(57)【要約】【課題】  連続範囲で動作可能なアナログビームステアリング装置を提供する。【解決手段】  基板２０と、基板の表面に隣接して配置され、互いに離間された電極対６０、６２と、基板の表面から離間された反射要素４０と、少なくとも反射要素と電極対の間に配された誘電性液体５０とを備えたマイクロミラーデバイス１０である。反射要素４０は、アナログ電気信号が電極対に印加されたことに応答して、第１の位置４６と第２の位置４８との間の連続範囲内の任意の位置に位置決めされるようになっている。【選択図】  図１
2004151723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板と、
該基板の前記表面に隣接して配置され、互いに離間された電極対と、
前記基板の前記表面から離間された反射要素と、
少なくとも前記反射要素と前記電極対との間に配置された誘電性液体と
を備え、前記反射要素は、アナログ電気信号が前記電極対に印加されたことに応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の任意の位置に位置決めされるようになっている、マイクロミラーデバイス。
【請求項２】
前記基板の前記表面から延びており、前記反射要素を前記基板の前記表面に対して支持する少なくとも１つの支柱をさらに備えた請求項１記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの支柱から前記反射要素を支持する少なくとも１つのヒンジをさらに備え、該少なくとも１つのヒンジは、前記第１の位置と前記第２の位置との間での前記反射要素の動きを容易にするようになっている請求項２記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項４】
前記反射要素は導電材料を含み、前記マイクロミラーデバイスは、
前記基板の前記表面上に形成され、前記電極対に電気的に接続されて、前記アナログ電気信号を前記電極対に印加する少なくとも２つの導体をさらに備えた請求項１記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項５】
前記反射要素は導電材料を含み、前記反射要素は、アナログ電気信号が前記電極対および前記導電材料に印加されることに応答して動くようになっている請求項１記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロミラーデバイスを備えた表示装置。
【請求項７】
表面を有する基板と、
光を反射する手段であって、前記基板の前記表面から離間された光反射手段と、
前記基板の前記表面に隣接して配置され、互いに離間された前記光反射手段を動かす複数の手段と、
前記光反射手段を前記動かす手段から絶縁する液体手段であって、少なくとも前記光反射手段と前記動かす手段の間に配置された液体手段と
を組み合わせて備えたマイクロミラーデバイスであって、
前記光反射手段は、前記光反射手段を動かす手段にアナログ電気信号が印加されたことに応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の任意の位置に位置決めされるようになっている、マイクロミラーデバイス。
【請求項８】
反射要素と、該反射要素から離間された電極対と、少なくとも前記反射要素および前記電極対の間に配置された誘電性液体とを備えたマイクロミラーデバイスを使用する方法であって、
前記電極対に、該電極対の少なくとも一方に接続するための出力、反転入力、および非反転入力を有するオペアンプを電気的に接続するステップと、
前記反射要素を前記オペアンプの前記反転入力に電気的に接続してフィードバックを提供するステップと、
アナログ位置決め信号を前記オペアンプの前記非反転入力に印加するステップであって、それによって前記反射要素が、前記印加されたアナログ配置信号に応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の選択された位置に位置決めされる、アナログ位置決め信号を印加するステップと
を含む方法。
【請求項９】
表面を有する基板を設けるステップと、
前記基板の前記表面と略平行な向きを有し、前記基板の前記表面から離間されたプレートを設けるステップであって、前記プレートと前記基板の前記表面の間にキャビティを画定することを含むステップと、
誘電性液体を前記キャビティに配するステップと、
前記基板の前記表面と前記プレートの間に反射要素を介在させるステップと
を含み、前記反射要素は、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の選択された位置に動かすようになっている、マイクロミラーデバイスを製造する方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法によって製造されたマイクロミラーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的に微小光学素子および光ビームのステアリング(optical beam steering)に関し、特に連続可変アナログマイクロミラーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間および時間解像度が高く、輝度が高い光ビームステアリングデバイスには、教育、商業、科学、技術、健康、スポーツ、およびエンターテイメントに関する情報を表示する用途を含め、多くの用途がある。デジタル光ミラーアレイおよびデフォルモグラフィックディスプレイ（deformographic display)等の光ビームステアリングデバイスによっては、大画面への投影に適用されているものもある。白色光の場合、光学的効率が高く、充填率が高く、その結果としてピクセレーションの度合いが低く、電子駆動要件が手頃であり、熱に対して頑強な、反射デジタルミラーアレイ等の光変調器が開発されている。
【０００３】
巨視的なスキャナは、「ボイスコイル」等の電磁アクチュエータおよび関連するドライバによって動くミラーを採用している。マイクロミラーデバイスは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術に基づくマイクロアクチュエータを使用している。ＭＥＭＳアクチュエータは、マイクロモータ、マイクロスイッチ、および流体の流れを制御するためのバルブ等、他の用途にも採用されている。マイクロアクチュエータは、フォトリソグラフィ、蒸着、およびエッチング等、微小電子技術を用いて、絶縁体または他の基板上に形成されてきた。
【０００４】
マイクロミラーデバイスは、入射光の増幅および／または位相変調を行うための光変調器とすることができる。マイクロミラーデバイスは表示システムに用いることができる。このようなシステムでは、複数のマイクロミラーデバイスが、それぞれディスプレイの１個のセルまたはピクセルを提供するような配列に構成される。従来のマイクロミラーデバイスは、２つの安定位置のいずれか一方に、ミラーの軸を中心として回転するように支持された、静電的に作動されるミラーを備えている。このため、このような構造は、２つの安定位置に対応する明ピクセル素子および暗ピクセル素子の双方を提供するように動作する。グレースケールバリエーションの場合、二値パルス幅変調が各マイクロミラーの傾きに適用されてきた。このため、従来のマイクロミラーデバイスは、ミラーの高周波発振およびミラー位置の頻繁な切り換えが頻繁に必要であり、よってミラーを駆動する高周波回路が必要である。二値パルス幅変調は、オンチップドライバまたはオフチップドライバを制御するオフチップ電子回路によってなされていた。
【０００５】
従来のマイクロミラーデバイスは、支持構造体に対してミラーが回転することができるに足るような寸法にしなければならない。しかし、マイクロミラーデバイスのサイズが大きくなると、所与の面積を占めることができるマイクロミラーデバイスの数が少なくなるため、ディスプレイの解像度が低下する。さらに、印加されるエネルギーは、ミラーの位置変更に必要な所望の力を生成するに足るものでなければならない。また、デジタル信号によって制御される二値デジタル位置決めを必要とするのではなく、アナログ信号を印加することによってミラーを連続した様式で配置する必要があるマイクロミラーデバイスの用途がある。したがって、このようなデバイスのアレイの密度を最大化するようにマイクロミラーデバイスのサイズを最小化することが望ましく、また、マイクロミラーデバイスをアナログ的に位置決めする手段を提供することも同様に望ましい。
【０００６】
マイクロミラーによっては、液体金属滴を使用してミラーを支持しているものもあった。このような支持では、マイクロミラーが、多くの異なる向きで軸を中心として傾き、連続範囲内の様々な位置を取ることが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
様々なビームステアリングデバイスがそれぞれの用途において広く成功していることがわかっているが、微小光学ビームステアリングの分野にはまだ満たされていないニーズがあり、特に連続範囲アナログビームステアリングが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、表面を有する基板と、該基板の前記表面に隣接して配置され、互いに離間された電極対と、前記基板の前記表面から離間された反射要素と、少なくとも前記反射要素と前記電極対との間に配置された誘電性液体とを備え、前記反射要素は、アナログ電気信号が前記電極対に印加されたことに応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の任意の位置に位置決めされるようになっている、マイクロミラーデバイスが提供される。
【０００９】
また、上記マイクロミラーデバイスを備えた表示装置が提供される。
【００１０】
さらに、表面を有する基板と、光を反射する手段であって、前記基板の前記表面から離間された光反射手段と、前記基板の前記表面に隣接して配置され、互いに離間された前記光反射手段を動かす複数の手段と、前記光反射手段を前記動かす手段から絶縁する液体手段であって、少なくとも前記光反射手段と前記動かす手段の間に配置された液体手段とを組み合わせて備えたマイクロミラーデバイスであって、前記光反射手段は、前記光反射手段を動かす手段にアナログ電気信号が印加されたことに応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の任意の位置に位置決めされるようになっている、マイクロミラーデバイスが提供される。
【００１１】
加えて、反射要素と、該反射要素から離間された電極対と、少なくとも前記反射要素および前記電極対の間に配置された誘電性液体とを備えたマイクロミラーデバイスを使用する方法であって、前記電極対に、該電極対の少なくとも一方に接続するための出力、反転入力、および非反転入力を有するオペアンプを電気的に接続するステップと、前記反射要素を前記オペアンプの前記反転入力に電気的に接続してフィードバックを提供するステップと、アナログ位置決め信号を前記オペアンプの前記非反転入力に印加するステップであって、それによって前記反射要素が、前記印加されたアナログ配置信号に応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の選択された位置に位置決めされる、アナログ位置決め信号を印加するステップとを含む方法が提供される。
【００１２】
さらに、表面を有する基板を設けるステップと、前記基板の前記表面と略平行な向きを有し、前記基板の前記表面から離間されたプレートを設けるステップであって、前記プレートと前記基板の前記表面の間にキャビティを画定することを含むステップと、誘電性液体を前記キャビティに配するステップと、前記基板の前記表面と前記プレートの間に反射要素を介在させるステップとを含み、前記反射要素は、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の選択された位置に動かすようになっているマイクロミラーデバイスを製造する方法が提供される。
【００１３】
さらに加えて、上記の方法によって製造されたマイクロミラーデバイスが提供される。
【００１４】
本開示の特徴および利点は、図面と併せて以下の詳細な説明を読むことから当業者により容易に認められよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
説明を明確にするために、図面は一定の拡大縮小率で描かれているわけではない。特に、縦および横の尺度は互いに異なる場合があり、図面毎に異なり得る。この点に関し、「上」、「下」、「前」、「後」、「先端」、「後端」等方向を表す語は、説明している図の向きを基準として用いられる。本発明のコンポーネントは複数の異なる向きに位置決めすることが可能なため、方向を表す語は例示目的のために使用されるものであり、決して限定するものではない。
【００１６】
本発明の一態様では、マイクロミラーデバイス１０が提供される。最初に述べるマイクロミラーデバイス実施形態は、表面２２およびプレート３０を有する基板２０を含む。プレート３０および基板の表面２２によって、その間にキャビティ５０が画定されるように、プレート３０は基板の表面２２から離間され基板の表面２２と略平行な向きを有する。キャビティには誘電性液体５２が配され、基板２０の表面２２とプレート３０の間に反射要素４２が介在配置される。反射要素４２は、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置の間の連続範囲内の選択された位置に動かすようになっている。本発明の別の態様は、電気から力学への変換に基づいて力を発生させ、本体または要素を動かしまたは作動させるマイクロミラーデバイス１０である。したがって、マイクロミラーデバイス１０はＭＥＭＳデバイス、すなわち微小電子機械システムである。
【００１７】
一実施形態では、以下に述べるように、複数のマイクロミラーデバイス１０が配列されて、マイクロミラーデバイスのアレイが形成される。マイクロミラーデバイスのアレイは、ディスプレイの形成に使用することができる。マイクロミラーデバイス１０は、入射光の変調またはステアリングを行う光変調器を構成する。ディスプレイへの適用では、各マイクロミラーデバイスがディスプレイの１個のセルすなわちピクセルを提供することができる。マイクロミラーデバイス１０は、プロジェクタおよび光学アドレッシング（optical addressing）システム等、他の撮像システム、ならびに分光光度計、プラズモン共鳴センサ等の機器にも使用することが可能である。
【００１８】
図１は、マイクロミラーデバイス１０の一実施形態を示す。本実施形態では、マイクロミラーデバイス１０は、基板２０と、プレート３０と、作動要素４０とを備える。基板２０は表面２２を有する。一実施形態では、表面２２は、基板２０内かつ／または上に形成されたトレンチまたはタブで形成される。本実施形態では、プレート３０は、表面２２に略平行な向きを有する。作動要素４０は、キャビティ５０中で基板２０とプレート３０の間に介在配置するとともに、基板２０の表面２２およびプレート３０から離間されている。
【００１９】
一実施形態では、作動要素４０は、作動すると、基板２０およびプレート３０に対して第１の位置４６と第２の位置４８との間を動く。たとえば、作動要素４０は回転軸を中心にして、基板２０およびプレート３０に対してある範囲の角度分だけ傾きながら動く。したがって、作動要素４０の瞬間位置は、基板２０またはプレート３０に対する角度によって特徴付けることができる。作動要素４０の回転軸は、基板２０またはプレート３０と平行とする事ができる。図１では、作動要素４０の回転軸は図面の紙面に対して垂直である。第１の位置４６と第２の位置４８の間の範囲内で動く際、作動要素４０は中間位置４７にあることができる。図１では、作動要素４０の中間位置４７は、略水平であり、基板２０に対して略平行に示される。実施形態によっては、中間位置４７は、作動要素４０を動かしまたは作動させる力が加えられていないときに、作動要素４０が占める中立、すなわち「静止(rest)」位置であり得る。他の実施形態では、別の中立、すなわち「静止」位置を選ぶことができる。図１では、作動要素４０の第１の位置４６および第２の位置４８は両方とも、中間位置４７に対してある角度をもった向きで示されている。基板２０およびプレート３０に相対する作動要素４０の動きまたは作動について、以下に詳しく述べる。
【００２０】
実施形態によっては、作動要素４０が誘電性液体５２に接触するように、キャビティ５０には誘電性液体５２が入っている。一実施形態では、作動要素４０が誘電性液体５２に浸されるように、キャビティ５０に誘電性液体５２が充填される。したがって、このような実施形態では、誘電性液体５２は、作動要素４０と基板２０との間、および作動要素４０とプレート３０との間に配置される。よって、誘電性液体５２は、作動要素４０の両面に接触する、すなわち両面を濡らす。別の実施形態では、作動要素４０が誘電性液体５２の上に位置決めされ、基板２０に面する作動要素４０の少なくとも一方の表面が誘電性液体５２に接触するように、キャビティ５０に誘電体５２が充填される。誘電性液体５２は、作動要素４０の作動を増強させ、以下に述べるように、所与の電圧を印加することによって発生する、作動要素４０に対する作動力を増大させる。多くの用途において、誘電性液体５２は実質的に透明であるとともに、可視スペクトルにおいてクリアであるかまたは無色である。加えて、誘電性液体５２は電界中で化学的に安定しており、温度変化に対して化学的に安定しており、また化学的に不活性である。加えて、誘電性液体５２は低い蒸気圧を有するとともに、非腐食性を有する。さらに、誘電性液体５２は電界中で高い分子配向度を有し、また電界中で動く。誘電性液体５２は比較的低い誘電率を有し、かつ比較的高い双極子モーメントを有する。加えて、誘電性液体５２は一般に可撓性を有し、利用可能なπ電子を有する。誘電性液体５２は、伝導および対流によりマイクロミラーデバイス内の熱を伝達することができる。誘電性液体５２としての使用に適した液体の例としては、単独または混合物（たとえば、２、３、および５環）のフェニルエーテル、硫化フェニル、および／またはセレン化フェニルが挙げられる。例示的な一実施形態では、誘電性液体５２としての使用に適した液体の例としては、ＯＳ１３８およびオリーブ油等、ポリフェニルエーテル（ＰＰＥ）が挙げられる。
【００２１】
用途によっては、適した誘電性液体５２が使用され、基板２０が適した向きを有する場合、プレート３０を省くことが可能である。
【００２２】
プレート３０は、存在する場合、透明板３２である。一実施形態では、透明板３２はガラス板である。しかし、他の適した平坦な透明または半透明な材料を使用することも可能である。このような材料の例としては、石英およびプラスチックが挙げられる。
【００２３】
作動要素４０は、反射要素４２を含む。反射要素４２は反射表面１４４を備える。一実施形態では、反射要素４２は、反射表面１４４の形成に適した反射率を有する均質材料で形成される。このような材料の例としては、ポリシリコン、またはアルミニウム等の金属が挙げられる。別の実施形態では、反射要素４２はポリシリコン等の基材で形成され、アルミニウムまたは窒化チタン等の反射材料が基材に配置されて反射表面１４４が形成される。加えて、反射要素４２は、非導電材料から形成されても、また導電材料から形成されても、また導電材料を含んでもよい。
【００２４】
図１の実施形態に示すように、マイクロミラーデバイス１０は、基板２０に対向する透明板３２の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。光源としては、たとえば、周囲光および／または人工光が挙げられる。透明板３２に入射する入力光１２は、透明板３２を透過してキャビティ５０に達し、出力光１４として反射要素４２の反射表面１４４で反射する。したがって、出力光１４はキャビティ５０から出て透明板３２を再び透過する。出力光１４の方向は、反射要素４２の位置によって決定すなわち制御される。たとえば、反射要素４２が中間位置４７にある場合、出力光１４は第１の方向１４１に向けられる。しかし、反射要素４２が第２の位置４８にある場合、出力光１４は第２の方向１４２に向けられる。このようにして、マイクロミラーデバイス１０は、入力光１２によって生成された出力光１４の方向を変調すなわち変化させる。したがって、反射要素４２を使用して、光学撮像システム等の光学システムの中に入る光、かつ／またはそこから出る光の方向を制御することができる。
【００２５】
一実施形態では、中間位置４７は反射要素４２の中立位置であり、以下に述べるように、光が、たとえば閲覧者または表示画面に向けて反射されるという点において、マイクロミラーデバイス１０の完全な「オン」状態を表す。したがって、第２の位置４８は、反射要素４２の作動位置であり、光が、たとえば開口部を通して閲覧者に、または表示画面に反射されないという点において、マイクロミラーデバイス１０の完全な「オフ」状態を表すことができる。同様に、第１の位置４６も、反射要素４２の作動位置であり、光が中間位置４７または第２の位置４８のいずれの方向とも異なる方向に反射されるという点において、マイクロミラーデバイス１０の第３の状態を表すことができる。さらに、第１の位置４６は、中間位置４７の代わりに、マイクロミラーデバイス１０の完全な「オン」状態を表すことができる。マイクロミラーデバイス１０の完全な「オン」状態と完全な「オフ」状態の間の様々な位置において、出力光１４は様々な中間方向に向けられ、よって出力光１４は、範囲の両端の間において任意の方向に連続可変ステアリングされる。
【００２６】
図２は、反射要素４２の一実施形態を斜視図で示す。反射要素４２は反射表面１４４を有し、略矩形形状の外部分１８０と、略矩形形状の内部分１８４とを備える。一実施形態では、反射表面１４４は、外部分１８０および内部分１８４の両方に形成される。外部分１８０は、略矩形形状の開口１８２を形成するように配置された４つの連続した側部分１８１を有する。したがって、内部分１８４は開口１８２内に位置決めされる。内部分１８４は、開口１８２内に対称に位置決めされる。図２では、反射要素４２は、中間位置４７（図１参照）に示されている。
【００２７】
一実施形態では、一対のヒンジ１８６が内部分１８４と外部分１８０との間に延在する。ヒンジ１８６は、内部分１８４の両側または両縁から外部分１８０の隣接する両側または両縁まで延在する。外部分１８０は、ヒンジ１８６により対称軸に沿って支持される。より具体的には、外部分１８０は、その両縁の中間を通って延びている軸を中心として支持される。したがって、ヒンジ１８６は、上述したように（図１）、反射要素４２が第１の位置４６と第２の位置４８の間を容易に動くことができるようにする。より具体的には、ヒンジ１８６は、内部分１８４に相対して外部分１８０が第１の位置４６と第２の位置４８の間を容易に動くことができるようにする。一実施形態では、ヒンジ１８６は、反射表面１４４に略平行な向きを有する縦軸１８９を有する捻れ部材１８８を備える。縦軸１８９は、反射要素４２の対称軸と同じ直線上にあり、かつこれと一致する。したがって、捻れ部材１８８は、縦軸１８９を中心として捻れるかまたは回転して、第１の位置４６と第２の位置４８の間での内部分１８４に対する外部分１８０の動きに対応する。他の実施形態では、ヒンジ１８６は、反射表面１４４に略平行な向きを有する縦軸１８９を中心にして撓むことができる撓み部材を備える。
【００２８】
一実施形態では、反射要素４２は、基板２０の表面２２から延びている支持すなわち支柱２４によって基板２０に対して支持される。より具体的には、支柱２４は反射要素４２の内部分１８４を支持する。支柱２４は外部分１８０の側部分１８１内に位置決めされる。したがって、反射要素４２の外部分１８０は、ヒンジ１８６によって支柱２４から支持される。本実施形態では、基板２０の表面２２に対して様々な角度位置に傾くのは外部分１８０である。
【００２９】
反射要素４２は、別様に帯電したコンデンサパッド６０および６２により、連続範囲内の所望の位置まで傾く。コンデンサパッド６０および６２には、導電路６１および６３それぞれ（図１）を通して別個の電圧を印加することができる。コンデンサパッド６０および６２は、図２では見えない。
【００３０】
２つの可変コンデンサ２２０および２３０（図３〜図６に模式的に示す）が、図１および図２の実施形態に示した構造で形成される。反射要素４２は、可変コンデンサ２２０および２３０両方の可動板として動作する。コンデンサパッド６０および６２は、固定板として動作する。簡略化および明確化のため、縁効果すなわち端部効果および浮遊容量をこの説明から省く。コンデンサ２２０は概して、コンデンサパッド６０および反射要素４２の最も近い端部（図１に示すように左端）からなり、誘電性液体５２がコンデンサの誘電体として使用される。コンデンサ２３０は概して、コンデンサパッド６２および反射要素４２の最も近い端部（図１に示すように右端）からなり、ここでも誘電性液体５２がコンデンサの誘電体として使用される。コンデンサ２２０および２３０の静電容量値は、反射要素４２が概していくらか剛いことから結合される。このため、コンデンサ２３０は、反射要素４２が位置４６にあるとき、コンデンサ２２０より相対的に大きい静電容量を有する。反対に、反射要素４２が位置４８にあるとき、コンデンサパッド６２と反射要素４２の右端の間の距離は比較的短い（より大きい静電容量が提供される）が、コンデンサパッド６０と反射要素４２の左端の間の距離は比較的長い（より小さい静電容量が提供される）。このため、反射要素４２が位置４８にあるとき、コンデンサ２２０はコンデンサ２３０よりも相対的に大きな静電容量を有する。反射要素４２の位置決めによってコンデンサ２２０の静電容量が上がると、コンデンサ２３０の静電容量は下がり、またその逆の関係も成り立つ。したがって、反射要素４２が旋回すると、２つの静電容量値が反比例して変化する。可変コンデンサ２２０および２３０両方の静電容量値は、誘電性液体５２の誘電率によって高められる。
【００３１】
本発明は任意特定の動作理論の結果に制限されるものとして解釈されるべきではないが、マイクロミラーデバイス１０は、その機能を差分静電容量（differential capacitance）と位置の線形関係を利用することによって行うものと考えられる。可変コンデンサ２２０および２３０の差分静電容量（すなわち、それぞれの瞬間静電容量値の差）は、反射要素４２の位置と線形的な関係を有する。したがって、差分静電容量を用いて、反射要素４２の位置を感知することができる。差分静電容量は、全位置範囲内のあらゆる位置において、反射要素４２の位置に線形的に関係する。反射要素４２がその長さ全体に沿って導電性の場合、コンデンサ２２０および２３０は事実上、直列接続される。反射要素４２の中心旋回軸に電気的に接続することにより、コンデンサ２２０と２３０に共通する接続が提供される。その電気的接続は、支柱２４を通して（たとえば、支柱２４に通って延びる導電性バイアを通して）行うこともでき、またはヒンジ１８６のうちの一方または両方を通して行うこともできる。
【００３２】
通常動作において、反射要素４２は、コンデンサパッド６０および６２に接触するほど大きく傾かない。反射要素４２がコンデンサパッドに接触すると、コンデンサ２２０および２３０が短絡する恐れがある。しかし、コンデンサ２２０および２３０の短絡を回避するよう保証するために、従来の二値マイクロミラー構造の分野で公知のように、従来の機械的ストップ（図示せず）を設けることができる。
【００３３】
図３〜図６は、入力としてアナログ電気信号を受け入れ、マイクロミラーデバイス１０を駆動する回路の各種実施形態を示す模式的な電気図である。上に述べた可変コンデンサ２２０および２３０は各回路の一部をなしている。図３に示すように、オペアンプ２００は、マイクロミラーデバイス１０を駆動する非反転入力２４０としてアナログ信号を受け入れる。差分静電容量感知の出力が、オペアンプ２００の反転入力２５０に接続される。コンデンサパッド６０および６２のうちの一方が接地２６０に接続される。図３に示す回路構成では、オペアンプ２００がコンデンサ２２０および２３０を駆動して、非反転入力および反転入力における電圧を等化する。こうして、マイクロミラーデバイス１０は、可変コンデンサ２２０および２３０のコンデンサ板の間の静電力によって作動し、それに従って反射要素４２が動く。アナログ入力信号が反射要素４２をその範囲内の任意所望の位置に動かす。コンデンサ２２０および２３０は両方とも反射要素４２を動かす力を反射要素４２に加えるため、マイクロミラーデバイス１０は、一方の側に静電力によって駆動される従来のデバイスよりも大きな力で作動する。コンデンサ２２０および２３０は両方とも誘電性液体５２を含むため、静電力は誘電性液体５２の誘電率で増強される。図４および図５は、１個のオペアンプ２００または２個のオペアンプ２００および２１０をそれぞれ使用する代替の回路実施形態を示す。
【００３４】
図６は、反射要素４２の位置を振らせる(dithering)（または「揺らす(wobulating)」）方法を示す模式的な電気図を示す。正常なアナログ信号が入力２５５に印加され、反射要素４２を所望の位置にステアリングする。ディザ信号が入力２４５に印加され、抵抗器２７０、２７５、および２８０によって形成される抵抗器網により、正常なアナログ信号と混合される。ディザ信号が正常なアナログ駆動信号に重畳された混合信号は、オペアンプ２００の非反転入力２４０に印加される。抵抗器２８５および２９０は、反転入力２５０に印加されるフィードバック信号レベルに適正なレベルを提供する。入力２５５に印加されるディザ信号は、たとえば、正弦波であっても、三角波であっても、または方形波であってもよい。所望の場合には、別の入力ソースと同期してもよく、または同期しなくてもよい。
【００３５】
オペアンプ２００および２１０ならびに関連するコンポーネントは、マイクロミラーデバイス１０の駆動回路を提供する。このような駆動回路は、公知の半導体集積回路組立方法を用いて基板２０上に形成することができる。
【００３６】
したがって、本発明の態様は、基板と、基板の表面に隣接して配置され、互いに離間された電極対と、基板の表面から離間された反射要素と、少なくとも反射要素と電極対の間に配された誘電性液体とを備えたマイクロミラーデバイスである。反射要素は、アナログ電気信号が電極対に印加されたことに応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の任意の位置に位置決めされるようになっている。説明した実施形態では、反射要素の第１および第２の位置は、マイクロミラーデバイスの中立位置の両側への方向を向いているが、反射要素の第１または第２の位置がマイクロミラーデバイスの中立（非作動）位置である実施形態を作成することも可能である。概して、反射要素の第１の位置は第２の位置に対してある角度をなす向きを有し、反射要素の第１および第２の位置は両方とも、第１の位置と第２の位置の間の中立の第３の位置に対してある角度をなす向きを有する。
【００３７】
本発明の別の態様は、反射要素をオペアンプの反転入力に接続して位置フィードバックを提供することによって動作するオペアンプを電極対に電気的に接続することにより、このようなマイクロミラーデバイスを使用する方法である。アナログ位置決め信号をオペアンプの非反転入力に印加することによってマイクロミラーデバイスが作動し、これによって反射要素が、アナログ位置決め信号が印加されたことに応答して、第１の位置と第２の位置の間の連続範囲内の選択された位置に位置決めされる。上に述べたように、ディザ信号は、アナログ位置決め信号と混合することもできる。
【００３８】
本発明の別の態様は、基板を設け、基板の表面から離間され、基板の表面に略平行な向きを有するプレートを設け、そうしてプレートと基板の間にキャビティを画定し、キャビティに誘電性液体を配し、基板の表面とプレートの間に反射要素を介在配置することによってマイクロミラーデバイスを形成する方法であり、反射要素は、上に述べたように、連続範囲内の選択された位置に動かすようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明により製造されるデバイスは、低周波・低電力で駆動し、空間および時間解像度が高く、輝度が高く、また偏向角の範囲が連続している光ビームステアリングデバイスにおいて有用である。プロジェクタ等の撮像システム、光学アドレッシング用途、および機器用途にも使用することが可能である。
【００４０】
上記説明では本発明の特定の実施形態を説明し図示したが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、各種変形および変更が当業者により行われ得る。たとえば、少なくとも一対のコンデンサパッドをさらに配置し、マイクロミラーデバイスの反射要素を第２の非平行軸を中心にして旋回するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明により作成されたマイクロミラーデバイスの実施形態の模式的な側面断面図である。
【図２】本発明により作成されたマイクロミラーデバイスの一部の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明より作成された第１の回路実施形態の模式的な電気図である。
【図４】第２の回路実施形態の模式的な電気図である。
【図５】第３の回路実施形態の模式的な電気図である。
【図６】第４の回路実施形態の模式的な電気図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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