JP2004037717A - 熱駆動マイクロミラーおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ミラー面の回転軸心をずれないようにしてミラー面における光の反射位置の移動を防いでミラー面の小型化を図れ、外気温が変化してもミラー面の角度の変化が少ない熱駆動マイクロミラーおよび熱駆動マイクロミラーを有する電子機器を提供すること。
【解決手段】支持アーム構造部１４は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部４０１，５０１と、第１アーム部と平行に配列され電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルする第２アーム部４０２，５０２を有し、第１アーム部の長手方向の軸Ｌ１と第２アーム部４０２，５０２の長手方向の軸Ｌ２が、ミラー面２０の中心軸ＣＬに対して垂直であり、第１アーム部の長手方向の中心位置Ｐ１と第２アーム部の長手方向の中心位置Ｐ２が、ほぼ中心軸ＣＬの上に位置している。
【選択図】 図１
【解決手段】支持アーム構造部１４は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部４０１，５０１と、第１アーム部と平行に配列され電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルする第２アーム部４０２，５０２を有し、第１アーム部の長手方向の軸Ｌ１と第２アーム部４０２，５０２の長手方向の軸Ｌ２が、ミラー面２０の中心軸ＣＬに対して垂直であり、第１アーム部の長手方向の中心位置Ｐ１と第２アーム部の長手方向の中心位置Ｐ２が、ほぼ中心軸ＣＬの上に位置している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持アーム構造部に電気を通して発熱させることでミラー面に角度をつけることができる熱駆動マイクロミラーおよび熱駆動マイクロミラーを有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱駆動マイクロミラーは、たとえば光スキャナやプリンタなどの光学系に用いられるものであり、この熱駆動マイクロミラーは、支持アーム構造部に対して電気を通して発熱させることにより、ミラー面に角度をつけて、これによってたとえばレーザー光を対象部位に対して偏向して走査させる。
【０００３】
図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）は、従来用いられている熱駆動マイクロミラーを示している。
熱駆動マイクロミラー１０００は、矩形のミラー面１００１と固定部１００３を有している。固定部１００３上には電極１００４が形成されており、ミラー面１００１は、固定部１００３に対して、熱駆動の支持アーム部１００５を用いていわゆる片持ち梁方式で支持されている。
【０００４】
支持アーム部１００５は、電極１００４を通じて通電し、発熱することにより、図１１のようにバイメタルのようにたわみを発生させて、ミラー面１００１は、回転軸心１００６を中心として任意の角度θをつけることができる。ミラー面１００１が角度θで回転している状態では、回転軸心１００６は、支持アーム部１００５内にありミラー面１００１の領域の外側に位置している。そしてこの回転軸心１００６は、アームのたわみが理想的な円弧でないために、実際には定まった位置にあるわけではなく、ミラー面１００１の角度θが大きくなっていくに従って、支持アーム部１００５に沿って移動していく。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の熱駆動マイクロミラー１０００を用いると、図１２（Ａ）に示すように、ミラー面１００１に対してレーザー光Ｌをあててそのレーザー光Ｌを偏向しようとした場合に、次の問題が生じる。ミラー面１００１に対してレーザー光Ｌの反射位置１００７の位置が、ミラー面１００１の角度θの変化に伴いレーザー光Ｌの入射角度のみならず移動してしまう。
この場合のレーザー光Ｌの反射位置１００７の移動量はかなり大きく、時として光学系の設計時には支障をきたすことになる。このように、ミラー面１００１の角度θの変化に伴い、レーザー光Ｌの反射位置１００７が移動して行くのは、上述したようにミラー面１００１の回転軸心１００６が、ミラー面１００１の外側にあるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（Ｂ）は、ミラー面１０１２の回転軸心１０１０が、レーザー光Ｌの反射位置１０１４と一致している場合の例を示している。この場合には、ミラー面１０１２においては反射位置１０１４は移動しない。
図１３は、別の従来の熱駆動マイクロミラー１０２０を示している。この熱駆動マイクロミラー１０２０のミラー面１０２４の支持方向は、固定部１０２６に対して支持アーム部１０３０と支持アーム部１０４０により、直角方向に向いている。支持アーム部１０３０と支持アーム部１０４０は、それぞれ通電することによりたわむのであるが、支持アーム部１０３０は、ミラー面１０２４を、第１軸方向に曲げることができ、支持アーム部１０４０は、ミラー面１０２４を第２軸方向に曲げることができる。この熱駆動マイクロミラー１０２０は、いわゆる二次元ミラーであるが、このようなミラーの場合であっても、レーザー光のミラー面での反射位置がより大きく移動し、やはり光学系の設計が大変であると共に、ミラー面１０２４の面積を大きくしなければならない。
【０００７】
このようにミラー面１００１の面積を大きくしなければならないのは、図１３に示す従来の熱駆動マイクロミラー１０００においても同様である。これは、上述したようにミラー面の角度θが大きくなるに従って、回転軸心が移動して行くために、レーザー光Ｌの反射位置１００７がミラー面１００１上において移動してしまうからである。このようなミラー面１００１のサイズを拡大することは、たとえばＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）に用いるミラーとしてはサイズ的に非常に不利なものになる。
【０００８】
また、従来の熱駆動マイクロミラーには次のような問題がある。
従来のマイクロミラーは、支持アーム部に通電をして加熱することによりミラー面に角度をつける構成であるので、外気温が変わり支持アーム部自体の温度が変われば、それに応じて支持アーム部は曲がってしまうことになる。
例えば、携帯電話の作業環境などでは、寒冷地の室外では−１０℃以下になるところがあり、また、夏の車の中に置かれていた携帯電話を使うときには場合によっては５０℃くらいになっていると思われる。つまり、この６０℃にもなる温度差に対して、バイメタル状の熱駆動マイクロミラーには不必要な角度変化がついてしまうこととなる。これは、マイクロミラーのミラー面の初期角度が外気温のような温度に依存し、極めて扱いにくいミラーであるということができる。
【０００９】
また、従来では、次のようなミラーの提案がある。
特開２００１−２４９３００号公報では、回転軸まわりに回転するミラーが開示されており、ミラー部の補強のために凹部を作っている。また、特開２００１−２６４６７２号公報では、回転中心の梁の周りにミラーを回転させ、そのミラーに直角方向に補強の梁がある。
特開平６−１８０４２８号公報では、ジンバル式の２軸回転ミラーで静電力で動かしている。これらのミラーは回転中心に梁があり、その梁がねじれ、そこがミラーの回転中心となる。片持ち梁としては、特開平８−２６２３６４号公報では、形状記憶合金の梁の先にミラーがついていて、梁がたわむことでミラーに角度がつく。静電力で動かす場合は、電圧を高くしなくてはならず、また、一般に振り角を大きく取ることは難しく、その場合は、共振を使うことが多い。
共振を使った場合は一方で、角度を制御したり、振り方を正弦波でなくしたりすることが難しくなる。先の形状記憶合金のミラーでは片持ち梁の先にミラーがあるので、軸心はずれることになる。
そこで本発明は上記課題を解消し、ミラー面の回転軸心がミラー面のほぼ中心にあり、かつずれないようにしてミラー面における光の反射位置の移動を防いでミラー面の小型化を図れ、外気温が変化してもミラー面の角度の変化が少ない熱駆動マイクロミラーおよび熱駆動マイクロミラーを有する電子機器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ミラー面と前記ミラー面を支持し積層構造を有する支持アーム構造部を備え、前記支持アーム構造部に電気を通して発熱させて前記積層構造における熱膨張係数の違いから前記支持アーム構造部をたわませることで前記ミラー面に角度をつける熱駆動マイクロミラーにおいて、前記支持アーム構造部は、前記ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されており、前記支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、前記第１アーム部と平行に配列されて電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により前記第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで前記第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルするための第２アーム部を有し、前記第１アーム部の長手方向の軸と前記第２アーム部の長手方向の軸が、前記ミラー面の中心軸に対して垂直であり、前記第１アーム部の前記長手方向の中心位置と前記第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼ前記ミラー面の前記中心軸の上に位置していることを特徴とする熱駆動マイクロミラーである。
【００１１】
請求項１では、支持アーム構造部は、ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されている。この支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。第２アーム部は、第１アーム部と平行に配列されている。第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直である。第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置している。
【００１２】
これにより、支持アーム構造部に電気を通して発熱させて、支持アーム構造部をバイメタルのようにたわませるかもしくは曲げる際に、第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直であり、しかも、第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置していることから、ミラー面における光の反射位置が、ミラー面の角度が変化しても移動しない。このことからミラー面のサイズをできるだけ小さくすることができ、熱駆動マイクロミラーの小型化を図れる。
【００１３】
また、支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。従って、外気温の上昇があると、第１アーム部と第２アーム部は同様に加熱されて、第１アーム部と第２アーム部は両者とも同じ方向にたわむ。第１アーム部と第２アーム部が外気温の変化により同じ方向にたわむことにより、第１アーム部の外気温の変化によるたわみをキャンセルすることができる。従って、ミラー面の初期の角度が外気温の変化によって変わってしまうことを防いでいる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記第１アーム部の一端部は固定側の前記電極部に接続され、前記第１アーム部の他端部は前記第２アーム部の一端部に接続され、前記第２アーム部の他端部は前記ミラー面側の端部に接続され、前記第１アーム部の一端部と前記第２アーム部の他端部は、前記ミラー面の中心軸と平行な線上に位置している。
【００１５】
請求項２では、第１アーム部の一端部と第２アーム部の他端部は、ミラー面の中心軸と平行な線上に位置していることにより、第１アーム部と第２アーム部が外気温の変化により同じ方向にたわむ際に、ミラー面の初期角度を外気温の変化に関わらず維持することができる。
すなわち、アームは外気温の変化や残留内部応力によりたわんでも、アームの固定端と、アームとミラーとの接続端の相対位置は変わらないことになる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記支持アーム構造部は、前記ミラー面の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部にそれぞれ対称形に配置されている。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記第１アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面に積層されており、電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層と、導電性層とは反対の面に高熱膨張層を有し、前記ヒータ層は前記一方の面での前記導電性層の形成されていない部位において発熱して、前記第１アーム部がたわむ構成であり、前記第２アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面で前記第１アームの導電性層と同じ側の面に導電性層、他方の面に高熱膨張層が積層されており電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層を有する。
【００１８】
請求項４では、第１支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。導電性層は、ヒータ層の一方の面に、高熱膨張層は他方の面に積層されており、導電性層は電気を通すことでヒータ層への通電を防いでヒータ層の発熱を防ぐ。そしてヒータ層はヒータ層の一方の面での導電性層の形成されていない部位において発熱して、高熱膨張層とのバイメタル効果で、第１支持アームがたわむようになっている。
同様にして第２支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。この第２支持アームに通電しても電流が導電性層に流れてヒータ層には流れずヒータ層は発熱しない。このため、通電しても第２支持アームはたわまない。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記第１アーム部と前記第２アーム部の組は、複数配置されており、固定側の前記電極部からみて奇数番目の位置にあるのが電気を通すとたわむ前記第１アーム部であり、固定側の前記電極部からみて偶数番目の位置にあるのが電気を通してもたわまない前記第２アーム部である。
【００２０】
請求項６の発明は、ミラー面と前記ミラー面を支持し積層構造を有する支持アーム構造部を備え、前記支持アーム構造部に電気を通して発熱させて前記積層構造における熱膨張係数の違いから前記支持アーム構造部をたわませることで前記ミラー面に角度をつける熱駆動マイクロミラーを有する電子機器において、前記熱駆動マイクロミラーの前記支持アーム構造部は、前記ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されており、前記支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、前記第１アーム部と平行に配列されて電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により前記第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで前記第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルするための第２アーム部を有し、前記第１アーム部の長手方向の軸と前記第２アーム部の長手方向の軸が、前記ミラー面の中心軸に対して垂直であり、前記第１アーム部の前記長手方向の中心位置と前記第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼ前記ミラー面の前記中心軸の上に位置していることを特徴とする電子機器である。
【００２１】
請求項６では、支持アーム構造部は、ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されている。この支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。第２アーム部は、第１アーム部と平行に配列されている。第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直である。第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置している。
【００２２】
これにより、支持アーム構造部に電気を通して発熱させて、支持アーム構造部をバイメタルのようにたわませるかもしくは曲げる際に、第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直であり、しかも、第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置していることから、ミラー面における光の反射位置が、ミラー面の角度が変化しても移動しない。このことからミラー面のサイズをできるだけ小さくすることができ、熱駆動マイクロミラーの小型化を図れる。
【００２３】
また、支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。従って、外気温の上昇があると、第１アーム部と第２アーム部は同様に加熱されて、第１アーム部と第２アーム部は両者とも同じ方向にたわむことになる。第１アーム部と第２アーム部は外気温の変化により同じ方向にたわむことにより、第１アーム部の外気温の変化によるたわみをキャンセルすることができる。従って、ミラー面の初期の角度が外気温の変化によって変わってしまうことを防いでいる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項６に記載の電子機器において、前記第１アーム部の一端部は固定側の前記電極部に接続され、前記第１アーム部の他端部は前記第２アーム部の一端部に接続され、前記第２アーム部の他端部は前記ミラー面側の端部に接続されて、前記第１アーム部の一端部と前記第２アーム部の他端部は、前記ミラー面の中心軸と平行な線上に位置している。
【００２５】
請求項７では、第１アーム部の一端部と第２アーム部の他端部は、ミラー面の中心軸と平行な線上に位置していることにより、第１アーム部と第２アーム部が外気温の変化により同じ方向にたわむ際に、ミラー面の初期角度を外気温の変化に関わらず維持することができる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の電子機器において、前記第１アーム部と前記第２アーム部は、前記ミラー面の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部にそれぞれ対称形に配置されている。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項７に記載の電子機器において、前記第１アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面に積層されており、電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層と、導電性層とは反対の面に高熱膨張層を有し、前記ヒータ層は前記一方の面での前記導電性層の形成されていない部位において発熱して、前記第１アーム部がたわむ構成であり、前記第２アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面で前記第１アームの導電性層と同じ側の面に導電性層、他方の面に高熱膨張層が積層されており電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層を有する。
【００２８】
請求項９では、第１支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。導電性層は、ヒータ層の一方の面に、高熱膨張層は他方の面に積層されており、導電性層は電気を通すことでヒータ層への通電を防いでヒータ層の発熱を防ぐ。そしてヒータ層はヒータ層の一方の面での導電性層の形成されていない部位において発熱して、高熱膨張層とのバイメタル効果で、第１支持アームがたわむようになっている。
同様にして第２支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。この第２支持アームに通電しても電流が導電性層に流れてヒータ層には流れずヒータ層は発熱しない。このため、通電しても第２支持アームはたわまない。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の電子機器において、前記第１アーム部と前記第２アーム部の組は、複数配置されており、固定側の前記電極部からみて奇数番目の位置にあるのが電気を通すとたわむ前記第１アーム部であり、固定側の前記電極部からみて偶数番目の位置にあるのが電気を通してもたわまない前記第２アーム部である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３１】
図１は、本発明の熱駆動マイクロミラーの好ましい実施の形態を示している。図１に示す熱駆動マイクロミラー１０は、支持アーム構造部１４、ミラー面２０および電極部３０、そして固定部４０を有している。
固定部４０は、たとえば板状の部材であり、材質としては、ガラス、半導体、金属、などで、具体例としては、シリコン基板により作られている。
【００３２】
熱駆動マイクロミラー１０のミラー面２０および支持アーム構造部１４は、この固定部４０をたとえば打ち抜くことにより形成されており、ミラー面２０と支持アーム構造部１４と固定部４０の間には、穴４３，４４が形成されている。
この熱駆動マイクロミラー１０では、ミラー面２０が、支持アーム構造部１４により、いわゆる両持ち式支持構造により、固定部４０に対して長手方向の中央軸ＬＬを中心として左右対称形状に支持されている。
【００３３】
まずミラー面２０について説明する。
図１に示すミラー面２０は、たとえば長方形状であり、このミラー面２０はベース部材２１の上に形成されている。このミラー面２０は、たとえば導電性を有する金属でありしかも光を反射する金属、たとえばアルミニウムや金により形成されている。図１において導電性を有する金属の膜の領域は、ハッチングで図示して判りやすくしている。
ベース部材２１は、ミラー面２０の長方形状よりもやや大きい長方形状を有しているか同じ大きさである。このベース部材２１と固定部４０は一体物でも別材料でも良い。このベース部材２１およびミラー面２０は、穴４３と穴４４の中に位置している。
【００３４】
次に、電極部３０について説明する。
電極部３０は、第１電極３１と第２電極３２を有している。第１電極３１と第２電極３２は、共にたとえば長方形状を有している。第１電極３１は、固定部４０の第１部分４１の上に形成されている。第２電極３２は、固定部４０の反対側の第２部分４２の上に形成されている。
第１電極３１と第２電極３２は、ハッチングで図示するように導電性を有する金属、たとえばアルミニウムや金により形成されている。第１電極３１と第２電極３２は、ミラー面２０の長手方向の中央軸ＬＬを中心として左右対称位置に形成されている。この第１電極３１と第２電極３２には、図示しない電源から、熱駆動用の電気を通すようになっている。
【００３５】
次に、支持アーム構造部１４について説明する。
図１に示す支持アーム構造部１４は、第１支持アーム５１と第２支持アーム５２を有している。支持アーム構造部１４は、ミラー面２０と電極部３０の間に形成されており、ミラー面２０を支持している。支持アーム構造部１４の第１支持アーム５１は、ミラー面２０のベース部材２１の一方の端部６１と、第１電極３１の間に形成されている。支持アーム構造部１４の第２支持アーム５２は、ミラー面２０のベース部材２１の他方の端部６２と、第２電極３２の間に形成されている。第１電極３１と第２電極３２は、共に電極パッドとも呼んでいる。
第１支持アーム５１と第２支持アーム５２の位置と形状は、ミラー面２０の長手方向の中央軸ＬＬに関して、左右対称形状になっている。
【００３６】
図１の第１支持アーム５１と第２支持アーム５２の構造について詳しく説明する。
第１支持アーム５１は、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２を有している。同様にして第２支持アーム５２は、第１アーム部５０１と第２アーム部５０２を有している。
第１アーム部４０１は第２アーム部４０２に対して平行に配列されている。第１アーム部５０１は第２アーム部５０２に対して平行に配列されている。これらの第１アーム部４０１，５０１および第２アーム部４０２，５０２は、ミラー面２０の長手方向の中央軸ＬＬに対して平行である。
第１アーム部４０１，５０１は、電極部３０の第１電極３１と第２電極３２に対して図示しない電源から電気を通すことによりたわむ役割を果たす構造である。これに対して、第２アーム部４０２，５０２は、通電してもたわまない構造になっている。第１アーム部４０１と第１アーム部５０１のそれぞれの長手方向の軸Ｌ１と、第２アーム部４０２と第２アーム部５０２のそれぞれの長手方向の軸Ｌ２は、上述したように長手方向の中央軸ＬＬに平行である。
【００３７】
図１に示すミラー面２０の回転動作時の回転中心と、第１支持アーム５１と第２支持アーム５２のそれぞれの中心とがほぼ一致もしくは完全に一致するようにするために、次のような特徴的な工夫がある。
上述した第１アーム部４０１と第１アーム部５０１の長手方向の軸Ｌ１と、第２アーム部４０２と第２アーム部５０２の長手方向の軸Ｌ２が、ミラー面２０の中心軸（回転中心軸ともいう）ＣＬに対して垂直である。しかも、第１アーム部４０１と第１アーム部５０１の長手方向の軸Ｌ１の中央位置Ｐ１と、第２アーム部４０２と第２アーム部５０２の長手方向の軸Ｌ２の中央位置Ｐ２が、共にミラー面２０の中心軸ＣＬの上にほぼ位置しているか完全に位置している。
【００３８】
このような構造を採用することにより、図２に示すようにミラー面２０の中心軸ＣＬでもあるミラー面２０の回転軸心が、ミラー面２０の角度θの大きさに関わらず、ずれない構造にすることができる。従って、図２のように光の一例であるレーザー光Ｌがミラー面２０の反射位置１００において反射する場合に、反射位置１００がミラー面２０の角度θの大きさによりずれることがほとんど無いか全く無い。
従って、従来では反射位置がずれることを前提としてミラー面の大きさを大きくとる必要があったが、本発明の熱駆動マイクロミラー１０においてはそのようなミラー面２０のサイズの拡大が不要となり、熱駆動マイクロミラーの小型化が図れる。
【００３９】
図１において、ミラー面２０、第１アーム部４０１，５０１および第２アーム部４０２，５０２、そして第１電極３１と第２電極３２においては、上述のようにハッチングで示す部分には導電性の金属膜が形成されている。この金属膜はアルミニウムや金のような導電性を有する膜である。
これにより、第１電極３１と第２電極３２に対して図示しない電源から電気を通すことにより、第１電極３１と第２電極３２の間では、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２、ミラー面２０、第１アーム部５０１、第２アーム部５０２を通じて熱駆動用の電気を流すようになっている。
【００４０】
図２は、図１の熱駆動マイクロミラー１０の第１電極３１と第２電極３２に対して図示しない電源から電気を通した場合に、ミラー面２０に対して任意の角度θをつけた状態を示している。
この場合には、電気を通すことにより、第１支持アーム５１の第１アーム部４０１と第２支持アーム５２の第１アーム部５０１が、同じ方向すなわち図４（Ｂ）に示すようにＲ方向に向けて同時にたわむ。図１に示す第１支持アーム５１の第１アーム部４０１の中心位置Ｐ１と第２支持アーム５２の第１アーム部５０１の中心位置Ｐ２は、ほぼミラー面２０の中心軸ＣＬの上に位置していても良いし、中心位置Ｐ１と中心位置Ｐ２は、ミラー面２０の中心軸ＣＬの上に正確に位置していてもよい。
この中心軸ＣＬは、回転中心軸ともいい、回転軸心とも呼んでいる。
【００４１】
図２では、ミラー面２０の中心軸（回転軸心）ＣＬが、ミラー面２０につけた角度θが変化してもほとんどずれないことを示している。図１に示す第１支持アーム５１と第２支持アーム５２は、電気を通すことでＲ方向に沿って同じ方向にたわむのであるが、第１支持アーム５１と第２支持アーム５２は、ほぼ完全な円弧状にたわんだ場合は、ミラー面２０の回転軸心はミラー面２０の中心軸ＣＬに一致する。
【００４２】
実際には、第１支持アーム５１の積層構造と第２支持アーム５２の積層構造における熱の分散や、使用してる材料の性質のばらつきにより、第１支持アーム５１の第１アーム部４０１が第２アーム部４０２と共に、そしてと第２支持アーム５２の第１アーム部５０１が第２アーム部５０２と共に完全な円弧状にはたわまないであろうが、ほぼ完全な円弧状に近い形で第１支持アーム５１と第２支持アーム５２が変形すると思われる。従って、実際のミラー面２０が回転する際の回転軸心は、ミラー面２０の幾何学的な中心軸ＣＬにほぼ一致もしくは完全に一致することになり、実際のミラー面２０の回転軸心がミラー面２０の幾何学的な中心軸ＣＬから大きくずれてしまうことはない。
光の一例であるレーザー光Ｌが、たとえばこの中心軸ＣＬに対して照射された場合に、レーザー光Ｌの反射位置１００がミラー面２０上でずれてしまうことはほとんど無い。
逆にいえば、レーザー光Ｌの反射位置１００がずれないことから、ミラー面２０の反射面のサイズを、レーザー光Ｌの反射位置１００がずれることを前提として大きなサイズにする必要が無いので、ミラー面２０の面積をできるだけ小さくし、熱駆動マイクロミラー１０のサイズの小型化を図れる。
【００４３】
次に、図１に示す熱駆動マイクロミラー１０においては、ミラー面２０の初期位置が、外気温の変化に影響されて変わらないようにするための工夫が施されているので、そのことを以下に説明する。
このミラー面２０の初期位置とは、図１に示すようにミラー面２０が固定部４０の面内に位置されていることである。
本発明の熱駆動マイクロミラーでは、通電して発熱させて、意図的に変形させる第１アーム部４０１，５０１と、意図的に変形させない第２アーム部４０２，５０２とが平行に並び、それらを端部で連結している。熱により駆動するアーム部は、発熱による温度上昇にともなう熱膨張の違いから、バイメタルのように変形することを利用している。そのために、通電などの意図的な発熱で変形するだけではなく、外気温が変化すると、それに伴ってアームは変形してしまうことになる。外気温の変動は、モバイル機器では−１０℃以下から＋５０℃以上にもなり、この温度差は熱変形方式のアーム部の角度を大きく変える温度である。これは、通電していないときのミラー角度の初期位置が外気温の変化に依存することを意味し、ミラー角度が不正確になる。
【００４４】
この対策として、一つにはアーム部に直流バイアス電圧を掛けて、ミラー面の初期角度を任意に設定する手法がある。この手法で上記問題は解決されるであろうが、初期位置を保つためのバイアス電流は消費電力をかなり上げることになり、また、ミラー面の初期位置を検出するディテクタ設定の必要も出てくるであろう。
そこで、本発明の実施の形態では、このような方式を採用せずに、ミラー面２０の初期位置が外気温の変化により影響を受けないようにするため、次に示すような構成を採用している。
【００４５】
図１の熱駆動マイクロミラー１０では、第１支持アーム５１は第１アーム部４０１に平行して第２アーム部４０２を有している。第２支持アーム５２は、第１アーム部５０１に平行して第２アーム部５０２を有している。
この第２アーム部４０２の役割は、第１アーム部４０１が外気温の変化によりたわむ際に第１アーム部４０１と同様に同じ方向にたわむことで、意図的に第１アーム部４０１のたわみをキャンセルする。
同様にして、第２アーム部５０２の役割は、第１アーム部５０１が外気温の変化によりたわむ際に第１アーム部５０１と同様に同じ方向にたわむことで第１アーム部５０１のたわみをキャンセルする。
【００４６】
図３は、第１アーム部４０１，５０１と第２アーム部４０２，５０２が共に内部応力の変化あるいは外気温の変化により、Ｔ方向にたわんだ状態の例を示している。
図１と図３に示す第１アーム部４０１，５０１と、第２アーム部４０２，５０２は、共に積層構造を有している。
図４（Ａ）と図４（Ｂ）は、第１アーム部４０１，５０１の積層構造例を示しており、図５は第２アーム部４０２，５０２の積層構造例を示している。
【００４７】
図３を参照すると、第１アーム部４０１の一端部４０１Ａは、固定部４０の電極３１に対して接続されている。第１アーム部４０１の他端部４０１Ｂは、第２アーム部４０２の一端部４０２Ａに接続され、第２アーム部４０２の他端部４０２Ｂはミラー面２０側の端部６１に対して接続されている。
同様にして、第１アーム部５０１の一端部５０１Ａは固定部４０側の電極３２に接続されている。第１アーム部５０１の他端部５０１Ｂは、第２アーム部５０２の一端部５０２Ａに接続され、第２アーム部５０２の他端部５０２Ｂはミラー面２０の端部６２に対して接続されている。
第１アーム部４０１の一端部４０１Ａと、第２アーム部４０２の他端部４０２Ｂと、第１アーム部５０１の一端部５０１Ａと、第２アーム部５０２の他端部５０２Ｂは、ミラー面２０の中心軸ＣＬに対して平行な直線６３の上に位置している。
【００４８】
次に図４を参照して、第１アーム部４０１，５０１の積層構造の例について説明する。
図４は、第１アーム部４０１，５０１の図１におけるＡ−Ａ線における断面構造例である。図５は第２アーム部４０２，５０２の積層構造例を示しており、図５は図１のＢ−Ｂ線における断面構造例である。
図４を参照すると、第１アーム部４０１，５０１は、図４（Ａ）に示す通電していない状態から図４（Ｂ）に示すように通電することによりＲ方向にたわむのである。この第１アーム部４０１，５０１が通電によりＲ方向にたわむことにより、図２に示すように任意の角度θでミラー面２０を傾けることができる。
【００４９】
第１アーム部４０１と第１アーム部５０１は同じ構造を有しており、図１に示すようにそれぞれ固定部４０の電極側であって、ミラー面２０から離れた位置にある。第１アーム部４０１と第１アーム部５０１は、同様の積層構造を有しており、ヒータ層１１０、第１と第２の導電性層１１１、高熱膨張層１１２を有している。
ヒータ層１１０は電気抵抗体であり、たとえばドープドρ−Ｓｉなどの材質を採用することができる。このヒータ層１１０の一方の面１２１には比較的薄い導電性層１１１が形成されている。ヒータ層１１０の他方の面１２２には、絶縁層１２４を介して比較的厚い高熱膨張層１１２が形成されている。
【００５０】
導電性層１１１と高熱膨張層１１２は、電気を通す金属膜、たとえばアルミニウムや金である。導電性層１１１の厚みは高熱膨張層１１２の厚みに比べて薄くなっている。導電性層１１１は、ヒータ層１１０の一方の面１２１のたわみを発生させる領域１３０において、形成されていない部分１３１がある。つまりヒータ層１１０の一方の面１２１の部分１３１には導電性層１１１は形成されておらず、ヒータ層１１０の一方の面１２１が露出している。図１には、ハッチングをしていない部分１３１が、長手方向の軸Ｌ１と長手方向の軸Ｌ２に沿って中央位置Ｐ１を中心にして設けられている。
このような第１支持アーム５１と第２支持アーム５２の積層構造は、部分１３１に対応するたわみを発生させる領域１３０を設けるために形成されている。
【００５１】
絶縁層１２４は、たとえばＳｉ３Ｎ４を採用することができ、ヒータ層１１０と高熱膨張層１１２の間の電気的な絶縁を図っている。
導電性層１１１、高熱膨張層１１２およびヒータ層１１０に通電することにより、アルミニウムの導電性層１１１、高熱膨張層１１２とヒータ層１１０との熱膨張係数（熱膨張率）の違いにより、たわみを発生させる領域１３０が図４（Ｂ）に示すようにＲ方向にたわむのである。導電性層１１１と高熱膨張層１１２のアルミニウムの熱膨張係数は、２．３×１０‐６／Ｋであり、ドープドρ−Ｓｉの熱膨張係数は２．３×１０‐５／Ｋである。この２つの材料で熱膨張係数が１桁違う。第１アーム部４０１と第１アーム部５０１に対する加熱は、ドープドρ−Ｓｉであるヒータ層１１０に対して通電することで行う。
絶縁層１２４の膜厚は、ヒータ層１１０と高熱膨張層１１２の膜厚に比べて十分に薄くする。この理由は次のことによる。絶縁層１２４とヒータ層１１０の熱膨張係数は同程度であり、その両者の合計の膜厚が高熱膨張層１１２と同じくらいだと曲がりが大きくなる。ヒータ部の駆動電圧を低く抑えるためにはヒータの抵抗が低いほうが良く、そのためにはヒータ部の膜厚はできるだけ厚いほうが良いからである。ヒータ層１１０が厚くなれば、絶縁層１２４は薄くする必要がある。また、絶縁層１２４が薄いほうが、熱がすばやく高熱膨張層１１２に伝わる。ただし、この条件は、材料により異なる。
【００５２】
図４（Ｂ）に示すように、通電することで導電性層１１１には電流Ｉ１が流れるので、導電性層１１１を形成されているヒータ層１１０の部分には通電せずに発熱は無く、そのヒータ層１１０の部分は加熱されない。
しかし、導電性層１１１がヒータ層１１０の部分１３１においては付着されていないので、通電することによりたわみを発生させる領域１３０においてヒータ層１１０の部分１３１には電流Ｉ１が流れるので加熱されて、たわみを発生させる領域１３０はＲ方向にたわむ。
図４（Ａ）における部分１３１の中心の長手方向Ｘに関する中心位置Ｐ１は、図１に示すようにミラー面２０の中心軸ＣＬの上にある。
【００５３】
これに対して図５に示す第２アーム部４０２，５０２の積層構造では、図４のたわみを発生させる領域１３０に対応する導電性層１１１が形成されていない部分１３１は存在していない。つまり、ヒータ層１１０の一方の面１２１側には導電性層１１１が全て形成されており、ヒータ層１１０の他方の面１２２側には絶縁層１２４を介して高熱膨張層１１２が全てに形成されている。
図４と図５において、この第２アーム部４０２，５０２においても、高熱膨張層１１２が導電性層１１１に比べて厚く形成されている。この理由としては、高熱膨張層１１２はバイメタル効果をもたらすもので、絶縁層１２４とヒータ層１１０の合計の膜厚と同程度が望ましく、１μｍ程度のオーダーの膜厚である。一方、導電性層１１１は電気を通す目的で、メタルであれば１００ｎｍ程度で十分である。
【００５４】
図６は、図１に示す熱駆動マイクロミラー１０が、電子機器２００に適用されている例を示している。
この電子機器２００は、例えばレーザープリンタであり、レーザー光源２０１から発生するレーザー光Ｌは、熱駆動マイクロミラー１０のミラー面２０の反射位置１００において反射されて、回転ドラム２０３の感光体２０４に対してスキャンすることができる。この場合にはミラー面２０が、中心軸ＣＬを中心にして任意の角度θをつける。
【００５５】
次に、上述した熱駆動マイクロミラー１０において、外気温の変化があっても、この外気温の変化による影響を受けずに熱駆動マイクロミラー１０のミラー面２０の初期角度を保つことについて説明する。
通電することによりたわみを発生する役目を有する第１アーム部４０１，５０１に対して、意図的に第２アーム部４０２，５０２を付加している。これら第２アーム部４０２，５０２は、第１アーム部４０１，５０１が、外気温の変化により曲がるのを防いで、結果としてミラー面２０を初期位置（初期角度）に保持するようにしている。
第１アーム部４０１と第２アーム部４０２が、同様の積層構造を有しており、しかも第１アーム部５０１と第２アーム部５０２は別の同様な積層構造を有している。このように第２アーム部４０２が第１アーム部４０１の外気温の変化によるたわみや残留内部応力によるたわみをキャンセルするために設けられ、第２アーム部５０２は第１アーム部５０１の外気温の変化によるたわみや残留内部応力によるたわみをキャンセルするために設けられている。
【００５６】
第１アーム部４０１，５０１および第２アーム部４０２，５０２が外気温の上昇などにより加熱されると、第１アーム部４０１，５０１と第２アーム部４０２，５０２が、たとえば外気温の上昇により共に加熱されることになる。すなわち第１アーム部４０１と第２アーム部４０２の組と、第１アーム部５０１と第２アーム部５０２の組は、図３に示すように共に同じＴ方向に、たわむことになる。特に、図４と図５に示すように高熱膨張層１１２がヒータ層１１０に比べて熱膨張が大きいので、図３に示すように第１アーム部４０１と第２アーム部４０２の組と、第１アーム部５０１と第２アーム部５０２の組はそれぞれＴ方向にたわむ。
この場合に、特に図３で示したように第１アーム部４０１の一端部４０１Ａと第２アーム部４０２の他端部４０２Ｂと、第１アーム部５０１の一端部５０１Ａと第２アーム部５０２の他端部５０２Ｂが、直線６３に沿った位置にあるので、第１アーム部４０１の外気温の変化によるたわみは、第２アーム部４０２の外気温の変化によるたわみによりキャンセルすることができ、これと同時に第１アーム部５０１の外気温の変化によるたわみは第２アーム部５０２の外気温の変化によるたわみによりキャンセルすることができる。
【００５７】
従って、ミラー面２０の初期角度は、外気温のいかんに関わらずほぼ一定となる。このことは、第１アーム部と第２アーム部を成膜で積層構造に作成する際の内部応力の違いから生じるアームのたわみについても、アーム初期角度を一定に保つ機能を有する。ミラー面２０の一方と他方側にそれぞれある２本のアーム部４０１，４０２とアーム部５０１，５０２の内、片方のアーム部には通電でたわむようにしておけば、通電によりミラー角度に変化をつけることができる。
実際にミラー面２０を図２に示すような任意の角度θで傾ける場合には、電源から第１電極３１と第２電極３２に対して電気を通すことにより、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２が図４（Ｂ）に示すようにＲ方向にたわむことから、ミラー面２０を所定の角度θに傾けることができる。
【００５８】
ところで、図１と図３におけるそれぞれ２本のアーム部のうち、通電でたわむアーム部を固定部４０側、すなわち第１電極３１と第２電極３２側にするのか、あるいはミラー面２０側にするのかのいずれかを採用することができる。
しかし、図１と図３に示すように、第１電極３１に近い側の第１アーム部４０１と、第２電極３２に近い側の第１アーム部５０１が、通電によりたわむアーム構造とするのがより好ましいが、その理由について図７と図８を参照して説明する。
図７は、図１と図３に示すように第１アーム部４０１，５０１が通電でたわむ場合のミラー面２０の回転軸心の移動量Ｇ１を示している。これに対して、図８は、ミラー側の第２アーム部が通電でたわむ形式の場合のミラー面２０の回転軸心の移動量Ｇ２を示している。
すなわち図７では、第１アーム部４０１，５０１が通電によりたわむ構造になっており、図８の例では図８（Ｂ）に示すように第２アーム部４０２，５０２が通電によりたわむ構造になっている。
【００５９】
図７（Ｂ）の好ましい実施の形態では、図７（Ａ）に示すように、外気温の変化または内部応力でのたわみによる曲げ角度を３０°として、通電でのたわみによる曲げ角度を３０°としている。つまり図７（Ａ）では、第１アーム部４０１，５０１は６０°で曲がり、ミラー面２０側の第２アーム部４０２，５０２は３０°で曲がっている。ミラー面２０の角度は３０°である。アーム長とミラー長とも１００とすると、ミラー面２０の回転軸心のずれは１．１８になる。
【００６０】
一方、図８（Ａ）の場合の実施の形態では、外気温の変化または内部応力でのたわみによる曲げ角度を３０°として、通電でのたわみの角度を３０°としている。固定端側の第１アーム部４０１，５０１は、角度３０°で曲がり、通電によりさらにミラー面２０側の第２アーム部４０２，５０２を３０°曲げると、ミラー面２０側の第２アーム部４０２，５０２は角度６０°で曲がる。ミラー面２０の角度は３０°である。その時のミラー面２０の回転軸心のずれは５．６９となっている。
この結果、図８（Ａ）の場合には、図７（Ａ）の場合に比べて、５倍弱のミラー面２０の回転軸心のずれ（移動量）が発生する。このことから、固定部４０側の第１アーム部４０１，５０１が図７（Ｂ）に示すように通電により曲がる形式の方がより良い。
【００６１】
図９は、本発明の熱駆動マイクロミラーの別の実施の形態を示している。
図９に示す熱駆動マイクロミラー１０は、ミラー面４２０、支持アーム構造部４１４、電極部４３０を有している。
ミラー面４２０の構造は、図１に示すミラー面２０の構造とほぼ同じである。固定部４４０についても、図１の固定部４０と同様なものである。
ミラー面４２０は、電極部４３０の１つの電極４３１に対して支持アーム構造部４１４によりいわゆる片持ち梁方式で支持されている。支持アーム構造部４１４は１つの支持アーム４５１を有している。支持アーム４５１は、図９の図示例では、通電によりたわむ２つの第１アーム部４０１と通電によるたわみが生じない２つの第２アーム部４０２を有しており、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２は、交互に接続されている。
【００６２】
図９に示すように第１アーム部４０１は、固定部４４０の電極４３１に近い位置に位置するものと、２つの第２アーム部４０２，４０２に挟まれたものがある。いずれにしても通電によりたわむ第１アーム部４０１は、固定部４４０の電極４３１から数えて奇数番目の位置に位置しており、第２アーム部４０２は電極４３１から数えて偶数番目の位置に位置している。
この第１アーム部４０１と第２アーム部４０２の組は、図９の例では２組設けられているが、これに限らず３組以上であっても勿論構わない。このように第１アーム部と第２アーム部の本数が増えてくることにより、外気温の変化や内部応力に対してより影響を受けないようにすることができる。
そして、ミラー面に角度をつけた場合のミラー面の回転軸心の変化が少ないようにするには、図９の例では、奇数位置Ｅ１とＥ３にある第１アーム部４０１のいずれか一方もしくは両方が通電により曲がるようにしておくのが望ましい。
【００６３】
図１の実施の形態では、ミラー面２０は、その両側に位置する第１支持アーム５１と第２支持アーム５２により、左右対称の形で回転できるように支持されている。このような形態を採用することにより、ミラー面２０は安定して回転できる。
しかし図９に示すように片持ち形式でミラー面４２０を固定部４４０に対して支持アーム構造部３１４を用いて支持したとしても、十分にミラー面４２０が幾何学的なミラー面の中心軸ＣＬ、すなわちミラー面４２０のほぼ回転軸心を中心として回転することができる。
本発明の実施の形態では、支持アームにおいて、加熱してたわみを発生させる領域１３０を特定するために、そのたわみを発生させる領域１３０には、導電性層１１１を形成しないようにしておく。そしてたわみを発生させたくない部分には、金属膜である導電性層１１１を形成している。
図９に示す複数組の第１アーム部と第２アーム部は、図１のミラー面２０の両側にそれぞれ設けてもよい。
【００６４】
図１に示す第１支持アーム５１と第２支持アーム５２および図５に示す支持アーム４５１の積層構造は、アルミニウムなどの導電性層と絶縁材であるヒータ層の２層構造にして、導電性層に通電することでヒータ層全体において発熱させるようにしても勿論構わない。
また図１の第１支持アーム５１と第２支持アーム５２および図９の支持アーム４５１は、形状記憶合金やクロムなどにより積層構造にして、これに対して電気を通すことにより上述したような図１と図９に示す支持アームを曲げたり伸ばしたりすることも勿論できる。たとえば、クロムとＮｉＴｉ合金の積層構造を採用することにより、まっすぐにした状態で形状を記憶させて、常温時には膨張率の違いから支持アームが曲がり、通電して発熱するとまっすぐになるようなものを採用しても良い。
【００６５】
本発明の実施の形態の熱駆動マイクロミラーを用いることにより、ミラー面の回転時における回転軸心の移動が少なくあるいは移動が無く、レーザー光のような光が反射する反射位置の移動がほとんど無いかあるいは全く無い。このことから、このような熱駆動マイクロミラーは、各種の光学系、たとえばレーザープリンタやレーザースキャナのような光スキャナ、あるいはその他の電子機器に組み込むことが容易になる。
【００６６】
本発明の熱駆動マイクロミラーは、熱駆動アームとも呼んでいる支持アーム構造部の支持アームに対して電気を通すことにより発熱させて、バイメタルのように支持アームを曲げている。これによってその支持アームに支持されているミラー面の角度が任意に変化でき、この際のミラー面の回転軸心の移動がほとんど無いかあるいは全く無く、光学系の構成が単純になる。そしてミラー面の回転軸心の移動が少ないかあるいは全く無いので、レーザー光のような光が欠けないように従来ではミラー面のサイズを大きくしていたが、本発明の実施の形態ではそのようなミラー面のサイズを大きくする必要が無くなり、熱駆動マイクロミラーのサイズを小さくできる。
本発明の熱駆動マイクロミラーであるがミラー面の回転軸心の移動が少なく、熱駆動マイクロミラーは光学系を組み易い。通電によりたわむアーム部に対して、通電によりたわまないアーム部を付加することで、外気温の変化に対しても、ミラーの角度変化が少なく、熱駆動マイクロミラーにおける成膜時の膜材料の内部応力のいかんに関わらず、熱駆動方式のアーム部の傾きがキャンセルされる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ミラー面の回転軸心をずれないようにしてミラー面における光の反射位置の移動を防いでミラー面の小型化を図れ、外気温が変化してもミラー面の角度の変化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱駆動マイクロミラーの好ましい実施の形態を示す平面図。
【図２】熱駆動マイクロミラーのミラー面が任意の角度θ傾いた状態を示す図。
【図３】ミラー面の初期角度が、外気温の変化などにより影響されない様子を示す図。
【図４】図１の第１アーム部のＡ−Ａ線における断面積層構造例を示す図。
【図５】図１における第２アーム部のＢ−Ｂ線における断面積層構造例を示す図。
【図６】本発明の熱駆動マイクロミラーが電子機器に適用されている例を示す図。
【図７】固定端側の第１アーム部が通電でたわむ場合のミラー面の回転軸心の移動量を示す図。
【図８】ミラー面側の第２アーム部が通電によりたわむ場合のミラー面の回転軸心の移動量を示す図。
【図９】本発明の熱駆動マイクロミラーの別の実施の形態を示す図。
【図１０】従来の熱駆動マイクロミラーを示す図。
【図１１】図６の従来の熱駆動マイクロミラーのミラー面を傾けた状態を示す図。
【図１２】従来のミラー面の回転軸心が移動する例と、回転軸心が移動しない例を示す図。
【図１３】従来の熱駆動マイクロミラーの別の例を示す図。
【符号の説明】
１０，３１０・・・熱駆動マイクロミラー、２０・・・ミラー面、１４・・・支持アーム構造部、３０・・・電極部、３１・・・第１電極、３２・・・第２電極、４０・・・固定部、５１・・・第１支持アーム、５２・・・第２支持アーム、４０１，５０１・・・第１アーム部、４０２，５０２・・・第２アーム部、ＣＬ・・・ミラー面の中心軸（回転中心軸、回転軸心に一致もしくはほぼ一致）、Ｌ・・・レーザー光、ＬＬ・・・長手方向の中央軸、Ｌ１，Ｌ２・・・支持アームの長手方向の軸、Ｐ１，Ｐ２・・・第１支持アームと第２支持アームの長手方向の軸の中心位置、θ・・・ミラー面の角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持アーム構造部に電気を通して発熱させることでミラー面に角度をつけることができる熱駆動マイクロミラーおよび熱駆動マイクロミラーを有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱駆動マイクロミラーは、たとえば光スキャナやプリンタなどの光学系に用いられるものであり、この熱駆動マイクロミラーは、支持アーム構造部に対して電気を通して発熱させることにより、ミラー面に角度をつけて、これによってたとえばレーザー光を対象部位に対して偏向して走査させる。
【０００３】
図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）は、従来用いられている熱駆動マイクロミラーを示している。
熱駆動マイクロミラー１０００は、矩形のミラー面１００１と固定部１００３を有している。固定部１００３上には電極１００４が形成されており、ミラー面１００１は、固定部１００３に対して、熱駆動の支持アーム部１００５を用いていわゆる片持ち梁方式で支持されている。
【０００４】
支持アーム部１００５は、電極１００４を通じて通電し、発熱することにより、図１１のようにバイメタルのようにたわみを発生させて、ミラー面１００１は、回転軸心１００６を中心として任意の角度θをつけることができる。ミラー面１００１が角度θで回転している状態では、回転軸心１００６は、支持アーム部１００５内にありミラー面１００１の領域の外側に位置している。そしてこの回転軸心１００６は、アームのたわみが理想的な円弧でないために、実際には定まった位置にあるわけではなく、ミラー面１００１の角度θが大きくなっていくに従って、支持アーム部１００５に沿って移動していく。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の熱駆動マイクロミラー１０００を用いると、図１２（Ａ）に示すように、ミラー面１００１に対してレーザー光Ｌをあててそのレーザー光Ｌを偏向しようとした場合に、次の問題が生じる。ミラー面１００１に対してレーザー光Ｌの反射位置１００７の位置が、ミラー面１００１の角度θの変化に伴いレーザー光Ｌの入射角度のみならず移動してしまう。
この場合のレーザー光Ｌの反射位置１００７の移動量はかなり大きく、時として光学系の設計時には支障をきたすことになる。このように、ミラー面１００１の角度θの変化に伴い、レーザー光Ｌの反射位置１００７が移動して行くのは、上述したようにミラー面１００１の回転軸心１００６が、ミラー面１００１の外側にあるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（Ｂ）は、ミラー面１０１２の回転軸心１０１０が、レーザー光Ｌの反射位置１０１４と一致している場合の例を示している。この場合には、ミラー面１０１２においては反射位置１０１４は移動しない。
図１３は、別の従来の熱駆動マイクロミラー１０２０を示している。この熱駆動マイクロミラー１０２０のミラー面１０２４の支持方向は、固定部１０２６に対して支持アーム部１０３０と支持アーム部１０４０により、直角方向に向いている。支持アーム部１０３０と支持アーム部１０４０は、それぞれ通電することによりたわむのであるが、支持アーム部１０３０は、ミラー面１０２４を、第１軸方向に曲げることができ、支持アーム部１０４０は、ミラー面１０２４を第２軸方向に曲げることができる。この熱駆動マイクロミラー１０２０は、いわゆる二次元ミラーであるが、このようなミラーの場合であっても、レーザー光のミラー面での反射位置がより大きく移動し、やはり光学系の設計が大変であると共に、ミラー面１０２４の面積を大きくしなければならない。
【０００７】
このようにミラー面１００１の面積を大きくしなければならないのは、図１３に示す従来の熱駆動マイクロミラー１０００においても同様である。これは、上述したようにミラー面の角度θが大きくなるに従って、回転軸心が移動して行くために、レーザー光Ｌの反射位置１００７がミラー面１００１上において移動してしまうからである。このようなミラー面１００１のサイズを拡大することは、たとえばＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）に用いるミラーとしてはサイズ的に非常に不利なものになる。
【０００８】
また、従来の熱駆動マイクロミラーには次のような問題がある。
従来のマイクロミラーは、支持アーム部に通電をして加熱することによりミラー面に角度をつける構成であるので、外気温が変わり支持アーム部自体の温度が変われば、それに応じて支持アーム部は曲がってしまうことになる。
例えば、携帯電話の作業環境などでは、寒冷地の室外では−１０℃以下になるところがあり、また、夏の車の中に置かれていた携帯電話を使うときには場合によっては５０℃くらいになっていると思われる。つまり、この６０℃にもなる温度差に対して、バイメタル状の熱駆動マイクロミラーには不必要な角度変化がついてしまうこととなる。これは、マイクロミラーのミラー面の初期角度が外気温のような温度に依存し、極めて扱いにくいミラーであるということができる。
【０００９】
また、従来では、次のようなミラーの提案がある。
特開２００１−２４９３００号公報では、回転軸まわりに回転するミラーが開示されており、ミラー部の補強のために凹部を作っている。また、特開２００１−２６４６７２号公報では、回転中心の梁の周りにミラーを回転させ、そのミラーに直角方向に補強の梁がある。
特開平６−１８０４２８号公報では、ジンバル式の２軸回転ミラーで静電力で動かしている。これらのミラーは回転中心に梁があり、その梁がねじれ、そこがミラーの回転中心となる。片持ち梁としては、特開平８−２６２３６４号公報では、形状記憶合金の梁の先にミラーがついていて、梁がたわむことでミラーに角度がつく。静電力で動かす場合は、電圧を高くしなくてはならず、また、一般に振り角を大きく取ることは難しく、その場合は、共振を使うことが多い。
共振を使った場合は一方で、角度を制御したり、振り方を正弦波でなくしたりすることが難しくなる。先の形状記憶合金のミラーでは片持ち梁の先にミラーがあるので、軸心はずれることになる。
そこで本発明は上記課題を解消し、ミラー面の回転軸心がミラー面のほぼ中心にあり、かつずれないようにしてミラー面における光の反射位置の移動を防いでミラー面の小型化を図れ、外気温が変化してもミラー面の角度の変化が少ない熱駆動マイクロミラーおよび熱駆動マイクロミラーを有する電子機器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ミラー面と前記ミラー面を支持し積層構造を有する支持アーム構造部を備え、前記支持アーム構造部に電気を通して発熱させて前記積層構造における熱膨張係数の違いから前記支持アーム構造部をたわませることで前記ミラー面に角度をつける熱駆動マイクロミラーにおいて、前記支持アーム構造部は、前記ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されており、前記支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、前記第１アーム部と平行に配列されて電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により前記第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで前記第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルするための第２アーム部を有し、前記第１アーム部の長手方向の軸と前記第２アーム部の長手方向の軸が、前記ミラー面の中心軸に対して垂直であり、前記第１アーム部の前記長手方向の中心位置と前記第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼ前記ミラー面の前記中心軸の上に位置していることを特徴とする熱駆動マイクロミラーである。
【００１１】
請求項１では、支持アーム構造部は、ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されている。この支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。第２アーム部は、第１アーム部と平行に配列されている。第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直である。第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置している。
【００１２】
これにより、支持アーム構造部に電気を通して発熱させて、支持アーム構造部をバイメタルのようにたわませるかもしくは曲げる際に、第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直であり、しかも、第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置していることから、ミラー面における光の反射位置が、ミラー面の角度が変化しても移動しない。このことからミラー面のサイズをできるだけ小さくすることができ、熱駆動マイクロミラーの小型化を図れる。
【００１３】
また、支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。従って、外気温の上昇があると、第１アーム部と第２アーム部は同様に加熱されて、第１アーム部と第２アーム部は両者とも同じ方向にたわむ。第１アーム部と第２アーム部が外気温の変化により同じ方向にたわむことにより、第１アーム部の外気温の変化によるたわみをキャンセルすることができる。従って、ミラー面の初期の角度が外気温の変化によって変わってしまうことを防いでいる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記第１アーム部の一端部は固定側の前記電極部に接続され、前記第１アーム部の他端部は前記第２アーム部の一端部に接続され、前記第２アーム部の他端部は前記ミラー面側の端部に接続され、前記第１アーム部の一端部と前記第２アーム部の他端部は、前記ミラー面の中心軸と平行な線上に位置している。
【００１５】
請求項２では、第１アーム部の一端部と第２アーム部の他端部は、ミラー面の中心軸と平行な線上に位置していることにより、第１アーム部と第２アーム部が外気温の変化により同じ方向にたわむ際に、ミラー面の初期角度を外気温の変化に関わらず維持することができる。
すなわち、アームは外気温の変化や残留内部応力によりたわんでも、アームの固定端と、アームとミラーとの接続端の相対位置は変わらないことになる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記支持アーム構造部は、前記ミラー面の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部にそれぞれ対称形に配置されている。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記第１アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面に積層されており、電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層と、導電性層とは反対の面に高熱膨張層を有し、前記ヒータ層は前記一方の面での前記導電性層の形成されていない部位において発熱して、前記第１アーム部がたわむ構成であり、前記第２アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面で前記第１アームの導電性層と同じ側の面に導電性層、他方の面に高熱膨張層が積層されており電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層を有する。
【００１８】
請求項４では、第１支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。導電性層は、ヒータ層の一方の面に、高熱膨張層は他方の面に積層されており、導電性層は電気を通すことでヒータ層への通電を防いでヒータ層の発熱を防ぐ。そしてヒータ層はヒータ層の一方の面での導電性層の形成されていない部位において発熱して、高熱膨張層とのバイメタル効果で、第１支持アームがたわむようになっている。
同様にして第２支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。この第２支持アームに通電しても電流が導電性層に流れてヒータ層には流れずヒータ層は発熱しない。このため、通電しても第２支持アームはたわまない。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４に記載の熱駆動マイクロミラーにおいて、前記第１アーム部と前記第２アーム部の組は、複数配置されており、固定側の前記電極部からみて奇数番目の位置にあるのが電気を通すとたわむ前記第１アーム部であり、固定側の前記電極部からみて偶数番目の位置にあるのが電気を通してもたわまない前記第２アーム部である。
【００２０】
請求項６の発明は、ミラー面と前記ミラー面を支持し積層構造を有する支持アーム構造部を備え、前記支持アーム構造部に電気を通して発熱させて前記積層構造における熱膨張係数の違いから前記支持アーム構造部をたわませることで前記ミラー面に角度をつける熱駆動マイクロミラーを有する電子機器において、前記熱駆動マイクロミラーの前記支持アーム構造部は、前記ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されており、前記支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、前記第１アーム部と平行に配列されて電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により前記第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで前記第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルするための第２アーム部を有し、前記第１アーム部の長手方向の軸と前記第２アーム部の長手方向の軸が、前記ミラー面の中心軸に対して垂直であり、前記第１アーム部の前記長手方向の中心位置と前記第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼ前記ミラー面の前記中心軸の上に位置していることを特徴とする電子機器である。
【００２１】
請求項６では、支持アーム構造部は、ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されている。この支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。第２アーム部は、第１アーム部と平行に配列されている。第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直である。第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置している。
【００２２】
これにより、支持アーム構造部に電気を通して発熱させて、支持アーム構造部をバイメタルのようにたわませるかもしくは曲げる際に、第１アーム部の長手方向の軸と第２アーム部の長手方向の軸が、ミラー面の中心軸に対して垂直であり、しかも、第１アーム部の長手方向の中心位置と第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼミラー面の中心軸の上に位置していることから、ミラー面における光の反射位置が、ミラー面の角度が変化しても移動しない。このことからミラー面のサイズをできるだけ小さくすることができ、熱駆動マイクロミラーの小型化を図れる。
【００２３】
また、支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、電気を通してもたわまない第２アーム部を有している。従って、外気温の上昇があると、第１アーム部と第２アーム部は同様に加熱されて、第１アーム部と第２アーム部は両者とも同じ方向にたわむことになる。第１アーム部と第２アーム部は外気温の変化により同じ方向にたわむことにより、第１アーム部の外気温の変化によるたわみをキャンセルすることができる。従って、ミラー面の初期の角度が外気温の変化によって変わってしまうことを防いでいる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項６に記載の電子機器において、前記第１アーム部の一端部は固定側の前記電極部に接続され、前記第１アーム部の他端部は前記第２アーム部の一端部に接続され、前記第２アーム部の他端部は前記ミラー面側の端部に接続されて、前記第１アーム部の一端部と前記第２アーム部の他端部は、前記ミラー面の中心軸と平行な線上に位置している。
【００２５】
請求項７では、第１アーム部の一端部と第２アーム部の他端部は、ミラー面の中心軸と平行な線上に位置していることにより、第１アーム部と第２アーム部が外気温の変化により同じ方向にたわむ際に、ミラー面の初期角度を外気温の変化に関わらず維持することができる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の電子機器において、前記第１アーム部と前記第２アーム部は、前記ミラー面の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部にそれぞれ対称形に配置されている。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項７に記載の電子機器において、前記第１アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面に積層されており、電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層と、導電性層とは反対の面に高熱膨張層を有し、前記ヒータ層は前記一方の面での前記導電性層の形成されていない部位において発熱して、前記第１アーム部がたわむ構成であり、前記第２アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面で前記第１アームの導電性層と同じ側の面に導電性層、他方の面に高熱膨張層が積層されており電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層を有する。
【００２８】
請求項９では、第１支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。導電性層は、ヒータ層の一方の面に、高熱膨張層は他方の面に積層されており、導電性層は電気を通すことでヒータ層への通電を防いでヒータ層の発熱を防ぐ。そしてヒータ層はヒータ層の一方の面での導電性層の形成されていない部位において発熱して、高熱膨張層とのバイメタル効果で、第１支持アームがたわむようになっている。
同様にして第２支持アームの積層構造は、ヒータ層、導電性層と高熱膨張層を有している。この第２支持アームに通電しても電流が導電性層に流れてヒータ層には流れずヒータ層は発熱しない。このため、通電しても第２支持アームはたわまない。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の電子機器において、前記第１アーム部と前記第２アーム部の組は、複数配置されており、固定側の前記電極部からみて奇数番目の位置にあるのが電気を通すとたわむ前記第１アーム部であり、固定側の前記電極部からみて偶数番目の位置にあるのが電気を通してもたわまない前記第２アーム部である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３１】
図１は、本発明の熱駆動マイクロミラーの好ましい実施の形態を示している。図１に示す熱駆動マイクロミラー１０は、支持アーム構造部１４、ミラー面２０および電極部３０、そして固定部４０を有している。
固定部４０は、たとえば板状の部材であり、材質としては、ガラス、半導体、金属、などで、具体例としては、シリコン基板により作られている。
【００３２】
熱駆動マイクロミラー１０のミラー面２０および支持アーム構造部１４は、この固定部４０をたとえば打ち抜くことにより形成されており、ミラー面２０と支持アーム構造部１４と固定部４０の間には、穴４３，４４が形成されている。
この熱駆動マイクロミラー１０では、ミラー面２０が、支持アーム構造部１４により、いわゆる両持ち式支持構造により、固定部４０に対して長手方向の中央軸ＬＬを中心として左右対称形状に支持されている。
【００３３】
まずミラー面２０について説明する。
図１に示すミラー面２０は、たとえば長方形状であり、このミラー面２０はベース部材２１の上に形成されている。このミラー面２０は、たとえば導電性を有する金属でありしかも光を反射する金属、たとえばアルミニウムや金により形成されている。図１において導電性を有する金属の膜の領域は、ハッチングで図示して判りやすくしている。
ベース部材２１は、ミラー面２０の長方形状よりもやや大きい長方形状を有しているか同じ大きさである。このベース部材２１と固定部４０は一体物でも別材料でも良い。このベース部材２１およびミラー面２０は、穴４３と穴４４の中に位置している。
【００３４】
次に、電極部３０について説明する。
電極部３０は、第１電極３１と第２電極３２を有している。第１電極３１と第２電極３２は、共にたとえば長方形状を有している。第１電極３１は、固定部４０の第１部分４１の上に形成されている。第２電極３２は、固定部４０の反対側の第２部分４２の上に形成されている。
第１電極３１と第２電極３２は、ハッチングで図示するように導電性を有する金属、たとえばアルミニウムや金により形成されている。第１電極３１と第２電極３２は、ミラー面２０の長手方向の中央軸ＬＬを中心として左右対称位置に形成されている。この第１電極３１と第２電極３２には、図示しない電源から、熱駆動用の電気を通すようになっている。
【００３５】
次に、支持アーム構造部１４について説明する。
図１に示す支持アーム構造部１４は、第１支持アーム５１と第２支持アーム５２を有している。支持アーム構造部１４は、ミラー面２０と電極部３０の間に形成されており、ミラー面２０を支持している。支持アーム構造部１４の第１支持アーム５１は、ミラー面２０のベース部材２１の一方の端部６１と、第１電極３１の間に形成されている。支持アーム構造部１４の第２支持アーム５２は、ミラー面２０のベース部材２１の他方の端部６２と、第２電極３２の間に形成されている。第１電極３１と第２電極３２は、共に電極パッドとも呼んでいる。
第１支持アーム５１と第２支持アーム５２の位置と形状は、ミラー面２０の長手方向の中央軸ＬＬに関して、左右対称形状になっている。
【００３６】
図１の第１支持アーム５１と第２支持アーム５２の構造について詳しく説明する。
第１支持アーム５１は、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２を有している。同様にして第２支持アーム５２は、第１アーム部５０１と第２アーム部５０２を有している。
第１アーム部４０１は第２アーム部４０２に対して平行に配列されている。第１アーム部５０１は第２アーム部５０２に対して平行に配列されている。これらの第１アーム部４０１，５０１および第２アーム部４０２，５０２は、ミラー面２０の長手方向の中央軸ＬＬに対して平行である。
第１アーム部４０１，５０１は、電極部３０の第１電極３１と第２電極３２に対して図示しない電源から電気を通すことによりたわむ役割を果たす構造である。これに対して、第２アーム部４０２，５０２は、通電してもたわまない構造になっている。第１アーム部４０１と第１アーム部５０１のそれぞれの長手方向の軸Ｌ１と、第２アーム部４０２と第２アーム部５０２のそれぞれの長手方向の軸Ｌ２は、上述したように長手方向の中央軸ＬＬに平行である。
【００３７】
図１に示すミラー面２０の回転動作時の回転中心と、第１支持アーム５１と第２支持アーム５２のそれぞれの中心とがほぼ一致もしくは完全に一致するようにするために、次のような特徴的な工夫がある。
上述した第１アーム部４０１と第１アーム部５０１の長手方向の軸Ｌ１と、第２アーム部４０２と第２アーム部５０２の長手方向の軸Ｌ２が、ミラー面２０の中心軸（回転中心軸ともいう）ＣＬに対して垂直である。しかも、第１アーム部４０１と第１アーム部５０１の長手方向の軸Ｌ１の中央位置Ｐ１と、第２アーム部４０２と第２アーム部５０２の長手方向の軸Ｌ２の中央位置Ｐ２が、共にミラー面２０の中心軸ＣＬの上にほぼ位置しているか完全に位置している。
【００３８】
このような構造を採用することにより、図２に示すようにミラー面２０の中心軸ＣＬでもあるミラー面２０の回転軸心が、ミラー面２０の角度θの大きさに関わらず、ずれない構造にすることができる。従って、図２のように光の一例であるレーザー光Ｌがミラー面２０の反射位置１００において反射する場合に、反射位置１００がミラー面２０の角度θの大きさによりずれることがほとんど無いか全く無い。
従って、従来では反射位置がずれることを前提としてミラー面の大きさを大きくとる必要があったが、本発明の熱駆動マイクロミラー１０においてはそのようなミラー面２０のサイズの拡大が不要となり、熱駆動マイクロミラーの小型化が図れる。
【００３９】
図１において、ミラー面２０、第１アーム部４０１，５０１および第２アーム部４０２，５０２、そして第１電極３１と第２電極３２においては、上述のようにハッチングで示す部分には導電性の金属膜が形成されている。この金属膜はアルミニウムや金のような導電性を有する膜である。
これにより、第１電極３１と第２電極３２に対して図示しない電源から電気を通すことにより、第１電極３１と第２電極３２の間では、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２、ミラー面２０、第１アーム部５０１、第２アーム部５０２を通じて熱駆動用の電気を流すようになっている。
【００４０】
図２は、図１の熱駆動マイクロミラー１０の第１電極３１と第２電極３２に対して図示しない電源から電気を通した場合に、ミラー面２０に対して任意の角度θをつけた状態を示している。
この場合には、電気を通すことにより、第１支持アーム５１の第１アーム部４０１と第２支持アーム５２の第１アーム部５０１が、同じ方向すなわち図４（Ｂ）に示すようにＲ方向に向けて同時にたわむ。図１に示す第１支持アーム５１の第１アーム部４０１の中心位置Ｐ１と第２支持アーム５２の第１アーム部５０１の中心位置Ｐ２は、ほぼミラー面２０の中心軸ＣＬの上に位置していても良いし、中心位置Ｐ１と中心位置Ｐ２は、ミラー面２０の中心軸ＣＬの上に正確に位置していてもよい。
この中心軸ＣＬは、回転中心軸ともいい、回転軸心とも呼んでいる。
【００４１】
図２では、ミラー面２０の中心軸（回転軸心）ＣＬが、ミラー面２０につけた角度θが変化してもほとんどずれないことを示している。図１に示す第１支持アーム５１と第２支持アーム５２は、電気を通すことでＲ方向に沿って同じ方向にたわむのであるが、第１支持アーム５１と第２支持アーム５２は、ほぼ完全な円弧状にたわんだ場合は、ミラー面２０の回転軸心はミラー面２０の中心軸ＣＬに一致する。
【００４２】
実際には、第１支持アーム５１の積層構造と第２支持アーム５２の積層構造における熱の分散や、使用してる材料の性質のばらつきにより、第１支持アーム５１の第１アーム部４０１が第２アーム部４０２と共に、そしてと第２支持アーム５２の第１アーム部５０１が第２アーム部５０２と共に完全な円弧状にはたわまないであろうが、ほぼ完全な円弧状に近い形で第１支持アーム５１と第２支持アーム５２が変形すると思われる。従って、実際のミラー面２０が回転する際の回転軸心は、ミラー面２０の幾何学的な中心軸ＣＬにほぼ一致もしくは完全に一致することになり、実際のミラー面２０の回転軸心がミラー面２０の幾何学的な中心軸ＣＬから大きくずれてしまうことはない。
光の一例であるレーザー光Ｌが、たとえばこの中心軸ＣＬに対して照射された場合に、レーザー光Ｌの反射位置１００がミラー面２０上でずれてしまうことはほとんど無い。
逆にいえば、レーザー光Ｌの反射位置１００がずれないことから、ミラー面２０の反射面のサイズを、レーザー光Ｌの反射位置１００がずれることを前提として大きなサイズにする必要が無いので、ミラー面２０の面積をできるだけ小さくし、熱駆動マイクロミラー１０のサイズの小型化を図れる。
【００４３】
次に、図１に示す熱駆動マイクロミラー１０においては、ミラー面２０の初期位置が、外気温の変化に影響されて変わらないようにするための工夫が施されているので、そのことを以下に説明する。
このミラー面２０の初期位置とは、図１に示すようにミラー面２０が固定部４０の面内に位置されていることである。
本発明の熱駆動マイクロミラーでは、通電して発熱させて、意図的に変形させる第１アーム部４０１，５０１と、意図的に変形させない第２アーム部４０２，５０２とが平行に並び、それらを端部で連結している。熱により駆動するアーム部は、発熱による温度上昇にともなう熱膨張の違いから、バイメタルのように変形することを利用している。そのために、通電などの意図的な発熱で変形するだけではなく、外気温が変化すると、それに伴ってアームは変形してしまうことになる。外気温の変動は、モバイル機器では−１０℃以下から＋５０℃以上にもなり、この温度差は熱変形方式のアーム部の角度を大きく変える温度である。これは、通電していないときのミラー角度の初期位置が外気温の変化に依存することを意味し、ミラー角度が不正確になる。
【００４４】
この対策として、一つにはアーム部に直流バイアス電圧を掛けて、ミラー面の初期角度を任意に設定する手法がある。この手法で上記問題は解決されるであろうが、初期位置を保つためのバイアス電流は消費電力をかなり上げることになり、また、ミラー面の初期位置を検出するディテクタ設定の必要も出てくるであろう。
そこで、本発明の実施の形態では、このような方式を採用せずに、ミラー面２０の初期位置が外気温の変化により影響を受けないようにするため、次に示すような構成を採用している。
【００４５】
図１の熱駆動マイクロミラー１０では、第１支持アーム５１は第１アーム部４０１に平行して第２アーム部４０２を有している。第２支持アーム５２は、第１アーム部５０１に平行して第２アーム部５０２を有している。
この第２アーム部４０２の役割は、第１アーム部４０１が外気温の変化によりたわむ際に第１アーム部４０１と同様に同じ方向にたわむことで、意図的に第１アーム部４０１のたわみをキャンセルする。
同様にして、第２アーム部５０２の役割は、第１アーム部５０１が外気温の変化によりたわむ際に第１アーム部５０１と同様に同じ方向にたわむことで第１アーム部５０１のたわみをキャンセルする。
【００４６】
図３は、第１アーム部４０１，５０１と第２アーム部４０２，５０２が共に内部応力の変化あるいは外気温の変化により、Ｔ方向にたわんだ状態の例を示している。
図１と図３に示す第１アーム部４０１，５０１と、第２アーム部４０２，５０２は、共に積層構造を有している。
図４（Ａ）と図４（Ｂ）は、第１アーム部４０１，５０１の積層構造例を示しており、図５は第２アーム部４０２，５０２の積層構造例を示している。
【００４７】
図３を参照すると、第１アーム部４０１の一端部４０１Ａは、固定部４０の電極３１に対して接続されている。第１アーム部４０１の他端部４０１Ｂは、第２アーム部４０２の一端部４０２Ａに接続され、第２アーム部４０２の他端部４０２Ｂはミラー面２０側の端部６１に対して接続されている。
同様にして、第１アーム部５０１の一端部５０１Ａは固定部４０側の電極３２に接続されている。第１アーム部５０１の他端部５０１Ｂは、第２アーム部５０２の一端部５０２Ａに接続され、第２アーム部５０２の他端部５０２Ｂはミラー面２０の端部６２に対して接続されている。
第１アーム部４０１の一端部４０１Ａと、第２アーム部４０２の他端部４０２Ｂと、第１アーム部５０１の一端部５０１Ａと、第２アーム部５０２の他端部５０２Ｂは、ミラー面２０の中心軸ＣＬに対して平行な直線６３の上に位置している。
【００４８】
次に図４を参照して、第１アーム部４０１，５０１の積層構造の例について説明する。
図４は、第１アーム部４０１，５０１の図１におけるＡ−Ａ線における断面構造例である。図５は第２アーム部４０２，５０２の積層構造例を示しており、図５は図１のＢ−Ｂ線における断面構造例である。
図４を参照すると、第１アーム部４０１，５０１は、図４（Ａ）に示す通電していない状態から図４（Ｂ）に示すように通電することによりＲ方向にたわむのである。この第１アーム部４０１，５０１が通電によりＲ方向にたわむことにより、図２に示すように任意の角度θでミラー面２０を傾けることができる。
【００４９】
第１アーム部４０１と第１アーム部５０１は同じ構造を有しており、図１に示すようにそれぞれ固定部４０の電極側であって、ミラー面２０から離れた位置にある。第１アーム部４０１と第１アーム部５０１は、同様の積層構造を有しており、ヒータ層１１０、第１と第２の導電性層１１１、高熱膨張層１１２を有している。
ヒータ層１１０は電気抵抗体であり、たとえばドープドρ−Ｓｉなどの材質を採用することができる。このヒータ層１１０の一方の面１２１には比較的薄い導電性層１１１が形成されている。ヒータ層１１０の他方の面１２２には、絶縁層１２４を介して比較的厚い高熱膨張層１１２が形成されている。
【００５０】
導電性層１１１と高熱膨張層１１２は、電気を通す金属膜、たとえばアルミニウムや金である。導電性層１１１の厚みは高熱膨張層１１２の厚みに比べて薄くなっている。導電性層１１１は、ヒータ層１１０の一方の面１２１のたわみを発生させる領域１３０において、形成されていない部分１３１がある。つまりヒータ層１１０の一方の面１２１の部分１３１には導電性層１１１は形成されておらず、ヒータ層１１０の一方の面１２１が露出している。図１には、ハッチングをしていない部分１３１が、長手方向の軸Ｌ１と長手方向の軸Ｌ２に沿って中央位置Ｐ１を中心にして設けられている。
このような第１支持アーム５１と第２支持アーム５２の積層構造は、部分１３１に対応するたわみを発生させる領域１３０を設けるために形成されている。
【００５１】
絶縁層１２４は、たとえばＳｉ３Ｎ４を採用することができ、ヒータ層１１０と高熱膨張層１１２の間の電気的な絶縁を図っている。
導電性層１１１、高熱膨張層１１２およびヒータ層１１０に通電することにより、アルミニウムの導電性層１１１、高熱膨張層１１２とヒータ層１１０との熱膨張係数（熱膨張率）の違いにより、たわみを発生させる領域１３０が図４（Ｂ）に示すようにＲ方向にたわむのである。導電性層１１１と高熱膨張層１１２のアルミニウムの熱膨張係数は、２．３×１０‐６／Ｋであり、ドープドρ−Ｓｉの熱膨張係数は２．３×１０‐５／Ｋである。この２つの材料で熱膨張係数が１桁違う。第１アーム部４０１と第１アーム部５０１に対する加熱は、ドープドρ−Ｓｉであるヒータ層１１０に対して通電することで行う。
絶縁層１２４の膜厚は、ヒータ層１１０と高熱膨張層１１２の膜厚に比べて十分に薄くする。この理由は次のことによる。絶縁層１２４とヒータ層１１０の熱膨張係数は同程度であり、その両者の合計の膜厚が高熱膨張層１１２と同じくらいだと曲がりが大きくなる。ヒータ部の駆動電圧を低く抑えるためにはヒータの抵抗が低いほうが良く、そのためにはヒータ部の膜厚はできるだけ厚いほうが良いからである。ヒータ層１１０が厚くなれば、絶縁層１２４は薄くする必要がある。また、絶縁層１２４が薄いほうが、熱がすばやく高熱膨張層１１２に伝わる。ただし、この条件は、材料により異なる。
【００５２】
図４（Ｂ）に示すように、通電することで導電性層１１１には電流Ｉ１が流れるので、導電性層１１１を形成されているヒータ層１１０の部分には通電せずに発熱は無く、そのヒータ層１１０の部分は加熱されない。
しかし、導電性層１１１がヒータ層１１０の部分１３１においては付着されていないので、通電することによりたわみを発生させる領域１３０においてヒータ層１１０の部分１３１には電流Ｉ１が流れるので加熱されて、たわみを発生させる領域１３０はＲ方向にたわむ。
図４（Ａ）における部分１３１の中心の長手方向Ｘに関する中心位置Ｐ１は、図１に示すようにミラー面２０の中心軸ＣＬの上にある。
【００５３】
これに対して図５に示す第２アーム部４０２，５０２の積層構造では、図４のたわみを発生させる領域１３０に対応する導電性層１１１が形成されていない部分１３１は存在していない。つまり、ヒータ層１１０の一方の面１２１側には導電性層１１１が全て形成されており、ヒータ層１１０の他方の面１２２側には絶縁層１２４を介して高熱膨張層１１２が全てに形成されている。
図４と図５において、この第２アーム部４０２，５０２においても、高熱膨張層１１２が導電性層１１１に比べて厚く形成されている。この理由としては、高熱膨張層１１２はバイメタル効果をもたらすもので、絶縁層１２４とヒータ層１１０の合計の膜厚と同程度が望ましく、１μｍ程度のオーダーの膜厚である。一方、導電性層１１１は電気を通す目的で、メタルであれば１００ｎｍ程度で十分である。
【００５４】
図６は、図１に示す熱駆動マイクロミラー１０が、電子機器２００に適用されている例を示している。
この電子機器２００は、例えばレーザープリンタであり、レーザー光源２０１から発生するレーザー光Ｌは、熱駆動マイクロミラー１０のミラー面２０の反射位置１００において反射されて、回転ドラム２０３の感光体２０４に対してスキャンすることができる。この場合にはミラー面２０が、中心軸ＣＬを中心にして任意の角度θをつける。
【００５５】
次に、上述した熱駆動マイクロミラー１０において、外気温の変化があっても、この外気温の変化による影響を受けずに熱駆動マイクロミラー１０のミラー面２０の初期角度を保つことについて説明する。
通電することによりたわみを発生する役目を有する第１アーム部４０１，５０１に対して、意図的に第２アーム部４０２，５０２を付加している。これら第２アーム部４０２，５０２は、第１アーム部４０１，５０１が、外気温の変化により曲がるのを防いで、結果としてミラー面２０を初期位置（初期角度）に保持するようにしている。
第１アーム部４０１と第２アーム部４０２が、同様の積層構造を有しており、しかも第１アーム部５０１と第２アーム部５０２は別の同様な積層構造を有している。このように第２アーム部４０２が第１アーム部４０１の外気温の変化によるたわみや残留内部応力によるたわみをキャンセルするために設けられ、第２アーム部５０２は第１アーム部５０１の外気温の変化によるたわみや残留内部応力によるたわみをキャンセルするために設けられている。
【００５６】
第１アーム部４０１，５０１および第２アーム部４０２，５０２が外気温の上昇などにより加熱されると、第１アーム部４０１，５０１と第２アーム部４０２，５０２が、たとえば外気温の上昇により共に加熱されることになる。すなわち第１アーム部４０１と第２アーム部４０２の組と、第１アーム部５０１と第２アーム部５０２の組は、図３に示すように共に同じＴ方向に、たわむことになる。特に、図４と図５に示すように高熱膨張層１１２がヒータ層１１０に比べて熱膨張が大きいので、図３に示すように第１アーム部４０１と第２アーム部４０２の組と、第１アーム部５０１と第２アーム部５０２の組はそれぞれＴ方向にたわむ。
この場合に、特に図３で示したように第１アーム部４０１の一端部４０１Ａと第２アーム部４０２の他端部４０２Ｂと、第１アーム部５０１の一端部５０１Ａと第２アーム部５０２の他端部５０２Ｂが、直線６３に沿った位置にあるので、第１アーム部４０１の外気温の変化によるたわみは、第２アーム部４０２の外気温の変化によるたわみによりキャンセルすることができ、これと同時に第１アーム部５０１の外気温の変化によるたわみは第２アーム部５０２の外気温の変化によるたわみによりキャンセルすることができる。
【００５７】
従って、ミラー面２０の初期角度は、外気温のいかんに関わらずほぼ一定となる。このことは、第１アーム部と第２アーム部を成膜で積層構造に作成する際の内部応力の違いから生じるアームのたわみについても、アーム初期角度を一定に保つ機能を有する。ミラー面２０の一方と他方側にそれぞれある２本のアーム部４０１，４０２とアーム部５０１，５０２の内、片方のアーム部には通電でたわむようにしておけば、通電によりミラー角度に変化をつけることができる。
実際にミラー面２０を図２に示すような任意の角度θで傾ける場合には、電源から第１電極３１と第２電極３２に対して電気を通すことにより、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２が図４（Ｂ）に示すようにＲ方向にたわむことから、ミラー面２０を所定の角度θに傾けることができる。
【００５８】
ところで、図１と図３におけるそれぞれ２本のアーム部のうち、通電でたわむアーム部を固定部４０側、すなわち第１電極３１と第２電極３２側にするのか、あるいはミラー面２０側にするのかのいずれかを採用することができる。
しかし、図１と図３に示すように、第１電極３１に近い側の第１アーム部４０１と、第２電極３２に近い側の第１アーム部５０１が、通電によりたわむアーム構造とするのがより好ましいが、その理由について図７と図８を参照して説明する。
図７は、図１と図３に示すように第１アーム部４０１，５０１が通電でたわむ場合のミラー面２０の回転軸心の移動量Ｇ１を示している。これに対して、図８は、ミラー側の第２アーム部が通電でたわむ形式の場合のミラー面２０の回転軸心の移動量Ｇ２を示している。
すなわち図７では、第１アーム部４０１，５０１が通電によりたわむ構造になっており、図８の例では図８（Ｂ）に示すように第２アーム部４０２，５０２が通電によりたわむ構造になっている。
【００５９】
図７（Ｂ）の好ましい実施の形態では、図７（Ａ）に示すように、外気温の変化または内部応力でのたわみによる曲げ角度を３０°として、通電でのたわみによる曲げ角度を３０°としている。つまり図７（Ａ）では、第１アーム部４０１，５０１は６０°で曲がり、ミラー面２０側の第２アーム部４０２，５０２は３０°で曲がっている。ミラー面２０の角度は３０°である。アーム長とミラー長とも１００とすると、ミラー面２０の回転軸心のずれは１．１８になる。
【００６０】
一方、図８（Ａ）の場合の実施の形態では、外気温の変化または内部応力でのたわみによる曲げ角度を３０°として、通電でのたわみの角度を３０°としている。固定端側の第１アーム部４０１，５０１は、角度３０°で曲がり、通電によりさらにミラー面２０側の第２アーム部４０２，５０２を３０°曲げると、ミラー面２０側の第２アーム部４０２，５０２は角度６０°で曲がる。ミラー面２０の角度は３０°である。その時のミラー面２０の回転軸心のずれは５．６９となっている。
この結果、図８（Ａ）の場合には、図７（Ａ）の場合に比べて、５倍弱のミラー面２０の回転軸心のずれ（移動量）が発生する。このことから、固定部４０側の第１アーム部４０１，５０１が図７（Ｂ）に示すように通電により曲がる形式の方がより良い。
【００６１】
図９は、本発明の熱駆動マイクロミラーの別の実施の形態を示している。
図９に示す熱駆動マイクロミラー１０は、ミラー面４２０、支持アーム構造部４１４、電極部４３０を有している。
ミラー面４２０の構造は、図１に示すミラー面２０の構造とほぼ同じである。固定部４４０についても、図１の固定部４０と同様なものである。
ミラー面４２０は、電極部４３０の１つの電極４３１に対して支持アーム構造部４１４によりいわゆる片持ち梁方式で支持されている。支持アーム構造部４１４は１つの支持アーム４５１を有している。支持アーム４５１は、図９の図示例では、通電によりたわむ２つの第１アーム部４０１と通電によるたわみが生じない２つの第２アーム部４０２を有しており、第１アーム部４０１と第２アーム部４０２は、交互に接続されている。
【００６２】
図９に示すように第１アーム部４０１は、固定部４４０の電極４３１に近い位置に位置するものと、２つの第２アーム部４０２，４０２に挟まれたものがある。いずれにしても通電によりたわむ第１アーム部４０１は、固定部４４０の電極４３１から数えて奇数番目の位置に位置しており、第２アーム部４０２は電極４３１から数えて偶数番目の位置に位置している。
この第１アーム部４０１と第２アーム部４０２の組は、図９の例では２組設けられているが、これに限らず３組以上であっても勿論構わない。このように第１アーム部と第２アーム部の本数が増えてくることにより、外気温の変化や内部応力に対してより影響を受けないようにすることができる。
そして、ミラー面に角度をつけた場合のミラー面の回転軸心の変化が少ないようにするには、図９の例では、奇数位置Ｅ１とＥ３にある第１アーム部４０１のいずれか一方もしくは両方が通電により曲がるようにしておくのが望ましい。
【００６３】
図１の実施の形態では、ミラー面２０は、その両側に位置する第１支持アーム５１と第２支持アーム５２により、左右対称の形で回転できるように支持されている。このような形態を採用することにより、ミラー面２０は安定して回転できる。
しかし図９に示すように片持ち形式でミラー面４２０を固定部４４０に対して支持アーム構造部３１４を用いて支持したとしても、十分にミラー面４２０が幾何学的なミラー面の中心軸ＣＬ、すなわちミラー面４２０のほぼ回転軸心を中心として回転することができる。
本発明の実施の形態では、支持アームにおいて、加熱してたわみを発生させる領域１３０を特定するために、そのたわみを発生させる領域１３０には、導電性層１１１を形成しないようにしておく。そしてたわみを発生させたくない部分には、金属膜である導電性層１１１を形成している。
図９に示す複数組の第１アーム部と第２アーム部は、図１のミラー面２０の両側にそれぞれ設けてもよい。
【００６４】
図１に示す第１支持アーム５１と第２支持アーム５２および図５に示す支持アーム４５１の積層構造は、アルミニウムなどの導電性層と絶縁材であるヒータ層の２層構造にして、導電性層に通電することでヒータ層全体において発熱させるようにしても勿論構わない。
また図１の第１支持アーム５１と第２支持アーム５２および図９の支持アーム４５１は、形状記憶合金やクロムなどにより積層構造にして、これに対して電気を通すことにより上述したような図１と図９に示す支持アームを曲げたり伸ばしたりすることも勿論できる。たとえば、クロムとＮｉＴｉ合金の積層構造を採用することにより、まっすぐにした状態で形状を記憶させて、常温時には膨張率の違いから支持アームが曲がり、通電して発熱するとまっすぐになるようなものを採用しても良い。
【００６５】
本発明の実施の形態の熱駆動マイクロミラーを用いることにより、ミラー面の回転時における回転軸心の移動が少なくあるいは移動が無く、レーザー光のような光が反射する反射位置の移動がほとんど無いかあるいは全く無い。このことから、このような熱駆動マイクロミラーは、各種の光学系、たとえばレーザープリンタやレーザースキャナのような光スキャナ、あるいはその他の電子機器に組み込むことが容易になる。
【００６６】
本発明の熱駆動マイクロミラーは、熱駆動アームとも呼んでいる支持アーム構造部の支持アームに対して電気を通すことにより発熱させて、バイメタルのように支持アームを曲げている。これによってその支持アームに支持されているミラー面の角度が任意に変化でき、この際のミラー面の回転軸心の移動がほとんど無いかあるいは全く無く、光学系の構成が単純になる。そしてミラー面の回転軸心の移動が少ないかあるいは全く無いので、レーザー光のような光が欠けないように従来ではミラー面のサイズを大きくしていたが、本発明の実施の形態ではそのようなミラー面のサイズを大きくする必要が無くなり、熱駆動マイクロミラーのサイズを小さくできる。
本発明の熱駆動マイクロミラーであるがミラー面の回転軸心の移動が少なく、熱駆動マイクロミラーは光学系を組み易い。通電によりたわむアーム部に対して、通電によりたわまないアーム部を付加することで、外気温の変化に対しても、ミラーの角度変化が少なく、熱駆動マイクロミラーにおける成膜時の膜材料の内部応力のいかんに関わらず、熱駆動方式のアーム部の傾きがキャンセルされる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ミラー面の回転軸心をずれないようにしてミラー面における光の反射位置の移動を防いでミラー面の小型化を図れ、外気温が変化してもミラー面の角度の変化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱駆動マイクロミラーの好ましい実施の形態を示す平面図。
【図２】熱駆動マイクロミラーのミラー面が任意の角度θ傾いた状態を示す図。
【図３】ミラー面の初期角度が、外気温の変化などにより影響されない様子を示す図。
【図４】図１の第１アーム部のＡ−Ａ線における断面積層構造例を示す図。
【図５】図１における第２アーム部のＢ−Ｂ線における断面積層構造例を示す図。
【図６】本発明の熱駆動マイクロミラーが電子機器に適用されている例を示す図。
【図７】固定端側の第１アーム部が通電でたわむ場合のミラー面の回転軸心の移動量を示す図。
【図８】ミラー面側の第２アーム部が通電によりたわむ場合のミラー面の回転軸心の移動量を示す図。
【図９】本発明の熱駆動マイクロミラーの別の実施の形態を示す図。
【図１０】従来の熱駆動マイクロミラーを示す図。
【図１１】図６の従来の熱駆動マイクロミラーのミラー面を傾けた状態を示す図。
【図１２】従来のミラー面の回転軸心が移動する例と、回転軸心が移動しない例を示す図。
【図１３】従来の熱駆動マイクロミラーの別の例を示す図。
【符号の説明】
１０，３１０・・・熱駆動マイクロミラー、２０・・・ミラー面、１４・・・支持アーム構造部、３０・・・電極部、３１・・・第１電極、３２・・・第２電極、４０・・・固定部、５１・・・第１支持アーム、５２・・・第２支持アーム、４０１，５０１・・・第１アーム部、４０２，５０２・・・第２アーム部、ＣＬ・・・ミラー面の中心軸（回転中心軸、回転軸心に一致もしくはほぼ一致）、Ｌ・・・レーザー光、ＬＬ・・・長手方向の中央軸、Ｌ１，Ｌ２・・・支持アームの長手方向の軸、Ｐ１，Ｐ２・・・第１支持アームと第２支持アームの長手方向の軸の中心位置、θ・・・ミラー面の角度
Claims (10)
- ミラー面と前記ミラー面を支持し積層構造を有する支持アーム構造部を備え、前記支持アーム構造部に電気を通して発熱させて前記積層構造における熱膨張係数の違いから前記支持アーム構造部をたわませることで前記ミラー面に角度をつける熱駆動マイクロミラーにおいて、
前記支持アーム構造部は、前記ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されており、
前記支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、前記第１アーム部と平行に配列されて電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により前記第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで前記第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルするための第２アーム部を有し、
前記第１アーム部の長手方向の軸と前記第２アーム部の長手方向の軸が、前記ミラー面の中心軸に対して垂直であり、
前記第１アーム部の前記長手方向の中心位置と前記第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼ前記ミラー面の前記中心軸の上に位置していることを特徴とする熱駆動マイクロミラー。 - 前記第１アーム部の一端部は固定側の前記電極部に接続され、前記第１アーム部の他端部は前記第２アーム部の一端部に接続され、前記第２アーム部の他端部は前記ミラー面側の端部に接続され、前記第１アーム部の一端部と前記第２アーム部の他端部は、前記ミラー面の中心軸と平行な線上に位置している請求項１に記載の熱駆動マイクロミラー。
- 前記支持アーム構造部は、前記ミラー面の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部にそれぞれ対称形に配置されている請求項２に記載の熱駆動マイクロミラー。
- 前記第１アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面に積層されており、電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層と、導電性層とは反対の面に高熱膨張層を有し、前記ヒータ層は前記一方の面での前記導電性層の形成されていない部位において発熱して、前記第１アーム部がたわむ構成であり、
前記第２アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面で前記第１アームの導電性層と同じ側の面に導電性層、他方の面に高熱膨張層が積層されており電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層を有する請求項２に記載の熱駆動マイクロミラー。 - 前記第１アーム部と前記第２アーム部の組は、複数配置されており、固定側の前記電極部からみて奇数番目の位置にあるのが電気を通すとたわむ前記第１アーム部であり、固定側の前記電極部からみて偶数番目の位置にあるのが電気を通してもたわまない前記第２アーム部である請求項４に記載の熱駆動マイクロミラー。
- ミラー面と前記ミラー面を支持し積層構造を有する支持アーム構造部を備え、前記支持アーム構造部に電気を通して発熱させて前記積層構造における熱膨張係数の違いから前記支持アーム構造部をたわませることで前記ミラー面に角度をつける熱駆動マイクロミラーを有する電子機器において、
前記熱駆動マイクロミラーの前記支持アーム構造部は、前記ミラー面と電気を通すための固定側の電極部との間に形成されており、
前記支持アーム構造部は、電気を通すことによりたわむ第１アーム部と、前記第１アーム部と平行に配列されて電気を通してもたわまずに外気温の変化や残留内部応力により前記第１アーム部と共に同じ方向にたわむことで前記第１アーム部の外気温の変化や残留内部応力によるたわみをキャンセルするための第２アーム部を有し、
前記第１アーム部の長手方向の軸と前記第２アーム部の長手方向の軸が、前記ミラー面の中心軸に対して垂直であり、
前記第１アーム部の前記長手方向の中心位置と前記第２アーム部の長手方向の中心位置が、ほぼ前記ミラー面の前記中心軸の上に位置していることを特徴とする電子機器。 - 前記第１アーム部の一端部は固定側の前記電極部に接続され、前記第１アーム部の他端部は前記第２アーム部の一端部に接続され、前記第２アーム部の他端部は前記ミラー面側の端部に接続されて、前記第１アーム部の一端部と前記第２アーム部の他端部は、前記ミラー面の中心軸と平行な線上に位置している請求項６に記載の電子機器。
- 前記第１アーム部と前記第２アーム部は、前記ミラー面の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部にそれぞれ対称形に配置されている請求項７に記載の電子機器。
- 前記第１アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面に積層されており、電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層と、導電性層とは反対の面に高熱膨張層を有し、前記ヒータ層は前記一方の面での前記導電性層の形成されていない部位において発熱して、前記第１アーム部がたわむ構成であり、
前記第２アーム部は、ヒータ層と、前記ヒータ層の一方の面で前記第１アームの導電性層と同じ側の面に導電性層、他方の面に高熱膨張層が積層されており電気をその層に通しやすくすることで前記ヒータ層の発熱を防ぐ導電性層を有する請求項７に記載の電子機器。 - 前記第１アーム部と前記第２アーム部の組は、複数配置されており、固定側の前記電極部からみて奇数番目の位置にあるのが電気を通すとたわむ前記第１アーム部であり、固定側の前記電極部からみて偶数番目の位置にあるのが電気を通してもたわまない前記第２アーム部である請求項９に記載の電子機器。
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