(57)【要約】【課題】  高い共振周波数で動作させるのに適したマイクロ揺動素子を提供すること。【解決手段】  本発明に係るマイクロ揺動素子Ｘ１は、揺動部１１と、フレーム１２と、揺動部１１およびフレーム１２を連結するバネ１３Ａ，１３Ｂと、を備える。揺動部１１は、バネ１３Ａ，１３Ｂの間に位置し、バネ１３Ａ，１３Ｂは、各々、揺動部１１の揺動動作に伴って撓み変形可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動部と、フレームと、当該揺動部およびフレームを連結する第１バネおよび第２バネと、を備え、
前記揺動部は、前記第１バネおよび前記第２バネの間に位置し、
前記第１バネおよび前記第２バネは、各々、前記揺動部の揺動動作に伴って撓み変形可能である、マイクロ揺動素子。
【請求項２】
揺動部と、第１アクチュエート部と、第２アクチュエート部と、フレームと、前記揺動部および前記第１アクチュエート部を連結する第１薄肉部と、前記揺動部および前記第２アクチュエート部を連結する第２薄肉部と、前記第１アクチュエート部および前記フレームを連結する第１バネと、前記第２アクチュエート部および前記フレームを連結する第２バネと、を備え、
前記第１および第２アクチュエート部は、前記第１および第２バネの間に位置し、
前記揺動部は、前記第１および第２アクチュエート部の間に位置し、
前記第１および第２アクチュエート部の各々は、前記揺動部の揺動方向に変位可能であり、
前記第１バネは、前記第１アクチュエート部の変位に伴って撓み変形可能であり、
前記第２バネは、前記第２アクチュエート部の変位に伴って撓み変形可能である、マイクロ揺動素子。
【請求項３】
前記第１および第２バネは板バネである、請求項１または２に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項４】
前記揺動部の揺動動作における揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーを更に備える、請求項１から３のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
【請求項５】
前記トーションバーにおける、前記揺動軸心に直交する断面は、十字形である、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項６】
前記揺動部から前記揺動方向に離隔するベース部と、当該ベース部および前記揺動部を連結する第３バネとを、更に備える、請求項１から３のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
【請求項７】
前記第３バネは、前記第１および前記第２バネの離隔方向に離隔する一対のノッチを有する、請求項６に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項８】
揺動主部と、揺動可能な第１フレームと、第２フレームと、前記揺動主部および第１フレームを連結する第１バネおよび第２バネと、前記第１フレームおよび前記第２フレームを連結する第３バネおよび第４バネと、を備え、
前記揺動主部は、前記第１バネおよび前記第２バネの間に位置し、
前記第１バネおよび前記第２バネは、各々、前記揺動主部の揺動動作に伴って撓み変形可能であり、
前記第１フレームは、前記第３バネおよび前記第４バネの間に位置し、
前記第３バネおよび前記第４バネは、各々、前記第１フレームの揺動動作に伴って撓み変形可能である、マイクロ揺動素子。
【請求項９】
前記揺動主部の揺動動作における第１揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーと、前記第１フレームの揺動動作における第２揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーと、を更に備える、請求項８に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１０】
前記第１揺動軸心および前記第２揺動軸心は交差する、請求項９に記載のマイクロ揺動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転変位可能な揺動部を有するマイクロ揺動素子に関する。特に、本発明は、光波を利用して精密測定を行うための光学計測装置、光ディスクに対してデータの記録・再生処理を行うための光ディスク装置、および、複数の光ファイバ間の光路の切り換えを行うための光スイッチング装置などの光学装置に組み込まれて、光の進路方向を変更するのに用いることのできるマイクロミラー素子に応用可能な、マイクロ揺動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な技術分野において、マイクロマシニング技術により形成される微小構造を有するＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical-System)デバイスの応用化が図られている。例えば光通信技術の分野においては、光反射機能を有する微小なマイクロミラー素子が注目されている。
【０００３】
マイクロミラー素子は、光を反射するためのミラー面を備え、当該ミラー面の揺動により光の反射方向を変化させることができる。ミラー面を揺動するうえで静電力を利用する静電駆動型のマイクロミラー素子が、多くの光学装置で採用されている。静電駆動型マイクロミラー素子は、いわゆる表面マイクロマシニング技術により製造されるマイクロミラー素子と、いわゆるバルクマイクロマシニング技術により製造されるマイクロミラー素子とに、大きく２つに類別することができる。
【０００４】
表面マイクロマシニング技術では、基板上において、各構成部位に対応する材料薄膜を所望のパターンに加工し、このようなパターンを順次積層することにより、支持体、ミラー面および電極部など、素子を構成する各部位や、後に除去される犠牲層を形成する。このような表面マイクロマシニング技術によって製造される静電駆動型マイクロミラー素子は、例えば下記の特許文献１に記載されている。一方、バルクマイクロマシニング技術では、材料基板自体をエッチングすることにより支持体やミラー部などを所望の形状に成形し、必要に応じてミラー面や電極を薄膜形成する。バルクマイクロマシニング技術については、例えば下記の特許文献２〜５に記載されている。
【特許文献１】特開平７−２８７１７７号公報
【特許文献２】特開平９−１４６０３２号公報
【特許文献３】特開平９−１４６０３４号公報
【特許文献４】特開平１０−６２７０９号公報
【特許文献５】特開２００１−１３４４３号公報
【０００５】
マイクロミラー素子に要求される技術的事項の１つとして、光反射を担うミラー面の平面度が高いことが挙げられる。しかしながら、表面マイクロマシニング技術によると、最終的に形成されるミラー面が薄いためにミラー面が湾曲しやすく、従って、広面積のミラー面において高い平面度を達成するのが困難である。これに対し、バルクマイクロマシニング技術によると、相対的に分厚い材料基板自体をエッチング技術により削り込んでミラー部を形成して当該ミラー部上にミラー面を設けるため、広面積のミラー面であっても、ミラー部の剛性を確保しやすい。したがって、バルクマイクロマシニング技術は、充分に高い光学的平面度を有するミラー面を形成するうえで好適である。
【０００６】
図２４および図２５は、バルクマイクロマシニング技術によって作製される従来の静電駆動型マイクロミラー素子Ｘ６を表す。図２４は、マイクロミラー素子Ｘ６の分解斜視図であり、図２５は、組み立てられた状態のマイクロミラー素子Ｘ６における図２４の線XXV−XXVに沿った断面図である。
【０００７】
マイクロミラー素子Ｘ６は、ミラー基板６０とベース基板６６とが積層する構造を有する。ミラー基板６０は、ミラー部６１と、フレーム６２と、これらを連結する一対のトーションバー６３とからなる。導電性を有するシリコン基板などの所定の材料基板に対して、その片面側からエッチングを施すことにより、ミラー基板６０におけるミラー部６１、フレーム６２、および一対のトーションバー６３の外郭形状を成形することができる。ミラー部６１の表面には、ミラー面６４が設けられている。ミラー部６１の裏面には、一対の電極６５ａ，６５ｂが設けられている。一対のトーションバー６３は、ミラー部６１の後述の揺動動作における回転軸心Ａ６を規定する。ベース基板６６には、ミラー部６１の電極６５ａに対向する電極６７ａ、および、電極６５ｂに対向する電極６７ｂが設けられている。
【０００８】
マイクロミラー素子Ｘ６においては、ミラー基板６０のフレーム６２に電位を付与すると、フレーム６２と同一の導体材料により一体的に成形されている一対のトーションバー６３およびミラー部６１を介して、電極６５ａおよび電極６５ｂに電位が伝達される。したがって、フレーム６２に所定の電位を付与することにより、電極６５ａ，６５ｂを例えば正に帯電させることができる。この状態において、ベース基板６６の電極６７ａを負に帯電させると、電極６５ａと電極６７ａの間に静電引力が発生し、ミラー部６１は、図２５に示すように、一対のトーションバー６３を捩りながら矢印Ｍ６の方向に揺動する。ミラー部６１は、電極間の静電引力と各トーションバー６３の捩り抵抗力の総和とが釣合う角度まで揺動し得る。これに代えて、ミラー部６１の電極６５ａ，６５ｂを正に帯電させた状態で電極６７ｂを負に帯電させると、電極６５ｂと電極６７ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部６１は、矢印Ｍ６とは反対の方向に揺動し得る。以上のようなミラー部６１の揺動駆動により、ミラー面６４により反射される光の反射方向を切り換えることができる。
【０００９】
マイクロミラー素子Ｘ６において動作の高速化の要請に応えるべくミラー部６１の共振周波数を高める（例えば数百ｋＨｚ以上）には、従来の技術においては、トーションバー６３の捩り方向の剛性（捩り剛性）を高くしてミラー部６１の回転剛性を高くする手法や、ミラー部６１の質量を小さくしてその慣性モーメント（軸心Ａ６に対する断面二次極モーメント）を小さくする手法が採用される場合がある。一般に、素子のミラー部（回転動作する部位）の共振周波数は、下記の式（１）で表すことができる。式（１）において、ｆ0はミラー部の共振周波数であり、Ｋはミラー部の回転剛性であり、Ｉはミラー部の慣性モーメント（軸心に対する断面二次極モーメント）である。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
式（１）によると、マイクロミラー素子Ｘ６のミラー部６１については、その回転剛性が高いほど、或は、その慣性モーメントが高いほど、高い共振周波数が得られることが理解できよう。トーションバー６３の捩り剛性が高いほど、ミラー部６１の回転剛性は高くなり、ミラー部６１が一方向に揺動する際に当該トーションバー６３に蓄積されるポテンシャルエネルギは大きく、従って、当該一方向揺動の後にミラー部６１が逆方向に揺動する際にトーションバー６３から解放されてミラー部６１の運動エネルギに変換されるポテンシャルエネルギの量は大きく、高共振周波数を得るうえで好適である。また、ミラー部６１の慣性モーメントが小さいほど、ミラー部６１の所定の揺動動作に要する駆動力は小さいので、高共振周波数を得るうえで好適である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
トーションバー６３の捩り剛性を高くする手法としては、当該トーションバー６３の断面積を増加させるようにその厚さや幅を拡大することが知られている。しかしながら、トーションバー６３の厚さについては、実用的には、ミラー部６１の厚さ以下に設定しなければならない。トーションバー６３の厚さがミラー部６１の厚さを超える場合、トーションバー６３の捩り剛性が過度に大きくなるので、ミラー部６１の駆動力を発生させても当該トーションバー６３が適切に捩れずにミラー部６１が積極的に変形してしまう傾向がある。また、トーションバー６３の幅を不当に大きく設定する場合も、トーションバー６３の捩り剛性が過度に大きくなるので、ミラー部６１の駆動力を発生させても当該トーションバー６３が適切に捩れずにミラー部６１が積極的に変形してしまう傾向がある。
【００１３】
一方、ミラー部６１の重量を小さくしてその慣性モーメントを小さくする手法としては、当該ミラー部６１を薄くすることが知られている。しかしながら、ミラー部６１が薄いほど、ミラー部６１自体が撓みやすくなり、ミラー面６４の平面性を確保することが困難となる傾向にある。ミラー面６４の平面性が充分に確保できない場合、マイクロミラー素子Ｘ６において適切な光反射機能を実現することはできない。
【００１４】
このように、従来の技術は、マイクロミラー素子ないしマイクロ揺動素子を高い共振周波数で動作させるのに困難性を有するのである。
【００１５】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、高い共振周波数で動作させるのに適したマイクロ揺動素子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】
【００１６】
本発明の第１の側面により提供されるマイクロ揺動素子は、揺動部と、フレームと、当該揺動部およびフレームを連結する第１バネおよび第２バネと、を備える。揺動部は、第１バネおよび第２バネの間に位置する。第１バネおよび第２バネは、各々、揺動部の揺動動作に伴って撓み変形可能である。
【００１７】
このような構成を有するマイクロ揺動素子においては、揺動部の揺動動作に伴って撓み変形する第１および第２バネにより、揺動部の回転剛性を得ることができる。第１および第２バネは、各々、その撓み剛性ないし曲げ剛性に由来する撓み抵抗を、揺動部の揺動動作に対して作用させるからである。これは、揺動部とフレームとを連結して当該揺動部の揺動動作における揺動軸心を規定するトーションバーが仮に存在する場合に、当該トーションバーがその捩り剛性に由来する捩り抵抗を揺動動作に対して作用させるのと、物理的に等価な事象である。したがって、本発明の第１の側面に係るマイクロ揺動素子においては、第１および第２バネの撓み剛性を適宜調節することにより揺動部について所望の高回転剛性を得ることが可能である。また、本素子では、揺動部およびフレームを連結するトーションバーを採用せずとも揺動部が適切に揺動するように構成することも可能である。
【００１８】
また、本発明の第１の側面における揺動部の所定の揺動端には揺動方向に駆動力が作用するところ、揺動部の揺動動作に伴って撓み変形する第１および第２バネは、各々、当該揺動部ないしその揺動端に対し、揺動方向とは逆の方向に引張り力を作用させる。したがって、本発明の第１の側面に係るマイクロ揺動素子においては、揺動部について充分な薄肉化を達成して所望の小さな慣性モーメントを達成できるとともに、第１および第２バネの撓み剛性を適宜調節することにより揺動部が揺動方向に不当に変形することを回避することができる。
【００１９】
以上のように、本発明の第１の側面に係るマイクロ揺動素子においては、揺動部について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能なのである。このようなマイクロ揺動素子は、高速揺動動作を実現すべく高い共振周波数で動作させるうえで好適である。
【００２０】
本発明の第２の側面によると他のマイクロ揺動素子が提供される。このマイクロ揺動素子は、揺動部と、第１アクチュエート部と、第２アクチュエート部と、フレームと、揺動部および第１アクチュエート部を連結する第１薄肉部と、揺動部および第２アクチュエート部を連結する第２薄肉部と、第１アクチュエート部およびフレームを連結する第１バネと、第２アクチュエート部およびフレームを連結する第２バネと、を備える。第１および第２アクチュエート部は、第１および第２バネの間に位置する。揺動部は、第１および第２アクチュエート部の間に位置する。第１および第２アクチュエート部の各々は、揺動部の揺動方向に並進変位可能である。第１バネは、第１アクチュエート部の変位に伴って撓み変形可能である。第２バネは、第２アクチュエート部の変位に伴って撓み変形可能である。第１および第２アクチュエート部は、揺動部の揺動動作における駆動力を発生させるためのアクチュエータの少なくとも一部を構成する部位である。例えば、静電駆動型マイクロ揺動素子として本素子を構成する場合には、第１アクチュエート部は、静電力を発生するための一対の電極のうちの一方または当該電極が設けられる部位を構成し、第２アクチュエート部は、静電力を発生するための他の一対の電極のうちの一方または当該電極が設けられる部位を構成する。
【００２１】
このような構成を有するマイクロ揺動素子においては、揺動部の揺動動作に伴って撓み変形する第１および第２バネにより、揺動部の回転剛性を得ることができる。第１バネは、その撓み剛性ないし曲げ剛性に由来する撓み抵抗を、第１アクチュエート部および第１薄肉部を介して揺動部の揺動動作に対して作用させ、第２バネは、その撓み剛性ないし曲げ剛性に由来する撓み抵抗を、第２アクチュエート部および第２薄肉部を介して揺動部の揺動動作に対して作用させるからである。したがって、本発明の第２の側面に係るマイクロ揺動素子においても、第１の側面に係るマイクロ揺動素子におけるのと同様に、第１および第２バネの撓み剛性を適宜調節することにより揺動部について所望の高回転剛性を得ることが可能である。
【００２２】
また、本発明の第２の側面における揺動部の所定の揺動端には揺動方向に駆動力が作用するところ、揺動部の揺動動作に伴って撓み変形する第１バネは、第１アクチュエート部および第１薄肉部を介して、当該揺動部ないしその一方の揺動端に対し、揺動方向とは逆の方向に引張り力を作用させる。また、揺動部の揺動動作に伴って撓み変形する第２バネは、第２アクチュエート部および第２薄肉部を介して、当該揺動部ないしその他方の揺動端に対し、揺動方向とは逆の方向に引張り力を作用させる。したがって、本発明の第２の側面に係るマイクロ揺動素子においても、第１の側面に係るマイクロ揺動素子におけるのと同様に、揺動部について充分な薄肉化を達成して所望の小さな慣性モーメントを達成できるとともに、第１および第２バネの撓み剛性を適宜調節することにより揺動部が揺動方向に不当に変形することを回避することができる。
【００２３】
以上のように、本発明の第２の側面に係るマイクロ揺動素子においては、揺動部について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能なのである。
【００２４】
本発明の第１および第２の側面において、好ましくは、第１および第２バネは、板バネである。板状のバネは、所望の撓み剛性を有するバネをバルクマイクロマシニング技術により形成するうえで好適である。
【００２５】
本発明の第１および第２の側面に係るマイクロ揺動素子は、揺動部の揺動動作における揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーを備えていてもよい。この場合、トーションバーにおける、揺動軸心に直交する断面は、十字形であるのが好ましい。トーションバーの断面積は、揺動軸心に沿って変化してもよい。これらのような構成を有するトーションバーは、揺動部について所定の軸心まわりの揺動動作を実現するうえで好適である。
【００２６】
第１バネ、第２バネ、およびトーションバーの少なくとも１つは、剛性調整手段を備えているのが好ましい。剛性調整手段は、例えば、バネやトーションバーに形成された単一または複数の穴である。この場合、単一または複数の穴は、バネやトーションバーを、肉厚方向に貫通していてもよいし幅方向に貫通していてもよい。複数の穴の一部が、バネやトーションバーを肉厚方向に貫通し、且つ、複数の穴の他の一部が、バネやトーションバーを幅方向に貫通していてもよい。或は、剛性調整手段は、複数の補強リブの形態を有してもよい。これら補強リブは、例えば、バネやトーションバーの幅方向および／または厚さ方向に突出する。或は、第１バネ、第２バネ、またはトーションバーの幅は、揺動部、第１アクチュエート部、または第２アクチュエート部から、フレームにかけて、変化していてもよい。これに代えて、又は、これと共に、第１バネ、第２バネ、またはトーションバーの厚さは、揺動部、第１アクチュエート部、または第２アクチュエート部から、フレームにかけて、変化していてもよい。これらのような構成によっても、第１バネ、第２バネ、またはトーションバーについて、撓み剛性や捩り剛性を調整することが可能である。
【００２７】
本発明の第１および第２の側面に係るマイクロ揺動素子において、第１バネと第２バネは、当該素子ないし揺動部の厚さ方向において相互に位置ずれしていてもよい。また、揺動部を介して対向する一対のトーションバーを素子が備える場合には、当該一対のトーションバーは、当該素子ないし揺動部の厚さ方向において相互に位置ずれしていてもよい。
【００２８】
本発明の第１および第２の側面に係るマイクロ揺動素子は、好ましくは、揺動部から揺動方向に離隔するベース部と、当該ベース部および揺動部を連結する第３バネとを、更に備える。この場合、好ましくは、第３バネは、第１および第２バネの離隔方向に離隔する一対のノッチを有する。このような第３バネによると、揺動部について所定の揺動軸心を規定するうえで好適である。
【００２９】
本発明の第１および第２の側面に係るマイクロ揺動素子は、好ましくは、揺動部の揺動動作における駆動力を発生させるためのアクチュエータを更に備える。この場合、アクチュエータにより発生される駆動力（駆動トルク）の周波数と、揺動部の揺動動作における共振周波数との差は、当該共振周波数の１％以内であるのが好ましい。アクチュエータは、例えば、揺動部に設けられた可動電極とベース部に設けられた固定電極とからなる静電駆動アクチュエータである。或は、アクチュエータは、揺動部とベース部とにそれぞれ設けられた磁石およびコイルを含む電磁アクチュエータである。或は、アクチュエータは、バネやトーションバーに結合された圧電素子により構成される。
【００３０】
好ましくは、揺動部は、光学要素を備えている。マイクロ揺動素子がマイクロミラー素子である場合には、光学要素は、光を反射するミラー面である。ミラー面に代えて、回折格子、光源、または光検出器を揺動部に設けることによって、本発明に係るマイクロ揺動素子を他の機能素子として構成することもできる。
【００３１】
本発明の第１および第２の側面に係るマイクロ揺動素子は、フレームと揺動部の相対回転変位を検出する変位検出手段を備えていてもよい。このような構成は、揺動部について高精度な揺動動作を実現するうえで好適である。
【００３２】
本発明の第３の側面によると他のマイクロ揺動素子が提供される。このマイクロ揺動素子は、揺動主部と、揺動可能な第１フレームと、第２フレームと、揺動主部および第１フレームを連結する第１バネおよび第２バネと、第１フレームおよび第２フレームを連結する第３バネおよび第４バネと、を備える。揺動主部は、第１バネおよび第２バネの間に位置する。第１バネおよび第２バネは、各々、揺動主部の揺動動作に伴って撓み変形可能である。第１フレームは、第３バネおよび第４バネの間に位置する。第３バネおよび第４バネは、各々、第１フレームの揺動動作に伴って撓み変形可能である。
【００３３】
本発明の第３の側面に係るマイクロ揺動素子の構成は、第１の側面に係るマイクロ揺動素子に対して上述のような第２フレーム、第３バネ、および第４バネを付設した構成に相当する。したがって、本発明の第３の側面によると、第１の側面における揺動部について上述したのと同様に、揺動主部について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能である。加えて、本発明の第３の側面によると、第１の側面における揺動部について上述したのと同様に、第１フレームについて、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能である。このようにして、本発明の第１の側面に係るマイクロ揺動素子は、多軸型マイクロ揺動素子として構成することができる。同様に、本発明の第２の側面に係るマイクロ揺動素子についても、多軸型マイクロ揺動素子として構成することができる。
【００３４】
本発明の第３の側面において、好ましくは、第１バネおよび第２バネの離隔方向と、第３バネおよび第４バネの離隔方向とは、交差する。この場合、好ましくは、揺動主部の揺動動作における第１揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーと、第１フレームの揺動動作における第２揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーと、を更に備える。第１揺動軸心および第２揺動軸心は交差するのが好ましい。第１揺動軸心および第２揺動軸心の交差角度は例えば９０°である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ１を表す。図１は、マイクロミラー素子Ｘ１の斜視図であり、図２は、図１の線II−IIに沿った断面図である。マイクロミラー素子Ｘ１は、ミラー基板１０とベース基板２０とが絶縁層３０を介して積層する構造を有する。
【００３６】
ミラー基板１０は、ミラー部１１と、これを囲むフレーム１２と、当該ミラー部１１およびフレーム１２を連結する一対のバネ１３Ａ，１３Ｂとを有する。ミラー基板１０は、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマイクロマシニング技術によって成形されたものである。具体的には、板状の導電性シリコン基板に対して、パターニング用のマスクを用いて行うドライエッチングやウエットエッチングにより、ミラー部１１、フレーム１２、および一対のバネ１３Ａ，１３Ｂが成形される。ドライエッチングとしては、例えばＤｅｅｐ ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を採用することができる。ウエットエッチングを採用する場合、エッチング液としてはＫＯＨ溶液を採用することができる。具体的な製法については、本発明の要旨を構成しないので、詳細な説明を省略する。
【００３７】
ミラー部１１の表面にはミラー面１１ａが設けられ、且つ、その裏面には一対の可動電極１４ａ，１４ｂが設けられている。これらミラー面１１ａおよび可動電極１４ａ，１４ｂは、蒸着法などにより所定の金属材料を成膜した後に当該金属膜をパターニングすることにより形成することができる。不純物のドープによってミラー基板１０の導電性を充分に高く設定する場合には、ミラー部１１の所定箇所自体が電極として機能し得るので、可動電極１４ａ，１４ｂを設けなくてもよい。
【００３８】
ベース基板２０は、例えばシリコン製であり、中央凹状となるようにバルクマイクロマシニング技術によって成形されている。ベース基板２０の外周における凸状段部２０ａは、ミラー基板１０のフレーム１２に対応する形状を有し、絶縁層３０を介して当該フレーム１２に接合されている。絶縁層３０は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる。また、ベース基板２０の内底面には、ミラー部１１の可動電極１４ａ，１４ｂに対して適当な間隔を隔てて対向する一対の固定電極２１ａ，２１ｂが設けられている。固定電極２１ａと上述の可動電極１４ａは、一組の電極からなるアクチュエータを構成する。同様に、固定電極２１ｂと上述の可動電極１４ｂは、一組の電極からなるアクチュエータを構成する。このように、マイクロミラー素子Ｘ１は、いわゆる平板電極型のアクチュエータを備えるものとして構成されている。
【００３９】
バネ１３Ａ，１３Ｂは、ミラー部１１内を通る当該ミラー部１１の揺動軸心Ａ１から離れた位置にあり、ミラー基板１０をバルクマイクロマシニング技術によって加工することにより、ミラー部１１およびフレーム１２と一体に形成される。本実施形態においては、バネ１３Ａ，１３Ｂは、各々、フレーム１２側が広く、ミラー部１１側が狭い台形状であり、ミラー部１１の幅方向および長さ方向に均一の厚みを有する。
【００４０】
マイクロミラー素子Ｘ１においては、ミラー部１１の可動電極１４ａ，１４ｂを例えば正に帯電させた状態において、ベース基板２０の固定電極２１ａを負に帯電させると、固定電極２１ａおよび可動電極１４ａの間に静電引力が発生し、ミラー部１１は、バネ１３Ａを下方に撓ませながら揺動軸心Ａ１を中心として図２の反時計回りの方向に揺動する。これに代えて、可動電極１４ａ，１４ｂを正に帯電させた状態において固定電極２１ｂを負に帯電させると、固定電極２１ｂおよび可動電極１４ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部１１はバネ１３Ｂを下方に撓ませながら揺動軸心Ａ１を中心として図２の時計回りの方向に揺動することとなる。このようなミラー部１１の駆動に際しては、固定電極２１ａおよび可動電極１４ａの間に静電引力を発生させるとき、固定電極２１ｂおよび可動電極１４ｂの間に静電斥力を発生させ、且つ、固定電極２１ｂおよび可動電極１４ｂの間に静電引力を発生させるとき、固定電極２１ａおよび可動電極１４ａの間に静電斥力を発生させてもよい。この場合、バネ１３Ａ，１３Ｂは互いに反対方向に撓み変形し、ミラー部１１の揺動軸心Ａ１の位置が安定することとなる。また、アクチュエータの駆動信号周波数ないしアクチュエータによる駆動力（駆動トルク）と、ミラー部１１の揺動動作における共振周波数との差は、当該共振周波数の１％以内とする。ミラー部１１に発生する駆動力（駆動トルク）の周波数とミラー部１１の共振周波数との差をこのような範囲に設定することにより、ミラー部１１は揺動軸心Ａ１まわりに良好に共振揺動することとなる。以上のようなミラー部１１の揺動駆動により、ミラー面１１ａにより反射される光の反射方向を切り換えることができる。
【００４１】
マイクロミラー素子Ｘ１の揺動駆動に際しては、バネ１３Ａおよび／またはバネ１３Ｂは、その撓み剛性ないし曲げ剛性に由来する撓み抵抗を、ミラー部１１の揺動動作に対して作用させる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ１においては、バネ１３Ａ，１３Ｂの撓み剛性を適宜調節することによりミラー部１１について所望の高回転剛性を得ることが可能である。
【００４２】
また、マイクロミラー素子Ｘ１の揺動駆動に際しては、ミラー部１１の一方の揺動端（ミラー部１１において可動電極１４ａまたは可動電極１４ｂが設けられている端部）には、揺動方向に駆動力が作用するところ、ミラー部１１の揺動動作に伴って撓み変形するバネ１３Ａ，１３Ｂは、各々、ミラー部１１の当該一方の揺動端に対し、揺動方向とは逆の方向に引張り力を作用させる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ１においては、ミラー部１１について充分な薄肉化を達成して所望の小さな慣性モーメントを達成できるとともに、バネ１３Ａ，１３Ｂの撓み剛性を適宜調節することによりミラー部１１が揺動方向に不当に変形することを回避することができる。
【００４３】
以上のように、マイクロミラー素子Ｘ１においては、ミラー部１１について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能なのである。このようなマイクロミラー素子Ｘ１は、高速揺動動作を実現すべく高い共振周波数で動作させるうえで好適である。
【００４４】
図３〜図９は、各々、マイクロミラー素子Ｘ１においてバネ１３Ａ，１３Ｂに代えて採用することのできるバネ連結部の変形例を表す。マイクロミラー素子Ｘ１においては、求められる特性に応じて、各々が以下の形状を有する一対のバネ連結部をバネ１３Ａ，１３Ｂに代えて採用してもよい。
【００４５】
図３には、第１の変形例としてバネ１３Ｃを表す。バネ１３Ｃは、平面視が長方形で厚さが均一な単一の平板バネである。
【００４６】
図４には、第２の変形例としてバネ１３Ｄを表す。バネ１３Ｄは、平面視が長方形で厚さが均一な単一の平板バネであり、複数の穴Ｈ１を有する。穴Ｈ１は、バネ１３Ｄを肉厚方向に貫通し、バネ１３Ｄの剛性を調整する機能を有する。ミラー部１１に求められる揺動特性（例えば周波数特性）に応じて、穴Ｈ１の密度、サイズ、および配置は設定される。また、穴Ｈ１の開口形状については、円形に限定されず、楕円形、矩形、三角形、または台形であってもよい。
【００４７】
図５には、第３の変形例として２個のバネ１３Ｅを表す。当該２個のバネ１３Ｅは、単一のバネ連結部を構成する。各バネ１３Ｅは、その拡大中央部にて穴Ｈ２を有し、この穴Ｈ２は、バネ１３Ｅを肉厚方向に貫通する。また、２個のバネ１３Ｅは相互に略平行に配されている。
【００４８】
図６には、第４の変形例として２個のバネ１３Ｆを表す。当該２個のバネ１３Ｆは、単一のバネ連結部を構成し、フレーム１２側からミラー部１１にかけて次第に接近するように傾斜配置されている。各バネ１３Ｆには、その剛性を低下させるために、肉厚方向および／または幅方向に貫通する穴を設けてもよい。或は、各バネ１３Ｆには、その剛性を向上させるために、肉厚方向および／または幅方向に突出する補強リブを設けてもよい。
【００４９】
図７には、第５の変形例として、２個のバネ１３Ｆとバネ１３Ｇとを表す。当該２個のバネ１３Ｆとバネ１３Ｇとは、単一のバネ連結部を構成する。２個のバネ１３Ｆは、フレーム１２側からミラー部１１にかけて次第に接近するように傾斜配置されており、バネ１３Ｇは当該バネ１３Ｆ間に配されている。各バネ１３Ｆ，１３Ｇにおいて剛性を低下させるための穴や剛性を向上させるための補強リブを設けてもよいのは、第４の変形例と同様である。
【００５０】
図８には、第６の変形例としてバネ１３Ｈを表す。バネ１３Ｈは、平面視で略Ａ字状に形成された単一のバネである。このバネ１３Ｈにも、剛性を低下させるための穴や、剛性を向上させるための補強リブを設けてもよい。
【００５１】
図９には、第７の変形例としてバネ１３Ｉを表す。バネ１３Ｉは、平面視で矩形であり、且つ、その肉厚は、ミラー部１１とフレーム１２との間で変化している。本変形例では、バネ１３Ｉの幅方向中央部にて肉厚が最も小さくなっているが、ミラー部１１からフレーム１２にかけて肉厚が漸減してもよいし、逆にフレーム１２からミラー部１１にかけて肉厚が漸減してもよい。更に、バネ１３Ｉには、剛性を低下させるための穴や、剛性を向上させるための補強リブを設けてもよい。
【００５２】
マイクロミラー素子Ｘ１のアクチュエータとしては、図１および図２に示すような平板電極よりなるものに代えて、櫛歯電極よりなるものを採用してもよい。図１０および図１１は、可動電極１４ａ，１４ｂおよび固定電極２１ａ，２１ｂに代えて可動電極１４ａ’，１４ｂ’および固定電極２１ａ’，２１ｂ’が採用されているマイクロミラー素子Ｘ１を表す。図１０は、図１の線II−IIに沿った断面に相当する断面図であり、図１１は、図１の線XI−XIに沿った断面に相当する断面図である。可動電極１４ａ’，１４ｂ’は、各々、ミラー部１１からベース基板２０の方向へ延出する電極歯からなる。固定電極２１ａ’は、可動電極１４ａ’に対応する箇所において、ベース基板２０からミラー部１１の方向へ延出する電極歯からなる。固定電極２１ｂ’は、可動電極１４ｂ’に対応する箇所において、ベース基板２０からミラー部１１の方向へ延出する電極歯からなる。固定電極２１ａ’および可動電極１４ａ’は、一組の櫛歯電極よりなるアクチュエータを構成する。同様に、固定電極２１ｂ’および可動電極１４ｂ’は、一組の櫛歯電極からなるアクチュエータを構成する。
【００５３】
マイクロミラー素子Ｘ１のアクチュエータとしては、平板電極や櫛歯電極などによる静電力型のものに代えて、電磁コイルや永久磁石などによる電磁力型のものを採用することもできる。具体的には、図１に示すマイクロミラー素子Ｘ１におけるミラー部１１に設けられている可動電極１４ａ，１４ｂを電磁コイルに置き換え、ベース基板２０に設けられている固定電極２１ａ，２１ｂを電磁コイルまたは永久磁石に置き換える。或は、ミラー部１１に設けられている可動電極１４ａ，１４ｂを永久磁石に置き換え、ベース基板２０に設けられている固定電極２１ａ，２１ｂを電磁コイルに置きかえる。これらの構成では、電磁コイルへの通電状態を調節することによって、ミラー部１１を駆動することができる。また、圧電素子を利用して、ミラー部１１を駆動するようにしてもよい。この場合、当該圧電素子はバネ１３Ａ，１３Ｂに配設される。
【００５４】
図１２〜図１４は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ２を示す。図１２は、マイクロミラー素子Ｘ２の斜視図である。図１３は、図１２の線XIII−XIIIに沿った断面図であり、図１４は、図１２の線XIV−XIVに沿った断面図である。マイクロミラー素子Ｘ２は、ミラー基板１０とベース基板２０とが絶縁層３０を介して積層する構造を有し、ミラー基板１０は、ミラー部１１と、フレーム１２と、一対のバネ１３Ａ，１３Ｂと、一対のトーションバー１５とを有する。マイクロミラー素子Ｘ２は、一対のトーションバー１５を有する点においてマイクロミラー素子Ｘ１と異なり、他の構成およびその変形例についてはマイクロミラー素子Ｘ１と同様である。
【００５５】
一対のトーションバー１５は、ミラー部１１およびフレーム１２に接続し、ミラー部１１の揺動動作における揺動軸心Ａ２を規定する。トーションバー１５の各々は、十字形の断面形状を有する。具体的には、各トーションバー１５は、素子の厚み方向に長い厚肉部１５ａと、この厚肉部１５ａの両側に延出する薄肉部１５ｂとを有する。揺動軸心Ａ２は、両トーションバー１５の厚肉部１５ａを通る。また、単一のトーションバー１５に含まれる両薄肉部１５ｂは、揺動軸心Ａ２に交差する方向に延びている。トーションバー１５のこのような断面形状は、トーションバー１５の捩れ剛性の獲得およびミラー部１１における不当な変位の抑制の両方を効率よく達成するうえで好適である。厚肉部１５ａにより、ミラー基板１０ないしミラー面１１ａに垂直な方向におけるミラー部１１の並進変位が抑制され、薄肉部１５ｂにより、ミラー基板１０ないしミラー面１１ａの面内方向におけるミラー部１１の回転変位が抑制される。
【００５６】
マイクロミラー素子Ｘ２においては、ミラー部１１の可動電極１４ａ，１４ｂを例えば正に帯電させた状態において、ベース基板２０の固定電極２１ａを負に帯電させると、固定電極２１ａおよび可動電極１４ａの間に静電引力が発生し、ミラー部１１は、バネ１３Ａを下方に撓ませ且つバネ１３Ｂを上方に撓ませながら揺動軸心Ａ２を中心として図１３の反時計回りの方向に揺動する。これに代えて、可動電極１４ａ，１４ｂを正に帯電させた状態において固定電極２１ｂを負に帯電させると、固定電極２１ｂおよび可動電極１４ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部１１はバネ１３Ｂを下方に撓ませ且つバネ１３Ａを上方に撓ませながら揺動軸心Ａ２を中心として図１３の時計回りの方向に揺動することとなる。以上のようなミラー部１１の揺動駆動により、ミラー面１１ａにより反射される光の反射方向を切り換えることができる。
【００５７】
マイクロミラー素子Ｘ２においては、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したのと同様にバネ１３Ａ，１３Ｂの存在に起因して、ミラー部１１について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能である。加えて、マイクロミラー素子Ｘ２では、一対のトーションバー１５がミラー部１１の揺動動作における揺動軸心Ａ２を規定しているので、より安定な揺動動作を実現しやすい。このようなマイクロミラー素子Ｘ２は、高速揺動動作を実現すべく高い共振周波数で動作させるうえで好適である。
【００５８】
図１５および図１６は、各々、マイクロミラー素子Ｘ２においてトーションバー１５に代えて採用することのできる捩れ連結部の変形例を表す。マイクロミラー素子Ｘ２においては、求められる特性に応じて、各々が以下の形状を有する一対の捩れ連結部をトーションバー１５に代えて採用してもよい。
【００５９】
図１５には、第１の変形例としてトーションバー１５Ａを表す。トーションバー１５Ａは、均一幅で均一な肉厚の単純な矩形断面形状の単一のトーションバーである。このトーションバー１５Ａには、剛性を低下させるための穴（図４参照）や、剛性を向上させるための補強リブを設けてもよい。また、トーションバー１５Ａの厚さや幅をミラー部１１とフレーム１２との間で変化させるようにしてもよい（図５、図８、図９参照）。更に、複数のトーションバーを並設してもよい（図５〜図７参照）。
【００６０】
図１６には、第２の変形例としてのトーションバー１５Ｂを表す。トーションバー１５Ｂは、十字形の断面形状を有し、その幅がミラー部１１からフレーム１２にかけて漸減している。トーションバー１５Ｂは、幅がミラー部１１からフレーム１２にかけて漸減することに代えて、フレーム１２からミラー部１１にかけて漸減するようにしてもよい。
【００６１】
図１７〜図１９は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ３を示す。図１７は、マイクロミラー素子Ｘ３の斜視図である。図１８は、図１７の線XVIII−XVIIIに沿った断面図であり、図１９は、図１７の線XIX−XIXに沿った断面図である。マイクロミラー素子Ｘ３は、ミラー基板１０とベース基板２０とが絶縁層３０を介して積層する構造を有し、ミラー基板１０は、ミラー部１１と、フレーム１２と、一対のバネ１３'Ａ，１３'Ｂと、一対のトーションバー１５’とを有する。また、ミラー基板１０には可動電極１４'ａ，１４'ｂが設けられ、ベース基板２０には固定電極２１'ａ，２１'ｂが設けられている。マイクロミラー素子Ｘ３は、バネ１３Ａ，１３Ｂ、可動電極１４ａ，１４ｂ、固定電極２１ａ，２１ｂ、および一対のトーションバー１５に代えて、バネ１３'Ａ，１３'Ｂ、可動電極１４'ａ，１４'ｂ、固定電極２１'ａ，２１'ｂ、および一対のトーションバー１５'を具備する点においてマイクロミラーＸ２と異なる。
【００６２】
バネ１３'Ａ，１３'Ｂは、ミラー部１１の揺動軸心Ａ３から離れた位置にあり、ミラー基板１０をバルクマイクロマシニング技術によって加工することにより、ミラー部１１およびフレーム１２と一体に形成される。本実施形態においては、バネ１３'Ａ，１３'Ｂは、各々、フレーム１２側が広く、ミラー部１１側が狭い台形状であり、ミラー部１１の幅方向および長さ方向に均一の厚みを有する。また、バネ１３'Ａ，１３'Ｂは、これらの下面とミラー部１１の下面とが面一状となるように形成されている。
【００６３】
可動電極１４'ａは、図１８によく表れているように、ミラー部１１の下面およびバネ１３'Ａの下面にわたって設けられており、可動電極１４'ｂは、同じく図１８によく表れているように、ミラー部１１の下面およびバネ１３'Ｂの下面にわたって設けられている。可動電極１４'ａ，１４'ｂの構成材料および形成手法については、可動電極１４ａ，１４ｂに関して上述したのと同様である。
【００６４】
固定電極２１'ａは、可動電極１４'ａに対して適当な間隔を隔てて対向する位置にてベース基板２０上に設けられている。固定電極２１'ａと可動電極１４'ａは、一組の電極からなるアクチュエータを構成する。固定電極２１'ｂは、可動電極１４'ｂに対して適当な間隔を隔てて対向する位置にてベース基板２０上に設けられている。固定電極２１'ｂと可動電極１４'ｂは、一組の電極からなるアクチュエータを構成する。
【００６５】
一対のトーションバー１５’は、ミラー部１１およびフレーム１２に接続し、ミラー部１１の揺動動作における揺動軸心Ａ３を規定する。トーションバー１５’は、図１８によく表れているように、素子の厚み方向に長い厚肉部１５'ａと、この厚肉部１５'ａの両側に延出する薄肉部１５'ｂとを有する。揺動軸心Ａ３は、両トーションバー１５’の厚肉部１５'ａを通過する。また、単一のトーションバー１５’に含まれる両薄肉部１５'ｂは、揺動軸心Ａ３に交差する方向に延びている。トーションバー１５’のこのような断面形状は、トーションバー１５’の捩れ剛性の獲得およびミラー部１１における不当な変位の抑制の両方を効率よく達成するうえで好適である。厚肉部１５'ａにより、ミラー基板１０ないしミラー面１１ａに垂直な方向におけるミラー部１１の並進変位が抑制され、薄肉部１５'ｂにより、ミラー基板１０ないしミラー面１１ａの面内方向におけるミラー部１１の回転変位が抑制される。
【００６６】
マイクロミラー素子Ｘ３においては、ミラー部１１の可動電極１４'ａ，１４'ｂを例えば正に帯電させた状態において、ベース基板２０の固定電極２１'ａを負に帯電させると、固定電極２１'ａおよび可動電極１４'ａの間に静電引力が発生し、ミラー部１１は、バネ１３'Ａを下方に撓ませ且つバネ１３'Ｂを上方に撓ませながら揺動軸心Ａ３を中心として図１８の反時計回りの方向に揺動する。これに代えて、可動電極１４'ａ，１４'ｂを正に帯電させた状態において固定電極２１'ｂを負に帯電させると、固定電極２１'ｂおよび可動電極１４'ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部１１はバネ１３'Ｂを下方に撓ませ且つバネ１３'Ａを上方に撓ませながら揺動軸心Ａ３を中心として図１８の時計回りの方向に揺動することとなる。以上のようなミラー部１１の揺動駆動により、ミラー面１１ａにより反射される光の反射方向を切り換えることができる。
【００６７】
マイクロミラー素子Ｘ３においては、可動電極１４'ａは、ミラー部１１の下面およびこれに面一のバネ１３'Ａの下面にわたって設けられており、且つ、可動電極１４'ｂは、ミラー部１１の下面およびこれに面一のバネ１３'Ｂの下面にわたって設けられている。ベース基板２０の内底面には、可動電極１４'ａ，１４'ｂに適切に対向する広い面積の固定電極２１'ａ，２１'ｂを設けることができる。このように、マイクロミラー素子Ｘ３は、比較的大きな可動電極を具備し、静電力発生面積の比較的大きな平板電極型のアクチュエータを具備するうえで、好適である。静電力発生面積の大きなアクチュエータほど、大きな駆動力を得るうえで好適である。
【００６８】
図２０は、本発明の第４の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ４を表し、図２と同様の箇所に相当する断面図である。マイクロミラー素子Ｘ４は、バネ１３Ａ，１３Ｂに代えて上述の一対のバネ１３Ｉを有し且つ支持バネ１６を有する点においてマイクロミラー素子Ｘ１と異なり、他の構成についてはマイクロミラー素子Ｘ１と同様である。
【００６９】
支持バネ１６は、ミラー部１１の全幅にわたって延びており、ベース部２０およびミラー部１１を連結する。支持バネ１６の両側面にはノッチ１６ａが形成されている。両ノッチ１６ａにより支持バネ１６の首部（薄肉部）が構成され、その首部を揺動軸心としてミラー部１１は揺動する。支持バネ１６には、剛性を低下させるための穴や、剛性を向上させるための補強リブを設けてもよい。
【００７０】
マイクロミラー素子Ｘ４においては、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したのと同様に一対のバネ１３Ｉの存在に起因して、ミラー部１１について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能である。加えて、マイクロミラー素子Ｘ４では、支持バネ１６の首部を揺動軸心としてミラー部１１が揺動動作可能であるので、より安定な揺動動作を実現しやすい。このようなマイクロミラー素子Ｘ４は、高速揺動動作を実現すべく高い共振周波数で動作させるうえで好適である。
【００７１】
図２１〜図２３は、本発明の第５の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ５を表す。図２１は、マイクロミラー素子Ｘ５の斜視図である。図２２は、図２１の線XXII−XXIIに沿った断面図であり、図２３は、図２２の線XXIII−XXIIIに沿った断面図である。マイクロミラー素子Ｘ５は、ミラー基板５０とベース基板２０とが絶縁層３０を介して積層する構造を有する。
【００７２】
ミラー基板５０は、ミラー部５１と、これを囲むフレーム５２と、アクチュエート部５３Ａ，５３Ｂと、薄肉部５４Ａ，５４Ｂと、バネ５５Ａ，５５Ｂと、一対のトーションバー５６とを有する。薄肉部５４Ａは、ミラー部５１およびアクチュエート部５３Ａを連結し、バネ５５Ａは、アクチュエート部５３Ａおよびフレーム５２を連結する。薄肉部５４Ｂは、ミラー部５１およびアクチュエート部５３Ｂを連結し、バネ５５Ｂは、アクチュエート部５３Ｂおよびフレーム５２を連結する。トーションバー５６は、ミラー部５１およびフレーム５２を連結する。ミラー基板５０は、第１の実施形態においてミラー基板１０に関して上述したのと同様に、例えば、ＰやＡｓなどのｎ型不純物やＢなどのｐ型不純物をドープすることによって導電性を付与されたシリコン製の基板から、バルクマイクロマシニング技術によって成形されたものである。
【００７３】
ミラー部５１の表面にはミラー面５１ａが設けられており、アクチュエート部５３Ａ，５３Ｂの裏面には、各々、可動電極５３ａ，５３ｂが設けられている。これらミラー面５１ａおよび可動電極５３ａ，５３ｂは、蒸着法などにより所定の金属材料を成膜した後に当該金属膜をパターニングすることにより形成することができる。不純物のドープによってミラー基板５０の導電性を充分に高く設定する場合には、アクチュエート部５３Ａ，５３Ｂ自体が電極として機能し得るので、可動電極５３ａ，５３ｂを設けなくともよい。
【００７４】
一対のトーションバー５６は、ミラー部５１およびフレーム５２に接続し、ミラー部５１の揺動動作における揺動軸心Ａ５を規定する。トーションバー５６の各々は、矩形状の断面形状を有する。本発明においては、トーションバー５６の各々は、他の断面形状を有していてもよい。そのような断面形状としては、例えば十字形が挙げられる。
【００７５】
マイクロミラー素子Ｘ５は、ミラー基板１０に代えてこのようなミラー基板５０を有する点においてマイクロミラー素子Ｘ１と異なり、他の構成につてはマイクロミラー素子Ｘ１と同様である。
【００７６】
マイクロミラー素子Ｘ５においては、ミラー部５１の可動電極５３ａ，５３ｂを例えば正に帯電させた状態において、ベース基板２０の固定電極２１ａを負に帯電させると、固定電極２１ａおよび可動電極５３ａの間に静電引力が発生し、ミラー部５１は、バネ５５Ａを下方に撓ませ且つバネ５５Ｂを上方に撓ませながら揺動軸心Ａ５を中心として図２２の反時計回りの方向に揺動する。これに代えて、可動電極５３ａ，５３ｂを正に帯電させた状態において固定電極２１ｂを負に帯電させると、固定電極２１ｂおよび可動電極５３ｂの間に静電引力が発生し、ミラー部５１はバネ５５Ｂを下方に撓ませ且つバネ５５Ａを上方に撓ませながら揺動軸心Ａ５を中心として図２２の時計回りの方向に揺動することとなる。以上のようなミラー部５１の揺動駆動により、ミラー面５１ａにより反射される光の反射方向を切り換えることができる。
【００７７】
マイクロミラー素子Ｘ５においては、バネ５５Ａは、その撓み剛性ないし曲げ剛性に由来する撓み抵抗を、アクチュエート部５３Ａおよび薄肉部５４Ａを介してミラー部５１の揺動動作に対して作用させ、バネ５５Ｂは、その撓み剛性ないし曲げ剛性に由来する撓み抵抗を、アクチュエート部５３Ｂおよび薄肉部５４Ｂを介してミラー部５１の揺動動作に対して作用させる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ５においても、マイクロミラー素子Ｘ１におけるのと同様に、バネ５５Ａ，５５Ｂの撓み剛性を適宜調節することによりミラー部５１について所望の高回転剛性を得ることが可能である。本素子では、薄肉部５４Ａ，５４Ｂの撓み剛性を適宜調節することによっても、ミラー部５１の回転剛性を調整することが可能である。
【００７８】
また、ミラー部５１の揺動端には揺動方向に駆動力が作用するところ、ミラー部５１の揺動動作に伴って撓み変形するバネ５５Ｂは、アクチュエート部５３Ａおよび薄肉部５４Ａを介して、ミラー部５１ないしその一方の揺動端に対し、揺動方向とは逆の方向に引張り力を作用させる。また、ミラー部５１の揺動動作に伴って撓み変形するバネ５５Ｂは、アクチュエート部５３Ｂおよび薄肉部５４Ｂを介して、ミラー部５１ないしその他方の揺動端に対し、揺動方向とは逆の方向に引張り力を作用させる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ５においては、ミラー部５１について充分な薄肉化を達成して所望の小さな慣性モーメントを達成できるとともに、バネ５５Ａ，５５Ｂの撓み剛性を適宜調節することによりミラー部５１が揺動方向に不当に変形することを回避することができる。本素子では、薄肉部５４Ａ，５４Ｂの撓み剛性を適宜調節することによっても、ミラー部５１の不当な変形を抑制することが可能である。
【００７９】
以上のように、マイクロミラー素子Ｘ５においては、ミラー部５１について、高い回転剛性を得るとともに、小さな慣性モーメントを達成することが可能なのである。このようなマイクロミラー素子Ｘ５は、高速揺動動作を実現すべく高い共振周波数で動作させるうえで好適である。
【００８０】
以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態によって制限されるものではなく、添付の請求の範囲に記載された思想と範囲から逸脱しない限り種々な変形が可能である。例えば、上記いずれの実施形態も、本発明をマイクロミラー素子に適用しているが、ミラー部１１，５１に代えて、回折格子、光源、または光検出器を設けた揺動部としてもよい。また、本発明に係るマイクロ揺動素子は、フレームと揺動部の相対回転変位を検出する変位検出手段を備えていてもよい。
【００８１】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００８２】
（付記１）揺動部と、フレームと、当該揺動部およびフレームを連結する第１バネおよび第２バネと、を備え、
前記揺動部は、前記第１バネおよび前記第２バネの間に位置し、
前記第１バネおよび前記第２バネは、各々、前記揺動部の揺動動作に伴って撓み変形可能である、マイクロ揺動素子。
（付記２）揺動部と、第１アクチュエート部と、第２アクチュエート部と、フレームと、前記揺動部および前記第１アクチュエート部を連結する第１薄肉部と、前記揺動部および前記第２アクチュエート部を連結する第２薄肉部と、前記第１アクチュエート部および前記フレームを連結する第１バネと、前記第２アクチュエート部および前記フレームを連結する第２バネと、を備え、
前記第１および第２アクチュエート部は、前記第１および第２バネの間に位置し、
前記揺動部は、前記第１および第２アクチュエート部の間に位置し、
前記第１および第２アクチュエート部の各々は、前記揺動部の揺動方向に変位可能であり、
前記第１バネは、前記第１アクチュエート部の変位に伴って撓み変形可能であり、
前記第２バネは、前記第２アクチュエート部の変位に伴って撓み変形可能である、マイクロ揺動素子。
（付記３）前記第１および第２バネは板バネである、付記１または２に記載のマイクロ揺動素子。
（付記４）前記揺動部の揺動動作における揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーを更に備える、付記１から３のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記５）前記トーションバーにおける、前記揺動軸心に直交する断面は、十字形である、付記４に記載のマイクロ揺動素子。
（付記６）前記第１バネ、前記第２バネ、および前記トーションバーの少なくとも１つは、少なくとも１つの穴を有する、付記１から５のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記７）前記第１バネ、前記第２バネ、および前記トーションバーの少なくとも１つの幅は、前記揺動部、前記第１アクチュエート部、または前記第２アクチュエート部から前記フレームにかけて、変化している、付記１から６のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記８）前記第１バネ、前記第２バネ、および前記トーションバーの少なくとも１つの厚さは、前記揺動部、前記第１アクチュエート部、または前記第２アクチュエート部から前記フレームにかけて、変化している、付記１から７のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記９）前記揺動部から前記揺動方向に離隔するベース部と、当該ベース部および前記揺動部を連結する第３バネとを、更に備える、付記１から３のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１０）前記第３バネは、前記第１および前記第２バネの離隔方向に離隔する一対のノッチを有する、付記９に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１１）前記揺動部の揺動動作における駆動力を発生させるためのアクチュエータを更に備える、付記１から１０のいずれか１つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１２）前記アクチュエータにより発生される駆動力の周波数と、前記揺動部の揺動動作の共振周波数との差は、当該共振周波数の１％以内である、付記１１に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１３）前記揺動部は、光を反射するためのミラー面を有する、付記１から１２のに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１４）揺動主部と、揺動可能な第１フレームと、第２フレームと、前記揺動主部および第１フレームを連結する第１バネおよび第２バネと、前記第１フレームおよび前記第２フレームを連結する第３バネおよび第４バネと、を備え、
前記揺動主部は、前記第１バネおよび前記第２バネの間に位置し、
前記第１バネおよび前記第２バネは、各々、前記揺動主部の揺動動作に伴って撓み変形可能であり、
前記第１フレームは、前記第３バネおよび前記第４バネの間に位置し、
前記第３バネおよび前記第４バネは、各々、前記第１フレームの揺動動作に伴って撓み変形可能である、マイクロ揺動素子。
（付記１５）前記第１バネおよび前記第２バネの離隔方向と、前記第３バネおよび前記第４バネの離隔方向とは、交差する、付記１４に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１６）前記揺動主部の揺動動作における第１揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーと、前記第１フレームの揺動動作における第２揺動軸心を規定する少なくとも１つのトーションバーと、を更に備える、付記１５に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１７）前記第１揺動軸心および前記第２揺動軸心は交差する、付記１６に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１８）前記第１揺動軸心および前記第２揺動軸心の交差角度は９０°である、付記１７に記載のマイクロ揺動素子。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
【図２】図１の線II−IIに沿った断面図である。
【図３】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの他の変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）における線IV−IVに沿った断面図である。
【図５】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの他の変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）における線V−Vに沿った断面図である。
【図６】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの他の変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における線VI−VIに沿った断面図である。
【図７】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの他の変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における線VII−VIIに沿った断面図である。
【図８】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの他の変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における線VIII−VIIIに沿った断面図である。
【図９】本発明に係るマイクロミラー素子おけるバネの他の変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図１０】アクチュエータとして櫛歯電極を採用する場合の、図１の線II−IIに沿った断面図である。
【図１１】アクチュエータとして櫛歯電極を採用する場合の、図１の線XI−XIに沿った断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
【図１３】図１２における線XIII−XIIIに沿った断面図である。
【図１４】図１２における線XIV−XIVに沿った断面図である。
【図１５】図１２に示すマイクロミラー素子におけるトーションバーの変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における線XV−XVに沿った断面図である。
【図１６】図１２に示すマイクロミラー素子におけるトーションバーの変形例を表す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における線XVI−XVIに沿った断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
【図１８】図１７における線XVIII−XVIIIに沿った断面図である。
【図１９】図１７における線XIX−XIXに沿った断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係るマイクロミラー素子の断面図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態に係るマイクロミラー素子の斜視図である。
【図２２】図２１の線XXII−XXIIに沿った断面図である。
【図２３】図２１の線XXIII−XXIIIに沿った断面図である。
【図２４】従来のマイクロミラー素子の分解斜視図である。
【図２５】組み立てられた状態における図２４のマイクロミラー素子の線XXV−XXVに沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６      マイクロミラー素子
１０，５０，６０      ミラー基板
１１，５１，６１      ミラー部
１１ａ，５１ａ，６４      ミラー面
１２，５２，６２      フレーム
１３Ａ〜１３Ｉ，１３'Ａ，１３'Ｂ，５５Ａ，５５Ｂ      バネ
１４ａ，１４ｂ，１４'ａ，１４'ｂ，５３ａ，５３ｂ      可動電極
１５，１５’，１５Ａ，１５Ｂ，５６      トーションバー
１６      支持バネ
２０，６６      ベース基板
２１ａ，２１ｂ，２１'ａ，２１'ｂ      固定電極
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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