JP2007183400A - マイクロミラー、及び、マイクロミラーデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】トーションバー上にパターンを形成する必要のない二軸走査可能なマイクロミラーを提供する。
【解決手段】反射ミラーから突出するよう形成された第一のトーションバー対と、第一のトーションバー対を介して反射ミラーを第一軸周りに揺動可能に支持する第一の支持枠と、第一の支持枠から突出し、第一のトーションバー対と直交するよう形成された第二のトーションバー対と、第二のトーションバー対を介して第一の支持枠を該第一軸と直交する第二軸周りに揺動可能に支持する第二の支持枠とを備え、第二のトーションバー対の各々を、互いに絶縁された第一及び第二の信号伝送部材から構成したマイクロミラーを提供する。
【選択図】図３

Description

この発明は、近接する各電極間に静電引力を発生させてミラーを微少に傾けるマイクロミラーに関する。またこのようなマイクロミラーを備えたマイクロミラーデバイスに関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴って様々なマイクロデバイスが開発されて実用に供されている。このようなマイクロデバイスの一つに例えばマイクロミラーが挙げられる。マイクロミラーは例えば光スキャナとして利用され、バーコードリーダやレーザプリンタ等の種々の機器に実装されている。例えば下記特許文献１にはマイクロミラーの幾つかの形態が示されている。この文献に示されているマイクロミラーは電極間で発生する静電引力を用いてミラーを微少に傾ける所謂静電駆動タイプである。
特開２０００−３１０７４３号公報

上記特許文献１にはマイクロミラーの一形態として、反射ミラーを二軸周りに傾斜させることにより被走査対象物に対する二次元走査を可能としたものが示されている。このマイクロミラーでは、反射ミラーが一対の第一のトーションバーに揺動可能に支持されている。また、これら第一のトーションバーは反射ミラーの外形状に沿って形成された第一のジンバル部により支持され、この第一のジンバル部は第一のトーションバーと直交するよう形成された一対の第二のトーションバーに揺動可能に支持されている。更に、これら第二のトーションバーは第一のジンバル部の外形状に沿って形成された第二のジンバル部により支持されている。また反射ミラー上には二つの電極が設置され、第一のジンバル部上にも二つの電極が設置されている。各電極の対向位置には別の電極が近接して配置されている。

ここで、反射ミラー上の電極とそれに対向する電極との間に電圧が印加されると静電引力が発生し、第一のトーションバーが捻れる。これにより反射ミラーが第一の軸周りに揺動する。また第一のジンバル部上の電極とそれに対向する電極との間に電圧が印加されると静電引力が発生し、第二のトーションバーが捻れる。これにより反射ミラーが第一の軸と直交する第二の軸周りに揺動する。すなわちこのように各電極間に電圧を印加すると反射ミラーが二軸周りに揺動する。このように揺動した反射ミラーにビームを入射させると、それによって反射されたビームの進行方向が二次元に振れる。この反射ビームを被走査対象物に照射することにより二次元走査が実現される。

上記特許文献１に記載のマイクロミラーでは、反射ミラー上の電極を第二のジンバル部上の電極パッドに接続するために第一及び第二のトーションバー上にパターンが形成されている。また第一のジンバル部上の電極を第二のジンバル部上の電極パッドに接続するために第二のトーションバー上にパターンが形成されている。なお本明細書において「パターン」とは例えば薄い銅箔等から成り、基板上に形成される導体部分を意味する。

ここで、マイクロミラー自体非常に微細に形成されており、その中でもトーションバーは特に細く形成されている。また一般に、設計時においてパターン幅は製造誤差が加味されて決定される。すなわちパターン幅はトーションバー幅よりも狭い。従って上記特許文献１に記載のマイクロミラーではトーションバー上のパターンは極めて細いものとなる。更に、第二のトーションバー上では二本のパターンを通す必要があるため、そのパターン幅が第一のトーションバー上のものよりも狭く形成されている。

しかし、半導体基板上に微細なパターンを形成するためには非常に高精度な微細電気配線技術が必要とされる。また、要求される精度が高くなり許容誤差範囲も狭まるため歩留まりが低下する可能性がある。歩留まりの低下は、例えば生産効率の低下や生産管理費のコスト増等に繋がるため望ましくない。

またマイクロミラーが駆動している期間、トーションバーには負荷が常に掛かっている。このため上記の如くパターンが細い場合、選択した材料（例えば脆性材料）によっては上記負荷に耐えられずマイクロミラー駆動中に破断する可能性もある。すなわち形成すべきパターンを細くする場合、その材料の選択範囲が限定される。

また上述の如くパターン幅を狭く（すなわちパターンの断面積を狭く）した場合、当該パターンの内部抵抗が上昇する。このため各電極に印加すべき駆動電圧のレベルを高く設定する必要性が生じ得る。

ここで、例えば一次元走査用のマイクロミラーにおいてトーションバーを含む基台を導体で構成したものがある。この場合、基台そのものがパターンとして作用する。このためパターンが不要となる。従ってこのようなマイクロミラーでは高精度な微細電気配線技術が不要となる。またトーションバー上にパターンを形成したことに起因する上記問題も考慮する必要がなくなる。

しかし二次元走査用のマイクロミラーでは、外部（ここでは駆動電圧を供給する手段）に引き出されるべき信号の系統数が一次元走査用のものに比べて多い。具体的には、二次元走査用のマイクロミラーでは上記系統数が上記第二のトーションバーの本数（すなわち二本）よりも多い。基台そのものをパターンとして作用させるようマイクロミラーを構成するためには、上記系統数が最も外側のトーションバー（二軸の例では第二のトーションバー）の本数以下であることが前提である。すなわち物理的な信号伝送路の数が上記系統数以下であることが前提である。従って二次元走査用のマイクロミラーにおいて、上記の如き一次元走査用のマイクロミラーの構成をそのまま採用することはできなかった。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、二軸走査可能なマイクロミラーにおいてトーションバー上にパターンを形成する必要のないマイクロミラー、及び、そのようなマイクロミラーを備えたマイクロミラーデバイスを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係るマイクロミラーは、近接する各電極間に静電引力を発生させて二軸周りにおいて正転及び逆転方向に反射ミラーを微少に傾けるものである。このマイクロミラーは、反射ミラーから突出するよう形成された第一のトーションバー対と、第一のトーションバー対を介して反射ミラーを第一軸周りに揺動可能に支持する第一の支持枠と、第一の支持枠から突出し、第一のトーションバー対と直交するよう形成された第二のトーションバー対と、第二のトーションバー対を介して第一の支持枠を該第一軸と直交する第二軸周りに揺動可能に支持する第二の支持枠とを備え、第二のトーションバー対の各々を、互いに絶縁された第一及び第二の信号伝送部材から構成したことを特徴としたものである。

すなわち上記マイクロミラーによれば、第二のトーションバー対の各々の第一及び第二の信号伝送部材、すなわち計四本の信号伝送路部材を用いることにより、第二のトーションバーの本数を上回る数の系統の信号を外部機器に引き出すことが可能となる。従って二軸走査可能なマイクロミラーであってもトーションバー上にパターンを形成する必要がなくなる。

なお上記マイクロミラーにおいて第一及び第二の信号伝送部材の各々が導電層であり、第二のトーションバー対の各々が、二枚の導電層の間に絶縁層を介在させた三層構造であっても良い。

また上記の課題を解決する本発明の一態様に係るマイクロミラーデバイスは、上記マイクロミラーであって、反射ミラー及び第一の支持枠において互いに対向するよう形成された、反射ミラーを該第一軸周りに正転方向に傾けるための正転用電極対、及び、反射ミラーを該第一軸周りに逆転方向に傾けるための逆転用電極対とを更に備えたマイクロミラーと、正転及び逆転用電極対に電圧を印加する電圧印加手段とを備えたものである。このマイクロミラーデバイスは、正転用電極対において電位差が与えられるよう、第二のトーションバー対の各々の第一、第二の信号伝送部材のうちの二つを用いて正転用電極対の各々と電圧印加手段とを接続し、残りの二つの信号伝送部材を用いて、逆転用電極対において電位差が与えられるよう逆転用電極対の各々と電圧印加手段とを接続したことを特徴としたものである。

すなわち上記マイクロミラーデバイスによれば、第二のトーションバー対の各々の第一及び第二の信号伝送部材、すなわち計四本の信号伝送路部材を用いることにより、第二のトーションバーの本数を上回る数の系統の信号を電圧印加手段に引き出すことが可能となる。従って二軸走査可能なマイクロミラーであってもトーションバー上にパターンを形成する必要がなくなる。

また上記の課題を解決する本発明の別の態様に係るマイクロミラーは、反射ミラーと、反射ミラーから突出するよう形成された可動電極群と、可動電極群と異なる方向において反射ミラーから突出するよう形成された第一のトーションバー対と、第一のトーションバー対を介して反射ミラーを第一軸周りに揺動可能に支持する第一の支持枠と、第一の支持枠から突出するよう形成され、可動電極群と近接して配置された固定電極群と、第一の支持枠から突出し、第一のトーションバー対と直交するよう形成された第二のトーションバー対と、第二のトーションバー対を介して第一の支持枠を該第一軸と直交する第二軸周りに揺動可能に支持する第二の支持枠とを備えたものである。このマイクロミラーは、第二のトーションバー対の各々を互いに絶縁された第一及び第二の信号伝送部材から構成し、反射ミラーが正転方向に傾くように可動電極群と固定電極群との間に電圧が印加されるよう、第二のトーションバー対の各々の第一、第二の信号伝送部材のうちの二つを用いて可動電極群と固定電極群のそれぞれを外部機器と接続し、残りの二つの信号伝送部材を用い、反射ミラーが逆転方向に傾くように可動電極群と固定電極群との間に電圧が印加されるよう、可動電極群と固定電極群のそれぞれを外部機器と接続したことを特徴としたものである。

すなわち上記マイクロミラーによれば、第二のトーションバー対の各々の第一及び第二の信号伝送部材、すなわち計四本の信号伝送路部材を用いることにより、第二のトーションバーの本数を上回る数の系統の信号を外部機器に引き出すことが可能となる。従って二軸走査可能なマイクロミラーであってもトーションバー上にパターンを形成する必要がなくなる。

本発明に係るマイクロミラー及びマイクロミラーデバイスによれば、二軸走査可能なマイクロミラーにおいてトーションバー上にパターンを形成する必要がない。従って高精度な微細電気配線技術が不要となる。この結果、歩留まりが改善して生産効率の向上や生産管理費のコスト軽減等が実現可能となる。

また変形部分に低強度の部材（すなわちトーションバー上に細いパターン）を形成する必要がなくなるため、マイクロミラーの耐久性が改善される。

また更に、断面積の狭いパターンでなく、断面積の広いトーションバーそのものを信号伝送路として作用させることができるため、例えば電圧印加手段等の外部機器と各電極との間の内部抵抗を従来に比べて低減させられる。この結果、省電力化が実現される。

以下、図面を参照して、本発明の実施例のマイクロミラーの構成及び作用について説明する。

図１は、本発明の実施例のマイクロミラー１００の構成を示した上面図である。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面を示した図である。図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面を示した図である。図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面を示した図である。マイクロミラー１００は、例えばバーコードリーダやレーザプリンタ等の種々の機器に実装され得るものであり、そのような機器内部の支持基板（不図示）上に支持されている。なお説明の便宜上、各図に互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸を付す。

マイクロミラー１００はミラー１、複数の可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、トーションバー４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、ジンバル部５、１５、固定櫛歯６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、及び、１７ｂを有している。なお図１において一部の可動櫛歯及び一部の固定櫛歯を斜線で示しているがこれは説明の便宜上示されたものであり、形状やサイズ、色等を特徴付けるものではない。

マイクロミラー１００の構造体は周知の半導体プロセスにより、例えば三層構造を有した単一のシリコン基板を基に形成されている。つまり上記構造体の各構成要素は例えば図２（ａ）に示されるように三層構造を有している。また各構成要素は一体に形成されている。上記三層構造は導電層、絶縁層、導電層の順に積層したものから成る。各層の材料は設計者が適宜選択して決定されるものである。ここでは導電層は例えば導電性シリコンから成り、絶縁層は例えばＳｉＯ_２から成る。なお説明の便宜上、マイクロミラー１００上面側の導電層を「上面導電層」、下面側の導電層を「下面導電層」と記す。

ミラー１表面（ＸＹ平面上の面であり、以下、この面を「反射面」と記す）には金属膜が蒸着されており、被走査物上を走査するためのビームが入射される。上記反射面に入射されたビームは実質的に減衰されることなく所定の方向に反射される。この所定の方向すなわち上記反射面で反射されたビームの進行方向はミラー１の傾き角に依存して変化する。なお図１に示されるようにミラー１の反射面は矩形状であるが、他の形状（例えば円状や楕円状等）であってもその機能は十分に果たされる。

複数の可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂはミラー１のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。可動櫛歯２ａと３ａはミラー１の回転軸Ｏ_Ｙを挟んで反対側に位置している。また可動櫛歯２ｂと３ｂも回転軸Ｏ_Ｙを挟んで反対側に位置している。なお回転軸Ｏ_Ｙは、ミラー１の各側面に平行な又は直交した仮想的な直線であり、当該ミラー１の中心を通る。

上記の可動櫛歯について説明を加える。これらの可動櫛歯は所定のピッチで配列されている。また各々の形状及びサイズが全て同一である。可動櫛歯を上述の如く構成した理由として、例えば正転方向にミラー１を回転させて傾けたときにおける傾き特性と、逆転方向にミラー１を回転させて傾けたときにおける傾き特性とを実質的に同一とすることが挙げられる。なおここでいう傾き特性とは、マイクロミラー１００への印加電圧量とミラー１の傾き角との関係（具体的には式やグラフ等）で表される特性である。「傾き特性が正転及び逆転方向において同一」の場合、印加電圧の周波数及び振幅が一定であるという条件下において、非印加時のミラー１の位置（すなわち図１の状態）を基準として当該ミラー１が正転及び逆転の両方向に略対称に傾く。なお傾き特性の対称性を特に必要としない場合には、各可動櫛歯間のピッチ、各可動櫛歯の形状やサイズ等をそれぞれ異なるものにしても良い。

トーションバー４ａ、４ｂはＹ軸沿いに長手方向を有し、ミラー１のＸ軸沿いの側面であって、互いに異なる側面から突出するよう形成されている。またトーションバー４ａ、４ｂは回転軸Ｏ_Ｙを中心とした丸棒の形状を有している。またトーションバー４ａ、４ｂは力の作用を受けたときに比較的容易に捻れる。トーションバー４ａ、４ｂが捻れたとき、ミラー１はＸＺ平面において傾く。その傾き角はトーションバー４ａ、４ｂの捻れ量（又はトーションバー４ａ、４ｂが受けた外力）に依存する。トーションバー４ａ、４ｂの他端はそれぞれ、ジンバル部５と一体に繋がっている。

ジンバル部５はミラー１側面の全周を覆うよう形成されている。ミラー１、可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂはトーションバー４ａ、４ｂによりジンバル部５ａ、５ｂに対して揺動するよう支持されている。

複数の固定櫛歯６ａ、６ｂはジンバル部５のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。これらの固定櫛歯は、近接配置された可動櫛歯（すなわち可動櫛歯２ａ、２ｂ）のピッチと同一のピッチで配列されている。

複数の固定櫛歯７ａ、７ｂも固定櫛歯６ａ、６ｂと同様に、ジンバル部５のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。またこれらの固定櫛歯７ａ、７ｂは回転軸Ｏ_Ｙを挟んで固定櫛歯６ａ、６ｂと対向するよう配置され、且つ、可動櫛歯３ａ、３ｂに近接して配置されている。

各固定櫛歯６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂはその形状及びサイズが全て同一である。また各固定櫛歯は上面図（すなわち図１）において各固定櫛歯間で単一の可動櫛歯を挟むよう（又は隣接する一対の可動櫛歯に挟まれるよう）配列されている。結果、最も近接する可動櫛歯と固定櫛歯のエアギャップの各々は全て実質的に同一となる。またミラー１が揺動した際の可動櫛歯と固定櫛歯の対向面積も全て実質的に同一となる。

ここで、可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂはミラー１から突出して形成されている。また、固定櫛歯６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂはジンバル部５から突出して形成されている。従ってミラー１がジンバル部５に対して揺動したとき、各可動櫛歯が各固定櫛歯に対して動く。

複数の可動櫛歯１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂはジンバル部５のＸ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。可動櫛歯１２ａと１３ａはミラー１の回転軸Ｏ_Ｘを挟んで互いに反対側に位置している。また可動櫛歯１２ｂと１３ｂも回転軸Ｏ_Ｘを挟んで互いに反対側に位置している。なお回転軸Ｏ_Ｘはミラー１の各側面に平行な又は直交し、当該ミラー１の中心を通る仮想的な直線であり、回転軸Ｏ_Ｙと直交する。可動櫛歯１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂも上述した各櫛歯の場合と同一の理由によりピッチ、形状、サイズ、位置が設定されている。

トーションバー１４ａ、１４ｂはＸ軸沿いに長手方向を有し、ジンバル部５のＸ軸沿いの側面であって、互いに異なる側面から突出するよう形成されている。またトーションバー１４ａ、１４ｂは回転軸Ｏ_Ｘを中心とした丸棒の形状を有している。トーションバー１４ｃ、１４ｄはトーションバー４ａ、４ｂと同様の性状を有し、力の作用を受けたときに比較的容易に捻れる。トーションバー１４ｃ、１４ｄが捻れたとき、ミラー１はＹＺ平面において傾く。トーションバー１４ａ、１４ｂの他端はジンバル部１５と一体に繋がっている。

ジンバル部１５はジンバル部５側面の全周を覆うよう形成されており、上記支持基板上に支持されている。すなわちジンバル部１５は実装機器のハウジング等に相対的に固定されている。ジンバル部１５に囲まれたジンバル部５等の各構成要素は、トーションバー１４ａ、１４ｂによりジンバル部１５に対して揺動するよう支持されている。

複数の固定櫛歯１６ａ、１６ｂはジンバル部１５のＸ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。これらの固定櫛歯は、近接配置された可動櫛歯（すなわち可動櫛歯１２ａ、１２ｂ）のピッチと同一のピッチで配列されている。

複数の固定櫛歯１７ａ、１７ｂも固定櫛歯１６ａ、１６ｂと同様に、ジンバル部１５のＸ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。またこれらの固定櫛歯１７ａ、１７ｂは回転軸Ｏ_Ｘを挟んで固定櫛歯１６ａ、１６ｂと対向するよう配置され、且つ、可動櫛歯１３ａ、１３ｂに近接して配置されている。

各固定櫛歯１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂはその形状及びサイズが全て同一である。また各固定櫛歯は上面図（すなわち図１）において各固定櫛歯間で単一の可動櫛歯を挟むよう（又は隣接する一対の可動櫛歯に挟まれるよう）配列されている。結果、最も近接する可動櫛歯と固定櫛歯のエアギャップの各々は全て実質的に同一となる。またミラー１が揺動した際の可動櫛歯と固定櫛歯の対向面積も全て実質的に同一となる。

なお固定櫛歯６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂは、可動櫛歯の場合と同一の理由で形状やサイズ等が設定されている。従って傾き特性の対称性を特に必要としない場合には、それらのパラメータをそれぞれ異なるものにしても良い。

ここで、マイクロミラー１００の構成について説明を加える。マイクロミラー１００は電極パッドＥ_ＧＮＤ、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４を更に有している。これらの電極パッドは例えば上面導電層上に蒸着された金属膜部から成る。これらの電極パッドは、それぞれ所定の櫛歯に接続されている。また図示しない駆動電圧供給手段にも接続されている。すなわち各櫛歯は電極パッドを介して駆動電圧供給手段に接続されている。

図３（ａ）に上面導電層、図３（ｂ）に下面導電層の構成を示す。また図３（ｃ）に、図３（ａ）及び（ｂ）のＤ−Ｄ断面を示す。

図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、上面導電層の種々の箇所に当該上面導電層を複数の領域に分断する絶縁用溝２１が形成されている。また下面導電層の種々の箇所に当該下面導電層を複数の領域に分断する絶縁用溝３１が形成されている。絶縁用溝２１及び３１は、例えば半導体プロセスの周知のドライエッチング等により形成された溝である。上面導電層及び下面導電層はそれぞれ、絶縁用溝２１、３１により、隣接する同一層と物理的に分断された状態で絶縁層上に積層されている。従って絶縁用溝２１、３１により分断された各領域は互いに絶縁された状態にある。

また上面導電層の種々の箇所に下面導電層との導通を果たす導通用溝２２が形成されている。また下面導電層の種々の箇所に上面導電層との導通を果たす導通用溝３２が形成されている。これらの導通用溝２２及び３２は、ドライエッチング等により形成された溝に金属膜を蒸着させたものである。すなわち上面導電層と下面導電層は導通用溝２２及び３２により導通して、その他の部分では絶縁層により互いに絶縁状態にある。

図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように上面及び下面導電層に絶縁用溝２１、３１、導通用溝２２、３２を形成することにより、各櫛歯は、駆動電圧供給手段によって駆動電圧を供給されたときにそれぞれ所定の電位となるよう、各電極パッドに１：１の関係で接続される。具体的には、可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂが電極パッドＥ_ＧＮＤ、固定櫛歯６ａ、７ａが電極パッドＥ_１、固定櫛歯６ｂ、７ｂが電極パッドＥ_２、固定櫛歯１６ａ、１７ａが電極パッドＥ_３、固定櫛歯１６ｂ、１７ｂが電極パッドＥ_４にそれぞれ接続されている。

なお本実施例のマイクロミラー１００は、上記の如く、対向する各可動及び固定櫛歯の何れか一方が電極パッドＥ_ＧＮＤに接続されるよう構成されている。これにより、トーションバー１４ａ、１４ｂを介してジンバル部１５（更には上記駆動電圧供給手段）に引き出されるべき信号の系統数が最小限（ここでは三系統であり、電極パッドＥ_ＧＮＤと各櫛歯との間、電極パッドＥ_１と各櫛歯との間、電極パッドＥ_２と各櫛歯との間に流れる高周波信号）に抑えられている。

本実施例では、絶縁層を挟んで導電層を二層積層させたことにより、上記三系統の信号をトーションバー１４ａ、１４ｂを介してジンバル部１５に引き出すことを可能としている。すなわちトーションバー１４ａ、１４ｂを互いに絶縁された導電層を有する構成とすることにより、一本のトーションバーにおいて二系統の信号を引き出すことを可能としている。従って本実施例では信号を引き出し可能な導体（すなわちトーションバー１４ａ、１４ｂ）の本数よりも引き出されるべき信号の系統数（すなわち三系統）が多い場合であっても、それら全ての系統の信号がジンバル部１５に引き出される。なお本実施例では、トーションバー１４ａ、１４ｂの各々において上面及び下面導電層を用いることにより、最大で四系統の信号をジンバル部１５に引き出すことができる。

本実施例の如く導電層を複数積層することにより、マイクロミラーの最も外側のトーションバー（本実施例におけるトーションバー１４ａ、１４ｂ）において、その倍の数の信号を駆動電圧供給手段に引き出すことが可能となる。従って、多軸走査可能なマイクロミラー（すなわち信号の系統が多いマイクロミラー）においてもパターンを不要としたものが実現され得る。これに伴って、高精度な微細電気配線技術も不要となる。この結果、歩留まりが改善して生産効率の向上や生産管理費のコスト軽減等が実現可能となる。

また基台そのものを用いて駆動電圧を供給しているため、駆動電圧供給手段と各櫛歯との間の信号伝送路（すなわち従来で言うところのパターンであり、本実施例において上面及び下面導電層、導通用溝２２及び３２から成る導電部分）の幅や断面積を広く確保することが可能となる。例えばトーションバーにおいて、細いパターンを形成することなくそれよりも幅及び断面積が広いトーションバーそのものが信号伝送路となる。変形部分に低強度の部材（すなわちトーションバー上に細いパターン）を形成する必要がなくなるため、マイクロミラー１００の耐久性が改善される。また断面積が広くなる観点から、上記信号伝送路の内部抵抗が従来に比べて低減する。従って省電力化も実現され得る。

次に、可動櫛歯と固定櫛歯の位置関係について説明を加える。ここでは、この位置関係に基づいてマイクロミラー１００を領域Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ'_１、Ｒ'_２、Ｒ'_３、Ｒ'_４に便宜上区別する。

領域Ｒ_１及びＲ'_１では可動櫛歯２ａと固定櫛歯６ａ、可動櫛歯３ａと固定櫛歯７ａがそれぞれ近接配置されている。図２（ｂ）に示されるように、可動櫛歯２ａ及び固定櫛歯７ａは下面導電層の一部から成る。これに対して可動櫛歯３ａ及び固定櫛歯６ａは上面導電層の一部から成る。従ってミラー１の一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯２ａが固定櫛歯６ａ）の下方に位置し、もう一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯３ａが固定櫛歯７ａ）の上方に位置する。

領域Ｒ_２及びＲ'_２では可動櫛歯２ｂと固定櫛歯６ｂ、可動櫛歯３ｂと固定櫛歯７ｂがそれぞれ近接配置されている。図２（ｃ）に示されるように、可動櫛歯２ｂ及び固定櫛歯７ｂは上面導電層の一部から成る。これに対して可動櫛歯３ｂ及び固定櫛歯６ｂは下面導電層の一部から成る。従ってミラー１の一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯２ｂが固定櫛歯６ｂ）の上方に位置し、もう一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯３ｂが固定櫛歯７ｂ）の下方に位置する。

領域Ｒ_３及びＲ'_３では可動櫛歯１２ａと固定櫛歯１６ａ、可動櫛歯１３ａと固定櫛歯１７ａがそれぞれ近接配置されている。領域Ｒ_３及びＲ'_３では可動櫛歯１２ａ及び固定櫛歯１７ａが下面導電層の一部から成る。これに対して可動櫛歯１３ａ及び固定櫛歯１６ａが上面導電層の一部から成る。従ってミラー１の一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯１２ａが固定櫛歯１６ａ）の下方に位置し、もう一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯１３ａが固定櫛歯１７ａ）の上方に位置する。

領域Ｒ_４及びＲ'_４では可動櫛歯１２ｂと固定櫛歯１６ｂ、可動櫛歯１３ｂと固定櫛歯１７ｂがそれぞれ近接配置されている。領域Ｒ_４及びＲ'_４では可動櫛歯１２ｂ及び固定櫛歯１７ｂが下面導電層の一部から成る。これに対して可動櫛歯１３ｂ及び固定櫛歯１６ｂが上面導電層の一部から成る。従ってミラー１の一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯１２ｂが固定櫛歯１６ｂ）の下方に位置し、もう一端側では可動櫛歯が固定櫛歯（すなわち可動櫛歯１３ｂが固定櫛歯１７ｂ）の上方に位置する。

マイクロミラー１００では、各可動櫛歯２ｂ、３ａ、１２ｂ、１３ａ、各固定櫛歯６ａ、７ｂ、１６ａ、１７ｂ（図において斜線で示されていない櫛歯）が全て同一平面上（すなわち同一高さ位置）に形成されている。また各可動櫛歯２ａ、３ｂ、１２ａ、１３ｂ、各固定櫛歯６ｂ、７ａ、１６ｂ、１７ａ（図において斜線で示されている櫛歯）が全て同一平面上に形成されている。これにより、ミラー１、ジンバル部５、１５を全て同一平面上に配置してマイクロミラー１００全体の厚みを薄型化させている。

またマイクロミラー１００では、ミラー１及び各ジンバル部が同一の厚みのシリコン基板を基に形成されている。このため各櫛歯の高さ位置を上述の如く揃えることにより、マイクロミラー１００全体の厚みとミラー１の厚みを同等とすることを可能としている。

次に、マイクロミラー１００の動作について説明する。図４（ａ）に、ミラー１が回転軸Ｏ_Ｙ周りに逆転方向に傾いたときのＢ−Ｂ断面を示す。また図４（ｂ）に、ミラー１が回転軸Ｏ_Ｙ周りに正転方向に傾いたときのＣ−Ｃ断面を示す。

マイクロミラー１００は上記駆動電圧供給手段と共に一つの回路を構成している。例えば図４（ａ）に示されるようにミラー１を回転軸Ｏ_Ｙ周りに逆転方向に傾ける場合、駆動電圧供給手段により可動櫛歯２ａと固定櫛歯６ａとの間に所定の電圧が印加される。またそれと同時に可動櫛歯３ａと固定櫛歯７ａとの間にも電圧が印加される。可動櫛歯２ａ及び３ａは共に電極パッドＥ_ＧＮＤに接続されているためグランド電位となり、可動櫛歯６ａ及び７ａは共に電極パッドＥ_１に接続されているため電位Ｖ_１となる。これにより可動櫛歯２ａと固定櫛歯６ａとの間、及び、可動櫛歯３ａと固定櫛歯７ａとの間に静電引力が発生する。このような静電引力の作用により可動櫛歯２ａは上方に位置する固定櫛歯６ａに引き寄せられる。また可動櫛歯３ａは下方に位置する固定櫛歯７ａに引き寄せられる。すなわちミラー１は一端側（可動櫛歯２ａ側）では上方、もう一端側（可動櫛歯３ａ側）では下方に動くよう作用を受ける。ここで、上述したようにミラー１はトーションバー４ａ、４ｂにより回転自在に支持されている。ミラー１が受けた上記作用はトーションバー４ａ、４ｂを捻る。トーションバー４ａ、４ｂが捻れることにより、上記作用はミラー１の回転運動に変換される。この結果、ミラー１は回転軸Ｏ_Ｙを中心にＸＺ平面において逆転方向に傾く。

また例えば図４（ｂ）に示されるようにミラー１を回転軸Ｏ_Ｙ周りに正転方向に傾ける場合、上記駆動電圧供給手段により可動櫛歯２ｂと固定櫛歯６ｂとの間に所定の電圧が印加される。またそれと同時に可動櫛歯３ｂと固定櫛歯７ｂとの間にも電圧が印加される。可動櫛歯２ｂ及び３ｂは共に電極パッドＥ_ＧＮＤに接続されているためグランド電位となり、可動櫛歯６ｂ及び７ｂは共に電極パッドＥ_２に接続されているため電位Ｖ_２となる。これにより可動櫛歯２ｂと固定櫛歯６ｂとの間、及び、可動櫛歯３ｂと固定櫛歯７ｂとの間に静電引力が発生する。このような静電引力の作用により可動櫛歯２ｂは下方に位置する固定櫛歯６ｂに引き寄せられる。また可動櫛歯３ｂは上方に位置する固定櫛歯７ｂに引き寄せられる。すなわちミラー１は一端側（可動櫛歯２ｂ側）では下方、もう一端側（可動櫛歯３ｂ側）では上方に動くよう作用を受ける。この作用は先と同様にミラー１の回転運動に変換される。この結果、ミラー１は回転軸Ｏ_Ｙを中心にＸＺ平面において正転方向に傾く。

また例えばミラー１を回転軸Ｏ_Ｘ周りに正転方向に傾ける場合、上記駆動電圧供給手段により可動櫛歯１２ａと固定櫛歯１６ａとの間に所定の電圧が印加される。またそれと同時に可動櫛歯１３ａと固定櫛歯１７ａとの間にも電圧が印加される。可動櫛歯１２ａ及び１３ａは共に電極パッドＥ_ＧＮＤに接続されているためグランド電位となり、可動櫛歯１６ａ及び１７ａは共に電極パッドＥ_３に接続されているため電位Ｖ_３となる。これにより可動櫛歯１２ａと固定櫛歯１６ａとの間、及び、可動櫛歯１３ａと固定櫛歯１７ａとの間に静電引力が発生する。このような静電引力の作用により可動櫛歯１２ａは上方に位置する固定櫛歯１６ａに引き寄せられる。また可動櫛歯１３ａは下方に位置する固定櫛歯１７ａに引き寄せられる。すなわちミラー１は一端側（可動櫛歯１２ａ側）では上方、もう一端側（可動櫛歯１３ａ側）では下方に動くよう作用を受ける。この作用は先と同様にミラー１の回転運動に変換される。この結果、ミラー１は回転軸Ｏ_Ｘを中心にＹＺ平面において正転方向に傾く。

また例えばミラー１を回転軸Ｏ_Ｘ周りに逆転方向に傾ける場合、上記駆動電圧供給手段により可動櫛歯１２ｂと固定櫛歯１６ｂとの間に所定の電圧が印加される。またそれと同時に可動櫛歯１３ｂと固定櫛歯１７ｂとの間にも電圧が印加される。可動櫛歯１２ｂ及び１３ｂは共に電極パッドＥ_ＧＮＤに接続されているためグランド電位となり、可動櫛歯１６ｂ及び１７ｂは共に電極パッドＥ_４に接続されているため電位Ｖ_４となる。これにより可動櫛歯１２ｂと固定櫛歯１６ｂとの間、及び、可動櫛歯１３ｂと固定櫛歯１７ｂとの間に静電引力が発生する。このような静電引力の作用により可動櫛歯１２ｂは下方に位置する固定櫛歯１６ｂに引き寄せられる。また可動櫛歯１３ｂは上方に位置する固定櫛歯１７ｂに引き寄せられる。すなわちミラー１は一端側（可動櫛歯１２ｂ側）では下方、もう一端側（可動櫛歯１３ｂ側）では上方に動くよう作用を受ける。この作用は先と同様にミラー１の回転運動に変換される。この結果、ミラー１は回転軸Ｏ_Ｘを中心にＹＺ平面において逆転方向に傾く。

図４（ａ）に示された例では、可動櫛歯２ａ側でミラー１を上方に動かす静電引力と、可動櫛歯３ａ側でミラー１を下方に動かす静電引力が共に当該ミラー１をＸＺ平面において逆転方向に傾ける力として作用する。また図４（ｂ）に示された例では、可動櫛歯２ｂ側でミラー１を下方に動かす静電引力と、可動櫛歯３ｂ側でミラー１を上方に動かす静電引力が共に当該ミラー１をＸＺ平面において正転方向に傾ける力として作用する。また更に、領域Ｒ_３及びＲ'_３では可動櫛歯１２ａ側でミラー１を上方に動かす静電引力と、可動櫛歯１３ａ側でミラー１を下方に動かす静電引力が共に当該ミラー１をＹＺ平面において正転方向に傾ける力として作用する。領域Ｒ_４及びＲ'_４では可動櫛歯１２ｂ側でミラー１を下方に動かす静電引力と、可動櫛歯１３ｂ側でミラー１を上方に動かす静電引力が共に当該ミラー１をＹＺ平面において逆転方向に傾ける力として作用する。

すなわち上記駆動電圧供給手段により各櫛歯間に電圧が選択的に印加されることにより、ミラー１はＸＺ及びＹＺ平面の少なくとも一方において傾く。すなわちマイクロミラー１００においてミラー１は二軸に傾斜可能である。このためマイクロミラー１００を用いたビームの二軸走査が実現される。

またマイクロミラー１００では、ＸＺ及びＹＺ平面に関して、ミラー１の両端側で同一方向に当該ミラー１を傾ける作用が働く。このためミラー１は大きな駆動力で傾けられる。駆動力を十分に確保できたとき、ミラー１の回転動作の安定性や応答速度等が向上する。また各櫛歯間に静電引力が発生したときに、回転軸Ｏ_Ｘを挟んで対称となる箇所において対称性のあるベクトル（スカラー量が同等で且つその作用方向が互いに逆）を持つ作用が働く。このためマイクロミラー１００の構造体（特にトーションバー４ａ、４ｂ）に対してアンバランスな負荷が掛からない（若しくは低減する）。すなわちマイクロミラー１００の構造体に対して本来意図しない方向に歪ませるような作用が低減する。この結果、マイクロミラー１００の耐久性を向上させることが可能となる。またエネルギー損失も低減する。すなわち静電引力がより効率良くミラー１の回転運動に変換される。従って駆動電圧のレベルを下げて省電力化を図ることも可能となる。

また上述したように、マイクロミラー１００では非印加時のミラー１の位置（すなわち図１の状態）を基準として当該ミラー１をＸＺ及びＹＺ平面に関して正転及び逆転の両方向に傾けることができる。このため傾き角を十分に確保することができる。また傾き特性を正転及び逆転方向において同一とする（すなわち傾き特性に対称性を持たせる）こともできる。この場合、例えばマイクロミラー１００を実装する機器に備えられる他の光学系に対する設計容易性が向上する。すなわち上記基準を境に傾き特性に対称性があるため、例えば上記基準を境界としてミラー１で反射されたビームの走査範囲に対称性を持たせるよう光学系を設計することが容易である。

以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば各櫛歯の数は本実施例のものに限定されず、設計に応じて適宜変更可能である。

本発明の実施例のマイクロミラーの構成を示した上面図である。 図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、及び、Ｃ−Ｃ断面を示した図である。 本発明の実施例のマイクロミラーの上面導電層、下面導電層の構成、及び、図３（ａ）及び（ｂ）のＤ−Ｄ断面を示した図である。 本発明の実施例のミラーが逆転方向に傾いたときのＢ−Ｂ断面、及び、ミラーが正転方向に傾いたときのＣ−Ｃ断面を示した図である。

符号の説明

１ ミラー
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ 可動櫛歯
４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ トーションバー
５、１５ ジンバル部
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ 固定櫛歯
１００ マイクロミラー

Claims (4)

1. 近接する各電極間に静電引力を発生させて二軸周りにおいて正転及び逆転方向に反射ミラーを微少に傾けるマイクロミラーにおいて、
   前記反射ミラーから突出するよう形成された第一のトーションバー対と、
   前記第一のトーションバー対を介して前記反射ミラーを第一軸周りに揺動可能に支持する第一の支持枠と、
   前記第一の支持枠から突出し、前記第一のトーションバー対と直交するよう形成された第二のトーションバー対と、
   前記第二のトーションバー対を介して前記第一の支持枠を該第一軸と直交する第二軸周りに揺動可能に支持する第二の支持枠と、を備え、
   前記第二のトーションバー対の各々を、互いに絶縁された第一及び第二の信号伝送部材から構成したこと、を特徴とするマイクロミラー。
2. 前記第一及び第二の信号伝送部材の各々が導電層であり、前記第二のトーションバー対の各々が、二枚の前記導電層の間に絶縁層を介在させた三層構造であること、を特徴とする請求項１に記載のマイクロミラー。
3. 請求項１又は請求項２の何れかに記載のマイクロミラーであって、前記反射ミラー及び前記第一の支持枠において互いに対向するよう形成された、前記反射ミラーを該第一軸周りに正転方向に傾けるための正転用電極対、及び、前記反射ミラーを該第一軸周りに逆転方向に傾けるための逆転用電極対と、を更に備えたマイクロミラーと、
   前記正転及び逆転用電極対に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたマイクロミラーデバイスにおいて、
   前記正転用電極対において電位差が与えられるよう、前記第二のトーションバー対の各々の前記第一、第二の信号伝送部材のうちの二つを用いて前記正転用電極対の各々と前記電圧印加手段とを接続し、
   残りの二つの信号伝送部材を用いて、前記逆転用電極対において電位差が与えられるよう前記逆転用電極対の各々と前記電圧印加手段とを接続したこと、を特徴とするマイクロミラーデバイス。
4. 反射ミラーと、
   前記反射ミラーから突出するよう形成された可動電極群と、
   前記可動電極群と異なる方向において前記反射ミラーから突出するよう形成された第一のトーションバー対と、
   前記第一のトーションバー対を介して前記反射ミラーを第一軸周りに揺動可能に支持する第一の支持枠と、
   前記第一の支持枠から突出するよう形成され、前記可動電極群と近接して配置された固定電極群と、
   前記第一の支持枠から突出し、前記第一のトーションバー対と直交するよう形成された第二のトーションバー対と、
   前記第二のトーションバー対を介して前記第一の支持枠を該第一軸と直交する第二軸周りに揺動可能に支持する第二の支持枠と、を備え、
   前記第二のトーションバー対の各々を、互いに絶縁された第一及び第二の信号伝送部材から構成し、
   前記反射ミラーが正転方向に傾くように前記可動電極群と前記固定電極群との間に電圧が印加されるよう、前記第二のトーションバー対の各々の前記第一、第二の信号伝送部材のうちの二つを用いて前記可動電極群と前記固定電極群のそれぞれを外部機器と接続し、
   残りの二つの信号伝送部材を用い、前記反射ミラーが逆転方向に傾くように前記可動電極群と前記固定電極群との間に電圧が印加されるよう、前記可動電極群と前記固定電極群のそれぞれを外部機器と接続したこと、を特徴とするマイクロミラー。

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