(57)【要約】【課題】振動や衝撃を受けたときにミラーが回動することを防ぐことができるマイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイを提供する。【解決手段】ミラー１１は、上底１１ｂからミラー１１の重心Ｇまでの距離ｐは、ｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすように形成されている。これにより、ミラーの重心の位置が、ミラー１１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されてもミラー１１に作用する回転モーメントが釣り合う位置になるので、ミラー１１が回動することを防ぐことができる。【選択図】  図１
2014170114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する板状のミラーと、
このミラーを支持する一対の支持部材と、
一端が前記ミラーの一端に接続され、かつ、他端が一方の前記支持部材に接続された第１のばね部材と、
一端が前記ミラーの他端に接続され、かつ、他端が他方の前記支持部材に接続された第２のばね部材と
を備えたマイクロミラー素子であって、
前記ミラーは、前記第１のばね部材のばね定数をｋａ、前記第２のばねのばね定数をｋｂ、前記ミラーの前記一端と前記他端とを結ぶ第１の方向に沿った前記ミラーの長さをＬとすると、前記第１の方向における前記ミラーの前記他端から前記ミラーの重心までの距離ｐが、ｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすように形成されている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロミラー素子において、
前記ミラーは、反射面を有する基部と、質量を有し、前記ミラーの重心の位置を調整するバランサ部とから構成されている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項３】
請求項２記載のマイクロミラー素子において、
前記基部は、平面視略矩形に形成され、
前記第１のばね部材の前記一端は、前記基部の第１の辺に接続され、
前記第２のばね部材の前記一端は、前記基部の前記第１の辺と向かい合う第２の辺に接続され、
前記バランサ部は、前記基部と同一平面内の前記第１の辺側に設けられ、
前記バランサ部の質量をｍ’、前記基部の質量をｍとすると、前記第１の辺から前記第１の方向に沿った前記バランサ部の重心までの距離ｑは、｛Ｌ／（ｋａ＋ｋｂ）｝｛（ｍ／２ｍ’）（ｋａ−ｋｂ）−ｋｂ｝を満たす
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項４】
請求項２または３記載のマイクロミラー素子において、
前記バランサ部は、部分的に細く形成された連結部を介して前記基部と連結されている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項５】
請求項２記載のマイクロミラー素子において、
前記バランサ部は、前記基部の前記反射面と反対側の面に設けられている
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロミラー素子において、
前記ミラーは、平面視略台形に形成され、
前記第１のばね部材が接続された前記一端となる下底の長さａと、前記第２のばね部材が接続された前記他端となる上底の長さｂとの関係は、ａ＝｛（ｋａ−２ｋｂ）／（ｋｂ−２ｋａ）｝・ｂを満たす
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載されたマイクロミラー素子において、
前記第１のばね部材および前記第２のばね部材の少なくとも一方は、前記ミラーの重心を通る前記第１の方向に沿った軸線に対して線対称に複数配置され、線対称の位置に設けられたばね部材同士が同じばね定数を有する
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のマイクロミラー素子において、
前記支持部材は、前記第１のばね部材または前記第２のばね部材の他端が接続され、前記ミラーの法線方向に移動可能とされた板ばねを備える
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のマイクロミラー素子において、
前記第１のばね部材は、２つ設けられ、
前記第２のばね部材は、１つ設けられる
ことを特徴とするマイクロミラー素子。
【請求項１０】
マイクロミラー素子が複数配列されたマイクロミラーアレイであって、
前記マイクロミラー素子は、請求項１乃至９の何れか１項に記載されたマイクロミラー素子からなり、
前記マイクロミラー素子の前記ミラーは、前記第１の方向に直交し、かつ、前記ミラーの平面に平行な第２の方向に配列され、
前記マイクロミラー素子の１つの前記第１のばねは、隣り合う他のマイクロミラー素子の前記第２のばねと前記第２の方向に隣り合う
ことを特徴とするミラーアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチに用いられるマイクロミラー素子およびミラーアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野では、１つの波長に１つの光信号を対応させ、波長多重して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術により、大容量の光伝送を行うことが実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える光スイッチングデバイスが脚光を浴びている。なかでも、小型、軽量、低コストを実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた空間光学系光スイッチングデバイスが注目されている。例えば、数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかへ出力可能な波長選択型光スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）が提案されている。この波長選択型光スイッチの構成部品として最も特徴的なものが、複数のマイクロミラー素子を高密度に配列したマイクロミラーアレイである（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
マイクロミラーアレイは、マイクロミラー素子が、１次元的あるいは２次元的に配列されたものである。マイクロミラー素子は、図２９に示すように、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部９０１と、この支持部９０１に一端が接続されて対向配置された一対の可動梁９０２と、この可動梁９０２の他端に接続されたばね９０３と、このばね９０３を介して可動梁９０２の他端に接続されたミラー９０４と、可動梁９０２の下方に対向配置された電極９０５とを備えている。
このようなマイクロミラー素子においては、可動梁９０２を接地し、電極９０５に選択的に正または負の電圧を与えることで可動梁９０２を静電引力で吸引して、可動梁９０２およびばね９０３の延在方向に沿った軸回りに回動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９９１６号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１２９９８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したようなミラーアレイを備えた波長選択型光スイッチでは、ミラーの回動角度を大きく変動させることにより出力ファイバの切り替えを行い、ミラーの回動角度を微小に変動させることによりそのミラーにより反射される光信号の強度の調整を行っている。このため、光スイッチが振動や衝撃を受けることにより加速度が印加されると、この加速度の影響を受けてミラーが微小に回動してしまい、光信号の強度も変動してしまうことがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、振動や衝撃を受けたときにミラーが回動することを防ぐことができるマイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイ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】
【０００７】
上述したような課題を解決するために、本発明に係るマイクロミラー素子は、反射面を有する板状のミラーと、このミラーを支持する一対の支持部材と、一端がミラーの一端に接続され、かつ、他端が一方の支持部材に接続された第１のばね部材と、一端がミラーの他端に接続され、かつ、他端が他方の支持部材に接続された第２のばね部材とを備えたマイクロミラー素子であって、ミラーは、第１のばね部材のばね定数をｋａ、第２のばねのばね定数をｋｂ、ミラーの一端と他端とを結ぶ第１の方向に沿ったミラーの長さをＬとすると、第１の方向におけるミラーの他端からミラーの重心までの距離ｐが、ｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすように形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記マイクロミラー素子において、ミラーは、反射面を有する基部と、質量を有し、ミラーの重心の位置を調整するバランサ部とから構成されているようにしてもよい。
【０００９】
上記マイクロミラー素子において、基部は、平面視略矩形に形成され、第１のばね部材の一端は、基部の第１の辺に接続され、第２のばね部材の一端は、基部の第１の辺と向かい合う第２の辺に接続され、バランサ部は、基部と同一平面内の第１の辺側に設けられ、バランサ部の質量をｍ’、基部の質量をｍとすると、第１の辺から第１の方向に沿ったバランサ部の重心までの距離ｑは、｛Ｌ／（ｋａ＋ｋｂ）｝｛（ｍ／２ｍ’）（ｋａ−ｋｂ）−ｋｂ｝を満たすように形成されているようにしてもよい。
【００１０】
上記マイクロミラー素子において、バランサ部は、部分的に細く形成された連結部を介して基部と連結されているようにしてもよい。
【００１１】
上記マイクロミラー素子において、バランサ部は、基部の反射面と反対側の面に設けられているようにしてもよい。
【００１２】
上記マイクロミラー素子において、ミラーは、平面視略台形に形成され、
第１のばね部材が接続された一端となる下底の長さａと、第２のばね部材が接続された他端となる上底の長さｂとの関係は、ａ＝｛（ｋａ−２ｋｂ）／（ｋｂ−２ｋａ）｝・ｂを満たすようにしてもよい。
【００１３】
上記マイクロミラー素子において、第１のばね部材および第２のばね部材の少なくとも一方は、ミラーの重心を通る第１の方向に沿った軸線に対して線対称に複数配置され、線対称の位置に設けられたばね部材同士が同じばね定数を有するようにしてもよい。
【００１４】
上記マイクロミラー素子において、支持部材は、第１のばね部材または第２のばね部材の他端が接続され、ミラーの法線方向に移動可能とされた板ばねを備える支持部材は、第１のばね部材または第２のばね部材の他端が接続され、ミラーの法線方向に移動可能とされた板ばねを備えるようにしてもよい。
【００１５】
上記マイクロミラー素子において、第１のばね部材は２つ設けられ、第２のばね部材は１つ設けられるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係るマイクロミラーアレイは、マイクロミラー素子が複数配列されたマイクロミラーアレイであって、マイクロミラー素子は、上述した何れかのマイクロミラー素子からなり、マイクロミラー素子のミラーは、第１の方向に直交し、かつ、ミラーの平面に平行な第２の方向に配列され、マイクロミラー素子の１つの第１のばねは、隣り合う他のマイクロミラー素子の第２のばねと第２の方向に隣り合うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ミラーの他端からミラーの重心までの距離ｐがｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすようにミラーを形成することにより、ミラーの重心の位置が、ミラーが振動や衝撃を受けて加速度が印加されてもミラーに作用する回転モーメントが釣り合う位置となるので、ミラーが回動することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、対比例としてのマイクロミラー装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、対比例における加速度と角度変動量の関係を示す図である。
【図４】図４は、ミラーの形成原理を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロミラー素子における加速度と角度変動量の関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施例におけるマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図９】図９は、図８のマイクロミラー素子を複数配列したマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、対比例のマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１２は、図１１のマイクロミラー素子の反射光における挿入損失と周波数との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、図１０のマイクロミラー素子の反射光における挿入損失と周波数との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す正面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２の実施例におけるマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１７】図１７は、図１６のマイクロミラー素子を複数配列したマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す平面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第７の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１９】図１９は、対比例のマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図２０】図２０は、対比例における加速度とθｘ回りの角度変動量の関係を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第７の実施の形態に係るマイクロミラー素子における加速度とθｘ回りの角度変動量の関係を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第８の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図２３】図２３は、図２２の正面図である。
【図２４】図２４は、本発明の第９の実施の形態に係るマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図２５】図２５は、マイクロミラー素子を複数配列したマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す平面図である。
【図２６】図２６は、対比例におけるマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の第３の実施例におけるマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す平面図である。
【図２８】図２８は、図２７の正面図である。
【図２９】図２９は、従来のマイクロミラー素子の構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロミラー素子１は、平面視略台形の形状を有するミラー１１と、このミラー１１の下底１１ａに一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー１１の上底１１ｂに一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
このようなマイクロミラー素子１は、例えば、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部材（図示せず）と、一端が一方の支持部材に接続され、他端に第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの他端が接続された第１の板ばね部材（図示せず）と、一端が他方の支持部材に接続され、他端に第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの他端が接続された第２の板ばね部材（図示せず）とにより支持されている。また、第１の板ばね部材および第２の板ばね部材の下方、すなわちミラー１１の法線方向には、電極が対向配置されている。
便宜上、以下においては、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを結ぶ方向を「Ｙ軸方向」、ミラー１１の平面に沿いかつＹ軸方向に直交する方向を「Ｘ軸方向」、ミラー１１の法線方向、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向を「Ｚ軸方向」ともいう。
【００２１】
ミラー１１は、平面視略台形に形成されており、一方の面には反射面（図示せず）が形成されている。また、ミラー１１の台形の下底に相当する第１の辺（以下、「下底」と言う。）１１ａには、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍが接続されている。また、ミラー１１の台形の上底に相当する第２の辺（以下、「上底」と言う。）１１ｂには、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎに接続されている。このようなミラー１１は、ミラー１１の高さ、すなわち下底１１ａと上底１１ｂの距離をＬ、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍのばね定数、すなわちＺ軸方向の負荷と変位との関係を示す係数を合成した合成ばね定数をｋａ、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの各ばね定数を合成した合成ばね定数をｋｂ（≠ｋａ）としたとき、上底１１ｂから重心ＧまでのＸ軸方向における距離ｐは下式（１）を満たすように設定されている。このようにミラー１１を形成する理由については後述する。
【００２２】
ｐ＝ｋaＬ／（ｋa＋ｋb）  ・・・（１）
【００２３】
第１のばね部材１２ａ〜１２ｍは、ミラー１１の重心に近い側に接続されるものであり、本実施の形態においては一端がミラー１１の下底１１ａに接続されている。また、他端は、支持部材（図示せず）に接続されている。このような第１のばね部材１２ａ〜１２ｍは、Ｙ軸方向に延在するトーションばねなどの公知のばねから構成されている。また、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍは、Ｙ軸方向に所定間隔離間して互いに平行に配設されている。
第１のばね部材１２ａ〜１２ｍのばね定数を合成した合成ばね定数ｋaは、第１のばね部材１２ａのばね定数をｋa1、第１のばね部材１２ｂのばね定数をｋa2、第１のばね部材１２ｍのばね定数はｋaNとすると、下式（２）に示すように、各ばね定数の和で表される。なお、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの数量は適宜自由に設定することができる。
【００２４】
ｋa＝ｋa1＋ｋa2＋・・・＋ｋaM    ・・・（２）
【００２５】
第２のばね部材１３ａ〜１３ｎは、ミラー１１の重心から遠い側に接続されるものであり、本実施の形態においては一端がミラー１１の上底１１ｂに接続されている。なお、他端は、支持部材（図示せず）に接続されている。また、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎは、Ｙ軸方向に所定間隔離間して互いに平行に配設されている。このような第２のばね部材１３ａ〜１３ｎは、Ｙ軸方向に延在するトーションばねなどの公知のばねから構成されている。
本実施の形態において、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎのばね定数を合成した合成ばね定数ｋbは、第２のばね部材１３ａのばね定数をｋb1、第２のばね部材１３ｂのばね定数をｋb2、第２のばね部材１３ｎのばね定数はｋbMとすると、下式（３）に示すように、各ばね定数の和で表される。この第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの合成ばね定数ｋbは、上述した第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの合成ばね定数ｋaと異なっている。なお、第２のばね部材１２ａ〜１２ｍの数量は適宜自由に設定することができる。
【００２６】
ｋb＝ｋb1＋ｋb2＋・・・＋ｋbN  ・・・（３）
【００２７】
このようなマイクロミラー素子１は、公知のＬＳＩ（Large Scale Integration）製造技術やマイクロマシニング技術によって形成することができる。
【００２８】
次に、本実施の形態に係るマイクロミラー素子１の動作について説明する。
【００２９】
このようなマイクロミラー素子において、ミラー１１の回動角度を変える場合、第１の板ばね部材および第２の板ばね部材を接地し、これらに対向配置された電極に選択的に正または負の電圧を与えることで第１の板ばね部材または第２の板ばね部材を静電引力で吸引させる。すると、第１の板ばね部材や第２の板ばね部材がＺ軸方向に移動するので、これらに接続された第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎを介してミラー１１がＹ軸に沿った回動軸回りに回動することとなる。
【００３０】
次に、ミラー１１の重心の設定原理について説明する。
【００３１】
図２に示す対比例としてのマイクロミラー素子１００は、中心を通るＹ軸に沿った軸ｙに対して線対称に形成された平面視長方形のミラー１０１と、対向する辺の一方の辺に接続された第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、他方の辺に接続された第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
【００３２】
このマイクロミラー素子１００では、ミラー１０１に接続された第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとの合成ばね定数が異なるが、ミラー１０１の重心が中心に設定されている。このため、光スイッチが振動や衝撃を受けることにより加速度が印加されると、ミラー１０１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合っていないので、ミラー１０１が回動するため、このミラー１０１により反射される光信号の強度が変動してしまうことがあった。図３に示すように、回動角度の変動量はミラーに加わる加速度の大きさに比例している。このため、大きな加速度が加わるとミラー１０１が大きく回動してしまうので、例えば、ミラー１０１がマイクロミラー素子１００の他の構成要素と衝突し、場合によってはこれらが破損してしまうこともあった。
【００３３】
これに対し、本実施の形態では、振動や衝撃を受けることにより加速度が印加されても、ミラー１１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うように重心の位置が調整された形状にミラー１１を形成している。例えば、図４に示すように、マイクロミラー素子１００に鉛直下方への加速度ａが印加され、ミラー１１の上底１１ｂが通常状態からＺ軸方向に距離ｚだけ移動し、かつ、ミラー１１がＹ軸方向に沿った回動軸回りに角度θだけ回動したものと仮定する。このとき、ミラー１１における力の釣り合いは下式（４）、回転モーメントの釣り合いは下式（５）で表される。なお、下式（４）において、Ｆａは、ミラー１１の下底１１ａにかかる力で、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの合成ばね定数ｋaと下底１１ａの変位量すなわちＬｓｉｎθとの積で表される。同様に、Ｆｂは、ミラー１１の上底１１ｂにかかる力で、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの合成ばね定数ｋbと上底１１ｂの変位量、すなわち距離ｚの積で表される。また、ｇは重力加速度、ｍはミラー１１の質量である。さらに、下式（５）において、ｐは、上底１１ｂから重心までの距離である。
【００３４】
ｍ（ａ＋ｇ）＝Ｆａ＋Ｆｂ  ・・・（４）
ｐ・ｍ（ａ＋ｇ）＝Ｌ・Ｆａ  ・・・（５）
【００３５】
マイクロミラー素子１が加速度が印加されたとき、ミラー１１が回動しない、すなわちθ＝０となるときの上底１１ｂから重心までの距離ｐは上式（１）、すなわち、ｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）となる。そこで、本実施の形態では、その式（１）を満たすようにミラー１１を形成する。これにより、ミラー１１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子１に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー１１にはミラー１１のＹ軸に沿った回動軸回りの変位、すなわち回動変位が発生しないこととなる。このように、ミラー１１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー１１が回動しないため、例えば、ミラー１１が大きく回動してマイクロミラー素子１の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子１の破損も防ぐことができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ミラー１１の上底１１ｂからミラー１１の重心Ｇまでの距離ｐが、ｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすようにミラー１１を形成することにより、ミラーの重心の位置が、ミラー１１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されてもミラー１１に作用する回転モーメントが釣り合う位置になるので、ミラー１１が回動することを防ぐことができる。
【００３７】
なお、本実施の形態において、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの数量が異なる場合を例に説明したが、それらの合成ばね定数が異なるのであれば、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの数量は同じとするようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態において、ミラー１１の平面形状が略台形の場合を例に説明したが、上式（１）を満たすのであればミラー１１の平面形状は略台形に限定されず、適宜自由に設定することができる。また、ミラー１１の断面形状についても、上式（１）を満たすのであれば、適宜自由に設定することができる。
【００３９】
［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。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と、ミラーの平面形状を異ならせたものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
【００４０】
図６に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロミラー素子２は、基部２２およびこの基部２２に接続されたバランサ部２３を備えたミラー２１と、このミラー２１の基部２２に一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー２１の基部２２に一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
このようなマイクロミラー素子２は、例えば、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部材（図示せず）と、一端が一方の支持部材に接続され、他端に第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの他端が接続された第１の板ばね部材（図示せず）と、一端が他方の支持部材に接続され、他端に第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの他端が接続された第２の板ばね部材（図示せず）とにより支持されている。これにより、通常、マイクロミラー素子２は、ミラー２１の平面と第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの軸線とが同一平面上に位置するように支持されている。また、第１の板ばね部材および第２の板ばね部材の下方、すなわちＺ軸方向には電極が対向配置されている。
【００４１】
ミラー２１は、平面視略長方形の基部２２と、この基部２２に連結された２つのバランサ部２３とを備えている。
【００４２】
基部２２は、長方形の第１の辺（以下、「一辺」と言う。）２２ａに第１のばね部材１２ａ〜１２ｍが接続され、一辺２２ａと向かい合う長方形の第２の辺（以下、「他辺」と言う。）２２ｂに第２のばね部材１３ａ〜１３ｎが接続されている。また、一辺２２ａの両端には、連結部２４を介して、バランサ部２３が連結されている。
【００４３】
バランサ部２３は、平面視略矩形の形状を有し、一辺２２ａからＸ軸方向に離間して配置されている。このようなバランサ部２３は、連結部２４により基部２２に連結されている。
【００４４】
連結部２４は、一端が基部２２の一辺２２ａの一方の端部、他端がバランサ部２３に接続され、基部２２の対角線方向に延在する棒状の部材から構成されている。
【００４５】
このようなバランサ部２３を設けてミラー２１の重心を調整することにより、ミラー２１は、他辺２２ｂから重心ＧまでのＸ軸方向に沿った距離ｐが上式（１）、すなわち、ｋaＬ／（ｋa＋ｋb）を満たすようにされている。これにより、ミラー２１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子２に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー２１にはミラー２１の回動変位が発生しないこととなる。したがって、ミラー２１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー２１が回動しないため、例えば、ミラー２１が大きく回動してマイクロミラー素子２の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子２の破損も防ぐことができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、バランサ部２３を設けて、ミラー２１の他辺２２ｂからミラー２１の重心Ｇまでの距離ｐが、ｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすようにミラー２１を形成することにより、ミラー２１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されても、ミラー２１に作用する回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー２１が回動することを防ぐことができる。
【００４７】
なお、本実施の形態において、バランサ部２３を２個設ける場合を例に説明したが、バランサ部２３を設ける数量については２個に限定されず、適宜自由に設定することができる。また、バランサ部２３の平面形状についても、平面視略矩形に限定されず、適宜自由に設定できることは言うまでもない。
【００４８】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第２の実施の形態におけるバランサ部２３の重心位置をより明確に規定するものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同等の構成要素については同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００４９】
図７に示すように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子２’は、基部２２および連結部２４を介して基部２２に接続されたバランサ部２３を備えたミラー２１と、このミラー２１の基部２２に一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー２１の基部２２に一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
【００５０】
このようなマイクロミラー素子２’において、Ｘ軸方向における、他辺２２ｂからミラー２１の重心Ｇ１までの距離ｐが上式（１）を満たすとき、バランサ部２３の重心Ｇ２と基部２２の一辺２２ａとの距離ｑは次のように求められる。
【００５１】
例えば、マイクロミラー素子２’に鉛直下方への加速度ａが印加され、ミラー２１の基部２２における他辺２２ｂが通常状態からＺ軸方向に距離ｚだけ移動し、かつ、基部２２がＹ軸に沿った回動軸回りに角度θだけ回動したものと仮定する。このとき、ミラー２１における力の釣り合いは下式（６）、回転モーメントの釣り合いは下式（７）で表される。なお、下式（６）において、Ｆａは、一辺２２ａに係る力で、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの合成ばね定数ｋaと一辺２２ａの変位量すなわちＬｓｉｎθとの積で表される。同様に、Ｆｂは、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの合成ばね定数ｋbと他辺２２ｂの変位量、すなわち距離ｚの積で表される。また、ｇは重力加速度、ｍは基部２２の質量、ｍ’はバランサ部２３の質量である。また、基部２２のＸ軸方向における重心Ｇ３は、一辺２２ａからＬ／２の位置である。
【００５２】
（ｍ＋ｍ’）（ａ＋ｇ）＝Ｆａ＋Ｆｂ  ・・・（６）
ｑｍ’（ａ＋ｇ）＋Ｆｂ・Ｌ＝Ｌ／２・ｍ（ａ＋ｇ）  ・・・（７）
【００５３】
マイクロミラー素子２’が加速度が印加されたとき、ミラー２１が回動しない、すなわちθ＝０となるときのバランサ部２３の重心Ｇ１と基部２２の一辺２２ａとの距離ｑは、上式（６）、（７）から下式（８）で表される。
【００５４】
ｑ＝｛Ｌ／（ｋa＋ｋb）｝｛（ｍ／２ｍ’）（ｋa−ｋb）−ｋb｝  ・・・（８）
【００５５】
この上式（８）を満たすようにバランサ部２３の重心位置を設定することにより、ミラー２１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子２’に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー２１には回動変位が発生が発生しないこととなる。したがって、ミラー２１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー２１が回動しないため、例えば、ミラー２１が大きく回動してマイクロミラー素子２の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子２の破損も防ぐことができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、バランサ部２３を設けて、バランサ部２３の重心Ｇ１と基部２２の一辺２２ａとの距離ｑが｛Ｌ／（ｋa＋ｋb）｝｛（ｍ／２ｍ’）（ｋa−ｋb）−ｋbを満たすようにミラー２１を形成することにより、ミラー２１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されても、ミラー２１に作用する回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー２１が回動することを防ぐことができる。
【００５７】
＜第１の実施例＞
次に、本実施の形態に係る実施例について説明する。
【００５８】
図８に示すように、本実施例に係るマイクロミラー素子３は、平面視略の基部３２およびこの基部３２の一辺３２ａからＸ軸方向に延在するバランサ部３３を備えた板状のミラー３１と、基部３２の一辺３２ａに一端が接続された第１のばね部材１２と、基部３２の一辺３２ａと向かい合う他辺３２ｂに一端が接続された第２のばね部材１３とを備えている。
【００５９】
基部３２は、Ｘ軸方向の長さが６００［μｍ］、Ｙ軸方向の長さが１００［μ］に形成されている。
【００６０】
バランサ部３３は、基部３２の一辺３２ａの両端からＸ軸方向に延在する平面視略矩形に形成されている。このバランサ部３３は、Ｘ軸方向の長さが３００［μｍ］、Ｙ軸方向の長さが２０［μ］に形成されている。
【００６１】
第１のばね部材１２は、ばね定数が２ｋとされている。
第２のばね部材１３は、ばね定数がｋとされている。
【００６２】
このように形成されたマイクロミラー素子３は、上述した式（８）を満たしている。したがって、ミラー３１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子３に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー３１には回動変位が発生しないこととなる。このように、ミラー３１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度の変動を防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー３１が回動しないため、例えば、ミラー３１が大きく回動してマイクロミラー素子３の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子３の破損も防ぐことができる。
【００６３】
また、本実施例におけるマイクロミラー素子３は、図９に示すように、Ｙ軸方向に多数配列することにより、マイクロミラーアレイを形成することができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第２の実施の形態におけるバランサ部の構成をより明確に規定するものである。したがって、本実施の形態において、第１〜第３の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
【００６５】
図１０に示すように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子４は、基部４２およびこの基部４２に接続されたバランサ部４３を備えたミラー４１と、このミラー４１の基部４２に一端が接続された２個の第１のばね部材１２ａ，１２ｂと、基部４２に一端が接続された１個の第２のばね部材１３とを備えている。
【００６６】
ミラー４１は、平面視略矩形の基部４２と、この基部４２に連結された２つのバランサ部４３とを備えている。
【００６７】
基部４２は、一辺４２ａに第１のばね部材１２ａ，１２ｂ、一辺２２ａと向かい合う他辺２２ｂに第２のばね部材１３に接続されている。また、一辺２２ａの両端には、連結部４４を介してバランサ部４３が連結されている。
【００６８】
バランサ部４３は、各辺がＸ軸方向またはＹ軸方向に沿った平面視略矩形に形成されている。このようなバランサ部４３は、部分的に細く形成された連結部４４により基部４２に連結されている。
【００６９】
連結部４４は、一端が基部４２の一辺４２ａの一方の端部、他端が一方のバランサ部４３に接続された、Ｘ軸方向に延在する棒状の部材から構成される。ここで、連結部４４の幅、すなわちＹ軸方向の長さは、バランサ部４３の幅、すなわちＹ軸方向の長さよりも小さく形成されている。
【００７０】
図１１に示す対比例のマイクロミラー素子２００のように、連結部の幅がバランサ部の幅と同一の場合、すなわち、バランサ部４３’が一様の幅を有する場合、基部４２’近傍におけるバランサ部４３’の幅が大きいので、基部４２’に照射される光信号ｂの一部がバランサ部４３’に照射されることがある。すると、図１２に示すように、光信号の反射光には、周波数軸方向に損失リップルが発生してしまう。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、基部４２に接続される連結部４４の幅をバランサ部４３の幅よりも小さくしている。これにより、図１０に示すように、基部４２に照射される光信号ｂが連結部４４に照射される面積を小さくなる。したがって、図１３に示すように、光信号の反射光に、周波数軸方向に損失リップルが発生することを防ぐことができる。
【００７２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、連結部４４の幅をバランサ部４３の幅よりも小さく形成することにより、ミラーの基部４２以外に照射される光信号の面積を小さくすることができるので、結果として、損失リップルの発生を防ぐことができる。
【００７３】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第２〜第４の実施の形態におけるバランサ部を、ミラーの基部と同一平面内ではなく、ミラーの反射面が形成された面と反対側の面に形成するものである。したがって、本実施の形態において、第２〜第４の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
【００７４】
図１４に示すように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子５は、一方の面に反射面が形成された板状のミラー５１と、この５１の一方の端部５１ａに一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー５１の他方の端部５１ｂに一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
【００７５】
ここで、ミラー５１は、例えば、平面視長方形に形成されている。また、ミラー５１の反射面が形成された面と反対側の他方の面には、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍが接続された端部５１ａ側に、板状のバランサ部５２が形成されている。
【００７６】
このようなバランサ部５２は、ミラー５１の端部５１ｂから重心ＧまでのＸ軸方向に沿った距離ｐが上式（１）、すなわち、ｋaＬ／（ｋa＋ｋb）を満たすように、位置および大きさが設定されている。これにより、ミラー５１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子５に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー５１にはミラー５１の回動変位が発生しないこととなる。したがって、ミラー５１が回動することを防ぐことができるので、光信号の強度の変動を防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー５１が回動しないため、例えば、ミラー５１が大きく回動してマイクロミラー素子５の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子５の破損も防ぐことができる。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、バランサ部５２を設けることにより、ミラー５１の端部５１ｂから重心ＧまでのＸ軸方向に沿った距離ｐがｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすようにすることにより、ミラー５１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されてもミラー５１に作用する回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー５１が回動することを防ぐことができる。
【００７８】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態におけるミラー１１の平面形状をより明確に規定するものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
【００７９】
図１５に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロミラー素子１’は、平面視略台形の形状を有するミラー１１と、このミラー１１の下底１１ａに一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー１１の上底１１ｂに一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
【００８０】
ミラー１１は、下底１１ａの長さがａ、上底１１ｂの長さがｂ、高さがＬの平面視台形に形成されている。このような台形のミラー１１の上底１１ｂから重心ＧまでのＸ軸方向における距離ｐは、一般的に知られている公式から下式（９）で表すことができる。
【００８１】
ｐ＝（ａ＋２ｂ）／３（ａ＋ｂ）  ・・・（９）
【００８２】
この式（９）と、上述したミラー１１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合う条件である上式（１）とから、下式（１０）を導出することができる。なお、この下式（１０）は、ｋb＞２ｋaのときに限定される。
【００８３】
ａ＝｛（ｋa−２ｋb）／（ｋb−２ｋa）｝ｂ  ・・・（１０）
【００８４】
この式（１０）を満たすようにミラー１１の平面形状を設定する、すなわち、下底１１ａと上底１１ｂの長さを設定してミラー１１の重心位置を調整することにより、ミラー１１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子１’に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー１１には回動変位が発生が発生しないこととなる。したがって、ミラー１１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー１１が回動しないため、例えば、ミラー１１が大きく回動してマイクロミラー素子１’の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子１’の破損も防ぐことができる。
【００８５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ａ＝｛（ｋａ−２ｋｂ）／（ｋｂ−２ｋａ）｝ｂを満たすようにミラー１１の平面形状を設定することにより、ミラー１１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されても、ミラー１１に作用する回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー１１が回動することを防ぐことができる。
【００８６】
＜第２の実施例＞
次に、本実施の形態における実施例について説明する。
【００８７】
図１６に示すように、本実施例に係るマイクロミラー素子１”は、平面視略台形の形状を有するミラー１１と、このミラー１１の下底１１ａに一端が接続された５個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｅと、ミラー１１の上底１１ｂに一端が接続された２個の第２のばね部材１３ａ，１３ｂとを備えている。
【００８８】
ミラー１１は、下底１１ａの長さが９０［μｍ］、上底１１ｂの長さが３０［μｍ］、高さが６０［μｍ］の平面視台形に形成されている。
【００８９】
第１のばね部材１２ａ〜１２ｅのばね定数は、それぞれｋである。したがって、第１のばね部材１２ａ〜１２ｅの合成ばね定数ｋaは５ｋとなる。
【００９０】
第２のばね部材１３ａ，１３ｂのばね定数は、それぞれ２ｋである。したがって、第２のばね部材１３ａ，１３ｂの合成ばね定数は４ｋとなる。
【００９１】
このように形成されたマイクロミラー素子１”は、上述した式（１０）を満たしている。したがって、ミラー１１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子１”に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー１１には回動変位が発生しないこととなる。このように、ミラー１１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度の変動を防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー１１が回動しないため、例えば、ミラー１１が大きく回動してマイクロミラー素子１”の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子１の破損も防ぐことができる。
【００９２】
また、本実施例におけるマイクロミラー素子１”は、図１７に示すように、Ｙ軸方向に多数配列することにより、マイクロミラーアレイを形成することができる。このとき、ミラー１１は平面視台形に形成されているので、隣り合うミラー１１の上底と下底の向きが逆になるようにマイクロミラー素子１”を配列することが望ましい。言い換えると、マイクロミラー素子１’の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍは、隣り合う他のマイクロミラー素子１’の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとＸ軸方向に隣り合っている。これにより、高密度化を実現することができる。
【００９３】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態における第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎのばね定数をより明確に規定するものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
【００９４】
図１８に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロミラー素子５は、平面視略台形の形状を有するミラー１１と、このミラー１１の下底１１ａに一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー１１の上底１１ｂに一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。
【００９５】
ミラー１１は、平面視略台形に形成されており、一方の面には反射面（図示せず）が形成されている。また、ミラー１１の下底１１ａには、ミラー１１の重心Ｇを通るＸ軸に沿った軸線に対して線対称に第１のばね部材１２ａ〜１２ｍが接続されている。同様に、上底１１ｂには、その軸線に対して線対称に第２のばね部材１３ａ〜１３ｎに接続されている。このようなミラー１１は上底１１ｂから重心ＧまでのＸ軸方向における距離ｐが上式（１）を満たすように設定されている。
【００９６】
第１のばね部材１２ａ〜１２ｍは、線対称の位置に設けられた部材同士が同じばね定数を有するように設定されている。例えば、第１のばね部材１２ａのばね定数をｋa1としたとき、この第１のばね部材１２ａと線対称な位置に設けられた第１のばね部材１２ｍのばね定数ｋaMはｋa1と等しい値となっている。
【００９７】
第２のばね部材１３ａ〜１３ｎは、線対称の位置に設けられた部材同士が同じばね定数を有するように設定されている。例えば、第２のばね部材１３ａのばね定数をｋb1としたとき、この第２のばね部材１３ａと線対称な位置に設けられた第２のばね部材１３ｎのばね定数ｋbNはｋb1と等しい値となっている。
【００９８】
ここで、図１９に示す対比例となるマイクロミラー素子３００を示す。このマイクロミラー素子３００は、本実施の形態に係るミラー１１と同等の形状を有するミラー１１と、このミラー１１の下底１１ａに一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ’〜１２ｍ’と、ミラー１１の上底１１ｂに一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ’〜１３ｎ’とを備えている。
ここで、第１のばね部材１２ａ’〜１２ｍ’は、ミラー１１の下底１１ａにおいて、ミラー１１の重心Ｇを通るＸ軸に沿った軸線に対して線対称な位置に接続されているが、線対称な位置にあるばね部材のばね定数が異なるものとなっている。
同様に、第２のばね部材１３ａ’〜１３ｎ’は、ミラー１１の上底１１ｂにおいて、ミラー１１の重心Ｇを通るＸ軸に沿った軸線に対して線対称な位置に接続されているが、線対称な位置にあるばね部材のばね定数が異なるものとなっている。
【００９９】
このような対比例であるマイクロミラー素子３００の場合、ミラー１１のＹ軸に沿った回動軸θｙ回りの回転モーメントは釣り合っているものの、ミラー１１のＸ軸に沿った回動軸θｘ回りの回転モーメントが釣り合っていない。このため、ミラー１１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されると、ミラー１１が回動軸θｘ回りに回動するため、このミラー１１により反射される光信号の強度が変動してしまうことがあった。また、図２０に示すように、回動軸θｘ回りの変動量は、印加される加速度の大きさに比例している。このため、大きな加速度が加わるとミラー１１が大きく回動してしまうので、例えば、ミラー１１がマイクロミラー素子３００の他の構成要素と衝突し、場合によってはこれらが破損してしまうこともあった。
【０１００】
そこで、本実施の形態では、ミラー１１の重心Ｇを通るＸ軸に沿った軸線に対して線対称の位置にある第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎのばね定数が同じものとなるようにしている。これにより、ミラー１１のＹ軸に沿った回動軸θｙ回りの回転モーメントのみならず、ミラー１１のＸ軸に沿った回動軸θｘ回りの回転モーメントも釣り合うことになるので、マイクロミラー素子５に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー１１には回動軸θｙおよび回動軸θｘ回りの回動変位が発生しないこととなる。このように、ミラー１１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図２１に示すように、回動軸θｘ回りの変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー１１が回動しないため、例えば、ミラー１１が大きく回動してマイクロミラー素子１の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子５の破損も防ぐことができる。
【０１０１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎをミラー１１の重心Ｇを通るＸ軸に沿った軸線に対して線対称に複数配置し、線対称の位置に設けられたばね部材同士が同じばね定数を有するようにすることにより、ミラー１１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されても、ミラー１１に作用するＸ軸回りの回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー１１がＸ軸回りに回動することを防ぐことができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態においては、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの両方において、線対称の位置に設けられたばね部材同士が同じばね定数を有する場合を例に説明したが、一方が線対称の位置に設けられたばね部材同士が同じばね定数を有するようにしてもよい。このようにしても、ミラー１１がＸ軸回りに回動することを軽減させることができる。
【０１０３】
また、本実施の形態のように、線対称の位置に設けられたばね部材同士が同じばね定数を有するようにすることは、上述した第１〜第６の実施の形態で説明した各マイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイのばね部材にも適用できることは言うまでもない。
【０１０４】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態における支持部材の構成をより明確に規定したものである。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
【０１０５】
図２２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロミラー素子６は、平面視略台形の形状を有するミラー１１と、このミラー１１の下底１１ａに一端が接続されたｎ個の第１のばね部材１２ａ〜１２ｍと、ミラー１１の上底１１ｂに一端が接続されたｍ個の第２のばね部材１３ａ〜１３ｎとを備えている。また、マイクロミラー素子６は、例えば、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部材（図示せず）と、一端が一方の支持部材に接続され、他端に第１のばね部材１２ａ〜１２ｍの他端が接続されたｍ個の第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍと、一端が他方の支持部材に接続され、他端に第２のばね部材１３ａ〜１３ｎの他端が接続されたｎ個の第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎとをさらに備えている。さらに、図２３に示すように、マイクロミラー素子６は、ミラー１１の下方、すなわちミラー１１の平面に直交する方向にミラー１１と略平行に配設された基板６３と、この基板６３上で、かつ、第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍおよび第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎに対向する位置にそれぞれ電極６４が配置されている。
【０１０６】
ここで、第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍは、第１のばね部材１２ａ〜１２ｍよりもばね定数が小さく設定されている。同様に、第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎについても、第２のばね部材１３ａ〜１３ｎよりもばね定数が小さく設定されている。したがって、ミラー１１が上式（１）を満たすように形成することにより、ミラー１１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子６に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー１１には回動変位が発生が発生しないこととなる。したがって、ミラー１１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー１１が回動しないため、例えば、ミラー１１が大きく回動してマイクロミラー素子６の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子６の破損も防ぐことができる。
【０１０７】
このようなマイクロミラー素子６において、第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍおよび第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎを接地し、これらに対向配置された電極６４に選択的に正または負の電圧を与えることで第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍまたは第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎを静電引力で吸引させる。すると、第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍや第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎがＺ軸方向に移動するので、これらに接続された第１のばね部材１２ａ〜１２ｍおよび第２のばね部材１３ａ〜１３ｎを介してミラー１１がＹ軸に沿った回動軸回りに回動することとなる。
【０１０８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍおよび第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎを設けた場合であっても、ミラー１１の上底１１ｂから重心ＧまでのＸ軸方向に沿った距離ｐがｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすようにすることにより、ミラー１１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されてもミラー１１に作用する回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー１１が回動することを防ぐことができる。
【０１０９】
また、本実施の形態のように、第１の板ばね部材６１ａ〜６１ｍおよび第２の板ばね部材６２ａ〜６２ｎを設けることは、上述した第１〜第７の実施の形態で説明した各マイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイにも適用できることは言うまでもない。
【０１１０】
［第９の実施の形態］
次に、本発明に係る第９の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第２の実施の形態における第１のばね部材の数量を２個、第２のばね部材の数量を１個にしたものである。したがって、本実施の形態において、第２の実施の形態と同等の構成要素については同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【０１１１】
図２４に示すように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子７は、基部２２および連結部２４を介して基部２２に接続された２個のバランサ部２３を備えたミラー２１と、このミラー２１の基部２２に一端が接続された２個の第１のばね部材１２ａ，１２ｂと、ミラー２１の基部２２に一端が接続された第２のばね部材１３ａとを備えている。
【０１１２】
ここで、第１のばね部材１２ａのばね定数はｋa1、第１のばね部材１２ｂのばね定数はｋa2である。したがって、合成ばね定数ｋaは、ｋa1＋ｋa2で表される。
一方、第２のばね部材１３ａのばね定数は、ｋb1である。したがって、合成ばね定数ｋbは、ｋb1となる。
【０１１３】
ミラー２１は、平面視略矩形の基部２２と、この基部２２に連結された２つのバランサ部２３とを備えている。
【０１１４】
基部２２は、一辺２２ａに第１のばね部材１２ａ，１２ｂ、一辺２２ａと向かい合う他辺２２ｂに第２のばね部材１３ａが接続されている。また、一辺２２ａの両端には、連結部２４を介して、バランサ部２３が連結されている。
【０１１５】
バランサ部２３は、平面視略矩形の形状を有し、一辺２２ａの両端からＸ軸方向に基部２２から離間して配置されている。このようなバランサ部２３は、連結部２４により基部２２に連結されている。
【０１１６】
連結部２４は、棒状の部材から構成され、一端が基部２２の一辺２２ａの一方の端部、他端がバランサ部２３に接続されている。
【０１１７】
このようなマイクロミラー素子７においても、バランサ部２３を設けることにより、ミラー２１は、他辺２２ｂから重心ＧまでのＸ軸方向に沿った距離ｐが上式（１）、すなわち、ｋaＬ／（ｋa＋ｋb）を満たすように形成されている。これにより、ミラー２１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子７に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー２１にはミラー２１の回動変位が発生しないこととなる。したがって、ミラー２１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。また、図５に示すように、回動角度の変動量は加速度に関わらず生じず、大きな加速度が加わってもミラー２１が回動しないため、例えば、ミラー２１が大きく回動してマイクロミラー素子２の他の構成要素と衝突してこれらが破損するといったマイクロミラー素子２の破損も防ぐことができる。
【０１１８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、２個の第１のばね部材１２ａ，１２ｂと、１個の第２のばね部材１３ａが接続されたミラー２１においても、バランサ部２３を設けて、ミラー２１の他辺２２ｂからミラー２１の重心Ｇまでの距離ｐがｋａＬ／（ｋａ＋ｋｂ）を満たすようにミラー２１を形成することにより、ミラー２１が振動や衝撃を受けて加速度が印加されても、ミラー２１に作用する回転モーメントが釣り合うこととなるので、ミラー２１が回動することを防ぐことができる。
【０１１９】
なお、本実施の形態において、バランサ部２３を２個設ける場合を例に説明したが、バランサ部２３を設ける数量については２個に限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、図２５に示すマイクロミラー素子７’のように、本実施の形態に係るマイクロミラー素子７にさらにもう１つのバランサ部２５を設けるようにしてもよい。このバランサ部２５は、一辺２２ａの中央部からＸ軸方向に基部２２から離間して配置され、連結部２６により基部２２と連結されている。この連結部２６は、一端が一辺２２ａの中央部に接続され、他端がバランサ部２５に接続された、Ｘ軸方向に延在する棒状の部材からなる。このようなバランサ部２５をさらに備えるマイクロミラー素子７’においても、本実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態に係るマイクロミラー素子７や上述したマイクロミラー素子７’は、Ｙ軸方向に多数配列することにより、マイクロミラーアレイを形成することができる。このとき、そこで、図２５に示すように、隣り合うマイクロミラー素子７’とバランサ部２３，２５が設けられた一辺２２ａと他辺２２ｂとの向きが逆になるように配列することが望ましい。もし、図２６に示すように、隣り合うマイクロミラー素子７’とバランサ部２３，２５が設けられた一辺２２ａと他辺２２ｂとの向きが同じように配列すると、バランサ部２３が基部２２からＹ軸方向に離間して配設されているので、バランサ部２３が隣り合うマイクロミラー素子７’のバランサ部２３と干渉するため、基部２２の間隔を短くすることができない。これに対して、図２５に示すように、バランサ部２３，２５が設けられた一辺２２ａと、それらが設けられていない他辺２２ｂとが交互に隣り合うようにマイクロミラー素子７’を配列することにより、バランサ部２３が隣り合うマイクロミラー素子７’のバランサ部２３と干渉しないので、基部２２の間隔を短くすることができる。結果として、マイクロミラーアレイにおけるフィルファクタを高くすることができる。
【０１２１】
＜第３の実施例＞
次に、本実施の形態に係る実施例について説明する。
【０１２２】
図２７に示すように、本実施例に係るマイクロミラーアレイは、マイクロミラー素子８がＹ軸方向に複数配列されている。
【０１２３】
マイクロミラー素子８は、基部８２および連結部８４を介して基部８２に接続された３個のバランサ部８３を備えたミラー８１と、このミラー８１の基部８２に一端が接続された２個の第１のばね部材１２ａ，１２ｂと、ミラー８１の基部８２に一端が接続された第２のばね部材１３ａとを備えている。また、マイクロミラー素子８は、例えば、基板やケースなどの互いに平行に配設された一対の支持部材（図示せず）と、一端が一方の支持部材に接続され、他端に第１のばね部材１２ａ，１２ｂの他端が接続された２個の第１の板ばね部材８５ａ，８５ｂと、一端が他方の支持部材に接続され、他端に第２のばね部材１３ａの他端が接続された第２の板ばね部材８６とを備えている。さらに、図２８に示すように、ミラー８１の下方、すなわちミラー８１の平面に直交する方向にミラー８１と略平行に配設された基板８７と、この基板８７上で、かつ、第１の板ばね部材８５ａ，８５ｂおよび第２の板ばね部材８６に対向する位置にそれぞれ電極８８が配置されている。
【０１２４】
ここで、第１のばね部材１２ａのばね定数はｋa1、第１のばね部材１２ｂのばね定数はｋa2である。したがって、合成ばね定数ｋaは、ｋa1＋ｋa2で表される。
一方、第２のばね部材１３ａのばね定数は、ｋb1である。したがって、合成ばね定数ｋbは、ｋb1となる。
【０１２５】
ミラー８１は、平面視略矩形の基部８２と、この基部８２に連結された３つのバランサ部８３とを備えている。
【０１２６】
基部８２は、一辺８２ａに第１のばね部材１２ａ，１２ｂ、一辺８２ａと向かい合う他辺８２ｂに第２のばね部材１３ａが接続されている。また、一辺８２ａの両端および中央部には、連結部８４を介して、バランサ部８３が連結されている。本実施例において、基部８２のＸ軸方向の長さは６００［μｍ］、Ｙ軸方向の長さは１００［μｍ］に設定されている。また基部８２の上面には、ＴｉまたはＡｕ薄膜が形成されている。
【０１２７】
バランサ部８３は、平面視略矩形の形状を有し、一辺８２ａの両端または中央部からＸ軸方向に基部８２から離間して配置されている。本実施例において、バランサ部８３のＸ軸方向の長さは２００［μｍ］に設定されている。このようなバランサ部８３は、連結部８４により基部８２に連結されている。
【０１２８】
連結部８４は、棒状の部材から構成され、一端が基部２２の一辺２２ａの一方の端部または中央部、他端がバランサ部８３に接続されている。本実例において、一辺８２ａからバランサ部８３までのＸ軸方向における距離は４０μｍに設定されている。
【０１２９】
第１の板ばね部材８５ａ，８５ｂおよび第２の板ばね部材８６は、例えばＳｉから形成され、ミラー８１の法線方向に移動可能とされている。
【０１３０】
基板８７は、例えばＳｉ基板から構成されている。
【０１３１】
電極８８は、平面視略矩形の形状を有し、Ａｕから構成されている。
【０１３２】
このような形状を有するマイクロミラー素子８は、上式（８）を満たすようにバランサ部８３の重心位置が設定されている。これにより、ミラー８１の回動軸回りの回転モーメントが釣り合うことになるので、マイクロミラー素子８に振動や衝撃が加わることにより加速度が印加されても、ミラー８１には回動変位が発生が発生しないこととなる。したがって、ミラー８１の回動を防ぐことができるので、光信号の強度が変動することを防ぐことができる。
【０１３３】
マイクロミラー素子８において、第１の板ばね部材８５ａ，８５ｂおよび第２の板ばね部材８６を接地し、これらに対向配置された電極８８に選択的に正または負の電圧を与えることで第１の板ばね部材８５ａ，８５ｂまたは第２の板ばね部材８６を静電引力で吸引させる。すると、第１の板ばね部材８５ａ，８５ｂや第２の板ばね部材８６がＺ軸方向に移動するので、これらに接続された第１のばね部材１２ａ，１２ｂおよび第２のばね部材１３ａを介してミラー８１がＹ軸に沿った回動軸回りに回動することとなる。
【０１３４】
このようなマイクロミラー素子８は、図２７に示すように、Ｘ軸方向に配列されることにより、マイクロミラーアレイを構成している。このマイクロミラーアレイにおいて、マイクロミラー素子８は、隣り合うマイクロミラー素子８とバランサ部８３が設けられた一辺２２ａの向きが逆になるように配列されている。言い換えると、マイクロミラー素子８の１つの第１のばね部材１２ａ，１２ｂは、隣り合う他のマイクロミラー素子８の第２のばね部材１３とＸ軸方向に隣り合っている。このように配列することで、バランサ部２３が隣り合うマイクロミラー素子８のバランサ部２５と干渉しないので、基部８２の間隔を短くすることができる。結果として、マイクロミラーアレイにおけるフィルファクタを高くすることができる。
なお、上述した第１〜第８の実施の形態で示した各マイクロミラー素子についても、マイクロミラー素子８と同様に一列に複数配列することにより、フィルファクタの高いマイクロミラーアレイを構成できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、例えばマイクロミラー素子など、部材の一端と他端とを異なるばね定数を有するばね部材により支持する各種装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１，１’，１”，２，２’，３，４，５，６，７，７’、８…マイクロミラー素子、１１，２１，３１，４１，５１，８１…ミラー、１１ａ…下底、１１ｂ…上底、１２，１２ａ〜１２ｍ…第１のばね部材、１３，１３ａ〜１３ｎ…第２のばね部材、２２，４２，８２…基部、２２ａ，３２ａ，８２ａ…一辺、２２ｂ，３２ｂ，８２ｂ…他辺、２３，４３，８３…バランサ部、２４，４４，８４…連結部、６１ａ〜６１ｍ，８５ａ，８５ｂ…第１の板ばね部材、６２ａ〜６２ｎ，８６…第２の板ばね部材、６３，８７…基板、６４，８８…電極。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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