特許 6556345 マイクロメカニカルアクチュエータ装置、及び、マイクロメカニカルアクチュエータ装置の傾動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6556345

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】マイクロメカニカルアクチュエータ装置、及び、マイクロメカニカルアクチュエータ装置の傾動方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20190729BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20190729BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

   G02B26/08 E

   G02B26/10 C

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-514389(P2018-514389)

(86)(22)【出願日】2016年7月18日

(65)【公表番号】特表2018-530780(P2018-530780A)

(43)【公表日】2018年10月18日

(86)【国際出願番号】EP2016067018

(87)【国際公開番号】WO2017045806

(87)【国際公開日】20170323

【審査請求日】2018年3月16日

(31)【優先権主張番号】102015217935.4

(32)【優先日】2015年9月18日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ベンヤミン シュトイアー

(72)【発明者】

【氏名】ライナー シュトラウプ

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン ピンター

(72)【発明者】

【氏名】フレデリク ンジカム ンジモンツィー

(72)【発明者】

【氏名】イェアク ムホー

【審査官】 佐藤 洋允

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０７０６１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２８３６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２５００７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１０００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４８３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５５２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３４９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０３７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５２１０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／１０−２６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクチュエータ素子（１１２；３１２）を有する傾動装置（１１０；３１０）と、
第１のばね装置（１２０）と、
保持装置（１２２）と、
を備えているマイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）であって、
前記傾動装置（１１０；３１０）は、前記第１のばね装置（１２０）を介して、第１の傾動軸（Ａ）まわりに傾動可能であるように前記保持装置（１２２）に接続されており、
前記マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）は、
前記傾動装置（１１０；３１０）に配設されている少なくとも１つの電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）と、
前記保持装置（１２２）に配置された永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）と、
をさらに備えており、
前記電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）に電流（Ｉ）を流したときに、前記永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）は、前記傾動装置（１１０；３１０）を前記第１の傾動軸（Ａ）まわりに前記保持装置（１２２）に対して傾動させることができるローレンツ力（３１；３２）を第１の磁界（１１）内に発生させることができるように、当該第１の磁界（１１）を発生させるように構成されており、
前記マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）は、
フレーム装置（１４４）と、
前記保持装置（１２２）を第２の傾動軸（Ｂ）まわりに傾動可能であるように前記フレーム装置（１４４）に接続する第２のばね装置（１４０‐ｉ）と、
前記保持装置（１２２）を前記第２の傾動軸（Ｂ）まわりに前記フレーム装置（１４４）に対して傾動可能であるように前記永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）に作用する第２の磁界を発生させる電磁石装置（１２５，１５９）と、
をさらに備えている、マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）。

【請求項2】

前記第１のばね装置（１２０）は、第１のねじりばね（１１６‐１）を備えており、
前記電気的伝送路装置（１５０）を第１の電極に接続するための第１の電気導体路（１５６）が、前記第１のねじりばね（１１６‐１）に配設されている、
請求項１に記載のマイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）。

【請求項3】

前記第１のばね装置（１２０）は、第２のねじりばね（１１６‐２）をさらに備えており、
前記電気的伝送路装置（１５０）を第２の電極に接続するための第２の電気導体路（１５８）が、前記第１のねじりばね（１１６‐１）及び／又は前記第２のねじりばね（１１６‐２）に配設されている、
請求項２に記載のマイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）。

【請求項4】

前記第２のばね装置（１４０‐ｉ）は、少なくとも１つの第３のねじりばね（１４０‐１，１４０‐２）を備えており、
前記電気的伝送路装置（１５０）を第１の電極に接続するための第１の電気導体路（１５６）、及び／又は、前記電気的伝送路装置（１５０）を第２の電極に接続するための第２の電気導体路（１５８）が、前記第３のねじりばね（１４０‐１，１４０‐２）に配設されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）。

【請求項5】

前記永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）は、少なくとも１つの第１の永久磁石（１３０‐１，１３０‐３；２３０‐１，２３０‐３；４３０‐１，４３０‐３）及び少なくとも１つの第２の永久磁石（１３０‐２，１３０‐４；２３０‐２，２３０‐４；４３０‐２，４３０‐４）を有し、
前記少なくとも１つの第１の永久磁石（１３０‐１，１３０‐３；２３０‐１，２３０‐３；４３０‐１，４３０‐３）のＮ‐Ｓ磁極の向きは、前記第２の傾動軸（Ｂ）に対して平行に配置されており、及び、前記少なくとも１つの第２の永久磁石（１３０‐２，１３０‐４；２３０‐２，２３０‐４；４３０‐２，４３０‐４）のＮ‐Ｓ磁極の向きは、前記第２の傾動軸（Ｂ）に対して平行、かつ、前記少なくとも１つの第１の永久磁石（１３０‐１，１３０‐３；２３０‐１，２３０‐３；４３０‐１，４３０‐３）のＮ‐Ｓ磁極の向きとは逆向きに配置されており、
前記少なくとも１つの第１の永久磁石（１３０‐１，１３０‐３；２３０‐１，２３０‐３；４３０‐１，４３０‐３）と前記少なくとも１つの第２の永久磁石（１３０‐２，１３０‐４；２３０‐２，２３０‐４；４３０‐２，４３０‐４）とが、前記第２の傾動軸（Ｂ）を基準として軸方向において、前記電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）からそれぞれ異なる距離に配置されている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００）。

【請求項6】

前記永久磁石装置（４３０‐ｉ）は、少なくとも１つの第１の永久磁石（４３０‐１，４３０‐３）及び少なくとも１つの第２の永久磁石（４３０‐２，４３０‐４）を有し、
前記少なくとも１つの第１の永久磁石（４３０‐１，４３０‐３）のＮ‐Ｓ磁極の向き及び前記少なくとも１つの第２の永久磁石（４３０‐２，４３０‐４）のＮ‐Ｓ磁極の向きは、前記第２の傾動軸（Ｂ）に対して垂直に配置されており、
前記少なくとも１つの第１の永久磁石（４３０‐１，４３０‐３）と前記少なくとも１つの第２の永久磁石（４３０‐２，４３０‐４）とが、前記第２の傾動軸（Ｂ）を基準として軸方向において、前記電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）からそれぞれ異なる距離に配置されている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルアクチュエータ装置（４００）。

【請求項7】

前記傾動装置（３１０）の前記アクチュエータ素子（３１２）は、金属面材として構成されており、
前記電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）のうち前記ローレンツ力（３１，３２）が発生する区間は、前記金属面材によって実現されている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルアクチュエータ装置（３００）。

【請求項8】

マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）の傾動方法であって、
前記マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）は、アクチュエータ素子（１１２；３１２）を有する傾動装置（１１０；３１０）と、第１のばね装置（１２０）と、保持装置（１２２）と、前記傾動装置（１１０；３１０）に配設されている少なくとも１つの電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）と、前記保持装置（１２２）に配置された永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）と、を備えており、
前記傾動装置（１１０；３１０）は、前記第１のばね装置（１２０）を介して、第１の傾動軸（Ａ）まわりに傾動可能であるように前記保持装置（１２２）に接続されている、
マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）の傾動方法において、
ローレンツ力（３１，３２）に基づいて前記マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）の前記傾動装置（１１０；３１０）及び／又は当該傾動装置（１１０：３１０）の前記アクチュエータ素子（１１２；３１２）を前記第１の傾動軸（Ａ）に沿って傾動させるように、前記マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）の前記永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）によって発生した第１の磁界（１１）内において、前記傾動装置（１１０；３１０）に配設されている前記電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）に電流（Ｉ）を流すステップ（Ｓ０１）と、
磁気的吸引及び反発に基づいて前記傾動装置（１１０；３１０）及び／又は前記アクチュエータ素子（１１２；３１２）を第２の傾動軸（Ｂ）に沿って傾動させるように、前記マイクロメカニカルアクチュエータ装置（１００；２００；３００；４００）の電磁石装置（１２５，１２９）によって前記永久磁石装置（１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉ）の領域に第２の磁界を発生させるステップ（Ｓ０２）と、
を有する、傾動方法。

【請求項9】

前記傾動装置（１１０；３１０）の前記アクチュエータ素子（１１２；３１２）が前記第１の傾動軸（Ａ）に沿って周期的な共振運動で傾動するように、前記電気的伝送路装置（１５０；２５０；３５０）に電流（Ｉ）を流し、
前記傾動装置（１１０；３１０）及び／又は前記アクチュエータ素子（１１２；３１２）が前記第２の傾動軸（Ｂ）に沿って傾動するように前記第２の磁界を発生させる、
請求項８に記載の傾動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロメカニカルアクチュエータ装置、特にマイクロミラーと、マイクロメカニカルアクチュエータ装置の傾動方法、特にマイクロミラーの傾動方法とに関する。特に、本発明は、レーザスキャナにおいて使用することができるマイクロミラーと、レーザスキャナの一部としてのマイクロミラーの動作とに関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術
多くの用途において、２つの互いに垂直な方向にレーザビームを偏向させることができるマイクロミラーが必要とされる。例えば、斯かるマイクロミラーは、レーザスキャナにおいて使用される。レーザスキャナは、投影すべき画像を、水平方向及び垂直方向に旋回可能なレーザビームによって画素の連続走査（「スキャン」）を行うことにより投影することができる装置である。通常は、水平方向におけるレーザビームの旋回は、垂直方向における旋回より低速で行われ、又は、その逆もまた行われる。高速な動きでレーザビームを旋回させることによって、通常は、投影すべき画像の１走査線が走査され、低速な動きでレーザビームを旋回させることによって、投影すべき画像の複数の走査線が走査される。レーザスキャナにおいては、しばしば、各マイクロミラーに入射したレーザビームを旋回させることができる次元が１次元のみとなるように、それぞれ１軸まわりのみで傾動させることができる２つのマイクロミラーを互いに前後に接続したものが使用されることが多い。

【0003】

国際公開第２０１２０８９３８７号（ＷＯ２０１２０８９３８７Ａ１）には、マイクロミラーと、レーザスキャナを構成するように２つのマイクロミラーを互いに前後に接続した配置体とが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１２０８９３８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

小さい技術的コストで製造することができる、効率的かつ省スペースの、異なる２つの傾動軸まわりで傾動可能なアクチュエータ装置が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

発明の開示
本発明は、請求項１に記載の構成を有する装置と、請求項９の特徴を有する方法とを開示するものである。

【0007】

当該請求項によれば、本発明は、アクチュエータ素子を有する傾動装置と、第１のばね装置と、保持装置とを備えたアクチュエータ装置、特にマイクロミラーであって、傾動装置は第１のばね装置を介して第１の傾動軸まわりに傾動可能であるように保持装置に接続されており、当該アクチュエータ装置はさらに、傾動装置に配設されている少なくとも１つの電気的伝送路装置と、電気的伝送路装置に電流を流したときに、傾動装置特にアクチュエータ素子を第１の傾動軸まわりに保持装置に対して傾動させることができるローレンツ力を第１の磁界内に発生させることができるように、当該第１の磁界を発生させる永久磁石装置であって、保持装置に配置された永久磁石装置と、フレーム装置と、保持装置を第２の傾動軸まわりに傾動可能であるようにフレーム装置に接続する第２のばね装置と、保持装置を第２の傾動軸まわりにフレーム装置に対して傾動可能であるように永久磁石装置に作用する第２の磁界を発生させる電磁石装置と、を備えたアクチュエータ装置を実現するものである。フレーム装置に対する保持装置の傾動により、特にアクチュエータ素子が第２の傾動軸まわりで傾動することができる。

【0008】

「アクチュエータ素子」とは特に、所望の放射、特にレーザ光の、少なくとも一部、特に大部分を反射することができる素子をいう。斯かるアクチュエータ素子は、「ミラー素子」とも称し得る。例えば、ミラー素子は、複数の誘電体層として、金属層として、研磨された層等として、構成することができる。アクチュエータ素子としては、任意の他の作動対象の構成要素を設けることもできる。

【0009】

本発明はさらに、マイクロメカニカルアクチュエータ装置の傾動方法、特にマイクロミラーの傾動方法であって、ローレンツ力に基づいて傾動装置及び／又は傾動装置のアクチュエータ素子を第１の傾動軸に沿って傾動させるように、当該アクチュエータ装置の永久磁石装置によって発生した第１の磁界内において、アクチュエータ装置の当該傾動装置に配設されている電気的伝送路装置に電流を流すステップと、磁気的吸引及び反発に基づいて傾動装置及び／又はアクチュエータ素子を第２の傾動軸に沿って傾動させるように、アクチュエータ装置の電磁石装置によって永久磁石装置の領域に第２の磁界を発生させるステップと、を有する傾動方法を実現するものである。

【0010】

発明の利点
本発明の基礎となっている認識は、第１の傾動軸まわりでのアクチュエータ素子の傾動を実現するローレンツ力を発生させるために、マイクロメカニカルアクチュエータ装置の永久磁石装置を使用することができ、なおかつ、同一のアクチュエータ素子を第２の傾動軸まわりで傾動させるために、電磁石装置の制御可能に発生させることができる磁界内に当該永久磁石装置を配置することもできる、ということである。

【0011】

本発明においては、アクチュエータ素子に高いトルクを発生させることができ、これにより、必要なトルクを発生させるための所要面積を縮小することができる。これによってＭＥＭＳチップ面積の小型化を実現することができ、斯かる小型化により、１ウェーハあたりの本発明に係るアクチュエータ装置の数を増大させることができるという利点が奏される。アクチュエータ装置のチップ面積の小型化は特に、第２の傾動軸に対して垂直方向に、即ち、低速の傾動運動の軸（「低速軸」とも称し得る。）に対して垂直方向に、効果的である。この次元は、例えば、移動電話機に設けられる小型化されたプロジェクタ等の用途において重要なサイズである。というのも、移動電話機の厚さが特に薄いことが望まれるからである。本発明においては、このことにより、移動電話機、及び、例えばタブレット等の他の移動端末機器の薄い筐体寸法を可能な限り変えずに、レーザスキャナをプロジェクタとして使用及び組み込むことが可能になる。

【0012】

本発明に係るアクチュエータ装置は、特に高い駆動効率を示し、これにより、アクチュエータ装置を傾動させるための消費電力が小さくなる。

【0013】

本発明においては、高速運動の傾動軸（「高速軸」とも称し得る。）の駆動のためには、電気的伝送路装置の特殊な送電路及び／又はコイルを、傾動装置上及び／又は保持装置上に実現するだけでよい。このようにするために必要とされるプロセス工程は、他の実現手段と比較して特に少ない。特に、本来的に電気的接続又は位置検出のために必要とされる高導電性の面を、電気的伝送路装置のために使用することができる。このことによって生じる追加の技術的コストないしは追加のプロセス工程は、無い又は非常に僅かのみである。

【0014】

さらに、本発明においては、アクチュエータ装置の外側に固定される嵩の大きい永久磁石を要しない。このことによって、体積サイズが特に小さくなり、追加の組立工程及び接続工程は無い。さらに、アクチュエータ装置の落下強度も向上する。

【0015】

アクチュエータ装置の調達可能なトルクが高いことによって、ウェブによって実現することができる比較的剛性のねじりばねを使用することができる。このことによって、高い機械的過荷重耐性と、落下強度と、良好な可制御性と、ロバスト性とを達成することができる。

【0016】

従属請求項と、図面を参照した説明とから、有利な実施形態及び発展形態が明らかである。

【0017】

第１の有利な発展形態においては、第１のばね装置は、第１のねじりばねを備えている。電気的伝送路装置を第１の電極に接続するための第１の導体路が、この第１のねじりばねに配設されることが可能である。第１のばね装置は、さらに、第２のねじりばねも備えるものとすることができ、電気的伝送路装置を第２の電極に接続するための第２の導体路が、第１のねじりばね及び／又は第２のねじりばねに配設されている。このような構成によって、傾動装置における電気的伝送路装置の、特に効率的なコンタクトを達成することができる。

【0018】

他の有利な一発展形態においては、第２のばね装置は少なくとも第３のねじりばねを備えており、この第３のねじりばねに、電気的伝送路装置を少なくとも１つの電極、特に第１又は第２の電極に接続するための導体路、例えば、上述の第１又は第２の導体路が配設されている。

【0019】

他の有利な一発展形態においては、永久磁石装置は少なくとも１つの第１の永久磁石及び／又は少なくとも１つの第２の永久磁石を備えている。第１の永久磁石のＮ‐Ｓ磁極の向き及び／又は第２の永久磁石のＮ‐Ｓ磁極の向きは、有利には、第２の傾動軸に対して平行若しくは逆平行に、及び／又は、第１の傾動軸に対して垂直に配置されている。このことによって、電気的伝送路装置の領域において磁束線の特に有利な向きを達成することができる。有利には、永久磁石装置はさらに、第３及び／又は第４の永久磁石も備えており、これらの永久磁石のＮ‐Ｓ磁極の向きも同様に、有利には、第２の傾動軸に対して平行若しくは逆平行に、及び／又は、第１の傾動軸に対して垂直に配置されている。第３及び／又は第４の永久磁石は、特に第１の傾動軸を基準として、第１及び／又は第２の永久磁石に対して鏡像的に配置及び構成することができる。斯かる配置及び構成は、特に、電気的伝送路装置の、第１及び第２の永久磁石に配置された最近傍の区間における電流の方向が、当該電気的伝送路装置の、第３及び第４の永久磁石に配置された最近傍の区間における電流の方向と逆方向である場合に可能である。

【0020】

他の有利な一発展形態においては、永久磁石装置は少なくとも１つの第１の永久磁石及び／又は少なくとも１つの第２の永久磁石を備えている。第１の永久磁石のＮ‐Ｓ磁極の向き及び／又は第２の永久磁石のＮ‐Ｓ磁極の向きは、有利には、第２の傾動軸に対して垂直に配置されている。このことによっても、電気的伝送路装置の領域において磁束線の、特に有利な向きを達成することができる。有利には、永久磁石装置はさらに、第３及び／又は第４の永久磁石も備えており、これらの永久磁石のＮ‐Ｓ磁極の向きも同様に、有利には、第２の傾動軸に対して垂直に配置されている。第３及び／又は第４の永久磁石は、上述のように、第１及び／又は第２の永久磁石に対して鏡像的に構成及び配置することができる。

【0021】

他の有利な一発展形態においては、第２の傾動軸を基準として軸方向に、少なくとも２つの永久磁石、有利には、各２つの永久磁石を、電気的伝送路装置からそれぞれ異なる距離に、特に、電気的伝送路装置の、各２つの永久磁石が最近傍に存在する区間から異なる距離に配置する。このことによって、電気的伝送路装置の領域において、磁束線の配置をさらに改善することができる。少なくとも２つの永久磁石は、特に、上述の第１及び第２の永久磁石、及び／又は、上述の第３及び第４の永久磁石とすることができる。

【0022】

他の有利な一発展形態においては、傾動装置のアクチュエータ素子は、金属面材として構成されており、電気的伝送路装置のうちローレンツ力が発生する区間は、この金属面材によって実現されている。斯かる構成により、金属面材を特に効率的に、多機能的に使用することができ、このことによって、アクチュエータ装置の製造に際しての所要リソースとコストとを削減することができる。

【0023】

本発明に係る方法の有利な一発展形態においては、特に高速軸まわりの高速の傾動を実現するため、傾動装置のアクチュエータ素子を第１の傾動軸まわりに周期的な共振運動で傾動させるように、電気的伝送路装置に電流を流す。低速軸まわりで低速の傾動を実現するため、傾動装置及び／又はアクチュエータ素子を第２の傾動軸まわりで準静的に傾動させるように、第２の磁界を発生させることができる。

【0024】

図面の簡単な説明
以下、図面の各概略図に示された実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。以下においては、マイクロメカニカルアクチュエータ装置の例としてマイクロミラーに基づき、本発明に係るマイクロメカニカルアクチュエータ装置の発明の思想を説明する。しかし、ここで記載及び図示された実施形態、並びに、全ての変形態様は、他の任意のアクチュエータ装置にも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係るマイクロミラーの複数の異なる方向から見た概略的な全体図及び細部図である。

【図2】本発明の他の一実施形態に係るマイクロミラーの複数の異なる方向から見た概略的な全体図及び細部図である。

【図3】本発明のさらに他の一実施形態に係るマイクロミラーの複数の異なる方向から見た概略的な全体図及び細部図である。

【図4】本発明のさらに他の一実施形態に係るマイクロミラーの複数の異なる方向から見た概略的な全体図及び細部図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る、マイクロミラーの傾動方法を説明するための、概略的なフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

全図において、同等又は同機能の要素及び装置には、−別段の記載がない限り−同様の符号が付されている。方法の各ステップの番号は、概観し易くするためのものであり、特に、特定の時間的順序を含意するものではない。特に、方法の複数のステップを同時に実施することもできる。分かり易くするため、図面の各要素は、実寸の比率通りには示されていない。

【0027】

実施例の説明
図１Ａは、本発明の一実施形態に係るマイクロミラー１００の概略的な平面図である。マイクロミラー１００は傾動装置１１０を備えており、これは、ミラー要素１１２と撓みばね１１４とを備えている。マイクロミラー１００のミラー要素１１２は、例えば、金属表面部として基板上に実現されており、例えば、平面図において平坦なウェーハとなるように構成されている。ミラー要素１１２は、例えば、ミラー要素１１２の金属表面部の下方の基板と同一の基板から、２つの第１のウェブ１１８‐１，１１８‐２を介して、特にこれらのウェブのみを介して、撓みばね１１４に接続されている。

【0028】

撓みばね１１４は、図１Ａに示されているように、例えば、ｘｙ平面内において円環部として形成されており、ミラー要素１１２が静止状態で配置されているｘｙ平面において、ミラー要素１１２を完全に包囲している。撓みばね１１４は、２つの第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２を介して、特に第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２のみを介して、保持装置１２２に接続されている。保持装置１２２も、円環部として構成されており、傾動装置１１０が静止状態のときに、ｘｙ平面においてミラー要素１１２と撓みばね１１４との双方を包囲する。少なくとも第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２、及び、オプションとして第１のウェブ１１８‐１，１１８‐２も、マイクロミラー１００の場合にはねじりばねとして構成されており、撓みばね１１４と共に第１のばね装置１２０を構成している。

【0029】

第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２は、撓みばね１１４の２つの相対向する側に、マイクロミラー１００の第１の傾動軸Ａに沿って配置されている。第１のウェブ１１８‐１，１１８‐２は、ミラー要素１１２の２つの相対向する側に、マイクロミラー１００の第２の傾動軸Ｂに沿って配置されている。第１の傾動軸Ａは特に高速軸として用いられ、第２の傾動軸Ｂに対して垂直であり、この第２の傾動軸Ｂは、マイクロミラー１００の低速軸として用いられる。第１のウェブ１１８‐１，１１８‐２を除いて、ミラー要素１１２には、マイクロミラー１００の他の部分が設けられていない。第１のウェブ１１８‐１，１１８‐２及び第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２を除いて、撓みばね１１４には、マイクロミラー１００の他の部分が設けられていない。

【0030】

保持装置１２２には、第１乃至第４の永久磁石１３０‐１，１３０‐２，１３０‐３，１３０‐４（包括的に「１３０‐ｉ」と称する。）が設けられており、各永久磁石１３０‐ｉのＮ極‐Ｓ極の向きが第２の傾動軸Ｂに対して平行又は逆平行に配置されるように、第１乃至第４の永久磁石１３０‐１，１３０‐２，１３０‐３，１３０‐４は配置されている。永久磁石１３０‐ｉを総合して、マイクロミラー１００の永久磁石装置と称し得る。保持装置１２２の２つの相対向する側のうち一方の側に、第１の永久磁石１３０‐１と第２の永久磁石１３０‐２とが配置されている。当該２つの相対向する側のうち第２の側に、第３の永久磁石１３０‐３と第４の永久磁石１３０‐４とが配置されている。第１の永久磁石１３０‐１（ないしは第３の永久磁石１３０‐３）は、直交座標系においてｘ方向とｙ方向との双方に対して垂直なｚ方向において、第２の永久磁石１３０‐２の上方（ないしは第４の永久磁石１３０‐４の上方）に配置されている。

【0031】

第１の永久磁石１３０‐１と第３の永久磁石１３０‐３との間に、非磁性かつ磁化不可能な第１の舌片１２４‐１が配置されており、これは、保持装置１２２に固定的に結合されている。第２の永久磁石１３０‐２と第４の永久磁石１３０‐４との間に、非磁性かつ磁化不可能な第２の舌片１２４‐２が配置されており、これは、保持装置１２２に固定的に結合されている。第１の舌片１２４‐１は、ねじりばね１４０‐１を介してフレーム装置１４４に結合されている。第２の舌片１２４‐２は、ねじりばね１４０‐２を介してフレーム装置１４４に結合されている。フレーム装置１４４は、例えば、方形のフレームとして構成されており、これは、静止状態では、ｘ方向とｙ方向とにおいて、保持装置１２２、撓みばね１１４及び／又はミラー要素１１２を包囲する。保持装置１２２は、舌片１２４‐１，１２４‐２及びねじりばね１４０‐１，１４０‐２のみを介して、フレーム装置１４４に結合されている。舌片１２４‐１，１２４‐２は、特に、保持装置１２２と同時に、同一の材料から作製することができる。

【0032】

傾動装置１１０の撓みばね１１４上には、電流を流すための電気的伝送路装置１５０が、ミラー要素１１２まわりに略完全に閉じた円で配設されている。電気的伝送路装置１５０をそれぞれ第１の電極と第２の電極とに接続する第１の導体路１５６及び第２の導体路１５８は、双方とも、同一のウェブ１１６‐１に配設されており、第１及び第２の導体路１５６，１５８は、第１のウェブ１１６‐１まで保持装置１２２に配設されている。電気的伝送路装置１５０、及び／又は、第１及び第２の導体路１５６，１５８は、それぞれ、金属層によって、及び／又は、撓みばね１１４、保持装置１２２、舌片１２４‐１，１２４‐２、ねじりばね１４０‐１，１４０‐２及び／又はフレーム装置１４４の基板のドープされた領域によって、実現することができる。

【0033】

図１Ｂは、電気的伝送路装置１５０に電流Ｉが時計回りに流されたときの永久磁石１３０‐ｉの細部を、発生する力と共に示す概略的な平面図である。第２及び第４の永久磁石１３０‐２，１３０‐４は、図１Ｂにおいては、第１及び第２の永久磁石１３０‐１，１３０‐３と区別し易くするため、ｙ方向においてずらして示されているが、このことは、有利には適用されない。第１の永久磁石１３０‐１のＮ磁極１３０‐１Ｎは、伝送路装置１５０の方に向けられて、同様に伝送路装置１５０の方を向いた第２の永久磁石１３０‐２のＳ磁極１３０‐２Ｓより、伝送路装置１５０に近い場所に配置されている。電気的伝送路装置１５０の他方の側において、第３の永久磁石１３０‐３のＳ磁極１３０‐３Ｓは、伝送路装置１５０の方に向けられて、同様に伝送路装置１５０の方を向いた第４の永久磁石１３０‐４のＮ磁極１３０‐４Ｎより、伝送路装置１５０に近い場所に配置されている。

【0034】

第１の永久磁石１３０‐１のＳ磁極１３０‐１Ｓの端部と第２の永久磁石１３０‐２のＮ磁極１３０‐２Ｎの端部とは、第２の傾動軸Ｂの軸方向に、即ち、ｘ方向に、互いに揃えることができる。第３の永久磁石１３０‐３のＮ磁極１３０‐３Ｎの端部と第４の永久磁石１３０‐４のＳ磁極１３０‐４Ｓの端部とは、第２の傾動軸Ｂの軸方向に、互いに揃えることができる。

【0035】

図１Ｂには、さらに、伝送路装置１５０に供給された電流Ｉと第１乃至第４の永久磁石１３０‐ｉの磁束線１１との協働によって、第１のローレンツ力３１と第２のローレンツ力３２とが発生することが示されている。第１のローレンツ力３１は、伝送路装置１５０の、第１の永久磁石１３０‐１から最近傍に位置する区間において発生し、当該伝送路装置１５０が配置された撓みばね１１４と共に伝送路装置１５０に作用しており、この第１のローレンツ力３１の向きは、負のｚ方向となっている。第２のローレンツ力３２は、伝送路装置１５０の、第３の永久磁石１３０‐３から最近傍に位置する区間において発生し、伝送路１５０と撓みばね１１４とに作用しており、この第２のローレンツ力３２の向きは、正のｚ方向となっている。第１のローレンツ力３１と第２のローレンツ力３２とが組み合わさってミラー要素１１２の傾動を引き起こし、構成に応じて第１のばね装置１２０の変形、即ち、撓みばね１１４及び／又はねじりばねとしての第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２の変形を伴う。よって、ミラー要素１１２には、負のｙ方向に角運動量が印加されることとなる。電流Ｉが逆の電流方向で供給されると、例えば、第１の極と第２の極との極性が入れ替わり、これに応じて、ミラー要素１１２に正のｙ方向に角運動量が印加される。

【0036】

図１Ｃは、図１Ｂに示された要素及び力の概略的な側面図である。図１Ｃにおいては、永久磁石１３０‐ｉをずらした配置は、伝送路装置１５０に電流Ｉが流れる領域において、第１の磁界１１の正及び負のｘ方向の特に大きな成分を発生させるために用いられることが明らかである。

【0037】

図１Ａにおいては、さらに、マイクロミラー１００の第１の電磁石１２５及び第２の電磁石１２７が示されている。図１Ｄから明らかであるように、第１の電磁石１２５は、Ｕ字形の磁束誘導板１２９を有している。磁束誘導板１２９は、横棒１２６‐３の両端をそれぞれ腕部１２６‐１、１２６‐２に結合したものから成る。コイル１３１の通電によって、腕部１２６‐１がＮ磁極として、腕部１２６‐２がＳ磁極として機能し、又は、その逆にも機能するように、通電可能なコイル１３１が横棒１２６‐３に巻回されている。図１Ｄにさらに示されているように、第１及び第３の永久磁石１３０‐１，１３０‐３は、第１の永久磁石１３０‐１のＳ磁極１３０‐３Ｓと第３の永久磁石１３０‐３のＮ磁極１３０‐３Ｎとが、ｙ方向において腕部１２６‐１，１２６‐２の間に、かつ、ｘ方向とｚ方向とにおいて腕部１２６‐１，１２６‐２と横一列に配置されるように、配置されている。

【0038】

このようにして、コイル１３１の通電により、電磁石１２５によって第２の磁界が発生し得る。この第２の磁界においては、ねじりばね１４０‐１によってフレーム装置１４４に対して回転可能に配置されている永久磁石１３０‐１，１３０‐３が、エネルギー的には、好適な向きになっている。その結果として、舌片１２４‐１，１２４‐２を介して永久磁石１３０‐１，１３０‐３に固定的に結合された保持装置１２２は、ねじりばね１４０‐１において、第２の傾動軸Ｂに沿って傾動する。第２の電磁石１２７は、第１の傾動軸Ａを基準として、第１の電磁石１２５に対して鏡像対称となるように配置されかつ構成されている。コイル１３１が通電されると、それと同時に、腕部１２８‐１，１２８‐２を有する第２の電磁石１２７のコイルも通電されて、保持装置１２２は、ねじりばね１４０‐２においても、第２の傾動軸Ｂに沿って傾動し、各ねじりばね１４０‐１，１４０‐２において傾動が同一の回転方向での、即ち、それぞれ正又は負のｘ方向での角運動量で生じる。

【0039】

電磁石１２５，１２７は、フレーム装置１４４に取り付けることができる。例えば、電流Ｉを伝送路装置１５０に供給するためのボード、及び／又は、電磁石１２５，１２７の電気的コイルに通電するためのボードに、電磁石１２５，１２７及びフレーム装置１４４の双方を接続することができる。

【0040】

図２Ａから図２Ｄまでは、本発明の他の一実施形態に係るマイクロミラー２００を示している。マイクロミラー２００はマイクロミラー１００の一変形態様であり、マイクロミラー２００がマイクロミラー１００と相違する点は、マイクロミラー１００の伝送路装置１５０に代えて、電気的伝送路装置２５０がマイクロミラー２００の傾動装置１１０と保持装置１２２とに配設されていること、及び、これに伴って、マイクロミラー１００の永久磁石１３０‐ｉに代えて、マイクロミラー２００の第１乃至第４の永久磁石２３０‐ｉの別の配置が使用されていることである。

【0041】

図２Ａは、マイクロミラー２００の概略的な平面図である。図２Ｂは、電気的伝送路装置２５０に電流Ｉが正のｙ方向に流されたときの永久磁石２３０‐ｉ及びミラー要素１１２の細部を、発生する力と共に示す概略的な平面図である。図２Ｃは、図２Ｂに示された要素及び力の概略的な側面図である。図２Ｄは、第１の電磁石１２５間における第１及び第２の永久磁石２３０‐１，２３０‐２の配置を示す概略図である。

【0042】

伝送路装置２５０は、撓みばね１１４上において、第１の傾動軸Ａについて鏡像対称的に配設されていることにより、電流Ｉが第１の傾動軸Ａに対して鏡像対称的に流れることができるようにされている。伝送路装置２５０は、２つの第２のウェブのうちねじりばねとして構成された第１のウェブ１１６‐１を介して第１の電極に接続されており、かつ、当該２つの第２のウェブのうちねじりばねとして構成された第２のウェブ１１６‐２を介して、第２の電極に接続されている。

【0043】

第１及び第３の永久磁石１３０‐１，１３０‐３と同様に、保持装置１２２上に正のｚ方向に配置されている第１及び第３の各永久磁石２３０‐１，２３０‐３は、そのＮ極２３０‐１Ｎ，２３０‐３Ｎを、ミラー要素１１２の方向に向けて配置されている。保持装置１２２の下方に負のｚ方向に配置されている第２及び第４の各永久磁石２３０‐２，２３０‐４は、そのＳ極２３０‐２Ｓ，２３０‐４Ｓを、ミラー要素１１２の方向に向けて配置されている。第２の永久磁石２３０‐２のＳ極２３０‐２Ｓは、ｘ方向において、第１の永久磁石２３０‐１のＮ極２３０‐１Ｎよりも伝送路装置２５０に近い場所に配置されている。第４の永久磁石２３０‐４のＳ極２３０‐４Ｓは、ｘ方向において、第３の永久磁石２３０‐３のＮ極２３０‐３Ｎよりも伝送路装置２５０に近い場所に配置されている。

【0044】

ミラー要素１１２とは反対側の磁極２３０‐１Ｓ，２３０‐２Ｎは、ｘ方向において揃えて配置することができる。ミラー要素１１２とは反対側の磁極２３０‐３Ｓ，２３０‐４Ｎは、ｘ方向において揃えて配置することができる。特に、第１及び第２の永久磁石２３０‐１，２３０‐２の配置及び構成は、第１の傾動軸Ａを基準として第３及び第４の永久磁石２３０‐３，２３０‐４の配置及び構成に対して鏡像対称的となっている。図２Ｄにおいては、第１及び第２の永久磁石２３０‐１，２３０‐２は、第１及び第２の永久磁石１３０‐１，１３０‐１と同様に、第１の電磁石１２５の腕部１２６‐１、１２６‐２を基準として配置されている。

【0045】

図３Ａから図３Ｄまでは、本発明の他の一実施形態に係るマイクロミラー３００を示している。マイクロミラー３００は、マイクロミラー２００の一変形態様であり、マイクロミラー３００がマイクロミラー２００と相違する点は、マイクロミラー１００の傾動装置１１０に代えてマイクロミラー３００の傾動装置３１０を使用すること、及び、マイクロミラー２００の伝送路装置２５０に代えて電気的伝送路装置３５０が配設されていることである。

【0046】

図３Ａは、マイクロミラー３００の概略的な平面図である。図３Ｂは、電気的伝送路装置３５０に電流Ｉが正のｙ方向に流されたときの永久磁石２３０‐ｉ及びミラー要素３１２の細部を、発生する力と共に示す概略的な平面図である。図３Ｃは、図３Ｂに示された要素及び力の概略的な側面図である。第１の電磁石１２５間における第１及び第２の永久磁石２３０‐１，２３０‐２の配置は、図２Ｄに示されているように行われる。

【0047】

マイクロミラー３００においては、傾動装置３１０は、ねじりばねとして機能する第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２を介してミラー要素３１２を保持装置１２２に接続したものから成る。マイクロミラー３００においては、マイクロミラー２００の場合のように撓みばね１１４に対称的に配設する代わりに、マイクロミラー３００のミラー要素３１２として機能する金属表面部に直接コンタクトし、この金属表面部は、電気的伝送路装置３５０の一部として機能する。よって、供給された電流Ｉは、ウェブ１１６‐１の方向からウェブ１１６‐２の方向に、又はその逆方向に、ミラー要素３１２の金属表面部全体にわたって、又は金属表面部の一部の離隔した部分にわたって流れる。マイクロミラー３００においても、伝送路装置３５０に従って電流Ｉが第１の傾動軸Ａに対して鏡像対称的に流れるので、マイクロミラー３００の永久磁石２３０‐ｉの構成及び配置は、マイクロミラー２００の永久磁石２３０‐ｉの構成及び配置と同一となっている。

【0048】

図４Ａから図４Ｄまでは、本発明のさらに他の一実施形態に係るマイクロミラー４００を示している。マイクロミラー４００はマイクロミラー１００の一変形態様であり、マイクロミラー４００がマイクロミラー１００と相違する点は、マイクロミラー４００の永久磁石４３０‐ｉの構成及び配置である。

【0049】

図４Ａは、マイクロミラー４００の概略的な平面図である。図４Ｂは、電気的伝送路装置１５０に電流が時計回りに流されたときの永久磁石４３０‐ｉ及びミラー要素１１２の細部を、発生する力と共に示す概略的な平面図である。図４Ｃは、図４Ｂに示された要素及び力の概略的な側面図である。図４Ｄは、第１の電磁石１２５間における第１及び第２の永久磁石４３０‐１，４３０‐２の配置を示す概略図である。

【0050】

マイクロミラー４００においては、電流Ｉが供給されずコイルが通電されない静止状態では、永久磁石４３０‐ｉの磁気的なＮＳ軸は第１の傾動軸Ａ及び第２の傾動軸Ｂの双方に対して垂直に配置されている。第１の永久磁石４３０‐１は、ｘ方向において、第２の永久磁石４３０‐２よりミラー要素１１２に近い場所に配置されており、かつ、第３の永久磁石４３０‐３は、ｘ方向において、第４の永久磁石４３０‐４よりミラー要素１１２に近い場所に配置されており、永久磁石４３０‐ｉの、ミラー要素１１２とは反対側の端部は、対ごとにｘ方向において揃えて配置することができる。

【0051】

第１の永久磁石４３０‐１のＮ極４３０‐１Ｎは、第２の永久磁石４３０‐２とは反対側にあり、第１の永久磁石４３０‐１のＳ極４３０‐１Ｓは、第２の永久磁石４３０‐２側に配置されている。第２の永久磁石４３０‐２のＮ極４３０‐２Ｎは、第１の永久磁石４３０‐１側にあり、第２の永久磁石４３０‐２のＳ極４３０‐２Ｓは、第１の永久磁石４３０‐１とは反対側に配置されている。第１の永久磁石４３０‐１と第２の永久磁石４３０‐２とは、第１及び第２の永久磁石１３０‐１，１３０‐２，２３０‐１，２３０‐２と同様、舌片１２４‐１の互いに反対側の外側面に配置されている。

【0052】

第３の永久磁石４３０‐３のＮ極４３０‐３Ｎは、第４の永久磁石４３０‐４側にあり、第３の永久磁石４３０‐３のＳ極４３０‐３Ｓは、第４の永久磁石４３０‐４とは反対側に配置されている。第４の永久磁石４３０‐４のＮ極４３０‐４Ｎは、第３の永久磁石４３０‐３とは反対側にあり、第４の永久磁石４３０‐４のＳ極４３０‐４Ｓは、第３の永久磁石４３０‐３側に配置されている。第３の永久磁石４３０‐３と第４の永久磁石４３０‐４とは、第３及び第４の永久磁石１３０‐３，１３０‐４，２３０‐３，２３０‐４と同様、舌片１２４‐２の互いに反対側の外側部に配置されている。

【0053】

斯かる構成によって、図４Ｄに示されているように、第１及び第２の永久磁石４３０‐１，４３０‐２の各Ｎ極４３０‐１Ｎ，４３０‐２Ｎ及び各Ｓ極４３０‐１Ｓ，４３０‐２Ｓはいずれも、第１の電磁石１２５の磁束誘導板１２９の腕部１２６‐１，１２６‐２間に配置されることとなり、しかもそれぞれ、永久磁石４３０‐ｉの、ミラー要素１１２とは反対側の端部に配置されることとなる。第２の電磁石１２７並びに第３及び第４の永久磁石４３０‐３，４３０‐４についても、同様のことが当てはまる。

【0054】

図５は、本発明の一実施形態に係る方法を説明するための概略的なフローチャートである。図５の方法は、本発明に係るマイクロミラーと共に、特にマイクロミラー１００；２００，３００；４００と共に実施することができ、本発明に係るマイクロミラーの、ここで記載されている全ての発展形態及び改良形態に合わせて適宜調整することができ、また、その逆も成り立つ。

【0055】

ステップＳ０１においては、ローレンツ力３１，３２に基づいて傾動装置１１０；３１０のミラー要素１１２；３１２を第１の傾動軸Ａに沿って傾動させるように、当該マイクロミラー１００；２００；３００；４００の永久磁石装置１３０‐ｉ，２３０‐ｉ；４３０‐ｉによって発生した第１の磁界１１内において、マイクロミラーの当該傾動装置１１２；３１２に配設されている電気的伝送路装置１５０；２５０；３５０に電流Ｉを、特に交流電流を流す。

【0056】

ステップＳ０２において、特に第１の傾動軸Ａに対して垂直に配置された第２の傾動軸Ｂに沿って磁気的吸引及び反発に基づいて傾動装置１１０；３１０を傾動させるように、マイクロミラー１００；２００；３００；４００の電磁石装置１２５，１２７によって永久磁石装置１３０‐ｉ，２３０‐ｉ，４３０‐ｉの領域に第２の磁界を発生させる。

【0057】

有利には、傾動装置１１０；３１０のミラー要素１１２；３１２が第１の傾動軸Ａに沿って周期的な共振運動で傾動するように、電気的伝送路装置１５０；２５０；３５０に電流を流す。有利には、傾動装置１１０；３１０が第２の傾動軸Ｂに沿って準静的に傾動するように第２の磁界を発生させる。

【0058】

上記においては、有利な実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されることはなく、多様な形態に変更することが可能である。特に本発明の基本から逸脱することなく、本発明は、多くの態様で変更又は修正することができる。例えば、マイクロミラー１００；２００；３００；４００の全ての永久磁石のＮ極‐Ｓ極の向きを、マイクロミラー１００；２００；３００；４００においてそれぞれ示されているのとちょうど逆方向にすることもできる。

【0059】

例えば、撓みばね１１４を、同一形状であるが剛性の部材として構成して、第１のばね装置１２０を第２のウェブ１１６‐１，１１６‐２のみから構成することも可能である。第１のウェブ１１８‐１，１１８‐２をちょうど２つ設けるのではなく、例えば、ウェブを１つだけ設けること、又は、３つ以上のウェブを設けることも可能である。撓みばね１１４、保持装置１２２及び／又はミラー要素１１２：３１２を円（環）形とする代わりに、他の形状、例えば方形を用いることもできる。

【0060】

概観し易くするため、伝送路装置１５０；２５０；３５０は、図中においては、単層の配線パターンとして示されている。しかし、伝送路装置１５０；２５０；３５０を２層又は３層構成とすること、例えば、ヘリカル形とすることもでき、特に永久磁石１３０‐ｉ；２３０‐ｉ；４３０‐ｉにおいて、伝送路装置１５０；２５０；３５０の最近傍の区間に２つ以上の伝送路をｚ方向において互いに重ねて配置することにより、生成されるローレンツ力３１，３２をこれに応じて、より強くすることができる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】