JP4003063B2

JP4003063B2 - Mirror device, optical switch, electronic device, and mirror device driving method

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Publication number: JP4003063B2
Application number: JP2002259013A
Authority: JP
Inventors: 正寛藤井; 周史小枝; 龍一黒沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2004101553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
ミラーデバイスを駆動する場合、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動することが課題となっている。
【０００３】
このような課題を解決するため、特開２００１−３１１９００号公報では、ミラーの駆動方向の下面に傾斜面を有する対向電極を設け、当該傾斜面の傾斜方向に溝を設けた光走査装置が提案されている。
【０００４】
すなわち、ミラーデバイスを駆動する駆動力については、例えば、クーロン力によって静電駆動する場合、電極間の距離が近いほど駆動力が増し、電極間の距離が遠いほど駆動力が減る距離依存性を有する。
【０００５】
したがって、上記公報の方式では、傾斜が緩やかな場合には適用可能と思われるが、傾斜角を大きくするほどミラーと対向電極との距離が離れてしまい、より大きな駆動力が必要となり、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動するという課題を適切に解決することはできない。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動することが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るミラーデバイスは、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、前記ミラーと一体的に形成され、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方において前記距離依存性駆動力を発生することによって前記ミラーを駆動することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを有し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で配置され、前記ミラーと一体的に形成され、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部に対して、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部よりも先に前記距離依存性駆動力を付与することによって前記ミラーを段階的に駆動することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るミラーデバイスは、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、
前記距離依存性駆動力が作用するミラー側作用部を有するミラーと、
前記ミラーの駆動方向と交わる方向に配置され、前記ミラーと一体的に形成される少なくとも１つのミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方において前記距離依存性駆動力を発生することによって前記ミラーを駆動することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを有し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーに設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する少なくとも１つのミラー側作用部と、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に配置され、前記ミラーと一体的に形成される少なくとも１つのミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部に対して、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部よりも先に前記距離依存性駆動力を付与することによって前記ミラーを段階的に駆動することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、距離依存性のある駆動力（例えば、クーロン力、電磁気力等）を用いてミラーを駆動する場合に、ミラーから離れた位置にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔を、ミラーから近い位置にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔と比較して狭く形成することにより、ミラーデバイス等は、ミラーから離れた位置にあるミラー側作用部と対向側作用部に対しては、小さな駆動力で駆動力を付与することができる。
【００１６】
そして、ミラーデバイス等は、ミラーから離れた位置にあるミラー側作用部とミラー側作用部に対向する対向側作用部に対して、ミラーから近い位置にあるミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する対向側作用部よりも先に距離依存性駆動力を付与する。
【００１７】
また、ミラーと複数のミラー側作用部とは一体的に形成されているため、ミラーデバイス等は、１つのミラー側作用部を駆動することによって他のミラー側作用部とミラーも駆動することができる。
【００１８】
これにより、ミラーデバイス等は、初期状態で、最もミラーから離れた位置にあるミラー側作用部とミラー側作用部に対向する対向側作用部に距離依存性駆動力を付与することによって、他のミラー側作用部と対向側作用部との間隔を初期状態よりも狭め、ミラーも少し傾けることができる。
【００１９】
さらに、ミラーデバイス等は、２番目にミラーから離れた位置にあるミラー側作用部とミラー側作用部に対向する対向側作用部に距離依存性駆動力を付与することによって、他のミラー側作用部と対向側作用部との間隔をさらに狭め、ミラーもさらに傾けることができる。
【００２０】
このような手順を繰り返すことにより、ミラーデバイス等は、より少ない駆動力でより大きくミラーを駆動し、ミラーの傾斜角度をより大きくすることができる。
【００２１】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記ミラー側作用部は、前記回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置に前記距離依存性駆動力が作用するように、前記回転軸部に設けられていてもよい。
【００２２】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で前記距離依存性駆動力を作用させてもよい。
【００２３】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で距離依存性駆動力を作用させることにより、ミラーを回転駆動することができる。
【００２４】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記回転軸部に対して対向する位置に複数の前記ミラー側作用部が設けられていてもよい。
【００２５】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記回転軸部に対して対向する位置に複数のミラー側作用部が設けられ、
前記ミラーを一方向に傾けさせる場合は、当該一方向側にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与し、前記ミラーを他方向に傾けさせる場合は、当該他方向側にあり、前記一方向側にある複数のミラー側作用部と対向する位置にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与してもよい。
【００２６】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーを正逆両方向に回転駆動するそれぞれの場合において、少ない駆動力でミラーを駆動することが可能となる。
【００２７】
これにより、ミラーデバイス等は、より少ない駆動力でミラーの振れ角をより大きなものとすることが可能となる。
【００２８】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記対向側作用部は、前記ミラー側作用部と対向する位置ごとに設けられ、
前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部ごとに前記距離依存性駆動力を付与してもよい。
【００２９】
これによれば、各ミラー側作用部と対向側作用部との組ごとに距離依存性駆動力を付与することにより、ミラーの振れ角を段階的に制御することが可能となる。
【００３０】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチ、前記電子機器および前記ミラーデバイス駆動方法において、前記距離依存性駆動力はクーロン力であってもよい。
【００３１】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチ、前記電子機器および前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であってもよい。
【００３２】
これによれば、ミラーデバイス等は、クーロン力（静電気力）によって低電圧駆動でもミラーを大きく駆動することができる。また、ミラーデバイス等は、静電駆動方式を採用することにより、ミラーの駆動のために必要となる消費電力と発熱を抑制することができる。
【００３３】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー基板は導電性シリコン基板であってもよい。
【００３４】
これによれば、ミラーデバイス等は、導電性シリコン基板を用いることにより、ミラー基板に電極を用いることなく、静電駆動することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ミラーの傾きによって光路を切り替えるミラーデバイスに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３６】
（第１の実施例）
まず、本実施形態のミラーデバイスの構成について説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態の一例に係るミラー１０の動作状態を示す模式図であり、図１（Ａ）はｔ１時点でのミラー１０の動作状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）はｔ２時点でのミラー１０の動作状態を示す模式図であり、図１（Ｃ）はｔ３時点でのミラー１０の動作状態を示す模式図である。また、図３は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図４は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。また、図５は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【００３８】
図３〜図５に示すように、本実施形態のミラー側基板であるシリコン基板１は、ミラー１０と、ミラー１０を回転可能に支持する回転軸部として機能するヒンジ１９と、ミラー１０の両側に所定間隔で配置され、ヒンジ１９を挟んで対向する位置に１つずつ設けられ、ミラー１０を駆動する８つのミラー側作用部１１〜１８と、共通電極２３とを含んで構成されている。
【００３９】
なお、ミラー１０、ヒンジ１９およびミラー側作用部１１〜１８は、一体的に形成されている。
【００４０】
また、シリコン基板１の下面に陽極接合され、シリコン基板１を支持する支持基板であるガラス基板２は、ミラー側作用部１１〜１８に対向して設けられ、駆動力を発生する対向側作用部として機能する８つの対向側作用部３１〜３８と、対向側作用部３１〜３８に電力を供給するセグメント電極２１、２２と、陽極接合する際にミラー１０がガラス基板２に接合されるのを防ぐための等電位電極２５とを含んで構成されている。
【００４１】
また、シリコン基板１とガラス基板２とを陽極接合する際にはシリコン基板１と等電位電極２５は同電位となるようにミラーデバイスを構成する。なお、等電位電極２５を、ミラー１０を直接駆動する電極として構成してもよい。
【００４２】
また、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８は、いわゆる平行平板静電アクチュエータとして機能する。これにより、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８との間には距離依存性のある（距離が遠くなるほど作用が弱くなる）駆動力の一種であるクーロン力（静電気力）が作用する。
【００４３】
なお、このようなミラーデバイスを実現するための材料としては、例えば、以下のものを適用できる。
【００４４】
例えば、シリコン基板１としては、例えば、シリコンにボロンドープ剤を塗布して導電性を付与したもの等を用い、ガラス基板２としては、例えば、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用い、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１８としては、例えば、シリコン基板１と同材料であってもよく、ミラー１０としてアルミニウム等を用い、ミラー側作用部１１〜１８としてＩＴＯ等の透明電極を用いてもよい。
【００４５】
また、セグメント電極２１、２２、対向側作用部３１〜３８としては、例えば、ＩＴＯ等の透明電極を用いてもよく、共通電極２３としては、例えば、プラチナ等を用いてもよく、等電位電極２５としては、例えば、ＩＴＯ、クロム、金等を用いてもよい。
【００４６】
ガラス基板２側に形成するこれらの電極パターンの材料としてＩＴＯを適用することにより、シリコン基板１とガラス基板２の接合後においても、ガラス基板２の外部から透明な電極（ＩＴＯ）を通してガラス基板２内部のアクチュエータを検査することが可能となる。さらに、この場合ＩＴＯは、酸化物電極であるため、耐久性にも優れるといった利点を有する。
【００４７】
なお、本実施形態のミラーデバイスの製造方法としては、一般的なマイクロマシニング技術を用いて実現でき、例えば、特開平９−１５９９３７号公報に記載された手法を用いてもよい。特に、マイクロマシニング技術を用いることにより、ミラーデバイスを容易に小型化することが可能となる。
【００４８】
次に、本実施形態のミラーデバイスの動作原理について説明する。
【００４９】
ここでは、ミラー１０の回転方向（Ｘ方向）の一方の端部側に設けられたミラー側作用部１３、１４と、ミラー側作用部１３、１４と対向する位置のガラス基板２に設けられた対向側作用部３３、３４への電圧印加とミラー１０の駆動との関係について説明する。
【００５０】
図１（Ａ）に示すように、初期状態である時点ｔ１では、Ｇ１（ミラー側作用部１４と対向側作用部３４との間隔）＜Ｇ２（ミラー側作用部１３と対向側作用部３３との間隔）＜Ｇ３（ミラー１０とガラス基板２との間隔）の関係にある。
【００５１】
すなわち、本実施の形態のミラーデバイスは、ミラー１０から離れた位置にあるミラー側作用部１４と対向側作用部３４との間隔を、ミラー１０から近い位置にあるミラー側作用部１３と対向側作用部３４との間隔と比較して狭く形成している。他のミラー側作用部１１、１２、１５〜１８および他の対向側作用部３１、３２、３５〜３８についても同様である。
【００５２】
また、図１（Ａ）に示すように、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー１０とガラス基板２との間隔を広く設定している。これにより、ミラー１０をより大きく回転駆動することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８およびすべての対向側作用部３１〜３８を、ミラー１０の回転軌跡とは異なる位置に配置しているため、ミラー１０の回転を妨げずにミラー１０を回転駆動することができる。
【００５４】
また、初期状態では、すべてのミラー側作用部１１〜１８およびすべての対向側作用部３１〜３８は、電圧が印加されていない０Ｖになっている。
【００５５】
そして、駆動開始直後の時点ｔ２では、セグメント電極２１、２２は、ミラー１０から離れた位置にあり、かつ、駆動方向（Ｘ方向）側にあるミラー側作用部１１〜１４の対向位置にある対向側作用部３１〜３４に１０Ｖの電圧を印加する。
【００５６】
これにより、例えば、ミラー側作用部１４と対向側作用部３４の間に１０Ｖの電位差が生じ、クーロン力により、ミラー側作用部１４が対向側作用部３４に引きつけられる力（クーロン力）が生じる。
【００５７】
これにより、図１（Ｂ）に示すように、ヒンジ１９がねじられるため、ヒンジ１９と一体的に形成されたミラー１０およびミラー側作用部１１〜１４は駆動方向側に少し傾く。例えば、ミラー側作用部１４と対向側作用部３４の間隔は０になり、ミラー側作用部１３と対向側作用部３３の間隔はＧ４となり、ミラー１０とガラス基板２との間隔はＧ５となる。なお、Ｇ４＜Ｇ２、Ｇ５＜Ｇ３である。
【００５８】
さらに、時点ｔ２後の時点ｔ３において、対向側作用部３１〜３４に１０Ｖの電圧を印加した状態では、ミラー１０から近い位置にあり、かつ、駆動方向側にあるミラー側作用部１２、１３の対向位置にある対向側作用部３２、３３に１０Ｖの電圧が印加された状態になる。
【００５９】
これにより、図１（Ｃ）に示すように、さらにヒンジ１９がねじられるため、ヒンジ１９と一体的に形成されたミラー１０およびミラー側作用部１１〜１４は駆動方向側にさらに傾く。例えば、ミラー側作用部１４と対向側作用部３４の間隔は０のままであり、ミラー側作用部１３と対向側作用部３３の間隔も０となる。
【００６０】
また、ミラー１０は、ガラス基板２の上の等電位電極２５に一端が当接し、ミラー１０とガラス基板２との間隔はＧ５となる。なお、Ｇ６＜Ｇ５＜Ｇ３である。
【００６１】
ここで、初期状態から図１（Ｂ）に示す状態となるまでの過程について、さらに詳細に説明する。
【００６２】
図２は、本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図であり、図２（Ａ）はｔ１時点でのミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図であり、図２（Ｂ）はｔ１時点からｔ２時点の間の時点でのミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図であり、図２（Ｃ）はｔ２時点でのミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図である。
【００６３】
時点ｔ１では、図２（Ａ）に示すように、ミラー側作用部１４と対向側作用部３４は共に０Ｖで同電位とされ、初期状態にある。
【００６４】
次に、ミラー側作用部１４を１０Ｖとして、対向側作用部３４との間に１０Ｖの電位差を発生させると、ミラー側作用部１４のヒンジ１９から遠い位置の部位が対向側作用部３４に当接して図２（Ｂ）に示す状態となる。このとき、ヒンジ１９がねじられ、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１４は駆動方向へ回転してわずかに傾く。
【００６５】
さらに、１０Ｖの同じ電圧が印加された状態で、ミラー側作用部１４の全体が対向側作用部３４に吸引され、ミラー側作用部１４の全面が対向側作用部３４に当接し、間隔はＧ１から０となる。この結果、ミラー側作用部１４等の状態は、時点ｔ２での状態を示す図２（Ｃ）のようになる。また、このとき、さらにヒンジ１９はねじられ、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１４は駆動方向へ回転して少し傾く。
【００６６】
同様に、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示す時点ｔ２から時点ｔ３においても、ミラーデバイスは、同様の遷移過程を適用することにより、上述した動作による状態を同一電圧で連動して実現でき、ミラー１０をより低い駆動電圧で、より大きな回転角度をもって、かつ、正確な角度で動作可能とすることができる。なお、時点ｔ３以降、ミラーデバイスは、例えば、再びミラー側作用部１４と対向側作用部３４を共に０Ｖで同電位とすることにより、初期状態に復帰させることができることは言うまでもない。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、ミラー１０と一体的に形成され、ミラー１０から離れた位置にあるミラー側作用部１１、１４、１５、１８と対向側作用部３１、３４、３５、３８との間隔を、ミラー１０から近い位置にあるミラー側作用部１２、１３、１６、１７と対向側作用部３２、３３、３６、３７との間隔と比較して狭く形成することにより、より少ない駆動力でより大きなミラー１０の振れ角を実現することができる。
【００６８】
すなわち、初期状態では、ミラー１０とガラス基板２との間隔は広く、そのままミラー１０を傾けるためには大きな駆動力が必要となるが、段差を設け、間隔が狭い電極から徐々に駆動するようにすることにより、徐々にミラー１０とガラス基板２との間隔や電極間の間隔を狭めていくことができる。
【００６９】
また、ミラー１０とミラー側作用部１１〜１８とはヒンジ１９によって接合されているため、ミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８をミラー１０の外側から順に静電駆動することにより、徐々にヒンジ１９をねじり、ミラー１０を徐々に回転することができる。
【００７０】
また、このような構成を採用することにより、設計上、ミラー１０とガラス基板２との間隔を広く設定することができる。
【００７１】
したがって、より少ない駆動力でより大きなミラー１０の振れ角を実現することができる。
【００７２】
また、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８の組ごとに独立してクーロン力を付与するようにすれば、ミラー１０の振れ角を段階的に制御することが可能となる。
【００７３】
また、ミラーデバイスは、クーロン力を用いてミラー１０等を静電駆動するため、消費電力と発熱を低減することができる。
【００７４】
また、ミラー基板を導電性のシリコン基板１として形成することにより、ミラー１０やミラー側作用部１１〜１８に電極を設ける必要はないため、より容易にミラーデバイスを製造することができる上、消費電力と発熱をより低減することができる。
【００７５】
（第２の実施例）
なお、本発明は、第１の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第１の実施例では、ミラー１０およびミラー１０の対向位置に等電位電極２５を設けているが、ミラー１０およびミラー１０の対向位置にミラー１０動作用の電極を設けてもよい。
【００７６】
図６は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。また、図７は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【００７７】
本実施例では、ミラー１０の駆動方向（Ｘ方向およびＸ方向の逆方向）の端部のそれぞれに対向側作用部３９、４０を設けている。
【００７８】
ミラー１０を一方向（例えば、図６に示すＸ方向）に傾ける場合は、まず、対向側作用部３１、３４に電圧を印加し、次に、対向側作用部３２、３３に電圧を印加し、最後に、対向側作用部３９に電圧を印加することにより、ミラー１０を一方向に傾けることができる。
【００７９】
また、ミラー１０を他方向（例えば、図６に示すＸ方向の逆方向）に傾ける場合は、まず、対向側作用部３５、３８に電圧を印加し、次に、対向側作用部３６、３７に電圧を印加し、最後に、対向側作用部４０に電圧を印加することにより、ミラー１０を他方向に傾けることができる。
【００８０】
このように、ミラー１０の対向位置に対向側作用部３９、４０を設けた場合であってもミラー１０を段階的に駆動することにより、より少ない駆動力でより大きなミラー１０の振れ角を得ることができる。
【００８１】
（変形例）
また、本発明の適用は、上述した第１および第２の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、上述した実施例では、ミラー１０の両側に静電アクチュエータを設けたが、ミラー１０の片側を固定し、他の片側に静電アクチュエータを設けてもよい。この場合、当該静電アクチュエータの対向位置にのみ電極を設け、当該静電アクチュエータのない片側の対向位置には電極を設ける必要はない。
【００８３】
また、例えば、上述した実施例では、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１８としてシリコン基板１と同材料のものを用いたが、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１８のそれぞれに電極を設け、対向側の対向側作用部３１〜４０ではなく、当該電極に電圧を印加し、電位差を長じさせ、ミラー側作用部１１〜１８で距離依存性駆動力を発生することにより、上述した段階的な駆動を行ってもよい。
【００８４】
また、電位差は、＋１０Ｖだけでなく、＋２０Ｖ、−１０Ｖ等の種々の電位差を適用可能である。
【００８５】
また、上述した実施例では、距離依存性のある駆動力としてクーロン力を用いたが、例えば、電磁気力等を用いてもよい。
【００８６】
また、本発明に係るミラーデバイスは、ミラーの傾きによって光路を切り替える光スイッチのほか、ルータ、プロジェクタ等の種々の電子機器に実装することが可能である。
【００８７】
さらに、上述した実施例ではいわゆる平行平板の静電アクチュエータ方式を採用したが、シリコン基板１側およびガラス基板２側の少なくとも一方に傾きを設けてもよく、電極の配置されるガラス基板２を階段状ではなく、ミラー１０の位置が最も深い逆Ｖ字型に形成してもよい。
【００８８】
また、上述した実施例では、図１（Ａ）に示すように、２段構成であったが、３段以上の構成としたり、１段構成としてもよい。
【００８９】
また、上述した実施例では、ミラー側作用部１１〜１８をミラー１０の回転方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に配置したが、例えば、ミラー１０の対角線方向等に設けてもよい。
【００９０】
さらに、ミラーの駆動方法は、上述した１軸の回転駆動に限定されず、種々の駆動方法に対して本発明を適用可能である。
【００９１】
例えば、矩形のミラーを手前奥方向と左右方向の２軸で回転駆動する場合、ミラーの外側の対角線方向に所定間隔でミラー側作用部と対向側作用部を設ければよい。
【００９２】
そして、ミラーを手前側に傾ける場合は、左手前位置および右手前位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを奥側に傾ける場合は、左奥位置および右奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを左側に傾ける場合は、左手前位置および左奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを右側に傾ける場合は、右手前位置および右奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動することにより、ミラーを２軸で回転駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示すＹＺ平面での部分断面図であり、図１（Ａ）はｔ１時点でのミラーの動作状態を示すＹＺ平面での部分断面図であり、図１（Ｂ）はｔ２時点でのミラーの動作状態を示すＹＺ平面での部分断面図であり、図１（Ｃ）はｔ３時点でのミラーの動作状態を示すＹＺ平面での部分断面図である。
【図２】本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図であり、図２（Ａ）はｔ１時点でのミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図であり、図２（Ｂ）はｔ１時点からｔ２時点の間の時点でのミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図であり、図２（Ｃ）はｔ２時点でのミラーの動作状態を示すＸＺ平面での部分断面図である。
【図３】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図４】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【図５】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【図６】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【図７】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【符号の説明】
１シリコン基板（ミラー基板）、２ガラス基板（支持基板）
１０ミラー、１１〜１８ミラー側作用部
１９ヒンジ（回転軸部）、２１、２２セグメント電極
２３共通電極、２５等電位電極、３１〜４０対向側作用部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mirror device, an optical switch, an electronic apparatus, and a mirror device driving method.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
When driving a mirror device, it is an issue to drive the mirror larger with less driving force.
[0003]
In order to solve such problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-311900 proposes an optical scanning device in which a counter electrode having an inclined surface is provided on the lower surface in the mirror driving direction, and a groove is provided in the inclined direction of the inclined surface. Has been.
[0004]
That is, for the driving force for driving the mirror device, for example, in the case of electrostatic driving by Coulomb force, the driving force increases as the distance between the electrodes is shorter, and the driving force decreases as the distance between the electrodes is longer. Have.
[0005]
Therefore, the method of the above publication seems to be applicable when the inclination is gentle. However, as the inclination angle is increased, the distance between the mirror and the counter electrode is increased, and a larger driving force is required, which is less. The problem of driving the mirror more greatly with the driving force cannot be solved appropriately.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a mirror device, an optical switch, an electronic apparatus, and a mirror device driving method capable of driving a mirror larger with a smaller driving force. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a mirror device according to the present invention is a mirror device having a mirror substrate having a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force and a support substrate for supporting the mirror substrate.
The mirror substrate is disposed at a predetermined interval in a direction intersecting with the driving direction of the mirror, and is formed integrally with the mirror, and has a plurality of mirror side action portions on which the distance-dependent driving force acts,
The support substrate has a plurality of opposing side action portions on which the distance-dependent driving force acts between the mirror side action portions,
The distance between the mirror-side action part and the opposite-side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror-side action part and the opposite-side action part located closer to the mirror. And driving the mirror by generating the distance-dependent driving force in at least one of the mirror side action part and the counter side action part.
[0008]
An optical switch according to the present invention includes the mirror device, and switches an optical path by driving the mirror.
[0009]
According to another aspect of the invention, an electronic apparatus includes the mirror device.
[0010]
Further, the mirror device driving method according to the present invention is arranged at a predetermined interval in a direction intersecting with the driving direction of the mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, and is integrally formed with the mirror, and the distance-dependent driving method. Mirror device driving method for driving a mirror device having a plurality of mirror side action portions on which a sexual driving force acts and a plurality of opposite side action portions on which the distance-dependent driving force acts between the mirror side action portions In
The distance between the mirror side action part and the counter side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. Formed,
The mirror-side action part and the mirror-side action part that are close to the mirror with respect to the mirror-side action part that is located away from the mirror and the counter-side action part that faces the mirror-side action part. The mirror is driven in a stepwise manner by applying the distance-dependent driving force before the opposing action portion facing each other.
[0011]
Further, the mirror device according to the present invention is a mirror device having a mirror substrate having a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, and a support substrate for supporting the mirror substrate.
The mirror substrate is
A mirror having a mirror side action portion on which the distance-dependent driving force acts;
Having at least one mirror side action part formed in a direction intersecting with the driving direction of the mirror and formed integrally with the mirror;
The support substrate has a plurality of opposing side action portions on which the distance-dependent driving force acts between the mirror side action portions,
The distance between the mirror-side action part and the opposite-side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror-side action part and the opposite-side action part located closer to the mirror. And driving the mirror by generating the distance-dependent driving force in at least one of the mirror side action part and the counter side action part.
[0012]
An optical switch according to the present invention includes the mirror device, and switches an optical path by driving the mirror.
[0013]
According to another aspect of the invention, an electronic apparatus includes the mirror device.
[0014]
Further, the mirror device driving method according to the present invention is provided in a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, and at least one mirror-side action unit on which the distance-dependent driving force acts, and driving of the mirror A plurality of opposite-side action portions on which the distance-dependent driving force acts between at least one mirror-side action portion that is disposed in a direction intersecting with the direction and formed integrally with the mirror, and the mirror-side action portion In a mirror device driving method for driving a mirror device having
The distance between the mirror side action part and the counter side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. Formed,
The mirror-side action part and the mirror-side action part that are close to the mirror with respect to the mirror-side action part that is located away from the mirror and the counter-side action part that faces the mirror-side action part. The mirror is driven in a stepwise manner by applying the distance-dependent driving force before the opposing action portion facing each other.
[0015]
According to the present invention, when a mirror is driven using a distance-dependent driving force (for example, Coulomb force, electromagnetic force, etc.), the mirror side action part and the opposite side action part located at a position away from the mirror The mirror device or the like is opposed to the mirror side action part located away from the mirror by forming the gap between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. A driving force can be applied to the side action portion with a small driving force.
[0016]
The mirror device or the like includes a mirror-side action part located at a position away from the mirror and a counter-side action part facing the mirror-side action part. The distance-dependent driving force is applied prior to the opposite-side action portion that faces the surface.
[0017]
In addition, since the mirror and the plurality of mirror side action parts are integrally formed, a mirror device or the like can drive one mirror side action part to drive other mirror side action parts and mirrors. it can.
[0018]
Thereby, in the initial state, the mirror device or the like gives another distance-dependent driving force to the mirror-side action portion that is farthest from the mirror and the opposite-side action portion that faces the mirror-side action portion. The distance between the mirror side action part and the counter side action part can be made narrower than the initial state, and the mirror can be tilted slightly.
[0019]
Further, the mirror device or the like can be applied to other mirror side action by applying a distance-dependent driving force to the mirror side action part that is second from the mirror and the opposite side action part that faces the mirror side action part. The distance between the part and the opposite side action part can be further narrowed, and the mirror can be further tilted.
[0020]
By repeating such a procedure, the mirror device or the like can drive the mirror larger with a smaller driving force, and increase the tilt angle of the mirror.
[0021]
Further, in the mirror device, the optical switch, and the electronic device, the mirror substrate is formed integrally with the mirror, and has a rotating shaft portion that rotatably supports the mirror,
The mirror side action portion may be provided on the rotation shaft portion so that the distance-dependent driving force acts at a position shifted from the rotation shaft portion in an end portion direction on the rotation direction side of the mirror. .
[0022]
Further, in the mirror device driving method, the distance-dependent driving is performed at a position that is integrally formed with the mirror and deviates from a rotating shaft portion that rotatably supports the mirror toward an end portion on the rotation direction side of the mirror. A force may be applied.
[0023]
According to this, the mirror device or the like can rotationally drive the mirror by applying the distance-dependent driving force at a position shifted in the direction of the end of the mirror in the rotational direction.
[0024]
In the mirror device, the optical switch, and the electronic device, a plurality of the mirror side action portions may be provided at positions facing the rotation shaft portion.
[0025]
Further, in the mirror device driving method, a plurality of mirror side action portions are provided at positions facing the rotation shaft portion,
When the mirror is tilted in one direction, the distance-dependent driving force is applied between a plurality of mirror side action parts on the one direction side and the opposite side action part facing the mirror side action part. When tilting the mirror in the other direction, the mirror side action part and the mirror side action part that are on the other direction side and are opposed to the plurality of mirror side action parts on the one direction side The distance-dependent driving force may be applied between the opposing action portions facing each other.
[0026]
According to this, the mirror device or the like can drive the mirror with a small driving force in each case where the mirror is rotationally driven in both forward and reverse directions.
[0027]
As a result, the mirror device or the like can increase the mirror deflection angle with a smaller driving force.
[0028]
Further, in the mirror device driving method, the facing side action part is provided for each position facing the mirror side action part,
The distance-dependent driving force may be applied to each of the mirror-side action part and the opposite-side action part facing the mirror-side action part.
[0029]
According to this, it becomes possible to control the deflection angle of the mirror stepwise by applying a distance-dependent driving force to each pair of the mirror side action part and the opposite side action part.
[0030]
In the mirror device, the optical switch, the electronic device, and the mirror device driving method, the distance-dependent driving force may be a Coulomb force.
[0031]
In the mirror device, the optical switch, the electronic device, and the mirror device driving method, at least one of the mirror side action part and the counter side action part may be an electrode.
[0032]
According to this, the mirror device or the like can greatly drive the mirror even by low voltage driving by Coulomb force (electrostatic force). Further, the mirror device and the like can suppress power consumption and heat generation required for driving the mirror by adopting an electrostatic drive system.
[0033]
In the mirror device, the optical switch, and the electronic device, the mirror substrate may be a conductive silicon substrate.
[0034]
According to this, a mirror device or the like can be electrostatically driven without using an electrode on the mirror substrate by using a conductive silicon substrate.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a case where the present invention is applied to a mirror device that switches an optical path by tilting a mirror will be described as an example with reference to the drawings. In addition, the embodiment shown below does not limit the content of the invention described in the claim at all. In addition, all of the configurations shown in the following embodiments are not necessarily essential as means for solving the problems described in the claims.
[0036]
(First embodiment)
First, the configuration of the mirror device of this embodiment will be described.
[0037]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an operation state of a mirror 10 according to an example of the present embodiment, and FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an operation state of the mirror 10 at a time point t1, and FIG. FIG. 1C is a schematic diagram showing the operating state of the mirror 10 at time t2, and FIG. 1C is a schematic diagram showing the operating state of the mirror 10 at time t3. FIG. 3 is a perspective view of a mirror device according to an example of this embodiment. FIG. 4 is an exploded perspective view of a mirror device according to an example of this embodiment. FIG. 5 is a plan view of a mirror device according to an example of this embodiment.
[0038]
As shown in FIGS. 3 to 5, the silicon substrate 1 that is the mirror side substrate of the present embodiment includes a mirror 10, a hinge 19 that functions as a rotation shaft portion that rotatably supports the mirror 10, and both sides of the mirror 10. Are arranged at predetermined intervals, one at a position facing each other across the hinge 19, and includes eight mirror side action portions 11 to 18 that drive the mirror 10 and a common electrode 23.
[0039]
In addition, the mirror 10, the hinge 19, and the mirror side action parts 11-18 are integrally formed.
[0040]
Further, a glass substrate 2 that is anodically bonded to the lower surface of the silicon substrate 1 and supports the silicon substrate 1 is provided to face the mirror side action parts 11 to 18 and generates a driving force. The eight opposing side action parts 31 to 38 that function as the segment electrodes 21 and 22 that supply power to the opposite side action parts 31 to 38, and the mirror 10 is joined to the glass substrate 2 when anodic bonding is performed. And an equipotential electrode 25 for prevention.
[0041]
Further, when the silicon substrate 1 and the glass substrate 2 are anodically bonded, the mirror device is configured so that the silicon substrate 1 and the equipotential electrode 25 have the same potential. The equipotential electrode 25 may be configured as an electrode that directly drives the mirror 10.
[0042]
Moreover, the mirror side action parts 11-18 and the opposing side action parts 31-38 function as what is called a parallel plate electrostatic actuator. As a result, the Coulomb force (electrostatic force), which is a kind of driving force that is distance-dependent between the mirror side action parts 11 to 18 and the opposite side action parts 31 to 38 (the action becomes weaker as the distance increases). Act.
[0043]
As materials for realizing such a mirror device, for example, the following can be applied.
[0044]
For example, as the silicon substrate 1, for example, a silicon substrate coated with a boron dopant is used, and as the glass substrate 2, for example, sodium borosilicate glass or the like is used. As the parts 11 to 18, for example, the same material as that of the silicon substrate 1 may be used, aluminum or the like may be used as the mirror 10, and transparent electrodes such as ITO may be used as the mirror side action parts 11 to 18.
[0045]
In addition, as the segment electrodes 21 and 22 and the opposing side action portions 31 to 38, for example, a transparent electrode such as ITO may be used, and as the common electrode 23, for example, platinum or the like may be used. As 25, for example, ITO, chromium, gold, or the like may be used.
[0046]
By applying ITO as a material of these electrode patterns formed on the glass substrate 2 side, the glass substrate 2 is passed through the transparent electrode (ITO) from the outside of the glass substrate 2 even after the silicon substrate 1 and the glass substrate 2 are joined. It is possible to inspect the internal actuator. Further, in this case, since ITO is an oxide electrode, it has an advantage of excellent durability.
[0047]
In addition, as a manufacturing method of the mirror device of this embodiment, it can implement | achieve using a general micromachining technique, For example, you may use the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 9-159937. In particular, by using micromachining technology, the mirror device can be easily downsized.
[0048]
Next, the operation principle of the mirror device of this embodiment will be described.
[0049]
Here, the mirror side action parts 13 and 14 provided on one end side in the rotation direction (X direction) of the mirror 10 and the glass substrate 2 at a position facing the mirror side action parts 13 and 14 are provided. The relationship between the voltage application to the opposing action parts 33 and 34 and the driving of the mirror 10 will be described.
[0050]
As shown in FIG. 1A, at the time point t1 which is the initial state, G1 (the distance between the mirror side action part 14 and the counter side action part 34) <G2 (the mirror side action part 13 and the counter side action part 33) ) <G3 (the distance between the mirror 10 and the glass substrate 2).
[0051]
That is, in the mirror device of the present embodiment, the distance between the mirror side action part 14 and the counter side action part 34 located at a position away from the mirror 10 is set to be opposite to the mirror side action part 13 located near the mirror 10. It is formed narrower than the distance from the action part 34. The same applies to the other mirror side action parts 11, 12, 15 to 18 and the other counter side action parts 31, 32, 35 to 38.
[0052]
Further, as shown in FIG. 1A, in the mirror device of the present embodiment, the distance between the mirror 10 and the glass substrate 2 is set wide. Thereby, the mirror 10 can be rotationally driven more greatly.
[0053]
Furthermore, since the mirror device of this embodiment arrange | positions the mirror side action parts 11-18 and all the opposing side action parts 31-38 in the position different from the rotation locus | trajectory of the mirror 10, rotation of the mirror 10 is carried out. The mirror 10 can be rotationally driven without hindering.
[0054]
Moreover, in the initial state, all the mirror side action parts 11-18 and all the opposing side action parts 31-38 are 0V in which the voltage is not applied.
[0055]
Then, at the time t2 immediately after the start of driving, the segment electrodes 21 and 22 are located away from the mirror 10 and are opposed to the mirror-side action portions 11 to 14 on the driving direction (X direction) side. A voltage of 10 V is applied to the side action parts 31-34.
[0056]
Thereby, for example, a potential difference of 10 V is generated between the mirror side action part 14 and the opposite side action part 34, and a force (Coulomb force) that causes the mirror side action part 14 to be attracted to the opposite side action part 34 is generated by the Coulomb force. .
[0057]
As a result, as shown in FIG. 1B, the hinge 19 is twisted, so that the mirror 10 and the mirror side action portions 11 to 14 formed integrally with the hinge 19 are slightly inclined toward the driving direction. For example, the distance between the mirror side action part 14 and the opposite side action part 34 is 0, the distance between the mirror side action part 13 and the opposite side action part 33 is G4, and the distance between the mirror 10 and the glass substrate 2 is G5. . Note that G4 <G2 and G5 <G3.
[0058]
Further, at a time t3 after the time t2, in a state where a voltage of 10 V is applied to the opposing action parts 31 to 34, the mirror action parts 12 and 13 located near the mirror 10 and on the driving direction side A voltage of 10 V is applied to the opposing action portions 32 and 33 at the opposing positions.
[0059]
As a result, as shown in FIG. 1C, the hinge 19 is further twisted, so that the mirror 10 and the mirror side action portions 11 to 14 formed integrally with the hinge 19 are further inclined toward the driving direction. For example, the distance between the mirror side action part 14 and the opposite side action part 34 remains 0, and the distance between the mirror side action part 13 and the opposite side action part 33 is also zero.
[0060]
Further, one end of the mirror 10 abuts on the equipotential electrode 25 on the glass substrate 2, and the distance between the mirror 10 and the glass substrate 2 is G5. Note that G6 <G5 <G3.
[0061]
Here, the process from the initial state to the state shown in FIG. 1B will be described in more detail.
[0062]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view in the XZ plane showing the operation state of the mirror according to an example of this embodiment, and FIG. 2A is a partial cross-sectional view in the XZ plane showing the operation state of the mirror at time t1. FIG. 2B is a partial cross-sectional view on the XZ plane showing the operation state of the mirror between time t1 and time t2, and FIG. 2C is the operation state of the mirror at time t2. It is a fragmentary sectional view in the XZ plane which shows.
[0063]
At time t1, as shown in FIG. 2A, both the mirror-side action part 14 and the opposite-side action part 34 are set to the same potential at 0 V and are in the initial state.
[0064]
Next, when the mirror side action part 14 is set to 10 V and a potential difference of 10 V is generated between the mirror side action part 14 and the opposite side action part 34, the part far from the hinge 19 of the mirror side action part 14 contacts the opposite side action part 34. The state shown in FIG. At this time, the hinge 19 is twisted, and the mirror 10 and the mirror side action portions 11 to 14 are rotated in the driving direction and slightly tilted.
[0065]
Further, in the state where the same voltage of 10 V is applied, the entire mirror side action part 14 is sucked by the opposite side action part 34, the entire surface of the mirror side action part 14 contacts the opposite side action part 34, and the interval is G1. To 0. As a result, the state of the mirror side action portion 14 and the like is as shown in FIG. 2C showing the state at the time point t2. At this time, the hinge 19 is further twisted, and the mirror 10 and the mirror side action portions 11 to 14 are rotated in the driving direction and slightly tilted.
[0066]
Similarly, from time t2 to time t3 shown in FIG. 1B and FIG. 1C, the mirror device applies the same transition process, thereby interlocking the state of the above-described operation with the same voltage. The mirror 10 can be operated with a lower driving voltage, a larger rotation angle, and an accurate angle. Needless to say, after the time point t3, the mirror device can be returned to the initial state, for example, by setting both the mirror side action part 14 and the opposite side action part 34 to the same potential at 0 V again.
[0067]
As described above, according to the present embodiment, the mirror side action portions 11, 14, 15, 18 and the opposite side action portions 31, 34, 35 that are formed integrally with the mirror 10 and are located away from the mirror 10. , 38 is formed to be narrower than the distance between the mirror side action parts 12, 13, 16, 17 and the opposite side action parts 32, 33, 36, 37 located near the mirror 10, A larger deflection angle of the mirror 10 can be realized with a smaller driving force.
[0068]
That is, in the initial state, the distance between the mirror 10 and the glass substrate 2 is wide, and a large driving force is required to tilt the mirror 10 as it is. By doing so, the space | interval of the mirror 10 and the glass substrate 2 and the space | interval between electrodes can be narrowed gradually.
[0069]
Moreover, since the mirror 10 and the mirror side action parts 11-18 are joined by the hinge 19, the mirror device is gradually driven by electrostatically driving the mirror side action parts 11-18 sequentially from the outside of the mirror 10. The mirror 19 can be gradually rotated by twisting the hinge 19.
[0070]
In addition, by adopting such a configuration, the distance between the mirror 10 and the glass substrate 2 can be set wide in design.
[0071]
Therefore, a larger deflection angle of the mirror 10 can be realized with a smaller driving force.
[0072]
In addition, the mirror device of the present embodiment provides a stepwise change in the swing angle of the mirror 10 by applying a Coulomb force independently for each set of the mirror side action parts 11 to 18 and the counter side action parts 31 to 38. It becomes possible to control to.
[0073]
Further, since the mirror device electrostatically drives the mirror 10 and the like using Coulomb force, power consumption and heat generation can be reduced.
[0074]
In addition, since the mirror substrate is formed as the conductive silicon substrate 1, it is not necessary to provide electrodes on the mirror 10 or the mirror side action portions 11 to 18, so that the mirror device can be manufactured more easily and consumed. Electric power and heat generation can be further reduced.
[0075]
(Second embodiment)
The present invention is not limited to the first embodiment, and various modifications can be made. For example, in the first embodiment, the equipotential electrode 25 is provided at a position opposite to the mirror 10 and the mirror 10, but an electrode for operating the mirror 10 may be provided at a position opposite to the mirror 10 and the mirror 10.
[0076]
FIG. 6 is an exploded perspective view of a mirror device according to another example of the present embodiment. FIG. 7 is a plan view of a mirror device according to another example of the present embodiment.
[0077]
In the present embodiment, opposing side action portions 39 and 40 are provided at the ends of the mirror 10 in the driving direction (the X direction and the opposite direction of the X direction), respectively.
[0078]
When the mirror 10 is tilted in one direction (for example, the X direction shown in FIG. 6), first, a voltage is applied to the opposing action portions 31 and 34, and then a voltage is applied to the opposing action portions 32 and 33. Finally, the mirror 10 can be tilted in one direction by applying a voltage to the opposing side action part 39.
[0079]
When the mirror 10 is tilted in another direction (for example, the opposite direction to the X direction shown in FIG. 6), first, a voltage is applied to the opposing action parts 35 and 38, and then the opposing action parts 36 and 37. The mirror 10 can be tilted in the other direction by applying a voltage to the opposite side and finally applying a voltage to the opposite side action unit 40.
[0080]
As described above, even when the opposing side action portions 39 and 40 are provided at the opposing positions of the mirror 10, the mirror 10 is driven stepwise to obtain a larger deflection angle of the mirror 10 with less driving force. be able to.
[0081]
(Modification)
The application of the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and various modifications are possible.
[0082]
For example, in the above-described embodiment, the electrostatic actuator is provided on both sides of the mirror 10, but one side of the mirror 10 may be fixed and the electrostatic actuator may be provided on the other side. In this case, it is not necessary to provide an electrode only at the opposing position of the electrostatic actuator and to provide an electrode at the opposing position on one side without the electrostatic actuator.
[0083]
Further, for example, in the above-described embodiment, the mirror 10 and the mirror side action portions 11 to 18 are made of the same material as the silicon substrate 1, but electrodes are provided on each of the mirror 10 and the mirror side action portions 11 to 18. The steps described above are performed by applying a voltage to the electrodes instead of the opposed-side acting portions 31 to 40 on the opposite side, increasing the potential difference, and generating a distance-dependent driving force at the mirror-side acting portions 11 to 18. Driving may be performed.
[0084]
Further, as the potential difference, not only + 10V but also various potential differences such as + 20V and −10V can be applied.
[0085]
In the above-described embodiments, the Coulomb force is used as the distance-dependent driving force. However, for example, an electromagnetic force or the like may be used.
[0086]
The mirror device according to the present invention can be mounted on various electronic devices such as a router and a projector, in addition to an optical switch that switches an optical path according to the tilt of the mirror.
[0087]
Furthermore, in the above-described embodiment, a so-called parallel plate electrostatic actuator method is employed, but at least one of the silicon substrate 1 side and the glass substrate 2 side may be provided with an inclination, and the glass substrate 2 on which the electrodes are arranged is stepped. Instead of the shape, the mirror 10 may be formed in an inverted V shape where the position of the mirror 10 is deepest.
[0088]
In the above-described embodiment, the two-stage configuration is used as shown in FIG. 1A. However, a three-stage configuration or a one-stage configuration may be used.
[0089]
In the above-described embodiment, the mirror side action portions 11 to 18 are arranged in the direction (Y direction) orthogonal to the rotation direction (X direction) of the mirror 10, but may be provided in the diagonal direction of the mirror 10, for example. Good.
[0090]
Furthermore, the mirror driving method is not limited to the above-described single-axis rotation driving, and the present invention can be applied to various driving methods.
[0091]
For example, when a rectangular mirror is rotationally driven with two axes in the front-rear direction and the left-right direction, a mirror-side action part and a counter-side action part may be provided at predetermined intervals in the diagonal direction outside the mirror.
[0092]
When the mirror is tilted to the near side, the mirror side action part and the counter action part at the left and right front positions are electrostatically driven, and when the mirror is tilted to the back side, the left and right back positions are When the mirror-side action part and the opposite-side action part in the position are electrostatically driven, and the mirror is tilted to the left side, the mirror-side action part and the opposite-side action part at the left front position and the left back position are electrostatically driven, When the mirror is tilted to the right, the mirror can be driven to rotate about two axes by electrostatically driving the mirror side action part and the opposite side action part at the right front position and the right back position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view on a YZ plane showing an operation state of a mirror according to an example of this embodiment, and FIG. 1 (A) is a partial cross-sectional view on a YZ plane showing an operation state of the mirror at time t1. FIG. 1B is a partial cross-sectional view on the YZ plane showing the operation state of the mirror at the time t2, and FIG. 1C is a portion on the YZ plane showing the operation state of the mirror at the time t3. It is sectional drawing.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view on the XZ plane showing the operation state of the mirror according to an example of the present embodiment, and FIG. 2 (A) is a partial cross-sectional view on the XZ plane showing the operation state of the mirror at time t1. FIG. 2B is a partial cross-sectional view on the XZ plane showing the operation state of the mirror between time t1 and time t2, and FIG. 2C is the operation state of the mirror at time t2. It is a fragmentary sectional view in the XZ plane which shows.
FIG. 3 is a perspective view of a mirror device according to an example of the present embodiment.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a mirror device according to an example of the present embodiment.
FIG. 5 is a plan view of a mirror device according to an example of the present embodiment.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a mirror device according to another example of the present embodiment.
FIG. 7 is a plan view of a mirror device according to another example of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Silicon substrate (mirror substrate), 2 Glass substrate (support substrate)
10 mirror, 11-18 mirror side action part
19 Hinge (rotating shaft), 21, 22 Segment electrode
23 common electrode, 25 equipotential electrode, 31-40 opposite side action part

Claims

In a mirror device having a mirror substrate having a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, and a support substrate for supporting the mirror substrate,
The mirror substrate,
A plurality of mirror side action portions that are arranged at predetermined intervals in a direction intersecting with the drive direction of the mirror, are formed integrally with the mirror, and the distance-dependent drive force acts ;
A rotating shaft portion that rotatably supports the mirror;
Have
Said support substrate,
A plurality of opposing side action parts on which the distance-dependent driving force acts between the mirror side action parts ;
A driving unit for generating the distance-dependent driving force;
Have
The distance between the mirror side action part and the counter side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. Formed ,
The drive unit includes the mirror-side action unit located near the mirror and the mirror-side action unit facing the mirror-side action unit and the mirror-side action unit located away from the mirror. A mirror device that drives the mirror in a stepwise manner by applying the distance-dependent driving force prior to the facing-side acting portion that faces the mirror-side acting portion .

In a mirror device having a mirror substrate having a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, and a support substrate for supporting the mirror substrate,
The mirror substrate is
A mirror having a mirror side action portion on which the distance-dependent driving force acts;
At least one mirror side action part that is disposed in a direction intersecting with the driving direction of the mirror and is formed integrally with the mirror ;
A rotating shaft portion that rotatably supports the mirror;
Have
Said support substrate,
A plurality of opposing side action parts on which the distance-dependent driving force acts between the mirror side action parts ;
A driving unit for generating the distance-dependent driving force;
Have
The distance between the mirror side action part and the counter side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. Formed ,
The drive unit includes the mirror-side action unit located near the mirror and the mirror-side action unit facing the mirror-side action unit and the mirror-side action unit located away from the mirror. A mirror device that drives the mirror in a stepwise manner by applying the distance-dependent driving force prior to the facing-side acting portion that faces the mirror-side acting portion .

In any one of Claims 1, 2.
The rotating shaft portion is formed integrally with the mirror ,
The mirror side action portion is provided on the rotation shaft portion so that the distance-dependent driving force acts at a position shifted from the rotation shaft portion toward an end portion on the rotation direction side of the mirror. Features a mirror device.

In any one of Claims 1-3 ,
A mirror device characterized in that a plurality of mirror side action portions are provided at positions facing the rotation shaft portion.

In any one of Claims 1-4,
The distance-dependent driving force is a Coulomb force.

In claim 5,
At least one of the mirror side action part and the counter side action part is an electrode.

In any one of Claims 5 and 6,
The mirror device, wherein the mirror substrate is a conductive silicon substrate.

An optical switch comprising the mirror device according to claim 1, wherein the optical path is switched by driving the mirror.

An electronic apparatus comprising the mirror device according to claim 1.

A plurality of mirror side action portions which are arranged at a predetermined interval in a direction intersecting with a driving direction of a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, are formed integrally with the mirror and on which the distance-dependent driving force acts A mirror device that drives a mirror device having a rotating shaft portion that rotatably supports the mirror , and a plurality of opposing side action portions on which the distance-dependent driving force acts between the mirror side action portions In the method
The distance between the mirror side action part and the counter side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. Formed,
The mirror-side action part and the mirror-side action part that are close to the mirror with respect to the mirror-side action part that is located away from the mirror and the counter-side action part that faces the mirror-side action part. A mirror device driving method, wherein the mirror is driven stepwise by applying the distance-dependent driving force prior to the opposing action portion facing each other.

Provided in a mirror driven by a predetermined distance-dependent driving force, at least one mirror-side action portion on which the distance-dependent driving force acts , a rotating shaft portion that rotatably supports the mirror, and A plurality of opposing side actions in which the distance-dependent driving force acts between at least one mirror side action part that is arranged in a direction intersecting with the drive direction and is formed integrally with the mirror. In a mirror device driving method for driving a mirror device having a portion,
The distance between the mirror side action part and the counter side action part located away from the mirror is narrower than the distance between the mirror side action part and the counter side action part located close to the mirror. Formed,
The mirror-side action part and the mirror-side action part that are close to the mirror with respect to the mirror-side action part that is located away from the mirror and the counter-side action part that faces the mirror-side action part. A mirror device driving method, wherein the mirror is driven stepwise by applying the distance-dependent driving force prior to the opposing action portion facing each other.