JP2007199096A - 光偏向装置および光偏向装置アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＳＩメモリ回路の動作電圧並である数Ｖで板状部材の傾斜方向を制御する。
【解決手段】基板１０１上に絶縁膜１０２を介し電極１０３ａ〜１０３ｄを設ける。電極を兼ねた支点部材１０６の上には板状部材１０７ａが載っている。各電極ａ〜ｄは同じ面積で、かつ板状部材１０７ａの周辺に対向する部分の面積が広い形状、例えば等脚台形の形状である。これにより、各電極の静電力が同じになり、板状部材１０７ａを４つの傾斜方向に変位できる。
【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とその駆動方法に関し、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。

ねじり梁ヒンジのデジタルマイクロミラーデバイスがL.J.Hornbeckによって提案され（非特許文献１を参照）、また、その技術を発展させたマイクロミラー群を有する空間光変調装置がＤＭＤ(Digital Micromirror Device)と呼ばれ画像投影装置に用いられている（非特許文献２を参照）。

これらデバイスは、一般的にミラーがヒンジと呼ばれる捩り梁により支持されている。ヒンジを用いることで、反射領域が減少するが、上記したＤＭＤではヒンジ部分とは別に表面に反射部材を設け二階構造にしている。また、ヒンジを用いるため、実際の駆動する電圧は数十Ｖになるが、傾斜方向を切り換えるデータとして５Ｖないし７．５Ｖ程度で制御できるように、複数画素に一斉に加える数十Ｖのバイアス電圧と特別なバネ部材の復元力を組み合わせて傾斜の切り換えを行っている。

また、次のような光偏向装置もある。すなわち、光反射領域を有する部材に与えられる電位に応じた静電引力により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において、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材とを有し、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、前記支点部材は導電性を有する部材で構成される頂部を有し、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、裏面の少なくとも前記頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、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、前記板状部材の電位を前記支点部材との接触により付与し、前記複数の電極に最大電位差が所定値以上になるようにそれぞれ任意の電位を与え、前記頂部に与える電位を、前記複数の電極に与える電位の最大値と最小値のいずれか一方の値と等しくする光偏向装置がある（特許文献１を参照）。

Proc．SPIE Vol．1150，pp．86-102(1989) Proc．of THE IEEE，vol．86，No.8，pp1687-1704(1998) 特開２００４−０７８１３６号公報

上記したヒンジを用いた空間光変調器や光偏向装置は剛性による復元力があり、駆動電圧が数十Ｖと高くなる。一方で、ハイビジョンや高解像度テレビ等で高精細化が求められている。画素数を増加させる場合には、チップサイズが拡大することから、工程が特殊になり、また材料コストが増加する。そこで、画素を構成するミラー寸法を小さくすることが要求される。このため、ミラーを吊るヒンジの剛性がより高まり、駆動電圧を増加させることになる。さらに小型化する場合、ヒンジを細くする微細加工精度の制限により剛性を低くするのは容易でない。また、小型化しない用途でも剛性を弱め駆動電圧を低くしようとするとヒンジが撓み、ミラーの中心位置が維持できない。また、ヒンジを用いるとヒンジが表面に形成され、光を反射する領域の面積が減少する。そこで、反射面をヒンジにつられた駆動電極上に形成し、二重構造にすることで、反射領域を増加させる複雑な構造を採らざるを得ない。このことから、ヒンジを用いる構造では、小型化すると素子構造が複雑で、製造コストが高くなる問題がある。

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、板状部材を回転し、傾斜方向を切り換えるには数十Ｖを必要とするが、ＬＳＩメモリ回路の動作電圧並である数Ｖで板状部材の傾斜方向を制御できる光偏向装置および光偏向装置アレイを提供することにある。

本発明の原理は以下の通りである。反射領域を持つ板状部材が支点部材に対し傾斜している。板状部材に対向して複数の電極群を支点部材に対し二群に分割する。板状部材の傾斜している側の電極群に一般的なＬＳＩ半導体記憶装置の出力の例えば低電位を加える。板状部材の導体層にはＬＳＩの高電位を加える。板状部材と間隔が広い側の電極群には板状部材を回転運動するに充分である範囲の高い電位を与える。しかし、板状部材と電極の距離が遠いので、静電力は弱くなる。このため、傾斜した側の電極と板状部材の間の静電力は、電位差が低いが距離が近いので静電力は強く、板状部材と間隔の広い方の電極側へ回転しない範囲の間隔の広い電極に設定できる。そして、板状部材の導体層の電位がＬＳＩの低電位の場合には、板状部材の傾斜側の電極と板状部材の導体層の電位差が０Ｖになり、静電力が働かなくなる。そのときは板状部材と間隔の広い側の電極間の静電力の方が大きいので、板状部材はその方向に傾斜することができる。このようにして、ＬＳＩ記憶装置の動作電位のような低い電圧でも板状部材の傾斜を高い電圧で駆動し制御できる。板状部材と電極間の電位差が大きいほど傾斜変位の応答時間は短くなるので、高速駆動が可能である。また、板状部材の制御電圧を３．３Ｖ以下などのさらに低い電圧にすることができ、光偏向装置と組み合わせるＬＳＩなど半導体記憶装置の小型化が可能であり、板状部材の形状をさらに小型化でき、光偏向装置アレイの高密度化にも活用できる。

本発明は二軸光偏向に有利な電極構造を特徴としている。さらに、ヒンジなど固定部を持たない板状部材は二軸に傾斜変位でき、２方向からの光を一方向に切り換えて出力することができる。本発明の光偏向装置および駆動方法では、電極構造を支点部材に対し点対称にすることや等脚台形などの周辺の面積が広い形状にすることにより、二軸の切り換えが非常に容易になる。また、導電性支点部材を除く３電極で構成する場合は、複数の光偏向装置素子を３本の線で接続でき、配線の引き回しのスペースが確保しやすい。

これにより、２色の光を切り換えて出力可能な光偏向装置が形成できる。本発明の光偏向装置アレイの駆動方法では、二軸においても、一般的なＬＳＩなど半導体記憶装置によるデータ出力の５Ｖ程度の低い電圧で板状部材の傾斜方向を制御でき、複数画素で一斉に表示が切り換えることが可能になる。本発明をプロジェクターに活用すれば、単板式光偏向装置で問題になるカラーブレーキングの課題を複数画素ごとの色切り換えにより解決することができる。

本発明（請求項１）は、板状部材に対向する複数電極の面積が等しいので、板状部材の二軸の切り換わりがどの傾斜方向からも容易になり、また、板状部材の周辺に対向する電極部分の面積が広いので、板状部材をより低い電圧で保持できる。

本発明（請求項２）は、板状部材に対向する複数の電極が支点部材を中心にした点対称形であるので、板状部材の二軸動作での軸切り換えが容易になる
本発明（請求項３）は、板状部材が二軸に傾斜変位する二軸動作で４傾斜方向に対し電極を形成するのが効率的であり、４電極の面積が同じでかつ周辺の面積が広い場合は等脚台形がもっとも適する形状であり、板状部材の二軸動作が容易になる。

本発明（請求項４）は、板状部材に対向する電極が板状部材の傾斜角に近く傾斜しているので、板状部材と電極の距離を接近させることができ、同じ印加電圧に対し静電力が強くなる。傾斜角が同じで同じ面積でかつ周辺部の面積が広い形状にする場合、ピラミッド型の斜面に電極を形成することが効率的である。

本発明（請求項５）は、光をＯＦＦにする傾斜方向を１方向にしているので、板状部材の対向する電極数を最小３つで構成できる。また、光偏向装置素子の各電極同士を接続する配線数も３本で良く、配線が減ることで、配線の引き回しが容易になる
本発明（請求項６）は、傾斜方向と垂直な電極の電位と板状部材に電気的に接する支点部材の電位との差が一般的な半導体記憶装置の動作電圧程度であるので、二軸動作用に製作した光偏向装置を一軸動作用として使用でき、製造の種類が削減され、製造コストを低減できる。

本発明（請求項７）は、傾斜方向と垂直な電極の電位と板状部材に電気的に接する支点部材の電位とがおおむね同じであるので、二軸動作用に製作した光偏向装置を一軸動作用として使用でき、製造の種類が削減され、製造コストを低減できる。

本発明（請求項８）は、板状部材に対向する導電性支点部材を除く電極の内、１電極だけ電位を他の電極電位と異なるようにしているので、板状部材をその電極に容易に引くことができる。

本発明（請求項９）は、光偏向装置アレイにおいて、構成する光偏向装置素子内の同位置の電極をそれぞれ複数の光偏向装置素子で接続するので、電源数が少なくなり、支点部材の電位変化でアレイを制御することができる。

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、本発明の光偏向装置の第１の構成を示す。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、基板１０１上に絶縁膜１０２を介し電極１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄがあり、その電極面が図示しない絶縁膜で覆われている。また、板状部材１０７ａとその導体層１０７ｂが支点部材１０６の上に載っている。この支点部材１０６は電極を兼ねていて、電極の頂部は導体が露出しており、板状部材１０７ａの導体層１０７ｂと電気的に接触し、電位を与えることができる。板状部材１０７ａは規制部材１０８により移動範囲が規制され、板状部材１０７ａが飛び出さないようになっている。

板状部材１０７ａはその上面に光反射領域を有し、さらに導電体層１０７ｂを有している。板状部材と対向して複数の電極ａ（１０３ａ），電極ｂ（１０３ｂ），電極ｃ（１０３ｃ），電極ｄ（１０３ｄ）がある。また、電極１０６は、板状部材の導電体層に電気的に接するかあるいは電位を確立している。板状部材１０７ａの傾斜角は、板状部材の長さの１／２と支点部材１０６の板状部材と接する高さの逆三角関数の正弦ａｒｃｓｉｎで求められる角となる。板状部材１０７ａは、その導体層１０７ｂと電極ａ及び電極ｂによる静電力と、その導体層１０７ｂと電極ｃ（１０３ｃ）及び電極ｄ（１０３ｄ）による静電力との比較により、回転し傾斜変位する。

板状部材１０７ａが電極ａまたは電極ｃ側に傾斜変位する場合を第一軸傾斜変位と呼び（図１（ｂ））、板状部材１０７ａが電極ｂまたは電極ｄ側に傾斜変位する場合を第二軸傾斜変位と呼ぶ（図１（ｃ））。なお、上記したように、電極数が４極であるが、本発明は４電極でなくても構成できる。

本発明の光偏向装置では、電極群（ａ〜ｄ）が同じ面積で、かつ板状部材１０７ａの周辺に対向する部分の面積が広いことを特徴としている。また、等しい長さの辺のなす角がおおむね９０°であることが好ましい。たとえば等脚台形（図１（ａ））がこの形状になる。

電極ａ〜ｄは、支点部材１０６を中心にした基板に平行な面内の点対称の形状であることが好ましい。このような形状では各電極の静電力が同じになり、どの傾斜方向からも傾斜変位を容易に行うことができる。たとえば、板状部材１０７ａが４つの傾斜方向に変位することができる。つまり、傾斜方向を二軸に切り換える静電力を発生する電極は、支点部材１０６を中心とした点対称の形状である場合に、各電極の同じ電圧に対する静電力が同じになり、切り換わりやすい。また、傾斜した板状部材の周辺の方が電極と板状部材の距離が短く静電力が強いため、電極の板状部材の外周に対向する部分の面積が広い方が、全体の静電力がより強い。

図２は、本発明の光偏向装置の第２の構成を示す。図２では、電極ａ〜ｄが基板１０１に対して傾斜している。基板１０１上にピラミッド型の４斜面がありそれら斜面にそれぞれ電極ａ〜ｄが形成される。４つの等脚台形を傾斜させるとピラミッド形状になる。これにより、静電力を強めることができ、従って駆動電圧を低減できる。

なお、電極群の傾斜角は、板状部材の長さと支点部材の高さにより決まる傾斜角に近いことが好ましい。これにより、傾斜している板状部材と傾斜した電極の平均距離がより近づき静電力が強まり、板状部材をより安定して保持でき、またより低い電圧で制御できる。

図３は、本発明の電極構造の利点を説明する図である。（ａ）に示す本発明の光偏向装置の電極構造では、二軸動作における軸の切り換わり動作（電極ａから電極ｂへの切り換わり）がより容易にできる。これは、不要な静電力が発生しないめである。

一方、電極が正方形の形状（ｂ）では、軸の切り換わり動作（電極ａ、ｂ側から電極ｂ、ｄ側への切り換わり）において、電極ｂの高い電圧Ｅが板状部材を元の位置に引く静電力が発生するため、軸切り換え動作がしにくい。

図４は、本発明の光偏向動作を説明する図である。板状部材の反射面が支点部材により傾斜するが、入射光を傾斜角分傾けて入射させることで、板状部材が傾斜したときに光が基板に垂直に反射される（（ｂ）、（ｃ））。板状部材が反対側に傾斜した場合は光は基板に垂直に反射されない（（ａ）、（ｄ））。この角度の差を利用し、光が基板に垂直に反射された場合を光がＯＮとし（第一軸ＯＮ、第二軸ＯＮ）、光が基板に対し斜めに反射された場合をＯＦＦとする（第一軸ＯＦＦ、第二軸ＯＦＦ）。また、二軸動作の場合、４方向の傾斜角は同じであることが多い。板状部材に傾斜した入射光を２方向から基板平面内で９０°ずらして照射することで、２種類の光を傾斜方向で切り換えることができる。

色の異なる２方向からの光を切り換えを高速で行えることで、投影装置に応用する場合、カラーホイールなどの色切り換え方式を使用する必要がなく、カラーブレーキングの問題が生じない利点がある。二軸動作の光偏向装置と一軸動作の光偏向装置を用いれば３色の高速な光切り換えができ、カラー画像を容易に形成できる。

本発明の光偏向装置の製造方法は、前掲した特許文献１に開示されているように、半導体製造工程やマイクロマシン工程を元にして製作できる。また、同一基板の下層に駆動用能動素子群を配置し、上層に複数電極群や板状部材を積層して配置することが好ましい。あるいは駆動用能動素子群の基板と複数電極群や板状部材を形成した基板を貼り合わせることも可能である。例として、板状部材が導体で構成される場合には、板状部材の導体層の電位を板状部材の電位としている。しかし、板状部材が絶縁体層と導体層からなる構成の場合もあり、この場合でも板状部材の導体層の電位を板状部材の電位とした。

本発明の光偏向装置アレイの駆動方法の動作原理を説明する。板状部材は捩り梁などで固定されておらず、剛性による復元力を持たない。あるいは剛性が弱い捩り梁で板状部材が吊られている。板状部材は支点部材により傾斜している。板状部材が傾斜した側の電極と板状部材の距離は反傾斜側の電極と板状部材の距離よりはるかに短い。このため、傾斜した板状部材では、電極群内に板状部材と遠い電極群と近い電極群がある。静電力は距離の二乗に反比例するため、距離の短い板状部材の傾斜側電極と板状部材との間に所定の低い電圧を加えた場合でも、板状部材を静電力で引くことが出来る。この静電力に抗して、傾斜側電極と支点部材を挟む反対側の電極と板状部材間に働く静電力は電極間距離が遠いので大きくないように設定できる。つまり、板状部材と平均距離が最短である電極と板状部材との静電力は電位差が小さくても、板状部材と遠い電極との静電力より大きくできる。傾斜角が例えば１０°の場合、板状部材と近い電極と遠い電極に同じ電位差を与えたときに、働く静電力は近い電極の方が数十倍から数百倍程度大きい。

特に、本発明の構成では、図１のような形状の電極であり、電極の板状部材が接近している部分が広く、板状部材との静電力がより大きくできる。傾斜方向の電極と垂直に位置する２つの電極と板状部材の距離は比較的遠い。板状部材が傾斜している側の電極と前記２電極の電位が同じ場合でも、板状部材が傾斜する側の電極と板状部材の距離がより近いため、板状部材とこの電極間の静電力がはるかに大きい。また、傾斜方向に位置する電極と垂直方向の２電極のいずれかに、傾斜方向の電極電位よりも数十倍の電位を与えても、前記原理により板状部材の傾斜方向を維持できる。電極の板状部材の周辺に対向する部分の面積が広いので、板状部材が傾斜した場合に、電極との対向する面積を大きくすることができ、静電力をより強くすることができる。

また、集積回路（半導体記憶装置）の上層に、本発明の光偏向装置を形成し、板状部材に電気的に接する導電性支点部材に、半導体記憶装置たとえばＳＲＡＭの出力端子を接続することにより、光偏向装置アレイとして制御できる。支点部材の電圧は５Ｖ、３．３Ｖなどの一般的な集積回路の動作電圧範囲である。以下の説明では、集積回路の動作電圧の高い値をＶＨとし、低い値を０Ｖとした。

実施例における板状部材は、厚さ０．１μｍ、１０μｍ角、傾斜角１２°であり、４μｍ角の４つの電極を用いた。電極ａ，電極ｂ，電極ｃ，電極ｄは対称で同じ面積である。例えば板状部材が電極ａに傾斜している場合、板状部材が傾斜した方向の電極ａと板状部材による静電力と、板状部材と離れている側の電極ｃと板状部材との静電力の比は１００程度であった。力は電圧の二乗に比例するため、電圧比はその平方根となり、１０倍である。ＶＨが５Ｖであるので、電極ａに０Ｖ、板状部材に５Ｖを与えたとき、電極ｃには５０Ｖ程度まで印加しても板状部材は電極ｃ側に傾斜変位しない。また、後述する電圧Ｅは５０Ｖまで利用可能である。
図５は、本発明の光偏向装置における板状部材の傾斜変位の原理を説明する図である。
（ａ）板状部材は電極ａ側に傾斜している。板状部材の電位はＶＨであり、電極ａ，電極ｂ，電極ｄの電位は０Ｖであり、電極ｃの電位はＥ（Ｖ）である。板状部材と電極ａは近く、電位差がＶＨであるので、板状部材は電極ａ側に傾斜している。
（ｂ）板状部材の電位を０Ｖにした場合、電極ａの電位と同じになり、板状部材と電極ａには静電力が働かない。電極ｂ，電極ｄの電位は０Ｖであり、板状部材と同電位で静電力は働かない。電極ｃは電位がＥ（Ｖ）であるので静電力が大きく、板状部材は電極ｃ側に傾斜する。
（ｃ）板状部材の電位を０Ｖにした場合、電極ａの電位と同じになり、板状部材と電極ａには静電力が働かない。電極ｂの電位をＥ（Ｖ）にし、電極ｃと電極ｄの電位を０Ｖにした場合は、板状部材と電極ｂの電位差はＥ（Ｖ）になり、静電力が大きく電極ｂ側に傾く。傾きはじめるときに妨げる力は一切発生せず、容易に向きを切り換えることができる。
（ｄ）板状部材の電位を０Ｖにした場合、電極ａの電位と同じになり、板状部材と電極ａには静電力が働かない。電極ｄの電位をＥ（Ｖ）にし、電極ｂと電極ｃの電位を０Ｖにした場合は、板状部材と電極ｄの電位差はＥ（Ｖ）になり、静電力が大きく電極ｄ側に傾く。傾きはじめるときに妨げる力は一切発生せず、容易に向きを切り換えることができる。

以上、支点部材を除く複数電極の内、１つの電極に異なる電位を与え、残りの複数の電極の電位をおおむね同じにすることで、板状部材を容易に二軸に傾斜方向を切り換えることができる。

図６は、一軸動作のみが可能な電源の接続例を示す。（ａ）の例のように、傾斜方向と垂直な二電極の電位を板状部材と同電位にする場合、または（ｂ）のように、板状部材との電位差がＶＨ程度の場合は、電極ａと電極ｃからなる一軸動作のみが可能である。板状部材の傾斜方向に垂直な二電極の電位を０Ｖに固定しても、板状部材との電位差は最大ＬＳＩの駆動電圧程度であり、板状部材を変位する電界にほとんど影響しない。すなわち、同一構造により、電源の接続の変更のみで、一軸動作と二軸動作が可能な光偏向装置が得られる。同一工程で製造された装置を用途により一軸用、二軸用として使用でき、製造コストを低減できる。

図７は、二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。Ｅ＞ＶＨでかつ、板状部材が傾斜している側の電極と板状部材の電位差がＶＨ以上なら、板状部材と遠い電極の電位がＥでも板状部材は変位しないようなＶＨ，Ｅの値とする。

図１、図２に示すように、電極ａ側と電極ｃ側の傾斜変位を第一軸、電極ｄ側と電極ｂ側の傾斜変位を第二軸とする。したがって、電極ａ側を第一軸第一傾斜方向、電極ｃ側を第一軸第二傾斜方向、電極ｄ側を第二軸第一傾斜方向、電極ｂ側を第二軸第二傾斜方向とする。

状態１（電極ａ，電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの電位はＥ）：
（１−ａ）板状部材が電極ａ側に傾斜している時、板状部材に近い電極ａの電位はＥであり静電力は大きく、板状部材の電位がＶＨでも０Ｖでも傾斜方向は維持される。

（１−ｂ）板状部材が電極ｃ側に傾斜している時、板状部材に近い電極ｃの電位はＥであり静電力は大きく、板状部材の電位がＶＨでも０Ｖでも傾斜方向は維持される。

（１−ｃ）板状部材が電極ｂ側に傾斜している時、板状部材に近い電極ｂの電位はＥであり静電力は大きく、板状部材の電位がＶＨでも０Ｖでも傾斜方向は維持される。

（１−ｄ）板状部材が電極ｄ側に傾斜している時、板状部材に近い電極ｄの電位はＥであり静電力は大きく、板状部材の電位がＶＨでも０Ｖでも傾斜方向は維持される。

状態２（電極ａ；Ｖ３＝Ｅ，電極ｂ；Ｖ３＝ＶＨ，電極ｃ；Ｖ４＝ＶＨ，電極ｄ；Ｖ４＝ＶＨ、板状部材電位；Ｖ１（条件３））：
板状部材が電極ａ側に傾斜している場合、第一軸第一傾斜方向とする。

（２−ａ）（２−ｂ）（２−ｃ）（２−ｄ）では、Ｖ１＝０Ｖであり、傾斜している側の電極と板状部材の間にＶＨ以上の電位差があり、静電力が働き、傾斜方向は維持される。

板状部材が電極ｃ側に傾斜する場合を第一軸第二傾斜方向、電極ｄ側に傾斜する場合を第二軸第二傾斜方向とする。

（２−ａ）板状部材は第一軸第一傾斜方向に傾斜している。電極ａの電位Ｖ３＝Ｅであり、Ｆ１は大きい。電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの電位Ｖ４＝Ｖ２＝ＶＨと板状部材電位Ｖ１の電位差はＶＨで、板状部材と電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの距離は遠く、Ｆ２は小さい。Ｆ１＞Ｆ２であり、板状部材は第一軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

（２−ｂ）電極ａの電位Ｖ３＝Ｅと板状部材の電位Ｖ１の電位差はＥであるが、電極ａ，電極ｂ，電極ｄの距離が遠くＦ１は小さい。電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの電位Ｖ４＝Ｖ２＝ＶＨと板状部材電位Ｖ１の電位差ＶＨによる静電力Ｆ２が働く。Ｆ１＜Ｆ２であり、板状部材は第一軸第二傾斜方向に傾斜を続ける。

（２−ｃ）電極ａの電位Ｖ３＝Ｅであるが、電極ａと板状部材の距離は遠くＦ１は小さい。電極ｂの電位Ｖ４＝Ｖ２＝ＶＨと板状部材電位Ｖ１の電位差はＶＨであり、静電力Ｆ２が働く。Ｆ１＜Ｆ２であり、板状部材は第二軸第二傾斜方向に傾斜を続ける。

（２−ｄ）電極ａの電位Ｖ３＝Ｅであるが、電極ａと板状部材の距離は遠くＦ１は小さい。電極ｄの電位Ｖ４＝Ｖ２＝ＶＨと板状部材電位Ｖ１の電位差はＶＨであり、静電力Ｆ２が働く。Ｆ１＜Ｆ２であり、板状部材は第二軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

板状部材電位をＶ２（条件４）とする。

（２−ｅ）板状部材が電極ａ側に傾斜し、第一軸第一傾斜方向に傾斜している。電極ａの電位Ｖ３＝Ｅで板状部材電位がＶ２＝ＶＨであり、板状部材と電極ａ間の電位差はＥ−ＶＨであり静電力Ｆ３が働く。電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの電位Ｖ４＝Ｖ２＝ＶＨと板状部材の電位Ｖ２＝ＶＨの電位差は０Ｖで、Ｆ４＝０である。Ｆ３＞Ｆ４であり、板状部材は第一軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

（２−ｆ）板状部材が電極ｃ側に傾斜しているとき、第一軸第二傾斜方向とする。電極ｃの電位はＶ４とする。板状部材の電位がＶ２＝ＶＨなので板状部材と電極ｃ間の電位差は０Ｖであり、静電力Ｆ４＝０である。電極ａの電位はＶ３であり、電極ａと板状部材間の電位差はＥ−ＶＨで、静電力Ｆ３により板状部材は電極ａ側である第一軸第一傾斜方向に傾斜する。Ｆ３＞Ｆ４である。

（２−ｇ）板状部材が電極ｂ側に傾斜しているとき第二軸第二傾斜方向とする。板状部材の電位がＶ２＝ＶＨなので板状部材と電極ｂ間の電位差はＥ−ＶＨであり、電極ｂ側に引く静電力は大きい。電極ｂの電位をＶ４とする。板状部材と電極ｂ間の電位差は０Ｖで、静電力Ｆ４＝０であり、板状部材は電極ｂに引かれない。電極ａの電位をＶ３とする。電極ａでは板状部材との電位差がＥ−ＶＨであり、静電力Ｆ３が働き、よって、板状部材は電極ａ側である第一軸第一傾斜方向に傾斜する。Ｆ３＞Ｆ４である。

（２−ｈ）板状部材が電極ｄ側に傾斜しているときを第二軸第二傾斜方向とする。電極ｄの電位をＶ４とする。板状部材と電極ｄ間の電位差は０Ｖで、静電力Ｆ４＝０であり、板状部材は電極ｄに引かれない。電極ａの電位をＶ３とする。電極ａでは板状部材との電位差がＥ−ＶＨであり、静電力Ｆ３が働き、よって、板状部材は電極ａ側である第一軸第一傾斜方向に傾斜する。Ｆ３＞Ｆ４である。

状態３（第一軸、第二軸の選択は電極ａ，電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの組み合わせで行うことができる）。
第一軸、第二軸についてそれぞれの場合について説明する。
第一軸（電極ａ；０Ｖ，電極ｂ；０Ｖ，電極ｃ；Ｅ，電極ｄ；０Ｖ）
電極ｃ側に板状部材が傾斜する場合を第一軸第二傾斜方向とする。
板状部材が電極ａ側に傾斜しているとき、電極ｂ側に傾斜しているときを第一傾斜方向とする。
条件２；Ｖ１＝Ｖ５
条件３
（３−１−ａ）板状部材が電極ａ側に傾斜しているとき、第一軸第一傾斜方向とする。板状部材の電位がＶ１＝０Ｖなので、板状部材の電位Ｖ１と電極ａの電位Ｖ５間の電位差は０Ｖで静電力Ｆ５＝０である。板状部材電位Ｖ１＝０Ｖで、Ｖ６＝Ｅである電極ｃ側静電力Ｆ６が働き、板状部材は電極ｃ側に傾斜する。Ｆ５＜Ｆ６である。

（３−１−ｂ）板状部材が電極ｃ側に傾斜し第一軸第二傾斜方向に傾斜している。電極ａの電位Ｖ５と板状部材電位Ｖ１の電位差が０Ｖで静電力Ｆ５＝０である。板状部材の電位がＶ１＝０Ｖなので、板状部材と電極ｃの電位Ｖ６の電位差はＥであり、大きい静電力により板状部材は電極ｃ側に止まる。板状部材が第一軸第二傾斜方向に傾斜するとき、Ｆ５＜Ｆ６である。

（３−１−ｃ）板状部材が電極ｂ側に傾斜しているとき、第二軸第一傾斜方向とする。板状部材の電位がＶ１＝０Ｖなので、電極ｂの電位Ｖ６と板状部材の電位Ｖ１の電位差はＥであり、電極ｂ側に引く静電力は大きい。電極ｂの電位Ｖ５と板状部材電位Ｖ１の電位差は０ＶでＦ５は０で板状部材は電極ｂを離れる。電極ｃの電位Ｖ４と板状部材電位Ｖ１との電位差がＥであり、静電力Ｆ６が働き、板状部材は電極ｃ側に傾斜する。よって、板状部材は電極ｃである第一軸第二傾斜方向に傾斜する。Ｆ５＜Ｆ６である。

（３−１−ｄ）板状部材が電極ｄ側に傾斜しているとき、第二軸第一傾斜方向とする。板状部材の電位Ｖ１が０Ｖなので、電極ｃの電位Ｖ５と板状部材電位Ｖ１の電位差はＥであり、電極ｃ側に引く静電力は大きい。電極ａの電位Ｖ５と板状部材電位Ｖ１の電位差は０ＶでＦ５＝０で、板状部材は電極ｄを離れる。電極ｃの電位Ｖ６と板状部材電位Ｖ１との電位差がＥであり、静電力Ｆ６が働き、よって、板状部材は電極ｃ側である第一軸第二傾斜方向に傾斜する。Ｆ５＜Ｆ６である。

条件４
（３−１−ｅ），（３−１−ｆ），（３−１−ｇ），（３−１−ｈ）では、板状部材の電位がＶ２＝ＶＨであり、傾斜している側の電極と板状部材との電位差はＶＨ以上あり、静電力が働き傾斜方向は維持される。

板状部材が電極ａ傾斜する場合、第一軸第一傾斜方向、電極ｃ側に傾斜する場合、第一軸第二傾斜方向とする。電極ｄ側に傾斜する場合、第二軸第一傾斜方向，電極ｂ側に傾斜する場合を第二軸第二傾斜方向とする。

（３−１−ｅ）電極ａの電位Ｖ５は０Ｖで、板状部材電位Ｖ２との電位差はＶＨであり、静電力Ｆ７が働く。電極ｂ，電極ｃ，電極ｄの電位Ｖ６＝Ｅで板状部材電位Ｖ２との電位差はＶＨでありＦ８が働く。板状部材と電極ｂ，電極ｃ，電極ｄは遠くＦ８は小さい。Ｆ７＞Ｆ８であり、板状部材は第一軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

（３−１−ｆ）板状部材は電極ｃ側の第一軸第二傾斜方向に傾斜している。電極ａの電位Ｖ５とＶ２の電位差はＶＨであり、電極ａ，電極ｂ，電極ｄと板状部材間の距離が遠く静電力Ｆ７は小さい。電極ｃの電位Ｖ６＝Ｅで、板状部材に距離が近く静電力Ｆ８は大きい。板状部材は電極ｃの第一軸第二傾斜方向に傾斜を続ける。板状部材が第一軸第二傾斜方向に傾斜している場合にＦ７＜Ｆ８である。

（３−１−ｇ）電極ｂの電位Ｖ５は０Ｖで、板状部材の電位Ｖ２との電位差はＶＨであり、静電力Ｆ７が働く。電極ｃの電位Ｖ６＝Ｅで板状部材電位Ｖ２との電位差はＶＨでありＦ８が働く。板状部材と電極ｃは遠くＦ８は小さい。Ｆ７＞Ｆ８で板状部材は第二軸第二傾斜方向に傾斜を続ける。

（３−１−ｈ）電極ａの電位Ｖ５は０Ｖで、板状部材の電位Ｖ２との電位差はＶＨであり、静電力Ｆ７が働く。電極ｃの電位Ｖ６＝Ｅで板状部材の電位Ｖ２との電位差はＶＨでありＦ８が働く。板状部材と電極ｄは遠くＦ８は小さい。Ｆ７＞Ｆ８で板状部材は第二軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

状態３；第二軸（電極ａ；０Ｖ，電極ｂ；Ｅ，電極ｃ；０Ｖ，電極ｄ；０Ｖ）
条件３
板状部材が電極ｄ側に傾斜する場合を第二軸第一傾斜方向、電極ｂ側に傾斜する場合を第一軸第二傾斜方向とする。

（３−２−ａ）板状部材が電極ａ側に傾斜し第一軸第一傾斜方向とする。板状部材の電位Ｖ１＝０Ｖで、電極ｂと板状部材の電位差はＥであり、電極ｂ側に引く静電力は大きい。電極ｄの電位Ｖ５と板状部材の電位Ｖ１の電位差は０ＶでＦ５＝０で板状部材は電極ｄを離れる。電極ｂの電位Ｖ６と板状部材電位Ｖ１との電位差がＥであり、静電力Ｆ６が働き、よって、板状部材は電極ｂ側である第二軸第二傾斜方向に傾斜する。Ｆ５＜Ｆ６である。

（３−２−ｂ）板状部材が電極ｃ側である第一軸第二傾斜方向に傾斜し、第二傾斜方向とする。板状部材電位がＶ１＝０Ｖなので、電極ｂと板状部材の電位差はＥであり、電極ｂ側に引く静電力は大きい。電極ｃ電位Ｖ５と板状部材電位Ｖ１の電位差は０Ｖ静電力Ｆ５＝０で板状部材は電極ｃを離れる。電極ｂの電位Ｖ６と板状部材電位Ｖ１との電位差がＥであり、静電力Ｆ６が働き、よって、板状部材は電極ｂ側である第二軸第二傾斜方向に傾斜する。Ｆ５＜Ｆ６である。

（３−２−ｃ）板状部材が電極ｄ側に傾斜し第二軸第一傾斜方向とする。板状部材電位がＶ１＝０Ｖと電極ｄの電位Ｖ６の電位差は０Ｖであり静電力Ｆ５＝０である。電極ｂの電位Ｖ６＝Ｅと板状部材電位Ｖ１の電位差はＥであり、静電力Ｆ６により板状部材は電極ｂ側である第二軸第二傾斜方向に傾斜する。Ｆ５＜Ｆ６である。

（３−２−ｄ）板状部材が電極ｂ側に傾斜し第二軸第二傾斜方向とする。板状部材電位がＶ１＝０Ｖで電極ｄの電位Ｖ５＝０Ｖと板状部材電位Ｖ１の電位差は０Ｖであり、静電力Ｆ５＝０である。電極ｂの電位Ｖ４＝Ｅと板状部材電位Ｖ１の電位差はＥであるので、静電力Ｆ６により板状部材は電極ｂ側である第二軸第二傾斜方向に傾斜方向を維持する。Ｆ５＜Ｆ６である

条件４
（３−２−ｅ），（３−２−ｆ），（３−２−ｇ），（３−２−ｈ）では、板状部材の電位がＶ２＝ＶＨであり、傾斜している側の電極と板状部材との電位差はＶＨ以上あり、静電力が働き傾斜方向は維持される。
板状部材が電極ａ側に傾斜する場合を第一軸第一傾斜方向、電極ｄ側に傾斜する場合を第二軸第一傾斜方向とする。電極ｃに傾斜する場合を第一軸第二傾斜方向、電極ｂ側に傾斜している場合を第二軸第二傾斜方向とする。

（３−２−ｅ）電極ａの電位Ｖ５は０Ｖで、板状部材の電位Ｖ２との電位差はＶＨであり、静電力Ｆ７が働く。電極ｄの電位Ｖ６＝Ｅと板状部材電位Ｖ２の電位差はＥ−ＶＨでありＦ８が働く。板状部材と電極ｂは遠くＦ８は小さい。Ｆ７＞Ｆ８で板状部材は第一軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

（３−２−ｆ）電極ｃの電位Ｖ５は０Ｖで、板状部材の電位Ｖ２との電位差はＶＨであり、静電力Ｆ７が働く。電極ｂの電位Ｖ６＝Ｅと板状部材電位Ｖ２の電位差はＥ−ＶＨでありＦ８が働く。板状部材と電極ｄは遠くＦ８は小さい。Ｆ７＞Ｆ８で板状部材は第一軸第二傾斜方向に傾斜を続ける。

（３−２−ｇ）板状部材は電極ｂ側の第二軸第二傾斜方向に傾斜している。電極ａ，電極ｃ，電極ｄの電位Ｖ５とＶ２の電位差はＶＨであり、電極ａ，電極ｃ，電極ｄと板状部材間の距離が遠く静電力Ｆ７は小さい。電極ｂの電位Ｖ６＝Ｅで、板状部材に距離が近く静電力Ｆ８は大きい。板状部材は電極ｂの第二軸第二傾斜方向に傾斜を続ける。板状部材が第二軸第二傾斜方向に傾斜している場合にＦ７＜Ｆ８である。

（３−２−ｈ）電極ａ，電極ｃ，電極ｄの電位Ｖ５は０Ｖで、板状部材電位Ｖ２との電位差はＶＨであり、静電力Ｆ７が働く。電極ｄの電位Ｖ６＝Ｅで板状部材電位Ｖ２との電位差はＶＨでありＦ８が働く。板状部材と電極ｂは遠くＦ８は小さい。Ｆ７＞Ｆ８で板状部材は第二軸第一傾斜方向に傾斜を続ける。

このように、状態１では板状部材の電位が０Ｖ，ＶＨによらず、板状部材の傾斜方向は維持される。このため、この状態でデータを書き込んでも傾斜方向は変わらない。状態２では板状部材の電位がＶＨであり、板状部材の傾斜方向は電極ａ側に変化し復帰される。状態３では板状部材の電位が０Ｖであり、第一軸用電位により電極ｃ側あるいは第二軸用電位では電極ｂ，電極ｄ側に板状部材の傾斜方向が変化する。

（なお、上記したＦ１〜Ｆ８、Ｖ１〜Ｖ６は先願である特願２００４−３２０８２１号を引用した。すなわち、
（１）光偏向装置アレイの駆動方法において、第二段階の状態における傾斜方向の切り換えを、以下の条件を全て満たす電位の印加により行なう。

条件１は、板状部材に構成された導電体層に接触してまたは固定して電位を付与する電極に電位Ｖ１、または電位Ｖ２を付与し、Ｖ１とＶ２は前記傾斜方向を指定するデータに基づき各光偏向装置ごとに選択する条件であり、
条件２は、板状部材に対向して設置された複数の電極群のうち、回転軸または支点を中心として第一傾斜方向側に設置された少なくとも一個以上の電極に電位Ｖ３を付与し、回転軸または支点を中心として第二傾斜方向側に設置された少なくとも一個以上の電極に電位Ｖ２と略同電位のＶ４を付与し、該Ｖ３及びＶ４は複数の光偏向装置で同時にそれぞれ同電位で付与する条件であり、
条件３は、第一傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ３と板状部材に構成された導電体層に作用する一方の電位Ｖ１との電位差により生じる静電引力Ｆ１と、第二傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ４と板状部材に構成された導電体層に作用する一方の電位Ｖ１との電位差により生じる静電引力Ｆ２が以下の大小関係を有する条件であり、
板状部材が状態の初期に第一傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ１＞Ｆ２
板状部材が状態の初期に第二傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ１＜Ｆ２
条件４は、第一傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ３と板状部材に構成された導電体層に作用するもう一方の電位Ｖ２との電位差により生じる静電引力Ｆ３と、第二傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ４と板状部材に構成された導電体層に作用するもう一方の電位Ｖ２との電位差により生じる静電引力Ｆ４が以下の大小関係を有する条件である
板状部材が状態の初期に第一傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ３＞Ｆ４
板状部材が状態の初期に第二傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ３＞Ｆ４
（２）光偏向装置アレイの駆動方法において、第三段階の状態における傾斜方向の切り換えを、以下の条件を全て満たす電位の印加により行なう。

条件１は、板状部材に構成された導体層に接触してまたは固定して電位を付与する電極に電位Ｖ１、または電位Ｖ２を付与し、Ｖ１とＶ２は前記傾斜方向を指定するデータに基づき各光偏向装置ごとに選択する条件であり、
条件２は、板状部材に対向して設置された複数の電極群のうち、回転軸または支点を中心として第一傾斜方向側に設置された少なくとも一個以上の電極に電位Ｖ１と略同電位の電位Ｖ５を付与し、回転軸または支点を中心として第二傾斜方向側に設置された少なくとも一個以上の電極に電位Ｖ６を付与し、該Ｖ５及びＶ６は複数の光偏向装置で同時にそれぞれ同電位で付与する条件であり、
条件３は、第一傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ５と板状部材に構成された導電体層に作用する一方の電位Ｖ１との電位差により生じる静電引力Ｆ５と、第二傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ６と板状部材に構成された導電体層に作用する一方の電位Ｖ１との電位差により生じる静電引力Ｆ６が以下の大小関係を有する条件であり、
板状部材が状態の初期に第一傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ５＜Ｆ６
板状部材が状態の初期に第二傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ５＜Ｆ６
条件４は、第一傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ５と板状部材に構成された導体層に作用するもう一方の電位Ｖ２との電位差により生じる静電引力Ｆ７と、第二傾斜方向側に設置された電極の電位Ｖ６と板状部材に構成された導体層に作用するもう一方の電位Ｖ２との電位差により生じる静電引力Ｆ８が以下の大小関係を有する条件である
板状部材が状態の初期に第一傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ７＞Ｆ８
板状部材が状態の初期に第二傾斜方向に傾斜している場合に、Ｆ７＜Ｆ８）。

二軸動作において、第一軸のＯＦＦのみを使用し第二軸のＯＦＦを使用しないことが可能である。この場合、支点部材を除く板状部材に対向する電極は３つで構成できる。すなわち、各セルへの電極群への配線も３本に低減できる。ＬＳＩ上の配線数を低減でき、製造がより容易になりコストの低減に有効である。

図８のように、使用しない電極の領域に導電性支点部材と下層のＳＲＡＭなどのメモリセルの出力と配線するビアホール１０９を配置することができ、電極形成が容易になる。

本発明の光偏向装置はアレイ状に配置され、各光偏向装置素子内の同位置の電極同士を配線し、同時に駆動する。一例として、図９（ａ）は４電極による構成を示し、同位置の電極を配線で接続する。（ｂ）に示すように、３つの電極で構成された光偏向装置（図８）の場合は、３本の配線で接続できる。

本発明の光偏向装置の第１の構成を示す。 本発明の光偏向装置の第２の構成を示す。 本発明の電極構造の利点を説明する図である。 本発明の光偏向動作を説明する図である 本発明の光偏向動作を説明する図である 本発明の光偏向装置における板状部材の傾斜変位の原理を説明する図である。 一軸動作のみが可能な電源の接続例を示す。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 二軸での状態１（表示とデータ書き込み）、状態２（板状部材の傾斜方向変化）、状態３（板状部材の復帰）の動作を説明する図である。 ３電極で構成された光偏向装置を示す。 アレイ状に配置された光偏向装置の電極の配線例を示す。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 絶縁膜
１０３ａ〜１０３ｄ 電極
１０６ 支点部材
１０７ａ 板状部材
１０７ｂ 導体層
１０８ 規制部材

Claims (9)

1. 基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、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、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板状部材の導電体層とほぼ対向して基板上にそれぞれ設けられ、かつ前記板状部材の導電体層に電気的に接するかあるいは電位を確立する電極を有し、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、前記光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて光偏向を行う光偏向装置において、前記複数の電極の面積が等しく、かつ電極の板状部材外周に対向する部分の面積が広いことを特徴とする光偏向装置。
2. 請求項１記載の光偏向装置において、前記複数の電極は、前記支点部材を中心とした点対称の形状であることを特徴とする光偏向装置。
3. 請求項２記載の光偏向装置において、前記形状は等脚台形であることを特徴とする光偏向装置。
4. 請求項１記載の光偏向装置において、前記複数の電極はピラミッド型の４斜面にそれぞれに形成されていることを特徴とする光偏向装置。
5. 請求項１記載の光偏向装置において、前記複数の電極は３電極であることを特徴とする光偏向装置。
6. 請求項１記載の光偏向装置において、板状部材が傾斜変位する方向と垂直な電極の電位と、板状部材に電気的に接する導電性支点部材の電位との差は、半導体記憶装置の動作電圧程度であることを特徴とする光偏向装置。
7. 請求項６記載の光偏向装置において、板状部材が傾斜変位する方向と垂直な電極の電位と、板状部材に電気的に接する導電性支点部材の電位はおおむね等しいことを特徴とする光偏向装置。
8. 請求項１または５記載の光偏向装置において、板状部材と接触する導電性支点部材と１電極を除く他の複数の電極の電位がおおむね等しいことを特徴とする光偏向装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光偏向装置を複数配置した光偏向装置アレイにおいて、各光偏向装置の複数の電極について、同じ位置にある電極同士を接続することを特徴とする光偏向装置アレイ。

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