JP2005326782A - 光偏向装置および光偏向装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの偏向角を剛性部材の弾性限界や破壊限界に依存することなく自由に設定する。
【解決手段】板状部材１０６の回転中心軸に対して左右対称に、電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｄを配置し、電極１０３ａに電位Ｖ１、１０３ｂにＶ２、１０３ｄにＶ３を印加すると、板状部材１０６はフローティング電位Ｖｍとなる。電極１０３ａ、１０３ｄと板状部材間の電位差が板状部材の駆動電圧となり、電極１０３ａと電極１０３ｄの電位を変化させて、光反射領域を有する板状部材１０６の傾斜方向を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光に対する出射光の方向を変える光偏向装置および光偏向装置の駆動方法に関し、例えば、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置、投影プロジェクターやデジタルシアターシステム等の投影型画像映像表示装置に好適な技術に関する。

静電力を利用した光スイッチデバイスとしては、片持ち梁を静電力で撓ませて光の反射方向を変えてスイッチするデバイス及びそれを用いた光偏向システムが、K.E.Petersenにより１９７７年に発表されている（非特許文献１、特許文献１、２を参照）。またD.M.Bloomらが、回折格子を静電力で駆動して光スイッチする素子を発表している（非特許文献２を参照）。

さらに、光偏向システムを用いた画像装置としては、チボーらが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を一次元または二次元に配置したものを提案している（特許文献３を参照）。

さらに、上記デジタルマイクロミラーデバイスの素子構造として、L.J.Hornbeckが、ねじり梁型やカンチレバー梁型のデジタルマイクロミラーデバイスを発表している（非特許文献３を参照）。L.J.Hornbeckが発表したねじり梁型やカンチレバー型のデジタルマイクロミラーデバイスは、本発明と同様、ミラー部は傾斜されて用いられるが、本発明の光偏向装置と異なり、ミラー部は少なくとも一箇所以上の固定端を有している構造となっている。

また、ゲルバートにより、両端固定型の梁を円筒状に撓み変形させて、高速に光偏向を行う素子が提案されている（特許文献４を参照）。

また、静電誘導方式でかつ剛性とのバランスでミラー位置を決める方式でない構造として、一部が絶縁物で囲まれた空間に、ミラーと距離をおいて上面を覆う透明電極と、さらにミラーの反対側に距離をおいて第２、第３の電極とを設け、透明電極と第２，第３の電極に電圧を印加し、ミラーの傾斜方向を変え、光を偏向する方式もある（例えば、特許文献５を参照）。

Applied Physics Letters,Vol.31,No.8,pp521〜pp523 Optics Letters,Vol.7,No.9,pp688〜pp690 Proc.SPIEVol.1150,pp.86-102(1989) 特許第２９４１９５２号公報 特許第３０１６８７１号公報 特開平６−１３８４０３号公報 特開２０００−２８４２号公報 特許第３４１１０１４号公報

上記した片持ち梁を利用した光スイッチやカンチレバー梁型のデジタルマイクロミラーデバイスは、梁の安定性の確保が難しく、かつ応答速度も速くできない欠点があり、また、ねじり梁型のデジタルマイクロミラーデバイスは、ヒンジ部（ねじり梁）の機械的強度が長期使用時に劣化する欠点がある。また、特許文献１、２に示される光スイッチ素子は、入射光の波長が制限されるという欠点があり、特許文献４に開示されている素子、すなわち平行な空隙を電極間に有しその静電引力により両端固定梁を円筒状に撓ませる素子は、高速に変形することが可能で応答速度を速くできる利点があるが、両端が固定されているため、駆動電圧が片持ち梁型やカンチレバー梁型やねじり梁型のデバイスに比べ、低くできない欠点がある。

上記従来技術に開示されている光スイッチは、（ａ）捻り梁型、（ｂ）カンチレバー型、（ｃ）両端固定梁型の何れかの型である。これら従来の光スイッチは２〜３個の電極を具備し、平面で対向する電極間に異なる電位を印加して静電引力を作用させ、ミラー面を変位させ光偏向動作を行うデバイスである。それに対し、本発明の光偏向装置は、複数の電極（代表的には４個の電極）が同一平面上に形成され、それと対向して電気的に浮いている導電体層を有する板状部材が構成され、隣接する電極間に異なる電位を印加することにより、電気的に浮いている板状部材が任意の電位となり、該板状部材に静電引力が作用し、ミラー面を有する板状部材が支点部材を中心に傾斜変位し光偏向動作を行うデバイスである。

さらに、支点部材近傍の電極と板状部材間の静電容量を他の電極と板状部材間の静電容量より大きくする構造にする。例えば、板状部材の回転中心に対し、最外の電極から電極Ａ、中央の支点近傍の電極を電極Ｂ、電極Ａの反対側の最外電極を電極Ｄとする。電極Ｂと板状部材との距離を板状部材と電極Ａや電極Ｄとの距離より短くし、電極Ｂと板状部材間の静電容量を電極Ａや電極Ｄと板状部材との静電容量より大きくする。そうすると、板状部材の電位を支点近傍の電極に近づけることができる。板状部材が電極Ａ側に傾いているとする。電極Ａに０Ｖ、電極Ｂに０Ｖ、電極ＤにＥ（Ｖ）を印加したとすると、静電力で板状部材は電極Ｄ側に傾斜していく。電極Ｄと板状部材の静電容量が増加するが、電極Ｂと板状部材間の静電容量がより大きいので電極Ｄと板状部材の静電容量の板状部材の電位に対する寄与は小さく、電極Ｄに印加した電圧が駆動する電圧に近く、効率良く板状部材を駆動できる。

加えて、光偏向装置の駆動動作は通常、駆動電圧でミラーが定められた範囲で移動して光の反射方向を偏向し、電圧を戻すとミラーが元の位置に剛性により復元する。このため、ミラーが外れないように移動位置を限定するため、固定端に剛性を持つ部材で固定している。このような剛性を利用しているため、駆動速度を向上する場合は剛性を大きく設定するため、駆動電圧も増加してしまうという問題がある。また、剛性部材には弾性限界、破壊限界があり、移動範囲にも制限がある。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、ミラーが剛性を利用しないため、偏向角を剛性部材の弾性限界や破壊限界に依存せずに自由に設定できる光偏向装置および光偏向装置の駆動方法を提供することにある。

本発明の光偏向装置は、複数の電極によるミラーで静電誘導により生じた電荷と電極間の静電力でミラーを移動する構成を採り、剛性を利用しないため、偏向角が剛性部材の弾性限界や破壊限界に依存せず、自由に設定できる特徴がある。

本発明は、光反射領域を有する部材が静電引力で変位することにより、該光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて偏向される光偏向装置であって、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有し、前記複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は固定端を持たず、上面に前記光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有する光偏向装置において、前記複数の電極の内、主として支点部材近傍の電極により前記板状部材に静電誘導を生じ、板状部材電位を決めることを最も主要な特徴とする。

本発明（請求項１）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定まり、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。

本発明（請求項２）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定まり、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。支点部材近傍の電極が支点に近いほど傾斜方向によらず板状部材との距離が小さく、板状部材の電位変動をより抑制できる。

本発明（請求項３）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定まり、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。電極数３の場合が最小の電極数で板状部材の電位変動を抑制できる。板状部材の回転軸に対し、電極が対称に配置されるので双安定の両方向に対し、同じ値の電位で制御できる。

本発明（請求項４）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定まり、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。支点近傍に２つの電極を設け、板状部材を支点部材側に静電力で引き付けることができ、本装置を地表から傾けることや逆さにすることによる板状部材の影響を排除できる。

本発明（請求項５）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定り、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。支点近傍に２つの電極を設け、板状部材を支点部材側に静電力で引き付けることができ、本装置を地表から傾けることや逆さにすることにる板状部材の影響を排除できる。板状部材と支点近傍の２電極の静電容量を傾斜角によらず同じにでき、電位を与えやすい。

本発明（請求項６）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定まり、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。支点近傍の電極と板状部材の静電容量を大きくすることができ、板状部材の電位がより安定する。

本発明（請求項７）では、反射領域を有する板状部材が剛性復元力を持たず、規制部材の規定する範囲で移動し、かつ支点部材により板状部材の傾斜角が定まり、支点近傍の電極で板状部材の電位変動を抑制し、板状部材に安定した駆動電位差を与えることができ、低い電圧で板状部材を傾斜して光を偏向できる。支点近傍の電極と板状部材の静電容量を大きくすることができ、板状部材の電位がより安定する。

本発明（請求項８）では、板状部材の傾斜方向の回転中心に最外の電極を延長したことで、最大傾斜角の状態から反対側に傾斜させる静電力を増加できる。

本発明（請求項９）では、電極上に絶縁膜を省くことができ、製造工程を簡素化できる。

本発明（請求項１０、１１）では、板状部材が駆動時に飛び出さないようにできる。

本発明（請求項１２）では、板状部材の電位の変動を抑制でき、かつ支点近傍の電極には駆動用能動素子が不用になる。

本発明（請求項１３）では、板状部材の電位変動を抑制でき、板状部材を支点部材側に引き付けることができ、かつ支点近傍の電極には駆動用能動素子が不用になる。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る光偏向装置の構成を示す。図１（ａ）は、板状部材をはずし電極を現した電極構成図、（ｂ）は光偏向装置の平面図、（ｃ）は光偏向装置のＡ−Ｂ断面図である。

図１（ａ）、（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１上に酸化膜１０２を形成して絶縁し、かつ同時に支点部材１０５を作製し、複数の電極、例えば電極１０３（図１（ａ）を参照）を設け、酸化膜１０４など絶縁膜で覆う。支点部材１０５が支点となり、導電性の板状部材１０６をシーソーのように回転移動できる位置に配置する。例えば、規制部材１０８を板状部材１０６の各コーナーに配置し、板状部材１０６が飛び出さないように移動範囲を規制する。

電極群を回転方向の板状部材１０６の線対称な線に対しおおむね一列に電極Ａ（１０３ａ），電極Ｂ（１０３ｂ），電極Ｄ（１０３ｄ）と配置する。双安定での駆動電圧を同じ値にでき、駆動回路を構成し易い。電極Ｂは板状部材１０６により接近させ配置する。板状部材１０６と電極Ｂ間の静電容量は電極Ａや電極Ｄと板状部材間の最大静電容量より大きいことが好ましい。

電極Ａと板状部材間静電容量をＣ１，電極Ｂと板状部材間静電容量をＣ２，電極Ｄと板状部材間静電容量をＣ４とする。静電容量は電極間距離に反比例する。

例えば、板状部材長を１５μｍ、傾斜角を１０°とすると、電極Ａや電極Ｄと板状部材の最も接近する平均距離は０．６５μｍとなる。これを概算の静電容量計算に用いることにする。電極Ａや電極Ｄと板状部材の距離を例えば０．６５μｍとすると、電極Ｂと板状部材との距離は０．１５から０．１μｍ程度に設定できる。同じ面積なら、４倍から６倍の静電容量が得られる。

電極の面積が電極Ａや電極Ｄの方が電極Ｂより二倍程度大きくとも板状部材と電極との距離では電極Ｂが４倍から６倍電極Ａや電極Ｄより短いのでＣ２はＣ１やＣ４より２倍から３倍程度大きくすることが可能である。

板状部材のフローティング電位Ｖｍは、次式で求められる（フローティング電位については、後述する図３（ｅ）を参照）。
Ｖｍ＝（Ｃ１Ｖ１＋Ｃ２Ｖ２＋Ｃ４Ｖ４）／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ４）
電極Ａや電極Ｄと板状部材間の電位差が板状部材の駆動電圧となる。板状部材が電極Ａ側に傾いている場合は、電極Ａと板状部材間の静電容量Ｃ１が大きく、電極Ｄと板状部材間の静電容量Ｃ４は小さい。例えば駆動電圧として電極Ａに０Ｖ、電極Ｂに０Ｖ、電極Ｄに１０Ｖを印加した場合、上式により板状部材のフローティング電圧は、Ｖｍ＝Ｖ４・（Ｃ４／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ４））
となり、Ｃ４／（Ｃ２＋Ｃ４）が小さいほどＶｍは０Ｖに近くなる。板状部材が電極Ｄ側に傾いて行く場合でも板状部材の電位は０Ｖに近くなり、電極Ｄと板状部材間の電圧がＶ４すなわち１０Ｖ近くに維持でき駆動電位差を充分、得ることができる。板状部材が電極Ｄ側に傾いている場合は、電極Ａに１０Ｖ，電極Ｂに０Ｖ，電極Ｄに０Ｖ加えると、板状部材には電極Ａ側に傾く静電力が発生する。板状部材が電極Ａに傾き、Ｃ１が増加してもＣ２が大きいので同様に、板状部材にはＶ１つまり１０Ｖの大部分が働き、駆動に充分な静電力が得られる。

このようにして、電極Ａと電極Ｄの２電極の電位を変化させて、光反射領域を有する板状部材の傾斜方向を制御し、光を偏向することができる。

もしＣ２がＣ１やＣ４に比べ小さい場合はＶｍはＣ１の増加で増大することになる。電極Ａから電極Ｄ側に傾き出したときにＶｍが大きくなっていくと、電極Ａの電位Ｖ１とＶｍに差が生じ板状部材が電極Ａ側に引き戻す静電力が生じ始める。距離は電極Ａと板状部材が近いので電極Ｄが板状部材を引く静電力に影響を与える。最悪の場合は電極Ｄ側に引く力を超え電極Ａ側に引かれ傾斜変位が出来なくなる。また、電極Ｄ側に近づきつつある場合でもＶｍがＶ４に近くなり、駆動電位差が減少し駆動静電力が低下することになる。

図２は、本発明の実施例２に係る光偏向装置の構成を示す。実施例２では、さらに支点部材近傍の電極を板状部材の傾斜方向に垂直に電極Ｂ（１０３ｂ），電極Ｃ（１０３ｃ）に分割した形状について説明する。

図２の構造は図１と同様に、（ａ）は板状部材をはずし電極を現した図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はＡ−Ｂ断面図である。（ａ）、（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１上に酸化膜１０２を形成して絶縁しかつ同時に支点部材１０５を作製し、複数の電極例えば電極Ａ１０３ａ，電極Ｂ１０３ｂ，電極Ｃ１０３ｃ，電極Ｄ１０３ｄ（図２（ａ）を参照）を設け、酸化膜１０４など絶縁膜で覆う。支点部材１０５が支点となり導電性の板状部材１０６をシーソーのように回転移動できる位置に配置する。電極群を回転方向の板状部材の線対称な線に対しおおむね一列に電極Ａ１０３ａ，電極Ｂ１０３ｂ，電極Ｃ１０３ｃ，電極Ｄ１０３ｄと配置する。また、板状部材の回転軸に対し電極群を対称に配置する。板状部材の回転軸に垂直な板状部材の対称線に対し複数の電極の面積が対称に配置する。また、電極Ｂや電極Ｃと板状部材の距離を電極Ａや電極Ｄと板状部材との距離より短くする構造としている。

例えば電極Ａや電極Ｄと板状部材との平均距離を例えば０．６５μｍとすると、電極Ｂや電極Ｃと板状部材との距離は例えば０．１５から０．１μｍ程度に設定できる。電極Ｂや電極Ｃと板状部材との静電容量は電極Ａや電極Ｄと板状部材との静電容量に比較し２倍から３倍程度の静電容量が得られる（電極Ａ，電極Ｄと電極Ｂ，電極Ｃの面積比は１／２であるが、板状部材との距離が短いので静電容量は大きくなる。静電容量は電極間の距離の逆数に比例するためである）。

この場合の板状部材のフローティング電位は次式で表される。
Ｖｍ＝（Ｃ１Ｖ１＋Ｃ２Ｖ２＋Ｃ３Ｖ３＋Ｃ４Ｖ４）／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４）
電極Ａと板状部材の間の容量をＣ１，電極Ｂと板状部材間の容量をＣ２，電極Ｃと板状部材間の容量をＣ３，電極Ｄと板状部材間の容量をＣ４とする。また電極Ａの電位をＶ１，電極Ｂの電位をＶ２，電極Ｃの電位をＶ３，電極Ｄの電位をＶ４とする。

板状部材はＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の静電容量を介してのみ電源に接続されており、直接どの電位にも固定されておらず、板状部材の電位Ｖｍは浮いている状態である。各電極電位と各静電容量に対し上記した式（電磁気学の一般的なコンデンサの計算から求められる）のように決まる電位Ｖｍをフローティング電位と呼び、図３（ｅ）の等価回路から算出した。

図３は、傾きの状態（ａ），（ｂ），（ｃ）を示し、以下、本発明装置の動作を説明する。なお、（ｄ）は、傾きの状態（ａ）で各電極に印加する電位を示す。
（ａ）のように板状部材は電極Ａ側に傾いているとする。板状部材の電位Ｖｍは次式で表される。Ｖ２とＶ３に極性の異なる同電位Ｅ例えば、Ｖ２＝１０Ｖ，Ｖ３＝−１０Ｖを与え、さらにＶ１＝０Ｖとする場合は、
Ｖｍ＝Ｃ４Ｖ４／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４）
となる。
（ｂ）板状部材が電極Ｄ側に傾きつつある場合は、Ｃ１は減少していくので影響がすくない。特にこの場合、Ｖ１＝０ＶであるのでＣ１Ｖ１は０である。Ｃ４は増加するが、電極Ａや電極Ｄと板状部材の距離より電極Ｂや電極Ｃの距離が明らかに小さく、Ｃ２，Ｃ３がＣ１，Ｃ４より大きい。ＶｍはＶ４の数分の１程度である。
（ｃ）板状部材が電極Ｄに接近した状態で、Ｃ４は最大に近くなっている。しかし、前実施例と同様にＣ２とＣ３の和の方がＣ４より数倍大きくでき、Ｖｍの大きさは数分の一と小さくなる。Ｃ２，Ｃ３がＣ４より大きいほど小さくなり、このため、電極Ｄと板状部材間の電位差は
Ｖ４・（１−Ｃ４／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４））
となりＶ４に近い値を維持できる。

このようにして、板状部材と駆動電極間の電位差つまり駆動電圧が偏向角に影響されにくい特徴がある。Ｖ４により充分な板状部材駆動力が得られる。

また、板状部材が電極Ｄ側に傾いている場合は、同様にＶ１が駆動電位となる。この場合もＣ２，Ｃ３がＣ１より大きく、板状部材が電極Ａ側に傾斜していき、Ｃ１が増加しても、Ｖｍに対する影響は小さく、Ｖ１の大部分が駆動電位として働く。このようにして、板状部材が傾き入射光が偏向される。さらに、Ｖ２とＶ３を固定電圧Ｅとすることが可能で駆動能動素子により駆動する必要は必ずしもない。電極Ｂと電極Ｃに電位差を与えることで電極Ｂや電極Ｃと板状部材の間に静電力が生じ、本デバイスを地表に対し垂直や逆さに配置しても板状部材の支持部材に対し接触させることができる特徴がある。このようにして、電極Ａと電極Ｄの２電極の電位を変化させて、光反射領域を有する板状部材を傾斜方向に対し制御し、光を偏向することができる。板状部材の回転軸に垂直な板状部材の対称線に対し複数の電極の面積が対称に配置したことで例えば電極Ｂと電極Ｃには極性の異なる同電位を与えることが可能になり、駆動電源が構成しやすい。

図４、５を参照して本発明の製造工程を説明する。図は、板状部材の寸法１５μｍ角、厚さ０．１μｍ、傾斜角１０°の例を示す。
（ａ）Ｓｉウエハを基板１０１とする場合を例として説明する。酸化して１．７μｍの酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。または、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスのＣＶＤ法でＳｉＯ２を形成する。有機レジストを用い階調をもつフォトマスクでフォトリソグラフィによりマスクを形成し、Ｃ４Ｆ８ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりＳｉＯ２を１．５μｍエッチングして、支点部材となる突起１０５を形成する。他の残ったＳｉＯ２は絶縁膜１０２となる。
（ｂ）電極１０３となるＴｉＮ膜をスパッタ法で１５０ｎｍ成膜し、有機レジストを用いフォトリソグラフィでパターンニングする。Ｃｌ２ガスによるＲＩＥでエッチングし、電極を形成する。ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスによるプラズマＣＤＶ法により、保護絶縁膜１０４を２５０ｎｍ成膜する。
（ｃ）ＳｉＨ４の熱ＣＶＤ法で犠牲層となるｐｏｌｙ−Ｓｉを３．０μｍ成膜する。ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、平坦化する。
（ｄ）板状部材１０６となる金属膜、例えばＡｌやＡｌ−Ｔｉ合金やＣｒなどを１００ｎｍ成膜する。フォトリソグラフィ後、Ｃｌ２のＲＩＥでエッチングしパターンニングする。これにより板状部材形状を形成することができる。
（ｅ）アモルファスＳｉをＳｉＨ４とＨ２の混合ガスのプラズマＣＶＤ法で２００ｎｍ成膜する。
（ｆ）ｐｏｌｙ−ＳｉとアモルファスＳｉをフォトリソグラフィとＳＦ６とＯ２の混合ガスのＲＩＥでパターンニングする。
（ｇ）規制部材１０８となる部材、例えば酸化膜ＳｉＯ２をＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスの熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法で５００ｎｍ成膜する。フォトリソグラフィとＣＦ４とＨ２の混合ガスのＲＩＥでエッチングする。これにより規制部材のパターンが形成される。
（ｈ）犠牲層であるｐｏｌｙＳｉとアモルファスＳｉをＴＭＡＨ（トリメチル・アンモニューム・ハイドレイド）でエッチングする。これにより板状部材が自由になり、支点部材にシーソ状に横たわるようになる。

図６は、本発明の実施例３に係る光偏向装置の構成を示す。実施例３では、板状部材の傾斜方向に対し最外の電極を板状部材の支点近傍に伸ばした構造を示す。

図６は、実施例３の断面図（ａ）と平面図（ｂ）を示す。シリコン基板１０１上に酸化膜１０２を形成して絶縁しかつ同時に支点部材１０５を作製し、複数の電極例えば電極１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ（図６（ｂ）を参照）を設ける。支点部材１０５が支点となり、絶縁膜１０７と導電性部材が積層された板状部材１０６をシーソーのように回転移動できる位置に配置する。

板状部材の傾斜方向に対し最外の電極ここでは電極Ａ１０３ａ，電極Ｄ１０３ｄが対応し、電極Ａ１０３ａと電極Ｄ１０３ｄを支点近傍まで伸ばした構造になっている。また、支点近傍の電極Ｂ１０３ｂや電極Ｃ１０３ｃを傾斜方向の外側に広げることで、面積の減少を防止している。例えば板状部材が電極Ａ側に傾いているとする。電極Ａや電極Ｄが支点近傍まで延長されたことで、板状部材を電極Ｄによる静電力で引く場合に、延長部分が電極Ｄ側に傾斜角が小さいときに対向する距離が短い部分が多くなり、静電力をより大きくすることができる。つまり、より駆動電圧を低減できる。

図７は、本発明の実施例４に係る、軸受け型規制部材の例を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）はミラーなしの電極構成図、（ｃ）はＡ−Ｂ断面、（ｄ）はミラー平面図、（ｅ）はＣ−Ｄ断面、（ｆ）はＹ−Ｚ断面を示す。

シリコン基板１０１上に酸化膜１０２を形成して絶縁しかつ同時に支点部材１０５を作製し、複数の電極例えば電極１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ（板状部材なし電極構成図（ｂ）を参照）を設ける。支点部材１０５が支点となり板状部材１０６をシーソーのように回転移動できる位置に配置する。規制部材１０８は板状部材の軸部材１０６ｂの軸受けとして働く。これにより、板状部材は回転の自由度を持ち、かつ飛び出しが防止される。

図８は、本発明の実施例５の構成を示す。実施例５では、板状部材を絶縁膜と導体膜の積層にし、電極上の絶縁膜を省いた場合の構造を示す。絶縁膜を板状部材に設けたことで、電極上の絶縁膜が不用になり工程が簡素化できる。フォトマスクを１工程省くことが可能であり、コストを低減できる。

シリコン基板１０１上に酸化膜１０２を形成して絶縁しかつ同時に支点部材１０５を作製し、複数の電極例えば電極１０３（板状部材なし電極構成図（ｂ）を参照）を設ける。支点部材１０５が支点となり絶縁膜１０７と導電性部材が積層された板状部材１０６をシーソーのように回転移動できる位置に配置する。電極と板状部材の導電性部分とは板状部材の絶縁膜が絶縁する構造となっている。

図４（ｄ）に示す製造方法において、次のように行う以外は同様に製作できる。例えば絶縁膜としてＳｉ窒化膜をＳｉＨ４とＮＨ３の混合がガスによる熱ＣＶＤ法で１００ｎｍ成膜し、次に導電性膜である金属例えばＡｌやＡｌ−Ｔｉ合金やＣｒなどを１００ｎｍスパッタ法で成膜する。フォトリソグラフィ後Ｃｌ２のＲＩＥで金属膜をエッチングする。ＣＦ４とＨ２の混合ガスのＲＩＥでＳｉ窒化膜をエッチングする。

本発明の実施例１の構成を示す。 本発明の実施例２の構成を示す。 実施例２の動作を説明する図である。 本発明の製造工程を説明する図である。 図４の続きである。 本発明の実施例３の構成を示す。 本発明の実施例４の構成を示す。 本発明の実施例５の構成を示す。

符号の説明

１０１ シリコン基板
１０２、１０４ 酸化膜
１０３ 電極
１０５ 支点部材
１０６ 板状部材
１０８ 規制部材

Claims (13)

1. 光反射領域を有する部材が静電引力で変位することにより、該光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて偏向される光偏向装置であって、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有し、前記複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は固定端を持たず、上面に前記光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有する光偏向装置において、前記複数の電極の内、主として支点部材近傍の電極により前記板状部材に静電誘導を生じ、板状部材電位を決めることを特徴とする光偏向装置。
2. 前記支点は、板状部材に静電誘導を生ずる前記電極上または前記電極で囲まれた頂部であることを特徴とする請求項１記載の光偏向装置。
3. 前記支点部材近傍の電極を中心とし、板状部材の回転中心軸に対して最外の２つの電極が対称に並ぶことを特徴とする請求項１または２記載の光偏向装置。
4. 前記板状部材に静電誘導を生ずる電極を支点近傍に少なくとも２つ配置したことを特徴とする請求項１または２記載の光偏向装置。
5. 前記板状部材の回転軸に垂直な板状部材の対称線に対し複数の電極の面積が対称に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光偏向装置。
6. 前記支点部材近傍の電極と板状部材間の静電容量が板状部材と他の電極間の容量より大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光偏向装置。
7. 前記支点部材近傍の電極と板状部材の距離が他電極と板状部材の距離より短いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光偏向装置。
8. 前記板状部材の回転中心に対し最外の電極の形状が板状部材の回転中心側に延長されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の光偏向装置。
9. 前記板状部材は絶縁性部材と導電性部材の積層であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光偏向装置。
10. 前記規制部材は板状部材の周辺にあることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の光偏向装置。
11. 前記板状部材に軸を設け、周辺に軸受け状の規制部材があることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の光偏向装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の光偏向装置において、前記支点部材近傍の電極に固定電位を与えることを特徴とする光偏向装置の駆動方法。
13. 請求項４乃至１１のいずれか一つに記載の光偏向装置において、前記支点部材近傍にある２つの電極に極性の異なる同電位を与えることを特徴とする光偏向装置の駆動方法。

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