JP3203276B2 - 光ビーム操縦の方法と装置 - Google Patents

光ビーム操縦の方法と装置

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JP3203276B2 JP34077192A JP34077192A JP3203276B2 JP 3203276 B2 JP3203276 B2 JP 3203276B2 JP 34077192 A JP34077192 A JP 34077192A JP 34077192 A JP34077192 A JP 34077192A JP 3203276 B2 JP3203276 B2 JP 3203276B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全体的にいえば、電気
光学装置に関する。 さらに詳細にいえば、本発明は光
線を操縦する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および問題点】可視光線は少なくとも３種
類の電気光学装置、すなわち、ガルバノメータ・スキャ
ナ、共振ミラー、回転多面鏡、によって正確に位置を定
めることができる、または、正確に「操縦」することが
できる。
【０００３】ガルバノメータ・スキャナでは、一定の磁
界の中に配置された導線に電流を流すことにより、一定
の軸のまわりに小さな角度だけ回転することができる鏡
に光が入射し、そして反射される。電流はその大きさに
比例する磁界を発生し、そしてこの発生した磁界と一定
の磁界との相互作用により、一定の磁界に対し電流の流
れている導線を回転させる力が生ずる。適切に連結され
た小さな鏡にこの回転運動が伝達され、そしてこの鏡に
よりそれに入射する光線を操縦することができる。
【０００４】共振ミラーは、同様に、電気信号を加える
ことによって運動する鏡に光が入射し、そして反射され
る。けれども、この場合には、電気信号はオーディオ・
スピーカのような音声コイルといった電気部品を駆動す
る。そしてこの音声コイルが、バネで取り付けられたヒ
ンジ付きミラーを駆動する。このミラーは、典型的に
は、それに釣り合い錘が取り付けられる。この釣り合い
錘とミラーの組立体の共振周波数は音叉のように動作す
る。この時、ミラーは共振周波数で振動を行うことがで
き、それにより、周期的方式で入射光線を操縦する。こ
れらの２種類の装置は、典型的には、フライング・スポ
ット・スキャナやレーザ・プリンタのような応用に用い
られる。
【０００５】回転多面鏡は、精密電動機により高速で回
転する多面鏡である。多面鏡のおのおのの面はレーザ光
源からの光ビームの範囲を定めるので、この光ビームは
１２０度までの典型的な関与する角度を有する円弧にわ
たって走査を行う。ミラー素子は、他の形状も時にはあ
るけれども、通常、ディスクの周縁に取り付けられた鏡
面である。レーザ多面鏡は、光学スキャナのようなレー
ザ静電写真印刷装置に最もよく用いられ、そしてディジ
タル入力を受光表面の上の光のパターンに変換する。
【０００６】ガルバノメータ・スキャナ、共振ミラー、
多面鏡は、光線を操縦するのに用いる時、いくつかの欠
点を有する。これらの３種類の装置はいずれも比較的大
型であり、かつ、高価であり、および衝撃や振動の影響
を受けやすい。これらの制限は、多くの消費者が利用す
る際には装置の寸法が制約されているので、利用に対す
る制限となる。ガルバノメータ・スキャナおよび共振ミ
ラーは、通常、応答が遅く、そしてまた典型的には、ス
キャナの移動時の変動に敏感である。このことは、多く
の移動する環境の下で利用する際の制約となる。
【０００７】当業者には周知のまた別の電気光学装置
は、変形可能ミラー装置（「ＤＭＤ」）のような空間光
変調器である。ＤＭＤは光線を操縦する一定の応用に用
いられているが、これらの装置は多くの応用に対し余り
にも小さいという欠点を有する。典型的なＤＭＤミラー
の大きさは１２×１２μｍ2 の程度である。有用な光線
操縦装置は１３×２．５ｍｍ2 （０．５×０．１インチ
2 ）の程度の大きさを有しなければならない。ＤＭＤの
寸法を大きくしようとすると、ミラーが歪むことによる
重大な問題点が生ずる。典型的には、ＤＭＤは２つの端
部で保持される。このように大きなＤＭＤのように、寸
法が大きいと、動作電圧を加えた時の影響により、ＤＭ
Ｄミラーが歪み、結局それらは用をなさなくなる。
【０００８】したがって、非常に小型で、かつ、価格が
安く、かつ、エネルギ効率がよく、かつ、固定されてい
ない環境下でも適切に使用することができる、光線を操
縦するための装置と方法を得ることが要請されている。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】本発明により、先行技
術による共振ミラー、ガルバノメータ・スキャナ、レー
ザ多面鏡スキャナ、およびＤＭＤ装置に付随する欠点お
よび問題点が事実上ないまたは大幅に小さい、方法と装
置が得られる。
【００１０】光ビームを周期的に操縦する方法が開示さ
れる。この方法は、少なくとも２個の支持素子により保
持されたミラーにより光が反射される段階を有する。少
なくとも１個の支持素子は、ミラーの端部からずれた位
置に配置される。ミラーからずれた位置に配置された電
極に周期的電圧が加えられ、それにより、ミラーが軸の
まわりに回転する。
【００１１】本発明の第１の技術上の利点は、その寸法
である。本発明の１つの実施例では、光を操縦するため
の装置に用いられる完全装備の変調器の寸法は、典型的
な集積回路パッケージの寸法である。
【００１２】本発明の第２の技術上の利点は、そのエネ
ルギ消費である。本発明の装置は静電気を利用したもの
であり、したがって、エネルギ消費は無視できる位小さ
い。したがって、本発明はさらに、熱の発生が小さいと
いう利点を有し、そして安全性に関し優れた特性を有す
る。
【００１３】本発明の第３の技術上の利点は、その応答
速度である。ミラーが薄膜半導体処理工程を用いて製造
されるので、その全体の重量は、従来の基板の上に製造
されたミラーよりもはるかに小さい。
【００１４】本発明の最後の技術上の利点は、携帯可能
であることである。適切にパッケージされる時、共振ミ
ラーを移動する環境で使用しても、特性の劣化および早
期に装置が故障する恐れは小さい、または全くない。
【００１５】
【実施例】本発明とその利点をさらに完全に理解するた
めに、下記において添付図面を参照しながら本発明をさ
らに詳細に説明する。
【００１６】本発明の好ましい実施例が図１〜図９に示
されている。これらの図面において、同等な部品および
対応する部品には対応する番号が付されている。
【００１７】図１は、開示された本発明の１つの実施例
である光ビーム操縦装置１０の立体図である。装置１０
は本体１２を有する。本体１２は、通常、プラスチック
で作成される。本体１２は、基板１４および長くて薄い
偏向可能ミラー素子１６を収納する。基板１４は、典型
的には、（図２に示された）浅いウエルを有する。この
浅いウエルは底面および側壁を有する。ミラー１６は
（図２に示された）可撓性ヒンジによって保持される。
このウエルにより、ミラー素子１６はその平面性を保っ
たまま、基板の平面から離れて、ヒンジにより形成され
る軸のまわりに回転することができる。概略的にいえ
ば、集光装置は、光源１５および反射器１７から放射さ
れた光をレンズ１１を通してＤＭＤ１６に進める。
【００１８】実際の応用では、光束１３はレーザのよう
な任意の種類の光源から放射された光であることがで
き、およびまた画像情報を有することができる。例え
ば、レンズ１１は、また別の空間光変調器（ＳＬＭ）か
らの光をＤＭＤ走査ミラーに中継することができる。走
査された光は、その後、中間のレンズ素子を通って、ま
たは通らないで、装置１０の外部の画像面内の焦点に集
光することができる。
【００１９】ミラー素子１６は事実上基板１４の面内で
動作するから、従来のスキャナの場合に起こるような、
最終画像にに対し焦点ぼけ効果およびなんらかの画像の
湾曲をもたらすことはない。
【００２０】装置１０には変更可能である個数の導線１
８が接続される。これらの導線１８は他の部分装置に接
続される。導線１８の数は、装置１０に含まれる回路の
複雑さの程度に応じて、変更することができる。例え
ば、基板１４はそれ自身半導体であることができ、およ
び、ミラー素子１６の回転速度を制御する内部信号発生
器を有することができる。この場合には、装置１０に
は、３個の導線、すなわち、アース導線、電源導線、お
よびオン／オフ導線だけが必要であるであろう。けれど
も、装置１０は、（図３に示された）外部信号発生器に
よって駆動されるように設計することもできる。このよ
うな場合には、ミラー素子１６の運動を制御するのにピ
ンを付加的に必要とするであろうし、および基板は半導
体である必要はない。
【００２１】動作の際には、光線の入射光束１３は装置
１０の上側表面に向かって進み、そしてミラー素子１６
で反射される。ミラー素子１６はその支持体により定め
られる軸のまわりに回転し、そして反射された光はミラ
ー素子の回転角の２倍だけ偏向する。ミラー素子１６は
その回転の固有周波数、すなわち、「共振周波数」を有
するであろう。ミラー素子は、この共振周波数におい
て、最小の駆動力で回転するであろう。ミラー素子１６
の物理的寸法および材料を適切に制御することにより、
ミラー素子１６の共振周波数を具体的な応用に応じて設
計することができる。ミラー素子１６の共振周波数は下
記の式により与えられる。
【数１】 または
【数２】
【００２２】ここで、Ｉはミラー素子の慣性モーメン
ト、τは最大振幅θにおけるミラーの最大振動トルク量
であり、Ｋはバネ定数τ／θでヒンジ素子２０の回転の
硬さの程度を表す。単純な形状の機械的性質と大抵の半
導体の機械的性質はよく知られており、したがって、多
くの場合に対しＫおよびＩの値は分かっている。
【００２３】ミラー素子１６の電気機械的性質は種々の
装置に組み込むことができる。例えば、装置１０を用い
て、静電写真印刷装置のドラムまたはユニバーサル・プ
ロダクト・コード（「ＵＣＰ」）スキャナに向けて、変
調されたレーザ・ビームを繰り返し操縦するのに用いる
ことができる。第１の応用では、レーザ・ビームがドラ
ムを照射し、そしてレーザ・ビームで照射された位置に
トナーが吸着される。その後、現像されたトナーのパタ
ーンが平らな紙に転写され、それにより、印刷された画
像が得られる。また別の応用では、レーザ・ビームを用
いて消費者が購入した物品が走査される。レーザ・ビー
ムは物品の上の一連の間隔のある線で反射され、そして
フォトダイオード検出器に戻ってくる。そこで、スキャ
ナは複数個の線のパターンによって購入された物品の識
別を行い、それにより、消費者が支払いを行う。レーザ
・ビームの方位がどのようであっても物品の識別を行う
ことができるために、レーザ・ビームが繰り返し偏向さ
れて、一定の体積の空間を走査しなければならない。
【００２４】また別の応用では、装置１０を用いて、実
質的に表示装置の役割を行うことができる。このような
装置では、ミラーが振動を行っている間、空間光変調器
からの表示画素の一連の行が、共振ミラーの上に逐次に
投射される。これらの一連の行は、例えば、白色光源か
らの光を反射する従来の変形可能ミラー装置によって得
ることができる。変形可能ミラー装置の出力と共振する
ミラーの位置とのタイミングを適切に取ることにより、
１頁全体の表示を得ることができる。観察者の目の残像
特性により、一連の隣接する線の系列を完全な１頁とし
て観察者が知覚するであろう。このような装置は、ネル
ソン名の出願中米国特許第８０８，８２７号「実質的表
示装置とその利用方法」に開示されている。１つのスポ
ット、または適切に変調された光パルスのアレイ、のい
ずれかを走査することにより、写真フイルム、フォトレ
ジスト、または他の任意の光ポリマのような、感光性媒
体の露光を得ることができる。
【００２５】図２は、図１のミラー素子１６の左半分の
立体図である。ミラー素子１６の左半分だけが示されて
いるけれども、右半分も対称的に配置されていることを
断っておく。ミラー素子１６は、軸方向に整合している
一連の支持体により、その長さ方向に沿って保持され
る。安定度の理由から、少なくとも２個の支持体を用い
なくてはならない。これらの支持体は、ミラー素子１６
の端部にヒンジ素子２０として配置する、またはミラー
素子１６の端部から離れた位置に支持部品２２として配
置することができる。これらの支持体のすべては、「回
転の軸」となるライン２４に沿って整合されている。こ
れらの中間支持部品２２は、ミラー素子１６がその回転
軸のまわりに自由に回転することを許容しながら、ミラ
ー素子１６をその長さ方向には固定する。その結果、ミ
ラー素子１６は、通常、ウエル２６の頂部と同じ平面内
にある、または下にある基板の面に平行である。支持部
品のおのおのはウエルの基体に取り付けられており、そ
れにより動作中、ミラー素子１６の平面性が確保され
る。ウエル２６は、実際、基板１４をエッチングするこ
とにより作成することができる、または、側壁２８を構
成する１個または複数個の層を製造した後、単にそのま
まにして置くことにより作成することができることを断
っておく。側壁２８は、通常、ミラー素子１６の周辺を
ぐるっと取り囲んでいる。
【００２６】支持部品２２がない場合には、ミラー素子
１６は、その長さが比較的長いことと薄い横断面を有す
ることとにより、ウエル２６の中に垂れ下がることがあ
るかもしれない。したがって動作の際には、ミラー素子
１６は（下記で説明されるように）駆動される時、その
回転軸２４のまわりに回転することができないことがあ
るかもしれない。そして、支持部品２２がないように製
造された場合には、ミラー素子１６は下方にさらに垂れ
下がるだけかもしれない。これらの結果はいずれも、装
置に要求されている光線操縦性能を低下させるであろ
う。支持部品２２それ自身は少なくとも１個のヒンジ素
子３０を有し、そしてこのヒンジ素子３０は中央ポスト
３２に連結される。好ましい実施例では、支持部品２２
は２個の対称的に配置されたヒンジ素子３０を有する。
これらのヒンジ素子は、典型的には、ヒンジ素子２０お
よびミラー素子１６と同じ材料で作成されるが、しか
し、異なる厚さを有する。
【００２７】図３は、図２のミラー素子１６の線３−３
に沿っての横断面図を示す。ミラー素子１６は、ウエル
２６の中の中央ポスト３２によって保持される。中央ポ
スト３２は、ウエル２６の基体から回転軸２４に沿っ
て、ミラー素子１６を保持する。装置１０はまた、回転
軸２４から外側にずれた位置に配置された、少なくとも
１個の電極３４を有する。また回転軸２４から外側にず
れていてかつ電極３４の方向とは通常反対の方向の第２
の位置に、第２の相補的電極３６を装置１０に付加して
配置することができる。図面に示されているように、電
極３４および電極３６は信号発生器３７に電気的に接続
される。ミラー素子１６およびポスト３２は電極３４お
よび電極３６から電気的に絶縁することができるから、
バイアスおよびリセットのようなＤＭＤのユーザによく
知られている他の制御機能を実行するために、信号発生
器３９により、ミラー素子１６それ自身に付加的電圧を
加えることができる。信号発生器３７および信号発生器
３９は、装置１０の内部または外部に配置することがで
きる。
【００２８】装置１０はまた、電極３４および電極３６
から外側にずれた位置に配置された、１個または２個の
停止体３８を有することができる。これらの停止体３８
は、ミラー素子１６と同じ電位に保たれる。これらの停
止体３８は電極着地体と呼ばれ、ミラー素子１６が電極
３４および電極３６または装置１０の他の任意の部分に
衝突する前に、ミラー素子１６が停止体３８に衝突する
ように配置される。このことにより、ミラー素子１６
と、電極３４および電極３６または他の任意の部分との
間に、電流が流れるのが防止される。もしこのような電
流が流れれば、ミラー素子や電極を両方共溶融するか、
または他の損傷を与えるであろう。これらの電極および
停止体は、１組の小さなパッドであることができ、また
は小さなパッドの多数個の組、または回転軸にほぼ平行
に形成された長いストリップ体であることができる。
【００２９】回転軸２４のまわりのミラー素子１６の周
期的な回転は、電極３４と電極３６との間に交流電流を
加えることにより、制御することができる。この好まし
い実施例において、電極３４と電極３６に加えられる信
号は、位相が相互に１８０度異なっており、かつ、ミラ
ー素子１６の共振周波数に等しい周波数を有する。回転
の振幅は、交流波形の振幅を制御することにより、制御
することができる。
【００３０】また別の実施例では、ミラー素子１６は共
振周波数からずれた周波数で駆動される。このような場
合には、ミラー素子１６は最大回転角の約５０％にまで
アナログ方式で偏向される。この５０％の角度だけ回転
した後、ミラー素子１６と、電極３４および電極３６
と、の間の距離の２乗の逆数に従って変化する静電引力
が、ヒンジ３０の１次関数的復元トルクよりも大きくな
り、そしてミラー素子１６は最大偏向角度において着地
電極３８の上に着地するであろう。これはディジタル・
モードの動作である。回転の速さは、ミラーの慣性モー
メントＩと、ミラーが配置されている空洞２６の中に存
在するガスによる制動力と、によって制御される。
【００３１】図４は、図２のミラー素子１６の線４−４
に沿っての横断面図を示す。図４では、ミラー素子１６
は、２個の薄いヒンジ素子３０により、支持ポスト３２
に連結される。ヒンジ素子３０は酸化物層４０により部
分的に被覆される。この酸化物層４０の一部分は、下記
で詳細に説明されるように、製造の後、残される。中央
ポスト３２は、電気的に絶縁されたパッド４２および層
４４および層４６の上に、据え付けられる。基板４６
は、前記で説明したように、ミラー素子１６をその回転
軸のまわりに駆動するのに必要な回路を有することがで
きる。
【００３２】図５ａ〜図５ｆは、図４に示されたミラー
素子の製造における逐次の段階を横断面図で示したもの
である。
【００３３】（イ） 最初に、従来のフォトリソグラフ
イ技術を用いて、基板層４６が作成される。 基板層４
６は、例えば、ミラー素子１６（図１〜図４）を駆動す
るための内部発信器、または他の制御回路を有すること
ができる。
【００３４】支持ポスト・パッド４２のおのおのは、典
型的には２０００オングストロームの厚さの二酸化シリ
コンのような絶縁体により、下にある基板から絶縁され
る。ポスト・パッド４２の厚さは約３０００オングスト
ロームであり、そしてアルミニュームとチタンとシリコ
ンとの合金（「Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌ」）で製造される。Ｔ
ｉ：Ｓｉ：Ａｌが二酸化シリコン層４４の上にスパッタ
沈着された後、パターンに作成され、そしてプラズマ・
エッチングされて、ポスト・パッド４２と、電極３４お
よび電極３６と、停止体３８（電極と停止体は図３に示
されている）とが作成される。
【００３５】（ロ） それから、回転させることにより
フォトレジストが張られ、そして焼き固められる。典型
的には、これらのことが３回行われ、全体の厚さを約４
ミクロンにすることにより、スペーサ４８が作成され
る。フォトレジストは、典型的には、ポジティブ・レジ
ストである。レジストを所定の厚さにする張ることを３
回繰り返すことにより行う理由は、レジストの表面に波
打ちが生ずることを避けるためである。非常に厚い層を
回転により１回で張ると、この表面の波打ちが起こるこ
とがある。レジストを張る度に約１８０℃で焼き固める
ことが必要である。それは、次のレジストを張る時に、
以前の層が溶解することを防止し、スペーサから余分の
溶剤を除去し、およびヒンジの金属の下に溶剤の泡がで
きることを避けるためである。
【００３６】（ハ） スペーサ４８にエッチングが行わ
れ、ポスト・パッド４２のおのおのを露出させる穴が作
成される。
【００３７】（ニ） 厚さ約８００オングストロームの
Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌがスペーサ４８に沈着され、ポストの
おのおのと薄いヒンジ層５０が作成される。このヒンジ
層５０から、端部ヒンジと中央ヒンジがエッチングによ
り作成される。捩りに対する抵抗力、またはヒンジの可
撓性は、それらの組成を制御するほかに、それらの長
さ、幅、および厚さを制御することにより、制御するこ
とができる。典型的には、ヒンジのおのおのの幅は２ミ
クロンであり、支持ポスト・ヒンジの長さは１０ミクロ
ンである。次に、厚さ１５００オングストロームの二酸
化シリコンの層が沈着され、そしてパターンに作成さ
れ、そしてエッチングされ、後で作られるすべてのヒン
ジの上に、ヒンジ・エッチング停止体５２が作成され
る。
【００３８】（ホ） 厚さ約３６００オングストローム
のＴｉ：Ｓｉ：Ａｌが、ヒンジ層５０とヒンジ・エッチ
ング停止体５２との上にスパッタ沈着され、それによ
り、ミラー層５４が作成される。ミラー層５４の金属の
沈着はヒンジ層５０の沈着と同じ条件の下で行われ、し
たがって、金属層の間に応力は生じない。ミラー素子
（図１〜図４に示されている）のおのおのの慣性モーメ
ントＩは、それらの組成を制御することによると共に、
それらの長さ、幅、厚さを制御することにより、制御す
ることができる。典型的には、ミラー素子のおのおのの
幅は６．４ミリメートル（１／４インチ）であり、そし
て長さが２５．４ミリメートル（１インチ）である。最
終的に、エッチング停止体層５６が、後の製造工程にお
ける保護のために、ミラー層５４の上に沈着される。
【００３９】（ヘ） フォトレジスト層がエッチング停
止体層５６の上に作成され、そしてパターンに作成さ
れ、それにより、（図５ｅに示されているように）ヒン
ジ停止体５２の上にプラズマ・エッチング・アクセス・
ホール５８が作成される。パターンに作成されたフォト
レジスト層が次にマスクとして用いられ、ヒンジ停止体
のおのおのの上にミラー素子層がエッチングにより作成
される。上から見た時、アクセス・ホール５８は互いに
対面する１組の「Ｃ」のように見える。アルミニューム
合金のプラズマ・エッチングが、塩素／三塩化ホウ素／
三塩化炭素エッチング・ガス混合体を用いて実行され
る。残っているフォトレジスト層が除去された後、残っ
ているエッチング停止体層５６およびヒンジ・エッチン
グ停止体５２を異方的エッチングにより除去することが
できる。
【００４０】ポストとヒンジをミラー１６から分離する
空隙が１〜２ミクロンである場合、ポストとヒンジの寸
法にアクセス・ホール５８の寸法を整合させることによ
り、アクセス・ホール５８をできるだけ小さくすること
ができる。このことにより、ミラー特性に及ぼすポスト
とヒンジの光学効果は最小になる。
【００４１】スペーサ４８は、例えば、数パーセントの
フッ素を含有する酸素の中でエッチングすることによ
り、除去される。 共振ミラーの完成した支持ポストが
図４に示されている。
【００４２】図５ａ〜図５ｆに示された中央ポストおよ
びヒンジ素子と同じ工程段階を用いて、オプションの
（図２に示された）端部ヒンジ２０が製造される。端部
ヒンジ２０のおのおのは、非回転ミラー金属の周囲に集
積される。一定の応用では、周囲の構造体がなく、した
がって、活性ミラー素子だけが基板層４６の上に突き出
ていることが好ましい。その場合には、支持ポストはミ
ラーの一番端部に備えることができる。
【００４３】前記で説明された実施例の実際的な限界
は、妥当な半導体処理工程を用いて達成できるスペーサ
の厚さと支持ポストの高さとの限界に関連する。図５ｃ
で作成された穴の寸法は、スペーサ層４８の厚さに対す
る技術的処理工程に関連する。通常、スペーサ層が厚く
なればなる程、後での穴はますます大きくなければなら
ない。 けれども、最終的に得られるミラー素子１６の
光学的収差をできるだけ小さくするためには、穴の寸法
はできるだけ小さくなければならない。したがって、こ
の光学的制限が、スペーサ層４８の厚さと回転の最大角
度を限定する。前記の４ミクロンの厚さのスペーサは、
かなりの幅を有するミラーに対し、むしろ小さな回転角
度だけを許容するであろう。もし±１０度の回転角度が
要求されるならば、ミラーの幅はスペーサ層４８の厚さ
の１２倍であることができる、すなわち、約５０ミクロ
ンであることができる。
【００４４】図６および図７は、回転に関する限界を解
決した非対称ミラー構造体の図である。この非対称ミラ
ー構造体は１つの方向にだけ動作することができるが、
スペーサの前記制約の下で、比較的幅の大きなミラーと
妥当な動作角度が得られる。
【００４５】図８および図９は、１０度またはそれ以上
の角度にわたって動作することができ、そしてスペーサ
層４８および支持ポスト３２の製造の際の制約に適合し
た、大面積ミラーを得る実際的な方法を示している。こ
の方式では、大面積のミラーが細長い素子１６の網目状
アレイに区分される。ミラー素子１６のおのおのは、図
２に示されているように、一列の支持素子２２の上に保
持される。ミラーのおのおのは、図３に示されているよ
うに、ミラーをアドレスするのに必要な電極３４および
停止体３８を有する。
【００４６】ミラー素子のアレイを平行な軸２４のまわ
りに同期して回転することにより得られる光学的な効果
は、大面積のミラーを同じ角度だけ回転するのと同等で
ある。網目状に配列されたミラーを回転する方式の利点
は、ミラー・アレイの一番端部が中央部の素子とほぼ同
じ平面内にあることである。従来の巨視的大きさのガル
バノメータ・ミラーは光路に垂直な軸のまわりの回転に
より光路長の変化をもたらすが、それとは異なってＤＭ
Ｄミラーは、光路長を数ミクロン以上変化させることな
く、光ビームの操縦を行うことができる。ガルバノメー
タは焦点の変化を生じおよび他の光学部品を必要とする
が、網目ミラー方式はそれらがなくて済む。フレネル・
レンズは同じ原理に基づいて構成される。
【００４７】ミラー・アレイの長い素子を精密な電気的
制御の下で個別に傾斜させるという性能の結果として、
このアレイを用いることにより、円柱形（例えば、１つ
の軸に沿ってのみ光学的能力を有し、それとは直角の軸
に沿っては光学的能力を有しない）の反射形フレネル・
レンズと同じ効果を達成することができる。（図３に示
された）信号発生器３７および信号発生器３９は、要求
された１次元光学表面を記述する方程式に対応する平行
な行のミラーのアドレス電極に、規定された一連の電圧
ステップを送ることができる。例えば、平面鏡のモデル
は、全体的に等価な電圧レベルを電極のおのおのに送る
ことにより実現できる。他の光学表面のモデルは、ミラ
ーを種々の量だけ傾斜させることにより実現できる。こ
のことにより、活性であり、かつ、電気的にプログラム
可能であり、かつ、反射形であり、かつ、円柱形であ
る、光学素子を得ることができる。
【００４８】信号発生器３７および信号発生器３９の制
御の下で、レンズの効果とミラーを操縦することとの両
方を組み合わせることがまた可能である。その場合、表
面に入射する光は、焦点を結ぶことと新しい方向に進む
こととを同時に行うことができる。 このことは、ＤＭ
Ｄモノリシック半導体形ミラー素子の非常に大きな応答
速度により可能である。
【００４９】本発明が詳細に説明されたけれども、請求
項に定められている本発明の範囲内において、種々の変
更および種々の置き換えを行うことが可能であることを
断っておく。
【００５０】以上の説明に関してさらに以下の項を開示
する。 （１） ミラーで光ビームを反射する段階であって、前
記ミラーが少なくとも２個の支持素子により保持され、
かつ、前記支持素子の少なくとも１個が前記ミラーの端
部からずれた位置に配置され、かつ、前記支持素子が回
転軸を形成する、ミラーで光ビームを反射する前記段階
と、前記ミラーを前記回転軸のまわりに回転させるため
に、前記回転軸から外側の第１方向にずれた位置に配置
された第１電極に電圧を周期的に加える段階と、を有す
る、入射光ビームを一定の角度にわたり周期的に操縦す
る方法。
【００５１】（２） 第１項記載の方法において、前記
回転軸から外側へ前記第１方向とは全体的に反対の第２
方向にずれた位置に配置された第２電極に電圧を周期的
に加える段階をさらに有する、前記方法。
【００５２】（３） 第２項記載の方法において、前記
第１電極および前記第２電極に電圧を周期的に加える前
記段階が前記ミラーの共振周波数に等しい周波数で電圧
を周期的に加える段階をさらに有する、前記方法。
【００５３】（４） 第１項記載の方法において、前記
第１電極に電圧を周期的に加える前記段階が前記ミラー
の共振周波数に等しい周波数で電圧を周期的に加える段
階をさらに有する、前記方法。
【００５４】（５） ミラーで光ビームを反射する段階
であって、前記ミラーが少なくとも２個の支持素子によ
り保持され、かつ、前記支持素子の少なくとも１個が前
記ミラーの端部からずれた位置に配置され、かつ、前記
支持素子が回転軸を形成する、ミラーで光ビームを反射
する前記段階と、前記ミラーを前記回転軸のまわりに回
転させるために、前記回転軸から外側の第１方向にずれ
た位置に配置された第１電極に、前記ミラーの共振周波
数に等しい周波数を有する電圧を周期的に加える段階
と、を有する、入射光ビームを一定の角度にわたり周期
的に操縦する方法。
【００５５】（６） ミラーで光ビームを反射する段階
であって、前記ミラーが少なくとも２個の支持素子によ
り保持され、かつ、前記支持素子の少なくとも１個が前
記ミラーの端部からずれた位置に配置され、かつ、前記
支持素子が回転軸を形成する、ミラーで光ビームを反射
する前記段階と、前記ミラーを前記回転軸のまわりに回
転させるために、前記回転軸から外側の第１方向にずれ
た位置に配置された第１電極に、前記ミラーの共振周波
数に等しい周波数を有する電圧を周期的に加える段階
と、前記回転軸から外側へ前記第１方向とは全体的に反
対の第２方向にずれた位置に配置された第２電極に、前
記ミラーの共振周波数に等しい周波数を有する電圧を周
期的に加える段階と、を有する、入射光ビームを一定の
角度にわたり周期的に操縦する方法。
【００５６】（７） 上側表面を有する基板と、前記上
側表面と全体的に同じ平面内にある偏向可能ミラーと、
前記基板の上に前記ミラー素子を保持するための少なく
とも２個の支持素子であって、前記支持素子が回転軸を
定め、かつ、前記支持素子の少なくとも１個が前記ミラ
ーの端部からずれた位置に配置された、前記少なくとも
２個の支持素子と、を有する、光線操縦装置。
【００５７】（８） 第７項記載の光線操縦装置におい
て、少なくとも１個の電極が第１電圧源に電気的に接続
されかつ前記ミラーが第２電圧源に電気的に接続される
時、前記ミラーを前記回転軸のまわりに周期的に回転さ
せるため、前記回転軸から外側の第１方向にずれた位置
に配置された前記少なくとも１個の第１電極をさらに有
する、前記光線操縦装置。
【００５８】（９） 第８項記載の光線操縦装置におい
て、前記ミラー素子と同じ電位にありかつ前記第１電極
から外側にずれた位置に配置され、かつ、前記ミラー素
子が前記第１電極に着地する前に着地する、停止体をさ
らに有する、前記光線操縦装置。
【００５９】（１０） 第８項記載の光線操縦装置にお
いて、前記回転軸から外側に第２方向にずれた位置に配
置された第２電極であって、前記第２方向は前記第１方
向と全体的に反対の方向であり、かつ、前記第２電極が
第３電圧源に接続される時前記第２電極が前記ミラーを
前記回転軸のまわりに周期的に回転させる、前記第２電
極をさらに有する、前記光線操縦装置。
【００６０】（１１） 上側表面を有する基板と、静電
気的に偏向可能なミラー素子と、前記表面の上に前記ミ
ラー素子を保持するための少なくとも２個の支持素子で
あって、前記支持素子が回転軸を定め、かつ、前記支持
素子の少なくとも１個が前記ミラーの端部からずれた位
置に配置された、前記少なくとも２個の支持素子と、前
記ミラー素子を入力信号に従って前記回転軸のまわりに
回転させるために前記回転軸から外側にずれた位置に配
置された少なくとも２個の電極であって、その第１電極
が第１方向にずれた位置に配置され、かつ、その第２電
極が第２方向にずれた位置に配置され、かつ、前記第１
方向と前記第２方向が全体的に相互に反対の方向であ
る、前記少なくとも２個の電極と、前記第１電極および
前記第２電極の外側にずれた位置に配置され、かつ、ミ
ラー素子が前記第１電極または前記第２電極に着地する
前に着地する、少なくとも２個の停止体と、を有する、
光線操縦装置。
【００６１】（１２） 光ビームを周期的に操縦する方
法が開示される。 前記方法は、少なくとも２個の支持
素子２０により保持されたミラー１６で光ビームが反射
される段階を有する。 前記支持素子２０の少なくとも
１個が、前記ミラーの端部からずれた位置に配置され
る。 周期的電圧が前記ミラーからずれた位置に配置さ
れた電極に加えられ、それにより、前記ミラーが回転軸
のまわりに回転を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の立体図。
【図２】図１に示されたミラー素子の立体図。
【図３】図２に示されたミラー素子の線３−３に沿って
の横断面図。
【図４】図２に示されたミラー素子の線４−４に沿って
の横断面図。
【図５】図２に示されたミラー素子の製造の各段階の図
であって、ａ〜ｆは逐次の段階の横断面図。
【図６】本発明の第２実施例の立体図。
【図７】図６に示された本発明の第２実施例の線７−７
に沿っての横断面図。
【図８】本発明の第３実施例の立体図。
【図９】図８に示された本発明の第３実施例の線９−９
に沿っての横断面図。
【符号の説明】
４６ 基板 １６ 偏向可能ミラー ２０ 支持素子

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ミラーで光ビームを反射する段階であっ
    て、前記ミラーが少なくとも２個の支持素子により保持
    され、かつ、前記支持素子の少なくとも１個が前記ミラ
    ーの端部からずれた位置に配置され、かつ、前記支持素
    子が回転軸を形成する、ミラーで光ビームを反射する前
    記段階と、 前記ミラーを前記回転軸のまわりに回転させるために、
    前記回転軸から外側の第１方向にずれた位置に配置され
    た第１電極に電圧を周期的に加える段階と、を有する、
    入射光ビームを一定の角度にわたり周期的に操縦する方
    法。
  2. 【請求項２】 上側表面を有する基板と、 前記上側表面と全体的に同じ平面内にある偏向可能ミラ
    ーと、 前記基板の上に前記ミラー素子を保持するための少なく
    とも２個の支持素子であって、前記支持素子が回転軸を
    定め、かつ、前記支持素子の少なくとも１個が前記ミラ
    ーの端部からずれた位置に配置された、前記少なくとも
    ２個の支持素子と、を有する、光線操縦装置。
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