen dem ersten Träger 11BR1 und dem zweiten Träger 11BR2 in der Richtung entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger 11BL2, 11BR2 verschiebbar, d.h. in der Umfangsrichtung.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, unterscheidet sich die Spiegelantriebsvorrichtung 101 von der Spiegelantriebsvorrichtung 100 in Bezug auf die Richtung, in der sich die ersten und die zweiten Trägerbereiche BL1, BL2, BR1, BR2 erstrecken, und in Bezug auf ihre Formen, wie in einer Draufsicht zu sehen. Weitere Merkmale der Konfiguration und die Funktion dieser Elemente sind im Wesentlichen ähnlich wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 100. Die Funktionen und Wirkungsweisen der Spiegelantriebsvorrichtung 101 sind daher im Wesentlichen ähnlich wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 100. Es ist anzumerken, dass sich die ersten und die zweiten Trägerbereiche der Spiegelantriebsvorrichtung 101 in einem Bereich in der Nähe des äußeren Umfangs des reflektierenden Spiegels 11M entlang der Umfangsrichtung desselben erstrecken. Auf diese Weise kann die Abmessung der Spiegelantriebsvorrichtung 101 als Ganzes, wie in einer Draufsicht zu sehen, relativ zu der Spiegelantriebsvorrichtung 100 reduziert werden.
Da sich die Trägerbereiche jeweils in der Umfangsrichtung erstrecken, kann darüber hinaus die Erzeugung von großen mechanischen Spannungen in Bereichen benachbart zu den ersten Grenzbereichen CL1, CR1 unterbunden werden. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M unterbunden werden.
Ausführungsform 2
Unter Verwendung von 23 ist eine Konfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bezugnehmend auf 23 weist eine Spiegelantriebsvorrichtung 200 in dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine ähnliche Konfiguration wie jene der Spiegelantriebsvorrichtungen 100,101 bei Ausführungsform 1 auf, und daher wird die gleiche Komponente wie jene der Spiegelantriebsvorrichtungen 100, 101 mit einem gleichartigen Bezugszeichen wie jenem der Spiegelantriebsvorrichtungen 100, 101 bezeichnet. In Bezug auf die Merkmale der Spiegelantriebsvorrichtung 200, die ähnlich wie jene der Spiegelantriebsvorrichtungen 100, 101 sind, ist die Beschreibung derselben hierin nicht wiederholt.
Die Spiegelantriebsvorrichtung 200 in 23 weist erste und zweite Trägerbereiche auf, bei denen es sich im Einzelnen um die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2, die sich von dem reflektierenden Spiegelbereich M aus in der x-Richtung erstrecken, wie in einer Draufsicht zu sehen, und zusätzlich um erste Trägerbereiche BU1, BD1 sowie zweite Trägerbereich BU2, BD2 handelt, die sich von dem reflektierenden Spiegelbereich M aus in der y-Richtung erstrecken, wie in einer Draufsicht zu sehen. Mit anderen Worten, die Spiegelantriebsvorrichtung 200 weist zusätzlich zu den Bestandteilen der Spiegelantriebsvorrichtung 101 ein Paar von ersten Trägerbereichen BU1, BD1 (ein Paar von Trägerbereichen) und ein Paar von zweiten Trägerbereichen BU2, BD2 (ein Paar von Trägerbereichen) auf.
Hinsichtlich der Spiegelantriebsvorrichtung 200 sind die Merkmale der Konfiguration und der Funktion der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 ähnlich wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 100 in Ausführungsform 1. Hinsichtlich der Spiegelantriebsvorrichtung 200 sind die Merkmale der Konfiguration und der Funktion der ersten Trägerbereiche BU1, BD1 und der zweiten Trägerbereiche BU2, BD2, die sich in der y-Richtung erstrecken, ähnlich wie jene der ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und der zweiten Trägerbereiche BL2, BR2.
Im Einzelnen weist der erste Trägerbereich BU1 Folgendes auf: einen ersten Träger 11BU1, eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht sowie obere Elektroden 14BU1, 14BU2 ähnlich wie jene des ersten Trägerbereichs BL1 (einige von diesen sind nicht gezeigt). In einer ähnlichen Weise weist der erste Trägerbereich BDI Folgendes auf: einen ersten Träger 11BD1, eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht sowie obere Elektroden 14BD1, 14BD2 ähnlich wie jene des ersten Trägerbereichs BR1. Der zweite Trägerbereich BU2 weist einen zweiten Träger 11BU2 ähnlich wie jenen des zweiten Trägerbereichs BL2 auf, und der zweite Trägerbereich BD2 weist einen zweiten Träger 11BD2 ähnlich wie jenen des zweiten Trägerbereichs BR2 auf.
Der erste Träger 11BU1, bei dem es sich um einen des Paars von ersten Trägern handelt, befindet sich in einer Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus, im Einzelnen entlang der y-Richtung nach oben, benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M, während sich der andere erste Träger 11BD1 in der anderen Richtung von dem reflektierenden Spiegel 11M aus, im Einzelnen entlang der y-Richtung nach unten, benachbart zu dem reflektierenden Spiegel 11M befindet. Der zweite Träger 11BU2 befindet sich benachbart zu dem ersten Träger 11BU1 und in Bezug auf den ersten Träger 11BU1 entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M, während sich der zweite Träger 11BD2 benachbart zu dem ersten Träger 11BD1 und in Bezug auf den ersten Träger 11BD1 entgegengesetzt zu dem reflektierenden Spiegel 11M befindet.
Hinsichtlich des Trägers 11 befinden sich der reflektierende Spiegel 11M und der erste Träger 11BU1 bei einem ersten Grenzbereich CU1 direkt benachbart zueinander, während sich der reflektierende Spiegel 11M und der erste Träger 11BD1 bei einem ersten Grenzbereich CD1 direkt benachbart zueinander befinden. Hinsichtlich des Trägers 11 befinden sich darüber hinaus der erste Träger 11BU1 und der zweite Träger 11BU2 bei einem zweiten Grenzbereich CU2 direkt benachbart zueinander, während sich der erste Träger 11BD1 und der zweite Träger 11BD2 bei einem zweiten Grenzbereich CD2 direkt benachbart zueinander befinden.
Die ersten Träger 11BU1, 11BD1 und die ersten Grenzbereiche CU1, CD1 sind in jeweiligen Richtungen, die sich voneinander unterscheiden (die entgegengesetzt zueinander sind) entlang der z-Richtung verschiebbar, welche die Hauptoberfläche kreuzt. Die zweiten Träger 11BU2, 11BD2 und die zweiten Grenzbereiche CU2, CD2 sind entlang der y-Richtung, welche die ersten Träger 11BU1, 11BD1 und die zweiten Träger 11BU2, 11BD2 verbindet, entlang der Hauptoberfläche der zweiten Träger 11BU2, 11BD2 verschiebbar.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl von Reihen angeordnet, die jeweils ein Paar von ersten Trägern und ein Paar von zweiten Trägern aufweisen. Im Einzelnen sind zwei Reihen enthalten, noch genauer eine erste Reihe, die ein Paar von ersten Trägern 11BL1, 11BR1 und ein Paar von zweiten Trägern 11BL2, 11BR2 aufweist, und eine zweite Reihe, die ein Paar von ersten Trägern 11BU1, 11BD1 und ein Paar von zweiten Trägern 11BU2, 11BD2 aufweist. Es kann irgendeine Anzahl dieser Reihen enthalten sein. Die erste Reihe erstreckt sich linear in der x-Richtung, und die zweite Reihe erstreckt sich linear in der y-Richtung. Die erste Reihe und die zweite Reihe kreuzen einander somit (sind z.B. orthogonal zueinander), wie in einer Draufsicht zu sehen.
Die Spiegelantriebsvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform kann dazu verwendet werden, eine Verformung des reflektierenden Spiegels 11M aufgrund eines Moments um die y-Achse herum, das auf die ersten und die zweiten Trägerbereiche BL1, BR1, BL2, BR2 ausgeübt wird, die sich in der x-Richtung erstrecken, und eine Verformung des reflektierenden Spiegels 11M aufgrund eines Moments um die x-Achse herum zu unterbinden, das auf die ersten und die zweiten Trägerbereiche BU1, BD1, BU2, BD2 ausgeübt wird, die sich in der y-Richtung erstrecken. Das Anlegen einer Spannung an obere Elektroden 14BU1, 14BU2, 14BD1, 14BD2 kann darüber hinaus unabhängig von dem Anlegen einer Spannung an die oberen Elektroden 14BL1, 14BL2, 14BR1, 14BR2 gesteuert werden. Daher ist es möglich, eine Verschiebung des reflektierenden Spiegels 11M um die y-Achse herum unabhängig von einer Verschiebung des reflektierenden Spiegels 11M um die x-Achse herum zu steuern und die Stellung des reflektierenden Spiegels 11M in Bezug auf irgendeine von der y-Achse und der x-Achse frei zu ändern. Dementsprechend kann die Richtung, in der das einfallende Licht reflektiert wird, im Vergleich mit Ausführungsform 1 freier geändert werden.
Unter Verwendung von 24 ist eine Konfiguration einer Spiegelantriebsvorrichtung in einem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bezugnehmend auf 24 weist eine Spiegelantriebsvorrichtung 201 in dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine ähnliche Konfiguration wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 200 in dem ersten Beispiel auf, und daher ist die gleiche Komponente wie jene der Antriebsvorrichtung 200 mit einem gleichartigen Bezugszeichen wie jenem der Spiegelantriebsvorrichtung 200 bezeichnet. In Bezug auf die Merkmale des zweiten Beispiels, die ähnlich wie jene des ersten Beispiels sind, ist die Beschreibung derselben hierin nicht wiederholt.
Bei der Spiegelantriebsvorrichtung 201 in 24 erstrecken sich die ersten Trägerbereiche BL1, BR1, BU1, BD1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2, BU2, BD2 in der Umfangsrichtung des kreisförmigen reflektierenden Spiegels 11M (der reflektierenden Schicht 14M), wie in einer Draufsicht zu sehen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Konfiguration der Spiegelantriebsvorrichtung 201 von jener der Spiegelantriebsvorrichtung 200, bei der sich die ersten Trägerbereiche BL1, BR1, BU1, BD1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2, BU2, BD2 linear erstrecken, d.h. sich in der radialen Richtung des kreisförmigen reflektierenden Spiegels 11M (der reflektierenden Schicht 14M) radial erstrecken, wie in einer Draufsicht zu sehen.
Die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2 der Spiegelantriebsvorrichtung 201 sind im Wesentlichen ähnlich wie jene der Spiegelantriebsvorrichtung 101 bei Ausführungsform 1, und daher ist die detaillierte Beschreibung derselben nicht wiederholt. Außerdem sind die ersten Trägerbereiche BU1, BD1 und die zweiten Trägerbereiche BU2, BD2 der Spiegelantriebsvorrichtung 201 im Wesentlichen ähnlich wie die ersten Trägerbereiche BL1, BR1 und die zweiten Trägerbereiche BL2, BR2.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Merkmale der Konfiguration und der Funktion jedes Trägerbereichs der Spiegelantriebsvorrichtung 101, der sich in Umfangsrichtung erstreckt, im Wesentlichen ähnlich wie jene jedes Trägerbereichs der Spiegelantriebsvorrichtung 100, der sich linear erstreckt. In einer ähnlichen Weise sind die Merkmale der Konfiguration und der Funktion der ersten Trägerbereiche BU1, BD1 und der zweiten Trägerbereiche BU2, BD2 der Spiegelantriebsvorrichtung 201, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, im Wesentlichen ähnlich wie jene der ersten Trägerbereiche BU1, BD1 und der zweiten Trägerbereiche BU2, BD2 der Spiegelantriebsvorrichtung 200, die sich linear erstrecken. Die detaillierte Beschreibung der Merkmale der Konfiguration und der Funktion der ersten Trägerbereiche BU1, BD1 und der zweiten Trägerbereiche BU2, BD2 der Spiegelantriebsvorrichtung 201 ist daher nicht wiederholt.
Die Spiegelantriebsvorrichtung 201 weist im Wesentlichen sowohl die Funktionen und Wirkungsweisen der Spiegelantriebsvorrichtung 101 als auch jene der Spiegelantriebsvorrichtung 200 auf. Im Einzelnen kann die Richtung, in der einfallendes Licht reflektiert wird, im Vergleich mit Ausführungsform 1 freier geändert werden, und die gesamte Spiegelantriebsvorrichtung 201 kann verkleinert werden. Indessen kann außerdem eine Verschlechterung der Planität des reflektierenden Spiegels 11M unterbunden werden.
Die vorstehenden Merkmale der Ausführungsformen (und der Beispiele, die in den Ausführungsformen mit inbegriffen sind) können in einer geeigneten Kombination angewendet werden, welche die technische Konsistenz erfüllt.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind so auszulegen, dass sie in jeder Hinsicht der Veranschaulichung halber und nicht der Beschränkung halber angegeben sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll durch Ansprüche definiert sein, nicht durch die vorstehende Beschreibung, und umfasst sämtliche Modifikationen und Variationen, die hinsichtlich ihrer Bedeutung äquivalent sind und im Umfang der Ansprüche liegen.
Bezugszeichenliste

10, 11S: Silicium-Schicht
11: Träger
11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1: erster Träger
11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2: zweiter Träger
11M: reflektierender Spiegel
12, 12BL1, 12BR1: untere Elektrode
13, 13BL1, 13BL2, 13BR1, 13BR2: piezoelektrische Schicht
14, 14BL1, 14BL2, 14BR1, 14BR2, 14BU1, 14BU2, 14BD1, 14BD2: obere Elektrode
14M: reflektierende Schicht
15: Schicht aus einer Siliciumoxid-Schicht
20: SOI-Substrat
100, 101, 200, 201: Spiegelantriebsvorrichtung
BL1, BR1, BU1, BD1: erster Trägerbereich
BL2, BR2, BU2, BD2: zweiter Trägerbereich
CL1, CR1, CU1, CD1: erster Grenzbereich
CL2, CR2, CU2, CD2: zweiter Grenzbereich
EL: linkes Ende
ER: rechtes Ende
M: reflektierender Spiegelbereich

Claims

Spiegelantriebsvorrichtung, die Folgendes aufweist: - einen Reflektor (11M), der in der Lage ist, einfallendes Licht zu reflektieren; und - ein Paar von Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) benachbart zu dem Reflektor (11M), um den Reflektor (11M) sandwichartig zwischen den Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) anzuordnen, wie in einer Draufsicht zu sehen, wobei das Paar von Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) Folgendes aufweist: - ein Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) direkt benachbart zu dem Reflektor (11M), um den Reflektor (11M) sandwichartig zwischen den ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) anzuordnen; und - ein Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR1, 11BU2, 11BD2), die jeweils mit einer Seite eines entsprechenden der ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) gekoppelt sind, wobei sich die eine Seite in Bezug auf den entsprechenden der ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) entgegengesetzt zu dem Reflektor (11M) befindet, - eine Mehrzahl von Elektroden (14), die voneinander beabstandet sind, an einer Hauptoberfläche von jedem des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1), wobei ein piezoelektrisches Material (13) zwischen der Hauptoberfläche und der Mehrzahl von Elektroden (14) eingefügt ist, wobei die ersten Träger des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in jeweiligen Richtungen, die entgegengesetzt zueinander sind, quer zu der Hauptoberfläche verschiebbar sind und wobei das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR1, 11BU2, 11BD2) in einer Richtung, die das Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) und das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR1, 11BU2, 11BD2) verbindet, entlang einer Hauptoberfläche der zweiten Träger verschiebbar ist.
Spiegelantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Reflektor (11M) bei ersten Grenzbereichen (CL1, CRI, CU1, CD1) direkt benachbart zu dem Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) befindet und die ersten Grenzbereiche (CL1, CRI, CU1, CD1) der Verschiebung des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) folgend verschiebbar sind.
Spiegelantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei - eine Mehrzahl von Reihen angeordnet ist, die jeweils das Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) und das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2) aufweisen, - eine erste Reihe und eine zweite Reihe, die in der Mehrzahl von Reihen enthalten sind, so angeordnet sind, dass sie einander kreuzen, wie in einer Draufsicht zu sehen.
Verfahren zur Steuerung einer Spiegelantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren aufweist: - Anlegen von jeweiligen Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an einer ersten Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) und einer zweiten Elektrode (14BL2, 14BR2, 14BU2, 14BD2) der Mehrzahl von Elektroden (14), wobei sich die erste Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) vergleichsweise näher bei dem Reflektor (11M) befindet und die zweite Elektrode (14BL2, 14BR2, 14BU2, 14BD2) benachbart zu der ersten Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) ist; und - Neigen des Reflektors (11M) unter Verwendung einer Verformung des piezoelektrischen Materials (13), die durch die Spannungen herbeigeführt wird.
Verfahren zur Steuerung einer Spiegelantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei - jeweilige Spannungen, die in Bezug auf den Absolutwert identisch und in Bezug auf die Polarität entgegengesetzt sind, an die erste Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) des einen des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in der einen Richtung und an die erste Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) des anderen des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in der entgegengesetzten Richtung angelegt werden, - jeweilige Spannungen, die in Bezug auf den Absolutwert identisch und in Bezug auf die Polarität entgegengesetzt sind, an die zweite Elektrode (14BL2, 14BR2, 14BU2, 14BD2) des einen des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in der einen Richtung und an die zweite Elektrode (14BL2, 14BR2, 14BU2, 14BD2) des anderen des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in die entgegengesetzte Richtung angelegt werden.
Verfahren zur Steuerung einer Spiegelantriebsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Neigen des Reflektors (11M) ein Anlegen eines elektrischen Felds an das piezoelektrische Material (13) aufweist, um $θ 1 = α \cdot θ 2$
zu erfüllen, wobei θ1 ein Mittelpunktswinkel eines Bogens ist, der als ein Ergebnis des Anlegens einer Spannung an die erste Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) durch einen Bereich gebildet wird, der mit der ersten Elektrode (14BL1, 14BR1, 14BU1, 14BD1) überlappt, wie in einer Draufsicht zu sehen, und θ2 ein Mittelpunktswinkel eines Bogens ist, der als ein Ergebnis des Anlegens einer Spannung an die zweite Elektrode (14BL2, 14BR2, 14BU2, 14BD2) durch einen Bereich gebildet wird, der mit der zweiten Elektrode (14BL2, 14BR2, 14BU2, 14BD2) überlappt, wie in einer Draufsicht zu sehen, und wobei ein Wert von α in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Abmessung des Reflektors (11M) zu einer Abmessung eines entsprechenden des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) bestimmt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spiegelantriebsvorrichtung, das Folgendes aufweist: - Bilden eines Reflektors (11M), der in der Lage ist, einfallendes Licht zu reflektieren; und - Bilden eines Paars von Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) benachbart zu dem Reflektor (11M), um den Reflektor (11M) sandwichartig zwischen den Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) anzuordnen, wie in einer Draufsicht zu sehen, wobei das Paar von Trägerbereichen (BL1+BR1, BL2+BR2, BU1+BD1, BU2+BD2) Folgendes aufweist: - ein Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) direkt benachbart zu dem Reflektor (11M), um den Reflektor (11M) sandwichartig zwischen den ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) anzuordnen; und - ein Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2), die jeweils mit einer Seite eines entsprechenden der ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) gekoppelt sind, wobei sich die eine Seite in Bezug auf den entsprechenden der ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) entgegengesetzt zu dem Reflektor (11M) befindet, wobei eine Mehrzahl von Elektroden (14) an einer Hauptoberfläche von jedem des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) voneinander beabstandet ist, wobei ein piezoelektrisches Material (13) zwischen der Hauptoberfläche und der Mehrzahl von Elektroden (14) eingefügt ist, wobei die ersten Träger des Paars von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) in jeweiligen Richtungen, die entgegengesetzt zueinander sind, quer zu der Hauptoberfläche verschiebbar sind und wobei das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2) in einer Richtung, die das Paar von ersten Trägern (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) und das Paar von zweiten Trägern (11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2) verbindet, entlang einer Hauptoberfläche der zweiten Träger (11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2) verschiebbar ist.
Verfahren zur Herstellung einer Spiegelantriebsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Reflektor (11M), die ersten Träger (11BL1, 11BR1, 11BU1, 11BD1) und die zweiten Träger (11BL2, 11BR2, 11BU2, 11BD2) als eine Einzeleinheit gebildet werden.