(57)【要約】【課題】より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動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】ミラーと一体的に形成されたミラー側作用部４３、４４と、ミラーの支持基板に対向側作用部４１、４２を設け、Ｘ方向側のミラー側作用部４３と対向側作用部４１との間隔を、Ｘ方向の逆方向側のミラー側作用部４４と対向側作用部４２との間隔と比べて狭く形成する。そして、ミラー側作用部４３と対向側作用部４１とに電位差による吸引力を生じさせてミラーを一旦Ｘ方向に傾けた後、ミラー側作用部４３と対向側作用部４１との電位差をなくして吸引力を解除するとともに、ミラー側作用部４４と対向側作用部４２とに電位差による吸引力を生じさせてミラーをＸ方向の逆方向に大きく傾ける。【選択図】　　　　図１
2004101554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、前記距離依存性駆動力が作用するとともに、駆動する一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側に設けられる複数のミラー側作用部を有するミラーを含み、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けるために、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成したことを特徴とするミラーデバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置に設けられ、前記一方向および前記逆方向の少なくとも一方に前記距離依存性駆動力を生じさせる少なくとも１つのミラー側作用部を有することを特徴とするミラーデバイス。
【請求項３】
所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置であって、かつ、前記ミラーが駆動する一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側に設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けるために、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成したことを特徴とするミラーデバイス。
【請求項４】
請求項２、３のいずれかにおいて、
前記ミラーとは異なる位置に設けられた前記ミラー側作用部は、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で複数配置され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方において前記距離依存性駆動力を発生することによって前記ミラーを駆動することを特徴とするミラーデバイス。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかにおいて、
前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記ミラーとは異なる位置に設けられた前記ミラー側作用部は、前記回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置に前記距離依存性駆動力が作用するように、前記回転軸部に設けられていることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項６】
請求項５において、
前記回転軸部に対して対向する位置に複数の前記ミラー側作用部が設けられていることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記距離依存性駆動力はクーロン力であることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項８】
請求項７において、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項９】
請求項７、８のいずれかにおいて、
前記ミラー基板は導電性シリコン基板であることを特徴とするミラーデバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のミラーデバイスを有し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１〜９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１２】
所定の距離依存性駆動力が作用するとともに、ミラーが駆動される一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側のミラーに設けられる複数のミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、
前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記ミラーデバイスは、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置に設けられ、前記一方向および前記逆方向の少なくとも一方に前記距離依存性駆動力を生じさせる少なくとも１つのミラー側作用部を有することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１４】
所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置であって、かつ、前記ミラーが駆動する一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側に設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部と、当該ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法であって、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１５】
請求項１３、１４のいずれかにおいて、
前記ミラーとは異なる位置に設けられた前記ミラー側作用部は、前記ミラーの駆動方向と交わる方向に所定の間隔で複数配置され、
前記ミラーから離れた位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記ミラーから近い位置にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成し、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方において前記距離依存性駆動力を発生することによって前記ミラーを駆動することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれかにおいて、
前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で前記距離依存性駆動力を作用させることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記回転軸部に対して対向する位置に複数のミラー側作用部が設けられ、
前記ミラーを一方向に傾けさせる場合は、当該一方向側にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与し、前記ミラーを逆方向に傾けさせる場合は、当該逆方向側にあり、前記一方向側にある複数のミラー側作用部と対向する位置にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれかにおいて、
前記対向側作用部は、前記ミラー側作用部と対向する位置ごとに設けられ、
前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部ごとに前記距離依存性駆動力を付与することを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれかにおいて、
前記距離依存性駆動力はクーロン力であることを特徴とするミラーデバイス駆動方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であ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】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
ミラーデバイスを駆動する場合、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動することが課題となっている。
【０００３】
このような課題を解決するため、特開２００１−３１１９００号公報では、ミラーの駆動方向の下面に傾斜面を有する対向電極を設け、当該傾斜面の傾斜方向に溝を設けた光走査装置が提案されている。
【０００４】
すなわち、ミラーデバイスを駆動する駆動力については、例えば、クーロン力によって静電駆動する場合、電極間の距離が近いほど駆動力が増し、電極間の距離が遠いほど駆動力が減る距離依存性を有する。
【０００５】
したがって、上記公報の方式では、傾斜が緩やかな場合には適用可能と思われるが、傾斜角を大きくするほどミラーと対向電極との距離が離れてしまい、より大きな駆動力が必要となり、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動するという課題を適切に解決することはできない。
【０００６】
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、より少ない駆動力でミラーをより大きく駆動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。
【０００７】
【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、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、前記距離依存性駆動力が作用するとともに、駆動する一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側に設けられる複数のミラー側作用部を有するミラーを含み、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けるために、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成したことを特徴とする。
【０００８】
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し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
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。
【００１０】
また、本発明に係るミラーデバイス駆動方法は、所定の距離依存性駆動力が作用するとともに、ミラーが駆動される一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側のミラーに設けられる複数のミラー側作用部と、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法において、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾け、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、
前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けることを特徴とする。
【００１１】
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、前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置に設けられ、前記一方向および前記逆方向の少なくとも一方に前記距離依存性駆動力を生じさせる少なくとも１つのミラー側作用部を有してもよい。
【００１２】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラーデバイスは、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置に設けられ、前記一方向および前記逆方向の少なくとも一方に前記距離依存性駆動力を生じさせる少なくとも１つのミラー側作用部を有してもよい。
【００１３】
また、本発明に係るミラーデバイスは、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーを有するミラー基板と、当該ミラー基板を支持する支持基板とを有するミラーデバイスにおいて、
前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置であって、かつ、前記ミラーが駆動する一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側に設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部を有し、
前記支持基板は、前記ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部を有し、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾けるために、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔を、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成したことを特徴とする。
【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し、前記ミラーの駆動によって光路を切り替え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、所定の距離依存性駆動力によって駆動されるミラーと一体的に形成され、前記ミラーとは異なる位置であって、かつ、前記ミラーが駆動する一方向側および当該一方向とは逆の逆方向側に設けられ、前記距離依存性駆動力が作用する複数のミラー側作用部と、当該ミラー側作用部との間で前記距離依存性駆動力が作用する複数の対向側作用部とを有するミラーデバイスを駆動するミラーデバイス駆動方法であって、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔は、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部と前記対向側作用部との間隔と比較して狭く形成され、
前記ミラー側作用部および前記対向側作用部は、前記距離依存性駆動力として吸引力を発生可能に形成され、
前記一方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせて前記ミラーを前記一方向側に傾けた状態で、
当該ミラー側作用部および当該対向側作用部が吸引力を解除することによって当該ミラー側作用部に反動作用を生じさせ、前記逆方向側にある前記ミラー側作用部および前記対向側作用部が吸引力を発生することによって当該ミラー側作用部と当該対向側作用部との間に吸引作用を生じさせることによって前記ミラーを前記逆方向側に傾け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、距離依存性のある駆動力（例えば、クーロン力、電磁気力等）を用いてミラーを駆動する場合に、一方向側にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔を、逆方向側にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔と比較して狭く形成しておき、一旦、一方向側にミラーを傾けた後、その反動で逆方向側にミラーを傾けることができる。
【００１８】
すなわち、一方向側にあるミラー側作用部と対向側作用部との間隔は狭いので、ミラーデバイス等は、一方向側にあるミラー側作用部および対向側作用部に吸引力を発生させることにより、少ない駆動力でミラーを傾けることができる。
【００１９】
そして、ミラーデバイス等は、一方向側にミラーを傾けた状態で、一方向側にあるミラー側作用部および対向側作用部の吸引力を解除することにより、その反動でミラーを若干逆方向側に傾けることができる。
【００２０】
この状態では、初期状態と比べて逆方向側のミラー側作用部と対向側作用部との間隔は狭くなっている。
【００２１】
この状態で、ミラーデバイス等は、逆方向側のミラー側作用部および対向側作用部に吸引力を発生させることにより、ミラーを逆方向側に傾けることができる。
【００２２】
以上の手順により、ミラーデバイス等は、より少ない駆動力で、ミラーをより大きく駆動することができ、ミラーをより大きく傾けることができる。
【００２３】
なお、吸引力を発生する手法としては、例えば、前記距離依存性駆動力としてクーロン力を用いる場合には、前記ミラー側作用部と前記対向側作用部に電位差を生じさせる手法を採用し、前記距離依存性駆動力として電磁気力を用いる場合には、前記ミラー側作用部と前記対向側作用部の極性を逆（例えば、Ｎ極とＳ極）にする手法を採用してもよい。
【００２４】
また、ミラーの駆動をより効率的に行う手法としては、例えば、吸引とその解除のタイミングを前記ミラー側作用部、ミラーの回転軸部によって構成される振動系の共振周波数にほぼ一致させる手法を採用してもよい。
【００２５】
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、前記ミラー基板は、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記ミラー側作用部は、前記回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置に前記距離依存性駆動力が作用するように、前記回転軸部に設けられていてもよい。
【００２６】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラーと一体的に形成され、前記ミラーを回転可能に支持する回転軸部から前記ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で前記距離依存性駆動力を作用させてもよい。
【００２７】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーの回転方向側の端部方向にずれた位置で距離依存性駆動力を作用させることにより、回転軸部をねじり、ミラーを回転駆動することができる。
【００２８】
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、前記回転軸部に対して対向する位置に複数の前記ミラー側作用部が設けられていてもよい。
【００２９】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記回転軸部に対して対向する位置に複数のミラー側作用部が設けられ、
前記ミラーを一方向に傾けさせる場合は、当該一方向側にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与し、前記ミラーを逆方向に傾けさせる場合は、当該逆方向側にあり、前記一方向側にある複数のミラー側作用部と対向する位置にある複数のミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部との間に前記距離依存性駆動力を付与してもよい。
【００３０】
これによれば、ミラーデバイス等は、ミラーを正逆両方向に回転駆動するそれぞれの場合において、少ない駆動力でミラーを駆動することが可能となる。
【００３１】
これにより、ミラーデバイス等は、より少ない駆動力でミラーの振れ角をより大きなものとすることが可能となる。
【００３２】
また、前記ミラーデバイス駆動方法において、前記対向側作用部は、前記ミラー側作用部と対向する位置ごとに設けられ、
前記ミラー側作用部と当該ミラー側作用部に対向する前記対向側作用部ごとに前記距離依存性駆動力を付与してもよい。
【００３３】
これによれば、各ミラー側作用部と対向側作用部との組ごとに距離依存性駆動力を付与することにより、ミラーの振れ角を段階的に制御することが可能となる。
【００３４】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチ、前記電子機器および前記ミラーデバイス駆動方法において、前記距離依存性駆動力はクーロン力であってもよい。
【００３５】
また、前記ミラーデバイス、前記光スイッチ、前記電子機器および前記ミラーデバイス駆動方法において、前記ミラー側作用部および前記対向側作用部の少なくとも一方は電極であってもよい。
【００３６】
これによれば、ミラーデバイス等は、クーロン力（静電気力）によって低電圧駆動でもミラーを大きく駆動することができる。また、ミラーデバイス等は、静電駆動方式を採用することにより、ミラーの駆動のために必要となる消費電力と発熱を抑制することができる。
【００３７】
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、前記ミラー基板は導電性シリコン基板であってもよい。
【００３８】
これによれば、ミラーデバイス等は、導電性シリコン基板を用いることにより、ミラー基板に電極を用いることなく、静電駆動することが可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ミラーの傾きによって光路を切り替える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。
【００４０】
（第１の実施例）
まず、本実施形態のミラーデバイスの動作原理について説明する。
【００４１】
図１は、本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示す模式図であり、図１（Ａ）はｔ１時点でのミラーの動作状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）はｔ２時点でのミラーの動作状態を示す模式図であり、図１（Ｃ）はｔ３時点でのミラーの動作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側作用部４３、４４と対向側作用部４１、４２の電圧の変化を示すタイミングチャートを示す図である。
【００４２】
ここでは、ミラーの回転軸部であるヒンジ４５と、ヒンジ４５に設けられ、ミラーとは異なる位置にミラーの回転方向の両側に設けられるミラー側作用部４３、４４と、ミラーの支持基板４６上に設けられる対向側作用部４１、４２を含むミラーデバイスについて説明する。
【００４３】
ミラー側作用部４３、４４および対向側作用部４１、４２は、電圧のＯＮ、ＯＦＦの設定が可能である。
【００４４】
また、本実施形態のミラーデバイスは、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、ミラーが駆動する一方向（Ｘ方向）側にあるミラー側作用部４３と対向側作用部４１との間隔は、当該一方向の逆方向（Ｘ方向の逆方向）側にあるミラー側作用部４４と対向側作用部４２との間隔と比較して狭く形成されている。
【００４５】
図１（Ａ）および図２に示すように、初期状態のｔ１時点では、ミラー側作用部４３、４４および対向側作用部４１、４２のすべてがＯＦＦになっている。
【００４６】
そして、図１（Ｂ）および図２に示すように、ｔ２時点で、ミラーデバイスは、ミラー側作用部４３、４４と対向側作用部４２の電圧をＯＮにし、対向側作用部４１の電圧をＯＦＦのままとする。
【００４７】
これにより、一方向側にあるミラー側作用部４３と対向側作用部４１との間に電位差が生じ、クーロン力による吸引力が発生し、ミラー側作用部４４と対向側作用部４２との間には電位差が生じず、吸引力は発生しない。
【００４８】
この作用により、図１（Ｂ）に示すように、ミラーは、一方向側に傾く。
【００４９】
そして、この状態で、一旦全ての電圧をＯＦＦにすることにより、ヒンジ４５のねじりトルク（ばね力）によって、ミラー側作用部４３、４４は振動する。この振動によってミラー側作用部４４が対向側作用部４２に接近した時点、すなわち、図１（Ｃ）および図２に示すｔ３時点で、ミラーデバイスは、対向側作用部４１の電圧をＯＮにし、対向側作用部４２の電圧をＯＦＦにし、ミラー側作用部４３、４４をＯＮとする。
【００５０】
これにより、逆方向側にあるミラー側作用部４４と対向側作用部４２との間に電位差が生じ、クーロン力による吸引力が発生し、ミラー側作用部４３と対向側作用部４１との間には電位差が生じず、吸引力は発生しない。
【００５１】
この作用により、図１（Ｃ）に示すように、ミラーは、逆方向側に大きく傾く。
【００５２】
このように、ミラーの駆動方向において、段差を設け、吸引力と反動力を組み合わせてミラーを駆動することにより、より少ない駆動力でより大きくミラーを駆動することができる。
【００５３】
次に、本実施形態のミラーデバイスの構成について説明する。
【００５４】
図３は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。また、図４は、本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。また、図５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。
【００５５】
図３〜図５に示すように、本実施形態のミラー側基板であるシリコン基板１は、ミラー１０と、ミラー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１０の両側に所定間隔で配置され、ヒンジ１９を挟んで対向する位置に１つずつ設けられ、ミラー１０を駆動する８つのミラー側作用部１１〜１８と、ミラー側作用部１１〜１８に電力を供給する共通電極２３とを含んで構成されている。
【００５６】
なお、ミラー１０、ヒンジ１９およびミラー側作用部１１〜１８は、一体的に形成されている。
【００５７】
また、シリコン基板１の下面に陽極接合され、シリコン基板１を支持する支持基板であるガラス基板２は、ミラー側作用部１１〜１８に対向して設けられ、駆動力を発生する８つの対向側作用部３１〜３８と、対向側作用部３１〜３８に電力を供給するセグメント電極２１、２２と、陽極接合する際にミラー１０がガラス基板２に接合されることを防止するための等電位配線２５とを含んで構成されている。
【００５８】
また、シリコン基板１とガラス基板２とを陽極接合する際には、シリコン基板１と等電位配線２５とは同電位となるようにミラーデバイスを構成する。なお、等電位配線２５を、ミラー１０を直接駆動する電極として構成してもよい。
【００５９】
また、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８は、いわゆる平行平板静電アクチュエータとして機能する。これにより、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８との間には距離依存性のある（距離が遠くなるほど作用が弱くなる）駆動力の一種であるクーロン力（静電気力）が作用する。
【００６０】
また、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８との間隔は、Ｘ方向側の各作用部の間隔のほうがＸ方向の逆方向の各作用部の間隔よりも狭く、かつ、ミラー１０から遠い各作用部の間隔のほうがミラー１０から近い各作用部の間隔よりも狭く形成されている。
【００６１】
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。
【００６２】
シリコン基板１としては、例えば、シリコンにボロンドープ剤を塗布して導電性を付与したもの等を用い、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、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１８としては、例えば、シリコン基板１と同材料であってもよく、ミラー１０としてアルミニウム等を用い、ミラー側作用部１１〜１８としてＩＴＯ等の透明電極を用いてもよい。
【００６３】
また、セグメント電極２１、２２、対向側作用部３１〜３８としては、例えば、ＩＴＯ等の透明電極を用いてもよく、共通電極２３としては、例えば、プラチナ等を用いてもよく、等電位配線２５等の配線としては、例えば、ＩＴＯ、クロム、金等を用いてもよい。
【００６４】
ガラス基板２側に形成するこれらの電極パターンの材料としてＩＴＯを適用することにより、シリコン基板１とガラス基板２の接合後においても、ガラス基板２の外部から透明な電極（ＩＴＯ）を通してガラス基板２内部のアクチュエータを検査することが可能となる。さらに、この場合ＩＴＯは、酸化物電極であるため、耐久性にも優れるといった利点を有する。
【００６５】
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。
【００６６】
次に、本実施形態のミラーデバイスの動作について説明する。
【００６７】
初期状態（図１（Ａ）に示す状態）では、ミラー側作用部１１〜１８および対向側作用部３１〜３８の電圧はすべてＯＦＦ（例えば０Ｖ）になっている。
【００６８】
そして、ミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８の電圧をＯＮ（例えば＋１０Ｖ）に設定し、Ｘ方向側の対向側作用部３１〜３４の電圧をＯＦＦのままとし、Ｘ方向の逆方向側の対向側作用部３５〜３８の電圧をＯＮに設定する。
【００６９】
上述したように、ミラー１０から遠いミラー側作用部１１、１４と対向側作用部３１、３４の間隔のほうがミラー１０から近いミラー側作用部１２、１３と対向側作用部３２、３３の間隔よりも狭い。
【００７０】
また、ミラー側作用部１１、１４と対向側作用部３１、３４の間隔のほうがミラー側作用部１５、１８と対向側作用部３５、３８の間隔よりも狭い。
【００７１】
このため、上記設定により、まず、ミラー側作用部１１、１４と対向側作用部３１、３４の間にクーロン力による吸引力が生じ、ヒンジ１９がねじられることにより、ミラー１０とミラー側作用部１１〜１４がＸ方向に傾く。
【００７２】
これにより、ミラー側作用部１２、１３と、対向側作用部３２、３３との間隔は初期状態よりも狭くなる。
【００７３】
この状態となることにより、ミラー側作用部１２、１３と、対向側作用部３２、３３との間にもクーロン力による吸引力が生じ、ヒンジ１９がさらにねじられることにより、ミラー１０とミラー側作用部１１〜１４がさらにＸ方向に傾く。
【００７４】
これにより、ミラー１０は、図１（Ｂ）に示すように、間隔の狭いＸ方向側に傾いた状態となる。
【００７５】
この状態で、ミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８の電圧をＯＮのままとし、Ｘ方向側の対向側作用部３１〜３４の電圧をＯＮに変更し、Ｘ方向の逆方向側の対向側作用部３５〜３８の電圧をＯＦＦに変更する。
【００７６】
上述したように、ミラー１０から遠いミラー側作用部１５、１８と対向側作用部３５、３８の間隔のほうがミラー１０から近いミラー側作用部１６、１７と対向側作用部３６、３７の間隔よりも狭い。
【００７７】
このため、上記設定により、まず、ミラー側作用部１５、１８と対向側作用部３５、３８の間にクーロン力による吸引力が生じる。
【００７８】
これにより、ヒンジ１９がＸ方向の逆方向にねじられることにより、ミラー１０とミラー側作用部１５〜１８がＸ方向の逆方向に傾く。
【００７９】
これにより、ミラー側作用部１６、１７と、対向側作用部３６、３７との間隔は初期状態よりも狭くなる。
【００８０】
この状態となることにより、ミラー側作用部１６、１７と、対向側作用部３６、３７との間にもクーロン力による吸引力が生じ、ヒンジ１９がさらにねじられることにより、ミラー１０とミラー側作用部１５〜１８がさらにＸ方向の逆方向に傾く。
【００８１】
これにより、ミラー１０は、図１（Ｃ）に示すように、Ｘ方向の逆方向に大きく傾いた状態となる。
【００８２】
以上の手順により、ミラーデバイスは、ミラー１０を一旦Ｘ方向に傾けた後、その反動でＸ方向の逆方向により大きく傾けることができる。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、ミラーデバイスは、クーロン力を用いてミラーを駆動する場合に、一方向側にあるミラー側作用部１１〜１４と対向側作用部３１〜３４との間隔を、逆方向側にあるミラー側作用部１５〜１８と対向側作用部３５〜３８との間隔と比較して狭く形成しておき、一旦、一方向側にミラー１０を傾けた後、その反動で逆方向側にミラー１０を傾けることができる。
【００８４】
すなわち、一方向側にあるミラー側作用部１１〜１４と対向側作用部３１〜３４との間隔は狭いので、ミラーデバイスは、一方向側にあるミラー側作用部１１〜１４および対向側作用部３１〜３４に吸引力を発生させることにより、少ない駆動力でミラーを傾けることができる。
【００８５】
そして、ミラーデバイスは、一方向側にミラー１０を傾けた状態で、一方向側にあるミラー側作用部１１〜１４および対向側作用部３１〜３４の吸引力を解除することにより、その反動でミラー１０を若干逆方向側に傾けることができる。
【００８６】
この状態では、初期状態と比べて逆方向側のミラー側作用部１５〜１８と対向側作用部３５〜３８との間隔は狭くなっている。
【００８７】
この状態で、ミラーデバイスは、逆方向側のミラー側作用部１５〜１８および対向側作用部３５〜３８に吸引力を発生させることにより、ミラー１０を逆方向側に傾けることができる。
【００８８】
以上の手順により、ミラーデバイスは、より少ない駆動力で、ミラー１０をより大きく駆動することができ、ミラー１０をより大きく傾けることができる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、ミラー１０と一体的に形成され、ミラー１０から離れた位置にあるミラー側作用部１１、１４、１５、１８と対向側作用部３１、３４、３５、３８との間隔を、ミラー１０から近い位置にあるミラー側作用部１２、１３、１６、１７と対向側作用部３２、３３、３６、３７との間隔と比較して狭く形成することにより、より少ない駆動力でより大きなミラー１０の振れ角を実現することができる。
【００９０】
すなわち、初期状態では、ミラー１０とガラス基板２との間隔は広く、そのままミラー１０を傾けるためには大きな駆動力が必要となるが、段差を設け、間隔が狭い電極から徐々に駆動することにより、徐々にミラー１０とガラス基板２との間隔や電極間の間隔を狭めていくことができる。
【００９１】
また、ミラー１０とミラー側作用部１１〜１８とはヒンジ１９によって接合されているため、ミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８をミラー１０の外側から順に静電駆動することにより、徐々にヒンジ１９をねじり、ミラー１０を徐々に回転することができる。
【００９２】
また、このような構成を採用することにより、設計上、ミラー１０とガラス基板２との間隔を広く設定することができる。
【００９３】
したがって、より少ない駆動力でより大きなミラー１０の振れ角を実現することができる。
【００９４】
また、本実施形態のミラーデバイスは、ミラー側作用部１１〜１８と対向側作用部３１〜３８の組ごとにクーロン力を付与することができるため、ミラー１０の振れ角を段階的に制御することが可能となる。
【００９５】
また、ミラーデバイスは、クーロン力を用いてミラー１０等を静電駆動するため、消費電力と発熱を低減することができる。
【００９６】
また、ミラー基板を導電性のシリコン基板１として形成することにより、ミラー１０やミラー側作用部１１〜１８に電極を設ける必要はないため、消費電力と発熱をより低減することができる。
【００９７】
（第２の実施例）
なお、本発明は、第１の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第１の実施例では、ミラー１０およびミラー１０の対向位置に電極を設けていないが、ミラー１０およびミラー１０の対向位置に電極を設けてもよい。
【００９８】
図６は、本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。また、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。
【００９９】
本実施例では、ミラー１０の駆動方向の端部のそれぞれに対向する位置に対向側作用部３９、４０を設けている。
【０１００】
ミラー１０を一方向（例えば、図６に示すＸ方向）に傾ける場合は、まず、対向側作用部３１、３４に電圧を印加し、次に、対向側作用部３２、３３に電圧を印加し、最後に、対向側作用部３９に電圧を印加することにより、ミラー１０を一方向に傾けることができる。
【０１０１】
また、ミラー１０を逆方向（例えば、図６に示すＸ方向の逆方向）に傾ける場合は、まず、対向側作用部３５、３８に電圧を印加し、次に、対向側作用部３６、３７に電圧を印加し、最後に、対向側作用部４０に電圧を印加することにより、ミラー１０を逆方向に傾けることができる。
【０１０２】
このように、ミラー１０の対向位置に対向側作用部３９、４０を設けた場合であっても、ミラーデバイスは、ミラー１０を一旦、一方向側に傾けた後、その反動で逆方向に傾けることが可能である。
【０１０３】
また、ミラーデバイスは、本実施例においても、ミラー１０を段階的に駆動することにより、より少ない駆動力でより大きなミラー１０の振れ角を得ることができる。
【０１０４】
（変形例）
また、本発明の適用は、上述した第１および第２の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【０１０５】
例えば、上述した実施例では、ミラー１０の両側に静電アクチュエータを設けたが、ミラー１０の片側を固定し、他の片側に静電アクチュエータを設けてもよい。この場合、当該静電アクチュエータの対向位置にのみ電極を設け、当該静電アクチュエータのない片側の対向位置には電極を設ける必要はない。
【０１０６】
また、例えば、上述した実施例では、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１８としてシリコン基板１と同材料のものを用いたが、ミラー１０およびミラー側作用部１１〜１８のそれぞれに電極を設け、対向側の対向側作用部３１〜４０ではなく、当該電極に電圧を印加し、電位差を長じさせ、ミラー側作用部１１〜１８で距離依存性駆動力を発生することにより、上述した段階的な駆動を行ってもよい。
【０１０７】
また、電位差は、＋１０Ｖだけでなく、＋２０Ｖ、−１０Ｖ等の種々の電位差を適用可能である。
【０１０８】
また、上述した実施例では、距離依存性のある駆動力としてクーロン力を用いたが、例えば、電磁気力等を用いてもよい。
【０１０９】
また、本発明に係るミラーデバイスは、ミラーの傾きによって光路を切り替える光スイッチのほか、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。
【０１１０】
さらに、上述した実施例ではいわゆる平行平板の静電アクチュエータ方式を採用したが、シリコン基板１側およびガラス基板２側の少なくとも一方に傾きを設けてもよく、電極の配置されるガラス基板２を階段状ではなく、ミラー１０の位置が最も深い逆Ｖ字型に形成してもよい。
【０１１１】
また、上述した実施例では、図１（Ａ）に示すように、２段構成であったが、３段以上の構成としたり、１段構成としてもよい。
【０１１２】
また、上述した実施例では、ミラー側作用部１１〜１８をミラー１０の回転方向と直交する方向に配置したが、例えば、ミラー１０の対角線方向等に設けてもよい。
【０１１３】
さらに、ミラーの駆動方法は、上述した１軸の回転駆動に限定されず、種々の駆動方法に対して本発明を適用可能である。
【０１１４】
例えば、矩形のミラーを手前奥方向と左右方向の２軸で回転駆動する場合、ミラーの外側の対角線方向に所定間隔でミラー側作用部と対向側作用部を設ければよい。
【０１１５】
そして、ミラーを手前側に傾ける場合は、左手前位置および右手前位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを奥側に傾ける場合は、左奥位置および右奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを左側に傾ける場合は、左手前位置および左奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動し、ミラーを右側に傾ける場合は、右手前位置および右奥位置にあるミラー側作用部と対向側作用部を静電駆動することにより、ミラーを２軸で回転駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例に係るミラーの動作状態を示す模式図であり、図１（Ａ）はｔ１時点でのミラーの動作状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）はｔ２時点でのミラーの動作状態を示す模式図であり、図１（Ｃ）はｔ３時点でのミラーの動作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側作用部と対向側作用部の電圧の変化を示すタイミングチャートを示す図である。
【図３】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの斜視図である。
【図４】本実施形態の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【図５】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６】本実施形態の他の一例に係るミラーデバイスの組立分解斜視図である。
【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】
１　シリコン基板（ミラー基板）、　２　ガラス基板（支持基板）
１０　ミラー、　１１〜１８、４３、４４　ミラー側作用部
１９　ヒンジ（回転軸部）、　２１、２２　セグメント電極
２３　共通電極、　２５　等電位配線、　３１〜４２　対向側作用部
【図１】
2004101554.tif 000003
【図２】
2004101554.tif 000004
【図３】
2004101554.tif 000005
【図４】
2004101554.tif 000006
【図５】
2004101554.tif 000007
【図６】
2004101554.tif 000008
【図７】
2004101554.tif 000009