DE102006061763A1

DE102006061763A1 - Mikrospiegel und Mikrospiegelvorrichtung

Info

Publication number: DE102006061763A1
Application number: DE200610061763
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Sendai Esashi; Naoki Kikuchi
Original assignee: Tohoku University NUC; Pentax Corp
Current assignee: Tohoku University NUC; Hoya Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-07-05

Abstract

Beschrieben ist ein Mikrospiegel (100), umfassend einen Reflexionsspiegel (1); ein Paar erste Torsionsstäbe (4a, 4b), die von dem Reflexionsspiegel (1) abstehen; einen ersten Trägerrahmen (5), der den Reflexionsspiegel (1) so hält, dass dieser über die ersten Torsionsstäbe (4a, 4b) um eine erste Drehachse (O¶Y¶) verdrehbar ist; ein Paar zweite Torsionsstäbe (14a, 14b), die von dem ersten Trägerrahmen (5) in eine Richtung abstehen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung steht, in die die ersten Torsionsstäbe (4a, 4b) abstehen; und einen zweiten Trägerrahmen (15), der den ersten Trägerrahmen (5) so hält, dass dieser um die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) um eine zweite Drehachse (O¶x¶) verdrehbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse (O¶Y¶) liegt. DOLLAR A Die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) weisen jeweils zwei separate leitfähige Elemente auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrospiegel und eine Mikrospiegelvorrichtung, die ausgebildet ist, einen Spiegel über elektrostatische Anziehung zwischen benachbarten Elektroden fein zu verkippen.

Mit Entwicklung mikro-elektromechanischer Systeme, kurz MEMS, haben in jüngerer Vergangenheit verschiedenartige Mikrovorrichtungen praktische Anwendung gefunden. Ein Beispiel für solche Mikrovorrichtungen ist ein Mikrospiegel, der beispielsweise als Abtaster für ein Strichcode-Lesegerät, einen Laserdrucker, etc. verwendbar ist. Beispiele für solch einen Mikrospiegel sind in der US 6057952 beschrieben. Der in der US 6057952 beschriebene Mikrospiegel stellt eine elektrostatische Antriebsvorrichtung dar, die ausgebildet ist, einen Spiegel durch elektrostatische Anziehung, die zwischen Elektroden wirkt, fein zu verkippen.

Ein Beispiel eines in der US 6057952 offenbarten Mikrospiegels ist so ausgebildet, dass ein Reflexionsspiegel um zwei Drehachsen kippbar ist, um auf einer Oberfläche eines Objektes eine zweidimensionale Abtastung vorzunehmen. In diesem Beispiel ist der Reflexionsspiegel durch ein erstes Paar Torsionsstäbe schwenkbar gelagert. Dieses erste Paar Torsionsstäbe ist an einem ersten Rahmenteil gehalten, der um den Reflexionsspiegel herum ausgebildet ist. Der erste Rahmenteil ist durch ein zweites Paar Torsionsstäbe schwenkbar gelagert, die sich in einer Richtung erstrecken, welche die Richtung, in die sich das erste Paar Torsionsstäbe erstreckt, senkrecht schneidet.

Das zweite Paar Torsionsstäbe ist an einem zweiten Rahmenteil gehalten, der um den ersten Rahmenteil herum ausgebildet ist. Auf dem Reflexionsspiegel sind zwei Elektroden ausgebildet. Ferner sind auch auf dem ersten Rahmenteil zwei Elektroden ausgebildet. Außerdem ist eine Elektrode so angeordnet, dass sie den oben genannten Elektroden gegenüberliegt.

Wird eine Spannung zwischen der an dem Reflexionsspiegel vorgesehen Elektrode und der gegenüberliegenden Elektrode angelegt, so wirkt zwischen diesen Elektroden eine elektrostatische Anziehung, wodurch jeder der ersten Torsionsstäbe verdreht wird. Demzufolge dreht sich der Reflexionsspiegel in einer Torsionsbewegung um eine erste Drehachse. Wird zwischen der an dem ersten Rahmenteil vorgesehenen Elektrode und der gegenüberliegenden Elektrode eine Spannung angelegt, so wird zwischen diesen Elektroden eine elektrostatische Anziehung erzeugt, wodurch jeder der beiden zweiten Torsionsstäbe verdreht wird. Demzufolge wird der Reflexionsspiegel in einer Torsionsbewegung um eine zweite Drehachse gedreht, die senkrecht zur ersten Drehachse liegt. Indem an die Elektroden Spannungen angelegt werden, kann so der Reflexionsspiegel um zwei Drehachsen gedreht werden.

Indem ein Strahl auf den Reflexionsspiegel gerichtet wird, der um die beiden Drehachsen verdreht wird, führt der an dem Reflexionsspiegel reflektierte Strahl eine Pendelbewegung in zwei Dimensionen aus. Wird dieser reflektierte Strahl auf ein Objekt gerichtet, um dieses zu beleuchten, so wird an diesem Objekt eine zweidimensionale Abtastung vorgenommen.

In dem in der US 6057952 beschriebenen Mikrospiegel sind an dem ersten und dem zweiten Paar Torsionsstäbe Leitungsmuster ausgebildet, um die an dem Reflexionsspiegel ausgebildeten Elektroden mit den an dem zweiten Rahmenteil ausgebildeten Elektroden elektrisch zu verbinden. Auch sind an dem zweiten Paar Torsionsstäbe Leitungsmuster ausgebildet, um die an dem ersten Rahmenteil ausgebildeten Elektroden mit den an dem zweiten Rahmenteil ausgebildeten Elektroden zu verbinden. Mit dem Begriff "Leitungsmuster" ist im Folgenden ein leitfähiges Muster gemeint, das aus einem dünnen Blatt oder einer Folie aus Metall, z. B. Kupfer, besteht und auf einem Substrat ausgebildet ist.

Der Mikrospiegel ist eine Vorrichtung, der eine Mikrostruktur aufweist. Insbesondere ist der jeweilige Torsionsstab so ausgebildet, dass er nur eine winzige Breite hat. Üblicherweise wird die Breite eines Leitungsmusters im Entwurf unter Berücksichtigung eines Herstellungsfehlers festgelegt. Deshalb wird die Breite eines auf einem Torsionsstab ausgebildeten Leitungsmusters im Entwurf so festgelegt, dass sie kleiner als die Breite des Torsionsstabs ist. Die Breite eines auf dem Torsionsstab vorgesehenen Leitungsmusters ist deshalb äußerst klein. Da bei dem in der US 6057952 beschriebenen Mikrospiegel auf jedem zweiten Torsionsstab zwei Leitungsmuster ausgebildet werden müssen, muss die Breite des jeweiligen, auf dem Torsionsstab ausgebildeten Leitungsmusters kleiner als die des auf dem ersten Torsionsstab ausgebildeten Leitungsmusters sein.

Unter Anwendung einer Technik zur hochgenauen Struktur- oder Musterbildung ist es möglich, feine Leitungsmuster auf einem Halbleitersubstrat auszubilden. Jedoch führt die Anwendung einer solchen Technik zur hochgenauen Musterbildung zwangsläufig zu einem Anstieg der zur Herstellung eines Mikrospiegels aufzuwendenden Kosten. Ist außerdem bei einer Musterbildung eine hohe Genauigkeit erforderlich, so nimmt die Toleranz ab, was möglicherweise zu einer Abnahme der Ausbeute an gefertigten Mikrospiegeln führt. Diese Abnahme der Ausbeute an Mikrospiegeln verringert die Herstellungseffizienz und erhöht die Herstellungskosten.

Befindet sich der Mikrospiegel in Betrieb, d. h. in einem angetriebenen Zustand, so werden die Torsionsstäbe mechanisch belastet. Ist das auf dem jeweiligen Torsionsstab ausgebildete Leitungsmuster extrem dünn, so besteht die Gefahr, dass dieses in Abhängigkeit des (möglicherweise brüchigen) Materials, aus dem es besteht, im angetriebenen Zustand des Mikrospiegels bricht. Um die Breite eines auf einem Torsionsstab auszubildenden Leitungsmusters zu verringern, muss so der Materialbereich, aus dem das Material für das Leitungsmuster gewählt wird, beschränkt werden.

Nimmt die Breite des Leitungsmusters ab, so erhöht sich der elektrische Widerstand des Leitungsmusters. In diesem Fall muss die Antriebsspannung, mit der die jeweilige Elektrode angesteuert wird, erhöht werden.

Ist ein für eine eindimensionale Abtastung bestimmter Mikrospiegel so ausgebildet, dass er einen Basis- oder Trägerteil aufweist, der einen Torsionsstab umfasst und aus einem leitfähigen Material besteht, so ist dieser Trägerteil selbst im Stande, als leitfähiges Muster zu dienen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, Leitungsmuster auf dem Mikrospiegel auszubilden. Entsprechend ist es nicht erforderlich, eine Technik zur hochgenauen Musterbildung anzuwenden. Die Verwendung eines solchen leitfähigen Trägerteils löst auch das oben beschriebene Problem, dass die Leitungsmuster an dem Torsionsstab brechen können.

Bei einem Mikrospiegel, der einer zweidimensionalen Abtastung dient, ist die Zahl an Signalleitungen, die aus dem Mikrospiegel, d. h. einer die Antriebsspannung erzeugenden Spannungsversorgungseinheit, herausgeführt werden müssen, größer als bei einem Mikrospiegel, mit dem nur eine eindimensionale Abtastung vorgenommen werden soll. Insbesondere ist bei einem der zweidimensionalen Abtastung dienenden Mikrospiegel die Zahl an Signalleitungen, die herausgeführt werden muss, größer als die Zahl an oben genannten zweiten Torsionsstäben (d. h. zwei). Um einen Mikrospiegel so auszubilden, dass der oben genannte leitfähige Trägerteil ein leitfähiges Muster bildet, muss die Zahl an herauszuführenden Signalleitungen kleiner oder gleich der Zahl an äußeren Torsionsstäben sein (d. h. der Zahl an zweiten Torsionsstäben in dem oben beschriebenen Beispiel des Mikrospiegels, der zwei Drehachsen aufweist). Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, das Entwurfsschema für einen der eindimensionalen Abtastung dienenden Mikrospiegel auf einen Mikrospiegel anzuwenden, der für eine zweidimensionale Abtastung vorgesehen ist.

Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, einen Mikrospiegel und eine Mikrospiegelvorrichtung anzugeben, die es ermöglichen, eine Abtastung um zwei Drehachsen vorzunehmen, und die ohne eine Ausbildung von Leitungsmustern auf Torsionsstäben auskommen.

Die Erfindung erreicht dies durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikrospiegel hat das Paar zweite Torsionsstäbe insgesamt vier separate leitfähige Elemente. Dies bedeutet, dass Signalleitungen in einer Zahl, die die Zahl an zweiten Torsionsstäben übersteigt, von den innenliegenden Komponenten nach außen geführt werden können. Dieser Aufbau ermöglicht es, einen Mikrospiegel für eine zweiachsige Abtastung bereitzustellen, ohne an den zweiten Torsionsstäben Leitungsmuster ausbilden zu müssen. Es ist deshalb nicht erforderlich, zur Herstellung des Mikrospiegels eine Technik zur hochgenauen Musterbildung anzuwenden. So kann die Ausbeute an hergestellten Mikrospiegeln erhöht und die Produktion effizient gesteigert werden. Außerdem können die Fertigungskosten gesenkt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Darin zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Mikrospiegel nach einem Ausführungsbeispiel;
2A einen Querschnitt durch den Mikrospiegel längs der in 1 gezeigten Linie A-A;
2B einen Querschnitt durch den Mikrospiegel längs der in 1 gezeigten Linie B-B;
2C einen Querschnitt durch den Mikrospiegel längs der in 1 gezeigten Linie C-C;
3A eine auf der Oberseite des Mikrospiegels angeordnete leitfähige Schicht;
3B eine auf der Unterseite des Mikrospiegels angeordnete leitfähige Schicht;
3C einen Querschnitt durch den Mikrospiegel längs der in 3A und 3B gezeigten Linie D-D;
4A einen Querschnitt durch den Mikrospiegel längs der Linie B-B in einem Zustand, in dem ein Spiegel um eine Drehachse O_Y in eine entgegengesetzte Drehrichtung verkippt ist; und
4B einen Querschnitt durch den Mikrospiegel längs der Linie C-C in einem Zustand, in dem der Spiegel um eine Drehachse O_X in eine normale Drehrichtung verkippt ist.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht auf einen Mikrospiegel 100, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. 2A zeigt einen Querschnitt durch den Mikrospiegel 100 längs der in 1 dargestellten Linie A-A. 2B zeigt einen Querschnitt des Mikrospiegels 100 längs der in 1 dargestellten Linie B-B. 2C zeigt einen Querschnitt durch den Mikrospiegel 100 längs der in 1 dargestellten Linie C-C. Der Mikrospiegel 100 kann in verschiedenartigen Vorrichtungen wie einem Strichcode-Lesegerät oder einem Laserdrucker verwendet werden. In diesen Vorrichtungen ist der Mikrospiegel 100 auf einem Trägersubstrat angebracht. In den 1 und 2A bis 2C ist jeweils ein kartesisches Koordinatensystem definiert.
Der Mikrospiegel 100 umfasst einen Spiegel 1, mehrere bewegliche, kammförmige Zähne 2a, 2b, 3a, 3b, 12a, 12b, 13a und 13b, Torsionsstäbe 4a, 4b, 14a und 14b, Rahmenteile 5 und 15 sowie feste, kammförmige Zähne 6a, 6b, 7a, 7b, 16a, 16b, 17a und 17b. In 1 sind Teile der beweglichen und der unbeweglichen Zähne zur Verdeutlichtung schraffiert dargestellt. Diese Schraffur ist jedoch nicht dafür vorgesehen, Eigenschaften wie Größe, Form oder Farbe der mit ihr gekennzeichneten Teile zu definieren.
Diese strukturellen Komponenten des Mikrospiegels 100 werden in einem Halbleiterfertigungsprozess auf einem Siliziumeinzelsubstrat ausgebildet, das eine dreischichtige Struktur aufweist. In 2A ist diese dreischichtige Struktur der in dem Mikrospiegel 100 vorgesehenen strukturellen Komponenten schematisch dargestellt. Diese strukturellen Komponenten sind zu einer einstückigen Struktur integriert. Dabei ist die dreischichtige Struktur eine Schichtstruktur, die aus einer leitfähigen Schicht, einer isolierenden Schicht und einer weiteren leitfähigen Schicht besteht. Jede dieser Schichten besteht jeweils aus einem Material, das aus einem weiten Materialbereich gewählt werden kann. So besteht beispielsweise die leitfähige Schicht aus leitfähigem Silizium und die isolierende Schicht aus SiO₂. Im Folgenden wird die leitfähige Schicht, die auf der Oberseite angeordnet ist, als "obere leitfähige Schicht" und die leitfähige Schicht, die auf der Unterseite angeordnet ist, als "untere leitfähige Schicht" bezeichnet.
Auf die obere Fläche des Spiegels 1 wird ein Metallfilm aufgebracht. Diese Oberfläche, auf die der Metallfilm aufgedampft wird, liegt in der X-Y-Ebene des oben genannten kartesischen Koordinatensystems und wird im Folgenden auch als Reflexionsfläche bezeichnet. Ist der Mikrospiegel 100 an einer der oben genannten Vorrichtungen montiert, so fällt ein Strahl auf die Reflexionsfläche des Spiegels 1, um ein Objekt abzutasten. Der auf die Reflexionsfläche fallende Strahl wird an dieser ohne wesentliche Schwächung in eine vorbestimmte Richtung reflektiert. Diese vorbestimmte Richtung, in der sich der reflektierte Strahl ausbreitet, ändert sich in Abhängigkeit des Kippwinkels des Spiegels 1.
In 1 ist der Spiegel 1 rechteckig dargestellt. Der Spiegel 1 kann jedoch auch eine andere Form haben, z. B. die eines Kreises oder einer Ellipse.
Die beweglichen Zähne 2a, 2b, 3a und 3b stehen von den beiden Seiten des Spiegels 1, die sich in Richtung der Y-Achse erstrecken, nach außen ab. Die beweglichen Zähne 2a und 3a sind auf entgegengesetzten Seiten einer Drehachse O_Y des Spiegels 1 angeordnet. Auch die beweglichen Zähne 2b und 3b sind auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse O_Y des Spiegels 1 angeordnet. Die Drehachse O_Y läuft durch den Mittelpunkt des Spiegels 1 und liegt parallel zu den Seiten des Spiegels 1, die sich längs der Y-Achse erstrecken, während sie senkrecht zu den anderen Seiten des Spiegels 1 liegt, die sich längs der X-Achse erstrecken.
Die beweglichen Zähne sind in gleichen Abständen voneinander angeordnet und weisen gleiche Form und Größe auf. Dadurch weist der Spiegel 1 während einer normalen Drehung und einer hierzu entgegengesetzten Drehung eine weitgehend gleiche Kippeigenschaft auf. Mit dem Begriff "Kippeigenschaft" ist eine Eigenschaft gemeint, die die Beziehung zwischen dem Kippwinkel des Spiegels 1 und einer an dem Mikrospiegel 100 angelegten Spannung darstellt. Die Kippeigenschaft kann beispielsweise durch eine Gleichung oder eine Graphen dargestellt werden. Sind die Kippeigenschaften des Spiegels 1 in der normalen Drehung und in der entgegengesetzten Drehung gleich, so ist die Kippbewegung des Spiegels 1 während der normalen Drehung symmetrisch zur Kippbewegung während der entgegengesetzten Drehung bezogen auf die in 1 gezeigte Spiegelstellung, bei der keine Spannung an den Spiegel 1 angelegt ist, unter der Voraussetzung, dass in der normalen und der entgegengesetzten Drehung eine Spannung mit konstanter Frequenz und Amplitude an den Spiegel 1 angelegt wird.
Ist eine Symmetrie zwischen der Kippbewegung des Spiegels 1 in der normalen Drehung und in der entgegengesetzten Drehung nicht erforderlich, so können die kammförmigen Zähne auch so ausgebildet sein, dass sie ungleiche Abstände voneinander und unterschiedliche Größen aufweisen.
Die Torsionsstäbe 4a und 4b sind in Richtung der Y-Achse langgestreckt und stehen von gegenüberliegenden Seiten des rechteckförmigen Spiegels 1 ab. Die Torsionsstäbe 4a und 4b sind jeweils als Rundstab ausgebildet, dessen Mittelachse mit der Drehachse O_Y zusammenfällt. Sie haben die Eigenschaft, durch eine äußere Kraft vergleichsweise einfach verdreht zu werden. Werden die Torsionsstäbe 4a und 4b verdreht, so kippt der Spiegel 1 in der X-Z-Ebene. Der Kippwinkel des Spiegels 1 variiert abhängig davon, wie stark der jeweilige Torsionsstab 4a, 4b verdreht wird, d. h. wie stark die auf ihn wirkende äußere Kraft ist. Die Torsionsstäbe 4a und 4b sind jeweils mit einem Ende mit dem Rahmenteil 5 verbunden. Dabei sind die Torsionsstäbe 4a und 4b einstückig mit dem Rahmenteil 5 ausgebildet.
Der Rahmenteil 5 ist so ausgebildet, dass er die Seitenfläche des Spiegels 1 in seiner Gesamtheit umgibt. Der Spiegel 1 und die beweglichen Zähne 2a, 2b, 3a und 3b sind durch die Torsionsstäbe 4a und 4b gegenüber dem Rahmenteil 5 verdrehbar.
Die festen Zähne 6a und 6b stehen von den Seiten des Rahmenteils 5, die sich längs der Y-Achse erstrecken, nach innen ab und haben die gleichen Abstände voneinander wie die benachbarten beweglichen Zähne 2a und 2b. Entsprechend den festen Zähnen 6a und 6b stehen die festen Zähne 7a und 7b von den Seiten des Rahmenteils 5, die sich längs der Y-Achse erstrecken, nach innen ab. Die festen Zähne 7a und 7b sind bezüglich der Drehachse O_Y entgegengesetzt zu den festen Zähnen 6a und 6b angeordnet. Außerdem sind sie den beweglichen Zähnen 3a bzw. 3b benachbart.
Die festen Zähne 6a, 6b, 7a und 7b haben gleiche Form und Größe. In der Draufsicht sind die festen Zähne 6a, 6b, 7a und 7b so angeordnet, dass jeweils ein beweglicher Zahn in der Lücke zwischen benachbarten festen Zähen aufgenommen ist (oder dass ein fester Zahn in der Lücke zwischen benachbarten beweglichen Zähnen aufgenommen ist). Dementsprechend sind die Lücken, die zwischen den festen Zähnen ausgebildet sind, und die Lücken, die zwischen den beweglichen Zähnen ausgebildet sind, gleich. Die Bereiche, in denen die festen Zähne und die ihnen benachbarten beweglichen Zähnen in einer quergeschnittenen Seitenansicht einander überlappen (d. h. die Bereiche, die durch die einander gegenüberliegenden Flächen der festen Zähne und der ihnen benachbarten beweglichen Zähne gebildet sind), sind im Wesentlichen gleich, wenn der Spiegel verkippt wird.
Wie oben beschrieben, stehen die festen Zähne 2a, 2b, 3a und 3b von dem Spiegel 1 ab, während die beweglichen Zähne 6a, 6b, 7a und 7b von dem Rahmenteil 5 abstehen. Wird der Spiegel 1 gegenüber dem Rahmenteil 5 verkippt, so bewegen sich die beweglichen Zähne jeweils relativ zu den festen Zähnen.
Die beweglichen Zähne 12a, 12b, 13a und 13b stehen von den Seiten des Rahmenteils 5, die sich in Richtung der X-Achse erstrecken, nach außen ab. Die beweglichen Zähne 12a und 13a befinden sich auf entgegengesetzten Seiten einer Drehachse O_X des Spiegels 1. Auch die beweglichen Zähne 12b und 13b sind auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse O_X des Spiegels 1 angeordnet. Die Drehachse O_X verläuft durch den Mittelpunkt des Spiegels 1 und schneidet die Drehachse O_Y senkrecht. Ähnlich wie die beweglichen Zähne 2a, 2b, 3a und 3b sind auch die gegenseitigen Abstände sowie Form und Größe der beweglichen Zähne 12a, 12b, 13a und 13b so festgelegt, dass die oben beschriebene Symmetrieeigenschaft hinsichtlich der Kippbewegung des Spiegels 1 erzielt wird.
Die Torsionsstäbe 14a und 14b sind in Richtung der X-Achse langgestreckt und stehen von den gegenüberliegenden Seiten des Spiegels 1 ab, die sich längs der Y-Achse erstrecken. Die Torsionsstäbe 14a und 14b haben jeweils die Form eines Rundstabs, dessen Mittelachse mit der Drehachse O_X zusammenfällt. Die Torsionsstäbe 14a und 14b haben die gleichen Eigenschaften wie die Torsionsstäbe 4a und 4b. Dementsprechend werden auch die Torsionsstäbe 14a und 14b durch eine äußere Kraft vergleichsweise leicht verdreht. Werden die Torsionsstäbe 14a und 14b verdreht, so kippt der Spiegel 1 in der Y-Z-Ebene. Die Torsionsstäbe 14a und 14b sind jeweils mit einem Ende mit dem Rahmenteil 15 verbunden. Dabei sind die Torsionsstäbe 14a und 14b einstückig oder integral mit dem Rahmenteil 15 ausgebildet.
Der Rahmenteil 15 ist so ausgebildet, dass er die Seitenfläche des Rahmensteils 5 in ihrer Gesamtheit umgibt, und an dem Trägersubstrat gehalten. Der Rahmenteil 15 ist beispielsweise an einem Gehäuse einer Vorrichtung befestigt, an der der Mikrospiegel 100 montiert ist. Durch die Torsionsstäbe 14a und 14b können die von dem Rahmenteil 15 umgebenden strukturellen Komponenten gegenüber dem Rahmenteil 15 verdreht werden.
Die festen Zähne 16a und 16b stehen von den Seiten des Rahmenteils 15, die sich längs der X-Achse erstrecken, nach innen ab und haben die gleichen Abstände voneinander wie die benachbarten beweglichen Zähne 12a und 12b. Ähnlich wie die festen Zähne 16a und 16b stehen die festen Zähne 17a und 17b von den Seiten des Rahmenteils 15, die sich längs der X-Achse erstrecken, nach innen ab. Die festen Zähne 17a und 17b sind bezüglich der Drehachse O_X entgegengesetzt zu den festen Zähnen 16a und 16b angeordnet. Außerdem sind sie den beweglichen Zähnen 13a bzw. 13b benachbart.
Die festen Zähne 16a, 16b, 17a und 17b weisen gleiche Form und Größe auf. In der Draufsicht sind die festen Zähne 16a, 16b, 17a und 17b so angeordnet, dass jeweils ein beweglicher Zahn zwischen benachbarten festen Zähnen aufgenommen ist (oder dass jeweils ein fester Zahn zwischen benachbarten beweglichen Zähnen aufgenommen ist). Dementsprechend sind die Lücken zwischen den festen Zähnen und den jeweiligen benachbarten beweglichen Zähnen gleich. Bei Verkippung des Spiegels 1 sind die Bereiche, in denen die festen Zähne und die ihnen benachbarten beweglichen Zähne in einer quergeschnittenen Seitenansicht einander überlappen (d. h. die Bereiche, die durch die einander gegenüberliegenden Flächen der festen Zähnen und der ihnen benachbarten beweglichen Zähne gebildet sind), im Wesentlichen gleich.
Entsprechend der oben beschriebenen Ausführung der beweglichen Zähne sind auch die festen Zähne 6a, 6b, 7a, 7b, 16a, 16b, 17a und 17b, was ihre gegenseitigen Abstände, Form und Größe betrifft, so ausgebildet, dass die oben beschriebene Symmetrieeigenschaft im Hinblick auf die Kippbewegung des Spiegels 1 erzielt wird. Ist eine solch symmetrische Bewegung des Spiegels 1 nicht erforderlich, so können die festen Zähne auch ungleich (z. B. im Hinblick auf ihre gegenseitigen Abstände, Form und Größe) ausgebildet sein.
Wie in 1 gezeigt, hat der Mikrospiegel 100 Elektrodenkontaktflächen E_GND, E₁, E₂, E₃ und E₄, die beispielsweise aus Metallfilmen gebildet sind, die auf die obere Fläche des Rahmenteils 15 aufgedampft werden. Diese Elektrodenkontaktflächen sind mit ihnen zugeordneten festen und beweglichen Zähnen elektrisch verbunden. Außerdem sind sie auch mit einer Spannungsversorgungseinheit 150 verbunden, die die benötigte Antriebsspannung liefert. Auch die festen und beweglichen Zähne sind jeweils mit der Spannungsversorgungseinheit 150 verbunden.
3A zeigt eine Draufsicht auf die obere leitfähige Schicht des Mikrospiegels 100. 3B zeigt eine Draufsicht auf die untere leitfähige Schicht des Mikrospiegels 100. 3C zeigt einen Querschnitt des Mikrospiegels 100 längs der in den 3A und 3B dargestellten Linie D-D.
Wie in den 3A und 3C gezeigt, ist in der oberen leitfähigen Schicht eine isolierende Nut 21 ausgebildet, die die obere leitfähige Schicht in mehrere Bereiche unterteilt, die durch die Schicht 21 gegeneinander isoliert sind. Wie in den 3B und 3C gezeigt, ist in der unteren leitfähigen Schicht ein isolierende Nut 31 ausgebildet, die die untere leitfähige Schicht in mehrere Bereiche unterteilt, die durch die Nut 31 gegeneinander isoliert sind. Die isolierenden Nuten 21 und 31 können in einem Halbleiterfertigungsprozess, z. B. Trockenätzen, ausgebildet werden. Wie in den 3A bis 3C gezeigt, befindet sich die obere leitfähige Schicht, die auf die isolierende Schicht aufgebracht ist, in einem Zustand, in dem sie in mehrere Bereiche unterteilt ist, die durch die isolierende Nut 21 körperlich voneinander getrennt sind. Entsprechend befindet sich die untere leitfähige Schicht, die auf die isolierende Schicht aufgebracht ist, in einem Zustand, in dem sie in mehrere Bereiche unterteilt ist, die durch die isolierende Nut 31 körperlich voneinander getrennt sind.
Wie in 3A bis 3C gezeigt, ist in der oberen leitfähigen Schicht eine leitfähige Nut 22 ausgebildet, die einen Bereich in der oberen leitfähigen Schicht mit einem Bereich in der unteren leitfähigen Schicht elektrisch verbindet. In der unteren leitfähigen Schicht, die auf die isolierende Schicht aufgebracht ist, sind leitfähigen Nuten 32 ausgebildet, die einen Bereich in der unteren leitfähigen Schicht mit einem Bereich in der oberen leitfähigen Schicht elektrisch verbinden. Die leitfähigen Nuten 22 und 32 können beispielsweise ausgebildet werden, indem ein Metallfilm auf die Innenfläche einer jeweiligen Nut aufgedampft wird, die durch Trockenätzen hergestellt worden ist. Somit sind Teile der genannten Bereiche der oberen leitfähigen Schicht durch die leitfähige Nut 22 oder 32 mit den entsprechenden Bereichen der unteren leitfähigen Schicht elektrisch verbunden, während die übrigen Teile dieser Bereiche in der oberen leitfähigen Schicht durch die isolierende Schicht gegenüber der unteren leitfähigen Schicht isoliert sind.
Durch den in den 3A und 3C gezeigten, oben beschriebenen Aufbau sind die beweglichen und die festen Zähne jeweils in einer Eins-zu-Eins-Relation mit den Elektrodenanschlussflächen verbunden, so dass sie auf vorbestimmten Spannungen gehalten werden können. Dabei sind die beweglichen Zähne 2a, 2b, 3a, 3b, 12a, 12b, 13a und 13b mit der Elektrodenanschlussfläche E_GND, die festen Zähne 6a und 7a mit der Elektrodenanschlussfläche E₁, die festen Zähne 6b und 7b mit der Elektrodenanschlussfläche E₂, die festen Zähne 16a und 17a mit der Elektrodenanschlussfläche E₃ und die festen Zähne 16b und 17b mit der Elektrodenanschlussfläche E₄ verbunden.
Dies bedeutet, dass in dem Mikrospiegel 100 die festen Zähne oder die beweglichen Zähne, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, mit der Elektrodenkontaktfläche E_GND verbunden sind. Durch diese Struktur kann die Zahl an Signalleitungen, die über die Torsionsstäbe 14a und 14b von den inneren Komponenten zu dem Rahmenteil 15 (oder die Spannungsversorgungseinheit) herauszuführen sind, auf einen kleinstmöglichen Wert verringert werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zahl an Signalleitungen, die über die Torsionsstäbe 14a und 14b von den inneren Komponenten zu dem Rahmenteil 15 zu führen sind, auf drei begrenzt, nämlich eine Signalleitung, die von der Elektrodenanschlussfläche E_GND zu den beweglichen Zähnen führt, sowie Hochfrequenzsignalleitungen zwischen der Elektrodenanschlussfläche E₁ und den zugehörigen festen Zähnen und zwischen der Elektrodenanschlussfläche E₂ und den zugehörigen festen Zähnen.
Die oben beschriebene Schichtstruktur, in der die isolierende Schicht zwischen den beiden leitfähigen Schichten liegt, ermöglicht es, die drei Signalleitungen über die Torsionsstangen 14a und 14b aus der inneren Struktur zu dem Rahmenteil 15 zu führen. Indem die Torsionsstäbe 14a und 14b jeweils so ausgebildet sind, dass sie zwei leitfähige Schichten aufweisen, die durch die dritte Schicht voneinander isoliert sind, können über einen einzigen Torsionsstab zwei Signalleitungen verlegt werden. Selbst wenn die Zahl an Signalleitungen (in diesem Ausführungsbeispiel drei), die aus dem Inneren zu dem Rahmenteil 15 zu führen sind, größer ist als die Zahl an Torsionsstäben (14a und 14b), können sämtliche Signalleitungen zu dem Rahmenteil 15 geführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel können mit Hilfe der oberen leitfähigen Schicht und der unteren leitfähigen Schicht jedes Torsionsstabs 14a und 14b insgesamt vier Signalleitungen von den inneren Komponenten über die Torsionsstäbe 14a und 14b zu dem Rahmenteil 15 geführt werden.
Bei dem Mikrospiegel 100 mit der oben beschriebenen Schichtstruktur kann eine Zahl an Signalleitungen, die gleich dem Doppelten der Zahl der äußersten Torsionsstäbe ist (in diesem Ausführungsbeispiel die Torsions stäbe 14a und 14b), über diese äußersten Torsionsstäbe von den inneren Komponenten zu der Spannungsversorgungseinheit 150 geführt werden. So kann ein Mikrospiegel bereitgestellt werden, der eine Abtastung über mehrere Achsen vornehmen kann, ohne ein Leitungsmuster an dem Torsionsstab ausbilden zu müssen. Die Anwendung einer Technik zur hochgenauen Musterbildung ist demnach nicht erforderlich. Dadurch kann die Ausbeute in der Herstellung der Mikrospiegel erhöht werden. Dies wiederum erhöht die Herstellungseffizienz und führt zu einer Verringerung der Herstellungskosten.
Da der Basis- oder Trägerteil des Mikrospiegels 100 auch dazu dient, die inneren Komponenten des Mikrospiegels 100 über die Spannungsversorgungseinheit mit Antriebsspannungen zu versorgen, kann jede Signalleitung breit und großflächig ausgebildet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die obere leitfähige Schicht, die untere leitfähige Schicht sowie die leitfähigen Nuten 22 und 32 jeweils eine Signalleitung bilden. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, an dem jeweiligen Torsionsstab ein Leitungsmuster auszubilden, da der Torsionsstab, dessen Breite und Querschnitt die Breite und den Querschnitt des Leitungsmusters übersteigen, als Signalleitung dient. Die Ausgestaltung des Mikrospiegels 100 gemäß Ausführungsbeispiel macht also die Ausbildung einer elektronischen Komponente, d. h. eines Leitungsmusters, geringer Stärker an einem verformbaren Teil, nämlich einem Torsionsstab, überflüssig. So kann die Haltbarkeit des Mikrospiegels 100 verbessert werden. Da außerdem der entsprechende Signalkanal einen größeren Querschnitt aufweist, wird ein geringerer Energieverbrauch erzielt.
Im Folgenden wird beschrieben, wie beweglichen Zähne und die festen Zähne zueinander angeordnet sind. Nur um diese Relativanordnung zu verdeutlichen, ist in 1 der Mikrospiegel 100 in Bereich R₁, R₂, R₃, R₄, R'₁, R'₂, R'₃ und R'₄ unterteilt. In den Bereichen R₁ und R'₁ sind die beweglichen Zähne 2a und die festen Zähne 6a bzw. die beweglichen Zähne 3a und die festen Zähne 7a einander benachbart.
Wie in 2B gezeigt, sind die beweglichen Zähne 2a und die festen Zähne 7a jeweils an der unteren leitfähigen Schicht ausgebildet, während die beweglichen Zähne 3a und die festen Zähne 6a an der oberen leitfähigen Schicht ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass in 2B die beweglichen Zähne an einem Ende des Spiegels 1 unterhalb der festen Zähne angeordnet sind, während die beweglichen Zähne an dem anderen Ende des Spiegels 1 oberhalb der festen Zähne angeordnet sind. Dabei sind die beweglichen Zähne 2a unterhalb der festen Zähne 6a angeordnet, während die beweglichen Zähne 3a oberhalb der festen Zähne 7a angeordnet sind.
In den Bereichen R₂ und R'₂ sind die beweglichen Zähne 2b und die festen Zähne 6b bzw. die beweglichen Zähne 3b und die festen Zähne 7b einander benachbart. Wie in 2C gezeigt, sind die beweglichen Zähne 2b und die festen Zähne 7b an der oberen leitfähigen Schicht ausgebildet, während die beweglichen Zähne 3b und die festen Zähne 6b jeweils an der unteren leitfähigen Schicht ausgebildet sind. Deshalb sind in 2C die beweglichen Zähne an einem Ende des Spiegels 1 oberhalb der festen Zähne und an dem anderen Ende des Spiegels 1 unterhalb der festen Zähne angeordnet. Dabei befinden sich die beweglichen Zähne 2b oberhalb der festen Zähne 6b, während die beweglichen Zähne 3b unterhalb der festen Zähne 7b angeordnet sind.
In den Bereichen R₃ und R'₃ sind die beweglichen Zähne 12a und die festen Zähne 16a bzw. die beweglichen Zähne 13a und die festen Zähne 17a einander benachbart. Die beweglichen Zähne 12a und die festen Zähne 17a sind jeweils an der unteren leitfähigen Schicht ausgebildet, während die beweglichen Zähne 13a und die festen Zähne 16a an der oberen leitfähigen Schicht ausgebildet sind. In jedem der Bereiche R₃ und R'₃ sind demnach die beweglichen Zähne an einem Ende des Spiegels 1 unterhalb und an dem anderen Ende des Spiegels 1 oberhalb der festen Zähne ausgebildet. Dabei sind die beweglichen Zähne 12a unterhalb der festen Zähne 16a ausgebildet, während die festen Zähne 13a oberhalb der festen Zähne 17a ausgebildet sind.
In den Bereichen R₄ und R'₄ sind die beweglichen Zähne 12b und die festen Zähne 16b bzw. die beweglichen Zähne 13b und die festen Zähne 17b einander benachbart. Die beweglichen Zähne 12b und die festen Zähne 17b sind jeweils an der unteren leitfähigen Fläche ausgebildet, während die beweglichen Zähne 13b und die festen Zähne 16b jeweils an der oberen leitfähigen Schicht ausgebildet sind. In jedem der Bereiche R₄ und R'₄ sind die beweglichen Zähne an einem Ende des Spiegels 1 unterhalb und an dem anderen Ende des Spiegels 1 oberhalb der festen Zähne angeordnet. Dabei sind die beweglichen Zähne 12b unterhalb der festen Zähne 16b angeordnet, während die beweglichen Zähne 13b oberhalb der festen Zähne 17b angeordnet sind.
Wie oben beschrieben, befinden sich in dem Mikrospiegel 100 die beweglichen Zähne 2b, 3a, 12b und 13a sowie die festen Zähne 6a, 7b, 16a und 17b (alle ohne Schraffur) auf gleicher Höhe. Ferner befinden sich die beweglichen Zähne 2a, 3b, 12a und 13b und die festen Zähne 6, 7a, 16b und 17a (alle mit Schraffur) auf gleicher Höhe. Durch diesen Aufbau befinden sich der Spiegel 1 und die Rahmenteile 5 und 15 auf gleicher Höhe, so dass die Dicke des Mikrospiegels 100 verringert werden kann.
Der Spiegel 1 und die Rahmenteile 5 und 15 sind auf einem Siliziumsubstrat konstanter Dicke ausgebildet. Indem die beweglichen und die festen Zähne in oben beschriebener Weise ausgebildet werden, kann die Dicke des gesamten Mikrospiegels 100 im Wesentlichen der Dicke des Spiegels 1 angeglichen werden.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Mikrospiegels 100 beschrieben. 4A zeigt einen Querschnitt des Mikrospiegels 100 längs der Linie B-B in einem Zustand, in dem der Spiegel 1 um die Drehachse O_Y in entgegengesetzter Drehrichtung verkippt ist. 4B zeigt einen Querschnitt des Mikrospiegels 100 längs der Linie C-C in einem Zustand, in dem der Spiegel 1 um die Drehachse O_X in normaler Drehrichtung verkippt ist. Der Mikrospiegel 100 ist elektrisch mit der Spannungsversorgungseinheit 150 verbunden und bildet mit dieser einen Schaltkreis.
Um den Spiegel 1 in entgegengesetzter Drehrichtung um die Drehachse O_Y zu verkippen, wie in 4A gezeigt ist, legt die Spannungsversorgungseinheit 150 eine vorbestimmte Antriebsspannung zwischen den beweglichen Zähnen 2a und den festen Zähnen 6a an. Die gleiche Spannung legt die Spannungsversorgungseinheit 150 zwischen den beweglichen Zähnen 3a und den festen Zähnen 7a an. Die beweglichen Zähne 2a und 3a sind an die Elektrodenanschlussfläche E_GND angeschlossen und so auf Erdpotential gehalten. Dagegen sind die festen Zähne 6a und 7a an die Elektrodenanschlussfläche E₁ angeschlossen und so auf einer Spannung V₁ gehalten.
Demzufolge wirkt eine elektrostatische Anziehung zwischen den beweglichen Zähnen 2a und den festen Zähnen 6a. Auch wirkt eine elektrostati sche Anziehung zwischen den beweglichen Zähnen 3a und den festen Zähnen 7a. Durch die elektrostatische Anziehung werden die beweglichen Zähne 2a nach oben in Richtung der festen Zähne 6a gezogen, während die beweglichen Zähne 3a nach unten in Richtung der festen Zähne 7a gezogen werden. So wirkt auf den Spiegel 1 auf der Seite der beweglichen Zähne 2a eine Kraft, die den Spiegel 1 nach oben bewegt, während auf der Seite der beweglichen Zähne 3a auf den Spiegel 1 eine Kraft wirkt, die diesen nach unten bewegt.
Wie oben beschrieben, ist der Spiegel 1 durch die Torsionsstäbe 4a und 4b schwenkbar gelagert. Wird der Spiegel 1 durch die elektrostatische Anziehung verkippt, so werden die Torsionsstäbe 4a und 4b verdreht. Durch dieses Verdrehen der Torsionsstäbe 4a und 4b resultiert die Kippbewegung des Spiegels 1 in dessen Drehbewegung. Der Spiegel 1 kippt also in der X-Z-Ebene in entgegengesetzter Drehrichtung um die Drehachse O_Y.
Um den Spiegel 1 in die normale Drehrichtung um die Drehachse O_Y zu verkippen, wie in 4B gezeigt ist, legt die Spannungsversorgungseinheit 150 zwischen den beweglichen Zähnen 2b und den festen Zähnen 6b eine vorbestimmte Antriebsspannung an. Die gleiche Spannung legt die Spannungsversorgungseinheit 150 auch zwischen den beweglichen Zähnen 3b und den festen Zähnen 7b an. Die beweglichen Zähne 2b und 3b sind an die Elektrodenanschlussfläche E_GND angeschlossen und so auf Erdpotential gehalten. Dagegen sind die festen Zähne 6b und 7b an die Elektrodenanschlussfläche E₂ angeschlossen und so auf einer Spannung V₂ gehalten.
Demzufolge wirkt eine elektrostatische Anziehung zwischen den beweglichen Zähnen 2b und den festen Zähnen 6b sowie eine elektrostatische Anziehung zwischen den beweglichen Zähnen 3b und den festen Zähnen 7b. Durch diese elektrostatische Anziehung werden die beweglichen Zähnen 2b nach unten in Richtung der festen Zähne 6b gezogen, während die beweglichen Zähne 3b nach oben in Richtung der festen Zähne 7b gezogen werden. Demnach wirkt auf den Spiegel 1 auf der Seite der beweglichen Zähne 2b eine Kraft, die den Spiegel 1 nach unten bewegt, während auf der Seite der beweglichen Zähne 3b auf den Spiegel 1 eine Kraft wirkt, die diesen nach oben bewegt.
Da der Spiegel 1 durch die Torsionsstäbe 4a und 4b schwenkbar gelagert ist, resultiert die Kippbewegung des Spiegels 1, die durch die elektrostatische Anziehung verursacht wird, in einer Drehbewegung des Spiegels 1. Dies bedeutet, dass der Spiegel 1 um die Drehachse O_Y in der X-Z-Ebene in die normale Drehrichtung kippt.
Um den Spiegel 1 in die normale Drehrichtung um die Drehachse O_X zu verkippen, legt die Spannungsversorgungseinheit 150 zwischen die beweglichen Zähne 12a und die festen Zähne 16a eine vorbestimmte Antriebsspannung an. Die gleiche Spannung legt die Spannungsversorgungseinheit 150 auch zwischen den beweglichen Zähnen 13a und den festen Zähnen 17a an. Die beweglichen Zähne 12a und 13a sind an die Elektrodenanschlussfläche E_GND angeschlossen und so auf Erdpotential gehalten. Dagegen sind die festen Zähne 16a und 17a an die Elektrodenanschlussfläche E₃ angeschlossen und so auf einer Spannung V₃ gehalten.
Demzufolge wirkt eine elektrostatische Anziehung zwischen den beweglichen Zähnen 12a und den festen Zähnen 16a sowie eine elektrostatische Anziehung zwischen den beweglichen Zähnen 13a und den festen Zähnen 17a. Durch diese elektrostatische Anziehung werden die beweglichen Zähne 12a nach oben in Richtung der festen Zähne 16a gezogen, während die beweglichen Zähne 13a nach unten in Richtung der festen Zähne 17a gezogen werden. Dies bedeutet, dass auf der Seite der beweglichen Zähne 12a eine Kraft auf den Spiegel 1 wirkt, die diesen nach oben bewegt, während auf der Seite der beweglichen Zähne 13a eine Kraft auf den Spiegel 1 wirkt, die diesen nach unten bewegt.
Da der Rahmenteil 5 und damit der Spiegel 1 durch die Torsionsstäbe 14a und 14b schwenkbar gelagert ist, resultiert die durch die elektrostatische Anziehung verursachte Kippbewegung des Spiegels 1 in einer Drehbewegung des Spiegels 1. Dies bedeutet, dass der Spiegel 1 in der Y-Z-Ebene um die Drehachse O_X in die normale Drehrichtung kippt.
Um den Spiegel 1 in die entgegengesetzte Drehrichtung um die Drehachse O_X zu verkippen, legt die Spannungsversorgungseinheit 150 zwischen den beweglichen Zähnen 12b und den festen Zähnen 16b eine vorbestimmte Spannung an. Die gleiche Spannung legt die Spannungsversorgungseinheit 150 zwischen den beweglichen Zähnen 13b und den festen Zähnen 17b an. Die beweglichen Zähne 12b und 13b sind an die Elektrodenanschlussfläche E_GND angeschlossen und so auf Erdpotential gehalten, während die festen Zähne 16b und 17b an die Elektrodenanschlussfläche E₄ angeschlossen und so auf einer Spannung V₄ gehalten sind.
Demzufolge wirkt zwischen den beweglichen, kammförmigen Zähnen 12b und den festen, kammförmigen Zähnen 16b eine elektrostatische Anziehung. Ferner wirkt zwischen den beweglichen, kammförmigen Zähnen 13b und den festen, kammförmigen Zähnen 17b eine elektrostatische Anziehung. Durch diese elektrostatische Anziehung werden die beweglichen Zähne 12b nach unten in Richtung der festen Zähne 16b und die beweglichen Zähne 13b nach oben in Richtung der festen Zähne 17b gezogen. Dies bedeutet, dass auf der Seite der beweglichen Zähne 12b eine Kraft auf den Spiegel 1 wirkt, die diesen nach unten bewegt, während auf der Seite der beweglichen Zähne 13b eine Kraft auf den Spiegel 1 wirkt, die diesen nach oben bewegt.
Da der Rahmenteil 5 und damit der Spiegel 1 durch die Torsionsstäbe 14a und 14b schwenkbar gelagert ist, resultierte die durch die elektrostatische Anziehung verursachte Kippbewegung des Spiegels 1 in einer Drehbewegung des Spiegels 1. Dies bedeutet, dass der Spiegel 1 in der Y-Z-Ebene um die Drehachse O_X in die entgegengesetzte Drehrichtung kippt.
In dem in 4A gezeigten Beispiel tragen sowohl die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 2a nach oben bewegt, als auch die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 3a nach unten bewegt, zur Drehbewegung des Spiegels 1 in der X-Z-Ebene in entgegengesetzter Drehrichtung bei. Bei dem in 4B gezeigten Beispiel, tragen sowohl die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 2b nach unten bewegt, als auch die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 3b nach oben bewegt, zur Drehbewegung des Spiegels 1 in der X-Z-Ebene in normaler Drehrichtung bei.
In den Bereichen R₃ und R'₃ tragen sowohl die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 12a nach oben bewegt, als auch die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 13a nach unten bewegt, zur Drehung des Spiegels 1 in der Y-Z-Ebene in normaler Drehrichtung bei. In den Bereichen R₄ und R'₄ tragen sowohl die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 12b nach unten bewegt, als auch die elektrostatische Anziehung, die den Spiegel 1 auf der Seite der kammförmigen Zähne 13b nach oben bewegt, zur Drehung des Spiegels 1 in der Y-Z-Ebene in entgegengesetzter Drehrichtung bei.
Indem, wie oben beschrieben, an die kammförmigen Zähne selektiv Spannungen angelegt werden, kippt der Spiegel 1 in der X-Z-Ebene oder in der Y-Z-Ebene. Dies bedeutet, dass der Spiegel 1 um zwei Drehachsen verkippt werden kann. Der Mikrospiegel 100 mit dem oben beschriebenen Aufbau ermöglicht so eine Abtastung um zwei Drehachsen.
Auf beide Seiten des Spiegels 1 wirken Kräfte ein, die den Spiegel 1 in der X-Z-Ebene oder in der Y-Z-Ebene in die gleiche Drehrichtung drehen. Der Spiegel 1 kann so mit einer ausreichend starken Antriebskraft gedreht werden. Indem eine solch starke Antriebskraft gewährleistet ist, können die Stabilität und die Ansprechgeschwindigkeit der Drehbewegung des Spiegels 1 erhöht werden. Wird die elektrostatische Anziehung zwischen den beweglichen, kammförmigen Zähnen und den festen, kammförmigen Zähnen bewirkt, so wirken symmetrische Vektoren, d. h. Vektoren gleicher skalarer Größe und entgegengesetzter Richtungen, an Stellen, die symmetrisch zur Drehachse O_X des Spiegels 1 liegen.
Demzufolge werden die strukturellen Komponenten nicht ungleichgewichtig belastet. Dies gilt insbesondere für die Torsionsstäbe 4a und 4b des Mikrospiegels 100. Damit können Kräfte, die auf den Mikrospiegel 100 wirken und die genannten strukturellen Komponenten in unerwünschte Richtungen verformen, in ihrer Stärke herabgesetzt werden. So kann die Haltbarkeit des Mikrospiegels 100 verbessert werden. Auch kann ein Energieverlust vermieden werden. Die elektrostatische Anziehung wird so effektiv in die Drehbewegung des Spiegels umgesetzt. Ein solcher Aufbau des Mikrospiegels 100 ermöglicht es, die Antriebsspannung für den Spiegel zu verringern und so den Energieverbrauch zu reduzieren.
Wie oben beschrieben, ist der Mikrospiegel 100 so aufgebaut, dass der Spiegel 1 aus seiner normalen Stellung, die so festgelegt ist, dass keine Spannung an den Mikrospiegel 100 angelegt ist, in der X-Z-Ebene oder in der Y-Z-Ebene sowohl in die normale Drehrichtung als auch in die entgegengesetzte Drehrichtung geschwenkt werden kann. Durch diese Ausbildung des Mikrospiegels 100 kann ein ausreichend großer Kippwinkel erzielt werden. Außerdem sind die Kippwinkel in der normalen Drehung und der entgegengesetzten Drehung identisch. Dies bedeutet, dass für eine symmetrische Kippbewegung des Spiegels 1 gesorgt ist.
Der Mikrospiegel 100 gemäß Ausführungsbeispiel vereinfacht auch den Entwurf eines optischen Systems in einer Vorrichtung, in der der Mikrospiegel 100 anzubringen ist. Da der Mikrospiegel 100 im Hinblick auf die Kippbewegung bezüglich der normalen Stellung des Spiegels 1 symmetrisch ist, kann auch das optische System im Hinblick auf den Abtastbereich eines durch den Spiegel 1 abgelenkten Strahls symmetrisch ausgebildet werden.
Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann beispielsweise eine andere Zahl an kammförmigen Zähnen in dem Mikrospiegel verwendet werden.

Claims

Mikrospiegel (100), umfassend: – einen Reflexionsspiegel (1); – ein Paar erste Torsionsstäbe (4a, 4b), die von dem Reflexionsspiegel (1) abstehen; – einen ersten Trägerrahmen (5), der den Reflexionsspiegel (1) so hält, dass dieser über die ersten Torsionsstäbe (4a, 4b) um eine erste Drehachse (O_Y) verdrehbar ist; – ein Paar zweite Torsionsstäbe (14a, 14b), die von dem ersten Trägerrahmen (5) in eine Richtung abstehen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung liegt, in die die ersten Torsionsstäbe (4a, 4b) abstehen; und – einen zweiten Trägerrahmen (15), der den ersten Trägerrahmen (5) so hält, dass dieser um die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) um eine zweite Drehachse (O_X) verdrehbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse (O_Y) liegt; – wobei die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) jeweils zwei separate leitfähige Elemente aufweisen.
Mikrospiegel (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend: – ein Paar erste Elektroden (2a, 2b, 6a, 6b), von denen eine (2a, 2b) an dem Reflexionsspiegel (1) und die andere (6a, 6b) an dem ersten Trägerrahmen (5) ausgebildet ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) um die erste Drehachse (O_Y) in eine normale Drehrichtung verdreht wird, wenn eine elektrostatische Anziehung zwischen den beiden ersten Elektroden (2a, 2b, 6a, 6b) wirkt; – ein Paar zweite Elektroden (3a, 3b, 7a, 7b), von denen eine (3a, 3b) an dem Reflexionsspiegel (1) und die andere (7a, 7b) an dem ersten Trägerrahmen (5) ausgebildet ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) in eine entgegengesetzte Drehrichtung um die erste Drehachse (O_Y) verdreht wird, wenn eine elektrostatische Anziehung zwischen den beiden zweiten Elektroden (3a, 3b, 7a, 7b) wirkt; – ein Paar dritte Elektroden (12a, 12b, 16a, 16b), von denen eine (12a, 12b) an dem ersten Trägerrahmen (5) und die andere (16a, 16b) an dem zweiten Trägerrahmen (15) ausgebildet ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) um die zweite Drehachse (O_X) in eine normale Drehrichtung verdreht wird, wenn eine elektrostatische Anziehung zwischen den dritten Elektroden (12a, 12b, 16a, 16b) wirkt; und – ein Paar vierte Elektroden (13a, 13b, 17a, 17b), von denen eine (13a, 13b) an dem ersten Trägerrahmen (5) und die andere (17a, 17b) an dem zweiten Trägerrahmen (15) ausgebildet ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) um die zweite Drehachse (O_X) in eine entgegengesetzte Drehrichtung gedreht wird, wenn eine elektrostatische Anziehung zwischen den vierten Elektroden (13a, 13b, 17a, 17b) wirkt.
Mikrospiegel (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem: – die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) jeweils einen dreischichtigen Aufbau mit zwei leitfähigen Schichten und einer isolierenden Schicht aufweist, die zwischen den beiden leitfähigen Schichten angeordnet ist; und – die beiden leitfähigen Schichten des jeweiligen zweiten Torsionsstabs (14a, 14b) die beiden separaten leitfähigen Elemente bilden.
Mikrospiegelvorrichtung, umfassend: – einen Mikrospiegel (100) nach Anspruch 1; und – eine Spannungsversorgungseinheit (150), die den Mikrospiegel (100) mit einer Antriebsspannung versorgt, – wobei der Mikrospiegel (100) umfasst: – ein Paar erste Elektroden (2a, 2b, 6a, 6b), von denen eine (2a, 2b) an dem Reflexionsspiegel (1) und die andere (6a, 6b) an dem ersten Trägerrahmen (5) ausgebildet ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) um die erste Drehachse (O_Y) in eine normale Drehrichtung verkippt wird, wenn eine elektrostatische Anziehung zwischen den ersten Elektroden (2a, 2b, 6a, 6b) wirkt; und – ein Paar zweite Elektroden (3a, 3b, 7a, 7b), von denen eine (3a, 3b) an dem Reflexionsspiegel (1) und die andere (7a, 7b) an dem ersten Trägerrahmen (5) ausgebildet ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) um die erste Drehachse (O_Y) in eine entgegengesetzte Drehrichtung verdreht wird, wenn eine elektrostatische Anziehung zwischen den zweiten Elektroden (3a, 3b, 7a, 7b) wirkt, wobei – die Spannungsversorgungseinheit (150) über zwei der separaten leitfähigen Elemente der beiden zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) mit den ersten Elektroden (2a, 2b, 6a, 6b) verbunden ist, so dass eine Spannung zwischen den ersten Elektroden (2a, 2b, 6a, 6b) anlegbar ist; und – die Spannungsversorgungseinheit (150) über zwei der separaten leitfähigen Elemente der zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) mit den zweiten Elektroden (3a, 3b, 7a, 7b) verbunden ist, so dass eine Spannung zwischen den zweiten Elektroden (3a, 3b, 7a, 7b) anlegbar ist.
Mikrospiegelvorrichtung nach Anspruch 4, bei der: – die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) jeweils einen dreischichtigen Aufbau mit zwei leitfähigen Schichten und einer isolierenden Schicht aufweisen, die zwischen den beiden leitfähigen Schichten angeordnet ist; und – die beiden leitfähigen Schichten des jeweiligen zweiten Torsionsstabs (14a, 14b) die beiden separaten leitfähigen Elemente bilden.
Mikrospiegel (100), umfassend: – einen Reflexionsspiegel (1); – eine bewegliche Elektrodengruppe (2a, 2b) mit Elektroden, die von dem Reflexionsspiegel (1) abstehen; – ein Paar erste Torsionsstäbe (4a, 4b), die von dem Reflexionsspiegel (1) in eine Richtung abstehen, die verschieden von der Richtung ist, in die die Elektroden der beweglichen Elektrodengruppe (2a, 2b) abstehen; – eine feste Elektrodengruppe (6a, 6b) mit Elektroden, die von der ersten Trägerfassung (5) abstehen und der beweglichen Elektrodengruppe (2a, 2b) benachbart sind; – ein paar zweite Torsionsstäbe (14a, 14b), die von dem ersten Trägerrahmen (5) in eine Richtung abstehen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung liegt, in die die ersten Torsionsstäbe (4a, 4b) abstehen; und – einen zweiten Trägerrahmen (15), der den ersten Trägerrahmen (5) über die beiden zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) so hält, dass der erste Trägerrahmen (5) um eine zweite Drehachse (O_X) verdrehbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse (O_Y) liegt, wobei – die zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) jeweils zwei separate leitfähige Elemente aufweisen, – die bewegliche Elektrodengruppe (2a, 2b) und die feste Elektrodengruppe (6a, 6b) über zwei der separaten leitfähigen Elemente der zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) mit einer externen Vorrichtung (150) elektrisch verbindbar ist, so dass der Reflexionsspiegel (1) in eine normale Drehrichtung kippt, wenn die externe Vorrichtung (150) eine Spannung zwischen der beweglichen Elektrodengruppe (2a, 2b) und der festen Elektrodengruppe (6a, 6b) anlegt, und – die bewegliche Elektrodengruppe (2a, 2b) und die feste Elektrodengruppe (6a, 6b) über die beiden anderen separaten leitfähigen Elemente der zweiten Torsionsstäbe (14a, 14b) elektrisch mit der externen Vorrichtung (150) verbindbar sind, so dass der Reflexionsspiegel (1) in eine entgegengesetzte Drehrichtung kippt, wenn die externe Vorrichtung (150) eine Spannung zwischen der beweglichen Elektrodengruppe (2a, 2b) und der festen Elektrodengruppe (6a, 6b) anlegt.