JP2014035509A - Micro-mirror element and mirror array - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro-mirror element and a mirror array that are able to achieve stable drive at a low cost.SOLUTION: The gravity center of a movable electrode 53 is separate from a rotation axis α. This enables a large rotation with a low voltage and eliminates the need for a driver or the like for applying a high voltage. Consequently a low cost can be achieved. Additionally, since the gravity center G of a mirror structure 5 is on the rotation axis α, the mirror structure 5 is prevented from being rotated around the rotation axis α even if subjected to disturbance. Accordingly, stable rotation can be achieved.

Description

本発明は、光スイッチに用いられるマイクロミラー素子および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 mirror array used in an optical switch.

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。例えば、数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかへ出力可能な波長選択型光スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)が提案されている。この波長選択型光スイッチ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. For example, a wavelength selective switch (WSS) that can select an arbitrary wavelength from several tens of wavelengths and output the selected wavelength to any of a plurality of output fibers has been proposed. The most characteristic component of this wavelength selective optical switch 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18に示すように、平面視略矩形のミラー301と、このミラー301の向かい合った辺に接続されミラー301を回動可能に支持する一対のばね部材302と、ミラー301のばね部材302が接続されていない一辺側に所定間隔離間して配置された電極303とを備えている。このようなミラー素子においては、ミラー301を接地し、電極303に正または負の電圧を与えることで、ミラー301を静電引力で吸引して、ミラー301を一対のばね部材302を結ぶ軸回りに回動させることができる。   In the micromirror array, mirror elements (micromirror elements) are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. As shown in FIG. 18, the mirror element includes a mirror 301 having a substantially rectangular shape in plan view, a pair of spring members 302 that are connected to opposite sides of the mirror 301 and rotatably support the mirror 301, and a spring of the mirror 301. And an electrode 303 disposed at a predetermined interval on one side to which the member 302 is not connected. In such a mirror element, the mirror 301 is grounded, and a positive or negative voltage is applied to the electrode 303, whereby the mirror 301 is attracted by electrostatic attraction and the mirror 301 is rotated around an axis connecting the pair of spring members 302. Can be rotated.

このようなミラーアレイを備えた波長選択型光スイッチでは、ミラー301の回動角度を大きく変動させることにより出力ファイバの切り替えを行い、ミラー301の回動角度を微小に変動させることにより光パワーの調整を行っている。このため、マイクロミラー素子には、ミラーの回動角度について大きく変動させることと微小に変動させることが要求されている。   In the wavelength selective optical switch having such a mirror array, the output fiber is switched by greatly changing the rotation angle of the mirror 301, and the optical power is changed by slightly changing the rotation angle of the mirror 301. Adjustments are being made. For this reason, the micromirror element is required to greatly change and slightly change the rotation angle of the mirror.

特開2010−185931号公報JP 2010-185931 A 特開2005−043674号公報JP-A-2005-043674 米国特許第6384952号公報US Pat. No. 6,384,952 米国特許第7911672号公報U.S. Pat. No. 7,911,672

Norinao Komura et al.、FISHBONE-SHAPED VERTICAL COMBACTUATOR FOR DUAL-AXIS 1-D ANALOG MICRO MIRROR ARRAY、2E4.132、p.980-983、TRANSDUCERS'05, The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Seoul, Korea, June 5-9, 2005Norinao Komura et al., FISHBONE-SHAPED VERTICAL COMBACTUATOR FOR DUAL-AXIS 1-D ANALOG MICRO MIRROR ARRAY, 2E4.132, p.980-983, TRANSDUCERS'05, The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems , Seoul, Korea, June 5-9, 2005 Jin-che Tsai and Ming C. Wu、Gimbal-Less MEMS Two-Axis Optical Scanner Array With High Fill-Factor、JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 14, NO.6, DECEMBER 2005、p.1323-1328Jin-che Tsai and Ming C. Wu, Gimbal-Less MEMS Two-Axis Optical Scanner Array With High Fill-Factor, JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 14, NO.6, DECEMBER 2005, p.1323-1328 Jin-che Tsai and Ming C. Wu、Design, Fabrication, and Characterization of a High Fill-Factor, Large Scan-Angle, Two-Axis Scanner Array Driven by a Leverage Mechanism、JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 15, NO.5, OCTOBER 2006、p.1209-1213Jin-che Tsai and Ming C. Wu, Design, Fabrication, and Characterization of a High Fill-Factor, Large Scan-Angle, Two-Axis Scanner Array Driven by a Leverage Mechanism, JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 15, NO. 5, OCTOBER 2006, p.1209-1213

しかしながら、ミラーを大きく回動させるには、一般的に電極303に高電圧を印加する必要があるので特殊なICドライバを用いていたが、このICドライバが高価であるために光スイッチの低コスト化のためにも低電圧での駆動が望まれていた。そこで、図19に示すように、ミラー301の回動軸に平行な一方の辺に可動電極を304を設け、固定電極303をその可動電極304と対向して配置して、回動軸と電極とを離間させることにより、電極303への印加電圧が低電圧でも高いトルクが得られるようにして大きな回動角を実現することが提案されている。ところが、この場合には、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が小さくなってしまうので、波長単位に光路を切り替えるために光信号の等価帯域を十分確保することが困難になってしまう。   However, in order to rotate the mirror largely, it is generally necessary to apply a high voltage to the electrode 303, so a special IC driver is used. However, since this IC driver is expensive, the cost of the optical switch is low. In order to achieve this, driving at a low voltage has been desired. Therefore, as shown in FIG. 19, a movable electrode 304 is provided on one side parallel to the rotation axis of the mirror 301, and the fixed electrode 303 is disposed to face the movable electrode 304. Has been proposed to achieve a large rotation angle so that a high torque can be obtained even when the applied voltage to the electrode 303 is low. However, in this case, since the ratio of the mirror width to the mirror pitch, that is, the fill factor becomes small, it becomes difficult to secure a sufficient equivalent band of the optical signal in order to switch the optical path in units of wavelengths.

また、ミラーを微小に回動させるときには、この微小な回動で光パワーの調整を行っているので、外乱により回動角が変動すると光パワーも揺らいでしまう。このため、外乱が生じても安定した回動の実現が望まれていた。   Further, when the mirror is rotated minutely, the optical power is adjusted by this minute rotation, so that the optical power fluctuates when the rotation angle fluctuates due to disturbance. For this reason, it has been desired to realize a stable rotation even when a disturbance occurs.

そこで、本発明は、低コストで安定した駆動を実現できるミラーアレイを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a mirror array that can realize stable driving at low cost.

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、基板上に設けられた固定電極と、基板から離間して回動可能に配設された構造体とを備えたマイクロミラー素子であって、構造体は、固定電極と対向する可動電極と、この可動電極に連結されるミラーとを備え、可動電極の重心は、可動電極と構造体の回動軸とを含む面内において回動軸と離間し、可動電極とミラーは、面内において回動軸に沿った方向に離間し、構造体の重心は、回動軸上にあることを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, a micromirror element according to the present invention includes a microelectrode provided with a fixed electrode provided on a substrate and a structure that is rotatably disposed apart from the substrate. A mirror element, wherein the structure includes a movable electrode facing the fixed electrode, and a mirror coupled to the movable electrode, and the center of gravity of the movable electrode includes a plane including the movable electrode and the rotation axis of the structure The movable electrode and the mirror are spaced apart from each other in the direction along the rotational axis in the plane, and the center of gravity of the structure is on the rotational axis.

上記マイクロミラー素子において、回動軸に沿って配設され、対向する一端が前記構造体に接続され、前記構造体を前記回動軸回りに回動可能に支持する一対の支持部材をさらに備え、前記重心は、前記一対の支持部材間の中点に位置するようにしてもよい。   The micromirror element further includes a pair of support members that are disposed along the rotation axis, are connected to the structure at opposite ends, and support the structure so as to be rotatable around the rotation axis. The center of gravity may be located at the midpoint between the pair of support members.

上記マイクロミラー素子において、構造体は、ミラーまたは可動電極に連結された第1のバランサをさらに備え、第1のバランサは、回動軸に沿って少なくとも可動電極およびミラーと離間しているようにしてもよい。   In the micromirror element, the structure further includes a first balancer coupled to the mirror or the movable electrode, and the first balancer is separated from at least the movable electrode and the mirror along the rotation axis. May be.

また、上記マイクロミラー素子において、構造体は、ミラー、可動電極および第1のバランサの何れかに連結された第2のバランサをさらに備え、第2のバランサは、連結されているミラー、可動電極および第1のバランサの何れかよりも構造体の重心から離れた位置にあり、第2のバランサの重心は、連結されているミラー、可動電極およびバランサの何れかの重心よりも回動軸から離れた位置にあるようにしてもよい。   In the micromirror element, the structure further includes a second balancer coupled to any of the mirror, the movable electrode, and the first balancer, and the second balancer includes the coupled mirror and the movable electrode. The center of gravity of the second balancer is farther from the rotation axis than the center of gravity of any of the connected mirror, movable electrode, and balancer. You may make it exist in a distant position.

また、上記マイクロミラー素子において、バランサの少なくとも一部は、ミラーまたは可動電極より厚く形成されているようにしてもよい。   In the micromirror element, at least a part of the balancer may be formed thicker than the mirror or the movable electrode.

また、上記マイクロミラー素子において、バランサの少なくとも一部は、ミラーまたは可動電極を構成する材料よりも密度の高い材料から形成されているようにしてもよい。   In the micromirror element, at least a part of the balancer may be formed of a material having a higher density than the material constituting the mirror or the movable electrode.

上記マイクロミラー素子において、構造体は、前記基板と平行で、前記重心を通り、かつ、前記回動軸に直交する軸に対して線対称に形成されているようにしてもよい。   In the micromirror element, the structure may be formed symmetrically with respect to an axis parallel to the substrate, passing through the center of gravity, and orthogonal to the rotation axis.

また、上記マイクロミラー素子において、基板上に設けられた第2の固定電極と、一端が構造体に連結されて、構造体を回動軸回りに回動可能に支持する一対の支持部材とをさらに備え、支持部材の少なくとも1つは、第2の固定電極と対向する第2の可動電極を備える用にしてもよい。   Further, in the micromirror element, a second fixed electrode provided on the substrate, and a pair of support members, one end of which is connected to the structure, and rotatably supports the structure around the rotation axis. In addition, at least one of the support members may include a second movable electrode facing the second fixed electrode.

また、本発明に係るミラーアレイは、複数のマイクロミラー素子を1次元的に配列したミラーアレイであって、マイクロミラー素子は、上記マイクロミラー素子からなることを特徴とするものである。ここで、上記マイクロミラー素子は、入れ子構造で配列されるようにしてもよい。   The mirror array according to the present invention is a mirror array in which a plurality of micromirror elements are arranged one-dimensionally, and the micromirror elements are composed of the micromirror elements. Here, the micromirror elements may be arranged in a nested structure.

本発明によれば、可動電極の重心が回動軸と離れているので、低電圧で大きな回動を実現できるので高電圧を印加するためのドライバなどが不用となり、結果として、低コストを実現できる。また、構造体の重心は、前記回動軸上にあるので、外乱を受けても構造体が回動軸回りに回動するのを防ぐことができ、結果として、安定した回動を実現することができる。   According to the present invention, since the center of gravity of the movable electrode is separated from the rotation axis, a large rotation can be realized at a low voltage, so that a driver for applying a high voltage is not necessary, resulting in a low cost. it can. In addition, since the center of gravity of the structure is on the rotation axis, the structure can be prevented from rotating around the rotation axis even when subjected to disturbance, and as a result, stable rotation is realized. be able to.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係るマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of the micromirror array according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1のI-I線断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 図3は、ミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure. 図4は、第1の実施の形態に係るマイクロミラーアレイの駆動特性の測定結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating measurement results of the drive characteristics of the micromirror array according to the first embodiment. 図5は、第1の実施の形態に係るマイクロミラーアレイの加速度に対する変化の測定結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement result of a change with respect to the acceleration of the micromirror array according to the first embodiment. 図6Aは、第1の実施の形態における電極基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 6A is a diagram for explaining the method of manufacturing the electrode substrate in the first embodiment. 図6Bは、第1の実施の形態における電極基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 6B is a diagram for explaining the electrode substrate manufacturing method according to the first embodiment. 図6Cは、第1の実施の形態における電極基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 6C is a diagram for describing the electrode substrate manufacturing method according to the first embodiment. 図6Dは、第1の実施の形態における電極基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 6D is a diagram for explaining a method for manufacturing the electrode substrate according to the first embodiment. 図6Eは、第1の実施の形態における電極基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 6E is a view for explaining the method of manufacturing the electrode substrate in the first embodiment. 図7Aは、第1の実施の形態におけるミラー基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 7A is a diagram for explaining the method of manufacturing the mirror substrate in the first embodiment. 図7Bは、第1の実施の形態におけるミラー基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 7B is a diagram for explaining the manufacturing method of the mirror substrate according to the first embodiment. 図7Cは、第1の実施の形態におけるミラー基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 7C is a diagram for describing the method of manufacturing the mirror substrate in the first embodiment. 図7Dは、第1の実施の形態におけるミラー基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 7D is a diagram for explaining the method of manufacturing the mirror substrate in the first embodiment. 図7Eは、第1の実施の形態におけるミラー基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 7E is a diagram for describing the method of manufacturing the mirror substrate in the first embodiment. 図7Fは、第1の実施の形態におけるミラー基板の製造方法を説明するための図である。FIG. 7F is a diagram for describing the method of manufacturing the mirror substrate in the first embodiment. 図8は、第1の実施の形態におけるマイクロミラーアレイの製造方法を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a method of manufacturing the micromirror array according to the first embodiment. 図9は、可動電極の変形例を模式的に示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view schematically showing a modification of the movable electrode. 図10は、図9の要部拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view of a main part of FIG. 図11は、本発明の第2の実施の形態におけるミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 11 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure according to the second embodiment of the present invention. 図12は、本発明の第3の実施の形態におけるミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 12 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure according to the third embodiment of the present invention. 図13は、本発明の第4の実施の形態におけるミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 13 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure according to the fourth embodiment of the present invention. 図14は、本発明の第5の実施の形態におけるミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 14 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure according to the fifth embodiment of the present invention. 図15は、本発明の第6の実施の形態におけるミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 15 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure according to the sixth embodiment of the present invention. 図16は、本発明の第7の実施の形態におけるミラー構造体の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 16 is a plan view schematically showing the configuration of the mirror structure according to the seventh embodiment of the present invention. 図17は、図16の変形例を示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing a modification of FIG. 図18は、従来のミラーアレイの構成を説明するための図である。FIG. 18 is a diagram for explaining the configuration of a conventional mirror array. 図19は、従来のミラーアレイの構成を説明するための図である。FIG. 19 is a diagram for explaining the configuration of a conventional mirror array.

[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.

<マイクロミラーアレイの構成>
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アレイは、例えばシリコン基板などから構成された電極基板1と、電極基板1から離間して電極基板1と略平行に対向して配置され、例えばSOI(Silicon-On-Insulator)基板などから構成されるミラー基板2とを備えている。便宜上、以下においては、電極基板1とミラー基板2の平面に沿った方向を「X軸方向」、その平面に沿いかつX軸方向に直交する方向を「Y軸方向」、X軸方向およびY軸方向に直交する方向を「Z軸方向」という。
<Configuration of micromirror array>
As shown in FIGS. 1 and 2, the micromirror array according to the present embodiment includes an electrode substrate 1 composed of, for example, a silicon substrate, and is spaced apart from the electrode substrate 1 and faces the electrode substrate 1 substantially in parallel. And a mirror substrate 2 made of, for example, an SOI (Silicon-On-Insulator) substrate. For convenience, in the following, the direction along the plane of the electrode substrate 1 and the mirror substrate 2 is the “X-axis direction”, the direction along the plane and perpendicular to the X-axis direction is the “Y-axis direction”, the X-axis direction and the Y-axis. A direction orthogonal to the axial direction is referred to as a “Z-axis direction”.

電極基板1は、平面視略矩形の開口を有し、この開口の底面に固定電極3が配設されている。この固定電極3は、後述するミラー基板2の可動電極53と対向する位置に配置されている。また、電極基板1上には配線が形成されており、この配線を介して接続された外部電源から供給される電圧が固定電極3に印加される。なお、配線は、電極基板1を貫通するように形成されていてもよい。   The electrode substrate 1 has an opening that is substantially rectangular in plan view, and a fixed electrode 3 is disposed on the bottom of the opening. The fixed electrode 3 is disposed at a position facing a movable electrode 53 of the mirror substrate 2 described later. A wiring is formed on the electrode substrate 1, and a voltage supplied from an external power source connected via the wiring is applied to the fixed electrode 3. The wiring may be formed so as to penetrate the electrode substrate 1.

ミラー基板2は、X軸方向に延在し、かつ、互いに平行に配設された一対の基部4,4’と、この一対の基部4,4’の間にX軸方向に配列された複数のミラー構造体5と、ミラー構造体5毎に設けられ、Y軸方向に延在し、基部4とミラー構造体5とを連結する一対の支持部材6,6’とを備えている。   The mirror substrate 2 extends in the X-axis direction and is disposed in parallel with each other, and a plurality of mirror substrates 2 arranged in the X-axis direction between the pair of base portions 4 and 4 ′. The mirror structure 5 and a pair of support members 6, 6 ′ provided for each mirror structure 5, extending in the Y-axis direction and connecting the base 4 and the mirror structure 5.

本実施の形態においては、固定電極3とミラー構造体5によりマイクロミラー素子が構成され、このマイクロミラー素子がX軸方向に配列されることにより、マイクロミラーアレイが構成されることとなる。   In the present embodiment, a micromirror element is configured by the fixed electrode 3 and the mirror structure 5, and the micromirror array is configured by arranging the micromirror elements in the X-axis direction.

ここで、ミラー構造体5は、図3に示すように、支持部材6を介して一方の基部4に連結されたミラー51と、支持部材6’を介して他方の基部4’に連結されたバランサ部材52と、一対の連結部材54,54’を介してミラー51およびバランサ部材52に連結された可動電極53とを備えている。このようにミラー構造体5は、支持部材6,6’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸)α回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51,バランサ部材52および可動電極53は、Y軸方向に離間している。   Here, as shown in FIG. 3, the mirror structure 5 is connected to a mirror 51 connected to one base 4 via a support member 6 and to the other base 4 ′ via a support member 6 ′. A balancer member 52 and a movable electrode 53 connected to the mirror 51 and the balancer member 52 through a pair of connecting members 54 and 54 'are provided. As described above, the mirror structure 5 is supported by the support members 6 and 6 ′ so as to be rotatable around an axis (rotation axis) α parallel to the Y axis connecting them. Further, the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are separated from each other in the Y-axis direction.

ミラー51は、平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このようなミラー51の各辺のうち、基部4と対向する辺には、X軸方向における一方の側(以下、「負の側」とする。)の端部に、支持部材6が接続されている。また、基部4’と対向する辺には、X軸方向における負の側の端部に、連結部材54の一端が接続されている。この連結部材54の一端は、回動軸α上に位置しているので、回動軸αは、ミラー51のY軸方向に平行な辺のうち、X軸方向における負の側の辺の近傍を通ることとなる。このため、ミラー51は、全体として回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置しているので、ミラー51の重心も、回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置することとなる。なお、ミラー51上面には、反射膜が形成されている。   The mirror 51 is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. The support member 6 is connected to the end of one side in the X-axis direction (hereinafter referred to as “negative side”) of each side of the mirror 51 facing the base 4. ing. In addition, one end of the connecting member 54 is connected to the side facing the base 4 ′ at the end on the negative side in the X-axis direction. Since one end of the connecting member 54 is located on the rotation axis α, the rotation axis α is in the vicinity of the side on the negative side in the X-axis direction among the sides parallel to the Y-axis direction of the mirror 51. Will pass. For this reason, since the mirror 51 is located on the positive side in the X axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity of the mirror 51 is also on the positive side in the X axis direction with respect to the rotation axis α. Will be located. A reflective film is formed on the upper surface of the mirror 51.

バランサ部材52は、ミラー51と同等の大きさの平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このようなバランサ部材52の各辺のうち、基部4’と対向する辺には、X軸方向における負の側の端部に、支持部材6’が接続されている。また、基部4と対向する辺には、X軸方向における負の側の端部に、連結部材54’の一端が接続されている。この連結部材54’の一端は、回動軸α上に位置しているので、回動軸αは、バランサ部材52のY軸方向に平行な辺のうち、X軸方向における負の側の辺近傍を通ることとなる。このため、バランサ部材52は、全体として回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置しているので、バランス部材52の重心も、回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置することとなる。なお、バランサ部材52の上面には、ミラー51に形成された反射膜と同等の材料が配設されている。   The balancer member 52 is formed in a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mirror 51, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of each side of the balancer member 52, the side opposite to the base 4 'is connected to a support member 6' at the negative end in the X-axis direction. Further, one end of the connecting member 54 ′ is connected to the side facing the base portion 4 at the negative end in the X-axis direction. Since one end of the connecting member 54 ′ is located on the rotation axis α, the rotation axis α is a side on the negative side in the X-axis direction among the sides parallel to the Y-axis direction of the balancer member 52. It will pass through the neighborhood. For this reason, since the balancer member 52 is located on the positive side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity of the balance member 52 is also positive in the X-axis direction with respect to the rotation axis α. It will be located on the side. Note that a material equivalent to the reflective film formed on the mirror 51 is disposed on the upper surface of the balancer member 52.

可動電極53は、ミラー51とバランサ部材52を連結した程度の面積を有する平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような可動電極53の各辺のうち、基部4と対向する辺には、ミラー51に接続された一端からX軸方向の負の側に延在する連結部材54の他端が接続されている。また、基部4’と対向する辺には、バランサ部材52に接続された一端からX軸方向の負の側に延在する連結部材54’の他端が接続されている。したがって、可動電極53は、回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置しているので、可動電極53の重心も、可動電極53と回動軸αとを含む面内において回動軸αからX軸方向の負の側に離間した箇所に位置している。   The movable electrode 53 is formed in a substantially rectangular shape in plan view having an area that is approximately equal to the connection between the mirror 51 and the balancer member 52, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Among the sides of the movable electrode 53, the side facing the base 4 is connected to the other end of the connecting member 54 that extends from one end connected to the mirror 51 to the negative side in the X-axis direction. Yes. Further, the other end of the connecting member 54 ′ extending from one end connected to the balancer member 52 to the negative side in the X-axis direction is connected to the side facing the base portion 4 ′. Therefore, since the movable electrode 53 is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α, the center of gravity of the movable electrode 53 is also rotated within the plane including the movable electrode 53 and the rotation axis α. It is located at a location spaced from the moving axis α to the negative side in the X-axis direction.

このように、ミラー構造体5は、回動軸αに対して、ミラー51およびバランサ部材52をX軸方向の正の側、ミラー51とバランサ部材52を合計した面積を有する可動電極53をX軸方向における負の側に位置させて、回動軸αを挟んで各部材の重量のバランスをとることにより、重心が回動軸α上に位置するように設定されている。また、重心が、両支持部材6,6’のミラー51またはバランサ部材52との接続端間の中心に位置するように設定されている。このようにミラー構造体5の重心Gが回動軸αの中点上にあるので、外乱を受けてもミラー構造体5が回動軸α、β(重心を通るZ軸に平行な回動軸)、γ(重心を通るX軸に平行な回動軸)回りに回動するのを防ぐことができるので、結果として、光パワーの揺らぎを防ぐことができる。   As described above, the mirror structure 5 has the mirror 51 and the balancer member 52 on the positive side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α, and the movable electrode 53 having the total area of the mirror 51 and the balancer member 52 X The center of gravity is set so as to be positioned on the rotation axis α by being positioned on the negative side in the axial direction and balancing the weight of each member across the rotation axis α. The center of gravity is set so as to be positioned at the center between the connection ends of the support members 6 and 6 ′ and the mirror 51 or the balancer member 52. As described above, since the center of gravity G of the mirror structure 5 is on the midpoint of the rotation axis α, the mirror structure 5 can be rotated evenly by the rotation axes α and β (rotation parallel to the Z axis passing through the center of gravity). Axis) and γ (rotation axis parallel to the X axis passing through the center of gravity) can be prevented, and as a result, fluctuations in optical power can be prevented.

また、ミラー構造体5は、ミラー51、バランサ部材52および可動電極53がY軸方向に離間している。これにより、ミラー構造体5をX軸方向に並べてミラーアレイを形成するとき、いわゆる入れ子構造に並べることが可能となるので、隣り合うミラー構造体5の構成要素と干渉せずに近接して高密度に並べることができる。したがって、ミラー51のフィルファクタを向上させることができる。   In the mirror structure 5, the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are separated in the Y-axis direction. As a result, when the mirror structures 5 are arranged in the X-axis direction to form a mirror array, it is possible to arrange the mirror structures 5 in a so-called nested structure. Can be arranged in density. Therefore, the fill factor of the mirror 51 can be improved.

なお、本実施の形態においてミラー構造体5の重心は、ミラー51と支持部材6との接続端と、バランサ部材52と支持部材6’との接続端とを結ぶ直線(回動軸α)の中点に位置している。さらに、ミラー構造体5は、その中点を通るX軸方向に平行な直線に対して線対称に形成されている。   In this embodiment, the center of gravity of the mirror structure 5 is a straight line (rotation axis α) connecting the connection end between the mirror 51 and the support member 6 and the connection end between the balancer member 52 and the support member 6 ′. Located at the midpoint. Further, the mirror structure 5 is formed in line symmetry with respect to a straight line passing through the midpoint and parallel to the X-axis direction.

<マイクロミラーアレイの動作>
次に、本実施の形態に係るマイクロミラーアレイの動作について説明する。
<Operation of micromirror array>
Next, the operation of the micromirror array according to the present embodiment will be described.

まず、固定電極3に電圧を印加していない場合、ミラー構造体5は、支持部材6,6’により支持されて、ミラー51、バランサ部材52および可動電極53が、電極基板1やミラー基板2と平行な同一平面内に位置した状態となっている。   First, when no voltage is applied to the fixed electrode 3, the mirror structure 5 is supported by the support members 6 and 6 ′, and the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are connected to the electrode substrate 1 and the mirror substrate 2. It is in the state located in the same plane parallel to.

この状態から固定電極3に電圧を印加すると、ミラー構造体5は、発生する静電引力により固定電極3と対向して配置された可動電極53が固定電極3の方に、Z軸方向の負の側に変位するので、回動軸α回りに回動することとなる。このとき、可動電極53は、回動軸αから離れた位置に配設されている。したがって、静電引力が小さくても大きなトルクを得ることができので、ミラー構造体5を低電圧で大きく回動させることができる。このように、低電圧で大きな回動を実現できるので、特殊なドライバなどが不用となり、結果として、低コスト化を実現できる。   When a voltage is applied to the fixed electrode 3 from this state, the mirror structure 5 has a negative electrode in the Z-axis direction. Is displaced around the rotation axis α. At this time, the movable electrode 53 is disposed at a position away from the rotation axis α. Therefore, even if the electrostatic attractive force is small, a large torque can be obtained, so that the mirror structure 5 can be largely rotated at a low voltage. As described above, since a large rotation can be realized at a low voltage, a special driver or the like is not necessary, and as a result, a reduction in cost can be realized.

固定電極3が下方に変位した状態から固定電極3への電圧の印加を停止すると、ミラー構造体5は、固定電極3により発生していた静電引力が無くなるので、支持部材6,6’から受ける回動軸α回りのねじりの力により、ミラー51、バランサ部材52および可動電極53が、電極基板1やミラー基板2と平行な同一平面内に位置した状態に戻ることとなる。   When the application of voltage to the fixed electrode 3 is stopped from the state in which the fixed electrode 3 is displaced downward, the mirror structure 5 loses the electrostatic attraction generated by the fixed electrode 3, so that the support members 6 and 6 ′ The mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are returned to a state in which they are located in the same plane parallel to the electrode substrate 1 and the mirror substrate 2 due to the torsional force received around the rotation axis α.

本実施の形態に係るマイクロミラーアレイにおける駆動特性と加速度に対する変化について測定を行った。この測定結果を図4,図5に示す。なお、図4,図5に示す測定結果は、図3に示すミラー構造体5に関するものである。このときのミラー構造体5の各部の寸法は次の通りである。ミラー51およびバランサ部材52は、X軸方向およびY軸方向の長さがそれぞれ100[μm]である。可動電極53は、X軸方向の長さが100[μm]、Y軸方向の長さが200[μm]である。連結部材54,54’は、Y軸方向の長さが43[μm]である。   Measurements were made with respect to changes in drive characteristics and acceleration in the micromirror array according to the present embodiment. The measurement results are shown in FIGS. The measurement results shown in FIGS. 4 and 5 relate to the mirror structure 5 shown in FIG. The dimensions of each part of the mirror structure 5 at this time are as follows. The mirror 51 and the balancer member 52 have lengths of 100 [μm] in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. The movable electrode 53 has a length in the X-axis direction of 100 [μm] and a length in the Y-axis direction of 200 [μm]. The connecting members 54 and 54 'have a length in the Y-axis direction of 43 [μm].

図4に示すように、本実施の形態では、4[deg]の回動角を実現するのに固定電極3に印加した電圧が20[V]であった。このように本実施の形態では、可動電極53を回動軸αから離れた位置に配設することにより、ミラー構造体5を低電圧で大きく回動できることが確認された。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the voltage applied to the fixed electrode 3 to achieve a rotation angle of 4 [deg] was 20 [V]. As described above, in this embodiment, it was confirmed that the mirror structure 5 can be largely rotated at a low voltage by disposing the movable electrode 53 at a position away from the rotation axis α.

また、図5に示すように、本実施の形態では、20[g]の加速度を与えても、回動角の変動が見られなかった。このように本実施の形態では、ミラー構造体5の重心を回動軸α上に位置させることにより、外乱を受けてもミラー構造体5が回動軸α回りに回動するのを防ぐことができることが確認された。   Further, as shown in FIG. 5, in the present embodiment, even when an acceleration of 20 [g] was applied, the rotation angle was not changed. As described above, in this embodiment, the center of gravity of the mirror structure 5 is positioned on the rotation axis α to prevent the mirror structure 5 from rotating about the rotation axis α even when subjected to a disturbance. It was confirmed that

<マイクロミラーアレイの製造方法>
次に、図6A〜図8を参照して、本実施の形態に係るマイクロミラーアレイの製造方法について説明する。
<Manufacturing method of micromirror array>
Next, with reference to FIGS. 6A to 8, a method for manufacturing the micromirror array according to the present embodiment will be described.

まず、図6Aに示すように、例えばシリコン単結晶からなるシリコン基板101を用意する。次に、図6Bに示すように、シリコン基板上にレジストパターン102を形成する。このレジストパターン102は、公知のフォトリソグラフィー技術により形成すればよい。   First, as shown in FIG. 6A, a silicon substrate 101 made of, for example, a silicon single crystal is prepared. Next, as shown in FIG. 6B, a resist pattern 102 is formed on the silicon substrate. The resist pattern 102 may be formed by a known photolithography technique.

次に、図6Cに示すように、レジストパターン102をマスクとした公知のドライエッチングなどにより、シリコン基板101を選択的にエッチングし、平面視略矩形の開口を形成する。次に、図6Dに示すように、レジストパターン102を除去した後、図6Eに示すように、シリコン基板101に形成した開口の底面に固定電極3を形成する。例えばスパッタ法などにより金属を堆積することで、固定電極3を形成できる。また、メッキ法などにより金属を堆積して固定電極3を形成してもよい。以上の工程により、電極基板1が生成される。   Next, as shown in FIG. 6C, the silicon substrate 101 is selectively etched by known dry etching using the resist pattern 102 as a mask to form an opening having a substantially rectangular shape in plan view. Next, after removing the resist pattern 102 as shown in FIG. 6D, the fixed electrode 3 is formed on the bottom surface of the opening formed in the silicon substrate 101 as shown in FIG. 6E. For example, the fixed electrode 3 can be formed by depositing a metal by sputtering or the like. Alternatively, the fixed electrode 3 may be formed by depositing metal by a plating method or the like. The electrode substrate 1 is produced | generated by the above process.

次に、図7Aに示すように、SOI(Silicon on Insulator)基板111を用意する。このSOI基板111は、シリコン基部112の上に、埋め込み絶縁層113を介して表面シリコン層114が形成された基板である。   Next, as shown in FIG. 7A, an SOI (Silicon on Insulator) substrate 111 is prepared. The SOI substrate 111 is a substrate in which a surface silicon layer 114 is formed on a silicon base 112 via a buried insulating layer 113.

次に、図7Bに示すように、表面シリコン層114上にシリコン基板上に、基部4,4’、ミラー構造体5および支持部材6,6’の平面形状に対応したレジストパターン115を形成する。このレジストパターン115は、公知のフォトリソグラフィー技術により形成すればよい。   Next, as shown in FIG. 7B, a resist pattern 115 corresponding to the planar shapes of the bases 4, 4 ′, the mirror structure 5, and the support members 6, 6 ′ is formed on the silicon substrate on the surface silicon layer 114. . The resist pattern 115 may be formed by a known photolithography technique.

次に、図7Cに示すように、レジストパターン115をマスクとした公知のドライエッチングなどにより表面シリコン層114を選択的にエッチングした後、図7Dに示すように、レジストパターン115を除去する。   Next, as shown in FIG. 7C, the surface silicon layer 114 is selectively etched by known dry etching or the like using the resist pattern 115 as a mask, and then the resist pattern 115 is removed as shown in FIG. 7D.

次に、図7Eに示すように、シリコン基部112および埋め込み絶縁層113を選択的にエッチングして除去することにより、基部4,4’、ミラー構造体5および支持部材6,6’を形成する。   Next, as shown in FIG. 7E, the silicon base 112 and the buried insulating layer 113 are selectively etched and removed to form the bases 4 and 4 ′, the mirror structure 5 and the support members 6 and 6 ′. .

次に、図7Fに示すように、ミラー構造体5のミラー51およびバランサ部材52の表面に反射膜116を形成する。例えばスパッタ法などにより金などの金属を堆積することで、反射膜116を形成できる。また、メッキ法、抵抗加熱蒸着法などにより金などの金属を堆積して反射膜116を形成してもよい。以上の工程により、ミラー基板2が生成される。   Next, as illustrated in FIG. 7F, a reflective film 116 is formed on the surfaces of the mirror 51 and the balancer member 52 of the mirror structure 5. For example, the reflective film 116 can be formed by depositing a metal such as gold by sputtering. Alternatively, the reflective film 116 may be formed by depositing a metal such as gold by a plating method, a resistance heating vapor deposition method, or the like. The mirror substrate 2 is generated by the above process.

次に、図8に示すように、上述した工程により生成した電極基板1とミラー基板2を世電極基板1の開口が形成された側の面に、ミラー基板2の表面シリコン層114側の面を貼り合わせる。これにより、本実施の形態に係るマイクロミラーアレイが生成されることとなる。   Next, as shown in FIG. 8, the surface of the mirror substrate 2 on the surface silicon layer 114 side is formed on the surface on which the electrode substrate 1 and the mirror substrate 2 generated by the above-described steps are formed. Paste together. As a result, the micromirror array according to the present embodiment is generated.

以上説明したように、本実施の形態によれば、可動電極53の重心が回動軸αと離れているので、低電圧で大きな回動を実現できるため、高電圧を印加するためのドライバなどが不用となり、結果として、低コストを実現できる。また、ミラー構造体5の重心は、回動軸α上にあるので、外乱を受けてもミラー構造体5が回動軸α回りに回動するのを防ぐことができ、結果として、安定した回動を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the center of gravity of the movable electrode 53 is separated from the rotation axis α, a large rotation can be realized at a low voltage, and a driver for applying a high voltage, etc. As a result, low cost can be realized. Further, since the center of gravity of the mirror structure 5 is on the rotation axis α, the mirror structure 5 can be prevented from rotating around the rotation axis α even when subjected to a disturbance, and as a result, stable. Rotation can be realized.

なお、本実施の形態では、可動電極53として平板状の電極を用いる場合を例に説明したが、可動電極53は、図9に示すように、棒状の第1の梁部材531から同じ方向に突出した棒状の複数の第2の梁部材532を備えた、いわゆる櫛歯状の可動電極53’から構成されるようにしてもよい。このとき、固定電極3は、板状の電極部材3’が所定間隔離間して互いに平行に配置された構成を有する。このような構成を採ることによっても、上述した本実施の形態による作用効果と同等の作用効果を実現することができる。
なお、固定電極3および可動電極53’の第2の梁部材532の形状を、図10に示すように、Y軸方向の幅を4[μm]、X軸方向の長さ80[μm]とし、かつ、第2の梁部材532を15個設けることにより、図4,図5に示した特性を得ることができた。
In the present embodiment, the case where a flat electrode is used as the movable electrode 53 has been described as an example. However, as shown in FIG. 9, the movable electrode 53 extends from the rod-shaped first beam member 531 in the same direction. You may make it comprise what is called a comb-shaped movable electrode 53 'provided with the several 2nd beam member 532 which protruded. At this time, the fixed electrode 3 has a configuration in which plate-like electrode members 3 ′ are arranged in parallel with each other with a predetermined distance therebetween. Also by adopting such a configuration, it is possible to achieve the same operational effects as the operational effects of the present embodiment described above.
As shown in FIG. 10, the shape of the second beam member 532 of the fixed electrode 3 and the movable electrode 53 ′ is such that the width in the Y-axis direction is 4 [μm] and the length in the X-axis direction is 80 [μm]. In addition, by providing 15 second beam members 532, the characteristics shown in FIGS. 4 and 5 could be obtained.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態と固定電極3およびミラー構造体5の構成が異なるものである。したがって、本実施の形態において、上述した第1の実施の形態と同等の構成については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment described above in the configuration of the fixed electrode 3 and the mirror structure 5. Therefore, in this embodiment, the same name and code | symbol are attached | subjected about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted suitably.

図11に示すように、本実施の形態におけるミラー構造体5aは、一対の連結部材54a,54a’の一端により支持されたミラー51aと、連結部材54aの他端と連結部材55aの一端により支持された第1の可動電極53aと、連結部材54a’の他端と連結部材55a’の一端により支持された第2の可動電極53a’とを備えている。ここで、連結部材55aの他端は、支持部材6が連結されている。同様に、連結部材55a’の他端は、支持部材6’が連結されている。したがって、ミラー構造体5aは、支持部材6,6’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸α)回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51a,第1の可動電極53aおよび第2の可動電極53a’は、Y軸方向に離間している。さらに、電極基板上には、第1の可動電極53aと対向する位置に固定電極3aが配置され、第2の可動電極53aと対向する位置に固定電極3a’が配置されている。   As shown in FIG. 11, the mirror structure 5a in the present embodiment is supported by a mirror 51a supported by one end of a pair of connecting members 54a and 54a ', and the other end of the connecting member 54a and one end of the connecting member 55a. And a second movable electrode 53a ′ supported by the other end of the connecting member 54a ′ and one end of the connecting member 55a ′. Here, the support member 6 is connected to the other end of the connecting member 55a. Similarly, the support member 6 'is connected to the other end of the connection member 55a'. Accordingly, the mirror structure 5a is supported by the support members 6 and 6 'so as to be rotatable about an axis (rotation axis α) parallel to the Y axis connecting them. In addition, the mirror 51a, the first movable electrode 53a, and the second movable electrode 53a 'are separated in the Y-axis direction. Further, on the electrode substrate, the fixed electrode 3a is disposed at a position facing the first movable electrode 53a, and the fixed electrode 3a 'is disposed at a position facing the second movable electrode 53a.

ここで、ミラー51aは、平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このようなミラー51aのX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における正の側の辺には、X軸方向における負の側の端部に連結部材54aの一端が接続され、Y軸方向における負の側の辺には、X軸方向における負の側の端部に連結部材54a’の一端が接続されている。連結部材54a,54a’は、ミラー51aに接続された一端から、回動軸αを通過した位置までX軸方向における負の側に延在している。したがって、回動軸αは、ミラー51aよりもX軸方向における負の側に位置することとなる。このように、ミラー51aは、全体として回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置しているので、ミラー51の重心も、回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置することとなる。   Here, the mirror 51a is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the mirror 51a, one end of the connecting member 54a is connected to the side on the positive side in the Y axis direction at the end on the negative side in the X axis direction. One end of the connecting member 54a ′ is connected to the negative side edge of the negative electrode in the X-axis direction. The connecting members 54a and 54a 'extend from one end connected to the mirror 51a to the negative side in the X-axis direction to the position passing through the rotation axis α. Therefore, the rotation axis α is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the mirror 51a. Thus, since the mirror 51a as a whole is located on the positive side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α, the center of gravity of the mirror 51 is also positive in the X-axis direction with respect to the rotation axis α. Will be located on the side.

第1の可動電極53aは、ミラー51aと同等の大きさの平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような第1の可動電極53aのX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における負の側の辺には、X軸方向における正の側の端部に、一端がミラー51aに接続された連結部材54aの他端が接続されている。また、Y軸方向における正の側の辺には、X軸方向における正の側の端部に連結部材55a’の一端が接続されている。この連結部材55aは、その一端からX軸方向における正の側に延在しており、他端が支持部材6に接続されている。したがって、回動軸αは、第1の可動電極53aよりもX軸方向における正の側に位置することとなる。このように、第1の可動電極53aは、全体として回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置しているので、第1の可動電極53aの重心も、回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置することとなる。このような第1の可動電極53aは、第1の実施の形態におけるバランサ部材52および可動電極53として機能する。   The first movable electrode 53a is formed in a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mirror 51a, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the first movable electrode 53a, the negative side in the Y axis direction has one end connected to the end on the positive side in the X axis direction and the mirror 51a. The other end of the connecting member 54a is connected. Further, one end of the connecting member 55a 'is connected to the positive side edge in the X-axis direction on the positive side edge in the Y-axis direction. The connecting member 55 a extends from one end to the positive side in the X-axis direction, and the other end is connected to the support member 6. Therefore, the rotation axis α is located on the positive side in the X-axis direction with respect to the first movable electrode 53a. Thus, since the first movable electrode 53a is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity of the first movable electrode 53a is also on the rotation axis α. On the other hand, it is located on the negative side in the X-axis direction. Such a first movable electrode 53 a functions as the balancer member 52 and the movable electrode 53 in the first embodiment.

第2の可動電極53a’は、ミラー51aと同等の大きさの平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような第2の可動電極53a’のX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における正の側の辺には、X軸方向における正の側の端部に、一端がミラー51aに接続された連結部材54a’の他端が接続されている。また、Y軸方向における負の側の辺には、X軸方向における正の側の端部に連結部材55a’の一端が接続されている。この連結部材55a’は、その一端からX軸方向における正の側に延在しており、他端が支持部材6’に接続されている。したがって、回動軸αは、第2の可動電極53a’よりもX軸方向における正の側に位置することとなる。このように、第2の可動電極53a’は、全体として回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置しているので、第2の可動電極53a’重心も、回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置することとなる。このような第2の可動電極53a’は、第1の実施の形態におけるバランサ部材52および可動電極53として機能する。   The second movable electrode 53a 'is formed in a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mirror 51a, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the second movable electrode 53a ′, the side on the positive side in the Y axis direction is connected to the end on the positive side in the X axis direction, and one end is connected to the mirror 51a. The other end of the connected member 54a 'is connected. Further, one end of the connecting member 55a 'is connected to the negative side edge in the Y-axis direction at the positive side end in the X-axis direction. The connecting member 55a 'extends from one end to the positive side in the X-axis direction, and the other end is connected to the support member 6'. Therefore, the rotation axis α is positioned on the positive side in the X-axis direction with respect to the second movable electrode 53a ′. Thus, since the second movable electrode 53a ′ is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity of the second movable electrode 53a ′ is also the rotation axis α. Is located on the negative side in the X-axis direction. Such a second movable electrode 53 a ′ functions as the balancer member 52 and the movable electrode 53 in the first embodiment.

このように、ミラー構造体5aは、回動軸αに対して、ミラー51aをX軸方向の正の側、第1の可動電極53aおよび第2の可動電極53a’をX軸方向における負の側に位置させて、回動軸αを挟んで各部材の重量のバランスをとることにより、重心Gが回動軸α上に位置するように設定されている。このようにミラー構造体5aの重心Gが回動軸α上にあるので、外乱を受けてもミラー構造体5aが回動軸α回りに回動するのを防ぐことができるので、結果として、光パワーの揺らぎを防ぐことができる。   As described above, the mirror structure 5a has the mirror 51a on the positive side in the X-axis direction and the first movable electrode 53a and the second movable electrode 53a ′ on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α. The center of gravity G is set on the rotation axis α by balancing the weight of each member with the rotation axis α interposed therebetween. As described above, since the center of gravity G of the mirror structure 5a is on the rotation axis α, it is possible to prevent the mirror structure 5a from rotating about the rotation axis α even when subjected to a disturbance. Optical power fluctuation can be prevented.

また、ミラー構造体5aは、ミラー51a、第1の可動電極53aおよび第2の可動電極53a’がY軸方向に離間している。これにより、ミラー構造体5aをX軸方向に並べてミラーアレイを形成するとき、いわゆる入れ子構造に並べることが可能となるので、隣り合うミラー構造体5aの構成要素と干渉せずに近接して高密度に並べることができる。したがって、ミラー51aのフィルファクタを向上させることができる。   In the mirror structure 5a, the mirror 51a, the first movable electrode 53a, and the second movable electrode 53a 'are separated in the Y-axis direction. As a result, when the mirror structures 5a are arranged in the X-axis direction to form a mirror array, it is possible to arrange the mirror structures 5a in a so-called nested structure. Can be arranged in density. Therefore, the fill factor of the mirror 51a can be improved.

さらに、第1の可動電極53aおよび第2の可動電極53a’は、回動軸αから離れた位置に配設されている。したがって、静電引力が小さくても大きなトルクを得ることができので、ミラー構造体5aを低電圧で大きく回動させることができる。このように、低電圧で大きな回動を実現できるので、特殊なドライバなどが不用となり、結果として、低コスト化を実現できる。   Further, the first movable electrode 53a and the second movable electrode 53a 'are arranged at positions away from the rotation axis α. Therefore, even if the electrostatic attractive force is small, a large torque can be obtained, so that the mirror structure 5a can be largely rotated at a low voltage. As described above, since a large rotation can be realized at a low voltage, a special driver or the like is not necessary, and as a result, a reduction in cost can be realized.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態と固定電極3およびミラー構造体5の構成が異なるものである。したがって、本実施の形態において、上述した第1の実施の形態と同等の構成については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment described above in the configuration of the fixed electrode 3 and the mirror structure 5. Therefore, in this embodiment, the same name and code | symbol are attached | subjected about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted suitably.

図12に示すように、本実施の形態におけるミラー構造体5bは、一対の連結部材54b,54b’の一端により支持されたミラー51bと、連結部材54bの他端により支持された第1の可動電極53bと、連結部材54b’の他端により支持された第2の可動電極53b’とを備えている。ここで、連結部材54bの一端側には、支持部材6が連結されている。同様に、連結部材54b’の一端側には、支持部材6’が連結されている。したがって、ミラー構造体5bは、支持部材6,6’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸α)回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51b,第1の可動電極53bおよび第2の可動電極53b’は、Y軸方向に離間している。さらに、電極基板上には、第1の可動電極53bと対向する位置に固定電極3bが配置され、第2の可動電極53b’と対向する位置に固定電極3b’が配置されている。   As shown in FIG. 12, the mirror structure 5b in the present embodiment includes a mirror 51b supported by one end of a pair of connecting members 54b and 54b ′ and a first movable member supported by the other end of the connecting member 54b. An electrode 53b and a second movable electrode 53b ′ supported by the other end of the connecting member 54b ′ are provided. Here, the supporting member 6 is connected to one end side of the connecting member 54b. Similarly, the support member 6 'is connected to one end side of the connection member 54b'. Therefore, the mirror structure 5b is supported by the support members 6 and 6 'so as to be rotatable about an axis (rotation axis α) parallel to the Y axis connecting them. Further, the mirror 51b, the first movable electrode 53b, and the second movable electrode 53b 'are separated in the Y-axis direction. Further, on the electrode substrate, the fixed electrode 3b is disposed at a position facing the first movable electrode 53b, and the fixed electrode 3b 'is disposed at a position facing the second movable electrode 53b'.

ここで、ミラー51bは、平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このようなミラー51bのX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における正の側の辺には、X軸方向における負の側の端部に連結部材54bの一端が接続され、Y軸方向における負の側の辺には、X軸方向における負の側の端部に連結部材54b’の一端が接続されている。連結部材54b,54b’のミラー51bに接続された端部には、支持部材6または支持部材6’が接続されている。したがって、回動軸αは、ミラー51bのY軸方向に平行な辺のうち、X軸方向における負の側の辺の近傍を通ることとなる。このため、ミラー51bは、全体として回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置しているので、ミラー51bの重心Gも、回動軸αに対してX軸方向の正の側に位置することとなる。   Here, the mirror 51b is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the mirror 51b, one end of the connecting member 54b is connected to the side on the positive side in the Y axis direction at the end on the negative side in the X axis direction. One end of the connecting member 54b ′ is connected to the negative side edge of the negative end in the X-axis direction. The support member 6 or the support member 6 ′ is connected to the ends of the coupling members 54 b and 54 b ′ connected to the mirror 51 b. Therefore, the rotation axis α passes through the vicinity of the negative side in the X-axis direction among the sides parallel to the Y-axis direction of the mirror 51b. For this reason, since the mirror 51b is positioned on the positive side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity G of the mirror 51b is also positive in the X-axis direction with respect to the rotation axis α. Will be located on the side.

第1の可動電極53bは、ミラー51bと同等の大きさの平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような第1の可動電極53bのX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における負の側の辺には、X軸方向における正の側の端部に、一端がミラー51bに接続されてX軸方向の負の側に延在する連結部材54bの他端が接続されている。したがって、回動軸αは、第1の可動電極53bよりもX軸方向における正の側に位置することとなる。このように、第1の可動電極53bは、全体として回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置しているので、第1の可動電極53bの重心も、回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置することとなる。このような第1の可動電極53bは、第1の実施の形態におけるバランサ部材52および可動電極53として機能する。   The first movable electrode 53b is formed in a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mirror 51b, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the first movable electrode 53b, the side on the negative side in the Y axis direction is connected to the end on the positive side in the X axis direction, and one end is connected to the mirror 51b. The other end of the connecting member 54b extending to the negative side in the X-axis direction is connected. Therefore, the rotation axis α is located on the positive side in the X-axis direction with respect to the first movable electrode 53b. Thus, since the first movable electrode 53b is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity of the first movable electrode 53b is also on the rotation axis α. On the other hand, it is located on the negative side in the X-axis direction. Such a first movable electrode 53b functions as the balancer member 52 and the movable electrode 53 in the first embodiment.

第2の可動電極53b’は、ミラー51bと同等の大きさの平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような第2の可動電極53bのX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における正の側の辺には、X軸方向における正の側の端部に、一端がミラー51bに接続されてX軸方向の負の側に延在する連結部材54b’の他端が接続されている。したがって、回動軸αは、第2の可動電極53b’よりもX軸方向における正の側に位置することとなる。このように、第2可動電極53b’は、全体として回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置しているので、第2の可動電極53b’の重心も、回動軸αに対してX軸方向の負の側に位置することとなる。このような第2の可動電極53b’は、第1の実施の形態におけるバランサ部材52および可動電極53として機能する。   The second movable electrode 53b 'is formed in a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mirror 51b, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the second movable electrode 53b, the side on the positive side in the Y axis direction is connected to the end on the positive side in the X axis direction, and one end is connected to the mirror 51b. The other end of the connecting member 54b ′ extending to the negative side in the X-axis direction is connected. Therefore, the rotation axis α is located on the positive side in the X-axis direction with respect to the second movable electrode 53b ′. Thus, since the second movable electrode 53b ′ is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α as a whole, the center of gravity of the second movable electrode 53b ′ is also the rotation axis α. Is located on the negative side in the X-axis direction. Such a second movable electrode 53 b ′ functions as the balancer member 52 and the movable electrode 53 in the first embodiment.

このように、ミラー構造体5bは、回動軸αに対して、ミラー51bをX軸方向の正の側、第1の可動電極53bおよび第2の可動電極53b’をX軸方向における負の側に位置させて、回動軸αを挟んで各部材の重量のバランスをとることにより、重心Gが回動軸α上に位置するように設定されている。また、重心が、支持部材6,6’の連結部材54b,54b’との接続端間の中心に位置するように設定されている。このようにミラー構造体5の重心Gが回動軸αの中点上にあるので、外乱を受けてもミラー構造体5が回動軸α、β(重心を通るZ軸に平行な回動軸)、γ(重心を通るX軸に平行な回動軸)回りに回動するのを防ぐことができるので、結果として、光パワーの揺らぎを防ぐことができる。   As described above, the mirror structure 5b has the mirror 51b on the positive side in the X-axis direction and the first movable electrode 53b and the second movable electrode 53b ′ on the negative side in the X-axis direction with respect to the rotation axis α. The center of gravity G is set on the rotation axis α by balancing the weight of each member with the rotation axis α interposed therebetween. Further, the center of gravity is set so as to be positioned at the center between the connection ends of the support members 6 and 6 ′ and the connecting members 54 b and 54 b ′. As described above, since the center of gravity G of the mirror structure 5 is on the midpoint of the rotation axis α, the mirror structure 5 can be rotated evenly by the rotation axes α and β (rotation parallel to the Z axis passing through the center of gravity). Axis) and γ (rotation axis parallel to the X axis passing through the center of gravity) can be prevented, and as a result, fluctuations in optical power can be prevented.

また、ミラー構造体5bは、ミラー51b、第1の可動電極53bおよび第2の可動電極53b’がY軸方向に離間している。これにより、ミラー構造体5bをX軸方向に並べてミラーアレイを形成するとき、いわゆる入れ子構造に並べることが可能となるので、隣り合うミラー構造体5bの構成要素と干渉せずに近接して高密度に並べることができる。したがって、ミラー51bのフィルファクタを向上させることができる。   In the mirror structure 5b, the mirror 51b, the first movable electrode 53b, and the second movable electrode 53b 'are separated in the Y-axis direction. Accordingly, when the mirror structure 5b is arranged in the X-axis direction to form a mirror array, it is possible to arrange the mirror structures 5b in a so-called nested structure, so that the mirror structures 5b are close to each other without interfering with the components of the adjacent mirror structure 5b. Can be arranged in density. Therefore, the fill factor of the mirror 51b can be improved.

さらに、第1の可動電極53bおよび第2の可動電極53b’は、回動軸αから離れた位置に配設されている。したがって、静電引力が小さくても大きなトルクを得ることができので、ミラー構造体5bを低電圧で大きく回動させることができる。このように、低電圧で大きな回動を実現できるので、特殊なドライバなどが不用となり、結果として、低コスト化を実現できる。   Further, the first movable electrode 53b and the second movable electrode 53b 'are disposed at positions away from the rotation axis α. Therefore, even if the electrostatic attractive force is small, a large torque can be obtained, so that the mirror structure 5b can be largely rotated at a low voltage. As described above, since a large rotation can be realized at a low voltage, a special driver or the like is not necessary, and as a result, a reduction in cost can be realized.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態における支持部材6,6’に可動電極をさらに設けたものである。したがって、本実施の形態において、上述した第1の実施の形態と同等の構成については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, movable electrodes are further provided on the support members 6 and 6 'in the first embodiment described above. Therefore, in this embodiment, the same name and code | symbol are attached | subjected about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted suitably.

図13に示すように、ミラー構造体5c、支持部材6cを介して一方の基部4に連結されたミラー51と、支持部材6c’を介して他方の基部4’に連結されたバランサ部材52と、一対の連結部材54,54’を介してミラー51およびバランサ部材52に連結された可動電極53とを備えている。このようにミラー構造体5は、支持部材6c,6c’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸α)回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51,バランサ部材52および可動電極53は、Y軸方向に離間している。このようなミラー構造体5cは、重心Gが回動軸α上にあるように形成されている。   As shown in FIG. 13, a mirror 51 connected to one base 4 via a mirror structure 5c and a support member 6c, and a balancer member 52 connected to the other base 4 ′ via a support member 6c ′. And a movable electrode 53 connected to the mirror 51 and the balancer member 52 through a pair of connecting members 54 and 54 '. Thus, the mirror structure 5 is supported by the support members 6c and 6c 'so as to be rotatable around an axis (rotation axis α) parallel to the Y axis connecting them. Further, the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are separated from each other in the Y-axis direction. Such a mirror structure 5c is formed so that the center of gravity G is on the rotation axis α.

ここで、支持部材6cは、一端がミラー51に接続された第1の梁部材61と、この第1の梁部材61の他端が接続された第3の可動電極62と、一端が第3の可動電極62に接続され、他端が基部4に接続された第2の梁部材63とから構成されている。ここで、電極基板1上面には、第3の可動電極62と対向する位置に固定電極3cが配置されている。   Here, the support member 6c includes a first beam member 61 having one end connected to the mirror 51, a third movable electrode 62 to which the other end of the first beam member 61 is connected, and a third end having a third end. The second beam member 63 is connected to the movable electrode 62 and the other end is connected to the base 4. Here, the fixed electrode 3 c is disposed on the upper surface of the electrode substrate 1 at a position facing the third movable electrode 62.

同様に、支持部材6d’は、一端がバランサ部材52に接続された第1の梁部材61’と、この第1の梁部材61’の他端が接続された第3の可動電極62’と、一端が第3の可動電極62’に接続され、他端が基部4’に接続された第2の梁部材63’とから構成されている。ここで、電極基板1上面には、第3の可動電極62’と対向する位置に固定電極3c’が配置されている。   Similarly, the support member 6d ′ includes a first beam member 61 ′ having one end connected to the balancer member 52, and a third movable electrode 62 ′ having the other end connected to the first beam member 61 ′. The second beam member 63 ′ has one end connected to the third movable electrode 62 ′ and the other end connected to the base 4 ′. Here, a fixed electrode 3 c ′ is disposed on the upper surface of the electrode substrate 1 at a position facing the third movable electrode 62 ′.

本実施の形態において、固定電極3c,3c’に電圧を印加すると、発生する静電引力により、固定電極3c,3c’と対向して配置された第3の可動電極62,62’が固定電極3c,3c’に引き寄せられる。したがって、例えば、固定電極3c,3c’の一方に電圧を印加したり、固定電極3c,3c’に互い違いに電圧を印加することにより、ミラー構造体3cをX軸回りに回動させることができる。   In the present embodiment, when a voltage is applied to the fixed electrodes 3c and 3c ′, the third movable electrodes 62 and 62 ′ disposed so as to face the fixed electrodes 3c and 3c ′ are fixed by the electrostatic attraction generated. Attracted to 3c, 3c ′. Therefore, for example, the mirror structure 3c can be rotated around the X axis by applying a voltage to one of the fixed electrodes 3c and 3c ′ or alternately applying a voltage to the fixed electrodes 3c and 3c ′. .

なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態で説明した作用効果と同等の作用効果を得られることは言うまでもない。   Needless to say, in this embodiment, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第3の実施の形態における支持部材6,6’に第4の実施の形態における可動電極6c,6c’と同等の構成をさらに設けたものである。したがって、本実施の形態において、上述した第3の実施の形態と同等の構成については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the support members 6 and 6 ′ in the third embodiment described above are further provided with a configuration equivalent to the movable electrodes 6c and 6c ′ in the fourth embodiment. Therefore, in this embodiment, the same name and code | symbol are attached | subjected about the structure equivalent to 3rd Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted suitably.

図14に示すように、本実施の形態におけるミラー構造体5dは、一対の連結部材54b,54b’の一端により支持されたミラー51bと、連結部材54bの他端により支持された第1の可動電極53bと、連結部材54b’の他端により支持された第2の可動電極53b’とを備えている。ここで、連結部材54bの一端側には、支持部材6dが連結されている。同様に、連結部材54b’の一端側には、支持部材6d’が連結されている。したがって、ミラー構造体5bは、支持部材6d,6d’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸α)回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51b,第1の可動電極53bおよび第2の可動電極53b’は、Y軸方向に離間している。また、電極基板上には、第1の可動電極53bと対向する位置に固定電極3bが配置され、第2の可動電極53b’と対向する位置に固定電極3b’が配置されている。さらに、このようなミラー構造体5dは、重心Gが回動軸αの中点上にあるように形成されている。   As shown in FIG. 14, the mirror structure 5d in the present embodiment includes a mirror 51b supported by one end of a pair of connecting members 54b and 54b ′, and a first movable member supported by the other end of the connecting member 54b. An electrode 53b and a second movable electrode 53b ′ supported by the other end of the connecting member 54b ′ are provided. Here, the supporting member 6d is connected to one end side of the connecting member 54b. Similarly, a support member 6d 'is connected to one end side of the connection member 54b'. Accordingly, the mirror structure 5b is supported by the support members 6d and 6d 'so as to be rotatable about an axis (rotation axis α) parallel to the Y axis connecting them. Further, the mirror 51b, the first movable electrode 53b, and the second movable electrode 53b 'are separated in the Y-axis direction. On the electrode substrate, the fixed electrode 3b is disposed at a position facing the first movable electrode 53b, and the fixed electrode 3b 'is disposed at a position facing the second movable electrode 53b'. Further, such a mirror structure 5d is formed such that the center of gravity G is on the midpoint of the rotation axis α.

ここで、支持部材6dは、一端が連結部材54bに接続された第1の梁部材61と、この第1の梁部材61の他端が接続された第3の可動電極62と、一端が第3の可動電極62に接続され、他端が基部4に接続された第2の梁部材63とから構成されている。ここで、電極基板1上面には、第3の可動電極62と対向する位置に固定電極3dが配置されている。   Here, the supporting member 6d includes a first beam member 61 having one end connected to the connecting member 54b, a third movable electrode 62 to which the other end of the first beam member 61 is connected, and one end being a first member. 3 and a second beam member 63 connected to the base 4 at the other end. Here, a fixed electrode 3 d is disposed on the upper surface of the electrode substrate 1 at a position facing the third movable electrode 62.

同様に、支持部材6d’は、一端が連結部材54b’に接続された第1の梁部材61’と、この第1の梁部材61’の他端が接続された第3の可動電極62’と、一端が第3の可動電極62’に接続され、他端が基部4’に接続された第2の梁部材63’とから構成されている。ここで、電極基板1上面には、第3の可動電極62’と対向する位置に固定電極3d’が配置されている。   Similarly, the support member 6d ′ includes a first beam member 61 ′ having one end connected to the coupling member 54b ′ and a third movable electrode 62 ′ to which the other end of the first beam member 61 ′ is connected. And a second beam member 63 ′ having one end connected to the third movable electrode 62 ′ and the other end connected to the base 4 ′. Here, a fixed electrode 3d 'is disposed on the upper surface of the electrode substrate 1 at a position facing the third movable electrode 62'.

本実施の形態において、固定電極3d,3d’に電圧を印加すると、発生する静電引力により、固定電極3d,3d’と対向して配置された第3の可動電極62,62’が固定電極3d,3d’に引き寄せられる。したがって、例えば、固定電極3d,3d’の一方に電圧を印加したり、固定電極3d,3d’に互い違いに電圧を印加することにより、ミラー構造体3dをX軸回りに回動させることができる。   In the present embodiment, when a voltage is applied to the fixed electrodes 3d and 3d ′, the third movable electrodes 62 and 62 ′ disposed to face the fixed electrodes 3d and 3d ′ are fixed to the fixed electrodes by the electrostatic attraction generated. It is attracted to 3d and 3d ′. Therefore, for example, the mirror structure 3d can be rotated around the X axis by applying a voltage to one of the fixed electrodes 3d and 3d ′ or alternately applying a voltage to the fixed electrodes 3d and 3d ′. .

なお、本実施の形態においても、上述した第3の実施の形態で説明した作用効果と同等の作用効果を得られることは言うまでもない。   Needless to say, in this embodiment, the same effects as those described in the third embodiment can be obtained.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態にさらにバランサ部材52を設けたものである。したがって、本実施の形態において、上述した第1の実施の形態と同等の構成については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a balancer member 52 is further provided in the first embodiment described above. Therefore, in this embodiment, the same name and code | symbol are attached | subjected about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted suitably.

図15に示すように、ミラー構造体5eは、支持部材6を介して一方の基部4に連結されたミラー51と、支持部材6’を介して他方の基部4’に連結されたバランサ部材52と、一対の連結部材54,54’を介してミラー51およびバランサ部材52に連結された可動電極53と、連結部材57を介してミラー51に連結された第2のバランサ部材56と、連結部材57’を介してバランサ部材52に連結された第2のバランサ部材56’とを備えている。このようにミラー構造体5eは、支持部材6,6’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸α)回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51,バランサ部材52および可動電極53は、Y軸方向に離間している。さらに、このようなミラー構造体5eは、重心Gが回動軸αの中点上にあるように形成されている。   As shown in FIG. 15, the mirror structure 5e includes a mirror 51 connected to one base 4 via a support member 6, and a balancer member 52 connected to the other base 4 ′ via a support member 6 ′. A movable electrode 53 coupled to the mirror 51 and the balancer member 52 via a pair of coupling members 54, 54 ', a second balancer member 56 coupled to the mirror 51 via a coupling member 57, and a coupling member And a second balancer member 56 ′ connected to the balancer member 52 through 57 ′. In this way, the mirror structure 5e is supported by the support members 6 and 6 'so as to be rotatable about an axis (rotation axis α) parallel to the Y axis connecting them. Further, the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are separated from each other in the Y-axis direction. Further, such a mirror structure 5e is formed so that the center of gravity G is on the midpoint of the rotation axis α.

ここで、第2のバランサ部材56は、平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような第2のバランサ部材56のX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における負の側の辺には、X軸方向における負の側の端部に連結部材57の一端が接続されている。この連結部材57の他端は、ミラー51の連結部材54が接続された辺と反対側の辺の、X軸方向における正の側の端部に接続される。   Here, the second balancer member 56 is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X axis of the second balancer member 56, one end of the connecting member 57 is connected to the negative side end in the X axis direction at the negative side end in the X axis direction. ing. The other end of the connecting member 57 is connected to an end on the positive side in the X-axis direction of the side opposite to the side to which the connecting member 54 of the mirror 51 is connected.

また、第2のバランサ部材56’は、平面視略矩形に形成されており、各辺がX軸またはY軸に対して平行に配置されている。このような第2のバランサ部材56’のX軸に平行な辺のうち、Y軸方向における正の側の辺には、X軸方向における負の側の端部に連結部材57’の一端が接続されている。この連結部材57’の他端は、バランサ部材52の連結部材54’が接続された辺と反対側の辺の、X軸方向における正の側の端部に接続される。   The second balancer member 56 'is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and each side is arranged in parallel to the X axis or the Y axis. Of the sides parallel to the X-axis of the second balancer member 56 ′, the side on the positive side in the Y-axis direction has one end of the connecting member 57 ′ at the end on the negative side in the X-axis direction. It is connected. The other end of the connecting member 57 'is connected to the positive end in the X-axis direction of the side opposite to the side to which the connecting member 54' of the balancer member 52 is connected.

このように、ミラー構造体5eは、ミラー51、バランサ部材52および可動電極53に加えて第2のバランサ部材57,57’を設け、回動軸αを挟んで各部材の重量のバランスをとって重心Gが回動軸α上に位置することにより、可動電極53を回動軸αからさらに離間させている。これにより、より大きなトルクを得ることができので、ミラー構造体5eをより低電圧で大きく回動させることができる。   As described above, the mirror structure 5e is provided with the second balancer members 57 and 57 ′ in addition to the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53, and balances the weight of each member across the rotation axis α. Since the center of gravity G is positioned on the rotation axis α, the movable electrode 53 is further separated from the rotation axis α. Thereby, since a larger torque can be obtained, the mirror structure 5e can be largely rotated at a lower voltage.

なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態で説明した作用効果と同等の作用効果を得られることは言うまでもない。   Needless to say, in this embodiment, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.

[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態とバランサ部材52の構成が異なるものである。したがって、本実施の形態において、上述した第1の実施の形態と同等の構成については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. Note that the present embodiment is different from the first embodiment described above in the configuration of the balancer member 52. Therefore, in this embodiment, the same name and code | symbol are attached | subjected about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted suitably.

図16に示すように、ミラー構造体5fは、支持部材6を介して一方の基部4に連結されたミラー51と、支持部材6’を介して他方の基部4’に連結されたバランサ部材52fと、一対の連結部材54,54’を介してミラー51およびバランサ部材52に連結された可動電極53とを備えている。このようにミラー構造体5fは、支持部材6,6’により、これらを結ぶY軸に平行な軸(回動軸α)回りに回動可能に支持されている。また、ミラー51,バランサ部材52および可動電極53は、Y軸方向に離間している。さらに、このようなミラー構造体5eは、重心Gが回動軸α上にあるように形成されている。   As shown in FIG. 16, the mirror structure 5f includes a mirror 51 connected to one base portion 4 via a support member 6, and a balancer member 52f connected to the other base portion 4 'via a support member 6'. And a movable electrode 53 connected to the mirror 51 and the balancer member 52 through a pair of connecting members 54 and 54 '. Thus, the mirror structure 5f is supported by the support members 6 and 6 'so as to be rotatable around an axis (rotation axis α) parallel to the Y axis connecting them. Further, the mirror 51, the balancer member 52, and the movable electrode 53 are separated from each other in the Y-axis direction. Further, such a mirror structure 5e is formed so that the center of gravity G is on the rotation axis α.

ここで、バランサ部材52fは、ミラー51と比較して、面積が小さくされている一方、厚さ、すなわちZ軸方向の長さが大きく形成されている。このように厚さを大きくして質量を増加させることにより、バランサ部材52fの面積を小さくしても、ミラー構造体5fの重心Gを回動軸α上に位置させることができる。これにより、ミラー構造体5fを小型化できるので、ミラーアレイについても小型化を実現することができる。   Here, the balancer member 52f has a smaller area as compared with the mirror 51, but has a larger thickness, that is, a length in the Z-axis direction. Thus, by increasing the thickness and increasing the mass, the center of gravity G of the mirror structure 5f can be positioned on the rotation axis α even if the area of the balancer member 52f is reduced. Thereby, since the mirror structure 5f can be reduced in size, the mirror array can also be reduced in size.

なお、図17に示すバランサ部材52f’のように、異なる材料を用いて厚さミラー51等と異ならせるようにしてもよい。このバランサ部材52f’では、シリコン521上に例えば金など密度の高い材料522が配設されている。これにより、ミラー構造体5fをより小型化できる。   Note that, as a balancer member 52f 'shown in FIG. 17, a different material may be used to make it different from the thickness mirror 51 or the like. In the balancer member 52 f ′, a high-density material 522 such as gold is disposed on the silicon 521. Thereby, the mirror structure 5f can be further downsized.

本発明は、MEMSミラー装置など、マイクロマシン技術により作製された各種アクチュエータに適用することができる。   The present invention can be applied to various actuators manufactured by micromachine technology, such as a MEMS mirror device.

1…電極基板、2…ミラー基板、3,3b,3b’,3c,3c’…固定電極、4,4’…基部、5,5a,5b,5c,5d,5e,5f,5g…ミラー構造体、6,6’,6c,6c’,6d,6d’…支持部材、51,51a,51b…ミラー、52…バランサ部材、53…可動電極、53a…第1の可動電極、53a’,53b,53b’…第2の可動電極、54,54’,54a,54a’,54b,54b’,55a,55a’,57,57’…連結部材、56,56’…第2のバランサ部材、61…第1の梁部材、62…第3の可動電極、63…第2の梁部材、101…シリコン基板、102…レジストパターン、111…SOI基板、112…シリコン基部、113…埋め込み絶縁層、114…表面シリコン層、115…レジストパターン、116…反射膜、521…シリコン、522…材料、G…重心、α…回動軸α。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode substrate, 2 ... Mirror substrate, 3, 3b, 3b ', 3c, 3c' ... Fixed electrode, 4, 4 '... Base part, 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g ... Mirror structure Body, 6, 6 ', 6c, 6c', 6d, 6d '... support member, 51, 51a, 51b ... mirror, 52 ... balancer member, 53 ... movable electrode, 53a ... first movable electrode, 53a', 53b 53b ′, second movable electrode, 54, 54 ′, 54a, 54a ′, 54b, 54b ′, 55a, 55a ′, 57, 57 ′, connection member, 56, 56 ′, second balancer member, 61 ... 1st beam member, 62 ... 3rd movable electrode, 63 ... 2nd beam member, 101 ... Silicon substrate, 102 ... Resist pattern, 111 ... SOI substrate, 112 ... Silicon base, 113 ... Embedded insulating layer, 114 ... Surface silicon layer, 115 ... Strike pattern, 116 ... reflective layer, 521 ... silicon, 522 ... materials, G ... centroid, alpha ... rotation axis alpha.

Claims (10)

基板上に設けられた固定電極と、前記基板から離間して回動可能に配設された構造体とを備えたマイクロミラー素子であって、
前記構造体は、前記固定電極と対向する可動電極と、この可動電極に連結されるミラーとを備え、
前記可動電極の重心は、前記可動電極と前記構造体の回動軸とを含む面内において前記回動軸と離間し、
前記可動電極と前記ミラーは、前記面内において前記回動軸に沿った方向に離間し、
前記構造体の重心は、前記回動軸上にある
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
A micromirror device comprising a fixed electrode provided on a substrate and a structure disposed so as to be rotatable away from the substrate,
The structure includes a movable electrode facing the fixed electrode, and a mirror connected to the movable electrode,
The center of gravity of the movable electrode is separated from the rotation axis in a plane including the movable electrode and the rotation axis of the structure,
The movable electrode and the mirror are separated in a direction along the rotation axis in the plane,
The micromirror element, wherein the center of gravity of the structure is on the rotation axis.
請求項1記載のマイクロミラー素子において、
前記回動軸に沿って配設され、対向する一端が前記構造体に接続され、前記構造体を前記回動軸回りに回動可能に支持する一対の支持部材
をさらに備え、
前記重心は、前記一対の支持部材間の中点に位置する
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
The micromirror element according to claim 1, wherein
A pair of support members disposed along the rotation axis and having opposite ends connected to the structure and supporting the structure so as to be rotatable about the rotation axis;
The center of gravity is located at a midpoint between the pair of support members.
請求項1または2記載のマイクロミラー素子において、
前記構造体は、前記ミラーまたは前記可動電極に連結された第1のバランサをさらに備え、
前記第1のバランサは、前記回動軸に沿って少なくとも前記可動電極および前記ミラーと離間している
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
The micromirror element according to claim 1 or 2,
The structure further includes a first balancer connected to the mirror or the movable electrode,
The micro-mirror element, wherein the first balancer is separated from at least the movable electrode and the mirror along the rotation axis.
請求項3記載のマイクロミラー素子において、
前記構造体は、前記ミラー、前記可動電極および前記第1のバランサの何れかに連結された第2のバランサをさらに備え、
前記第2のバランサは、連結されている前記ミラー、前記可動電極および前記第1のバランサの何れかよりも前記構造体の重心から離れた位置にあり、
前記第2のバランサの重心は、連結されている前記ミラー、前記可動電極および前記バランサの何れかの重心よりも前記回動軸から離れた位置にある
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
In the micromirror element according to claim 3,
The structure further includes a second balancer coupled to any of the mirror, the movable electrode, and the first balancer,
The second balancer is at a position farther from the center of gravity of the structure than any of the mirror, the movable electrode, and the first balancer connected to each other.
The center of gravity of the second balancer is at a position farther from the rotation shaft than the center of gravity of any of the mirror, the movable electrode, and the balancer connected to each other.
請求項3または4記載のマイクロミラー素子において、
前記バランサの少なくとも一部は、前記ミラーまたは前記可動電極より厚く形成されている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
The micromirror element according to claim 3 or 4,
At least a part of the balancer is formed thicker than the mirror or the movable electrode.
請求項3または4の何れか1項に記載のマイクロミラー素子において、
前記バランサの少なくとも一部は、前記ミラーまたは前記可動電極を構成する材料よりも密度の高い材料から形成されている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
The micromirror element according to any one of claims 3 and 4,
At least a part of the balancer is formed of a material having a higher density than a material constituting the mirror or the movable electrode.
請求項1乃至6の何れか1項に記載のマイクロミラー素子において、
前記構造体は、前記基板と平行で、前記重心を通り、かつ、前記回動軸に直交する軸に対して線対称に形成されている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
The micromirror element according to any one of claims 1 to 6,
The micromirror element, wherein the structure is formed in parallel with the substrate, passes through the center of gravity, and is symmetrical with respect to an axis orthogonal to the rotation axis.
請求項1乃至7の何れか1項に記載のマイクロミラー素子において、
前記基板上に設けられた第2の固定電極
をさらに備え、
前記支持部材の少なくとも1つは、前記第2の固定電極と対向する第2の可動電極を備える
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
In the micromirror element according to any one of claims 1 to 7,
A second fixed electrode provided on the substrate;
At least one of the support members includes a second movable electrode facing the second fixed electrode. A micromirror element, wherein:
複数のマイクロミラー素子を1次元的に配列したミラーアレイであって、
前記マイクロミラー素子は、請求項1乃至8の何れか1項に記載のマイクロミラー素子からなる
ことを特徴とするミラーアレイ。
A mirror array in which a plurality of micromirror elements are arranged one-dimensionally,
The said micromirror element consists of a micromirror element of any one of Claims 1 thru | or 8. The mirror array characterized by the above-mentioned.
請求項9記載のミラーアレイにおいて、
前記マイクロミラー素子は、入れ子構造で配列されている
ことを特徴とするミラーアレイ。
The mirror array according to claim 9, wherein
The micromirror elements are arranged in a nested structure.
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