(57)【要約】  マイクロミラー構造を持ち上げる（支持する）ために、ステッパープレートにおける複数の支柱を用いている、マルチ動作をプログラム可能なマイクロミラー制御方法を提供する。当該制御システムは、（１）マイクロミラーの多数の動作を生成できる、（２）マイクロミラーを低駆動電圧で制御できる、（３）デジタル制御によって簡素な動作制御にできる、（４）マイクロミラーの動作の自由度をステッパープレートの数によって選択できる、（５）マイクロミラーを単一の信号電圧で駆動できる、という有利な点を有する。このような有利な点とともに、上記マルチ動作をプログラム可能なマイクロミラー制御方法は、マイクロミラー動作制御における問題点を克服するための解決策を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロミラー構造を支持するために回転するように構成され、かつ、当該回転動作のために異なる高さの少なくとも２つの接触点を有する、少なくとも１つのステッパープレートと、
上記ステッププレートを制御するために少なくとも１つの電極を有するように構成されている低層と、
マイクロミラーとを備えているプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２】
上記ステッパーは、静電力によって制御される請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３】
接触構造は、スティクションを防ぐために同じ位置である請求項２に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４】
上記ステッパープレートは、上記マイクロミラーに結合されている、少なくとも１つの支柱を有しており、または、
上記マイクロミラーは、上記ステッパープレートに結合されている、少なくとも１つの支柱を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項５】
上記マイクロミラーは、上記ステッパープレートの回転の量によってプログラムされている、少なくとも１つの動作を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項６】
上記ステッパープレートの回転の量は、停止具によって定められる請求項５に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項７】
上記ステッパープレートは、上記低層に結合されている、少なくとも１つの停止具を有しており、または、
上記低層は、上記ステッパープレートに結合されている、少なくとも１つの停止具を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項８】
上記マイクロミラーは、支柱の位置によってプログラムされている、少なくとも１つの動作を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項９】
上記マイクロミラーは、上記ステッパープレートの回転の量および支柱の位置によってプログラムされている、少なくとも１つの動作を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１０】
上記制御システムは、動作制御において複数の自由度を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１１】
上記自由度は、上記ステッパープレートの数によって制限される請求項１０に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１２】
動作における上記自由度は、ステップにおける支柱の数によって制限される請求項１０に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１３】
上記制御システムは、１つの回転自由度の動作を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１４】
上記制御システムは、１つの並進自由度の動作を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１５】
上記制御システムは、１つの自由度および１つの並進自由度の動作を有している請求項１０に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１６】
上記制御システムは、２つの回転自由度の動作を有している請求項１０に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１７】
上記制御システムは、２つの回転自由度の動作および１つの並進自由度の動作を有している請求項１０に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１８】
上記マイクロミラーの動作は、上記支柱によって規定される請求項４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項１９】
上記マイクロミラーの動作は、上記制御システムの製造時に、上記支柱および上記ステッパープレートから幾何学的にプログラムされる請求項４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２０】
上記支柱は、上記ステッパープレート上部で位置付けされる請求項４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２１】
上記マイクロミラーの動作は、上記ステッパープレート回転後、上記支柱および上記マイクロミラーの接触位置によって規定される請求項２０に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２２】
上記支柱は、上記マイクロミラー下部で位置付けされる請求項４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２３】
上記マイクロミラーの動作は、上記ステッパープレート回転後、上記支柱および上記ステッパープレートの接触位置によって規定される請求項２２に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２４】
上記支柱は、上記ステッパープレート上部、上記マイクロミラー下部、もしくはその双方で位置付けされる請求項４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２５】
上記マイクロミラーの動作は、上記ステッパープレート回転後、上記ステッパープレート上部の上記支柱および上記マイクロミラー下部の上記支柱の接触位置によって規定される請求項２４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２６】
上記マイクロミラーの動作は、上記ステッパープレート下部の上記停止具の位置および高さによって制限される、上記ステッパープレートの回転の量によって規定される請求項６に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２７】
上記マイクロミラーの動作は、上記低層における上記停止具の位置および高さによって制限される、上記ステッパープレートの回転の量によって規定される請求項６に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２８】
上記マイクロミラーの動作は、上記ステッパープレート上部の上記支柱の位置および上記マイクロミラー下部の上記支柱の位置によって規定される請求項４に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項２９】
上記マイクロミラーの動作は、上記停止具によって制限される上記ステッパープレートの回転角によって規定される請求項６に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３０】
上記ステッパープレートの回転の量は、上記停止具によって規定され、上記マイクロミラーの動作は、上記支柱によって規定され請求項６に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３１】
上記ステッパープレートは、少なくとも３つの方向の回転を有している請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３２】
上記ステッパープレートのそれぞれの方向の回転は、上記マイクロミラーのそれぞれの動作となる請求項３１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３３】
上記それぞれの方向の回転角の量は、同一であり、上記マイクロミラーのそれぞれの動作は、支柱の位置によって制御される請求項３１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３４】
上記マイクロミラーのそれぞれの動作は、上記それぞれの方向の異なる回転角の量によって制御される請求項３１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３５】
上記マイクロミラーのそれぞれの動作は、上記それぞれの方向の回転角の量および支柱の位置が制御されることによって制御される請求項３１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３６】
上記ステッパープレートのそれぞれの方向の回転は、対応する少なくとも１つの電極によって制御される請求項３１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３７】
上記ステッパープレートのそれぞれの方向の回転は、共有電極による複数の電極によって制御される請求項３１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３８】
上記ステッパープレートのそれぞれの方向の回転は、共有電極による複数の電極によって制御される請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項３９】
上記ステッパープレートは、バネ無しヒンジ構造である請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４０】
複数の上記マイクロミラーは、共通電圧源によって制御される請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４１】
上記マイクロミラー制御システムは、マルチチャネル光学スイッチを用いている請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４２】
上記マルチチャネル光学スイッチは、少なくとも１つの上記マイクロミラーを回転させることによって所望の方向へ入射光をそらす請求項４１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４３】
マイクロミラーアレイレンズは、上記制御システムによって制御される請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４４】
上記マイクロミラーアレイレンズは、様々な焦点レンズに相当するステップを有するように制御される請求項４３に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【請求項４５】
上記プログラム可能なマイクロミラー動作制御システムは、ＣＭＯＳ構造によって形成でき、当該システムは、上記ＣＭＯＳ回路によって制御される請求項１に記載のプログラム可能なマイクロミラー動作制御システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本願は、２００４年６月１８日出願の米国特許第１０／８７２，２４１号明細書、２００４年７月１６日出願の米国特許第１０／８９３，０３９号明細書、２００５年３月４日出願の米国特許第１１／０７２，５９７号明細書、および、２００６年２月４日出願の米国特許第１１／３４７，５９０号明細書の一部継続出願であり、これらの出願の優先権を主張するものである。これら全てを参照することにより本願に援用する。
【０００２】
〔発明の分野〕
本発明は、概してマイクロミラーに関し、より詳細にマイクロミラーの制御および動作生成に関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
様々な光学アプリケーションにおいて、従来の光電子デバイスの代わりに、またはこれに追加的に、マイクロミラーが用いられている。マイクロミラーは、微調整を行いながら、回転および並進によって移動可能であることが望ましい。
【０００４】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）が開発されたことにより、ＭＥＭＳ内の多くのアプリケーションが開発されて用いられている。マイクロミラーデバイスは、ＭＥＭＳの大規模な開発分野のうちの１つである。マイクロミラーを用いたデバイスおよびアプリケーションが開発されると共に、光通信および光ディスプレイといった様々な分野で用いられている。マイクロミラーのアプリケーションが急速に発展するにつれて、マイクロミラーデバイスの制御に関する需要も増大して来た。自由度が多く、且つ、簡素な駆動方法で、マイクロミラーの動作制御を行うことが望ましい。
【０００５】
位相適応光学アプリケーションには、位相限定ピストンスタイル（phase-only piston-style）マイクロミラーが用いられており、光を偏光させるために、回転マイクロミラーが用いられている。これらマイクロミラーの多くは、静電力と弾力との間の平衡点において決定される連続変位を有するように制御されている。アナログ制御は、デジタル制御または個別制御よりも複雑で、ＭＯＳ、ＣＭＯＳ等といった既知の半導体電子工学技術とは両立し得ない。さらに、静電力によって動作される連続変位を有するマイクロミラーに、電気力が機械構造の弾力を超える場合に起こる従来のスナップダウン現象が生じる。このスナップダウン現象は、マイクロミラーの並進および回転範囲を制限する。
【０００６】
駆動電圧が高いことは、静電力によって動作される連続変位を有するマイクロミラーを制御する際の別の欠点となる。ＩＣ部材と両立可能であるには、マイクロミラーが、回路動作電圧または回路制御電圧と両立し得る低電圧で動作されることが望ましい。
【０００７】
例えば、米国特許第４，５６６，９３９号明細書、米国特許第５，０８３，８５７号明細書、および、米国特許第６，２３２，９３６号明細書のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のような従来技術のマイクロミラーアレイでは、各マイクロミラーは、電圧をデジタル制御することによって動作されている。上記各マイクロミラーは、大きく回転し低駆動電圧を有すると共に、既知の半導体電子工学技術と両立し得るが、１つの自由度しか有していない。つまり、単軸の周りを回転しており、２つのレベル位置しか有していない。
【０００８】
従って、マイクロミラーを用いるために、マイクロミラーのより自由度の多い簡素な制御に対する需要が増大している。本発明は、多数の動作、複数の自由度、低駆動電圧、および、簡素な起動を有する方法を提供することを意図するものである。この制御システムは、１つの回転自由度の動作と、１つの並進自由度の動作と、１つの自由度の動作および１つの並進自由度の動作と、２つの回転自由度の動作と、２つの回転自由度の動作および１つの並進自由度の動作とを有することが可能である。
【０００９】
〔発明の概要〕
本発明は、マイクロミラー動作を制御するための従来術の欠点を解消することを目的としている。本発明は、改良された、個別制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）システムの方法を提供する。ＤＣＭシステムのための方法は、２００４年６月１８日出願の米国特許第１０／８７２，２４１号明細書、２００４年７月１６日出願の米国特許第１０／８９３，０３９号明細書、２００５年３月４日出願の米国特許第１１／０７２，５８７号明細書、および、２００６年２月４日出願の米国特許第１１／３４７，５９０号明細書に記載されている。ＤＣＭシステムは、マイクロミラーを制御するための多くの利点を有している。これらは、ＤＣＭが簡素な駆動方法を用いている点、マイクロミラー構造を動作させるために単電圧または個別に分離された電圧を用いている点、および、ステッパープレートの数および支柱の数によって自由度を増大させることが可能な点、および、１つの構造に多数の動作が組み込まれている点などである。
【００１０】
本発明は、マルチ動作をプログラム可能なマイクロミラー制御方法を提供する。マイクロミラーの多数の動作を生成するために、多数の支柱を有するステッパープレートが導入されている。このステッパープレートは、電極と該ステッパープレートとの間の静電力によって傾いている。ステッパープレートが所定のステップのために選択された方向に傾いた場合、予めプログラムされた位置にある支柱がマイクロミラーを持ち上げて（支持して）、マイクロミラーの所望の動作を形成する。ステッパープレート内の各支柱は、マイクロミラーを共に支える同じプレート内の他の一支柱または他の複数の支柱と共に、予めプログラムされたマイクロミラー動作を生じさせる。マイクロミラーの所望の動作はまた、ステッパープレートの上の支柱の位置ではなく、マイクロミラーの下の支柱の位置によって得られる。上記システムには、ステッパープレートの上の支柱、および、マイクロミラーの下の支柱も全て一緒に用いることが可能である。マイクロミラーの動作を支柱の位置によって制御することに加えて、該動作は、各ステップのステッパープレートの回転角の量が異なることによって選択され得る。この制御システムは、ステッパープレートと電極との間の静電力によって動作される。上記システムには、電磁力および熱電力も印加される。
【００１１】
ステッパープレートの形は、支柱の数と、ステップの数と、マイクロミラー、電極、および、ステッパープレートの形状とによって、三角形、四角形、六角形、八角形、円形、または、他の形を有するように変動させてもよい。１つのステッパープレート内のステップの数は、ステッパープレートの形、該ステッパープレートの下の電極、動作を生成する所望の自由度、および、マイクロミラーに必要とされる数の動作ステップによって決定され得る。ステッパープレートが８つの電極を有しているならば、ステッパープレートは、８つまでの異なるステップを有することが可能である。マイクロミラーが３つの自由度の８つのステップ動作を有する必要があるならば、支柱の数は、少なくとも２４である(各３つのステッパープレート内に８つの支柱)。
【００１２】
ステッパープレートが支柱の位置によって規定され得る多数の動作を有しているので、マイクロミラーは、ボリュームの小さな多数のステップを有することが可能である。この動作のステップの密度は、１つの支柱を有する多数のステッパープレートの場合と比べると極めて高い。マイクロミラーが小型であるため、マイクロミラーの制御には高密度の動作が強く望まれる。
【００１３】
制御システムは、電極が多数の用途に用いられるため、マイクロミラーの制御には低電圧を必要とする。１つのステップを規定することは、傾いたステッパープレートの方向および支柱の位置によって決定されるだけであるため、１つのステッパープレートにおける１つのステップは隣接する電極を共有して、隣接する電極による静電力がステッパープレートに必要とされる回転を妨げない程度のより強い静電力を有することが可能である。静電力を形成する有効面積が増大されるため、複合電極を一緒に用いることによって、駆動電圧を低減することが可能である。隣接する電極に加えてステップ上の電極に駆動電圧を印加することによって、電極の面積を２倍または３倍にさせて、静電力を増大させることが可能である。複合電極に一緒に電圧を印加することによって、複数の支柱を有するステッパープレートは、完全に回復する弾力でマイクロミラーを持ち上げるか、または、駆動電圧を低減することが可能である。各ステップは、対応する１つの電極または複数の電極によって制御される。共通の電圧源によって、複数のマイクロミラーを制御することも可能である。
【００１４】
本発明の他の一利点は、ステッパープレートをデジタルで制御する点と、ステッパープレートが各ステップに付き簡素な２つの状態を有している点とである。マイクロミラー動作の全ステップを制御するために、この装置は、マイクロミラーによって必要とされる動作ステップの数と同一の数の制御チャネルだけを必要とする。ステッパー内へのマイクロミラー構造および支柱の形状を製造する工程中に既に所望の動作がプログラムされているので、電圧を所望の電極に印加するだけで、所望の動作がアクティブにされる。本発明は、多数のステップを有するマイクロミラーを制御する簡素な方法を提供する。プログラム可能なマイクロミラー制御システムはＣＭＯＳ構造上に形成され、該システムをＣＭＯＳ回路によって制御することが可能である。
【００１５】
さらなる他の一利点は、制御システムが動作制御において多くの自由度を有している点である。自由度はステッパープレートの数によって制約される。より多くのステッパープレートを加えることによって自由度を変動させて、マイクロミラー内の所望の動作を得ることが可能である。ステッパープレートが傾くと、ステッパープレート上の支柱が上昇し、マイクロミラーを上に持ち上げる。マイクロミラーが３つの自由度の動作を必要とするならば、異なる３つのステッパープレートが適用され、３つの支柱が所望の動作を規定する。動作内の自由度は、１つのステップ内の支柱の数またはステッパープレートの数によって制約される。動作制御システムは、１つの回転自由度、１つの並進自由度、１つの並進自由度および１つの回転自由度、２つの回転自由度および１つの並進自由度、２つの回転自由度などを有してよい。この制御システムは、動作制御において複数の自由度を有している。
【００１６】
本発明のマルチ動作をプログラム可能なマイクロミラー制御方法は、次の利点を有している。（１）多数の動作をマイクロミラーに適用可能である。（２）高密度の動作をマイクロミラーに適用可能である。（３）低駆動電圧でマイクロミラーを制御可能である。（４）簡素な動作制御をデジタル制御によって適用可能である。（５）ステッパープレートの数によってマイクロミラーの動作の自由度を選択可能である。（６）マイクロミラー動作の駆動に単電圧だけを必要とする。（７）マイクロミラーが段階的に制御される。
【００１７】
本発明について簡単にまとめたが、本発明は、以下の図面、発明の詳細な説明、および、添付の特許請求の範囲によって完全に理解可能であろう。
【００１８】
〔図面の説明〕
本発明のこれらの特徴および他の特徴、形態、および、利点は、添付の図面を参照することによってよりよく理解されるであろう。
【００１９】
図１は、従来技術のマイクロミラーの制御方法を示す概略的な図である。
【００２０】
図２は、実施形態の、個別に制御されるマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｃは、システムが動作している時の、個別に制御されるマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。
【００２２】
図４は、多数の動作（４つの異なる動作）を生成するための、４つの支柱と電極とを有するステッパープレートを示す図である。
【００２３】
図５は、多数の動作（８つの異なる動作）を生成するための、多数の支柱と電極とを有するステッパープレートを示す図である。
【００２４】
図６は、バネ無しヒンジ構造を示す概略的な図である。
【００２５】
図７は、３つのマルチ支柱アクチュエータが、３つの自由度（２つの回転自由度および１つの並進自由度）を有するマイクロミラー動作を制御する様子を示す概略的な図である。
【００２６】
図８は、マルチ支柱アクチュエータを有する多数のマイクロミラーが、マルチステップの光スイッチとして機能する様子を示す概略的な図である。
【００２７】
図９は、マルチ支柱アクチュエータを有するマイクロミラーが、マルチステップのマイクロマイクロミラーアレイレンズとして機能する様子を示す概略的な図である。
【００２８】
〔発明の詳細な説明〕
図１は、従来技術のマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。マイクロミラー１１は、持続回転１５または持続並進１６を有するように制御される。これは、電極１３およびマイクロミラー１１構造からの静電力と、並進バネ１４および回転バネ１７の弾力との間の平衡点によって決定される。マイクロミラー１１は、支持構造によって支えられるヒンジに沿って回転する。静電気と弾力との静的平衡によって動作が決定されるので、動作の微調整を行うには、アクティブなフィードバックを有する複雑なアナログ制御が求められる。
【００２９】
他方、個別に制御するマイクロミラー（ＤＣＭ）方法は、簡素な制御システムを有している。一旦マイクロミラー構造内で動作が規定されてプログラムされると、制御は、所望の動作に関する所望のチャネルにオン／オフ電圧を印加するだけである。フィードバックは必要でなく、動作は、環境に関係なく再生可能である。
【００３０】
マルチ動作をプログラム可能なマイクロミラー制御システムは、マイクロミラー構造を持ち上げるために回転するように構成された少なくとも１つのステッパープレートと、該ステッパープレートを制御するために少なくとも１つの電極を有するように構成された低層と、該ステッパープレートに結合されたマイクロミラーとを有している。上記ステッパープレートは少なくとも２つの接触点を有し、これら２つの接触点は異なる高さを有しており、該ステッパープレートを回転動作させる。上記マイクロミラーは、支柱の位置またはステッパープレートの回転角によってプログラムされた多数の動作を有している。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態に係る、マイクロミラー（ＤＣＭ）を個別に制御するためのマイクロミラー制御システムを示す図である。このマイクロミラー制御システムは、多数の支柱２３Ａ、２３Ｂを有するステッパープレート２２と、ステッパープレート２２を制御するために複合電極を有するように構成された低層と、ステッパープレート２２に結合されたマイクロミラー２１とを含む。ステッパープレート２２は、上記低層に結合されていると共にマイクロミラー構造２１を持ち上げるために回転するように構成されている。このマイクロミラー制御システムはまた、マイクロミラー動作を制御するために、様々なタイプの停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを用いてもよい。マイクロミラー２１は、支柱２３Ａ、２３Ｂの位置、または、ステッパープレート２２の回転角によってプログラムされた多数の動作を有している。これら支柱によってマイクロミラー動作が規定される。このマイクロミラー動作は、該制御システムの製造工程中に、ステッパープレートおよび支柱の形状内にプログラムされる。上記支柱は、上記ステッパープレートの上、または、マイクロミラー２１の下に配置される。
【００３２】
ステッパー２２の構造は、電極２５Ａによって上記低層に結合される。各電極２５Ａは、マイクロミラー２１の望ましい所定の動作のためにアクティブにされる。上記ステッパープレートの上の支柱２３Ａは、マイクロミラー動作を規定するために配置されている。ステッパープレートが回転すると、支柱２３Ａの高さが支柱の面内位置によって変動する。マイクロミラーの下の支柱２３Ｂも、ステッパープレート２２ｂとマイクロミラーの下の支柱２３Ｂとの相対位置によって、マイクロミラー動作を規定するために配置されている。マイクロミラー２１の動作は、ステッパープレート２２が回転した後の支柱２３Ａ、２３Ｂの接触位置によって規定される。マイクロミラーが安定した動作を有するには、マイクロミラー２１の構造を持ち上げる支柱２３Ａ、２３Ｂによる少なくとも３つの接触点が必要である。ステッパープレート２２の底部では、停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが、ステッパープレート２２の設置位置を形成する。停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは単独で用いてもよく、または、停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを組み合わせて用いても良い。ステッパープレート２２の下の停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、その位置および／またはその高さによって、回転角の量を調整する。低層における停止具２４Ｂはまた、その位置および／またはその高さによって、回転角の量を調整する。電極２５Ａは、ステッパープレートが停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの上に載るまでステッパープレート２２を引っ張る。異なる高さを有するこれらの停止具は、ステッパープレートを回転させる。その後、マイクロミラーが、ステッパープレートの上の支柱２３Ａによって、または、ステッパープレート２２によって持ち上げられるか、または、マイクロミラーの下の支柱がステッパープレートによって持ち上げられる。マイクロミラー２１の動作は、ステッパープレート２３Ａの上の支柱の位置またはマイクロミラーの下の支柱２３Ｂの位置、または、ステッパープレートの下の停止具２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃによって制限される回転角によって規定される。マイクロミラーおよびステッパープレートは、弾性のあるバネ２６Ａ、２６Ｂによる復元力のためにもとに戻る。マイクロミラーは、マイクロミラー電極２５Ｂによっても引っ張られることが可能であり、これによって、マイクロミラー２１は１つのステップで支柱２３Ａ、２３Ｂに確実に接触する。ステッパープレートは、マイクロミラーに結合された少なくとも１つの支柱を有するか、または、マイクロミラーは、ステッパープレートに結合された少なくとも１つの支柱を有する。この支柱は、ステッパープレートの上、および／または、マイクロミラーの下に配置され得る。
【００３３】
図３Ａには、ステッパープレート３２Ａ、３２Ｂの上の支柱３３Ａ、３３Ｂによって規定される動作が示されている。これらステッパープレート３２Ａ、３２Ｂの上の支柱３３Ａ、３３Ｂは、マイクロミラーの所望の動作を有するようにマイクロミラー３１を押す。対辺の電極３５Ａ、３５Ｂは、駆動電圧が印加される。マイクロミラーの動作は、ステッパープレートの上の支柱の位置によって規定される。
【００３４】
図３Ｂは、マイクロミラー３１の下の支柱３６Ａ、３６Ｂによって規定される動作を示す図である。マイクロミラー３１の下の支柱３６Ａ、３６Ｂは、ステッパープレート３２Ａ、３２Ｂによって持ち上げられ、マイクロミラー３１は、マイクロミラーおよびステッパープレートの下の支柱３６Ａ、３６Ｂの接触点によって規定される動作を有する。電極３５Ａ、３５Ｂに駆動電圧が印加されると、ステッパープレート３２Ａ、３２Ｂは、予めプログラムされた角度で傾斜する。回転されたステッパープレート３２Ａ、３２Ｂは、マイクロミラーの下の支柱３６Ａ、３６Ｂをマイクロミラー動作が起こる位置まで押す。マイクロミラー電極３８は、該支柱をステッパー３２Ａ、３２Ｂの上に載せるために用いられる。マイクロミラーの動作は、マイクロミラーの下の支柱の位置によって規定される。
【００３５】
図３Ｃは、ステッパープレート３２Ａの下の停止具３９Ａによって得られる動作を示す図である。上記システムには、ステッパープレートの回転角の量を決定するための機械的な停止具が用いられる。この図では、１つのステッパープレートは、ステッパープレート３２Ａの下の停止具３９Ａを有している。他のステッパープレートは、ステッパープレート３２Ｂの下の停止具を有していない。回転角の量は、停止具の位置または停止具の高さに応じて異なり、または、さらにステッパープレートの下の停止具の存在に応じても異なる。ステッパープレートの回転量は上記停止具によって決定される。低層の停止具３９Ｂもまた、ステッパー３２Ｂの回転角、従ってマイクロミラー３１の動作を規定することが可能である。上記ステッパーの回転量が規定される間に、内部停止具３９Ｃは、ステッパープレート３２の平面を規定する接触点としての役割を担う。ステッパープレート３２は、マイクロミラーを持ち上げる。マイクロミラーの動作は、ス停止具３９Ａ，３９Ｂ、３９Ｃの高さおよび／または位置によって決定される、テッパープレート３２の回転量によって規定される。マイクロミラーの動作は、ステッパープレートの下の停止具および／または低層の停止具の位置および高さによって制約されるステッパープレートの回転量によって規定される。マイクロミラーは、ステッパープレートの回転量によってプログラムされた少なくとも１つの動作を有している。ステッパープレートは低層に結合された少なくとも１つの停止具を有しているか、または、低層がステッパープレートに結合された少なくとも１つの停止具を有している。マイクロミラーは、ステッパープレートの回転量と支柱の位置とによってプログラムされた、少なくとも１つの動作を有している。マイクロミラーの動作は、ステッパープレートが回転した後の、ステッパープレートの上の支柱またはマイクロミラーの下の支柱の接触位置によって規定される。マイクロミラーの動作は、停止具によって制限される回転角によって規定される。ステッパープレートの回転量は、停止具によって決定され、ここでは、マイクロミラーの動作は、支柱と停止具との種類を混ぜることによって規定される。図３Ａ、図３Ｂ、および、図３Ｃは全ての可能性を示して訳ではないが、支柱と停止具との任意の組み合わせが可能である。例えば、マイクロミラーの動作は、ステッパープレートの回転量および支柱の位置によって、または、ステッパープレートが回転した後のステッパープレートの上の支柱とマイクロミラーの下の支柱との接触位置によって、規定され得る。
【００３６】
図４は、異なる４つの回転方向を生成するための、ステッパープレート４３上の４つの支柱４２と電極４１とを有するステッパープレート４３を示す図である。各方向の回転角の量は、同一であり得、マイクロミラーの各動作は、支柱の位置によって制御される。また、各方向の回転角の量は、停止具（図示していな）を用いることによって制御可能である。マイクロミラーの多数の動作は、支柱４２によって、ステッパープレートの傾斜方向に関して得られる。マイクロミラーは、支柱の位置によってプログラムされた少なくとも１つの動作を有している。電極４１のうちのいずれか１つの電極に電圧が印加されるならば、ステッパープレート４３は傾き、電圧が印加された電極４１の方向に向かってスナップダウンされる。その後、このステッパープレート４３の傾きによって、反対側の支柱４２が回転すると共にその先端位置を上昇させる。上昇した支柱４２は、マイクロミラーを所望の位置まで持ち上げる。電極が４つあるので、ステッパープレート４３は電極４１の対応する方向に傾く。各傾斜方向で、マイクロミラーの所望の動作を生成するための支柱４２の位置が決定される。予めプログラムされる動作を有するように、支柱４２の位置および高さが決定されて、マイクロミラーシステムを製造するプロセスを行う間に、支柱４２の位置および高さが形成される。より大きい静電力またはより低い駆動電圧を有するために、電気バイアスを、２つまたは３つの電極に同時にかけることが可能である。電極の面積が２倍または３倍になるので、静電力は、電極が１つの場合よりも大きくなる。マイクロミラーの各動作は、各方向の回転量および支柱の位置を用いて制御可能である。
【００３７】
図５は、個別に制御されるマイクロミラー方法による、ステッパープレート５３の他の一実施例を示す図である。８つの支柱５２および電極５１は、動作を生成する８つの異なる高さを生成するためのものである。これら８つの電極５１のうちのいずれか１つの電極に電圧が印加されるならば、ステッパープレート５３は傾き、電圧が印加された電極５１の方向にスナップダウンされる。その後、このステッパープレート５２の傾きによって、反対側の支柱５２が上昇する。上昇した支柱５２は、マイクロミラーを所望の位置まで持ち上げる。電極が８つあるので、ステッパープレートは、電極の対応する方向まで傾く。各傾斜方向で、マイクロミラーの所望の動作を生成するための支柱５２の位置が決定される。また、ステッパープレートの各方向の回転は、電極を共通することによって複合電極によって制御され、より大きな静電力またはより低い駆動電圧を同時に有する。電極５１の面積が増大するため、静電力は、電極が１つの場合よりも大きくなる。このシステムは、ステッパープレート５３内の支柱の数によって制約される多数の動作を有している。ステッパープレートが低層構造と接触しているので、ステッパープレート全体が接地されていたとしても、表面力によって、静摩擦の問題が生じ得る。生じ得る静摩擦の問題を低減するために、ステッパープレートは、ステッパープレートの接触面積を低減させる先端５４の構造を有している。接触構造はまた、静摩擦の問題を回避するために同一の電位を有している。
【００３８】
図６は、バネ無しヒンジの構造を示す概略的な図である。ステッパープレート６１は、弾性を有するバネに取り付けられており、この弾性を有するバネは図２の固定構造に取り付けられている。しかしながら、このバネは、図６のヒンジ構造を用いることによって省略することが可能である。ステッパープレート６２は、ヒンジ構造６３内に収容されているが、ステッパープレート６２は、傾度を有する動作を有している。
【００３９】
図７には、３つの自由度９５、９６を有する構成が示されている。この動作は、２つの回転自由度９５と１つの並進自由度９６とを有している。３つの自由度の動作を示すために、異なるステッパープレート９２からの少なくとも３つの支柱９４が必要である。３つのステッパープレート９２からの各支柱９４の面内位置および／または高さが、３次元空間内の特定の動作を規定する。支柱９４によるこれら３つの点によって、マイクロミラー動作を示すマイクロミラー用平面９１が形成される。各動作は、１つのステップとして特定され得る。１つのステップにおいて、異なるステッパープレート９２からの３つの支柱９４が、マイクロミラー用平面を規定する。同様に、他の３つの支柱による他の３つの位置が、別のマイクロミラー用平面９１を規定する。１つのステッパープレート９２内の支柱の数と同じ数の平面が、３つのステッパープレート９２によって規定され得る。
【００４０】
光変調の一例を図８に示す。図８のマイクロミラー１０２は、１つ、または、２つ、または、３つのステッパープレートからの支柱によって規定される、異なる４つの動作１０３を有している。この動作は、ステッパープレートの下の対応する電極に電圧を印加することによって制御可能である。各動作は、入射光線１０１を反射させるための特定のマイクロミラーの角度１０３を示す。このマイクロミラーは、動作が変化するたびに回転し、最終的に、マイクロミラーからの反射された光の経路を変動させる。この反射された光は、スクリーン１０４内の異なる位置１０５に進む。多数の支柱のステッパープレートを有するマイクロミラーを用いることによって、該マイクロミラーは、入射光線を多数の方向１０５内に反射させるためのマルチチャネル光スイッチとして機能することが可能である。このマルチチャネル光学スイッチは、１つのマイクロミラーまたは複数のマイクロミラーを回転させることによって、入射光線を所望の方向に反射させる。マイクロミラー動作が１次元の動作に制限されていないので、マイクロミラーは、マイクロミラーの並進動作による時間遅延を有している場合であっても、回転動作による多数の軸変動によって、平面内で入射光線を反射させることが可能である。
【００４１】
図９は、マイクロミラーアレイレンズ１１２による空間光変調の一例を示す図である。複数のマイクロミラー１１２が、共通の電圧電極によって制御されている。マイクロミラーアレイレンズは、多数のマイクロミラー１１３を有しており、これらは、光学的に結合されてレンズを形成し、様々な焦点距離を示すステップを有するように制御されている。動作の各ステップでは、各マイクロミラーが、レンズに特定の焦点力を与える、異なる焦点距離のレンズ表面を形成している。図に示すように、各ステップは、マイクロミラーアレイレンズ１１２の異なる焦点距離でスクリーン１１４に焦点を定める入射ビーム１１１を形成する。動作の各ステップによって焦点を定められた光のパターン１１５が、スクリーン１１４内に示されている。マイクロミラーアレイレンズは、回転自由と並進自由とを共に有するように制御される必要があるので、マルチ動作をプログラム可能なマイクロミラー制御は焦点距離の偏差を有するために、良好な解決方法である。マイクロミラーアレイレンズの焦点距離も、マイクロミラーの製造工程中にプログラム可能であり、焦点距離の変動も、対応する電極に駆動電圧を容易に印加することによって、得ることが可能である。
【００４２】
本発明の様々な実施形態を参照しながら、本発明について図示して説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の原理および範囲から逸脱することなく、形態、詳細、組み合わせ、および、動作における変形例も想定可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術のマイクロミラーの制御方法を示す概略的な図である。
【図２】実施形態の、個別に制御されるマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。
【図３Ａ】システムが動作している時の、個別に制御されるマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。
【図３Ｂ】システムが動作している時の、個別に制御されるマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。
【図３Ｃ】システムが動作している時の、個別に制御されるマイクロミラー制御システムを示す概略的な図である。
【図４】多数の動作（４つの異なる動作）を生成するための、４つの支柱と電極とを有するステッパープレートを示す図である。
【図５】多数の動作（８つの異なる動作）を生成するための、多数の支柱と電極とを有するステッパープレートを示す図である。
【図６】バネ無しヒンジ構造を示す概略的な図である。
【図７】３つのマルチ支柱アクチュエータが、３つの自由度（２つの回転自由度および１つの並進自由度）を有するマイクロミラー動作を制御する様子を示す概略的な図である。
【図８】マルチ支柱アクチュエータを有する多数のマイクロミラーが、マルチステップの光スイッチとして機能する様子を示す概略的な図である。
【図９】マルチ支柱アクチュエータを有するマイクロミラーが、マルチステップのマイクロマイクロミラーアレイレンズとして機能する様子を示す概略的な図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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