JP4475421B2 - マイクロミラー、及び、マイクロミラーデバイス - Google Patents

Description

この発明は、近接する各電極間に静電引力を発生させてミラーを微少に傾けるマイクロミラーに関する。またこのようなマイクロミラーを備えたマイクロミラーデバイスに関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴って様々なマイクロデバイスが開発されて実用に供されている。このようなマイクロデバイスの一つに例えばマイクロミラーが挙げられる。マイクロミラーは例えば光スキャナとして利用され、バーコードリーダやレーザプリンタ等の種々の機器に実装されている。例えば下記特許文献１にはマイクロミラーの幾つかの形態が示されている。この文献に示されているマイクロミラーは電極間で発生する静電引力を用いてミラーを微少に傾ける所謂静電駆動タイプである。
特開平１１−５２２７８号公報

例えば上記特許文献１の第１の実施形態（以下、「従来実施形態１」と略記する。当文献の他の実施形態についても同様に略記する）には、ミラーの両端に電極（可動電極）を設置し且つそれらの端部の各々において固定電極を近接配置したものが示されている。従来実施形態１によると、二つの固定電極がミラー（換言すると可動電極）よりも僅かに上方に位置するよう配置されている。

従来実施形態１においてミラーを傾けるときには、先ず、当該ミラーの一端に設置された可動電極にだけ電圧を印加する。このときその可動電極とそれに近接配置された固定電極の表面に互いに逆極性の電荷が蓄積される。これにより、これらの電極間に静電引力が発生する。このため可動電極が固定電極に引き寄せられてミラーが傾く。もう一端の可動電極に電圧を印加した場合、ミラーは上記とは逆方向に傾く。電圧を印加する可動電極を交互に切り替えることによりミラーは揺動する。

また従来実施形態５には、ミラーの一端側の固定電極が当該ミラーよりも僅かに上方に位置するよう配置され、もう一端側の固定電極がミラーよりも僅かに下方に位置するよう配置されたマイクロミラーが示されている。

従来実施形態５によると、両端側の固定電極に同時に電圧を印加させることにより、各電極間においてミラーを同じ方向に回転させようと作用する静電引力が発生する。従って、従来実施形態１のマイクロミラーと比較して二倍の静電引力に基づいた駆動力が得られる。

また従来実施形態６には、ミラーの両端側においてその上下に固定電極が配置されたマイクロミラーが示されている。従来実施形態６によると従来実施形態５と同様の電圧印加により、従来実施形態１のマイクロミラーと比較して二倍の静電引力に基づいた駆動力でミラーを傾かせることができる。また更に、正転及び逆転の両方向にミラーが回転するよう静電引力を発生させることもできる。このため従来実施形態６のマイクロミラーではミラーの傾き角を大きく確保することもできる。

従来実施形態６は、ミラーの傾き角確保及びミラーを動かす駆動力の確保の両方の観点から好適な実施形態であると言える。

マイクロミラーに関し、ミラーの傾き角確保及びミラーを動かす駆動力の確保の要求は恒常的に存在する。ここで、従来実施形態１のマイクロミラーでは正転及び逆転の両方向にミラーが傾くよう静電引力を発生させることができる。このため傾き角の確保は十分に達成される。

ところがミラー傾き時においてその一端側でしか静電引力を発生させることができない。従って大きな駆動力を発生させることができない。更に付け加えるとミラーの一端側でしか静電引力を発生させることができないため、マイクロミラーの構造体（特にトーションバー）にアンバランスな負荷が掛かる。このような負荷は上記構造体に対して本来意図しない方向に歪ませるよう作用する。これは、上記構造体の耐久性を低下させ得る。また上記負荷はエネルギーを損失させる要因であるため、静電引力からミラーの回転運動への変換効率を低減させ得る。

一方、従来実施形態５のマイクロミラーではミラーの両端側において当該ミラーを同じ方向に傾かせようと作用する静電引力が発生する。このため駆動力の確保は十分に達成される。またトーションバーを挟んで両端側で対称性のある静電引力を発生させることができるため、静電引力発生時においてマイクロミラーの構造体（特にトーションバー）に対してアンバランスな負荷が掛からない（若しくは低減する）。すなわち上記構造体を本来意図しない方向に歪ませるような作用が低減する。この結果、上記構造体の耐久性が向上すると共にエネルギー損失も低減し得る。

ところが従来実施形態５のマイクロミラーでは静電引力によりミラーを正転（又は逆転）の一方向にしか回転させることができない。従って大きな傾き角を確保することができない。

上記実施形態に対して従来実施形態６のマイクロミラーでは傾き角及び駆動力確保の両要求を十分に満たしていると言える。しかし、可動電極に対して固定電極を上下に構成・配置する必要があるため、その構造が複雑化するというデメリットを有している。マイクロミラーにおいて構造が複雑化すると、その副次的影響として例えば歩留まりが低下したりリードタイムが増加したりして生産効率が低下する可能性がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、構成を簡略化しつつもミラーの傾き角を十分に確保すると共にミラーを動かす駆動力も十分に確保することができるマイクロミラー、及び、そのようなマイクロミラーを備えたマイクロミラーデバイスを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係るマイクロミラーは、固定手段に揺動可能に支持されたミラーと、固定手段に固定され、ミラーの回転軸を挟んで対向して位置する第一及第二の固定電極群と、第一及第二の固定電極群のそれぞれに近接配置され、ミラーに対して相対的に固定された第一及第二の可動電極群とを備え、近接する各電極間に静電引力を発生させてミラーを微少に傾けるものである。このマイクロミラーは、第一の可動電極群の中の少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも上方に配置し、第一の可動電極群の残りの少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも下方に配置すると共に、第二の可動電極群の中の少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも上方に配置し、第二の可動電極群の残りの少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも下方に配置したことを特徴としたものである。

このような構成によれば電極の数を低減して（又は増加させることなく）構成の簡略化を実現しつつも、正転及び逆転方向にミラーが傾くよう静電引力を発生させることが可能となるため、当該ミラーの傾き角が十分に確保される。更には、ミラーの回転軸を挟んだ両側で同一方向に作用する静電引力を発生させることが可能となるため、ミラーを動かす駆動力も十分に確保可能である。

なお上記マイクロミラーは該上方に配置された可動電極、固定電極、該下方に配置された可動電極、固定電極をそれぞれ同一数備えたものであっても良い。この場合、正転及び逆転方向において傾き特性に対称性を持たせることが可能となる。

また上記マイクロミラーにおいて可動電極が該上方に配置され、それに近接する固定電極が該下方に配置されている場合、ミラーの回転軸を挟んで対向する位置において可動電極が該下方に配置され、それに近接する固定電極が該上方に配置され得る。

また上記マイクロミラーにおいて該上方に配置された可動及び固定電極のそれぞれの高さ位置を同一にしても良く、又、該下方に配置された可動及び固定電極のそれぞれの高さ位置を同一にしても良い。この場合、マイクロミラー全体の厚みを薄型化させることが可能となる。

また上記の課題を解決する本発明の別の態様に係るマイクロミラーは、固定手段に揺動可能に支持されたミラーと、固定手段に固定され、ミラーの回転軸を挟んで対向して位置する第一及第二の固定電極群と、第一及第二の固定電極群のそれぞれに近接配置され、ミラーに対して相対的に固定された第一及第二の可動電極群とを備え、近接する各電極間に静電引力を発生させてミラーを微少に傾けるものである。このマイクロミラーは、第一又は第二の可動電極群の少なくとも一方で、近接する固定電極よりも上方又は下方の何れかに位置する二系統の可動電極を混在させるよう配置したことを特徴としたものである。

このような構成によれば電極の数を低減して（又は増加させることなく）構成の簡略化を実現しつつも、正転及び逆転方向にミラーが傾くよう静電引力を発生させることが可能となるため、当該ミラーの傾き角が十分に確保される。更には、ミラーの回転軸を挟んだ両側で同一方向に作用する静電引力を発生させることが可能となるため、ミラーを動かす駆動力も十分に確保可能である。

また上記の課題を解決する本発明の一態様に係るマイクロミラーデバイスは、上記マイクロミラーと、マイクロミラーに駆動電圧を供給する駆動電圧供給手段とを備えたものである。このマイクロミラーデバイスにおいてミラーを正転方向に回転させるとき、駆動電圧供給手段が、第一の可動電極群及び固定電極群において第一の方向に静電引力を発生させると共に、第二の可動電極群及び固定電極群において該第一の方向と逆の第二の方向に静電引力を発生させるよう所定の電極間にのみ電圧を印加することを特徴とする。

また、上記マイクロミラーデバイスにおいてミラーを逆転方向に回転させるとき、駆動電圧供給手段により、第一の可動電極群及び固定電極群において該第二の方向に静電引力が発生すると共に、第二の可動電極群及び固定電極群において該第一の方向に静電引力が発生するよう該所定の電極間以外の各電極間に電圧が印加され得る。

本発明に係るマイクロミラー及びマイクロミラーデバイスによれば、構成の簡略化が実現されると共にミラーの傾き角及びミラーを動かす駆動力も十分に確保可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例のマイクロミラーの構成及び作用について説明する。

図１は、本発明の第一の実施例のマイクロミラー１００の構成を示した上面図である。図２（ａ）は図１のＡ’−Ａ’断面を示した図である。図２（ｂ）は図１のＢ’−Ｂ’断面を示した図である。マイクロミラー１００は、例えばバーコードリーダやレーザプリンタ等の種々の機器に実装され得るものであり、そのような機器内部の支持基板（不図示）上に支持されている。なお説明の便宜上、各図にＸ、Ｙ、Ｚ軸を付す。

マイクロミラー１００はミラー１、複数の可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、トーションバー４ａ、４ｂ、ジンバル部５ａ、５ｂを有している。これらの構造体は周知の半導体プロセスにより例えば導電性を有した単一のシリコン基板を基に形成されている。つまり上記構造体は一体に形成されたものである。

なお図面において一部の可動櫛歯（及び後述する一部の固定櫛歯）を斜線で示しているがこれは説明の便宜上示されたものであり、形状やサイズ、色等を特徴付けるものではない。

ミラー１表面（ＸＹ平面上の面であり、以下、この面を「反射面」と記す）には金属膜が蒸着されており、被走査物上を走査するためのビームが入射される。上記反射面に入射されたビームは実質的に減衰されることなく所定の方向に反射される。この所定の方向すなわち上記反射面で反射されたビームの進行方向はミラー１の傾き角に依存して変化する。なお図１に示されるようにミラー１の反射面は矩形状であるが、他の形状（例えば円状や楕円状等）であってもその機能は十分に果たされる。

複数の可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂはミラー１のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。可動櫛歯２ａと３ａはミラー１の回転軸Ｏを挟んで反対側に位置している。また可動櫛歯２ｂと３ｂも回転軸Ｏを挟んで反対側に位置している。なお回転軸Ｏは、ミラー１の各側面に平行な又は直交した仮想的な直線であり、当該ミラー１の中心を通る。

上記の可動櫛歯について説明を加える。これらの可動櫛歯は所定のピッチで配列されている。また各々の形状及びサイズが全て同一である。可動櫛歯を上述の如く構成した理由として、例えば正転方向にミラー１を回転させて傾けたときにおける傾き特性と、逆転方向にミラー１を回転させて傾けたときにおける傾き特性とを実質的に同一とすることが挙げられる。なおここでいう傾き特性とは、マイクロミラー１００への印加電圧量とミラー１の傾き角との関係（具体的には式やグラフ等）で表される特性である。「傾き特性が正転及び逆転方向において同一」の場合、印加電圧の周波数及び振幅が一定であるという条件下において、非印加時のミラー１の位置（すなわち図１の状態）を基準として当該ミラー１が正転及び逆転の両方向に略対称に傾く。なお傾き特性の対称性を特に必要としない場合には、各可動櫛歯間のピッチ、各可動櫛歯の形状やサイズ等をそれぞれ異なるものにしても良い。

トーションバー４ａ、４ｂはＹ軸沿いに長手方向を有し、ミラー１のＸ軸沿いの側面であって、互いに異なる側面から突出するよう形成されている。またトーションバー４ａ、４ｂは回転軸Ｏを中心とした丸棒の形状を有している。またトーションバー４ａ、４ｂは力の作用を受けたときに比較的容易に捻れる。トーションバー４ａ、４ｂが捻れたとき、ミラー１はＸＺ平面において傾く。その傾き角はトーションバー４ａ、４ｂの捻れ量（又はトーションバー４ａ、４ｂが受けた外力）に依存する。トーションバー４ａ、４ｂの他端はそれぞれ、ジンバル部５ａ、５ｂと一体に繋がっている。

ジンバル部５ａ、５ｂはＸ軸沿いに長手方向を有し、上記支持基板上に支持されている。ジンバル部５ａ、５ｂはミラー１を挟んで対向するよう形成されている。ミラー１、トーションバー４ａ、及び、４ｂはこれらジンバル部５ａ、５ｂを介して支持基板に支持されている。

次にマイクロミラー１００が有する他の構成について説明する。

マイクロミラー１００は上述した構成に加えて更に、ジンバル部１１、複数の固定櫛歯１１ａ、１１ｂを有している。これらの構造体も周知の半導体プロセスにより例えば導電性を有した単一のシリコン基板を基に一体形成されている。またジンバル部１１、複数の固定櫛歯１１ａ、１１ｂは、ジンバル部５ａ、５ｂ等を含む上記構造体と絶縁されている。また固定櫛歯１１ａと１１ｂも互いに絶縁されている。ジンバル部１１はＹ軸沿いに長手方向を有し、上記支持基板上に支持されている。複数の固定櫛歯１１ａ、１１ｂはジンバル部１１のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。これらの固定櫛歯は、近接配置された可動櫛歯（すなわち可動櫛歯２ａ、２ｂ）のピッチと同一のピッチで配列されている。また各々の形状及びサイズが全て同一である。また各固定櫛歯は上面図（すなわち図１）において各固定櫛歯間で単一の可動櫛歯を挟むよう（又は隣接する一対の可動櫛歯に挟まれるよう）配列されている。結果、最も近接する可動櫛歯と固定櫛歯のエアギャップの各々は全て実質的に同一となる。またミラー1が揺動した際の可動櫛歯と固定櫛歯の対向面積も全て実質的に同一となる。

なお固定櫛歯は、可動櫛歯の場合と同一の理由で上述の如く構成されている。従って傾き特性の対称性を特に必要としない場合には、各固定櫛歯間のピッチ、各固定櫛歯の形状やサイズ等をそれぞれ異なるものにしても良い。

またマイクロミラー１００はジンバル部１２、固定櫛歯１２ａ、１２ｂも有している。これらの構造体も周知の半導体プロセスにより例えば導電性を有した単一のシリコン基板を基に一体形成されている。またジンバル部１２、固定櫛歯１２ａ、１２ｂは、ジンバル部５ａ、５ｂ等を含む上記構造体と絶縁されている。また固定櫛歯１２ａと１２ｂも互いに絶縁されている。ジンバル部１２はＹ軸沿いに長手方向を有し、ミラー１を挟んでジンバル部１１と対向するよう設置されている。またジンバル部１１と同様に上記支持基板上に支持されている。複数の固定櫛歯１２ａ、１２ｂはジンバル部１２のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。これらの固定櫛歯も可動櫛歯の場合と同一の理由によりピッチ、形状、サイズ、位置が設定されている。従ってここでも先と同様に、最も近接する可動櫛歯と固定櫛歯との各エアギャップ及びミラー1が揺動した際の可動櫛歯と固定櫛歯の各対向面積が全て実質的に同一となる。

ここで、可動櫛歯と固定櫛歯の位置関係について説明を加える。ここでは、この位置関係に基づいてマイクロミラー１００を領域ＡとＢに便宜上区別する。図２（ａ）に示されるように、領域Ａではジンバル部１１側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯１１ａ）がそれらに近接する各可動櫛歯２ａよりも上方に位置している。またジンバル部１２側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯１２ａ）がそれらに近接する各可動櫛歯３ａよりも下方に位置している。

また図２（ｂ）に示されるように、領域Ｂではジンバル部１１側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯１１ｂ）がそれらに近接する各可動櫛歯２ｂよりも下方に位置している。またジンバル部１２側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯１２ｂ）がそれらに近接する各可動櫛歯３ｂよりも上方に位置している。近接する各固定櫛歯と各可動櫛歯は、ミラー１が揺動していない状態の側面視（図２）において、互いが重なり合わないように配置されている。

マイクロミラー１００では、各可動櫛歯２ｂ、３ａ、各固定櫛歯１１ａ、１２ｂ（図において斜線で示されていない櫛歯）が全て同一平面上（すなわち同一高さ位置）に形成されている。また各可動櫛歯２ａ、３ｂ、各固定櫛歯１１ｂ、１２ａ（図において斜線で示されている櫛歯）が全て同一平面上に形成されている。これにより、ミラー１、ジンバル部５ａ、５ｂ、１１、１２を全て同一平面上に配置してマイクロミラー１００全体の厚みを薄型化させている。

またマイクロミラー１００では、ミラー１及び各ジンバル部が同一の厚みのシリコン基板を基に形成されている。このため各櫛歯の高さ位置を上述の如く揃えることにより、マイクロミラー１００全体の厚みとミラー１の厚みを同等とすることを可能としている。

次に、マイクロミラー１００の動作について説明する。図３（ａ）に、ミラー１が逆転方向に傾いたときのＡ’−Ａ’断面を示す。また図３（ｂ）に、ミラー１が正転方向に傾いたときのＢ’−Ｂ’断面を示す。

マイクロミラー１００は図示しない駆動電圧供給手段に接続されている。マイクロミラー１００は駆動電圧供給手段と共に一つの回路を構成している。例えば図３（ａ）に示されるようにミラー１を逆転方向に傾ける場合、駆動電圧供給手段により可動櫛歯２ａと固定櫛歯１１ａとの間に所定の電圧が印加される（例えば可動櫛歯２ａがグランド、固定櫛歯１１ａが電圧Ｖ_１となるように印加される）。またそれと同時に可動櫛歯３ａと固定櫛歯１２ａとの間にも同様の電圧が印加される（例えば可動櫛歯３ａがグランド、固定櫛歯１２ａが電圧Ｖ_１となるように印加される）。これにより可動櫛歯２ａと固定櫛歯１１ａとの間、及び、可動櫛歯３ａと固定櫛歯１２ａとの間に静電引力が発生する。このような静電引力の作用により可動櫛歯２ａは上方に位置する固定櫛歯１１ａに引き寄せられる。また可動櫛歯３ａは下方に位置する固定櫛歯１２ａに引き寄せられる。すなわちミラー１はジンバル部１１側では上方、ジンバル部１２側では下方に動くよう作用を受ける。ここで、上述したようにミラー１はトーションバー４ａ、４ｂにより回転自在に支持されている。ミラー１が受けた上記作用はトーションバー４ａ、４ｂを捻る。トーションバー４ａ、４ｂが捻れることにより、上記作用はミラー１の回転運動に変換される。この結果、ミラー１は回転軸Ｏを中心にＸＺ平面において逆転方向に傾く。

また例えば図３（ｂ）に示されるようにミラー１を正転方向に傾ける場合、駆動電圧供給手段により可動櫛歯２ｂと固定櫛歯１１ｂとの間に所定の電圧が印加される（例えば可動櫛歯２ｂがグランド、固定櫛歯１１ｂが電圧Ｖ_２となるように印加される）。またそれと同時に可動櫛歯３ｂと固定櫛歯１２ｂとの間にも同様の電圧が印加される（例えば可動櫛歯３ｂがグランド、固定櫛歯１２ｂが電圧Ｖ_２となるように印加される）。これにより可動櫛歯２ｂと固定櫛歯１１ｂとの間、及び、可動櫛歯３ｂと固定櫛歯１２ｂとの間に静電引力が発生する。このような静電引力の作用により可動櫛歯２ｂは下方に位置する固定櫛歯１１ｂに引き寄せられる。また可動櫛歯３ｂは上方に位置する固定櫛歯１２ｂに引き寄せられる。すなわちミラー１はジンバル部１１側では下方、ジンバル部１２側では上方に動くよう作用を受ける。この作用は先と同様にミラー１の回転運動に変換される。この結果、ミラー１は回転軸Ｏを中心にＸＺ平面において正転方向に傾く。

図３（ａ）に示された例では、ジンバル部１１側でミラー１を上方に動かす静電引力と、ジンバル部１２側でミラー１を下方に動かす静電引力が共に当該ミラー１を逆転方向に傾ける力として作用する。また図３（ｂ）に示された例では、ジンバル部１１側でミラー１を下方に動かす静電引力と、ジンバル部１２側でミラー１を上方に動かす静電引力が共に当該ミラー１を正転方向に傾ける力として作用する。

すなわちマイクロミラー１００ではミラー１の両端側において同一方向に当該ミラー１を傾ける作用が働く。このためミラー１は大きな駆動力で傾けられる。駆動力を十分に確保できたとき、ミラー１の回転動作の安定性や応答速度等が向上する。また各櫛歯間に静電引力が発生したときに、回転軸Ｏを挟んで対称となる箇所において対称性のあるベクトル（スカラー量が同等で且つその作用方向が互いに逆）を持つ作用が働く。このためマイクロミラー１００の構造体（特にトーションバー４ａ、４ｂ）に対してアンバランスな負荷が掛からない（若しくは低減する）。すなわちマイクロミラー１００の構造体に対して本来意図しない方向に歪ませるような作用が低減する。この結果、マイクロミラー１００の耐久性を向上させることが可能となる。またエネルギー損失も低減する。すなわち静電引力がより効率良くミラー１の回転運動に変換される。従って駆動電圧のレベルを下げて省電力化を図ることも可能となる。

また上述したように、マイクロミラー１００では非印加時のミラー１の位置（すなわち図１の状態）を基準として当該ミラー１を正転及び逆転の両方向に傾けることができる。このため傾き角を十分に確保することができる。また傾き特性を正転及び逆転方向において同一とする（すなわち傾き特性に対称性を持たせる）こともできる。この場合、例えばマイクロミラー１００を実装する機器に備えられる他の光学系に対する設計容易性が向上する。すなわち上記基準を境に傾き特性に対称性があるため、例えば上記基準を境界としてミラー１で反射されたビームの走査範囲に対称性を持たせるよう光学系を設計することが容易である。

次に、本発明の第二の実施例のマイクロミラーの構成及び作用について説明する。第一の実施例のマイクロミラー１００はビームを一軸で走査するタイプであったが、第二の実施例のマイクロミラーはビームを二軸で走査するタイプである。図４に、第二の実施例のマイクロミラー２００の上面図を示す。なお図４に示されたマイクロミラー２００において第一の実施例のマイクロミラー１００と同一又は同様の構成については同一又は同様の符号を付してここでの説明を省略する。

マイクロミラー２００は第一の実施例のマイクロミラー１００と同様に、ミラー１、複数の可動櫛歯２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、トーションバー４ａ、４ｂ、ジンバル部５ａ、５ｂ、１１、１２、複数の固定櫛歯１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを有している。マイクロミラー２００のミラー１は第一の実施例と同様に、上記の各構成と図示しない駆動電圧供給手段によりＸＺ平面において回転軸Ｏ_１（第一の実施例の回転軸Ｏに相当）を中心に傾く。これらの構成及び作用により、マイクロミラー２００による一軸のビーム走査が実現され得る。

マイクロミラー２００は二軸のビーム走査を実現するための構成として、複数の可動櫛歯６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄ、トーションバー１３ｃ、１３ｄ、ジンバル部１４ｃ、１４ｄ、２１、２２、複数の固定櫛歯２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄを更に有している。

複数の可動櫛歯６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄはミラー１のＸ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。可動櫛歯６ｃと７ｃはミラー１の回転軸Ｏ_２を挟んで反対側に位置している。また可動櫛歯６ｄと７ｄもミラー１の回転軸Ｏ_２を挟んで反対側に位置している。これらの可動櫛歯は所定のピッチで配列され、各々の形状及びサイズが全て同一である。なお回転軸Ｏ_２はミラー１の各側面に平行な又は直交し、当該ミラー１の中心を通る仮想的な直線であり、回転軸Ｏ_１と直交する。

トーションバー１３ｃ、１３ｄはＸ軸沿いに長手方向を有し、それぞれ、ジンバル部１１、１２のＹ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。またトーションバー１３ｃ、１３ｄは回転軸Ｏ_２を中心とした丸棒の形状を有している。トーションバー１３ｃ、１３ｄはトーションバー４ａ、４ｂと同様の性状を有し、力の作用を受けたときに比較的容易に捻れる。トーションバー１３ｃ、１３ｄが捻れたとき、ミラー１はＹＺ平面において傾く。トーションバー１３ｃ、１３ｄの他端はそれぞれ、ジンバル部１４ｃ、１４ｄと一体に繋がっている。

ジンバル部１４ｃ、１４ｄはＹ軸沿いに長手方向を有し、上記支持基板上に支持されている。ジンバル部１４ｃ、１４ｄはミラー１を挟んで対向するよう（より正確には回転軸Ｏ_１を挟んで対称に位置するよう）形成されている。ミラー１を含む各構成はこれらジンバル部１４ｃ、１４ｄを介して支持基板に支持されている。

ジンバル部２１、２２はＸ軸沿いに長手方向を有し、上記支持基板上に支持されている。ジンバル部２１、２２はジンバル部１４ｃ、１４ｄ等を含む構造体と絶縁されている。また固定櫛歯２１ｃと２１ｄも互いに絶縁されている。また更に、固定櫛歯２２ｃと２２ｄも互いに絶縁されている。複数の固定櫛歯２１ｃ、２１ｄはジンバル部２１のＸ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。また複数の固定櫛歯２２ｃ、２２ｄはジンバル部２２のＸ軸沿いの側面から突出するよう形成されている。これらの固定櫛歯は、近接配置された可動櫛歯（すなわち可動櫛歯６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄ）のピッチと同一のピッチで配列されている。また各々の形状及びサイズが全て同一である。また各固定櫛歯は上面図（すなわち図４）において各固定櫛歯間で単一の可動櫛歯を挟むよう（又は隣接する一対の可動櫛歯に挟まれるよう）配列されている。従って最も近接する可動櫛歯と固定櫛歯との各エアギャップ及び各対向面積が全て実質的に同一となる。

次に、可動櫛歯と固定櫛歯の位置関係について説明を加える。第二の実施例のマイクロミラー２００においても第一の実施例と同様に、隣接する可動櫛歯と固定櫛歯の高さ位置が互いに異なるよう構成されている。以下の説明において第一の実施例と同様に、上記位置関係に基づいてマイクロミラー２００を領域ＣとＤに便宜上区別する。

領域Ｃではジンバル部２１側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯２１ｃ）がそれらに近接する各可動櫛歯６ｃよりも下方に位置している。またジンバル部２２側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯２２ｃ）がそれらに近接する各可動櫛歯７ｃよりも上方に位置している。

また領域Ｄではジンバル部２１側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯２１ｄ）がそれらに近接する各可動櫛歯６ｄよりも上方に位置している。またジンバル部２２側の各固定櫛歯（すなわち各固定櫛歯２２ｄ）がそれらに近接する各可動櫛歯７ｄよりも下方に位置している。

第二の実施例のマイクロミラー２００においても第一の実施例と同様に、各可動櫛歯２ｂ、３ａ、各固定櫛歯１１ａ、１２ｂが全て同一平面上（すなわち同一高さ位置）に形成され、更に、各可動櫛歯６ｃ、７ｄ、各固定櫛歯２１ｄ、２２ｃ（図において斜線で示されていない櫛歯）もそれらと同一平面上に形成されている。また各可動櫛歯２ａ、３ｂ、各固定櫛歯１１ｂ、１２ａが全て同一平面上に形成され、更に、各可動櫛歯６ｄ、７ｃ、各固定櫛歯２１ｃ、２２ｄ（図において斜線で示されている櫛歯）もそれらと同一平面上に形成されている。これにより、ミラー１、ジンバル部５ａ、５ｂ、１１、１２、１４ｃ、１４ｄ、２１、２２を全て同一平面上に配置してマイクロミラー１００全体の厚みを薄型化させている。

次に、マイクロミラー２００の動作について説明する。

マイクロミラー２００は図示しない駆動電圧供給手段に接続され、駆動電圧供給手段と共に一つの回路を構成している。駆動電圧供給手段により可動櫛歯２ａ又は２ｂと固定櫛歯１１ａとの間、及び、可動櫛歯３ａ又は３ｂと固定櫛歯１２ａとの間に所定の電圧が印加されると、第一の実施例と同様にミラー１がＸＺ平面において正転又は逆転方向に傾く。

またＹＺ平面においてミラー１を逆転方向に傾ける場合、駆動電圧供給手段により可動櫛歯６ｃと固定櫛歯２１ｃとの間に所定の電圧が印加される。またそれと同時に可動櫛歯７ｃと固定櫛歯２２ｃとの間にも同様の電圧が印加される。これにより可動櫛歯６ｃと固定櫛歯２１ｃとの間、及び、可動櫛歯７ｃと固定櫛歯２２ｃとの間に静電引力が発生する。このときミラー１はジンバル部２１側では下方、ジンバル部２２側では上方に動くよう作用を受けるため、ＹＺ平面において逆転方向に傾く。

またＹＺ平面においてミラー１を正転方向に傾ける場合、駆動電圧供給手段により可動櫛歯６ｄと固定櫛歯２１ｄとの間に所定の電圧が印加される。またそれと同時に可動櫛歯７ｄと固定櫛歯２２ｄとの間にも同様の電圧が印加される。これにより可動櫛歯６ｄと固定櫛歯２１ｄとの間、及び、可動櫛歯７ｄと固定櫛歯２２ｄとの間に静電引力が発生する。このときミラー１はジンバル部２１側では上方、ジンバル部２２側では下方に動くよう作用を受けるため、ＹＺ平面において正転方向に傾く。

駆動電圧供給手段により各櫛歯間に電圧が選択的に印加されることにより、ミラー１はＸＺ及びＹＺ平面の少なくとも一方において傾く。すなわちマイクロミラー２００においてミラー１は二軸に傾斜可能である。このためマイクロミラー２００を用いたビームの二軸走査が実現される。

以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば各櫛歯の数は本実施例のものに限定されず、設計に応じて適宜変更可能である。

また本実施例では二又は四つの領域に区別可能に各櫛歯が配列されているが、別の実施例では各櫛歯を上記とは別の位置関係で配列することもできる。例えば領域がより細分化されるよう各櫛歯を配列することができる。この場合、ミラーを正転方向に傾けるための領域と、ミラーを逆転方向に傾けるための領域とをＸＹ平面において一様に分布させることが可能となる。これにより、ミラー１の回転動作の安定性向上やエネルギー損失低減等が実現される。

本発明の第一の実施例のマイクロミラーの構成を示した上面図である。 図１のＡ’−Ａ’断面、図１のＢ’−Ｂ’断面を示した図である。 ミラーが逆転方向に傾いたときのＡ’−Ａ’断面、ミラーが正転方向に傾いたときのＢ’−Ｂ’断面を示した図である。 本発明の第二の実施例のマイクロミラーの構成を示した上面図である。

符号の説明

１ ミラー
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄ 可動櫛歯
４ａ、４ｂ、１３ｃ、１３ｄ トーションバー
５ａ、５ｂ、１１、１２、１４ｃ、１４ｄ、２１、２２ ジンバル部
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ 固定櫛歯
１００、２００ マイクロミラー

Claims (8)

1. 固定手段に揺動可能に支持されたミラーと、前記固定手段に固定され、前記ミラーの回転軸を挟んで対向して位置する第一及第二の固定電極群と、前記第一及第二の固定電極群のそれぞれに近接配置され、前記ミラーに対して相対的に固定された第一及第二の可動電極群と、を備え、近接する各電極間に静電引力を発生させて前記ミラーを微少に傾けるマイクロミラーにおいて、
   前記第一の可動電極群の中の少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも上方に配置し、前記第一の可動電極群の残りの少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも下方に配置すると共に、前記第二の可動電極群の中の少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも上方に配置し、前記第二の可動電極群の残りの少なくとも一つをそれに近接した固定電極よりも下方に配置したこと、を特徴とするマイクロミラー。
2. 該上方に配置された可動電極、固定電極、該下方に配置された可動電極、固定電極をそれぞれ同一数備えたこと、を特徴とする請求項１に記載のマイクロミラー。
3. 前記可動電極が該上方に配置され、それに近接する固定電極が該下方に配置されている場合、前記ミラーの回転軸を挟んで対向する位置において前記可動電極が該下方に配置され、それに近接する固定電極が該上方に配置されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載のマイクロミラー。
4. 該上方に配置された可動及び固定電極のそれぞれの高さ位置を同一としたこと、を特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のマイクロミラー。
5. 該下方に配置された可動及び固定電極のそれぞれの高さ位置を同一としたこと、を特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のマイクロミラー。
6. 固定手段に揺動可能に支持されたミラーと、前記固定手段に固定され、前記ミラーの回転軸を挟んで対向して位置する第一及第二の固定電極群と、前記第一及第二の固定電極群のそれぞれに近接配置され、前記ミラーに対して相対的に固定された第一及第二の可動電極群と、を備え、近接する各電極間に静電引力を発生させて前記ミラーを微少に傾けるマイクロミラーにおいて、
   前記第一又は第二の可動電極群の少なくとも一方で、近接する固定電極よりも上方又は下方の何れかに位置する二系統の可動電極を混在させるよう配置したこと、を特徴とするマイクロミラー。
7. 請求項１から請求項６の何れかに記載されたマイクロミラーと、前記マイクロミラーに駆動電圧を供給する駆動電圧供給手段と、を備えたマイクロミラーデバイスであって、
   前記ミラーを正転方向に回転させるとき、前記駆動電圧供給手段が、前記第一の可動電極群及び固定電極群において第一の方向に静電引力を発生させると共に、前記第二の可動電極群及び固定電極群において該第一の方向と逆の第二の方向に静電引力を発生させるよう所定の電極間にのみ電圧を印加すること、を特徴とするマイクロミラーデバイス。
8. 前記ミラーを逆転方向に回転させるとき、前記駆動電圧供給手段が、前記第一の可動電極群及び固定電極群において該第二の方向に静電引力を発生させると共に、前記第二の可動電極群及び固定電極群において該第一の方向に静電引力を発生させるよう該所定の電極間以外の各電極間に電圧を印加すること、を特徴とする請求項７に記載のマイクロミラーデバイス。

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