JPH09127439A - 光操縦用アナログビームをもつ光スイッチ - Google Patents
光操縦用アナログビームをもつ光スイッチInfo
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- JPH09127439A JPH09127439A JP8258376A JP25837696A JPH09127439A JP H09127439 A JPH09127439 A JP H09127439A JP 8258376 A JP8258376 A JP 8258376A JP 25837696 A JP25837696 A JP 25837696A JP H09127439 A JPH09127439 A JP H09127439A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、アナログモードでの使用に適した
可撓性画素の凹部を備えた光スイッチとして使用するの
に適した空間光変調器を提供することにある。 【解決手段】 （ａ）基板上の少なくとも１つのアドレ
ス電極と、（ｂ）第１通常位置から複数の第２位置に撓
むことができる、前記アドレス電極上に配置された六角
形の光反射性画素とを有し、該画素への入射光は、該画
素から、画素の位置に基づいて選択された方向に反射さ
れることにより選択的に変調され、画素の位置は、前記
下に横たわるアドレス電極に印加される電気信号の選択
された特性に基づいて定められ、（ｃ）画素と第１静止
支柱との間に連結され且つトーション軸線を形成する第
１トーション部材を有し、画素の撓みは、第１部材のト
ーション軸線の回りでの画素の回転を引き起こし、
（ｄ）画素と第２静止支柱との間に連結された第２撓み
部材を更に有し、画素の撓みは第２部材の撓みを引き起
こすことを特徴とする空間光変調器。
可撓性画素の凹部を備えた光スイッチとして使用するの
に適した空間光変調器を提供することにある。 【解決手段】 （ａ）基板上の少なくとも１つのアドレ
ス電極と、（ｂ）第１通常位置から複数の第２位置に撓
むことができる、前記アドレス電極上に配置された六角
形の光反射性画素とを有し、該画素への入射光は、該画
素から、画素の位置に基づいて選択された方向に反射さ
れることにより選択的に変調され、画素の位置は、前記
下に横たわるアドレス電極に印加される電気信号の選択
された特性に基づいて定められ、（ｃ）画素と第１静止
支柱との間に連結され且つトーション軸線を形成する第
１トーション部材を有し、画素の撓みは、第１部材のト
ーション軸線の回りでの画素の回転を引き起こし、
（ｄ）画素と第２静止支柱との間に連結された第２撓み
部材を更に有し、画素の撓みは第２部材の撓みを引き起
こすことを特徴とする空間光変調器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは、入射光を
変調する空間光変調器であって、光スイッチとして適し
ている空間光変調器に関し、より詳しくは、ミラーが撓
む度合い（撓み度）の関数である方向に入射光を操縦す
るための少なくとも１つのヒンジにより支持された、選
択的に撓み得るミラーを備えた装置に関する。
変調する空間光変調器であって、光スイッチとして適し
ている空間光変調器に関し、より詳しくは、ミラーが撓
む度合い（撓み度）の関数である方向に入射光を操縦す
るための少なくとも１つのヒンジにより支持された、選
択的に撓み得るミラーを備えた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇ
ｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ：ＳＬＭ）は、光情報処
理、投影ディスプレイ、ビデオ／グラフィックスモニ
タ、テレビジョン及び静電印刷の分野で多数の用途が見
出されている。また、ＳＬＭは、光スイッチ、光シャッ
タ、光弁、画素操縦器（ｐｉｘｅｌ ｓｔｅｅｒｅｒ
ｓ）等の用途も見出されている。ＳＬＭは、空間パター
ンをなす入射光を変調して、電気的又は光学的入力に対
応する光イメージを形成する装置である。入射光は、そ
の位相、強度、偏り及び／又は方向を変調できる。光変
調は、種々の電気／光学効果又は磁気／光学効果を呈す
る種々の材料により、及び表面変形により光を変調する
材料により行なうことができる。
ｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ：ＳＬＭ）は、光情報処
理、投影ディスプレイ、ビデオ／グラフィックスモニ
タ、テレビジョン及び静電印刷の分野で多数の用途が見
出されている。また、ＳＬＭは、光スイッチ、光シャッ
タ、光弁、画素操縦器（ｐｉｘｅｌ ｓｔｅｅｒｅｒ
ｓ）等の用途も見出されている。ＳＬＭは、空間パター
ンをなす入射光を変調して、電気的又は光学的入力に対
応する光イメージを形成する装置である。入射光は、そ
の位相、強度、偏り及び／又は方向を変調できる。光変
調は、種々の電気／光学効果又は磁気／光学効果を呈す
る種々の材料により、及び表面変形により光を変調する
材料により行なうことができる。
【０００３】本発明は、光スイッチ、光弁、画素操縦器
及び光シャッタを含む種々の装置に使用できる上記形式
のＳＬＭに関する。テキサスインスツルメント社（テキ
サス州、Ｄａｌｌａｓ）の最近の技術革新は、デジタル
マイクロミラー装置すなわち変形可能なミラー装置（こ
れらは、集合的にＤＭＤとして知られている）にある。
ＤＭＤは、一般に、１７×１７ミクロン（他の寸法でも
よい）の可撓性マイクロミラーの高密度配列を有するモ
ノリシック単チップ集積回路からなる空間光変調器であ
る。これらのミラーは、メモリセル及びアドレス電極を
備えたアドレス回路に関して組み立てられる。ミラーは
双安定性を有し且つデジタルモードで作動され、ミラー
は２つの撓み位置のうちの１つの位置で安定である。ミ
ラーに向けられる光源は、ミラーにより２つの方向のう
ちの１つの方向に反射される。デジタルモードで使用さ
れる場合には、このミラー配列からの入射光は、変調さ
れ且つ投影レンズに向けられ、次にディスプレイスクリ
ーン又は光受容ドラム上に合焦されて光イメージを形成
する。ミラーが、「オン」位置として知られている一方
の位置にあるとき、光は投影レンズに向けられる。「オ
フ」ミラー位置として知られている他方の位置にあると
きには、光は光吸収器に向けられる。ＤＭＤは単安定性
を有し且つアナログモードで作動され、光スイッチ、画
素操縦器、光シャッタ、スキャナ等に用途を見出すもの
でもよい。
及び光シャッタを含む種々の装置に使用できる上記形式
のＳＬＭに関する。テキサスインスツルメント社（テキ
サス州、Ｄａｌｌａｓ）の最近の技術革新は、デジタル
マイクロミラー装置すなわち変形可能なミラー装置（こ
れらは、集合的にＤＭＤとして知られている）にある。
ＤＭＤは、一般に、１７×１７ミクロン（他の寸法でも
よい）の可撓性マイクロミラーの高密度配列を有するモ
ノリシック単チップ集積回路からなる空間光変調器であ
る。これらのミラーは、メモリセル及びアドレス電極を
備えたアドレス回路に関して組み立てられる。ミラーは
双安定性を有し且つデジタルモードで作動され、ミラー
は２つの撓み位置のうちの１つの位置で安定である。ミ
ラーに向けられる光源は、ミラーにより２つの方向のう
ちの１つの方向に反射される。デジタルモードで使用さ
れる場合には、このミラー配列からの入射光は、変調さ
れ且つ投影レンズに向けられ、次にディスプレイスクリ
ーン又は光受容ドラム上に合焦されて光イメージを形成
する。ミラーが、「オン」位置として知られている一方
の位置にあるとき、光は投影レンズに向けられる。「オ
フ」ミラー位置として知られている他方の位置にあると
きには、光は光吸収器に向けられる。ＤＭＤは単安定性
を有し且つアナログモードで作動され、光スイッチ、画
素操縦器、光シャッタ、スキャナ等に用途を見出すもの
でもよい。
【０００４】この装置を組み込んだＤＭＤ装置及びシス
テムのより詳細な議論をするには、「空間光変調器及び
方法（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏ
ｒａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称に係るＨｏｒｎ
ｂｅｃｋの米国特許第５，０６１，０４９号、「標準独
立デジタルビデオシステム（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｄ
ｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ Ｖｉｄｅｏ
Ｓｙｓｔｅｍ）」という名称に係るＤｅＭｏｎｄ等の米
国特許第５，０７９，５４４号、及び「印刷システム露
出モジュール整合方法及び製造装置（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍｏｄｕｌｅ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒ
ａｔｕｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」という名
称に係るＮｅｌｓｏｎの米国特許第５，１０５，３６９
号を相互参照されたい。これらの米国特許は本発明と同
じ譲受人に譲渡されており、各米国特許の教示は本願に
援用する。イメージを形成する画素のグレースケール
は、「パルス幅変調ディスプレイシステムに使用するＤ
ＭＤアーキテクチュア及びタイミング（ＤＭＤ Ａｒｃ
ｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｉｍｉｎｇ ｆｏｒ
Ｕｓｅ ｉｎ ａＰｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ）」という名
称に係る米国特許第５，２７８，６５２号に開示されて
いるようなミラーのパルス幅変調技術により達成され
る。この米国特許も本発明と同じ譲受人に譲渡されてお
り、その教示は本願に援用する。
テムのより詳細な議論をするには、「空間光変調器及び
方法（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏ
ｒａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称に係るＨｏｒｎ
ｂｅｃｋの米国特許第５，０６１，０４９号、「標準独
立デジタルビデオシステム（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｄ
ｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ Ｖｉｄｅｏ
Ｓｙｓｔｅｍ）」という名称に係るＤｅＭｏｎｄ等の米
国特許第５，０７９，５４４号、及び「印刷システム露
出モジュール整合方法及び製造装置（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍｏｄｕｌｅ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒ
ａｔｕｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」という名
称に係るＮｅｌｓｏｎの米国特許第５，１０５，３６９
号を相互参照されたい。これらの米国特許は本発明と同
じ譲受人に譲渡されており、各米国特許の教示は本願に
援用する。イメージを形成する画素のグレースケール
は、「パルス幅変調ディスプレイシステムに使用するＤ
ＭＤアーキテクチュア及びタイミング（ＤＭＤ Ａｒｃ
ｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｉｍｉｎｇ ｆｏｒ
Ｕｓｅ ｉｎ ａＰｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ）」という名
称に係る米国特許第５，２７８，６５２号に開示されて
いるようなミラーのパルス幅変調技術により達成され
る。この米国特許も本発明と同じ譲受人に譲渡されてお
り、その教示は本願に援用する。
【０００５】一般譲渡された「空間光変調器及び方法
（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称に係るＨｏｒｎｂ
ｅｃｋの米国特許第４，６６２，７４６号、第４，７１
０，７３２号及び５，１７２，２６２号、及び「空間光
変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔ
ｏｒ）」という名称に係るＨｏｒｎｂｅｃｋの米国特許
第４，９５６，６１９号には、アナログモードで使用す
るのに適したマイクロ機械装置より詳しくは単安定ＤＭ
Ｄ／ＳＬＭの種々の構造及び方法が開示されており、こ
の米国特許の教示は本願に援用する。一般譲渡された
「空間光変調器及び方法（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」とい
う名称に係るＨｏｒｎｂｅｃｋ等の米国特許第５，０９
６，２７９号、「双安定性ＤＭＤアドレス回路及び方法
（Ｂｉｓｔａｂｌｅ ＤＭＤ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ
Ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄＭｅｔｈｏｄ）」という名称に
係るＨｏｒｎｂｅｃｋの米国特許第５，１４２，４０５
号、及び「静電制御形画素操縦装置及び方法（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｐｉｘｅｌ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称に係るＮｅｌｓｏｎの米
国特許第５，２１２，５８２号には、双安定性で且つデ
ジタルモードで使用するのに適した空間光変調器を製造
する種々の構造及び方法が開示されており、この米国特
許の教示は本願に援用する。
（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称に係るＨｏｒｎｂ
ｅｃｋの米国特許第４，６６２，７４６号、第４，７１
０，７３２号及び５，１７２，２６２号、及び「空間光
変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔ
ｏｒ）」という名称に係るＨｏｒｎｂｅｃｋの米国特許
第４，９５６，６１９号には、アナログモードで使用す
るのに適したマイクロ機械装置より詳しくは単安定ＤＭ
Ｄ／ＳＬＭの種々の構造及び方法が開示されており、こ
の米国特許の教示は本願に援用する。一般譲渡された
「空間光変調器及び方法（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」とい
う名称に係るＨｏｒｎｂｅｃｋ等の米国特許第５，０９
６，２７９号、「双安定性ＤＭＤアドレス回路及び方法
（Ｂｉｓｔａｂｌｅ ＤＭＤ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ
Ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄＭｅｔｈｏｄ）」という名称に
係るＨｏｒｎｂｅｃｋの米国特許第５，１４２，４０５
号、及び「静電制御形画素操縦装置及び方法（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｐｉｘｅｌ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称に係るＮｅｌｓｏｎの米
国特許第５，２１２，５８２号には、双安定性で且つデ
ジタルモードで使用するのに適した空間光変調器を製造
する種々の構造及び方法が開示されており、この米国特
許の教示は本願に援用する。
【０００６】図１〜図８を参照すると、これらの実施例
は一般譲渡された米国特許第５，１７２，２６２号に開
示されており、ここには、アナログモードで作動できる
単安定ＤＭＤ空間光変調器が示されている。１つの画素
（その全体を参照番号２０で示す）は、基本的に、浅い
凹部（ｗｅｌｌ）を覆うフラップであり且つシリコン基
板２２と、スペーサ２４と、ヒンジ層２６と、画素層２
８と、これらの層２６、２８に形成されたフラップ３０
と、該フラップ３０のプラズマエッチアクセスホルド３
２とを有する。画素層２８により覆われていないヒンジ
層２６の部分３４は、スペーサ２４により層２６、２８
の部分へのヒンジ取付けフラップ３０を形成する。画素
２０は、シリコン基板２２上にロバスト半導体法（ｒｏ
ｂｕｓｔｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ）を用いて製造される。スペーサ２４は絶縁性ポジ型
フォトレジスト又は他のポリマーで形成できる。ヒンジ
層２６及び画素層２８は、両者共、アルミニウム、チタ
ン及びシリコン合金（Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌ）であるが、こ
れらの層はチタンタングステン又は他の適当な材料で形
成することもできる。ヒンジ層３４の厚さは約８００オ
ングストロームであり、この場合には、画素３０はカッ
ピング（反り）及びワーピング（歪み）を防止するため
非常に厚くなり、約３，０００オングストロームにな
る。
は一般譲渡された米国特許第５，１７２，２６２号に開
示されており、ここには、アナログモードで作動できる
単安定ＤＭＤ空間光変調器が示されている。１つの画素
（その全体を参照番号２０で示す）は、基本的に、浅い
凹部（ｗｅｌｌ）を覆うフラップであり且つシリコン基
板２２と、スペーサ２４と、ヒンジ層２６と、画素層２
８と、これらの層２６、２８に形成されたフラップ３０
と、該フラップ３０のプラズマエッチアクセスホルド３
２とを有する。画素層２８により覆われていないヒンジ
層２６の部分３４は、スペーサ２４により層２６、２８
の部分へのヒンジ取付けフラップ３０を形成する。画素
２０は、シリコン基板２２上にロバスト半導体法（ｒｏ
ｂｕｓｔｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ）を用いて製造される。スペーサ２４は絶縁性ポジ型
フォトレジスト又は他のポリマーで形成できる。ヒンジ
層２６及び画素層２８は、両者共、アルミニウム、チタ
ン及びシリコン合金（Ｔｉ：Ｓｉ：Ａｌ）であるが、こ
れらの層はチタンタングステン又は他の適当な材料で形
成することもできる。ヒンジ層３４の厚さは約８００オ
ングストロームであり、この場合には、画素３０はカッ
ピング（反り）及びワーピング（歪み）を防止するため
非常に厚くなり、約３，０００オングストロームにな
る。
【０００７】画素２０は、ミラー３０と、この下に横た
わり且つ基板２２上に形成されたアドレス電極３６との
間に電圧を印加することにより撓められる。フラップ３
０及び電極３６の露出面はエアギャップコンデンサの２
枚の板を形成し、印加電圧により２枚の板上に誘起され
た反対電荷は、フラップ３０を基板２２に誘引する静電
力を作用する。この誘引力は、ヒンジ３４の箇所でフラ
ップ３０を曲げて、基板２２の方向に撓ませる。ミラー
３０の撓み度は、電極の対向面積、電極間隔、印加され
る差動電圧、及びヒンジ３４のコンプライアンスに基づ
いて変化する。ミラー３０の撓みは、図３のグラフに示
すように、差動電圧の関数である。図３に示すように、
差動電圧すなわちミラー３０に印加される電圧が高いほ
ど、撓み度は大きくなる。
わり且つ基板２２上に形成されたアドレス電極３６との
間に電圧を印加することにより撓められる。フラップ３
０及び電極３６の露出面はエアギャップコンデンサの２
枚の板を形成し、印加電圧により２枚の板上に誘起され
た反対電荷は、フラップ３０を基板２２に誘引する静電
力を作用する。この誘引力は、ヒンジ３４の箇所でフラ
ップ３０を曲げて、基板２２の方向に撓ませる。ミラー
３０の撓み度は、電極の対向面積、電極間隔、印加され
る差動電圧、及びヒンジ３４のコンプライアンスに基づ
いて変化する。ミラー３０の撓みは、図３のグラフに示
すように、差動電圧の関数である。図３に示すように、
差動電圧すなわちミラー３０に印加される電圧が高いほ
ど、撓み度は大きくなる。
【０００８】また、図３に示すように、この撓みは非線
形であり、印加電圧には比例しない。理想的な線形応答
が、参照番号３８で示す破線により示されている。非線
形関係となってしまうことには多くの理由がある。その
第１は、静電力が、ミラー３０とアドレス電極３６とを
分離する距離の２乗に反比例する関数だからである。第
２は、ヒンジの幾何学的形状及び組成がヒンジ３４のコ
ンプライアンスに影響を与えるからである。厚いミラー
３０は大きな歪みを防止するけれども、薄いヒンジ３４
はコンプライアンスを大きくできる。フラップ３０の撓
みは、印加電圧の顕著な非線形関数である。これは、ヒ
ンジ３４の曲げにより生じる復元力はほぼ撓みの線形関
数であるが、フラップ３０の最接近角部と電極３６との
間の距離が減少すると、静電誘引力が増大することによ
る。この距離が減少するとキャパシタンスが増大し、こ
のため誘起される電荷が増大し且つ両者を一層近接させ
ることを理解されたい。図３に示すように、ミラー３０
が不安定になり且つ電極３６と接触して短絡するまで曲
がるときの電圧は、崩落電圧（ｃｏｌｌａｐｓｅｖｏｌ
ｔａｇｅ）と呼ばれる。
形であり、印加電圧には比例しない。理想的な線形応答
が、参照番号３８で示す破線により示されている。非線
形関係となってしまうことには多くの理由がある。その
第１は、静電力が、ミラー３０とアドレス電極３６とを
分離する距離の２乗に反比例する関数だからである。第
２は、ヒンジの幾何学的形状及び組成がヒンジ３４のコ
ンプライアンスに影響を与えるからである。厚いミラー
３０は大きな歪みを防止するけれども、薄いヒンジ３４
はコンプライアンスを大きくできる。フラップ３０の撓
みは、印加電圧の顕著な非線形関数である。これは、ヒ
ンジ３４の曲げにより生じる復元力はほぼ撓みの線形関
数であるが、フラップ３０の最接近角部と電極３６との
間の距離が減少すると、静電誘引力が増大することによ
る。この距離が減少するとキャパシタンスが増大し、こ
のため誘起される電荷が増大し且つ両者を一層近接させ
ることを理解されたい。図３に示すように、ミラー３０
が不安定になり且つ電極３６と接触して短絡するまで曲
がるときの電圧は、崩落電圧（ｃｏｌｌａｐｓｅｖｏｌ
ｔａｇｅ）と呼ばれる。
【０００９】図４〜図８は、図１に示した片持ち形すな
わちリーフ形ミラー３０と等価の別の実施例を示すもの
である。図１〜図８に示したような空間光変調器を作動
させる場合には、可撓性部材をアナログ領域で作動させ
るのが好ましく、これにより、ミラー３０の撓み角は印
加電圧に線形的に比例する。装置を、光ビーム操縦器、
スキャナ又は光スイッチとして作動させるには、撓み度
を正確に制御して、入射光をセンサのようなレシーバに
正確に操縦するのが好ましい。従って、図１〜図８に示
すような従来技術の設計では、反復可能なプロセスを続
行することが必須である。しかしながら、実際には、プ
ロセスの許容誤差のため、装置から装置に亘る幾分かの
偏差が生じる。従って、アドレス電極３６に印加される
所与の電圧についてのミラー３０の撓みは、装置から装
置に亘って僅かに変化する。従って、装置をアナログモ
ードで使用する場合には、実施の前に装置の特徴付けを
行なう必要がある。
わちリーフ形ミラー３０と等価の別の実施例を示すもの
である。図１〜図８に示したような空間光変調器を作動
させる場合には、可撓性部材をアナログ領域で作動させ
るのが好ましく、これにより、ミラー３０の撓み角は印
加電圧に線形的に比例する。装置を、光ビーム操縦器、
スキャナ又は光スイッチとして作動させるには、撓み度
を正確に制御して、入射光をセンサのようなレシーバに
正確に操縦するのが好ましい。従って、図１〜図８に示
すような従来技術の設計では、反復可能なプロセスを続
行することが必須である。しかしながら、実際には、プ
ロセスの許容誤差のため、装置から装置に亘る幾分かの
偏差が生じる。従って、アドレス電極３６に印加される
所与の電圧についてのミラー３０の撓みは、装置から装
置に亘って僅かに変化する。従って、装置をアナログモ
ードで使用する場合には、実施の前に装置の特徴付けを
行なう必要がある。
【００１０】関連出願の相互参照係属中の一般譲渡され
た下記米国特許出願を相互参照されたい。これらの米国
特許出願の教示は本願に援用する。 出願番号 発明の名称 出願日 第08/414,831号 上部構造光シールドを備えた空間光変調 1995 年３月31日 器（Spatial Light Modulator with Superstructure Light Shield) 第08/097,824号 超小型モノリシック可変電気装置及び 1993 年７月27日 該装置を備えた装置（Microminiature, Monolithic, Variable Electrical Device and Apparatus Including Same) 第08/424,021号 能動ヨーク隠れヒンジデジタルマイクロ 1995 年４月18日 ミラー装置（Active Yoke Hidden Hinge Digital Micromirror Device) 第08/171,303号 多レベルデジタルマイクロミラー装置 1993 年12月21日 （Multi-Level Digital Micromirror Device) 第08/482,477号 多フォーマットテレビジョン用の方法 1995 年６月７日 及び装置（Method and Device for Multi-Format Television) 第08/455,475号 光操縦用アナログビームを有する空間 光変調器（Spatial Light Modulator Having an Analog Beam for Steering Light) 第08/424,021号 能動ヨーク隠れヒンジデジタルマイクロ 1995 年４月18日 ミラー装置（Active Yoke Hidden Hinge Digital Micromirror Device)
た下記米国特許出願を相互参照されたい。これらの米国
特許出願の教示は本願に援用する。 出願番号 発明の名称 出願日 第08/414,831号 上部構造光シールドを備えた空間光変調 1995 年３月31日 器（Spatial Light Modulator with Superstructure Light Shield) 第08/097,824号 超小型モノリシック可変電気装置及び 1993 年７月27日 該装置を備えた装置（Microminiature, Monolithic, Variable Electrical Device and Apparatus Including Same) 第08/424,021号 能動ヨーク隠れヒンジデジタルマイクロ 1995 年４月18日 ミラー装置（Active Yoke Hidden Hinge Digital Micromirror Device) 第08/171,303号 多レベルデジタルマイクロミラー装置 1993 年12月21日 （Multi-Level Digital Micromirror Device) 第08/482,477号 多フォーマットテレビジョン用の方法 1995 年６月７日 及び装置（Method and Device for Multi-Format Television) 第08/455,475号 光操縦用アナログビームを有する空間 光変調器（Spatial Light Modulator Having an Analog Beam for Steering Light) 第08/424,021号 能動ヨーク隠れヒンジデジタルマイクロ 1995 年４月18日 ミラー装置（Active Yoke Hidden Hinge Digital Micromirror Device)
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アナログモ
ードでの使用に適した可撓性画素の凹部（ｄｅｆｌｅｃ
ｔａｂｌｅ ｐｉｘｅｌ ｗｅｌｌ）を備えた光スイッ
チとして使用するのに適した空間光変調器を提供するこ
とにある。
ードでの使用に適した可撓性画素の凹部（ｄｅｆｌｅｃ
ｔａｂｌｅ ｐｉｘｅｌ ｗｅｌｌ）を備えた光スイッ
チとして使用するのに適した空間光変調器を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、トーションヒ
ンジと少なくとも１つの撓みヒンジとの両方によって支
持される六角形の画素を設けることにより、空間光変調
器としての技術的長所を達成する。トーションヒンジは
傾斜軸線を形成し、撓みヒンジは平坦位置を形成し且つ
大きな安定傾動角度範囲を達成すべく復元力を発生す
る。六角形の画素構造は、画素を密にパックする配列を
可能にし、また画素の六角形の幾何学的形状は、光ファ
イバからの光のように円形の光ビームを反射するのに適
している。本発明は、全体として平らな六角形の光反射
画素すなわちミラー（該画素すなわちミラーは、第１通
常位置から複数の第２位置に撓むことができる）を備え
た形式の空間光変調器を有している。画素への入射光
は、画素の位置に基づいて、画素から選択位置に反射さ
れることにより選択的に変調される。画素の位置は、画
素の下に横たわるアドレス電極に印加される電圧のよう
な電気信号の選択された特性に基づいて定められる。画
素の撓みは画素支持手段に機械的な位置エネルギを蓄
え、この蓄えられたエネルギは、画素を水平な第１通常
位置に戻そうとする。好ましくは、この画素支持手段
は、画素と第１静止支柱との間に連結されてトーション
軸線を形成する第１トーションヒンジを有する。画素の
回転により、第１ヒンジはそのトーション軸線の回りで
回転される。２種類のヒンジを設けることにより、画素
の撓みを、画素の下に横たわるアドレス回路（好ましく
は電極）に印加される電気信号にほぼ比例するように、
大きな撓み範囲に亘って制御できるようになる。画素は
単安定性を有し、、もちろん、大きなアドレス電圧が印
加されない限り、アドレス電極上に崩落（ｃｏｌｌａｐ
ｓｅ）することはない。六角形の幾何学的形状をもつ画
素は、光ファイバからの光のような円形の光ビームを反
射するのに適しており、六角形の画素はまた、密にパッ
クされた画素ミラーの配置をも可能にする。厳格に定め
られた非撓み（平坦）位置を与える第２ヒンジを設ける
ことにより、光操縦のための高精度の画素ミラー傾斜角
を得ることができる。第１ヒンジ及び第２ヒンジの両者
は、復元力を与える。
ンジと少なくとも１つの撓みヒンジとの両方によって支
持される六角形の画素を設けることにより、空間光変調
器としての技術的長所を達成する。トーションヒンジは
傾斜軸線を形成し、撓みヒンジは平坦位置を形成し且つ
大きな安定傾動角度範囲を達成すべく復元力を発生す
る。六角形の画素構造は、画素を密にパックする配列を
可能にし、また画素の六角形の幾何学的形状は、光ファ
イバからの光のように円形の光ビームを反射するのに適
している。本発明は、全体として平らな六角形の光反射
画素すなわちミラー（該画素すなわちミラーは、第１通
常位置から複数の第２位置に撓むことができる）を備え
た形式の空間光変調器を有している。画素への入射光
は、画素の位置に基づいて、画素から選択位置に反射さ
れることにより選択的に変調される。画素の位置は、画
素の下に横たわるアドレス電極に印加される電圧のよう
な電気信号の選択された特性に基づいて定められる。画
素の撓みは画素支持手段に機械的な位置エネルギを蓄
え、この蓄えられたエネルギは、画素を水平な第１通常
位置に戻そうとする。好ましくは、この画素支持手段
は、画素と第１静止支柱との間に連結されてトーション
軸線を形成する第１トーションヒンジを有する。画素の
回転により、第１ヒンジはそのトーション軸線の回りで
回転される。２種類のヒンジを設けることにより、画素
の撓みを、画素の下に横たわるアドレス回路（好ましく
は電極）に印加される電気信号にほぼ比例するように、
大きな撓み範囲に亘って制御できるようになる。画素は
単安定性を有し、、もちろん、大きなアドレス電圧が印
加されない限り、アドレス電極上に崩落（ｃｏｌｌａｐ
ｓｅ）することはない。六角形の幾何学的形状をもつ画
素は、光ファイバからの光のような円形の光ビームを反
射するのに適しており、六角形の画素はまた、密にパッ
クされた画素ミラーの配置をも可能にする。厳格に定め
られた非撓み（平坦）位置を与える第２ヒンジを設ける
ことにより、光操縦のための高精度の画素ミラー傾斜角
を得ることができる。第１ヒンジ及び第２ヒンジの両者
は、復元力を与える。
【００１３】画素への両部材の連結点は、画素の周囲で
分離されている。画素はほぼ矩形の輪郭を有し、第１ヒ
ンジは、画素の第１辺の中間点で画素に連結されてい
る。第２ヒンジは、一実施例では、同様に画素の第１辺
に連結されている。第２ヒンジは、画素の第１辺と第２
辺との結合部の近くで画素に連結することができる。第
２ヒンジは、また、トーション軸線から最も隔たった画
素の部分を含む画素の第２辺にも連結できる。第１ヒン
ジのトーション軸線は画素とほぼ同一面内にあり、第２
ヒンジは、非撓み状態において、画素と同一平面内にあ
り且つ第１ヒンジのトーション軸線に対して垂直になる
ように配向される。第２ヒンジは、撓んだ状態で、その
コーナに湾曲面すなわち僅かに捩じれた面を形成し、こ
のため、各端部は、第２ヒンジが取り付けられた面と同
一平面内に維持される。
分離されている。画素はほぼ矩形の輪郭を有し、第１ヒ
ンジは、画素の第１辺の中間点で画素に連結されてい
る。第２ヒンジは、一実施例では、同様に画素の第１辺
に連結されている。第２ヒンジは、画素の第１辺と第２
辺との結合部の近くで画素に連結することができる。第
２ヒンジは、また、トーション軸線から最も隔たった画
素の部分を含む画素の第２辺にも連結できる。第１ヒン
ジのトーション軸線は画素とほぼ同一面内にあり、第２
ヒンジは、非撓み状態において、画素と同一平面内にあ
り且つ第１ヒンジのトーション軸線に対して垂直になる
ように配向される。第２ヒンジは、撓んだ状態で、その
コーナに湾曲面すなわち僅かに捩じれた面を形成し、こ
のため、各端部は、第２ヒンジが取り付けられた面と同
一平面内に維持される。
【００１４】第１ヒンジの特性は、画素の第１位置から
の撓みがトーション軸線の回りの主として回転運動であ
ることである。第２ヒンジの特性は、画素の第１位置が
第２ヒンジにより主として決定されることである。両ヒ
ンジの特性は、画素が、第１位置から、電気信号の選択
された特性により決定される複数の第２位置に選択的に
撓み得ることである。第１及び第２ヒンジは、それぞ
れ、別々の第１及び第２支柱に連結されている。別の実
施例では、第１及び第２ヒンジを、同一の支柱に連結す
ることができる。画素は、非撓み状態にあるとき、及び
第１位置から撓むとき、平坦性を維持するため補強する
ことができる。好ましくは、補強手段は、画素の周囲を
波形にするか隆起させて、剛性を付与し且つ変調すべき
入射光との干渉を最小にする。別の構成として、半径方
向の波形又は隆起部を設けることにより、画素のカッピ
ングを最小にすることができる。
の撓みがトーション軸線の回りの主として回転運動であ
ることである。第２ヒンジの特性は、画素の第１位置が
第２ヒンジにより主として決定されることである。両ヒ
ンジの特性は、画素が、第１位置から、電気信号の選択
された特性により決定される複数の第２位置に選択的に
撓み得ることである。第１及び第２ヒンジは、それぞ
れ、別々の第１及び第２支柱に連結されている。別の実
施例では、第１及び第２ヒンジを、同一の支柱に連結す
ることができる。画素は、非撓み状態にあるとき、及び
第１位置から撓むとき、平坦性を維持するため補強する
ことができる。好ましくは、補強手段は、画素の周囲を
波形にするか隆起させて、剛性を付与し且つ変調すべき
入射光との干渉を最小にする。別の構成として、半径方
向の波形又は隆起部を設けることにより、画素のカッピ
ングを最小にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図９を参照すると、ここには、本
発明の好ましい実施例による単安定性の空間光変調器
（ＳＬＭ）の全体が参照番号４０で示されている。ＳＬ
Ｍ４０は、アナログモードで作動して、入射光を電気入
力の関数である方向に選択的に操縦するのに良く適して
いる。ＳＬＭの撓みは、入力電気信号の関数として、ほ
ぼ線形又は非線形に変化する。画素は、ユニークな組合
せのヒンジにより、下に横たわるアドレス電極上に崩落
することに抵抗する。ＳＬＭ４０は、ロバスト半導体法
を用いて形成された超精密機械構造である。ＳＬＭ４０
は、全体として矩形の反射性アルミニウム画素４２から
なり、該画素４２は、その中央部が１対のトーションヒ
ンジ４４により支持されているところが示されている。
ヒンジ４４はミラー４２を本質的に二等分して、該ミラ
ー４２に沿うトーション軸線を形成している。また、ミ
ラー４２は、その各コーナの近くが、Ｌ形の撓みヒンジ
４８により支持されている。トーションヒンジ４４はそ
れぞれの導電支柱５０により支持され且つ該支柱５０か
ら延びている。また、撓みヒンジ４８はそれぞれの導電
支柱５４により支持されている。各支柱５０、５４はシ
リコン基板５６上に支持され、また、このシリコン基板
５６は１対の導電性アドレス電極６０をも支持してい
る。各アドレス電極６０は、基板５６内に組み込まれ
た、下に横たわるアドレス回路（図示せず）に接続され
ている。ヒンジ４４は、１対の対向ノッチ５８内でミラ
ー４２に連結されており、ノッチ５８は、ヒンジ４４を
長く且つしなやか（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）なものとす
る。ヒンジ、ミラー及び支柱は導電性材料で形成するの
が好ましいけれども、これらの各要素又は全ての要素は
非導電性材料で形成することもでき、所望ならば画素に
光反射コーティングを施すこともできる。ヒンジ４８は
曲りくねった形状することができ、所望ならば直線状に
することもできる。ヒンジ４８は、隣り合う辺のコーナ
の近くのいずれかの辺で画素ミラー４２に連結でき、ヒ
ンジ４８の図示した形状に限定されるものではない。
発明の好ましい実施例による単安定性の空間光変調器
（ＳＬＭ）の全体が参照番号４０で示されている。ＳＬ
Ｍ４０は、アナログモードで作動して、入射光を電気入
力の関数である方向に選択的に操縦するのに良く適して
いる。ＳＬＭの撓みは、入力電気信号の関数として、ほ
ぼ線形又は非線形に変化する。画素は、ユニークな組合
せのヒンジにより、下に横たわるアドレス電極上に崩落
することに抵抗する。ＳＬＭ４０は、ロバスト半導体法
を用いて形成された超精密機械構造である。ＳＬＭ４０
は、全体として矩形の反射性アルミニウム画素４２から
なり、該画素４２は、その中央部が１対のトーションヒ
ンジ４４により支持されているところが示されている。
ヒンジ４４はミラー４２を本質的に二等分して、該ミラ
ー４２に沿うトーション軸線を形成している。また、ミ
ラー４２は、その各コーナの近くが、Ｌ形の撓みヒンジ
４８により支持されている。トーションヒンジ４４はそ
れぞれの導電支柱５０により支持され且つ該支柱５０か
ら延びている。また、撓みヒンジ４８はそれぞれの導電
支柱５４により支持されている。各支柱５０、５４はシ
リコン基板５６上に支持され、また、このシリコン基板
５６は１対の導電性アドレス電極６０をも支持してい
る。各アドレス電極６０は、基板５６内に組み込まれ
た、下に横たわるアドレス回路（図示せず）に接続され
ている。ヒンジ４４は、１対の対向ノッチ５８内でミラ
ー４２に連結されており、ノッチ５８は、ヒンジ４４を
長く且つしなやか（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）なものとす
る。ヒンジ、ミラー及び支柱は導電性材料で形成するの
が好ましいけれども、これらの各要素又は全ての要素は
非導電性材料で形成することもでき、所望ならば画素に
光反射コーティングを施すこともできる。ヒンジ４８は
曲りくねった形状することができ、所望ならば直線状に
することもできる。ヒンジ４８は、隣り合う辺のコーナ
の近くのいずれかの辺で画素ミラー４２に連結でき、ヒ
ンジ４８の図示した形状に限定されるものではない。
【００１６】図１０には、ヒンジ４４により形成される
トーション軸線の回りでのミラー４２の撓み角が示され
ており、この撓み角は、一方のアドレス電極６０に印加
される電位の関数である。支柱５４及びヒンジ４８を介
してミラー４２にバイアス電圧を加え且つ２つのアドレ
ス電極６０のうちの一方にアドレス電位を加えると、こ
の電位により、ミラー４２と、この下に横たわるアドレ
ス電極６０との間に静電誘引力が誘起され、ミラー４２
に図示のような撓み角が発生される。トーションヒンジ
４４はミラー４２と共に回転すなわち捩れて、機械エネ
ルギの形態の復元力が発生する。ミラー４２がヒンジ４
４により形成されるトーション軸線の回りで撓むとき、
４つの各撓みヒンジ４８も変形すなわち撓んで、復元力
が生じる。ヒンジ４８も機械エネルギの形態の復元力を
生じ、電位差が全く生じていないときには、常時、平坦
位置すなわち非撓み位置を占める。
トーション軸線の回りでのミラー４２の撓み角が示され
ており、この撓み角は、一方のアドレス電極６０に印加
される電位の関数である。支柱５４及びヒンジ４８を介
してミラー４２にバイアス電圧を加え且つ２つのアドレ
ス電極６０のうちの一方にアドレス電位を加えると、こ
の電位により、ミラー４２と、この下に横たわるアドレ
ス電極６０との間に静電誘引力が誘起され、ミラー４２
に図示のような撓み角が発生される。トーションヒンジ
４４はミラー４２と共に回転すなわち捩れて、機械エネ
ルギの形態の復元力が発生する。ミラー４２がヒンジ４
４により形成されるトーション軸線の回りで撓むとき、
４つの各撓みヒンジ４８も変形すなわち撓んで、復元力
が生じる。ヒンジ４８も機械エネルギの形態の復元力を
生じ、電位差が全く生じていないときには、常時、平坦
位置すなわち非撓み位置を占める。
【００１７】例示であって、以下に述べる寸法又は形状
に限定するものではないが、トーションヒンジ４４は、
約５００オングストロームの厚さをもつアルミニウム、
アルミニウム合金又はチタン／タングステン等のしなや
かな材料で形成するのが好ましい。各撓みヒンジ４８
も、約５００オングストロームの厚さをもつアルミニウ
ム、アルミニウム合金又はチタン／タングステン等のし
なやかな金属で形成するのが好ましい。各ヒンジ４８の
長さは約１０ミクロンである。各ヒンジ４８は、それぞ
れの支柱５４からそれぞれのトーションヒンジ４４に向
かって且つ該トーションヒンジ４４に対して垂直に実質
的な長さで延びている。各撓みヒンジ４８は、図示のよ
うに、ミラー４２の近くに９０°の曲り部を有し、２つ
の隣接辺の結合部で画素４２のコーナに連結されてい
る。ヒンジ４８の短セグメントは、ヒンジ４８の撓みの
大部分が主長さ方向に沿って生じ、ヒンジのコーナには
捩れが全く生じないようにする。ヒンジ４８が約５００
オングストロームの厚さ及び約１０ミクロンの長さを有
するものであるとき、これらのヒンジの撓みは、ミラー
４２が、図１０に示すように、一方のアドレス電極６０
に印加される電位の関数として撓むことを可能にする。
電極６０とミラー４２との間隔は約１〜１０ミクロンで
ある。このアナログ作動範囲は、図１０に示すように、
角度θで表される。これは、０〜２０ボルトの入力電圧
に対応する。画素４２が角度θだけ撓むと、図１０に示
すように、入射光は２θの範囲に亘って操縦される。光
の光学的特性から予測されるように、入射光が反射でき
る角度範囲は、画素４２の撓み角の２倍である。本発明
では、画素４２は、設計に基づいて、約１０°の角度ま
で、線形応答又は非線形応答で撓む。かくして、光の操
縦範囲は２０°である。図１１には、アドレス電圧の関
数として、ミラー４２の応答曲線が示されている。
に限定するものではないが、トーションヒンジ４４は、
約５００オングストロームの厚さをもつアルミニウム、
アルミニウム合金又はチタン／タングステン等のしなや
かな材料で形成するのが好ましい。各撓みヒンジ４８
も、約５００オングストロームの厚さをもつアルミニウ
ム、アルミニウム合金又はチタン／タングステン等のし
なやかな金属で形成するのが好ましい。各ヒンジ４８の
長さは約１０ミクロンである。各ヒンジ４８は、それぞ
れの支柱５４からそれぞれのトーションヒンジ４４に向
かって且つ該トーションヒンジ４４に対して垂直に実質
的な長さで延びている。各撓みヒンジ４８は、図示のよ
うに、ミラー４２の近くに９０°の曲り部を有し、２つ
の隣接辺の結合部で画素４２のコーナに連結されてい
る。ヒンジ４８の短セグメントは、ヒンジ４８の撓みの
大部分が主長さ方向に沿って生じ、ヒンジのコーナには
捩れが全く生じないようにする。ヒンジ４８が約５００
オングストロームの厚さ及び約１０ミクロンの長さを有
するものであるとき、これらのヒンジの撓みは、ミラー
４２が、図１０に示すように、一方のアドレス電極６０
に印加される電位の関数として撓むことを可能にする。
電極６０とミラー４２との間隔は約１〜１０ミクロンで
ある。このアナログ作動範囲は、図１０に示すように、
角度θで表される。これは、０〜２０ボルトの入力電圧
に対応する。画素４２が角度θだけ撓むと、図１０に示
すように、入射光は２θの範囲に亘って操縦される。光
の光学的特性から予測されるように、入射光が反射でき
る角度範囲は、画素４２の撓み角の２倍である。本発明
では、画素４２は、設計に基づいて、約１０°の角度ま
で、線形応答又は非線形応答で撓む。かくして、光の操
縦範囲は２０°である。図１１には、アドレス電圧の関
数として、ミラー４２の応答曲線が示されている。
【００１８】一方のアドレス電極６０に印加されるアド
レス電圧が０〜２０ボルトであるとき、ミラー４２はア
ドレス電圧に比例して撓む。ＳＬＭ４０が光スイッチ又
は光操縦器として作動する場合、入射光は、光センサ又
はスキャナ等のレシーバに正確に操縦される。画素の操
縦のためのミラーの傾斜角は、非常に高精度で達成され
る。トーションヒンジ４４は傾斜軸線を形成し、このた
め、撓みヒンジ４８は、制御された応答を達成し且つア
ドレスされていないとき（撓んでいないとき）にミラー
を水平に維持する。トーションヒンジ及び撓みヒンジの
両者は、機械的復元力を与え且つ安定した傾斜範囲をも
たらす。トーション軸線の各側に２つの撓みヒンジ４８
が設けられているので、１つのヒンジが破断すること
（このようなことは、アドレス電極６０に印加される作
動アドレス電圧の範囲ではまず起こりえない）がない限
り、ミラーが崩落する可能性はない。撓みヒンジ４８及
びトーションヒンジ４４のコンプライアンスは優れたも
のである。
レス電圧が０〜２０ボルトであるとき、ミラー４２はア
ドレス電圧に比例して撓む。ＳＬＭ４０が光スイッチ又
は光操縦器として作動する場合、入射光は、光センサ又
はスキャナ等のレシーバに正確に操縦される。画素の操
縦のためのミラーの傾斜角は、非常に高精度で達成され
る。トーションヒンジ４４は傾斜軸線を形成し、このた
め、撓みヒンジ４８は、制御された応答を達成し且つア
ドレスされていないとき（撓んでいないとき）にミラー
を水平に維持する。トーションヒンジ及び撓みヒンジの
両者は、機械的復元力を与え且つ安定した傾斜範囲をも
たらす。トーション軸線の各側に２つの撓みヒンジ４８
が設けられているので、１つのヒンジが破断すること
（このようなことは、アドレス電極６０に印加される作
動アドレス電圧の範囲ではまず起こりえない）がない限
り、ミラーが崩落する可能性はない。撓みヒンジ４８及
びトーションヒンジ４４のコンプライアンスは優れたも
のである。
【００１９】ここで図１２を参照すると、改変されたミ
ラー７２を備えた本発明の別の好ましい実施例がＳＬＭ
７０として示されており、この図面では、第１実施例の
構成要素と同じものについては同じ参照番号が使用され
ている。極端に撓んだ状態でもミラー７２が平坦に維持
され且つ歪まないようにするため、ミラー７２の周囲が
補強されている。この補強は、参照番号７４で示す溝に
よりミラーの周囲を波形にすることによって達成するの
が好ましい。図１２の１３−１３線に沿うミラー４２の
断面図である図１３を参照すると、ミラー４２がその周
囲でいかなる波形になっているかが示されている。金属
に設ける溝７４は、ミラー７２がトーション軸線の回り
で撓んだときでもミラーにワーピング又はカッピングが
生じないようにするための信頼できる１つの方法であ
る。他の同様な補強方法として、ミラー７２の周囲を、
リブ、隆起部又は格子等で厚さを増大させる方法があ
る。
ラー７２を備えた本発明の別の好ましい実施例がＳＬＭ
７０として示されており、この図面では、第１実施例の
構成要素と同じものについては同じ参照番号が使用され
ている。極端に撓んだ状態でもミラー７２が平坦に維持
され且つ歪まないようにするため、ミラー７２の周囲が
補強されている。この補強は、参照番号７４で示す溝に
よりミラーの周囲を波形にすることによって達成するの
が好ましい。図１２の１３−１３線に沿うミラー４２の
断面図である図１３を参照すると、ミラー４２がその周
囲でいかなる波形になっているかが示されている。金属
に設ける溝７４は、ミラー７２がトーション軸線の回り
で撓んだときでもミラーにワーピング又はカッピングが
生じないようにするための信頼できる１つの方法であ
る。他の同様な補強方法として、ミラー７２の周囲を、
リブ、隆起部又は格子等で厚さを増大させる方法があ
る。
【００２０】ここで図１４を参照すると、本発明の更に
別の実施例がＳＬＭ８０として示されており、ここで
も、同類の構成要素は同一の参照番号で示されている。
各撓みヒンジ８２が１つの支柱８４に連結されており、
該支柱８４からはトーションヒンジ８６が延びている。
この実施例は、図９の実施例における６つの支柱とは異
なり、２つの支柱のみでよい。この実施例でも、各撓み
ヒンジ８２はそれぞれの支柱８４から延びており且つ２
つの隣接縁部の結合部の近くでミラー７２の１つのコー
ナに連結されている。全てのヒンジは、アドレス電極６
０にアドレス電圧が印加されていないときに、ミラーを
平坦で撓んでいない状態に戻す復元力を発生する。この
実施例は、ＳＬＭ要素を互いに近接して配置できるた
め、光学的作用面をより高度に細分できる。
別の実施例がＳＬＭ８０として示されており、ここで
も、同類の構成要素は同一の参照番号で示されている。
各撓みヒンジ８２が１つの支柱８４に連結されており、
該支柱８４からはトーションヒンジ８６が延びている。
この実施例は、図９の実施例における６つの支柱とは異
なり、２つの支柱のみでよい。この実施例でも、各撓み
ヒンジ８２はそれぞれの支柱８４から延びており且つ２
つの隣接縁部の結合部の近くでミラー７２の１つのコー
ナに連結されている。全てのヒンジは、アドレス電極６
０にアドレス電圧が印加されていないときに、ミラーを
平坦で撓んでいない状態に戻す復元力を発生する。この
実施例は、ＳＬＭ要素を互いに近接して配置できるた
め、光学的作用面をより高度に細分できる。
【００２１】ここで図１５を参照すると、本発明の他の
好ましい実施例による画素の全体が参照番号９０で示さ
れている。画素９０は、１対のトーションヒンジ９４に
より１対のアドレス電極９６、９８上に支持された六角
形のミラー９２を有している。各ヒンジ９４は、基板１
０２から上方に延びた支柱１００により支持されてい
る。また、ミラー９８は、１対の弧状の撓みヒンジ１０
６により支持されている。各撓みヒンジ１０６は、それ
ぞれの部材１１０により、位置１０８でミラー９２の先
端側端部（ｄｉｓｔａｌ ｅｎｄ）に連結されている。
各部材１１０は、ヒンジ９４により形成されるトーショ
ン軸線の両側で、ミラー９２の先端側端部から垂直に延
びている。各ヒンジ１０６の各端部は、支柱１１４（該
支柱も、図示のように基板１０２から上方に延びてい
る）により支持されている。
好ましい実施例による画素の全体が参照番号９０で示さ
れている。画素９０は、１対のトーションヒンジ９４に
より１対のアドレス電極９６、９８上に支持された六角
形のミラー９２を有している。各ヒンジ９４は、基板１
０２から上方に延びた支柱１００により支持されてい
る。また、ミラー９８は、１対の弧状の撓みヒンジ１０
６により支持されている。各撓みヒンジ１０６は、それ
ぞれの部材１１０により、位置１０８でミラー９２の先
端側端部（ｄｉｓｔａｌ ｅｎｄ）に連結されている。
各部材１１０は、ヒンジ９４により形成されるトーショ
ン軸線の両側で、ミラー９２の先端側端部から垂直に延
びている。各ヒンジ１０６の各端部は、支柱１１４（該
支柱も、図示のように基板１０２から上方に延びてい
る）により支持されている。
【００２２】画素９０は、画素ミラーがトーションヒン
ジ及び撓みヒンジの両者により支持されている点で、図
９及び図１２に示した画素４０及び画素７０と同じであ
る。トーションヒンジ９４は回転のトーション軸線を形
成し、これにより、撓みヒンジ１０６は、いずれかのア
ドレス電極９６、９８に向かうミラー９２の下方への撓
みを制限する。六角形ミラー９２の幾何学的形状は、画
素９０を、図１６に示すように、密にパックして配置す
ることを可能にする。撓みヒンジ１０６の長さはトーシ
ョンヒンジ９４の長さより大幅に長く、このため、ヒン
ジ１０６に良好な可撓性を与え且つトーション軸線の回
りでのミラー９２の回転を容易にする。撓みヒンジ１０
６はミラー９２の撓みを制限して、ミラー９２が、この
下に横たわるアドレス電極９６、９８に短絡することを
防止する。
ジ及び撓みヒンジの両者により支持されている点で、図
９及び図１２に示した画素４０及び画素７０と同じであ
る。トーションヒンジ９４は回転のトーション軸線を形
成し、これにより、撓みヒンジ１０６は、いずれかのア
ドレス電極９６、９８に向かうミラー９２の下方への撓
みを制限する。六角形ミラー９２の幾何学的形状は、画
素９０を、図１６に示すように、密にパックして配置す
ることを可能にする。撓みヒンジ１０６の長さはトーシ
ョンヒンジ９４の長さより大幅に長く、このため、ヒン
ジ１０６に良好な可撓性を与え且つトーション軸線の回
りでのミラー９２の回転を容易にする。撓みヒンジ１０
６はミラー９２の撓みを制限して、ミラー９２が、この
下に横たわるアドレス電極９６、９８に短絡することを
防止する。
【００２３】ここで図１６を参照すると、ここには、空
間光変調器の画素配列の全体が参照番号１２０で示され
ている。図示のように、各画素９０は、図示のように、
他の画素９０と密にパックして配置できるように配向さ
れた六角形ミラー９２を有している。また、各ミラー９
２の六角形の幾何学的形状は円形の幾何学的形状に良く
似ているため、光ファイバ装置から得られるような円形
断面をもつ光ビームを反射し且つ変調するのに理想的に
適している。かくして、六角形のミラー９２の長所は倍
化される。第１は、図１６に示すように密にパックされ
た配置が容易なことであり、第２は、円形の入射光ビー
ムを反射するためのほぼ円形の表面積が得られることで
ある。ミラー９２の光反射面が全く無駄にならず、すな
わち、ミラー９２のほぼ全表面積が効率的に入射光を受
け且つ反射する。
間光変調器の画素配列の全体が参照番号１２０で示され
ている。図示のように、各画素９０は、図示のように、
他の画素９０と密にパックして配置できるように配向さ
れた六角形ミラー９２を有している。また、各ミラー９
２の六角形の幾何学的形状は円形の幾何学的形状に良く
似ているため、光ファイバ装置から得られるような円形
断面をもつ光ビームを反射し且つ変調するのに理想的に
適している。かくして、六角形のミラー９２の長所は倍
化される。第１は、図１６に示すように密にパックされ
た配置が容易なことであり、第２は、円形の入射光ビー
ムを反射するためのほぼ円形の表面積が得られることで
ある。ミラー９２の光反射面が全く無駄にならず、すな
わち、ミラー９２のほぼ全表面積が効率的に入射光を受
け且つ反射する。
【００２４】ここで図１７を参照すると、本発明の更に
別の好ましい実施例による画素の全体が参照番号１３０
で示されている。画素１３０は、持ち上げられた六角形
ミラー１３２を有し、該ミラー１３２は、この下に横た
わる支持構造を実質的に包含している。図１８を参照す
ると、ここには、トーションヒンジ９４により支持され
た、下に横たわるヨーク１３４を示すため画素１３０の
一部を破断したところが示されている。ヨーク１３４は
図１５のミラー９２と同じサイズ及び輪郭を有するが、
必ずしも反射面にする必要はない。ミラー１３２は、ミ
ラー支柱１３６によりヨーク１３４上に支持されてい
る。実際、画素１３０は、図１８に示すように、隠れた
ヒンジ支持上部構造（ｈｉｄｄｅｎ−ｈｉｎｇｅ ｓｕ
ｐｐｏｒｔｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有してい
る。
別の好ましい実施例による画素の全体が参照番号１３０
で示されている。画素１３０は、持ち上げられた六角形
ミラー１３２を有し、該ミラー１３２は、この下に横た
わる支持構造を実質的に包含している。図１８を参照す
ると、ここには、トーションヒンジ９４により支持され
た、下に横たわるヨーク１３４を示すため画素１３０の
一部を破断したところが示されている。ヨーク１３４は
図１５のミラー９２と同じサイズ及び輪郭を有するが、
必ずしも反射面にする必要はない。ミラー１３２は、ミ
ラー支柱１３６によりヨーク１３４上に支持されてい
る。実際、画素１３０は、図１８に示すように、隠れた
ヒンジ支持上部構造（ｈｉｄｄｅｎ−ｈｉｎｇｅ ｓｕ
ｐｐｏｒｔｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有してい
る。
【００２５】この実施例の長所は図１９から理解されよ
う。すなわち、全体を参照番号１４０で示す配列の画素
１３０は非常に密にパックされており、下に横たわる上
部構造を露出させることがない画素１３０の高密度配列
が可能になる。画素ミラー１３２の周縁部は互いに近接
して配置されているけれども、隣接する画素ミラー１３
２の対応縁部からは間隔を隔てている。画素１３０は互
いに充分に近接して配置されているため、あらゆる入射
光が、図１８に示すトーションヒンジ９４又は撓みヒン
ジ１０６のような、下に横たわる画素支持構造に衝突し
たり、これらから回折する可能性が大幅に低減される。
この実施例でも、トーションヒンジ９４はヨーク１３４
及びミラー１３２が回転するトーション軸線を確立し、
このため、撓みヒンジ１０６は、トーション軸線の回り
でのヨーク１３４の、従ってミラー１３２の回転変位を
制限する。
う。すなわち、全体を参照番号１４０で示す配列の画素
１３０は非常に密にパックされており、下に横たわる上
部構造を露出させることがない画素１３０の高密度配列
が可能になる。画素ミラー１３２の周縁部は互いに近接
して配置されているけれども、隣接する画素ミラー１３
２の対応縁部からは間隔を隔てている。画素１３０は互
いに充分に近接して配置されているため、あらゆる入射
光が、図１８に示すトーションヒンジ９４又は撓みヒン
ジ１０６のような、下に横たわる画素支持構造に衝突し
たり、これらから回折する可能性が大幅に低減される。
この実施例でも、トーションヒンジ９４はヨーク１３４
及びミラー１３２が回転するトーション軸線を確立し、
このため、撓みヒンジ１０６は、トーション軸線の回り
でのヨーク１３４の、従ってミラー１３２の回転変位を
制限する。
【００２６】画素１３０を如何に製造するかについて更
に論じ且つ教示を得るには、隠れヒンジ構造を詳細に開
示する「能動ヨーク隠れヒンジデジタルマイクロミラー
装置（Ａｃｔｉｖｅ Ｙｏｋｅ Ｈｉｄｄｅｎ Ｈｉｎ
ｇｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅ
ｖｉｃｅ）」という名称に係る一般譲渡された係属中の
米国特許第出願第０８／４２４，０２１号を相互参照さ
れたい。この米国特許出願の教示は本願に援用する。要
約すると、アナログモードでの作動に良く適した、改良
された単安定空間光変調器を開示した。画素の撓みは、
下に横たわるアドレス電極に印加される電気信号に比例
する。画素の撓み及び応答は、印加される広範囲のアド
レス電圧に亘って選択できる。従って、入射光ビーム
は、センサ又は光スキャナ等のレシーバに正確に操縦さ
れる。慣用的な半導体加工の厳格なプロセスパラメータ
公差（ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｏｌｅ
ｒａｎｃｅ）を与えれば、反復可能な作動特性をもつ空
間光変調器を製造できる。撓みヒンジは、ミラーの崩落
に抵抗し、ミラーの単安定アナログ作動特性に寄与し、
復元力を与え、且つ非アドレス状況でミラーの水平性を
確立する。トーションヒンジは、傾斜軸線を形成し、且
つ復元力を与える。本発明は、モノリシック集積回路の
製造に使用されるロバスト製造法を用いて製造できる。
本発明は、安価で、軽量で、且つ駆動動力が小さくてよ
い。装置の撓み速度は非常に高く、ミラー撓みの応答時
間は高速光スイッチングに非常に適している。ミラーの
表面積は、１７×１７ミクロンという非常に小さなサイ
ズになるように特別設計できるけれども、所望ならば、
大面積の光ビームを操縦するための大面積平坦画素を得
るため、比較的大きくすることもできる。画素は、光フ
ァイバからの光のような円形の入射光ビームを光学的に
切り換えることができるように、且つ密の画素配列にパ
ックできるように、六角形の幾何学的形状にすることが
できる。
に論じ且つ教示を得るには、隠れヒンジ構造を詳細に開
示する「能動ヨーク隠れヒンジデジタルマイクロミラー
装置（Ａｃｔｉｖｅ Ｙｏｋｅ Ｈｉｄｄｅｎ Ｈｉｎ
ｇｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅ
ｖｉｃｅ）」という名称に係る一般譲渡された係属中の
米国特許第出願第０８／４２４，０２１号を相互参照さ
れたい。この米国特許出願の教示は本願に援用する。要
約すると、アナログモードでの作動に良く適した、改良
された単安定空間光変調器を開示した。画素の撓みは、
下に横たわるアドレス電極に印加される電気信号に比例
する。画素の撓み及び応答は、印加される広範囲のアド
レス電圧に亘って選択できる。従って、入射光ビーム
は、センサ又は光スキャナ等のレシーバに正確に操縦さ
れる。慣用的な半導体加工の厳格なプロセスパラメータ
公差（ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｏｌｅ
ｒａｎｃｅ）を与えれば、反復可能な作動特性をもつ空
間光変調器を製造できる。撓みヒンジは、ミラーの崩落
に抵抗し、ミラーの単安定アナログ作動特性に寄与し、
復元力を与え、且つ非アドレス状況でミラーの水平性を
確立する。トーションヒンジは、傾斜軸線を形成し、且
つ復元力を与える。本発明は、モノリシック集積回路の
製造に使用されるロバスト製造法を用いて製造できる。
本発明は、安価で、軽量で、且つ駆動動力が小さくてよ
い。装置の撓み速度は非常に高く、ミラー撓みの応答時
間は高速光スイッチングに非常に適している。ミラーの
表面積は、１７×１７ミクロンという非常に小さなサイ
ズになるように特別設計できるけれども、所望ならば、
大面積の光ビームを操縦するための大面積平坦画素を得
るため、比較的大きくすることもできる。画素は、光フ
ァイバからの光のような円形の入射光ビームを光学的に
切り換えることができるように、且つ密の画素配列にパ
ックできるように、六角形の幾何学的形状にすることが
できる。
【００２７】以上、本発明を特定の好ましい実施例に関
して説明したが、本願を読むことにより、当業者には多
くの変更が明らかになるであろう。従って、特許請求の
範囲の記載は、従来技術を勘案し、このような種々の変
更を含むものとしてできる限り広く解釈すべきである。
して説明したが、本願を読むことにより、当業者には多
くの変更が明らかになるであろう。従って、特許請求の
範囲の記載は、従来技術を勘案し、このような種々の変
更を含むものとしてできる限り広く解釈すべきである。
【００２８】以上の記載に関連して、以下の各項を開示
する。 １．（ａ）基板上の少なくとも１つのアドレス電極と、
（ｂ）第１通常位置から複数の第２位置に撓むことがで
きる、前記アドレス電極上に配置された六角形の光反射
性画素とを有し、該画素への入射光は、該画素から、画
素の位置に基づいて選択された方向に反射されることに
より選択的に変調され、画素の位置は、前記下に横たわ
るアドレス電極に印加される電気信号の選択された特性
に基づいて定められ、（ｃ）画素と第１静止支柱との間
に連結され且つトーション軸線を形成する第１トーショ
ン部材を有し、画素の撓みは、第１部材のトーション軸
線の回りでの画素の回転を引き起こし、（ｄ）画素と第
２静止支柱との間に連結された第２撓み部材を更に有
し、画素の撓みは第２部材の撓みを引き起こすことを特
徴とする空間光変調器。 ２．画素への両部材の連結点は、画素の周囲で分離され
ていることを特徴とする前記項１に記載の変調器。 ３．画素がほぼ矩形の輪郭を有し、第１部材は、画素の
第１辺の中間点で画素に連結されており、第２部材は、
画素の第２辺に連結されていることを特徴とする前記項
２に記載の変調器。 ４．第２部材は、画素の第１辺と第２辺との結合部の近
くで画素に連結されていることを特徴とする前記項３に
記載の変調器。 ５．第２部材は、その非撓み状態で、第１部材のトーシ
ョン軸線に対して垂直になるように配向されることを特
徴とする前記項２に記載の変調器。 ６．第２部材はその撓んだ状態で湾曲面を形成し、第２
部材の表面は、第１部材のトーション軸線に対してほぼ
垂直であることを特徴とする前記項５に記載の変調器。 ７．第１部材の特徴は、第１位置からの画素の撓みが、
トーション軸線の回りの主として回転運動であり、及び
第２部材の特徴は、画素の第１位置が第２部材により主
として決定されることにあることを特徴とする前記項１
に記載の変調器。 ８．両部材の特徴は、画素が、第１位置から、電気信号
の電圧により決定される複数の第２位置に選択的に撓み
得ることにあることを特徴とする前記項７に記載の変調
器。 ９．第１及び第２部材が、それぞれ、別々の前記第１及
び第２支柱に連結されていることを特徴とする前記項１
に記載の変調器。 10. 第１及び第２部材が、同一の前記支柱に連結されて
いることを特徴とする前記項１に記載の変調器。 11. 画素が、平坦性を維持するため補強されていること
を特徴とする前記項１に記載の変調器。 12. 画素は、その周囲が補強されていることを特徴とす
る前記項１１に記載の変調器。 13. 画素は、その周囲が波形になっていることを特徴と
する前記項１２に記載の変調器。 14. 画素は、その中央部の近くから半径方向に補強され
ていることを特徴とする前記項１１に記載の変調器。 15. 画素が、ヨークの上方に持ち上げられたミラーを有
し、前記ヨークは、第１及び第２部材及びアドレス電極
により支持されていることを特徴とする前記項１に記載
の変調器。 16. 第２撓み部材の長さは、第１トーション部材の長さ
より実質的に長いことを特徴とする前記項１に記載の変
調器。 17. 光ビームの操縦又はスキャニングの用途のための、
アナログモードで作動する空間光変調器（４０、７０、
８０、９０、１３０）。可撓性ミラー（４２、７２）
（該ミラーは六角形（９２、１３２）に構成できる）
は、トーション軸線に沿うトーションヒンジ（４４、８
６、９４）の端部により支持される。ミラー（４２、７
２、９２、１３２）の両端部を支持するための複数の可
撓性ヒンジ（４８、８２、１０６）が設けられ、該可撓
性ヒンジは復元力を与える。トーションヒンジと撓みヒ
ンジとの組合せにより、広範囲のアドレス電圧に対して
線形範囲内で作動する可撓性画素が実現される。可撓性
ヒンジはまた、アドレス電圧が印加されていないときに
平坦な非撓み状態を維持し、且つ画素が崩落することを
防止する。画素は、ミラーの極端な撓み時でもミラーの
平坦性を維持し且つワーピングを防止するため、その周
囲（７４）が補強される。画素は、この下に横たわるア
ドレス電極（６０、９６、９８）にアドレス電圧を印加
することにより、静電的に撓ませられる。六角形のミラ
ー（９２、１３２）は、密にパックされるミラー配列を
可能にし且つ光ファイバからの光ビームのように円形の
断面をもつ光ビームを効率的に反射すべく、ほぼ円形の
面領域を有している。
する。 １．（ａ）基板上の少なくとも１つのアドレス電極と、
（ｂ）第１通常位置から複数の第２位置に撓むことがで
きる、前記アドレス電極上に配置された六角形の光反射
性画素とを有し、該画素への入射光は、該画素から、画
素の位置に基づいて選択された方向に反射されることに
より選択的に変調され、画素の位置は、前記下に横たわ
るアドレス電極に印加される電気信号の選択された特性
に基づいて定められ、（ｃ）画素と第１静止支柱との間
に連結され且つトーション軸線を形成する第１トーショ
ン部材を有し、画素の撓みは、第１部材のトーション軸
線の回りでの画素の回転を引き起こし、（ｄ）画素と第
２静止支柱との間に連結された第２撓み部材を更に有
し、画素の撓みは第２部材の撓みを引き起こすことを特
徴とする空間光変調器。 ２．画素への両部材の連結点は、画素の周囲で分離され
ていることを特徴とする前記項１に記載の変調器。 ３．画素がほぼ矩形の輪郭を有し、第１部材は、画素の
第１辺の中間点で画素に連結されており、第２部材は、
画素の第２辺に連結されていることを特徴とする前記項
２に記載の変調器。 ４．第２部材は、画素の第１辺と第２辺との結合部の近
くで画素に連結されていることを特徴とする前記項３に
記載の変調器。 ５．第２部材は、その非撓み状態で、第１部材のトーシ
ョン軸線に対して垂直になるように配向されることを特
徴とする前記項２に記載の変調器。 ６．第２部材はその撓んだ状態で湾曲面を形成し、第２
部材の表面は、第１部材のトーション軸線に対してほぼ
垂直であることを特徴とする前記項５に記載の変調器。 ７．第１部材の特徴は、第１位置からの画素の撓みが、
トーション軸線の回りの主として回転運動であり、及び
第２部材の特徴は、画素の第１位置が第２部材により主
として決定されることにあることを特徴とする前記項１
に記載の変調器。 ８．両部材の特徴は、画素が、第１位置から、電気信号
の電圧により決定される複数の第２位置に選択的に撓み
得ることにあることを特徴とする前記項７に記載の変調
器。 ９．第１及び第２部材が、それぞれ、別々の前記第１及
び第２支柱に連結されていることを特徴とする前記項１
に記載の変調器。 10. 第１及び第２部材が、同一の前記支柱に連結されて
いることを特徴とする前記項１に記載の変調器。 11. 画素が、平坦性を維持するため補強されていること
を特徴とする前記項１に記載の変調器。 12. 画素は、その周囲が補強されていることを特徴とす
る前記項１１に記載の変調器。 13. 画素は、その周囲が波形になっていることを特徴と
する前記項１２に記載の変調器。 14. 画素は、その中央部の近くから半径方向に補強され
ていることを特徴とする前記項１１に記載の変調器。 15. 画素が、ヨークの上方に持ち上げられたミラーを有
し、前記ヨークは、第１及び第２部材及びアドレス電極
により支持されていることを特徴とする前記項１に記載
の変調器。 16. 第２撓み部材の長さは、第１トーション部材の長さ
より実質的に長いことを特徴とする前記項１に記載の変
調器。 17. 光ビームの操縦又はスキャニングの用途のための、
アナログモードで作動する空間光変調器（４０、７０、
８０、９０、１３０）。可撓性ミラー（４２、７２）
（該ミラーは六角形（９２、１３２）に構成できる）
は、トーション軸線に沿うトーションヒンジ（４４、８
６、９４）の端部により支持される。ミラー（４２、７
２、９２、１３２）の両端部を支持するための複数の可
撓性ヒンジ（４８、８２、１０６）が設けられ、該可撓
性ヒンジは復元力を与える。トーションヒンジと撓みヒ
ンジとの組合せにより、広範囲のアドレス電圧に対して
線形範囲内で作動する可撓性画素が実現される。可撓性
ヒンジはまた、アドレス電圧が印加されていないときに
平坦な非撓み状態を維持し、且つ画素が崩落することを
防止する。画素は、ミラーの極端な撓み時でもミラーの
平坦性を維持し且つワーピングを防止するため、その周
囲（７４）が補強される。画素は、この下に横たわるア
ドレス電極（６０、９６、９８）にアドレス電圧を印加
することにより、静電的に撓ませられる。六角形のミラ
ー（９２、１３２）は、密にパックされるミラー配列を
可能にし且つ光ファイバからの光ビームのように円形の
断面をもつ光ビームを効率的に反射すべく、ほぼ円形の
面領域を有している。
【図１】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図２】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図３】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図４】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図５】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図６】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図７】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図８】下に横たわるアドレス電極に印加される電圧の
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
関数として撓み得る可撓性画素を備えた従来技術の片持
ち形空間光変調器の一例を示す図面である。
【図９】トーションヒンジと、可撓性画素のコーナの近
くに連結された撓みヒンジとの両者により支持された可
撓性画素を有する本発明の空間光変調器を示す斜視図で
ある。
くに連結された撓みヒンジとの両者により支持された可
撓性画素を有する本発明の空間光変調器を示す斜視図で
ある。
【図１０】トーションヒンジを除去した状態の図９のＳ
ＬＭの側面図であり、入射光を選択された方向に操縦す
るため、画素がトーションヒンジの回りで撓まされてお
り、画素の撓みが、下に横たわるアドレス電極に印加さ
れる電圧の関数であることを示すものである。
ＬＭの側面図であり、入射光を選択された方向に操縦す
るため、画素がトーションヒンジの回りで撓まされてお
り、画素の撓みが、下に横たわるアドレス電極に印加さ
れる電圧の関数であることを示すものである。
【図１１】アドレス電圧の関数としてのミラーの線形撓
みを示すグラフである。
みを示すグラフである。
【図１２】図９に示す画素の別の好ましい実施例の平面
図であり、画素が平坦で剛性を有し且つトーション軸線
の回りで枢動する場合にも歪まない状態に維持されるよ
うに、画素の周囲が強化されたものを示す図面である。
図であり、画素が平坦で剛性を有し且つトーション軸線
の回りで枢動する場合にも歪まない状態に維持されるよ
うに、画素の周囲が強化されたものを示す図面である。
【図１３】図１２の１３−１３線に沿う断面図であり、
周囲が波形である画素の補強構造を示すものである。
周囲が波形である画素の補強構造を示すものである。
【図１４】トーションヒンジ及び撓みヒンジが共通支柱
により支持された更に別の実施例を示す平面図である。
により支持された更に別の実施例を示す平面図である。
【図１５】１対のトーションヒンジ及び１対の撓みヒン
ジにより支持された六角形の画素を有する本発明の他の
好ましい実施例による空間光変調器を示す斜視図であ
る。
ジにより支持された六角形の画素を有する本発明の他の
好ましい実施例による空間光変調器を示す斜視図であ
る。
【図１６】図１５の六角形画素の配列の平面図であり、
画素の密にパックされた配置を示すものである。
画素の密にパックされた配置を示すものである。
【図１７】持ち上げられ且つ下に横たわる支持構造にオ
ーバーラップする六角形画素を備えた本発明の他の好ま
しい実施例による空間光変調器を示す斜視図である。
ーバーラップする六角形画素を備えた本発明の他の好ま
しい実施例による空間光変調器を示す斜視図である。
【図１８】図１７の画素の部分断面図であり、下に横た
わるヨークにより支持された六角形ミラーを示すもので
ある。
わるヨークにより支持された六角形ミラーを示すもので
ある。
【図１９】図１７に示す画素からなる画素配列を示す斜
視図である。
視図である。
４０ 単安定空間光変調器（ＳＬＭ） ４２ ミラー ４４ トーションヒンジ ４８ 撓みヒンジ ５０ 支柱 ５４ 支柱 ６０ アドレス電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー エイ マーゲル アメリカ合衆国 テキサス州 75230 ダ ラスノーウェイ ロード 6823 (72)発明者 ジェームズ エム フローレンス アメリカ合衆国 テキサス州 75080 リ チャードソン ウォルナット クリーク プレイス ４ (72)発明者 ロバート エム ボイゼル アメリカ合衆国 テキサス州 75075 プ ラノノースリッジ ドライヴ 1400
Claims (1)
- 【請求項１】 （ａ）基板上の少なくとも１つのアドレ
ス電極と、 （ｂ）第１通常位置から複数の第２位置に撓むことがで
きる、前記アドレス電極上に配置された六角形の光反射
性画素とを有し、該画素への入射光は、該画素から、画
素の位置に基づいて選択された方向に反射されることに
より選択的に変調され、画素の位置は、前記下に横たわ
るアドレス電極に印加される電気信号の選択された特性
に基づいて定められ、 （ｃ）画素と第１静止支柱との間に連結され且つトーシ
ョン軸線を形成する第１トーション部材を有し、画素の
撓みは、第１部材のトーション軸線の回りでの画素の回
転を引き起こし、 （ｄ）画素と第２静止支柱との間に連結された第２撓み
部材を更に有し、画素の撓みは第２部材の撓みを引き起
こすことを特徴とする空間光変調器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication number | Publication date |
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