(57)【要約】【課題】可動板のねじり動作の共振周波数を高精度に調整する。【解決手段】ミラー部２の平面垂直方向に作用する応力をバネ部４に付与し、バネ部４を撓ませた状態でミラー部２のねじり動作を行うことにより、ミラー部２のねじり動作の共振周波数を変化させる。従って、バネ部４に付与する応力の大きさを調整することにより所望の共振周波数に容易に調整することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動可能な可動板と、
前記可動板の外周部に形成されたフレーム部と、
前記フレーム部に対し前記可動板を移動及び位置保持するバネ部と、
前記バネ部に対し前記可動板の平面垂直方向に作用する応力を付与する応力発生部と
を備えることを特徴とする可動構造。
【請求項２】
請求項１に記載の可動構造であって、
前記応力発生部は、前記可動板の下方に配置された平板電極であり、平板電極とバネ部との間に発生する静電力によってバネ部に応力を付与することを特徴とする可動構造。
【請求項３】
請求項１に記載の可動構造であって、
前記応力発生部は、前記バネ部の上面に形成された圧電素子であり、電圧が印加されることによって発生する圧電素子の変形によってバネ部に応力を付与することを特徴とする可動構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の可動構造であって、
前記可動板に対向する前記フレーム部の側壁部分に櫛歯電極が設けられていることを特徴とする可動構造。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の可動構造であって、
前記フレーム部の外周部に形成された追加フレーム部を備え、フレーム部と追加フレーム部は第２のバネ部により連結されていることを特徴とする可動構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の可動構造であって、
前記可動板表面に金属がコーティングされていることを特徴とする可動構造。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の可動構造の制御方法であって、
前記応力発生部が前記バネ部に付与する応力の大きさを変化させることによって前記可動板の共振周波数を変化させることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラー素子やモーションセンサに適用して好適な可動構造及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ミラー面において入射光を所望の角度方向に反射するミラー部と、ミラー部の外周部に形成された略四角形状の枠体からなるフレーム部と、フレーム部にミラー部を吊り下げ支持するバネ部とを備えるマイクロミラー素子が知られている。このようなマイクロミラー素子では、バネ部に不純物をドーピングしたり、レーザアブレーション処理やエッチング処理によってミラー部の質量を増減させたりすることにより、ミラー部のねじれ動作の共振周波数を調整している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−５１７３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、バネ部にのみ不純物をドーピングすることは非常に困難な工程である上に、バネ部の加工ばらつきに応じてドープする不純物量を調整することは実質的に不可能である。また、レーザアブレーション処理やエッチング処理によってミラー部の質量を調整する工程は非常に煩雑であり、特にレーザーアブレーション処理により質量を調整する場合には、レーザーアブレーション処理によって発生する不純物が共振周波数の大きさに影響を及ぼす可能性がある。このような背景から、従来の共振周波数の調整方法によれば、ミラー部のねじり動作の共振周波数を高精度に調整することが困難であった。
【０００４】
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、可動板のねじり動作の共振周波数を高精度に調整することが可能な可動構造及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る可動構造及びその制御方法は、バネ部に対し可動板の平面垂直方向に作用する応力を付与し、バネ部に撓みを加えた状態で可動板のねじり動作を行うことにより、可動板のねじり動作の共振周波数を調整する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る可動構造及びその制御方法によれば、バネ部に付与する応力の大きさを調整することにより可動板のねじり動作の共振周波数を調整することができるので、共振周波数を高精度に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となるマイクロミラー素子の構成について説明する。
【０００８】
本発明の実施形態となるマイクロミラー素子１は、図１に示すように、ミラー面において光ビームを所望の角度で反射することにより光ビームの光路を切り替えるミラー部２と、ミラー部２の外周部に形成されたフレーム部３と、フレーム部３に対しミラー部２を移動及び位置保持するバネ部４とを備え、バネ部４はミラー部２の回転中心に対し対称な２点においてミラー部２の側壁部を保持している。
【０００９】
また、このマイクロミラー素子１では、バネ部４と接続していないミラー部２の側壁部分とこの側壁部分と対向するフレーム部３の側壁部分とには櫛歯電極５が互いに噛み合うように設けられている。また、ミラー部２の下方には平板電極６が配置された基板７が設けられている。この平板電極６は、バネ部４との間に静電力を発生させることによりバネ部４に対してミラー部２の平面垂直方向に作用する応力を付与し、図２に示すようにバネ部４をミラー部２の下方方向に変位させる。
【００１０】
そして、このような構成を有するマイクロミラー素子１では、平板電極６によってバネ部４をミラー部２の下方方向に変位させることによりバネ部４を撓ませた後、給電電極８ａ，８ｂを介してフレーム部３側の櫛歯電極５に電圧を印加し、ミラー部２側の櫛歯電極５とフレーム部３側の櫛歯電極５との間に静電力を生じさせることにより、ミラー部２を揺動させる。
【００１１】
なお、本実施形態では、ミラー部２はバネ部４を介してＧＮＤ電極９と接続され、接地電位に保たれている。また、フレーム部３の給電電極８ａ，８ｂとＧＮＤ電極９間には絶縁部１０が形成され、給電電極８ａ，８ｂに印加された電圧がバネ部４を介してミラー部２に印加されないように構成されている。
【００１２】
また、本実施形態では、ミラー部２のミラー面には使用する光ビームの波長に応じた金属がコーティングされている。また、ミラー部２は、光ビームの光路を切り替えるために使用することとするが、ミラー部２の静電容量の変化を検出することによりモーションセンサとしての利用も可能である。
【００１３】
従来のマイクロミラー素子では、バネ部に不純物をドーピングしたり、レーザアブレーション処理やエッチング処理によってミラー部の質量を増減させたりすることにより、ミラー部のねじり動作の共振周波数を調整していた。しかしながら、バネ部にのみ不純物をドーピングすることは非常に困難な工程である上に、バネ部の加工ばらつきに応じてドープする不純物量を調整することは実質的に不可能であった。具体的には、共振周波数はバネ幅の加工ばらつきに応じて図３に示すように変化し、バネ幅が±０．５ｕｍばらつくと共振周波数は±１０％以上変化し、変化量が急峻であった。また、レーザアブレーション処理やエッチング処理によってミラー部の質量を調整する工程は非常に煩雑であり、特にレーザーアブレーション処理により質量を調整する場合には、レーザーアブレーション処理によって発生する不純物が共振周波数に影響を及ぼす可能性があった。
【００１４】
これに対して、本発明の実施形態となるマイクロミラー素子１では、上述の通り、ミラー部２の平面垂直方向に作用する応力をバネ部４に付与し、バネ部４を撓ませた状態でミラー部２のねじり動作を行うことにより、ミラー部２のねじり動作の共振周波数を変化させるので、バネ部４に付与する応力の大きさを調整することにより共振周波数を容易に調整することができる。また実験の結果、このような構成によれば、共振周波数は図４に示すように応力の変化量に応じて緩やかに変化することが知見されたので、共振周波数を高精度に調整することが可能となる。
【００１５】
ここで、上記実施形態では、静電力によってバネ部４に応力を付与したが、バネ部４の上面にＢａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３等のＰＺＴ薄膜により形成された圧電素子１１を設け、圧電電極１２を介して圧電素子１１に電圧を印加し、圧電素子１１を変形させることによりバネ部４に応力を加えるようにしても良い。また、図５に示すように、フレーム部３の外周部に追加フレーム部１３を設け、フレーム部３と追加フレーム部１３とをバネ部１４により連結するようにしてもよい。このような構成によれば、ミラー部２を２軸方向に揺動させることができる。
【００１６】
なお、圧電素子１１を変形させることによりバネ部４に応力を加える場合には、初期動作（時間Ｔ＝−Ｔ１〜０）として、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように圧電電極１２を介して圧電素子１１に電圧を印加することによりバネ部４を変形させる。そして、バネ部４を変形させた後は、電圧を印加する電極を給電電極８ａと給電電極８ｂとの間で切り替えることにより、電圧を印加する櫛歯電極５を左側の櫛歯電極（固定コム（Ｌ））と右側の櫛歯電極（固定コム（Ｒ）との間で切り替え、ミラー部２を揺動させる（図７（ｂ），（ｃ）及び図８（ｂ），（ｃ）参照）。
【００１７】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態となるマイクロミラー素子の構成を示す模式図である。
【図２】平板電極とバネ部との間に発生した静電力によってバネ部が変位する様子を示す図である。
【図３】バネ幅の変化に伴う共振周波数の変化を示すグラフ図である。
【図４】バネ部に付与する応力の大きさの変化に伴う共振周波数の変化を示すグラフ図である。
【図５】図１に示すマイクロミラー素子の応用例の構成を示す模式図である。
【図６】図１に示すマイクロミラー素子の応用例の構成を示す模式図である。
【図７】図５に示すマイクロミラー素子の動作を説明するための模式図である。
【図８】ミラー部を揺動させる際の電圧印加のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：マイクロミラー素子
２：ミラー部
３：フレーム部
４：バネ部
５：櫛歯電極
６：平板電極
７：基板
８ａ，８ｂ：給電電極
９：ＧＮＤ電極
１０：絶縁部
１１：圧電素子
１２：圧電電極
１３：追加フレーム部
１４：バネ部
【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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