JP4872453B2 - Microactuator, optical device and display device - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロアクチュエータ、並びに、これを用いた光学デバイス及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a microactuator, an optical device using the same, and a display device.
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技術の進展に伴い、この技術を応用したマイクロアクチュエータや、これを利用したDMD(Digital Micro-mirror Device)等の光学デバイスや、このような光学デバイスを利用した投影表示装置などが、種々提案されている。 Along with the development of MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) technology, microactuators using this technology, optical devices such as DMD (Digital Micro-mirror Device) using this technology, and such optical devices were used. Various projection display devices have been proposed.
例えば、下記特許文献1には、代表的なDMDが開示されている。このDMDでは、ミラーをトーションヒンジで保持し、静電力によりヒンジをねじれ変形させてミラーを回転させてその向きを変え、入射光の反射方向を変える。この基本単位を複数1次元状や2次元状に並べて空間光変調器とし、光学的情報処理装置、投影表示装置や静電写真印刷装置などに応用されている
For example, the following
また、ミラーを設けた片持ち梁を静電力で撓ませて、入射光の反射方向を変える光学デバイスも、知られている。 An optical device that changes the reflection direction of incident light by bending a cantilever provided with a mirror with an electrostatic force is also known.
ところが、トーションヒンジを用いたマイクロアクチュエータでは、ミラーの保持がトーションヒンジによるために、トーションヒンジの結合部に加わるねじりストレスによって破損し易く、その寿命を長くすることが困難であった。また、片持ち梁を用いたマイクロアクチュエータでは、片持ち梁の固有振動数が低いために応答速度を速くすることができなかった。 However, in the microactuator using the torsion hinge, since the mirror is held by the torsion hinge, it is easily broken by the torsional stress applied to the coupling portion of the torsion hinge, and it is difficult to extend its life. Also, in the microactuator using a cantilever, the response speed cannot be increased because the natural frequency of the cantilever is low.
そこで、下記特許文献2には、V字形の凹部を有する基板上に両端を固定して前記凹部を掛け渡すように設けた両持ち梁を用いたマイクロミラーデバイスが、提案されている。このデバイスでは、両持ち梁に光反射膜が形成されて、ミラーが両持ち梁と全体的に一体化されている。静電力を加えない状態では、両持ち梁(すなわち、ミラー)は平板状をなす一方、静電力を加えると、両持ち梁(すなわち、ミラー)が静電力によってV字形の凹部に沿ってV字形に変形し、入射光の反射方向を変える。
Therefore, in
このデバイスでは、両持ち梁が用いられているため、トーションヒンジを用いる場合に比べて破損が生じ難くなり長寿命化を図ることができるとともに、固有振動数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。
しかしながら、特許文献2に開示されているデバイスでは、ミラーが両持ち梁と一体化されているため、両持ち梁が静電力によってV字形に変形するときには、ミラーもV字形に変形してしまい、ミラーの反射面は向きの異なる2つの面(V字形の一方の面と他方の面)になってしまう。その結果、反射光の方向が入射光が入射する位置に応じて大きく異なってしまい、迷光等を引き起こし易く、迷光に対する吸光処理等が困難になる。
However, in the device disclosed in
このように、特許文献2に開示されているデバイスでは、長寿命化及び応答速度の高速化の点で大変優れているものの、被駆動体であるミラーが両持ち梁と一体化されているので、被駆動体であるミラーも変形してしまい、これに起因して不都合が生ずるのである。
Thus, although the device disclosed in
また、特許文献2に開示されているようなミラーデバイスで用いられるマイクロアクチュエータに限らず、他の種々の用途において用いられるマイクロアクチュエータにおいても、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することが要請される場合がある。
Further, not only the microactuator used in the mirror device disclosed in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、長寿命化及び応答速度の高速化を図ることができ、しかも、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することができるマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなマイクロアクチュエータを用いた光学デバイス及び表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can achieve a long life and a high response speed. In addition, only the direction of the driven body is changed without deforming the driven body itself. It is an object of the present invention to provide a microactuator that can be used. It is another object of the present invention to provide an optical device and a display device using such a microactuator.
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様によるマイクロアクチュエータは、基体と、該基体に支持された板状部材と、駆動力付与手段とを備え、前記板状部材は、前記板状部材の周辺部における全周又はその一部に渡る所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、前記所定箇所は、前記板状部材の前記周辺部において互いに対向する2箇所を含み、被駆動体が、前記板状部材の撓み変形可能な領域のうちの所定部位に局所的に機械的に接続され、前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが変化するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得るものである。 In order to solve the above-mentioned problem, a microactuator according to a first aspect of the present invention includes a base, a plate-like member supported by the base, and a driving force applying unit, and the plate-like member is the plate-like member. It is fixed to the base body at a predetermined location over the entire circumference or a part of the periphery of the member, and can be bent and deformed in a region other than the predetermined location in the plate-like member. The driven member is locally mechanically connected to a predetermined portion of the plate-like member in a region where the plate-like member can be bent and deformed, and includes the two portions facing each other in the peripheral portion of the plate-like member, Is driven on at least a part of the plate-like member so that the bending-deformable region of the plate-like member is deformed in accordance with a signal and the inclination of the predetermined portion of the plate-like member changes. It can give power.
前記板状部材及び/又は前記被駆動体は、薄膜で構成されてもよい。 The plate-like member and / or the driven body may be formed of a thin film.
本発明の第2の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第1の態様において、前記被駆動体が主平面を有し、前記板状部材の主平面と前記被駆動体の主平面とが略平行であるものである。 The microactuator according to a second aspect of the present invention is the microactuator according to the first aspect, wherein the driven body has a main plane, and the main plane of the plate-like member and the main plane of the driven body are substantially parallel. There is something.
本発明の第3の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第1又は第2の態様において、前記板状部材の前記所定部位は、前記板状部材の重心から偏心した部位であるものである。 The microactuator according to a third aspect of the present invention is the microactuator according to the first or second aspect, wherein the predetermined part of the plate-like member is a part eccentric from the center of gravity of the plate-like member.
本発明の第4の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記駆動力付与手段は、前記基体に設けられた1つ以上の第1の電極部と、前記板状部材に設けられ前記1つ以上の第1の電極部との間の電圧により前記1つ以上の第1の電極部との間に静電力を生じ得る1つ以上の第2の電極部とを、含むものである。 The microactuator according to a fourth aspect of the present invention is the microactuator according to any one of the first to third aspects, wherein the driving force applying means includes one or more first electrode portions provided on the base, One or more second electrode portions provided on a plate-like member and capable of generating an electrostatic force between the one or more first electrode portions due to a voltage between the one or more first electrode portions. Are included.
本発明の第5の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが実質的に変化せずに前記板状部材の前記所定部位が変位するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得るものである。 The microactuator according to a fifth aspect of the present invention is the microactuator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the driving force applying means bends the region where the bending deformation of the plate-shaped member is deformed according to a signal. A driving force is applied to at least a part of the plate-like member so that the predetermined portion of the plate-like member is displaced without deformation so that the inclination of the predetermined portion of the plate-like member is not substantially changed. To get.
本発明の第6の態様による光学デバイスは、前記第1乃至第5のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体が光学素子であるものである。 An optical device according to a sixth aspect of the present invention includes the microactuator according to any one of the first to fifth aspects and the driven body, and the driven body is an optical element.
本発明の第7の態様による光学デバイスは、前記第6の態様において、前記光学素子がミラーであるものである。 An optical device according to a seventh aspect of the present invention is the optical device according to the sixth aspect, wherein the optical element is a mirror.
本発明の第8の態様による光学デバイスは、前記第6又は第7の態様において、前記マイクロアクチュエータ及び前記光学素子の組を複数備えたものである。 An optical device according to an eighth aspect of the present invention is the optical device according to the sixth or seventh aspect, comprising a plurality of sets of the microactuator and the optical element.
本発明の第9の態様による表示装置は、空間光変調器を備えた表示装置であって、前記空間光変調器が前記第8の態様による光学デバイスであるものである。 A display device according to a ninth aspect of the present invention is a display device including a spatial light modulator, and the spatial light modulator is an optical device according to the eighth aspect.
本発明によれば、長寿命化及び応答速度の高速化を図ることができ、しかも、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することができるマイクロアクチュエータを提供することができる。また、本発明によれば、このようなマイクロアクチュエータを用いた光学デバイス及び表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microactuator that can achieve a long life and a high response speed and can change only the direction of the driven body without deforming the driven body itself. Can do. Further, according to the present invention, an optical device and a display device using such a microactuator can be provided.
以下、本発明によるマイクロアクチュエータ、並びに、これを用いた光学デバイス及び表示装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a microactuator according to the present invention, an optical device using the same, and a display device will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。図2は、図1に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。図3は、図1に示す単位素子の板状部材2を模式的に示す概略平面図である。図3には、後述する接続部11も併せて示している。図4は、図2中のA−A’線に沿った概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a unit element of the optical device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the unit element shown in FIG. FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing the plate-
説明の便宜上、図1乃至図4に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸を定義する(後述する図についても同様である。)。基板1の面がXY平面と平行となっている。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。なお、Z軸方向の+側を上側、Z軸方向の−側を下側という場合がある。なお、以下に説明する材料等は例示であり、これに限定されるものではない。
For convenience of explanation, as shown in FIGS. 1 to 4, the X axis, the Y axis, and the Z axis that are orthogonal to each other are defined (the same applies to the drawings described later). The surface of the
本実施の形態による光学デバイスは、基体としてのシリコン基板1と、シリコン基板1に脚部3を介して支持された板状部材2と、被駆動体である光学素子としてのミラー4と、固定電極(第1の電極部)5とを有している。なお、本発明によるマイクロアクチュエータが駆動する被駆動体は、ミラー4に限定されるものではなく、例えば、回折光学素子、光学フィルタやフォトニック結晶などの他の光学素子でもよいし、光学素子以外の任意の部材であってもよい。
The optical device according to the present embodiment includes a
本実施の形態では、板状部材2は、Z軸方向から見た平面視で四角形状をなしている。駆動力としての後述する静電力が付与されていない場合は、板状部材2の主平面は、図1乃至図4に示すように、XY平面と平行になっている。
In the present embodiment, the plate-
板状部材2は、板状部材2の周辺部において互いに対向する2箇所である+X側の一辺付近及び−X側の一辺付近で、基板1上の酸化シリコン膜等の絶縁膜6上に形成されたアルミニウム膜からなる配線パターン7(図4参照。図1及び図2では省略。)を介して基板1から立ち上がる脚部3を介して、基板1に対して固定されている。したがって、本実施の形態では、板状部材2は両持ち梁となっている。板状部材2における+X側の脚部3と−X側の脚部3との間の領域が、撓み変形可能な領域となっている。
The plate-
板状部材2は、薄膜で構成され、下側の絶縁膜としての窒化シリコン膜8、中間のアルミニウム膜9及び上側の窒化シリコン膜10を積層した3層膜で構成されている。
The plate-
本実施の形態では、脚部3は、板状部材2を構成する窒化シリコン膜8,10及びアルミニウム膜9がそのまま延びることによって構成されている。アルミニウム膜9は、脚部3において窒化シリコン膜8に形成された開口を介して配線パターン7に接続されている。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、ミラー4は、薄膜で構成され、アルミニウム膜で構成される。Z軸方向から見た平面視で四角形状をなしている。駆動力としての後述する静電力が付与されていない場合は、ミラー4の主平面は、図1乃至図4に示すように、XY平面と平行になっており、板状部材2の主平面と平行になっている。なお、図面には示していないが、ミラー4の剛性を高めるため、その周囲には段差(立ち上がり部又は立ち下がり部)を形成して補強することが好ましい。
In the present embodiment, the
ミラー4は、接続部11を介して、板状部材2の撓み変形可能な領域のうちの、板状部材2の中心(重心)から−X方向へ偏心した部位に、局所的に機械的に接続されている。接続部11は、ミラー4を構成するアルミニウム膜がそのまま延びることによって構成されている。
The
本実施の形態では、固定電極5は、板状部材2のX軸方向の中央付近において板状部材2のY軸方向の全体に渡って板状部材2と重なるように、アルミニウム膜によって形成されている。板状部材2を構成するアルミニウム膜9の、固定電極5と対向する領域が、固定電極5との間の電圧により固定電極5との間に静電力を生じ得る可動電極(第2の電極部)となっている。アルミニウム膜9の残りの領域は、可動電極を配線パターン7へ接続するための配線パターンとなっている。
In the present embodiment, the fixed
本実施の形態では、前述したように、ミラー4の板状部材2に対する固定部位が−X方向へ偏心しているとともに、固定電極5及び前記可動電極が板状部材2のX軸方向の中央に配置されている。本実施の形態では、これにより、固定電極5及び前記可動電極が、信号(本実施の形態では、固定電極5と可動電極との間の電圧)に応じて、板状部材2の前記撓み変形可能な領域が撓み変形して、ミラー4の板状部材2に対する固定部位の傾きが変化するように、板状部材2に駆動力(本実施の形態では、静電力)を付与し得る駆動力付与手段を、構成している。もっとも、本発明では、駆動力付与手段は、静電力以外の任意の駆動力を付与し得るように構成してもよい。例えば、駆動力付与手段として、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずる電流路を板状部材2に設けたり、圧電素子を設けて圧電素子による駆動力を利用したりしてもよい。
In the present embodiment, as described above, the fixed portion of the
ここで、本実施の形態による光学デバイスの動作(特に、単位素子の動作)について、図5を参照して説明する。図5は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図4を大幅に簡略化した断面図に相当している。 Here, the operation of the optical device according to the present embodiment (particularly, the operation of the unit element) will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing each operation state of the optical device according to the present embodiment, and corresponds to a cross-sectional view that greatly simplifies FIG.
図5(a)は、図4と同じく、固定電極5と前記可動電極(アルミニウム膜9の、固定電極5と対向する領域)との間に電圧を印加せず(すなわち、両者を同電位とし)、両者の間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材2は変形しておらず、平坦形状になっている。このため、ミラー4は、基板1に対して平行を維持している。
In FIG. 5A, as in FIG. 4, no voltage is applied between the fixed
図5(b)は、固定電極5と前記可動電極との間にさほど高くない電圧を印加し、両者の間に静電力を発生させた状態を示している。この静電力により、板状部材2のX軸方向の中央付近が基板方向(−Z方向)に引っ張られる。これにより、可変形板は、図5(b)に示すように、基板1側に撓む。ミラー4の板状部材2に対する固定部位(すなわち、接続部11が接続されている部位)が板状部材2の中心から−X方向に偏心しているため、板状部材2は接続部11の位置で傾斜面をなす。この作用により、ミラー4は基板1に対して傾く。その傾き角度は、固定電極5と前記可動電極との間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。なお、本実施の形態では、両電極間に直流電圧を印加する直流駆動を採用してもよいし、両電極に交流パルスを印加する交流駆動を採用してもよい。チャージアップ等の影響を避けるためには、交流駆動を採用することが好ましい。
FIG. 5B shows a state where a not-so-high voltage is applied between the fixed
図5(c)は、固定電極5と前記可動電極との間に比較的高い電圧を印加して、両者の間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材2は基板1側に当接するまで変形して、当接したところで静止している。この場合も、図5(b)の場合と同様にミラー4が基板1に対して傾くが、その傾き角度は図5(b)の場合より大きくなっている。
FIG. 5C shows a state in which a relatively high voltage is applied between the fixed
以上、本実施の形態による光学デバイスの単位素子について説明したが、前述した単位素子の構造のうちミラー4以外の構成要素によって、ミラー4を駆動するマイクロアクチュエータが構成されている。
Although the unit element of the optical device according to the present embodiment has been described above, the microactuator that drives the
本実施の形態による光学デバイスでは、図6に示すように、前述した図1乃至図4に示す単位素子が基板1上に2次元状に配置されている。これにより、本実施の形態による光学デバイスは、空間光変調器を構成している。なお、図6では、簡単のため、4×4個の単位素子をアレイ化したものとしたが、その数は幾つでも構わない。図6において、1つのミラー4は、1つの単位素子に対応しているが、簡単のため、各単位素子のミラー4以外の構成要素の図示は省略している。なお、単位素子の並べ方は、図6に示す例に限定されるものではなく、例えば、列毎または行毎に半ピッチづつずらすなどの並べ方を採用してもよい。また、単位素子を1次元状に並べてもよい。なお、図6では、2行目2列目のミラー4が図5(b)に示す状態になっているとともに、他のミラー4は図5(a)に示す状態になっている。本実施の形態では、図5(c)に示す状態は用いずに図5(b)の状態を利用するようになっているが、逆に図5(c)に示す状態の方を用いるようにしてもよい。
In the optical device according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the above-described unit elements shown in FIGS. 1 to 4 are two-dimensionally arranged on the
なお、本実施の形態による光学デバイスでは、図面には示していないが、各単位素子のミラー4の状態が制御信号に応じた状態となるように、各単位素子の電極間の電圧状態を決定する駆動回路が採用されている。このような駆動回路としては、例えば、DMD等と同様の駆動回路を採用することができる。
In the optical device according to the present embodiment, although not shown in the drawing, the voltage state between the electrodes of each unit element is determined so that the state of the
ここで、本実施の形態による光学デバイスの製造方法の一例について、図7及び図8を参照して説明する。図7及び図8は、各製造工程を示す断面図であり、図4に対応している。 Here, an example of the manufacturing method of the optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views showing each manufacturing process and correspond to FIG.
まず、周知の半導体製造プロセスにより予め駆動回路を形成したシリコン基板上1に、酸化シリコン膜6を成膜する。次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム膜を、固定電極5及び配線パターン7の形状にパターニングする(図7(a))。
First, a
なお、図7(a)では省略したが、固定電極5及び配線パターン7の一部の領域下にある酸化シリコン膜6には、これらのアルミニウム膜と駆動回路との電気的な接続を取るため、必要に応じて穴をあける。引き続いて、フォトレジスト等の犠牲層21を形成し、犠牲層21において脚部3を形成すべき位置に開口21aをフォトリソグラフィにより形成する(図7(b))。
Although not shown in FIG. 7A, the
その後、窒化シリコン膜8、アルミニウム膜9及び窒化シリコン膜10を順に成膜し、これらの膜8〜10を、フォトリソエッチング法により板状部材2の形状にパターニングする(図7(c))。このとき、エッチングを行なう工程は、成膜毎でもよいし、全ての膜を成膜し終わってから、その後上層膜から順にエッチングを加えても良いし、それらを組み合わせることもできる。なお、脚部3においてアルミニウム膜9が配線パターン7と電気的に接続されるように、窒化シリコン膜8には脚部3において開口を形成しておく。
Thereafter, a
次に、フォトレジスト等の犠牲層22を形成し、犠牲層22において接続部11を形成すべき位置に開口22aをフォトリソグラフィにより形成する(図8(a))。
Next, a
次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、このアルミニウム膜をミラー4の形状にパターニングする(図8(b))。最後に、犠牲層21,22を除去する。これにより、本実施の形態による光学デバイスが完成する。
Next, an aluminum film is formed, and this aluminum film is patterned into the shape of the
本実施の形態によれば、板状部材2が両持ち梁となっているので、前述した特許文献2に開示されたデバイスと同様に、トーションヒンジを用いる場合に比べて破損が生じ難くなり長寿命化を図ることができるとともに、固有振動数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。
According to the present embodiment, since the plate-
そして、本実施の形態によれば、前述した特許文献2に開示されたデバイスと異なり、ミラー4は、板状部材2と全体的に一体化されるのではなく、接続部11を介して、板状部材2の撓み変形可能な領域のうちの一部の部位に、局所的に機械的に接続されている。したがって、前述した図5に示すように、ミラー4自体を変形させずに、ミラー4の向きのみを変更することができる。
And according to this Embodiment, unlike the device disclosed by
なお、本発明では、必ずしも前述した単位素子を基板1上に複数配置する必要はなく、前述した単位素子を基板1上に1つだけ配置してもよい。
In the present invention, it is not always necessary to arrange a plurality of the above-described unit elements on the
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図9は、本発明の第2の実施の形態による投影表示装置(投射型表示装置)を示す概略構成図である。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a projection display device (projection display device) according to the second embodiment of the present invention.
本発明による投影表示装置は、光源31と、照明光学系32と、空間光変調器33と、吸光板34と、投影光学系35と、スクリーン36と、制御部37とを備えている。本実施の形態では、空間光変調器33として、前述した第1の実施の形態による光学デバイスが用いられている。
The projection display device according to the present invention includes a
光源31から発せられた照明光は、照明光学系32を通過した後、空間光変調器33に照射される。空間光変調器33の各単位素子はそれぞれそのミラー4が第1の角度(図5(a)に示す状態)あるいは第2の角度(図5(b)又は図5(c)に示す状態)を有しているとする。第1の角度では、入射光は第1の方向へ反射され、吸光板34に到達し、その光は消滅する。第2の角度では、入射光は第2の方向へ反射され、投影光学系35を通過した後、スクリーン36上に投影される。制御部37は、画像信号に従って空間光変調器33に制御信号を送って空間光変調器33を制御し、各単位素子のミラー4の角度を画像信号に応じて変更させる。この制御により、入力された画像信号が示す静止画像や動画像がスクリーン36上に形成できる。
The illumination light emitted from the
本実施の形態は、いわゆる白黒の表示装置の例であったが、カラー化も従来技術を流用することにより達成可能である。図示していないが、例えば、照明光学系32の中に、あるいは照明光学系32と空間光変調器33との間に、カラーホイールを設置する、あるいは、光源31を赤・青・緑の三色が時間分割制御できるようなものであるとし、空間光変調器33と同期させることによりカラー化が達成可能である。
Although this embodiment is an example of a so-called black and white display device, colorization can also be achieved by diverting the prior art. Although not shown, for example, a color wheel is installed in the illumination
なお、本発明による光学デバイスを用いた投影表示装置は、本実施の形態のようなタイプの表示装置に限定されるものではなく、種々のタイプの投影表示装置に用いることができる。投影画像表示装置の構成例としては、空間光変調器として、液晶パネルやDMDなどを用いたものが種々提案されている。DMDを用いた投影画像表示装置で使われる光学系については、本発明の光学デバイスによる空間光変調器がDMDと同様のミラー角度を変更するミラーデバイスであるため、基本的に全く同等のものが使用できる。液晶パネルを用いた投影画像表示装置は、原理的に偏光した光線を用い、また、反射型だけでなく、透過型のものもある。このため、本発明による光学デバイスによる空間光変調器にこれらの光学系を適応させる場合は、それらの点に関して変更を伴えばよい。 The projection display device using the optical device according to the present invention is not limited to the type of display device as in the present embodiment, and can be used for various types of projection display devices. As a configuration example of the projection image display device, various types using a liquid crystal panel, DMD, or the like as a spatial light modulator have been proposed. Regarding the optical system used in the projection image display apparatus using DMD, the spatial light modulator by the optical device of the present invention is a mirror device that changes the mirror angle similar to that of DMD, and therefore basically the same one is used. Can be used. Projection image display devices using a liquid crystal panel use polarized light in principle, and there are transmission types as well as reflection types. For this reason, when these optical systems are adapted to the spatial light modulator by the optical device according to the present invention, it is sufficient to change those points.
なお、空間光変調器を用いた応用用途としては、投影画像表示装置などの映像用途のみならなず、前述した光学的情報処理装置や静電写真印刷装置、さらに、半導体製造装置の一つである露光装置、光通信に使われる光スイッチやSwitched Blazed Grating Device、印刷分野で使われるプレートセッターなど様々な用途があるが、本発明もこれらに適応できる。 Note that the application using a spatial light modulator is not only a video application such as a projection image display device, but also an optical information processing device, an electrophotographic printing device, and one of semiconductor manufacturing devices described above. There are various uses such as an exposure apparatus, an optical switch used in optical communication, a switched-blazed grating device, and a plate setter used in the printing field. The present invention is also applicable to these.
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図10は、本発明の第3の実施の形態による光学デバイスの単位素子の板状部材2を模式的に示す概略平面図であり、図3に対応している。図10において、図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 10 is a schematic plan view schematically showing the plate-
本実施の形態による光学デバイスが前記第1の実施の形態による光学デバイスと異なる所は、前記第1の実施の形態では、板状部材2がその2辺付近のみで脚部3を介して基板1に対して固定されていたのに対し、本実施の形態では、板状部材2がその4辺付近で脚部3を介して基板1に対して固定されている点のみである。
The optical device according to the present embodiment is different from the optical device according to the first embodiment in that, in the first embodiment, the plate-
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
図11は、本発明の第4の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略断面図であり、図4に対応している。図11において、図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit element of an optical device according to the fourth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 11, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
本実施の形態による光学デバイスが前記第1の実施の形態による光学デバイスと異なる所は、接続部11がミラー4の中心に配置されている点と、接続部11が板状部材2の中心に固定されている点と、板状部材2のX軸方向の中央付近において基板1上に形成されていた1つの固定電極5に代えて、板状部材2の−X側と−X側にX軸方向に関して対称的な位置に2つの固定電極5a,5bが基板1上に形成されている点と、全体として連続した1つのアルミニウム膜9が、−X側と+X側の2つのアルミニウム膜9a,9bに分離されている点のみである。
The optical device according to the present embodiment is different from the optical device according to the first embodiment in that the
本実施の形態では、アルミニウム膜9aの、固定電極5aと対向する領域9a’が、固定電極5aとの間の電圧により固定電極5aとの間に静電力を生じ得る可動電極となっている。また、アルミニウム膜9bの、固定電極5bと対向する領域9b’が、固定電極5bとの間の電圧により固定電極5bとの間に静電力を生じ得る可動電極となっている。
In the present embodiment, the
図12及び図13は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図11を大幅に簡略化した断面図に相当している。 12 and 13 are diagrams schematically showing each operation state of the optical device according to the present embodiment, and correspond to a cross-sectional view that greatly simplifies FIG.
図12(a)は、図11と同じく、電極5a,電極9a’間及び電極5b,電極9b’間にそれぞれ電圧を印加せず、それらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材2は変形しておらず、平坦形状になっている。このため、ミラー4は、基板1に対して平行を維持している。
FIG. 12A shows a state where no voltage is applied between the
図12(b)は、電極5a,9a’間に比較的高い電圧を印加して両者の間に比較的大きい静電力を発生させる一方、電極5b,電極9b’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材2は、電極9a’付近で電極5a付近に当接するが、電極5b,9b’の間隔は比較的大きくなっている。この状態では、ミラー4が比較的大きく図中の左側へ傾いている。
In FIG. 12B, a relatively high voltage is applied between the
図12(c)は、電極5b,9b’間に比較的高い電圧を印加して両者の間に比較的大きい静電力を発生させる一方、電極5a,電極9a’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材2は、電極9b’付近で電極5b付近に当接するが、電極5a,9a’の間隔は比較的大きくなっている。この状態では、ミラー4が比較的大きく図中の右側へ傾いている。
In FIG. 12C, a relatively high voltage is applied between the
図13(a)は、電極5b,9b’間にさほど高くない電圧を印加して両者の間に静電力を発生させる一方、電極5a,電極9a’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材2は、電極9b’付近で電極5b付近に近づくが、電極5a,9a’の間隔は比較的大きくなっている。この状態では、ミラー4がさほど大きくなく図中の右側へ傾いている。その傾き角度は、電極5b,9b’間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。
In FIG. 13A, a not so high voltage is applied between the
図面には示していないが、図13(a)の場合と逆に、電極5a,9a’間にさほど高くない電圧を印加して両者の間に静電力を発生させる一方、電極5b,電極9b’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態にすると、板状部材2は、電極9a’付近で電極5a付近に近づくが、電極5b,9b’の間隔は比較的大きくなる。この状態では、ミラー4がさほど大きくなく図中の左側へ傾く。その傾き角度は、電極5a,9a’間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。
Although not shown in the drawing, contrary to the case of FIG. 13A, a not so high voltage is applied between the
図13(b)は、電極5a,9a’間及び電極5b,電極9b’間にそれぞれ比較的高い電圧を印加してそれら間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材2は、電極9a’付近で電極5a付近に当接するとともに、電極9b’付近で電極5b付近に当接している。この状態では、ミラー4は、基板1に対して平行を維持したまま、最も低い位置に位置している。
FIG. 13B shows a state in which a relatively high voltage is applied between the
図13(c)は、電極5a,9a’間及び電極5b,電極9b’間にそれぞれさほど高くない電圧を印加してそれら間にさほど大きくない静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材2は、電極9a’付近で電極5a付近に近づくとともに、電極9b’付近で電極5b付近に同程度近づいている。この状態では、ミラー4は、基板1に対して平行を維持したまま、中間の高さ位置に位置している。その高さは、電極5a,9a’間及び電極5b,9b’間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。
FIG. 13C shows a state in which a not so high voltage is applied between the
このように、本実施の形態によれば、図12(a)〜(c)及び図13(a)に示すように、ミラー4の傾きを変化させることができるだけではなく、図12(a)、図13(b)(c)に示すように、ミラー4を基板1に対して平行に維持したまま、高さを変えることができる。
Thus, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 12A to 12C and FIG. 13A, not only the inclination of the
よって、本実施の形態によれば、反射光の方向を変えることができるのみならず、ミラー4を傾けることなく高さ位置を変えることで反射光の光学距離を変えて反射光の位相をシフトさせることが可能となり、位相変調器としても用いることができる。
Therefore, according to the present embodiment, not only the direction of the reflected light can be changed, but also the optical distance of the reflected light is changed by changing the height position without tilting the
これ以外については、本実施の形態によっても前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態による光学デバイスを図9中の空間光変調器33として用いる場合は、例えば、前記第1の角度で図12(a)に示す状態にするとともに、前記第2の角度で図12(b)に示す状態にすればよい。
Except for this, the present embodiment can provide the same advantages as those of the first embodiment. When the optical device according to the present embodiment is used as the spatial
なお、本実施の形態では、固定電極5aを2つの固定電極5a,5bに代えることと、アルミニウム膜9を2つのアルミニウム膜9a’,9b’に分離することとの、両方を同時に行ったが、そのいずれか一方のみを行っても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
In this embodiment, the fixed
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
1 基板
2 板状部材
4 ミラー
5 固定電極
1
Claims (9)
前記板状部材は、前記板状部材の周辺部における全周又はその一部に渡る所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、
前記所定箇所は、前記板状部材の前記周辺部において互いに対向する2箇所を含み、
被駆動体が、前記板状部材の撓み変形可能な領域のうちの所定部位に局所的に機械的に接続され、
前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが変化するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得る、
ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。 A base, a plate-like member supported by the base, and a driving force applying means;
The plate-like member is fixed to the base at a predetermined location over the entire circumference or a part of the periphery of the plate-like member, and can be bent and deformed in a region other than the predetermined location in the plate-like member. Yes,
The predetermined location includes two locations facing each other in the peripheral portion of the plate-shaped member,
A driven body is locally mechanically connected to a predetermined portion of the plate-shaped member in a deformable region;
In response to the signal, the driving force applying means is configured so that the region of the plate-like member that can be bent and deformed is bent and the inclination of the predetermined portion of the plate-like member is changed. A driving force can be applied to at least a part,
A microactuator characterized by that.
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