(57)【要約】【課題】出力用の光を減衰させることなく、ミラーの傾きを調整することが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供すること。【解決手段】出力用の光を反射するミラーを有するミラー部１０と、クーロン力を発生することによってミラー部１０を吸引して回転させる回転用電極２１、２２と、クーロン力を発生することによってミラー部１０の位置を保持する位置保持用電極１１、１２と、ミラーの出力用の光の反射面の裏面に設けられた反射部へ向け測定用の光を投射する光投射部３１と、反射部からの反射光を受光する受光部３２と、受光部３２の受光量に基づき、クーロン力を調整するように各電極を制御する制御部３３とをミラーデバイスに設ける。【選択図】　　　　図１
2004117836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力用の光を反射するミラーを有するミラー部と、
当該ミラー部を回転可能に支持する回転軸部と、
前記ミラー部の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部を吸引して回転させる回転用電極と、
前記ミラー部の水平方向であって、かつ、前記ミラー部の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部の位置を保持する位置保持用電極と、
前記ミラーの出力用の光の反射面の裏面に設けられた反射部へ向け測定用の光を投射する光投射部と、
前記反射部からの反射光を受光する受光部と、
当該受光部の受光量に基づき、前記クーロン力を調整するように前記電極を制御する制御部と、
を含むことを特徴とするミラーデバイス。
【請求項２】
光を反射するミラーを有するミラー部と、
当該ミラー部を回転可能に支持する回転軸部と、
前記ミラー部の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部を吸引して回転させる回転用電極と、
前記ミラー部の水平方向であって、かつ、前記ミラー部の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部の位置を保持する位置保持用電極と、
前記回転用電極および前記位置保持用電極の少なくとも一方の静電容量を測定する測定部と、
当該静電容量に基づき、前記ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、適切でない場合には、前記回転用電極および前記位置保持用電極の少なくとも一方の印加電圧を調整する制御部と、
を含むことを特徴とするミラーデバイス。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかにおいて、
前記ミラー部および前記位置保持用電極は、お互いの対向部分が相互に噛み合うように、当該対向部分が、凹凸状に形成されていることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ミラー部は、導電性シリコン製であることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のミラーデバイスを有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のミラーデバイスを有することを特徴とする電子機器。
【請求項７】
出力用の光を反射する回転可能なミラーを有するミラーデバイスを、クーロン力を用いて回転駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーの光の反射面の裏面に設けられた反射部へ向け、前記出力用の光の光源とは別の光源から測定用の光を投射し、
当該測定用の光の反射光を受光し、
受光量に基づき、前記ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、
適切でない場合、前記クーロン力を調整することによって前記ミラーの傾きを調整することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項８】
出力用の光を反射する回転可能なミラーを有するミラーデバイスを、クーロン力を用いて回転駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記クーロン力を発生した際の静電容量を測定し、
測定値に基づき、前記ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、
適切でない場合、前記クーロン力を調整することによって前記ミラーの傾きを調整することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項９】
請求項７、８のいずれかにおいて、
前記ミラーの水平方向であって、かつ、前記ミラーの回転方向の両端部に対向する位置からクーロン力を発生することによって前記ミラーの位置を保持することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えば、特許文献１等に記載されているように、クーロン力等を用いて微小ミラーを傾けることによって光路を切り替える種々のミラーデバイスが提案されている。
【０００３】
このようなミラーデバイスにおいては、ミラーの傾きの精度の向上が望まれている。具体的には、例えば、ミラーデバイスを光スイッチとして用いる場合、光をできるだけ減衰させないでスイッチングすることが望まれている。
【０００４】
また、従来は、ミラーの傾きを制御するため、光がミラーによって反射された後に当該光の一部を測定することによってミラーの傾きの制御を行っていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１５９９３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような手法では、元の光を、出力用の光と、光の光量を測定するための光に分けるための光学部品が必要になる上、出力用の光の光量を減少させてしまうことになる。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、出力用の光を減衰させることなく、ミラーの傾きを調整することが可能なミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るミラーデバイスは、出力用の光を反射するミラーを有するミラー部と、
当該ミラー部を回転可能に支持する回転軸部と、
前記ミラー部の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部を吸引して回転させる回転用電極と、
前記ミラー部の水平方向であって、かつ、前記ミラー部の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部の位置を保持する位置保持用電極と、
前記ミラーの出力用の光の反射面の裏面に設けられた反射部へ向け測定用の光を投射する光投射部と、
前記反射部からの反射光を受光する受光部と、
当該受光部の受光量に基づき、前記クーロン力を調整するように前記電極を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、出力用の光を反射する回転可能なミラーを有するミラーデバイスを、クーロン力を用いて回転駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記ミラーの光の反射面の裏面に設けられた反射部へ向け、前記出力用の光の光源とは別の光源から測定用の光を投射し、
当該測定用の光の反射光を受光し、
受光量に基づき、前記ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、
適切でない場合、前記クーロン力を調整することによって前記ミラーの傾きを調整することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ミラーデバイス等は、出力用の光の光源とは別の光源からの測定用の光の反射光を測定することによってミラーの傾きを把握することができるため、出力用の光を減衰させることなく、ミラーの傾きを調整することができる。
【００１３】
また、本発明に係るミラーデバイスは、光を反射するミラーを有するミラー部と、
当該ミラー部を回転可能に支持する回転軸部と、
前記ミラー部の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部を吸引して回転させる回転用電極と、
前記ミラー部の水平方向であって、かつ、前記ミラー部の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによって前記ミラー部の位置を保持する位置保持用電極と、
前記回転用電極および前記位置保持用電極の少なくとも一方の静電容量を測定する測定部と、
当該静電容量に基づき、前記ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、適切でない場合には、前記回転用電極および前記位置保持用電極の少なくとも一方の印加電圧を調整する制御部と、
を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光スイッチは、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る電子機器は、上記ミラーデバイスを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、出力用の光を反射する回転可能なミラーを有するミラーデバイスを、クーロン力を用いて回転駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記クーロン力を発生した際の静電容量を測定し、
測定値に基づき、前記ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、
適切でない場合、前記クーロン力を調整することによって前記ミラーの傾きを調整することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、ミラーデバイス等は、ミラーとクーロン力を発生する電極等との位置関係によって変化する静電容量を測定することによってミラーの傾きを把握することができるため、出力用の光を減衰させることなく、ミラーの傾きを調整することができる。
【００１８】
また、前記ミラーデバイス駆動方法は、前記ミラーの水平方向であって、かつ、前記ミラーの回転方向の両端部に対向する位置からクーロン力を発生することによって前記ミラーの位置を保持してもよい。
【００１９】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーを回転する場合だけでなく、ミラーの位置を保持する場合であっても、ミラーを適切な傾きに調整することができる。
【００２０】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー部および前記位置保持用電極は、お互いの対向部分が相互に噛み合うように、当該対向部分が、凹凸状に形成されていてもよい。
【００２１】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラー部および位置保持用電極において、お互いの対向部分を平面状に形成した場合と比べ、凹凸状に形成することにより、対向部分の面積が増えるため、ミラーの傾きをより安定させることができる。
【００２２】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチおよび前記電子機器において、前記ミラー部は、導電性シリコン製であってもよい。
【００２３】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラーは、導電性シリコン製であってもよい。
【００２４】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーに電極を設けることなく、吸引用の電極に電圧を印加することにより、クーロン力を発生することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ミラーデバイスに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２６】
（実施例）
図１は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの状態を示す模式図であり、図１（Ａ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの位置保持時の状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの回転時の状態を示す模式図である。また、図２は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【００２７】
本実施形態のミラーデバイスは、出力用の光を反射するミラーを有するミラー部１０と、ミラー部１０を回転可能に支持する回転軸部として機能するヒンジ１９と、ミラー部１０の垂直方向に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによってミラー部１０を吸引して回転させる回転用電極２１、２２と、ミラー部１０の水平方向であって、かつ、ミラー部１０の回転方向の両端部に対向する位置に設けられ、クーロン力を発生可能に形成され、クーロン力を発生することによってミラー部１０の位置を保持する位置保持用電極１１、１２とを含んで構成されている。
【００２８】
なお、回転用電極２１、２２はミラー部１０を支持するガラス基板２上に設けられている。また、ミラー部１０およびヒンジ１９は、電極１３によって０Ｖの電圧に保持されるが、必ずしも電極１３を設ける必要はない。
【００２９】
さらに、本実施形態のミラーデバイスは、それぞれガラス基板２の外側に設けられる光投射部３１と、受光部３２と、制御部３３とを含んで構成されている。
【００３０】
光投射部３１は、ガラス基板２を介してミラー部１０の裏面の反射部へ向け測定用の光を投射し、受光部３２は、ガラス基板２を介して当該反射部からの測定用の光の反射光を受光し、制御部３３は、受光量に基づき、ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、適切でない場合、クーロン力を調整するように位置保持用電極１１、１２および回転用電極２１、２２を制御する。
【００３１】
なお、このようなミラーデバイスを実現するための材料としては、例えば、以下のものを適用できる。
【００３２】
ミラー部１０としては、例えば、シリコンにボロンをドープして導電性を付与した導電性シリコン素材等を用い、ガラス基板２としては、例えば、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用い、ヒンジ１９としては、例えば、ミラー部１０と同材料であってもよく、別の材料であってもよい。
【００３３】
また、位置保持用電極１１、１２および回転用電極２１、２２としては、例えば、ＩＴＯ等の透明電極を用いてもよい。特に、透明電極を用いることにより、光投射部３１は、ガラス基板２だけでなく、回転用電極２１、２２を透過させて光を投射することができる。
【００３４】
また、光投射部３１は、例えば、レーザーダイオード、光ファイバー等を用いて実現でき、コリメートレンズや回折格子を用いてレーザーダイオード等からの光を平行光に変換してもよい。また、受光部３２としては、例えば、フォトダイオード等を用いてもよく、制御部３３としては、例えば、制御用の回路等を用いてもよい。
【００３５】
なお、本実施形態のミラーデバイスの製造方法としては、一般的なマイクロマシニング技術を用いて実現でき、例えば、特開平９−１５９９３７号公報に記載された手法を用いてもよい。特に、マイクロマシニング技術を用いることにより、ミラーデバイスを容易に小型化することが可能となる。
【００３６】
次に、上述したミラーデバイスの各部を用いた処理の流れについて説明する。
【００３７】
図３は、本実施形態の一例に係るミラー駆動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３８】
本実施の形態では、ミラー部１０の位置保持時には、図１（Ａ）に示すように、ミラーデバイスは、ミラー部１０の水平方向かつ回転方向の両端部に対向する位置にある位置保持用電極１１、１２に５Ｖの電圧を印加し、ミラー部１０および回転用電極２１、２２を０Ｖの電圧に保持する。
【００３９】
これにより、ミラーデバイスは、ミラー部１０を位置保持用電極１１と位置保持用電極１２の両方から吸引することにより、吸引力が相殺され、ミラー部１０を水平方向に対して傾きがない状態で保持することができる。
【００４０】
そして、ミラーデバイスは、図１（Ｂ）に示すように、回転用電極２２に５Ｖの電圧を印加し、ミラー部１０、回転用電極２１および位置保持用電極１１、１２を０Ｖの電圧に保持することにより、ミラー部１０の回転方向の端部を回転用電極２２に吸引し、ヒンジ１９をねじることによってミラー部１０を回転駆動する（ステップＳ１）。
【００４１】
また、光投射部３１は、ミラーの裏面の反射部へ向け測定用の光を投射し（ステップＳ２）、受光部３２は、当該反射部からの測定用の光の反射光を受光する（ステップＳ３）。
【００４２】
そして、制御部３３は、受光量に基づき、ミラーの傾きが適切かどうかを判定する（ステップＳ４）。
【００４３】
また、制御部３３は、ミラーの適切でないと判定した場合、クーロン力を調整するように、回転用吸引部２２の印加電圧を調整する（ステップＳ５）。なお、制御部３３は、ミラーの駆動状態に応じて位置保持用電極１１、１２および回転用電極２１、２２に選択的に電圧を印加することができる。
【００４４】
ミラーデバイスは、以上の処理（ステップＳ１〜Ｓ５）をミラーの傾きが適切になるまで繰り返し実行する。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、ミラーデバイスは、出力用の光の光源とは別の光源である光投射部３１からの測定用の光の反射光を、受光部３２を用いて測定することによってミラーの傾きを把握することができるため、出力用の光を減衰させることなく、ミラーの傾きを調整することができる。
【００４６】
しかも、本実施形態によれば、ミラーデバイスは、クーロン力を用いることにより、ミラーデバイスは、低消費電力でミラーを駆動することができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、ミラーデバイスは、ミラー部１０の水平方向であって、かつ、ミラー部１０の回転方向の両端部に対向する位置でクーロン力を発生することにより、ミラー部１０を両側から吸引して保持することができるため、ミラーの位置を安定させることができる。また、これにより、ミラーデバイスの耐振動性を向上させることもできる。
【００４８】
（変形例）
また、本発明の適用は、上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００４９】
例えば、制御部３３は、アナログ的な光パワーの出力だけでなく、デジタル的な光パワーの出力に対しても位置保持用電極１１等を制御することができる。
【００５０】
図４は、本実施形態の一例に係るミラー移動量と光パワーとの関係を示す模式図であり、図４（Ａ）は、アナログ的なミラー移動量と光パワーとの関係を示す模式図であり、図４（Ｂ）は、デジタル的なミラー移動量と光パワーとの関係を示す模式図である。また、図５は、本実施形態の他の一例に係るミラー部２１０を示す模式図である。
【００５１】
例えば、上述した実施例のように、ミラーの反射部が平面状の場合、反射光の出力の変化は図４（Ａ）に示すようにアナログ的なものとなるが、図５に示すミラー部２１０のように、光を反射する平面部と光を透過する凹部が連続して形成されている場合、ミラー部２１０の移動によって反射光の出力の変化は図４（Ｂ）に示すようにデジタル的なものとなる。
【００５２】
このように、制御部３３は、アナログ的な光パワーの出力だけでなく、デジタル的な光パワーの出力に対しても位置保持用電極１１等を制御することができる。
【００５３】
また、上述した実施例では、光投射部３１にレーザーダイオード、受光部３２をフォトダイオードを用い別の部材として形成したが、レーザーダイオードを用いて光投射部３１および受光部３２の両方の機能を有する部材として形成してもよい。
【００５４】
また、上述した実施例では、ミラーデバイスは、測定用の光を投射して受光することによってミラーの傾きを把握したが、例えば、静電容量を測定してミラーの傾きを把握することも可能である。
【００５５】
図６は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの状態を示す模式図であり、図６（Ａ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの位置保持時の状態を示す模式図であり、図６（Ｂ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの回転時の状態を示す模式図である。
【００５６】
例えば、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、ミラーデバイスに、光投射部３１、受光部３２、制御部３３に代えて、回転用電極２１、２２および位置保持用電極１１、１２の静電容量を測定する測定部３５と、当該静電容量に基づき、ミラーの傾きが適切かどうかを判定し、適切でない場合には、回転用電極２１、２２および位置保持用電極１１、１２の印加電圧を調整する制御部３４を設けてもよい。
【００５７】
静電容量は、回転用電極２１、２２および位置保持用電極１１、１２とミラーが対向する面積によって変化するため、ミラーデバイスは、静電容量を測定することによってミラーの傾きを把握することができる。
【００５８】
このような構成によっても、ミラーデバイスは、ミラーとクーロン力を発生する位置保持用電極１１等との位置関係によって変化する静電容量を測定することによってミラーの傾きを把握することができるため、出力用の光を減衰させることなく、ミラーの傾きを調整することができる。
【００５９】
なお、ミラーデバイスは、位置保持用電極１１、１２、回転用電極２１、２２のすべての静電容量を測定してもよいし、いずれか１つの電極の静電容量を測定してもよい。
【００６０】
また、測定部３５としては、一般的な静電容量測定器（例えば、ＬＣＲメーター等）を用いて実現でき、制御部３４としては、例えば、制御用の回路等を用いて実現できる。
【００６１】
また、ミラー部１０の形状は、矩形に限定されず、矩形以外の形状を採用してもよい。
【００６２】
図７は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【００６３】
例えば、図７に示すように、ミラー部１１０および位置保持用電極１１１、１１２は、お互いの対向部分が相互に噛み合うように、当該対向部分が、凹凸状に形成されていてもよい。
【００６４】
これによれば、ミラーデバイスは、対向部分をいわゆる櫛歯型に形成することにより、ミラー部１１０および位置保持用電極１１１、１１２において、お互いの対向部分を平面状に形成した場合と比べ、凹凸状に形成することにより、対向部分の面積が増えるため、ミラーの傾きをより安定させることができる。
【００６５】
なお、ミラー部１１０を凹凸状に形成する場合、例えば、特開平９−１５９９３７号公報に記載された手法を用い、ミラー部１１０の凹凸部を形成するためのシリコンエッチングを行う際に、ミラー以外の部分をエッチングするのではなく、スリット形状にエッチングすればよい。
【００６６】
また、凹凸状にエッチングすることにより、従来と比較してエッチングする面積が少なくなるため、従来よりもエッチング精度を向上させたり、エッチング剤（エッチング液、ＣＦ４、ＳＦ６等のエッチングガス等）を削減することが可能となる。
【００６７】
なお、凹凸の組み合わせは、櫛歯型の直角でなくてもよく、波型のように円弧状であってもよい。
【００６８】
また、ミラー部１１０の対向部分と、位置保持用電極１１１、１１２の対向部分との間隔は、等間隔に限定されず、例えば、ミラー部１１０の回転方向の間隔が非回転方向の間隔と比べて広くなるように形成してもよい。
【００６９】
これによれば、ミラーデバイスは、ミラーの使用時にはミラーを回転させやすく、かつ、ミラーの位置保持時にはミラーの位置を安定させやすくすることができる。
【００７０】
また、位置保持用電極１１等に印加する電圧は、上述した実施例では、０Ｖ、５Ｖであったが、これらの数値には限定されない。
【００７１】
また、上述した実施例では、クーロン力を用いてミラーの位置を保持したが、例えば、位置保持用電極とミラー部の極性を逆（例えば、Ｓ極とＮ極）にして電磁気力を用いてミラーの位置を保持してもよい。
【００７２】
また、本発明に係るミラーデバイスは、光スイッチのほか、ルータ、プロジェクタ等の種々の電子機器に実装することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの状態を示す模式図であり、図１（Ａ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの位置保持時の状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの回転時の状態を示す模式図である。
【図２】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【図３】本実施形態の一例に係るミラー駆動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の一例に係るミラー移動量と光パワーとの関係を示す模式図であり、図４（Ａ）は、アナログ的なミラー移動量と光パワーとの関係を示す模式図であり、図４（Ｂ）は、デジタル的なミラー移動量と光パワーとの関係を示す模式図である。
【図５】本実施形態の他の一例に係るミラー部を示す模式図である。
【図６】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの状態を示す模式図であり、図６（Ａ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの位置保持時の状態を示す模式図であり、図６（Ｂ）は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの回転時の状態を示す模式図である。
【図７】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの平面図である。
【符号の説明】
１０、１１０、２１０　ミラー部、　１１、１２、１１１、１１２　位置保持用電極、　１９　ヒンジ（回転軸部）、　２１、２２　回転用電極、　３１　光投射部、　３２　受光部、　３３、３４　制御部、　３５　測定部
【図１】
2004117836.tif 000003
【図２】
2004117836.tif 000004
【図３】
2004117836.tif 000005
【図４】
2004117836.tif 000006
【図５】
2004117836.tif 000007
【図６】
2004117836.tif 000008
【図７】
2004117836.tif 000009