JP5612555B2 - Micromirror element and micromirror array - Google Patents

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Description

本発明は、通信用の光スイッチング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナ、波長選択スイッチ等に使用されるマイクロミラー素子およびマイクロ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 micromirror array used for optical switching elements for communication, measuring instruments, displays, scanners, wavelength selective switches, and the like.

インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重(WDM)化および低コスト化を実現する技術として、光MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が脚光を浴びており、光MEMS技術を用いた光スイッチが開発されている(特許文献1参照)。このMEMS型の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配列したマイクロミラーアレイである。   In the field of optical networks that serve as the foundation of Internet communication networks, optical MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology is in the spotlight as a technology that realizes multi-channel, wavelength division multiplexing (WDM), and cost reduction. An optical switch using optical MEMS technology has been developed (see Patent Document 1). The most characteristic component of the MEMS type optical switch is a micromirror array in which a plurality of micromirror elements are arranged.

光スイッチは、光を電気信号に変換することなく、経路切り替えを可能にするものであり、また、光スイッチを用いれば、多重化された光であっても、これを波長ごとに分波することなく経路の切り替えが可能である。このような光スイッチは、例えば、使用している経路に障害が発生した際に別の経路に信号を振り分け、通信できる状態を維持するために用いられている。   An optical switch enables path switching without converting light into an electrical signal. If an optical switch is used, even multiplexed light is demultiplexed for each wavelength. It is possible to switch the route without any problem. Such an optical switch is used, for example, to distribute a signal to another path when a failure occurs in the path being used and maintain a state where communication is possible.

また、近年、多重化された光を波長毎に分波した後で分波した各々の波長の光の経路を個別に選択する波長選択スイッチが研究開発されているが、ここにもマイクロミラー素子が使用されている。   In recent years, wavelength selective switches that individually demultiplexed light for each wavelength after demultiplexing the multiplexed light for each wavelength have been researched and developed. Is used.

以下、特許文献1に示されたマイクロミラー素子(マイクロミラーアレイ)について、図10を用いて説明する。ここでは、マイクロミラー素子を、ミラー基板とこれに対向配置された電極基板とから構成している。ミラー基板は、ミラーとして作用する複数の可動構造体と、この可動構造体をトーションばねなどのばね部材によって回動可能に支持する支持部材とを有する。また、電極基板には、ミラーとして作用する可動構造体に対応した複数の電極部が、土台となる基板の上に形成されている。   Hereinafter, the micromirror element (micromirror array) disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. Here, the micromirror element is composed of a mirror substrate and an electrode substrate disposed opposite thereto. The mirror substrate has a plurality of movable structures that act as mirrors, and a support member that rotatably supports the movable structures by a spring member such as a torsion spring. The electrode substrate is formed with a plurality of electrode portions corresponding to the movable structure acting as a mirror on the base substrate.

図10は、ミラー基板および電極基板の構成を概略的に示す斜視図である。なお、図10は、主にマイクロミラーアレイの1構成単位であるマイクロミラー素子を部分的に示している。マイクロミラーアレイは、図10に示す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。マイクロミラー素子は、ミラーが形成されたミラー基板1000と、電極が形成された電極基板1300とを備え、これらが平行に配設されている。   FIG. 10 is a perspective view schematically showing the configuration of the mirror substrate and the electrode substrate. FIG. 10 partially shows a micromirror element, which is mainly one structural unit of the micromirror array. The micromirror array is one in which the micromirror elements shown in FIG. 10 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. The micromirror element includes a mirror substrate 1000 on which a mirror is formed and an electrode substrate 1300 on which an electrode is formed, and these are arranged in parallel.

ミラー基板1000は、板状の基部1010とリング状の可動枠1020と円板状のミラー1030とを備える。基部1010は、平面視略円形の開口を備える。可動枠1020は、基部1010の開口内に配置され、一対の連結部1011a,1011bにより基部1010に連結している。また、可動枠1020も、平面視略円形の開口を備えている。ミラー1030は、可動枠1020の開口内に配置され、一対のミラー連結部1021a,1021bにより可動枠1020に連結されている。また、基部1010の周辺部には、可動枠1020およびミラー1030を取り囲む枠部1040が形成されている。枠部1040は、絶縁層1050を介して基部1010に固定されている。   The mirror substrate 1000 includes a plate-shaped base 1010, a ring-shaped movable frame 1020, and a disk-shaped mirror 1030. The base 1010 includes an opening that is substantially circular in plan view. The movable frame 1020 is disposed in the opening of the base portion 1010 and is connected to the base portion 1010 by a pair of connecting portions 1011a and 1011b. The movable frame 1020 also has an opening that is substantially circular in plan view. The mirror 1030 is disposed in the opening of the movable frame 1020 and is coupled to the movable frame 1020 by a pair of mirror coupling portions 1021a and 1021b. In addition, a frame portion 1040 that surrounds the movable frame 1020 and the mirror 1030 is formed in the periphery of the base portion 1010. The frame portion 1040 is fixed to the base portion 1010 with an insulating layer 1050 interposed therebetween.

連結部1011a,1011bは、可動枠1020の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションばねから構成され、基部1010と可動枠1020とを連結している。このように基部1010に連結された可動枠1020は、連結部1011a,1011bを通る回動軸(可動枠回動軸)を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部1021a,1021bは、可動枠1020の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションばねから構成され、可動枠1020とミラー1030とを連結している。このように可動枠1020に連結されたミラー1030は、ミラー連結部1021a,1021bを通る回動軸(ミラー回動軸)を中心に回動可能とされている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。   The connecting portions 1011a and 1011b are provided in the cutouts of the movable frame 1020, are formed of torsion springs having a zigzag shape, and connect the base portion 1010 and the movable frame 1020. The movable frame 1020 connected to the base 1010 in this way is rotatable about a rotation axis (movable frame rotation axis) passing through the connection portions 1011a and 1011b. Further, the mirror connecting portions 1021a and 1021b are provided in the cutouts of the movable frame 1020, are constituted by torsion springs having a zigzag shape, and connect the movable frame 1020 and the mirror 1030. Thus, the mirror 1030 connected to the movable frame 1020 can be rotated around a rotation axis (mirror rotation axis) passing through the mirror connection portions 1021a and 1021b. The movable frame rotation axis and the mirror rotation axis are orthogonal to each other.

一方、電極基板1300は、板状の基部1310と基部1310の上面に突出する突出部1320と、突出部1320の周辺部に突出部1320を挟むように並設された一対の凸部1360aおよび凸部1360bを備えている。突出部1320は、角錐台の形状を有する第2テラス1322と、第2テラス1322の上面に形成された角錐台の形状を有する第1テラス1321と、第1テラス1321の上面に形成された角錐台の形状を有するピボット1330とから構成される。ピボット1330は、ミラー1030の中央部に対応して配置されている。   On the other hand, the electrode substrate 1300 includes a plate-like base portion 1310, a protruding portion 1320 protruding from the upper surface of the base portion 1310, and a pair of protruding portions 1360a and a protruding portion arranged in parallel so as to sandwich the protruding portion 1320 around the protruding portion 1320. Part 1360b. The protrusion 1320 includes a second terrace 1322 having a truncated pyramid shape, a first terrace 1321 having a truncated pyramid shape formed on the upper surface of the second terrace 1322, and a pyramid formed on the upper surface of the first terrace 1321. And a pivot 1330 having a base shape. Pivot 1330 is arranged corresponding to the central portion of mirror 1030.

また、突出部1320の外面を含む電極基板1300の上面には、対向するミラー基板1000のミラー1030と同心の円内に、扇形の電極1340a,電極1340b,電極1340c,電極1340dが形成されている。さらに、電極基板1300の突出部1320の周囲の凸部1360aおよび凸部1360bの内側には、配線1370が形成され、配線1370には、引き出し線1341a〜1341dを介して電極1340a〜1340dが接続されている。これら電極および配線は、電極基板1300の表面に形成された絶縁層1311の上に形成されている。   Further, on the upper surface of the electrode substrate 1300 including the outer surface of the protruding portion 1320, fan-shaped electrodes 1340a, 1340b, 1340c, and 1340d are formed in a circle concentric with the mirror 1030 of the opposing mirror substrate 1000. . Furthermore, a wiring 1370 is formed inside the projections 1360a and 1360b around the protrusion 1320 of the electrode substrate 1300, and electrodes 1340a to 1340d are connected to the wiring 1370 via lead wires 1341a to 1341d. ing. These electrodes and wirings are formed on an insulating layer 1311 formed on the surface of the electrode substrate 1300.

上述した構成とされたミラー基板1000と電極基板1300とは、各々対応するミラー1030と電極1340a〜1340dとが対向配置され、基部1010の下面が、基部1310の凸部1360aおよび凸部1360bの上面に絶縁層1311を介して接合されマイクロミラー素子が形成される。   In the mirror substrate 1000 and the electrode substrate 1300 configured as described above, the corresponding mirror 1030 and the electrodes 1340a to 1340d are arranged to face each other, and the lower surface of the base portion 1010 is the upper surface of the convex portion 1360a and the convex portion 1360b of the base portion 1310. Are bonded via an insulating layer 1311 to form a micromirror element.

このようなマイクロミラー素子においては、ミラー1030を接地し、電極1340a〜1340d間に正または負の電圧を与え、加えて電極1340a〜1340dの間に非対称な電位差を生じさせることで、ミラー1030を静電引力で吸引し、ミラー1030を任意の方向へ回動させることができる。   In such a micromirror element, the mirror 1030 is grounded, a positive or negative voltage is applied between the electrodes 1340a to 1340d, and an asymmetric potential difference is generated between the electrodes 1340a to 1340d. The mirror 1030 can be rotated in an arbitrary direction by being attracted by electrostatic attraction.

また、上述したマイクロミラー素子から構成されるマイクロミラーアレイを用いることで、波長分割多重のための波長選択スイッチが構成できる。この波長選択スイッチの構成について、図11を用いて説明する。図11は、m波長多重WDM用の1入力n出力(m,nは2以上の整数)の分波型波長選択スイッチの構成例を示す斜視図である。   In addition, a wavelength selective switch for wavelength division multiplexing can be configured by using a micromirror array including the above-described micromirror elements. The configuration of this wavelength selective switch will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a perspective view showing a configuration example of a 1-input n-output (m, n is an integer of 2 or more) branching wavelength selective switch for m wavelength division multiplexing WDM.

この波長選択スイッチは、1本の入力側光ファイバ1101と、n本の出力側光ファイバ1102−1〜1102−nと、入力側光ファイバ1101の入力ポート1101aからの入力光を回折してm本の特定波長の光信号に分波する回折格子1103とを備える。また、回折格子1103により回折された最大m本の光信号を波長毎に、対応する出力側光ファイバ1102−1〜1102−nの出力ポート1102a−1〜1102a−nに反射するm個のマイクロミラー素子1104−1〜1104−mを配列したマイクロミラーアレイ1104を備える。   This wavelength selective switch diffracts input light from one input side optical fiber 1101, n output side optical fibers 1102-1 to 1102-n, and an input port 1101a of the input side optical fiber 1101 to m. And a diffraction grating 1103 for demultiplexing an optical signal having a specific wavelength. In addition, m micro-waves that reflect the maximum m optical signals diffracted by the diffraction grating 1103 to the output ports 1102a-1 to 1102a-n of the corresponding output-side optical fibers 1102-1 to 1102-n for each wavelength. A micromirror array 1104 in which mirror elements 1104-1 to 1104-m are arranged is provided.

この波長選択スイッチでは、図11の(a)に示すように、任意の波長の光信号に対応する例えばマイクロミラー素子のミラー1104−1をx軸回りに回動させ、回折されて当該ミラーに入射した光信号を反射して所定の出力ポートに結合させることにより、入力側光ファイバ1101から入力された最大m波長の光信号の所定の波長の光信号のみを、任意の出力側光ファイバ1102−1〜1102−nから出力させる。   In this wavelength selective switch, as shown in FIG. 11A, for example, a mirror 1104-1 of a micromirror element corresponding to an optical signal of an arbitrary wavelength is rotated around the x axis, and is diffracted and applied to the mirror. By reflecting the incident optical signal and coupling it to a predetermined output port, only an optical signal having a predetermined wavelength of the maximum m wavelength optical signal input from the input side optical fiber 1101 can be changed to an arbitrary output side optical fiber 1102. -1 to 1102-n.

また、マイクロミラー素子のミラーをx軸と直交するy軸回りに回動させることにより、出力側光ファイバ1102−1〜1102−nの配列方向と直交する方向に回折した光信号を移動させ、いわゆる結合ずれが生じさせることにより、他の出力側光ファイバに光信号が漏れ込むことなくパワーを調節することができる。このように、波長選択スイッチは、単に特定の波長の光信号を任意の出力ポートから出力させるのみならず、その光信号のパワーも調節し、最大m波長の光信号全てのパワーを同等にするパワー等価機能も備えている。   In addition, the optical signal diffracted in the direction orthogonal to the arrangement direction of the output side optical fibers 1102-1 to 1102-n is moved by rotating the mirror of the micromirror element about the y axis orthogonal to the x axis, By causing a so-called coupling shift, the power can be adjusted without the optical signal leaking into the other output side optical fiber. In this way, the wavelength selective switch not only outputs an optical signal of a specific wavelength from an arbitrary output port, but also adjusts the power of the optical signal to equalize the power of all optical signals of maximum m wavelengths. It also has a power equivalent function.

上述したような波長選択スイッチに用いられるマイクロミラーアレイの小型化を実現するには、マイクロミラー素子を高密度に配列する必要がある。このように、高集積するときには、光信号の透過帯域を十分確保するために、ミラーピッチに対するミラー幅の割合を80%以上とすることが望ましい。この割合は、フィルファクタと呼ばれている。フィルファクタを80%以上にするということは、例えば、ミラーピッチが100μmの場合、ミラーの間隔を20μm以下にしなければならないことを意味している。近年、光信号の信号速度が10Gbpsから40Gpsに上昇しており、将来的には信号速度のさらなる高速化が見込まれる現状では、ミラーの間隔は可能な限り小さいことが望ましい。   In order to reduce the size of the micromirror array used in the wavelength selective switch as described above, it is necessary to arrange the micromirror elements at high density. As described above, when highly integrated, it is desirable that the ratio of the mirror width to the mirror pitch is 80% or more in order to ensure a sufficient transmission band of the optical signal. This ratio is called the fill factor. The fact that the fill factor is 80% or more means that, for example, when the mirror pitch is 100 μm, the mirror interval must be 20 μm or less. In recent years, the signal speed of optical signals has increased from 10 Gbps to 40 Gbps, and in the present situation where further increase in signal speed is expected in the future, it is desirable that the mirror interval be as small as possible.

しかしながら、上述した構成のマイクロミラー素子では、リング状の可動枠の開口内にミラーが配設されてるため、ミラーの間隔は、少なくとも可動枠の幅の2倍を必要とする。このため、ミラーの間隔をより小さくするためには、可動枠の幅を小さくすることになる。しかしながら、可動枠は、ミラーを支持する構造体でもあるので、強度を確保するためにある程度の幅が必要であり、細くすることが容易ではない。このため、可動枠を用いる上述したマイクロミラー素子では、高いフィルファクタを実現することが難しく、光信号の透過帯域を十分に確保することが困難である。   However, in the micromirror element configured as described above, since the mirror is disposed in the opening of the ring-shaped movable frame, the distance between the mirrors needs to be at least twice the width of the movable frame. For this reason, in order to make the space | interval of a mirror smaller, the width | variety of a movable frame will be made small. However, since the movable frame is also a structure that supports the mirror, a certain amount of width is necessary to ensure strength, and it is not easy to make it thin. For this reason, in the above-described micromirror element using a movable frame, it is difficult to realize a high fill factor, and it is difficult to secure a sufficient transmission band of an optical signal.

上述した問題を解消する技術として、片持ち梁構造の可動電極を用い、ミラーの両端に連結部を介して上記可動電極を連結したマイクロミラー素子が提案されている(特許文献2参照)。このマイクロミラー素子では、支持部に一端が接続された少なくとも3つの可動電極(可動梁)を用い、このうち2つの可動電極をミラーの一端にばね部材(連結部)を介して接続し、残りの可動電極をミラーの他端にばね部材を介して接続している。また、各可動電極の可動する側に対向して配置された固定電極を備え、固定電極に対する電圧印加で発生する静電引力で、可動電極を変位させている。この可動電極の変位により、ミラーを回動させる。   As a technique for solving the above-described problem, a micromirror element has been proposed in which a movable electrode having a cantilever structure is used and the movable electrode is connected to both ends of a mirror via a connecting portion (see Patent Document 2). In this micromirror element, at least three movable electrodes (movable beams) having one end connected to the support portion are used, and two of these movable electrodes are connected to one end of the mirror via a spring member (connecting portion), and the rest The movable electrode is connected to the other end of the mirror via a spring member. In addition, a fixed electrode disposed opposite to the movable side of each movable electrode is provided, and the movable electrode is displaced by electrostatic attraction generated by voltage application to the fixed electrode. The mirror is rotated by the displacement of the movable electrode.

このマイクロミラー素子では、ミラーを挟んで対向配置される2組の可動電極の配置方向の第1回動軸と、これに直交する第2回動軸との2軸動作を可能としている。このマイクロミラー素子では、前述したマイクロミラー素子とは異なり、2軸動作をするために枠部を必要としないので、ミラーアレイとするときに、複数のマイクロミラー素子を前述したマイクロミラー素子に比較してより狭い間隔で配列させることができる。   In this micromirror element, a two-axis operation is possible with a first rotation axis in the arrangement direction of two sets of movable electrodes arranged opposite to each other with a mirror interposed therebetween, and a second rotation axis perpendicular thereto. Unlike the above-described micromirror element, this micromirror element does not require a frame portion to perform biaxial operation. Therefore, when a mirror array is used, a plurality of micromirror elements are compared with the above-described micromirror element. And can be arranged at narrower intervals.

特開2003−057575号公報JP 2003-057575 A 特開2009−229916号公報JP 2009-229916 A 特開2010−096996号公報JP 2010-096996 A

しかしながら、上述したマイクロミラー素子は、ミラーを挟んで対向する2箇所に可動電極を配置するために、この方向に長くなる。このため、マイクロミラーアレイが占有する面積が大きくなり、マイクロミラーアレイの高集積化を阻害するものとなる。また、各可動電極の可動する側に対向して配置された固定電極の個数が少なくとも3つ必要となるが、マイクロミラーアレイのアレイ数が増大するに従い、これら固定電極への配線数が増大し、ワイヤーボンディング等による実装コストの増大や信頼性の低下が懸念される。   However, the above-described micromirror element is long in this direction because the movable electrode is disposed at two locations facing each other across the mirror. For this reason, the area occupied by the micromirror array is increased, which hinders high integration of the micromirror array. In addition, the number of fixed electrodes arranged to face the movable side of each movable electrode is required, but as the number of micromirror arrays increases, the number of wires to these fixed electrodes increases. In addition, there is a concern about an increase in mounting cost and a decrease in reliability due to wire bonding or the like.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、2軸動作が可能なマイクロミラー素子をより小さな領域により多く配列でき、かつ実装コストを低減できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is intended to be able to arrange more micromirror elements capable of two-axis operation in a smaller region and to reduce the mounting cost. Objective.

本発明に係るマイクロミラー素子は、基板の上に離間して配置されたミラーと、ミラーの一端を1つの連結部を介して連結して基板の上で支持する第1支持部と、ミラーを挟んで第1支持部に対向する第2支持部と、第2支持部に一端が支持されて他端がミラーの他端に各々1つの連結部を介して連結する第1可動梁および第2可動梁と、第1可動梁のミラー側の他端を基板より離れる方向および基板に近づく方向の選択された第1方向に変位させるための第1駆動電極と、第2可動梁のミラー側の他端を第1方向に変位させるための第2駆動電極と、第1可動梁を挟んで第1駆動電極に対向配置された第1電界分離電極と、第2可動梁を挟んで第2駆動電極に対向配置された第2電界分離電極とを少なくとも備える。 A micromirror element according to the present invention includes a mirror that is spaced apart on a substrate, a first support portion that supports one end of the mirror via one connection portion, and supports the mirror on the substrate, A second support portion sandwiched between the first support portion, a first movable beam having one end supported by the second support portion and the other end connected to the other end of the mirror via one connecting portion; A movable beam; a first drive electrode for displacing the other end of the first movable beam on the mirror side in a selected first direction away from the substrate and a direction approaching the substrate; and a mirror side of the second movable beam on the mirror side A second drive electrode for displacing the other end in the first direction, a first electric field separation electrode disposed opposite to the first drive electrode across the first movable beam, and a second drive across the second movable beam And at least a second electric field separation electrode disposed to face the electrode .

上記マイクロミラー素子において、第1電界分離電極は、第1可動梁の平面に対向する平面部および第1可動梁の可動領域を第1電界分離電極の側に延長した領域を挟む2つの側部から構成し、第2電界分離電極は、第2可動梁の平面に対向する平面部および第2可動梁の可動領域を第2電界分離電極の側に延長した領域を挟む2つの側部から構成してもよい。 In the micromirror element, the first electric field separation electrode includes two side portions sandwiching a flat portion facing the flat surface of the first movable beam and a region obtained by extending the movable region of the first movable beam toward the first electric field separation electrode. The second electric field separation electrode is composed of a plane portion facing the plane of the second movable beam and two side portions sandwiching a region obtained by extending the movable region of the second movable beam toward the second electric field separation electrode. May be.

記マイクロミラー素子において、第1駆動電極は、第1可動梁の平面に対向する平面部および第1可動梁の可動領域を挟む2つの側部から構成され、第2駆動電極は、第2可動梁の平面に対向する平面部および第2可動梁の可動領域を挟む2つの側部から構成されているようにしてもよい。 In the above SL micromirror device, the first driving electrode is composed of two sides sandwiching the movable area of the flat portion and the first movable beam facing the plane of the first movable beam, the second driving electrode, second You may make it comprise from the 2nd side part which pinches | interposes the movable part of the plane part and 2nd movable beam which oppose the plane of a movable beam.

また、本発明に係るマイクロミラーアレイは、上述したマイクロミラー素子が複数配列されたマイクロミラーアレイであり、複数のマイクロミラー素子が、第1駆動電極および第2駆動電極の配列方向に配列され、配列方向に隣り合うマイクロミラー素子は、第1可動梁および第2可動梁が異なる側に配置されている。   The micromirror array according to the present invention is a micromirror array in which a plurality of the above-described micromirror elements are arranged, and the plurality of micromirror elements are arranged in the arrangement direction of the first drive electrode and the second drive electrode, In the micromirror elements adjacent to each other in the arrangement direction, the first movable beam and the second movable beam are arranged on different sides.

以上説明したように、本発明によれば、ミラーの他端に接続する2つの第1可動梁および第2可動梁によりミラーを動作させるようにしたので、2軸動作が可能なマイクロミラー素子をより小さな領域により多く配列でき、かつ実装コストを低減できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, since the mirror is operated by the two first movable beams and the second movable beam connected to the other end of the mirror, the micromirror element capable of two-axis operation is provided. It is possible to obtain an excellent effect that more can be arranged in a smaller area and the mounting cost can be reduced.

図1Aは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラー素子の構成を示す平面図である。FIG. 1A is a plan view showing the configuration of the micromirror element according to Embodiment 1 of the present invention. 図1Bは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラー素子の構成を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the micromirror element according to Embodiment 1 of the present invention. 図1Cは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。FIG. 1C is a perspective view showing a partial configuration of the micromirror element according to Embodiment 1 of the present invention. 図2Aは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラーアレイの構成を示す平面図である。FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the micromirror array according to Embodiment 1 of the present invention. 図2bは、本発明の実施の形態1における他のマイクロミラーアレイの構成を示す平面図である。FIG. 2b is a plan view showing the configuration of another micromirror array according to Embodiment 1 of the present invention. 図3は、連結部103の構成を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the connecting portion 103. 図4は、本発明の実施の形態2におけるマイクロミラー素子の構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the micromirror element according to Embodiment 2 of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態2におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the micromirror element according to the second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態2におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a partial configuration of the micromirror element according to the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態2におけるマイクロミラー素子の動作を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the operation of the micromirror element according to the second embodiment of the present invention. 図8は、駆動電圧Vとミラーの回転(回動)角θとの関係を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the drive voltage V and the rotation (rotation) angle θ of the mirror. 図9は、ミラーの回転角とdθ/dVとの関係を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotation angle of the mirror and dθ / dV. 図10は、従来のマイクロミラー素子の構成を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a conventional micromirror element. 図11は、ミラーを用いた分波型波長選択スイッチの構成を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a demultiplexing type wavelength selective switch using a mirror.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について説明する。図1Aは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラー素子の構成を示す平面図である。また、図1Bは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラー素子の構成を示す断面図である。また、図1Cは、本発明の実施の形態1におけるマイクロミラー素子の一部構成を示す斜視図である。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1A is a plan view showing the configuration of the micromirror element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the micromirror element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1C is a perspective view showing a partial configuration of the micromirror element according to Embodiment 1 of the present invention.

このマイクロミラー素子は、基板101の上に離間して配置されたミラー102と、ミラー102の一端を1つの連結部103を介して連結して基板101の上で支持する第1支持部104と、ミラー102を挟んで第1支持部104に対向する第2支持部105と、第2支持部105に一端が支持されて他端がミラー102の他端に各々1つの連結部106a,106bを介して連結する2つの第1可動梁107および第2可動梁108とを備える。   The micromirror element includes a mirror 102 disposed on a substrate 101 so as to be spaced apart from each other, a first support portion 104 that supports one end of the mirror 102 via one connection portion 103 and supports the substrate 102 on the substrate 101. The second support part 105 facing the first support part 104 with the mirror 102 interposed therebetween, one end supported by the second support part 105 and the other end having one connecting part 106a, 106b at the other end of the mirror 102, respectively. The first movable beam 107 and the second movable beam 108 are connected to each other.

また、このマイクロミラー素子は、第1可動梁107のミラー102側の他端を基板101より離れる方向および基板101に近づく方向の選択された第1方向に変位させるための第1駆動電極109と、第2可動梁108のミラー102側の他端を上記第1方向に変位させるための第2駆動電極110とを備える。図1Aおよび図1Bでは、上記第1方向を、基板101に近づく方向としている。なお、例えば、第1支持部104,第2支持部105は、基板101の上に絶縁層121を介して形成されている。また、例えば、第1駆動電極109は、絶縁層121の下の基板101の上に形成された配線122に、絶縁層121を貫通するコンタクト配線123を介して接続している。また、基板101の図示しない領域には、上述した変位のための駆動信号を発生する駆動回路などが形成されている。   The micromirror element also includes a first drive electrode 109 for displacing the other end of the first movable beam 107 on the mirror 102 side in a selected first direction away from the substrate 101 and in a direction approaching the substrate 101. And the second drive electrode 110 for displacing the other end of the second movable beam 108 on the mirror 102 side in the first direction. In FIG. 1A and FIG. 1B, the first direction is a direction approaching the substrate 101. For example, the first support part 104 and the second support part 105 are formed on the substrate 101 via an insulating layer 121. For example, the first drive electrode 109 is connected to a wiring 122 formed on the substrate 101 below the insulating layer 121 via a contact wiring 123 that penetrates the insulating layer 121. In addition, in a region (not shown) of the substrate 101, a drive circuit that generates a drive signal for the above-described displacement is formed.

上述した実施の形態1におけるマイクロミラー素子は、第1駆動電極109および第2駆動電極110を形成した電極基板と、連結部103,ミラー102,連結部106a,連結部106b,第1可動梁107,第2可動梁108などを形成したミラー基板とを、支持構造体を介して貼り合わせることで形成すればよい。   The micromirror element according to the first embodiment described above includes the electrode substrate on which the first drive electrode 109 and the second drive electrode 110 are formed, the connecting portion 103, the mirror 102, the connecting portion 106a, the connecting portion 106b, and the first movable beam 107. The mirror substrate on which the second movable beam 108 and the like are formed is bonded to the support substrate through a support structure.

ミラー基板は、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板から形成すればよい。SOI基板は、シリコンからなる厚い基体部の上に埋め込み絶縁層を介して薄いシリコン層(SOI層)を備えたものであり、SOI層を加工することで、連結部103,ミラー102,連結部106a,連結部106b,第1可動梁107,第2可動梁108などの板状の構造体を形成すればよい。このとき、連結部103に接続する周辺部および第1可動梁107,第2可動梁108に接続する周辺部も同時に形成する。これら構造体を加工した後、基体部,埋め込み絶縁層などを除去すればよい。また、ミラー102に形成する反射膜は、所望とする金属を例えばスパッタ法や蒸着法などにより堆積することで形成すればよい。   The mirror substrate may be formed from, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate. The SOI substrate is provided with a thin silicon layer (SOI layer) on a thick base portion made of silicon via a buried insulating layer. By processing the SOI layer, the connecting portion 103, the mirror 102, and the connecting portion are provided. A plate-like structure such as 106a, connecting portion 106b, first movable beam 107, and second movable beam 108 may be formed. At this time, a peripheral portion connected to the connecting portion 103 and a peripheral portion connected to the first movable beam 107 and the second movable beam 108 are simultaneously formed. After processing these structures, the base portion, the buried insulating layer, and the like may be removed. The reflective film formed on the mirror 102 may be formed by depositing a desired metal by, for example, sputtering or vapor deposition.

一方、電極基板は、よく知られたLSI集積回路など半導体装置の製造方法を用いることで形成可能である。また、主表面の結晶方位が(100)面の単結晶シリコン基板を、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液でエッチング加工し、シリコン基板に所定の深さの凹部を形成することで、支持構造体を備える電極基板を形成するようにしても良い。よく知られているように、単結晶シリコンは、(111)面が、(100)面や(110)面に比べて著しくアルカリによるエッチング速度が小さい。この現象を利用することで支持構造体を形成することが可能である。このようにして形成した電極基板の各支持構造体に、連結部103に接続する周辺部および第1可動梁107,第2可動梁108に接続する周辺部を貼り合わせればよい。   On the other hand, the electrode substrate can be formed by using a well-known method for manufacturing a semiconductor device such as an LSI integrated circuit. In addition, a single crystal silicon substrate having a (100) crystal orientation of the main surface is etched with an alkaline solution such as potassium hydroxide to form a recess having a predetermined depth in the silicon substrate, thereby forming a support structure. An electrode substrate may be formed. As is well known, single crystal silicon has a significantly lower etching rate for alkali on the (111) plane than on the (100) plane or the (110) plane. A support structure can be formed by utilizing this phenomenon. What is necessary is just to affix the peripheral part connected to the connection part 103, and the peripheral part connected to the 1st movable beam 107 and the 2nd movable beam 108 to each support structure of the electrode substrate formed in this way.

なお、個別に用意した支持構造体を用いるようにしても良い。例えば、半田バンプやめっきなどにより形成した支持構造体を用いるようにしても良い。また、ミラー部と電極部とを表面マイクロマシーニングにより、積層して一体的に形成する製造方法であっても良い。   In addition, you may make it use the support structure prepared separately. For example, a support structure formed by solder bumps or plating may be used. Moreover, the manufacturing method which laminates | stacks a mirror part and an electrode part by surface micromachining and forms integrally may be sufficient.

以下、本実施の形態におけるマイクロミラー素子におけるミラー102の回動動作について説明する。以下では、基板101の側とは反対の面のミラー102に反射面が形成されているものとする。このマイクロミラー素子では、まず、第1駆動電極109および第2駆動電極110の両方に駆動電圧を印加し、第1可動梁107および第2可動梁108を第1方向に変位させることで、ミラー102の反射面をy軸の−方向に向けることができる。これは、ミラー102を図中のx軸方向の回動軸を中心に回動させたことになる。   Hereinafter, the rotation operation of the mirror 102 in the micromirror element according to the present embodiment will be described. In the following, it is assumed that a reflecting surface is formed on the mirror 102 on the surface opposite to the substrate 101 side. In this micromirror element, first, a drive voltage is applied to both the first drive electrode 109 and the second drive electrode 110, and the first movable beam 107 and the second movable beam 108 are displaced in the first direction, whereby a mirror is obtained. The reflecting surface 102 can be oriented in the negative direction of the y-axis. This means that the mirror 102 is rotated around the rotation axis in the x-axis direction in the figure.

また、例えば、第1駆動電極109のみに駆動電圧を印加し、第1可動梁107のみを第1方向に変位させることで、ミラー102の反射面を、x軸の+方向に向けることができる。なお、第1駆動電極109に、第2駆動電極110より大きな駆動電圧を印加しても同様である。また、駆動電圧の印加状態を第1駆動電極109と第2駆動電極110とで切り替えれば、ミラー102の反射面を、x軸の−方向に向けることができる。このように、本実施の形態1におけるマイクロミラー素子によれば、ミラー102の一端側に設けた2つの第1可動梁107および第2可動梁108で、ミラー102を2軸動作させることができる。   Further, for example, by applying a drive voltage only to the first drive electrode 109 and displacing only the first movable beam 107 in the first direction, the reflecting surface of the mirror 102 can be directed in the + direction of the x axis. . Note that the same applies when a driving voltage larger than that of the second driving electrode 110 is applied to the first driving electrode 109. Further, if the application state of the drive voltage is switched between the first drive electrode 109 and the second drive electrode 110, the reflection surface of the mirror 102 can be directed in the negative direction of the x axis. As described above, according to the micromirror element of the first embodiment, the mirror 102 can be biaxially operated by the two first movable beams 107 and the second movable beams 108 provided on one end side of the mirror 102. .

上述した実施の形態1によれば、ミラー102の一方に2つの可動梁を備え、他方には可動梁を配置していないので、図1A,1B,1C中でy軸方向としているミラー102および可動梁の配列方向の長さを、両端に可動梁を設ける場合に比較して短くすることができる。この結果、本実施の形態によれば、2軸動作が可能なマイクロミラー素子が、より狭い領域により多く配列できるようになる。また、固定電極(駆動電極)の個数が2つと少ないため、マイクロミラーアレイのアレイ数を増大しても、それら固定電極への配線数が少なく済み、ワイヤーボンディング等による実装コストが低減でき、マイクロミラー素子の信頼性も維持される。   According to the first embodiment described above, the mirror 102 includes two movable beams on one side and no movable beam on the other side. Therefore, the mirror 102 in the y-axis direction in FIGS. 1A, 1B, and 1C and The length of the movable beams in the arrangement direction can be shortened compared to the case where movable beams are provided at both ends. As a result, according to the present embodiment, more micromirror elements capable of two-axis operation can be arranged in a narrower region. In addition, since the number of fixed electrodes (drive electrodes) is as small as two, even if the number of micromirror arrays is increased, the number of wires to these fixed electrodes can be reduced, and the mounting cost by wire bonding can be reduced. The reliability of the mirror element is also maintained.

なお、マイクロミラー素子は、図2Aの平面図に示すように配列してマイクロミラーアレイとすればよい。図2Aに示すように、一体に形成した枠部113の内側に、複数のマイクロミラー素子を配列する。枠部113の対向する2つの側部を、各々マイクロミラー素子の第1支持部104および第2支持部105とする。   Note that the micromirror elements may be arranged as shown in the plan view of FIG. 2A to form a micromirror array. As shown in FIG. 2A, a plurality of micromirror elements are arranged inside the integrally formed frame portion 113. Two opposing side portions of the frame portion 113 are referred to as a first support portion 104 and a second support portion 105 of the micromirror element, respectively.

ここで、連結部103,連結部106a,106bについて説明する。なお、以下では、連結部103を代表として説明する。また、連結部103が連結する一方の接続点と他方の接続点とを結ぶ方向を「y軸方向」、連結部103の幅方向、すなわち連結部103を含む平面内においてy軸方向と直交する方向を「x軸方向」としている。   Here, the connection part 103 and the connection parts 106a and 106b will be described. Hereinafter, the connecting portion 103 will be described as a representative. Further, the direction connecting one connecting point and the other connecting point connected by the connecting portion 103 is the “y-axis direction”, and the width direction of the connecting portion 103, that is, in the plane including the connecting portion 103, is orthogonal to the y-axis direction. The direction is “x-axis direction”.

連結部103は、x軸方向またはy軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、図3に示すように、略四角形をy軸に対称に形成した略H字状の平面形状を有する。連結部103は、15個の部分131a,部分132a,部分133a,部分134a,部分135a,部分136a,部分137a,部分138,部分131b,部分132b,部分133b,部分134b,部分135b,部分136b,および部分137bから構成され、部分131aがミラー102に接続し、部分131bが第1支持部104に接続し、第1支持部104にミラー102を回動可能に連結している。   The connecting portion 103 has a substantially rectangular shape in cross section orthogonal to the x-axis direction or the y-axis direction, and has a substantially H-shaped planar shape in which a substantially square shape is formed symmetrically with respect to the y-axis, as shown in FIG. Have. The connecting portion 103 includes 15 parts 131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 137a, 138, 131b, 132b, 133b, 134b, 135b, 136b, And the portion 131a is connected to the mirror 102, the portion 131b is connected to the first support portion 104, and the mirror 102 is rotatably connected to the first support portion 104.

なお、本願発明の連結部103は、図3に示す略H字状の形状に限定されない。y軸方向に直線状のトーションばねでも良く、x軸方向につづら折りの形状を有しても良い。   In addition, the connection part 103 of this invention is not limited to the substantially H-shaped shape shown in FIG. A linear torsion spring may be used in the y-axis direction, and it may have a zigzag shape in the x-axis direction.

図2Aの平面図では、マイクロミラー素子を一様に配列してマイクロミラーアレイとしたが、隣り合うミラー素子の可動梁が異なる側に配置されるように配列してもよい。例えば、図2Bに示すように、隣接するマイクロミラー素子の連結部103や第1可動梁107,第2可動梁108が接続する第1支持部104側と第2支持部105側とが、互いに異なるように配列する。ただし、マイクロミラー102の中心は同一直線上に配置されるように配列する。このように配列することにより、隣接したマイクロミラー素子の第1駆動電極109および第2駆動電極110からの静電気力により、第1可動梁107,第2可動梁108が影響を受けないため、マイクロミラーの回動角の制御性が向上する。すなわち、隣り合う素子間のクロストークの影響をさらに抑制することができる。   In the plan view of FIG. 2A, the micromirror elements are arranged uniformly to form a micromirror array. However, the movable beams of adjacent mirror elements may be arranged on different sides. For example, as shown in FIG. 2B, the first support portion 104 side and the second support portion 105 side to which the connecting portions 103 of the adjacent micromirror elements and the first movable beam 107 and the second movable beam 108 are connected are mutually connected. Arrange them differently. However, the centers of the micromirrors 102 are arranged so as to be arranged on the same straight line. By arranging in this way, the first movable beam 107 and the second movable beam 108 are not affected by the electrostatic force from the first drive electrode 109 and the second drive electrode 110 of the adjacent micromirror elements. Controllability of the rotation angle of the mirror is improved. That is, the influence of crosstalk between adjacent elements can be further suppressed.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図4は、本発明の実施の形態2におけるマイクロミラー素子の構成を示す斜視図である。このマイクロミラー素子は、基板(不図示)の上に離間して配置されたミラー402と、ミラー402の一端を1つの連結部403を介して連結して基板の上で支持する第1支持部(不図示)と、ミラー402を挟んで第1支持部に対向する第2支持部(不図示)とを備える。基板、第1支持部、および第2支持部は、図示していないが、前述した実施の形態1と同様である。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the micromirror element according to Embodiment 2 of the present invention. The micromirror element includes a mirror 402 that is spaced apart on a substrate (not shown), and a first support unit that supports one end of the mirror 402 via one connection unit 403 and supports the substrate on the substrate. (Not shown) and a second support portion (not shown) facing the first support portion with the mirror 402 interposed therebetween. Although the substrate, the first support portion, and the second support portion are not shown, they are the same as those in the first embodiment.

また、このマイクロミラー素子は、第2支持部に一端が支持されて他端がミラー402の他端に各々1つの連結部406a,406bを介して連結する2つの第1可動梁407および第2可動梁408を備える。また、第1可動梁407のミラー402側の他端を基板より離れる方向および基板に近づく方向の選択された第1方向に変位させるための第1駆動電極409と、第2可動梁408のミラー402側の他端を上記第1方向に変位させるための第2駆動電極410とを備える。本実施の形態でも、基板に近づく方向を第1方向としている。なお、本実施の形態においても、前述した実施の形態1と同様に、複数のマイクロミラー素子を配列してマイクロミラーアレイとすることができる。   In addition, the micromirror element has two first movable beams 407 and one second supported by one end supported by the second support portion and the other end connected to the other end of the mirror 402 via one connection portion 406a and 406b, respectively. A movable beam 408 is provided. Also, a first drive electrode 409 for displacing the other end of the first movable beam 407 on the mirror 402 side in a first direction selected from the direction away from the substrate and the direction approaching the substrate, and the mirror of the second movable beam 408 And a second drive electrode 410 for displacing the other end on the 402 side in the first direction. Also in this embodiment, the direction approaching the substrate is the first direction. In the present embodiment, a plurality of micromirror elements can be arranged to form a micromirror array, as in the first embodiment.

また、本実施の形態では、図5の断面図に示すように、第1駆動電極409は、第1可動梁407の平面に対向する平面部409aおよび第1可動梁407の可動領域を挟む2つの側部409bから構成し、第2駆動電極410は、第2可動梁408の平面に対向する平面部410aおよび第2可動梁408の可動領域を挟む2つの側部410bから構成している。ここで、本実施の形態では、平面部および側部を一体に形成している。第1駆動電極や第2駆動電極の金属を、例えば、めっき法、スパッタ法、蒸着法などにより堆積することで形成すればよい。なお、図5は、図4の駆動電極形成領域におけるxz平面の断面を示す断面図である。   Further, in the present embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the first drive electrode 409 sandwiches the plane portion 409 a facing the plane of the first movable beam 407 and the movable region of the first movable beam 407. The second drive electrode 410 is composed of two side portions 410b that sandwich the movable region of the second movable beam 408 and the flat portion 410a facing the plane of the second movable beam 408. Here, in the present embodiment, the plane portion and the side portion are integrally formed. What is necessary is just to form the metal of a 1st drive electrode or a 2nd drive electrode by depositing by the plating method, a sputtering method, a vapor deposition method etc., for example. 5 is a cross-sectional view showing a cross section of the xz plane in the drive electrode formation region of FIG.

このように、各駆動電極に側部を設けることで、複数のマイクロミラー素子を配列させたときに、マイクロミラー素子毎に可動梁を駆動するための電界を分離することができる。側部を備えることで、平面部からこれに隣接する可動梁へ向かう電気力線はほとんど遮蔽され、クロストークの影響を抑制することができる。このようなクロストークの抑制は、側部の高さが、初期状態での可動梁の高さ方向の位置と同じ程度である場合が最も効果的である。   Thus, by providing a side portion on each drive electrode, when a plurality of micromirror elements are arranged, the electric field for driving the movable beam can be separated for each micromirror element. By including the side portion, the electric lines of force from the plane portion to the movable beam adjacent thereto are almost shielded, and the influence of crosstalk can be suppressed. Such suppression of crosstalk is most effective when the height of the side portion is approximately the same as the position in the height direction of the movable beam in the initial state.

また、本実施の形態におけるマイクロミラー素子は、第1可動梁407を挟んで第1駆動電極409に対向配置された第1電界分離電極411と、第2可動梁408を挟んで第2駆動電極410に対向配置された第2電界分離電極412とを備える。各電界分離電極は接地してもよく、第1可動梁407,第2可動梁408およびミラー402と同電位としてもよい。電界分離電極を設けることで、複数のマイクロミラー素子を配列させたときに、マイクロミラー素子毎に可動梁方向への駆動電極からの漏れ電界を遮蔽することができる。これにより、隣り合う素子間のクロストークの影響をさらに抑制することができる。   In addition, the micromirror element according to the present embodiment includes a first electric field separation electrode 411 disposed opposite to the first drive electrode 409 with the first movable beam 407 interposed therebetween, and a second drive electrode with the second movable beam 408 interposed therebetween. 410 and a second electric field separation electrode 412 arranged to face each other. Each electric field separation electrode may be grounded, or may have the same potential as the first movable beam 407, the second movable beam 408, and the mirror 402. By providing the electric field separation electrode, when a plurality of micromirror elements are arranged, the leakage electric field from the drive electrode in the direction of the movable beam can be shielded for each micromirror element. Thereby, the influence of crosstalk between adjacent elements can be further suppressed.

また、本実施の形態では、図5の断面図に示すように、第1電界分離電極411は、第1可動梁407の平面に対向する平面部411aおよび第1可動梁407の可動領域を第1電界分離電極411の側に延長した領域を挟む2つの側部411bから構成し、第2電界分離電極412は、第2可動梁408の平面に対向する平面部412aおよび第2可動梁408の可動領域を第2電界分離電極412の側に延長した領域を挟む2つの側部412bから構成している。本実施の形態では、本実施の形態では、平面部および側部を一体に形成している。第1電界分離電極411および第2電界分離電極412の金属を、例えば、めっき法,スパッタ法,蒸着法などにより堆積することで形成した基板をミラー基板に接合すればよい。このようにすることで、駆動電極から見て可動梁の側に漏れ出す電界をより効率よく遮蔽することができる。   Further, in the present embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the first electric field separation electrode 411 includes the flat portion 411 a facing the plane of the first movable beam 407 and the movable region of the first movable beam 407. The first electric field separation electrode 411 includes two side portions 411b sandwiching a region extending toward the electric field separation electrode 411, and the second electric field separation electrode 412 includes a flat portion 412a and a second movable beam 408 facing the plane of the second movable beam 408. The movable region is composed of two side portions 412b sandwiching a region extending to the second electric field separation electrode 412 side. In the present embodiment, the planar portion and the side portion are integrally formed in the present embodiment. A substrate formed by depositing the metal of the first electric field separation electrode 411 and the second electric field separation electrode 412 by, for example, plating, sputtering, vapor deposition or the like may be bonded to the mirror substrate. By doing in this way, the electric field which leaks to the movable beam side seeing from the drive electrode can be shielded more efficiently.

以下、本実施の形態におけるマイクロミラー素子におけるミラー402の回動動作について説明する。以下では、図6の平面図に示すように、第1可動梁407および第2可動梁408とミラー402とが配列されている方向に対して直交して基板(不図示)の平面に平行で、連結部403を通る軸を主軸601とし、基板の平面に平行で、連結部403で主軸601に直交する軸を副軸602とする。主軸601は、x軸に平行であり、副軸602は、y軸に平行である。また、基板の側とは反対の面のミラー402に反射面が形成されているものとする。また、第1駆動電極409に印加する駆動電圧をV1とし、第2駆動電極410に印加する駆動電圧をV2とする。   Hereinafter, the rotation operation of the mirror 402 in the micromirror element according to the present embodiment will be described. Hereinafter, as shown in the plan view of FIG. 6, the first movable beam 407, the second movable beam 408, and the mirror 402 are orthogonal to the direction in which the mirror 402 is arranged and parallel to the plane of the substrate (not shown). An axis passing through the connecting part 403 is a main axis 601, and an axis parallel to the plane of the substrate and orthogonal to the main axis 601 is a sub axis 602. The main shaft 601 is parallel to the x axis, and the sub shaft 602 is parallel to the y axis. Further, it is assumed that a reflection surface is formed on the mirror 402 on the surface opposite to the substrate side. The drive voltage applied to the first drive electrode 409 is V1, and the drive voltage applied to the second drive electrode 410 is V2.

まず、V1=V2とすることで、第1可動梁407および第2可動梁408を基板の側(第1方向)に変位させれば、ミラー402の反射面をy軸の−方向に向けることができる。これは、ミラー402を主軸601で回動させたことになる。   First, by setting V1 = V2, if the first movable beam 407 and the second movable beam 408 are displaced to the substrate side (first direction), the reflecting surface of the mirror 402 is directed in the negative direction of the y-axis. Can do. This means that the mirror 402 is rotated by the main shaft 601.

また、V1<V2とすることで、第1可動梁407に対して第2可動梁408の方を
第1方向により変位させることで、図7の斜視図に示すように、ミラー402の反射面701を、x軸の−方向に向けることができる。これは、ミラー402を、副軸602で回動させたことになる。また、V1>V2とすれば、ミラー402の反射面701を、x軸の+方向に向けることができる。このように、本実施の形態2におけるマイクロミラー素子においても、ミラー402の一端側に設けた2つの第1可動梁407および第2可動梁408で、ミラー402を2軸動作させることができる。
Further, by setting V1 <V2, the second movable beam 408 is displaced in the first direction with respect to the first movable beam 407, and as shown in the perspective view of FIG. 701 can be oriented in the negative direction of the x-axis. This means that the mirror 402 is rotated by the auxiliary shaft 602. If V1> V2, the reflecting surface 701 of the mirror 402 can be directed in the + direction of the x axis. Thus, also in the micromirror element according to the second embodiment, the mirror 402 can be biaxially operated by the two first movable beams 407 and the second movable beams 408 provided on one end side of the mirror 402.

ここで、ミラー402のy軸方向の長さ(ミラー長)を600μmとし、ミラー402のx軸方向の長さ(ミラー幅)を200μmとし、第1可動梁407と第2可動梁408との配列間隔を108μmとしたときのミラー動作のシミュレーション結果について図8および図9を用いて説明する。図8は、駆動電圧Vとミラーの回転(回動)角θとの関係を示し、図9は、回転角とdθ/dVとの関係を示している。また、図8,図9において、(a)は、2つの駆動電極に同じ駆動電圧を印加してミラーを主軸で回転させた場合の変化を示している。また、(b)は、2つの駆動電圧に異なる駆動電圧を印加してミラーを副軸で回転させた場合の変化を示している。この副軸回転動作では、2つの駆動電極に印加する電圧の差を駆動電圧としている。   Here, the length of the mirror 402 in the y-axis direction (mirror length) is 600 μm, the length of the mirror 402 in the x-axis direction (mirror width) is 200 μm, and the first movable beam 407 and the second movable beam 408 are A simulation result of the mirror operation when the arrangement interval is 108 μm will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 shows the relationship between the drive voltage V and the rotation (rotation) angle θ of the mirror, and FIG. 9 shows the relationship between the rotation angle and dθ / dV. 8 and 9, (a) shows a change when the same drive voltage is applied to the two drive electrodes and the mirror is rotated about the main axis. Further, (b) shows a change when different drive voltages are applied to the two drive voltages and the mirror is rotated about the secondary axis. In this secondary shaft rotation operation, the difference between the voltages applied to the two drive electrodes is used as the drive voltage.

図8,図9から明らかなように、副軸回転動作の方が主軸回転動作に対してより大きな回転角が得られている。例えば、図8に示すように、駆動電圧を180Vとしたとき、主軸回転動作では回転角が2.3deg.であるが、副軸回転動作では、6.3deg.の回転が得られる。   As is clear from FIGS. 8 and 9, a larger rotation angle is obtained in the counter shaft rotation operation than in the main shaft rotation operation. For example, as shown in FIG. 8, when the driving voltage is 180 V, the rotation angle is 2.3 deg. However, in the secondary shaft rotation operation, 6.3 deg. Of rotation is obtained.

上述した実施の形態2によれば、ミラー402の一方に2つの可動梁を備え、他方には可動梁を配置していないので、図4の中でy方向としているミラー402および可動梁の配列方向の長さを、両端に可動梁を設ける場合に比較して短くすることができる。この結果、本実施の形態によれば、2軸動作が可能なマイクロミラー素子が、より狭い領域により多く配列できるようになる。また、固定電極の個数が2つと少ないため、マイクロミラーアレイのアレイ数を増大しても、それら固定電極への配線数が少なく済み、ワイヤーボンディング等による実装コストが低減でき、マイクロミラー素子の信頼性も維持される。   According to the second embodiment described above, one of the mirrors 402 is provided with two movable beams and the other is not provided with a movable beam. Therefore, the arrangement of the mirror 402 and the movable beams in the y direction in FIG. The length in the direction can be shortened compared to the case where movable beams are provided at both ends. As a result, according to the present embodiment, more micromirror elements capable of two-axis operation can be arranged in a narrower region. In addition, since the number of fixed electrodes is small, even if the number of micromirror arrays is increased, the number of wires to these fixed electrodes can be reduced, and the mounting cost by wire bonding can be reduced. Sex is also maintained.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、ミラーと対向する固定電極を有しないため、ミラーの平面形状を長方形としたが、これに限るものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above-described embodiment, since the fixed electrode facing the mirror is not provided, the planar shape of the mirror is rectangular, but the present invention is not limited to this.

また、上述した実施の形態では、駆動電極を基板の側に配置するようにしたが、これに限るものではない。可動梁が基板より離れる方向に変位するように、基板から見て可動梁の上方に駆動電極を配置してもよい。また、連結部は、略H字状に限るものではなく、例えば、つづら折りの形状を有するものであってもよい。   In the above-described embodiment, the drive electrode is disposed on the substrate side, but the present invention is not limited to this. A drive electrode may be arranged above the movable beam as viewed from the substrate so that the movable beam is displaced in a direction away from the substrate. Moreover, a connection part is not restricted to a substantially H shape, For example, you may have a zigzag folding shape.

101…基板、102…ミラー、103…連結部、104…第1支持部、105…第2支持部、106a,106b…連結部、107…第1可動梁、108…第2可動梁、109…第1駆動電極、110…第2駆動電極、121…絶縁層、122…配線、123…コンタクト配線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Board | substrate, 102 ... Mirror, 103 ... Connection part, 104 ... 1st support part, 105 ... 2nd support part, 106a, 106b ... Connection part, 107 ... 1st movable beam, 108 ... 2nd movable beam, 109 ... 1st drive electrode, 110 ... 2nd drive electrode, 121 ... insulating layer, 122 ... wiring, 123 ... contact wiring.

Claims (4)

基板の上に離間して配置されたミラーと、
前記ミラーの一端を1つの連結部を介して連結して前記基板の上で支持する第1支持部と、
前記ミラーを挟んで前記第1支持部に対向する第2支持部と、
前記第2支持部に一端が支持されて他端が前記ミラーの他端に各々1つの連結部を介して連結する第1可動梁および第2可動梁と、
前記第1可動梁の前記ミラー側の他端を前記基板より離れる方向および前記基板に近づく方向の選択された第1方向に変位させるための第1駆動電極と、
前記第2可動梁の前記ミラー側の他端を前記第1方向に変位させるための第2駆動電極と、
前記第1可動梁を挟んで前記第1駆動電極に対向配置された第1電界分離電極と、
前記第2可動梁を挟んで前記第2駆動電極に対向配置された第2電界分離電極と
を少なくとも備えることを特徴とするマイクロミラー素子。
A mirror spaced apart on the substrate;
A first support part that supports one end of the mirror via one connection part and supports the mirror on the substrate;
A second support portion facing the first support portion with the mirror interposed therebetween;
A first movable beam and a second movable beam, one end of which is supported by the second support portion and the other end of which is connected to the other end of the mirror via one connecting portion;
A first drive electrode for displacing the other end of the first movable beam on the mirror side in a selected first direction away from the substrate and in a direction approaching the substrate;
A second drive electrode for displacing the other end of the second movable beam on the mirror side in the first direction;
A first electric field separation electrode disposed opposite to the first drive electrode across the first movable beam;
A micromirror element comprising: at least a second electric field separation electrode disposed opposite to the second drive electrode with the second movable beam interposed therebetween.
請求項1記載のマイクロミラー素子において、
前記第1電界分離電極は、前記第1可動梁の平面に対向する平面部および前記第1可動梁の可動領域を前記第1電界分離電極の側に延長した領域を挟む2つの側部から構成され、
前記第2電界分離電極は、前記第2可動梁の平面に対向する平面部および前記第2可動梁の可動領域を前記第2電界分離電極の側に延長した領域を挟む2つの側部から構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 1, wherein
The first electric field separation electrode is composed of a flat portion facing the flat surface of the first movable beam and two side portions sandwiching a region obtained by extending the movable region of the first movable beam toward the first electric field separation electrode. And
The second electric field separation electrode is composed of a flat portion facing the flat surface of the second movable beam and two side portions sandwiching a region obtained by extending the movable region of the second movable beam toward the second electric field separation electrode. The micromirror element characterized by the above-mentioned.
請求項1または2記載のマイクロミラー素子において、
前記第1駆動電極は、前記第1可動梁の平面に対向する平面部および前記第1可動梁の可動領域を挟む2つの側部から構成され、
前記第2駆動電極は、前記第2可動梁の平面に対向する平面部および前記第2可動梁の可動領域を挟む2つの側部から構成され
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 1 or 2 ,
The first drive electrode is composed of a plane portion facing the plane of the first movable beam and two side portions sandwiching the movable region of the first movable beam,
The micro-mirror element, wherein the second drive electrode is composed of a plane part facing the plane of the second movable beam and two side parts sandwiching a movable region of the second movable beam.
請求項1〜のいずれか1項に記載の前記マイクロミラー素子が複数配列されたマイクロミラーアレイであって、
複数の前記マイクロミラー素子が、前記第1駆動電極および前記第2駆動電極の配列方向に配列され、
配列方向に隣り合う前記マイクロミラー素子は、前記第1可動梁および前記第2可動梁が異なる側に配置されていることを特徴とするマイクロミラーアレイ。
A micromirror array in which a plurality of the micromirror elements according to any one of claims 1 to 3 are arranged,
A plurality of the micromirror elements are arranged in an arrangement direction of the first drive electrode and the second drive electrode,
The micromirror array, wherein the micromirror elements adjacent to each other in the arrangement direction are arranged on different sides of the first movable beam and the second movable beam.
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