DE69923294T2

DE69923294T2 - Mikrospiegelvorrichtung und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69923294T2
Application number: DE69923294T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Chiyoda-ku Tsugai; Nobuaki Chiyoda-ku Konno; Hiroyuki Minato-ku Fujita; Makoto Minato-ku Mita; Hiroshi Minato-ku Toshiyoshi; Yoshio Minato-ku Mita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: EP1058143B1; EP1058143A2; US6259548B1; JP2000338445A; EP1058143A3; JP3065611B1; DE69923294D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrospiegeleinrichtung, die als ein Scanspiegel verwendet werden kann, der zum Beispiel in einen Sensor des Lichtscantyps zur Formerkennung, ein Strichcode-Lesegerät oder einen Laserdrucker einzubauen ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Mikrospiegeleinrichtung.
Stand der Technik
17 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik. 18 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 17 entlang der Linie A-A. Ein Spiegelabschnitt 101 ist auf einer Fläche eines Spiegel bildenden Substrats 102 angeordnet. Der Spiegelabschnitt ist durch eine dünne Aluminiumschicht oder eine dünne Goldschicht gebildet. Das Spiegel bildende Substrat 102 kann sich um seine Mittelachse drehen. Ein Torsionsstab 103 erstreckt sich entlang der Mittelachse des Spiegel bildenden Substrats 102. Der Torsionsstab 103 ist durch ein Paar Anker 104 gehaltert, die an einem Basissubstrat 106 befestigt sind. Ein Paar Antriebselektroden 105 ist auf dem Basissubstrat 106 angeordnet.
Spalte des Abstands g0 zwischen den Antriebselektroden 105 und dem Spiegel bildenden Substrat 102 liegen vor. Eine Spannung wird an einer der Antriebselektroden 105 angelegt, so dass das Spiegel bildende Substrat 102 angetrieben wird, um sich durch die elektrostatische Kraft zu drehen. Das Spiegel bildende Substrat 102, der Torsionsstab 103 und die Anker 104 sind zum Beispiel aus einem Einkristallsilizium oder einer Nickelplattierung gebildet. Das Basissubstrat 106 ist zum Beispiel aus Silizium oder Glas gebildet.
Die Funktion der Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik wird im Folgenden erläutert.
Wird eine Spannung an eine der Antriebselektroden 105 angelegt, wird eine Anziehungskraft zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 102 und der Antriebselektrode 105 erzeugt, die von der Spannung und der elektrostatischen Kapazität zwischen ihnen abhängt. Das Spiegel bildende Substrat 102 dreht sich um seinen Mittelabschnitt, bis der Spiegelabschnitt 101 in einem Winkel θs (Scanwinkel) geneigt ist. Der Spiegelabschnitt 101 kann derart angetrieben werden, so dass er sich gleichzeitig dreht und schwingt, wenn eine Spannung, zum Beispiel eine Überlagerung eines vorspannenden Gleichstroms Vdc und Wechselstroms Vac mit einem Phasenwinkel von 180 Grad zueinander, wie es in 19 dargestellt ist, an den Antriebselektroden 105 angelegt wird. Der Scanwinkel des Spiegelabschnitts 101 und der Scanwinkel eines Lichtstrahls können abhängig von den angelegten Spannungen gesteuert werden.
Wird die Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik verwendet, wird der theoretische maximale Scanwinkel θsmax des Scanwinkels θs durch die folgende mathematische Gleichung (1) vorgegeben: sin(θsmax) = g0/L (1),wobei L ein Abstand zwischen der Mitte und dem Seitenende des Spiegel bildenden Substrats 102 ist, wie es in 18 dargestellt ist. Angenommen, dass L zum Beispiel 1 mm ist und der erforderliche maximale Scanwinkel θsmax 15 Grad entspricht, ergibt sich unter Verwendung dieser mathematischen Gleichung (1) ein notwendiger Abstand g0 des Spalts zu 259 μm.
Der Spiegelabschnitt 101 in einer tatsächlichen Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik kann jedoch nicht den vollen Weg gedreht werden, d.h. den theoretischen maximalen Scangrad. Dies beruht darauf, dass die Beziehung zwischen dem Abstand g0 des Spalts und der elektrostatischen Kraft zum Drehen des Spiegelabschnitts 101 nicht linear ist, wenn die elektrostatische Kraft genutzt wird. Insbesondere weil die Höhe der elektrostatischen Anziehungskraft proportional zu dem inversen Quadrat des Abstands g0 des Spalts ist, wenn der Neigungswinkel des Spiegel bildenden Substrats 102 groß ist und der Abstand g0 des Spalts zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 102 und einer der Antriebselektroden 105 klein ist, wird die elektrostatische Anziehungskraft zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 102 und der Antriebselektrode 105 größer als die Wiederherstellungskraft aufgrund der Torsion des Torsionsstabs 103 bei einem großen Torsionswinkel. Als Folge davon haftet das Spiegel bildende Substrat 102 an einer der Antriebselektroden 105 an und bewegt sich nicht. Dieses Phänomen wird als "Pulled-in-Phänomen" bezeichnet. Um dieses Phänomen zu vermeiden, ist der Scanwinkel θs eines Lichtstrahls des Spiegelabschnitts 101 innerhalb eines stabilen Bereichs begrenzt, der im Allgemeinen ungefähr der Hälfte des theoretischen maximalen Scanwinkels θsmax entspricht.
Die Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik hat aufgrund des Pull-in-Phänomens den Nachteil, dass es schwierig ist, den maximalen Scanwinkel θsmax zu erhöhen.
Ein anderer Nachteil der Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik besteht darin, dass es schwierig ist, eine Mikrospiegeleinrichtung auszugestalten, die einen breiten Bereich an Scanwinkeln eines Lichtstrahls scannen kann, und eine niedrige Antriebsspannung zu verwenden. Angenommen, die Charakteristika der Torsionsschwingung, zum Beispiel dass das Schermodul oder der Q-Wert der Oszillation konstant sind, werden der Bereich eines stabilen Scanwinkels und die entsprechende Antriebsspannung durch die Größe des Spiegel bildenden Substrats 102 mit dem Spiegelabschnitt und dem Abstand g0 des Spalts zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 102 und den Antriebselektroden, die unter dem Spiegel bildenden Substrat 102 angeordnet sind, bestimmt.
Darüber hinaus offenbart die US-A-5,543,956 eine andere Mikrospiegeleinrichtung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der Mikrospiegeleinrichtungen des Stands der Technik zu beheben.
Eine andere Aufgabe ist es, eine Mikrospiegeleinrichtung vorzuschlagen, die den Lichtstrahl mit einem erhöhten Scanwinkel scannen kann und eine niedrige Antriebsspannung verwendet.
Die Aufgaben werden durch eine Mikrospiegeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, umfassend einen Antriebsrahmen, der getrennt von dem Spiegel bildenden Substrat vorgesehen ist, und das Spiegel bildende Substrat ist nicht direkt angetrieben, sondern indirekt durch den Antriebsrahmen.
Genauer gesagt wird die Aufgabe durch eine Mikrospiegeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, umfassend: ein Trägersubstrat; ein Spiegel bildendes Substrat, auf dem ein Spiegelabschnitt ausgebildet ist, ein Paar erster Torsionsstäbe, die auf einem Paar der entgegengesetzten Seiten des Spiegel bildenden Substrats angeordnet sind, senkrecht zu diesen Seiten verlaufen und das Spiegel bildende Substrat haltern; einen ersten Antriebsrahmen, der wenigstens eine Seite des Spiegel bildenden Substrats umgibt und mit dem Spiegel bildenden Substrat über einen ersten Gelenkstab verbunden ist, der parallel zu der Längsrichtung der ersten Torsionsstäbe angeordnet ist; und eine erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung zum Antreiben des ersten Antriebsrahmens, um diesen derart zu bewegen, dass die Bewegung über den ersten Gelenkstab auf das Spiegel bildende Substrat übertragen wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die ersten Torsionsstäbe durch ein Paar erster Ankerabschnitte gehaltert, die von dem Trägersubstrat vorragen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Enden des ersten Torsionsstabs durch den ersten Antriebsrahmen gehaltert.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Mikrospiegeleinrichtung ferner: einen zweiten Antriebsrahmen; eine zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung zum Antreiben der Bewegung des zweiten Antriebsrahmens; wobei die Enden der ersten Torsionsstäbe durch den ersten Antriebsrahmen gehaltert sind; der erste Antriebsrahmen dritte Torsionsstäbe aufweist, die auf einer Seite des ersten Antriebsrahmens entgegengesetzt dem ersten Gelenkstab und senkrecht zu dem ersten Torsionsstab angeordnet sind; die Enden der dritten Torsionsstäbe durch ein Paar dritter Ankerabschnitte gehaltert sind, die von dem Trägersubstrat vorragen; der zweite Antriebsrahmen mit dem ersten Antriebsrahmen über einen zweiten Gelenkstab verbunden ist, der an einer Seite des zweiten Antriebsrahmens parallel zu der Längsrichtung der dritten Torsionsstäbe angeordnet ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der erste Antriebsrahmen ein Paar zweiter Torsionsstäbe auf, die an einem Paar der entgegengesetzten Seiten des ersten Antriebsrahmens angeordnet sind, wobei der zweite Torsionsstab parallel zum ersten Torsionsstab verläuft; und die Enden des zweiten Torsionsstabs sind durch ein Paar zweiter Ankerabschnitte gehaltert, die von dem Trägersubstrat vorragen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Seite des ersten Antriebsrahmens durch einen Ankerabschnitt gehaltert, der von dem Trägersubstrat vorragt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Seite des zweiten Antriebsrahmens durch einen dritten Ankerabschnitt gehaltert, der von dem Trägersubstrat vorragt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Gelenkstab an einer Position sehr nahe zu dem Basisabschnitt des ersten Torsionsstabs mit dem Spiegel bildenden Substrat verbunden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zweite Gelenkstab an einer Position sehr nahe zu dem Basisabschnitt des dritten Torsionsstabs mit dem ersten Antriebsrahmen verbunden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Spiegel bildende Substrat einen planaren Aufbau auf, der in Bezug auf die ersten Torsionsstäbe asymmetrisch ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Antriebselektrode, die auf dem Trägersubstrat in einem Bereich unter dem ersten Antriebsrahmen angeordnet ist, und eine Antriebsspannung wird entweder an den ersten Antriebsrahmen oder die Antriebselektrode angelegt, so dass der Antriebsrahmen durch eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen ihnen angetrieben wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Antriebselektrode, die auf dem Trägersubstrat in einem Bereich unter dem zweiten Antriebsrahmen angeordnet ist, und eine Antriebsspannung wird entweder an den zweiten Antriebsrahmen oder die Antriebselektrode angelegt, so dass der Antriebsrahmen durch eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen ihnen angetrieben wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung ein piezoelektrisches Element, das auf dem ersten Antriebsrahmen angeordnet ist, und eine Wechselspannung wird zwischen der oberen und unteren Fläche des piezoelektrischen Elements angelegt, so dass eine Biegeoszillation des piezoelektrischen Elements auftritt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung ein piezoelektrisches Element, das auf dem zweiten Antriebsrahmen angeordnet ist, und eine Wechselspannung wird zwischen der oberen und unteren Fläche des piezoelektrischen Elements angelegt, so dass eine Biegeoszillation des piezoelektrischen Elements auftritt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Kopplung eines Permanentmagneten und eines Elektromagneten und der erste Antriebsrahmen wird durch die magnetische Kraft, die durch die Kopplung des Permanentmagneten und des Elektromagneten verursacht wird, angetrieben.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Kopplung eines Permanentmagneten und eines Elektromagneten und der zweite Antriebsrahmen wird durch die magnetische Kraft, die durch die Kopplung des Permanentmagneten und des Elektromagneten verursacht wird, angetrieben.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vertiefung auf dem Trägersubstrat in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat angeordnet.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Spiegel bildende Substrat verglichen mit der Stärke des ersten Antriebsrahmens ausreichend dünn.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, das umfasst: einen Vorgang zum Bilden von Mehrlagen-Ätzmasken auf der oberen und/oder der unteren Fläche eines Materialsubstrats, wobei die Muster auf jeder der Ätzmasken den Komponenten einer Mikrospiegeleinrichtung entsprechen; und einen Vorgang zum Bilden der Komponenten eines Mikrospiegels durch alternierendes anisotropes Ätzen des Materialsubstrats und Entfernen der Ätzmaske, auf der mehrere Lagen von Ätzmasken ausgebildet sind.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung ist das Materialsubstrat aus einem SOI-Substrat gebildet und die Mehrlagen-Ätzmasken sind auf einer Oberfläche des SOI-Substrats ausgebildet; und ein Vorgang zum Bilden der Komponenten des Mikrospiegels durch alternierendes anisotropes Ätzen des Materialsubstrats und Entfernen der Ätzmaske aus den Mehrlagenmasken ist enthalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 1 entlang der Linie A-A.
3 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels der Mikrospiegeleinrichtung gemäß Ausführungsform 1 entlang der gleichen Linie A-A aus 1.
4 ist eine schematische Draufsicht auf eine Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 4 entlang der Linie B-B.
6 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung unter Verwendung einer anderen Antriebskrafterzeugungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 6 entlang der Linie C-C.
8 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer anderen Antriebskrafterzeugungseinrichtung.
9 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 8 entlang der Linie D-D.
10 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 10 entlang der Linie E-E.
12 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 12 entlang der Linie F-F.
14 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, wobei eine andere Antriebskrafterzeugungseinrichtung verwendet wird, ebenfalls entlang der Linie F-F aus 12.
15 ist eine schematische Draufsicht einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung entlang der gleichen Linie F-F in 12, wobei eine andere Antriebskrafterzeugungseinrichtung verwendet wird.
16 zeigt die Vorgänge zum Herstellen der Mikrospiegeleinrichtung mit dem Aufbau aus 15. Jede der Figuren ist eine Querschnittsansicht aus 12 entlang der Linie F-F.
17 ist eine schematische Draufsicht der Mikrospiegeleinrichtung des Stands der Technik.
18 ist eine Querschnittsansicht der Mikrospiegeleinrichtung aus 17 entlang der Linie A-A.
19 zeigt ein Beispiel von an die Antriebselektroden der Mikrospiegeleinrichtung anzulegenden Spannungen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSÜFHRUNGSFORM
Ausführungsformen der Mikrospiegeleinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden erläutert.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Die Ausführungsform 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert. Ein Spiegelabschnitt 1, der aus einer dünnen Metallschicht gebildet ist, zum Beispiel einer Aluminiumschicht, Goldschicht, etc. ist auf einem Spiegel bildenden Substrat 2 ausgebildet. Das Spiegel bildende Substrat 2 weist einen ersten Torsionsstab 3 auf, der sich entlang einer Linie in der Richtung X in 19 senkrecht zu einem Paar entgegengesetzter Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2 erstreckt. Beide Enden des ersten Torsionsstabs 3 sind mit einem Paar erster Anker 4 verbunden. Wenn sich der rechte und linke Seitenabschnitt des Spiegel bildenden Substrats 2 in Richtung senkrecht zu dem Trägersubstrat 6 in der Richtung Z in 2 entgegengesetzt versetzen, schwingt das Spiegel bildende Substrat 2 um den ersten Torsionsstab 3. Alle Komponenten der Mikrospiegeleinrichtung werden durch ein Trägersubstrat 6 gehaltert, das zum Beispiel aus Pyrexglas gebildet ist.
Ein Paar erster Antriebsrahmen 7 ist mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 über einen ersten Gelenkstab 10 verbunden. Jeder der ersten Antriebsrahmen 7 weist ein Paar zweiter Torsionsstäbe 8 auf. Beide Enden der zweiten Torsionsstäbe 8 sind durch ein Paar zweiter Anker 9 gehaltert. Daher sind die Antriebsrahmen 7 durch das Trägersubstrat 6 über die zweiten Anker 9 gehaltert. Im in den 1 und 2 dargestellten Beispiel sind zwei erste Antriebsrahmen 7 angeordnet, und zwar an beiden Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2 in der Richtung Y in 1. Das Paar der zweiten Torsionsstäbe 8 jedes Antriebsrahmens 7 erstreckt sich entlang einer Linie senkrecht zu den entgegengesetzten Seiten des ersten Antriebsrahmens 7. Wenn sich beide Seitenabschnitte des ersten Antriebsrahmens 7 in einer Richtung senkrecht zu dem Trägersubstrat 6 (Richtung Z in 2) entgegengesetzt versetzen, schwingen die Antriebsrahmen 7 um den Torsionsstab 8. Der erste Gelenkstab 10 ist an jedem der Antriebsrahmen 7 angeordnet. Der erste Gelenkstab 10 jedes ersten Antriebsrahmens 7 ist parallel zu dem Torsionsstab 3 des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet und mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 in einer sehr nahen Position zu dem Basisabschnitt des ersten Torsionsstabs 3 verbunden.
Ein Paar Sensorelektroden 11 ist auf dem Trägersubstrat 6 an Positionen unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet. Die Sensorelektroden 11 überwachen den Lichtscanwinkel θs des Spiegelabschnitts 1 durch Erfassen der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2 und den Sensorelektroden 11. Mehrere Antriebselektroden 12 als Antriebskrafterzeugungseinrichtung sind auf dem Trägersubstrat 6 angeordnet. Die Antriebselektroden 12 erzeugen eine elektrostatische Anziehungskraft abhängig von der an ihnen angelegten Spannung, um so den Antriebsrahmen 7 in Schwingung zu versetzen. In dem in 2 dargestellten Beispiel sind die zwei Antriebselektroden unter jedem ersten Antriebsrahmen 7 angeordnet, und zwar sind insgesamt vier Antriebselektroden 12 angeordnet. Ein Anschlag 13 ist vorgesehen, um einen übermäßigen Versatz des Spiegel bildenden Substrats 2 in der Z-Richtung, die in 2 dargestellt ist, zu unterbinden.
Die Funktion der Mikrospiegeleinrichtung dieser Ausführungsform wird im Folgenden erläutert.
Eine Gleichspannung Vdc und Wechselspannung Vac, die in 19 dargestellt sind, werden an den Antriebselektroden 12, die unter den ersten Antriebsrahmen 7 auf rechten und linken Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet sind, angelegt. Weisen die Wechselspannungen, die an die zwei Antriebselektroden 12 in jedem ersten Antriebsrahmen 7 angelegt sind, umgekehrte Phasen, d.h. einen Phasenwinkel zwischen ihnen von 180 Grad auf, so versetzen sich beide Seiten der Antriebsrahmen 7 in der Richtung Z in 2 entgegengesetzt, so dass die ersten Antriebsrahmen aufgrund der elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Antriebselektroden 12 und den Antriebsrahmen 7 um den Torsionsstab 8 schwingen. Ist die Phase der Wechselspannungen Vac, die an die Antriebselektroden 12, die zu dem ersten Antriebsrahmen 7 gehört, der auf der rechten Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet ist, identisch zu der des ersten Antriebsrahmens 7, der auf der linken Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet ist, schwingen der rechte und linke erste Antriebsrahmen 7 identisch zueinander. Die Antriebskraft aufgrund der Torsionsoszillation bzw. Torsionsschwingung der ersten Antriebsrahmen 7 wird über den ersten Gelenkstab 10 indirekt auf das Spiegel bildende Substrat 2 übertragen, so dass das Spiegel bildende Substrat 2 schwingt, und zwar tritt eine Torsionsschwingung bzw. Torsionsoszillation des Spiegel bildenden Substrats 2 auf.
Die ersten Gelenkstäbe 10 sind mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 in einer Position sehr nahe zu dem Basisabschnitt des ersten Torsionsstabs 3 verbunden und der Verbindungspunkt zwischen den zweiten Gelenkstäben 10 und dem Spiegel bildenden Substrat 3 ist ausreichend weit von dem zweiten Torsionsstab 8 der ersten Antriebsrahmen 7 entfernt. Daher kann, selbst wenn der Versatz der Gelenkstäbe 10 in der Richtung Z in 2 klein ist, die Höhe der Schwingung des Spiegel bildenden Substrats 2 um den ersten Torsionsstab 3 verstärkt werden. Mit anderen Worten kann dadurch, dass dem ersten Antriebsrahmen 7 eine geringe Torsion erteilt wird, eine große Torsion des Spiegel bildenden Substrats 2 erzielt werden. Als eine Folge ist es möglich, eine Mikrospiegeleinrichtung zu erzielen, bei der ein großer maximaler Scanwinkel θsmax des Spiegelabschnitts 1 erzielt werden kann, wobei eine niedrige Antriebsspannung verwendet wird.
Ein anderes Beispiel der Ausführungsform 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
Ein Paar Nuten 15 ist auf dem Trägersubstrat 6 unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet. Die Nuten fungieren als Vertiefungen, um die Kollision des Spiegel bildenden Substrats 2 mit dem Trägersubstrat 6 zu verhindern. Komponenten in 3, die identisch denen aus 1 sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Bei den zuvor erwähnten Mikrospiegeleinrichtungen sind die ersten Antriebsrahmen 7 durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den ersten Antriebsrahmen 7 und den Antriebselektroden 12 angetrieben. Daher kann die notwendige Antriebsspannung, die an den Antriebselektroden 7 anzulegen ist, dadurch vermindert werden, dass der Abstand zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7 und den Antriebselektroden 12 vermindert wird.
Der Abstand g2 des Spalts zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7 und den Antriebselektroden 12, der in 3 dargestellt ist, ist kleiner als der Abstand g1 des Spalts, der in 2 dargestellt ist, d.h. g1 < g2. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist eine Nut 15 auf dem Trägersubstrat 6 angeordnet und daher kommen die Seitenenden des Spiegel bildenden Substrats 2 nicht in Kontakt mit dem Trägersubstrat 6, wenn das Spiegel bildende Substrat 2 um den Torsionsstab 3 schwingt. Darüber hinaus sind Sensorelektroden 11 zum Erfassen des Scanwinkels θs auf dem Trägersubstrat 2 in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 nahe dem Basisabschnitt des Torsionsstabs 3, wo der Versatz in der Richtung Z gering ist, angeordnet. Die Bewegung des Spiegel bildenden Substrats 2 kann durch diesen Aufbau stabilisiert werden, und zwar tritt das "Pulled-in-Phänomen" nicht auf, selbst wenn der Abstand zwischen den ersten Antriebsrahmen 7 und den Antriebselektroden 12 klein ausgestaltet wird. Folglich ist es möglich, die notwendige Antriebsspannung zu reduzieren.
Wie es erläutert wurde, umfasst bei dieser Ausführungsform die Mikrospiegeleinrichtung: ein Trägersubstrat 6; ein Spiegel bildendes Substrat 2, auf dem ein Spiegelabschnitt 1 ausgebildet ist; ein Paar erster Torsionsstäbe 3, die sich von entgegengesetzten Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2 erstrecken und zu diesen Seiten senkrecht verlaufen, wobei das Paar erster Torsionsstäbe das Spiegel bildende Substrat trägt; einen ersten Antriebsrahmen 7, der wenigstens eine Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 umgibt und über einen ersten Gelenkstab 10 mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 verbunden ist, der parallel zu der Längsrichtung der ersten Torsionsstäbe 3 angeordnet ist; und eine erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung 12 zum Antreiben des ersten Antriebsrahmens 7, um diesen derart zu bewegen, dass die Bewegung über den ersten Gelenkstab 10 auf das Spiegel bildende Substrat 2 übertragen wird.
Somit können ein großer Versatz des Spiegel bildenden Substrats 2 in der Richtung Z in 2 und ein großer Scanwinkel θs entsprechend einem kleinen Versatz des ersten Antriebsrahmens 7 erzielt werden. Als eine Folge kann die notwendige Spannung zum Antreiben des Spiegel bildenden Substrats vermindert werden.
Wenn Nuten 15, die als eine Vertiefung dienen, um die Kollision des Spiegel bildenden Substrats 2 mit dem Trägersubstrat 6 zu vermeiden, auf dem Trägersubstrat 6 unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet sind, kann die Bewegung des Spiegel bildenden Substrats stabilisiert werden, selbst wenn der Abstand zwischen den Antriebsrahmen 7 und den Antriebselektroden 12 klein ist. Folglich kann die Antriebsspannung gesenkt werden.
Im Beispiel 1 sind zwei erste Antriebsrahmen 7 auf der rechten und linken Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, eine Oszillation des Spiegel bildenden Substrats 2 zu erzeugen, wenn nur ein erster Antriebsrahmen 7 an einer Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet wird.
Beim Beispiel 1 sind die ersten Gelenkstäbe 10 mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 in einem Bereich nahe dem ersten Torsionsstab 3 verbunden. Die Verbindungspunkte sind jedoch nicht auf diesen Bereich begrenzt. Das heißt, die ersten Gelenkstäbe 10 können auch in einem Bereich nicht sehr nahe zu dem ersten Torsionsstab 3 mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 verbunden sein. Da durch eine kleine Schwingung des ersten Antriebsrahmens 7 um den zweiten Torsionsstab 8 eine große Schwingung des Spiegel bildenden Substrats 2 um seine Achse erzielt werden kann, wenn die Größe der ersten Antriebsrahmen 7 verglichen mit der des Spiegel bildenden Substrats 2 größer gestaltet wird, so dass der Abstand zwischen dem zweiten Torsionsstab 8 und den Verbindungspunkten zwischen dem ersten Gelenkstab 10 und dem Spiegel bildenden Substrat 2 größer gestaltet ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Auch bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 wird eine Antriebskraft von ersten Antriebsrahmen auf das Spiegel bildende Substrat über erste Gelenkstäbe in der gleichen Art und Weise wie bei der Ausführungsform 1 übertragen. Jedoch sind bei der Ausführungsform 2 die ersten Antriebsrahmen, die an beiden Seiten des Spiegel bildenden Substrats angeordnet sind, ausladend, und das Spiegel bildende Substrat wird durch die ausladende Schwingung der ersten Antriebsrahmen in Schwingung um seine Achse versetzt.
Die Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
Ein Paar erster Antriebsrahmen 7A wird durch ein Paar Ankerabschnitte 9A gehaltert (Ankerabschnitt der Seite des zweiten Antriebsrahmens), die wiederum durch ein Trägersubstrat 6 getragen sind. Die Ankerabschnitte 9A sind mit einer Seite der ersten Antriebsrahmen 7A verbunden. Die ersten Antriebsrahmen 7A weisen einen ausladenden Aufbau auf, der durch die Ankerabschnitte 9A gehaltert ist, und sie sind auf dem Trägersubstrat 6 befestigt, wie es in 5 dargestellt ist. Ein Paar Antriebselektroden 12 (Antriebskrafterzeugungseinrichtung) zum Antreiben der ersten Antriebsrahmen 7A ist auf dem Trägersubstrat 6 auf der rechten und linken Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet. Die anderen Komponenten der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2, die identisch zu denen in den 1 und 2 sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Die Funktion der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 wird im Folgenden erläutert.
Eine vorspannende Gleichspannung Vdc wird üblicherweise zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7A und den Antriebselektroden 12, die auf dem Trägersubstrat unter den Antriebsrahmen 7A angeordnet sind, angelegt. Und Wechselspannungen Vac überlagern die Gleichspannung. Die Phase der Wechselspannungen Vac, die an den Antriebselektroden 12, die zu den ersten Antriebsrahmen 7A gehören, die auf der rechten und linken Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet sind, angelegt werden, sind umgekehrt zueinander. Eine elektrostatische Anziehungskraft wird zwischen den Antriebsrahmen 7A und den Antriebselektroden 12 erzeugt. Als eine Folge davon schwingen die ersten Antriebsrahmen 7A um ihren Basisabschnitt in der Richtung Z in 5, d.h. eine ausladende Oszillation der Antriebsrahmen 7A tritt auf.
Die Antriebskraft, die durch die ausladende Oszillation des ersten Antriebsrahmens 7A verursacht wird, wird indirekt auf das Spiegel bildende Substrat 2 übertragen, so dass beide Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2 in der Richtung Z senkrecht zu dem Trägersubstrat 6 bewegt werden. Wenn sich die zwei Seiten des Spiegel bildenden Substrats in der entgegengesetzten Richtung bewegen, schwingt das Spiegel bildende Substrat 2 um den ersten Torsionsstab 3, und zwar tritt eine Torsionsschwingung des Spiegel bildenden Substrats 2 auf. Als eine Folge davon kann eine Mikrospiegeleinrichtung die betreibbar ist, um den Lichtstrahl in einem breiten maximalen Scanwinkel θsmax zu scannen und dabei eine niedrige Antriebsspannung verwendet, erzielt werden.
Ein anderes Beispiel der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert.
Bei diesem Beispiel ist ein Paar Sensorelektroden 11' auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich genau unter dem ersten Antriebsrahmen 7 angeordnet. Die Sensorelektroden überwachen den Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats 2 auf der Basis des Versatzes des ersten Antriebsrahmens 7A. Die elektrostatische Kapazität zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2 und den Sensorelektroden 11, die genau unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet sind, ist proportional zum Kehrwert des Abstands zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2 und den Sensorelektroden 11'. Diese Beziehung hält jedoch nicht, wenn der Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats bei der Torsionsbewegung des Spiegel bildenden Substrats 2 groß wird. Die Sensorelektroden sind in einem Bereich genau unter dem ersten Antriebsrahmen 7A angeordnet, um dieses Problem zu vermeiden.
Ein piezoelektrisches Element 14 als eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung ist auf dem ersten Antriebsrahmen 7A angeordnet. Die piezoelektrischen Elemente 14 sind zum Beispiel aus einem herkömmlichen voluminösen piezoelektrischen Element oder einem dünnschichtigen piezoelektrischen Element gebildet. Die Komponenten in den 6 und 7, die identisch zu denen in den 4 und 5 sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Die Funktion dieses Beispiels der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 wird im Folgenden erläutert.
Wenn eine Wechselspannung zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche der piezoelektrischen Elemente 14, die auf den ersten Antriebsrahmen 7A angeordnet sind, angelegt wird, d.h. die Spannung wird in der Richtung Z in 7 angelegt, dehnt sich die obere Fläche und die untere Fläche des piezoelektrischen Elements 14 abwechselnd aus und zieht sich zusammen. Wenn sich die obere Fläche ausdehnt, zieht sich die untere Fläche zusammen und umgekehrt. Als eine Folge treten Biegeoszillationen der piezoelektrischen Elemente 14 in der Richtung Z in 7 auf. Die Antriebskräfte, die durch diese Biegeoszillationen verursacht werden, werden direkt auf den Antriebsrahmen 7A übertragen, um ausladende Oszillationen der ersten Antriebsrahmen 7A zu induzieren. Die Antriebskraft aufgrund der ausladenden Oszillation der ersten Antriebsrahmen 7A wird über den ersten Gelenkstab 10 indirekt auf das Spiegel bildende Substrat 2 übertragen. Eine Torsionsschwingung des Spiegel bildenden Substrats 2 um den Torsionsstab 3 tritt auf, wenn zwei Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2 in der Richtung Z in 7 entgegengesetzt zueinander bewegt werden.
Ferner wird ein weiteres Beispiel der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf die 8 und 9 erläutert.
Auch bei diesem Beispiel ist ein Paar Sensorelektroden 11' auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich genau unter dem ersten Antriebsrahmen 7 angeordnet. Die Sensorelektroden überwachen den Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats 2 auf der Basis des Versatzes des ersten Antriebsrahmens 7A. Die elektrostatische Kapazität zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2 und den Sensorelektroden 11, die genau unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet sind, ist proportional zu dem Kehrwert des Abstands zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2 und den Sensorelektroden 11'. Diese Beziehung hält jedoch nicht, wenn der Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats groß ist. Die Sensorelektroden sind in einem Bereich genau unter dem ersten Antriebsrahmen 7A angeordnet, um diesen Einfluss auszuschließen.
Permanentmagnete 14A sind auf dem ersten Antriebsrahmen 7A als eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung angeordnet. Die Permanentmagnete 14A sind aus einem herkömmlichen voluminösen magnetischen Element oder einem dünnschichtigen magnetischen Element gebildet. In dem in den Figuren dargestellten Beispiel sind die Polaritäten der Magnete 14A in der Richtung Z in 9 entgegengesetzt zueinander ausgestaltet. Eine Magnetspule 21, die durch einen Spulenhalterungskern 22 getragen wird, ist derart angeordnet, dass sie die Mikrospiegeleinrichtung umgibt. Die Magnetspule 21 und der Spulenhalterungskern 22 bilden einen Elektromagneten 14B als eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung. Die Komponenten in den 8 und 9, die identisch zu denen in den 4 und 6 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Die Funktion dieses Beispiels einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 wird im Folgenden erläutert.
Wenn eine Wechselspannung durch den Elektromagneten 14B, der die Mikrospiegeleinrichtung umgibt, fließt, wirkt eine magnetische Kraft in Richtung Z in 9 auf jeden der Elektromagneten 14B. Und eine ausladende Oszillation der Antriebsrahmen 7A tritt aufgrund dieser magnetischen Kraft auf. Da die magnetischen Polaritäten der Permanentmagneten 14A entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind, sind die magnetischen Kräfte, die auf die Permanentmagneten 14A einwirken, entgegengesetzt zueinander. Daher sind die Richtungen der ausladenden Oszillation der ersten Antriebsrahmen 7A entgegengesetzt zueinander. Die Antriebskräfte, die durch die ausladende Oszillation der ersten Antriebsrahmen 7A verursacht werden, werden über den ersten Gelenkstab 10 indirekt auf das Spiegel bildende Substrat 2 übertragen. Als eine Folge davon schwingt das Spiegel bildende Substrat 2 in der Richtung Z in 9, das heißt eine Torsionsschwingung des Spiegel bildenden Substrats 2 um den ersten Torsionsstab 3 tritt auf. Andere Funktionen dieses Beispiels sind identisch zu den anderen Beispielen der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2. Somit wird auf deren Erläuterung verzichtet.
Bei dem zuvor erwähnten Beispiel sind die Permanentmagneten 14A auf der Seite des Antriebsrahmens angeordnet und der Elektromagnet 14B ist angeordnet, um die Mikrospiegeleinrichtung zu umgeben, um die ersten Antriebsrahmen 7A anzutreiben. Es ist jedoch auch möglich, einen planaren Elektromagneten auf dem ersten Antriebsrahmen 7A anzuordnen und ein Paar Permanentmagnete an Positionen über und unter dem planaren Elektromagneten anzuordnen.
Bei den zuvor erwähnten Beispielen der Mikrospiegeleinrichtungen gemäß der Ausführungsform 2 wird ein Antriebssystem verwendet, das eine elektrostatische Kraft nutzt, die durch Antriebselektroden 12 erzeugt wird oder die ein Antriebssystem verwendet, das eine magnetische Kraft nutzt, die durch ein Paar Magnete erzeugt wird, umfassend einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten. Es ist jedoch auch möglich, diese Antriebssysteme zu kombinieren.
Darüber hinaus kann der Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements (nicht dargestellt), das auf dem ersten Antriebsrahmen in einer Position nahe dem Basisabschnitt des ersten Antriebsrahmens 7A angeordnet ist, erfasst werden, welches die Änderung des elektrischen Widerstands erfasst, die durch die Deformation des ersten Antriebsrahmens 7A verursacht wird.
Wie es erläutert wurde, ist bei einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 eine Seite des ersten Antriebsrahmens 7A durch einen Ankerabschnitt 9A gehaltert, der von dem Trägersubstrat 6 vorragt, und der erste Antriebsrahmen 7A umfasst eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung, zum Beispiel Antriebselektroden 12, piezoelektrische Elemente 14 oder eine Kopplung eines Permanentmagneten und eines Elektromagneten. Ein großer Versatz des Spiegel bildenden Substrats 2 in der Richtung Z in 2 kann entsprechend einem kleinen Versatz des ersten Antriebsrahmens 7 erzielt werden. Und ein großer maximaler Scanwinkel θsmax kann erzielt werden. Als eine Folge davon kann die notwendige Spannung zum Antreiben des Spiegel bildenden Substrats vermindert werden.
Nebenbei bemerkt kann auch bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 eine Nut 15 auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet sein, um die Kollision des Spiegel bildenden Substrats mit dem Trägersubstrat 6 zu vermeiden. Durch Anordnen der Nut kann der Betrag des Spalts zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7A und den Antriebselektroden 12 vermindert werden. Und als eine Folge davon kann die Antriebsspannung vermindert werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung wird der Lichtstrahl in einer Dimension gescannt. Andererseits wird bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung der Lichtstrahl zweidimensional gescannt.
Die Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 10 und 11 erläutert.
Ein erster Antriebsrahmen 7B ist mit einem Spiegel bildenden Substrat 2 über einen ersten Gelenkstab 10 verbunden. Ein zweiter Antriebsrahmen 7C ist über einen dritten Gelenkstab 18 mit dem ersten Antriebsrahmen 7B verbunden. Der erste Antriebsrahmen 7B weist ein Paar dritter Torsionsstäbe 16 auf, die parallel zu der Richtung Y in 10 verlaufen, und zwar in der Mitte von zwei Seiten des ersten Antriebsrahmens 7B. Die dritten Torsionsstäbe 16 verlaufen senkrecht zu der Richtung der ersten Gelenkstäbe 10. Der erste Antriebsrahmen 7B ist durch das Paar dritter Torsionsstäbe 16 gehaltert und die dritten Torsionsstäbe wiederum sind an dem Trägersubstrat 6 durch ein Paar dritter Ankerabschnitte 9B gehaltert. Der dritte Ankerabschnitt 9B und der dritte Torsionsstab 16 bilden jeweils einen ausladenden Aufbau.
Die zweiten Antriebsrahmen 7C sind an dem Trägersubstrat 6 über ein Paar vierter Ankerabschnitte 9C befestigt. Die vierten Ankerabschnitte 9C und der zweite Antriebsrahmen 7C bilden jeweils in der gleichen Art und Weise wie die erste Antriebsrahmen einen ausladenden Aufbau.
Zwei Paare piezoelektrischer Elemente 14 als Antriebskrafterzeugungseinrichtungen sind auf jedem der Antriebsrahmen 7B, 7C angeordnet. Ein Paar dritter Torsionsstäbe 16 (Torsionsstab auf der Seite des zweiten Antriebsrahmens) sind parallel zu der Richtung Y in 10 in der Mitte der entgegengesetzten Seiten des ersten Antriebsrahmens 7B angeordnet. Zwei Paare zweiter Gelenkstäbe 18 (Gelenkstab des inneren Antriebsrahmens) sind in einem Bereich sehr nahe zu dem dritten Torsionsstab 16 angeordnet.
Ein Paar Sensorelektroden 19 sind auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter dem ersten Antriebsrahmen 7B angeordnet. Die Scanwinkel θs des Lichtstrahls um die zwei Scanachsen (Torsionsstäbe 3, 16) werden unter Verwendung der Sensorelektroden 19 und der Sensorelektroden 11, die auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 ausgebildet sind, erfasst. Komponenten in 10, die identisch zu denen in den 1 bis 9 sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Die Funktion der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 wird im Folgenden erläutert.
Durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche jedes piezoelektrischen Elements, das auf den ersten und zweiten Antriebsrahmen 7B, 7C in der gleichen Art und Weise angeordnet ist wie bei der Ausführungsform 2, wird eine Oszillation jedes der piezoelektrischen Elemente 14 erzeugt, die die ersten und zweiten Antriebsrahmen 7B, 7C antreibt.
Das Scannen um die Achse Y in 10 (entlang der Längsrichtung des Torsionsstabs 16) ergibt sich wie folgt: Die ausladenden Oszillationen der piezoelektrischen Elemente 14 werden direkt auf die zweiten Antriebsrahmen 7C übertragen und die ausladenden Oszillationen der zweiten Antriebsrahmen 7C nehmen zu. Die ausladenden Oszillationen der zweiten Antriebsrahmen 7C werden durch die dritten Gelenkstäbe 18 indirekt auf die ersten Antriebsrahmen 7B übertragen. Als eine Folge davon tritt eine Torsionsschwingung des ersten Antriebsrahmens 7B um den dritten Torsionsstab 16 auf, wenn sich zwei Abschnitte des ersten Antriebsrahmens 7B in der Richtung Z in 11 entgegengesetzt bewegen. Da der erste Antriebsrahmen 7B mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 über den ersten Gelenkstab 10 verbunden ist, schwingt das Spiegel bildende Substrat 2 der Torsionsschwingung des Antriebsrahmens 7B folgend.
Das Scannen um die Achse X in 10 (entlang der Längsrichtung des Torsionsstabs 3) ergibt sich wie folgt: Wie es erläutert wurde, wird die Oszillation der piezoelektrischen Elemente 14 direkt auf die ersten Antriebsrahmen 7B übertragen, was ausladende Oszillationen der ersten Antriebsrahmen 7B verursacht. Die Antriebskräfte aufgrund dieser ausladenden Oszillation werden über die Gelenkstäbe 10 indirekt auf das Spiegel bildende Substrat 2 übertragen. Als eine Folge davon wird eine Torsionsschwingung des Spiegel bildenden Substrats 2 um den Torsionsstab 3 induziert.
Die Scanwinkel um zwei Achsen können wie folgt erfasst werden. Der Scanwinkel θs um den ersten Torsionsstab 3 wird durch die Sensorelektroden 11 überwacht, die auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 angeordnet sind. Die Sensorelektroden 11 erfassen die elektrostatische Kapazität zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2 und den Sensorelektroden 11. Der Scanwinkel θs um die dritten Torsionsstäbe 16 wird durch die Sensorelektroden 19 überwacht, die auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter den zweiten Antriebsrahmen 7C angeordnet sind. Die Sensorelektroden 19 erfassen die elektrostatische Kapazität zwischen den zweiten Antriebsrahmen 7C und den Sensorelektroden.
Alternativ können die Scanwinkel unter Verwendung von Piezowiderständen nahe ihren Ankerabschnitten überwacht werden. Der elektrische Widerstand eines piezoelektrischen Widerstands ändert sich gemäß seiner Deformation, zum Beispiel aufgrund der Oszillation der Antriebsrahmen. Daher kann der Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats 2 durch Erfassen des Versatzes der Antriebsrahmen auf Basis der Änderung des elektrischen Widerstands überwacht werden.
Bei der zuvor erwähnten Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 sind die ersten und zweiten Antriebsrahmen 7B, 7C durch piezoelektrische Elemente 14 angetrieben, wobei die Antriebskrafterzeugungseinrichtung jedoch nicht auf piezoelektrische Elemente 14 beschränkt ist. Die Antriebskraft kann zum Beispiel durch eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen einem Paar Antriebselektroden, eine Anziehungskraft zwischen einem Paar von Magneten oder einer Kombination davon erzielt werden, wie es zuvor im Detail erläutert wurde.
Wie bereits erwähnt, umfasst die Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 ferner: einen zweiten Antriebsrahmen 7C; die Enden der ersten Torsionsstäbe 3 sind durch den ersten Antriebsrahmen 7B gehaltert; der erste Antriebsrahmen 7B weist dritte Torsionsstäbe 16 auf, die auf einer Seite des ersten Antriebsrahmens 7B gegenüber dem ersten Gelenkstab 10 angeordnet sind und senkrecht zu dem ersten Torsionsstab 3 verlaufen; die Enden der dritten Torsionsstäbe 16 sind durch ein Paar dritter Ankerabschnitte 9B gehaltert, die von dem Trägersubstrat 6 vorragen; der zweite Antriebsrahmen 7C ist mit dem ersten Antriebsrahmen 7B über einen zweiten Gelenkstab 18 verbunden, der an einer Seite des zweiten Antriebsrahmens 7C parallel zu der Längsrichtung der dritten Torsionsstäbe 16 angeordnet ist. Und die ersten und zweiten Antriebsrahmen 7B, 7C umfassen jeweils eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung, zum Beispiel Antriebselektroden 12, piezoelektrische Elemente 14 oder eine Kopplung eines Permanentmagneten und eines Elektromagneten.
Ein großer Versatz des Spiegel bildenden Substrats 2 in den Richtungen XY in 2 kann erzielt werden, und zwar entsprechend dem schmalen Versatz des ersten und zweiten Antriebsrahmens 7B, 7C. Der maximale Scanwinkel θsmax um zwei Achsen ist groß. Und zweidimensionales Scannen eines Lichtstrahls unter Verwendung eines Spiegel bildenden Substrats ist möglich, wobei eine niedrige Spannung verwendet wird.
Auch bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 kann ein Paar Nuten 15 auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat 2 vorgesehen sein, um die Kollision des Spiegel bildenden Substrats 2 mit dem Trägersubstrat 6 zu vermeiden, wenn ein Paar Antriebselektroden als Antriebskrafterzeugungseinrichtung verwendet wird, und zwar auf die gleiche Art und Weise wie bei der Ausführungsform 1. Sind solche Nuten angeordnet, kann der Abstand zwischen dem Trägersubstrat 6 und jedem der Antriebsrahmen 7B, 7C vermindert werden, und die notwendige Antriebsspannung kann vermindert werden.
Bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3, die zuvor erläutert wurde, sind zwei Antriebsrahmen 7B an sowohl dem rechten als auch dem linken Abschnitt des Spiegel bildenden Substrats 2 angeordnet, und zwei zweite Antriebsrahmen 7C sind an sowohl der rechten als auch der linken Seite des ersten Antriebsrahmens 7B angeordnet. Jedoch ist es möglich, nur einen ersten Antriebsrahmen 7B an einer Seite des Spiegel bildenden Substrats 2 oder nur einen zweiten Antriebsrahmen 7C an einer Seite des ersten Antriebsrahmens 7B anzuordnen, so dass an jedem von ihnen eine ausladende Oszillation auftritt.
Bei der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 3, die zuvor erläutert wurde, sind erste Gelenkstäbe 10 nahe dem Torsionsstab 3 angeordnet und die zweiten Gelenkstäbe 18 sind sehr nahe zu dem Torsionsstab 16 angeordnet. Die Verbindungsabschnitte zwischen dem Spiegel bildenden Substrat und den Antriebsrahmen 7B und zwischen den Antriebsrahmen 7B und den Antriebsrahmen 7C sind jedoch nicht auf derartige Positionen beschränkt. Die Gelenkstäbe 10, 18 können in einem Bereich ein wenig weiter von den Gelenkstäben 3, 16 entfernt positioniert sein. Ist die Größe der Antriebsrahmen 7B verglichen mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 größer und ist der Abstand zwischen dem Torsionsstab 8 und dem Verbindungspunkt des Gelenkstabs 10 mit dem Spiegel bildenden Substrat 2 relativ groß, kann ein kleiner Versatz der Antriebsrahmen 7B in der Richtung Z in 11 einen großen Scanwinkel des Spiegel bildenden Substrats 2 verursachen.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Die Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 12 und 13 erläutert.
Ein Spiegel 1 ist auf einem Spiegel bildenden Substrat 2A ausgebildet, das über einen ersten Torsionsstab 8 mit einem ersten Antriebsrahmen 7D verbunden ist. Das Spiegel bildende Substrat 2A ist in Bezug auf den ersten Torsionsstab 3 nicht symmetrisch. In dem in den 12, 13 dargestellten Beispiel weist das Spiegel bildende Substrat 2A einen planaren Aufbau auf, wobei die Hälfte auf der Seite des Antriebsrahmens (linker Abschnitt) des Spiegel bildenden Substrats 2 verglichen mit der restlichen Hälfte (rechter Abschnitt) größer ist. Der erste Antriebsrahmen 7D kann zum Beispiel durch eine elektrostatische Kraft angetrieben werden, die durch Antriebselektroden 12 verursacht wird oder durch eine Oszillation von piezoelektrischen Elementen 14. Die Antriebselektroden 12 und die piezoelektrischen Elemente 14 sind allgemein in den 12, 13 dargestellt. Die anderen Komponenten in den 12, 13, die identisch denen in den 1 bis 9 sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass der erste Antriebsrahmen 7D durch Antriebselektroden 12 angetrieben wird. Eine Gleichspannung Vdc und Wechselspannung Vac, die in der Ausführungsform 1 erläutert wurden, werden zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7D und der Antriebselektrode 12, die auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter den ersten Antriebsrahmen 7D angeordnet ist, angelegt. Dann tritt eine ausladende Oszillation des ersten Antriebsrahmens 7D um einen Ankerabschnitt 7A in der Richtung Z auf. Die Antriebskraft des ersten Antriebsrahmens 7D wird über den ersten Torsionsstab 3 auf den Spiegel bildenden Rahmen 2 übertragen. Die übertragene Kraft wirkt als eine Massenkraft (inertia force) auf das Spiegel bildende Substrat 2. Da das Spiegel bildende Substrat einen planaren Aufbau hat, der in Bezug auf den Torsionsstab 3 nicht symmetrisch ist, und sein Masseschwerpunkt nicht am Torsionsstab 3 liegt, wird ein Torsionsmoment um den Torsionsstab 3 durch die Massenkraft des ersten Antriebsrahmens 7D erzeugt. Als Folge davon tritt eine Oszillation des Spiegel bildenden Substrats 2 um den Torsionsstab 3 auf.
Piezoelektrische Elemente als Antriebskrafterzeugungseinrichtung sind in den 12, 13 dargestellt. Ihre Erläuterung wird jedoch weggelassen, weil sie in anderen Ausführungsformen erläutert wurden. Die Antriebskrafterzeugungseinrichtung ist nicht auf eine solche Ausführung begrenzt. Zum Beispiel kann ein Paar Magneten, wie es bei der Ausführungsform 2 erläutert wurde, oder Kombinationen dieser Antriebskrafterzeugungseinrichtungen als eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung eingesetzt werden.
Ein weiteres Beispiel der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 14 erläutert.
Eine Nut 15 ist auf dem Trägersubstrat 6 in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat 2A angeordnet, um die Kollision des Spiegel bildenden Substrats 2 mit dem Trägersubstrat 6 zu verhindern. Wird dieser Aufbau eingesetzt, kann der Abstand zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7D und den Antriebselektroden 12 vermindert werden. Daher kann die notwendige Antriebsspannung zum Antreiben des ersten Antriebsrahmens 7D durch eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen einem Paar Antriebselektroden als eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung vermindert werden.
Ein weiteres Beispiel der Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 15 erläutert.
Das Spiegel bildende Substrat 2B ist dünn, so dass der Abstand zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2B und dem Trägersubstrat 6 ausreichend groß sein kann. Bei dem in 15 dargestellten Beispiel ist das Spiegel bildende Substrat 2B mit der oberen Fläche des ersten Antriebsrahmens 7D ausgerichtet, so dass der Abstand zwischen dem Spiegel bildenden Substrat 2B und dem Trägersubstrat 6 so groß wie möglich sein kann. Wird dieser Aufbau eingesetzt, ist es nicht nötigt, die Nut 15 vorzusehen, wie es beispielsweise in 14 gezeigt ist. Daher kann der Aufbau der Mikrospiegeleinrichtung vereinfacht werden und gleichzeitig der Abstand zwischen dem ersten Antriebsrahmen 7D und den Antriebselektroden 12 vermindert werden. Daher kann auch die notwendige Antriebsspannung zum Antreiben des Antriebsrahmens 7D durch eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen einem Paar Antriebselektroden 12 und den Antriebsrahmen vermindert werden.
Auch bei dieser Ausführungsform kann der Scanwinkel des Spiegels durch einen piezoelektrischen Widerstand überwacht werden, der auf dem ersten Antriebsrahmen 7D in einem Bereich nahe dem Ankerabschnitt angeordnet ist, und zwar auf der Basis der Änderung des elektrischen Widerstands eines piezoelektrischen Widerstands, die verursacht wird durch den Versatz des ersten Antriebsrahmens 7D.
Wie es erläutert wird, umfasst die Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 4: ein Spiegel bildendes Substrat 2A, 2B, auf dem ein Spiegelabschnitt 1 ausgebildet ist; einen ersten Torsionsstab 3, der auf einem Paar entgegengesetzter Seiten des Spiegel bildenden Substrats 2A, 2B angeordnet ist; einen ersten Antriebsrahmen 7D, der an dem äußeren Abschnitt des Spiegel bildenden Substrats 2A, 2B angeordnet ist und den ersten Torsionsstab 3 haltert; und eine Antriebskrafterzeugungseinrichtung, um den ersten Antriebsrahmen 2A, 2B eine Antriebskraft zu erteilen. Die Antriebskrafterzeugungseinrichtung umfasst zum Beispiel Antriebselektroden 12, piezoelektrische Elemente 14 und ein Paar Magneten, die aus einem Permanentmagnete und einem Elektromagnet zusammengesetzt sind. Die Mikrospiegeleinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 weist verglichen mit der der Ausführungsformen 1 und 2 einen einfachen Aufbau auf, weist jedoch ähnliche Vorteile wie die der Ausführungsformen 1 und 2 auf.
Das Verfahren zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung mit dem in 15 dargestellten Aufbau wird hier als ein Beispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 erläutert.
Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf 16 erläutert.
Ätzmuster zum Bilden eines Spiegel bildenden Substrats 2B und eines ersten Torsionsstabs 3 werden in einer ersten Lage 23 einer Ätzmaske ausgebildet, die bei diesem Beispiel aus einer Widerstandsschicht gebildet ist. Ein Ätzmuster zum Bilden eines Antriebsrahmens 7D wird auf einer zweiten Ätzmaske 24 gebildet. Die zweite Ätzmaske 24 ist aus einer dünnen Metallschicht, beispielsweise einer dünnen Aluminiumschicht, gebildet, die widerstandsfähig ist, wenn die Widerstandsschicht als eine Ätzmaske 23 der ersten Ätzschicht 23 entfernt wird. Ein Muster zum Bilden eines Paars von Ankerabschnitten 9A des Antriebsrahmens 7D ist auf einer dritten Ätzmaske 25 ausgebildet. Die dritte Ätzmaske 25 ist aus einer oxidierten Schicht gebildet, die widerstandsfähig ist, wenn die dünne Metallschicht als eine Ätzmaske 24 der zweiten Ätzschicht 24 entfernt wird.
Der strukturierte Körper einer Mikrospiegeleinrichtung wird aus einem Vorrichtungs-Wafer 26 gebildet. Zum Beispiel wird ein Einkristall-Siliziumsubstrat mit einer Oberfläche 100 verwendet, weil dieses als ein Materialsubstrat günstig erhältlich ist. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Handhabungswafer, der entfernt wird, wenn der Produktionsvorgang abgeschlossen ist. Der Vorrichtungswafer 26 und der Handhabungswafer 27 werden durch eine oxidierte Schicht 25' miteinander verbunden, um ein Materialsubstrat 28 zu bilden, ein sogenanntes SOI (Silicon On Insulator)-Substrat.
Eine Mikrospiegeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird wie folgt hergestellt: Zuerst werden die erste, zweite und dritte Ätzmaske 23, 24, 25 nacheinander auf dem SOI-Substrat auf der Vorrichtungswaferseite 26 ausgebildet, wobei herkömmliche Ätzmasken-Ausbildungsvorgänge und Vorgänge zum Versehen eines Musters verwendet werden, zum Beispiel Photo-Lithographie-Vorgänge, Sputtern, Ätzvorgänge, etc. Beim Erstellen einer mehrschichtigen Maske sollte das Material einer innersten Schicht der Ätzmaske derart gewählt werden, dass das Material widerstandsfähig ist, wenn die äußere Schicht, die nahe der äußeren Oberfläche liegt, entfernt wird. Der Aufbau der mehrschichtigen Ätzmaske sollte derart ausgestaltet sein, dass ein strukturierter Körper gebildet wird, der vertikale Abschnitte umfasst die sich in der Z-Richtung erstrecken, wie beispielsweise das Paar Ankerabschnitte 9A in 16, die durch den Ätzprozess nicht entfernt werden.
Nach dem Erstellen der Ätzmasken 23, 24, 25 auf dem SOI-Substrat wird ein hochanisotropes Ätzen des SOI-Substrats 28 von der Ätzmaske 23 auf der äußeren Seite durchgeführt. Beim hochanisotropen Ätzen wird das SOI-Substrat 28 in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche (Richtung Z in 16) geätzt. Ein derartiges hochanisotropisches Ätzen kann unter Verwendung einer kommerziell erhältlichen Silizium- Trockenätzvorrichtung (zum Beispiel ICP-RIE-Vorrichtung) durchgeführt werden. Beim hochanisotropen Ätzen wird die Seitenwand des SOI-Substrats nicht geätzt, so dass ein strukturierter Körper mit geringem hinterschneidenden Ätzen in der Y-Richtung in 16 erzielt werden kann.
16(a) ist eine Querschnittsansicht eines SOI-Substrats nach dem hochanisotropen Ätzen der Ätzmaske 23 auf der äußersten Seite. Nach dem hochanisotropen Ätzen wird die Widerstandsschicht als erste Ätzmaske 23 entfernt, wobei ein sogenannter O₂-Veraschungsvorgang durchgeführt wird. Nach diesem Vorgang erscheint die dünne Metallschicht als eine zweite Ätzmaske 24 auf der Oberfläche. Ein anderes hochanisotropes Ätzen wird auf dieser zweiten Ätzmaske 24 in der gleichen Art und Weise wie bei dem Ätzen der ersten Ätzmaske 23 durchgeführt. Wenn das zweite Ätzen abgeschlossen ist, wird die Struktur, die durch das erste Ätzen erzeugt wurde, aufrechterhalten und eine Struktur mit einer homogenen Ätztiefe in der vertikalen Richtung (der Richtung Z in 16) wird erreicht.
Wenn die zweite Ätzmaske 24 entfernt wird, erscheint die dritte Ätzmaske 25, die aus der oxidierten Schicht gebildet ist, auf der Oberfläche. Beim dritten Ätzen wird der Oberflächenabschnitt des SOI-Substrats 28 über ungefähr 5 Mikrometer Tiefe von der ursprünglichen Oberfläche entfernt. Als Folge wird der strukturierte Körper, der in 16(c) dargestellt ist, ausgebildet. Dann wird das SOI-Substrat, auf dem der strukturierte Körper ausgebildet ist, mit Fluorwasserstoffsäure behandelt, um die Ätzmaske 25 zu entfernen.
Beim nächsten Schritt werden unter Verwendung eines herkömmlichen Anodenverbindungsverfahrens die Ankerabschnitte 28 des SOI-Substrats 28, auf dem der strukturierte Körper ausgebildet ist, mit einem Trägersubstrat 6, das zum Beispiel aus Pyrexglas gebildet ist, auf dem Metallelektroden (Antriebselektroden 12 und Sensorelektroden 11) angeordnet sind, verbunden, so dass ein Aufbau, wie er in 16(d) dargestellt ist, erzielt wird. Dann wird der Handhabungswafer 27 dieses strukturierten Körpers durch einen Nassätzprozess oder durch einen Trockenätzprozess entfernt, wie es in 16(e) dargestellt ist.
Der Rest der oxidierten Schicht 25' kann durch eine Behandlung mit Fluorwasserstoffsäure entfernt werden. Nach diesem Vorgang werden dünne Metallschichten, wie beispielsweise eine Aluminium- oder Chrom-/Gold-Schicht, auf dem Spiegel bildenden Substrat 2B und auf dem Antriebsrahmen 7D ausgebildet, um zum Beispiel einen Spiegelabschnitt 1 zu bilden, wobei ein sogenanntes selektives Sputterverfahren (selective sputtering method) oder ein selektives Aufdampfungsverfahren (selective evaporation method) verwendet wird. Letztlich wird eine Mikrospiegeleinrichtung durch Bilden eines Paars piezoelektrischer Elemente 14 als Antriebseinrichtung auf den ersten Antriebsrahmen 7D erzielt (16(f)).
Wie es erläutert wurde, werden gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung der vorliegenden Erfindung zunächst Ätzmasken 23, 24, 25 ausgebildet, auf denen Muster entsprechend der Komponenten der Mikrospiegeleinrichtung ausgebildet sind, und zwar auf einem SOI-Substrat 28, um mehrere Lagen zu bilden; dann werden abwechselnd ein anisotroper Ätzvorgang und ein Ätzmasken-Entfernungsvorgang an dem SOI-Substrat 28 von der äußeren Ätzmaske 23 ausgehend durchgeführt, um so die Komponenten einer Mikrospiegeleinrichtung zu bilden, um eine Mikrospiegeleinrichtung zu erzielen. Gemäß dieses Verfahrens können die Ätzmasken vorausgehend auf einer flachen glatten Ebene ausgebildet werden, so dass ein präzises Muster einer Ätzmaske möglich ist.
Bei dem Beispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung, wie es zuvor erläutert wurde, wird das Ätzen auf dem SOI-Substrat nur von der oberen Seite des SOI-Substrats her durchgeführt. Das Substrat ist jedoch nicht auf ein SOI-Substrat beschränkt. Ätzmasken können Mehrschicht-Ätzmasken sein, die auf beiden Seiten eines Materialsubstrats angeordnet sind, so dass der Ätzprozess von beiden Seiten des Materialsubstrats durchgeführt wird. In diesem Fall kann das Muster der Ätzmasken von beiden Seiten des Materialsubstrats her durchgeführt werden und ein präzises Ausrichten ist möglich.
Bei dem Beispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Mikrospiegeleinrichtung wie es zuvor erläutert wurde, werden drei Ätzmasken verwendet. Es ist jedoch auch möglich, vier oder mehrere Masken zu verwenden, was von dem Aufbau der Mikrospiegeleinrichtung abhängt.

Claims

Mikrospiegeleinrichtung, umfassend: ein Trägersubstrat (6); ein Spiegel bildendes Substrat (2), auf dem ein Spiegelabschnitt (1) ausgebildet ist, ein Paar erster Torsionsstäbe (3), die sich von entgegengesetzten Seiten des Spiegel bildenden Substrats (2) erstrecken und zu diesen Seiten senkrecht verlaufen, wobei das Paar erster Torsionsstäbe das Spiegel bildende Substrat (2) trägt; dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegeleinrichtung ferner umfasst: einen ersten Antriebsrahmen (7, 7A, 7B, 7D), der wenigstens eine Seite des Spiegel bildenden Substrats (2) umgibt und mit dem Spiegel bildenden Substrat (2) über einen ersten Gelenkstab (10) verbunden ist, der benachbart dem Paar erster Torsionsstäbe und parallel zur Längsrichtung des Paars erster Torsionsstäbe (3) angeordnet ist; und eine erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung (12, 14) zum Antreiben des ersten Antriebsrahmens (7, 7A, 7B, 7D), um ihn derart zu bewegen, dass die Bewegung über den ersten Gelenkstab (10) zu dem Spiegel bildenden Substrat (2) übertragen wird.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Enden des Paars erster Torsionsstäbe (3) durch ein Paar erster Ankerabschnitte (4) getragen sind, die von dem Trägersubstrat (6) vorragen.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Enden des Paars erster Torsionsstäbe (3) durch den ersten Antriebsrahmen (7D) getragen sind.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten Antriebsrahmen (7C); eine zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung (14), um die Bewegung des zweiten Antriebsrahmens (7) anzutreiben; wobei die Enden des Paars erster Torsionsstäbe (3) durch den ersten Antriebsrahmen (7B) getragen sind; der erste Antriebsrahmen (7B) dritte Torsionsstäbe (16) aufweist, die auf einer Seite des ersten Antriebsrahmens (7B) entgegengesetzt des ersten Gelenkstabs (10) und senkrecht zu dem Paar erster Torsionsstäbe (3) angeordnet sind; die Enden der dritten Torsionsstäbe (16) durch ein Paar dritter Ankerabschnitte (9B) getragen sind, die von dem Trägersubstrat (6) vorragen; der zweite Antriebsrahmen (7C) durch einen zweiten Gelenkstab (18) mit dem ersten Antriebsrahmen (7B) verbunden ist, der an einer Seite des zweiten Antriebsrahmens (7C) parallel zur Längsrichtung der dritten Torsionsstäbe (16) angeordnet ist.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Antriebsrahmen (7) ein Paar zweiter Torsionsstäbe (9) aufweist, die sich von entgegengesetzten Seiten des ersten Antriebsrahmens (7) erstrecken, wobei das Paar zweiter Torsionsstäbe (9) parallel zu dem Paar erster Torsionsstäbe (3) verläuft; und die Enden des Paars zweiter Torsionsstäbe (9) durch ein Paar zweiter Ankerabschnitte (9) getragen sind, die von dem Trägersubstrat (6) vorragen.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Seite des ersten Antriebsrahmens (7A) durch einen Ankerabschnitt (9A) getragen ist, der von dem Trägersubstrat (6) vorragt.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der die eine Seite des zweiten Antriebsrahmens (7C) durch einen vierten Ankerabschnitt (9C) getragen ist, der von dem Trägersubstrat (6) vorragt.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Gelenkstab (10) an einer Position sehr nahe zu dem Basisabschnitt des ersten Torsionsstabs (3) mit dem Spiegel bildenden Substrat (2) verbunden ist.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der der zweite Gelenkstab (18) an einer Position sehr nahe dem Basisabschnitt des dritten Torsionsstabs (16) mit dem ersten Antriebsrahmen (7B) verbunden ist.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Spiegel bildende Substrat (2) einen planaren Aufbau aufweist, der in Bezug auf die ersten Torsionsstäbe asymmetrisch ist.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Antriebselektrode (12) umfasst, die auf dem Trägersubstrat (6) in einem Bereich unter dem ersten Antriebsrahmen (7, 7A, 7B) angeordnet ist und eine Antriebsspannung entweder dem ersten Antriebsrahmen (7, 7A, 7D) oder der Antriebselektrode (12) zugeführt wird, so dass der Antriebsrahmen (7, 7A, 7D) durch eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen dem ersten Antriebsrahmen und der Antriebselektrode angetrieben wird.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der die zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Antriebselektrode (12) umfasst, die auf dem Trägersubstrat (6) in einem Bereich unter dem zweiten Antriebsrahmen (7C) angeordnet ist und eine Antriebsspannung entweder dem zweiten Antriebsrahmen (7C) oder der Antriebselektrode (12) zugeführt wird, so dass der Antriebsrahmen (7C) durch eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen dem ersten Antriebsrahmen und der Antriebselektrode angetrieben wird.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung ein piezoelektrisches Element (14) umfasst, das auf dem ersten Antriebsrahmen (7A) angeordnet ist und eine Wechselspannung zwischen der oberen und unteren Fläche des piezoelektrischen Elements (14) angelegt wird, so dass eine Biegeoszillation des piezoelektrischen Elements auftritt.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der die zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung ein piezoelektrisches Element (14) umfasst, das auf dem zweiten Antriebsrahmen (7C) angeordnet ist und eine Wechselspannung zwischen der oberen und unteren Fläche des piezoelektrischen Elements (14) angelegt wird, so dass eine Biegeoszillation des piezoelektrischen Elements auftritt.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Kopplung eines Permanentmagneten (14A) und eines Elektromagneten (14B) umfasst und der erste Antriebsrahmen (7A) durch die magnetische Kraft, die durch die Kopplung des Permanentmagneten und des Elektromagneten verursacht wird, angetrieben wird.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der die zweite Antriebskrafterzeugungseinrichtung eine Kopplung eines Permanentmagneten und eines Elektromagneten umfasst und der zweite Antriebsrahmen (7C) durch die magnetische Kraft, die durch die Kopplung des Permanentmagneten und des Elektromagneten verursacht wird, angetrieben wird.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trägersubstrat (6) in einem Bereich unter dem Spiegel bildenden Substrat (2) vertieft (15) ist.
Mikrospiegeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der das Spiegel bildende Substrat (2) verglichen mit der Stärke des ersten Antriebsrahmens (7) ausreichend dünn ist.