JP2013101377A - Micromirror element and micromirror array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイに関し、特に、通信用の光スイッチング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナ、波長選択スイッチ等に使用されるマイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイに関するものである。 The present invention relates to a micromirror element and a micromirror array, and more particularly, to a micromirror element and a micromirror array used for communication optical switching elements, measuring instruments, displays, scanners, wavelength selective switches, and the like.
近年、光通信の分野では、１つの波長に１つの光信号を対応させ、波長多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術により、大容量の光伝送を行うことが実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える光スイッチングデバイスが脚光を浴びている。なかでも、小型、軽量、低コストを実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた空間光学系光スイッチングデバイスが注目されている（特許文献１参照）。このＭＥＭＳ技術を用いた空間光学系光スイッチングデバイスの構成部品として最
も特徴的なものが、複数のマイクロミラー素子を高密度に配列したマイクロミラーアレイである。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of optical communication, it has been realized that large-capacity optical transmission is performed by WDM (Wavelength Division Multiplexing) technology in which one optical signal is associated with one wavelength and wavelength-division multiplexed. With the development of such optical communication technology, an optical switching device that switches a path without converting an optical signal into an electrical signal or the like has attracted attention. Among these, as a technology for realizing small size, light weight, and low cost, a spatial optical system optical switching device using an optical MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology has attracted attention (see Patent Document 1). The most characteristic component of the spatial optical system optical switching device using the MEMS technology is a micromirror array in which a plurality of micromirror elements are arranged at high density.
マイクロミラーアレイは、ミラー素子（マイクロミラー素子）が、１次元的あるいは２次元的に配列されたものである。ミラー素子は、図１４に示すように、ミラー２３０が形成されたミラー基板２００と、電極３４０ａ〜３４０ｄが形成された電極基板３００とが互いに平行に配設された構造を有する。 In the micromirror array, mirror elements (micromirror elements) are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. As shown in FIG. 14, the mirror element has a structure in which a mirror substrate 200 on which a mirror 230 is formed and an electrode substrate 300 on which electrodes 340a to 340d are formed are arranged in parallel to each other.
ミラー基板２００は、板状の基部２１０とリング状の可動枠２２０と円板状のミラー２３０とを備えたＳＯＩ基板である。基部２１０は、平面視略円形の開口を備える。この開口内には、可動枠２２０が配置され、一対の連結部２１１ａ，２１１ｂにより基部２１０に連結されている。これにより可動枠２２０は、連結部２１１ａ，２１１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に回動可能とされている。この可動枠２２０には、平面視略円形の開口が設けられている。この可動枠２２０の開口内にミラー２３０が配置され、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に連結されている。これにより、ミ
ラー２３０は、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能とされている。
The mirror substrate 200 is an SOI substrate including a plate-shaped base 210, a ring-shaped movable frame 220, and a disk-shaped mirror 230. The base 210 includes an opening that is substantially circular in plan view. A movable frame 220 is disposed in the opening and is connected to the base 210 by a pair of connecting portions 211a and 211b. Thereby, the movable frame 220 can be rotated around a rotation axis (movable frame rotation axis) passing through the connecting portions 211a and 211b. The movable frame 220 is provided with a substantially circular opening in plan view. A mirror 230 is disposed in the opening of the movable frame 220 and is coupled to the movable frame 220 by a pair of mirror coupling portions 221a and 221b. Thereby, the mirror 230 can be rotated around a rotation axis (mirror rotation axis) passing through the mirror connecting portions 221a and 221b.
一方、電極基板３００は、板状の基部３１０と基部３１０の上面に突出する突出部３２０を備えている。この突出部３２０の外面を含む電極基板３００の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に、扇形の電極３４０ａ，電極３４０ｂ，電極３４０ｃ，電極３４０ｄが形成されている。 On the other hand, the electrode substrate 300 includes a plate-like base portion 310 and a protruding portion 320 that protrudes from the upper surface of the base portion 310. Fan-shaped electrodes 340 a, 340 b, 340 c, and 340 d are formed in a circle concentric with the mirror 230 of the opposing mirror substrate 200 on the upper surface of the electrode substrate 300 including the outer surface of the protruding portion 320.
このようなミラー素子においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄ間に正または負の電圧を与えて、電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることで、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。 In such a mirror element, the mirror 230 is grounded, a positive or negative voltage is applied between the electrodes 340a to 340d, and an asymmetric potential difference is generated between the electrodes 340a to 340d. And the mirror 230 can be rotated in an arbitrary direction.
上述したようなミラー素子から構成されるマイクロミラーアレイを用いた波長選択スイッチを図１５に示す。なお、図１５においては、ｍ波長多重ＷＤＭ用の１入力ｎ出力（ｍ，ｎは２以上の整数）の分波型波長選択スイッチの場合を例に説明する。 FIG. 15 shows a wavelength selective switch using a micromirror array composed of the mirror elements as described above. In FIG. 15, a case of a demultiplexing type wavelength selective switch having 1 input and n outputs (m and n are integers of 2 or more) for m wavelength division multiplexing WDM will be described as an example.
図１５に示す波長選択スイッチは、１本の入力側光ファイバ４０１と、ｎ本の出力側光ファイバ４０２−１〜４０２−ｎと、入力側光ファイバ４０１の入力ポート４０１ａからの入力光を回折してｍ本の特定波長の光信号に分波する回折格子４０３と、この回折格子４０３により回折された最大ｍ本の光信号を波長毎に、対応する出力側光ファイバ４０２−１〜４０２−ｎの出力ポート４０２ａ−１〜４０２ａ−ｎに反射するｍ個のミラー素子４０４−１〜４０４−ｍを配列したマイクロミラーアレイ４０４とから構成される。 The wavelength selective switch shown in FIG. 15 diffracts input light from one input side optical fiber 401, n number of output side optical fibers 402-1 to 402-n, and an input port 401a of the input side optical fiber 401. Then, a diffraction grating 403 that demultiplexes into m optical signals of a specific wavelength, and a maximum of m optical signals diffracted by the diffraction grating 403 for each wavelength, corresponding output side optical fibers 402-1 to 402-. The micro mirror array 404 includes m mirror elements 404-1 to 404-m that are reflected on the n output ports 402a-1 to 402a-n.
このような波長選択スイッチでは、任意の波長の光信号に対応するミラー素子のミラーを図１５のＸ軸回りに回動させ、回折された光信号を所定の出力ポートに結合させることにより、入力側光ファイバ４０１から入力された最大ｍ波長の光信号の所定の波長の光信号のみを、任意の出力側光ファイバ４０２−１〜４０２−ｎから出力させる。また、ミラー素子のミラーをＸ軸と直交するＹ軸回りに回動させることにより、出力側光ファイバ４０２−１〜４０２−ｎの配列方向と直交する方向に回折した光信号を移動させ、いわゆる結合ずれが生じさせることにより、他の出力側光ファイバに光信号が漏れ込むことなくそ
のパワーを調節することができる。このように、波長選択スイッチは、単に特定の波長の光信号を任意の出力ポートから出力させるのみならず、その光信号のパワーも調節し、最大ｍ波長の光信号全てのパワーを同等にするパワー等価機能も備えている。
In such a wavelength selective switch, the mirror of the mirror element corresponding to the optical signal of an arbitrary wavelength is rotated around the X axis in FIG. 15 and the diffracted optical signal is coupled to a predetermined output port, whereby the input is performed. Only an optical signal having a predetermined wavelength among optical signals having a maximum m wavelength input from the side optical fiber 401 is output from any output side optical fiber 402-1 to 402-n. Further, by rotating the mirror of the mirror element about the Y axis orthogonal to the X axis, the diffracted optical signal is moved in a direction orthogonal to the arrangement direction of the output side optical fibers 402-1 to 402-n, so-called. By causing the coupling shift, the power can be adjusted without the optical signal leaking into the other output side optical fiber. In this way, the wavelength selective switch not only outputs an optical signal of a specific wavelength from an arbitrary output port, but also adjusts the power of the optical signal to equalize the power of all optical signals of maximum m wavelengths. It also has a power equivalent function.
上述したような波長選択スイッチに用いられるマイクロミラーアレイにおいて、その小型化を実現するには、ミラー素子を高密度に配列する必要がある。このとき、光信号の等価帯域を十分確保するためには、ミラーピッチに対するミラー幅の割合、すなわちフィルファクタを、８０％以上とすることが望ましい。これは、ミラーピッチを１００μｍと仮定すると、ミラーの間隔を２０μｍ以下にしなければならないことを意味している。近年、光信号の信号速度が１０Ｇｂｐｓから４０Ｇｐｓに上昇しており、将来的には信号速度のさらなる高速化が見込まれる現状では、ミラーの間隔は可能な限り小さいことが望ましい。 In the micromirror array used in the wavelength selective switch as described above, it is necessary to arrange the mirror elements at high density in order to realize miniaturization. At this time, in order to ensure a sufficient equivalent band of the optical signal, it is desirable that the ratio of the mirror width to the mirror pitch, that is, the fill factor is 80% or more. This means that assuming that the mirror pitch is 100 μm, the distance between the mirrors must be 20 μm or less. In recent years, the signal speed of optical signals has increased from 10 Gbps to 40 Gbps, and in the present situation where further increase in signal speed is expected in the future, it is desirable that the mirror interval be as small as possible.
しかしながら、従来のミラー素子では、リング状の可動枠の開口内にミラーが配設されてるため、ミラーの間隔は、少なくともミラーを支持する可動枠の幅の２倍を必要とするが、可動枠は、ミラーを支持する構造体でもあるので、強度を確保するためにある程度の幅が必要であり、際限なく細くすることができない。このため、可動枠内にミラーが配設された従来のミラー素子では、高いフィルファクタを実現することが難しく、光信号の等価帯域を十分に確保することが困難であった。たとえ上記可動枠の幅をゼロにできたとしても、従来のミラー素子では、ミラーの下部に電極を配置しているので、ミラーを近づけて配列すると隣接するミラーによる静電力干渉が発生してしまうため、その干渉を抑制するためにある程度離間させてミラーを配置せざるを得ず、高いフィルファクタを実現することが困難であった。 However, in the conventional mirror element, since the mirror is disposed in the opening of the ring-shaped movable frame, the distance between the mirrors needs to be at least twice the width of the movable frame that supports the mirror. Since it is also a structure that supports the mirror, a certain amount of width is required to ensure strength, and it cannot be made infinitely thin. For this reason, in the conventional mirror element in which the mirror is disposed in the movable frame, it is difficult to realize a high fill factor, and it is difficult to sufficiently secure an equivalent band of an optical signal. Even if the width of the movable frame can be reduced to zero, the conventional mirror element has an electrode disposed below the mirror, so that if the mirrors are arranged close to each other, electrostatic force interference between adjacent mirrors will occur. For this reason, in order to suppress the interference, the mirrors have to be arranged apart from each other to some extent, and it has been difficult to realize a high fill factor.
そこで、本発明は、マイクロミラー装置およびマイクロミラーアレイのフィルファクタを向上させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the fill factor of a micromirror device and a micromirror array.
上述したような課題を解決するために、本発明に係るマイクロミラー素子は、支持部材と、この支持部材に一端が接続された複数の可動電極と、少なくとも３つの可動電極の他端部とバネ部材を介して接続されたミラーとを有する反射部と、この反射部と離間した面上に可動電極と対向して配置された複数の固定電極とを備え、ミラーは、平面視略矩形に形成され、複数の可動電極のうち２つはミラーの第１の辺に接続され、他の少なくとも１つは第１の辺と接していない第２の辺に接続され、ミラーの同一の辺に接続される隣接する可動電極にそれぞれ対向して配置された隣接する固定電極の間に配設され、平面視で隣接する可動電極の間に位置し、固定電位に接続された静電遮断壁を備えることを特徴とする。上記マイクロミラー素子において、可動電極は、それぞれ別個のバネ部材を介してミラーと接続され、バネ部材およびミラーとともに当該可動電極の延在方向に沿った同一直線上に位置するようにしてもよい。 In order to solve the above-described problems, a micromirror element according to the present invention includes a support member, a plurality of movable electrodes having one end connected to the support member, the other end portions of at least three movable electrodes, and a spring. A reflecting portion having a mirror connected through a member, and a plurality of fixed electrodes disposed on the surface spaced from the reflecting portion so as to face the movable electrode, and the mirror is formed in a substantially rectangular shape in plan view And two of the plurality of movable electrodes are connected to the first side of the mirror, and at least one of the other movable electrodes is connected to the second side that is not in contact with the first side, and is connected to the same side of the mirror. Provided between adjacent fixed electrodes arranged opposite to each of the adjacent movable electrodes, and located between the adjacent movable electrodes in plan view, and provided with an electrostatic blocking wall connected to a fixed potential It is characterized by that. In the micromirror element, the movable electrode may be connected to the mirror via a separate spring member, and may be positioned on the same straight line along the extending direction of the movable electrode together with the spring member and the mirror.
上記マイクロミラー素子において、ミラーは、第１の辺の長さが、この第１の辺に接続された可動電極の第１辺に沿った方向の長さの和以上で、かつ、第２の辺の長さが、この第２の辺に接続された可動電極の第２の辺に沿った方向の長さの和以上であるようにしてもよい。 In the micromirror element, the length of the first side of the mirror is not less than the sum of the lengths in the direction along the first side of the movable electrode connected to the first side, and the second side The length of the side may be equal to or greater than the sum of the lengths in the direction along the second side of the movable electrode connected to the second side.
また、上記マイクロミラー素子において、可動電極は、支持部材に一端が接続された可動梁である。また、可動電極は、支持部材とバネ部材を介して接続された電極部材であるようにしてもよい。 In the micromirror element, the movable electrode is a movable beam having one end connected to the support member. The movable electrode may be an electrode member connected to the support member via a spring member.
また、本発明に係るマイクロミラーアレイは、対向配置された２つの支持構造体と、これらの支持構造体に沿って複数配列された上記マイクロミラー素子とを備え、マイクロミラー素子の支持部材は、支持構造体であることを特徴とする。 Further, a micromirror array according to the present invention includes two support structures arranged opposite to each other, and a plurality of the micromirror elements arranged along these support structures, and the support member of the micromirror element includes: It is a support structure.
本発明によれば、固定電極を可動電極に対向して配置することにより、固定電極をミラーに対向して配置するよりも、各ミラーを高密度に配置することができるので、結果として、フィルファクタを向上させることができる。 According to the present invention, by disposing the fixed electrode facing the movable electrode, each mirror can be disposed at a higher density than when the fixed electrode is disposed facing the mirror. The factor can be improved.
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明に係る第１の実施の形態について詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜マイクロミラー素子の構成＞
図１，図２に示すように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子（ミラー素子）１は、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部１１と、この支持部１１に一端（以下、固定端という）が接続された可動梁１２−１〜１２−４と、この可動梁１２−１〜１２−４の他端（以下、可動端という）に接続されたバネ１３−１〜１３−４と、このバネ１３−１〜１３−４を介して可動梁１２−１〜１２−４の可動端に接続されたミラー１４とを備えている。また、可動梁１２−１〜１２−４の下方に対向配置された電極１５−１〜１５−４と、隣接する電極１５−１〜１５−４の間に形成された静電遮断壁１６とを備えている。なお、本実施の形態では、ミラー１４に光信号が照射される面（ミラー面）の側を上方、ミラー１４の裏面側を下方として説明を行う。
<Configuration of micromirror element>
As shown in FIGS. 1 and 2, the micromirror element (mirror element) 1 according to the present embodiment includes a pair of support portions 11 such as a substrate and a case that are arranged in parallel to each other, and the support portion 11. Movable beams 12-1 to 12-4 to which one end (hereinafter referred to as a fixed end) is connected, and a spring 13- connected to the other ends (hereinafter referred to as movable ends) of the movable beams 12-1 to 12-4. 1 to 13-4 and a mirror 14 connected to the movable ends of the movable beams 12-1 to 12-4 via the springs 13-1 to 13-4. Also, the electrodes 15-1 to 15-4 disposed oppositely below the movable beams 12-1 to 12-4, and the electrostatic shielding wall 16 formed between the adjacent electrodes 15-1 to 15-4, It has. In the present embodiment, the description will be made assuming that the surface (mirror surface) on which the optical signal is applied to the mirror 14 is the upper side, and the back side of the mirror 14 is the lower side.
可動梁１２−１〜１２−４は、平面視略矩形の板状の形状を有し、長手方向がミラー１４の長手方向と平行になるように配設され、一方の短辺（可動端）が対応するバネ１３−１〜１３−４に、他方の短辺（固定端）が支持部１１に接続されている。具体的には、可動梁１２−１，１２−２は、互いにその長手方と直交する方向（短手方向）に所定間隔離間して並設されており、可動端がミラー１４の一方の短辺側のバネ１３−１またはバネ１３−２に、固定端が支持部１１に接続されている。また、可動梁１２−３，１２−４も、互いにその長手方向と直交する方向に所定間隔離間して配設されており、可動端がミラー１４の他方の短辺側のバネ１３−３または１２−４に、固定端が支持部１１に接続されている。図１に示すように、可動梁１２−１〜１２−４の隣り合う可動梁と反対側の長辺は、ミラー１４の何れかの長辺と略同一直線上に位置するように配設されている。また、可動端に接続されるバネ１３−１〜１３−４は、その可動端の短手方向に隣接する可動梁の側と反対側の端部に接続されている。 The movable beams 12-1 to 12-4 have a substantially rectangular plate shape in plan view, and are arranged so that the longitudinal direction is parallel to the longitudinal direction of the mirror 14. One short side (movable end) The other short side (fixed end) is connected to the support portion 11 to the corresponding springs 13-1 to 13-4. Specifically, the movable beams 12-1 and 12-2 are juxtaposed at a predetermined interval in a direction (short direction) perpendicular to the longitudinal direction of each of the movable beams 12-1 and 12-2. A fixed end is connected to the support portion 11 to the side spring 13-1 or the spring 13-2. The movable beams 12-3 and 12-4 are also arranged at a predetermined interval in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the movable beams 12-3 and 12-4, and the movable end is a spring 13-3 on the other short side of the mirror 14 or The fixed end is connected to the support part 11 at 12-4. As shown in FIG. 1, the long side of the movable beams 12-1 to 12-4 on the side opposite to the adjacent movable beam is disposed so as to be positioned on the same straight line as any long side of the mirror 14. ing. Further, the springs 13-1 to 13-4 connected to the movable end are connected to the end portion on the opposite side of the movable beam adjacent to the movable end in the short direction.
バネ１３−１〜１３−４は、屈曲やねじり動作が可能な公知のバネの構成を有し、一端がミラー１４に他端が対応する何れかの可動梁１２−１〜１２−４に接続されている。なお、バネ１３−１〜１３−４の形状は、ミラー素子１の形状や機能に応じて、棒やつづら折りの形状など適宜自由に設定することができる。 The springs 13-1 to 13-4 have a known spring configuration that can be bent and twisted, and one end is connected to any of the movable beams 12-1 to 12-4 corresponding to the mirror 14 and the other end. Has been. The shapes of the springs 13-1 to 13-4 can be set as appropriate according to the shape and function of the mirror element 1, such as a bar or a zigzag folded shape.
ミラー１４は、平面視略矩形の板状の形状を有する。本実施の形態では、平面視略長方形の形状を有し、一対の短辺の両端には、対応するバネ１３−１〜１３−４が接続されている。 The mirror 14 has a plate-like shape that is substantially rectangular in plan view. In the present embodiment, it has a substantially rectangular shape in plan view, and corresponding springs 13-1 to 13-4 are connected to both ends of a pair of short sides.
電極１５−１〜１５−４は、可動梁１２−１〜１２−４と同等の平面形状を有し、それぞれ対応する可動梁１２−１〜１２−４の下方に対向配置される。このような電極１５−１〜１５−４は、外部より配線（図示せず）を介してそれぞれ独立に制御された電圧（以下、駆動電圧という）が印加されることにより、対向配置された可動梁１２−１〜１２−４を静電引力により駆動させる。駆動電圧は、通常、正の直流電圧であるが負の直流電圧であってもよく、交流的な電圧であってもよい。 The electrodes 15-1 to 15-4 have a planar shape equivalent to that of the movable beams 12-1 to 12-4, and are arranged to face each other below the corresponding movable beams 12-1 to 12-4. Such electrodes 15-1 to 15-4 are movable so as to be opposed to each other by applying independently controlled voltages (hereinafter referred to as drive voltages) via wiring (not shown) from the outside. The beams 12-1 to 12-4 are driven by electrostatic attraction. The drive voltage is usually a positive DC voltage, but may be a negative DC voltage or an AC voltage.
静電遮断壁１６は、上方に向かって立設された平面視略矩形の板の形状を有し、隣接する電極１５−１〜１５−４の間に配設される。具体的には、電極１５−１と電極１５−２の間、および、電極１５−３と電極１５−４の間に配設される。マイクロミラー素子は、数１０μｍのオーダのサイズであり、このサイズに２つの電極が近接して配置されている。また、後述するように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子１は、ミラー１４との長辺同士が隣接するように一列に配列され、１次元のマイクロミラーアレイとして用いられるが、この場合でも、隣接する電極１５−１〜１５−４は近接配置される。このため、例えば、電極１５−１に駆動電圧を印加して可動梁１２−１を駆動させると、電極１５−１で発生した電界が可動梁１２−２にも作用し、可動梁１２−２も駆動する恐れがある。このように、電極１５−１〜１５−４が近接配置されている場合、ある電極が隣接する他の電極に対応する可動梁に電気的な干渉を与えてしまう場合がある。そこで、本実施の形態では、静電遮断壁１６を設けることにより、そのような電気的な干渉を防ぐ。静電遮断壁１６は、隣接する電極と可動梁との電界を遮断するためのものであるから、その高さは、対向する電極と可動梁との間隔程度であることが望ましいが、これよりも多少低くてもよい。また、全ての静電遮断壁１６には、例えばグラウンド電圧を印加するようにしてもよい。なお、静電遮断壁１６は、固定電極に与える電圧値が小さいなど、隣接する電極間での電気的な干渉が可動電極の動作にあまり影響を及ぼさない場合には、設けないようにしてもよい。 The electrostatic shielding wall 16 has a shape of a substantially rectangular plate that is erected upward and is disposed between the adjacent electrodes 15-1 to 15-4. Specifically, it is disposed between the electrode 15-1 and the electrode 15-2 and between the electrode 15-3 and the electrode 15-4. The micromirror element has a size on the order of several tens of μm, and two electrodes are arranged close to this size. Further, as will be described later, the micromirror elements 1 according to the present embodiment are arranged in a row so that the long sides of the mirror 14 are adjacent to each other, and are used as a one-dimensional micromirror array. Adjacent electrodes 15-1 to 15-4 are arranged close to each other. For this reason, for example, when a driving voltage is applied to the electrode 15-1 to drive the movable beam 12-1, the electric field generated at the electrode 15-1 also acts on the movable beam 12-2, and the movable beam 12-2. There is also a risk of driving. As described above, when the electrodes 15-1 to 15-4 are arranged close to each other, an electrode may cause electrical interference to the movable beam corresponding to another adjacent electrode. Therefore, in the present embodiment, such an electrical interference is prevented by providing the electrostatic shielding wall 16. Since the electrostatic blocking wall 16 is for blocking the electric field between the adjacent electrode and the movable beam, the height thereof is preferably about the interval between the opposing electrode and the movable beam. May be slightly lower. Further, for example, a ground voltage may be applied to all the electrostatic shielding walls 16. Note that the electrostatic shielding wall 16 may not be provided when electrical interference between adjacent electrodes does not significantly affect the operation of the movable electrode, such as a small voltage value applied to the fixed electrode. Good.
上述した支持部１１、可動梁１２−１〜１２−４、バネ１３−１〜１３−４およびミラー１４、例えば、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板のＳＯＩ層を公知の半導体プロセス技術により加工して、一体形成するようにしてもよい。この場合、可動梁１２−１〜１２−４、バネ１３−１〜１３−４、ミラー１４は、単結晶シリコンで形成されており、互いに導通されている。一体形成されたこれらは、例えばグラウンド電圧を印加するようにしてもよい。なお、便宜上、以下において、支持部１１、可動梁１２−１〜１２−４、バネ１３−１〜１３−４およびミラー１４が形成される基板をミラー基板と言う。 The support portion 11, the movable beams 12-1 to 12-4, the springs 13-1 to 13-4, and the mirror 14, such as the SOI layer of an SOI (Silicon-On-Insulator) substrate, are processed by a known semiconductor process technology. And you may make it form integrally. In this case, the movable beams 12-1 to 12-4, the springs 13-1 to 13-4, and the mirror 14 are made of single crystal silicon and are electrically connected to each other. These formed integrally may be applied with a ground voltage, for example. For convenience, in the following, the substrate on which the support portion 11, the movable beams 12-1 to 12-4, the springs 13-1 to 13-4, and the mirror 14 are formed is referred to as a mirror substrate.
一方、電極１５−１〜１５−４および静電遮断壁１６は、金属などの導体または半導体からなり、それぞれ電気的に絶縁されて１つの基板上に形成されている。なお、便宜上、以下において、電極１５−１〜１５−４および静電遮断壁１６が形成される基板を電極基板と言う。この電極基板は、シリコン基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜状に固定電極１５−１〜１５−４および静電遮断壁１６を形成するようにしてもよい。 On the other hand, the electrodes 15-1 to 15-4 and the electrostatic shielding wall 16 are made of a conductor such as metal or a semiconductor, and are electrically insulated and formed on one substrate. For convenience, the substrate on which the electrodes 15-1 to 15-4 and the electrostatic shielding wall 16 are formed will be referred to as an electrode substrate below. In this electrode substrate, an insulating film may be formed on a silicon substrate, and the fixed electrodes 15-1 to 15-4 and the electrostatic shielding wall 16 may be formed in the insulating film shape.
＜マイクロミラー素子の製造方法＞
次に、本実施の形態に係るマイクロミラー素子１の製造方法について説明する。
<Method of manufacturing micromirror element>
Next, a method for manufacturing the micromirror element 1 according to the present embodiment will be described.
まず、ミラー基板の製造方法について説明する。ＳＯＩ基板の支持基板の裏面（絶縁層およびＳＯＩ層が形成された面と逆の面）を感光性レジストでパターニングした状態で、支持基板をＫＯＨでエッチングし、絶縁層が露出した状態とする。次に、ＳＯＩ層を感光性レジストでパターニングし、可動梁１２−１〜１２−４、バネ１３−１〜１３−４およびミラー１４が残るように加工する。最後に、ＳＯＩ基板の裏面から絶縁層を除去することにより、可動梁１２−１〜１２−４、バネ１３−１〜１３−４およびミラー１４などの可動部分を形成する。 First, a method for manufacturing a mirror substrate will be described. With the back surface (the surface opposite to the surface on which the insulating layer and the SOI layer are formed) of the supporting substrate of the SOI substrate being patterned with a photosensitive resist, the supporting substrate is etched with KOH so that the insulating layer is exposed. Next, the SOI layer is patterned with a photosensitive resist and processed so that the movable beams 12-1 to 12-4, the springs 13-1 to 13-4, and the mirror 14 remain. Finally, by removing the insulating layer from the back surface of the SOI substrate, movable parts such as the movable beams 12-1 to 12-4, the springs 13-1 to 13-4, and the mirror 14 are formed.
次に、電極基板の製造方法について説明する。シリコン基板上に熱酸化反応などにより絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にＴｉ／Ａｕ薄膜をスパッタした後、Ｔｉ／Ａｕ薄膜上に感光性レジストをパターニングする。この感光性レジストをモールド（鋳型）として金メッキを形成させ、電極１５−１〜１５−４、静電遮断壁１６の第１層および電極１５−１〜１５−４や静電遮断壁１６に電圧を印加するための配線（図示せず）を形成する。この上に、さらに感光性レジストをパターニングし、静電遮断壁１６の第１層上に静電遮断壁１６の第２層を金メッキで形成する。最後に、感光性レジストを除去し、露出しているＴｉ／Ａｕ薄膜を除去することにより、電極１５−１〜１５−４および静電遮断壁１６を形成する。 Next, a method for manufacturing the electrode substrate will be described. An insulating film is formed on a silicon substrate by a thermal oxidation reaction or the like, a Ti / Au thin film is sputtered on the insulating film, and then a photosensitive resist is patterned on the Ti / Au thin film. Gold plating is formed using this photosensitive resist as a mold, and voltage is applied to the electrodes 15-1 to 15-4, the first layer of the electrostatic shielding wall 16, and the electrodes 15-1 to 15-4 and the electrostatic shielding wall 16. A wiring (not shown) for applying the voltage is formed. A photosensitive resist is further patterned thereon, and a second layer of the electrostatic shielding wall 16 is formed on the first layer of the electrostatic shielding wall 16 by gold plating. Finally, the photosensitive resist is removed, and the exposed Ti / Au thin film is removed, whereby the electrodes 15-1 to 15-4 and the electrostatic shielding wall 16 are formed.
最後に、ミラー基板と電極基板とを、対応する可動梁１２−１〜１２−４と電極１５−１〜１５−４とが対向配置されるように貼り合わせることにより、図１，図２に示すマイクロミラー素子または複数のマイクロミラー素子を１次元に配列したマイクロミラーアレイが生成される。 Finally, the mirror substrate and the electrode substrate are bonded together so that the corresponding movable beams 12-1 to 12-4 and the electrodes 15-1 to 15-4 are opposed to each other. A micromirror array in which the illustrated micromirror elements or a plurality of micromirror elements are arranged in a one-dimensional manner is generated.
＜マイクロミラー素子の動作＞
次に、本実施の形態に係るマイクロミラー素子１の動作について説明する。
<Operation of micromirror element>
Next, the operation of the micromirror element 1 according to the present embodiment will be described.
ミラー１４の短手方向に沿った軸をＸ軸、ミラー１４の長手方向に沿った軸をＹ軸とし、それぞれの軸回りにミラー１４を回動させる場合について説明する。なお、以下においては、図３に示すように、電極１５−１〜１５−４には、それぞれ電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄという正の電圧が印加され、各可動梁１２−１〜１２−４には、グラウンド電圧が印加された場合を例に説明する。 The case where the axis along the short direction of the mirror 14 is the X axis and the axis along the longitudinal direction of the mirror 14 is the Y axis, and the mirror 14 is rotated about each axis will be described. In the following, as shown in FIG. 3, positive voltages Va, Vb, Vc, and Vd are applied to the electrodes 15-1 to 15-4, respectively, and the movable beams 12-1 to 12- 4 illustrates an example in which a ground voltage is applied.
≪Ｘ軸回りの回動≫
Ｘ軸回りミラー１４を回動させるには、Ｘ軸方向に並設された可動梁の変位を同じに保ったまま、Ｙ軸方向に並設された可動梁の変位を異ならせることにより、実現することができる。言い換えると、Ｘ軸方向に並設された電極に印加する電圧を同じに保ったまま、Ｙ軸方向に並設された電極に印加する電圧を異ならせることにより、実現することができる。具体的には、図３に示すように、Ｘ軸方向に併設された電極１５−１，１５−２に印加する電圧ＶａとＶｂ、および、電極１５−３，１５−４に印加する電圧ＶｃとＶｄをそれぞれ等しくし、かつ、ミラー１４に所望する回動が生じるように電圧Ｖａ（またはＶｂ）と電圧Ｖｃ（またはＶｄ）との間に電位差ΔＶを与える。これにより、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ミラー１４はＸ軸回りに回動する。
≪Rotation around X axis≫
The rotation of the mirror 14 around the X-axis is realized by changing the displacement of the movable beams arranged in the Y-axis direction while keeping the same displacement of the movable beams arranged in the X-axis direction. can do. In other words, it can be realized by differentiating the voltage applied to the electrodes arranged in the Y-axis direction while keeping the same voltage applied to the electrodes arranged in the X-axis direction. Specifically, as shown in FIG. 3, voltages Va and Vb applied to the electrodes 15-1 and 15-2 provided side by side in the X-axis direction, and a voltage Vc applied to the electrodes 15-3 and 15-4. And Vd are made equal to each other and a potential difference ΔV is given between the voltage Va (or Vb) and the voltage Vc (or Vd) so that the mirror 14 can be rotated as desired. Thereby, as shown in FIGS. 4A and 4B, the mirror 14 rotates about the X axis.
このとき、例えば、全ての可動梁１２−１〜１２−４の変位が電圧Ｖの関数ｄ（Ｖ）で表される場合、バネ１３−１〜１３−４のサイズを無視すると、図４（ｂ）に示すＸ軸回りに生じる回転角θ1は下式（１）で表すことができる。 At this time, for example, when the displacements of all the movable beams 12-1 to 12-4 are expressed by the function d (V) of the voltage V, if the sizes of the springs 13-1 to 13-4 are ignored, FIG. The rotation angle θ 1 generated around the X axis shown in b) can be expressed by the following equation (1).
θ1＝｛ｄ（Ｖａ）−ｄ（Ｖｄ）｝／Ｌｍ ・・・（１） θ 1 = {d (Va) −d (Vd)} / Lm (1)
ここで、Ｌｍは、ミラー１４のＹ軸方向の長さである。回転角θ1が微小で、関数ｄ（Ｖ）がｄ（Ｖ）＝ＡＶと線形に近似できる場合、上式（１）は、下式（２）で表すように電位差ΔＶで近似することができる。なお、Ａは、任意の係数である。 Here, Lm is the length of the mirror 14 in the Y-axis direction. When the rotation angle θ 1 is small and the function d (V) can be approximated linearly as d (V) = AV, the above equation (1) can be approximated by the potential difference ΔV as represented by the following equation (2). it can. A is an arbitrary coefficient.
θ1＝（ＡＶａ−ＡＶｄ）／Ｌｍ＝ＡΔＶ／Ｌｍ ・・・（２） θ 1 = (AVa−AVd) / Lm = AΔV / Lm (2)
この電位差ΔＶをＸ軸を制御する電圧としてＶｘと定義すれば、Ｖｘを指定することで、ミラー１４のＸ軸回りの角度を任意に制御することができる。なお、ＶｘはＸ軸を中心にミラー１４を回動させるための制御電圧を意味する。 If this potential difference ΔV is defined as Vx as a voltage for controlling the X axis, the angle around the X axis of the mirror 14 can be arbitrarily controlled by specifying Vx. Vx means a control voltage for rotating the mirror 14 around the X axis.
≪Ｙ軸回りの回動≫
Ｙ軸回りミラー１４を回動させるには、Ｙ軸方向に並設された可動梁の変位を同じに保ったまま、Ｘ軸方向に並設された可動梁の変位を異ならせることにより、実現することができる。言い換えると、Ｙ軸方向に並設された電極に印加する電圧を同じに保ったまま、Ｘ軸方向に並設された電極に印加する電圧を異ならせることにより、実現することができる。具体的には、図３に示すように、Ｙ軸方向に併設された電極１５−１，１５−４に印加する電圧ＶａとＶｄ、および、電極１５−２，１５−３に印加する電圧ＶｂとＶｃをそれぞれ等しくし、かつ、ミラー１４に所望する回動が生じるように電圧Ｖａ（またはＶｄ
）と電圧Ｖｂ（またはＶｃ）との間に電位差ΔＶを与える。これにより、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ミラー１４はＹ軸回りに回動する。
≪Rotation around Y axis≫
The Y-axis mirror 14 can be rotated by changing the displacement of the movable beams arranged in the X-axis direction while keeping the same displacement of the movable beams arranged in the Y-axis direction. can do. In other words, it can be realized by differentiating the voltages applied to the electrodes arranged in the X-axis direction while keeping the same voltage applied to the electrodes arranged in the Y-axis direction. Specifically, as shown in FIG. 3, voltages Va and Vd applied to the electrodes 15-1 and 15-4 provided in the Y-axis direction, and a voltage Vb applied to the electrodes 15-2 and 15-3. And Vc are equal to each other, and the voltage Va (or Vd is set so that the mirror 14 can be rotated as desired.
) And voltage Vb (or Vc). As a result, as shown in FIGS. 5A and 5B, the mirror 14 rotates about the Y axis.
このとき、例えば、全ての可動梁１２−１〜１２−４の変位が電圧Ｖの関数ｄ（Ｖ）で表される場合、バネ１３−１〜１３−４のサイズを無視すると、図５（ｂ）に示すようにＹ軸回りに生じる回転角θ2は下式（３）で表すことができる。 At this time, for example, when the displacements of all the movable beams 12-1 to 12-4 are expressed by the function d (V) of the voltage V, if the sizes of the springs 13-1 to 13-4 are ignored, FIG. As shown in b), the rotation angle θ 2 generated around the Y axis can be expressed by the following equation (3).
θ2＝｛ｄ（Ｖａ）−ｄ（Ｖｂ）｝／Ｌｗ ・・・（３） θ 2 = {d (Va) −d (Vb)} / Lw (3)
ここで、Ｌｗは、ミラー１４のＸ軸方向の長さである。回転角θ2が微小で、関数ｄ（Ｖ）がｄ（Ｖ）＝ＡＶと線形に近似できる場合、上式（１）は、下式（４）で表すように電位差ΔＶで近似することができる。なお、Ａは、任意の係数である。 Here, Lw is the length of the mirror 14 in the X-axis direction. When the rotation angle θ 2 is small and the function d (V) can be approximated linearly as d (V) = AV, the above equation (1) can be approximated by the potential difference ΔV as represented by the following equation (4). it can. A is an arbitrary coefficient.
θ2＝（ＡＶａ−ＡＶｂ）／Ｌｗ＝ＡΔＶ／Ｌｗ ・・・（４） θ 2 = (AVa−AVb) / Lw = AΔV / Lw (4)
この電位差ΔＶをＹ軸を制御する電圧としてＶｙと定義すれば、Ｖｙを指定することで、ミラー１４のＹ軸回りの角度を任意に制御することができる。なお、ＶｙはＹ軸を中心にミラーを回動させるための制御電圧を意味する。 If this potential difference ΔV is defined as Vy as a voltage for controlling the Y axis, the angle around the Y axis of the mirror 14 can be arbitrarily controlled by specifying Vy. Vy means a control voltage for rotating the mirror around the Y axis.
≪Ｘ軸およびＹ軸の回動≫
上述したように、Ｘ軸およびＹ軸の制御電圧をＶｘ，Ｖｙと定義した場合、下式（５−１）〜（５−４）に示すように各電極１５−１〜１５−４に印加する電圧を定義することにより、Ｖｘ，Ｖｙの２変数を指定することで、ミラー１４のＸ軸およびＹ軸を制御することができる。
≪Rotation of X axis and Y axis≫
As described above, when the X-axis and Y-axis control voltages are defined as Vx and Vy, they are applied to the electrodes 15-1 to 15-4 as shown in the following equations (5-1) to (5-4). By defining the two voltages Vx and Vy, the X axis and Y axis of the mirror 14 can be controlled.
Ｖａ＝Ｖbias＋Ｖｘ／２−Ｖｙ／２ ・・・（５−１）
Ｖｂ＝Ｖbias＋Ｖｘ／２＋Ｖｙ／２ ・・・（５−２）
Ｖｃ＝Ｖbias−Ｖｘ／２＋Ｖｙ／２ ・・・（５−３）
Ｖｄ＝Ｖbias−Ｖｘ／２−Ｖｙ／２ ・・・（５−４）
Va = V bias + Vx / 2−Vy / 2 (5-1)
Vb = V bias + Vx / 2 + Vy / 2 (5-2)
Vc = V bias −Vx / 2 + Vy / 2 (5-3)
Vd = V bias −Vx / 2−Vy / 2 (5-4)
ここで、Ｖbiasは各電極１５−１〜１５−４に等しく印加するバイアス電圧である。このバイアス電圧には、例えば可動梁１２−１〜１２−４の最大変位を与える電圧値の半分の値を設定する。 Here, V bias is a bias voltage applied equally to the electrodes 15-1 to 15-4. For this bias voltage, for example, a value half of the voltage value that gives the maximum displacement of the movable beams 12-1 to 12-4 is set.
なお、各電極１５−１〜１５−４にバイアス電圧Ｖbiasを印加することにより、ミラー１４を回動させる際のＸ軸およびＹ軸を固定させることができるようになる。これについて、以下に説明する。 Note that, by applying a bias voltage V bias to each of the electrodes 15-1 to 15-4, the X axis and the Y axis when the mirror 14 is rotated can be fixed. This will be described below.
一般に、可動電極と固定電極からなる２つの電極間に電位差を与え、この電位差により発生する静電引力により可動電極を駆動させる静電駆動アクチュエータ（本実施の形態における可動梁１２−１〜１２−４と電極１５−１〜１５−４の関係に相当）は、電位差がない状態が２つの電極間が最も離れた状態であり、電位差を大きくするにしたがって可動電極は固定電極に引きつけられる、すなわち２つの電極間が近づくように動作する。したがって、図１，図２に示すマイクロミラー素子１において、各電極１５−１〜１５−４にバイアス電圧Ｖbiasを印加しない状態では、各可動梁１２−１〜１２−４は初期状態（Ｖｘ＝Ｖｙ＝０）の位置から電極１５−１〜１５−４に近づく方向のみしか変位することができない。このため、マイクロミラー素子１の電極１５−１，１５−２のみに正の電圧を印加してミラー１４を回動させた場合、ミラー１４の回動軸は、バネ１３−３，１３−４を通る直線となる。一方、マイクロミラー素子１の電極１５−３，１５−４のみに正の電圧を印加してミラー１４を回動させた場合、ミラー１４の回動軸は、バネ１３−１，１３−２を通る直線となり、上述した電極１５−１，１５−２に電圧を印加した場合と異なってしまう。 In general, an electrostatic drive actuator (movable beams 12-1 to 12- in the present embodiment) that applies a potential difference between two electrodes, which are a movable electrode and a fixed electrode, and drives the movable electrode by electrostatic attraction generated by the potential difference. 4 and the electrodes 15-1 to 15-4) is a state in which there is no potential difference between the two electrodes, and the movable electrode is attracted to the fixed electrode as the potential difference is increased. It operates so that the two electrodes are close to each other. Therefore, in the micromirror element 1 shown in FIGS. 1 and 2, when the bias voltage V bias is not applied to the electrodes 15-1 to 15-4, the movable beams 12-1 to 12-4 are in the initial state (Vx = Vy = 0) can be displaced only in the direction approaching the electrodes 15-1 to 15-4. Therefore, when the mirror 14 is rotated by applying a positive voltage only to the electrodes 15-1 and 15-2 of the micromirror element 1, the rotation axis of the mirror 14 is the springs 13-3 and 13-4. A straight line passing through. On the other hand, when the mirror 14 is rotated by applying a positive voltage only to the electrodes 15-3 and 15-4 of the micromirror element 1, the rotation axis of the mirror 14 is the springs 13-1 and 13-2. This is a straight line that passes through, and is different from the case where a voltage is applied to the electrodes 15-1 and 15-2 described above.
これに対して、図１，図２に示すマイクロミラー素子１において、各電極１５−１〜１５−４に適当なバイアス電圧Ｖbiasを印加することにより、各可動梁１２−１〜１２−４は、その初期状態（Ｖｘ＝Ｖｙ＝０）であっても、等しいバイアス電圧によって定まる位置まで電極１５−１〜１５−４側に押し下げられた状態となる。したがって、電極１５−１〜１５−４に負の電圧を印加することにより、可動梁１２−１〜１２−４を電極１５−１〜１５−４から離れる方向に駆動させることができるようになる。具体的には、マイクロミラー素子１において、可動梁１２−１，１２−２を電極側に引きつける方向に駆動させ、かつ、可動梁１２−３，１２−４を電極から離間する方向に駆動させることにより、または、可動梁１２−３，１２−４を電極側に引きつける方向に駆動させ、かつ、可動梁１２−１，１２−２を電極から離間する方向に駆動させることにより、Ｘ軸をミラー１４の中心を通る位置に固定したまま、ミラー１４を回動させることができる。なお、Ｙ軸についても、同様の方法により固定することができることは言うまでもない。 On the other hand, in the micromirror element 1 shown in FIGS. 1 and 2, by applying an appropriate bias voltage V bias to the electrodes 15-1 to 15-4, the movable beams 12-1 to 12-4 are applied. Even in the initial state (Vx = Vy = 0), the electrode 15-1 to 15-4 is pushed down to the position determined by the equal bias voltage. Therefore, by applying a negative voltage to the electrodes 15-1 to 15-4, the movable beams 12-1 to 12-4 can be driven in a direction away from the electrodes 15-1 to 15-4. . Specifically, in the micromirror element 1, the movable beams 12-1 and 12-2 are driven in a direction to attract the electrodes, and the movable beams 12-3 and 12-4 are driven in a direction away from the electrodes. Or by driving the movable beams 12-3 and 12-4 toward the electrode side and driving the movable beams 12-1 and 12-2 away from the electrodes. The mirror 14 can be rotated while being fixed at a position passing through the center of the mirror 14. Needless to say, the Y-axis can be fixed by the same method.
例えば、マイクロミラー素子１のミラー面に集光された信号光が照射される場合において、信号光の焦点は、通常、ミラー面の中心付近に位置するように光学系が設計される。このとき、上述したような方法により、ミラー１４の回動軸をミラー１４の中心を通る位置で固定することにより、ミラー１４が回動しても信号光の焦点が常にミラー面上で結ばれるため、光学系の結合損失などが増加するのを防ぐことができる。 For example, when signal light condensed on the mirror surface of the micromirror element 1 is irradiated, the optical system is usually designed so that the focal point of the signal light is located near the center of the mirror surface. At this time, by fixing the rotation axis of the mirror 14 at a position passing through the center of the mirror 14 by the method described above, the focus of the signal light is always on the mirror surface even if the mirror 14 is rotated. Therefore, an increase in coupling loss of the optical system can be prevented.
なお、上式（５−１）〜（５−４）は、一例であって、符号や係数などは適宜自由に設定することができる。また、可動梁１２−１〜１２−４や電極１５−１〜１５−４の特性がそれぞれ異なる場合には、その特性に応じてバイアス電圧や係数を適宜自由に設定することができる。 The above formulas (5-1) to (5-4) are merely examples, and the code, coefficient, and the like can be set as appropriate. Further, when the characteristics of the movable beams 12-1 to 12-4 and the electrodes 15-1 to 15-4 are different from each other, the bias voltage and the coefficient can be set freely according to the characteristics.
＜マイクロミラーアレイ＞
上述したマイクロミラー素子１をミラー１４の短手方向に一列に配列することにより、図６に示すようなマイクロミラーアレイを生成することができる。図６に示すマイクロミラーアレイにおいて、マイクロミラー素子１は、支持部１１から構成される互いに平行に配設された一対の支持枠１９に沿って、一列に配列されている。隣り合うミラー素子１の間、すなわち、隣り合うミラー素子１の対向する電極１５−１〜１５−４の間には、静電遮断壁１６と同等の構成を有し、グラウンド電圧が印加される静電遮断壁１７が設けられている。これにより、隣接するミラー素子１の電極１５−１〜１５−４からの静電気的な干渉を防ぐことができる。
<Micromirror array>
By arranging the above-described micromirror elements 1 in a row in the short direction of the mirror 14, a micromirror array as shown in FIG. 6 can be generated. In the micromirror array shown in FIG. 6, the micromirror elements 1 are arranged in a line along a pair of support frames 19 formed of support parts 11 and arranged in parallel to each other. Between the adjacent mirror elements 1, that is, between the opposing electrodes 15-1 to 15-4 of the adjacent mirror elements 1, it has the same configuration as the electrostatic shielding wall 16 and is applied with a ground voltage. An electrostatic shielding wall 17 is provided. Thereby, electrostatic interference from the electrodes 15-1 to 15-4 of the adjacent mirror element 1 can be prevented.
図６に示すマイクロミラーアレイは、各可動梁１２−１〜１２−４および電極１５−１〜１５−４の寸法がそれぞれ等しいとした場合、２つの可動梁または電極の短手方向の幅は、静電遮断壁１６の幅も含めてミラーピッチ以下となるように設計される。 In the micromirror array shown in FIG. 6, when the dimensions of the movable beams 12-1 to 12-4 and the electrodes 15-1 to 15-4 are the same, the width of the two movable beams or electrodes in the short direction is The width of the electrostatic shielding wall 16 is designed to be less than the mirror pitch.
なお、静電気的な干渉を防ぐためには、静電遮断壁を設けるのみならず、電極１５−１〜１５−４を上方に突出させて対向する可動梁との間隔を短くするようにしてもよい。このようにしても、隣接する電極１５−１〜１５−４の影響を防ぐことができる。 In order to prevent electrostatic interference, not only an electrostatic shielding wall may be provided, but the electrodes 15-1 to 15-4 may be protruded upward to shorten the distance between the opposed movable beams. . Even if it does in this way, the influence of the adjacent electrodes 15-1 to 15-4 can be prevented.
以上説明したように、本実施の形態によれば、電極１５−１〜１５−４を可動梁１２−１〜１２−４に対向して配置することにより、固定電極をミラーに対向して配置するよりも、各ミラー１４を高密度に配置することができるので、結果として、フィルファクタを向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the fixed electrodes are arranged to face the mirror by arranging the electrodes 15-1 to 15-4 to face the movable beams 12-1 to 12-4. Instead, the mirrors 14 can be arranged at a high density, and as a result, the fill factor can be improved.
また、ミラー１４を支持する可動梁１２−１〜１２−４をＹ方向の両側に配設することにより、ミラー１４をＸ方向に沿って配列した際に各ミラー１４の間隔を狭くすることができるので、フィルファクタを向上させることができる。 Further, by disposing the movable beams 12-1 to 12-4 that support the mirrors 14 on both sides in the Y direction, the interval between the mirrors 14 can be reduced when the mirrors 14 are arranged along the X direction. As a result, the fill factor can be improved.
すなわち、従来技術と比較して、２軸回転を実現するための可動機構をミラー１４が配列される側と直交する側に配設し、かつ、ミラー１４の下方に静電電極を設けない構造とすることにより、隣接するミラーとの静電力の干渉がなくなり、ミラー１４の製造限界を高密度に並べることが可能となったので、フィルファクタを向上させることができる。 That is, as compared with the prior art, a movable mechanism for realizing biaxial rotation is disposed on the side orthogonal to the side where the mirror 14 is arranged, and no electrostatic electrode is provided below the mirror 14. As a result, interference of electrostatic force with the adjacent mirror is eliminated, and the manufacturing limit of the mirror 14 can be arranged with high density, so that the fill factor can be improved.
さらに、電極１５−１〜１５−４を可動梁１２−１〜１２−４に対向して配置することにより、ミラーが電極としての機能を有さなくてよいため、形状等を適宜自由に設定することができるので、例えば、ミラー１４が高密度に配置できるような形状に設定すること
ができる。
Furthermore, by arranging the electrodes 15-1 to 15-4 so as to face the movable beams 12-1 to 12-4, the mirror does not have to have a function as an electrode, so the shape and the like can be set freely as appropriate. Therefore, for example, the mirror 14 can be set in a shape that can be arranged with high density.
＜ミラー素子の変形例＞
なお、図７（ａ），（ｂ）に示すように、上述したミラー素子１の可動梁１２−１〜１２−４と支持部１１との間に、バネ部１８−１〜１８−４を設けるようにしてもよい。このバネ部１８−１〜１８−４は、それぞれ一対のつづら折り構造を有するバネからなり、一端が可動梁１２−１〜１２−４の固定端に、他端が支持部１１にそれぞれ接続されている。このような構成としても、上述したのと同様の効果を得ることができる。
<Modification of mirror element>
7A and 7B, spring portions 18-1 to 18-4 are provided between the movable beams 12-1 to 12-4 and the support portion 11 of the mirror element 1 described above. You may make it provide. Each of the spring portions 18-1 to 18-4 is made of a spring having a pair of zigzag folding structures, one end connected to the fixed end of the movable beams 12-1 to 12-4 and the other end connected to the support portion 11, respectively. Yes. Even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態に係るマイクロミラー素子（ミラー素子）２は、上述した第１の実施とミラーの形状が異なるものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については同じ名称付し適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described in detail. The micromirror element (mirror element) 2 according to the present embodiment is different from the first embodiment described above in the shape of the mirror. Therefore, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are given the same names, and description thereof will be omitted as appropriate.
図８に示すように、本実施の形態に係るミラー素子２は、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部２１と、この支持部２１に一端（以下、固定端という）が接続された可動梁２２−１〜２２−３と、この可動梁２２−１〜２２−３の他端（以下、可動端という）に接続されたバネ２３−１〜２３−３と、このバネ２３−１〜２３−３を介して可動梁２２−１〜２２−３の可動端に接続されたミラー２４とを備えている。また、可動梁２２−１〜２２−３の下方においてそれぞれに対向配置された電極２５−１〜２５−３と、隣接する電極２５−２と２５−３の間に形成された静電遮断壁２６とを備えている。なお、本実施の形態においても、ミラー２４に光信号が照射される面（ミラー面）の側を上方、ミラー２４の裏面側を下方として説明を行う。 As shown in FIG. 8, the mirror element 2 according to the present embodiment includes a pair of support portions 21 such as a substrate and a case arranged in parallel to each other, and one end (hereinafter referred to as a fixed end) on the support portion 21. Are connected to the movable beams 22-1 to 22-3, springs 23-1 to 23-3 connected to the other ends of the movable beams 22-1 to 22-3 (hereinafter referred to as movable ends), And a mirror 24 connected to the movable ends of the movable beams 22-1 to 22-3 via springs 23-1 to 23-3. Also, electrostatic shielding walls formed between the electrodes 25-1 to 25-3 facing each other below the movable beams 22-1 to 22-3 and the adjacent electrodes 25-2 and 25-3. 26. Also in the present embodiment, the description will be made with the side (mirror surface) on which the optical signal is applied to the mirror 24 as the upper side and the back side of the mirror 24 as the lower side.
ミラー２４は、平面視略台形の板状の形状を有し、上底に対応する短辺の中央部にはバネ２３−１が、下底に対応する長辺の両端にはバネ２３−２，２３−３が接続されている。なお、短辺および長辺以外の辺には、何も接続されていない。 The mirror 24 has a substantially trapezoidal plate-like shape in plan view, with a spring 23-1 at the center of the short side corresponding to the upper base and springs 23-2 at both ends of the long side corresponding to the lower base. , 23-3. Note that nothing is connected to the sides other than the short side and the long side.
このような構成を有するマイクロミラー素子２は、上述した第１の実施の形態と同等の方法により製造することができる。また、静電遮断壁２６の構造および作用効果についても、上述した第１の実施における静電遮断壁１６と同等である。なお、第１の実施の形態と同様、隣接する電極間での電気的な干渉が可動梁の動作に影響を及ぼさない場合には、静電遮断壁２６は設けないようにしてもよい。 The micromirror element 2 having such a configuration can be manufactured by a method equivalent to that of the above-described first embodiment. Further, the structure and operational effects of the electrostatic shielding wall 26 are also equivalent to the electrostatic shielding wall 16 in the first embodiment described above. As in the first embodiment, when the electrical interference between adjacent electrodes does not affect the operation of the movable beam, the electrostatic shielding wall 26 may not be provided.
＜マイクロミラー素子の動作＞
次に、本実施の形態に係るマイクロミラー素子２の動作について説明する。
<Operation of micromirror element>
Next, the operation of the micromirror element 2 according to the present embodiment will be described.
ミラー２４の上底と下底を結ぶ方向の軸をＹ軸、このＹ軸に直交する軸をＸ軸とし、それぞれの軸回りにミラー２４を回動させる場合について説明する。なお、以下においては、図９に示すように、電極２５−１〜２５−３には、それぞれ電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃという正の電圧が印加され、各可動梁２２−１〜２２−３には、グラウンド電圧が印加された場合を例に説明する。 The case where the axis in the direction connecting the upper and lower bases of the mirror 24 is defined as the Y axis and the axis orthogonal to the Y axis is defined as the X axis, and the mirror 24 is rotated about each axis will be described. In the following, as shown in FIG. 9, positive voltages Va, Vb, and Vc are applied to the electrodes 25-1 to 25-3, respectively, and the movable beams 22-1 to 22-3 are applied to the movable beams 22-1 to 22-3, respectively. Will be described using an example in which a ground voltage is applied.
≪Ｘ軸回りの回動≫
Ｘ軸回りミラー２４を回動させるには、ミラー２４の長辺側に設けられた可動梁２２−１，２２−２の変位を同じに保ったまま、短辺側に設けられた可動梁２２−１との変位を異ならせることにより、実現することができる。言い換えると、ミラー２４の長辺側に設けられた電極２５−２，２５−３に印加する電圧を同じに保ったまま、これらとミラー２４の短辺側に設けられた電極２５−１に印加する電圧を異ならせることにより、実現することができる。具体的には、図９に示すように、電極２５−２，２５−３に印加する電圧ＶｂとＶｃをそれぞれ等しくし、かつ、ミラー２４に所望する回動が生じるように電圧Ｖ*ａと電圧Ｖｂ（またはＶｃ）との間に電位差ΔＶを与える。これにより、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ミラー２４はＸ軸回りに回動する。
≪Rotation around X axis≫
In order to rotate the mirror 24 around the X axis, the movable beam 22 provided on the short side is maintained while keeping the same displacement of the movable beams 22-1 and 22-2 provided on the long side of the mirror 24. It can be realized by changing the displacement from -1. In other words, the voltage applied to the electrodes 25-2 and 25-3 provided on the long side of the mirror 24 is kept the same, and applied to the electrode 25-1 provided on the short side of the mirror 24. This can be realized by changing the voltage to be applied. Specifically, as shown in FIG. 9, the voltages Vb and Vc applied to the electrodes 25-2 and 25-3 are equal to each other, and the voltage V * a is set so that the mirror 24 can rotate as desired. A potential difference ΔV is applied to the voltage Vb (or Vc). As a result, as shown in FIGS. 10A and 10B, the mirror 24 rotates around the X axis.
このとき、例えば、全ての可動梁２２−１〜２２−３の変位が電圧Ｖの関数ｄ（Ｖ）で表される場合、バネ２３−１〜２３−３のサイズを無視すると、図１０（ｂ）に示すＸ軸回りに生じる回転角θ3は下式（６）で表すことができる。 At this time, for example, when the displacements of all the movable beams 22-1 to 22-3 are expressed by the function d (V) of the voltage V, if the sizes of the springs 23-1 to 23-3 are ignored, FIG. The rotation angle θ 3 generated around the X axis shown in b) can be expressed by the following equation (6).
θ3＝｛ｄ（Ｖａ）−ｄ（Ｖｂ）｝／Ｌｍ ・・・（６） θ 3 = {d (Va) −d (Vb)} / Lm (6)
ここで、Ｌｍは、ミラー２４のＹ軸方向の長さ、すなわち短辺と長辺の距離である。回転角θ3が微小で、関数ｄ（Ｖ）がｄ（Ｖ）＝ＡＶと線形に近似できる場合、上式（６）は、下式（７）で表すように電位差ΔＶで近似することができる。なお、Ａは、任意の係数である。 Here, Lm is the length of the mirror 24 in the Y-axis direction, that is, the distance between the short side and the long side. When the rotation angle θ 3 is small and the function d (V) can be approximated linearly as d (V) = AV, the above equation (6) can be approximated by the potential difference ΔV as represented by the following equation (7). it can. A is an arbitrary coefficient.
θ3＝（ＡＶａ−ＡＶｂ）／Ｌｍ＝ＡΔＶ／Ｌｍ ・・・（７） θ 3 = (AVa−AVb) / Lm = AΔV / Lm (7)
この電位差ΔＶをＸ軸を制御する電圧としてＶｘと定義すれば、Ｖｘを指定することで、ミラー２４のＸ軸回りの角度を任意に制御することができる。なお、ＶｘはＸ軸を中心にミラー２４を回動させるための制御電圧を意味する。 If this potential difference ΔV is defined as Vx as a voltage for controlling the X axis, the angle around the X axis of the mirror 24 can be arbitrarily controlled by specifying Vx. Vx means a control voltage for rotating the mirror 24 around the X axis.
≪Ｙ軸回りの回動≫
Ｙ軸回りミラー２４を回動させるには、ミラー２４の長辺側に設けられた可動梁２２−２，２２−３の変位を異ならせることにより、実現することができる。言い換えると、ミラー２４の長辺側に電極２５−２，２５−３に印加する電圧を異ならせることにより、実現することができる。具体的には、図９に示すように、ミラー２４に所望する回動が生じるように電圧Ｖｂと電圧Ｖｃとの間に電位差ΔＶを与える。これにより、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、ミラー２４はＹ軸回りに回動する。
≪Rotation around Y axis≫
The rotation of the mirror 24 around the Y axis can be realized by making the displacements of the movable beams 22-2 and 22-3 provided on the long side of the mirror 24 different. In other words, it can be realized by making the voltage applied to the electrodes 25-2 and 25-3 different on the long side of the mirror 24. Specifically, as shown in FIG. 9, a potential difference ΔV is applied between the voltage Vb and the voltage Vc so that the mirror 24 can be rotated as desired. As a result, as shown in FIGS. 11A and 11B, the mirror 24 rotates about the Y axis.
このとき、例えば、全ての可動梁２２−１〜２２−３の変位が電圧Ｖの関数ｄ（Ｖ）で表される場合、バネ２３−１〜２３−３のサイズを無視すると、図１１（ｂ）に示すようにＹ軸回りに生じる回転角θ4は下式（８）で表すことができる。 At this time, for example, when the displacements of all the movable beams 22-1 to 22-3 are expressed by the function d (V) of the voltage V, if the sizes of the springs 23-1 to 23-3 are ignored, FIG. As shown in b), the rotation angle θ 4 generated around the Y axis can be expressed by the following equation (8).
θ4＝｛ｄ（Ｖｂ）−ｄ（Ｖｃ）｝／Ｌｗ ・・・（８） θ 4 = {d (Vb) −d (Vc)} / Lw (8)
ここで、Ｌｗは、ミラー２４の長辺の長さである。回転角θ4が微小で、関数ｄ（Ｖ）がｄ（Ｖ）＝ＡＶと線形に近似できる場合、上式（８）は、下式（９）で表すように電位差ΔＶで近似することができる。なお、Ａは、任意の係数である。 Here, Lw is the length of the long side of the mirror 24. When the rotation angle θ 4 is small and the function d (V) can be approximated linearly as d (V) = AV, the above equation (8) can be approximated by the potential difference ΔV as represented by the following equation (9). it can. A is an arbitrary coefficient.
θ4＝（ＡＶｂ−ＡＶｃ）／Ｌｗ＝ＡΔＶ／Ｌｗ ・・・（９） θ 4 = (AVb−AVc) / Lw = AΔV / Lw (9)
この電位差ΔＶをＹ軸を制御する電圧としてＶｙと定義すれば、Ｖｙを指定することで、ミラー２４のＹ軸回りの角度を任意に制御することができる。なお、ＶｙはＹ軸を中心にミラーを回動させるための制御電圧を意味する。 If this potential difference ΔV is defined as Vy as a voltage for controlling the Y axis, the angle around the Y axis of the mirror 24 can be arbitrarily controlled by specifying Vy. Vy means a control voltage for rotating the mirror around the Y axis.
≪Ｘ軸およびＹ軸の回動≫
上述したように、Ｘ軸およびＹ軸の制御電圧をＶｘ，Ｖｙと定義した場合、下式（１０−１）〜（１０−３）に示すように各電極２５−１〜２５−３に印加する電圧を定義することにより、Ｖｘ，Ｖｙの２変数を指定することで、ミラー２４のＸ軸およびＹ軸を制御することができる。
≪Rotation of X axis and Y axis≫
As described above, when the X-axis and Y-axis control voltages are defined as Vx and Vy, as shown in the following formulas (10-1) to (10-3), they are applied to the electrodes 25-1 to 25-3. By defining the two voltages Vx and Vy, the X axis and Y axis of the mirror 24 can be controlled.
Ｖａ＝Ｖbias＋Ｖｘ／２ ・・・（５−１）
Ｖｂ＝Ｖbias−Ｖｘ／２＋Ｖｙ／２ ・・・（５−２）
Ｖｃ＝Ｖbias−Ｖｘ／２−Ｖｙ／２ ・・・（５−３）
Va = V bias + Vx / 2 (5-1)
Vb = V bias −Vx / 2 + Vy / 2 (5-2)
Vc = V bias −Vx / 2−Vy / 2 (5-3)
ここで、Ｖbiasは各電極２５−１〜２５−３に等しく印加するバイアス電圧である。このバイアス電圧には、例えば可動梁２２−１〜２２−３の最大変位を与える電圧値の半分の値を設定する。 Here, V bias is a bias voltage applied equally to the electrodes 25-1 to 25-3. For this bias voltage, for example, a value that is half the voltage value that gives the maximum displacement of the movable beams 22-1 to 22-3 is set.
なお、上式（１０−１）〜（１０−３）は、一例であって、符号や係数などは適宜自由に設定することができる。また、可動梁２２−１〜２２−３や電極２５−１〜２５−３の特性がそれぞれ異なる場合には、その特性に応じてバイアス電圧や係数を適宜自由に設定することができる。 The above formulas (10-1) to (10-3) are examples, and the code, coefficient, etc. can be set as appropriate. Further, when the characteristics of the movable beams 22-1 to 22-3 and the electrodes 25-1 to 25-3 are different from each other, the bias voltage and the coefficient can be set freely according to the characteristics.
また、本実施の形態においても、図７（ａ），（ｂ）を参照して説明したバネ部２７−１〜２７−３を、可動梁２２−１〜２２−３と支持部２１との間に設けるようにしてもよい。このような構成としても、上述したのと同様の効果を得ることができる。 Also in the present embodiment, the spring portions 27-1 to 27-3 described with reference to FIGS. 7A and 7B are connected to the movable beams 22-1 to 22-3 and the support portion 21. You may make it provide in between. Even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.
＜マイクロミラーアレイ＞
上述したマイクロミラー素子２をＸ軸方向に一列に配列することにより、図１２に示すようなマイクロミラーアレイを生成することができる。このマイクロミラーアレイは、マイクロミラー素子２を、支持部２１から構成される支持枠２９に沿って一列に配列されている。ここで、図６に示したマイクロミラーアレイと大きく異なるのは、ミラー２４が台形の形状を有するので、その台形の上底と下底が交互に入れ替わるようにミラー素子２を配列していことである。これにより、ミラー素子２をより高密度に配設することができる。
<Micromirror array>
A micromirror array as shown in FIG. 12 can be generated by arranging the above-described micromirror elements 2 in a line in the X-axis direction. In this micromirror array, the micromirror elements 2 are arranged in a line along a support frame 29 composed of a support portion 21. Here, the micromirror array shown in FIG. 6 is greatly different in that the mirror 24 has a trapezoidal shape, and therefore the mirror elements 2 are arranged so that the upper and lower bases of the trapezoid are alternately switched. is there. Thereby, the mirror element 2 can be arrange | positioned more densely.
また、図１２に示すマイクロミラーアレイにおいて、隣り合うミラー素子２の間、すなわち、隣り合うミラー素子２の対向する電極２５−１〜２５−３の間には、静電遮断壁２６と同等の構成を有し、グラウンド電圧が印加される静電遮断壁２７が設けられている。これにより、隣接するミラー素子２の電極２５−１〜２５−３からの静電気的な干渉を防ぐことができる。 In the micromirror array shown in FIG. 12, between the adjacent mirror elements 2, that is, between the opposing electrodes 25-1 to 25-3 of the adjacent mirror elements 2, it is equivalent to the electrostatic shielding wall 26. An electrostatic shielding wall 27 having a configuration and to which a ground voltage is applied is provided. Thereby, electrostatic interference from the electrodes 25-1 to 25-3 of the adjacent mirror element 2 can be prevented.
また、図１２に示すマイクロミラーアレイは、各可動梁２２−１〜２２−３および電極２５−１〜２５−３の寸法がそれぞれ等しいとした場合、３つの可動梁または電極の短手方向の幅は、静電遮断壁１６の幅も含めてミラーピッチの２倍以下となるように設計される。すなわち、４つの電極を有する上述した第１の実施の形態と比較して、電極の幅を１．３倍｛≒（２／３）／（１／２）｝大きくすることができる。これにより、電極の幅を大きくして静電力を大きくすることができるので、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。 In addition, in the micromirror array shown in FIG. 12, when the dimensions of the movable beams 22-1 to 22-3 and the electrodes 25-1 to 25-3 are equal, The width is designed to be not more than twice the mirror pitch including the width of the electrostatic shielding wall 16. That is, the width of the electrode can be increased by 1.3 times {≈ (2/3) / (1/2)} compared to the first embodiment having four electrodes. Thereby, since the electrostatic force can be increased by increasing the width of the electrode, the drive voltage can be reduced.
以上説明したように、本実施の形態によれば、電極２５−１〜２５−３を可動梁２２−１〜２２−３に対向して配置することにより、固定電極をミラーに対向して配置するよりも、各ミラー２４を高密度に配置することができるので、結果として、フィルファクタを向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the fixed electrodes are arranged to face the mirror by arranging the electrodes 25-1 to 25-3 to face the movable beams 22-1 to 22-3. Instead, the mirrors 24 can be arranged at a high density, and as a result, the fill factor can be improved.
また、ミラー２４を支持する可動梁２２−１〜２２−３をＹ方向の両側に配設することにより、ミラー２４をＸ方向に沿って配列した際に各ミラー２４の間隔を狭くすることができるので、フィルファクタを向上させることができる。 Further, by disposing the movable beams 22-1 to 22-3 supporting the mirror 24 on both sides in the Y direction, the interval between the mirrors 24 can be reduced when the mirror 24 is arranged along the X direction. As a result, the fill factor can be improved.
さらに、電極２５−１〜２５−３を可動梁２２−１〜２２−３に対向して配置することにより、ミラーが電極としての機能を有さなくてよいため、形状等を適宜自由に設定することができるので、例えば、ミラー１４が高密度に配置できるような形状に設定することができる。 Furthermore, since the mirrors do not have to function as electrodes by arranging the electrodes 25-1 to 25-3 so as to face the movable beams 22-1 to 22-3, the shape and the like can be set freely as appropriate. Therefore, for example, the mirror 14 can be set in a shape that can be arranged with high density.
なお、上述した第１，第２の形態では、ミラーとバネとの接続点である支持点の全てがミラーの周辺に存在する場合を例に説明したが、ミラーの形状は矩形や台形に限定されず、アレイ化したときに隣りのミラーと接触しないのであれば、適宜自由に設定することができる。例えば図１３に示すように、第２の実施の形態で示した台形上のミラー２４を第１の実施の形態で示した矩形状のミラー１４に近づけた、平面視略八角形の形状のミラー３１とするようにしてもよい。なお、図１３において、第２の実施の形態のミラー素子２と同等の構成要素については、同じ符号を付している。 In the first and second embodiments described above, the case where all of the support points that are the connection points between the mirror and the spring are present around the mirror has been described as an example. However, the shape of the mirror is limited to a rectangle or a trapezoid. If it does not come into contact with the adjacent mirror when arrayed, it can be set freely as appropriate. For example, as shown in FIG. 13, a mirror having a substantially octagonal shape in plan view in which the trapezoidal mirror 24 shown in the second embodiment is brought close to the rectangular mirror 14 shown in the first embodiment. 31 may be used. In FIG. 13, the same components as those of the mirror element 2 of the second embodiment are denoted by the same reference numerals.
また、上述した第１，第２の実施の形態のミラー素子１，２では、電極の長さが可動梁とほぼ同じ場合を例に説明したが、電極の形状はそれに限定されない。例えば、対向する可動梁のミラーよりの一部の下部のみに形成するようにしてもよい。これは、片持ち梁の可動端を駆動させるために最も効果的な位置は、片持ち梁の可動端の下部であるからである。この場合、静電遮断壁の長さも電極の長さと同等にするようにしてもよい。 In the mirror elements 1 and 2 of the first and second embodiments described above, the case where the length of the electrode is substantially the same as that of the movable beam has been described as an example, but the shape of the electrode is not limited thereto. For example, you may make it form only in the one part lower part from the mirror of the movable beam which opposes. This is because the most effective position for driving the movable end of the cantilever is the lower part of the movable end of the cantilever. In this case, the length of the electrostatic shielding wall may be equal to the length of the electrode.
また、上述した第１，第２の実施の形態では、支持枠１９，２９に沿ってマイクロミラー素子１，２を一列に配列させることによりマイクロミラーアレイを形成する場合を例に説明したが、可動梁の固定端を支持してマイクロミラー素子を一列に配列させることができるのであれば、マイクロミラー素子を支持させる構造体は支持枠１９，２９のような構成に限定されず、例えば、基板から延在した支柱など適宜自由に設定することができる。 In the first and second embodiments described above, the case where the micromirror array is formed by arranging the micromirror elements 1 and 2 in a line along the support frames 19 and 29 has been described as an example. As long as the micromirror elements can be arranged in a line while supporting the fixed end of the movable beam, the structure for supporting the micromirror elements is not limited to the configuration of the support frames 19 and 29. For example, the substrate It is possible to set the struts extending from to freely as appropriate.
また、第１の実施のミラー素子１は、長方形のミラー１４に対して可動梁および電極を４つ設けた場合を例に説明したが、第２の実施の形態と同様、長方形のミラー１４に対してもその可動梁および電極を３つ設けるようにしてもよい。 Further, in the mirror element 1 of the first embodiment, the case where four movable beams and four electrodes are provided with respect to the rectangular mirror 14 has been described as an example. However, as in the second embodiment, the rectangular mirror 14 has Alternatively, three movable beams and three electrodes may be provided.
また、上述した第１，第２の実施の形態に係るミラー素子１，２は、図１５を参照して説明したような波長選択スイッチに適用できることは言うまでもない。 Needless to say, the mirror elements 1 and 2 according to the first and second embodiments described above can be applied to the wavelength selective switch described with reference to FIG.
本発明は、ミラーなどの構造体を回動可能とするに支持する各種装置に適用することができる。 The present invention can be applied to various devices that support a structure such as a mirror so as to be rotatable.
１，２…マイクロミラー素子、１１，２１…支持部、１２−１〜１２−４，２２−１〜２２−３…可動梁、１３−１〜１３−４，２３−１〜２３−３…バネ、１４，２４…ミラー、１５−１〜１５−４，２５−１〜２５−３…電極、１６，２６…静電遮断壁、１７，２７…静電遮断壁、１８−１〜１８−４，２８−１〜２８−３…バネ部、１９，２９…支持枠。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Micromirror element 11, 21 ... Supporting part, 12-1 to 12-4, 22-1 to 22-3 ... Movable beam, 13-1 to 13-4, 23-1 to 23-3 ... Spring, 14, 24 ... Mirror, 15-1 to 15-4, 25-1 to 25-3 ... Electrode, 16, 26 ... Electrostatic blocking wall, 17, 27 ... Electrostatic blocking wall, 18-1 to 18- 4, 28-1 to 28-3... Spring portion, 19, 29.
Claims (6)
この反射部と離間した面上に前記可動電極と対向して配置された複数の固定電極とを備え、
前記ミラーは、平面視略矩形に形成され、
前記複数の可動電極のうち２つは前記ミラーの第１の辺に接続され、他の少なくとも１つは前記第１の辺と接していない第２の辺に接続され、
前記ミラーの同一の辺に接続される隣接する可動電極にそれぞれ対向して配置された隣接する固定電極の間に配設され、平面視で前記隣接する可動電極の間に位置し、固定電位に接続された静電遮断壁を備える
ことを特徴とするマイクロミラー素子。 A reflection member having a support member, a plurality of movable electrodes having one end connected to the support member, and a mirror connected to the other end of at least three of the movable electrodes via a spring member;
A plurality of fixed electrodes disposed opposite to the movable electrode on a surface separated from the reflecting portion;
The mirror is formed in a substantially rectangular shape in plan view,
Two of the plurality of movable electrodes are connected to a first side of the mirror, and at least one of the other movable electrodes is connected to a second side that is not in contact with the first side,
It is disposed between adjacent fixed electrodes arranged opposite to each of the adjacent movable electrodes connected to the same side of the mirror, and is positioned between the adjacent movable electrodes in a plan view, and has a fixed potential. A micromirror device comprising a connected electrostatic barrier wall.
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロミラー素子。 The movable electrode is connected to the mirror via a separate spring member, and is located on the same straight line along the extending direction of the movable electrode together with the spring member and the mirror. The micromirror element described.
これらの支持構造体に沿って複数配列された請求項１乃至５の何れか１項に記載のマイクロミラー素子と
を備え、
前記マイクロミラー素子の支持部材は、前記支持構造体であることを特徴とするマイクロミラーアレイ。
Two support structures disposed opposite each other;
A plurality of the micromirror elements according to any one of claims 1 to 5 arranged along these support structures,
The micromirror array, wherein the support member of the micromirror element is the support structure.
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