(57)【要約】【課題】  小型でありながらも高いバネ性能を有するヒンジ構造を提供すること。【解決手段】  ヒンジ構造は、少なくとも一つの軸に対して回動自在に構成されたミラー面を持つマイクロミラー装置におけるヒンジ構造であって、一方の端部は該軸上に回動される面に結合され、他方の端部は該軸に対して非回動である面に結合される一本の線状体からなり、線状体は、軸上に位置する線分状の中央部と、該中央部を囲むように該中央部の両端から前記線状体の各端部まで、同一方向回りに延出する一対の延出部と、からなり、該一対の延出部は、互いの間に形成される間隔が略等しくなるように形成される構成にした。【選択図】  図４
2005215002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの軸に対して回動自在に構成されたミラー面を持つマイクロミラー装置におけるヒンジ構造であって、
一方の端部は前記軸に対して回動される面に結合され、他方の端部は前記軸に対して非回動である面に結合される一本の線状体からなり、
前記線状体は、前記軸上に位置する線分状の中央部と、該中央部を囲むように該中央部の両端から前記線状体の各端部まで、同一方向回りに延出する一対の延出部と、からなり、
前記一対の延出部は、互いの間に形成される間隔が略等しくなるように形成されることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項２】
少なくとも一つの軸に対して回動自在に構成されたミラー面を持つマイクロミラー装置におけるヒンジ構造であって、
一方の端部は前記軸に対して回動される面に結合され、他方の端部は前記軸に対して非回動である面に結合される一本の線状体からなり、
前記線状体は、
前記軸上に位置する線分状の中央部と、
該中央部の一端から前記一方の端部まで該中央部を囲むように、時計回りまたは反時計回りのいずれかに延出する第一の延出部と、
該中央部の他端から前記他方の端部まで該中央部を囲むように、前記第一の延出部の回りと同一回りに延出する第二の延出部と、からなり、
前記各延出部は、互いの間に形成される間隔が略等しくなるように形成されることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のヒンジ構造において、
前記各延出部は、前記中央部を中心とした所定の四角形を描くように複数回連続して折り曲げられていることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項４】
請求項３に記載のヒンジ構造において、
前記所定の四角形は、略長方形であることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のヒンジ構造において、
前記各延出部は、前記中央部を中心とした渦状を描くように延出することを特徴とするヒンジ構造。
【請求項６】
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、
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７】
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、
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８】
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、
前記中央部の長さＬ（単位：μｍ）が以下の条件（３）、
２０≦Ｌ≦４０・・・（３）
を満たすことを特徴とするヒンジ構造。
【請求項９】
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、
前記各延出部によって形成される間隔Ｓ（単位：μｍ）が以下の条件（４）、
４≦Ｓ≦８・・・（４）
を満たすことを特徴とするヒンジ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光をスキャンするためのマイクロミラー装置におけるヒンジ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロミラー装置は、通信用の光スイッチ、計測機器、スキャナ等多様な技術分野で利用されている。例えば、静電容量型マイクロミラー装置は、入射光をスキャンするミラー面の下方に位置する基板上に複数の電極が配設されている。該ミラー面は、弾性あるヒンジ構造によって回動自在に保持されている。そして、任意の電極に電圧を印加することにより、静電引力を発生させて、ミラー面を傾けるように構成される。近年、マイクロミラー装置は、ミラー面をより大きく傾かせて光の走査範囲を広くすることが要望される。そのためにヒンジ構造は、該構造のバネ性能を高める、換言すれば該構造がより柔軟にたわむように構成されることが望まれている。そこで近年、単なる棒状ではなく、例えば以下の特許文献１に例示されるように様々な形状のヒンジ構造が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９１７２号公報（図４等）
【０００４】
ここで、有限要素法等を用いて、従来のヒンジ構造を検証すると、バネ性能が該ヒンジ構造の大きさに略比例することがわかった。例えば、特許文献１に記載のいわゆるつづら折り状のヒンジ構造では、バネ性能を高めるためには、ミラー面を回動する軸に直交する方向の長さを大きく取る必要がある。しかし、ヒンジ構造を大きく設計すると、ミラー面が形成されるミラー層全体としての強度が低下するおそれが生じかねない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の事情に鑑み、本発明は、小型でありながらも高いバネ性能を有するヒンジ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係るヒンジ構造は、少なくとも一つの軸に対して回動自在に構成されたミラー面を持つマイクロミラー装置におけるヒンジ構造であって、一方の端部は該軸上に回動される面に結合され、他方の端部は該軸に対して非回動である面に結合される一本の線状体からなり、線状体は、軸上に位置する線分状の中央部と、該中央部を囲むように該中央部の両端から前記線状体の各端部まで、同一方向回りに延出する一対の延出部と、からなり、該一対の延出部は、互いの間に形成される間隔が略等しくなるように形成されることを特徴とする。
【０００７】
また、別の観点から、本発明に係るヒンジ構造は、少なくとも一つの軸に対して回動自在に構成されたミラー面を持つマイクロミラー装置におけるヒンジ構造であって、一方の端部は軸に対して回動される面に結合され、他方の端部は軸に対して非回動である面に結合される一本の線状体からなる。そして線状体は、軸上に位置する線分状の中央部と、該中央部の一端から一方の端部まで該中央部を囲むように、時計回りまたは反時計回りのいずれかに延出する第一の延出部と、該中央部の他端から他方の端部まで該中央部を囲むように、第一の延出部の回りと同一回りに延出する第二の延出部と、からなり、各延出部は、互いの間に形成される間隔が略等しくなるように形成されることを特徴とする。
【０００８】
有限要素法や等価回路法を用いて、上記のように構成されたヒンジ構造を使用したマイクロミラー装置と、従来のヒンジ構造（例えば、上記特許文献１）を使用したマイクロミラー装置とを比較したところ、以下のような結果が得られた。すなわち、同一寸法に設計された両者に所定の電圧を印加した場合、本発明に係るヒンジ構造を使用したマイクロミラー装置のほうが、より大きくミラー面を傾けることができた。また、所定の印加電圧の下、ミラー面が所定の傾き角を得るためには、従来のヒンジ構造のほうが本発明に係るヒンジ構造よりも大きな寸法が必要となった。
【０００９】
以上の比較結果より、本発明に係るヒンジ構造は、従来の構造に比べ、小型でありながらも、高いバネ性能を有する、換言すればより柔軟にたわませることができる。
【００１０】
上記構成において、各延出部は、中央部を中心とした所定の四角形、例えば長方形を描くように複数回連続して折り曲げられるように構成することができる。また、各延出部は、中央部を中心とした渦状を描くように構成しても良い。さらに、本発明に係るヒンジ構造は、以下の各条件を満たすことにより、より高い性能を発揮することができる。
【００１１】
また、上記線状体の幅Ｗが条件（１）を、厚みＴが条件（２）を満たすことが望ましい。
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。
【００１２】
さらに、上記中央部の長さＬが次の条件（３）を満たすことが望ましい。
２０≦Ｌ≦４０・・・（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。
【００１３】
また、各延出部によって形成される間隔Ｓが条件（４）を満たすことが望ましい。
４≦Ｓ≦８・・・（４）
各条件（４）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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態のヒンジ構造を備えるマイクロミラー装置について説明する。図１は、実施形態のマイクロミラー装置１０の概略構成を示す図である。また、図２は、マイクロミラー装置１０を構成部材毎に分解して示す図である。なお、マイクロミラー装置は、第一の方向（ｘ方向）に沿う軸（以下、Ｘ軸という）および第一の方向に直交する第二の方向（ｙ方向）に沿う軸（以下、Ｙ軸という）周りにミラーを回動させることが可能な二軸回動型である。
【００１５】
図１、図２に示すように、マイクロミラー装置１０は、ミラー層１を挟んで上部基板２と下部基板３が積層されて構成される。なお、上部基板２はスペーサ４を介してミラー層と積層される。従って、マイクロミラー装置１０は、光が入射する側から順に、上部基板２、スペーサ４、ミラー層１、下部基板３が互いに積層されている。なお本文では、説明の便宜上、光が入射する側からみて順に上部、下部と定義する。
【００１６】
図３は、ミラー層１を拡大して示す上面図である。図２や図３に示すように、ミラー層１は、中央部に位置する円形状のミラー面１１、ミラー面１１の外周を囲んで設けられるリング状のフレーム１２、フレーム１２の外周に設けられる外枠１３を有する。フレーム１２には、ミラー面１１を挟んで、ｘ方向に沿って配設される一対のヒンジ構造（以下、第一ヒンジ構造という）１２Ｘ、およびｙ方向に沿って配設される一対のヒンジ構造（以下、第二ヒンジ構造という）１２Ｙを有する。
【００１７】
各第一ヒンジ構造１２Ｘは、その一端がミラー面１１と結合され、他端がフレーム１２と結合されている。すなわち、第一ヒンジ構造１２Ｘは、ｘ方向に沿うＸ軸周りにミラー面１１を回動自在に保持する。また各第二ヒンジ構造１２Ｙは、その一端がフレーム１２と結合され、他端が外枠１３と結合されている。すなわち、第二ヒンジ構造１２Ｙは、ｙ方向に沿うＹ軸周りにミラー面１１およびフレーム１２を回動自在に保持する。なお、図３中、Ｘ軸とＹ軸は一点鎖線で示し、両軸の交点、つまりミラー層３の中心をＣ１として表す。
【００１８】
以下、第一ヒンジ構造１２Ｘについて詳説する。図４は、第一ヒンジ構造１２Ｘを拡大して示す図である。図４中、Ｘ軸を破線で示す。図４に示すように、第一ヒンジ構造１２Ｘは、一本の線状体を所定の幾何形状に折り曲げることにより構成される。該線状体は、幅Ｗ（単位：μｍ、後述の図６参照）が以下の条件（１）、厚みＴ（単位：μｍ）が以下の条件（２）を満たすように構成される。
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。
【００１９】
以下では、説明の便宜上、一本の線状体からなる第一ヒンジ構造１２Ｘを、所定長さの線分状の中央部ＣＬと、中央部ＣＬの両端から延出して所定の幾何形状を形成する延出部Ｅ１、Ｅ２とに分けて説明する。なお、図４では、延出部Ｅ１を白抜きで示し、延出部Ｅ２を塗りつぶして示す。但し、図４における色分けは、あくまで延出部Ｅ１と延出部Ｅ２をより明確化するという説明の便宜上のためである。すなわち、図４における色分けは、実際の第一ヒンジ構造１２Ｘの構成には無関係である。
【００２０】
中央部ＣＬは、Ｘ軸に対して回動される面（ここではミラー面１１）とＸ軸に対して非回動である面（ここではフレーム１２）間の略中心に、Ｘ軸に沿って配設される。中央部ＣＬの長さＬ（単位：μｍ）は、以下の条件（３）を満たすように設計される。
２０≦Ｌ≦４０・・・（３）
本実施形態の第一ヒンジ構造１２Ｘは、中央部ＣＬの長さＬを３０μｍに設計される。このように条件（３）を満たすような長さを持つ線分状に中央部Ｃを設計することにより、第一ヒンジ構造１２Ｘを、大きな振れ角を保証しつつも強度ある構成にすることができる。
【００２１】
延出部Ｅ１は、中央部ＣＬを囲むように時計回りに複数回連続して折り曲げられつつ、フレーム１２に向かって延出する。延出部Ｅ２は、中央部Ｃを囲むように、延出部Ｅ１と同一回り、つまり時計回りに複数回連続して折り曲げられつつ、ミラー面１１に向かって延出する。このように構成することにより第一ヒンジ構造１２Ｘは、回転軸に対して平行な部位を多く備える。回転軸に対して平行な部位を多く備えるヒンジ構造は、回転軸に対して直交する部位を多く持つ従来のつづら折り状ヒンジ構造に比べて高いバネ性能を有する。なお、二つの延出部Ｅ１、Ｅ２は、双方の間に形成される間隔Ｓ（単位：μｍ）が常に略一定となるように構成される。間隔Ｓは、以下の条件（４）を満たすように設計される。
４≦Ｓ≦８・・・（４）
本実施形態の第一ヒンジ構造１２Ｘは、間隔Ｓを６μｍに設計される。このように条件（４）を満たす間隔が形成されるように二つの延出部Ｅ１、Ｅ２を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。
【００２２】
なお、本実施形態では、各延出部Ｅ１、Ｅ２は、ともに略直角に折り曲げられる。従って、各延出部Ｅ１、Ｅ２により形成される所定の幾何形状は、図４に示すように、長方形状となる。
【００２３】
延出部Ｅ１、Ｅ２の各先端、つまり第一ヒンジ構造１２Ｘを構成する一本の線状体における両端は、Ｘ軸に対して回動される面（ここではミラー面１１）とＸ軸に対して非回動である面（ここではフレーム１２）にそれぞれ結合される。本実施形態では、時計回りに折り曲げられつつ延出している延出部Ｅ１、Ｅ２の先端近傍をＸ軸に沿うように一旦折り曲げた後、各先端を各面１１、１２に結合させている。
【００２４】
なお、第二ヒンジ構造１２Ｙも上述した第一ヒンジ構造１２Ｘと同一構成である。但し、中央部ＣＬがＹ軸に沿って配設される点や、延出部Ｅ１、Ｅ２の各先端がＹ軸に対して回動される面（フレーム１２）とＹ軸に対して非回動である面（外枠１３）にそれぞれ結合される点が主として異なる。
【００２５】
また、外枠１３の周縁領域近傍において、下部基板３に対向する面には、ミラー面がある中央領域に比べて所定高さ分だけ突出する凸部（図6参照）が設けられている。凸部は、ミラー層１と下部基板３との間に所定のスペース（以下、下部スペースという）を確保するために設けられている。
【００２６】
上記構成のミラー層１は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングや各種ウェットエッチング等を用いてＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを加工することにより製造される。ＳＯＩウエハは、アクティブ又はデバイスレイヤ（Si）、ボックスレイヤ（SiO2）及びハンドルレイヤ（Si）の３層構造で構成されたものである。また、ミラー面１１に、ＲＩＥ法を用いて図３のように加工されたアクティブレイヤの表面にＡｌや金等の金属膜や誘電体多層膜を蒸着することにより高反射率のミラーが得られる。
【００２７】
次に図５を参照しつつ、上部基板２の説明をする。図５（Ａ）は、図２に示す上部基板２のＡ−Ａ線（つまり対角線）での断面図である。図５（Ｂ）は、上部基板２を光が入射する側からみた図、図５（Ｃ）は、上部基板２をミラー層３側から見た図である。
【００２８】
上部基板２は、外部から導かれた光がミラー面１１に入射するような、透過性あるガラス基板２ａを加工している。そして、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上部基板２において、ミラー層３に対向する平面２ｂには、第一〜第四までの駆動電極Ｔ１〜Ｔ４が設けられている。各駆動電極Ｔ１〜Ｔ４は、ミラー面への光の入射を妨げないように、ＩＴＯ膜のような透明電極として形成されている。各駆動電極Ｔ１〜Ｔ４はどれも同一サイズの扇形形状として形成されている。より具体的には、第一駆動電極Ｔ１と第二駆動電極Ｔ２は、上部基板２の中心Ｃ２を通りｙ方向に延出する境界（ミラー層３におけるＹ軸に相当）に対して対称な配置関係にある。第三駆動電極Ｔ３と第四駆動電極Ｔ４は、該中心Ｃ２を通りｘ方向に延出する境界（ミラー層３におけるＸ軸に相当）に対して対称な配置関係にある。さらに、図５（Ａ）（Ｃ）に示すように、上部基板２において、ミラー層３に対向する面の反対側の面２ｃには、マイクロミラー装置１０外部から送られた電圧を各駆動電極Ｔ１〜Ｔ４に印加するための配線電極板ｔ１〜ｔ４が設けられる。
【００２９】
また、ガラス基板２ａは、各配線電極板ｔ１〜ｔ４と各駆動電極部Ｔ１〜Ｔ４を導通させるための導電部２ｄを有する。導電部２ｄは、サンドブラスト工法等によりガラス基板２ａに貫通孔を設け、該貫通孔に導電性材料を充填することにより形成される。なお、サンドブラスト工法を用いて導電部２ｄ（貫通孔）を形成するというのは、あくまで一例である。つまり該サンドブラスト工法以外の工法を採用して導電部２ｄ（貫通孔）を形成することも可能である。以上の構成により、マイクロミラー装置１０外部から送られた電圧は、導電部２ｄを介して、各駆動電極Ｔ１〜Ｔ４に印加される。
【００３０】
本実施形態の下部基板３は、上述した上部基板２と同一のものを使用する。ここで、上部基板２と下部基板３を共通化させることにより、コスト削減および組み立て作業の効率化が達成される。また、これにより、ミラー層１を挟んで対峙する各電極のうち、Ｘ軸またはＹ軸を基準とした対角に位置する電極はどれも、ミラー層１の中心Ｃ１に対して互いに対称な関係にある。従って、どの電極に所定の電圧を印加しても、略同一の静電力を発生させることができる。
【００３１】
スペーサ４は、上部基板２とミラー層１の間に所定のスペース（以下、上部スペースという）を確保するために設けられている。詳しくは、スペーサ４は、シリコン製であり、ミラー層１における凸部と略同一の高さに設計される。つまり、本実施形態のマイクロミラー装置１０において、スペーサ４により確保される上部スペースと、凸部により確保される下部スペースは略同一高さを有する。従って、各電極に電圧を印加することによりミラー面に与えられる静電引力は、どれも略等しい。よって、バイアス電圧を印加していても、ミラー面１１が位置ずれを起こすことは無い。
【００３２】
各部材１〜４を積層するにあたっては、様々な周知の接合方法が例示される。本実施形態では、陽極接合を用いて各部材を接合している。但し、スペーサ４とミラー層１は、互いにシリコン製であるため、直接陽極接合はできない。そこで、本実施形態では、スペーサ４とミラー層１間に薄いガラス層を敷き、該ガラス層を介して両者を陽極接合する。なお、該ガラス層は、各部材１〜４に比べて遙かに薄い。そのため、該ガラス層によって生じる上部スペースの高さ誤差は実使用上何ら影響を与えない。
【００３３】
なお、マイクロミラー装置１０の製造の最終工程において、各部材１〜４を真空パッケージングする場合には、パイレックス（登録商標）ガラス製のスペーサ４を用いることが好ましい。また、陽極接合ができない箇所はポリイミド系接着剤（例えば、フォトニース（登録商標））を使用して接合することもできる。
【００３４】
以上のように構成されたマイクロミラー装置１０の駆動原理について図６を参照しつつ説明する。図６（Ａ）は、駆動電極に電圧を印加する前のマイクロミラー装置１０の状態を、図６（Ｂ）は、駆動電極に電圧を印加した時のマイクロミラー装置１０の状態を、それぞれ示す。なお、図６（Ａ）、（Ｂ）において、上部基板２に設けられた各駆動電極と下部基板３に設けられた各駆動電極を区別するため、便宜上、前者を上部駆動電極Ｔ１ｕ〜Ｔ４ｕ、後者を下部駆動電極Ｔ１ｄ〜Ｔ４ｄと記す。
【００３５】
ミラー面１１をＹ軸周りに回動する場合、図６（Ａ）に示すように、下部駆動電極Ｔ１ｄおよび上部駆動電極Ｔ２ｕに所定の電圧（＋Ｖ）を印加する。電圧を印加すると、ミラー面１１と各電極Ｔ１ｄ、Ｔ２ｕ間に静電引力が発生して、図６（Ａ）中塗りつぶし矢印で示すように、互いに引きつけ合う。その結果、一対の第二ヒンジ構造１２Ｙ（図２参照）を軸にして、ミラー面１１およびフレーム１２が回動する（図６（Ｂ））。なお、Ｙ軸周りにおいて上記（図５（Ｂ））とは逆方向にミラー面を回動させる場合には、下部駆動電極Ｔ２ｄおよび上部駆動電極Ｔ１ｕに所定の電圧を印加すればよい。
【００３６】
以上のように、本実施形態のマイクロミラー装置１０は、Ｙ軸に対して対角に位置する各電極Ｔ１ｄ、Ｔ２ｕ、あるいは一対の電極Ｔ２ｄ、Ｔ１ｕに、同時にかつ同量の電圧を印加することにより、ミラー面１１（およびフレーム１２）をＹ軸周りに回動させる。これにより発生した静電力は、図５（Ｂ）中塗りつぶし矢印で示すように、ミラー面に対して略純粋な曲げモーメントとして付与される。従って、従来の構成に比べて、ミラー回動にあたり、第二ヒンジ構造１２Ｙやミラー面１１に与える負荷を低減することができる。
【００３７】
また、上部基板２と下部基板３の双方に電極を配設することにより、ミラー回動時に使用される電極の面積を大きく取ることができる。加えて、ミラー層１の凸部とスペーサ４によって十分なスペース（上部スペース、下部スペース）が確保されている。従って、本実施形態のマイクロミラー装置１０によれば、電極一つあたりに印加する電圧を小さく抑えても大きな傾き角が保証される。
【００３８】
以上が、マイクロミラー装置１０の駆動原理の説明である。なお、上記では、ミラー面１１をＹ軸周りに回動させる時の説明のみしたが、Ｘ軸ヒンジ構造周りにミラー面１１を回動させる場合も同様の原理によって実行される。但し、主として以下の点がＹ軸周りに回動させる時とは異なる。すなわち、Ｘ軸周りに回動させる場合、電圧は、Ｘ軸を基準にして対角に位置する一対の上部駆動電極Ｔ３ｕと下部駆動電極Ｔ４ｄ、あるいは上部駆動電極Ｔ４ｕと下部駆動電極Ｔ３ｄに印加される。また、第一ヒンジ構造１２Ｘが支軸となるため、フレーム１２は回動しない。
【００３９】
次に、本実施形態のヒンジ構造１２Ｘ、１２Ｙを用いたマイクロミラー装置１０と、条件（１）、（２）を満たす線状体をつづら折り状にした比較例としてのヒンジ構造を用いたマイクロミラー装置との性能について比較する。比較に際して、各性能は、有限要素法を用いた演算によって求めている。図７は、本実施形態のマイクロミラー装置１０と比較例のマイクロミラー装置との性能差を表したグラフである。図７において、比較例のヒンジ構造の寸法は、本実施形態のヒンジ構造１２Ｘ、１２Ｙと略同一であるとする。図７に示すグラフにおいて、横軸がマイクロミラー装置に印加された電圧の値を、縦軸がミラー面の傾き角を表す。また、図７中、マイクロミラー装置１０の性能を実線で示し、比較例のマイクロミラー装置の性能を破線で示す。後に示す図８も同様である。
【００４０】
図７に示すように、ヒンジ構造を同一寸法に設計した場合、本実施形態のヒンジ構造１２Ｘ、１２Ｙを備えるマイクロミラー装置１０は、比較例よりも低電圧で大きな傾き角を得られることがわかる。
【００４１】
比較例のヒンジ構造のように、つづら折り状に構成した場合、回動軸と直交する方向の長さを長く設計することによりバネ性能を向上させることができることが知られている。そこで、比較例のヒンジ構造を備えるマイクロミラー装置が、本実施形態のマイクロミラー装置１０と概ね近似する性能を持つためには、どの程度の大きさ（寸法）のヒンジ構造が必要となるかを検証してみた。その結果、図８に示すように、本実施形態のマイクロミラー装置１０の性能に概ね近似する性能を持つために、比較例のマイクロミラー装置のヒンジ構造は、ヒンジ構造１２Ｘ、１２Ｙを基準として、回動軸と直交する方向において略４倍の長さ、面積にして略４倍の大きさが必須となってしまうことが分かった。
【００４２】
以上の比較検討の結果、本実施形態のヒンジ構造１２Ｘ、１２Ｙは、従来用いられていた構成に比べて、小型でありながらも高いバネ性能を持っていることが分かる。従って、ミラー層においてヒンジ構造が占める面積割合も小さくてすむ。具体的には、ミラー層１全体の面積に対して計４箇所のヒンジ構造が占める面積の割合は、本実施形態の場合約１２％であるのに対し、比較例の場合約３６％にもなる。従って比較例の場合、ミラー層全体の強度の低下が懸念されるのに対し、本実施形態のヒンジ構造を採用すると、ミラー層全体としての強度が保証され、またマイクロミラー装置全体としての長寿命化も達成される。
【００４３】
以上が本発明の実施形態の説明である。なお、本発明に係るヒンジ構造は、上記実施形態に示す構成に限定されるものではない。例えば、以下のような変形を行っても上記実施形態のヒンジ構造と同様の効果を奏する。
【００４４】
上記実施形態のヒンジ構造１２Ｘ、１２Ｙは、二つの延出部Ｅ１、Ｅ２を時計回りに複数回連続して折り曲げて長方形状に構成していると説明したが、本発明に係るヒンジ構造は、このような構成に限定されるものではない。例えば、二つの延出部は、双方とも中央部を囲みつつ同一回りに複数回連続して折り曲げればよい。従って、時計回りではなく反時計回りであっても良い。また、二つの延出部によって規定される間隔がどの場所でも一定であれば、各延出部を折り曲げる角度は必ずしも直角でなくても良い。さらに、各延出部を折り曲げず、図９に示すヒンジ構造１２Ｘ’、１２Ｙ’のように、中央部を中心とした渦状に形成してもよい。各延出部を渦状に形成することにより、ヒンジ構造を円形状に構成することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、延出部Ｅ１、Ｅ２の先端近傍を回動軸に沿うように一旦折り曲げた後、各先端を各面１１、１２に結合させている。従って、実施形態のヒンジ構造において、回動に関するトルクは、各先端での「ねじれ」から始まる。ここで、図１０に示す変形例のように、本発明に係るヒンジ構造は、各先端での「曲がり」から該トルクが始まるような構成であってもよい。
【００４６】
また、上記実施形態のヒンジ構造は、静電容量型のマイクロミラー装置に用いたと説明した。ここで、本発明に係るヒンジ構造が用いられるマイクロミラー装置は必ずしも静電駆動方式に限定されることなく、電磁駆動方式やピエゾ駆動方式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態のヒンジ構造を備えたマイクロミラー装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態のマイクロミラー装置を構成部材毎に分解して示す図である。
【図３】ミラー層を拡大して示す図である。
【図４】実施形態のヒンジ構造の概略を示す拡大図である。
【図５】上部基板のＡ−Ａ線での断面図、光が入射する側からみた図、ミラー層側から見た図である。
【図６】マイクロミラー装置の駆動原理について説明するための図である。
【図７】実施形態のヒンジ構造を備えたマイクロミラー装置と比較例のマイクロミラー装置の性能を表すグラフである。
【図８】実施形態のヒンジ構造を備えたマイクロミラー装置と比較例のマイクロミラー装置の性能を表すグラフである。
【図９】本発明に係るヒンジ構造の変形例を示す図である。
【図１０】本発明に係るヒンジ構造の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ミラー層
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
ＣＬ    中央部
Ｅ１、Ｅ２    延出部
Ｔ１〜Ｔ４    駆動電極
【図１】
2005215002.tif 000003
【図２】
2005215002.tif 000004
【図３】
2005215002.tif 000005
【図４】
2005215002.tif 000006
【図５】
2005215002.tif 000007
【図６】
2005215002.tif 000008
【図７】
2005215002.tif 000009
【図８】
2005215002.tif 000010
【図９】
2005215002.tif 000011
【図１０】
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