JP3203277B2 - 共振ミラーとその製造法 - Google Patents
共振ミラーとその製造法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、全体的にいえば、電気
光学装置に関する。さらに詳細にいえば、本発明は共振
ミラーとその製造法に関する。
光学装置に関する。さらに詳細にいえば、本発明は共振
ミラーとその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術および問題点】可視光線は少なくとも3種
類の電気光学装置、すなわち、ガルバノメータ・スキャ
ナ、共振ミラー、回転多面鏡、によって正確に位置を定
めることができる、または、正確に「操縦」することが
できる。
類の電気光学装置、すなわち、ガルバノメータ・スキャ
ナ、共振ミラー、回転多面鏡、によって正確に位置を定
めることができる、または、正確に「操縦」することが
できる。
【0003】ガルバノメータ・スキャナでは、一定の磁
界の中に配置された導線に電流を流すことにより、一定
の軸のまわりに小さな角度だけ回転することができる鏡
に光が入射し、そして反射される。電流はその大きさに
比例する磁界を発生し、そしてこの発生した磁界と一定
の磁界との相互作用により、一定の磁界に対し電流の流
れている導線を回転させる力が生ずる。適切に連結され
た小さな鏡にこの回転運動が伝達され、そしてこの鏡に
よりそれに入射する光線を操縦することができる。
界の中に配置された導線に電流を流すことにより、一定
の軸のまわりに小さな角度だけ回転することができる鏡
に光が入射し、そして反射される。電流はその大きさに
比例する磁界を発生し、そしてこの発生した磁界と一定
の磁界との相互作用により、一定の磁界に対し電流の流
れている導線を回転させる力が生ずる。適切に連結され
た小さな鏡にこの回転運動が伝達され、そしてこの鏡に
よりそれに入射する光線を操縦することができる。
【0004】共振ミラーは、同様に、電気信号を加える
ことによって運動する鏡に光が入射し、そして反射され
る。けれども、この場合には、電気信号はオーディオ・
スピーカのような音声コイルといった電気部品を駆動す
る。そしてこの音声コイルが、バネで取り付けられたヒ
ンジ付きミラーを駆動する。このミラーは、典型的に
は、それに釣り合い錘が取り付けられる。この釣り合い
錘とミラーの組立体の共振周波数は音叉のように動作す
る。この時、ミラーは共振周波数で振動を行うことがで
き、それにより、周期的方式で入射光線を操縦する。こ
れらの2種類の装置は、典型的には、フライング・スポ
ット・スキャナやレーザ・プリンタのような応用に用い
られる。
ことによって運動する鏡に光が入射し、そして反射され
る。けれども、この場合には、電気信号はオーディオ・
スピーカのような音声コイルといった電気部品を駆動す
る。そしてこの音声コイルが、バネで取り付けられたヒ
ンジ付きミラーを駆動する。このミラーは、典型的に
は、それに釣り合い錘が取り付けられる。この釣り合い
錘とミラーの組立体の共振周波数は音叉のように動作す
る。この時、ミラーは共振周波数で振動を行うことがで
き、それにより、周期的方式で入射光線を操縦する。こ
れらの2種類の装置は、典型的には、フライング・スポ
ット・スキャナやレーザ・プリンタのような応用に用い
られる。
【0005】回転多面鏡は、精密電動機により高速で回
転する多面鏡である。多面鏡のおのおのの面はレーザ光
源からの光ビームの範囲を定めるので、この光ビームは
120度までの典型的な関与する角度を有する円弧にわ
たって走査を行う。ミラー素子は、他の形状も時にはあ
るけれども、通常、ディスクの周縁に取り付けられた鏡
面である。レーザ多面鏡は、光学スキャナのようなレー
ザ静電写真印刷装置に最もよく用いられ、そしてディジ
タル入力を受光表面の上の光のパターンに変換する。
転する多面鏡である。多面鏡のおのおのの面はレーザ光
源からの光ビームの範囲を定めるので、この光ビームは
120度までの典型的な関与する角度を有する円弧にわ
たって走査を行う。ミラー素子は、他の形状も時にはあ
るけれども、通常、ディスクの周縁に取り付けられた鏡
面である。レーザ多面鏡は、光学スキャナのようなレー
ザ静電写真印刷装置に最もよく用いられ、そしてディジ
タル入力を受光表面の上の光のパターンに変換する。
【0006】ガルバノメータ・スキャナ、共振ミラー、
多面鏡は、光線を操縦するのに用いる時、いくつかの欠
点を有する。これらの3種類の装置はいずれも比較的大
型であり、かつ、高価であり、および衝撃や振動の影響
を受けやすい。これらの制限は、多くの消費者が利用す
る際には装置の寸法が制約されているので、利用に対す
る制限となる。ガルバノメータ・スキャナおよび共振ミ
ラーは、通常、応答が遅く、そしてまた典型的には、ス
キャナの移動時の変動に敏感である。このことは、多く
の移動する環境の下で利用する際の制約となる。
多面鏡は、光線を操縦するのに用いる時、いくつかの欠
点を有する。これらの3種類の装置はいずれも比較的大
型であり、かつ、高価であり、および衝撃や振動の影響
を受けやすい。これらの制限は、多くの消費者が利用す
る際には装置の寸法が制約されているので、利用に対す
る制限となる。ガルバノメータ・スキャナおよび共振ミ
ラーは、通常、応答が遅く、そしてまた典型的には、ス
キャナの移動時の変動に敏感である。このことは、多く
の移動する環境の下で利用する際の制約となる。
【0007】当業者には周知のまた別の電気光学装置
は、変形可能ミラー装置(「DMD」)のような空間光
変調器である。DMDは光線を操縦する一定の応用に用
いられているが、これらの装置は多くの応用に対し余り
にも小さいという欠点を有する。典型的なDMDミラー
の大きさは12×12μm2 の程度である。有用な光線
操縦装置は13×2.5mm2 (0.5×0.1インチ
2 )の程度の大きさを有しなければならない。DMDの
寸法を大きくしようとすると、ミラーが歪むことによる
重大な問題点が生ずる。典型的には、DMDは2つの端
部で保持される。このように大きなDMDのように、寸
法が大きいと、動作電圧を加えた時の影響により、DM
Dミラーが歪み、結局それらは用をなさなくなる。
は、変形可能ミラー装置(「DMD」)のような空間光
変調器である。DMDは光線を操縦する一定の応用に用
いられているが、これらの装置は多くの応用に対し余り
にも小さいという欠点を有する。典型的なDMDミラー
の大きさは12×12μm2 の程度である。有用な光線
操縦装置は13×2.5mm2 (0.5×0.1インチ
2 )の程度の大きさを有しなければならない。DMDの
寸法を大きくしようとすると、ミラーが歪むことによる
重大な問題点が生ずる。典型的には、DMDは2つの端
部で保持される。このように大きなDMDのように、寸
法が大きいと、動作電圧を加えた時の影響により、DM
Dミラーが歪み、結局それらは用をなさなくなる。
【0008】したがって、非常に小型で、かつ、価格が
安く、かつ、エネルギ効率がよく、かつ、固定されてい
ない環境下でも適切に使用することができる、光線を操
縦するための装置と方法を得ることが要請されている。
安く、かつ、エネルギ効率がよく、かつ、固定されてい
ない環境下でも適切に使用することができる、光線を操
縦するための装置と方法を得ることが要請されている。
【0009】
【問題点を解決するための手段】本発明により、先行技
術による共振ミラー、ガルバノメータ・スキャナ、レー
ザ多面鏡スキャナ、およびDMD装置に付随する欠点お
よび問題点が事実上ないまたは大幅に小さい、方法と装
置が得られる。
術による共振ミラー、ガルバノメータ・スキャナ、レー
ザ多面鏡スキャナ、およびDMD装置に付随する欠点お
よび問題点が事実上ないまたは大幅に小さい、方法と装
置が得られる。
【0010】基板の上側表面と全体的に同じ平面内にあ
る偏向可能ミラーを有する、共振ミラーが開示される。
このミラーは、少なくとも2個の支持素子により、上側
表面に隣接して保持される。少なくとも1個の支持素子
は、ミラーの端部からずれた位置に配置される。これら
の支持素子は回転軸を定め、かつ、回転軸と同じ直線上
にある。この回転軸のまわりにミラーが振動し、それに
より、入射光線を一定の角度にわたって操縦することが
できる。
る偏向可能ミラーを有する、共振ミラーが開示される。
このミラーは、少なくとも2個の支持素子により、上側
表面に隣接して保持される。少なくとも1個の支持素子
は、ミラーの端部からずれた位置に配置される。これら
の支持素子は回転軸を定め、かつ、回転軸と同じ直線上
にある。この回転軸のまわりにミラーが振動し、それに
より、入射光線を一定の角度にわたって操縦することが
できる。
【0011】本発明の第1の技術上の利点は、その寸法
である。本発明の1つの実施例では、光を操縦するため
の装置に用いられる完全装備の変調器の寸法は、典型的
な集積回路パッケージの寸法である。
である。本発明の1つの実施例では、光を操縦するため
の装置に用いられる完全装備の変調器の寸法は、典型的
な集積回路パッケージの寸法である。
【0012】本発明の第2の技術上の利点は、そのエネ
ルギ消費である。本発明の装置は静電気を利用したもの
であり、したがって、エネルギ消費は無視できる位小さ
い。したがって、本発明はさらに、熱の発生が小さいと
いう利点を有し、そして安全性に関し優れた特性を有す
る。
ルギ消費である。本発明の装置は静電気を利用したもの
であり、したがって、エネルギ消費は無視できる位小さ
い。したがって、本発明はさらに、熱の発生が小さいと
いう利点を有し、そして安全性に関し優れた特性を有す
る。
【0013】本発明の第3の技術上の利点は、その応答
速度である。ミラーが薄膜半導体処理工程を用いて製造
されるので、その全体の重量は、従来の基板の上に製造
されたミラーよりもはるかに小さい。
速度である。ミラーが薄膜半導体処理工程を用いて製造
されるので、その全体の重量は、従来の基板の上に製造
されたミラーよりもはるかに小さい。
【0014】本発明の最後の技術上の利点は、携帯可能
であることである。適切にパッケージされる時、共振ミ
ラーを移動する環境で使用しても、特性の劣化および早
期に装置が故障する恐れは小さい、または全くない。
であることである。適切にパッケージされる時、共振ミ
ラーを移動する環境で使用しても、特性の劣化および早
期に装置が故障する恐れは小さい、または全くない。
【0015】
【実施例】本発明とその利点をさらに完全に理解するた
めに、下記において添付図面を参照しながら本発明をさ
らに詳細に説明する。
めに、下記において添付図面を参照しながら本発明をさ
らに詳細に説明する。
【0016】本発明の好ましい実施例が図1〜図9に示
されている。これらの図面において、同等な部品および
対応する部品には対応する番号が付されている。
されている。これらの図面において、同等な部品および
対応する部品には対応する番号が付されている。
【0017】図1は、開示された本発明の1つの実施例
である光ビーム操縦装置10の立体図である。装置10
は本体12を有する。本体12は、通常、プラスチック
で作成される。本体12は、基板14および長くて薄い
偏向可能ミラー素子16を収納する。基板14は、典型
的には、(図2に示された)浅いウエルを有する。この
浅いウエルは底面および側壁を有する。ミラー16は
(図2に示された)可撓性ヒンジによって保持される。
このウエルにより、ミラー素子16はその平面性を保っ
たまま、基板の平面から離れて、ヒンジにより形成され
る軸のまわりに回転することができる。概略的にいえ
ば、集光装置は、光源15および反射器17から放射さ
れた光をレンズ11を通してDMD16に進める。
である光ビーム操縦装置10の立体図である。装置10
は本体12を有する。本体12は、通常、プラスチック
で作成される。本体12は、基板14および長くて薄い
偏向可能ミラー素子16を収納する。基板14は、典型
的には、(図2に示された)浅いウエルを有する。この
浅いウエルは底面および側壁を有する。ミラー16は
(図2に示された)可撓性ヒンジによって保持される。
このウエルにより、ミラー素子16はその平面性を保っ
たまま、基板の平面から離れて、ヒンジにより形成され
る軸のまわりに回転することができる。概略的にいえ
ば、集光装置は、光源15および反射器17から放射さ
れた光をレンズ11を通してDMD16に進める。
【0018】実際の応用では、光束13はレーザのよう
な任意の種類の光源から放射された光であることがで
き、およびまた画像情報を有することができる。例え
ば、レンズ11は、また別の空間光変調器(SLM)か
らの光をDMD走査ミラーに中継することができる。走
査された光は、その後、中間のレンズ素子を通って、ま
たは通らないで、装置10の外部の画像面内の焦点に集
光することができる。
な任意の種類の光源から放射された光であることがで
き、およびまた画像情報を有することができる。例え
ば、レンズ11は、また別の空間光変調器(SLM)か
らの光をDMD走査ミラーに中継することができる。走
査された光は、その後、中間のレンズ素子を通って、ま
たは通らないで、装置10の外部の画像面内の焦点に集
光することができる。
【0019】ミラー素子16は事実上基板14の面内で
動作するから、従来のスキャナの場合に起こるような、
最終画像にに対し焦点ぼけ効果およびなんらかの画像の
湾曲をもたらすことはない。
動作するから、従来のスキャナの場合に起こるような、
最終画像にに対し焦点ぼけ効果およびなんらかの画像の
湾曲をもたらすことはない。
【0020】装置10には変更可能である個数の導線1
8が接続される。これらの導線18は他の部分装置に接
続される。導線18の数は、装置10に含まれる回路の
複雑さの程度に応じて、変更することができる。例え
ば、基板14はそれ自身半導体であることができ、およ
び、ミラー素子16の回転速度を制御する内部信号発生
器を有することができる。この場合には、装置10に
は、3個の導線、すなわち、アース導線、電源導線、お
よびオン/オフ導線だけが必要であるであろう。けれど
も、装置10は、(図3に示された)外部信号発生器に
よって駆動されるように設計することもできる。このよ
うな場合には、ミラー素子16の運動を制御するのにピ
ンを付加的に必要とするであろうし、および基板は半導
体である必要はない。
8が接続される。これらの導線18は他の部分装置に接
続される。導線18の数は、装置10に含まれる回路の
複雑さの程度に応じて、変更することができる。例え
ば、基板14はそれ自身半導体であることができ、およ
び、ミラー素子16の回転速度を制御する内部信号発生
器を有することができる。この場合には、装置10に
は、3個の導線、すなわち、アース導線、電源導線、お
よびオン/オフ導線だけが必要であるであろう。けれど
も、装置10は、(図3に示された)外部信号発生器に
よって駆動されるように設計することもできる。このよ
うな場合には、ミラー素子16の運動を制御するのにピ
ンを付加的に必要とするであろうし、および基板は半導
体である必要はない。
【0021】動作の際には、光線の入射光束13は装置
10の上側表面に向かって進み、そしてミラー素子16
で反射される。ミラー素子16はその支持体により定め
られる軸のまわりに回転し、そして反射された光はミラ
ー素子の回転角の2倍だけ偏向する。ミラー素子16は
その回転の固有周波数、すなわち、「共振周波数」を有
するであろう。ミラー素子は、この共振周波数におい
て、最小の駆動力で回転するであろう。ミラー素子16
の物理的寸法および材料を適切に制御することにより、
ミラー素子16の共振周波数を具体的な応用に応じて設
計することができる。ミラー素子16の共振周波数は下
記の式により与えられる。
10の上側表面に向かって進み、そしてミラー素子16
で反射される。ミラー素子16はその支持体により定め
られる軸のまわりに回転し、そして反射された光はミラ
ー素子の回転角の2倍だけ偏向する。ミラー素子16は
その回転の固有周波数、すなわち、「共振周波数」を有
するであろう。ミラー素子は、この共振周波数におい
て、最小の駆動力で回転するであろう。ミラー素子16
の物理的寸法および材料を適切に制御することにより、
ミラー素子16の共振周波数を具体的な応用に応じて設
計することができる。ミラー素子16の共振周波数は下
記の式により与えられる。
【数1】 または
【数2】
【0022】ここで、Iはミラー素子の慣性モーメン
ト、τは最大振幅θにおけるミラーの最大振動トルク量
であり、Kはバネ定数τ/θでヒンジ素子20の回転の
硬さの程度を表す。単純な形状の機械的性質と大抵の半
導体の機械的性質はよく知られており、したがって、多
くの場合に対しKおよびIの値は分かっている。
ト、τは最大振幅θにおけるミラーの最大振動トルク量
であり、Kはバネ定数τ/θでヒンジ素子20の回転の
硬さの程度を表す。単純な形状の機械的性質と大抵の半
導体の機械的性質はよく知られており、したがって、多
くの場合に対しKおよびIの値は分かっている。
【0023】ミラー素子16の電気機械的性質は種々の
装置に組み込むことができる。例えば、装置10を用い
て、静電写真印刷装置のドラムまたはユニバーサル・プ
ロダクト・コード(「UCP」)スキャナに向けて、変
調されたレーザ・ビームを繰り返し操縦するのに用いる
ことができる。第1の応用では、レーザ・ビームがドラ
ムを照射し、そしてレーザ・ビームで照射された位置に
トナーが吸着される。その後、現像されたトナーのパタ
ーンが平らな紙に転写され、それにより、印刷された画
像が得られる。また別の応用では、レーザ・ビームを用
いて消費者が購入した物品が走査される。レーザ・ビー
ムは物品の上の一連の間隔のある線で反射され、そして
フォトダイオード検出器に戻ってくる。そこで、スキャ
ナは複数個の線のパターンによって購入された物品の識
別を行い、それにより、消費者が支払いを行う。レーザ
・ビームの方位がどのようであっても物品の識別を行う
ことができるために、レーザ・ビームが繰り返し偏向さ
れて、一定の体積の空間を走査しなければならない。
装置に組み込むことができる。例えば、装置10を用い
て、静電写真印刷装置のドラムまたはユニバーサル・プ
ロダクト・コード(「UCP」)スキャナに向けて、変
調されたレーザ・ビームを繰り返し操縦するのに用いる
ことができる。第1の応用では、レーザ・ビームがドラ
ムを照射し、そしてレーザ・ビームで照射された位置に
トナーが吸着される。その後、現像されたトナーのパタ
ーンが平らな紙に転写され、それにより、印刷された画
像が得られる。また別の応用では、レーザ・ビームを用
いて消費者が購入した物品が走査される。レーザ・ビー
ムは物品の上の一連の間隔のある線で反射され、そして
フォトダイオード検出器に戻ってくる。そこで、スキャ
ナは複数個の線のパターンによって購入された物品の識
別を行い、それにより、消費者が支払いを行う。レーザ
・ビームの方位がどのようであっても物品の識別を行う
ことができるために、レーザ・ビームが繰り返し偏向さ
れて、一定の体積の空間を走査しなければならない。
【0024】また別の応用では、装置10を用いて、実
質的に表示装置の役割を行うことができる。このような
装置では、ミラーが振動を行っている間、空間光変調器
からの表示画素の一連の行が、共振ミラーの上に逐次に
投射される。これらの一連の行は、例えば、白色光源か
らの光を反射する従来の変形可能ミラー装置によって得
ることができる。変形可能ミラー装置の出力と共振する
ミラーの位置とのタイミングを適切に取ることにより、
1頁全体の表示を得ることができる。観察者の目の残像
特性により、一連の隣接する線の系列を完全な1頁とし
て観察者が知覚するであろう。このような装置は、ネル
ソン名の出願中米国特許第808,827号「実質的表
示装置とその利用方法」に開示されている。1つのスポ
ット、または適切に変調された光パルスのアレイ、のい
ずれかを走査することにより、写真フイルム、フォトレ
ジスト、または他の任意の光ポリマのような、感光性媒
体の露光を得ることができる。
質的に表示装置の役割を行うことができる。このような
装置では、ミラーが振動を行っている間、空間光変調器
からの表示画素の一連の行が、共振ミラーの上に逐次に
投射される。これらの一連の行は、例えば、白色光源か
らの光を反射する従来の変形可能ミラー装置によって得
ることができる。変形可能ミラー装置の出力と共振する
ミラーの位置とのタイミングを適切に取ることにより、
1頁全体の表示を得ることができる。観察者の目の残像
特性により、一連の隣接する線の系列を完全な1頁とし
て観察者が知覚するであろう。このような装置は、ネル
ソン名の出願中米国特許第808,827号「実質的表
示装置とその利用方法」に開示されている。1つのスポ
ット、または適切に変調された光パルスのアレイ、のい
ずれかを走査することにより、写真フイルム、フォトレ
ジスト、または他の任意の光ポリマのような、感光性媒
体の露光を得ることができる。
【0025】図2は、図1のミラー素子16の左半分の
立体図である。ミラー素子16の左半分だけが示されて
いるけれども、右半分も対称的に配置されていることを
断っておく。ミラー素子16は、軸方向に整合している
一連の支持体により、その長さ方向に沿って保持され
る。安定度の理由から、少なくとも2個の支持体を用い
なくてはならない。これらの支持体は、ミラー素子16
の端部にヒンジ素子20として配置する、またはミラー
素子16の端部から離れた位置に支持部品22として配
置することができる。これらの支持体のすべては、「回
転の軸」となるライン24に沿って整合されている。こ
れらの中間支持部品22は、ミラー素子16がその回転
軸のまわりに自由に回転することを許容しながら、ミラ
ー素子16をその長さ方向には固定する。その結果、ミ
ラー素子16は、通常、ウエル26の頂部と同じ平面内
にある、または下にある基板の面に平行である。支持部
品のおのおのはウエルの基体に取り付けられており、そ
れにより動作中、ミラー素子16の平面性が確保され
る。ウエル26は、実際、基板14をエッチングするこ
とにより作成することができる、または、側壁28を構
成する1個または複数個の層を製造した後、単にそのま
まにして置くことにより作成することができることを断
っておく。側壁28は、通常、ミラー素子16の周辺を
ぐるっと取り囲んでいる。
立体図である。ミラー素子16の左半分だけが示されて
いるけれども、右半分も対称的に配置されていることを
断っておく。ミラー素子16は、軸方向に整合している
一連の支持体により、その長さ方向に沿って保持され
る。安定度の理由から、少なくとも2個の支持体を用い
なくてはならない。これらの支持体は、ミラー素子16
の端部にヒンジ素子20として配置する、またはミラー
素子16の端部から離れた位置に支持部品22として配
置することができる。これらの支持体のすべては、「回
転の軸」となるライン24に沿って整合されている。こ
れらの中間支持部品22は、ミラー素子16がその回転
軸のまわりに自由に回転することを許容しながら、ミラ
ー素子16をその長さ方向には固定する。その結果、ミ
ラー素子16は、通常、ウエル26の頂部と同じ平面内
にある、または下にある基板の面に平行である。支持部
品のおのおのはウエルの基体に取り付けられており、そ
れにより動作中、ミラー素子16の平面性が確保され
る。ウエル26は、実際、基板14をエッチングするこ
とにより作成することができる、または、側壁28を構
成する1個または複数個の層を製造した後、単にそのま
まにして置くことにより作成することができることを断
っておく。側壁28は、通常、ミラー素子16の周辺を
ぐるっと取り囲んでいる。
【0026】支持部品22がない場合には、ミラー素子
16は、その長さが比較的長いことと薄い横断面を有す
ることとにより、ウエル26の中に垂れ下がることがあ
るかもしれない。したがって動作の際には、ミラー素子
16は(下記で説明されるように)駆動される時、その
回転軸24のまわりに回転することができないことがあ
るかもしれない。そして、支持部品22がないように製
造された場合には、ミラー素子16は下方にさらに垂れ
下がるだけかもしれない。これらの結果はいずれも、装
置に要求されている光線操縦性能を低下させるであろ
う。支持部品22それ自身は少なくとも1個のヒンジ素
子30を有し、そしてこのヒンジ素子30は中央ポスト
32に連結される。好ましい実施例では、支持部品22
は2個の対称的に配置されたヒンジ素子30を有する。
これらのヒンジ素子は、典型的には、ヒンジ素子20お
よびミラー素子16と同じ材料で作成されるが、しか
し、異なる厚さを有する。
16は、その長さが比較的長いことと薄い横断面を有す
ることとにより、ウエル26の中に垂れ下がることがあ
るかもしれない。したがって動作の際には、ミラー素子
16は(下記で説明されるように)駆動される時、その
回転軸24のまわりに回転することができないことがあ
るかもしれない。そして、支持部品22がないように製
造された場合には、ミラー素子16は下方にさらに垂れ
下がるだけかもしれない。これらの結果はいずれも、装
置に要求されている光線操縦性能を低下させるであろ
う。支持部品22それ自身は少なくとも1個のヒンジ素
子30を有し、そしてこのヒンジ素子30は中央ポスト
32に連結される。好ましい実施例では、支持部品22
は2個の対称的に配置されたヒンジ素子30を有する。
これらのヒンジ素子は、典型的には、ヒンジ素子20お
よびミラー素子16と同じ材料で作成されるが、しか
し、異なる厚さを有する。
【0027】図3は、図2のミラー素子16の線3−3
に沿っての横断面図を示す。ミラー素子16は、ウエル
26の中の中央ポスト32によって保持される。中央ポ
スト32は、ウエル26の基体から回転軸24に沿っ
て、ミラー素子16を保持する。装置10はまた、回転
軸24から外側にずれた位置に配置された、少なくとも
1個の電極34を有する。また回転軸24から外側にず
れていてかつ電極34の方向とは通常反対の方向の第2
の位置に、第2の相補的電極36を装置10に付加して
配置することができる。図面に示されているように、電
極34および電極36は信号発生器37に電気的に接続
される。ミラー素子16およびポスト32は電極34お
よび電極36から電気的に絶縁することができるから、
バイアスおよびリセットのようなDMDのユーザによく
知られている他の制御機能を実行するために、信号発生
器39により、ミラー素子16それ自身に付加的電圧を
加えることができる。信号発生器37および信号発生器
39は、装置10の内部または外部に配置することがで
きる。
に沿っての横断面図を示す。ミラー素子16は、ウエル
26の中の中央ポスト32によって保持される。中央ポ
スト32は、ウエル26の基体から回転軸24に沿っ
て、ミラー素子16を保持する。装置10はまた、回転
軸24から外側にずれた位置に配置された、少なくとも
1個の電極34を有する。また回転軸24から外側にず
れていてかつ電極34の方向とは通常反対の方向の第2
の位置に、第2の相補的電極36を装置10に付加して
配置することができる。図面に示されているように、電
極34および電極36は信号発生器37に電気的に接続
される。ミラー素子16およびポスト32は電極34お
よび電極36から電気的に絶縁することができるから、
バイアスおよびリセットのようなDMDのユーザによく
知られている他の制御機能を実行するために、信号発生
器39により、ミラー素子16それ自身に付加的電圧を
加えることができる。信号発生器37および信号発生器
39は、装置10の内部または外部に配置することがで
きる。
【0028】装置10はまた、電極34および電極36
から外側にずれた位置に配置された、1個または2個の
停止体38を有することができる。これらの停止体38
は、ミラー素子16と同じ電位に保たれる。これらの停
止体38は電極着地体と呼ばれ、ミラー素子16が電極
34および電極36または装置10の他の任意の部分に
衝突する前に、ミラー素子16が停止体38に衝突する
ように配置される。このことにより、ミラー素子16
と、電極34および電極36または他の任意の部分との
間に、電流が流れるのが防止される。もしこのような電
流が流れれば、ミラー素子や電極を両方共溶融するか、
または他の損傷を与えるであろう。これらの電極および
停止体は、1組の小さなパッドであることができ、また
は小さなパッドの多数個の組、または回転軸にほぼ平行
に形成された長いストリップ体であることができる。
から外側にずれた位置に配置された、1個または2個の
停止体38を有することができる。これらの停止体38
は、ミラー素子16と同じ電位に保たれる。これらの停
止体38は電極着地体と呼ばれ、ミラー素子16が電極
34および電極36または装置10の他の任意の部分に
衝突する前に、ミラー素子16が停止体38に衝突する
ように配置される。このことにより、ミラー素子16
と、電極34および電極36または他の任意の部分との
間に、電流が流れるのが防止される。もしこのような電
流が流れれば、ミラー素子や電極を両方共溶融するか、
または他の損傷を与えるであろう。これらの電極および
停止体は、1組の小さなパッドであることができ、また
は小さなパッドの多数個の組、または回転軸にほぼ平行
に形成された長いストリップ体であることができる。
【0029】回転軸24のまわりのミラー素子16の周
期的な回転は、電極34と電極36との間に交流電流を
加えることにより、制御することができる。この好まし
い実施例において、電極34と電極36に加えられる信
号は、位相が相互に180度異なっており、かつ、ミラ
ー素子16の共振周波数に等しい周波数を有する。回転
の振幅は、交流波形の振幅を制御することにより、制御
することができる。
期的な回転は、電極34と電極36との間に交流電流を
加えることにより、制御することができる。この好まし
い実施例において、電極34と電極36に加えられる信
号は、位相が相互に180度異なっており、かつ、ミラ
ー素子16の共振周波数に等しい周波数を有する。回転
の振幅は、交流波形の振幅を制御することにより、制御
することができる。
【0030】また別の実施例では、ミラー素子16は共
振周波数からずれた周波数で駆動される。このような場
合には、ミラー素子16は最大回転角の約50%にまで
アナログ方式で偏向される。この50%の角度だけ回転
した後、ミラー素子16と、電極34および電極36
と、の間の距離の2乗の逆数に従って変化する静電引力
が、ヒンジ30の1次関数的復元トルクよりも大きくな
り、そしてミラー素子16は最大偏向角度において着地
電極38の上に着地するであろう。これはディジタル・
モードの動作である。回転の速さは、ミラーの慣性モー
メントIと、ミラーが配置されている空洞26の中に存
在するガスによる制動力と、によって制御される。
振周波数からずれた周波数で駆動される。このような場
合には、ミラー素子16は最大回転角の約50%にまで
アナログ方式で偏向される。この50%の角度だけ回転
した後、ミラー素子16と、電極34および電極36
と、の間の距離の2乗の逆数に従って変化する静電引力
が、ヒンジ30の1次関数的復元トルクよりも大きくな
り、そしてミラー素子16は最大偏向角度において着地
電極38の上に着地するであろう。これはディジタル・
モードの動作である。回転の速さは、ミラーの慣性モー
メントIと、ミラーが配置されている空洞26の中に存
在するガスによる制動力と、によって制御される。
【0031】図4は、図2のミラー素子16の線4−4
に沿っての横断面図を示す。図4では、ミラー素子16
は、2個の薄いヒンジ素子30により、支持ポスト32
に連結される。ヒンジ素子30は酸化物層40により部
分的に被覆される。この酸化物層40の一部分は、下記
で詳細に説明されるように、製造の後、残される。中央
ポスト32は、電気的に絶縁されたパッド42および層
44および層46の上に、据え付けられる。基板46
は、前記で説明したように、ミラー素子16をその回転
軸のまわりに駆動するのに必要な回路を有することがで
きる。
に沿っての横断面図を示す。図4では、ミラー素子16
は、2個の薄いヒンジ素子30により、支持ポスト32
に連結される。ヒンジ素子30は酸化物層40により部
分的に被覆される。この酸化物層40の一部分は、下記
で詳細に説明されるように、製造の後、残される。中央
ポスト32は、電気的に絶縁されたパッド42および層
44および層46の上に、据え付けられる。基板46
は、前記で説明したように、ミラー素子16をその回転
軸のまわりに駆動するのに必要な回路を有することがで
きる。
【0032】図5a〜図5fは、図4に示されたミラー
素子の製造における逐次の段階を横断面図で示したもの
である。
素子の製造における逐次の段階を横断面図で示したもの
である。
【0033】(イ) 最初に、従来のフォトリソグラフ
イ技術を用いて、基板層46が作成される。 基板層4
6は、例えば、ミラー素子16(図1〜図4)を駆動す
るための内部発信器、または他の制御回路を有すること
ができる。
イ技術を用いて、基板層46が作成される。 基板層4
6は、例えば、ミラー素子16(図1〜図4)を駆動す
るための内部発信器、または他の制御回路を有すること
ができる。
【0034】支持ポスト・パッド42のおのおのは、典
型的には2000オングストロームの厚さの二酸化シリ
コンのような絶縁体により、下にある基板から絶縁され
る。ポスト・パッド42の厚さは約3000オングスト
ロームであり、そしてアルミニュームとチタンとシリコ
ンとの合金(「Ti:Si:Al」)で製造される。T
i:Si:Alが二酸化シリコン層44の上にスパッタ
沈着された後、パターンに作成され、そしてプラズマ・
エッチングされて、ポスト・パッド42と、電極34お
よび電極36と、停止体38(電極と停止体は図3に示
されている)とが作成される。
型的には2000オングストロームの厚さの二酸化シリ
コンのような絶縁体により、下にある基板から絶縁され
る。ポスト・パッド42の厚さは約3000オングスト
ロームであり、そしてアルミニュームとチタンとシリコ
ンとの合金(「Ti:Si:Al」)で製造される。T
i:Si:Alが二酸化シリコン層44の上にスパッタ
沈着された後、パターンに作成され、そしてプラズマ・
エッチングされて、ポスト・パッド42と、電極34お
よび電極36と、停止体38(電極と停止体は図3に示
されている)とが作成される。
【0035】(ロ) それから、回転させることにより
フォトレジストが張られ、そして焼き固められる。典型
的には、これらのことが3回行われ、全体の厚さを約4
ミクロンにすることにより、スペーサ48が作成され
る。フォトレジストは、典型的には、ポジティブ・レジ
ストである。レジストを所定の厚さにする張ることを3
回繰り返すことにより行う理由は、レジストの表面に波
打ちが生ずることを避けるためである。非常に厚い層を
回転により1回で張ると、この表面の波打ちが起こるこ
とがある。レジストを張る度に約180℃で焼き固める
ことが必要である。それは、次のレジストを張る時に、
以前の層が溶解することを防止し、スペーサから余分の
溶剤を除去し、およびヒンジの金属の下に溶剤の泡がで
きることを避けるためである。
フォトレジストが張られ、そして焼き固められる。典型
的には、これらのことが3回行われ、全体の厚さを約4
ミクロンにすることにより、スペーサ48が作成され
る。フォトレジストは、典型的には、ポジティブ・レジ
ストである。レジストを所定の厚さにする張ることを3
回繰り返すことにより行う理由は、レジストの表面に波
打ちが生ずることを避けるためである。非常に厚い層を
回転により1回で張ると、この表面の波打ちが起こるこ
とがある。レジストを張る度に約180℃で焼き固める
ことが必要である。それは、次のレジストを張る時に、
以前の層が溶解することを防止し、スペーサから余分の
溶剤を除去し、およびヒンジの金属の下に溶剤の泡がで
きることを避けるためである。
【0036】(ハ) スペーサ48にエッチングが行わ
れ、ポスト・パッド42のおのおのを露出させる穴が作
成される。
れ、ポスト・パッド42のおのおのを露出させる穴が作
成される。
【0037】(ニ) 厚さ約800オングストロームの
Ti:Si:Alがスペーサ48に沈着され、ポストの
おのおのと薄いヒンジ層50が作成される。このヒンジ
層50から、端部ヒンジと中央ヒンジがエッチングによ
り作成される。捩りに対する抵抗力、またはヒンジの可
撓性は、それらの組成を制御するほかに、それらの長
さ、幅、および厚さを制御することにより、制御するこ
とができる。典型的には、ヒンジのおのおのの幅は2ミ
クロンであり、支持ポスト・ヒンジの長さは10ミクロ
ンである。次に、厚さ1500オングストロームの二酸
化シリコンの層が沈着され、そしてパターンに作成さ
れ、そしてエッチングされ、後で作られるすべてのヒン
ジの上に、ヒンジ・エッチング停止体52が作成され
る。
Ti:Si:Alがスペーサ48に沈着され、ポストの
おのおのと薄いヒンジ層50が作成される。このヒンジ
層50から、端部ヒンジと中央ヒンジがエッチングによ
り作成される。捩りに対する抵抗力、またはヒンジの可
撓性は、それらの組成を制御するほかに、それらの長
さ、幅、および厚さを制御することにより、制御するこ
とができる。典型的には、ヒンジのおのおのの幅は2ミ
クロンであり、支持ポスト・ヒンジの長さは10ミクロ
ンである。次に、厚さ1500オングストロームの二酸
化シリコンの層が沈着され、そしてパターンに作成さ
れ、そしてエッチングされ、後で作られるすべてのヒン
ジの上に、ヒンジ・エッチング停止体52が作成され
る。
【0038】(ホ) 厚さ約3600オングストローム
のTi:Si:Alが、ヒンジ層50とヒンジ・エッチ
ング停止体52との上にスパッタ沈着され、それによ
り、ミラー層54が作成される。ミラー層54の金属の
沈着はヒンジ層50の沈着と同じ条件の下で行われ、し
たがって、金属層の間に応力は生じない。ミラー素子
(図1〜図4に示されている)のおのおのの慣性モーメ
ントIは、それらの組成を制御することによると共に、
それらの長さ、幅、厚さを制御することにより、制御す
ることができる。典型的には、ミラー素子のおのおのの
幅は6.4ミリメートル(1/4インチ)であり、そし
て長さが25.4ミリメートル(1インチ)である。最
終的に、エッチング停止体層56が、後の製造工程にお
ける保護のために、ミラー層54の上に沈着される。
のTi:Si:Alが、ヒンジ層50とヒンジ・エッチ
ング停止体52との上にスパッタ沈着され、それによ
り、ミラー層54が作成される。ミラー層54の金属の
沈着はヒンジ層50の沈着と同じ条件の下で行われ、し
たがって、金属層の間に応力は生じない。ミラー素子
(図1〜図4に示されている)のおのおのの慣性モーメ
ントIは、それらの組成を制御することによると共に、
それらの長さ、幅、厚さを制御することにより、制御す
ることができる。典型的には、ミラー素子のおのおのの
幅は6.4ミリメートル(1/4インチ)であり、そし
て長さが25.4ミリメートル(1インチ)である。最
終的に、エッチング停止体層56が、後の製造工程にお
ける保護のために、ミラー層54の上に沈着される。
【0039】(ヘ) フォトレジスト層がエッチング停
止体層56の上に作成され、そしてパターンに作成さ
れ、それにより、(図5eに示されているように)ヒン
ジ停止体52の上にプラズマ・エッチング・アクセス・
ホール58が作成される。パターンに作成されたフォト
レジスト層が次にマスクとして用いられ、ヒンジ停止体
のおのおのの上にミラー素子層がエッチングにより作成
される。上から見た時、アクセス・ホール58は互いに
対面する1組の「C」のように見える。アルミニューム
合金のプラズマ・エッチングが、塩素/三塩化ホウ素/
三塩化炭素エッチング・ガス混合体を用いて実行され
る。残っているフォトレジスト層が除去された後、残っ
ているエッチング停止体層56およびヒンジ・エッチン
グ停止体52を異方的エッチングにより除去することが
できる。
止体層56の上に作成され、そしてパターンに作成さ
れ、それにより、(図5eに示されているように)ヒン
ジ停止体52の上にプラズマ・エッチング・アクセス・
ホール58が作成される。パターンに作成されたフォト
レジスト層が次にマスクとして用いられ、ヒンジ停止体
のおのおのの上にミラー素子層がエッチングにより作成
される。上から見た時、アクセス・ホール58は互いに
対面する1組の「C」のように見える。アルミニューム
合金のプラズマ・エッチングが、塩素/三塩化ホウ素/
三塩化炭素エッチング・ガス混合体を用いて実行され
る。残っているフォトレジスト層が除去された後、残っ
ているエッチング停止体層56およびヒンジ・エッチン
グ停止体52を異方的エッチングにより除去することが
できる。
【0040】ポストとヒンジをミラー16から分離する
空隙が1〜2ミクロンである場合、ポストとヒンジの寸
法にアクセス・ホール58の寸法を整合させることによ
り、アクセス・ホール58をできるだけ小さくすること
ができる。このことにより、ミラー特性に及ぼすポスト
とヒンジの光学効果は最小になる。
空隙が1〜2ミクロンである場合、ポストとヒンジの寸
法にアクセス・ホール58の寸法を整合させることによ
り、アクセス・ホール58をできるだけ小さくすること
ができる。このことにより、ミラー特性に及ぼすポスト
とヒンジの光学効果は最小になる。
【0041】スペーサ48は、例えば、数パーセントの
フッ素を含有する酸素の中でエッチングすることによ
り、除去される。 共振ミラーの完成した支持ポストが
図4に示されている。
フッ素を含有する酸素の中でエッチングすることによ
り、除去される。 共振ミラーの完成した支持ポストが
図4に示されている。
【0042】図5a〜図5fに示された中央ポストおよ
びヒンジ素子と同じ工程段階を用いて、オプションの
(図2に示された)端部ヒンジ20が製造される。端部
ヒンジ20のおのおのは、非回転ミラー金属の周囲に集
積される。一定の応用では、周囲の構造体がなく、した
がって、活性ミラー素子だけが基板層46の上に突き出
ていることが好ましい。その場合には、支持ポストはミ
ラーの一番端部に備えることができる。
びヒンジ素子と同じ工程段階を用いて、オプションの
(図2に示された)端部ヒンジ20が製造される。端部
ヒンジ20のおのおのは、非回転ミラー金属の周囲に集
積される。一定の応用では、周囲の構造体がなく、した
がって、活性ミラー素子だけが基板層46の上に突き出
ていることが好ましい。その場合には、支持ポストはミ
ラーの一番端部に備えることができる。
【0043】前記で説明された実施例の実際的な限界
は、妥当な半導体処理工程を用いて達成できるスペーサ
の厚さと支持ポストの高さとの限界に関連する。図5c
で作成された穴の寸法は、スペーサ層48の厚さに対す
る技術的処理工程に関連する。通常、スペーサ層が厚く
なればなる程、後での穴はますます大きくなければなら
ない。 けれども、最終的に得られるミラー素子16の
光学的収差をできるだけ小さくするためには、穴の寸法
はできるだけ小さくなければならない。したがって、こ
の光学的制限が、スペーサ層48の厚さと回転の最大角
度を限定する。前記の4ミクロンの厚さのスペーサは、
かなりの幅を有するミラーに対し、むしろ小さな回転角
度だけを許容するであろう。もし±10度の回転角度が
要求されるならば、ミラーの幅はスペーサ層48の厚さ
の12倍であることができる、すなわち、約50ミクロ
ンであることができる。
は、妥当な半導体処理工程を用いて達成できるスペーサ
の厚さと支持ポストの高さとの限界に関連する。図5c
で作成された穴の寸法は、スペーサ層48の厚さに対す
る技術的処理工程に関連する。通常、スペーサ層が厚く
なればなる程、後での穴はますます大きくなければなら
ない。 けれども、最終的に得られるミラー素子16の
光学的収差をできるだけ小さくするためには、穴の寸法
はできるだけ小さくなければならない。したがって、こ
の光学的制限が、スペーサ層48の厚さと回転の最大角
度を限定する。前記の4ミクロンの厚さのスペーサは、
かなりの幅を有するミラーに対し、むしろ小さな回転角
度だけを許容するであろう。もし±10度の回転角度が
要求されるならば、ミラーの幅はスペーサ層48の厚さ
の12倍であることができる、すなわち、約50ミクロ
ンであることができる。
【0044】図6および図7は、回転に関する限界を解
決した非対称ミラー構造体の図である。この非対称ミラ
ー構造体は1つの方向にだけ動作することができるが、
スペーサの前記制約の下で、比較的幅の大きなミラーと
妥当な動作角度が得られる。
決した非対称ミラー構造体の図である。この非対称ミラ
ー構造体は1つの方向にだけ動作することができるが、
スペーサの前記制約の下で、比較的幅の大きなミラーと
妥当な動作角度が得られる。
【0045】図8および図9は、10度またはそれ以上
の角度にわたって動作することができ、そしてスペーサ
層48および支持ポスト32の製造の際の制約に適合し
た、大面積ミラーを得る実際的な方法を示している。こ
の方式では、大面積のミラーが細長い素子16の網目状
アレイに区分される。ミラー素子16のおのおのは、図
2に示されているように、一列の支持素子22の上に保
持される。ミラーのおのおのは、図3に示されているよ
うに、ミラーをアドレスするのに必要な電極34および
停止体38を有する。
の角度にわたって動作することができ、そしてスペーサ
層48および支持ポスト32の製造の際の制約に適合し
た、大面積ミラーを得る実際的な方法を示している。こ
の方式では、大面積のミラーが細長い素子16の網目状
アレイに区分される。ミラー素子16のおのおのは、図
2に示されているように、一列の支持素子22の上に保
持される。ミラーのおのおのは、図3に示されているよ
うに、ミラーをアドレスするのに必要な電極34および
停止体38を有する。
【0046】ミラー素子のアレイを平行な軸24のまわ
りに同期して回転することにより得られる光学的な効果
は、大面積のミラーを同じ角度だけ回転するのと同等で
ある。網目状に配列されたミラーを回転する方式の利点
は、ミラー・アレイの一番端部が中央部の素子とほぼ同
じ平面内にあることである。従来の巨視的大きさのガル
バノメータ・ミラーは光路に垂直な軸のまわりの回転に
より光路長の変化をもたらすが、それとは異なってDM
Dミラーは、光路長を数ミクロン以上変化させることな
く、光ビームの操縦を行うことができる。ガルバノメー
タは焦点の変化を生じおよび他の光学部品を必要とする
が、網目ミラー方式はそれらがなくて済む。フレネル・
レンズは同じ原理に基づいて構成される。
りに同期して回転することにより得られる光学的な効果
は、大面積のミラーを同じ角度だけ回転するのと同等で
ある。網目状に配列されたミラーを回転する方式の利点
は、ミラー・アレイの一番端部が中央部の素子とほぼ同
じ平面内にあることである。従来の巨視的大きさのガル
バノメータ・ミラーは光路に垂直な軸のまわりの回転に
より光路長の変化をもたらすが、それとは異なってDM
Dミラーは、光路長を数ミクロン以上変化させることな
く、光ビームの操縦を行うことができる。ガルバノメー
タは焦点の変化を生じおよび他の光学部品を必要とする
が、網目ミラー方式はそれらがなくて済む。フレネル・
レンズは同じ原理に基づいて構成される。
【0047】ミラー・アレイの長い素子を精密な電気的
制御の下で個別に傾斜させるという性能の結果として、
このアレイを用いることにより、円柱形(例えば、1つ
の軸に沿ってのみ光学的能力を有し、それとは直角の軸
に沿っては光学的能力を有しない)の反射形フレネル・
レンズと同じ効果を達成することができる。(図3に示
された)信号発生器37および信号発生器39は、要求
された1次元光学表面を記述する方程式に対応する平行
な行のミラーのアドレス電極に、規定された一連の電圧
ステップを送ることができる。例えば、平面鏡のモデル
は、全体的に等価な電圧レベルを電極のおのおのに送る
ことにより実現できる。他の光学表面のモデルは、ミラ
ーを種々の量だけ傾斜させることにより実現できる。こ
のことにより、活性であり、かつ、電気的にプログラム
可能であり、かつ、反射形であり、かつ、円柱形であ
る、光学素子を得ることができる。
制御の下で個別に傾斜させるという性能の結果として、
このアレイを用いることにより、円柱形(例えば、1つ
の軸に沿ってのみ光学的能力を有し、それとは直角の軸
に沿っては光学的能力を有しない)の反射形フレネル・
レンズと同じ効果を達成することができる。(図3に示
された)信号発生器37および信号発生器39は、要求
された1次元光学表面を記述する方程式に対応する平行
な行のミラーのアドレス電極に、規定された一連の電圧
ステップを送ることができる。例えば、平面鏡のモデル
は、全体的に等価な電圧レベルを電極のおのおのに送る
ことにより実現できる。他の光学表面のモデルは、ミラ
ーを種々の量だけ傾斜させることにより実現できる。こ
のことにより、活性であり、かつ、電気的にプログラム
可能であり、かつ、反射形であり、かつ、円柱形であ
る、光学素子を得ることができる。
【0048】信号発生器37および信号発生器39の制
御の下で、レンズの効果とミラーを操縦することとの両
方を組み合わせることがまた可能である。その場合、表
面に入射する光は、焦点を結ぶことと新しい方向に進む
こととを同時に行うことができる。 このことは、DM
Dモノリシック半導体形ミラー素子の非常に大きな応答
速度により可能である。
御の下で、レンズの効果とミラーを操縦することとの両
方を組み合わせることがまた可能である。その場合、表
面に入射する光は、焦点を結ぶことと新しい方向に進む
こととを同時に行うことができる。 このことは、DM
Dモノリシック半導体形ミラー素子の非常に大きな応答
速度により可能である。
【0049】本発明が詳細に説明されたけれども、請求
項に定められている本発明の範囲内において、種々の変
更および種々の置き換えを行うことが可能であることを
断っておく。
項に定められている本発明の範囲内において、種々の変
更および種々の置き換えを行うことが可能であることを
断っておく。
【0050】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) 上側表面を有する基板と、前記上側表面と全体
的に同一平面内にある偏向可能ミラー素子と、前記ミラ
ー素子を前記上側表面に隣接して保持し、かつ、回転軸
を定め、かつ、少なくともその1つが前記ミラーの端部
からずれた位置に配置された、少なくとも2個の支持素
子と、を有する、共振ミラー。
る。 (1) 上側表面を有する基板と、前記上側表面と全体
的に同一平面内にある偏向可能ミラー素子と、前記ミラ
ー素子を前記上側表面に隣接して保持し、かつ、回転軸
を定め、かつ、少なくともその1つが前記ミラーの端部
からずれた位置に配置された、少なくとも2個の支持素
子と、を有する、共振ミラー。
【0051】(2) 第1項記載の共振ミラーにおい
て、第1電極が第1電圧源に電気的に接続されかつ前記
ミラーが第2電圧源に電気的に接続される時、前記ミラ
ーを前記回転軸のまわりに周期的に回転させるために前
記回転軸から第1方向に外側にずれた位置に配置された
少なくとも1個の電極をさらに有する、前記共振ミラ
ー。
て、第1電極が第1電圧源に電気的に接続されかつ前記
ミラーが第2電圧源に電気的に接続される時、前記ミラ
ーを前記回転軸のまわりに周期的に回転させるために前
記回転軸から第1方向に外側にずれた位置に配置された
少なくとも1個の電極をさらに有する、前記共振ミラ
ー。
【0052】(3) 第2項記載の共振ミラーにおい
て、前記ミラー素子と同じ電位にあり、かつ、前記第1
電極から外側にずれた位置に配置され、それにより、前
記ミラー素子が前記第1電極に着地する前に着地する、
停止体をさらに有する、前記共振ミラー。
て、前記ミラー素子と同じ電位にあり、かつ、前記第1
電極から外側にずれた位置に配置され、それにより、前
記ミラー素子が前記第1電極に着地する前に着地する、
停止体をさらに有する、前記共振ミラー。
【0053】(4) 第2項記載の共振ミラーにおい
て、前記回転軸から第2方向に外側にずれた位置に配置
された第2電極であって、前記第2方向が前記第1方向
とは全体的に反対の方向であり、かつ、前記第2電極が
第3電圧源に接続される時前記ミラーを前記回転軸のま
わりに周期的に回転させる、前記第2電極をさらに有す
る、前記共振ミラー。
て、前記回転軸から第2方向に外側にずれた位置に配置
された第2電極であって、前記第2方向が前記第1方向
とは全体的に反対の方向であり、かつ、前記第2電極が
第3電圧源に接続される時前記ミラーを前記回転軸のま
わりに周期的に回転させる、前記第2電極をさらに有す
る、前記共振ミラー。
【0054】(5) 上側表面を有する基板と、静電気
的に偏向可能なミラー素子と、前記ミラー素子を前記上
側表面に隣接して保持し、かつ、回転軸を定め、かつ、
少なくともその1つが前記ミラーの端部からずれた位置
に配置された、少なくとも2個の支持素子と、入力信号
に従って前記ミラー素子を前記回転軸のまわりに回転さ
せるために前記回転軸から外側にずれた位置に配置され
た少なくとも2個の電極であって、第1電極が第1方向
にずれた位置に配置され、かつ、第2電極が第2方向に
ずれた位置に配置され、かつ、前記第1方向と前記第2
方向が全体的に相互に反対の方向である、前記少なくと
も2個の電極と、前記第1電極および前記第2電極の外
側にずれた位置に配置され、かつ、前記ミラー素子が前
記第1電極または前記第2電極に着地する前に着地す
る、少なくとも2個の停止体と、を有する、共振ミラ
ー。
的に偏向可能なミラー素子と、前記ミラー素子を前記上
側表面に隣接して保持し、かつ、回転軸を定め、かつ、
少なくともその1つが前記ミラーの端部からずれた位置
に配置された、少なくとも2個の支持素子と、入力信号
に従って前記ミラー素子を前記回転軸のまわりに回転さ
せるために前記回転軸から外側にずれた位置に配置され
た少なくとも2個の電極であって、第1電極が第1方向
にずれた位置に配置され、かつ、第2電極が第2方向に
ずれた位置に配置され、かつ、前記第1方向と前記第2
方向が全体的に相互に反対の方向である、前記少なくと
も2個の電極と、前記第1電極および前記第2電極の外
側にずれた位置に配置され、かつ、前記ミラー素子が前
記第1電極または前記第2電極に着地する前に着地す
る、少なくとも2個の停止体と、を有する、共振ミラ
ー。
【0055】(6) 基板の上に少なくとも1個の支持
体パッドを製造する段階と、前記パッドの上にスペーサ
層を沈着する段階と、前記支持体パッドを露出する段階
と、前記スペーサ層および前記露出されたパッドの上に
ヒンジ層を沈着する段階と、前記ヒンジ層の一部分をエ
ッチング停止体で被覆する段階と、前記被覆されたヒン
ジ層の上にミラー層を沈着する段階と、少なくとも2個
の支持体素子を有するミラーを作成するために前記ミラ
ー層および前記ヒンジ層を選択的にエッチングする段階
であって、前記支持体素子の少なくとも1個が前記ミラ
ーの端部からずれた位置に配置された、前記選択的にエ
ッチングする段階と、前記スペーサ層を除去する段階
と、を有する、基板の上に共振ミラーを製造する方法。
体パッドを製造する段階と、前記パッドの上にスペーサ
層を沈着する段階と、前記支持体パッドを露出する段階
と、前記スペーサ層および前記露出されたパッドの上に
ヒンジ層を沈着する段階と、前記ヒンジ層の一部分をエ
ッチング停止体で被覆する段階と、前記被覆されたヒン
ジ層の上にミラー層を沈着する段階と、少なくとも2個
の支持体素子を有するミラーを作成するために前記ミラ
ー層および前記ヒンジ層を選択的にエッチングする段階
であって、前記支持体素子の少なくとも1個が前記ミラ
ーの端部からずれた位置に配置された、前記選択的にエ
ッチングする段階と、前記スペーサ層を除去する段階
と、を有する、基板の上に共振ミラーを製造する方法。
【0056】(7) 第6項記載の製造法において、ス
ペーサ層を沈着する前記段階がフォトマスクを沈着する
段階をさらに有する、前記製造法。
ペーサ層を沈着する前記段階がフォトマスクを沈着する
段階をさらに有する、前記製造法。
【0057】(8) 第7項記載の製造法において、ヒ
ンジ層を沈着する前記段階およびミラー層を沈着する前
記段階がTi:Si:Alのヒンジ層を沈着する段階
と、Ti:Si:Alのミラー層を沈着する段階と、を
さらに有する、前記製造法。
ンジ層を沈着する前記段階およびミラー層を沈着する前
記段階がTi:Si:Alのヒンジ層を沈着する段階
と、Ti:Si:Alのミラー層を沈着する段階と、を
さらに有する、前記製造法。
【0058】(9) 第6項記載の製造法において、ヒ
ンジ層を沈着する前記段階およびミラー層を沈着する前
記段階がTi:Si:Alのヒンジ層を沈着する段階
と、Ti:Si:Alのミラー層を沈着する段階と、を
さらに有する、前記製造法。
ンジ層を沈着する前記段階およびミラー層を沈着する前
記段階がTi:Si:Alのヒンジ層を沈着する段階
と、Ti:Si:Alのミラー層を沈着する段階と、を
さらに有する、前記製造法。
【0059】(10) 回転可能なミラーを作成する段
階と、前記ミラーを前記基板に隣接して保持するための
少なくとも2個の支持素子を作成する段階であって、前
記支持素子が回転軸を形成し、かつ、前記支持素子の少
なくとも1個が前記ミラーの端部からずれた位置に配置
される、前記少なくとも2個の支持素子を作成する段階
と、を有する、基板の上に共振ミラーを製造する方法。
階と、前記ミラーを前記基板に隣接して保持するための
少なくとも2個の支持素子を作成する段階であって、前
記支持素子が回転軸を形成し、かつ、前記支持素子の少
なくとも1個が前記ミラーの端部からずれた位置に配置
される、前記少なくとも2個の支持素子を作成する段階
と、を有する、基板の上に共振ミラーを製造する方法。
【0060】(11) 第10項記載の製造法におい
て、前記基板の上にスペーサ材料を沈着する段階と、前
記変形可能ミラーを作成した後前記スペーサ層を除去す
る段階と、をさらに有する、前記製造法。
て、前記基板の上にスペーサ材料を沈着する段階と、前
記変形可能ミラーを作成した後前記スペーサ層を除去す
る段階と、をさらに有する、前記製造法。
【0061】(12) 第11項記載の製造法におい
て、前記2つの形成段階がTi:Si:Alの少なくと
も1個の支持ポストを作成する段階と、Ti:Si:A
lの前記変形可能ミラーを作成する段階と、をさらに有
する、前記製造法。
て、前記2つの形成段階がTi:Si:Alの少なくと
も1個の支持ポストを作成する段階と、Ti:Si:A
lの前記変形可能ミラーを作成する段階と、をさらに有
する、前記製造法。
【0062】(13) 第10項記載の製造法におい
て、前記2つの形成段階がTi:Si:Alの少なくと
も1個の支持ポストを作成する段階と、Ti:Si:A
lの前記変形可能ミラーを作成する段階と、をさらに有
する、前記製造法。
て、前記2つの形成段階がTi:Si:Alの少なくと
も1個の支持ポストを作成する段階と、Ti:Si:A
lの前記変形可能ミラーを作成する段階と、をさらに有
する、前記製造法。
【0063】(14) 基板の上側表面と全体的に同じ
平面内にある偏向可能ミラー16を有する、共振ミラー
が開示される。前記ミラーは、少なくとも2個の支持素
子20により、前記上側表面に隣接して保持される。少
なくとも1個の支持素子は、前記ミラーの端部からずれ
た位置に配置される。一直線上にある支持素子20は回
転軸を定める。前記回転軸のまわりに前記ミラーが振動
し、それにより、一定の角度にわたって入射光が操縦さ
れる。
平面内にある偏向可能ミラー16を有する、共振ミラー
が開示される。前記ミラーは、少なくとも2個の支持素
子20により、前記上側表面に隣接して保持される。少
なくとも1個の支持素子は、前記ミラーの端部からずれ
た位置に配置される。一直線上にある支持素子20は回
転軸を定める。前記回転軸のまわりに前記ミラーが振動
し、それにより、一定の角度にわたって入射光が操縦さ
れる。
【図1】本発明の第1実施例の立体図。
【図2】図1に示されたミラー素子の立体図。
【図3】図2に示されたミラー素子の線3−3に沿って
の横断面図。
の横断面図。
【図4】図2に示されたミラー素子の線4−4に沿って
の横断面図。
の横断面図。
【図5】図2に示されたミラー素子の製造の各段階の図
であって、a〜fは逐次の段階の横断面図。
であって、a〜fは逐次の段階の横断面図。
【図6】本発明の第2実施例の立体図。
【図7】図6に示された本発明の第2実施例の線7−7
に沿っての横断面図。
に沿っての横断面図。
【図8】本発明の第3実施例の立体図。
【図9】図8に示された本発明の第3実施例の線9−9
に沿っての横断面図。
に沿っての横断面図。
46 基板 16 偏向可能ミラー 20 支持素子
Claims (2)
- 【請求項1】 上側表面を有する基板と、 前記上側表面と全体的に同一平面内にある偏向可能ミラ
ー素子と、 前記ミラー素子を前記上側表面に隣接して保持し、か
つ、回転軸を定め、かつ、少なくともその1つが前記ミ
ラーの端部からずれた位置に配置された、少なくとも2
個の支持素子と、を有する、共振ミラー。 - 【請求項2】 基板の上に少なくとも1個の支持体パッ
ドを製造する段階と、 前記パッドの上にスペーサ層を沈着する段階と、 前記支持体パッドを露出する段階と、 前記スペーサ層および前記露出されたパッドの上にヒン
ジ層を沈着する段階と、 前記ヒンジ層の一部分をエッチング停止体で被覆する段
階と、 前記被覆されたヒンジ層の上にミラー層を沈着する段階
と、 少なくとも2個の支持体素子を有するミラーを作成する
ために前記ミラー層および前記ヒンジ層を選択的にエッ
チングする段階であって、前記支持体素子の少なくとも
1個が前記ミラーの端部からずれた位置に配置された、
前記選択的にエッチングする段階と、 前記スペーサ層を除去する段階と、を有する、基板の上
に共振ミラーを製造する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US811407 | 1977-06-29 | ||
US07/811,407 US5233456A (en) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Resonant mirror and method of manufacture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0651231A JPH0651231A (ja) | 1994-02-25 |
JP3203277B2 true JP3203277B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=25206466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34077592A Expired - Fee Related JP3203277B2 (ja) | 1991-12-20 | 1992-12-21 | 共振ミラーとその製造法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5233456A (ja) |
JP (1) | JP3203277B2 (ja) |
KR (1) | KR100253105B1 (ja) |
CA (1) | CA2084946C (ja) |
TW (1) | TW221526B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US6219015B1 (en) | 1992-04-28 | 2001-04-17 | The Board Of Directors Of The Leland Stanford, Junior University | Method and apparatus for using an array of grating light valves to produce multicolor optical images |
WO1996027810A1 (en) * | 1992-04-28 | 1996-09-12 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Junior University | Deformable grating apparatus including stiction prevention means |
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KR970003004B1 (ko) * | 1993-05-04 | 1997-03-13 | 대우전자 주식회사 | 투사형 화상표시장치용 광로조절장치 |
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