JP2004101553A - 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
【解決手段】シリコン基板1に、ミラー10の駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、ミラー10と一体的に形成される複数のミラー側作用部13、14を設け、ガラス基板2に、対向側作用部33、34を設け、ミラー10から離れた位置にあるミラー側作用部14と対向側作用部34との間隔を、ミラー10から近い位置にあるミラー側作用部13と対向側作用部33との間隔と比較して狭く形成する。
【選択図】 図3
Description
【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】
ミラーデバイスを駆動する場合、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課題となっている。
【0003】
このような課題を解決するため、特開2001−311900号公報では、ミラーの駆動方向の下面に傾斜面を有する対向電極を設け、当該傾斜面の傾斜方向に溝を設けた光走査装置が提案されている。
【0004】
すなわち、ミラーデバイスを駆動する駆動力については、例えば、クーロン力によって静電駆動する場合、電極間の距離が近いほど駆動力が増し、電極間の距離が遠いほど駆動力が減る距離依存性を有する。
【0005】
したがって、上記公報の方式では、傾斜が緩やかな場合には適用可能と思われるが、傾斜角を大きくするほどミラーと対向電極との距離が離れてしまい、より大きな駆動力が必要となり、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動するという課題を適切に解決することはできない。
【0006】
本発明は、上記の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。
【0007】
【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、所定の距離依存性駆動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、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、前記ミラーと一体的に形成され、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、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において前記距離依存性駆動力を発生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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、前記ミラーと一体的に形成され、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部に対して、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部よりも先に前記距離依存性駆動力を付与することによって前記ミラーを段階的に駆動することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るミラーデバイスは、所定の距離依存性駆動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、
前記距離依存性駆動力が作用するミラー側作用部を有するミラーと、
前記ミラーの駆動方向と交わる方向に配置され、前記ミラーと一体的に形成される少なくとも1つのミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、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において前記距離依存性駆動力を発生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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーに設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する少なくとも1つのミラー側作用部と、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に配置され、前記ミラーと一体的に形成される少なくとも1つのミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部に対して、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部よりも先に前記距離依存性駆動力を付与することによって前記ミラーを段階的に駆動することを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、距離依存性のある駆動力(例えば、クーロン力、電磁気力等)を用いてミラーを駆動する場合に、ミラーから離れた位置にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔を、ミラーから近い位置にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔と比較して狭く形成することにより、ミラーデバイス等は、ミラーから離れた位置にあるミラー側作用部と対向側作用部に対しては、小さな駆動力で駆動力を付与することができる。
【0016】
そして、ミラーデバイス等は、ミラーから離れた位置にあるミラー側作用部とミラー側作用部に対向する対向側作用部に対して、ミラーから近い位置にあるミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する対向側作用部よりも先に距離依存性駆動力を付与する。
【0017】
また、ミラーと複数のミラー側作用部とは一体的に形成されているため、ミラーデバイス等は、1つのミラー側作用部を駆動することによって他のミラー側作用部とミラーも駆動することができる。
【0018】
これにより、ミラーデバイス等は、初期状態で、最もミラーから離れた位置にあるミラー側作用部とミラー側作用部に対向する対向側作用部に距離依存性駆動力を付与することによって、他のミラー側作用部と対向側作用部との間隔を初期状態よりも狭め、ミラーも少し傾けることができる。
【0019】
さらに、ミラーデバイス等は、2番目にミラーから離れた位置にあるミラー側作用部とミラー側作用部に対向する対向側作用部に距離依存性駆動力を付与することによって、他のミラー側作用部と対向側作用部との間隔をさらに狭め、ミラーもさらに傾けることができる。
【0020】
このような手順を繰り返すことにより、ミラーデバイス等は、より少ない駆動力でより大きくミラーを駆動し、ミラーの傾斜角度をより大きくすることができる。
【0021】
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、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記ミラー側作用部は、前記回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置に前記距離依存性駆動力が作用するように、前記回転軸部に設けられていてもよい。
【0022】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で前記距離依存性駆動力を作用させてもよい。
【0023】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で距離依存性駆動力を作用させることにより、ミラーを回転駆動することができる。
【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、前記回転軸部に対して対向する位置に複数の前記ミラー側作用部が設けられていてもよい。
【0025】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記回転軸部に対して対向する位置に複数のミラー側作用部が設けられ、
前記ミラーを一方向に傾けさせる場合は、当該一方向側にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与し、前記ミラーを他方向に傾けさせる場合は、当該他方向側にあり、前記一方向側にある複数のミラー側作用部と対向する位置にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与してもよい。
【0026】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーを正逆両方向に回転駆動するそれぞれの場合において、少ない駆動力でミラーを駆動することが可能となる。
【0027】
これにより、ミラーデバイス等は、より少ない駆動力でミラーの振れ角をより大きなものとすることが可能となる。
【0028】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記対向側作用部は、前記ミラー側作用部と対向する位置ごとに設けられ、
前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部ごとに前記距離依存性駆動力を付与してもよい。
【0029】
これによれば、各ミラー側作用部と対向側作用部との組ごとに距離依存性駆動力を付与することにより、ミラーの振れ角を段階的に制御することが可能となる。
【0030】
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、前記距離依存性駆動力はクーロン力であってもよい。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
【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。
【0036】
(第1の実施例)
まず、本実施形態のミラーデバイスの構成について説明する。
【0037】
図1は、本実施形態の一例に係るミラー10の動作状態を示す模式図であり、図1(A)はt1時点でのミラー10の動作状態を示す模式図であり、図1(B)はt2時点でのミラー10の動作状態を示す模式図であり、図1(C)はt3時点でのミラー10の動作状態を示す模式図である。また、図3は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図4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。また、図5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る。
【0038】
図3〜図5に示すように、本実施形態のミラー側基板であるシリコン基板1は、ミラー10と、ミラー10を回転可能に支持する回転軸部として機能するヒンジ19と、ミラー10の両側に所定間隔で配置され、ヒンジ19を挟んで対向する位置に1つずつ設けられ、ミラー10を駆動する8つのミラー側作用部11〜18と、共通電極23とを含んで構成されている。
【0039】
なお、ミラー10、ヒンジ19およびミラー側作用部11〜18は、一体的に形成されている。
【0040】
また、シリコン基板1の下面に陽極接合され、シリコン基板1を支持する支持基板であるガラス基板2は、ミラー側作用部11〜18に対向して設けられ、駆動力を発生する対向側作用部として機能する8つの対向側作用部31〜38と、対向側作用部31〜38に電力を供給するセグメント電極21、22と、陽極接合する際にミラー10がガラス基板2に接合されるのを防ぐための等電位電極25とを含んで構成されている。
【0041】
また、シリコン基板1とガラス基板2とを陽極接合する際にはシリコン基板1と等電位電極25は同電位となるようにミラーデバイスを構成する。なお、等電位電極25を、ミラー10を直接駆動する電極として構成してもよい。
【0042】
また、ミラー側作用部11〜18と対向側作用部31〜38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。これにより、ミラー側作用部11〜18と対向側作用部31〜38との間には距離依存性のある(距離が遠くなるほど作用が弱くなる)駆動力の一種であるクーロン力(静電気力)が作用する。
【0043】
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。
【0044】
例えば、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およびミラー側作用部11〜18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11〜18としてITO等の透明電極を用いてもよい。
【0045】
また、セグメント電極21、22、対向側作用部31〜38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、等電位電極25としては、例えば、ITO、クロム、金等を用いてもよい。
【0046】
ガラス基板2側に形成するこれらの電極パターンの材料としてITOを適用することにより、シリコン基板1とガラス基板2の接合後においても、ガラス基板2の外部から透明な電極(ITO)を通してガラス基板2内部のアクチュエータを検査することが可能となる。さらに、この場合ITOは、酸化物電極であるため、耐久性にも優れるといった利点を有する。
【0047】
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。
【0048】
次に、本実施形態のミラーデバイスの動作原理について説明する。
【0049】
ここでは、ミラー10の回転方向(X方向)の一方の端部側に設けられたミラー側作用部13、14と、ミラー側作用部13、14と対向する位置のガラス基板2に設けられた対向側作用部33、34への電圧印加とミラー10の駆動との関係について説明する。
【0050】
図1(A)に示すように、初期状態である時点t1では、G1(ミラー側作用部14と対向側作用部34との間隔)<G2(ミラー側作用部13と対向側作用部33との間隔)<G3(ミラー10とガラス基板2との間隔)の関係にある。
【0051】
すなわち、本実施の形態のミラーデバイスは、ミラー10から離れた位置にあるミラー側作用部14と対向側作用部34との間隔を、ミラー10から近い位置にあるミラー側作用部13と対向側作用部34との間隔と比較して狭く形成している。他のミラー側作用部11、12、15〜18および他の対向側作用部31、32、35〜38についても同様である。
【0052】
また、図1(A)に示すように、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー10とガラス基板2との間隔を広く設定している。これにより、ミラー10をより大きく回転駆動することができる。
【0053】
さらに、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー側作用部11〜18およびすべての対向側作用部31〜38を、ミラー10の回転軌跡とは異なる位置に配置しているため、ミラー10の回転を妨げずにミラー10を回転駆動することができる。
【0054】
また、初期状態では、すべてのミラー側作用部11〜18およびすべての対向側作用部31〜38は、電圧が印加されていない0Vになっている。
【0055】
そして、駆動開始直後の時点t2では、セグメント電極21、22は、ミラー10から離れた位置にあり、かつ、駆動方向(X方向)側にあるミラー側作用部11〜14の対向位置にある対向側作用部31〜34に10Vの電圧を印加する。
【0056】
これにより、例えば、ミラー側作用部14と対向側作用部34の間に10Vの電位差が生じ、クーロン力により、ミラー側作用部14が対向側作用部34に引きつけられる力(クーロン力)が生じる。
【0057】
これにより、図1(B)に示すように、ヒンジ19がねじられるため、ヒンジ19と一体的に形成されたミラー10およびミラー側作用部11〜14は駆動方向側に少し傾く。例えば、ミラー側作用部14と対向側作用部34の間隔は0になり、ミラー側作用部13と対向側作用部33の間隔はG4となり、ミラー10とガラス基板2との間隔はG5となる。なお、G4<G2、G5<G3である。
【0058】
さらに、時点t2後の時点t3において、対向側作用部31〜34に10Vの電圧を印加した状態では、ミラー10から近い位置にあり、かつ、駆動方向側にあるミラー側作用部12、13の対向位置にある対向側作用部32、33に10Vの電圧が印加された状態になる。
【0059】
これにより、図1(C)に示すように、さらにヒンジ19がねじられるため、ヒンジ19と一体的に形成されたミラー10およびミラー側作用部11〜14は駆動方向側にさらに傾く。例えば、ミラー側作用部14と対向側作用部34の間隔は0のままであり、ミラー側作用部13と対向側作用部33の間隔も0となる。
【0060】
また、ミラー10は、ガラス基板2の上の等電位電極25に一端が当接し、ミラー10とガラス基板2との間隔はG5となる。なお、G6<G5<G3である。
【0061】
ここで、初期状態から図1(B)に示す状態となるまでの過程について、さらに詳細に説明する。
【0062】
図2は、本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図であり、図2(A)はt1時点でのミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図であり、図2(B)はt1時点からt2時点の間の時点でのミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図であり、図2(C)はt2時点でのミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図である。
【0063】
時点t1では、図2(A)に示すように、ミラー側作用部14と対向側作用部34は共に0Vで同電位とされ、初期状態にある。
【0064】
次に、ミラー側作用部14を10Vとして、対向側作用部34との間に10Vの電位差を発生させると、ミラー側作用部14のヒンジ19から遠い位置の部位が対向側作用部34に当接して図2(B)に示す状態となる。このとき、ヒンジ19がねじられ、ミラー10およびミラー側作用部11〜14は駆動方向へ回転してわずかに傾く。
【0065】
さらに、10Vの同じ電圧が印加された状態で、ミラー側作用部14の全体が対向側作用部34に吸引され、ミラー側作用部14の全面が対向側作用部34に当接し、間隔はG1から0となる。この結果、ミラー側作用部14等の状態は、時点t2での状態を示す図2(C)のようになる。また、このとき、さらにヒンジ19はねじられ、ミラー10およびミラー側作用部11〜14は駆動方向へ回転して少し傾く。
【0066】
同様に、図1(B)および図1(C)に示す時点t2から時点t3においても、ミラーデバイスは、同様の遷移過程を適用することにより、上述した動作による状態を同一電圧で連動して実現でき、ミラー10をより低い駆動電圧で、より大きな回転角度をもって、かつ、正確な角度で動作可能とすることができる。なお、時点t3以降、ミラーデバイスは、例えば、再びミラー側作用部14と対向側作用部34を共に0Vで同電位とすることにより、初期状態に復帰させることができることは言うまでもない。
【0067】
以上のように、本実施形態によれば、ミラー10と一体的に形成され、ミラー10から離れた位置にあるミラー側作用部11、14、15、18と対向側作用部31、34、35、38との間隔を、ミラー10から近い位置にあるミラー側作用部12、13、16、17と対向側作用部32、33、36、37との間隔と比較して狭く形成することにより、より少ない駆動力でより大きなミラー10の振れ角を実現することができる。
【0068】
すなわち、初期状態では、ミラー10とガラス基板2との間隔は広く、そのままミラー10を傾けるためには大きな駆動力が必要となるが、段差を設け、間隔が狭い電極から徐々に駆動するようにすることにより、徐々にミラー10とガラス基板2との間隔や電極間の間隔を狭めていくことができる。
【0069】
また、ミラー10とミラー側作用部11〜18とはヒンジ19によって接合されているため、ミラーデバイスは、ミラー側作用部11〜18をミラー10の外側から順に静電駆動することにより、徐々にヒンジ19をねじり、ミラー10を徐々に回転することができる。
【0070】
また、このような構成を採用することにより、設計上、ミラー10とガラス基板2との間隔を広く設定することができる。
【0071】
したがって、より少ない駆動力でより大きなミラー10の振れ角を実現することができる。
【0072】
また、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー側作用部11〜18と対向側作用部31〜38の組ごとに独立してクーロン力を付与するようにすれば、ミラー10の振れ角を段階的に制御することが可能となる。
【0073】
また、ミラーデバイスは、クーロン力を用いてミラー10等を静電駆動するため、消費電力と発熱を低減することができる。
【0074】
また、ミラー基板を導電性のシリコン基板1として形成することにより、ミラー10やミラー側作用部11〜18に電極を設ける必要はないため、より容易にミラーデバイスを製造することができる上、消費電力と発熱をより低減することができる。
【0075】
(第2の実施例)
なお、本発明は、第1の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第1の実施例では、ミラー10およびミラー10の対向位置に等電位電極25を設けているが、ミラー10およびミラー10の対向位置にミラー10動作用の電極を設けてもよい。
【0076】
図6は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。また、図7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る。
【0077】
本実施例では、ミラー10の駆動方向(X方向およびX方向の逆方向)の端部のそれぞれに対向側作用部39、40を設けている。
【0078】
ミラー10を一方向(例えば、図6に示すX方向)に傾ける場合は、まず、対向側作用部31、34に電圧を印加し、次に、対向側作用部32、33に電圧を印加し、最後に、対向側作用部39に電圧を印加することにより、ミラー10を一方向に傾けることができる。
【0079】
また、ミラー10を他方向(例えば、図6に示すX方向の逆方向)に傾ける場合は、まず、対向側作用部35、38に電圧を印加し、次に、対向側作用部36、37に電圧を印加し、最後に、対向側作用部40に電圧を印加することにより、ミラー10を他方向に傾けることができる。
【0080】
このように、ミラー10の対向位置に対向側作用部39、40を設けた場合であってもミラー10を段階的に駆動することにより、より少ない駆動力でより大きなミラー10の振れ角を得ることができる。
【0081】
(変形例)
また、本発明の適用は、上述した第1および第2の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【0082】
例えば、上述した実施例では、ミラー10の両側に静電アクチュエータを設けたが、ミラー10の片側を固定し、他の片側に静電アクチュエータを設けてもよい。この場合、当該静電アクチュエータの対向位置にのみ電極を設け、当該静電アクチュエータのない片側の対向位置には電極を設ける必要はない。
【0083】
また、例えば、上述した実施例では、ミラー10およびミラー側作用部11〜18としてシリコン基板1と同材料のものを用いたが、ミラー10およびミラー側作用部11〜18のそれぞれに電極を設け、対向側の対向側作用部31〜40ではなく、当該電極に電圧を印加し、電位差を長じさせ、ミラー側作用部11〜18で距離依存性駆動力を発生することにより、上述した段階的な駆動を行ってもよい。
【0084】
また、電位差は、+10Vだけでなく、+20V、−10V等の種々の電位差を適用可能である。
【0085】
また、上述した実施例では、距離依存性のある駆動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。
【0086】
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、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。
【0087】
さらに、上述した実施例ではいわゆる平行平板の静電アクチュエータ方式を採用したが、シリコン基板1側およびガラス基板2側の少なくとも一方に傾きを設けてもよく、電極の配置されるガラス基板2を階段状ではなく、ミラー10の位置が最も深い逆V字型に形成してもよい。
【0088】
また、上述した実施例では、図1(A)に示すように、2段構成であったが、3段以上の構成としたり、1段構成としてもよい。
【0089】
また、上述した実施例では、ミラー側作用部11〜18をミラー10の回転方向(X方向)と直交する方向(Y方向)に配置したが、例えば、ミラー10の対角線方向等に設けてもよい。
【0090】
さらに、ミラーの駆動方法は、上述した1軸の回転駆動に限定されず、種々の駆動方法に対して本発明を適用可能である。
【0091】
例えば、矩形のミラーを手前奥方向と左右方向の2軸で回転駆動する場合、ミラーの外側の対角線方向に所定間隔でミラー側作用部と対向側作用部を設ければよい。
【0092】
そして、ミラーを手前側に傾ける場合は、左手前位置および右手前位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを奥側に傾ける場合は、左奥位置および右奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを左側に傾ける場合は、左手前位置および左奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを右側に傾ける場合は、右手前位置および右奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動することにより、ミラーを2軸で回転駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示すYZ平面での部分断面図であり、図1(A)はt1時点でのミラーの動作状態を示すYZ平面での部分断面図であり、図1(B)はt2時点でのミラーの動作状態を示すYZ平面での部分断面図であり、図1(C)はt3時点でのミラーの動作状態を示すYZ平面での部分断面図である。
【図2】本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図であり、図2(A)はt1時点でのミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図であり、図2(B)はt1時点からt2時点の間の時点でのミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図であり、図2(C)はt2時点でのミラーの動作状態を示すXZ平面での部分断面図である。
【図3】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図4】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5】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【図6】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【図7】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板(ミラー基板)、 2 ガラス基板(支持基板)
10 ミラー、 11〜18 ミラー側作用部
19 ヒンジ(回転軸部)、 21、22 セグメント電極
23 共通電極、 25 等電位電極、 31〜40 対向側作用部
Claims (16)
- 所定の距離依存性駆動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、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、前記ミラーと一体的に形成され、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、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において前記距離依存性駆動力を発生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。 - 所定の距離依存性駆動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、
前記距離依存性駆動力が作用するミラー側作用部を有するミラーと、
前記ミラーの駆動方向と交わる方向に配置され、前記ミラーと一体的に形成される少なくとも1つのミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、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において前記距離依存性駆動力を発生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、2のいずれかにおいて、
前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記ミラー側作用部は、前記回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置に前記距離依存性駆動力が作用するように、前記回転軸部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3において、
前記回転軸部に対して対向する位置に複数の前記ミラー側作用部が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1〜4のいずれかにおいて、
前記距離依存性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。 - 請求項5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5、6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1〜7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1〜7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。
- 所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、前記ミラーと一体的に形成され、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部に対して、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部よりも先に前記距離依存性駆動力を付与することによって前記ミラーを段階的に駆動することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーに設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する少なくとも1つのミラー側作用部と、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に配置され、前記ミラーと一体的に形成される少なくとも1つのミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部に対して、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部よりも先に前記距離依存性駆動力を付与することによって前記ミラーを段階的に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10、11のいずれかにおいて、
前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で前記距離依存性駆動力を作用させることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 請求項12において、
前記回転軸部に対して対向する位置に複数のミラー側作用部が設けられ、
前記ミラーを一方向に傾けさせる場合は、当該一方向側にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与し、前記ミラーを他方向に傾けさせる場合は、当該他方向側にあり、前記一方向側にある複数のミラー側作用部と対向する位置にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 請求項10〜13のいずれかにおいて、
前記対向側作用部は、前記ミラー側作用部と対向する位置ごとに設けられ、
前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部ごとに前記距離依存性駆動力を付与することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。 - 請求項10〜14のいずれかにおいて、
前記距離依存性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。 - 請求項15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駆動方法。
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