JPWO2004017119A1 - トーションバーを備えるマイクロ揺動素子 - Google Patents

Abstract

マイクロ揺動素子は、フレーム（１１３）と、このフレーム（１１３）に対して連結部（１１２）を介して連結された揺動部材（１１１）と、を備えている。各連結部（１１２）は、２本のトーションバー（１１２ａ）を含んでおり、各トーションバー（１１２ａ）は、複数の穴（１１２ｂ）を形成することにより、フレーム（１１３）に向かって剛性が相対的に高く、揺動部材（１１１）に向かって剛性が相対的に低くなるように構成されている。

Description

本発明は、トーションバーを備えるマイクロ揺動素子に関する。特に、本発明は、光ディスクに対してデータの記録・再生処理を行う光ディスク装置や複数の光ファイバ間の光路の切り換えを行う光スイッチング装置などの光学装置に組み込まれて、光の進路方向を変更するのに用いられるマイクロミラー素子に関する。

マイクロミラー素子は、光を反射するためのミラー面を備え、当該ミラー面の揺動により光の反射方向を変化させることができる。ミラー面を揺動するために静電気力を利用する静電駆動型のマイクロミラー素子が、多くの光学装置で採用されている。静電駆動型マイクロミラー素子としては、いわゆる表面マイクロマシニング技術によって製造されるマイクロミラー素子と、いわゆるバルクマイクロマシニング技術によって製造されるマイクロミラー素子とに大きく２つに類別することができる。
表面マイクロマシニング技術では、基板上において、各構成部位に対応する材料薄膜を所望のパターンに加工し、このようなパターンを順次積層することにより、支持体、ミラー面及び電極部など、素子を構成する各部位や、後に除去される犠牲層を形成する。このような表面マイクロマシニング技術によって製造される静電駆動型マイクロミラー素子は、例えば、特開平７−２８７１７７号公報に開示されている。
一方、バルクマイクロマシニング技術では、材料基板自体をエッチングすることにより支持体やミラー部などを所望の形状に成形し、必要に応じてミラー面や電極を薄膜形成する。このようなバルクマイクロマシニング技術によって製造される静電駆動型マイクロミラー素子は、例えば、特開平９−１４６０３２号公報、特開平９−１４６０３４号公報、特開平１０−６２７０９号公報、特開２００１−１３４４３号公報に開示されている。
マイクロミラー素子に要求される技術的事項の一つとして、光反射を担うミラー面の平面度が高いことを挙げることができる。表面マイクロマシニング技術によると、最終的に形成されるミラー面が薄いため、ミラー面が湾曲し易く、高平面度が保証されるのは、ミラー面のサイズにおいて一辺の長さが数１０μｍのものに限られる。
これに対して、バルクマイクロマシニング技術によると、相対的に分厚い材料基板自体を削り込んでミラー部を構成し、このミラー部上にミラー面を設けるため、より広面積のミラー面であっても、その剛性を確保できる。その結果、充分に高い光学的平面度を有するミラー面を形成することが可能となる。従って、特に一辺の長さが数１００μｍ以上のミラー面が必要とされるマイクロミラー素子の製造においては、バルクマイクロマシニング技術が広く採用されている。
図２０は、バルクマイクロマシニング技術によって作製された従来の静電駆動型マイクロミラー素子４００を表す。マイクロミラー素子４００は、ミラー基板４１０とベース基板４２０とが積層された構造を有する。ミラー基板４１０は、図２１に示すように、ミラー部４１１と、フレーム４１３と、これらを連結する一対のトーションバー４１２とを含む。ミラー部４１１の表面には、ミラー面４１１ａが設けられている。ミラー部４１１の裏面には、一対の電極４１４ａ，４１４ｂが設けられている。
一方、ベース基板４２０には、図２０に示すように、ミラー部４１１の電極４１４ａに対向する電極４２１ａ、及び、電極４１４ｂに対向する電極４２１ｂが設けられている。
このような構成によれば、例えばミラー部４１１の電極４１４ａ，４１４ｂを正に帯電させた状態において、ベース基板４２０の電極４２１ａを負極にすると、電極４１４ａと電極４２１ａの間には静電引力が発生し、ミラー部４１１は、一対のトーションバー４１２を捻りながら矢印Ｍ３方向に揺動する。ミラー部４１１は、電極間の静電引力と各トーションバー４１２の捻り抵抗力の総和とが釣合う角度まで揺動する。
以上とは逆に、ミラー部４１１の電極４１４ａ，４１４ｂを正に帯電させた状態で電極４２１ｂを負極にすると、電極４１４ｂと電極４２１ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部４１１は、矢印Ｍ３とは反対の方向に揺動する。このようなミラー部４１１の揺動駆動により、ミラー面４１１ａによって反射される光の反射方向が切り換えられる。
上述のように、静電駆動型マイクロミラー素子４００において、ミラー部４１１は、電極間の静電力と各トーションバー４１２の捻り抵抗力の総和とが釣合う角度まで揺動する。この際、各トーションバー４１２の捻りによる応力の程度は、その長さ方向で均一ではない。すなわち、各トーションバー４１２の両端は、可動のミラー部４１１と固定のフレーム４１３とに連結されており、ミラー部４１１が揺動すると、トーションバー４１２の捻りによる応力はトーションバー４１２両端の連結部に集中することになる。
しかしながら、図２１からも分かるように、各トーションバー４１２の幅及び厚さは均一に構成されている。しかも、各トーションバー４１２の捻り抵抗を小さくして駆動電力を減少させるため、幅及び厚さを小さく設定している。その結果、各トーションバー４１２の両端に応力が集中すると、トーションバー４１２がその箇所で破壊する可能性が高い。特に、トーションバー４１２の捻り角（ミラー部４１１の揺動角）が大きく、ミラー部４１１の捻りばね定数が大きい場合（すなわち、マイクロミラー素子の共振周波数が高い）にその傾向が高い。また、トーションバー４１２の剛性が長さ方向に一様であると、マイクロミラー素子４００に求められる種々な特性要件に対応することができない。

そこで、本発明の目的は、低い捻り抵抗、大きな捻り角及び高い共振周波数などの種々な要件に対応するようにトーションバーを構成しても、破壊の可能性の低いマイクロ揺動素子、特にマイクロミラー素子を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明によれば、フレームと、このフレームに対して連結部を介して連結された揺動部材と、を備え、前記各連結部は、少なくとも１つのトーションバーを含んでおり、当該トーションバーは、剛性調整手段を備えている、マイクロ揺動素子が提供される。
以上の構成によれば、トーションバーの剛性は、剛性調整手段により、マイクロ揺動素子に求められる動作特性に応じて調整することができる。例えば、トーションバーの一端又は両端の剛性を高めて、捻ればね定数を高くすることができる。逆に、トーションバーの一端又は両端の剛性を低めて、捻れ抵抗を小さく、捻れ角を大きく設定することも可能である。また、捻れ変形するトーションバーの応力分布が長さ方向に均一となるように剛性の分布を調整すれば、応力集中によるトーションバーの破壊の可能性を低くすることもできる。
本発明の好適な実施形態によれば、各連結部は、幅方向に間隔をあけた２本のトーションバーを含んでおり、当該２本のトーションバーの間隔は、揺動部材に近いほど大きく、フレームに近づくにつれて減少するように構成されている。このように構成すれば、揺動部材が揺動すると、各トーションバーは、フレーム側では捻れ変形が主体となるが、揺動部材側では揺動軸心から遠くなるため、捻れ変形の程度は小さく、撓み変形が主体となる。従って、各トーションバーの揺動部材側の端部では応力集中は生じ難い状態となっている。
以上のような前提において、剛性調整手段は、各トーションバーの剛性が、前記フレームに向かって相対的に高く、前記揺動部材に向かって相対的に低くなるように構成されているのが好ましい。このような構成によれば、揺動部材が揺動するときには、トーションバーはフレームの近くでの捻れが高い剛性によって相対的に小さく、捻れによる応力集中も小さい。しかも、揺動部材の近くでは、揺動部材の揺動に追随するトーションバーの撓みが主体となるため（トーションバーの捻れは小さい）、揺動部材の近傍での捻れによる応力集中も小さい。その結果、トーションバーの揺動部材及びフレームに対する接続点で応力集中は起こり難く、トーションバー全体としては、その長手方向に応力が均一に分散される。従って、揺動部材を大きな揺動角で揺動させても、或いは揺動部材の共振周波数を高くするためにトーションバーの捻ればね定数を大きく設定しても、トーションバーが破壊し難くなる。
トーションバーの剛性を調整するための第１の手段は、トーションバーに複数の穴を形成し、そのサイズや配列パターンに変化をつけることである。穴は、トーションバーの剛性を低下させる作用があり、穴の占有比率が大きいほどその作用が強くなる。従って、穴のサイズを、フレームに近いほど小さく、揺動部材に近いほど大きくなるように変化させれば、トーションバーの剛性は、フレームに向かって相対的に高く、揺動部材に向かって相対的に低くなるのである。一方、複数の穴のサイズを均一にする場合には、穴の密度を、フレームに近いほど小さく、揺動部材に近いほど大きくなるように変化させれば、同じ機能が得られる。
複数の穴は、トーションバーを肉厚方向に貫通してもよいし、或いは幅方向に貫通してもよい。さらに、複数の穴の一部は、トーションバーを肉厚方向に貫通し、複数の穴の残部は、トーションバーを幅方向に貫通してもよい。
トーションバーの剛性を調整するための第２の手段は、トーションバーの幅及び／又は厚さに変化をつけることである。すなわち、トーションバーの幅及び／又は厚さを、フレームに近いほど大きく、揺動部材に近いほど小さくなるように変化させれば、トーションバーの剛性は、フレームに向かって増加し、揺動部材に向かって減少するのである。
トーションバーの剛性を調整するための第３の手段は、トーションバーの幅方向及び／又は厚さ方向に突出する複数の補強リブを設けて、これら補強リブの間隔に変化をつけることである。すなわち、複数の補強リブの間隔を、フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化させれば、トーションバーの剛性は、フレームに向かって増加し、揺動部材に向かって減少するのである。
各連結部が２本のトーションバーを含む前述の実施形態によれば、当該２本のトーションバーを含む平面に直交する軸（いわゆるｚ軸）周りに揺動部材が回動しようとすると、これらトーションバーが突っ張り作用を発揮して、揺動部材のｚ軸周りの回動を防止することができる。従って、揺動部材がマイクロミラー素子のミラー部である場合に、意図しない方向にミラー部によって光が反射されるのを回避できる。
前記２本のトーションバーは、厚さ方向に相互に位置がずれていてもよい。このような構成により、２本のトーションバーをフレーム又は揺動部材のうちの電気的に分離された２つの部分にそれぞれ接続することが可能となる。
本発明の別の好適な実施形態によれば、前記フレームは内側フレームを構成しており、前記連結部はこの内側フレームを前記揺動部材に連結する内側連結部である。さらに内側フレームに外側連結部を介して外側フレームが連結されており、各外側連結部は、少なくとも１つの外側トーションバーを含んでいる。外側トーションバーは、外側フレームに向かって剛性が相対的に高く、内側フレームに向かって剛性が相対的に低くなるように構成されている。また、外側連結部の揺動軸は、内側連結部の揺動軸に直交する。具体的には、内側連結部の揺動軸はｘ方向に延び、外側連結部の揺動軸はｙ方向に延びている。
この実施形態によれば、２軸揺動型のマイクロ揺動素子を構成でき、揺動部材がミラー部を有している場合には、光りの反射方向の制御自由度が高まる。
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下添付図面に基づいて説明する好適実施形態から明らかとなろう。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子の分解斜視図である。
図２は、図１に示すマイクロミラー素子の組立て状態における、線２−２に沿った断面図である。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
図４は、図３における線４−４に沿った断面図である。
図５は、図３に示すマイクロミラー素子におけるベース基板を示す斜視図である。
図６は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
図７ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１の例を示す部分拡大平面図である。
図７ｂは、図７ａにおける線７Ｂ−７Ｂに沿った断面図である。
図８ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第２の例を示す部分拡大平面図である。
図８ｂは、図８ａにおける線８Ｂ−８Ｂに沿った断面図である。
図９ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第３の例を示す部分拡大平面図である。
図９ｂは、図９ａにおける線９Ｂ−９Ｂに沿った断面図である。
図１０ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第４の例を示す部分拡大平面図である。
図１０ｂは、図１０ａにおける線１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面図である。
図１１ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第５の例を示す部分拡大平面図である。
図１１ｂは、図１１ａにおける線１１Ｂ−１１Ｂに沿った断面図である。
図１２ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第６の例を示す部分拡大平面図である。
図１２ｂは、図１２ａにおける線１２Ｂ−１２Ｂに沿った断面図である。
図１２ｃは、図１２ａにおける矢印１２Ｃ方向にみた立面図である。
図１３ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第７の例を示す部分拡大平面図である。
図１３ｂは、図１３ａにおける線１３Ｂ−１３Ｂに沿った断面図である。
図１４ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第８の例を示す部分拡大平面図である。
図１４ｂは、図１４ａにおける線１４Ｂ−１４Ｂに沿った断面図である。
図１５ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第９の例を示す部分拡大平面図である。
図１５ｂは、図１５ａにおける線１５Ｂ−１５Ｂに沿った断面図である。
図１５ｃは、図１５ａにおける矢印１５Ｃ方向にみた立面図である。
図１６ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１０の例を示す部分拡大平面図である。
図１６ｂは、図１６ａにおける線１６Ｂ−１６Ｂに沿った断面図である。
図１６ｃは、図１６ａにおける矢印１６Ｃ方向にみた立面図である。
図１７ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１１の例を示す部分拡大平面図である。
図１７ｂは、図１７ａにおける線１７Ｂ−１７Ｂに沿った断面図である。
図１８ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１２の例を示す部分拡大平面図である。
図１８ｂは、図１８ａにおける線１８Ｂ−１８Ｂに沿った断面図である。
図１９ａは、上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１３の例を示す部分拡大平面図である。
図１９ｂは、図１９ａにおける線１９Ｂ−１９Ｂに沿った断面図である。
図２０は、従来のマイクロミラー素子の断面図である。
図２１は、図２０に示すマイクロミラー素子におけるミラー基板を示す斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１及び２は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子１００を示す。本実施形態のマイクロミラー素子１００は、ミラー基板１１０とベース基板１２０とが積層した構造を有する。
ミラー基板１１０は、図１に示すように、ミラー部１１１と、このミラー部１１１を囲むフレーム１１３と、当該フレーム１１３及びミラー部１１１とを繋ぐ一対の捻れ連結部１１２とを有する。ミラー基板１１０は、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、ミラー部１１１、フレーム１１３、及び一対の捻れ連結部１１２に対応する箇所を覆うエッチングマスクを用いて、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチングや、ＫＯＨ溶液などを用いたウエットエッチングにより、空隙部１１０ａを設ける。その結果、空隙部１１０ａによって、ミラー部１１１、フレーム１１３、及び一対の捻れ連結部１１２がかたち取られることとなる。本実施形態では、ミラー部１１１とフレーム１１３との間の各空隙部１１０ａの幅は、例えば１０〜２００μｍであり、ミラー部１１１及びフレーム１１３の厚みは、例えば１０〜２００μｍである。
図２によく表れているように、ミラー部１１１の表面にはミラー面１１４が設けられ、且つ、その裏面には一対の電極１１５ａ，１１５ｂが設けられている。これらミラー面１１４及び電極１１５ａ，１１５ｂは、金属膜を蒸着するなどして形成されている。ただし、不純物のドープによってミラー基板１１０の導電性を充分に高く構成した場合には、電極１１５ａ，１１５ｂは、設けなくともよい。
図１によく表れているように、各捻れ連結部１１２は、ミラー部１１１の長手方向に延びる側面の中央付近と、フレーム１１３の長手方向に延びる内側面の中央付近とに一体的に接続している。これによって、本実施形態のマイクロミラー素子１００は、一対の捻れ連結部１１２により揺動軸Ｘ１が規定された１軸型として構成されている。本実施形態では、各捻れ連結部１１２は、２本のトーションバー１１２ａからなる。これら２本のトーションバー１１２ａにより、捻れ連結部１１２の幅（図１のＹ方向の寸法）が規定される。捻れ連結部１１２の幅は、例えば、ミラー部１１１に接続する箇所で３０〜３００μｍであり、ミラー部１１１からフレーム１１３にかけて徐々に狭くなっており、フレーム１１３に接続する箇所では１〜３０μｍである。
マイクロミラー素子１００は、組立て状態においては、図２に示されるように、ミラー部１１１のフレーム１１３の下面がベース基板１２０の凸状段部１２１の上面に接合される。ベース基板１２０は、ミラー部１１１の一対の電極１１５ａ，１１５ｂに対して適当な間隔を隔てて対向する一対の電極１２２ａ，１２２ｂを具備している。すなわち、本実施形態に係るマイクロミラー素子１００は、いわゆる平板電極型として構成されている。
このような構成によれば、例えばミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂを正極に帯電させた状態において、ベース基板１２０の電極１２２ａを負極にすると、これらの間には静電力が発生し、ミラー部１１１は、一対の捻れ連結部１１２を捻りながら揺動軸Ｘ１を中心として矢印Ｎ１方向に揺動する。また、これに代えて、電極１２２ｂを負極にすると、ミラー部１１１は上記とは反対方向に揺動することとなる。このように、ミラー部１１１を揺動させることによって、ミラー面１１４に向かって進行して当該ミラー面１１４で反射される光の反射方向を所定の方向に切り換えることができる。このようなミラー部１１１の揺動時において、捻れ連結部１１２が相対的に幅狭な部位を有しているため、捻れ連結部１１２の捻り抵抗は、低減されている。同時に、捻れ連結部１１２が相対的に幅広な部位でミラー部１１４に接続しているため、ミラー部１１１がその法線Ｎ１まわりに回転してしまうのを良好に抑制することができる。
ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂへの電位付与は、導電材料で構成されたフレーム１１３、捻れ連結部１１２、及び、ミラー部１１１を介して行う。ベース基板１２０の電極１２２ａ、１２２ｂへの電位付与は、絶縁材料で構成されたベース基板１２０に適宜設けられた配線（図示略）を介して行う。本実施形態のマイクロミラー素子１００のミラー基板１１０では、ミラー部１１１、捻れ連結部１１２、フレーム１１３が導電性材料により一体的に構成されており、捻れ連結部１１２を介してミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂに対して適切に電位を付与することができるため、従来のマイクロミラー素子とは異なり、ミラー基板１１０の電極１１５ａ，１１５ｂに電位を付与するための配線を、捻れ連結部１１２上に別途形成する必要はない。
マイクロミラー素子１００のミラー部１１１を駆動するためには、平板電極に代えて櫛歯電極を設けてもよい。また、平板電極や櫛歯電極などによる静電力に代えて、電磁コイルや永久磁石などによる電磁力を利用することもできる。具体的には、ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂを電磁コイルに置き換え、ベース基板の電極１２２ａ，１２２ｂを電磁コイル又は永久磁石に置き換える。或いは、ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂを永久磁石に置き換え、ベース基板の電極１２２ａ，１２２ｂを電磁コイルに置きかえる。これらの構成では、電磁コイルへの通電状態を調節することによって、ミラー部１１１を駆動することができる。
本実施形態では、捻り連結部１１２を構成する各トーションバー１１２ａには、その厚さ方向に貰通する複数の剛性調整穴５０が形成されている。これら剛性調整穴５０の形成パターンは、例えば図７ａ及び７ｂに示されるようなものとすることができる。具体的には、図７ａ及び７ｂに示される剛性調整穴５０は、平行四辺形の断面形状を有し、そのサイズはミラー部１１１に近いほど大きく、フレーム１１３に向かって漸減するようになっている。剛性調整穴５０は、トーションバー１１２ａの剛性を低下させる機能があり、その剛性低下機能の程度は穴５０のサイズが大きいほど大きい。従って、各トーションバー１１２ａは、均一の幅及び厚さを有する場合には、ミラー部１１１に近いほど剛性が低く、フレーム１１３に近いほど剛性が高い。
以上の構成において、ミラー部１１１が揺動軸Ｘ１を中心として揺動しても、トーションバー１１２ａはフレーム１１３の近くでの捻れが相対的に高い剛性のために小さくなる。従って、トーションバー１１２ａとフレーム１１３との接続点に捻れによる応力は集中し難い。しかも、フレーム１１３の近傍でトーションバー１１２ａの剛性を高くしたことにより、捻りばね定数を大きくして、マイクロミラー素子の共振周波数を高く設定できる。
一方、トーションバー１１２ａにおけるミラー部１１１側の端部は、揺動軸Ｘ１から離れているため、ミラー部１１１の揺動に追随してミラー面１１４に垂直な方向への変位が主体となる。従って、トーションバー１１２ａは、ミラー部１１１側では殆ど捻られることがなく、撓み変形が主体となる。その結果、トーションバー１１２ａにおけるミラー部１１１側の端部についても捻れによる応力集中は少なく、トーションバー１１２ａの全体としてみた場合、その長手方向に応力が均一に分散される。しかも、トーションバー１１２ａの剛性をミラー部１１１の近傍で低くしているため、トーションバー１１２ａは撓み易く、ミラー部１１１の揺動に要する駆動電力を小さくするとともに、ミラー部１１１の揺動角を大きくすることが可能となる。
以上の理由により、揺動部材を大きな揺動角で揺動させても、或いはミラー部１１の共振周波数を高くするためにトーションバー１１２ａの捻ればね定数を大きい値に設計しても、トーションバー１１２ａが破壊し難くなるのである。
剛性調整穴５０は、例えばミラー基板１００において空隙１１０ａを形成する際に、同時にＤｅｅｐ ＲＩＥ法にて形成するのが合理的である。しかしながら、別途レーザ照射やウットエッチング法により形成してもよい。
図３〜５は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子２００を表す。本実施形態におけるマイクロミラー素子２００は、ミラー基板２１０とベース基板２２０とを絶縁層２３０を介して積層した構造を有する。
ミラー基板１１０は、図３に示すように、ミラー部２１１と、このミラー部２１１を囲むフレーム２１３と、当該フレーム２１３及びミラー部２１１とを繋ぐ一対の捻れ連結部２１２とを有する。ミラー基板２１０は、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、ミラー部２１１、フレーム２１３、及び一対の捻れ連結部２１２に対応する箇所を覆うエッチングマスクを用いて、Ｄｅｅｐ ＲＩＥなどのドライエッチングや、ＫＯＨ溶液などを用いたウエットエッチングにより、空隙部２１０ａを設ける。その結果、空隙部２１０ａによって、ミラー部２１１、フレーム２１３、及び一対の捻れ連結部２１２がかたち取られることとなる。本実施形態では、ミラー部１１１とフレーム１１３との間の各空隙部１１０ａの幅は、例えば１０〜２００μｍであり、ミラー部１１１及びフレーム１１３の厚みは、例えば１０〜２００μｍである。
ミラー部２１１の表面は、ミラー面２１４として作用する。また、ミラー部２１１の相対向する２つの側面には、第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂが延出成形されている。これら第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂは、Ｄｅｅｐ ＲＩＥにより空隙２１０ａを形成するのと同時に形成される。
各捻れ連結部２１２の構成は、第１の実施形態について述べたのと基本的に同じである。すなわち、各捻れ連結部１１２は、２本のトーションバー２１２ａからなり、各トーションバー２１２ａには複数の剛性調整穴５０が形成されている。また、剛性調整穴５０の形成パターンは、例えば図７ａ及び７ｂに示したとおりである。
本実施形態においては、ミラー基板２１０と同様に、ベース基板１２０も、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、Ｄｅｅｐ ＲＩＥなどのドライエッチングや、ＫＯＨ溶液などを用いたウエットエッチングにより、中央部を窪ませると同時に第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂ（図５参照）を形成する。第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂは、第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂに対応するものであるが、位置的には互い違いになっている。従って、第１櫛歯電極の各電極歯は、第２櫛歯電極の電極歯間の隙間に入り込めるようになっている。
マイクロミラー素子２００は、組立て状態においては、図４に示されるように、ミラー基板２１０のフレーム２１３がベース基板２２０の凸状段部２２１の上面に絶縁層２３０を介して接合される。絶縁層２３０を介在させたのは、第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂを一体形成する必要から第２ベース基板２２０を導電性材料で構成したため、第２ベース基板２２０をミラー基板２１０から電気的に分離しなければならないからである。
また、図５に示されるように、ベース基板２２０は、一方の第２櫛歯電極２２２ａを含む第１導電部２２０ａと、他方の第２櫛歯電極２２２ｂを含む第２導電部２２０ｂとを絶縁層２２３にて電気的に分離した構造を有している。このような構造は、２つの第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂに異なる電位を印加するために必要である。
以上のような構成において、例えばミラー部２１１の第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂを正極に帯電させた状態において、ベース基板２２０の第２櫛歯電極１２２ａ，２２２ｂの何れか一方を選択的に負極にすることにより、ミラー部２１１を正逆に揺動することができる。また、各捻れ連結部２１２については、その幅をミラー部２１１からフレーム２１３にかけて漸減させており、しかも各トーションバー２１２ａに複数の剛性調整穴５０を図７ａ及び７ｂに示したパターンにて形成している点で、第２の実施形態は第１の実施形態と同じである。従って、第２の実施形態のマイクロミラー素子２００は第１の実施形態のマイクロミラー素子１００と同じ利点を享受している。
図６は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子におけるミラー基板３１０の構成のみを表す。本実施形態におけるミラー基板３１０は、ミラー部３１１、これを囲む内側フレーム３１３、内側フレーム３１３を囲む外側フレーム３１７、ミラー部３１１と内側フレーム３１３とを連結する一対の第１捻れ連結部３１２、内側フレーム３１３と外側フレーム３１７とを連結する一対の第２捻れ連結部３１６とを備える。第１捻れ連結部３１２は、内側フレーム３１３に対するミラー部３１１の第１揺動軸Ｘ１を規定する。第２捻れ連結部３１６は、外側フレーム３１７に対する内側フレーム３１３の揺動軸Ｘ２を規定する。本実施形態では、揺動軸Ｘ１と第２揺動軸Ｘ２は、直交している。ミラー基板３１０の材料及び製造方法については、第２の実施形態にて述べたのと同様である。
本実施形態においては、ミラー部３１１は、第１揺動軸Ｘ１を挟んで両側に第１櫛歯電極３１５ａ，３１５ｂが形成されており、内側フレーム３１３は、第２揺動軸Ｘ２を挟んで両側に第３櫛歯電極３１８ａ，３１８ｂが形成されている。また、図示はされていないが、ミラー基板３１０は、絶縁層を介してベース基板に接合されており、このベース基板には第１櫛歯電極３１５ａ，３１５ｂに対応する第３櫛歯電極と、第３櫛歯電極３１８ａ，３１８ｂに対応する第４櫛歯電極が形成されている。従って、図示されない第２櫛歯電極及び第４櫛歯電極に選択的に電位を印加することにより、ミラー部３１１を第１揺動軸Ｘ１及び／又は第２揺動軸Ｘ２を中心として揺動させることができるので、光の反射方向を制御する上での自由度が高まる。
図６に示された第３の実施形態は、各第１捻れ連結部３１２については、その幅をミラー部３１１から内側フレーム３１３にかけて漸減させており、しかも各トーションバー３１２ａに複数の剛性調整穴５０を図７ａ及び７ｂに示したパターンにて形成している点で、第１の実施形態と同じである。また、各第２捻れ連結部３１６の構成も、各第１捻れ連結部３１２のものと同様である。従って、第１の実施形態について既に述べた利点は、第３の実施形態についてもそのままあてはまる。
以上説明した何れの実施形態においても、各トーションバー１１２ａ（２１２ａ，３１２ａ，３１６ａ）としては、図７ａ及び７ｂに示したパターンにて剛性調整穴５０が形成されている（第１の例）。この第１の例では、剛性調整穴５０は断面平行四辺形であり、そのサイズがトーションバーの長手方向にのみ変化している。しかしながら、トーションバーとしては、図８ａ〜図１９ｂに示すような種々な構成のものを採用しても同様の利点が得られる。
すなわち、図８ａ及び８ｂに示す第２の例では、各トーションバーは一列に並ぶ断面四角形の複数の剛性調整穴５０ａを有しており、そのサイズはミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって、長手方向のみならず、幅方向にも漸減するようになっている。
図９ａ及び９ｂに示す第３の例では、各トーションバーは一列に並ぶ断面円形の複数の剛性調整穴５０ｂを有しており、その直径はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
図１０ａ及び１０ｂに示す第４の例では、各トーションバーは一列に並ぶ断面楕円形の複数の剛性調整穴５０ｃを有しており、そのサイズはミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって、長手方向のみならず、幅方向にも漸減するようになっている。
図１１ａ及び１１ｂに示す第５の例では、各トーションバーは同一径で断面円形の多数の剛性調整穴５０ｄを有しており、その分布密度はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど高く、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
図１２ａ〜１２ｃに示す第６の例では、各トーションバーは、その厚さ方向に貫通する断面円形の一列の剛性調整穴５０ｂを有するとともに、幅方向にも貫通する断面円形の一列の剛性調整穴５０ｅを有している。厚さ方向に貫通する剛性調整穴５０ｂも、幅方向に貫通する剛性調整穴５０ｅも、その直径はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
図１３ａ及び１３ｂに示す第７の例では、各トーションバー１２ａは、その幅がミラー部（又は内側フレーム）に近いほど小さく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸増するようになっている。
図１４ａ及び１４ｂに示す第８の例では、各トーションバーは、その幅方向に突出する複数の補強リブ５０ｆを備えており、これら補強リブ５０ｆ間の間隔はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
図１５ａ〜１５ｃに示す第９の例では、各トーションバー１２ａ’は、その厚さがミラー部（又は内側フレーム）に近いほど小さく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸増するようになっている。
図１６ａ〜１６に示す第１０の例では、各トーションバーは、その厚さ方向に突出する複数の補強リブ５０ｇを備えており、これら補強リブ５０ｇ間の間隔はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
図１７ａ及び１７ｂに示す第１１の例では、各捻り連結部が単一のトーションバー２２により構成されており、そのトーションバー２２は、一列に並ぶ断面矩形の複数の剛性調整穴５０ｈを有しており、そのサイズはミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
図１８ａ及び１８ｂに示す第１２の例では、各捻り連結部が図１７ａ及び１７ｂに示したのと同一構成を有する２本のトーションバー２２を平行に並べて構成されたものである。
図１９ａ及び１９ｂに示す第１３の例は、図７ａ及び７ｂに示す第１の例と類似するものであるが、２本のトーションバー１２ａ”が厚さ方向に相互にずれている点でそれとは異なる。
以上、本発明の種々な実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態によって制限されるものではなく、添付の請求の範囲の記載された思想と範囲から逸脱しない限り種々な変形が可能である。

【書類名】 明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】フレームと、
このフレームに対して連結部を介して連結された揺動部材と、を備え、
前記各連結部は、少なくとも１つのトーションバーを含んでおり、当該トーションバーは、剛性調整手段を備えている、マイクロ揺動素子。
【請求項２】前記各連結部は、幅方向に間隔をあけた２本のトーションバーを含んでおり、当該２本のトーションバーの間隔は、前記揺動部材に近いほど大きく、前記フレームに近づくにつれて減少する、請求項１に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項３】前記剛性調整手段は、前記各トーションバーの剛性が、前記フレームに向かって相対的に高く、前記揺動部材に向かって相対的に低くなるように構成されている、請求項２に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項４】前記剛性調整手段は、トーションバーに形成された複数の穴である、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項５】前記穴のサイズは、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項６】前記穴の密度は、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項７】前記複数の穴は、前記トーションバーを肉厚方向に貫通している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項８】前記複数の穴は、前記トーションバーを幅方向に貫通している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項９】前記複数の穴の一部は、前記トーションバーを肉厚方向に貫通しており、前記複数の穴の残部は、前記トーションバーを幅方向に貫通している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１０】前記トーションバーは、幅が前記フレームに近いほど大きく、前記揺動部材に近いほど小さくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１１】前記剛性調整手段は、前記トーションバーの幅方向に突出する複数の補強リブを備えており、当該補強リブの間隔は、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１２】前記トーションバーは、厚さが前記フレームに近いほど大きく、前記揺動部材に近いほど小さくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１３】前記剛性調整手段は、前記トーションバーの厚さ方向に突出する複数の補強リブを備えており、当該補強リブの間隔は、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１４】前記２本のトーションバーは、相互に厚さ方向に位置がずれている、請求項１３に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１５】前記フレームは内側フレームを構成しており、前記連結部はこの内側フレームを前記揺動部材に連結する内側連結部であり、さらに前記内側フレームに外側連結部を介して外側フレームが連結されており、前記各外側連結部は、少なくとも１つの外側トーションバーを含んでおり、当該外側トーションバーは、剛性調整手段を備えている、請求項１に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１６】前記外側トーションバーの剛性調整手段は、当該外側トーションバーの剛性が、前記外側フレームに向かって相対的に高く、前記内側フレームに向かって相対的に低くなるように構成されている、請求項１５に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１７】前記外側連結部の揺動軸は、前記内側連結部の揺動軸に直交する、請求項１５に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１８】前記揺動部材は、ミラー部を有している、請求項１に記載のマイクロ揺動素子たるマイクロミラー素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、トーションバーを備えるマイクロ揺動素子に関する。特に、本発明は、光ディスクに対してデータの記録・再生処理を行う光ディスク装置や複数の光ファイバ間の光路の切り換えを行う光スイッチング装置などの光学装置に組み込まれて、光の進路方向を変更するのに用いられるマイクロミラー素子に関する。
【０００２】
【背景技術】
マイクロミラー素子は、光を反射するためのミラー面を備え、当該ミラー面の揺動により光の反射方向を変化させることができる。ミラー面を揺動するために静電気力を利用する静電駆動型のマイクロミラー素子が、多くの光学装置で採用されている。静電駆動型マイクロミラー素子としては、いわゆる表面マイクロマシニング技術によって製造されるマイクロミラー素子と、いわゆるバルクマイクロマシニング技術によって製造されるマイクロミラー素子とに大きく２つに類別することができる。
【０００３】
表面マイクロマシニング技術では、基板上において、各構成部位に対応する材料薄膜を所望のパターンに加工し、このようなパターンを順次積層することにより、支持体、ミラー面及び電極部など、素子を構成する各部位や、後に除去される犠牲層を形成する。このような表面マイクロマシニング技術によって製造される静電駆動型マイクロミラー素子は、例えば、特開平７−２８７１７７号公報に開示されている。
【０００４】
一方、バルクマイクロマシニング技術では、材料基板自体をエッチングすることにより支持体やミラー部などを所望の形状に成形し、必要に応じてミラー面や電極を薄膜形成する。このようなバルクマイクロマシニング技術によって製造される静電駆動型マイクロミラー素子は、例えば、特開平９−１４６０３２号公報、特開平９−１４６０３４号公報、特開平１０−６２７０９号公報、特開２００１−１３４４３号公報に開示されている。
【０００５】
マイクロミラー素子に要求される技術的事項の一つとして、光反射を担うミラー面の平面度が高いことを挙げることができる。表面マイクロマシニング技術によると、最終的に形成されるミラー面が薄いため、ミラー面が湾曲し易く、高平面度が保証されるのは、ミラー面のサイズにおいて一辺の長さが数１０μｍのものに限られる。
【０００６】
これに対して、バルクマイクロマシニング技術によると、相対的に分厚い材料基板自体を削り込んでミラー部を構成し、このミラー部上にミラー面を設けるため、より広面積のミラー面であっても、その剛性を確保できる。その結果、充分に高い光学的平面度を有するミラー面を形成することが可能となる。従って、特に一辺の長さが数１００μｍ以上のミラー面が必要とされるマイクロミラー素子の製造においては、バルクマイクロマシニング技術が広く採用されている。
【０００７】
図２０は、バルクマイクロマシニング技術によって作製された従来の静電駆動型マイクロミラー素子４００を表す。マイクロミラー素子４００は、ミラー基板４１０とベース基板４２０とが積層された構造を有する。ミラー基板４１０は、図２１に示すように、ミラー部４１１と、フレーム４１３と、これらを連結する一対のトーションバー４１２とを含む。ミラー部４１１の表面には、ミラー面４１１ａが設けられている。ミラー部４１１の裏面には、一対の電極４１４ａ，４１４ｂが設けられている。
【０００８】
一方、ベース基板４２０には、図２０に示すように、ミラー部４１１の電極４１４ａに対向する電極４２１ａ、及び、電極４１４ｂに対向する電極４２１ｂが設けられている。
【０００９】
このような構成によれば、例えばミラー部４１１の電極４１４ａ，４１４ｂを正に帯電させた状態において、ベース基板４２０の電極４２１ａを負極にすると、電極４１４ａと電極４２１ａの間には静電引力が発生し、ミラー部４１１は、一対のトーションバー４１２を捻りながら矢印Ｍ３方向に揺動する。ミラー部４１１は、電極間の静電引力と各トーションバー４１２の捻り抵抗力の総和とが釣合う角度まで揺動する。
【００１０】
以上とは逆に、ミラー部４１１の電極４１４ａ，４１４ｂを正に帯電させた状態で電極４２１ｂを負極にすると、電極４１４ｂと電極４２１ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部４１１は、矢印Ｍ３とは反対の方向に揺動する。このようなミラー部４１１の揺動駆動により、ミラー面４１１ａによって反射される光の反射方向が切り換えられる。
【００１１】
上述のように、静電駆動型マイクロミラー素子４００において、ミラー部４１１は、電極間の静電力と各トーションバー４１２の捻り抵抗力の総和とが釣合う角度まで揺動する。この際、各トーションバー４１２の捻りによる応力の程度は、その長さ方向で均一ではない。すなわち、各トーションバー４１２の両端は、可動のミラー部４１１と固定のフレーム４１３とに連結されており、ミラー部４１１が揺動すると、トーションバー４１２の捻りによる応力はトーションバー４１２両端の連結部に集中することになる。
【００１２】
しかしながら、図２１からも分かるように、各トーションバー４１２の幅及び厚さは均一に構成されている。しかも、各トーションバー４１２の捻り抵抗を小さくして駆動電力を減少させるため、幅及び厚さを小さく設定している。その結果、各トーションバー４１２の両端に応力が集中すると、トーションバー４１２がその箇所で破壊する可能性が高い。特に、トーションバー４１２の捻り角（ミラー部４１１の揺動角）が大きく、ミラー部４１１の捻りばね定数が大きい場合（すなわち、マイクロミラー素子の共振周波数が高い）にその傾向が高い。また、トーションバー４１２の剛性が長さ方向に一様であると、マイクロミラー素子４００に求められる種々な特性要件に対応することができない。
【００１３】
【発明の開示】
そこで、本発明の目的は、低い捻り抵抗、大きな捻り角及び高い共振周波数などの種々な要件に対応するようにトーションバーを構成しても、破壊の可能性の低いマイクロ揺動素子、特にマイクロミラー素子を提供することを目的とする。
【００１４】
この目的を達成するために、本発明によれば、フレームと、このフレームに対して連結部を介して連結された揺動部材と、を備え、前記各連結部は、少なくとも１つのトーションバーを含んでおり、当該トーションバーは、剛性調整手段を備えている、マイクロ揺動素子が提供される。
【００１５】
以上の構成によれば、トーションバーの剛性は、剛性調整手段により、マイクロ揺動素子に求められる動作特性に応じて調整することができる。例えば、トーションバーの一端又は両端の剛性を高めて、捻ればね定数を高くすることができる。逆に、トーションバーの一端又は両端の剛性を低めて、捻れ抵抗を小さく、捻れ角を大きく設定することも可能である。また、捻れ変形するトーションバーの応力分布が長さ方向に均一となるように剛性の分布を調整すれば、応力集中によるトーションバーの破壊の可能性を低くすることもできる。
【００１６】
本発明の好適な実施形態によれば、各連結部は、幅方向に間隔をあけた２本のトーションバーを含んでおり、当該２本のトーションバーの間隔は、揺動部材に近いほど大きく、フレームに近づくにつれて減少するように構成されている。このように構成すれば、揺動部材が揺動すると、各トーションバーは、フレーム側では捻れ変形が主体となるが、揺動部材側では揺動軸心から遠くなるため、捻れ変形の程度は小さく、撓み変形が主体となる。従って、各トーションバーの揺動部材側の端部では応力集中は生じ難い状態となっている。
【００１７】
以上のような前提において、剛性調整手段は、各トーションバーの剛性が、前記フレームに向かって相対的に高く、前記揺動部材に向かって相対的に低くなるように構成されているのが好ましい。このような構成によれば、揺動部材が揺動するときには、トーションバーはフレームの近くでの捻れが高い剛性によって相対的に小さく、捻れによる応力集中も小さい。しかも、揺動部材の近くでは、揺動部材の揺動に追随するトーションバーの撓みが主体となるため（トーションバーの捻れは小さい）、揺動部材の近傍での捻れによる応力集中も小さい。その結果、トーションバーの揺動部材及びフレームに対する接続点で応力集中は起こり難く、トーションバー全体としては、その長手方向に応力が均一に分散される。従って、揺動部材を大きな揺動角で揺動させても、或いは揺動部材の共振周波数を高くするためにトーションバーの捻ればね定数を大きく設定しても、トーションバーが破壊し難くなる。
【００１８】
トーションバーの剛性を調整するための第１の手段は、トーションバーに複数の穴を形成し、そのサイズや配列パターンに変化をつけることである。穴は、トーションバーの剛性を低下させる作用があり、穴の占有比率が大きいほどその作用が強くなる。従って、穴のサイズを、フレームに近いほど小さく、揺動部材に近いほど大きくなるように変化させれば、トーションバーの剛性は、フレームに向かって相対的に高く、揺動部材に向かって相対的に低くなるのである。一方、複数の穴のサイズを均一にする場合には、穴の密度を、フレームに近いほど小さく、揺動部材に近いほど大きくなるように変化させれば、同じ機能が得られる。
【００１９】
複数の穴は、トーションバーを肉厚方向に貫通してもよいし、或いは幅方向に貫通してもよい。さらに、複数の穴の一部は、トーションバーを肉厚方向に貫通し、複数の穴の残部は、トーションバーを幅方向に貫通してもよい。
【００２０】
トーションバーの剛性を調整するための第２の手段は、トーションバーの幅及び／又は厚さに変化をつけることである。すなわち、トーションバーの幅及び／又は厚さを、フレームに近いほど大きく、揺動部材に近いほど小さくなるように変化させれば、トーションバーの剛性は、フレームに向かって増加し、揺動部材に向かって減少するのである。
【００２１】
トーションバーの剛性を調整するための第３の手段は、トーションバーの幅方向及び／又は厚さ方向に突出する複数の補強リブを設けて、これら補強リブの間隔に変化をつけることである。すなわち、複数の補強リブの間隔を、フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化させれば、トーションバーの剛性は、フレームに向かって増加し、揺動部材に向かって減少するのである。
【００２２】
各連結部が２本のトーションバーを含む前述の実施形態によれば、当該２本のトーションバーを含む平面に直交する軸（いわゆるｚ軸）周りに揺動部材が回動しようとすると、これらトーションバーが突っ張り作用を発揮して、揺動部材のｚ軸周りの回動を防止することができる。従って、揺動部材がマイクロミラー素子のミラー部である場合に、意図しない方向にミラー部によって光が反射されるのを回避できる。
【００２３】
前記２本のトーションバーは、厚さ方向に相互に位置がずれていてもよい。このような構成により、２本のトーションバーをフレーム又は揺動部材のうちの電気的に分離された２つの部分にそれぞれ接続することが可能となる。
【００２４】
本発明の別の好適な実施形態によれば、前記フレームは内側フレームを構成しており、前記連結部はこの内側フレームを前記揺動部材に連結する内側連結部である。さらに内側フレームに外側連結部を介して外側フレームが連結されており、各外側連結部は、少なくとも１つの外側トーションバーを含んでいる。外側トーションバーは、外側フレームに向かって剛性が相対的に高く、内側フレームに向かって剛性が相対的に低くなるように構成されている。また、外側連結部の揺動軸は、内側連結部の揺動軸に直交する。具体的には、内側連結部の揺動軸はｘ方向に延び、外側連結部の揺動軸はｙ方向に延びている。
【００２５】
この実施形態によれば、２軸揺動型のマイクロ揺動素子を構成でき、揺動部材がミラー部を有している場合には、光りの反射方向の制御自由度が高まる。
【００２６】
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下添付図面に基づいて説明する好適実施形態から明らかとなろう。
【００２７】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２８】
図１及び２は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子１００を示す。本実施形態のマイクロミラー素子１００は、ミラー基板１１０とベース基板１２０とが積層した構造を有する。
【００２９】
ミラー基板１１０は、図１に示すように、ミラー部１１１と、このミラー部１１１を囲むフレーム１１３と、当該フレーム１１３及びミラー部１１１とを繋ぐ一対の捻れ連結部１１２とを有する。ミラー基板１１０は、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、ミラー部１１１、フレーム１１３、及び一対の捻れ連結部１１２に対応する箇所を覆うエッチングマスクを用いて、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ(Deep Reactive Ion Etching)などのドライエッチングや、ＫＯＨ溶液などを用いたウエットエッチングにより、空隙部１１０ａを設ける。その結果、空隙部１１０ａによって、ミラー部１１１、フレーム１１３、及び一対の捻れ連結部１１２がかたち取られることとなる。本実施形態では、ミラー部１１１とフレーム１１３との間の各空隙部１１０ａの幅は、例えば１０〜２００μｍであり、ミラー部１１１及びフレーム１１３の厚みは、例えば１０〜２００μｍである。
【００３０】
図２によく表れているように、ミラー部１１１の表面にはミラー面１１４が設けられ、且つ、その裏面には一対の電極１１５ａ，１１５ｂが設けられている。これらミラー面１１４及び電極１１５ａ，１１５ｂは、金属膜を蒸着するなどして形成されている。ただし、不純物のドープによってミラー基板１１０の導電性を充分に高く構成した場合には、電極１１５ａ，１１５ｂは、設けなくともよい。
【００３１】
図１によく表れているように、各捻れ連結部１１２は、ミラー部１１１の長手方向に延びる側面の中央付近と、フレーム１１３の長手方向に延びる内側面の中央付近とに一体的に接続している。これによって、本実施形態のマイクロミラー素子１００は、一対の捻れ連結部１１２により揺動軸Ｘ１が規定された１軸型として構成されている。本実施形態では、各捻れ連結部１１２は、２本のトーションバー１１２ａからなる。これら２本のトーションバー１１２ａにより、捻れ連結部１１２の幅（図１のＹ方向の寸法）が規定される。捻れ連結部１１２の幅は、例えば、ミラー部１１１に接続する箇所で３０〜３００μｍであり、ミラー部１１１からフレーム１１３にかけて徐々に狭くなっており、フレーム１１３に接続する箇所では１〜３０μｍである。
【００３２】
マイクロミラー素子１００は、組立て状態においては、図２に示されるように、ミラー部１１１のフレーム１１３の下面がベース基板１２０の凸状段部１２１の上面に接合される。ベース基板１２０は、ミラー部１１１の一対の電極１１５ａ，１１５ｂに対して適当な間隔を隔てて対向する一対の電極１２２ａ，１２２ｂを具備している。すなわち、本実施形態に係るマイクロミラー素子１００は、いわゆる平板電極型として構成されている。
【００３３】
このような構成によれば、例えばミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂを正極に帯電させた状態において、ベース基板１２０の電極１２２ａを負極にすると、これらの間には静電力が発生し、ミラー部１１１は、一対の捻れ連結部１１２を捻りながら揺動軸Ｘ１を中心として矢印Ｎ１方向に揺動する。また、これに代えて、電極１２２ｂを負極にすると、ミラー部１１１は上記とは反対方向に揺動することとなる。このように、ミラー部１１１を揺動させることによって、ミラー面１１４に向かって進行して当該ミラー面１１４で反射される光の反射方向を所定の方向に切り換えることができる。このようなミラー部１１１の揺動時において、捻れ連結部１１２が相対的に幅狭な部位を有しているため、捻れ連結部１１２の捻り抵抗は、低減されている。同時に、捻れ連結部１１２が相対的に幅広な部位でミラー部１１１に接続しているため、ミラー部１１１がその法線Ｎ１まわりに回転してしまうのを良好に抑制することができる。
【００３４】
ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂへの電位付与は、導電材料で構成されたフレーム１１３、捻れ連結部１１２、及び、ミラー部１１１を介して行う。ベース基板１２０の電極１２２ａ、１２２ｂへの電位付与は、絶縁材料で構成されたベース基板１２０に適宜設けられた配線（図示略）を介して行う。本実施形態のマイクロミラー素子１００のミラー基板１１０では、ミラー部１１１、捻れ連結部１１２、フレーム１１３が導電性材料により一体的に構成されており、捻れ連結部１１２を介してミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂに対して適切に電位を付与することができるため、従来のマイクロミラー素子とは異なり、ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂに電位を付与するための配線を、捻れ連結部１１２上に別途形成する必要はない。
【００３５】
マイクロミラー素子１００のミラー部１１１を駆動するためには、平板電極に代えて櫛歯電極を設けてもよい。また、平板電極や櫛歯電極などによる静電力に代えて、電磁コイルや永久磁石などによる電磁力を利用することもできる。具体的には、ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂを電磁コイルに置き換え、ベース基板１２０の電極１２２ａ，１２２ｂを電磁コイル又は永久磁石に置き換える。或いは、ミラー部１１１の電極１１５ａ，１１５ｂを永久磁石に置き換え、ベース基板１２０の電極１２２ａ，１２２ｂを電磁コイルに置きかえる。これらの構成では、電磁コイルへの通電状態を調節することによって、ミラー部１１１を駆動することができる。
【００３６】
本実施形態では、捻り連結部１１２を構成する各トーションバー１１２ａには、その厚さ方向に貫通する複数の剛性調整穴５０が形成されている。これら剛性調整穴５０の形成パターンは、例えば図７ａ及び７ｂに示されるようなものとすることができる。具体的には、図７ａ及び７ｂに示される剛性調整穴５０は、平行四辺形の断面形状を有し、そのサイズはミラー部１１１に近いほど大きく、フレーム１１３に向かって漸減するようになっている。剛性調整穴５０は、トーションバー１１２ａの剛性を低下させる機能があり、その剛性低下機能の程度は剛性調整穴５０のサイズが大きいほど大きい。従って、各トーションバー１１２ａは、均一の幅及び厚さを有する場合には、ミラー部１１１に近いほど剛性が低く、フレーム１１３に近いほど剛性が高い。
【００３７】
以上の構成において、ミラー部１１１が揺動軸Ｘ１を中心として揺動しても、トーションバー１１２ａはフレーム１１３の近くでの捻れが相対的に高い剛性のために小さくなる。従って、トーションバー１１２ａとフレーム１１３との接続点に捻れによる応力は集中し難い。しかも、フレーム１１３の近傍でトーションバー１１２ａの剛性を高くしたことにより、捻りばね定数を大きくして、マイクロミラー素子の共振周波数を高く設定できる。
【００３８】
一方、トーションバー１１２ａにおけるミラー部１１１側の端部は、揺動軸Ｘ１から離れているため、ミラー部１１１の揺動に追随してミラー面１１４に垂直な方向への変位が主体となる。従って、トーションバー１１２ａは、ミラー部１１１側では殆ど捻られることがなく、撓み変形が主体となる。その結果、トーションバー１１２ａにおけるミラー部１１１側の端部についても捻れによる応力集中は少なく、トーションバー１１２ａの全体としてみた場合、その長手方向に応力が均一に分散される。しかも、トーションバー１１２ａの剛性をミラー部１１１の近傍で低くしているため、トーションバー１１２ａは撓み易く、ミラー部１１１の揺動に要する駆動電力を小さくするとともに、ミラー部１１１の揺動角を大きくすることが可能となる。
【００３９】
以上の理由により、揺動部材を大きな揺動角で揺動させても、或いはミラー部１１１の共振周波数を高くするためにトーションバー１１２ａの捻ればね定数を大きい値に設計しても、トーションバー１１２ａが破壊し難くなるのである。
【００４０】
剛性調整穴５０は、例えばミラー基板１１０において空隙１１０ａを形成する際に、同時にＤｅｅｐ ＲＩＥ法にて形成するのが合理的である。しかしながら、別途レーザ照射やウットエッチング法により形成してもよい。
【００４１】
図３〜５は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子２００を表す。本実施形態におけるマイクロミラー素子２００は、ミラー基板２１０とベース基板２２０とを絶縁層２３０を介して積層した構造を有する。
【００４２】
ミラー基板２１０は、図３に示すように、ミラー部２１１と、このミラー部２１１を囲むフレーム２１３と、当該フレーム２１３及びミラー部２１１とを繋ぐ一対の捻れ連結部２１２とを有する。ミラー基板２１０は、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、ミラー部２１１、フレーム２１３、及び一対の捻れ連結部２１２に対応する箇所を覆うエッチングマスクを用いて、Ｄｅｅｐ ＲＩＥなどのドライエッチングや、ＫＯＨ溶液などを用いたウエットエッチングにより、空隙部２１０ａを設ける。その結果、空隙部２１０ａによって、ミラー部２１１、フレーム２１３、及び一対の捻れ連結部２１２がかたち取られることとなる。本実施形態では、ミラー部２１１とフレーム２１３との間の各空隙部２１０ａの幅は、例えば１０〜２００μｍであり、ミラー部２１１及びフレーム２１３の厚みは、例えば１０〜２００μｍである。
【００４３】
ミラー部２１１の表面は、ミラー面２１４として作用する。また、ミラー部２１１の相対向する２つの側面には、第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂが延出成形されている。これら第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂは、Ｄｅｅｐ ＲＩＥにより空隙２１０ａを形成するのと同時に形成される。
【００４４】
各捻れ連結部２１２の構成は、第１の実施形態について述べたのと基本的に同じである。すなわち、各捻れ連結部２１２は、２本のトーションバー２１２ａからなり、各トーションバー２１２ａには複数の剛性調整穴５０が形成されている。また、剛性調整穴５０の形成パターンは、例えば図７ａ及び７ｂに示したとおりである。
【００４５】
本実施形態においては、ミラー基板２１０と同様に、ベース基板２２０も、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、Ｄｅｅｐ ＲＩＥなどのドライエッチングや、ＫＯＨ溶液などを用いたウエットエッチングにより、中央部を窪ませると同時に第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂ（図５参照）を形成する。第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂは、第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂに対応するものであるが、位置的には互い違いになっている。従って、第１櫛歯電極の各電極歯は、第２櫛歯電極の電極歯間の隙間に入り込めるようになっている。
【００４６】
マイクロミラー素子２００は、組立て状態においては、図４に示されるように、ミラー基板２１０のフレーム２１３がベース基板２２０の凸状段部２２１の上面に絶縁層２３０を介して接合される。絶縁層２３０を介在させたのは、第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂを一体形成する必要からベース基板２２０を導電性材料で構成したため、ベース基板２２０をミラー基板２１０から電気的に分離しなければならないからである。
【００４７】
また、図５に示されるように、ベース基板２２０は、一方の第２櫛歯電極２２２ａを含む第１導電部２２０ａと、他方の第２櫛歯電極２２２ｂを含む第２導電部２２０ｂとを絶縁層２２３にて電気的に分離した構造を有している。このような構造は、２つの第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂに異なる電位を印加するために必要である。
【００４８】
以上のような構成において、例えばミラー部２１１の第１櫛歯電極２１５ａ，２１５ｂを正極に帯電させた状態において、ベース基板２２０の第２櫛歯電極２２２ａ，２２２ｂの何れか一方を選択的に負極にすることにより、ミラー部２１１を正逆に揺動することができる。また、各捻れ連結部２１２については、その幅をミラー部２１１からフレーム２１３にかけて漸減させており、しかも各トーションバー２１２ａに複数の剛性調整穴５０を図７ａ及び７ｂに示したパターンにて形成している点で、第２の実施形態は第１の実施形態と同じである。従って、第２の実施形態のマイクロミラー素子２００は第１の実施形態のマイクロミラー素子１００と同じ利点を享受している。
【００４９】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子におけるミラー基板３１０の構成のみを表す。本実施形態におけるミラー基板３１０は、ミラー部３１１、これを囲む内側フレーム３１３、内側フレーム３１３を囲む外側フレーム３１７、ミラー部３１１と内側フレーム３１３とを連結する一対の第１捻れ連結部３１２、内側フレーム３１３と外側フレーム３１７とを連結する一対の第２捻れ連結部３１６とを備える。第１捻れ連結部３１２は、内側フレーム３１３に対するミラー部３１１の第１揺動軸Ｘ１を規定する。第２捻れ連結部３１６は、外側フレーム３１７に対する内側フレーム３１３の第２揺動軸Ｘ２を規定する。本実施形態では、第１揺動軸Ｘ１と第２揺動軸Ｘ２は、直交している。ミラー基板３１０の材料及び製造方法については、第２の実施形態にて述べたのと同様である。
【００５０】
本実施形態においては、ミラー部３１１は、第１揺動軸Ｘ１を挟んで両側に第１櫛歯電極３１５ａ，３１５ｂが形成されており、内側フレーム３１３は、第２揺動軸Ｘ２を挟んで両側に第３櫛歯電極３１８ａ，３１８ｂが形成されている。また、図示はされていないが、ミラー基板３１０は、絶縁層を介してベース基板に接合されており、このベース基板には第１櫛歯電極３１５ａ，３１５ｂに対応する第２櫛歯電極と、第３櫛歯電極３１８ａ，３１８ｂに対応する第４櫛歯電極が形成されている。従って、図示されない第２櫛歯電極及び第４櫛歯電極に選択的に電位を印加することにより、ミラー部３１１を第１揺動軸Ｘ１及び／又は第２揺動軸Ｘ２を中心として揺動させることができるので、光の反射方向を制御する上での自由度が高まる。
【００５１】
図６に示された第３の実施形態は、各第１捻れ連結部３１２については、その幅をミラー部３１１から内側フレーム３１３にかけて漸減させており、しかも各トーションバー３１２ａに複数の剛性調整穴５０を図７ａ及び７ｂに示したパターンにて形成している点で、第１の実施形態と同じである。また、各第２捻れ連結部３１６の構成も、各第１捻れ連結部３１２のものと同様である。従って、第１の実施形態について既に述べた利点は、第３の実施形態についてもそのままあてはまる。
【００５２】
以上説明した何れの実施形態においても、各トーションバー１１２ａ（２１２ａ，３１２ａ，３１６ａ）としては、図７ａ及び７ｂに示したパターンにて剛性調整穴５０が形成されている（第１の例）。この第１の例では、剛性調整穴５０は断面平行四辺形であり、そのサイズがトーションバーの長手方向にのみ変化している。しかしながら、トーションバーとしては、図８ａ〜図１９ｂに示すような種々な構成のものを採用しても同様の利点が得られる。
【００５３】
すなわち、図８ａ及び８ｂに示す第２の例では、各トーションバーは一列に並ぶ断面四角形の複数の剛性調整穴５０ａを有しており、そのサイズはミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって、長手方向のみならず、幅方向にも漸減するようになっている。
【００５４】
図９ａ及び９ｂに示す第３の例では、各トーションバーは一列に並ぶ断面円形の複数の剛性調整穴５０ｂを有しており、その直径はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
【００５５】
図１０ａ及び１０ｂに示す第４の例では、各トーションバーは一列に並ぶ断面楕円形の複数の剛性調整穴５０ｃを有しており、そのサイズはミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって、長手方向のみならず、幅方向にも漸減するようになっている。
【００５６】
図１１ａ及び１１ｂに示す第５の例では、各トーションバーは同一径で断面円形の多数の剛性調整穴５０ｄを有しており、その分布密度はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど高く、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
【００５７】
図１２ａ〜１２ｃに示す第６の例では、各トーションバーは、その厚さ方向に貫通する断面円形の一列の剛性調整穴５０ｂを有するとともに、幅方向にも貫通する断面円形の一列の剛性調整穴５０ｅを有している。厚さ方向に貫通する剛性調整穴５０ｂも、幅方向に貫通する剛性調整穴５０ｅも、その直径はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
【００５８】
図１３ａ及び１３ｂに示す第７の例では、各トーションバー１２ａは、その幅がミラー部（又は内側フレーム）に近いほど小さく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸増するようになっている。
【００５９】
図１４ａ及び１４ｂに示す第８の例では、各トーションバーは、その幅方向に突出する複数の補強リブ５０ｆを備えており、これら補強リブ５０ｆ間の間隔はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
【００６０】
図１５ａ〜１５ｃに示す第９の例では、各トーションバー１２ａ’は、その厚さがミラー部（又は内側フレーム）に近いほど小さく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸増するようになっている。
【００６１】
図１６ａ〜１６に示す第１０の例では、各トーションバーは、その厚さ方向に突出する複数の補強リブ５０ｇを備えており、これら補強リブ５０ｇ間の間隔はミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
【００６２】
図１７ａ及び１７ｂに示す第１１の例では、各捻り連結部が単一のトーションバー２２により構成されており、そのトーションバー２２は、一列に並ぶ断面矩形の複数の剛性調整穴５０ｈを有しており、そのサイズはミラー部（又は内側フレーム）に近いほど大きく、フレーム（又は外側フレーム）に向かって漸減するようになっている。
【００６３】
図１８ａ及び１８ｂに示す第１２の例では、各捻り連結部が図１７ａ及び１７ｂに示したのと同一構成を有する２本のトーションバー２２を平行に並べて構成されたものである。
【００６４】
図１９ａ及び１９ｂに示す第１３の例は、図７ａ及び７ｂに示す第１の例と類似するものであるが、２本のトーションバー１２ａ”が厚さ方向に相互にずれている点でそれとは異なる。
【００６５】
以上、本発明の種々な実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態によって制限されるものではなく、添付の請求の範囲の記載された思想と範囲から逸脱しない限り種々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子の分解斜視図である。
【図２】
図１に示すマイクロミラー素子の組立て状態における、線２−２に沿った断面図である。
【図３】
本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
【図４】
図３における線４−４に沿った断面図である。
【図５】
図３に示すマイクロミラー素子におけるベース基板を示す斜視図である。
【図６】
本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
【図７ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１の例を示す部分拡大平面図である。
【図７ｂ】
図７ａにおける線７Ｂ−７Ｂに沿った断面図である。
【図８ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第２の例を示す部分拡大平面図である。
【図８ｂ】
図８ａにおける線８Ｂ−８Ｂに沿った断面図である。
【図９ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第３の例を示す部分拡大平面図である。
【図９ｂ】
図９ａにおける線９Ｂ−９Ｂに沿った断面図である。
【図１０ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第４の例を示す部分拡大平面図である。
【図１０ｂ】
図１０ａにおける線１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面図である。
【図１１ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第５の例を示す部分拡大平面図である。
【図１１ｂ】
図１１ａにおける線１１Ｂ−１１Ｂに沿った断面図である。
【図１２ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第６の例を示す部分拡大平面図である。
【図１２ｂ】
図１２ａにおける線１２Ｂ−１２Ｂに沿った断面図である。
【図１２ｃ】
図１２ａにおける矢印１２Ｃ方向にみた立面図である。
【図１３ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第７の例を示す部分拡大平面図である。
【図１３ｂ】
図１３ａにおける線１３Ｂ−１３Ｂに沿った断面図である。
【図１４ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第８の例を示す部分拡大平面図である。
【図１４ｂ】
図１４ａにおける線１４Ｂ−１４Ｂに沿った断面図である。
【図１５ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第９の例を示す部分拡大平面図である。
【図１５ｂ】
図１５ａにおける線１５Ｂ−１５Ｂに沿った断面図である。
【図１５ｃ】
図１５ａにおける矢印１５Ｃ方向にみた立面図である。
【図１６ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１０の例を示す部分拡大平面図である。
【図１６ｂ】
図１６ａにおける線１６Ｂ−１６Ｂに沿った断面図である。
【図１６ｃ】
図１６ａにおける矢印１６Ｃ方向にみた立面図である。
【図１７ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１１の例を示す部分拡大平面図である。
【図１７ｂ】
図１７ａにおける線１７Ｂ−１７Ｂに沿った断面図である。
【図１８ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１２の例を示す部分拡大平面図である。
【図１８ｂ】
図１８ａにおける線１８Ｂ−１８Ｂに沿った断面図である。
【図１９ａ】
上記いずれの実施形態についても採用できるトーションバーの構造の第１３の例を示す部分拡大平面図である。
【図１９ｂ】
図１９ａにおける線１９Ｂ−１９Ｂに沿った断面図である。
【図２０】
従来のマイクロミラー素子の断面図である。
【図２１】
図２０に示すマイクロミラー素子におけるミラー基板を示す斜視図である。

Claims (18)

1. フレームと、
   このフレームに対して連結部を介して連結された揺動部材と、を備え、
   前記各連結部は、少なくとも１つのトーションバーを含んでおり、当該トーションバーは、剛性調整手段を備えている、マイクロ揺動素子。
2. 前記各連結部は、幅方向に間隔をあけた２本のトーションバーを含んでおり、当該２本のトーションバーの間隔は、前記揺動部材に近いほど大きく、前記フレームに近づくにつれて減少する、請求項１に記載のマイクロ揺動素子。
3. 前記剛性調整手段は、前記各トーションバーの剛性が、前記フレームに向かって相対的に高く、前記揺動部材に向かって相対的に低くなるように構成されている、請求項２に記載のマイクロ揺動素子。
4. 前記剛性調整手段は、トーションバーに形成された複数の穴である、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
5. 前記穴のサイズは、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
6. 前記穴の密度は、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
7. 前記複数の穴は、前記トーションバーを肉厚方向に貫通している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
8. 前記複数の穴は、前記トーションバーを幅方向に貫通している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
9. 前記複数の穴の一部は、前記トーションバーを肉厚方向に貫通しており、前記複数の穴の残部は、前記トーションバーを幅方向に貫通している、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
10. 前記トーションバーは、幅が前記フレームに近いほど大きく、前記揺動部材に近いほど小さくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
11. 前記剛性調整手段は、前記トーションバーの幅方向に突出する複数の補強リブを備えており、当該補強リブの間隔は、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
12. 前記トーションバーは、厚さが前記フレームに近いほど大きく、前記揺動部材に近いほど小さくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
13. 前記剛性調整手段は、前記トーションバーの厚さ方向に突出する複数の補強リブを備えており、当該補強リブの間隔は、前記フレームに近いほど小さく、前記揺動部材に近いほど大きくなるように変化している、請求項３に記載のマイクロ揺動素子。
14. 前記２本のトーションバーは、相互に厚さ方向に位置がずれている、請求項１３に記載のマイクロ揺動素子。
15. 前記フレームは内側フレームを構成しており、前記連結部はこの内側フレームを前記揺動部材に連結する内側連結部であり、さらに前記内側フレームに外側連結部を介して外側フレームが連結されており、前記各外側連結部は、少なくとも１つの外側トーションバーを含んでおり、当該外側トーションバーは、剛性調整手段を備えている、請求項１に記載のマイクロ揺動素子。
16. 前記外側トーションバーの剛性調整手段は、当該外側トーションバーの剛性が、前記外側フレームに向かって相対的に高く、前記内側フレームに向かって相対的に低くなるように構成されている、請求項１５に記載のマイクロ揺動素子。
17. 前記外側連結部の揺動軸は、前記内側連結部の揺動軸に直交する、請求項１５に記載のマイクロ揺動素子。
18. 前記揺動部材は、ミラー部を有している、請求項１に記載のマイクロ揺動素子たるマイクロミラー素子。

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