JP2007312553A - マイクロアクチュエータ、光学デバイス及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化及び応答速度の高速化を図り、しかも、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することを可能にする。
【解決手段】板状部材２の両端を脚部３を介して基板１に対して固定する。板状部材２は、基板１に対して固定された箇所間で撓み変形可能である。被駆動体であるミラー４が、接続部１１を介して、板状部材２の撓み変形可能な領域の所定部位に、局所的に機械的に接続される。板状部材２の中央部と対向する領域において、基板１上に固定電極５が設けられる。固定電極５とこれに対向する板状部材２の可動電極との間に電圧を印加して両者の間に静電力を発生させると、ミラー４自体は変形することなく、ミラー４の傾きが変化する。
【選択図】図５

Description

本発明は、マイクロアクチュエータ、並びに、これを用いた光学デバイス及び表示装置に関するものである。

ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）技術の進展に伴い、この技術を応用したマイクロアクチュエータや、これを利用したＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の光学デバイスや、このような光学デバイスを利用した投影表示装置などが、種々提案されている。

例えば、下記特許文献１には、代表的なＤＭＤが開示されている。このＤＭＤでは、ミラーをトーションヒンジで保持し、静電力によりヒンジをねじれ変形させてミラーを回転させてその向きを変え、入射光の反射方向を変える。この基本単位を複数１次元状や２次元状に並べて空間光変調器とし、光学的情報処理装置、投影表示装置や静電写真印刷装置などに応用されている

また、ミラーを設けた片持ち梁を静電力で撓ませて、入射光の反射方向を変える光学デバイスも、知られている。

ところが、トーションヒンジを用いたマイクロアクチュエータでは、ミラーの保持がトーションヒンジによるために、トーションヒンジの結合部に加わるねじりストレスによって破損し易く、その寿命を長くすることが困難であった。また、片持ち梁を用いたマイクロアクチュエータでは、片持ち梁の固有振動数が低いために応答速度を速くすることができなかった。

そこで、下記特許文献２には、Ｖ字形の凹部を有する基板上に両端を固定して前記凹部を掛け渡すように設けた両持ち梁を用いたマイクロミラーデバイスが、提案されている。このデバイスでは、両持ち梁に光反射膜が形成されて、ミラーが両持ち梁と全体的に一体化されている。静電力を加えない状態では、両持ち梁（すなわち、ミラー）は平板状をなす一方、静電力を加えると、両持ち梁（すなわち、ミラー）が静電力によってＶ字形の凹部に沿ってＶ字形に変形し、入射光の反射方向を変える。

このデバイスでは、両持ち梁が用いられているため、トーションヒンジを用いる場合に比べて破損が生じ難くなり長寿命化を図ることができるとともに、固有振動数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。
特許第３４９２４００号公報 特開２００５−２４９６６号公報

しかしながら、特許文献２に開示されているデバイスでは、ミラーが両持ち梁と一体化されているため、両持ち梁が静電力によってＶ字形に変形するときには、ミラーもＶ字形に変形してしまい、ミラーの反射面は向きの異なる２つの面（Ｖ字形の一方の面と他方の面）になってしまう。その結果、反射光の方向が入射光が入射する位置に応じて大きく異なってしまい、迷光等を引き起こし易く、迷光に対する吸光処理等が困難になる。

このように、特許文献２に開示されているデバイスでは、長寿命化及び応答速度の高速化の点で大変優れているものの、被駆動体であるミラーが両持ち梁と一体化されているので、被駆動体であるミラーも変形してしまい、これに起因して不都合が生ずるのである。

また、特許文献２に開示されているようなミラーデバイスで用いられるマイクロアクチュエータに限らず、他の種々の用途において用いられるマイクロアクチュエータにおいても、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することが要請される場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、長寿命化及び応答速度の高速化を図ることができ、しかも、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することができるマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなマイクロアクチュエータを用いた光学デバイス及び表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるマイクロアクチュエータは、基体と、該基体に支持された板状部材と、駆動力付与手段とを備え、前記板状部材は、前記板状部材の周辺部における全周又はその一部に渡る所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、前記所定箇所は、前記板状部材の前記周辺部において互いに対向する２箇所を含み、被駆動体が、前記板状部材の撓み変形可能な領域のうちの所定部位に局所的に機械的に接続され、前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが変化するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得るものである。

前記板状部材及び／又は前記被駆動体は、薄膜で構成されてもよい。

本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１の態様において、前記被駆動体が主平面を有し、前記板状部材の主平面と前記被駆動体の主平面とが略平行であるものである。

本発明の第３の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１又は第２の態様において、前記板状部材の前記所定部位は、前記板状部材の重心から偏心した部位であるものである。

本発明の第４の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記駆動力付与手段は、前記基体に設けられた１つ以上の第１の電極部と、前記板状部材に設けられ前記１つ以上の第１の電極部との間の電圧により前記１つ以上の第１の電極部との間に静電力を生じ得る１つ以上の第２の電極部とを、含むものである。

本発明の第５の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが実質的に変化せずに前記板状部材の前記所定部位が変位するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得るものである。

本発明の第６の態様による光学デバイスは、前記第１乃至第５のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体が光学素子であるものである。

本発明の第７の態様による光学デバイスは、前記第６の態様において、前記光学素子がミラーであるものである。

本発明の第８の態様による光学デバイスは、前記第６又は第７の態様において、前記マイクロアクチュエータ及び前記光学素子の組を複数備えたものである。

本発明の第９の態様による表示装置は、空間光変調器を備えた表示装置であって、前記空間光変調器が前記第８の態様による光学デバイスであるものである。

本発明によれば、長寿命化及び応答速度の高速化を図ることができ、しかも、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することができるマイクロアクチュエータを提供することができる。また、本発明によれば、このようなマイクロアクチュエータを用いた光学デバイス及び表示装置を提供することができる。

以下、本発明によるマイクロアクチュエータ、並びに、これを用いた光学デバイス及び表示装置について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。図３は、図１に示す単位素子の板状部材２を模式的に示す概略平面図である。図３には、後述する接続部１１も併せて示している。図４は、図２中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。

説明の便宜上、図１乃至図４に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。基板１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。なお、以下に説明する材料等は例示であり、これに限定されるものではない。

本実施の形態による光学デバイスは、基体としてのシリコン基板１と、シリコン基板１に脚部３を介して支持された板状部材２と、被駆動体である光学素子としてのミラー４と、固定電極（第１の電極部）５とを有している。なお、本発明によるマイクロアクチュエータが駆動する被駆動体は、ミラー４に限定されるものではなく、例えば、回折光学素子、光学フィルタやフォトニック結晶などの他の光学素子でもよいし、光学素子以外の任意の部材であってもよい。

本実施の形態では、板状部材２は、Ｚ軸方向から見た平面視で四角形状をなしている。駆動力としての後述する静電力が付与されていない場合は、板状部材２の主平面は、図１乃至図４に示すように、ＸＹ平面と平行になっている。

板状部材２は、板状部材２の周辺部において互いに対向する２箇所である＋Ｘ側の一辺付近及び−Ｘ側の一辺付近で、基板１上の酸化シリコン膜等の絶縁膜６上に形成されたアルミニウム膜からなる配線パターン７（図４参照。図１及び図２では省略。）を介して基板１から立ち上がる脚部３を介して、基板１に対して固定されている。したがって、本実施の形態では、板状部材２は両持ち梁となっている。板状部材２における＋Ｘ側の脚部３と−Ｘ側の脚部３との間の領域が、撓み変形可能な領域となっている。

板状部材２は、薄膜で構成され、下側の絶縁膜としての窒化シリコン膜８、中間のアルミニウム膜９及び上側の窒化シリコン膜１０を積層した３層膜で構成されている。

本実施の形態では、脚部３は、板状部材２を構成する窒化シリコン膜８，１０及びアルミニウム膜９がそのまま延びることによって構成されている。アルミニウム膜９は、脚部３において窒化シリコン膜８に形成された開口を介して配線パターン７に接続されている。

本実施の形態では、ミラー４は、薄膜で構成され、アルミニウム膜で構成される。Ｚ軸方向から見た平面視で四角形状をなしている。駆動力としての後述する静電力が付与されていない場合は、ミラー４の主平面は、図１乃至図４に示すように、ＸＹ平面と平行になっており、板状部材２の主平面と平行になっている。なお、図面には示していないが、ミラー４の剛性を高めるため、その周囲には段差（立ち上がり部又は立ち下がり部）を形成して補強することが好ましい。

ミラー４は、接続部１１を介して、板状部材２の撓み変形可能な領域のうちの、板状部材２の中心（重心）から−Ｘ方向へ偏心した部位に、局所的に機械的に接続されている。接続部１１は、ミラー４を構成するアルミニウム膜がそのまま延びることによって構成されている。

本実施の形態では、固定電極５は、板状部材２のＸ軸方向の中央付近において板状部材２のＹ軸方向の全体に渡って板状部材２と重なるように、アルミニウム膜によって形成されている。板状部材２を構成するアルミニウム膜９の、固定電極５と対向する領域が、固定電極５との間の電圧により固定電極５との間に静電力を生じ得る可動電極（第２の電極部）となっている。アルミニウム膜９の残りの領域は、可動電極を配線パターン７へ接続するための配線パターンとなっている。

本実施の形態では、前述したように、ミラー４の板状部材２に対する固定部位が−Ｘ方向へ偏心しているとともに、固定電極５及び前記可動電極が板状部材２のＸ軸方向の中央に配置されている。本実施の形態では、これにより、固定電極５及び前記可動電極が、信号（本実施の形態では、固定電極５と可動電極との間の電圧）に応じて、板状部材２の前記撓み変形可能な領域が撓み変形して、ミラー４の板状部材２に対する固定部位の傾きが変化するように、板状部材２に駆動力（本実施の形態では、静電力）を付与し得る駆動力付与手段を、構成している。もっとも、本発明では、駆動力付与手段は、静電力以外の任意の駆動力を付与し得るように構成してもよい。例えば、駆動力付与手段として、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずる電流路を板状部材２に設けたり、圧電素子を設けて圧電素子による駆動力を利用したりしてもよい。

ここで、本実施の形態による光学デバイスの動作（特に、単位素子の動作）について、図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図４を大幅に簡略化した断面図に相当している。

図５（ａ）は、図４と同じく、固定電極５と前記可動電極（アルミニウム膜９の、固定電極５と対向する領域）との間に電圧を印加せず（すなわち、両者を同電位とし）、両者の間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材２は変形しておらず、平坦形状になっている。このため、ミラー４は、基板１に対して平行を維持している。

図５（ｂ）は、固定電極５と前記可動電極との間にさほど高くない電圧を印加し、両者の間に静電力を発生させた状態を示している。この静電力により、板状部材２のＸ軸方向の中央付近が基板方向（−Ｚ方向）に引っ張られる。これにより、可変形板は、図５（ｂ）に示すように、基板１側に撓む。ミラー４の板状部材２に対する固定部位（すなわち、接続部１１が接続されている部位）が板状部材２の中心から−Ｘ方向に偏心しているため、板状部材２は接続部１１の位置で傾斜面をなす。この作用により、ミラー４は基板１に対して傾く。その傾き角度は、固定電極５と前記可動電極との間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。なお、本実施の形態では、両電極間に直流電圧を印加する直流駆動を採用してもよいし、両電極に交流パルスを印加する交流駆動を採用してもよい。チャージアップ等の影響を避けるためには、交流駆動を採用することが好ましい。

図５（ｃ）は、固定電極５と前記可動電極との間に比較的高い電圧を印加して、両者の間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は基板１側に当接するまで変形して、当接したところで静止している。この場合も、図５（ｂ）の場合と同様にミラー４が基板１に対して傾くが、その傾き角度は図５（ｂ）の場合より大きくなっている。

以上、本実施の形態による光学デバイスの単位素子について説明したが、前述した単位素子の構造のうちミラー４以外の構成要素によって、ミラー４を駆動するマイクロアクチュエータが構成されている。

本実施の形態による光学デバイスでは、図６に示すように、前述した図１乃至図４に示す単位素子が基板１上に２次元状に配置されている。これにより、本実施の形態による光学デバイスは、空間光変調器を構成している。なお、図６では、簡単のため、４×４個の単位素子をアレイ化したものとしたが、その数は幾つでも構わない。図６において、１つのミラー４は、１つの単位素子に対応しているが、簡単のため、各単位素子のミラー４以外の構成要素の図示は省略している。なお、単位素子の並べ方は、図６に示す例に限定されるものではなく、例えば、列毎または行毎に半ピッチづつずらすなどの並べ方を採用してもよい。また、単位素子を１次元状に並べてもよい。なお、図６では、２行目２列目のミラー４が図５（ｂ）に示す状態になっているとともに、他のミラー４は図５（ａ）に示す状態になっている。本実施の形態では、図５（ｃ）に示す状態は用いずに図５（ｂ）の状態を利用するようになっているが、逆に図５（ｃ）に示す状態の方を用いるようにしてもよい。

なお、本実施の形態による光学デバイスでは、図面には示していないが、各単位素子のミラー４の状態が制御信号に応じた状態となるように、各単位素子の電極間の電圧状態を決定する駆動回路が採用されている。このような駆動回路としては、例えば、ＤＭＤ等と同様の駆動回路を採用することができる。

ここで、本実施の形態による光学デバイスの製造方法の一例について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、各製造工程を示す断面図であり、図４に対応している。

まず、周知の半導体製造プロセスにより予め駆動回路を形成したシリコン基板上１に、酸化シリコン膜６を成膜する。次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム膜を、固定電極５及び配線パターン７の形状にパターニングする（図７（ａ））。

なお、図７（ａ）では省略したが、固定電極５及び配線パターン７の一部の領域下にある酸化シリコン膜６には、これらのアルミニウム膜と駆動回路との電気的な接続を取るため、必要に応じて穴をあける。引き続いて、フォトレジスト等の犠牲層２１を形成し、犠牲層２１において脚部３を形成すべき位置に開口２１ａをフォトリソグラフィにより形成する（図７（ｂ））。

その後、窒化シリコン膜８、アルミニウム膜９及び窒化シリコン膜１０を順に成膜し、これらの膜８〜１０を、フォトリソエッチング法により板状部材２の形状にパターニングする（図７（ｃ））。このとき、エッチングを行なう工程は、成膜毎でもよいし、全ての膜を成膜し終わってから、その後上層膜から順にエッチングを加えても良いし、それらを組み合わせることもできる。なお、脚部３においてアルミニウム膜９が配線パターン７と電気的に接続されるように、窒化シリコン膜８には脚部３において開口を形成しておく。

次に、フォトレジスト等の犠牲層２２を形成し、犠牲層２２において接続部１１を形成すべき位置に開口２２ａをフォトリソグラフィにより形成する（図８（ａ））。

次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、このアルミニウム膜をミラー４の形状にパターニングする（図８（ｂ））。最後に、犠牲層２１，２２を除去する。これにより、本実施の形態による光学デバイスが完成する。

本実施の形態によれば、板状部材２が両持ち梁となっているので、前述した特許文献２に開示されたデバイスと同様に、トーションヒンジを用いる場合に比べて破損が生じ難くなり長寿命化を図ることができるとともに、固有振動数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

そして、本実施の形態によれば、前述した特許文献２に開示されたデバイスと異なり、ミラー４は、板状部材２と全体的に一体化されるのではなく、接続部１１を介して、板状部材２の撓み変形可能な領域のうちの一部の部位に、局所的に機械的に接続されている。したがって、前述した図５に示すように、ミラー４自体を変形させずに、ミラー４の向きのみを変更することができる。

なお、本発明では、必ずしも前述した単位素子を基板１上に複数配置する必要はなく、前述した単位素子を基板１上に１つだけ配置してもよい。

［第２の実施の形態］

図９は、本発明の第２の実施の形態による投影表示装置（投射型表示装置）を示す概略構成図である。

本発明による投影表示装置は、光源３１と、照明光学系３２と、空間光変調器３３と、吸光板３４と、投影光学系３５と、スクリーン３６と、制御部３７とを備えている。本実施の形態では、空間光変調器３３として、前述した第１の実施の形態による光学デバイスが用いられている。

光源３１から発せられた照明光は、照明光学系３２を通過した後、空間光変調器３３に照射される。空間光変調器３３の各単位素子はそれぞれそのミラー４が第１の角度（図５（ａ）に示す状態）あるいは第２の角度（図５（ｂ）又は図５（ｃ）に示す状態）を有しているとする。第１の角度では、入射光は第１の方向へ反射され、吸光板３４に到達し、その光は消滅する。第２の角度では、入射光は第２の方向へ反射され、投影光学系３５を通過した後、スクリーン３６上に投影される。制御部３７は、画像信号に従って空間光変調器３３に制御信号を送って空間光変調器３３を制御し、各単位素子のミラー４の角度を画像信号に応じて変更させる。この制御により、入力された画像信号が示す静止画像や動画像がスクリーン３６上に形成できる。

本実施の形態は、いわゆる白黒の表示装置の例であったが、カラー化も従来技術を流用することにより達成可能である。図示していないが、例えば、照明光学系３２の中に、あるいは照明光学系３２と空間光変調器３３との間に、カラーホイールを設置する、あるいは、光源３１を赤・青・緑の三色が時間分割制御できるようなものであるとし、空間光変調器３３と同期させることによりカラー化が達成可能である。

なお、本発明による光学デバイスを用いた投影表示装置は、本実施の形態のようなタイプの表示装置に限定されるものではなく、種々のタイプの投影表示装置に用いることができる。投影画像表示装置の構成例としては、空間光変調器として、液晶パネルやＤＭＤなどを用いたものが種々提案されている。ＤＭＤを用いた投影画像表示装置で使われる光学系については、本発明の光学デバイスによる空間光変調器がＤＭＤと同様のミラー角度を変更するミラーデバイスであるため、基本的に全く同等のものが使用できる。液晶パネルを用いた投影画像表示装置は、原理的に偏光した光線を用い、また、反射型だけでなく、透過型のものもある。このため、本発明による光学デバイスによる空間光変調器にこれらの光学系を適応させる場合は、それらの点に関して変更を伴えばよい。

なお、空間光変調器を用いた応用用途としては、投影画像表示装置などの映像用途のみならなず、前述した光学的情報処理装置や静電写真印刷装置、さらに、半導体製造装置の一つである露光装置、光通信に使われる光スイッチやSwitched Blazed Grating Device、印刷分野で使われるプレートセッターなど様々な用途があるが、本発明もこれらに適応できる。

［第３の実施の形態］

図１０は、本発明の第３の実施の形態による光学デバイスの単位素子の板状部材２を模式的に示す概略平面図であり、図３に対応している。図１０において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による光学デバイスが前記第１の実施の形態による光学デバイスと異なる所は、前記第１の実施の形態では、板状部材２がその２辺付近のみで脚部３を介して基板１に対して固定されていたのに対し、本実施の形態では、板状部材２がその４辺付近で脚部３を介して基板１に対して固定されている点のみである。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

［第４の実施の形態］

図１１は、本発明の第４の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略断面図であり、図４に対応している。図１１において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による光学デバイスが前記第１の実施の形態による光学デバイスと異なる所は、接続部１１がミラー４の中心に配置されている点と、接続部１１が板状部材２の中心に固定されている点と、板状部材２のＸ軸方向の中央付近において基板１上に形成されていた１つの固定電極５に代えて、板状部材２の−Ｘ側と−Ｘ側にＸ軸方向に関して対称的な位置に２つの固定電極５ａ，５ｂが基板１上に形成されている点と、全体として連続した１つのアルミニウム膜９が、−Ｘ側と＋Ｘ側の２つのアルミニウム膜９ａ，９ｂに分離されている点のみである。

本実施の形態では、アルミニウム膜９ａの、固定電極５ａと対向する領域９ａ’が、固定電極５ａとの間の電圧により固定電極５ａとの間に静電力を生じ得る可動電極となっている。また、アルミニウム膜９ｂの、固定電極５ｂと対向する領域９ｂ’が、固定電極５ｂとの間の電圧により固定電極５ｂとの間に静電力を生じ得る可動電極となっている。

図１２及び図１３は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図１１を大幅に簡略化した断面図に相当している。

図１２（ａ）は、図１１と同じく、電極５ａ，電極９ａ’間及び電極５ｂ，電極９ｂ’間にそれぞれ電圧を印加せず、それらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材２は変形しておらず、平坦形状になっている。このため、ミラー４は、基板１に対して平行を維持している。

図１２（ｂ）は、電極５ａ，９ａ’間に比較的高い電圧を印加して両者の間に比較的大きい静電力を発生させる一方、電極５ｂ，電極９ｂ’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材２は、電極９ａ’付近で電極５ａ付近に当接するが、電極５ｂ，９ｂ’の間隔は比較的大きくなっている。この状態では、ミラー４が比較的大きく図中の左側へ傾いている。

図１２（ｃ）は、電極５ｂ，９ｂ’間に比較的高い電圧を印加して両者の間に比較的大きい静電力を発生させる一方、電極５ａ，電極９ａ’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材２は、電極９ｂ’付近で電極５ｂ付近に当接するが、電極５ａ，９ａ’の間隔は比較的大きくなっている。この状態では、ミラー４が比較的大きく図中の右側へ傾いている。

図１３（ａ）は、電極５ｂ，９ｂ’間にさほど高くない電圧を印加して両者の間に静電力を発生させる一方、電極５ａ，電極９ａ’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材２は、電極９ｂ’付近で電極５ｂ付近に近づくが、電極５ａ，９ａ’の間隔は比較的大きくなっている。この状態では、ミラー４がさほど大きくなく図中の右側へ傾いている。その傾き角度は、電極５ｂ，９ｂ’間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。

図面には示していないが、図１３（ａ）の場合と逆に、電極５ａ，９ａ’間にさほど高くない電圧を印加して両者の間に静電力を発生させる一方、電極５ｂ，電極９ｂ’間に電圧を印加せずそれらの間に静電力を発生させない状態にすると、板状部材２は、電極９ａ’付近で電極５ａ付近に近づくが、電極５ｂ，９ｂ’の間隔は比較的大きくなる。この状態では、ミラー４がさほど大きくなく図中の左側へ傾く。その傾き角度は、電極５ａ，９ａ’間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。

図１３（ｂ）は、電極５ａ，９ａ’間及び電極５ｂ，電極９ｂ’間にそれぞれ比較的高い電圧を印加してそれら間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は、電極９ａ’付近で電極５ａ付近に当接するとともに、電極９ｂ’付近で電極５ｂ付近に当接している。この状態では、ミラー４は、基板１に対して平行を維持したまま、最も低い位置に位置している。

図１３（ｃ）は、電極５ａ，９ａ’間及び電極５ｂ，電極９ｂ’間にそれぞれさほど高くない電圧を印加してそれら間にさほど大きくない静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は、電極９ａ’付近で電極５ａ付近に近づくとともに、電極９ｂ’付近で電極５ｂ付近に同程度近づいている。この状態では、ミラー４は、基板１に対して平行を維持したまま、中間の高さ位置に位置している。その高さは、電極５ａ，９ａ’間及び電極５ｂ，９ｂ’間に印加する電圧を調整することで、調整可能である。

このように、本実施の形態によれば、図１２（ａ）〜（ｃ）及び図１３（ａ）に示すように、ミラー４の傾きを変化させることができるだけではなく、図１２（ａ）、図１３（ｂ）（ｃ）に示すように、ミラー４を基板１に対して平行に維持したまま、高さを変えることができる。

よって、本実施の形態によれば、反射光の方向を変えることができるのみならず、ミラー４を傾けることなく高さ位置を変えることで反射光の光学距離を変えて反射光の位相をシフトさせることが可能となり、位相変調器としても用いることができる。

これ以外については、本実施の形態によっても前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態による光学デバイスを図９中の空間光変調器３３として用いる場合は、例えば、前記第１の角度で図１２（ａ）に示す状態にするとともに、前記第２の角度で図１２（ｂ）に示す状態にすればよい。

なお、本実施の形態では、固定電極５ａを２つの固定電極５ａ，５ｂに代えることと、アルミニウム膜９を２つのアルミニウム膜９ａ’，９ｂ’に分離することとの、両方を同時に行ったが、そのいずれか一方のみを行っても、本実施の形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。 図１に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。 図１に示す単位素子の板状部材を模式的に示す概略平面図である。 図２中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学デバイスにおける単位画素の配置例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの製造方法を示す工程図である。 図７に引き続く工程を示す工程図である。 本発明の第２の実施の形態による投影表示装置を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態による光学デバイスの単位素子の板状部材を模式的に示す概略平面図である。 本発明の第４の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第４の実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図である。 本発明の第４の実施の形態による光学デバイスの他の各動作状態を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 板状部材
４ ミラー
５ 固定電極

Claims (9)

1. 基体と、該基体に支持された板状部材と、駆動力付与手段とを備え、
   前記板状部材は、前記板状部材の周辺部における全周又はその一部に渡る所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、
   前記所定箇所は、前記板状部材の前記周辺部において互いに対向する２箇所を含み、
   被駆動体が、前記板状部材の撓み変形可能な領域のうちの所定部位に局所的に機械的に接続され、
   前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが変化するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得る、
   ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
2. 前記被駆動体が主平面を有し、前記板状部材の主平面と前記被駆動体の主平面とが略平行であることを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータ。
3. 前記板状部材の前記所定部位は、前記板状部材の重心から偏心した部位であることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロアクチュエータ。
4. 前記駆動力付与手段は、前記基体に設けられた１つ以上の第１の電極部と、前記板状部材に設けられ前記１つ以上の第１の電極部との間の電圧により前記１つ以上の第１の電極部との間に静電力を生じ得る１つ以上の第２の電極部とを、含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
5. 前記駆動力付与手段は、信号に応じて、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域が撓み変形をして前記板状部材の前記所定部位の傾きが実質的に変化せずに前記板状部材の前記所定部位が変位するように、前記板状部材の少なくとも一部に駆動力を付与し得ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体が光学素子であることを特徴とする光学デバイス。
7. 前記光学素子がミラーであることを特徴とする請求項６記載の光学デバイス。
8. 前記マイクロアクチュエータ及び前記光学素子の組を複数備えたことを特徴とする請求項６又は７記載の光学デバイス。
9. 空間光変調器を備えた表示装置であって、前記空間光変調器が請求項８記載の光学デバイスであることを特徴とする表示装置。

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