JP4531470B2 - ヒンジ構造 - Google Patents
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Description
2≦W≦4・・・(1)
7≦T≦13・・・(2)
各条件(1)、(2)の上限を超えると硬いバネ性能をもった構造になるため、所定の印加電圧に対してミラー面の傾きが小さくなり好ましくない。また、下限を下回ると柔らかいバネ性能をもった構造になるが、強度が低下し、壊れやすくなり好ましくない。
4≦s≦8・・・(3)
各条件(3)の上限を超えると柔らかいバネ性能をもった構造になるが、全体寸法が大きくなり好ましくない。また、下限を下回ると硬いバネ性能をもった構造になるため、所定の印加電圧に対してミラー面の傾きが小さくなり好ましくない。
2≦W≦4・・・(1)
7≦T≦13・・・(2)
本実施形態の第一ヒンジ構造12Xは、幅3μm、厚み10μmの線状体により構成される。このように各条件(1)、(2)を満たすような線状体により構成することにより、第一ヒンジ構造12Xにより高いバネ性能を持たせることができる。
4≦s≦8・・・(3)
ヒンジ構造の耐久性は、電極方向へのたわみ量が最小になるように最適化して設計した本実施形態のヒンジ構造と比較例のヒンジ構造を用いて比較検討する。図7(A)は、最適化された本実施形態のヒンジ構造の寸法(縦(y方向):147μm、横(x方向):226μm)を、図7(B)は最適化された比較例のヒンジ構造の寸法(縦:523μm、横:280μm)をそれぞれ示す。図7(A)、(B)に示すように、電極方向へのたわみ量が略同一になるように最適化して設計すると、本実施形態のヒンジ構造はかなり小型化されているのに対し、比較例のヒンジ構造は大きく設計されている。なお、各図とも円形のミラー面MRは径φが500μmに設計されている。また説明の便宜上、図7(A)、(B)において、ヒンジ構造は一軸についてのみ示す。
図8は、図7(A)に示す最適化された本実施形態のヒンジ構造使用時と図7(B)に示す形状であって本実施形態のヒンジ構造と同一寸法の最適化された比較例のに係るヒンジ構造使用時におけるミラー面MRの回転角と駆動電圧との関係を表すグラフである。図8において、横軸が駆動電圧(単位:V)、縦軸がミラー面MRの回転角(単位:°)を表す。また、図8中実線が本実施形態のヒンジ構造使用時の特性を、破線が比較例のヒンジ構造使用時の特性を、それぞれ表す。線種の別については、以下の図9においても同様である。図8に示すように、本実施形態のヒンジ構造使用時の方が比較例のヒンジ構造使用時にくらべて、所定の電圧印加時に得られる回転角が遙かに大きい。図8に示すグラフに基づいて1Vあたりの回転角を算出すると、本発明が約0.04°/V、比較例が約0.01°/Vである。
次いで、図10を参照しつつ、本実施形態および比較例のヒンジ構造における電極方向へのたわみ具合について比較検討する。図10は、ヒンジ構造に対する電極方向への作用力と該ヒンジ構造の電極方向への変位量との関係を表すグラフである。図10において横軸が作用力(単位:μN)を、縦軸が変位量(単位:μm)を示す。また、図10において、実線が図7(A)に示す本実施形態のヒンジ構造使用時を、破線が図7(B)に示す比較例のヒンジ構造使用時を、一点鎖線が縦横比を約1対1で最適化(縦:359μm、横:360μm)した他の比較例のヒンジ構造使用時を、それぞれ示す。
図12は、本実施形態のヒンジ構造の周波数特性を表すグラフである。図13は、図7(B)に示す比較例の周波数特性を表すグラフである。各図(A)中、実線がX軸に対する回動に関する周波数特性を、破線がY軸に対する回動に関する周波数特性を、一点鎖線がX軸とY軸双方に直交するZ軸に対する回動に関する周波数特性を、それぞれ表す。また、各図(B)中、実線がx方向のゆれに関する周波数特性を、破線がy方向のゆれに関する周波数特性を、一点鎖線がz方向のゆれに関する周波数特性を、それぞれ表す。なお、各図において、横軸が周波数(Hz)、縦軸が利得、すなわち各図(A)であれば角度(rad)、各図(B)であれば長さ(m)を表す。
2 上部基板
3 下部基板
4 スペーサ
11 ミラー面
12 フレーム
12X、12Y ヒンジ構造
K1、K2 つづら折り部
S 結合部
T1〜T4 駆動電極
Claims (11)
- マイクロミラー装置における、少なくとも一つの回動軸周りに回動自在に構成された回動面と前記回動軸周りに非回動である非回動面との間に配設されるヒンジ構造であって、
一本の線状体から構成され、
前記一本の線状体は、第一つづら折り部と第二つづら折り部と線分状の結合部からなり、
前記第一つづら折り部は、前記回動軸に平行な平行部が複数形成されるように連続して折り返され、最も外側に位置する一対の外側平行部のうち第一外側平行部は前記回動面に、第二外側平行部は前記結合部の一端に結合され、
前記第二つづら折り部は、前記回動軸に平行な平行部が複数形成されるように連続して折り返され、最も外側に位置する一対の外側平行部のうち第三外側平行部は前記非回動面に、第四外側平行部は前記結合部の他端に結合され、
前記第一外側平行部および前記回動面の結合位置と前記第三外側平行部および前記非回動面の結合位置を結ぶ線分の中点に対して点対称であることを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1に記載のヒンジ構造において、
各つづら折り部は、略直角に折り返されることを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1または請求項2に記載のヒンジ構造において、
前記結合部は、前記第二外側平行部および前記第四外側平行部と略直角に結合することを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載のヒンジ構造において、
前記結合部は、前記第一外側平行部および前記回動面の結合位置と前記第三外側平行部および前記非回動面の結合位置を結ぶ線分の中点で、前記回動軸と略直角に交わることを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載のヒンジ構造において、
前記第一外側平行部と前記第三外側平行部は、前記回動軸上に位置することを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載のヒンジ構造において、
各外側平行部は、他の平行部よりも所定量延出しており、
各外側平行部以外の前記平行部は、全て同一長さであることを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載のヒンジ構造において、
各つづら折り部における折り返し位置および各結合部における結合位置は、面取されていることを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載のヒンジ構造において、
前記線状体の幅W(単位:μm)が以下の条件(1)、
2≦W≦4・・・(1)
を満たすことを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載のヒンジ構造において、
前記線状体の厚みT(単位:μm)が以下の条件(2)、
7≦T≦13・・・(2)
を満たすことを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項1または請求項9に記載のヒンジ構造において、
前記複数の平行部間の間隔は、略同一であることを特徴とするヒンジ構造。 - 請求項10に記載のヒンジ構造において、
前記各間隔をs(単位:μm)とすると、以下の条件(3)、
4≦s≦8・・・(3)
を満たすことを特徴とするヒンジ構造。
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