(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、平板状の揺動体を有し、前記揺動体がトーションバーによって前記基板に対して弾性的に前記トーションバーのねじり軸を中心に揺動自由に支持されているマイクロ構造体において、
前記基板と前記揺動体と前記トーションバーは単結晶材料から一体的に形成され、
前記トーションバーは、
前記揺動体の表面側と同じ面側である上面、及び、その裏面側と同じ面側である下面の各々に、前記ねじり軸に平行に延びる溝を有し、
前記溝の幅Wgと、前記上面と前記下面との間の距離tとが、Wg<t/tan54.7°の関係を満たし、且つ、前記ねじり軸に垂直な断面の形状がＸ字状である断面形状を具備する、
ことを特徴とするマイクロ構造体。
【請求項２】
前記ねじり軸が前記揺動体の重心を通ることを特徴とする請求項１記載のマイクロ構造体。
【請求項３】
前記単結晶材料が厚さｔの単結晶シリコンであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ構造体。
【請求項４】
前記単結晶材料が（１００）基板であり、前記トーションバーの外面を画する前記（１００）基板の（１００）面に対する斜面が（１１１）面であることを特徴とする請求項３記載のマイクロ構造体。
【請求項５】
前記トーションバーの角部が丸くされていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ構造体。
【請求項６】
複数の前記揺動体が前記トーションバーを介在させて直列的に配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ構造体。
【請求項７】
請求項１記載のマイクロ構造体と、前記基板と前記揺動体の相対変位を検出する変位検出手段を有することを特徴とするマイクロ力学量センサ。
【請求項８】
請求項１記載のマイクロ構造体と、前記揺動体を前記基板に対して相対的に駆動する駆動手段を有することを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１記載のマイクロ構造体と、前記揺動体を前記基板に対して相対的に駆動する駆動手段と、前記揺動体に設けられた光偏向子を有することを特徴とするマイクロ光偏向器。
【請求項１０】
請求項９記載のマイクロ光偏向器と、変調可能な光源と、前記光源の変調と前記マイクロ光偏向器の揺動体の動作を制御する制御手段を有することを特徴とする光走査型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシンないしマイクロ構造体の分野に関するものである。より詳しくは、軸回りに揺動する部材を有するマイクロ力学量センサ、マイクロアクチュエータ、マイクロ光偏向器等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械要素を小型化しようとすると、体積力よりも、表面力の占める割合が大きくなり、摩擦の影響が通常の大きさの機械よりも大きくなることは良く知られている。そのため、マイクロマシンの設計においては、摺動部や回転部を極力少なくするように考慮するのが一般的である。
【０００３】
軸回りに揺動する部材を有する光偏向器の従来例を説明する。図２３は、米国特許第４３１７６１１号明細書に開示された光偏向器の斜視図を示している。図２４は、その内部構造を説明するために、上記光偏向器を分解して表示した図である。また、図２５と図２６は、それぞれ、図２３の切断線１００３と１００６におけるシリコン薄板１０２０の断面図を示している。
【０００４】
上記光偏向器において、絶縁性材料からなる基板１０１０には、凹み部１０１２が形成されている。凹み部１０１２の底部には、一対の駆動電極１０１４、１０１６およびミラー支持部１０３２が配置されている。シリコン薄板１０２０には、トーションバー１０２２、１０２４とミラー１０３０が一体に形成されている。ミラー１０３０は、表面に光の反射率の高い物質がコーティングされており、トーションバー１０２２、１０２４により揺動自由に支持されている。そして、シリコン薄板１０２０は、駆動電極１０１４、１０１６と所定の間隔を保つように基板１０１０上に対抗配置されている。
【０００５】
ここで、シリコン薄板１０２０は、電気的に接地されている。従って、駆動電極１０１４、１０１６に交互に電圧を印加することで、ミラー１０３０に静電引力を作用させて、ミラー１０３０をトーションバー１０２２、１０２４の長軸の回りに揺動させられる。
【０００６】
トーションバー１０２２、１０２４の断面形状は、図２６に示すような台形である。ところが、この様な断面形状のトーションバーを有するマイクロ構造体は、トーションバーが撓みやすいため、外部の振動を拾ってしまったり、トーションバーの軸がぶれてしまい、正確な駆動ができないという問題点があった。
【０００７】
そのため、この様な光偏向器を光走査型ディスプレイに適用した場合に、外部振動によって像がぶれたり、スポット形状が変化してしまうという問題点があった。これは、光走査型ディスプレイを持ち運び容易な形態にした場合に、より大きな問題となる。
【０００８】
そこで、トーションバーを撓みにくくするために、次のような構造が提案されている。図２７は、10th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’99) pp.1002-1005にて開示されたハードディスクヘッド用ジンバルである。このジンバルは、ハードディスクヘッド用サスペンションの先端に取り付けられ、磁気ヘッドにロールとピッチの動きを弾性的に許容させるためのものである。ジンバル２０２０は、内側にロールトーションバー２０２２、２０２４で回転自由に支持された支持枠２０３１を有している。また、支持枠２０３１の内側には、ピッチトーションバー２０２６、２０２８で回転自由に支持されたヘッド支持体２０３０が形成されている。ロールトーションバー２０２２、２０２４とピッチトーションバー２０２６、２０２８のねじれの軸（図２７の直交する鎖線参照）は、互いに直交しており、それぞれ、ヘッド支持体２０３０のロールとピッチの動きを担当している。
【０００９】
図２８は、図２７中の切断線２００６における断面図である。図２８に示すように、トーションバー２０２２の断面形状はＴ字形状をしており、また、ジンバル２０２０はリブを有する構造になっている。
【００１０】
図２９を用いて、本ジンバルの作製工程を説明する。先ず、型取り用シリコンウエハー２０９１に、ICP-RIE（誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング）のようなエッチング法を用いて、垂直エッチングを行う（ａ）。この型取り用シリコンウエハー２０９１は、再利用が可能である。次に、型取り用シリコンウエハー２０９１の上に、シリコン酸化膜とリン酸化ガラスからなる犠牲層２０９２を成膜する（ｂ）。続いて、構造体となるポリシリコン層２０９３を成膜する（ｃ）。そして、このポリシリコン層２０９３のパターニングを行う（ｄ）。最後に、犠牲層２０９２を除去し、パターニングされたパッド２０９５にエポキシ樹脂２０９４でポリシリコン層２０９３を接着する（ｅ）。
【００１１】
この様にして作製されたＴ字断面を有するトーションバーは、円断面や長方形断面のような断面形状を有するトーションバーと比べて、断面二次極モーメントＪが小さいわりに、断面二次モーメントＩが大きいという特徴がある。そのため、比較的ねじれやすい割りに、撓みにくいトーションバーを提供できる。つまり、ねじれ方向に十分なコンプライアンスを確保しながら、ねじれの軸に垂直な方向には剛性の高いトーションバーを提供できる。
【００１２】
また、必要なコンプライアンスや許容ねじれ角を得るための長さが短いトーションバーを提供できるため、より小型化できるという利点もある。
【００１３】
こうして、このＴ字断面を有するトーションバーを用いることで、ロール、ピッチ方向に十分なコンプライアンスを持ち、その他の方向には十分な剛性を有し、より小型化が可能なマイクロジンバルを提供できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このマイクロ構造体には、次のような問題点があった。
１．Ｔ字形状断面を有するトーションバーは、捩れたときに図２８の２０５０の部分において応力の集中が生じるために壊れやすい。
２．Ｔ字形状断面を有するトーションバーは、ねじりの中心と重心軸の中心が一致していない。そのため、揺動時にねじれの軸に垂直な方向の加振力を生じてしまう。そのため、駆動時に不要な動きが生じてしまう。
３．ポリシリコンは、単結晶シリコンに比べて内部損失が大きいため、機械的なＱ値が低くなってしまう。そのため、機械的な共振を利用して駆動する際に、振動振幅を大きくできない。また、損失が大きいためエネルギー効率が低い。
【００１５】
本発明の目的は、この様な問題点を解決した、軸回りに揺動する部材を有するマイクロ力学量センサ、マイクロアクチュエータ、マイクロ光偏向器等に適用できるマイクロマシンないしマイクロ構造体を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するための本発明のマイクロ構造体は、基板と、平板状の揺動体を有し、前記揺動体がトーションバーによって前記基板に対して弾性的に前記トーションバーのねじり軸を中心に揺動自由に支持されているマイクロ構造体において、前記基板と前記揺動体と前記トーションバーは単結晶材料から一体的に形成され、前記トーションバーは、前記揺動体の表面側と同じ面側である上面、及び、その裏面側と同じ面側である下面の各々に、前記ねじり軸に平行に延びる溝を有し、前記溝の幅Wgと、前記上面と前記下面との間の距離tとが、Wg<t/tan54.7°の関係を満たし、且つ、前記ねじり軸に垂直な断面の形状がＸ字状である断面形状を具備することを特徴とする。トーションスプリングの長軸に垂直な面での断面形状（本明細書ではトーションスプリングの断面形状或いは横断面形状とも言う）を、平板状の揺動体の平面（マイクロ光偏向器ではここに反射面などが形成される）に対して傾斜した部分を有するように形成することにより、揺動体の平面に対して垂直、平行方向へ撓みにくい構造を効果的に実現できる。
【００１７】
この基本構成に基づいて、以下の如きより具体的な形態が可能である。
上記の基本構成では、前記トーションスプリングのねじり中心軸が前記平板状の揺動体の重心付近を通る様に容易にできる。トーションスプリングのねじれの軸中心が揺動体の重心付近を通過する構成とすることにより、揺動体を安定にねじり振動可能となる。トーションスプリングのねじれの軸中心と揺動体の重心が一致していないと、揺動体のねじり振動に伴って、この不一致のために、ねじれの軸に垂直な方向に加振力が加わって不要な振動や変位が生じ易い。したがって、ねじれの軸中心が揺動体の重心付近を通過する構成とすることにより、マイクロ光偏向器等のマイクロ構造体の不要振動を低減できる。
【００１８】
前記トーションスプリングの長軸に垂直な面の断面形状が、そのねじり中心軸を含む面に対して対称形状を有する様にも容易にできる。トーションスプリングの断面形状を、揺動体の平面に対して傾斜した部分を有するように形成し、更に、対称とすることにより、ねじれの軸中心にねじり易く、ねじれの軸に垂直な方向には更に撓みにくい構造とすることができる。
【００１９】
前記トーションスプリングの材質は、好適にはシリコン単結晶などの単結晶材料からなる。こうすれば、内部損失を小さくできてエネルギー効率が高い揺動機構を実現できる。また、素材として単結晶材料を使用することで、機械的なＱ値の高い構造を実現することができる。単結晶材料としては、入手の容易で機械特性に優れた（すなわち、比較的軽量でありながら物理的強度、耐性、寿命に優れた）単結晶シリコンを使用するのが好適である。（１００）シリコン単結晶基板を用いて、前記トーションスプリングの傾斜面をシリコン単結晶の（１１１）面である様にも容易にできる。
【００２０】
また、前記単結晶材料が（１００）シリコン単結晶基板であり、トーションスプリングが異方性エッチングで形成されて、その外面を画する該（１００）基板面に対する斜面が（１１１）面である様にできる。この際、前記基板或いは揺動体に繋がるトーションスプリングの付け根部の外面を画する（１００）基板面に対する面も、（１１１）面である様にできる。（１１１）面は高精度且つ滑らかに形成されるので、作製されたトーションスプリングは破断し難いものとなる。更に、トーションスプリングの付け根部分の面も（１１１）斜面とすれば、ここへの応力集中が緩和できて、トーションスプリングの信頼性を高められる。
【００２１】
典型的には、前記基板、揺動体、トーションスプリングは、共通のシリコン単結晶、水晶などの単結晶材料基板からエッチングなどで一体的に形成され得る。
【００２３】
前記トーションスプリングの角部（急峻な楔部分など）が等方性エッチングで軽く丸くされて、そこへの応力集中が緩和されてもよい。
【００２４】
前記揺動体を支持する２組以上のトーションスプリングの断面形状を、夫々揺動体を挟んで対向するトーションスプリングについて異なる形状としてもよい。このことで、ねじれのコンプライアンスを十分に保ちながら、ねじれの軸に垂直な方向に更に撓みにくい構造とすることができる。すなわち、この構造では、揺動体を挟んで対向する夫々のトーションスプリングの撓みやすい方向が異なっているため、マイクロ光偏向器等のマイクロ構造体では不要となる揺動体のこの方向への振動や変位を低減することができる。
【００２５】
更に、揺動体を挟んで対向するトーションスプリングの断面形状を、該対向するトーションスプリングのねじり中心軸を含む面（この面は、典型的には、該対向するトーションスプリングのねじり中心軸を含み該揺動板の平面に平行な面であり、後述する各変形例ではこうなっている）に対して互いに対称に配置してもよい。このことにより、互いのトーションスプリングの撓みやすい方向を対称に交差させることができる。したがって、ねじれの軸に垂直方向に撓みにくい構造とすることが効果的にでき、上記対向するトーションスプリングを異なる形状とする形態の好ましい形態となる。
【００２６】
マイクロ構造体の形態としては、前記揺動体が一つであり、直線に沿って伸びた一つないし一対のトーションスプリングによって該揺動体が前記基板に対して弾性的に略該直線の回りに揺動自由に支持されている形態を採り得る。一対のトーションスプリングの形態は後述の実施例に説明されているが、揺動体が充分軽量で一つのトーションスプリングで支障なく揺動自由に支持され得る場合には、こうした形態も用途に応じて使用できる。
【００２７】
他のマイクロ構造体の形態としては、前記揺動体が複数であり、該複数の揺動体が入れ子式に配置され、各揺動体が、各直線に沿って伸びた一対のトーションスプリングによって、その外側の揺動体或いは前記基板に対して弾性的に略該各直線の回りに揺動自由に支持されている形態も採り得る。２つの揺動体が入れ子式に配置された例は図２７に示されている。必要であれば、３つ以上の揺動体が入れ子式に配置された形態も実現できる。前記各直線が互いに成す角度は、典型的には９０度であるが（図２７の例参照）、これも、必要であれば９０度以外の角度であってもよい。
【００２８】
更なる他のマイクロ構造体の形態としては、前記揺動体が複数であり、該複数の揺動体がトーションスプリングを介在させて直列的に配置され、最も外側の揺動体が前記基板にトーションスプリングを介在させて支持されている形態も採り得る。例えば、比較的小質量の揺動体をトーションスプリングを介在させて比較的大質量の揺動体で挟み、両側の大質量の揺動体をトーションスプリングを介在させて基板に繋げ、これら３つのトーションスプリングを一直線に沿って伸びる形態として、この形態において、大質量の揺動体の駆動で小質量の揺動体を間接的に駆動する。いずれにせよ、本発明のマイクロ構造体は、トーションスプリングの断面形状の少なくとも一部が、平板状の揺動体の平面に対して傾斜していることに特徴があり、その形態は用途に応じて種々のものであり得る。
【００２９】
更に、上記問題点を解決するための本発明のマイクロ力学量センサは、上記のマイクロ構造体と、基板と揺動体の相対変位を検出する変位検出手段を有することを特徴とする。変位検出手段としては、従来公知のものを使用できて、例えば、静電容量の変化を電圧変化で検知して基板と揺動体の相対変位を検出するものがある。その具体例としては、特開平８−１４５７１７、特開２０００−６５６６４、特開２０００−２９２４３４号公報などに開示されている。
【００３０】
更に、上記問題点を解決するための本発明のマイクロアクチュエータは、上記のマイクロ構造体と、前記揺動体を前記基板に対して相対的に駆動する駆動手段を有することを特徴とする。前記駆動手段としては、固定コアと、該固定コア（軟磁性体で形成される）を周回するコイルと、前記揺動体に接合された可動コア（軟磁性体或いは硬磁性体の永久磁石で形成されたりする。両者では駆動原理が異なり、前者では、軟磁性体の磁極は決まっておらず、固定コアに磁束が発生する時には磁気回路の磁束を切る軟磁性体の断面積の増す方向に磁束内へ軟磁性体が吸引される駆動力が起こり、磁束消滅時にはそれから解放されるのに対して、後者では、硬磁性体の磁極は決まっており、固定コアと可動コアの異或いは同磁極間の磁力（吸引力或いは反発力）が駆動力である）からなる電磁アクチュエータであったり、静電引力を利用するものであったりする。
【００３１】
更に、上記問題点を解決するための本発明のマイクロ光偏向器は、上記のマイクロ構造体と、揺動体を基板に対して相対的に駆動する駆動手段と、前記揺動体に設けられた光偏向子を有することを特徴とする。駆動手段については、上で述べた通りである。光偏向子としては、光反射面或いは回折格子があり、後者では１つのビームを複数のビーム（回折光）として偏向することもできる。
【００３２】
更に、上記問題点を解決するための本発明の光走査型ディスプレイは、上記のマイクロ光偏向器と、変調可能な光源（半導体レーザなど）と、前記光源の変調と前記マイクロ光偏向器の揺動体の動作を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００３５】
【作用】
本発明のマイクロ構造体の作用について説明する。
本発明のマイクロ構造体においては、上述したように、トーションスプリングの断面形状を、揺動体の平面（マイクロ光偏向器では、ここに反射面などの偏向子が設けられる）に対して傾斜した部分を有するように形成することにより、揺動体の平面（マイクロ光偏向器の反射面）に対して垂直、平行方向へ撓みにくい構造を効果的に実現することができる。例えば、マイクロ光偏向器においては、揺動体の反射面の形成されない面（すなわち反射面形成面の反対面や揺動体の側面）にアクチュエータの機能素子（例えば、静電駆動型アクチュエータの場合は、平行に対向する平板電極）を形成するため、反射面に対して、垂直、平行方向への不要発生力に起因する振動や変位が生じ易い。したがって、トーションスプリングの断面形状に傾斜した部分を形成することで、簡単な構造で該垂直、平行方向の撓みに対する剛性を高くし、マイクロ光偏向器の不要振動を低減することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく、図面を参照しつつ実施例を説明する。
【００３７】
[実施例1]
図１は、本発明の実施例１のマイクロ光偏向器を説明するための斜視図である。図２は、内部構造を説明するために、上記マイクロ光偏向器を分解して示した図である。図３は、本実施例のマイクロ光偏向器の動作を説明するための図２の切断線１０９における断面図である。図４は、本実施例の特徴であるトーションスプリングの構造を説明するための断面図であり、図１の切断線１０６におけるシリコン単結晶薄板１２０の断面を示している。
【００３８】
実施例１のマイクロ光偏向器において、ガラス基板１１０には、凹み部１１２が形成されている。凹み部１１２の底部には、一対の駆動電極１１４、１１６および三角柱状のミラー支持部１３２が配置されている。ミラー支持部１３２は、可能であれば、無くしてもよい。シリコン単結晶薄板１２０には、バルクマイクロマシニング技術により、トーションスプリング１２８、１２９とミラー１３０が、一体に形成されている。本実施例の特徴であるトーションスプリング１２８、１２９は、図４に示すように、断面形状が左右対称なV字形状になっている。これは、一つの内角が２８９．４°の７角形であり、ミラー１３０の平面に対して傾斜した２つの断面形状部を有する。
【００３９】
ミラー１３０は、平板の表面に光の反射率の高い物質がコーティングされて形成されており、V字形状のトーションスプリング１２８、１２９によりこの長軸の回りに揺動自由に支持されている。そして、シリコン単結晶薄板１２０は、ミラー１３０が駆動電極１１４、１１６と所定の間隔を保つようにガラス基板１１０上に対抗配置されている（図３）。トーションスプリング１２８、１２９の長軸に沿ったミラー１３０の下面は図３に示す様にミラー支持部１３２の頂線部に接していて、該頂線部に沿う揺動軸の回りでミラー１３０が揺動可能になっている。
【００４０】
シリコン単結晶薄板１２０は、電気的に接地されている。従って、駆動電極１１４、１１６に交互に電圧を印加することで、ミラー１３０に静電引力を作用させて上記揺動軸の回りにミラー１３０を揺動させることができる。駆動力は静電引力に限らず、磁気力などを使うこともできる。この場合は、駆動電極の代わりに電磁石を設置してミラー１３０の下面に硬磁性体材料の磁石を固定するなどの構成をとることになる。
【００４１】
上記光偏向器の作製法について、図６と図７を用いて、以下に詳しく述べる。図６（ａ）〜（ｅ）は図１の切断線１０６における断面を表し、図７（ａ）〜（ｅ）は、図２の切断線１０９における断面を表している。
【００４２】
先ず、図６に沿ってシリコン単結晶薄板１２０の加工について述べる。
【００４３】
１．シリコン単結晶薄板１２０の両面に、マスク層１５０（例えば、SiO2や低圧化学気相成長法で作製した窒化シリコン等）を成膜する。シリコン単結晶薄板１２０には、（１００）基板を使用する。そして、フォトリソグラフィ技術で、マスク層１５０のパターニングを行う（ａ）。図６中、基板１２０上面側、下面側には、それぞれ、幅Ｗａの一つの開口と幅Ｗｂの二つの開口が形成される。幅Ｗｂの二つの開口の間のストライプ状のマスク層１５０は、幅Ｗａの開口の中心線に対応して伸びている。幅ＷａはV字形状のトーションスプリング１２８、１２９の最上部開口の幅にほぼ設定され、幅Ｗｂの二つの開口の間のストライプ状のマスク層１５０の幅はV字形状のトーションスプリング１２８、１２９の最底部の幅にほぼ設定される。
【００４４】
２．KOHのようなアルカリ溶液である異方性エッチング溶液を用いて、シリコン単結晶薄板１２０の両面からエッチングを行う。シリコンの異方性エッチングは、（１００）面で速く進み、（１１１）面で遅く進むため、エッチングは、まず、掘り進むにつれて開口部が狭くなるように進行する（ｂ、ｃ）。このとき、エッチング部の側面は滑らかな（１１１）面となる。
【００４５】
３．Ｗｂの幅を有する開口部においては、基板１２０を貫通するまでエッチングが進行するが、Ｗａの幅を有する開口部においては、基板１２０を貫通する手前でエッチングが止りV字形状のトーションスプリング１２８、１２９の底部が形成される（ｄ）。図５に示すように、（１１１）面は、（１００）面に対して、５４．７度の角度を有するため、開口部の幅ｗとV溝の深さdの関係は、d=w/2・ tan54.7°である。従って、上記のようにV字形状のトーションスプリング１２８、１２９が形成される為に、Ｗａ<２t/tan54.7°、Ｗｂ>２t/tan54.7°の関係を満たしている。ここで、ｔはシリコン単結晶薄板１２０の厚みである。
【００４６】
この様に、上面からのエッチングは、基板１２０の下面に達する前にすべての面が（１１１）面になりエッチングがストップするため、V字状の溝が形成される。下面からのエッチングは、基板１２０を貫通するまで進行し、マスク層１５０でストップする。
【００４７】
この際、ミラー１３０の回りの他のエッチング貫通部も形成されるように、下面側のマスク層１５０のパターニングが行われている。また、（１１１）面は高精度且つ滑らかに形成されるので、作製されたＶ字形状のトーションスプリング１２８、１２９は破断し難いものとなる。更に、上記異方性エッチングにより、トーションスプリング１２８、１２９の付け根部分のＶ溝の面（図２（ａ）に１２８ａ、１２９ａで示す）も図２（ｂ）に示すように（１１１）斜面となるので、ここへの応力集中が緩和できて、トーションスプリングの信頼性を高め、ミラーの光偏向角を大きくできる。
【００４８】
４．上記異方性エッチング後、ガスや酸により等方性エッチングを行い、Ｖ溝の急峻な楔部分やトーションスプリングの角部の角を丸くしてもよい。こうすれば、これらの部分への応力集中を緩和できる。
【００４９】
５．次に、マスク層１５０を除去する（ｅ）。
６．最後に、ミラー１３０を洗浄し、表面に光反射膜を成膜する。
【００５０】
続いて、図７に沿ってガラス基板１１０の加工法について述べる。
１．ガラス基板１１０の両面にマスク層１５１（レジスト等）を成膜する（ａ）。
【００５１】
２．マスク層１５１をパターニングする（ｂ）。三角柱状のミラー支持部１３２と凹み部１１２がエッチングで形成される様にパターニングする。
３．凹み部１１２の深さが２５μｍになるように、エッチングを行う（ｃ）。このとき、三角柱状のミラー支持部１３２が形成される。
【００５２】
４．マスク層１５１を除去し、凹み部１１２に所定のパターンの駆動電極１１４、１１６を形成する（ｄ）。
【００５３】
５．図１に示すようなマイクロ光偏向器の形態になるように、シリコン単結晶薄板１２０とガラス基板１１０を接合する（ｅ）。
【００５４】
以上のように、本実施例の製造方法によれば、異方性エッチングを１度行うだけで、Ｖ字形状断面を有するトーションスプリング１２８、１２９を製造することができる。図４に示すように断面がＶ字形状になっている本実施例の光偏向器のトーションスプリング１２８（１２９）は、従来のＴ字形状断面のトーションバーと同様に、ねじれやすくて、撓みにくい構造となっている。また、トーションスプリング１２８、１２９の断面形状は、平板状の揺動体の平面（ミラー１３０）に対して傾斜した交差した２つの部分を有するので、揺動体の平面に対して垂直、平行方向へ撓みにくい構造となっている。更に、本実施例によれば、単結晶シリコンをトーションスプリングの素材に使用することで、ポリシリコンに比べて機械的なQ値が大きなマイクロ構造体を実現できる。
【００５５】
更に、本実施例によれば、単結晶材料をトーションスプリングの素材に使用することで、より壊れにくく、より小型化が可能で、共振駆動したときに振動振幅が大きくエネルギー効率の高いマイクロ光偏向器を実現できる。また、本実施例の製造方法を用いることで、比較的容易に本実施例のマイクロ構造体を製造することができる。
【００５６】
上記実施例１の変形例を説明する。図８（ａ）は、本変形例のマイクロ光偏向器を説明するための斜視図である。トーションスプリング６２８、６２９は基板面およびシリコンの（１１１）面で囲まれたＶ字状断面或いは逆Ｖ字状断面を有している。反射面の形成されたミラー６３０及び枠体６２０の側面形状は、シリコンの（１１１）面が露出した形状となるが、図８では簡単のために反射面に対して垂直な側面として描いてある。このことは、他の図でも同様である。
【００５７】
本変形例のマイクロ光偏向器は、上記実施例１と異なり、２組のトーションスプリング６２８、６２９の断面形状が図８（ｂ）に示す如く異なることを特徴としている。これにより、ねじれ易く、より撓みにくい構造を提供することができる。また、ねじれ共振駆動時に、一方のトーションプリング６２８または６２９の構造に起因して発生する撓み振動等の不要な運動モードや外乱による影響を他方のトーションプリング６２９または６２８の構造で相殺することができ、駆動安定性を向上させられる。
【００５８】
詳細には、図８（ｂ）に示すように、トーションスプリング６２８、６２９のＡ−Ａ’断面の形状とＢ−Ｂ’断面の形状とが互いに基板面（トーションスプリング６２８、６２９のねじり中心軸を含んでミラー６３０の平面に平行な面）に対して対称な形状になっている。また、ミラー６３０の重心が２組のトーションスプリング６２８、６２９のねじり回転軸と一致しており、さらに、駆動安定性を向上させることができる。
【００５９】
本変形例によるマイクロ光偏向器は、実施例１と同様に、シリコン基板を結晶異方性エッチングを用いて加工することにより作製する。図６で説明した作製プロセスを用いればよいが、他方のトーションスプリングを形成する方のマスク層１５０は図６のパターンとは上下逆にする。この様に、異方性エッチングを１度行うだけで、偏平断面を有する部分を上下逆に組み合わせたトーションスプリング６２８、６２９を容易に製造することができる。
【００６０】
本変形例により、プロセスが容易で、２組のトーションスプリングの断面形状が互いに異なることにより、それぞれのトーションスプリングに起因する駆動時の外乱等の影響を相殺させられるマイクロ光偏向器を実現できる。
【００６１】
[実施例２]
図９は、本発明の実施例２のマイクロ光偏向器を説明するための斜視図である。図１０は、内部構造を説明するために、上記マイクロ光偏向器を分解して示した図である。図１１は、図９の切断線１０６におけるシリコン単結晶薄板１２０の断面を示している。図１０の切断線１０９における断面図は図３と同じである。
【００６２】
実施例２のマイクロ光偏向器においても、ガラス基板１１０には、凹み部１１２が形成されている。凹み部１１２の底部には、一対の駆動電極１１４、１１６および三角柱状のミラー支持部１３２が配置されている。シリコン単結晶薄板１２０には、バルクマイクロマシニング技術により、トーションスプリング１２２、１２４とミラー１３０が、一体に形成されている。本実施例の特徴であるトーションスプリング１２２、１２４は、図１１に示すように、断面形状がＸ字形状になっている。この形状は、図１１より明らかなように、４つの内角が１８０度よりも大きい１２角形であり、また、回転対称形状である。更に、ミラー１３０の平面に対して傾斜した交差した断面形状部を有する。
【００６３】
ミラー１３０は、平板の表面に光の反射率の高い物質がコーティングされて形成されており、Ｘ字形状のトーションスプリング１２２、１２４によりこの長軸の回りに揺動自由に支持されている。そして、シリコン単結晶薄板１２０は、ミラー１３０が駆動電極１１４、１１６と所定の間隔を保つようにガラス基板１１０上に対抗配置されている。トーションスプリング１２２、１２４の長軸に沿ったミラー１３０の下面はミラー支持部１３２の頂線部に接していて、該頂線部に沿う揺動軸の回りでミラー１３０が揺動可能になっている。
【００６４】
シリコン単結晶薄板１２０は、電気的に接地されている。従って、駆動電極１１４、１１６に交互に電圧を印加することで、ミラー１３０に静電引力を作用させて上記揺動軸の回りにミラー１３０を揺動させることができる。
【００６５】
上記光偏向器の作製法について、図１３を用いて、以下に詳しく述べる。図７の工程は本実施例でも用いられる。図１３（ａ）〜（ｇ）は図９の切断線１０６における断面を表し、図７（ａ）〜（ｅ）は、図１０の切断線１０９における断面を表している。
【００６６】
図１３に沿ってシリコン単結晶薄板１２０の加工について述べる。
【００６７】
１．シリコン単結晶薄板１２０の両面に、マスク層１５０（例えば、SiO2や低圧化学気相成長法で作製した窒化シリコン等）を成膜する。シリコン単結晶薄板１２０には、（１００）基板を使用する。そして、フォトリソグラフィ技術で、マスク層１５０のパターニングを行う（ａ）。このパターニングに使用するマスクパターンを図１２に示す。図１２に示すマスクパターンは、トーションスプリング１２２、１２４とミラー１３０の外形に沿ってWaの幅を有する開口部１９１が形成されており、また、幅Wｂのトーションスプリングの長手方向の中心線に沿ってWgの幅を有する開口部１９０が形成されている。
【００６８】
２．KOHのようなアルカリ溶液である異方性エッチング溶液を用いて、シリコン単結晶薄板１２０の両面からエッチングを行う。シリコンの異方性エッチングは、（１００）面で速く進み、（１１１）面で遅く進むため、エッチングは、まず、掘り進むにつれて開口部が狭くなるように進行する（ｂ）。
【００６９】
３．Wgの幅を有する開口部１９０においては、基板１２０の中央に達する前にすべての面が（１１１）面になりエッチングがストップするため、V字状の溝（図１１に示す様に、深さdgで、幅Wgである）が形成される。また、Waの幅を有する開口部１９１においては、基板１２０を貫通するまでエッチングが進行する（ｃ）。図５に示すように、（１１１）面は、（１００）面に対して、５４．７度の角度を有するため、開口部の幅wとV溝の深さdの関係は、d=w/2・tan54.7°である。従って、ここでは、Wg<t/tan54.7°、Wa>t/tan54.7°の関係を満たしている。ここで、ｔはシリコン単結晶薄板１２０の厚みである。
【００７０】
４．開口部１９１の上下からの穴が貫通したあとは、エッチングは側方に進んでいく（ｄ、ｅ）。
【００７１】
５．（１１１）面に到達して、エッチングがストップする。このときトーションスプリング１２２、１２４の断面はＸ字形状になる（ｆ）。図１１に示す様に、このＸ字断面の側部のV溝の深さはkbで、幅はtである。この際、（１１１）面は高精度且つ滑らかに形成されるので、作製されたＸ字形状のトーションスプリング１２２、１２４は破断し難いものとなる。更に、上記異方性エッチングにより、トーションスプリング１２２、１２４の付け根部分のＶ溝の面（図１０（ａ）に１２２ａ、１２４ａで示す）も図１０（ｂ）に示すように（１１１）斜面となるので、ここへの応力集中が緩和できて、トーションスプリングの信頼性を高め、ミラーの光偏向角を大きくできる。
【００７２】
６．上記異方性エッチング後、ガスや酸により等方性エッチングを行い、Ｖ溝の急峻な楔部分やトーションスプリングの角部の角を丸くしてもよい。こうすれば、これらの部分への応力集中を緩和できる。
【００７３】
７．次に、マスク層１５０を除去する（ｇ）。
８．最後に、ミラー１３０を洗浄し、表面に光反射膜を成膜する。
【００７４】
ガラス基板１１０の加工法については、図７に沿って述べた実施例１の説明と同じである。
【００７５】
以上のように、本実施例の製造方法によれば、異方性エッチングを１度行うだけで、Ｘ字形状断面を有するトーションスプリング１２２、１２４を製造することができる。図１１に示すように断面がＸ字形状になっている本実施例の光偏向器のトーションスプリング１２２（１２４）は、断面二次極モーメントＪが小さい割に、断面二次モーメントＩが大きいという特徴がある。また、その横断面形状が回転対称形状なので、揺動時にねじれの軸に垂直な方向の加振力が生じないマイクロ構造体を実現できる。更に、トーションスプリング１２２、１２４の断面形状は、平板状の揺動体の平面（ミラー１３０）に対して傾斜した交差した部分を有するので、揺動体の平面に対して垂直、平行方向へ更に撓みにくい構造となっている。
【００７６】
本実施例によっても、単結晶シリコンをトーションスプリングの素材に使用することで、ポリシリコンに比べて、より壊れにくく、より小型化が可能で、共振駆動したときに振動振幅が大きくエネルギー効率の高い、機械的なQ値が大きなマイクロ構造体を実現できる。
【００７７】
また、揺動したときにトーションスプリングの軸に垂直な方向に振動しにくいので、精度が高いマイクロ光偏向器を実現でき、機械的なQ値が高いために共振駆動したときに振動振幅が大きく、エネルギー効率の高いマイクロ光偏向器を実現できる。更に、本実施例の製造方法を用いることで、比較的容易にＸ字形状の断面を有するトーションスプリングを製造することができる。
【００７８】
上記実施例２の変形例を説明する。図１４（ａ）は、本変形例のマイクロ光偏向器を説明するための斜視図である。トーションスプリング７２８、７２９は、基板面７２０およびシリコンの（１１１）面で囲まれた偏平断面を有している。
【００７９】
本変形例のマイクロ光偏向器は、上記実施例２と異なり、２組のトーションスプリング７２８、７２９の断面形状が異なることを特徴としている。これにより、ねじり易く、更に撓みにくい構造を提供することができる。また、ねじれ共振駆動時に、一方のトーションバー構造に起因して発生する撓み振動等の不要な運動モードや外乱による影響を他方のトーションバー構造で相殺することができ、駆動安定性を向上させられる。
【００８０】
詳細には、図１４（ｂ）に示すように、トーションバー７２８のＡ−Ａ‘断面の形状とトーションバー７２９のＢ−Ｂ’断面の形状とが互いに基板面７２０（ミラー７３０の面でもある。より正確には、トーションバー７２８、７２９のねじり中心軸を含んでミラー７３０の平面に平行な面）に対して対称な図形になっている。また、２組のトーションバー７２８、７２９の重心（ミラー７３０の重心でもある）がねじり回転軸と一致しており、さらに、駆動安定性を向上させることができる。
【００８１】
本変形例によるマイクロ光偏向器は、上記実施例２と同様に、シリコン基板を結晶異方性エッチングを用いて加工することにより作製される。図１５は作製プロセスを示す断面図である。
【００８２】
まず、面方位（１００）の単結晶シリコン基板７２０の両面に低圧化学気相成長法を用いて窒化シリコンよりなるマスク層７３１、７３２を形成する（図１５（ａ）参照）。次に、フォトリソグラフィーおよびＣＦ４ガスを用いたドライエッチング法によりマスク層７３１、７３２のパターニングを行なう（図１５（ｂ）参照）。ここでは、基板７２０の上下面でトーションバーの幅の分だけマスク層が残され、これら残されたマスク層部分はトーションバーの傾斜に応じて左右にずれている。次に、１００℃に加熱した３０％の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン７２０の結晶異方性エッチングを行なう（図１５（ｃ）参照）。さらに、このエッチングを継続することにより基板７２０を貫通させる（図１５（ｄ）参照）。この際のエッチング方向は図示の通りである。さらに、上記のエッチングを継続することにより、側面がＳｉ（１１１）面よりなる板バネ状のトーションバー７２８または７２９が形成される（図１５（ｅ）参照）。ミラー７３０を挟んだ反対側の他方のトーションバー７２９または７２８も同時に形成されるが、この部分ではマスク層は図１５とは上下逆にした態様でパターニングされて異方性エッチングが行われている。
【００８３】
ここで、マスク層は除去してもよい。また、反射面の表面に反射膜を成膜してもよい。以上のように、本変形例の製造方法によれば、異方性エッチングを１度行うだけで、偏平断面を有するトーションバー７２８、７２９を組み合わせたトーションスプリングを容易に製造することができる。
【００８４】
本変形例により、次の様なマイクロ光偏向器を提供することができる。ここでは、２組のトーションスプリングがそれぞれ一枚の板バネ状という簡単な構造であり、プロセスが容易であり、２組のトーションスプリングの断面形状が互いに異なることにより、ねじり易く更に撓みにくい構造を有し、かつ、それぞれのトーションスプリングに起因する駆動時の外乱等の影響を相殺させることができる。更に、２組のトーションバーの重心とねじり回転軸とを容易に一致させることができ、駆動を安定させることが容易にでき、トーションバーに応力集中部分がなく、破壊しにくい構造になっている。
【００８５】
[実施例３]
図１６は、本発明の実施例３のマイクロ光偏向器を説明するための斜視図である。図１７は、内部構造を説明するために、上記マイクロ光偏向器を分解して示した図である。図１８は、図１６の切断線１０６におけるシリコン単結晶薄板１２０の断面を示し、本実施例の特徴であるトーションスプリングの構造を説明するための断面図である。図１７の切断線１０９における断面図は図３と同じである。
【００８６】
実施例３のマイクロ光偏向器においても、ガラス基板１１０には、凹み部１１２が形成されている。凹み部１１２の底部には、一対の駆動電極１１４、１１６および三角柱状のミラー支持部１３２が配置されている。シリコン単結晶薄板１２０には、バルクマイクロマシニング技術により、トーションスプリング１２８、１２９とミラー１３０が、一体に形成されている。本実施例の特徴であるトーションスプリング１２８、１２９は、偏平トーションバー１２２、１２３；１２４、１２５が図１８に示す様に２本ずつ組になって、断面形状が逆ハの字形状に配置されることで構成されている。
【００８７】
ミラー１３０は、平板の表面に光の反射率の高い物質がコーティングされて形成されており、トーションスプリング１２８、１２９により揺動自由に支持されている。そして、シリコン単結晶薄板１２０は、ミラー１３０が駆動電極１１４、１１６と所定の間隔を保つようにガラス基板１１０上に対抗配置されている。トーションスプリング１２８、１２９のねじり軸に沿ったミラー１３０の下面はミラー支持部１３２の頂線部に接していて、該頂線部に沿う揺動軸の回りでミラー１３０が揺動可能になっている。
【００８８】
シリコン単結晶薄板１２０は、電気的に接地されている。従って、駆動電極１１４、１１６に交互に電圧を印加することで、ミラー１３０に静電引力を作用させて上記揺動軸の回りにミラー１３０を揺動させることができる。これらの構成は上記の実施例１、２と同じである。
【００８９】
本実施例の光偏向器の作製法について、図１９を用いて、以下に詳しく述べる。図７の工程は本実施例でも用いられる。図１９（ａ）〜（ｅ）は図１６の切断線１０６における断面を表し、図７（ａ）〜（ｅ）は、図１７の切断線１０９における断面を表している。
【００９０】
図１９に沿ってシリコン単結晶薄板１２０の加工について述べる。
１．シリコン単結晶薄板１２０の両面に、マスク層１５０（例えば、SiO2や低圧化学気相成長法で作製した窒化シリコン等）を成膜する。シリコン単結晶薄板１２０には、（１００）基板を使用する。そして、フォトリソグラフィ技術で、マスク層１５０のパターニングを行う（ａ）。このマスクパターンは、トーションスプリング１２８、１２９の部分では、基板１２０上面側と下面側にそれぞれ幅Wａと幅Wｂのストライプ状開口が形成されている。幅Wｂのストライプ状開口はストライプ状マスク層１５０を挟んで一対形成され、幅Wａのストライプ状開口は該ストライプ状マスク層に対応する上面個所に１つ形成されている。幅Wａは２つのトーションバー１２２、１２３；１２４、１２５の最上部の間隔に設定され、幅Wｂの二つの開口の間のストライプ状のマスク層１５０の幅は２つのトーションバー１２２、１２３；１２４、１２５の最底部の間隔に設定される。このマスクパターンでは、ミラー１３０の外形に沿って適当な幅の開口部も基板１２０上面側に形成されている。
【００９１】
２．KOHのようなアルカリ溶液である異方性エッチング溶液を用いて、シリコン単結晶薄板１２０の両面からエッチングを行う。シリコンの異方性エッチングは、（１００）面で速く進み、（１１１）面で遅く進むため、エッチングは、まず、掘り進むにつれて開口部が狭くなるように進行する（ｂ、ｃ）。
【００９２】
３．両面から基板１２０を貫通するまでエッチングが進行し、マスク層１５０でストップする（ｄ）。図５に示すように、シリコンの（１１１）面は、（１００）面に対して、５４．７度の角度を有するため、開口部の幅ｗとV溝の深さｄの関係は、d=w/2・tan54.7°である。従って、基板１２０を貫通するためには、Wａ、Wｂ>２t/tan54.7°の関係を満たす必要がある。ここで、ｔはシリコン単結晶薄板１２０の厚みである。
【００９３】
この際、（１１１）面は高精度且つ滑らかに形成されるので、作製された逆ハの字断面形状のトーションスプリング１２８、１２９は破断し難いものとなる。更に、上記異方性エッチングにより、トーションスプリング１２８、１２９の付け根部分のＶ溝の面（図１７（ａ）に１２８ａ、１２９ａで示す）も図１７（ｂ）（図１７（ａ）の切断線１９０におけるシリコン単結晶薄板１２０の断面図）に示すように（１１１）斜面となるので、ここへの応力集中が緩和できて、トーションスプリングの信頼性を高め、ミラーの光偏向角を大きくできる。
【００９４】
４．上記異方性エッチング後、ガスや酸により等方性エッチングを行い、トーションスプリングの角部の角を丸くしてもよい。こうすれば、これらの部分への応力集中を緩和できる。
【００９５】
５．次に、マスク層１５０を除去する（ｅ）。
６．最後に、ミラー１３０を洗浄し、表面に光反射膜を成膜する。
【００９６】
ガラス基板１１０の加工法については、図７に沿って述べた実施例１の説明と同じである。
【００９７】
以上のように、本実施例の製造方法によれば、異方性エッチングを１度行うだけで、偏平断面を有するトーションバー１２２、１２３；１２４、１２５を逆ハの字形状に組み合わせたトーションスプリング１２８、１２９を製造することができる。
【００９８】
図１８に示すように、本実施例の光偏向器のトーションスプリング１２８（１２９）においては、２本の偏平トーションバー１２２（１２４）と１２３（１２５）が、互いに７０．６°の角度を持って配置されている。つまり、偏平トーションバーの最も撓みやすい（曲げ剛性が低い）方向が、平行にならないように組み合わされているため、トーションスプリング全体として、曲げ剛性が高い構造となっている。更に、トーションスプリング１２８、１２９の断面形状は、平板状の揺動体の平面（ミラー１３０）に対して傾斜した交差した２つの部分を有するので、揺動体の平面に対して垂直、平行方向へ更に撓みにくい構造となっている。
【００９９】
本実施例によれば、Ｔ字断面のトーションバーと異なり、大きな応力集中が生じないので、同じねじりばね定数、同じ長さのトーションスプリングを考えたときに、より壊れにくいマイクロ構造体を実現できる。また、本実施例によれば、同じ許容ねじり角で考えると、Ｔ字断面のトーションバーと比べて、より小型化が可能なマイクロ構造体を実現できる。更に、単結晶シリコンを素材に使用することで、ポリシリコンに比べて機械的なQ値が大きなマイクロ構造体を実現できる。
【０１００】
そして、本実施例によれば、より壊れにくく、より小型化が可能で、共振駆動したときに振動振幅が大きいマイクロ光偏向器を実現できる。更に、本実施例の製造方法を用いることで、比較的容易に本発明のマイクロ構造体を製造することができる。
【０１０１】
実施例３の変形例を図２０を用いて説明する。図２０は、本発明の実施例３の変形例のマイクロ光偏向器を説明するための斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。この変形例では、トーションバーは基板面およびシリコンの（１１１）面で囲まれた偏平断面を有しており、これが逆ハ及びハの字状に２枚組み合わされてトーションスプリング５２８、５２９となっている。図２０でも、反射面５３０及び枠体５２０の側面形状は、シリコンの（１１１）面が露出した形状となるが、簡単のために反射面５３０に対して垂直な側面として描いてある。
【０１０２】
本変形例のマイクロ光偏向器は、図２０（ｂ）に示すように、トーションバーのＡ−Ａ’断面の形状とＢ−Ｂ’断面の形状とが、基板面（より正確には、該対向するトーションスプリングのねじり中心軸を含み反射面５３０に平行な面）に対して互いに対称な形状になっている。これにより、ねじれ共振駆動時に、一方のトーションバー構造に起因して発生する撓み振動等の不要な運動モードや外乱による影響を他方のトーションバー構造で相殺することができ、駆動安定性を向上させることができる。
【０１０３】
本変形例によるマイクロ光偏向器では、上記実施例３と同様に（他方のトーションバー構造について図１９のマスク層１５０のパターンを変える（上下を逆にする）のみでよい）、異方性エッチングを１度行うだけで、偏平断面を有するトーションバーを組み合わせたトーションスプリング５２８、５２９を容易に製造することができる。
【０１０４】
本変形例においては、プロセスが容易であり、２組のトーションスプリングの断面形状が互いに異なることにより、上述した様にそれぞれのトーションスプリングに起因する駆動時の外乱等の影響を相殺させることができ、トーションバーに応力集中部分がなく、破壊しにくい構造となったマイクロ光偏向器を実現することができる。
【０１０５】
[実施例４]
図２１は、本発明の実施例４のマイクロ光偏向器を説明するための概略斜視図を示している。本実施例のマイクロ光偏向器においても、シリコン単結晶薄板には、バルクマイクロマシニング技術により、上記実施例ないし変形例で説明したようなトーションスプリング（不図示）とミラー３３０が、一体に形成されている。ミラー３３０の端には、軟磁性体材料からなる可動コア３４１が固定されている。ミラー３３０は、表面に光の反射率の高い物質がコーティングされており、トーションスプリングによりその長軸であるねじり軸の回りに揺動自在に支持されている。
【０１０６】
一方、ガラス基板（不図示）の上には、軟磁性体材料からなる固定コア３４２が配置されており、この固定コア３４２をコイル（不図示）が周回している。そして、シリコン単結晶薄板とガラス基板は、可動コア３４１と固定コア３４２のほぼ平行に対向する面が、所定の間隔を保つように接合されている。すなわち、ミラー３３０が揺動するときに、これら対向する面がほぼ平行状態を保ったままその重なり面積（可動コア３４１が、固定コア３４２に発生した磁束を切る断面積）が変化する様になっている。可動コア３４１と固定コア３４２で２つの間隙を含む閉じた直列磁気回路が形成される。
【０１０７】
本実施例の光偏向器の動作について説明する。
コイルに通電すると、固定コア３４２が励磁される。図２１では、固定コア３４２の図中手前側がＮ極に、奥側がＳ極に励磁されている様子を表している。すると、可動コア３４１は、上記対向面の重なり面積が増す方向（固定コア３４２で発生した磁束路に吸引される方向）、即ち図２１の矢印の方向に引き付けられる。可動コア３４１と固定コア３４２は、上記対向面の重なり面積が増加できる様に非通電時には高さが異なる状態で配置されているので、トーションスプリングの回りに左回りの回転モーメントが生じる。ミラー３３０の共振周波数に合わせてコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦすると、ミラー３３０がトーションスプリングの回りに共振を起こす。この状態でミラー３３０に光線を入射することで、光の走査を行うことができる。
【０１０８】
[実施例５]
図２２は、実施例５の光走査型ディスプレイを説明する図である。Ｘ光偏向器４０１とＹ光偏向器４０２は、上記実施例ないし変形例の光偏向器と同様のものである。コントローラ４０９は、Ｘ光偏向器４０１とＹ光偏向器４０２を制御して、レーザ光線４１０をラスター状に走査し、表示する情報に応じてレーザ発振器４０５を変調することで、スクリーン４０７上に画像を２次元的に表示する。
【０１０９】
本発明の光偏向器を光走査型ディスプレイに適用することで、精細な画像を形成できエネルギー効率が高い光走査型ディスプレイを実現することができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、揺動体を支持するトーションスプリングの断面形状を、平板状の揺動体の平面に対して傾斜した部分を有するように形成したので、トーションスプリングが揺動体の平面に対して垂直、平行方向へ撓みにくくなり、揺動体の正確な揺動運動を可能にしたマイクロ構造体を効果的に実現できる。また、その材質を単結晶材料にすれば、ねじれ易く撓みにくいトーションスプリングを持ち機械的なQ値が大きなマイクロ構造体を提供することができる。また、機械的なQ値が高いためにノイズが少なく、感度の高い、力学量センサを提供できる。また、機械的なQ値が高いため、共振駆動したときに振幅が大きく、また、エネルギー効率の高いマイクロアクチュエータを提供できる。また、機械的なQ値が高いため、共振駆動したときに振幅が大きく、また、エネルギー効率の高いマイクロ光偏向器を提供できる。
【０１１１】
本発明の光偏向器を光走査型ディスプレイに適用することで、精細な画像を形成できる光走査型ディスプレイも提供できる。更に、本発明の製造方法を用いることで、本発明のマイクロ構造体、マイクロ光偏向器、マイクロ力学量センサ及びマイクロアクチュエータを比較的容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光偏向器を説明するための斜視図である。
【図２】実施例１の光偏向器を説明するための分解図（ａ）、及びトーションバーの縦断面図（ｂ）である。
【図３】実施例１等の光偏向器を説明するための断面図である。
【図４】実施例１の光偏向器を説明するためのトーションバーの部分の横断面図である。
【図５】シリコンの異方性エッチングを説明する図である。
【図６】実施例１の光偏向器のシリコン単結晶薄板の作製プロセスを説明する図である。
【図７】実施例１等の光偏向器のガラス基板の作製プロセスを説明する図である。
【図８】本発明の実施例１の変形例の光偏向器を説明するための斜視図（ａ）、及びトーションスプリングの断面図（ｂ）である。
【図９】本発明の実施例２の光偏向器を説明するための斜視図である。
【図１０】実施例２の光偏向器を説明するための分解図（ａ）、及びトーションスプリングの縦断面図（ｂ）である。
【図１１】実施例２の光偏向器を説明するためのトーションスプリングの部分の横断面図である。
【図１２】実施例２の光偏向器を説明するための平面図である。
【図１３】実施例２の光偏向器のシリコン単結晶薄板の作製プロセスを説明する図である。
【図１４】本発明の実施例２の変形例の光偏向器を説明するための斜視図（ａ）、及びトーションスプリングの断面図（ｂ）である。
【図１５】実施例２の変形例の光偏向器のシリコン単結晶薄板の作製プロセスを説明する図である。
【図１６】本発明の実施例３の光偏向器を説明するための斜視図である。
【図１７】実施例３の光偏向器を説明するための分解図（ａ）、及びトーションスプリングの縦断面図（ｂ）である。
【図１８】実施例３の光偏向器を説明するためのトーションスプリングの部分の横断面図である。
【図１９】実施例３の光偏向器のシリコン単結晶薄板の作製プロセスを説明する図である。
【図２０】本発明の実施例３の変形例の光偏向器を説明するための斜視図（ａ）、及びトーションスプリングの断面図（ｂ）である。
【図２１】実施例４の光偏向器の動作原理を説明する概略斜視図である。
【図２２】本発明の実施例５の光走査型ディスプレイを説明する図である。
【図２３】従来の光偏向器を説明するための斜視図である。
【図２４】従来の光偏向器を説明するための分解図である。
【図２５】従来の光偏向器を説明するための断面図である。
【図２６】従来の光偏向器を説明するためのトーションバーの部分の断面図である。
【図２７】従来のハードディスク用ジンバルを説明する上面図である。
【図２８】従来のハードディスク用ジンバルを説明するための断面図である。
【図２９】従来のハードディスク用ジンバルの作製プロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１１０      ガラス基板
１１２      凹み部
１１４、１１６      駆動電極
１２０、６２０、７２０      シリコン単結晶薄板
１２２、１２３、１２４、１２５、１２８、１２９、５２８、５２９、６２８、６２９、７２８、７２９      トーションスプリング（トーションバー）
１２２ａ、１２４ａ、１２８ａ、１２９ａ      トーションスプリングの付け根部の斜面
１３０、３３０、６３０、７３０      ミラー
１３２      ミラー支持部
１５０、７３１、７３２      マスク層
１９０、１９１      開口部
３４１      可動コア
３４２      固定コア
４０１      Ｘ光偏向器
４０２      Ｙ光偏向器
４０５      レーザ発振器
４０７      スクリーン
４０９      コントローラ
４１０      レーザ光線
１０１０      絶縁性基板
１０１４、１０１６      駆動電極
１０２０      シリコン薄板
１０２２、１０２４、２００１、２００２      トーションバー
１０３０、２０１１      ミラー
１０３２      ミラー支持部
２０２０      ジンバル
２０２２、２０２４      ロールトーションバー
２０２６、２０２８      ピッチトーションバー
２０３０      ヘッド支持体
２０３１      支持枠
２０９１      型取り用シリコンウェハー
２０９２      犠牲層
２０９３      ポリシリコン層
２０９４      エポキシ樹脂
２０９５      パッド
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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