JP2010002776A - マイクロミラーデバイス、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速駆動が可能でかつミラー面の動撓みを低減可能なマイクロミラーデバイスを提供する。
【解決手段】トーションバーと、トーションバーの一端に支持されたミラーと、トーションバーの他端が結合された基板と、ミラーを揺動させる揺動部とを備え、ミラーにダイヤモンドライクカーボン膜を形成したことを特徴とするマイクロミラーデバイスが提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般に、ミラー面が揺動するマイクロミラーデバイスに係り、とりわけ、マイクロミラーデバイスを採用した光走査装置、光走査装置を採用した画像形成装置に関する。

近年、ディスプレイ、プリンタなど多くの分野でＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）技術を応用したデバイスの実用化が進んでいる。ＭＥＭＳ技術は、シリコン基板上に電気回路と共にセンサ、アクチュエーターなどのマイクロ構造体を半導体プロセスによって集積化する技術として発展してきた。

ＭＥＭＳ技術を応用したデバイス（光変調素子、マイクロアクチュエーター、力学量センサ等）は、エレクトロニクス機器の小型化、低コスト化など高機能化の要望に応えることが期待されている。例えば、光走査装置を用いて光走査を行う、レーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等にＭＥＭＳ技術が採用されつつある。より具体的には、マイクロマシニング技術を用いて微小ミラーを捩り振動させ、光を走査する光走査装置が提案されている。

このような、光を透過、反射、あるいは吸収する光学機能を持たせたデバイスは光学ＭＥＭＳと呼ばれており、その中でも、スキャナ等の描画機能を持つ反射ミラーとして作製されたＭＥＭＳミラーなどはマイクロミラーデバイスと呼ばれる。特許文献１によれば、このような光走査装置が提案されている。

図１は、ジンバルタイプの光走査装置を示した図である。光走査装置は、可動ミラー３をトーションバー１によって支持し、可動ミラー３とフレーム５の対向電極２との間に働く静電気力により、可動ミラー３が回転軸４を中心として揺動（振動）する。揺動する可動ミラー３によって、入射してきた光を所定の場所に反射することによって、光の走査が実現される。画像形成装置では、この光の走査によって静電潜像が形成される。

図２は、二軸変更可能なジンバルタイプの光走査装置を示した図である。図２が示すように、可動ミラー３が２つのトーションバー１でジンバル８に支持される。ジンバル８が別の２つのトーションバー１２でフレーム５に支持される。これにより、可動ミラー３とジンバル８との回転軸が互いに直交する。可動ミラー３の裏面には、可動磁石７が設けられている。可動ミラー３の表面には、反射面９が設けられている。共通基盤１には、上述した２つの対向電極２と、固定コイル６が設けられている。なお、フレーム５はスペーサ１０を介して共通基板１１上に固定されている。
特開２００５−１７３４１１号公報

マイクロミラーデバイスのミラーは、高速駆動が可能で、かつ、高剛性を有していることが求められることがある。仮に、ミラーの剛性が不足してしまうと、ミラーは駆動時に自重による慣性力を受けて大きく撓んでしまう（以下、これを動撓みと記述する）。この動撓みが発生するとミラー面が歪むため、ミラーから反射する光を歪めてしまう。すなわち、ミラーの光学特性を著しく低下し、光走査装置の性能も低下する。

動撓みによるミラーの撓み量は、ミラーのサイズや変位角、駆動周波数、さらにはミラー材質の物性値である密度やヤング率などによって決定される。通常、ミラーサイズや変位角、駆動周波数などは、ミラーの用途によって求められる仕様値が決まってしまう。そのため、これらを調整して動撓みを低減することには限界がある。また、ミラー断面の厚みを増加することで剛性を高める対策も考えられる。しかし、これは、ミラー面の質量を増加させ、慣性モーメントを増加させてしまうため、高速動作が妨げられる。高速動作を必要とする機械要素、特に所定角度内を回動振動する機械要素にとっては、これは好ましくないだろう。さらに、動撓みに適した材質を選択することも考えられる。しかし、ミラーを含む揺動体と捩りバネを一体的な材料で形成した最も一般的なマイクロミラーデバイスでは、高い破断応力に耐えうる特性が捩りバネに必要となる。軽く、剛性が高く、高破断と言った物性的要素を備え、さらに加工プロセスでの加工性・高精度などの条件を満足する材料を見つける事は、大変困難である。

そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、高速駆動が可能でかつミラー面の動撓みを低減可能なマイクロミラーデバイスを提供することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。

本発明によれば、トーションバーと、
該トーションバーの一端に支持されたミラーと、
該トーションバーの他端が結合された基板と、
前記ミラーを揺動させる揺動部と
を備えたマイクロミラーデバイスであって、
前記ミラーにダイヤモンドライクカーボン膜を形成したことを特徴とするマイクロミラーデバイスが提供される。

さらに、本発明によれば、トーションバーと、
該トーションバーの一端に支持されたミラーと、
該トーションバーの他端が結合された基板と、
前記ミラーを揺動させる揺動部と
を備えたマイクロミラーデバイスであって、
前記ミラーは、前記ミラーの動撓みを減衰させる減衰層を備え、
前記減衰層のヤング率をＥ１、ポアソン比をν１、密度をρ１、前記ミラーのミラー面に対して垂直な方向の厚さをｔ１とし、前記ミラーの母材のヤング率をＥ２、ポアソン比をν２、密度をρ２、厚さをｔ２とすると、次式
ρ１×（１−ν１×ν１）／（Ｅ１×ｔ１×ｔ１） ＜
ρ２×（１−ν２×ν２）／（Ｅ２×ｔ２×ｔ２）
が成り立つことを特徴とするマイクロミラーデバイスが提供される。

本発明によれば、密度が小さく、剛性の高いダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜をミラーに形成することで、動撓みを軽減させることができる。また、本発明によれば、動撓みを減衰させるための減衰層がミラーに形成してもよい。これらによって、ミラー面の静的な平坦性を確保しつつ、高速動作させることが可能となる。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

なお、本発明を、図１や図２に示した光走査装置にも適用できる。ミラー部の構成が異なるに過ぎないからである。ここでは、金属基板上に真空蒸着法によりＤＬＣ膜、及び反射膜、増反射膜を形成して作製されたマイクロミラーデバイスに関する実施形態について、以下に詳細に記述する。

また、本発明の基本的な目的がミラー面の動撓みの低減であることから、ミラー面に焦点を絞って説明する。さらに、ミラー面の形状を矩形の簡易的なモデルに置き換え記述していく。また、本実施形態では、マイクロミラーデバイスのベース材となる基板に金属材料を使用した例を記述するが、基板はこれに限らず、シリコン（Ｓｉ）やセラミックス材であっても良い。

（ＤＬＣ膜について）
ＤＬＣは、１９７０年代にイオンビーム蒸着法により合成されたのが最初と言われる。ＤＬＣの構造によれば、炭素が四配位の結合（ＳＰ３結合）をもつが、部分的にＳＰ２結合や水素との結合を含む。そのため、ＤＬＣは、全般的には決まった結晶構造を持たない構成元素Ｃ（カーボン）、Ｈ（水素）のアモルファス構造となっている。従って、ＤＬＣの特性は、多くの点でダイヤモンドの特性と類似しているが、酸化開始温度が低く、またＤＬＣの膜表面がきわめて平滑である点で異なる。

ＤＬＣ薄膜の特徴として、低摩擦係数、低摩耗性、衝撃に対する柔軟性、相手方基材へのダメージ低減、樹脂およびゴムへの高密着性等があげられる。さらには、その主元素がカーボンで構成されているため、密度ρが低く（質量が軽く）、ヤング率Ｅが比較的大きい（高剛性である）といった優れた特徴をＤＬＣ薄膜は有している。ＤＬＣ薄膜の一般的な用途は、金型や工具、さらには光・磁気ディスク等の記憶装置用媒体の表面の保護である。

ＤＬＣ膜の成膜装置としては、プラズマＣＶＤ装置や、原料ガスを熱分解し基板に堆積する装置などが挙げられ（特開平１０−７２２８５号公報）。特開平１０−７２２８５号公報に記載された装置は、基板を真空槽内に配置し、所望の真空度まで排気した後、原料ガスをガスイオン源内で分解しイオンを発生させ、ここで発生したイオンを基板に照射し、ＤＬＣ膜を成膜する。また、一般的なプラズマＣＶＤ装置を用いてＤＬＣ膜を成膜してもよい。マイクロ波などの高周波パルスを用いて、大気圧中でのプラズマＣＶＤによるＤＬＣ膜の生成も可能である。

（反射膜、増反射膜について）
光走査装置などに使用されるマイクロミラーデバイスの反射層としては、例えば、チタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの金属膜が用いられる。これらの金属膜は、蒸着やスパッタといった真空蒸着法などにより形成される。

しかし、金属膜は比較的表面上に傷がつきやすい。さらに金属膜の表面は酸化しやすい。よって、金属膜のみによる反射層は、徐々に反射率が低下してしまう。そこで、金属膜層を保護するための保護膜が必要となる場合が多い。

また、金属膜単層では反射層として所望する十分な反射率が得られないことがある。よって、保護膜層に増反射膜としての機能を持たせ、総体としての反射率を高めることができれば、金属膜を保護しつつ、光の利用効率を上げることができる。

増反射層は、例えば、誘電体の低屈折率材料と高屈折率材料を組み合わせて積層することで形成される。低屈折率材料としては例えば、ＳｉＯ２やＭｇＦ２がある。また、高屈折率材料としては、ＴｉＯ２やＮｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５などがある。ただし、Ａｌ２Ｏ３のような中間屈折率材料を積層してもよい。なお、増反射膜の材料をこれらにのみ限る必要はなく、その時々で最適な材料を選択すれば良い。

（ミラー面の作製）
厚さ３００μｍのＳＵＳ材（例：ＳＵＳ３０４）の板に鏡面加工を加え、プレス加工により３×１ｍｍの矩形板を切り出す。この矩形板がミラー面となる。本実施形態ではＳＵＳ材をプレス加工したが、本発明はこれに限られることはない。例えば、セラミックス材ならば成形法などが採用される。このように、材料やその後の工程によって最適なプロセスを選択すれば良い。

また、ミラーは必ずしも矩形である必要はない。例えば、ミラーを高速駆動することにより空気抵抗が問題となる場合は、ミラーの形状を円形や楕円形の形状としてもよい。

図３は、ミラーに発生する動撓みを説明するための図である。とりわけ、図３（ａ）は、ミラーの断面を示している。この矩形板をミラーの母材として捩り振動を与えると、図３（ｂ）が示すように、ミラー面が変形する。

ＳＵＳ３０４を採用したとしても、ＳＵＳ３０４材間では物性値の微妙な差異があり、また、ミラー面に加工誤差が発生するため、製造された各ミラーごとに動撓みの最大変位δにはバラツキが発生する。なお、駆動周波数２ｋＨｚ、変位角３０度で捩り振動を可動ミラー３に与えた場合、ミラー平面の中心線Ｂ−Ｂ’からの最大変位δは、約４３ｎｍ程度となった。

次にこの矩形板にＤＬＣ膜を形成した。ＤＬＣ膜は前述したプラズマＣＶＤ法により成膜した。ＤＬＣ膜は非常に平滑な面を出せる。よって、ミラー面の平面度はＤＬＣ膜を作製する直前の母材の界面状態に大きく依存する。従って、本実施形態では、母材（矩形板）を非常に平面度の高い、鏡面状態となるまで鏡面加工を施し、その後でＤＬＣコートを施している。

図４は、可動ミラーの断面図である。本実施形態では、ＳＵＳ３０４の母材１３の上にＤＬＣ膜１４を形成し、さらに、反射層１５及び増反射層１６を形成した。反射層１５及び増反射層１６は、ミラー面の反射率を向上させることができる。

なお、ＤＬＣ膜１４をプラズマＣＶＤ法により作製した場合、図４（ｂ）が示すように、母材１３の裏面側にもＤＬＣ膜が形成される。膜応力の均衡やさらなる剛性力の向上を求める場合は、このように母材１３の表面側と裏面側の双方にＤＬＣ膜１４を積層してもよい。

また、図４（ａ）が示すように片面側のみに膜を形成したい場合は、母材１３の裏面側にマスクを施してＤＬＣ膜１４を成膜したり、２枚の母材１３を重ね合わせてＤＬＣ膜を成膜し、成膜後にこれらを分離して個別に反射層１５及び増反射層１６を形成してもよい。本実施形態では、図４（ａ）の構成を選択した。

図５は、可動ミラーの材料をわかりやすく説明した断面図である。反射層１５はＡｌ膜１７により形成されている。増反射層１６は、第１のＳｉＯ２膜１８、第２のＳｉＯ２膜１９、さらに、ＴｉＯ２膜２０が積層して形成されている。

Ａｌ膜１７は、例えば、抵抗加熱法により成膜できる。増反射層１６を形成するための成膜方法としては、例えば、スパッタ法、ＩＡＤ（イオンアシスト蒸着）法、ＩＢＳ（イオンビームスパッタ）法、クラスター蒸着法、イオンプレーティング法など、膜厚を比較的正確に制御でき、再現性の高い膜を得ることができる真空蒸着法が好ましい。ただし、必要とされる膜の性質や、基板を含めた各材料の制約条件等から最適な方法を選択すれば良い。もちろん、真空蒸着法である必要はなく、ミラー面の構成によっては総合的なプロセスを吟味し、他の成膜方法（例：電気メッキ法など）が採用されてもよい。膜応力と光学特性との両立を考慮し、本実施形態ではアシストの付加は行わず、電子ビーム共蒸着（ＥＢ蒸着）を行った。

成膜基板の加熱については次の通り行う。反射層１５を形成する際には基板加熱を行わない。また、Ａｌ膜１７の酸化防止を目的とする極薄の第１のＳｉＯ２膜１８も無加熱で形成する。その後、基板加熱を行い１５０℃程度まで基板温度を上昇させた後、増反射層である第２のＳｉＯ２膜１９とＴｉＯ２膜２０を生成する。図５で増反射層１６のＳｉＯ２膜が２層に分かれているのは、これらの理由からである。

ＤＬＣ膜１４の前後での密着が問題となる場合は、母材１３とＤＬＣ膜１４との間、又は、ＤＬＣ膜１４と反射層１５との間、の所望する部分に密着層を挿入しても良い。

このように基板の加熱・無加熱を膜生成時に意図的に選択・制御するのは以下の理由からである。通常、金属膜を基板加熱した状態で生成した場合、金属が酸化されてしまい、無加熱での成膜と比較し反射率が下がってしまう。特に、Ａｌ膜の場合、表面上に突起物等が形成され、反射率が大幅に減少してしまう。逆に、誘電体であるＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜は加熱をしない状態で成膜すると非常にポーラスな膜質となってしまい、耐環境性に著しく劣る膜が形成されてしまう。また、誘電体の膜の無加熱成膜は、加熱成膜と比較すると再現性にも劣る傾向にある。以上から、反射層は無加熱の状態で、増反射層は加熱状態で成膜を行うことが望ましい。

各膜の膜厚については、ミラーとして要求される光学特性だけではなく、静的な撓みを考慮して、ミラー面総体として膜応力の非常に小さい構成にする必要がある。各層の膜応力を可能な限り小さくすることも考えられる。しかし、膜応力が小さい状態は、一般的には膜密度の低い、空隙の多いポーラスな膜質が生じた状態であるため、温度や湿度といった周囲環境により、光学的特性が大きく変化してしまう。よって、光走査装置などとして使用されるマイクロミラーデバイスとしての仕様を満足することが困難となりやすい。

従って、圧縮応力となる層と、引張り応力となる層を積層して、総体として膜応力がキャンセル（相殺）される構成がより望ましい。さらに、光学特性と膜応力のキャンセルとを同時に実現することが難しい場合は、基板両面に同様の膜を積層する事で、両面の応力をキャンセルさせたり、反射層と母材との間に膜応力を低減するための膜応力緩和層を挿入したりしても良い。

このような膜応力緩和層を金属膜層の直前に形成するには、膜応力緩和層も無加熱状態で成膜すると、成膜の効率化の点で利点がある。しかし、応力緩和層に用いる蒸着膜を無加熱状態で形成すると、膜の密度が低下する。一般に、膜応力の絶対値は小さい値になるため、所望の応力を持った膜を形成できない可能性もある。よって、膜応力緩和層を加熱状態で成膜し、その後、基板温度が低下してから、金属膜層以降の層を前記と同様に生成しても良い。

これによって作製されたミラー面に駆動周波数２ｋＨｚ、変位角３０度で捩り振動を与えると、動撓みの最大変位δが２４ｎｍ程度となった。このように、慣性力によるミラー面の歪みを４３％程度低減することができた。

例えばミラー面に、エッチング法やダイシング法で加工した単結晶Ｓｉウエハを接着することでも同様に動撓みを低減可能である。Ｓｉウエハは、その剛性が比較的に高く、軽い材料だからである。従って、同様の性質を持った材料であれば、ミラー面に貼り付けることで同様の効果が得られるであろう。

しかし、このような貼り付け工程を必要とする場合、ミラー部の重心位置がずれないように、高精度に母材１３とミラー面を接着する必要がある。また、密着材料として接着材などを使用した場合は、この接着材も均等にペーストする必要がある。仮に接着剤の重心が所望の位置からずれると、マイクロミラーデバイスの各モードの共振周波数が微妙に変化してしまう。これは、所望の共振周波数を達成できなくなり、回転モード以外の振動を励起しやすくなり、モードが混在してしまったりするといった、各種不具合を引き起こすだろう。従って、より精度高くミラー面を形成するには、成膜を施すプロセスの方が適しているといえよう。また、ＤＬＣ膜は特に動撓みを低減するのに最適な材料の１つと言える。

（光走査装置について）
図６、図７は、ミラー面の一例を示す図である。図６において、ミラー部２１は、捩りバネ２３を介して揺動部２２に接続されている。すなわち、揺動部２２が揺動することにより、ミラー部２１も揺動することになる。揺動部２２やミラー部２１は、揺動体の一例である。また、図７によれば、揺動部２２が２つに変更されている。すなわち、２つの揺動部２２が揺動すると、その振動エネルギーが捩りバネ２３を伝わり、中央のミラー部２１が揺動する。

図６や図７によれば、マイクロミラーデバイスは、トーションバー（捩りバネ２３）と、トーションバーの一端に支持されたミラー（ミラー部２１）と、トーションバーの他端が結合された基板（揺動部２２）と、ミラーを揺動させる揺動部（揺動部２２）とを備えている。

本発明を適用すれば、図６や図７に示した形状のミラー面に関しても動撓みを低減することが可能である。また、特開２００６−２９３１１６号公報に示されているような板波を使ったモデルに関しても同様にミラー面の動撓みを低減することが可能である。

すなわち、図７に示したいわゆる両持ち三振動子モデルのマイクロミラーデバイスにおいて、ミラー部２１と２つの揺動部２２とを含む３つの揺動体に上述した動撓み対策を施すことで、動撓みの低減効果が確認された。これにより、ミラー面の歪みを大きく改善することができた。

すなわち、ミラー部２２１ダイヤモンドライクカーボン膜を形成することで、動撓みが軽減される。また、ミラー部２１は、金属を材料とした反射層を備え、反射層の材料は、アルミニウム、銅、銀、金の少なくとも１つである。また、ミラー部２１は、誘電体膜を積層することで形成された増反射層を備え、増反射層の材料は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１つである。例えば、ミラー部２１は、母材１３と、母材の上に形成されたＤＬＣ膜１４と、ＤＬＣ膜の上に形成された反射層１５と、反射層の上に形成された増反射層１６とを備える。さらに、捩りバネ２３と、ミラー部２１と、基板（揺動部２２）とが同一の素材（例：ステンレス鋼、ＳＵＳ）により一体的に構成されていてもよい。この場合、捩りバネ２３と、ミラー部２１と、基板（揺動部２２）とが、１枚の金属板を打ち抜くことで形成されることになる。

本実施形態においては、２つの揺動部２２に永久磁石を実装するとともに、透磁率の高い材料で作製されたコア材の周囲にコイルを巻きつけた部材を永久磁石の近くに配置している。よって、コイルに電流を流すことで、揺動部２２にトルクが発生する。永久磁石に代えてに、揺動部２２に磁性膜や磁歪膜が採用されてもよい。

図８は、マイクロミラーデバイスの他の例を示した図である。上述した永久磁石とコイルに代えて、圧電素子や圧電膜が板波発生素子として採用されてもよい。図８によれば、揺動部２２に設けられた圧電素子２４に交流電圧が印加されると、圧電素子２４が変形して揺動部２２が振動する。すなわち、発生した板波が捩りバネ２３を伝わり、ミラー部２１を揺動させる。なお、ミラー部２１が大きな変位を必要としないのであれば、静電力による駆動手段が採用されてもよい。

（撓み減衰層について）
図９は、マイクロミラーデバイスの他の断面図である。既に説明した箇所には、同一の参照符号を付与している。

図９によれば、ＤＬＣ膜１４に代えて、ミラーの動撓みを減衰させる減衰層２５が形成されている。減衰層２５に関しては、次式が成立する。
ρ１×（１−ν１×ν１）／（Ｅ１×ｔ１×ｔ１） ＜
ρ２×（１−ν２×ν２）／（Ｅ２×ｔ２×ｔ２） ・・・（１）
ここで、減衰層のヤング率をＥ１、ポアソン比をν１、密度をρ１、ミラー面に対して垂直な方向の厚さをｔ１としている。また、ミラーの母材のヤング率をＥ２、ポアソン比をν２、密度をρ２、厚さをｔ２としている。減衰層２５は、ダイヤモンドライクカーボン膜により形成されていてもよい。

図１０は、マイクロミラーデバイスの他の断面図である。既に説明した箇所には、同一の参照符号を付与している。

図１０（ａ）によれば、上述したＤＬＣ膜１４に加えて減衰層２５が形成されている。また、図１０（ｂ）によれば、上述した２つのＤＬＣ膜１４に加えて減衰層２５が形成されている。減衰層２５は、ダイヤモンドライクカーボン膜により形成されていてもよい。

上述したように、ミラー部に捩り振動を与えると、ミラー部が変形を起こす。これは、駆動時にミラーが自重による慣性力を受けることに起因している。しかしながら、ミラーの母材が変形を起こしたとしても、光の反射層が平滑であれば、動撓みによる悪影響を低減することができる。従って、母材１３の変形を減衰できる撓み減衰層２５を、母材１３と反射層１５との間に介在させている。

ここで、減衰層２５も、母材１３と同様に自重による慣性力を受け、変形を起こす。なお、動撓みは、（２）式に比例する。

ここで、材料のヤング率をＥ、ポアソン比をν、密度をρ、ミラー面と垂直方向の厚さをｔとする。

よって、減衰層に関しては（３）式が成立することが望ましい。なお、（３）式は、（１）式と同一である。

ここで、母材１３のヤング率をＥ１、ポアソン比をν１、密度をρ１、ミラー面と垂直方向の厚さをｔ１とする。また、減衰層２５のヤング率をＥ２、ポアソン比をν２、密度をρ２、ミラー面と垂直方向の厚さをｔ２とする。

また、母材１３や反射層１５との密着性が問題となる場合には密着層が挿入されてもよい。これは密着層両面との密着度が改善できるものであればよく、適したものを選択すればよい。最近では、フラーレン酸化物を利用した方法なども知られている。

（ミラー面の作製）
減衰層２５は、上述した母材１３の次に形成される。減衰層２５としては、例えば、単結晶シリコンウエハを３×１ｍｍに加工して積層すればよい。本実施形態においては３００μｍのＳＵＳ材を使用し、減衰層２５の厚さを１００μｍ程度とした。（３）式にこれらの値を代入して整理すると、（４）式が得られる。

このように、（４）式を満たすような材料（例：単結晶シリコンウエハやＤＬＣなど）を減衰層として採用すればよい。

これによって作製されたミラー（図９）に、駆動周波数２ｋＨｚ、変位角３０度で捩り振動を与えた場合、複数個のサンプルで多少のバラツキが確認されたが、平均値として、動撓みの最大変位δは２０ｎｍ程度となった。すなわち、慣性力によるミラー面の歪みを５３％程度低減できた。

一方、図１０（ａ）に示したミラーでは、同様の条件に対して、動撓みの最大変位δは２４ｎｍ程度となった。すなわち、慣性力によるミラー面の歪みを４６％程度低減できた。

本実施形態においては、揺動体のみに膜を生成するためにマスク蒸着を行った。本実施形態では真空成膜法により膜を形成してきたために、前記のような手法を選択したが、これに限らず、成膜プロセスに適した手法を選択すれば良い。

また、マイクロミラーデバイスを光走査装置として使用する場合、静的な撓みを考慮し、マイクロミラーデバイスの長手方向を、重力方向と水平となるように配置することがより好ましい。このような、光走査装置は、光ビームを射出する光源（例：半導体レーザ）と、光ビームを走査するマイクロミラーデバイスとを備えている。

さらに、上述したマイクロミラーデバイスを備えた光走査装置を画像形成装置に採用してもよい。画像形成装置は、光走査装置と、光走査装置により画像信号に応じた潜像を表面に形成される像担持体と、潜像を現像しトナー像を形成する現像装置と、トナー像を記録媒体上に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備えている。

もちろん、上述した光走査装置をヘッドマウントディスプレイなどの表示装置に組み込んでもよい。また、バーコードリーダ等の入力装置等にも適用可能である。

さらに、本発明であれば２次元走査が可能なマイクロミラーデバイスにも適用可能であり、これをディスプレイなどに用いられる２次元光走査装置に採用する事もできる。

ジンバルタイプの光走査装置を示した図である。 二軸変更可能なジンバルタイプの光走査装置を示した図である。 ミラーに発生する動撓みを説明するための図である。 可動ミラーの断面図である。 可動ミラーの材料をわかりやすく説明した断面図である。 ミラー面の一例を示す図である。 ミラー面の一例を示す図である。 マイクロミラーデバイスの他の例を示した図である。 マイクロミラーデバイスの他の例を示した断面図である。 マイクロミラーデバイスの他の例を示した断面図である。

符号の説明

１．トーションバー
２．対向電極
３．可動ミラー
４．回転軸
５．フレーム
７．可動磁石
８．ジンバル
９．反射膜
１０．スペーサー
１１．共通基板
１２．トーションバー
１３．ミラー部 母材
１４．ＤＬＣ膜
１５．反射層
１６．増反射層
１３．ミラー部 母材
１４．ＤＬＣ膜
１５．反射層
１６．増反射層
１７．Ａｌ膜
１８．第１のＳｉＯ２膜
１９．第２のＳｉＯ２膜
２０．ＴｉＯ２膜
２１．ミラー部（揺動体）
２２．揺動部（揺動体）
２３．捩りバネ（トーションバー）
２４．圧電素子
２５．減衰層

Claims (16)

1. トーションバーと、
   該トーションバーの一端に支持されたミラーと、
   該トーションバーの他端が結合された基板と、
   前記ミラーを揺動させる揺動部と
   を備えたマイクロミラーデバイスであって、
   前記ミラーにダイヤモンドライクカーボン膜を形成したことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
2. 前記ミラーは、金属を材料とした反射層を備えていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
3. 前記反射層の材料は、アルミニウム、銅、銀、金の少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロミラーデバイス。
4. 前記ミラーは、誘電体膜を積層することで形成された増反射層を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロミラーデバイス。
5. 前記増反射層の材料は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１つであることを特徴とする請求項４に記載のマイクロミラーデバイス。
6. 前記ミラーは、母材と、該母材の上に形成された前記ダイヤモンドライクカーボン膜と、該ダイヤモンドライクカーボン膜の上に形成された反射層と、該反射層の上に形成された増反射層とを備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
7. 前記トーションバーと、前記ミラーと、前記基板とが同一の素材により一体的に構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか1項に記載のマイクロミラーデバイス。
8. 前記トーションバーと、前記ミラーと、前記基板とが、１枚の金属板を打ち抜くことで形成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロミラーデバイス。
9. 前記金属板は、ＳＵＳであることを特徴とする請求項８に記載のマイクロミラーデバイス。
10. 前記揺動部は、前記ミラーを揺動させるための板波を前記基板に発生させる板波発生素子であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか1項に記載のマイクロミラーデバイス。
11. 前記板波発生素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロミラーデバイス。
12. トーションバーと、
    該トーションバーの一端に支持されたミラーと、
    該トーションバーの他端が結合された基板と、
    前記ミラーを揺動させる揺動部と
    を備えたマイクロミラーデバイスであって、
    前記ミラーは、前記ミラーの動撓みを減衰させる減衰層を備え、
    前記減衰層のヤング率をＥ１、ポアソン比をν１、密度をρ１、前記ミラーのミラー面に対して垂直な方向の厚さをｔ１とし、前記ミラーの母材のヤング率をＥ２、ポアソン比をν２、密度をρ２、厚さをｔ２とすると、次式
    ρ１×（１−ν１×ν１）／（Ｅ１×ｔ１×ｔ１） ＜
    ρ２×（１−ν２×ν２）／（Ｅ２×ｔ２×ｔ２）
    が成り立つことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
13. 前記減衰層に加えてダイヤモンドライクカーボン膜が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロミラーデバイス。
14. 前記減衰層をダイヤモンドライクカーボン膜により形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロミラーデバイス。
15. 光走査装置であって、
    光ビームを射出する光源と、
    前記光ビームを走査する、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイスと
    を含むことを特徴とする光走査装置。
16. 画像形成装置であって、
    請求項１５に記載の光走査装置と、
    前記光走査装置により画像信号に応じた潜像を表面に形成される像担持体と、
    前記潜像を現像しトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像を記録媒体上に転写する転写装置と、
    前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置と
    を含むことを特徴とする画像形成装置。

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