(57)【要約】【課題】所定の方向へのヒンジの剛性を小さく、別の方向へのヒンジの剛性を大きくする。【解決手段】ミラーデバイス１００は、ミラー１３１と、アクチュエータ１０４と、ミラー１３１を支持する第１ヒンジ１０５とを備えている。第１ヒンジ１０５は、複数の第１凸部１５５と複数の第１凹部１５６とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら一端部から他端部まで延びる第１蛇行部１５１と、複数の第２凸部１５７と複数の第２凹部１５８とによってジグザグ状に形成され、第１蛇行１５１部に並設され、蛇行しながら一端部から他端部まで延びる第２蛇行部１５２とを有している。第１凹部１５６と第２凹部１５８とは、互いに連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーと、
前記ミラーを駆動するアクチュエータと、
前記ミラーを支持し、弾性的に変形可能な第１ヒンジとを備え、
前記第１ヒンジは、
交互に配列された複数の第１凸部と複数の第１凹部とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第１蛇行部と、
交互に配列された複数の第２凸部と複数の第２凹部とによってジグザグ状に形成され、前記第１蛇行部に並設され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第２蛇行部とを有し、
少なくとも一部の前記第１凹部と少なくとも一部の前記第２凹部とは、互いに連結されているミラーデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のミラーデバイスにおいて、
ベース部と、
一端部が前記ミラーに連結され、他端部が前記ベース部に連結され、弾性的に変形可能な第２ヒンジとをさらに備え、
前記第１ヒンジは、一端部が前記ミラーに連結され、他端部が前記アクチュエータに連結されているミラーデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のミラーデバイスにおいて、
前記アクチュエータと前記ミラーとが並んでいる方向への前記第１ヒンジの剛性は、該方向への前記第２ヒンジの剛性よりも小さいミラーデバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載のミラーデバイスにおいて、
前記第１蛇行部と前記第２蛇行部とは、線対称な形状をしているミラーデバイス。
【請求項５】
一端部が第１の部材に連結され、他端部が第２の部材に連結され、弾性的に変形可能なヒンジであって、
交互に配列された複数の第１凸部と複数の第１凹部とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第１蛇行部と、
交互に配列された複数の第２凸部と複数の第２凹部とによってジグザグ状に形成され、前記第１蛇行部に並設され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第２蛇行部とを備え、
少なくとも一部の前記第１凹部と少なくとも一部の前記第２凹部とが互いに連結されているヒンジ。
【請求項６】
請求項５に記載のヒンジにおいて、
前記第１蛇行部と前記第２蛇行部とは、線対称な形状をしているヒンジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示した技術は、ヒンジ及びそれを備えたミラーデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々なミラーデバイスが知られている。特許文献１に開示されたミラーデバイスは、アクチュエータと、ミラーと、アクチュエータとミラーとを連結し、弾性的に変形可能なヒンジとを備えている。このミラーデバイスは、アクチュエータを傾動させることによって、ミラーを傾動させる。このとき、ヒンジは、屈曲したり、アクチュエータとミラーとが並ぶ方向に伸縮したりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２９９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述のようなヒンジには使用目的に応じて様々な特性が要求される。例えば、大きな剛性が要求されるときもあれば、小さな剛性が要求されるときもある。あるいは、剛性を大きくした方がいいのか、小さくした方がいいのかが方向に応じて異なる場合もある。
【０００５】
例えば、前記ミラーデバイスにおいては、ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向のヒンジの剛性は小さく且つ、該方向と直交する方向（以下、「幅方向」という）のヒンジの剛性は大きいことが好ましい。すなわち、アクチュエータを傾動させてミラーを傾動させるときには、ヒンジは、屈曲する。このとき、ヒンジは、ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向に伸びる。アクチュエータの傾動を阻害しないためには、ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向のヒンジの剛性は小さいことが好ましい。その一方で、幅方向のヒンジの剛性まで小さいと、ミラーが幅方向に変位し易くなり、ミラーが周辺の構造体と接触し易くなる。ミラーが周辺の構造体と接触すると、ミラーが破損する虞がある。そのため、幅方向のヒンジの剛性は大きいことが好ましい。
【０００６】
ヒンジの材料や太さを変更すれば、ヒンジの剛性を単純に大きくしたり、小さくしたりすることは容易である。しかしながら、ヒンジの剛性に対する要求が方向に応じて異なる場合には、ヒンジの材料や太さを単純に変更する方法ではヒンジの剛性を要求の通りに調整することは難しい。例えば、ヒンジの太さを細くすることによって、アクチュエータとミラーとが並ぶ方向のヒンジの剛性を小さくすることができるとしても、当然ながら、幅方向へのヒンジの剛性も小さくなってしまう。
【０００７】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定の方向へのヒンジの剛性を小さく、別の方向へのヒンジの剛性を大きくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示されたミラーデバイスは、ミラーと、前記ミラーを駆動するアクチュエータと、前記ミラーを支持し、弾性的に変形可能な第１ヒンジとを備え、前記第１ヒンジは、交互に配列された複数の第１凸部と複数の第１凹部とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第１蛇行部と、交互に配列された複数の第２凸部と複数の第２凹部とによってジグザグ状に形成され、前記第１蛇行部に並設され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第２蛇行部とを有し、少なくとも一部の前記第１凹部と少なくとも一部の前記第２凹部とは、互いに連結されているものとする。
【０００９】
すなわち、ここに開示された、一端部が第１の部材に連結され、他端部が第２の部材に連結され、弾性的に変形可能であるヒンジは、交互に配列された複数の第１凸部と複数の第１凹部とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第１蛇行部と、交互に配列された複数の第２凸部と複数の第２凹部とによってジグザグ状に形成され、前記第１蛇行部に並設され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第２蛇行部とを備え、少なくとも一部の前記第１凹部と少なくとも一部の前記第２凹部とが互いに連結されているものとする。
【００１０】
前記の構成によれば、第１蛇行部及び第２蛇行部がジグザグ状に形成され、蛇行しながら一端部から他端部まで延びているので、一端部と他端部とを結ぶ方向の第１ヒンジ（又はヒンジ）の剛性を比較的小さくすることができる。それに加えて、第１蛇行部の少なくとも一部の第１凹部と第２蛇行部の少なくとも一部の第２凹部とを連結することによって、第１凹部及び第２凹部が自由に変位できなくなる。そのため、第１凹部及び第２凹部が自由に変位できる構成と比べて、第１蛇行部及び第２蛇行部が蛇行する方向の第１ヒンジの剛性を比較的大きくすることができる。これにより、１つのヒンジにおいて、或る方向の剛性を小さくし、別の方向の剛性を大きくすることができる。
【００１１】
また、前記第１ヒンジは、一端部と他端部とを結ぶ方向に伸縮しやすくなるので、ミラーデバイスにおいては、アクチュエータによるミラーの駆動を容易に行うことができる。その一方で、蛇行する方向への第１ヒンジの剛性を大きくすることによって、ミラーが周辺の部材と衝突することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
前記ミラーデバイスによれば、所定の方向へのヒンジの剛性を小さく、別の方向へのヒンジの剛性を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ミラーアレイの平面図である。
【図２】ミラーアレイの、図１のII−II線における断面図である。
【図３】波長選択スイッチの概略図である。
【図４】第１ヒンジの平面図である。
【図５】第１ヒンジのヒンジモデルの平面図である。
【図６】第１ヒンジの比較モデルの平面図である。
【図７】ヒンジモデル及び比較モデルの材料物性値を示す表である。
【図８】第１凸部及び第２凸部の各個数ＮとＫｘとの関係を示すグラフである。
【図９】第１凸部及び第２凸部の各個数ＮとＫｙとの関係を示すグラフである。
【図１０】引張り力Ｆｙを作用させたときの比較モデルの平面図である。
【図１１】変形例に係るミラーアレイの平面図である。
【図１２】変形例１に係る第１ヒンジの平面図である。
【図１３】変形例２に係る第１ヒンジの平面図である。
【図１４】実施形態２に係るミラーデバイスの平面図である。
【図１５】変形例に係るミラーデバイスの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
《実施形態１》
図１は、ミラーアレイ１の平面図を、図２は、ミラーアレイ１の、図１のII−II線における断面図を示す。
【００１６】
ミラーアレイ１は、複数のミラーデバイス１００，１００，…を備えている。複数のミラーデバイス１００，１００，…は、所定のＹ軸方向に一列に配列されている。
【００１７】
ミラーアレイ１は、ＳＯＩ（Siliconon Insulator）基板１０９を用いて製造されている（図２参照）。ＳＯＩ基板１０９は、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層１９１と、ＳｉＯ２で形成された酸化膜層１９２と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層１９３とがこの順で積層されて構成されている。
【００１８】
ミラーデバイス１００は、ベース部１０２と、ミラー１３１と、ミラー１３１を駆動するアクチュエータ１０４と、ミラー１３１とアクチュエータ１０４とを連結する第１ヒンジ１０５と、ミラー１３１とベース部１０２とを連結する第２ヒンジ１０６と、ミラー１３１に設けられた可動櫛歯電極１０７と、ベース部１０２に設けられた固定櫛歯電極１０８と、参照電極１９４と、制御部１０とを有している。ミラーアレイ１は、いくつかのミラーデバイス１００，１００，…ごとに共通の１つの制御部１０を有している。尚、ミラーアレイ１は、ミラーデバイス１００ごとに１つの制御部１０を有していても、すべてのミラーデバイス１００，１００，…で共通の１つの制御部１０を有していてもよい。
【００１９】
ベース部１０２は、全体の図示は省略するが、概略長方形の枠状に形成されている。ベース部１０２は、第１シリコン層１９１、酸化膜層１９２及び第２シリコン層１９３で形成されている。
【００２０】
ミラー１３１は、平面視長方形の板状に形成されている。ミラー１３１は、ミラー本体１３２と、ミラー本体１３２の表面に積層された鏡面層１３３とを有している。ミラー本体１３２は、第１シリコン層１９１で形成され、鏡面層１３３は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。尚、ミラー本体１３２の裏面にも、鏡面層１３３と同様の鏡面層１３４が積層されている。鏡面層１３４は、ミラー本体１３２の表面において生じる、鏡面層１３３に起因する膜応力をバランスさせる機能を有する。これにより、ミラー本体１３２、ひいては、鏡面層１３３の平面度を向上させることができる。
【００２１】
ここで、ミラー１３１の中心を通り、ミラー１３１とアクチュエータ１０４とが並ぶ方向に延びる軸をＸ軸とする。Ｘ軸は、ミラー１３１の長辺に平行に延びている。ミラー１３１の中心を通り、ミラー１３１の短辺に平行に延びる軸をＹ軸とする。Ｘ軸とＹ軸とは直交している。複数のミラー１３１，１３１，…は、Ｙ軸上に並んでいる。すなわち、複数のミラー１３１，１３１，…の配列方向は、Ｙ軸方向に一致する。Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する軸をＺ軸とする。尚、Ｚ軸方向を上下方向ということがある。その場合、鏡面層１３３の側を上とし、ミラー本体１３２の側を下とする。
【００２２】
アクチュエータ１０４は、ベース部１０２から片持ち状に延び、その先端が第１ヒンジ１０５を介してミラー１３１に連結されている。アクチュエータ１０４は、湾曲することによって、ミラー１３１を傾動させる。詳しくは、アクチュエータ１０４は、基端部がベース部１０２に連結され、ベース部１０２から片持ち状に張り出しているアクチュエータ本体１４１と、アクチュエータ本体１４１の表面に積層された圧電素子１４２とを有している。
【００２３】
アクチュエータ本体１４１は、平面視長方形の板状に形成されている。アクチュエータ本体１４１は、第１シリコン層１９１で形成されている。アクチュエータ本体１４１は、Ｘ軸方向に延びている。アクチュエータ本体１４１の先端部は、第１ヒンジ１０５を介して、ミラー１３１の一方の短辺である第１短辺１３１ａに連結されている。
【００２４】
圧電素子１４２は、アクチュエータ本体１４１の表側（ミラー１３１の鏡面層１３３と同じ側）に設けられている。アクチュエータ本体１４１の表面にはＳｉＯ２層１４６が積層されており、圧電素子１４２は、ＳｉＯ２層１４６上に積層されている。圧電素子１４２は、アクチュエータ本体１４１と同様に、平面視長方形の板状に形成されている。圧電素子１４２は、下部電極１４３と、上部電極１４５と、これらに挟持された圧電体層１４４とを有する。下部電極１４３、圧電体層１４４、上部電極１４５は、ＳｉＯ２層１４６上にこの順で積層されている。圧電素子１４２は、ＳＯＩ基板１０９とは別の部材で形成されている。詳しくは、下部電極１４３は、Ｐｔ／Ｔｉ膜で形成されている。圧電体層１４４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。上部電極１４５は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。
【００２５】
ベース部１０２には、下部電極１４３と電気的に接続された駆動用端子１２１が設けられている。上部電極１４５と駆動用端子１２１を介して圧電素子１４２に電圧が印加される。
【００２６】
アクチュエータ１０４は、圧電素子１４２に電圧が印加されると、アクチュエータ本体１４１のうち圧電素子１４２が積層された表面が伸縮し、アクチュエータ本体１４１が上下方向に湾曲する。
【００２７】
第１ヒンジ１０５は、２つの部材、即ち、アクチュエータ１０４とミラー１３１とを連結し、弾性的に変形可能に構成されている。第１ヒンジ１０５は、第１シリコン層１９１で形成されている。第１ヒンジ１０５の詳細な構成については後述する。
【００２８】
第２ヒンジ１０６は、２つの部材、即ち、ミラー１３１とベース部１０２とを連結し、弾性的に変形可能に構成されている。第２ヒンジ１０６は、ミラー１３１ごとに２つ設けられている。第２ヒンジ１０６の一端は、ミラー１３１の第２短辺１３１ｂに連結され、他端は、ベース部１０２に連結されている。第２ヒンジ１０６は、全体としてつづら折り状に屈曲している。第２ヒンジ１０６は、第１シリコン層１９１で形成されている。
【００２９】
可動櫛歯電極１０７は、アーム部１７９を介してミラー１３１の第２短辺１３１ｂに片持ち状に設けられている。アーム部１７９は、２つの第２ヒンジ１０６の間をＸ軸方向に延びている。可動櫛歯電極１０７は、３つの電極指１７１，１７１，…を有している。電極指１７１は、第２ヒンジ１０６よりもミラー１３１から離れている。３つの電極指１７１，１７１，…は、互いに平行にＸ軸方向に延びている。可動櫛歯電極１０７及びアーム部１７９は、第１シリコン層１９１で形成されている。尚、電極指１７１の個数は、３つに限られるものではない。
【００３０】
一方、ベース部１０２には、可動櫛歯電極１０７が入り込む凹部１０２ａが形成されている。凹部１０２ａに固定櫛歯電極１０８が設けられている。固定櫛歯電極１０８は、２つの電極指１８１，１８１を有している。２つの電極指１８１，１８１は、互いに平行にＸ軸方向に延びている。各電極指１８１は、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１の間に入り込んでいる。つまり、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１と固定櫛歯電極１０８の電極指１８１とは互いに対向している。固定櫛歯電極１０８は、第１シリコン層１９１で形成されている。ただし、固定櫛歯電極１０８は、可動櫛歯電極１０７とは電気的に絶縁されている。尚、電極指１８１の個数は、２つに限られるものではない。
【００３１】
ベース部１０２には、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との静電容量を検出するための第１検出端子１２２及び第２検出端子１２３が設けられている。
【００３２】
第１検出端子１２２は、ベース部１０２の第１シリコン層１９１のうち可動櫛歯電極１０７と電気的に導通している部分の表面に設けられている。第１検出端子１２２は、複数の可動櫛歯電極１０７，１０７，…で共通であって、１つだけ設けられている。尚、第１検出端子１２２は、ミラーデバイス１００ごとに設けられていてもよい。
【００３３】
第２検出端子１２３は、電極部１２４の表面に設けられている。電極部１２４は、ベース部１０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部１０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。電極部１２４は、固定櫛歯電極１０８が連結されている。第２検出端子１２３及び電極部１２４は、固定櫛歯電極１０８ごとに設けられている。
【００３４】
また、ベース部１０２には、参照電極１９４が設けられている。参照電極１９４は、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１に相当する第１電極指１９４ａと固定櫛歯電極１０８の電極指１８１に相当する第２電極指１９４ｂとを有している。第１電極指１９４ａ及び第２電極指１９４ｂは、電極指１７１及び電極指１８１と同様の構成をしている。つまり、第１電極指１９４ａは、３つ設けられ、第２電極指１９４ｂは、２つ設けられている。第２電極指１９４ｂは、第１電極指１９４ａの間に入り込んでいる。つまり、第１電極指１９４ａと第２電極指１９４ｂとは互いに対向している。
【００３５】
参照電極１９４の静電容量は、第１検出端子１２２及び第３検出端子１２５を介して検出される。
【００３６】
第１電極指１９４ａは、ベース部１０２の第１シリコン層１９１のうち第１検出端子１２２が設けられた部分と電気的に導通している。
【００３７】
第３検出端子１２５は、電極部１２６の表面に設けられている。電極部１２６は、電極部１２４と同様の構成をしている。つまり、電極部１２６は、ベース部１０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部１０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。電極部１２６は、第２電極指１９４ｂが連結されている。
【００３８】
尚、ミラー１３１、アクチュエータ１０４、第１ヒンジ１０５、第２ヒンジ１０６、可動櫛歯電極１０７、固定櫛歯電極１０８及び参照電極１９４の下方においては、酸化膜層１９２及び第２シリコン層１９３が除去されている。
【００３９】
また、隣接するミラーデバイス１００，１００の固定櫛歯電極１０８，１０８の間には、隔壁１０２ｂが設けられている。つまり、隣接する凹部１０２ａ，１０２ａは、隔壁１０２ｂにより隔離されている。隔壁１０２ｂは、第１シリコン層１９１、酸化膜層１９２及び第２シリコン層１９３で形成されている。
【００４０】
このように構成されたミラーアレイ１は、ＳＯＩ基板１０９をエッチングしたり、その表面に成膜することにより製造される。例えば、ＳＯＩ基板１０９の表面にＳｉＯ２層１４６を成膜し、ＳｉＯ２層１４６の上に、Ｐｔ／Ｔｉ膜（下部電極１４３）、チタン酸ジルコン酸鉛（圧電体層１４４）及びＡｕ／Ｔｉ膜（上部電極１４５）を順に成膜して、フォトリソグラフィ及びエッチングにより圧電素子１４２を形成する。次に、第１シリコン層１９１をＩＣＰ−ＲＩＥ等の異方性エッチングを行うことによりミラー本体１３２及びアクチュエータ本体１４１等を形成する。続いて、ミラー本体１３２の表面にＡｕ／Ｔｉ膜を成膜して、鏡面層１３３を形成する。その後、圧電素子１４２に所定の電圧を印加して分極処理を施す。
【００４１】
−波長選択スイッチ−
このミラーアレイ１は、例えば、波長選択スイッチ２に組み込まれて使用される。図３に、波長選択スイッチ２の概略図を示す。
【００４２】
波長選択スイッチ２は、１つの入力用光ファイバ２１と、３つの出力用光ファイバ２２〜２４と、光ファイバ２１〜２４に設けられたコリメータ２５と、回折格子で構成された分光器２６と、レンズ２７と、ミラーアレイ１とを備えている。尚、この例では、出力用ファイバは、３本だけであるが、これに限られるものではない。
【００４３】
この波長選択スイッチ２においては、入力用光ファイバ２１を介して、複数の異なる波長の光信号が入力される。この光信号は、コリメータ２５により平行光にされる。平行光となった光信号は、分光器２６によって、所定の数の特定波長の光信号に分波される。分波された光信号は、レンズ２７によって集光され、ミラーアレイ１に入射する。分波される特定波長の個数と、ミラーアレイ１のミラー１３１の個数は対応している。つまり、分波された特定波長の光信号は、それぞれ対応するミラー１３１に入射する。そして、該光信号は、各ミラー１３１により反射し、再びレンズ２７を通って、分光器２６へ入射する。分光器２６は、複数の異なる波長の光信号を合波し、出力用光ファイバ２２〜２４へ出力する。ここで、ミラーアレイ１は、各ミラー１３１を傾動させることによって光信号の反射角度を調整して、対応する光信号がどの出力用光ファイバ２２〜２４へ入力されるのかを切り替える。尚、ミラー１３１の個数の方が分波される特定波長の個数よりも多くてもよい。
【００４４】
−ミラーアレイの動作−
次に、このように構成されたミラーアレイ１の動作について説明する。
【００４５】
アクチュエータ本体１４１には圧電素子１４２が成膜されているため、圧電素子１４２に電圧を印加していない状態においてはアクチュエータ１０４に反り（以下、「初期反り」と称する）が生じている。ミラー１３１は、この初期反りに起因して傾斜している。初期反りは、アクチュエータ１０４ごとにばらつきを有する。そのため、ミラー１３１の傾斜もそれぞれ異なる。
【００４６】
そこで、ミラーアレイ１を動作させる際には、まず圧電素子１４２にバイアス電圧を印加することによって初期反りを調整する。それにより、ミラー１３１，１３１，…の傾斜を均一にする。詳しくは、制御部１０は、上部電極１４５と下部電極１４３とにバイアス電圧を印加する。バイアス電圧の極性が分極処理のときの電圧の極性と同じ場合には、バイアス電圧に応じて圧電体層１４４が収縮する。それに伴い、アクチュエータ本体１４１の圧電素子１４２側の表面が収縮する。その結果、アクチュエータ本体１４１の反り状態が変化する。
【００４７】
アクチュエータ本体１４１の反り状態が変化すると、アクチュエータ本体１４１の先端が変位する。それに伴い、ミラー１３１の第１短辺１３１ａも同様に変位する。ミラー１３１の第２短辺１３１ｂは、第２ヒンジ１０６を介してベース部１０２に連結されているため、ほとんど変位しない。その結果、ミラー１３１は、第２ヒンジ１０６を支点として第１短辺１３１ａの側が変位するように傾動する。
【００４８】
そして、制御部１０は、詳しくは後述する可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量に基づいてバイアス電圧を調整して、ミラー１３１，１３１，…の傾斜を均一にする。
【００４９】
このように、初期状態においては、圧電素子１４２にバイアス電圧が印加されており、ミラー１３１，１３１，…の傾斜が均一に調整されている。
【００５０】
制御部１０は、この状態から所望のミラーデバイス１００に駆動電圧を印加して、ミラー１３１を個別に制御する。ミラー１３１は、バイアス電圧を印加したときと同様に、駆動電圧に応じて傾動する。すなわち、ミラー１３１は、Ｙ軸に平行であって且つ実質的に第２ヒンジ１０６を通過するＡ軸の周りに傾動する。このとき、第１ヒンジ１０５は、凸状に湾曲し、第２ヒンジ１０６は、凹状に湾曲する。
【００５１】
−ミラーの傾動量の検出−
アクチュエータ１０４を作動させてミラー１３１が傾動すると、それに伴って可動櫛歯電極１０７も傾動する。可動櫛歯電極１０７は、第２ヒンジ１０６を挟んでミラー１３１と反対側に位置するので、例えばミラー１３１が第１短辺１３１ａを上昇させるように傾動すると、可動櫛歯電極１０７は、電極指１７１を下降させるように傾動する。その結果、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１と固定櫛歯電極１０８の電極指１８１との対向している部分の面積が変化し、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が変化する。
【００５２】
制御部１０は、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量を第１検出端子１２２及び第２検出端子１２３を介して検出している。制御部１０は、圧電素子１４２の印加電圧を静電容量の変化に基づいて調整することによって、ミラー１３１の傾動量を制御する。
【００５３】
このとき、制御部１０は、第１検出端子１２２及び第３検出端子１２５を介して参照電極１９４の静電容量も検出している。制御部１０は、参照電極１９４の静電容量を参照することによって、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量の変化をより正確に求めることができる。
【００５４】
ここで、電極指１７１が電極指１８１との対向面積が小さくなると、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が小さくなる。静電容量が零になると、静電容量の変化を検出できないので、ミラー１３１の傾動を検出できなくなってしまう。ここで、本実施形態のように、電極指１７１と電極指１８１との間隔に対する、ＳＯＩ基板１０９の厚み方向への電極指１７１及び電極指１８１の寸法の比が小さい構成においては、電極指１７１と電極指１８１とが対向する方向以外の方向へ電界が広がるフリンジ効果が発生する。そのため、電極指１７１が電極指１８１と対向していなくても、電極指１７１と電極指１８１とが近ければ、電極指１７１と電極指１８１との間に電界が生じ得る。しかし、電極指１７１と電極指１８１とが大きく離れてしまうと、やはり静電容量は零になってしまう。そうなると、ミラー１３１の傾動量を検出できなくなる。換言すると、ミラー１３１の傾動量を精度良く制御できる範囲は、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量を検出できる範囲に限られる。
【００５５】
可動櫛歯電極１０７は、第１ヒンジ１０５よりも第２ヒンジ１０６の近くに配置されている。つまり、可動櫛歯電極１０７は、ミラー１３１のＡ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー１３１が傾動するときの可動櫛歯電極１０７の変位量が抑制される。その結果、静電容量を検出可能なミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、ミラー１３１の傾動量を精度良く制御できるミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。
【００５６】
尚、このような構成においては、水平面（例えば、ベース部１０２の表面）からのミラー１３１の傾動角度が同じであれば、ミラー１３１が下方に傾動している場合であっても上方に傾動している場合であっても静電容量の検出結果は同じになる。そのため、前述のミラーアレイ１の動作においては、ミラー１３１の駆動時にミラー１３１が水平面を跨いで傾動しないようにバイアス電圧及び駆動電圧が設定される。つまり、（ｉ）初期反りによってアクチュエータ１０４が水平面よりも上側に湾曲しており、バイアス電圧によって反りをさらに上方へ調整し、駆動電圧によってアクチュエータ１０４をさらに上方へ湾曲させる場合と、（ii）初期反りによってアクチュエータ１０４が水平面よりも下側に湾曲しており、バイアス電圧によってアクチュエータ１０４を水平面よりも上側へ反らせ、駆動電圧によってアクチュエータ１０４をさらに上方へ湾曲させる場合と、（iii）初期反りによってアクチュエータ１０４が水平面よりも下側に湾曲しており、バイアス電圧によってアクチュエータ１０４を水平面より下側の範囲で上方へ調整し、駆動電圧によってアクチュエータ１０４を水平面より下側の範囲でさらに上方へ湾曲させる場合（すなわち、アクチュエータ１０４が水平面よりも上側へ湾曲することはない）とがある。尚、このようなアクチュエータ１０４の動作は、一例である。
【００５７】
−第１ヒンジの構成−
次に、第１ヒンジ１０５の構成について詳細に説明する。図４は、第１ヒンジ１０５の平面図である。
【００５８】
第１ヒンジ１０５は、蛇行部１５０と、第１端部１５３と、第２端部１５４とを備えている。蛇行部１５０は、並設された第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とを有する。第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とは、Ｘ軸に対して線対称な形状をしている。第１蛇行部１５１の一端部と第２蛇行部１５２の一端部とは、第１端部１５３に連結されている。第１蛇行部１５１の他端部と第２蛇行部１５２の他端部とは、第２端部１５４に連結されている。第１端部１５３は、アクチュエータ１０４に連結されている。第２端部１５４は、ミラー１３１に連結されている。
【００５９】
第１蛇行部１５１は、交互に配列された３つの第１凸部１５５，１５５，…と２つの第１凹部１５６，１５６とを有し、ジグザグ状に形成されている。第１蛇行部１５１は、Ｙ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に第１端部１５３から第２端部１５４まで延びている。第１凸部１５５及び第１凹部１５６はそれぞれ、矩形状に形成されている。第１凸部１５５は、Ｙ軸方向外側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第１凹部１５６は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
【００６０】
第２蛇行部１５２は、交互に配列された３つの第２凸部１５７，１５７，…と２つの第２凹部１５８，１５８とを有し、ジグザグ状に形成されている。第２蛇行部１５２は、Ｙ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に第１端部１５３から第２端部１５４まで延びている。第２凸部１５７及び第２凹部１５８はそれぞれ、矩形状に形成されている。第２凸部１５７は、Ｙ軸方向外側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第２凹部１５８は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
【００６１】
２つの第１凹部１５６，１５６と２つの第２凹部１５８，１５８とはそれぞれ、互いに連結されている。つまり、第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２は、両端部以外に、第１凹部１５６と第２凹部１５８とが連結されている。
【００６２】
換言すると、第１ヒンジ１０５は、Ｘ軸方向に並ぶ複数の環状部と、該環状部を連結する連結部とを有している。環状部は、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向に長い形状をしている。
【００６３】
−第１ヒンジの剛性−
続いて、第１ヒンジ１０５の剛性について説明する。
【００６４】
第１ヒンジ１０５の剛性を計算するために、図５，６に示すモデルを設定した。図５は、第１ヒンジ１０５のヒンジモデルＭ１を示し、図６は、比較モデルＭ２を示す。
【００６５】
ヒンジモデルＭ１は、第１ヒンジ１０５と同様の構成をしている。詳しくは、ヒンジモデルＭ１は、蛇行部１５０と、第１端部１５３と、第２端部１５４とを備えている。蛇行部１５０は、並設された第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とを有する。第１蛇行部１５１は、８個の第１凸部１５５，１５５，…と７個の第１凹部１５６，１５６，…とを有している。第２蛇行部１５２は、８個の第２凸部１５７，１５７，…と７個の第２凹部１５８，１５８，…とを有している。７個の第１凹部１５６，１５６，…と７個の第２凹部１５８，１５８，…とはそれぞれ、互いに連結されている。
【００６６】
比較モデルＭ２は、第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とを備えている。第１蛇行部１５１は、８個の第１凸部１５５，１５５，…と７個の第１凹部１５６，１５６，…とを有している。第２蛇行部１５２は、８個の第２凸部１５７，１５７，…と７個の第２凹部１５８，１５８，…とを有している。７個の第１凹部１５６，１５６，…と７個の第２凹部１５８，１５８，…とはそれぞれ、互いに接近しているものの、連結されてはいない。比較モデルＭ２の両端部において、第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とは、連結されていない。
【００６７】
ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の寸法については、ヒンジ線の幅が３μm、ヒンジ線間の間隔が３μm、ヒンジ線の厚さが１０μm、Ｙ軸方向の全幅が１２０μmである。
【００６８】
ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の材料は、シリコンであり、図５に示すような結晶方位を設定する。ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の材料物性値を図７に示す。
【００６９】
Ｘ軸方向については、ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の一端を固定端とし、ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の他端に１×１０−５ＮのＸ軸方向の引張り力Ｆｘを作用させる。Ｘ軸方向への変位量をδｘとして、Ｋｘを以下のように定義する。
【００７０】
Ｋｘ＝Ｆｘ／δｘ
となる。Ｋｘは、Ｘ軸方向へのヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２のバネ定数に相当する値であり、以下、Ｋｘを「Ｘ軸方向の剛性」と称する。
【００７１】
Ｙ軸方向については、ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の一端を固定端とし、ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の他端に１×１０−５ＮのＹ軸方向の引張り力Ｆｙを作用させる。このとき、ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の他端は、Ｘ軸方向への変位が禁止され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にのみ変位可能となるように拘束条件が設定されている。Ｙ軸方向への変位量をδｙとして、Ｋｙを以下のように定義する。
【００７２】
Ｋｙ＝Ｆｙ／δｙ
となる。このような拘束条件を設定した理由は、モデルの挙動が実際のミラーデバイス１００における第１ヒンジ１０５の挙動に近似するからである。Ｋｙは、Ｙ軸方向へのヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の剛性に関連した値であり、以下、説明の便宜上、Ｋｙを「Ｙ軸方向の剛性」と称する。
【００７３】
このような条件で、ANSYS Workbench Mechanical バージョン１４．０を使用し、静的構造解析によりＸ軸方向の剛性Ｋｘ及びＹ軸方向の剛性Ｋｙを求めた。このとき、ヒンジモデルＭ１及び比較モデルＭ２の第１凸部１５５及び第２凸部１５７の各個数Ｎを変更して、個数Ｎが異なるモデルについてＸ軸方向の剛性Ｋｘ及びＹ軸方向の剛性Ｋｙを求めた。その結果を、図８，９に示す。図８は、第１凸部１５５及び第２凸部１５７の各個数ＮとＸ軸方向の剛性Ｋｘとの関係を示すグラフである。図９は、第１凸部１５５及び第２凸部１５７の各個数ＮとＹ軸方向の剛性Ｋｙとの関係を示すグラフである。
【００７４】
図８，９からわかるように、第１凸部１５５及び第２凸部１５７の各個数Ｎが増えると、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘが減少する。しかしながら、第１凸部１５５及び第２凸部１５７の個数Ｎが何個であっても、ヒンジモデルＭ１のＸ軸方向の剛性Ｋｘと比較モデルＭ２のＸ軸方向の剛性Ｋｘとは略同じである。
【００７５】
Ｙ軸方向の剛性Ｋｙについては、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘと同様に、第１凸部１５５及び第２凸部１５７の各個数Ｎが増えると、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙが減少する。しかしながら、第１凸部１５５及び第２凸部１５７の個数Ｎが何個であっても、ヒンジモデルＭ１のＹ軸方向の剛性Ｋｙは、比較モデルＭ２のＹ軸方向の剛性Ｋｙよりも大きい。
【００７６】
このように、第１蛇行部１５１の第１凹部１５６，１５６，…と第２蛇行部１５２の第２凹部１５８，１５８，…とを互いに連結することによって、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘをほとんど変えることなく、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙを増大させることができる。詳しくは、ヒンジモデルＭ１は、ジグザグ状に蛇行しながらＸ軸方向に延びる形状とすることによって、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘを低減している。このＸ軸方向の剛性Ｋｘを低減できる効果は、第１凹部１５６，１５６，…と第２凹部１５８，１５８，…とを互いに連結してもほとんど変わらない。その一方で、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙは、第１凹部１５６，１５６，…と第２凹部１５８，１５８，…とを互いに連結することによって増大する。
【００７７】
図１０に、引張り力Ｆｙを作用させたときの比較モデルＭ２を示す。比較モデルＭ２では、隣り合う第１凸部１５５，１５５の間隔、隣り合う第１凹部１５６，１５６の間隔、隣り合う第２凸部１５７，１５７の間隔、及び隣り合う第２凹部１５８，１５８の間隔が変化している。それに加えて、各第１凹部１５６と、それに対応する第２凹部１５８とのＸ軸方向位置がずれている。こうして、比較モデルＭ２は、変形している。図６に示す変形前の比較モデルＭ２においては、各第１凹部１５６と、それに対応する第２凹部１５８とのＸ軸方向位置は一致している。つまり、第１凹部１５６，１５６，…と第２凹部１５８，１５８，…とを互いに連結することによって、各第１凹部１５６と、それに対応する第２凹部１５８とがＸ軸方向にずれることができなくなる。これにより、ヒンジモデルＭ１は、Ｙ軸方向への変形が阻害されることになる。結果として、ヒンジモデルＭ１のＹ軸方向の剛性Ｋｙが増大する。
【００７８】
−第１ヒンジの剛性と第２ヒンジの剛性−
続いて、第１ヒンジ１０５及び第２ヒンジ１０６の剛性について説明する。
【００７９】
第２ヒンジ１０６の剛性は、第１ヒンジ１０５の剛性よりも大きくなっている。詳しくは、第２ヒンジ１０６のＸ軸方向の剛性（バネ定数）は、第１ヒンジ１０５のＸ軸方向の剛性よりも大きい。これにより、ミラー１３１が傾動するときに、可動櫛歯電極１０７がＸ軸方向にずれることを防止することができる。つまり、ベース部１０２の形状は不変なので、アクチュエータ１０４が湾曲してミラー１３１が傾動するためには、第１ヒンジ１０５及び第２ヒンジ１０６がＸ軸方向へ伸びる必要がある。このとき、第２ヒンジ１０６の剛性が第１ヒンジ１０５の剛性よりも小さい場合には、ミラー１３１がアクチュエータ１０４の方へ大きく変位する。すると、可動櫛歯電極１０７もアクチュエータ１０４の方へ変位し、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が変化する。つまり、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が、ミラー１３１の傾動に伴う可動櫛歯電極１０７の傾動以外の原因で変化してしまう。それに対し、第２ヒンジ１０６のＸ軸方向の剛性が第１ヒンジ１０５のＸ軸方向の剛性よりも大きいと、第１ヒンジ１０５の方が第２ヒンジ１０６よりも大きく伸びる。これにより、ミラー１３１の、アクチュエータ１０４の方への変位が抑制される。その結果、ミラー１３１の傾動に伴う可動櫛歯電極１０７の傾動以外の原因による静電容量の変化を抑制することができる。
【００８０】
−まとめ−
したがって、ミラーデバイス１００は、ミラー１３１と、前記ミラー１３１を駆動するアクチュエータ１０４と、前記ミラー１３１を支持し、弾性的に変形可能な第１ヒンジ１０５とを備え、前記第１ヒンジ１０５は、交互に配列された複数の第１凸部１５５と複数の第１凹部１５６とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第１蛇行部１５１と、交互に配列された複数の第２凸部１５７と複数の第２凹部１５８とによってジグザグ状に形成され、前記第１蛇行部１５１に並設され、蛇行しながら前記一端部から前記他端部まで延びる第２蛇行部１５２とを有し、少なくとも一部の前記第１凹部１５６と少なくとも一部の前記第２凹部１５８とは、互いに連結されている。
【００８１】
すなわち、前記第１ヒンジ１０５は、第１端部１５３が第１の部材に連結され、第２端部１５４が第２の部材に連結され、弾性的に変形可能である。そして、第１ヒンジ１０５は、交互に配列された複数の第１凸部１５５，１５５，…と複数の第１凹部１５６，１５６，…とによってジグザグ状に形成され、蛇行しながら前記第１端部１５３から前記第２端部１５４まで延びる第１蛇行部１５１と、交互に配列された複数の第２凸部１５７，１５７，…と複数の第２凹部１５８，１５８，…とによってジグザグ状に形成され、前記第１蛇行部１５１に並設され、蛇行しながら前記第１端部１５３から前記第２端部１５４まで延びる第２蛇行部１５２とを備え、少なくとも一部の前記第１凹部１５６と少なくとも一部の前記第２凹部１５８とが互いに連結されている。
【００８２】
この構成によれば、第１蛇行部１５１及び第２蛇行部１５２がジグザグ状に形成され、蛇行しながら一端部から他端部まで延びているので、一端部と他端部とを結ぶ方向、即ち、Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を比較的小さくすることができる。Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を比較的小さくすることによって、ミラー１３１を変位させる際の第１ヒンジ１０５の変形を容易にすることができる。つまり、ミラー１３１が変位する際には、第１ヒンジ１０５は湾曲する必要がある。Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性が大きいと、第１ヒンジ１０５がミラー１３１の変位する際の抵抗となる。それに対して、Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性が小さいと、第１ヒンジ１０５がＸ軸方向に伸縮しやすくなる。第１ヒンジ１０５がＸ方向に伸縮しやすいと、第１ヒンジ１０５の湾曲も容易になる。すなわち、Ｘ軸方向に伸縮しやすくなることは、湾曲し易さにも寄与する。その結果、ミラー１３１を容易に変位させることができる。ひいては、アクチュエータ１０４の駆動電圧を低減することができる。
【００８３】
それに加えて、第１蛇行部１５１の少なくとも一部の第１凹部１５６と第２蛇行部１５２の少なくとも一部の第２凹部１５８とを連結することによって、第１凹部１５６及び第２凹部１５８が自由に変位できる構成と比べて、第１蛇行部１５１及び第２蛇行部１５２が蛇行する方向、即ち、Ｙ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を比較的大きくすることができる。Ｙ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を比較的大きくすることによって、ミラー１３１が周辺の部材と衝突することを抑制することができる。
【００８４】
こうして、１つのヒンジにおいて、Ｘ軸方向の剛性を小さくし、Ｙ軸方向の剛性を大きくすることができる。
【００８５】
また、前記ミラーデバイス１００は、ベース部１０２と、一端部が前記ミラー１３１に連結され、他端部が前記ベース部１０２に連結され、弾性的に変形可能な第２ヒンジ１０６とをさらに備え、前記第１ヒンジ１０５は、一端部が前記ミラー１３１に連結され、他端部が前記アクチュエータ１０４に連結されている。
【００８６】
この構成によれば、第１ヒンジ１０５は、ミラー１３１のうちアクチュエータ１０４側の部分を支持する。ミラー１３１のうちベース部１０２側の部分は、第２ヒンジ１０６に支持されている。第２ヒンジ１０６は、ベース部１０２に連結されているので、ミラー１３１のうち第２ヒンジ１０６が連結された部分は、ミラー１３１が駆動される際に大きくは変位しない。その一方で、ミラー１３１のうち第１ヒンジ１０５が連結された部分は、アクチュエータ１０４の変動に応じて大きく変位する。その際、第１ヒンジ１０５は、湾曲する。Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を小さくすることによって、第１ヒンジ１０５は容易に湾曲することができ、第１ヒンジ１０５がミラー１３１の変位を妨げることを抑制することができる。ひいては、アクチュエータ１０４の駆動電圧を低減することができる。
【００８７】
さらに、前記アクチュエータ１０４と前記ミラー１３１とが並んでいる方向への前記第１ヒンジ１０５の剛性は、該方向への前記第２ヒンジ１０６の剛性よりも小さい。
【００８８】
前記の構成によれば、ミラー１３１は、第１ヒンジ１０５及び第２ヒンジ１０６に支持されているので、比較的自由に変位することが可能である。ここで、第２ヒンジ１０６の剛性を相対的に大きくすることによって、ミラー１３１が変位する際には第１ヒンジ１０５が第２ヒンジ１０６よりも大きく伸びる。そのため、ミラー１３１が変位する際に、ミラー１３１とベース部１０２との距離はあまり変わらない。つまり、ミラー１３１が比較的自由に変位可能な構成であっても、ミラー１３１の位置を安定させることができる。
【００８９】
前記第１蛇行部１５１と前記第２蛇行部１５２とは、線対称な形状をしている。
【００９０】
この構成によれば、第１ヒンジ１０５の剛性をＸ軸に対して対称にすることができる。これにより、第１ヒンジ１０５の非対称性に起因してミラー１３１の傾動軸が傾いてしまうことを防止することができる。
【００９１】
前記ミラーデバイス１００は、ベース部１０２と、一端部が前記ミラー１３１に連結され、他端部が前記ベース部１０２に連結され、弾性的に変形可能な第２ヒンジ１０６とをさらに備え、前記アクチュエータと前記ミラーとが並んでいる方向への前記第１ヒンジ１０５の剛性は、該方向への前記第２ヒンジ１０６の剛性よりも小さい。
【００９２】
この構成によれば、ミラー１３１の位置を安定させることができる。アクチュエータ１０４を傾動させてミラー１３１を傾動させる際には、第１ヒンジ１０５及び第２ヒンジ１０６が伸びる必要がある。第１ヒンジ１０５の伸び量と第２ヒンジ１０６の伸び量との大小関係によっては、ミラー１３１の位置が変わる。ここで、アクチュエータ１０４とミラー１３１とが並んでいる方向、即ち、Ｘ軸方向への第１ヒンジ１０５の剛性を第２ヒンジ１０６よりも小さくすることによって、アクチュエータ１０４を傾動させてミラー１３１を傾動させる際には、第１ヒンジ１０５が比較的大きく伸び、第２ヒンジ１０６はあまり伸びない。そのため、ミラー１３１とベース部１０２との位置関係をできる限り維持することができ、ミラー１３１の位置を安定させることができる。
【００９３】
さらに、ミラーデバイス１００が前記ミラー１３１に連結された可動櫛歯電極１０７と、前記ベース部１０２に固定され、前記可動櫛歯電極１０７に対向する固定櫛歯電極１０８とをさらに備え、前記アクチュエータ１０４は、前記可動櫛歯電極１０７と前記固定櫛歯電極１０８との間の静電容量に基づいて制御される構成においては、ミラー１３１とベース部１０２との位置関係をできる限り維持することによって、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との位置関係も維持することができる。その結果、ミラー１３１の傾動に伴う可動櫛歯電極１０７の傾動以外の原因による、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量の変化を可及的に低減することができる。その結果、ミラー１３１の傾動をより正確に制御することができる。
【００９４】
−ミラーアレイの変形例−
続いて、ミラーアレイ１の変形例について説明する。図１１に、ミラーアレイ２０１の平面図を示す。変形例に係るミラーアレイ２０１は、ミラーデバイス２００の構成が前記ミラーデバイス１００と異なる。以下、ミラーアレイ２０１の構成のうち、ミラーアレイ１と異なる部分を中心に説明する。変形例に特有の構成については、２００番台の符号を付して説明する場合がある。ミラーアレイ１と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
【００９５】
ミラーアレイ２０１は、複数のミラーデバイス２００，２００，…を備えている。ミラーデバイス２００は、ベース部２０２と、ミラー１３１と、ミラー１３１を駆動する２つのアクチュエータ２０４，２０４と、ミラー１３１をアクチュエータ２０４と連結する２つの第１ヒンジ２０５，２０５と、ミラー１３１とベース部２０２とを連結する第２ヒンジ２０６と、ミラー１３１に設けられた第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂと、ベース部２０２に設けられた第１固定櫛歯電極２０８Ａ及び第２固定櫛歯電極２０８Ｂと、制御部１０とを有している。ミラーデバイス２００は、２つのアクチュエータ２０４，２０４によりミラー１３１を駆動する。ミラーアレイ２０１は、いくつかのミラーデバイス２００，２００，…ごとに共通の１つの制御部１０を有している。尚、ミラーアレイ２０１は、ミラーデバイス２００ごとに１つの制御部１０を有していても、すべてのミラーデバイス２００，２００，…で共通の１つの制御部１０を有していてもよい。
【００９６】
アクチュエータ２０４の基本的な構成は、実施形態１のアクチュエータ１０４と同じである。アクチュエータ本体２４１の表面に圧電素子２４２が積層されている。
【００９７】
アクチュエータ本体２４１の先端部は、第１ヒンジ２０５を介してミラー１３１に連結されている。２つの第１ヒンジ２０５，２０５はそれぞれ、ミラー１３１の第１短辺１３１ａにおいてＸ軸に対称な位置に連結されている。第１ヒンジ２０５は、並設された２つの蛇行部を有している。各蛇行部は、交互に配列された凸部と凹部とを有している。２つの蛇行部の凹部同士が連結されている。ただし、１つのミラーデバイス２００において、２つの第１ヒンジ２０５，２０５が設けられている。一方の第１ヒンジ２０５においては、第１蛇行部及び第２蛇行部がミラー１３１の近くに設けられている。他方の第１ヒンジ２０５においては、第１蛇行部及び第２蛇行部がアクチュエータ２０４の近くに設けられている。
【００９８】
第２ヒンジ２０６は、前記第１ヒンジ１０６と同じ構成をしている。ただし、１つのミラーデバイス２００において、１つの第２ヒンジ２０６が設けられている。第２ヒンジ２０６は、ミラー１３１の第２短辺１３１ｂの中央に連結されている。
【００９９】
第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、第１アーム部２７９ａ及び第２アーム部２７９ｂを介してミラー１３１の第２短辺１３１ｂに片持ち状に設けられている。第１アーム部２７９ａは、Ｘ軸方向に延びている。第２アーム部２７９ｂは、第１アーム部２７９ａの途中からＹ軸方向に分岐している。
【０１００】
第１可動櫛歯電極２０７Ａは、２つの第１電極指２７１ａ，２７１ａを有している。第１可動櫛歯電極２０７Ａは、Ｘ軸上に位置している。第１可動櫛歯電極２０７Ａは、第２ヒンジ２０６よりもミラー１３１から離れている。２つの第１電極指２７１ａ，２７１ａは、互いに平行にＹ軸方向に延びている。
【０１０１】
第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、２つの第２電極指２７１ｂ，２７１ｂを有している。第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、Ｘ軸上ではなく、Ｘ軸からＹ軸方向にオフセットした位置に配置されている。第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、Ａ軸上に位置している。２つの第２電極指２７１ｂ，２７１ｂは、互いに平行にＸ軸方向に延びている。
【０１０２】
第１可動櫛歯電極２０７Ａ、第２可動櫛歯電極２０７Ｂ、第１アーム部２７９ａ及び第２アーム部２７９ｂは、第１シリコン層１９１で形成されている。尚、第１電極指２７１ａ及び第２電極指２７１ｂの個数は、２つに限られるものではない。
【０１０３】
一方、ベース部２０２には、第１可動櫛歯電極２０７Ａが入り込む凹部２０２ａが形成されている。凹部２０２ａに第１固定櫛歯電極２０８Ａが設けられている。第１固定櫛歯電極２０８Ａは、２つの第１電極指２８１ａ，２８１ａを有している。２つの第１電極指２８１ａ，２８１ａは、互いに平行にＹ軸方向に延びている。各第１電極指２８１ａは、第１可動櫛歯電極２０７Ａの第１電極指２７１ａの間に入り込んでいる。つまり、第１可動櫛歯電極２０７Ａの第１電極指２７１ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａの第１電極指２８１ａとは互いに対向している。
【０１０４】
また、ベース部２０２には、第２固定櫛歯電極２０８Ｂが設けられている。第２固定櫛歯電極２０８Ｂは、２つの第２電極指２８１ｂ，２８１ｂを有している。２つの第２電極指２８１ｂ，２８１ｂは、互いに平行にＸ軸方向に延びている。各第２電極指２８１ｂは、第２可動櫛歯電極２０７Ｂの第２電極指２７１ｂの間に入り込んでいる。つまり、第２可動櫛歯電極２０７Ｂの第２電極指２７１ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂの第２電極指２８１ｂとは互いに対向している。
【０１０５】
第１固定櫛歯電極２０８Ａ及び第２固定櫛歯電極２０８Ｂは、第１シリコン層１９１で形成されている。ただし、第１固定櫛歯電極２０８Ａ及び第２固定櫛歯電極２０８Ｂは、第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂとは電気的に絶縁されている。尚、第１電極指２８１ａ及び第２電極指２８１ｂの個数は、２つに限られるものではない。
【０１０６】
ベース部２０２には、第１検出端子２２２、第２検出端子２２３及び第３検出端子２２４が設けられている。第１検出端子２２２及び第２検出端子２２３を介して第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの静電容量を検出することができる。第１検出端子２２２及び第３検出端子２２４を介して第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの静電容量を検出することができる。
【０１０７】
第１検出端子２２２は、ベース部２０２の第１シリコン層１９１のうち第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂと電気的に導通している部分の表面に設けられている。
【０１０８】
第２検出端子２２３は、第１電極部２２５の表面に設けられている。第１電極部２２５は、ベース部２０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部２０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。第１電極部２２５は、第１固定櫛歯電極２０８Ａが連結されている。
【０１０９】
第３検出端子２２４は、第２電極部２２６の表面に設けられている。第２電極部２２６は、ベース部２０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部２０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。第２電極部２２６は、第２固定櫛歯電極２０８Ｂが連結されている。
【０１１０】
尚、ミラーアレイ２０１には、ミラーアレイ１のような参照電極１９４が設けられていない。ただし、ミラーアレイ２０１においても参照電極を設けてもよい。
【０１１１】
ミラーデバイス２００は、圧電素子２４２へ駆動電圧を印加することによって、アクチュエータ２０４を上方に湾曲させる。これにより、ミラー１３１を傾動させる。このとき、１つのミラー１３１に連結された２つのアクチュエータ２０４，２０４の湾曲量を同じにすることによって、ミラー１３１をＡ軸周りに傾動させることができる。一方、２つのアクチュエータ２０４，２０４の湾曲量をそれぞれ異ならせることによって、ミラー１３１をＸ軸周りに傾動させることができる。
【０１１２】
ミラー１３１が傾動すると、それに伴って第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂも傾動する。詳しくは、ミラー１３１がＡ軸周りに傾動すると、第１可動櫛歯電極２０７Ａが上下に変位し、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量が変化する。第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量は、第１検出端子２２２及び第２検出端子２２３を介して検出することができる。圧電素子２４２，２４２の駆動電圧をこの静電容量の変化に基づいて調整することによって、ミラー１３１のＡ軸周りの傾動量を精度良く制御することができる。また、ミラー１３１がＸ軸周りに傾動すると、第２可動櫛歯電極２０７Ｂが上下に変位し、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量が変化する。第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量は、第１検出端子２２２及び第３検出端子２２４を介して検出することができる。圧電素子２４２，２４２の駆動電圧をこの静電容量の変化に基づいて調整することによって、ミラー１３１のＸ軸周りの傾動量を精度良く制御することができる。
【０１１３】
尚、ミラー１３１がＡ軸回りに傾動するときには、それに伴って第２可動櫛歯電極２０７Ｂも変位するが、第２可動櫛歯電極２０７ＢはＡ軸上に位置するため、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量の変化は小さい。つまり、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量は、主にミラー１３１のＸ軸周りの傾動に起因して変化し、ミラー１３１のＡ軸周りの傾動の影響は小さい。また、ミラー１３１がＸ軸周りに傾動するときには、それに伴って第１可動櫛歯電極２０７Ａも変位するが、第１可動櫛歯電極２０７ＡはＸ軸上に位置するため、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量の変化は小さい。つまり、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量は、主にミラー１３１のＡ軸周りの傾動に起因して変化し、ミラー１３１のＸ軸周りの傾動の影響は小さい。
【０１１４】
ここで、第１可動櫛歯電極２０７Ａは、第１ヒンジ２０５よりも第２ヒンジ２０６の近くに配置されている。つまり、第１可動櫛歯電極２０７Ａは、Ａ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー１３１がＡ軸周りに傾動するときの第１可動櫛歯電極２０７Ａの変位量が抑制される。その結果、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量を検出できるミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ａ軸周りのミラー１３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。また、第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、Ｘ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー１３１がＸ軸周りに傾動するときの第２可動櫛歯電極２０７Ｂの変位量が抑制される。その結果、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量を検出できるミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ｘ軸周りのミラー１３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。
【０１１５】
−ヒンジの変形例−
次に、ヒンジの変形例について説明する。図１２は、変形例１に係る第１ヒンジ３０５の平面図である。以下、第１ヒンジ３０５のうち、前記第１ヒンジ１０５と異なる部分を中心に説明する。第１ヒンジ３０５の構成については、３００番台の符号を付して説明する。第１ヒンジ１０５と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
【０１１６】
変形例１に係る第１ヒンジ３０５は、蛇行部３５０と、第１端部３５３，３５３と、第２端部３５４，３５４とを備えている。蛇行部３５０は、並設された第１蛇行部３５１と第２蛇行部３５２とを有する。第１蛇行部３５１と第２蛇行部３５２とは、Ｘ軸に対して線対称な形状をしている。第１端部３５３，３５３は、第１蛇行部３５１の一端部と第２蛇行部３５２の一端部とで構成されている。すなわち、第１蛇行部３５１の一端部と第２蛇行部３５２の一端部とは、連結されていない。第２端部３５４，３５４は、第１蛇行部３５１の他端部と第２蛇行部３５２の他端部とで構成されている。第１蛇行部３５１の他端部と第２蛇行部３５２の他端部とは、連結されていない。第１端部３５３，３５３は、アクチュエータ１０４に連結される。第２端部３５４，３５４は、ミラー１３１に連結される。
【０１１７】
第１蛇行部３５１は、交互に配列された６つの第１凸部３５５，３５５，…と５つの第１凹部３５６，３５６，…とを有し、ジグザグ状に形成されている。第１蛇行部３５１は、蛇行しながらＸ軸方向に第１端部３５３から第２端部３５４まで延びている。第１凸部３５５及び第１凹部３５６はそれぞれ、矩形状に形成されている。第１凸部３５５は、Ｙ軸方向外側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第１凹部３５６は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
【０１１８】
第２蛇行部３５２は、交互に配列された６つの第２凸部３５７，３５７，…と５つの第２凹部３５８，３５８，…とを有し、ジグザグ状に形成されている。第２蛇行部３５２は、蛇行しながらＸ軸方向に第１端部３５３から第２端部３５４まで延びている。第２凸部３５７及び第２凹部３５８はそれぞれ、矩形状に形成されている。第２凸部３５７は、Ｙ軸方向外側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第２凹部３５８は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
【０１１９】
第１凹部３５６，３５６，…のうち第１端部３５３側から２番目の第１凹部３５６と４番目の第１凹部３５６と、第２凹部３５８，３５８うち第１端部３５３側から２番目の第２凹部３５８と４番目の第２凹部３５８とはそれぞれ、互いに連結されている。つまり、第１凹部３５６，３５６，…と第２凹部３５８，３５８，…は、全部ではなく、一部だけ連結されている。
【０１２０】
このような構成であっても、第１ヒンジ３０５は、第１凸部３５５、第１凹部３５６、第２凸部３５７及び第２凹部３５８の存在によりＸ軸方向の剛性を小さくすることができる。それに加えて、第１ヒンジ３０５は、一部の第１凹部３５６，３５６と一部の第２凹部３５８，３５８とを連結することによって、Ｙ軸方向の剛性を大きくすることができる。
【０１２１】
図１３は、変形例２に係る第１ヒンジ４０５の平面図である。以下、第１ヒンジ４０５のうち、前記第１ヒンジ１０５と異なる部分を中心に説明する。第１ヒンジ４０５の構成については、４００番台の符号を付して説明する。第１ヒンジ１０５と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
【０１２２】
変形例２に係る第１ヒンジ４０５は、蛇行部４５０と、第１端部４５３と、第２端部４５４とを備えている。蛇行部４５０は、並設された１蛇行部４５１と第２蛇行部４５２とを有する。第１蛇行部４５１と第２蛇行部４５２とは、Ｘ軸に対して線対称な形状をしている。第１蛇行部４５１の一端部と第２蛇行部４５２の一端部とは、第１端部４５３に連結されている。第１蛇行部４５１の他端部と第２蛇行部４５２の他端部とは、第２端部４５４に連結されている。第１端部４５３は、アクチュエータ１０４に連結されている。第２端部４５４は、ミラー１３１に連結されている。
【０１２３】
第１蛇行部４５１は、交互に配列された５つの第１凸部４５５，４５５，…と４つの第１凹部４５６，４５６，…とを有し、ジグザグ状に形成されている。第１蛇行部４５１は、蛇行しながらＸ軸方向に第１端部４５３から第２端部４５４まで延びている。第１凸部４５５は、釣鐘状に形成されている。第１凸部４５５は、Ｙ軸方向外側に延び、湾曲しながら折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第１凹部４５６は、矩形状に形成されている。第１凹部４５６は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
【０１２４】
第２蛇行部４５２は、交互に配列された５つの第２凸部４５７，４５７，…と４つの第２凹部４５８，４５８，…とを有し、ジグザグ状に形成されている。第２蛇行部４５２は、蛇行しながらＸ軸方向に第１端部４５３から第２端部４５４まで延びている。第２凸部４５７は、釣鐘状に形成されている。第２凸部４５７は、Ｙ軸方向外側に延び、湾曲しながら折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第２凹部４５８は、矩形状に形成されている。第２凹部４５８は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
【０１２５】
このような構成であっても、第１ヒンジ４０５は、第１凸部４５５、第１凹部４５６、第２凸部４５７及び第２凹部４５８の存在によりＸ軸方向の剛性を小さくすることができる。それに加えて、第１ヒンジ４０５は、第１凹部４５６，４５６，…と第２凹部４５８，４５８，…とを連結することによって、Ｙ軸方向の剛性を大きくすることができる。
【０１２６】
《実施形態２》
次に、実施形態２に係るミラーデバイス５００ついて説明する。図１４に、ミラーデバイス５００の平面図を示す。以下、ミラーデバイス５００の構成のうち、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。実施形態２の構成については、５００番台の符号を付して説明する。実施形態１と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
【０１２７】
ミラーデバイス５００は、例えば、可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）に用いられる。ミラーデバイス５００は、ベース部５０２と、ミラー５３１と、ミラー５３１を駆動するアクチュエータ５０４，５０４と、ミラー５３１とアクチュエータ５０４，５０４とを連結する第１ヒンジ５０５と、ミラー５３１とベース部５０２とを連結する第２ヒンジ５０６，５０６と、ミラー５３１に設けられた可動櫛歯電極５０７と、ベース部５０２に設けられた固定櫛歯電極５０８と、制御部（図示省略）とを有している。
【０１２８】
ベース部５０２は、円形の開口を有する枠状に形成されている。
【０１２９】
ミラー５３１は、平面視円形の板状に形成されている。ミラー５３１は、ベース部５０２の円形の開口内に位置している。ベース部５０２とミラー５３１との間には円環状のスペースＳが形成されている。
【０１３０】
ミラー５３１は、２つの第２ヒンジ５０６，５０６を介してベース部５０２に連結されている。ミラー５３１のうち第２ヒンジ５０６，５０６の反対側の部分には第１ヒンジ５０５が設けられている。第１ヒンジ５０５は、並設された２つの蛇行部を有している。各蛇行部は、交互に配列された凸部と凹部とを有している。２つの蛇行部の凹部同士が連結されている。第２ヒンジ５０６は、全体としてつづら折り状に屈曲している。
【０１３１】
アクチュエータ５０４は、アクチュエータ本体５４１と、アクチュエータ本体５４１の表面に積層された圧電素子５４２とを有している。アクチュエータ本体５４１は、ミラー５３１とベース部５０２との間の円環状のスペースＳに沿って略円弧状に延びている。一方のアクチュエータ本体５４１は、第１ヒンジ５０５と一方の第２ヒンジ５０６との間に設けられている。他方のアクチュエータ本体５４１は、第１ヒンジ５０５と他方の第２ヒンジ５０６との間に設けられている。アクチュエータ本体５４１の一端は、第２ヒンジ５０６の近傍においてベース部５０２に連結されている。アクチュエータ本体５４１の他端は、第１ヒンジ５０５に連結されている。圧電素子５４２は、アクチュエータ本体５４１と同様に、略円弧状に形成されている。
【０１３２】
アクチュエータ５０４，５０４及び第２ヒンジ５０６，５０６は、ミラー５３１の中心及び第１ヒンジ５０５を通るＸ軸に対して対称な形状になっている。
【０１３３】
可動櫛歯電極５０７は、ミラー５３１から半径方向外側に延びるアーム部５７９の先端部に設けられている。アーム部５７９は、２つの第２ヒンジ５０６，５０６の間に設けられている。さらに詳しくは、アーム部５７９は、Ｘ軸上に位置している。可動櫛歯電極５０７は、３つの電極指５７１，５７１，…を有している。各電極指５７１は、アーム部５７９に直交するようにアーム部５７９から両側へ延びている。３つの電極指５７１，５７１，…は、互いに平行に且つＸ軸と直交する方向に延びている。尚、電極指５７１の個数は、３つに限られるものではない。
【０１３４】
固定櫛歯電極５０８は、ベース部５０２に設けられている。固定櫛歯電極５０８は、４つの電極指５８１，５８１，…を有している。４つの電極指５８１，５８１，…は、互いに平行に且つＸ軸と直交する方向に延びている。各電極指５８１は、可動櫛歯電極５０７の電極指５７１の間に入り込んでいる。つまり、可動櫛歯電極５０７の電極指５７１と固定櫛歯電極５０８の電極指５８１とは互いに対向している。ただし、固定櫛歯電極５０８は、可動櫛歯電極５０７とは電気的に絶縁されている。
【０１３５】
これら可動櫛歯電極５０７及び固定櫛歯電極５０８は、Ｘ軸上に配置されている。
【０１３６】
図示は省略するが、ベース部５０２には、可動櫛歯電極５０７と固定櫛歯電極５０８との静電容量を検出するための検出端子が設けられている。
【０１３７】
尚、実施形態１と同様に、可動櫛歯電極５０７の電極指５７１に相当する第１電極指と固定櫛歯電極５０８の電極指５８１に相当する第２電極指とを有する参照電極を設けてもよい。
【０１３８】
次に、このように構成されたミラーデバイス５００の動作について説明する。ミラーデバイス５００の制御部が圧電素子５４２，５４２に電圧を印加すると、各アクチュエータ５０４が圧電素子５４２を内側にして湾曲し、アクチュエータ５０４の第１ヒンジ５０５側の端部が上方へ変位する。２つのアクチュエータ５０４，５０４の圧電素子５４２，５４２には同じ大きさの電圧が印加される。その結果、ミラー５３１は、第２ヒンジ５０６，５０６を中心に傾動する。すなわち、ミラー５３１は、Ｘ軸に直交し且つ実質的に第２ヒンジ５０６，５０６を通過するＡ軸の周りに傾動する。
【０１３９】
ミラー５３１が傾動すると、それに伴って、可動櫛歯電極５０７も変位する。その結果、可動櫛歯電極５０７の電極指５７１と固定櫛歯電極５０８の電極指５８１との対向している部分の面積が変化し、可動櫛歯電極５０７と固定櫛歯電極５０８との間の静電容量が変化する。制御部は、可動櫛歯電極５０７と固定櫛歯電極５０８との間の静電容量を検出端子を介して検出し、この静電容量の変化に基づいて圧電素子５４２，５４２の印加電圧を調整する。それにより、制御部は、ミラー５３１の傾動量を精度良く制御する。
【０１４０】
ここで、可動櫛歯電極５０７は、第１ヒンジ５０５よりも第２ヒンジ５０６の近くに設けられている。つまり、可動櫛歯電極５０７は、ミラー５３１が傾動するときの中心となるＡ軸の近傍に位置している。そのため、ミラー５３１がＡ軸周りに傾動するときの可動櫛歯電極５０７の変位量が抑制される。その結果、可動櫛歯電極５０７と固定櫛歯電極５０８との間の静電容量を検出できるミラー５３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ａ軸周りのミラー５３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。
【０１４１】
尚、アクチュエータ５０４は、円環状のスペースＳを活用して配置されているため、略円弧状に形成されているが、これに限られるものではない。アクチュエータ５０４は、実施形態１のように長方形状に形成されていてもよい。その場合、実施形態１と同様に、アクチュエータ５０４、第１ヒンジ５０５及びミラー５３１がこの順で略一直線上に並ぶ配置であってもよい。
【０１４２】
−ミラーデバイスの変形例−
続いて、変形例に係るミラーデバイス６００について説明する。図１５は、変形例に係るミラーデバイス６００の平面図である。以下、ミラーデバイス６００の構成のうち、ミラーデバイス５００と異なる部分を中心に説明する。変形例に特有の構成については、６００番台の符号を付して説明する場合がある。ミラーデバイス５００と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
【０１４３】
ミラーデバイス６００は、ベース部６０２と、ミラー５３１と、ミラー５３１を駆動するアクチュエータ６０４，６０４と、ミラー５３１とアクチュエータ６０４，６０４とを連結する第１ヒンジ６０５，６０５と、ミラー５３１とベース部６０２とを連結する第２ヒンジ６０６と、ミラー５３１に設けられた第１可動櫛歯電極６０７Ａ及び第２可動櫛歯電極６０７Ｂと、ベース部６０２に設けられた第１固定櫛歯電極６０８Ａ及び第２固定櫛歯電極６０８Ｂと、制御部（図示省略）とを有している。
【０１４４】
ベース部６０２は、円形の開口を有する枠状に形成されている。
【０１４５】
ミラー５３１は、ミラーデバイス５００のミラー５３１と同じ構成をしている。１つの第２ヒンジ６０６を介してベース部６０２に連結されている。第２ヒンジ６０６は、全体としてつづら折り状に屈曲している。
【０１４６】
アクチュエータ６０４は、アクチュエータ本体６４１と、アクチュエータ本体６４１の表面に積層された圧電素子６４２とを有している。ミラー５３１とベース部６０２との間の円環状のスペースＳをミラー５３１の中心及び第２ヒンジ６０６を通過するＸ軸で２分割したときの一方のスペースに一方のアクチュエータ６０４が配設され、他方のスペースに他方のアクチュエータ６０４が配設されている。アクチュエータ本体６４１は、該スペースに沿って略円弧状に延びている。各アクチュエータ本体６４１の一端は、第２ヒンジ６０６の近傍においてベース部６０２に連結されている。各アクチュエータ本体６４１の他端は、第１ヒンジ６０５を介してミラー５３１に連結されている。圧電素子６４２は、アクチュエータ本体６４１と同様に、略円弧状に形成されている。
【０１４７】
第１ヒンジ６０５は、第１ヒンジ６０５は、並設された２つの蛇行部を有している。各蛇行部は、交互に配列された凸部と凹部とを有している。２つの蛇行部の凹部同士が連結されている。
【０１４８】
アクチュエータ６０４，６０４及び第１ヒンジ６０５，６０５は、Ｘ軸に対して対称な形状になっている。
【０１４９】
第１可動櫛歯電極６０７Ａは、第２ヒンジ６０６の近傍においてミラー５３１から延びる第１アーム部６７９ａの先端部に設けられている。第１アーム部６７９ａは、ミラー５３１の外周において第２ヒンジ６０６の近傍であってＸ軸からオフセットした位置に設けられている。第１アーム部６７９ａは、ミラー５３１からＸ軸を平行に延びた後、Ｘ軸の方へ直角に屈曲し、Ｘ軸に到達した地点でＸ軸方向に直角に屈曲している。つまり、第１アーム部６７９ａの先端部は、Ｘ軸上で延びている。第１可動櫛歯電極６０７Ａは、３つの第１電極指６７１ａ，６７１ａ，…を有している。各第１電極指６７１ａは、第１アーム部６７９ａの先端部に直交するように第１アーム部６７９ａの先端部から両側へ延びている。３つの第１電極指６７１ａ，６７１ａ，…は、互いに平行に且つＸ軸と直交する方向に延びている。
【０１５０】
第２可動櫛歯電極６０７Ｂは、第２ヒンジ６０６の近傍においてミラー５３１から延びる第２アーム部６７９ｂの先端部に設けられている。第２アーム部６７９ｂは、第２ヒンジ６０６の近傍においてミラー５３１からＸ軸に平行に延びた後、直角に屈曲してＸ軸と直交する方向に延びている。第２可動櫛歯電極６０７Ｂは、３つの第２電極指６７１ｂ，６７１ｂ，…を有している。各第２電極指６７１ｂは、第２アーム部６７９ｂの先端部に直交するように第２アーム部６７９ｂの先端部から両側へ延びている。３つの第２電極指６７１ｂ，６７１ｂ，…は、互いに平行に且つＸ軸方向に延びている。
【０１５１】
尚、第１電極指６７１ａ及び第２電極指６７１ｂの個数は、３つに限られるものではない。
【０１５２】
第１固定櫛歯電極６０８Ａは、ベース部６０２に設けられている。第１固定櫛歯電極６０８Ａは、４つの第１電極指６８１ａ，６８１ａ，…を有している。４つの第１電極指６８１ａ，６８１ａ，…は、互いに平行に且つＸ軸と直交する方向に延びている。各第１電極指６８１ａは、第１可動櫛歯電極６０７Ａの第１電極指６７１ａの間に入り込んでいる。つまり、第１可動櫛歯電極６０７Ａの第１電極指６７１ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａの第１電極指６８１ａとは互いに対向している。ただし、第１固定櫛歯電極６０８Ａは、第１可動櫛歯電極６０７Ａとは電気的に絶縁されている。
【０１５３】
第２固定櫛歯電極６０８Ｂは、ベース部６０２に設けられている。第２固定櫛歯電極６０８Ｂは、４つの第２電極指６８１ｂ，６８１ｂ，…を有している。４つの第２電極指６８１ｂ，６８１ｂ，…は、互いに平行にＸ軸方向に延びている。各第２電極指６８１ｂは、第２可動櫛歯電極６０７Ｂの第２電極指６７１ｂの間に入り込んでいる。つまり、第２可動櫛歯電極６０７Ｂの第２電極指６７１ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂの第２電極指６８１ｂとは互いに対向している。ただし、第２固定櫛歯電極６０８Ｂは、第２可動櫛歯電極６０７Ｂとは電気的に絶縁されている。
【０１５４】
第１可動櫛歯電極６０７Ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａとは、Ｘ軸上に配置されている。第２可動櫛歯電極６０７Ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂとは、Ｘ軸に直交し且つ実質的に第２ヒンジ６０６を通過するＡ軸上に配置されている。
【０１５５】
図示は省略するが、ベース部６０２には、第１可動櫛歯電極６０７Ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａとの静電容量及び第２可動櫛歯電極６０７Ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂとの静電容量を検出するための検出端子が設けられている。
【０１５６】
次に、このように構成されたミラーデバイス６００の動作について説明する。ミラーデバイス６００の制御部が圧電素子６４２，６４２に電圧を印加すると、各アクチュエータ６０４が圧電素子６４２を内側にして湾曲し、アクチュエータ６０４の第１ヒンジ６０５側の端部が上方へ変位する。２つのアクチュエータ６０４，６０４の圧電素子６４２，６４２に同じ大きさの電圧を印加すると、ミラー５３１は、第２ヒンジ６０６を中心に傾動する。すなわち、ミラー５３１は、Ａ軸の周りに傾動する。一方、２つのアクチュエータ６０４，６０４の圧電素子６４２，６４２にそれぞれ異なる大きさの電圧を印加すると、ミラー５３１は、Ｘ軸周りに傾動する。
【０１５７】
ミラー５３１が傾動すると、それに伴って、第１可動櫛歯電極６０７Ａ及び第２可動櫛歯電極６０７Ｂも変位する。その結果、第１可動櫛歯電極６０７Ａの第１電極指６７１ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａの第１電極指６８１ａとの対向している部分の面積が変化し、第１可動櫛歯電極６０７Ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａとの間の静電容量が変化する。また、第２可動櫛歯電極６０７Ｂの第２電極指６７１ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂの第２電極指６８１ｂとの対向している部分の面積が変化し、第２可動櫛歯電極６０７Ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂとの間の静電容量が変化する。制御部は、第１可動櫛歯電極６０７Ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａとの間の静電容量及び第２可動櫛歯電極６０７Ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂとの間の静電容量を検出端子を介して検出し、この静電容量の変化に基づいて圧電素子６４２，６４２の印加電圧を調整する。それにより、制御部は、ミラー５３１の傾動量を精度良く制御する。
【０１５８】
ここで、第１可動櫛歯電極６０７Ａは、第１ヒンジ６０５よりも第２ヒンジ６０６の近くに設けられている。つまり、第１可動櫛歯電極６０７Ａは、Ａ軸の近傍に位置している。そのため、ミラー５３１がＡ軸周りに傾動するときの第１可動櫛歯電極６０７Ａの変位量が抑制される。その結果、第１可動櫛歯電極６０７Ａと第１固定櫛歯電極６０８Ａとの間の静電容量を検出できるミラー５３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ａ軸周りのミラー５３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。また、第２可動櫛歯電極６０７Ｂは、Ｘ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー５３１がＸ軸周りに傾動するときの第２可動櫛歯電極６０７Ｂの変位量が抑制される。その結果、第２可動櫛歯電極６０７Ｂと第２固定櫛歯電極６０８Ｂとの間の静電容量を検出できるミラー５３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ｘ軸周りのミラー５３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。
【０１５９】
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１６０】
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【０１６１】
実施形態１では、複数のミラーデバイスを備えたミラーアレイについて説明したが、これに限られるものではない。ガルバノミラーのように、１つのミラーデバイスで構成された装置であってもよい。例えば、実施形態１のミラーデバイスを用いて、ＶＯＡを構成してもよい。また、ミラーアレイについても、波長選択スイッチに適用する場合に限られず、様々なアプリケーションに組み込むことができる。
【０１６２】
実施形態２では、１つのミラーデバイスについて説明したが、ミラーデバイスを複数配列して、ミラーアレイを構成してもよい。
【０１６３】
また、前記実施形態における形状、寸法、材質は、例示に過ぎず、これらに限られるものではない。例えば、ミラー１３１は、平面視長方形状でなくてもよい。ミラー１３１は、円形や長円形であってもよい。ミラー５３１は、平面視円形でなくてもよい。ミラー５３１は、楕円形や方形状であってもよい。第１ヒンジ１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５の形状や個数は、前記の構成に限られるものではない。第２ヒンジ１０６，２０６，５０６，６０６の形状や個数は、前記の構成に限られるものではない。
【０１６４】
前記第２ヒンジ１０６，２０６，５０６，６０６は、第１ヒンジ１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５と同様に、凸部と凹部とが交互に配列された２つの蛇行部を有し、２つの蛇行部の凹部同士が連結された構成であってもよい。その場合、第１ヒンジ１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５は、凸部と凹部とが交互に配列された２つの蛇行部を有し、２つの蛇行部の凹部同士が連結された構成ではなく、それ以外の形状であってもよい。
【０１６５】
また、前記可動櫛歯電極１０７，２０７Ａ，２０７Ｂ，５０７，６０７Ａ，６０７Ｂ及び固定櫛歯電極１０８，２０８Ａ，２０８Ｂ，５０８，６０８Ａ，６０８Ｂの構成は、一例であって、それ以外の構成であってもよい。例えば、可動櫛歯電極１０７，２０７Ａ，２０７Ｂは、ミラー１３１の長辺から延びるアーム部に設けられていてもよい。また、可動櫛歯電極１０７は、第２可動櫛歯電極２０７Ｂのように、第２ヒンジ２０６とＹ軸方向に並ぶ位置に設けられていてもよい。さらに、可動櫛歯電極１０７，２０７Ｂの電極指は、Ｘ軸方向に延びているが、例えば、Ｙ軸方向に延びていてもよい。同様に、可動櫛歯電極２０７Ａの電極指は、Ｙ軸方向に延びているが、例えば、Ｘ軸方向に延びていてもよい。可動櫛歯電極５０７，６０７Ａ，６０７Ｂ及び固定櫛歯電極５０８，６０８Ａ，６０８Ｂについても、その位置や電極指の延びる方向は、任意に設定することができる。
【０１６６】
また、圧電素子は、圧電体層として、ＰＺＴの代わりに非鉛圧電材料であるＫＮＮ（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）等を用いてもよい。
【０１６７】
前記アクチュエータは、圧電素子を有しているがこれに限られるものではない。例えば、静電引力を用いてミラーを駆動するアクチュエータであってもよい。
【０１６８】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
以上説明したように、ここに開示された技術は、ミラーデバイスについて有用である。
【符号の説明】
【０１７０】
１００，２００，５００，６００    ミラーデバイス
１３１，５３１    ミラー
１０４，２０４，５０４，６０４    アクチュエータ
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５    第１ヒンジ
１５１，３５１，４５１    第１蛇行部
１５５，３５５，４５５    第１凸部
１５６，３５６，４５６    第１凹部
１５２，３５２，４５２    第２蛇行部
１５７，３５７，４５７    第２凸部
１５８，３５８，４５８    第２凹部
１０６，２０６，５０６，６０６    第２ヒンジ
１４１，２４１，５４１，６４１    アクチュエータ本体
１４２，２４２，５４２，６４２    圧電素子
１０７，５０７    可動櫛歯電極
２０７Ａ，６０７Ａ    第１可動櫛歯電極
２０７Ｂ，６０７Ｂ    第２可動櫛歯電極
１０８，５０８    固定櫛歯電極
２０８Ａ，６０８Ａ    第１固定櫛歯電極
２０８Ｂ，６０８Ｂ    第２固定櫛歯電極
【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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