(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、該薄膜の下部に位置して前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板と、
前記ミラー板の外郭から離隔して置かれた外部フレームと、
前記ミラー板と前記外部フレームとを連結する複数個の連結部と、
前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記外部フレームと一対の保持部に連結され前記ミラー板と外部フレームを下部から浮上させる一対の弾性屈伸構造物と
から構成され、
前記複数個の連結部は、
前記一対の弾性屈伸構造物を連結した第１軸（Ｐ１）上に形成され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された第１連結部と、
前記第１軸（Ｐ１）と垂直な第２軸（Ｐ２）を中心に対称に形成され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された第２連結部と
から構成され、
前記第２連結部により前記ミラー板と前記外部フレームとの間に空間が形成されており、
前記保持フレームは、中心点から遠ざかるほど薄厚にすることを特徴とするマイクロミラーデバイス。
【請求項２】
前記ミラー板は、
円形、楕円形と四角形のいずれか一つの形状であることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項３】
前記外部フレームは、
リング状であることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項４】
前記一対の弾性屈伸構造物は、
トーションビーム、Ｖ字形ビーム、ミアンダ状のいずれか一つの形態よりなるか、あるいはこれらを組み合わせた形態よりなることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項５】
前記反射面は、金属膜、誘電膜とこれらの積層膜のうちいずれか一つで作られることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項６】
前記保持フレームの一部領域には、
アレイされた鋸歯状が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項７】
前記一対の保持部のうち一つの保持部に形成されている一対の第１電極と、
前記一対の保持部のうちもう一つの保持部に形成されている一対の第２電極と、
前記第１電極から第２電極まで連結されるように、前記一対の弾性屈伸構造物と前記外部フレームに形成されている一対の導線と
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項８】
前記一対の弾性屈伸構造物を連結した第１線上を基準にして、前記外部フレーム部分に対称に形成される第１くし形電極と、
前記第１くし形電極と噛合う位置の下部に、前記第１くし形電極の下部と離隔して形成される第２くし形電極と
をさらに具備していることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項９】
入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、該薄膜の下部に位置して前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板と、
前記ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、
前記ミラー板と前記外部フレームとを連結する複数個の連結部と、
前記外部フレームの外郭から離隔して位置するジンバルと、
前記ジンバルと前記外部フレームに連結され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された一対の内部弾性屈伸構造物と、
前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記ジンバルと一対の保持部に連結され前記ミラー板、外部フレームとジンバルを下部から浮上させる一対の外部弾性屈伸構造物とから構成され、
前記一対の外部弾性屈伸構造物は、第１軸（Ｐ１）上に配列されており、
前記一対の内部弾性屈伸構造物は、前記第１軸（Ｐ１）と垂直な第２軸（Ｐ２）上に配列されており、
前記複数個の連結部は、
前記第１軸（Ｐ１）上に形成され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された第２連結部と、
前記第２軸（Ｐ２）上に形成され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された第１連結部と
から構成され、
前記第２連結部により前記ミラー板と前記外部フレームとの間に空間が形成されており、
前記保持フレームは、中心点から遠ざかるほど薄厚にすることを特徴とするマイクロミラーデバイス。
【請求項１０】
前記ミラー板は、
円形、楕円形と四角形のいずれか一つの形状であることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１１】
前記反射面は、
金属膜、誘電膜とこれらの積層膜のうちいずれか一つで作られることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１２】
前記保持フレームの一部領域には、
アレイされた鋸歯状が形成されていることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１３】
前記一対の保持部のうち一つの保持部に形成されている一対の第１電極と、
前記一対の保持部のうちもう一つの保持部に形成されている一対の第２電極と、
前記第１電極から第２電極まで連結されるように、前記一対の弾性屈伸構造物と前記外部フレームに形成されている一対の導線と
をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１４】
前記一対の弾性屈伸構造物を連結した第１線上を基準にして、前記外部フレーム部に対称に形成される第１くし形電極と、
前記第１くし形電極と噛合う位置の下部に、前記第１くし形電極の下部と離隔して形成される第２くし形電極と
をさらに備えていることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１５】
基板と、
前記基板の上部に行と列で配列され形成されたマイクロミラーデバイスと
よりなり、
前記マイクロミラーデバイスは、
入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、該薄膜の下部に位置して前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板と、
前記ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、
前記ミラー板と前記外部フレームとを連結する複数個の連結部と、
前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記外部フレームと前記基板の上部に形成された一対の保持部に連結され前記ミラー板と外部フレームを下部から浮上させる弾性屈伸構造物と
から構成され、
前記複数個の連結部は、
前記一対の弾性屈伸構造物を連結した第１軸（Ｐ１）上に形成され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された第１連結部と、
前記第１軸（Ｐ１）と垂直な第２軸（Ｐ２）を中心に対称に形成され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された第２連結部と、
から構成され、
前記第２連結部により前記ミラー板と前記外部フレームとの間に空間が形成されており、
前記保持フレームは、中心点から遠ざかるほど薄厚にすることを特徴とするマイクロミラーデバイスアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロミラーデバイス及びそのアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、光素子技術の発展に伴って光を使用する多様な技術が開発されている。
【０００３】
バーコードスキャナ(barcodescanner)やスキャニングレーザディスプレイなどは光源から出てくるビームを走査する光スキャニング技術を使用する。
【０００４】
かかる光スキャニング技術は適用事例により多様な走査速度と走査範囲が求められる。
【０００５】
既存の光スキャニングは主にガルバノミラー(Galvanic mirror)や回転型ポリゴンミラー(rotating polygon mirror)などのミラーの反射面と入射光とがなす入射角を調節して走査速度と走査範囲を具現する方法であった。
【０００６】
前記ガルバノミラーは数ないし数十Ｈｚ程度の走査速度を求める応用に適合であり、ポリゴンミラーは数ｋＨｚ程度の走査速度を具現することが可能である。
【０００７】
近年、光スキャニング技術を新たなデバイスに適用したり、光スキャニング技術を採用しているデバイスの性能をさらに向上させようとする努力が続けられているが、レーザスキャニング(laser scanning)を使用した高解像度の投射方式ディスプレイシステム(projection display  system)やＨＭＤ(Head Mounted Display)、レーザプリンタなどがその例である。
【０００８】
一方、高い空間分解能(highspatial resolution)が求められる光スキャニングを必要とするシステムでは速い走査速度と大きい角変位(angular displacement)を具現できるスキャニングミラーを備えるべきである。
図１は従来のポリゴンミラーを使った光走査装置の概略的な斜視図であって、光源１０から出射された光は各種レンズなどの光学系１１を通過してポリゴンミラー１２により反射される。
【０００９】
すなわち、ポリゴンミラー１２の下部に形成された駆動モータ１３を使って前記ポリゴンミラー１２を回転させることにより、入射される光をポリゴンミラー１２の回転方向(Ａ)により定義される方向に走査させられる。
【００１０】
しかし、従来のポリゴンミラー１２は高速で回転する駆動モータ１３にポリゴンミラー１２が装着されている形態を取るので、走査速度は前記ポリゴンミラー１２の回転角速度に比例するようになる。
【００１１】
前記ポリゴンミラー１２の回転角速度は前記駆動モータ１３の回転速度に依存するようになるが、モータ回転速度の限界によって前記ポリゴンミラー１２の走査速度をアップさせるのに限界があって、高解像度のディスプレイに適用し難い。
【００１２】
そして、全体システムの体積と電力消耗を減少させることが難しく、駆動モータ１３の機械的摩擦騒音を解決し難く、複雑な構造によりコスト節減を期し難い問題点がある。
【００１３】
このような問題点を解決するための対策としてマイクロミラーが提案された。
【００１４】
図２は従来のマイクロミラーを使った光走査装置の概略的な斜視図であって、光源２０から出射された光は各種のレンズなどの光学系２１を通過してマイクロミラー２２により反射される。
【００１５】
すなわち、前記マイクロミラー２２の両側に形成されたトーションビーム(torsion beam)２３を軸にして前記マイクロミラー２２を回転させることにより、前記マイクロミラー２２に入射される光を前記マイクロミラーの回転方向(Ｂ)により定義される方向に反射させられる。
【００１６】
前記マイクロミラー２２を使用した光走査装置の場合、両方向走査(Bidirectional sanning)が可能であり、数十ｋＨｚに至る速い走査速度を具現できて、高解像度のディスプレイに適用するのに望ましい。
【００１７】
しかし、マイクロミラー２２が苛酷条件下で速い走査速度で駆動する場合、図３に示したように、前記マイクロミラー２２がはたはたする動的変形(dynamic deflection)現象が発生して反射面を歪み、よって反射光が劣化する問題点がある。
【００１８】
かかるマイクロミラー２２は応用に応じて多様な形態への作製及び適用が可能であるが、一般に正方形、長方形、円形、楕円形、菱形などの形態を使用する。 
【００１９】
そして、前記マイクロミラー２２の形態に応じて前記動的変形の様相も相違になる。
【００２０】
図５は図４に示された円形マイクロミラーの動的変形をシミュレーションして示したグラフであって、図４の円形マイクロミラー２７がトーションビーム２８を軸にして両方向回転運動を行なうと、図５に示したように動的変形が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的はミラー板と離隔された位置に外部フレームを形成することによりミラー板の動的変形を減少させることができて、ミラー板を通じて反射される反射光の劣化を防止できるマイクロミラーデバイス及びそのアレイを提供するところにある。 
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前述した目的を達成するための望ましい第１様態は、ミラー板と、該ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、前記ミラー板と前記外部フレームとを連結する複数個の連結部と、前記ミラー板を基準にして対称に形成させ、前記外部フレームと一対の保持部に連結され前記ミラー板と外部フレームを下部から浮上させる一対の弾性屈伸構造物とから構成されるマイクロミラーデバイスが提供される。
【００２３】
前述した本発明の目的を達成するための望ましい第２様態は、ミラー板と、該ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、前記ミラー板と前記外部フレームを連結する複数個の連結部と、前記外部フレームの外郭から離隔して位置したジンバルと、該ジンバルと前記外部フレームに連結され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された一対の内部弾性屈伸構造物と、前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記ジンバルと一対の保持部に連結されて前記ミラー板、外部フレームとジンバルを下部から浮上させる一対の外部弾性屈伸構造物で構成されたマイクロミラー デバイスが提供される。
【００２４】
前述した本発明の目的を達成するための望ましい第３様態は、基板と、該基板の上部に行と列より配列され形成されたマイクロミラーデバイスよりなり、前記マイクロミラーデバイスは、ミラー板と、該ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、前記ミラー板と前記外部フレームとを連結する複数個の連結部と、前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記外部フレームと前記基板の上部に形成された一対の保持部に連結され前記ミラー板と外部フレームを下部から浮上させる弾性屈伸構造物とから構成されるマイクロミラーデバイスアレイが提供される。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べたように、本発明はミラー板と離隔した位置に外部フレームを形成することにより、ミラー板の動的変形を減少させることできて、ミラー板を通じて反射される反射光の劣化を防止することができ、ミラー板の扁平度を維持することができる。
【００２６】
また、ミラー板の薄膜を保持するフレームの構造をミラー板の中心軸から遠ざかることによって薄厚にすることにより、ミラー板の動的変形を著しく減らせ、素子の軽量化が具現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施形態を詳述する。
【００２８】
図６は本発明に係るマイクロミラーデバイスの一実施形態を示した斜視図であって、入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、前記薄膜の下部に置かれて前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板５１と、前記ミラー板５１の外郭から離隔して位置した外部フレーム５２と、前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２とを連結する複数個の連結部５３Ａ、５３Ｂ、５４と、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成され、前記外部フレーム５２と一対の保持部７５に連結され、前記ミラー板５１と外部フレーム５２を下部から浮上させる一対の弾性屈伸構造物５５とから構成される。
【００２９】
前記ミラー板５１の外郭に前記ミラー板５１の動的変形を分散させるための外部フレーム５２が前記ミラー板５１と同一な中心を持って形成されており、前記ミラー板５１と外部フレーム５２は弾性屈伸構造物５５を軸にして同時に回転して入力される光を一定した方向に反射させる。
【００３０】
ここで、前記外部フレーム５２は前記ミラー板５１と離隔されており、図７を参照して前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２とを連結する複数個の連結部５３Ａ、５３Ｂ、５４は、前記一対の弾性屈伸構造物５５を連結した第１軸上(Ｐ１)に形成され前記ミラー板５１を基準にして対称に形成された第１連結部５４と、前記第１軸上(Ｐ１)と垂直な第２軸上(Ｐ２)に形成され、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成された第２連結部とからなる。
【００３１】
この際、前記第２連結部はマイクロミラーの動的変形を最小化するため、前記第１軸上(Ｐ１)と垂直な第２軸上(Ｐ２)を中心に対称に形成され、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成された連結部５３Ａ-１、５３Ａ-２、５３Ｂ-１、５３Ｂ-２で構成することが望ましい。
【００３２】
このように前記第２連結部を前記第１軸上(Ｐ１)と垂直な第２軸上(Ｐ２)を中心に対称に形成された連結部５３Ａ-１、５３Ａ-２、５３Ｂ-１、５３Ｂ-２で形成することにより、前記連結部である‘５３Ａ-１、５３Ａ-２’及び‘５３Ｂ-１、５３Ｂ-２’により、前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２との間には一定した空間９１、９２ができ、よって前記ミラー板５１の動的変形が前記外部フレーム５２に吸収される。
【００３３】
もし、前記第２連結部なしに、前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２とを直接に連結すれば、前記外部フレーム５２が動的変形を吸収できず、かえって前記ミラー板５１のようにはたはたする現象が発生する場合がある。
【００３４】
一方、前記第１連結部５４は前記一対の弾性屈伸構造物５５を連結した第１軸上(Ｐ１)に形成しない場合もある。 
【００３５】
しかし、この場合も第２連結部は前記第１軸上(Ｐ１)と垂直な第２軸上(Ｐ２)に形成すべきである。
【００３６】
前記弾性屈伸構造物５５は前記外部フレーム５２を一対の保持部７５と連結して前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２を下部から浮上させ、マイクロミラーの駆動時回転軸の役割を果たし、復元力トルク(torque)を提供する。
【００３７】
ここで、前記保持部７５は一部分だけ概略的に示した。
【００３８】
このようにミラー板５１の外郭に前記外部フレーム５２を形成する場合、弾性屈伸構造物５５を軸として回転する際、ミラー板５１の動的変形が前記外部フレーム５２に吸収され、前記ミラー板５１は扁平度を維持するようになる。
【００３９】
図８は本発明に係るマイクロミラーデバイスの動的変形をシミュレーションして示したグラフであって、従来の技術のグラフである図５の場合を比較すれば、マイクロミラーの動的変形が相当に減少したことが分かる。
【００４０】
図９は本発明に係るマイクロミラーデバイスの他の実施形態を示した斜視図であって、入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、前記薄膜の下部に置かれて前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板５１と、該ミラー板５１の外郭から離隔して位置した外部フレーム５２と、前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２とを連結する複数個の連結部５３Ａ、５３Ｂ、５４と、前記外部フレーム５２の外郭から離隔して位置したジンバル(gimbal)５６と、前記ジンバル５６と前記外部フレーム５２に連結され、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成された一対の内部弾性屈伸構造物５７と、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成され、前記ジンバル５６と一対の保持部７５に連結され前記ミラー板５１、外部フレーム５２とジンバル５６を下部から浮上させる一対の外部弾性屈伸構造物５８とから構成される。
【００４１】
前記ミラー板５１の外郭に前記ミラー板５１と同一な中心を持って前記ミラー板５１と離隔して外部フレーム５２が形成されており、前記外部フレーム５２の外郭には前記ミラー板５１と同一な中心を持って前記外部フレーム５２と離隔されてジンバル５６が形成されている。
【００４２】
ここで、前記ミラー板５１と前記外部フレーム５２とを連結する複数個の連結部５３Ａ、５３Ｂ、５４は、図１０を参照して前記一対の弾性屈伸構造物５５を連結した第１軸上(Ｐ１)に形成され、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成された第２連結部と、前記第１軸上(Ｐ１)と垂直な第２軸上(Ｐ２)に形成され、前記ミラー板５１を基準にして対称に形成された第１連結部５４とからなる。
【００４３】
前記ジンバル５６は前記内部弾性屈伸構造物５７により前記外部フレーム５２と連結されており、前記内部弾性屈伸構造物５７と垂直な線上に相互対称に形成される外部弾性屈伸構造物５８により保持部７５と連結される。
【００４４】
前記外部弾性屈伸構造物５８は、前記ジンバル５６を保持部７５と連結して前記ミラー板５１、外部フレーム５２及びジンバル５６を下部から浮上させる。ここで、前記保持部７５は一部分だけ概略的に示した。
【００４５】
前記内部弾性屈伸構造物５７と外部弾性屈伸構造物５８はマイクロミラーの駆動時復元力トルクを提供し、回転軸として働く。
【００４６】
すなわち、前記外部フレーム５２は内部弾性屈伸構造物５７を軸(図９のようにＸとＸ'とを連結する軸、以下、‘Ｘ軸’と称する)にして回転し、前記ジンバル５６は外部弾性屈伸構造物５８を軸(図９のようにＹとＹ'を連結する軸、以下‘Ｙ軸’と称する)にして回転する。
【００４７】
このような構造のマイクロミラーデバイスの場合、２軸自由度の回転運動が可能である。すなわち、前記内部弾性屈伸構造物５７を軸としたX軸と前記外部弾性屈伸構造物５を軸にしたY軸方向への回転運動が可能であり、各軸方向の運動はジンバル５６構造により互いに影響を与えなくなって独立的な制御が可能なので、２次元平面内で任意の角度を有するマイクロミラーを具現できるようになる。
【００４８】
図６及び図９において前記ミラー板５１は円形、楕円形と四角形のうちいずれか一つの形状に多様に作製でき、前記ミラー板５１の形態により前記外部フレーム５２とジンバル５６も多様な形態で作製されうる。
【００４９】
この際、前記ミラー板５１は菱型とダイアモンド型でも形成されうる。
【００５０】
しかし、前記ミラー板５１は動的変形を最小化するために円形または楕円形で作されることが望ましく、前記外部フレーム５２及びジンバル５６はリング状を有するのが望ましい。
【００５１】
そして、前記外部フレーム５２を前記ミラー板５１と連結させる第１及び第２連結部の場合、前記第１及び第２連結部の位置や形状、個数を相違にして製造することができ、このように第１及び第２連結部の位置や形状を相違にするとマイクロミラーの動的変形の様相が相違になる。
【００５２】
但し、前記外部フレーム５２が前記ミラー板５１と一つの連結部を通じてだけ連結される場合は動的変形を前記外部フレーム５２が吸収できなくなり、前記第１及び第２連結部の面積が広すぎる場合は動的変形が著しく増加するので、これを考慮して作製すべきである。
【００５３】
また、マイクロミラーを保持部７５と連結する前記弾性屈伸構造物はマイクロミラーの駆動方向または駆動方法によりトーションビーム(torsion beam)、Ｖ字形ビーム(V-shaped beam)、ミアンダ(meander)形状など多様に形成することができ、このような形状の組み合わせでも形成することができる。
【００５４】
図１１は図６で連結部の形態を相違にした実施形態を示した斜視図であって、第１連結部５４と垂直な第２連結部を図６では２領域にそれぞれ二つの連結部で連結したが、図１１では２領域にそれぞれ１個の連結部‘６１’で連結して構成する。
【００５５】
この際、図１１に示したように、第２連結部を一つの連結部だけ有することにすれば作製が簡単になり、このような構造は２軸の回転軸を有するマイクロミラーデバイスにも適用することができる。
【００５６】
マイクロミラー デバイスのミラー板の場合、入力される光を反射させる反射面を有する薄膜(diaphragm)と該薄膜を保持しミラー板の動的変形を抑えるための保持フレームよりなっている。
【００５７】
ここで、前記反射面は金属膜、誘電膜とこれらの積層膜のいずれかで作られたものが望ましい。
【００５８】
そして、前記保持フレームは前記薄膜と同一な形状を有することができ、他の形状、例えばダイアモンドや海星状の単一構造物よりなるか、一定形状がアレイされた形態の構造でなされうる。
【００５９】
図１２は本発明によりミラー板のフレーム形状の一実施形態を示した斜視図であって、保持フレーム５９は一部がＶ字形に対称に除去されアレイされた鋸歯状を呈している。
【００６０】
このようにミラー板を円形の薄膜６０に円形の保持フレームで構成することではなく、円形の薄膜６０にアレイされた鋸歯状の保持フレーム５９で構成する場合、保持フレーム部分の質量と慣性を減らすことができて、マイクロミラーデバイスの動的変形を減少させることができる。
【００６１】
すなわち、マイクロミラーデバイスの動的変形による全体変形量は回転軸からミラー板の先端までの長さ(すなわち、ミラー板の形状)とミラー板の厚さなどにより決定されるが、前記ミラー板の場合薄膜の厚さよりは前記保持フレームの厚さが大きい値を有するので、マイクロミラーの駆動時動的変形のサイズは前記保持フレームにより決定される。
【００６２】
従って、前記保持フレーム５９の一部分を除去してアレイされた鋸歯状に構成すれば、保持フレーム部分の質量と慣性を減らすことができて、マイクロミラーデバイスの動的変形を低減させることができる。
【００６３】
また、保持フレームの構造を一定形状の単一構造物で形成することより図１２のようにアレイされた鋸歯状に作製する場合、同一な動的変形の減少効果を得ながらミラー板薄膜の全体的な剛性を増加させられる効果がある。
【００６４】
マイクロミラーの駆動時、動的変形はミラー板の外郭に行くほど著しく発生するので、ミラー板の中心からミラー板の外郭に行くほど質量を小さくする場合、動的変形は減少するようになる。
【００６５】
従って、ミラー板の質量の殆んどを決定する保持フレームをミラー板の中心からミラー板の外郭に行くほど質量を小さくする全形態の構造を適用して動的変形を減少させることができる。
【００６６】
例えば、図１３に示したようにアレイされた鋸歯状にミラー板の中心からミラー板の外郭に行くほど薄厚化する保持フレーム５９を使用する場合、前記保持フレームの質量と慣性を著しく減少させることができ、よって動的変形を相当に抑えられる。
【００６７】
そして、図１４に示したようにアレイされた鋸歯状の保持フレーム５９に複数個の溝５９-１を形成する場合、前記保持フレームの質量と慣性をさらに減少させる効果が得られる。
【００６８】
ここで、前記溝５９-１の形状は多様な形態に形成することができるが、本発明では蜂の巣状の六角形に形成することが望ましい。
【００６９】
このように多様な形状の保持フレーム構造物に溝を加えたり保持フレームの位置によって厚さを相違にすれば、マイクロミラーの動的変形を低減させることができる。
【００７０】
マイクロミラーデバイスはスキャニング機能を具現するために駆動力または駆動トルクを加えられる駆動部をさらに必要とするが、マイクロミラーの駆動方式では静電力(Electrostatic)、電磁気力(Electromagnetic)、熱駆動(Thermal)、圧電力(Piezoelectric)などがある。
【００７１】
図１５は本発明により電磁気力駆動方式のマイクロミラーデバイスを説明するための図であって、一対の保持部７５ａ、７５ｂのうち一つの保持部７５ａに形成されている一対の第１電極７３ａ、７３ｂと、前記一対の保持部７５ａ、７５ｂのうち他の一つの保持部７５ｂに形成されている一対の第２電極７３ｃ、７３ｄと、前記第１電極７３ａ、７３ｂから第２電極７３ｃ、７３ｄまで連結されている一対の導線７０-１、７０-２がマイクロミラーデバイスに形成されている。
【００７２】
このように電磁気力駆動のため、弾性屈伸構造物５５と外部フレーム５２の上部上に第１導線７０-１を形成し、弾性屈伸構造物５５と前記外部フレーム５２の下部上に第２導線７０-２を形成した。
【００７３】
ここで、前記第１導線７０-１及び第２導線７０-２は保持部７５ａ、７５ｂ上に形成された電極７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄと電気的に連結されている。
【００７４】
この際、前記第１導線７０-１及び第２導線７０-２に図１５のように電流を流すと、フレミングの左手法則により前記外部フレーム５２の上部は−ｚ方向に力を受けるようになり、前記外部フレーム５２の下部は＋ｚ方向に力を受けるようになってミラー板５１が前記弾性屈伸構造物５５を軸として回転するようになる。
【００７５】
ここで、前記第１導線７０-１及び第２導線７０-２は１本の導線で具現することもできるが、すなわち前記相互対称に形成された弾性屈伸構造物５５のうち一側の弾性屈伸構造物上に形成され、前記外部フレーム５２上で分岐されてから他側の弾性屈伸構造物上で再び合せられるように形成することもできる。
【００７６】
図１６は本発明により電磁気力によりマイクロミラーデバイスがＸ軸方向に駆動される状態を示した図であって、保持部７５の一定領域に第１Ｘ軸方向駆動用電極３２-１、３２-２が形成されており、前記第１Ｘ軸方向駆動用電極３２-１、３２-２と電気的に連結される第１導線４０が外部弾性屈伸構造物５８、ジンバル５６、内部弾性屈伸構造物５７、ミラー板５１、外部フレーム５２上に連続して形成されている。
【００７７】
そして、前記保持部７５の他の領域には第２Ｘ軸方向駆動用電極３３-１、３３-２が形成されており、前記第２Ｘ軸方向駆動用電極３３-１、３３-２と電気的に連結される第２導線４１が前記第１導線４０と対称に前記外部弾性屈伸構造物５８、ジンバル５６、内部弾性屈伸構造物５７、ミラー板５１、外部フレーム５２上に形成されている。
【００７８】
ここで、前記第１Ｘ軸方向駆動用電極３２-１、３２-２と前記第２Ｘ軸方向駆動用電極３３-１、３３-２に電圧を印加して前記第１導線４０及び第２導線４１に電流Ｉ２２、Ｉ２３を流すと、前記ミラー板５１はX軸を中心に一定角度回転するようになる。
図１７は本発明による電磁気力によりマイクロミラーデバイスがＹ軸方向に駆動される状態を示した図であって、一対の保持部７５ａ、７５ｂに形成された第１Ｙ軸方向駆動用電極３１-１、３１-２と電気的に連結される第１導線４２が外部弾性屈伸構造物５８とジンバル５６上に形成されている。
【００７９】
そして、第２Ｙ軸方向駆動用電極３４-１、３４-２と電気的に連結される第２導線４３が外部弾性屈伸構造物５８とジンバル５６上に形成されている。
【００８０】
従って、前記第１及び第２導線４２、４３は対称に形成される。
【００８１】
ここで、前記第１Ｙ軸方向駆動用電極３１-１、３１-２と第２Ｙ軸方向駆動用電極３４-１、３４-２に電圧を印加して前記第１導線４２及び第２導線４３に電流を流すと、前記ジンバル５６がＹ軸を中心に一定角度回転するようになる。
【００８２】
図１６及び図１７に示したように、マイクロミラーデバイスは内部弾性屈伸構造物５７を軸にするＸ軸と前記外部弾性屈伸構造物５８を軸にするＹ軸方向への回転運動がそれぞれ可能であり、各軸方向の運動はジンバル５６構造により互いに影響を与えなくなって独立した制御が可能なので、２次元平面内で任意の角度を有するマイクロミラーを具現できるようになる。
【００８３】
図１８は本発明に係る静電力で駆動されるマイクロミラーデバイスを示した図であって、図７及び図１８を参照して、一対の弾性屈伸構造物５５を連結した第１軸上(Ｐ１)を基準にして、前記外部フレーム５２部分に対称に第１くし形電極７１が形成されている。
【００８４】
すなわち、静電力駆動のために弾性屈伸構造物５５と垂直線上に存する前記外部フレーム５２部分に相互対称に第１くし形電極７１が形成されている。
【００８５】
この際、前記第１くし形電極７１と噛合う位置の下部に、前記第１くし形電極７１の下部と離隔され形成される第２くし形電極(図示せず)が形成される。
【００８６】
ここで、前記第１くし形電極７１及び第２くし形電極に電圧を印加する場合、第１くし形電極と第２くし形電極の間に静電力が発生して互いに引っ張る力が発生し、よってマイクロミラーが駆動するようになる。
【００８７】
すなわち、図１９に示したように、第１くし形電極７１-１と第２くし形電極７１-２は離隔されており、前記第２くし形電極７１-２は前記第１くし形電極７１-１と噛み合う位置の下部に形成されている。
【００８８】
ここで、前記第１くし形電極７１-１に(＋)電圧を印加し、前記第２くし形電極７１-２に(−)電圧を印加すれば、前記第１と第２くし形電極７１-１、７１-２の間に互いに引っ張る力が発生してマイクロミラーが駆動するようになる。
【００８９】
このように本発明のマイクロミラーデバイスは電磁気力や静電力を用いた駆動方式の以外、マイクロミラーの一側に圧電体薄膜を形成して駆動したり、構造物の熱変形を用いて駆動することもできる。
【００９０】
そして、本発明のマイクロミラーデバイスは前記マイクロミラーデバイスをＭ個の行とＮ個の列より構成されたアレイで配列して、Ｍ×Ｎマイクロミラーアレイを具現することができる。
【００９１】
すなわち、本発明のマイクロミラーデバイスアレイは、基板と、該基板の上部に行と列で配列されて形成されたマイクロミラーデバイスよりなり、前記マイクロミラーデバイスは、入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、前記薄膜の下部に位置して前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板と、該ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、前記ミラー板と前記外部フレームとを連結する複数個の連結部、及び前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記外部フレームと前記基板の上部に形成された一対の保持部に連結されて前記ミラー板と外部フレームを下部から浮上させる一対の弾性屈伸構造物で構成する。
【００９２】
また、本発明の他のマイクロミラーデバイスアレイは、基板と、前記基板の上部に行と列で配列され形成されたマイクロミラー デバイスよりなり、前記マイクロミラーデバイスは、入力される光を反射させる反射面が形成された薄膜と、前記薄膜の下部に置かれて前記薄膜を保持する保持フレームよりなるミラー板と、前記ミラー板の外郭から離隔して位置した外部フレームと、前記ミラー板と前記外部フレームを連結する複数個の連結部と、前記外部フレームの外郭から離隔して位置したジンバルと、前記ジンバルと前記外部フレームに連結され、前記ミラー板を基準にして対称に形成された一対の内部弾性屈伸構造物、及び前記ミラー板を基準にして対称に形成され、前記ジンバルと前記基板の上部に形成された一対の保持部に連結されて前記ミラー板、外部フレームとジンバルを下部から浮上させる一対の外部弾性屈伸構造物で構成される。
【００９３】
従って、本発明では基板上にマイクロミラーデバイスがＭ個の行とＮ個の列で配列され、Ｍ×Ｎマイクロミラー デバイスアレイを具現することができる。
【００９４】
本発明は具体的な例についてだけ詳述されたが、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形及び修正が可能なことは当業者にとって明らかであり、このような変形及び修正が特許請求の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】従来のポリゴンミラーを使用した光走査装置の概略的な斜視図である。
【図２】従来のマイクロミラーを使用した光走査装置の概略的な斜視図である。
【図３】マイクロミラーの動的変形現象を説明するための図である。
【図４】従来の技術に係る円形マイクロミラーを示した斜視図である。
【図５】図４に示された円形マイクロミラーの動的変形をシミュレーションして示したグラフである。
【図６】本発明に係るマイクロミラーデバイスの一実施形態を示した斜視図である。
【図７】本発明に係るマイクロミラーデバイスの連結部を説明するための概略的な概念図である。
【図８】本発明に係るマイクロミラーデバイスの動的変形をシミュレーションして示したグラフである。
【図９】本発明に係るマイクロミラーデバイスの他の実施形態を示した斜視図である。
【図１０】図９のマイクロミラーデバイスにおいて連結部が形成された状態を説明するための概略的な概念図である。
【図１１】図６において連結部の形態を相違にした実施形態を示した斜視図である。
【図１２】本発明によりミラー板のフレーム形状の一実施形態を示した斜視図である。
【図１３】本発明によりミラー板のフレーム形状の他の実施形態を示した斜視図である。
【図１４】本発明によりミラー板のフレーム形状のさらに他の実施形態を示した斜視図である。
【図１５】本発明により電磁気力駆動方式のマイクロミラーデバイスを説明するための図である。
【図１６】本発明により電磁気力によりマイクロミラーデバイスがＸ軸方向に駆動される状態を示す図である。
【図１７】本発明により電磁気力によりマイクロミラーデバイスがＹ軸方向に駆動される状態を示した図である。
【図１８】本発明により静電力で駆動されるマイクロミラーデバイスを示した図である。
【図１９】図１８に示されたマイクロミラーデバイスのくし形電極の間に発生する静電力を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９６】
３１-１、３１-２、３２-１、３２-２、３３-１、３３-２、３４-１、３４-２、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ…電極
４０、４１、７０-１、７０-２… 導線
５１…ミラー板
５２…外部フレーム
５３Ａ、５３Ａ-１、５３Ａ-２、５３Ｂ、５３Ｂ-１、５３Ｂ-２、５４…連結部
５５、５７、５８…弾性屈伸構造物
５６…ジンバル(Gimbal)
５９…保持フレーム
５９-１…溝
６０…薄膜
７１、７１-１、７１-２…くし形電極
９１、９２…空間
【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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