JP2004085700A - ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法 - Google Patents
ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動することが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供すること。
【解決手段】シリコン基板1に、一端が固定され、他端が固定されていない梁11と、梁11の他端側に設けられたミラー10と、梁11の一端側に設けられ、クーロン力が作用するミラー側作用部とを設け、ガラス基板2に、ミラー側作用部との間でクーロン力が作用する対向側作用部31と、クーロン力の作用時に梁11の支点となる支点部35とを設け、クーロン力を作用させることによって、支点部35を支点として梁11を駆動することによってミラー10を駆動する。
【選択図】 図3
【解決手段】シリコン基板1に、一端が固定され、他端が固定されていない梁11と、梁11の他端側に設けられたミラー10と、梁11の一端側に設けられ、クーロン力が作用するミラー側作用部とを設け、ガラス基板2に、ミラー側作用部との間でクーロン力が作用する対向側作用部31と、クーロン力の作用時に梁11の支点となる支点部35とを設け、クーロン力を作用させることによって、支点部35を支点として梁11を駆動することによってミラー10を駆動する。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法に関する。
【0002】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平7−218845号公報では、広い範囲にわたって反射光の振れ角を制御することのできる方持ち梁方式のミラーデバイスが提案されている。
【0003】
当該ミラーデバイスは、当該公報の図1に示されているように、ミラーを支持する支持部材の一端に吸着膜を、他端に方持ち梁を設け、吸着膜の下方に設けられた電極の印加電圧を変化させることにより、吸着膜を電極側に吸引してミラーの角度を変更するものである。
【0004】
しかし、このような構造では、当該公報の図7に示されているように、ミラーの振れ角が大きくなるほど加速度的に印加電圧も大きくなる。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動することが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るミラーデバイスは、所定の吸引力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、
一端が固定され、他端が固定されていない支持部材と、
当該支持部材の他端側に設けられたミラーと、
前記支持部材の一端側に設けられ、前記吸引力が作用するミラー側作用部と、
を有し、
前記支持基板は、
前記ミラー側作用部との間で前記吸引力が作用する対向側作用部と、
少なくとも前記吸引力の作用時に前記支持部材の支点となる支点部と、
を有し、
前記吸引力を作用させることによって、前記支点部を支点として前記支持部材を駆動することによって前記ミラーを駆動することを特徴とする。
【0007】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを有し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、ミラーの支持部材の一端側に所定の駆動力を付与してミラーを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーは、前記支持部材の他端側に設けられ、
所定の支点部で前記支持部材の一部を支持し、前記駆動力を作用させることによって、前記支点部を支点として前記支持部材を駆動することによって前記ミラーを駆動することを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、ミラーデバイス等は、いわゆるてこの原理(力のモーメント)によって、支持部材の一端側に駆動力を発生することにより、支点部を支点として支持部材の他端側を大きく駆動することができるため、ミラーも大きく駆動することができる。
【0011】
また、ここで、前記支持部材の少なくとも一部は伸縮性を有する部材であってもよい。
【0012】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー基板は、前記支持部材を回転可能に支持する回転軸部を有してもよい。
【0013】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、回転軸部を用いて前記支持部材を回転可能に支持してもよい。
【0014】
これによれば、ミラーデバイス等は、回転軸部をねじり、ミラーを回転駆動することができる。
【0015】
また、回転軸部を設けることにより、ミラーデバイス等は、ミラーをより安定させて駆動することができる。
【0016】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記対向側作用部および前記支点部は、前記支持部材から離れた位置であって、かつ、前記支持部材を挟む形で複数設けられていてもよい。
【0017】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記支点部は、前記支持部材を挟む形で複数設けられ、
当該複数の支点部を支点として前記支持部材を駆動してミラーを駆動してもよい。
【0018】
これによれば、例えば、支点部を支持部材の上下に設けることにより、ミラーデバイス等は、上側の支点部に支持部材を駆動することにより、ミラーを下側に傾けることができ、下側の支点部に支持部材を駆動することにより、ミラーを上側に傾けることができる。
【0019】
したがって、ミラーデバイス等は、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0020】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチ、前記電子機器および前記ミラーデバイス駆動方法において、前記支持部材の前記一端側は、前記他端側と比較してより大きな伸縮率を有してもよい。
【0021】
これによれば、ミラーデバイス等は、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラーをより大きく駆動することができ、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0022】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記対向側作用部は、前記支点部に近い位置にある部分が前記支点部から遠い位置にある部分と比較して前記ミラー側作用部との間隔が狭くなるように前記支持基板に設けられていてもよい。
【0023】
これによれば、ミラーデバイス等は、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラーをより大きく駆動することができ、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0024】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記吸引力はクーロン力であってもよい。
【0025】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記駆動力はクーロン力であってもよい。
【0026】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であってもよい。
【0027】
これによれば、ミラーデバイス等は、クーロン力(静電気力)によって低電圧駆動でもミラーを大きく駆動することができる。また、ミラーデバイス等は、静電駆動方式を採用することにより、ミラーの駆動のために必要となる消費電力と発熱を抑制することができる。
【0028】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー基板は導電性シリコン基板であってもよい。
【0029】
これによれば、ミラーデバイス等は、導電性シリコン基板を用いることにより、ミラー基板に電極を用いることなく、静電駆動することが可能となる。また、シリコンは伸縮性を有するため、支持部材に伸縮性を付与することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ミラーの傾きによって光路を切り替えるミラーデバイスに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【0031】
(第1の実施例)
図1は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図2は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの図であり、図2(A)は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図2(B)は、図2(A)のAA’線部分の断面図である。また、図3は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【0032】
本実施形態のミラーデバイスは、ミラー10を有するミラー基板の一種であるシリコン基板1と、シリコン基板1を支持する支持基板の一種であるガラス基板2とを含んで構成されている。
【0033】
また、シリコン基板1は、一端が固定され、他端が固定されていない支持部材の一種である梁11と、梁11の他端側に設けられたミラー10とを含んで構成されている。また、梁11の一端側は、ミラー10の駆動力であるクーロン力(静電気力)が作用するミラー側作用部として機能する。
【0034】
なお、ミラー側作用部として梁11の一端側の下部に電極を設け、共通電極23から当該電極に電力を供給してもよい。
【0035】
また、ガラス基板2は、梁11のミラー側作用部との間でクーロン力が作用する対向側作用部31と、クーロン力の作用時に梁11の支点となる支点部35と、ミラー10の下方に設けられた等電位電極36と、対向側作用部31に電力を供給するセグメント電極21と、支点部35および等電位配線25とを含んで構成されている。
【0036】
そして、梁11と対向側作用部31との間に吸引力の一種であるクーロン力を作用させることによって、支点部35を支点として梁11を駆動することによってミラー10を駆動する。
【0037】
これにより、いわゆるてこの原理(力のモーメント)によって、梁11の一端側に駆動力が発生し、支点部35を支点として梁11の他端側が上に持ち上がり、図2(B)の破線に示すように、最大角度θ分ミラー10を傾けることができる。
【0038】
なお、θ=tan−1(G/L)である。
【0039】
ただし、Gは、梁11が接する対向側作用部31と支点部35との高さの差であり、Lは、梁11が対向側作用部31に接する最も支点部35側であって対向側作用部31の端部の点から支点部35までの水平距離である。
【0040】
すなわち、対向側作用部31と支点部35との垂直方向の間隔を空けることによってGを大きくしたり、梁11が対向側作用部31に接する最も支点部35側の点を支点部35に近づけることによってLを小さくしてミラーデバイスを構成することによってθを大きくし、ミラー10をより大きく傾けることができる。
【0041】
また、梁11の一端側と、対向側作用部31は、いわゆる平行平板静電アクチュエータとして機能する。静電駆動であるため、発熱や必要電力量は少なくて済み、ミラーデバイスは、低電圧でミラー10を大きく駆動することができる。
【0042】
なお、このようなミラーデバイスを実現するための材料としては、例えば、以下のものを適用できる。
【0043】
シリコン基板1としては、例えば、シリコンにボロンドープ剤を塗布もしくは拡散して導電性を付与したもの等を用い、ガラス基板2としては、例えば、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用い、ミラー10および梁11としては、例えば、シリコン基板1と同材料であってもよく、ミラー10としてアルミニウム等を用い、ミラー側作用部としてITO等の透明電極を用いてもよい。
【0044】
また、梁11の素材としてシリコン等の伸縮可能な素材を用いることにより、ミラーデバイスは、梁11に伸縮性を持たせ、図2(B)に示すように、梁11の一部を伸縮させることができる。
【0045】
また、セグメント電極21、対向側作用部31、支点部35、等電位電極36としては、例えば、ITO等の透明電極を用いてもよく、共通電極23としては、例えば、プラチナ等を用いてもよく、等電位配線25等の配線としては、例えば、ITOクロム、金等を用いてもよい。
【0046】
また、支点部35として電極、特に、シリコン製の梁11と等電位となる電位を陽極接合時に当該電極に付与することにより、ガラス基板2の一部を支点部35として形成する場合と比較して梁11がガラス基板2に接合されてしまう事態の発生をより効果的に防止することができる。
【0047】
さらに、等電位電極36を設けることにより、梁11がガラス基板2に接着してしまう事態の発生をより効果的に防止することができる。
【0048】
なお、本実施形態のミラーデバイスの製造方法としては、一般的なマイクロマシニング技術を用いて実現でき、例えば、特開平9−159937号公報に記載された手法を用いてもよい。特に、マイクロマシニング技術を用いることにより、ミラーデバイスを容易に小型化することが可能となる。
【0049】
以上のように、本実施の形態によれば、高い電圧をかけてミラー10を傾けるのではなく、ミラー10の傾きは支点部35と、対向側作用部31との位置関係によって一意に決定することができ、構造上ミラー10を大きく傾けることができる。
【0050】
また、駆動力にクーロン力を用いる上、力のモーメントを用いることにより、低電圧でもミラー10を大きく駆動することができる。
【0051】
(第2の実施例)
第1の実施例では、梁11に回転軸部を設けていないが、梁11に回転軸部を設けてもよい。次に、梁11に回転軸部を設けたミラーデバイスについて説明する。
【0052】
図4は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図5は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図5(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図5(B)は、図5(A)のBB’線部分の断面図である。
【0053】
本実施例では、梁11のミラー10の設けられる部分とミラー側作用部として機能する部分の間の部分に回転軸部として機能するヒンジ12を設けている。
【0054】
これによれば、ミラーデバイスは、ヒンジ12をねじり、ミラー10を回転駆動することができる。
【0055】
また、ヒンジ12を設けることにより、ミラーデバイスは、ミラー10をより安定させて駆動することができる。
【0056】
(変形例)
なお、本発明は、上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【0057】
例えば、支点部35をミラー10の下方にだけ設けたが、ミラー10の上方にも支点部を設けてもよいし、下方と上方の両方向に設けてもよい。
【0058】
図6は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの断面図である。
【0059】
図6に示すように、本実施形態のミラーデバイスは、シリコン基板1の下側にガラス基板3を設け、シリコン基板1の上側にガラス基板4を設けている。
【0060】
また、ミラーデバイスは、梁11から離れた位置であって、かつ、梁11を挟む形で、対向側作用部31および支点部35をガラス基板3に、対向側作用部41および支点部45をガラス基板4に設けている。
【0061】
これによれば、支点部35、45を梁11の上下に設けることにより、ミラーデバイスは、上側の支点部45に梁11を駆動することにより、ミラー10を下側に傾けることができ、下側の支点部35に梁11を駆動することにより、ミラー10を上側に傾けることができる。
【0062】
したがって、ミラーデバイスは、ミラー10の振れ角をより大きくすることができる。
【0063】
また、梁11の一端側を、他端側と比較してより大きな伸縮率になるように構成してもよい。
【0064】
図7は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図7(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図7(B)は、図7(A)のCC’線部分の断面図である。
【0065】
例えば、図7(A)に示すように、梁11の一端側の梁13をジグザグ形状に細く構成することにより、ミラーデバイスは、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラーをより大きく駆動することができ、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0066】
なお、梁13はシリコン製であるが、梁13の部分にシリコン以外の伸縮率の高い素材を用いたり、バネ形状の素材を用いたりしてもよい。
【0067】
また、対向側作用部31を、支点部35に近い位置にある部分が支点部35から遠い位置にある部分と比較してミラー側作用部との間隔が狭くなるようにガラス基板2を構成してもよい。
【0068】
具体的には、例えば、図7(B)に示すように、対向側作用部31が設けられる支点部35に近い位置にある部分が支点部35から遠い位置にある部分と比較して梁11との間隔が狭くなるように、ガラス基板2の対向側作用部31の設置部分を傾斜させてもよい。
【0069】
これによれば、ミラーデバイスは、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラー10をより大きく駆動することができ、ミラー10の振れ角をより大きくすることができる。
【0070】
また、上述した実施例では、駆動力(吸引力)としてクーロン力を用いたが、例えば、電磁気力等を用いてもよい。
【0071】
また、本発明に係るミラーデバイスは、ミラーの傾きによって光路を切り替える光スイッチのほか、光ピックアップ、ルータ、プロジェクタ等の種々の電子機器に実装することが可能である。
【0072】
さらに、上述した実施例では、初期状態では、支持部材である梁と支点部は離れているが、初期状態においても支持部材と支点部が接している構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図2】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの図であり、図2(A)は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図2(B)は、図2(A)のAA’線部分の断面図である。
【図3】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【図4】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図5】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図5(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図5(B)は、図5(A)のBB’線部分の断面図である。
【図6】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの断面図である。
【図7】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図7(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図7(B)は、図7(A)のCC’線部分の断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板(ミラー基板)
2〜4 ガラス基板(支持基板)
10 ミラー
11、13 梁(支持部材、ミラー側作用部)
12 ヒンジ(回転軸部)
21 セグメント電極
23 共通電極
25 等電位配線
31、41 対向側作用部
35、45 支点部
36 等電位電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法に関する。
【0002】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平7−218845号公報では、広い範囲にわたって反射光の振れ角を制御することのできる方持ち梁方式のミラーデバイスが提案されている。
【0003】
当該ミラーデバイスは、当該公報の図1に示されているように、ミラーを支持する支持部材の一端に吸着膜を、他端に方持ち梁を設け、吸着膜の下方に設けられた電極の印加電圧を変化させることにより、吸着膜を電極側に吸引してミラーの角度を変更するものである。
【0004】
しかし、このような構造では、当該公報の図7に示されているように、ミラーの振れ角が大きくなるほど加速度的に印加電圧も大きくなる。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動することが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るミラーデバイスは、所定の吸引力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、
一端が固定され、他端が固定されていない支持部材と、
当該支持部材の他端側に設けられたミラーと、
前記支持部材の一端側に設けられ、前記吸引力が作用するミラー側作用部と、
を有し、
前記支持基板は、
前記ミラー側作用部との間で前記吸引力が作用する対向側作用部と、
少なくとも前記吸引力の作用時に前記支持部材の支点となる支点部と、
を有し、
前記吸引力を作用させることによって、前記支点部を支点として前記支持部材を駆動することによって前記ミラーを駆動することを特徴とする。
【0007】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを有し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、ミラーの支持部材の一端側に所定の駆動力を付与してミラーを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーは、前記支持部材の他端側に設けられ、
所定の支点部で前記支持部材の一部を支持し、前記駆動力を作用させることによって、前記支点部を支点として前記支持部材を駆動することによって前記ミラーを駆動することを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、ミラーデバイス等は、いわゆるてこの原理(力のモーメント)によって、支持部材の一端側に駆動力を発生することにより、支点部を支点として支持部材の他端側を大きく駆動することができるため、ミラーも大きく駆動することができる。
【0011】
また、ここで、前記支持部材の少なくとも一部は伸縮性を有する部材であってもよい。
【0012】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー基板は、前記支持部材を回転可能に支持する回転軸部を有してもよい。
【0013】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、回転軸部を用いて前記支持部材を回転可能に支持してもよい。
【0014】
これによれば、ミラーデバイス等は、回転軸部をねじり、ミラーを回転駆動することができる。
【0015】
また、回転軸部を設けることにより、ミラーデバイス等は、ミラーをより安定させて駆動することができる。
【0016】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記対向側作用部および前記支点部は、前記支持部材から離れた位置であって、かつ、前記支持部材を挟む形で複数設けられていてもよい。
【0017】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記支点部は、前記支持部材を挟む形で複数設けられ、
当該複数の支点部を支点として前記支持部材を駆動してミラーを駆動してもよい。
【0018】
これによれば、例えば、支点部を支持部材の上下に設けることにより、ミラーデバイス等は、上側の支点部に支持部材を駆動することにより、ミラーを下側に傾けることができ、下側の支点部に支持部材を駆動することにより、ミラーを上側に傾けることができる。
【0019】
したがって、ミラーデバイス等は、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0020】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチ、前記電子機器および前記ミラーデバイス駆動方法において、前記支持部材の前記一端側は、前記他端側と比較してより大きな伸縮率を有してもよい。
【0021】
これによれば、ミラーデバイス等は、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラーをより大きく駆動することができ、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0022】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記対向側作用部は、前記支点部に近い位置にある部分が前記支点部から遠い位置にある部分と比較して前記ミラー側作用部との間隔が狭くなるように前記支持基板に設けられていてもよい。
【0023】
これによれば、ミラーデバイス等は、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラーをより大きく駆動することができ、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0024】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記吸引力はクーロン力であってもよい。
【0025】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記駆動力はクーロン力であってもよい。
【0026】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であってもよい。
【0027】
これによれば、ミラーデバイス等は、クーロン力(静電気力)によって低電圧駆動でもミラーを大きく駆動することができる。また、ミラーデバイス等は、静電駆動方式を採用することにより、ミラーの駆動のために必要となる消費電力と発熱を抑制することができる。
【0028】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー基板は導電性シリコン基板であってもよい。
【0029】
これによれば、ミラーデバイス等は、導電性シリコン基板を用いることにより、ミラー基板に電極を用いることなく、静電駆動することが可能となる。また、シリコンは伸縮性を有するため、支持部材に伸縮性を付与することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ミラーの傾きによって光路を切り替えるミラーデバイスに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【0031】
(第1の実施例)
図1は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図2は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの図であり、図2(A)は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図2(B)は、図2(A)のAA’線部分の断面図である。また、図3は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【0032】
本実施形態のミラーデバイスは、ミラー10を有するミラー基板の一種であるシリコン基板1と、シリコン基板1を支持する支持基板の一種であるガラス基板2とを含んで構成されている。
【0033】
また、シリコン基板1は、一端が固定され、他端が固定されていない支持部材の一種である梁11と、梁11の他端側に設けられたミラー10とを含んで構成されている。また、梁11の一端側は、ミラー10の駆動力であるクーロン力(静電気力)が作用するミラー側作用部として機能する。
【0034】
なお、ミラー側作用部として梁11の一端側の下部に電極を設け、共通電極23から当該電極に電力を供給してもよい。
【0035】
また、ガラス基板2は、梁11のミラー側作用部との間でクーロン力が作用する対向側作用部31と、クーロン力の作用時に梁11の支点となる支点部35と、ミラー10の下方に設けられた等電位電極36と、対向側作用部31に電力を供給するセグメント電極21と、支点部35および等電位配線25とを含んで構成されている。
【0036】
そして、梁11と対向側作用部31との間に吸引力の一種であるクーロン力を作用させることによって、支点部35を支点として梁11を駆動することによってミラー10を駆動する。
【0037】
これにより、いわゆるてこの原理(力のモーメント)によって、梁11の一端側に駆動力が発生し、支点部35を支点として梁11の他端側が上に持ち上がり、図2(B)の破線に示すように、最大角度θ分ミラー10を傾けることができる。
【0038】
なお、θ=tan−1(G/L)である。
【0039】
ただし、Gは、梁11が接する対向側作用部31と支点部35との高さの差であり、Lは、梁11が対向側作用部31に接する最も支点部35側であって対向側作用部31の端部の点から支点部35までの水平距離である。
【0040】
すなわち、対向側作用部31と支点部35との垂直方向の間隔を空けることによってGを大きくしたり、梁11が対向側作用部31に接する最も支点部35側の点を支点部35に近づけることによってLを小さくしてミラーデバイスを構成することによってθを大きくし、ミラー10をより大きく傾けることができる。
【0041】
また、梁11の一端側と、対向側作用部31は、いわゆる平行平板静電アクチュエータとして機能する。静電駆動であるため、発熱や必要電力量は少なくて済み、ミラーデバイスは、低電圧でミラー10を大きく駆動することができる。
【0042】
なお、このようなミラーデバイスを実現するための材料としては、例えば、以下のものを適用できる。
【0043】
シリコン基板1としては、例えば、シリコンにボロンドープ剤を塗布もしくは拡散して導電性を付与したもの等を用い、ガラス基板2としては、例えば、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用い、ミラー10および梁11としては、例えば、シリコン基板1と同材料であってもよく、ミラー10としてアルミニウム等を用い、ミラー側作用部としてITO等の透明電極を用いてもよい。
【0044】
また、梁11の素材としてシリコン等の伸縮可能な素材を用いることにより、ミラーデバイスは、梁11に伸縮性を持たせ、図2(B)に示すように、梁11の一部を伸縮させることができる。
【0045】
また、セグメント電極21、対向側作用部31、支点部35、等電位電極36としては、例えば、ITO等の透明電極を用いてもよく、共通電極23としては、例えば、プラチナ等を用いてもよく、等電位配線25等の配線としては、例えば、ITOクロム、金等を用いてもよい。
【0046】
また、支点部35として電極、特に、シリコン製の梁11と等電位となる電位を陽極接合時に当該電極に付与することにより、ガラス基板2の一部を支点部35として形成する場合と比較して梁11がガラス基板2に接合されてしまう事態の発生をより効果的に防止することができる。
【0047】
さらに、等電位電極36を設けることにより、梁11がガラス基板2に接着してしまう事態の発生をより効果的に防止することができる。
【0048】
なお、本実施形態のミラーデバイスの製造方法としては、一般的なマイクロマシニング技術を用いて実現でき、例えば、特開平9−159937号公報に記載された手法を用いてもよい。特に、マイクロマシニング技術を用いることにより、ミラーデバイスを容易に小型化することが可能となる。
【0049】
以上のように、本実施の形態によれば、高い電圧をかけてミラー10を傾けるのではなく、ミラー10の傾きは支点部35と、対向側作用部31との位置関係によって一意に決定することができ、構造上ミラー10を大きく傾けることができる。
【0050】
また、駆動力にクーロン力を用いる上、力のモーメントを用いることにより、低電圧でもミラー10を大きく駆動することができる。
【0051】
(第2の実施例)
第1の実施例では、梁11に回転軸部を設けていないが、梁11に回転軸部を設けてもよい。次に、梁11に回転軸部を設けたミラーデバイスについて説明する。
【0052】
図4は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図5は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図5(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図5(B)は、図5(A)のBB’線部分の断面図である。
【0053】
本実施例では、梁11のミラー10の設けられる部分とミラー側作用部として機能する部分の間の部分に回転軸部として機能するヒンジ12を設けている。
【0054】
これによれば、ミラーデバイスは、ヒンジ12をねじり、ミラー10を回転駆動することができる。
【0055】
また、ヒンジ12を設けることにより、ミラーデバイスは、ミラー10をより安定させて駆動することができる。
【0056】
(変形例)
なお、本発明は、上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【0057】
例えば、支点部35をミラー10の下方にだけ設けたが、ミラー10の上方にも支点部を設けてもよいし、下方と上方の両方向に設けてもよい。
【0058】
図6は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの断面図である。
【0059】
図6に示すように、本実施形態のミラーデバイスは、シリコン基板1の下側にガラス基板3を設け、シリコン基板1の上側にガラス基板4を設けている。
【0060】
また、ミラーデバイスは、梁11から離れた位置であって、かつ、梁11を挟む形で、対向側作用部31および支点部35をガラス基板3に、対向側作用部41および支点部45をガラス基板4に設けている。
【0061】
これによれば、支点部35、45を梁11の上下に設けることにより、ミラーデバイスは、上側の支点部45に梁11を駆動することにより、ミラー10を下側に傾けることができ、下側の支点部35に梁11を駆動することにより、ミラー10を上側に傾けることができる。
【0062】
したがって、ミラーデバイスは、ミラー10の振れ角をより大きくすることができる。
【0063】
また、梁11の一端側を、他端側と比較してより大きな伸縮率になるように構成してもよい。
【0064】
図7は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図7(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図7(B)は、図7(A)のCC’線部分の断面図である。
【0065】
例えば、図7(A)に示すように、梁11の一端側の梁13をジグザグ形状に細く構成することにより、ミラーデバイスは、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラーをより大きく駆動することができ、ミラーの振れ角をより大きくすることができる。
【0066】
なお、梁13はシリコン製であるが、梁13の部分にシリコン以外の伸縮率の高い素材を用いたり、バネ形状の素材を用いたりしてもよい。
【0067】
また、対向側作用部31を、支点部35に近い位置にある部分が支点部35から遠い位置にある部分と比較してミラー側作用部との間隔が狭くなるようにガラス基板2を構成してもよい。
【0068】
具体的には、例えば、図7(B)に示すように、対向側作用部31が設けられる支点部35に近い位置にある部分が支点部35から遠い位置にある部分と比較して梁11との間隔が狭くなるように、ガラス基板2の対向側作用部31の設置部分を傾斜させてもよい。
【0069】
これによれば、ミラーデバイスは、一端側をより大きく曲げることができるため、他端側のミラー10をより大きく駆動することができ、ミラー10の振れ角をより大きくすることができる。
【0070】
また、上述した実施例では、駆動力(吸引力)としてクーロン力を用いたが、例えば、電磁気力等を用いてもよい。
【0071】
また、本発明に係るミラーデバイスは、ミラーの傾きによって光路を切り替える光スイッチのほか、光ピックアップ、ルータ、プロジェクタ等の種々の電子機器に実装することが可能である。
【0072】
さらに、上述した実施例では、初期状態では、支持部材である梁と支点部は離れているが、初期状態においても支持部材と支点部が接している構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図2】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの図であり、図2(A)は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図2(B)は、図2(A)のAA’線部分の断面図である。
【図3】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【図4】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図5】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図5(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図5(B)は、図5(A)のBB’線部分の断面図である。
【図6】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの断面図である。
【図7】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの図であり、図7(A)は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図であり、図7(B)は、図7(A)のCC’線部分の断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板(ミラー基板)
2〜4 ガラス基板(支持基板)
10 ミラー
11、13 梁(支持部材、ミラー側作用部)
12 ヒンジ(回転軸部)
21 セグメント電極
23 共通電極
25 等電位配線
31、41 対向側作用部
35、45 支点部
36 等電位電極
Claims (14)
- 所定の吸引力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、
一端が固定され、他端が固定されていない支持部材と、
当該支持部材の他端側に設けられたミラーと、
前記支持部材の一端側に設けられ、前記吸引力が作用するミラー側作用部と、
を有し、
前記支持基板は、
前記ミラー側作用部との間で前記吸引力が作用する対向側作用部と、
少なくとも前記吸引力の作用時に前記支持部材の支点となる支点部と、
を有し、
前記吸引力を作用させることによって、前記支点部を支点として前記支持部材を駆動することによって前記ミラーを駆動することを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項1において、
前記ミラー基板は、前記支持部材を回転可能に支持する回転軸部を有することを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項1、2のいずれかにおいて、
前記対向側作用部および前記支点部は、前記支持部材から離れた位置であって、かつ、前記支持部材を挟む形で複数設けられていることを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記支持部材の前記一端側は、前記他端側と比較してより大きな伸縮率を有することを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記対向側作用部は、前記支点部に近い位置にある部分が前記支点部から遠い位置にある部分と比較して前記ミラー側作用部との間隔が狭くなるように前記支持基板に設けられていることを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項1〜5のいずれかにおいて、
前記吸引力はクーロン力であることを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項6において、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であることを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項6、7のいずれかにおいて、
前記ミラー基板は導電性シリコン基板であることを特徴とするミラーデバイス。 - 請求項1〜8のいずれかに記載のミラーデバイスを有し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする光スイッチ。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のミラーデバイスを有することを特徴とする電子機器。
- ミラーの支持部材の一端側に所定の駆動力を付与してミラーを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーは、前記支持部材の他端側に設けられ、
所定の支点部で前記支持部材の一部を支持し、前記駆動力を作用させることによって、前記支点部を支点として前記支持部材を駆動することによって前記ミラーを駆動することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 請求項11において、
回転軸部を用いて前記支持部材を回転可能に支持することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 請求項11、12のいずれかにおいて、
前記支点部は、前記支持部材を挟む形で複数設けられ、
当該複数の支点部を支点として前記支持部材を駆動してミラーを駆動することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 請求項11〜13のいずれかにおいて、
前記駆動力はクーロン力であることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
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JP2005305582A (ja) * | 2004-04-20 | 2005-11-04 | Fujitsu Ltd | マイクロ揺動素子 |
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WO2015186727A1 (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | 株式会社村田製作所 | Mems構造体 |
-
2002
- 2002-08-23 JP JP2002243629A patent/JP2004085700A/ja not_active Withdrawn
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