(57)【要約】【課題】電極に印加する駆動電圧の振幅とミラーの回動角との非線形性を改善する。【解決手段】ミラー制御装置は、ミラー２３０に電圧を印加するミラー電圧印加部４００と、バイアス電圧記録部４０２からバイアス電圧の値を取得し、ミラー２３０の回動軸に対して対称に配置された１対の電極のうちの一方の電極３４０ａ（３４０ｂ）とミラー２３０との間に生じる電位差の絶対値と、１対の電極のうちの他方の電極３４０ｃ（３４０ｄ）とミラー２３０との間に生じる電位差の絶対値とが、バイアス電圧によって発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になるように、ミラー２３０の所望の回動角に応じて駆動電圧を決定する駆動電圧演算部４０４と、駆動電圧を電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する駆動電圧印加部４０１とを備える。【選択図】  図３
2010160387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能に支持されたミラーに対して離間して配置された電極に駆動電圧を印加することにより、前記ミラーの回動角を制御するミラー制御装置において、
前記ミラーに電圧を印加するミラー電圧印加手段と、
予め設定されたバイアス電圧の値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から前記バイアス電圧の値を取得し、前記ミラーの回動軸に対して対称に配置された少なくとも１対の電極のうちの一方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値と、前記１対の電極のうちの他方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値とが、前記バイアス電圧によって発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になるように、前記ミラーの所望の回動角に応じて駆動電圧を決定する駆動電圧演算手段と、
この駆動電圧演算手段が決定した駆動電圧を電位差が交流になるように前記１対の電極に印加する駆動電圧印加手段とを備えることを特徴とするミラー制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のミラー制御装置において、
前記バイアス電圧あるいは駆動電圧は、直流電圧であることを特徴とするミラー制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のミラー制御装置において、
前記バイアス電圧は、前記１対の電極のうちの一方のみに印加した際に前記ミラーの回動角度が最大角度の略１／２となる電圧であることを特徴とするミラー制御装置。
【請求項４】
請求項１記載のミラー制御装置において、
前記バイアス電圧は、前記ミラーの回動軸が複数存在する場合、回動軸ごとに個別に設定されることを特徴とするミラー制御装置。
【請求項５】
請求項１記載のミラー制御装置において、
前記ミラー電圧印加手段は、前記ミラーに接地電位を印加することを特徴とするミラー制御装置。
【請求項６】
請求項１記載のミラー制御装置において、
前記ミラー電圧印加手段は、前記ミラーに前記バイアス電圧を印加することを特徴とするミラー制御装置。
【請求項７】
回動可能に支持されたミラーと、
このミラーから離間して配置された複数の電極と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のミラー制御装置とを備えることを特徴とするミラー装置。
【請求項８】
請求項７記載のミラー装置を、ミラーが２次元的に並ぶように複数配置したミラーアレイにおいて、
１つの前記ミラー電圧印加手段を各ミラー装置で共有し、各ミラーに共通のミラー電圧を供給することを特徴とするミラーアレイ。
【請求項９】
回動可能に支持されたミラーに対して離間して配置された電極に駆動電圧を印加することにより、前記ミラーの回動角を制御するミラー制御方法において、
前記ミラーに電圧を印加するミラー電圧印加ステップと、
記憶手段から予め設定されたバイアス電圧の値を取得し、前記ミラーの回動軸に対して対称に配置された少なくとも１対の電極のうちの一方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値と、前記１対の電極のうちの他方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値とが、前記バイアス電圧によって発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になるように、前記ミラーの所望の回動角に応じて駆動電圧を決定する駆動電圧演算ステップと、
この駆動電圧演算ステップで決定した駆動電圧を前記１対の電極に印加する駆動電圧印加ステップとを備えることを特徴とするミラー制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用の光スイッチ等に使用されるミラー装置を制御するミラー制御装置、ミラー制御装置を用いるミラー装置、複数のミラー装置を２次元的に配置したミラーアレイ、およびミラー制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化および低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチが開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このＭＥＭＳ型の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがミラーアレイであり、ミラーアレイは複数のミラー装置を２次元的にマトリクス状に配設したものである。図１は本発明の第１の実施の形態に係るミラー装置の構成を示す分解斜視図、図２は図１のミラー装置の断面図であるが、従来のミラー装置においても機械的な構成は同様であるので、図１、図２を用いて従来のミラー装置を説明する。
【０００３】
ミラー装置１００は、ミラーが形成されたミラー基板（上部基板）２００と、電極が形成された電極基板（下部基板）３００とが平行に配設された構造を有する。ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０とを有する。枠部２１０、トーションバネ２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ、可動枠２２０およびミラー２３０は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。ミラー２３０の表面には例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。
【０００４】
一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂは、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。可動枠２２０は、一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂを通る図１の可動枠回動軸ｘを軸として回動することができる。同様に、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。ミラー２３０は、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂを通る図１のミラー回動軸ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー２３０は、直交する２軸で回動する。
【０００５】
電極基板３００は、板状の基部３１０と、基部３１０の表面（上面）から突出し、対向するミラー基板２００のミラー２３０と対向する位置に形成された段丘状の突出部３２０を有する。基部３１０と突出部３２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、この第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、この第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。このピボット３３０は、第１テラス３２１のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット３３０は、ミラー２３０の中心に対向する位置に配設される。
【０００６】
突出部３２０の四隅とこの四隅に続く基部３１０の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように並設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基部３１０の上面の突出部３２０と凸部３６０ａおよび凸部３６０ｂとの間の箇所には、それぞれ配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。なお、基部３１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層３１１が形成されており、この絶縁層３１１の上に電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ、配線３７０が形成されている。
【０００７】
以上のようなミラー基板２００と電極基板３００とは、ミラー２３０とこのミラー２３０に対応する電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図２に示すようなミラー装置１００を構成する。このようなミラー装置においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄに正の電圧を与えて、しかも電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。
【０００８】
ミラー２３０を回動させる際に、電極３４０ａ〜３４０ｄに直流電圧を印加すると、電極３４０ａ〜３４０ｄとミラー２３０との間に存在する浮遊容量（例えば絶縁層３１１）が電極３４０ａ〜３４０ｄへの電圧印加により分極し、あるいは何らかの理由で帯電し、これが徐々に放電あるいは充電されてミラー２３０の駆動力に影響を与えるため、ミラー２３０の動作時に、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄ間の電位が時間と共に変動してミラー２３０の回動角度が徐々に変動する現象、すなわちドリフトが発生することがある。このドリフトを防ぐため、特許文献２に開示されたミラー装置では、電極３４０ａ〜３４０ｄにバイポーラの交流電圧を印加して、帯電の影響を抑制していた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−５７５７５号公報
【特許文献２】特開２００８−５２２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に開示されたミラー装置では、ミラー２３０の回動角を制御する場合、電極３４０ａ〜３４０ｄに加えるバイポーラの交流電圧の振幅を制御することで回動角を調整していた。しかしながら、交流電圧の振幅とミラー２３０の回動角との関係が非線形であるため、特にミラー２３０の回動角が大きい場合に交流電圧の振幅に対するミラー２３０の回動角の変化量が大きくなり、制御性を損なうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電極に印加する駆動電圧の振幅とミラーの回動角との非線形性を改善することができるミラー制御装置、ミラー装置、ミラーアレイ及びミラー制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、回動可能に支持されたミラーに対して離間して配置された電極に駆動電圧を印加することにより、前記ミラーの回動角を制御するミラー制御装置において、前記ミラーに電圧を印加するミラー電圧印加手段と、予め設定されたバイアス電圧の値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から前記バイアス電圧の値を取得し、前記ミラーの回動軸に対して対称に配置された少なくとも１対の電極のうちの一方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値と、前記１対の電極のうちの他方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値とが、前記バイアス電圧によって発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になるように、前記ミラーの所望の回動角に応じて駆動電圧を決定する駆動電圧演算手段と、この駆動電圧演算手段が決定した駆動電圧を電位差が交流になるように前記１対の電極に印加する駆動電圧印加手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記バイアス電圧あるいは駆動電圧は、直流電圧である。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記バイアス電圧は、前記１対の電極のうちの一方のみに印加した際に前記ミラーの回動角度が最大角度の略１／２となる電圧である。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記バイアス電圧は、前記ミラーの回動軸が複数存在する場合、回動軸ごとに個別に設定される。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記ミラー電圧印加手段は、前記ミラーに接地電位を印加することを特徴とするものである。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記ミラー電圧印加手段は、前記ミラーに前記バイアス電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のミラー装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極と、ミラー制御装置とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明は、ミラー装置を、ミラーが２次元的に並ぶように複数配置したミラーアレイにおいて、１つの前記ミラー電圧印加手段を各ミラー装置で共有し、各ミラーに共通のミラー電圧を供給することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、回動可能に支持されたミラーに対して離間して配置された電極に駆動電圧を印加することにより、前記ミラーの回動角を制御するミラー制御方法において、前記ミラーに電圧を印加するミラー電圧印加ステップと、記憶手段から予め設定されたバイアス電圧の値を取得し、前記ミラーの回動軸に対して対称に配置された少なくとも１対の電極のうちの一方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値と、前記１対の電極のうちの他方と前記ミラーとの間に生じる電位差の絶対値とが、前記バイアス電圧によって発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になるように、前記ミラーの所望の回動角に応じて駆動電圧を決定する駆動電圧演算ステップと、この駆動電圧演算ステップで決定した駆動電圧を前記１対の電極に印加する駆動電圧印加ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、記憶手段からバイアス電圧の値を取得し、ミラーの回動軸に対して対称に配置された少なくとも１対の電極のうちの一方とミラーとの間に生じる電位差の絶対値と、１対の電極のうちの他方とミラーとの間に生じる電位差の絶対値とが、バイアス電圧によって発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になるように、ミラーの所望の回動角に応じて駆動電圧を決定することにより、電極に印加する駆動電圧の振幅とミラーの回動角との非線形性を改善することができ、線形制御に近い制御を行うことができる。
【００１６】
また、本発明では、バイアス電圧を、１対の電極のうちの一方のみに印加した際にミラーの回動角度が最大角度の略１／２となる電圧とすることにより、制御の線形性と電圧分解能の両面から効率的にミラーの回動角制御を行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、ミラーの回動軸が複数存在する場合、バイアス電圧を回動軸ごとに個別に設定することになり、回動軸ごとにミラーの必要角度が異なる場合、もしくはミラーの同一回動角にするために必要な電極とミラー間の電位差が回動軸ごとに異なる場合にも対応することができる。
【００１８】
また、本発明では、ミラー電圧印加手段が、ミラーにバイアス電圧を印加することにより、ミラーに接地電位を印加する場合と比較して駆動電圧の最大出力電圧を低電圧にすることができ、駆動素子を低電圧化することが可能となる。さらに、ミラーにバイアス電圧を印加し、このバイアス電圧の絶対値を、ミラーを最大角度に回動させるために必要な電極とミラーとの電位差の略１／２とすれば、制御の線形性を損なうことなくミラー電圧および駆動電圧の最大出力電圧を最も低電圧にすることができる。
【００１９】
また、本発明では、１つのミラー電圧印加手段を各ミラー装置で共有し、各ミラーに共通のミラー電圧を供給することにより、ミラー装置の駆動素子数を減らすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るミラー装置の構成を示す分解斜視図、図２は図１のミラー装置の断面図である。ミラー装置１００は、ミラーが形成されたミラー基板（上部基板）２００と、電極が形成された電極基板（下部基板）３００とが平行に配設された構造を有する。
【００２１】
ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０とを有する。枠部２１０、トーションバネ２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ、可動枠２２０およびミラー２３０は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。ミラー２３０の表面には例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。
【００２２】
一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂは、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。可動枠２２０は、一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂを通る図１の可動枠回動軸ｘを軸として回動することができる。
同様に、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。ミラー２３０は、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂを通る図１のミラー回動軸ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー２３０は、直交する２軸で回動する。
【００２３】
電極基板３００は、板状の基部３１０と、基部３１０の表面（上面）から突出し、対向するミラー基板２００のミラー２３０と対向する位置に形成された段丘状の突出部３２０を有する。基部３１０と突出部３２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、この第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、この第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。このピボット３３０は、第１テラス３２１のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット３３０は、ミラー２３０の中心に対向する位置に配設される。
【００２４】
突出部３２０の四隅とこの四隅に続く基部３１０の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように並設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基部３１０の上面の突出部３２０と凸部３６０ａおよび凸部３６０ｂとの間の箇所には、それぞれ配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。
【００２５】
以上のようなミラー基板２００と電極基板３００とは、ミラー２３０とこのミラー２３０に対応する電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図２に示すようなミラー装置１００を構成する。
本実施の形態では、回動軸ｘ，ｙと電極３４０ａ〜３４０ｄの分割線とが４５度で交差するように配置されている。つまり、電極３４０ａと３４０ｃは、回動軸ｘに対して対称に配置され、電極３４０ｂと３４０ｄは、回動軸ｙに対して対称に配置されている。
【００２６】
このようなミラー装置１００においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄに電圧を与えて、しかも電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。
【００２７】
前述のとおり、枠部２１０、トーションバネ２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ、可動枠２２０およびミラー２３０は、導電性の材料（本実施の形態では単結晶シリコン）で一体形成されている。
一方、単結晶シリコン等からなる基部３１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層３１１が形成されており、この絶縁層３１１の上に電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ、配線３７０が形成されている。
【００２８】
電極３４０ａ〜３４０ｄに交流電圧を印加すると、浮遊容量（例えば絶縁層３１１）に溜まる電荷は平均的に見れば零に近づくため、浮遊容量に溜まる電荷を要因とするミラー２３０のドリフトの発生を抑制できることが知られている（特許文献２参照）。ミラー２３０の角度制御を行う場合、ミラー２３０の回動角が０度のときは駆動電圧の振幅を０とし、回動角を増加させるときはミラー２３０の回動方向に存在する電極に印加する駆動電圧の振幅を増加させていたが、ミラー２３０の回動角と駆動電圧の振幅との関係が非線形性であることから、角度制御が難しいという問題点があった。
【００２９】
本実施の形態では、ミラー２３０に接地電位を印加し、電極３４０ａ〜３４０ｄ側のみに矩形波の交流電圧を印加することを考える。説明を容易にするため、また浮遊電荷の影響を抑制するため、電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する交流電圧の平均直流成分は、電極３４０ａ〜３４０ｄ毎に０になるものとする。
【００３０】
以下、本実施の形態と従来のミラー装置との相違点についてより詳細に説明する。図３は本実施の形態のミラー装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。
ミラー装置は、図１、図２に示したミラー２３０および電極３４０ａ〜３４０ｄを含む機構部と、ミラー制御装置とからなる。ミラー制御装置は、ミラー２３０に電圧を印加するミラー電圧印加部４００と、電極３４０ａ〜３４０ｄに駆動電圧を印加する駆動電圧印加部４０１と、予め設定されたバイアス電圧の値を記憶する第１の記憶手段となるバイアス電圧記録部４０２とから構成される。
【００３１】
駆動電圧印加部４０１は、駆動電圧の出力タイミングを調整するタイミング調整部４０３と、ミラー２３０の所望の回動角に応じた駆動電圧を決定する駆動電圧演算部４０４と、ミラー２３０の回動角と電圧の振幅との関係を予め記憶する第２の記憶手段であるテーブル４０５とを有する。
【００３２】
ミラー電圧印加部４００は、枠部２１０とトーションバネ２１１ａ，２１１ｂと可動枠２２０とトーションバネ２２１ａ，２２１ｂとを介してミラー２３０に接地電位を印加する。
駆動電圧印加部４０１は、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄに駆動電圧を印加する。
【００３３】
駆動電圧印加部４０１は、ミラー２３０の回動角を０度（ミラー２３０と枠部２１０とが平行な状態）にする場合、バイアス電圧記録部４０２に予め記録されている矩形波のバイアス電圧を全ての電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する。バイアス電圧を記憶しておくには、例えばバイアス電圧記録部４０２内のメモリ（不図示）にバイアス電圧のデジタル値を予め設定しておけばよい。
【００３４】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）は、それぞれ電極３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ，３４０ｄに印加するバイアス電圧の１例を示す波形図である。駆動電圧印加部４０１は、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示すようにＶ0の振幅をもつ矩形波のバイアス電圧を電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する。このときは全ての電極３４０ａ〜３４０ｄで同じ静電引力がミラー２３０にかかるため、ミラー２３０の傾きは０度から変化しない。
【００３５】
駆動電圧印加部４０１内のタイミング調整部４０３は、全ての電極３４０ａ〜３４０ｄにおいてバイアス電圧の波形の位相が一致するように、バイアス電圧の出力タイミングを調整する。全ての電極３４０ａ〜３４０ｄにおいてバイアス電圧の位相を一致させる理由は、位相が乱れることにより電極３４０ａ〜３４０ｄ間で干渉が発生し、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄとの間の静電引力に乱れが生じるのを防ぐためである。
【００３６】
次に、駆動電圧印加部４０１は、ミラー２３０の回動角を０度以外に制御する場合、以下のような処理を行う。駆動電圧印加部４０１内のテーブル４０５には、ミラー２３０のそれぞれの回動角に対応する電圧の振幅の値が予め設定されている。駆動電圧印加部４０１内の駆動電圧演算部４０４は、ミラー２３０の所望の回動角に対応する電圧の振幅の値をテーブル４０５から取得し、ミラー２３０の回動軸に対して対称に配置された１対の電極の一方とミラー２３０との間に生じる静電引力と、１対の電極の他方とミラー２３０との間に生じる静電引力とが、バイアス電圧に対して常に差動的になるように駆動電圧の振幅を計算する。そして、駆動電圧印加部４０１は、駆動電圧演算部４０４が計算した振幅の駆動電圧を電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する。
【００３７】
図１の可動枠回動軸ｘに対して対称に配置された電極は３４０ａと３４０ｃである。バイアス電圧の振幅をＶ0、ミラー２３０の所望の回動角に対応する電圧の振幅をＶ1、電極３４０ａ，３４０ｃに印加する交流の駆動電圧の振幅をそれぞれＶａ，Ｖｃとすると、駆動電圧演算部４０４は以下のような演算を行う。
Ｖａ＝Ｖ0＋Ｖ1                                                  ・・・（１）
Ｖｃ＝Ｖ0−Ｖ1                                                  ・・・（２）
計算した振幅Ｖａの値が０より小さいときはＶａ＝０とし、計算した振幅Ｖｃの値が０より小さいときはＶｃ＝０とする。Ｖ1はミラー２３０の回動軸ｘ廻りの回動角θｘに１対１に対応する電圧の振幅である。
【００３８】
図５（Ａ）はミラー２３０に印加されるミラー電圧を示す波形図、図５（Ｂ）は電極３４０ａに印加される駆動電圧を示す波形図、図５（Ｃ）は電極３４０ｃに印加される駆動電圧を示す波形図、図５（Ｄ）は電極３４０ａとミラー２３０との電位差を示す波形図、図５（Ｅ）は電極３４０ｃとミラー２３０との電位差を示す波形図である。
【００３９】
図５（Ｄ）によると、電極３４０ａに印加される駆動電圧の振幅はバイアス電圧の振幅Ｖ0に対して常にＶ1だけ大きくなっており、バイアス電圧の振幅Ｖ0を基準にして考えるとＶ1の分だけ静電引力が大きくなっている。一方、図５（Ｅ）によると、電極３４０ｃに印加される駆動電圧の振幅はバイアス電圧の振幅Ｖ0に対して常にＶ1だけ小さくなっており、バイアス電圧の振幅Ｖ0を基準にして考えるとＶ1の分だけ静電引力が小さくなっている。したがって、電極３４０ａとミラー２３０との間に生じる静電引力と、電極３４０ｃとミラー２３０との間に生じる静電引力とが、バイアス電圧に対して常に差動的になっていることが分かる。
【００４０】
また、図１のミラー回動軸ｙに対して対称に配置された電極は３４０ｂと３４０ｄである。バイアス電圧の振幅をＶ0、ミラー２３０の所望の回動角に対応する電圧の振幅をＶ2、電極３４０ｂ，３４０ｄに印加する交流の駆動電圧の振幅をそれぞれＶｂ，Ｖｄとすると、駆動電圧演算部４０４は以下のような演算を行う。
Ｖｂ＝Ｖ0＋Ｖ2                                                  ・・・（３）
Ｖｄ＝Ｖ0−Ｖ2                                                  ・・・（４）
計算した振幅Ｖｂの値が０より小さいときはＶｂ＝０とし、計算した振幅Ｖｄの値が０より小さいときはＶｄ＝０とする。Ｖ2はミラー２３０の回動軸ｙ廻りの回動角θｙに１対１に対応する電圧の振幅である。
【００４１】
図６は本実施の形態の効果を説明するための図であり、駆動電圧の振幅とミラー２３０の回動角との関係を表す実測例を示す図である。図６におけるＡはバイアス電圧がない従来の特性、Ｂはバイアス電圧を用いた本実施の形態の特性である。このように、本実施の形態では、バイアス電圧を基準とすることにより、従来の手法に比べて駆動電圧の振幅とミラー２３０の回動角との非線形性を改善することができるので、ミラー２３０の回動角を制御する際に回動角に依存しない制御を行うことが可能となる。
【００４２】
なお、電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する駆動電圧の波形は、デューティー比が５０％でなくともよい。その理由は、駆動電圧の振幅とミラー２３０の回動角との非線形性を改善するためには、ミラー２３０の回動軸に対して対称に配置された１対の電極の一方とミラー２３０との電位差の絶対値と、１対の電極の他方とミラー２３０との電位差の絶対値とが、バイアス電圧を印加したときに発生する電位差の絶対値に対して常に差動的になっていれば良いので、正負の電圧の印加時間が変わっても線形性は犠牲にならないからである。デューティー比の調整はタイミング調整部４０３が行う。デューティー比の調整を行うことによって、例えば絶縁層近傍に正電荷の浮遊容量が蓄積した場合、デューティー比を負電圧の印加時間が長くなるように調整することで、正電荷を減少させることができる。正負が逆の場合も同様に調整可能となる。このように、浮遊電荷量を常に０近傍に近づけることができるため、ミラー２３０の角度ドリフトを抑制することが可能となる。
【００４３】
また、ミラー２３０を最大角度に回動させるために必要な、電極とミラー２３０との電位差をＶmaxと仮定すると、バイアス電圧の振幅Ｖ0は０．５×Ｖmaxとなるようにした方がよい。その理由は、バイアス電圧の振幅Ｖ0が０．５×Ｖmaxより大きいと、電極３４０ａ，３４０ｂに印加する駆動電圧の振幅Ｖａ，Ｖｂが大きくなって素子に要求される最大出力電圧値が増加し、バイアス電圧の振幅Ｖ0が０．５×Ｖmaxより小さいと、電圧Ｖ1，Ｖ2の振幅が大きくなったときに電極３４０ｃ，３４０ｄに印加する駆動電圧の振幅Ｖｃ，Ｖｄが０となって電極３４０ａ，３４０ｂのみで制御する状態となり、線形性が悪くなるからである。
【００４４】
なお、バイアス電圧の振幅（絶対値）の設定は、ミラー２３０の回動軸毎に行うことが好ましい。バイアス電圧の振幅を回動軸ｘ，ｙについて共通の値にする場合には、ミラー２３０を回動軸ｘ廻りに最大角度に回動させるために必要な、電極とミラー２３０との電位差をＶｘmax、ミラー２３０を回動軸ｙ廻りに最大角度に回動させるために必要な、電極とミラー２３０との電位差をＶｙmaxとしたとき、バイアス電圧の振幅をｘ軸廻りは０．５×Ｖｘmaxとし、ｙ軸廻りは０．５×Ｖｙmaxとすればよい。本実施の形態では、それぞれの電極が作用する軸はｘ軸もしくはｙ軸に固定されているため、バイアス電圧の振幅を個別に設定することが可能である。
【００４５】
本実施の形態では、矩形波のバイアス電圧の平均直流成分を０としたが、平均直流成分が０でない場合も同様に考えることが可能である。バイアス電圧の平均直流成分が０でない場合は、バイアス電圧に対してオフセットとなる平均直流成分を加算して印加すれば良い。これにより、浮遊容量に対する正負の電圧の特性の違いなどを調整することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態における駆動電圧印加の別の例を図７（Ａ）〜図７（Ｅ）に示す。図７（Ａ）はミラー２３０に印加されるミラー電圧を示す波形図、図７（Ｂ）は電極３４０ａに印加される駆動電圧を示す波形図、図７（Ｃ）は電極３４０ｃに印加される駆動電圧を示す波形図、図７（Ｄ）は電極３４０ａとミラー２３０との電位差を示す波形図、図７（Ｅ）は電極３４０ｃとミラー２３０との電位差を示す波形図である。
【００４７】
図７（Ａ）〜図７（Ｅ）の例では、ミラー２３０の回動軸ｘに対して対称に配置された電極３４０ａと３４０ｃの間でバイアス電圧および駆動電圧の極性が常に逆になるようにしている。このように、バイアス電圧および駆動電圧の極性が対となる電極間で異なる場合においても、電極３４０ａとミラー２３０との間に生じる電位差の絶対値と、電極３４０ｃとミラー２３０との間に生じる電位差の絶対値とは、バイアス電圧を印加した際に各電極間と生じる電位差の絶対値に対して常に差動的になっており、駆動電圧の振幅とミラー２３０の回動角との線形性が損なわれることはない。一方、電極３４０ａと電極３４０ｃとの間で電圧の極性が常に反転するため、電極３４０ａと電極３４０ｃとの間の絶縁層近傍の浮遊容量に蓄積する電荷の影響を抑えることができ、ミラー２３０の角度ドリフトを抑制できると考えられる。ミラー２３０の回動軸ｙに対して対称に配置された電極３４０ｂと３４０ｄについても、バイアス電圧および駆動電圧の極性が常に逆になるようにすればよい。
【００４８】
本実施の形態では、駆動電圧印加部にテーブル４０５を備え、ミラー２３０の回動角に対応した電圧の振幅値を予め設定してあったが、このテーブル４０５はなくてもよい。テーブルを持たずに、徐々に角度を変化して目標値で固定すればよい場合など、テーブルを参照しない制御方法を用いる例においても、回動軸に対して対称に配置された電極とミラーとの間の電位差の絶対値を差動的にすることで、線形性を損なわずに角度制御を行うことが可能である。
【００４９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、ミラー２３０に接地電位を印加していたが、本実施の形態では、ミラー２３０にバイアス電圧を印加する。本実施の形態においても、ミラー装置全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図２の符号を用いて説明する。図８は本実施の形態のミラー装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。本実施の形態のミラー制御装置は、ミラー電圧印加部４００ａと、駆動電圧印加部４０１ａと、バイアス電圧記録部４０２とから構成される。
【００５０】
本実施の形態のミラー電圧印加部４００ａは、バイアス電圧記録部４０２に予め記録されている矩形波のバイアス電圧をミラー２３０に印加する。
駆動電圧印加部４０１ａは、ミラー２３０の回動角を０度にする場合、全ての電極３４０ａ〜３４０ｄに接地電位（０Ｖ）を印加する。このとき、ミラー２３０と各電極３４０ａ〜３４０ｄとの電位差は第１の実施の形態と同様に等しくなり、全ての電極３４０ａ〜３４０ｄで同じ静電引力がミラー２３０にかかるため、ミラー２３０の傾きは０度から変化しない。
【００５１】
次に、駆動電圧印加部４０１ａは、ミラー２３０の回動角を０度以外に制御する場合、以下のような処理を行う。駆動電圧印加部４０１ａ内の駆動電圧演算部４０４ａは、第１の実施の形態と同様に、ミラー２３０の所望の回動角に対応する電圧の振幅の値をテーブル４０５から取得し、ミラー２３０の回動軸に対して対称に配置された１対の電極の一方とミラー２３０との間に生じる静電引力と、１対の電極の他方とミラー２３０との間に生じる静電引力とが、バイアス電圧に対して常に差動的になるように駆動電圧の振幅を計算する。そして、駆動電圧印加部４０１ａは、駆動電圧演算部４０４ａが計算した振幅の駆動電圧を電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する。
【００５２】
バイアス電圧の振幅をＶ0、ミラー２３０の所望の回動角に対応する電圧の振幅をＶ1、電極３４０ａ，３４０ｃに印加する交流の駆動電圧の振幅をそれぞれＶａ，Ｖｃ、ミラー２３０に印加するミラー電圧の振幅をＶｍとすると、駆動電圧演算部４０４ａは以下のような演算を行う。
Ｖａ＝＋Ｖ1                                                     ・・・（５）
Ｖｃ＝−Ｖ1                                                     ・・・（６）
Ｖｍ＝−Ｖ0                                                     ・・・（７）
【００５３】
ここで、負の振幅は電圧が０Ｖを境にして反転している状態を示す。つまり、ミラー電圧が負であるとき、電極３４０ａに印加する駆動電圧は正となり、電極３４０ｃに印加する駆動電圧は負となる。また、ミラー電圧が正であるとき、駆動電圧演算部４０４ａは以下のような演算を行う。
Ｖａ＝−Ｖ1                                                     ・・・（８）
Ｖｃ＝＋Ｖ1                                                     ・・・（９）
Ｖｍ＝＋Ｖ0                                                   ・・・（１０）
【００５４】
図９（Ａ）はミラー２３０に印加されるミラー電圧を示す波形図、図９（Ｂ）は電極３４０ａに印加される駆動電圧を示す波形図、図９（Ｃ）は電極３４０ｃに印加される駆動電圧を示す波形図、図９（Ｄ）は電極３４０ａとミラー２３０との電位差を示す波形図、図９（Ｅ）は電極３４０ｃとミラー２３０との電位差を示す波形図である。電極３４０ａとミラー２３０との電位差はＶａ−Ｖｍとなり、電極３４０ｃとミラー２３０との電位差はＶｃ−Ｖｍとなるため、これらの電位差の波形は第１の実施の形態と同様になる。
【００５５】
また、バイアス電圧の振幅をＶ0、ミラー２３０の所望の回動角に対応する電圧の振幅をＶ2、電極３４０ｂ，３４０ｄに印加する交流の駆動電圧の振幅をそれぞれＶｂ，Ｖｄ、ミラー２３０に印加するミラー電圧の振幅をＶｍとすると、駆動電圧演算部４０４ａは以下のような演算を行う。
Ｖｂ＝＋Ｖ2                                                   ・・・（１１）
Ｖｄ＝−Ｖ2                                                   ・・・（１２）
Ｖｍ＝−Ｖ0                                                   ・・・（１３）
【００５６】
また、ミラー電圧が正であるとき、駆動電圧演算部４０４ａは以下のような演算を行う。
Ｖｂ＝−Ｖ2                                                   ・・・（１４）
Ｖｄ＝＋Ｖ2                                                   ・・・（１５）
Ｖｍ＝＋Ｖ0                                                   ・・・（１６）
【００５７】
本実施の形態では、電極３４０ａ，３４０ｃに印加する駆動電圧の振幅Ｖａ，Ｖｃが最大でＶ1となり、電極３４０ｂ，３４０ｄに印加する駆動電圧の振幅Ｖｂ，Ｖｄが最大でＶ2となるため、第１の実施の形態に比べて駆動電圧印加部４０１ａに用いる駆動素子を低電圧化することが可能となる。
【００５８】
第１の実施の形態と同様に、ミラー２３０を最大角度に回動させるために必要な、電極とミラー２３０との電位差をＶmaxと仮定すると、バイアス電圧の振幅Ｖ0は０．５×Ｖmaxとなるようにした方がよい。また、バイアス電圧の振幅は、ミラー２３０の回動軸毎に設定することが好ましいが、ミラー２３０にバイアス電圧を印加する場合は全電極に対して共通となるため、個別にバイアスを設定することができない。その場合、ミラー２３０を回動軸ｘ廻りに最大角度に回動させるために必要な、電極とミラー２３０との電位差をＶｘmax、ミラー２３０を回動軸ｙ廻りに最大角度に回動させるために必要な、電極とミラー２３０との電位差をＶｙmaxとしたとき、バイアス電圧の振幅をＶｘmaxとＶｙmaxの平均値の１／２とすればよい。したがって、この場合はバイアス電圧の振幅はＶｘmaxとＶｙmaxの略１／２となる。
【００５９】
第１の実施の形態と同様に、ミラー装置がアレイ状に配置されたミラーアレイの場合、ミラー電圧は各ミラーで共通にすることができるので、アレイ化した場合でも回路規模が大きくなることはない。すなわち、ミラーアレイの場合は、ミラー装置毎にミラー電圧印加部４００ａを設けるのではなく、複数のミラー装置で１つのミラー電圧印加部４００ａを共有することができ、ミラー装置の駆動素子数を減らすことが可能となる。
【００６０】
なお、第１、第２の実施の形態では、バイアス電圧および駆動電圧を矩形波波形の交流電圧としているが、バイアス電圧もしくは駆動電圧のどちらかを一方が直流電圧としてもよい。ミラー２３０のドリフト制御の点ではバイアス電圧および駆動電圧の両方を交流電圧とした方が有効であるが、制御の線形性の改善効果についてはバイアス電圧もしくは駆動電圧のどちらか一方が直流電圧の場合でも同様に得ることができる。この場合、交流信号が減ることにより、交流信号によって発生するノイズを軽減することが可能となる。
【００６１】
また、第１、第２の実施の形態では、バイアス電圧および駆動電圧を矩形波としているが、矩形波でなくてもよく、例えばサイン波や三角波でもよい。また、電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する駆動電圧の平均直流成分が０でなくてもよく、例えば図１０に示すような正電圧のみの矩形波波形の駆動電圧でもよい。図１０の例では、０Ｖのときは常に電圧は０Ｖとなり、電圧を印加している時間のみでバイアスに対して差動的な動作となるように駆動すればよい。この例では、バイポーラ出力を行わないため、素子への負担を減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ミラー制御装置、ミラー制御装置を用いるミラー装置、および複数のミラー装置を２次元的に配置したミラーアレイに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るミラー装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１のミラー装置の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るミラー装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態において電極に印加するバイアス電圧の１例を示す波形図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態においてミラーに印加されるミラー電圧、電極に印加される駆動電圧、および電極とミラーとの電位差の１例を示す波形図である。
【図６】駆動電圧の振幅とミラーの回動角との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態においてミラーに印加されるミラー電圧、電極に印加される駆動電圧、および電極とミラーとの電位差の他の例を示す波形図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るミラー装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態においてミラーに印加されるミラー電圧、電極に印加される駆動電圧、および電極とミラーとの電位差の１例を示す波形図である。
【図１０】電極に印加される駆動電圧の別の例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００…ミラー装置、２００…ミラー基板、２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ…トーションバネ、２２０…可動枠、２３０…ミラー、３００…電極基板、３４０ａ〜３４０ｄ…電極、４００，４００ａ…ミラー電圧印加部、４０１，４０１ａ…駆動電圧印加部、４０２…バイアス電圧記録部、４０３…タイミング調整部、４０４，４０４ａ…駆動電圧演算部、４０５…テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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