WO2009157486A1 - 可動構造体及びそれを用いたマイクロミラー素子 - Google Patents

Abstract

【課題】可動構造体において、ヒンジ部のねじり剛性を抑制しつつ引張り剛性や曲げ剛性を高めて、可動板の揺動動作の安定性を高める。 【解決手段】一対の支柱部３ａ及びこの一対の支柱部３ａに渡されている桟部３ｂによって、中抜き部３ｃを有するはしご形状のヒンジ部３を形成し、可動板２を回動自在に支持する。ヒンジ部３の中抜き部３ｃによってヒンジ部３の回動軸周りのねじり剛性を抑制しつつ引張り剛性や曲げ剛性を高める。

Description

可動構造体及びそれを用いたマイクロミラー素子

　本発明は、ヒンジ部により軸支された可動板を回転軸周りに揺動させる可動構造体と、同可動構造体を用いて光を走査する光走査用のマイクロミラー素子に関する。

　従来より、例えばバーコードリーダやプロジェクタ等の光学機器には、ミラーが設けられた可動板を揺動させて、そのミラーに入射した光ビームを所望の方向に反射させて光ビームを走査させるマイクロミラー素子が搭載されているものがある。このようなマイクロミラー素子は、いわゆるマイクロマシニング技術を用いて成形される小型の可動構造体を搭載したものであり、可動板は、周囲のフレーム部に支持された一対の梁状のヒンジ部により保持されている。可動板は、例えば磁力や静電気力等の駆動力を受け、ヒンジ部を回転軸としてヒンジ部をねじりながら揺動する。

　ところで、上述のような可動構造体において、可動板の振動モードは、図４に示すように、「ねじれモード」、「面内平行移動モード」、「面内回転モード」、「面外平行移動モード」及び「面外回転モード」の５種類存在する。光ビームを正確に走査させるためには、可動板の姿勢を正確に制御する必要があり、可動板の揺動動作の応答性と安定性を高めることが要求される。可動板の揺動動作の応答性を高めるためには、「ねじれモード」の共振周波数を一定レベル以下に設定してヒンジ部を設計する必要があり、ヒンジ部のねじり剛性を低下させる形状に関して種々の検討がなされている。

　例えば、特許文献１には、ヒンジ部の断面形状を「Ｘ字形状」に形成する技術が示されている。また、特許文献２には、互いに空間を隔てて斜めに対向配置された二本の支柱によってヒンジ部を形成する技術が示されている。

特開２００２－３２１１９６号公報 特開２００３－１５０６４号公報

　上述した可動板の揺動動作の安定性を高めるためには、「面内平行移動モード」、「面内回転モード」、「面外平行移動モード」及び「面外回転モード」の共振周波数を高めることが有効であり、そのためにヒンジ部の引張り剛性や曲げ剛性を十分に高めておくことが必要とされる。しかしながら、上記特許文献２に示された技術にあっては、ヒンジ部のねじり剛性を抑制できる反面、引張り剛性や曲げ剛性も同時に低下し、可動板の揺動動作の安定性を高めることができない。また、特許文献１に示されたヒンジ部はその製造工程が複雑となり、また加工精度上の問題から設計目標通りの剛性特性を得ることが困難であるため、大量生産が前提のバーコードリーダやプロジェクタ等の光学機器には適さない。

　本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、所望の剛性特性を有するヒンジ部を簡素な工程で製造できるようにして、光学機器等の画質の向上等を安価に図ることができる可動構造体を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、請求項１の発明は、可動板と、前記可動板を揺動可能に軸支する梁状のヒンジ部と、前記ヒンジ部を支持するフレーム部とを備えた可動構造体において、前記ヒンジ部は、一対の支柱部とこの一対の支柱部の間に渡されている桟部とを有するはしご形状であって、前記一対の支柱部は、平面視で互いに平行に配置されていないものである。

　請求項２の発明は、請求項１に記載の可動構造体において、前記一対の支柱部は、平面視で互いに平行に配置されている辺を有さないものである。

　請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の可動構造体において、前記一対の支柱部及び前記桟部は、前記可動板と厚み方向の上面及び下面がそれぞれ同一平面内に形成されているものである。

　請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の可動構造体において、前記桟部は、前記支柱部に対して垂直に配置されていないものである。

　請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の可動構造体において、前記ヒンジ部は、前記可動板と結合される第１端部と、前記フレーム部と結合される第２端部を有し、前記第１端部と前記可動板との結合隅部及び前記第２端部と前記フレーム部との結合隅部にはフィレットが形成されているものである。

　請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の可動構造体において、前記支柱部と前記桟部との結合隅部には、フィレットが形成されているものである。

　請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の可動構造体において、前記ヒンジ部は、対をなす桟部を有し、対をなす２つの桟部は、前記一対の支柱部の間で互いに交差し、結合されているものである。

　請求項８の発明は、請求項７に記載の可動構造体において、前記ヒンジ部は、複数対の桟部を有し、前記対をなす２つの桟部は、対毎に異なる角度で交差するものである。

　請求項９の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の可動構造体において、前記一対の支柱部は、曲線で形成されているものである。

　請求項１０の発明は、請求項９に記載の可動構造体において、前記曲線はカテナリ曲線であるものである。

　請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の可動構造体を備え、前記可動板は、光を反射するミラーを有し、前記可動板の一部及びそれに対向するフレーム部には、可動板を揺動駆動するための電極が設けられていることを特徴とするマイクロミラー素子である。

　請求項１２の発明は、請求項３に記載の可動構造体を備え、前記可動板は、光を反射するミラーを有し、前記可動板の一部及びそれに対向するフレーム部には、可動板を揺動駆動するための電極が該可動板に対して垂直かつ互いに平行に配設されていることを特徴とするマイクロミラー素子である。

　請求項１の発明によれば、ヒンジ部がはしご形状で形成されているので、ヒンジ部のねじり剛性をはしごの中抜き構造によって抑制しつつ、ヒンジ部の引張り剛性や曲げ剛性を支柱部と桟部によって十分に高めることが可能となる。これにより、可動板の揺動動作の応答性と安定性を高めることが可能となり、容易かつ安価に光学機器等の画質の向上等を図ることができる。また、一対の支柱部が互いに平行に配置されていないので、ヒンジ部の曲げ剛性を重点的に高めることができ、例えば可動板の面内平行移動モードや面内回転モードの振動を効果的に抑制することが可能となる。

　請求項２の発明によれば、一対の支柱部は、平面視で互いに平行に配置されている辺を有さないので、請求項１の発明と同様に、ヒンジ部の曲げ剛性を重点的に高めることができ、例えば可動板の面内平行移動モードや面内回転モードの振動を効果的に抑制することが可能となる。

　請求項３の発明によれば、一対の支柱部及び桟部は、可動板と同一平面に形成されているので、可動板の周辺部をドライエッチング等により除去する際に同時に支柱部及び桟部を形成することができる。これにより、従来からある通常の可動構造体と同等の簡素な工程で請求項１又は請求項２に記載の可動構造体を得ることができ、さらに安価に光学機器等の画質の向上等を図ることができる。

　請求項４の発明によれば、支柱部に対して桟部が垂直に配置されていないので、ヒンジ部の引張り剛性を重点的に高めることができ、ねじれモード以外の可動板の振動を効果的に抑制することが可能となる。

　請求項５の発明によれば、ヒンジ部の第１端部及び第２端部にはフィレットが形成されているので、第１端部及び第２端部にかかる応力を分散することができる。これにより、長期間に亘って可動構造体を使用する場合に、第１端部及び第２端部における亀裂の発生を抑制することができ、ヒンジ部の耐久性を高めることができる。

　請求項６の発明によれば、支柱部と桟部との結合隅部には、フィレットが形成されているので、上記結合隅部にかかる応力を分散することができる。これにより、長期間に亘って可動構造体を使用する場合に、上記結合隅部における亀裂の発生を抑制することができ、ヒンジ部の耐久性をさらに高めることができる。

　請求項７の発明によれば、対をなす２つの桟部が、一対の支柱部の間で互いに交差し、結合されているので、所望の曲げ剛性及び捻り剛性を有するようにヒンジ部の設計自由度を高めることができるので、例えば可動板の面内平行移動モードや面内回転モードの振動を効果的に抑制することが可能となる。

　請求項８の発明によれば、ヒンジ部は、複数対の桟部を有し、対をなす２つの桟部は、対毎に異なる角度で交差するので、ヒンジ部の曲げ剛性及び捻り剛性の分布を自由に設定できるようになり、ヒンジ部の設計自由度をさらに高めることができる。これにより、例えば可動板の面内平行移動モードや面内回転モードの振動をより一層効果的に抑制することが可能となる。

　請求項９の発明によれば、支柱部が曲線で形成されているので、支柱部にかかる応力の分布を自由に設定できるようになり、ヒンジ部の耐久性をさらに高めることができる。

　請求項１０の発明によれば、支柱部がカテナリ曲線で形成されているので、
支柱部にかかる応力を、より均一に分布させることができ、ヒンジ部の耐久性をより一層高めることができる。

　請求項１１の発明によれば、ミラーの揺動動作の応答性と安定性に優れたマイクロミラー素子を容易かつ安価に得ることができる。

　請求項１２の発明によれば、一対の支柱部及び桟部は可動板と同一平面に形成され、かつ可動板を揺動駆動するための電極が可動板に対して垂直かつ互いに平行に配設されているので、可動板の周辺部とはしご形状のヒンジ部の中抜き部分とをドライエッチング等により同一工程で除去することにより、電極とはしご形状のヒンジ部を同時に形成することができる。これにより、ミラーの揺動動作の応答性と安定性に優れたマイクロミラー素子をさらに容易かつ安価に得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る可動構造体を用いたマイクロミラー素子の一例を示す斜視図。 同ミラー素子を下面側から見た斜視図。 同ミラー素子の平面図。 可動板の振動モードとシミュレーションによって算出された共振周波数を示す図。 ヒンジ部を拡大して示した平面図。 ヒンジ部の変形例を示す平面図。 ヒンジ部の別の変形例を示す平面図。 ヒンジ部のさらに別の変形例を示す平面図。 ヒンジ部のさらに別の変形例を示す平面図。 ヒンジ部のさらに別の変形例を示す平面図。

　以下、本発明の第１の実施形態に係る可動構造体を用いた光走査用のマイクロミラー素子について図面を参照して説明する。図１、図２、及び図３は、本実施形態に係るマイクロミラー素子の一例を示す。マイクロミラー素子（以下、ミラー素子と称する）１は、いわゆるマイクロマシニング技術を用いた製造方法でシリコン層を加工することにより構成された、小型の可動構造体により構成されている。このミラー素子１は、例えば、バーコードリーダ、外部のスクリーン等に画像を投影するプロジェクタ装置、又は光スイッチ等の光学機器に搭載されるものであり、外部の光源等（図示せず）から入射される光ビーム等を走査させる機能を有している。

　ミラー素子１は、導電性を有する第１シリコン層１１ａと第２シリコン層１１ｂとを、絶縁性を有するシリコンの酸化膜（絶縁膜）１１ｃを介して接合して成る３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１１から構成されている。ＳＯＩ基板１１の厚みは、例えばおよそ４００［μｍ］であり、第１シリコン層１１ａ、酸化膜１１ｃの厚みは、それぞれ、例えば、数十［μｍ］程度、数［μｍ］程度である。このミラー素子１は、上面視で例えば一辺が約４［ｍｍ］の略正方形である直方体状の素子であり、例えば、ガラス基板上に配置されて光学機器等に搭載される。

　第１シリコン層１１ａには、例えば矩形形状に形成された可動板２と、可動板２の両側部にそれぞれ互いに同軸となるように配置された一対の梁状のヒンジ部３と、各ヒンジ部３のうち可動板２が設けられている部位とは反対側の先端部を保持するフレーム部４とが一体に形成されている。図２に示すように、酸化膜１１ｃ及び第２シリコン層１１ｂのうち可動板２の下方の部位には、空間４０が形成されており、可動板２は、ヒンジ部３に軸支され揺動可能に、フレーム部４に保持されている。ミラー素子１は、駆動されていない静止状態にあるとき、可動板２、ヒンジ部３、及びフレーム部４の上面が、略水平に並ぶように構成されている。

　フレーム部４は、可動板２を囲むように配置されている。可動板２とフレーム部４には、可動板２の駆動力を発生する垂直コム（櫛歯電極）５が形成されている。フレーム部４の上面には、垂直コム５に駆動電圧を印加するための電極パッド７ａ，７ｂが配置されている。

　可動板２の両側部の略中央部には、ヒンジ部３の一端がそれぞれ接続されている。２つのヒンジ部３は、可動板２に対して略対称に形成されており、可動板２をバランス良く保持している。可動板２の重心は、２つのヒンジ部３が並んで成す軸の近傍に位置している。そのため、可動板２は、垂直コム５に駆動されて揺動するとき、ヒンジ部３を捻りながらヒンジ部３を回転軸として回転運動し、バランスを保ちながら揺動可能である。可動板２の上面には、例えば外部から入射される光ビーム等を反射するための矩形形状のミラー膜（ミラー）２ａが形成されている。ミラー膜２ａは、ミラー素子１と共に用いられる光源の種類等に応じて選択された、例えばアルミニウムや金等の金属膜である。なお、可動板２やミラー膜２ａの形状は、矩形に限られず、例えば円形や楕円形等であってもよい。

　フレーム部４は、ヒンジ部３を支持する支持部４ａと、可動板２のうちその揺動時に自由端となる２つの側端部をそれぞれ囲むように配され、垂直コム５が形成されている２つの固定電極部４ｂとを有している。支持部４ａと固定電極部４ｂとは、例えば互いの境界部のシリコン層１１ａが除去されて形成された絶縁溝９によって、互いに電気的に絶縁されている。支持部４ａと固定電極部４ｂとには、それぞれ、電極パッド７ａ，７ｂが形成されており、電極パッド７ａ，７ｂの電位を変更することにより、支持部４ａと各固定電極部４ｂの電位を互いに独立して変更することができるように構成されている。この電極パッド７ａ，７ｂは、例えば、ミラー膜２ａと同一の金属膜により形成されている。

　垂直コム５は、可動板２の揺動時に自由端となる側端部に形成された複数の櫛歯からなる電極２ｂと、固定電極部４ｂのうち可動板２の側端部に対向する部位に形成された複数の櫛歯からなる電極４ｄとを有している。垂直コム５は、この電極２ｂ，４ｄが、例えば数［μｍ］の間隔で互いに噛み合うように配置されて構成されている。すなわち、電極２ｂと４ｄとは、可動板２に対して垂直かつ互いに平行に配設されている。

　電極２ｂは、支持部４ａ、ヒンジ部３及び可動板２を介して電極パッド７ａと導通されている。一方、電極４ｄは、固定電極部４ｂを介して電極パッド７ｂと導通されている。可動板２がフレーム部４に対して僅かに傾いた姿勢すなわち電極２ｂと電極４ｄとが可動板２に垂直な方向にずれた状態で各電極２ｂ，４ｄ間に電圧が印加されると、各電極２ｂ，４ｄの間に静電気力による互いに引き合う力が発生し、ヒンジ部３に軸支された可動板２が回転駆動される。すなわち垂直コム５に印加される駆動電圧により発生する静電気力が、可動板２の側端部に、可動板２に対して略垂直に作用することにより、可動板２にヒンジ部３を回転軸とする静電トルクが加わり、可動板２が揺動駆動される。

　次に、上記のように構成されたミラー素子１の動作について説明する。ミラー素子１の可動板２は、垂直コム５が所定の駆動周波数で駆動力を発生することにより駆動される。垂直コム５は、例えば、支持部４ａに配された電極パッド７ａがグランド電位に接続され、可動板２の電極２ｂが基準電位である状態で、固定電極部４ｂに配された電極パッド７ｂの電位を周期的に変化させて、電極２ｂ，４ｄ間に所定の駆動周波数の電圧が印加されて駆動される。垂直コム５のうち２つの電極４ｄの電位が、同時に所定の駆動電位（例えば、数十ボルト）まで変化することにより、可動板２の両端部に設けられた２つの電極２ｂが、それぞれと対向する電極４ｄに、静電気力により同時に引き寄せられる。このミラー素子１において、垂直コム５には、例えば矩形波形状のパルス電圧が印加され、垂直コム５による駆動力が周期的に発生するように構成されている。なお、本実施形態において、第２シリコン層１１ｂもグランド電位に接続されており、可動板２、ヒンジ部３が共に同電位となるような状態で駆動される。

　上記可動板２は、一般に多くの場合、その成型時に内部応力等が生じることにより、静止状態でも可動板２が水平姿勢ではなく、きわめて僅かであるが傾いている。そのため、静止状態からであっても、垂直コム５が駆動されると、可動板２にそれに略垂直な方向の駆動力が加わり、可動板２がヒンジ部３を回転軸として回動する。そして、垂直コム５の駆動力を、可動板２が電極２ｂ，４ｄが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動板２は、その慣性力により、ヒンジ部３を捻りながら回動を継続する。そして、可動板２の回動方向への慣性力と、ヒンジ部３の復元力とが等しくなったとき、可動板２のその方向への回動が止まる。このとき、垂直コム５が再び駆動され、可動板２は、ヒンジ部３の復元力と垂直コム５の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動板２は、このような垂直コム５の駆動力とヒンジ部３の復元力による回動を繰り返して揺動する。垂直コム５は、可動板２とヒンジ部３により構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数の電圧が印加されて駆動され、可動板２が共振現象を伴って駆動され、その揺動角が大きくなるように構成されている。なお、垂直コム５の電圧の印加態様や駆動周波数は、上述に限られるものではなく、例えば、駆動電圧が正弦波形で印加されるように構成されていても、また、電極２ｂ，４ｄの電位が互いに逆位相で変化するように構成されていてもよい。

　図４は、垂直コム５によって駆動される可動板２の振動モードとシミュレーションによって算出された共振周波数を示している。可動板２は、ヒンジ部３によってフレーム部４に吊架されているので、ヒンジ部３の回動軸周りのねじれ変形による回動（「ねじれモード振動」）のみならず、ヒンジ部３の伸縮変形や曲げ変形によって図４に示す、「面内平行移動モード」、「面内回転モード」、「面外平行移動モード」及び「面外回転モード」で振動する。

　既に述べたように、光ビームを正確に走査させるためには、可動板２の姿勢を正確に制御する必要があり、可動板２の揺動動作の応答性と安定性を高めることが要求される。可動板２の揺動動作の応答性を高めるためには、「ねじれモード」の共振周波数を一定レベル以下に設定してヒンジ部３を設計する必要があり、それにはヒンジ部３のねじり剛性を低下させることが有効である。一方、可動板２の揺動動作の安定性を高めるためには、「面内平行移動モード」、「面内回転モード」、「面外平行移動モード」及び「面外回転モード」の共振周波数を高めることが必要とされ、そのためにヒンジ部３の引張り剛性や曲げ剛性を十分に高めておくことが有効である。ところが、一般にヒンジ部３の引張り剛性や曲げ剛性を高めようとすると、ヒンジ部３の回動軸周りのねじり剛性も付随的に高まってしまうため、可動板２の揺動動作の応答性が低下してしまう。

　そこで、本ミラー素子１にあっては、図１乃至図３に示すようにヒンジ部３（図４においてはしごヒンジとする）に中抜き部３ｃを有するはしご形状に形成することにより、ヒンジ部３のねじり剛性を従来から存在する通常の棒形状のヒンジ（図４においてストレートヒンジとする）と同等に確保しながら、ヒンジ部３の引張り剛性や曲げ剛性を高めている。

　図５は、ヒンジ部３を拡大して示している。ヒンジ部３は、一対の平行に配置された支柱部３ａと一対の支柱部３ａに渡されている桟部３ｂとを有し、正面視ではしご形状となるように、支柱部３ａ及び桟部３ｂが可動板２と同一平面内に形成されている。支柱部３ａは、例えば幅寸法が数［μｍ］、厚み寸法（第１シリコン層１１ａの厚み寸法に相当）が数十［μｍ］、長さ寸法が数百［μｍ］で形成されている。支柱部３ａの間隔は、例えば数［μｍ］とされている。桟部３ｂは、複数設けられ、それぞれ支柱部３ａに対して垂直に配設されている。

　ヒンジ部３においては、支柱部３ａと桟部３ｂによって囲まれた空間が中抜き部３ｃとなり、ヒンジ部３のねじり剛性を抑制する。すなわち、中抜き部３ｃの存在により、ヒンジ部３は、特にねじれ方向に変形しやすい剛性特性を有することとなる。一方、間隔を隔てて配設された一対の支持部３ａとこれらを結合する桟部３ｂによりヒンジ部３の剛性特性は、引張り方向や曲げ方向に変形しにくいものとなる。このような剛性特性を考慮しつつ支柱部３ａ及び桟部３ｂを適宜設計することにより、図４に示すように、「ねじれモード」の共振周波数をストレートヒンジと同等に確保しながら、「面内平行移動モード」、「面内回転モード」、「面外平行移動モード」及び「面外回転モード」の共振周波数を高めることが可能となる。図４に示す計算によれば、特に「面内平行移動モード」、「面内回転モード」の共振周波数を飛躍的に高めることができ、可動板２の不要な振動を抑制する効果を期待できる。

　ヒンジ部３は、第１端部３１において可動板２と結合され、第２端部３２において可動板２と結合されている。第１端部３１及び第２端部３２には、例えば、曲率半径が５～１０［μｍ］のフィレット３３が形成されている。また、支柱部３ａと桟部３ｂとの結合部には、例えば、曲率半径が数［μｍ］のフィレット３４が形成されている。フィレット３３、３４は、円弧形状（Ｒ型形状）に限られることなく、直線形状（Ｃ型形状）であってもよい。

　次にミラー素子１の製造工程について説明する。先ず、第１シリコン層１１ａに、フォトリゾグラフィやエッチング等、いわゆるバルクマイクロマシニング技術による加工を施すことにより、可動板２、ヒンジ部３、フレーム部４、垂直コム５となる形状を形成する（第１工程）。このとき、ヒンジ部３が部分的に貫通されて中抜き部３ｃが形成される。そして、例えばスパッタリング等の方法を用いることによって、ＳＯＩ基板１１のシリコン層１１ａの上面に金属膜を形成する。この金属膜をパターニングすることにより、各可動板２の上面にミラー膜２ａを形成し、各フレーム部４の上面に電極パッド７ａ，７ｂを形成する。

　次に、第２シリコン層１１ｂに、同様にバルクマイクロマシニング技術による加工を施し、フレーム部４となる形状を形成する（第２工程）。第１シリコン層１１ａ、第２シリコン層１１ｂに加工を行った後、酸化膜１１ｃのエッチングを行う。例えば、ミラー素子１の下面側からエッチングを行うことにより、フレーム部４以外の部位の酸化膜１１ｃが除去される（第３工程）。これにより、ヒンジ部３が変形可能で可動板２が揺動可能な状態になる。

　第１工程乃至第３工程を経ると、ＳＯＩ基板１１に複数のミラー素子１が形成される。第３工程の後、ＳＯＩ基板１１上に形成された複数のミラー素子１を個々に切り分ける。この一連の工程により、複数のミラー素子１を同時に製造し、ミラー素子１の製造コストを低減させることが可能である。なお、ミラー素子１の製造工程はこれに限られるものではなく、例えば、レーザ加工や超音波加工等により成形したり、１つずつ成形してもよい。

　以上のようなミラー素子１によれば、ヒンジ部３が中抜き部３ｃを有するはしご形状で形成されているので、ヒンジ部３のねじり剛性を中抜き構造によって抑制しつつ、ヒンジ部３の引張り剛性や曲げ剛性を支柱部３ａと桟部３ｂによって十分に高めることが可能となる。これにより、可動板２の揺動動作の応答性と安定性を高めることが可能となり、ミラーの揺動動作の応答性と安定性に優れたミラー素子１を容易かつ安価に得ることができ、光学機器等の画質の向上等を図ることができる。また、一対の支柱部３ａ及び桟部３ｂは、可動板２と同一平面に形成されているので、可動板２の周辺部をドライエッチング等により除去する際に同時に中抜き部３ｃの第１シリコン層１１ａを除去することにより、容易に支柱部３ａ及び桟部３ｂを形成することができる。これにより、従来からある通常のミラー素子と同等の簡素な工程でミラー素子１を得ることができ、さらに安価に光学機器等の画質の向上等を図ることができる。

　また、ヒンジ部３の第１端部３１及び第２端部３２にはフィレット３３が形成されているので、第１端部３１及び第２端部３２にかかる応力を分散することができる。これにより、長期間に亘って可動構造体を使用する場合に、第１端部３１及び第２端部３２における亀裂の発生を抑制することができ、ヒンジ部３の耐久性を高めることができる。同様に、支柱部３ａと桟部３ｂとの結合部には、フィレット３４が形成されているので、上記結合部にかかる応力を分散することができる。これにより、長期間に亘って可動構造体を使用する場合に、上記結合部における亀裂の発生を抑制することができ、ヒンジ部３の耐久性をさらに高めることができる。

　なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば図６に示すように、一対の支柱部３ａと支柱部３ａ’は、平面視で互いに平行に配置しないように構成してもよい。図６（ａ）は第１端部３１における一対の支柱部３ａと支柱部３ａ’の間隔を第２端部３２における同間隔よりも狭く設定した実施例、図６（ｂ）は第１端部３１における一対の支柱部３ａと支柱部３ａ’の間隔を第２端部３２における同間隔よりも広く設定した実施例をそれぞれ示している。図６においては、支柱３ａは平面視における辺Ｌ１及び辺Ｌ２を有し、支柱３ａ’は平面視における辺Ｌ３及び辺Ｌ４を有している。そして、一方の支柱３ａの辺Ｌ１，辺Ｌ２は、他方の支柱３ａ’の辺Ｌ３，辺Ｌ４とは平面視で互いに平行ではない。すなわち、一方の支柱３ａには、他方の支柱３ａ’の辺Ｌ３，辺Ｌ４と平面視で平行な辺はない。なお、図６中、支柱３ａにおける辺Ｌ１と辺Ｌ２は、平面視で互いに平行となるように構成されているが、平行でなくてもよい。支柱３ａ’における辺Ｌ３，辺Ｌ４についても同様である。また、図１及び図２においては、角断面の支柱を記載しているが、ヒンジ部３を構成する支柱は丸断面であってもよく、この場合においても、平面視における辺Ｌ１，辺Ｌ２と辺Ｌ３，辺Ｌ４の関係は不変である。図６に示した実施例によれば、一対の支柱部３ａと支柱部３ａ’が互いに平行に配置されていないので、ヒンジ部３の曲げ剛性を重点的に高めることができ、例えば可動板２の面内平行移動モードや面内回転モードの振動を効果的に抑制することが可能となる。

　また、例えば図７及び図８に示すように、桟部３ｂは支柱部３ａに対して垂直に配置しないように構成してもよい。図７（ａ）は各桟部３ｂを平行に配置した実施例、図７（ｂ）は各桟部３ｂを支柱部３ａに垂直な仮想軸に対して対象に配置した実施例をそれぞれ示している。また、図８は対となる２つの桟部３ｂを中央部で互いに交差・結合させた実施例を示している。図７及び図８に示した実施例によれば、支柱部３ａに対して桟部３ｂが垂直に配置されていないので、ヒンジ部３の引張り剛性を重点的に高めることができ、ねじれモード以外の可動板２の振動を効果的に抑制することが可能となる。また、図７及び図８に示したような桟部３ｂの構成を、上記図６に示した支柱部３ａと支柱部３ａ’の構成に組み合わせて、ヒンジ部３を形成してもよい。

　また、例えば図９に示すように、一対の支柱部３ａ，３ａ’と、複数対の桟部３ｄ，３ｄ’，３ｅ，３ｅ’．．．によってヒンジ部３を構成してもよい（同図は桟部が二対であるヒンジ部を示している）。対をなす桟部３ｄと桟部３ｄ’とは、支柱部３ａと支柱部３ａ’との間で互いに交差し、結合されている。また、対をなす桟部３ｅと桟部３ｅ’も、支柱部３ａと支柱部３ａ’との間で互いに交差し、結合されている。また、桟部３ｄと桟部３ｄ’とが交差する角度αは、桟部３ｅと桟部３ｅ’とが交差する角度βと異なるように設定されている。図９に示した実施例によれば、所望の曲げ剛性及び捻り剛性を有するようにヒンジ部３の設計自由度を高めることができるので、例えば可動板２の面内平行移動モードや面内回転モードの振動を効果的に抑制することが可能となる。

　また、例えば図１０に示すように、一対の支柱部３ａ，３ａ’を曲線にて形成してもよい。特に図１０においては、支柱部３ａ，３ａ’はカテナリ曲線（懸垂曲線）にて形成されている。図１０に示した実施例によれば、支柱部３ａ，３ａ’にかかる応力を、より均一に分布させることができ、ヒンジ部３の耐久性をさらに高めることができる。なお、図１０に示した支柱部３ａ，３ａ’と、図９に示した複数対の桟部３ｄ，３ｄ’，３ｅ，３ｅ’．．．によってヒンジ部３を構成してもよい。

　また、例えば、ヒンジ部や、垂直コムを構成する電極等は、第２のシリコン層に形成されていてもよく、あるいはＳＯＩ基板でなく単一のシリコン基板から構成されていてもよく、又は他の半導体や金属板から構成されていてもよい。さらにまた、可動構造体は、垂直コムに替えて、水平コムや、可動板の平面に対向するように配置される駆動電極等を有し、それらが発生する静電力を駆動力として可動板を駆動可能に構成されていてもよい。そして、可動構造体は、例えば、磁力や電歪力、熱歪力等により可動板を駆動するような駆動構造を有していてもよい。本発明は、光走査ミラー素子の構造に適用されるものに限られず、可動板を揺動可能にヒンジ部で軸支してなる可動構造体、例えば加速度センサ等の構造に広く適用可能である。

　１　光走査ミラー素子（可動構造体）
　２　可動板
　２ａ　ミラー膜（ミラー）
　３　ヒンジ部
　４　フレーム部
　５　垂直コム（櫛歯電極）
　３ａ，３ａ’　　支柱部
　３ｂ，３ｂ’　　桟部
　３ｄ，３ｄ’　　桟部
　３ｅ，３ｅ’　　桟部

Claims (12)

1. 　可動板と、前記可動板を揺動可能に軸支する梁状のヒンジ部と、前記ヒンジ部を支持するフレーム部とを備えた可動構造体において、
   　前記ヒンジ部は、一対の支柱部とこの一対の支柱部の間に渡されている桟部とを有するはしご形状であって、
   　前記一対の支柱部は、平面視で互いに平行に配置されていないことを特徴とする可動構造体。
2. 　前記一対の支柱部は、平面視で互いに平行に配置されている辺を有さないことを特徴とする請求項１記載の可動構造体。
3. 　前記一対の支柱部及び前記桟部は、前記可動板と厚み方向の上面及び下面がそれぞれ同一平面内に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可動構造体。
4. 　前記桟部は、前記支柱部に対して垂直に配置されていないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の可動構造体。
5. 　前記ヒンジ部は、前記可動板と結合される第１端部と、前記フレーム部と結合される第２端部を有し、前記第１端部と前記可動板との結合隅部及び前記第２端部と前記フレーム部との結合隅部にはフィレットが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の可動構造体。
6. 　前記支柱部と前記桟部との結合隅部には、フィレットが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の可動構造体。
7. 　前記ヒンジ部は、対をなす桟部を有し、対をなす２つの桟部は、前記一対の支柱部の間で互いに交差し、結合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の可動構造体。
8. 　前記ヒンジ部は、複数対の桟部を有し、前記対をなす２つの桟部は、対毎に異なる角度で交差することを特徴とする請求項７に記載の可動構造体。
9. 　前記一対の支柱部は、曲線で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の可動構造体。
10. 　前記曲線はカテナリ曲線であることを特徴とする請求項９に記載の可動構造体。
11. 　請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の可動構造体を備え、
    　前記可動板は、光を反射するミラーを有し、
    　前記可動板の一部及びそれに対向するフレーム部には、可動板を揺動駆動するための電極が設けられていることを特徴とするマイクロミラー素子。
12. 　請求項３に記載の可動構造体を備え、
    　前記可動板は、光を反射するミラーを有し、
    　前記可動板の一部及びそれに対向するフレーム部には、可動板を揺動駆動するための電極が該可動板に対して垂直かつ互いに平行に配設されていることを特徴とするマイクロミラー素子。

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