JP4025991B2

JP4025991B2 - ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法

Info

Publication number: JP4025991B2
Application number: JP2002281087A
Authority: JP
Inventors: 昭浩村田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004117835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えば、特許文献１等に記載されているように、クーロン力等を用いて微小ミラーを駆動することによって光路を切り替える種々のミラーデバイスが提案されている。
【０００３】
このようなミラーデバイスに対しては、１００〜５００Ｇ程度の加速度を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に印加し、その際のミラーの変位や光のスイッチング効率を評価する加速度印加試験が行われる。この加速度印加試験の際には、ミラーを変位させないことが必要となる。
【０００４】
また、ミラーデバイスは、例えば、交換可能な部品としてスロットのような形でスロットを抜き差しすることによって交換される場合がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１５９９３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のミラーデバイスでは、交換時等における振動に対する考慮がなされていないため、交換時等にミラーの位置がずれてしまい、実際の使用時に光路を正確に切り替えることができなくなることが考えられる。
【０００７】
このような課題を解決するため、ミラーを支持するヒンジの強度を上げる手法も考えられるが、この手法ではミラーの駆動電圧が上がってしまったり、ミラーの駆動速度が落ちてしまったりする。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、使用していない時においても低電圧でミラーの位置を安定させることが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るミラーデバイスは、光を反射するミラーを有するミラー部と、
当該ミラー部を回転可能に支持する回転軸部と、
前記ミラー部の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部を吸引して回転させる回転用吸引部と、
前記ミラー部の水平方向であって、かつ、前記ミラー部の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部の位置を保持する位置保持用吸引部と、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、ミラーの回転時において、ミラーの垂直方向にクーロン力を発生することによってミラーを吸引して回転させ、
ミラーの位置保持時において、前記ミラーの水平方向であって、かつ、前記ミラーの回転方向の両端部に対向する位置でクーロン力を発生することによってミラーの位置を保持することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ミラーデバイス等は、ミラーの水平方向であって、かつ、ミラーの回転方向の両端部に対向する位置でクーロン力を発生することにより、ミラーを両側から吸引して保持することができるため、ミラーを使用していない時においても低電圧でミラーの位置を安定させることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、クーロン力を用いることにより、ミラーデバイス等は、低消費電力でミラーの位置を保持することができる。
【００１５】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー部および前記位置保持用吸引部は、お互いの対向部分が相互に噛み合うように、当該対向部分が、凹凸状に形成されていてもよい。
【００１６】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラー部および位置保持用吸引部において、お互いの対向部分を平面状に形成した場合と比べ、凹凸状に形成することにより、対向部分の面積が増えるため、ミラーの位置保持時により安定させることができる。
【００１７】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記回転用吸引部および前記位置保持用吸引部は、電極を含んでもよい。
【００１８】
これによれば、ミラーデバイス等は、電極に電圧を印加することにより、クーロン力を発生することができる。
【００１９】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー部は、導電性シリコン製であってもよい。
【００２０】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラー部に電極を設けることなく、各吸引部の電極に電圧を印加することにより、クーロン力を発生することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ミラーデバイスに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２２】
（実施例）
図１は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの状態を示す模式図であり、図１（Ａ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの回転時の状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの位置保持時の状態を示す模式図である。また、図２は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【００２３】
本実施形態のミラーデバイスは、光を反射するミラーを有するミラー部１０と、ミラー部１０を回転可能に支持する回転軸部として機能するヒンジ１９と、ミラー部１０の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによってミラー部１０を吸引して回転させる回転用吸引部２１、２２と、ミラー部１０の水平方向であって、かつ、ミラー部１０の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによってミラー部１０の位置を保持する位置保持用吸引部１１、１２とを含んで構成されている。
【００２４】
なお、回転用吸引部２１、２２はミラー部１０を支持するガラス基板２上に設けられている。また、ミラー部１０およびヒンジ１９は、電極１３によって０Ｖの電圧に保持されるが、必ずしも電極１３を設ける必要はない。
【００２５】
例えば、ミラー部１０の回転時には、図１（Ａ）に示すように、ミラーデバイスは、回転用吸引部２２に５Ｖの電圧を印加し、ミラー部１０、回転用吸引部２１および位置保持用吸引部１１、１２を０Ｖの電圧に保持する。
【００２６】
これにより、ミラーデバイスは、ミラー部１０の回転方向の端部を回転用吸引部２２に吸引し、ヒンジ１９をねじることによってミラー部１０を回転駆動する。
【００２７】
また、本実施の形態では、ミラー部１０の位置保持時には、図１（Ｂ）に示すように、ミラーデバイスは、ミラー部１０の水平方向かつ回転方向の両端部に対向する位置にある位置保持用吸引部１１、１２に５Ｖの電圧を印加し、ミラー部１０および回転用吸引部２１、２２を０Ｖの電圧に保持する。
【００２８】
これにより、ミラーデバイスは、ミラー部１０を位置保持用吸引部１１と位置保持用吸引部１２の両方から吸引することにより、吸引力が相殺され、ミラー部１０を水平方向に対して傾きがない状態で保持することができる。
【００２９】
なお、このようなミラーデバイスを実現するための材料としては、例えば、以下のものを適用できる。
【００３０】
ミラー部１０としては、例えば、シリコンにボロンをドープして導電性を付与した導電性シリコン素材等を用い、ガラス基板２としては、例えば、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用い、ヒンジ１９としては、例えば、ミラー部１０と同材料であってもよく、別の材料であってもよい。
【００３１】
また、位置保持用吸引部１１、１２および回転用吸引部２１、２２としては、例えば、ＩＴＯ等の透明電極を用いてもよい。
【００３２】
なお、本実施形態のミラーデバイスの製造方法としては、一般的なマイクロマシニング技術を用いて実現でき、例えば、特開平９−１５９９３７号公報に記載された手法を用いてもよい。特に、マイクロマシニング技術を用いることにより、ミラーデバイスを容易に小型化することが可能となる。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、ミラーデバイスは、ミラー部１０の水平方向であって、かつ、ミラー部１０の回転方向の両端部に対向する位置でクーロン力を発生することにより、ミラー部１０を両側から吸引して保持することができるため、ミラーを使用していない時においてもミラーの位置を安定させることができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、クーロン力を用いることにより、ミラーデバイスは、低消費電力でミラーの位置を保持することができる。また、一般に、ミラーを駆動する場合よりはミラーの位置を保持する場合のほうが低電圧でよい。
【００３５】
（変形例）
また、本発明の適用は、上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００３６】
例えば、上述した実施例では、ミラー部１０と位置保持用吸引部１１、１２の対向部分は平面状であったが、相互の対向部分が噛み合うように、対向部分に凹凸を設けてもよい。
【００３７】
図３は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【００３８】
図３に示すように、ミラー部１１０および位置保持用吸引部１１１、１１２は、お互いの対向部分が相互に噛み合うように、当該対向部分が、連続する複数の凹凸状に形成されている。
【００３９】
このように、対向部分をいわゆる櫛歯型に形成することにより、対向部分を平面状に形成した場合と比べ、対向部分の面積が増えるため、ミラーデバイスは、ミラーの位置をより安定して保持することができる。
【００４０】
また、ミラー部１１０の対向部分と、位置保持用吸引部１１１、１１２の対向部分との間隔は、等間隔に限定されず、例えば、ミラー部１１０の回転方向の間隔が非回転方向の間隔と比べて広くなるように形成してもよい。
【００４１】
これによれば、ミラーデバイスは、ミラーの使用時にはミラーを回転させやすく、かつ、ミラーの位置保持時にはミラーの位置を安定させやすくすることができる。
【００４２】
また、位置保持用吸引部１１等に印加する電圧は、上述した実施例では、０Ｖ、５Ｖであったが、これらの数値には限定されない。
【００４３】
また、上述した実施例では、クーロン力を用いてミラーの位置を保持したが、例えば、位置保持用吸引部とミラー部の極性を逆（例えば、Ｓ極とＮ極）にして電磁気力を用いてミラーの位置を保持してもよい。
【００４４】
また、本発明に係るミラーデバイスは、光スイッチのほか、ルータ、プロジェクタ等の種々の電子機器に実装することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの状態を示す模式図であり、図１（Ａ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの回転時の状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの位置保持時の状態を示す模式図である。
【図２】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【図３】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【符号の説明】
１０、１１０ミラー部、１１、１２、１１１、１１２位置保持用吸引部
１９ヒンジ（回転軸部）、２１、２２回転用吸引部

Claims

光を反射するミラーを有するミラー部と、
当該ミラー部を回転可能に支持する回転軸部と、
前記ミラー部の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部を吸引して回転させる回転用吸引部と、
前記ミラー部の水平方向であって、かつ、前記ミラー部の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部の位置を保持する位置保持用吸引部と、
を含み、
前記ミラーの位置保持時に前記位置保持用吸引部に印加される電圧は、前記ミラーの回転時に前記回転用吸引部に印加される電圧未満であることを特徴とするミラーデバイス。
請求項１において、
前記ミラー部および前記位置保持用吸引部は、お互いの対向部分が相互に噛み合うように、当該対向部分が、凹凸状に形成されていることを特徴とするミラーデバイス。
請求項１、２のいずれかにおいて、
前記回転用吸引部および前記位置保持用吸引部は、電極を含むことを特徴とするミラーデバイス。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ミラー部は、導電性シリコン製であることを特徴とするミラーデバイス。
請求項１〜４のいずれかに記載のミラーデバイスを有することを特徴とする光スイッチ。
請求項１〜４のいずれかに記載のミラーデバイスを有することを特徴とする電子機器。
ミラーの回転時において、電圧を印加することにより、ミラーの垂直方向にクーロン力を発生することによってミラーを吸引して回転させ、
ミラーの位置保持時において、電圧を印加することにより、前記ミラーの水平方向であって、かつ、前記ミラーの回転方向の両端部に対向する位置でクーロン力を発生することによってミラーの位置を保持するミラーデバイス駆動方法であって、
前記ミラーの位置保持時に印加する電圧は、前記ミラーの回転時に印加する電圧未満であることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。