(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を有する可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極に変位制御信号を印加して、該変位制御信号の電圧に応じた静電気力によって前記可動部を変位させる微小薄膜可動素子であって、
前記微小薄膜可動素子の駆動に際して、前記変位制御信号がＯＦＦのとき前記可動部に該可動部の共振周波数である振動発生信号を常時印加して、該可動部を絶えず振動させる振動負荷手段を備えたことを特徴とする微小薄膜可動素子。
【請求項２】
前記振動負荷手段が、前記可動部が前記振動によって前記固定電極に向かって移動したときに、該可動部を前記固定電極へ変位させるための変位制御信号を前記可動電極と前記固定電極との間へ印加することを特徴とする請求項１記載の微小薄膜可動素子。
【請求項３】
前記可動部と前記固定電極との距離が最短となったときに前記変位制御信号が印加されることを特徴とする請求項２記載の微小薄膜可動素子。
【請求項４】
前記固定電極が基板に設けられ、前記可動電極が該基板に間隙を有して支持された薄膜状の前記可動部に設けられ、該可動部が前記基板に対して略平行に接近離反動されることを特徴とする請求項１記載の微小薄膜可動素子。
【請求項５】
前記固定電極が基板に設けられ、前記可動電極が該基板に間隙を有しかつ支持部を介して支持された薄膜状の前記可動部に設けられ、該可動部が前記支持部を中心に回動されることを特徴とする請求項１記載の微小薄膜可動素子。
【請求項６】
前記可動部が反射面を有し、該可動部の反射面に入射された光が変調されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の微小薄膜可動素子。
【請求項７】
前記可動部が短絡接点を有し、該可動部の短絡接点が前記基板に設けられた入力端子と出力端子とを開閉して高周波信号の接続および切換を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の微小薄膜可動素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小薄膜可動素子を１次元または２次元配列したことを特徴とする微小薄膜可動素子アレイ。
【請求項９】
弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を有する可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極に変位制御信号を印加して、該変位制御信号の電圧に応じた静電気力によって前記可動部を変位させる微小薄膜可動素子の駆動方法であって、
前記微少薄膜可動素子の駆動に際して、前記変位制御信号がＯＦＦのとき前記可動部に該可動部の共振周波数である振動発生信号を常時印加して、該可動部を絶えず振動させることを特徴とする微小薄膜可動素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動電極と固定電極に印加する電圧に応じた静電気力によって可動部を変位させる微小薄膜可動素子および微小薄膜可動素子アレイ並びに微小薄膜可動素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ；Micro-Electro Mechanical Systems）の急速な進歩により、μｍオーダーの微小薄膜を電気的に変位・移動させる微小薄膜可動素子の開発が盛んに行われている（例えば特許文献１、２参照）。この微小薄膜可動素子には、例えばマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や、光路を切り換える光スイッチ、ＲＦ（高周波）信号の接続および切換を行うＲＦスイッチなどがある。ＤＭＤは、光学的な情報処理の分野において、投射ディスプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニター、テレビおよび電子写真プリントなど用途が広い。また、光スイッチは、光通信、光インタコネクション（並列コンピュータにおける相互結合網など光による信号接続技術）、光情報処理（光演算による情報処理）などへの応用が期待されている。
【０００３】
微小薄膜可動素子は、一般的に弾性変位可能に支持され双方向に変位する可動部を備え、この可動部が主にスイッチング動作を担う。したがって、可動部の制動制御は、良好なスイッチング動作を行う上でも特に重要となる。
【０００４】
従来、この種の微小薄膜可動素子における可動部の制動制御は、可動部が静止状態（振動していない状態）から、所望の固定電極へ向けて可動部を変位開始させるのが一般的であった。即ち、例えば可動部がヒンジを中心に回動される微小薄膜可動素子では、可動部に設けられた可動電極と、基板に設けられた固定電極とに駆動電圧が印加されると、可動部と固定電極とに静電気力が作用し、可動部が、重力、ヒンジの弾性力に抗して基板へと引き付けられる。このようにして静電気力によって可動部が揺動変位して、揺動先端が基板へと吸着される（張り付く）状態はプルイン（Pull-in）と称される。
【０００５】
【特許文献１】特表平１０−５１０３７４号公報
【特許文献２】特開平８−３３４７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微小薄膜可動素子の場合、一般的に駆動電圧をＯＦＦ状態からＯＮとした場合、図１９（ａ）に示すように、可動部が完全にプルインされるまでに、可動部の遷移期間が発生する。即ち、駆動電圧のＯＮから実質的な可動部の動作ＯＮまでに遅延が生じる。この遅延は、図１９（ｂ）に示すように、ＯＮ状態からＯＦＦとした場合であっても同様に生じる。
このような状況下において、微小薄膜可動素子が例えば露光装置等に用いられると、露光装置は、微小薄膜可動素子への駆動電圧がＯＮとなったときを、実質的な可動部の動作ＯＮとして以降の動作が行われるため、可動部をＯＮからＯＦＦ、ＯＦＦからＯＮさせたときのタイミングの差異によって、光量差が生じ、感材に対する露光量がばらつく問題を包含することとなった。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、可動部をＯＮからＯＦＦ、ＯＦＦからＯＮさせるときのタイミングの差異を小さくし、可動部変位を利用した種々の応用動作の速度および精度を低電圧で向上させることができる微小薄膜可動素子および微小薄膜可動素子アレイ並びに微小薄膜可動素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を有する可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極に変位制御信号を印加して、該変位制御信号の電圧に応じた静電気力によって前記可動部を変位させる微小薄膜可動素子であって、
前記微小薄膜可動素子の駆動に際して、前記変位制御信号がＯＦＦのとき前記可動部に該可動部の共振周波数である振動発生信号を常時印加して、該可動部を絶えず振動させる振動負荷手段を備えたことを特徴とする微小薄膜可動素子。
【０００９】
この微小薄膜可動素子では、可動部が、少なくとも変位動作の直前に振動され、変位方向への振動成分が、可動部を変位させるための慣性力として利用される。したがって、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態から可動部を変位させる従来素子に比べ、小さくかつ短時間となる。また、振動により、変位方向へ移動された可動部が変位開始されるので、可動部の変位量も少なくなる。
また、この微小薄膜可動素子によれば、可動部に負荷する振動が共振周波数の振動であるため、可動部を振動維持させるための振動発生信号、即ち、振動制御エネルギーを省力化できる。
【００１０】
（２）  記振動負荷手段が、前記可動部が前記振動によって前記固定電極に向かって移動したときに、該可動部を前記固定電極へ変位させるための変位制御信号を前記可動電極と前記固定電極との間へ印加することを特徴とする（１）記載の微小薄膜可動素子。
【００１１】
この微小薄膜可動素子では、可動部が固定電極に向かって移動したとき、振動成分が可動部を変位させるための慣性力として作用する。したがって、振動成分が、可動部を変位させるための補助力として効率よく有効利用されることとなる。
【００１２】
（３）  前記可動部と前記固定電極との距離が最短となったときに前記変位制御信号が印加されることを特徴とする（２）記載の微小薄膜可動素子。
【００１３】
この微小薄膜可動素子では、可動部が振動されることで、可動部が固定電極に対して接近離反動を繰り返すこととなるが、その周期のなかで、可動部が最も固定電極に近接したときに変位制御信号が印加されることになる。これにより、振動成分が効率的に作用することとなり、可動部を助勢するための変位制御信号、即ち、変位制御電圧が最小かつ短時間で印加可能となる。
【００１４】
（４）  前記固定電極が基板に設けられ、前記可動電極が該基板に間隙を有して支持された薄膜状の前記可動部に設けられ、該可動部が前記基板に対して略平行に接近離反動されることを特徴とする（１）記載の微小薄膜可動素子。
【００１５】
この微小薄膜可動素子では、可動部と基板とによって所謂、平行平板型の素子が構成され、可動電極と固定電極とに電圧が印加されると、静電気力によって可動部が基板へ接近する方向へ平行移動され、最終変位位置で基板へ接触する。この際、振動成分が可動部を変位させるための慣性力として利用され、可動部が低電圧かつ高速で変位可能となる。
【００１６】
（５）  前記固定電極が基板に設けられ、前記可動電極が該基板に間隙を有しかつ支持部を介して支持された薄膜状の前記可動部に設けられ、該可動部が前記支持部を中心に回動されることを特徴とする（１）記載の微小薄膜可動素子。
【００１７】
この微小薄膜可動素子では、基板の上面に、支持部を中央とした一対の固定電極が設けられ、可動部に可動電極が設けられる。一対の固定電極、可動電極に電圧が印加されると、静電気力によって可動部が支持部を中心に揺動変位され、最終変位位置で基板へ接触する。この際、振動成分が可動部を回転させるための慣性力として利用され、可動部が低電圧かつ高速で回転可能となる。
【００１８】
（６）  前記可動部が反射面を有し、該可動部の反射面に入射された光が変調されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載の微小薄膜可動素子。
【００１９】
この微小薄膜可動素子では、固定電極、可動部へ電圧が印加されると、可動部が揺動変位され、可動部の反射面に入射した光の反射方向が偏向される。この際、振動成分が可動部を回転させるための慣性力として利用され、可動部の低電圧、高速変位が可能となり、その結果、高速の光変調が可能となる。
【００２０】
（７）  前記可動部が短絡接点を有し、該可動部の短絡接点が前記基板に設けられた入力端子と出力端子とを開閉して高周波信号の接続および切換を行うことを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載の微小薄膜可動素子。
【００２１】
この微小薄膜可動素子では、可動電極、固定電極に電圧が印加されると、静電気力によって可動部が変位され、最終変位位置で可動部の短絡接点が基板の入力端子と出力端子とに同時に接触し、入力端子と出力端子とを閉じる。この際、振動成分が可動部を回転させるための慣性力として利用され、可動部の低電圧、高速変位が可能となり、その結果、ＲＦ（高周波）信号の高速接続および高速切換が可能となる。
【００２４】
（８） （１）〜（７）のいずれか１項記載の微小薄膜可動素子を１次元または２次元配列したことを特徴とする微小薄膜可動素子アレイ。
【００２５】
この微小薄膜可動素子アレイでは、個々の微小薄膜可動素子が必要最小限の静電気力で高速に作動可能となり、アレイ全体の高速動作が可能となる。また、光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となるが、本微小薄膜可動素子アレイでは、補正に対応させて個々の微小薄膜可動素子の変位制御信号が変更可能となる。
【００２６】
（９） 弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を有する可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極に変位制御信号を印加して、該変位制御信号の電圧に応じた静電気力によって前記可動部を変位させる微小薄膜可動素子の駆動方法であって、
前記微小薄膜可動素子の駆動に際して、前記変位制御信号がＯＦＦのとき前記可動部に該可動部の共振周波数である振動発生信号を常時印加して、該可動部を絶えず振動させることを特徴とする微小薄膜可動素子の駆動方法。
【００２７】
この微小薄膜可動素子の駆動方法では、可動部が、少なくとも変位動作の直前に振動され、変位方向への振動成分が、可動部を変位させるための慣性力として利用される。したがって、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態から可動部を変位させる従来素子に比べ、小さくかつ短時間となる。また、振動により、変位方向へ移動された可動部が変位開始されるので、可動部の変位量も少なくなる。
また、可動部に負荷する振動が共振周波数の振動であるため、可動部を振動維持させるための振動発生信号、即ち、振動制御エネルギーを省力化できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る微小薄膜可動素子によれば、可動部と、固定電極とを有し、可動電極と固定電極に印加する電圧に応じた静電気力によって可動部を変位させる微小薄膜可動素子において、可動部を、常時振動させるので、変位方向への振動成分が、慣性力として利用され、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態から可動部を変位させる場合に比べ、小さくかつ短時間となり、さらに、可動部の変位量も少なくなる。これにより、可動部を、低電圧で高速に変位できるようになる。この結果、可動部をＯＮからＯＦＦ、ＯＦＦからＯＮさせるときのタイミングの差異を小さくし、可動部変位を利用した種々の応用動作の速度および精度を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係る微小薄膜可動素子アレイによれば、請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の微小薄膜可動素子を１次元または２次元配列したので、個々の微小薄膜可動素子を必要最小限の静電気力で高速に作動させ、アレイ全体の高速動作が可能となる。これにより、例えば高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタ表示等が可能となる。また、光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となるが、本微小薄膜可動素子アレイによれば、補正に対応させて個々の微小薄膜可動素子の変位制御信号を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る微小薄膜可動素子および微小薄膜可動素子アレイ並びに微小薄膜可動素子の駆動方法の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る微小薄膜可動素子の第１の実施の形態を（ａ），（ｂ）で表す概念図である。
本実施の形態による微小薄膜可動素子１００は、基本的な構成要素として、基板２１と、基板２１に空隙２３を介して平行に配置される小片状の可動部２７と、可動部２７の両縁部から延出される支持部であるヒンジ２９、２９と、このヒンジ２９、２９を介して可動部２７を基板２１に支持するスペーサ３１、３１とを備える。このような構成により、可動部２７は、ヒンジ２９、２９の捩れによって回転変位が可能となっている。
【００３２】
微小薄膜可動素子１００は、可動部２７の上面が光反射部（マイクロミラー部）となる。この他、本発明に係る微小薄膜可動素子は、可動部２７の材質を適宜選択し、或いは短絡接点等を付設することにより、音波、流体、熱線のスイッチング、或いはＲＦ信号のスイッチングも可能にすることができる。
【００３３】
本実施の形態において、可動部２７は、特定方向の変位の最終位置に到達するに際し、基板２１や図示しない停止部材に接触して停止する。つまり、接触型の微小薄膜可動素子を構成している。
【００３４】
基板２１の上面には、ヒンジ２９、２９を中央として両側に固定電極である第１アドレス電極３５ａと第２アドレス電極３５ｂが設けられる。また、可動部２７にもその一部に可動電極２８が設けられている。微小薄膜可動素子１００には基板２１中に詳細を後述する振動負荷手段を備えた駆動回路３７が設けられ、駆動回路３７は可動部２７と第１アドレス電極３５ａとの間、可動部２７と第２アドレス電極３５ｂとの間に電圧を印加する。微小薄膜可動素子１００は、基本動作として、第１アドレス電極３５ａ、第２アドレス電極３５ｂ、可動部２７へ電圧を印加することによって、ヒンジ２９、２９を捩り中心として可動部２７を揺動変位させる。つまり、可動部２７がマイクロミラー部であることにより、光の反射方向がスイッチングされる。
【００３５】
微小薄膜可動素子１００では、可動部２７に対し、第１アドレス電極３５ａ、第２アドレス電極３５ｂに電位差を与えると、それぞれの電極と、可動部２７との間に静電気力が発生し、ヒンジ２９、２９を中心に回転トルクが働く。この際に発生する静電気力は、真空中の誘電率、可動部２７の面積、印加電圧、可動部２７とアドレス電極の間隔に依存する。
【００３６】
したがって、真空中の誘電率、可動部２７の面積、可動部２７とアドレス電極の間隔、ヒンジ２９、２９の弾性係数が一定である場合、可動部２７は、それぞれの電極の電位を制御することにより、左右に回転変位可能となる。例えば、Ｖａ＞Ｖｂのときには、第１アドレス電極３５ａと可動部２７に発生する静電気力が、第２アドレス電極３５ｂと可動部２７に発生する静電気力より大きくなり、可動部２７が左側に傾く。逆に、Ｖａ＜Ｖｂのときは、第２アドレス電極３５ｂと可動部２７に発生する静電気力が、第１アドレス電極３５ａと可動部２７に発生する静電気力より大きくなり、可動部２７がは右側に傾く。
【００３７】
このように、可動部２７の可動電極、第１アドレス電極３５ａ、第２アドレス電極３５ｂは、可動部２７を回転変位させる駆動源となっている。このような駆動源から可動部２７へ加えられる物理的作用力が、静電気力となることで、高速な回転変位が可能となっている。
【００３８】
なお、可動部２７に作用させる物理的作用力は、静電気力以外の物理的作用力であってもよい。その他の物理的作用力としては、例えば、圧電体による効果や電磁力を挙げることができる。この場合、駆動源としては、圧電素子を用いた圧電型アクチュエータや、マグネット・コイルを用いた電磁型アクチュエータが採用される。
【００３９】
このように、微小薄膜可動素子１００は、双方向に変位する可動部２７を備え、この可動部２７がスイッチング機能を有する。可動部２７は、物理的作用力を加える複数の駆動源（可動部２７の可動電極２８、第１アドレス電極３５ａ、第２アドレス電極３５ｂ）によって回転変位される。本実施の形態による微小薄膜可動素子１００は、物理的作用力として静電気力が作用する。この静電気力が可動部２７を、重力、ヒンジ２９、２９の弾性力に抗して基板２１側へと引き付ける。このようにして静電気力によって可動部２７が揺動変位して、揺動先端が基板２１へと吸着される（張り付く）状態をプルイン（Pull-in）と称す。即ち、可動部２７は、可動電極２８、第１アドレス電極３５ａ、第２アドレス電極３５ｂに印加される変位制御信号がプルイン電圧に達して発生する静電気力で変位される。
【００４０】
変位制御信号は、プルイン電圧に達する前は、アナログ制御領域と言われ、２値では制御されない。即ち、無段階的なアナログ制御が可能な領域となる。
【００４１】
ところで、本実施の形態による微小薄膜可動素子１００は、振動負荷手段によって、可動部２７が、少なくとも変位の直前に振動が負荷される構成を有している。可動部２７は、絶えず振動させておいてもよい。この振動は、上記したプルイン電圧に達する前のアナログ制御領域で行われる。また、振動周波数は、任意とすることができるが、好ましくは後述するように、可動部２７の共振周波数であってもよい。
【００４２】
図２は振動発生信号と変位との関係を表したタイミングチャートである。
振動発生信号は、可動部２７に変位駆動用として印加される変位制御信号に重畳させることができる。したがって、変位制御信号がＯＦＦのとき、可動部２７は、変位せず平衡状態となるが、振動発生信号による振動によって微細に変位する。なお、この際の変位は、例えばマイクロミラー部における光変調作用に影響のない範囲とする。Ｔ１時、変位制御信号がＯＮすると、可動部２７が変位する。この際、可動部２７が振動によって固定電極（第１アドレス電極３５ａまたは第２アドレス電極３５ｂ）に向かって移動したときに、変位制御信号Ｖｂが印加される。したがって、振動成分Ｚが可動部２７を変位させるための慣性力として作用する。つまり、振動成分Ｚが、可動部２７を変位させるための補助力として効率よく有効利用されることとなる。また、可動部２７の変位駆動が、アナログ領域を越える静電気力を与えるだけで（外力＋慣性力で動作）可能となるので、低電圧化も実現可能となる。
【００４３】
また、変位制御信号は、可動部２７と固定電極との距離が最短となったときに印加されることが好ましい。可動部２７は、振動されることで、固定電極に対して接近離反動を繰り返すこととなる。その周期のなかで、最も固定電極に近接したときに、変位制御信号が印加されることになる。これにより、振動成分が効率的に作用することとなる。つまり、可動部２７を助勢するための変位制御信号、即ち、変位制御電圧が最小かつ短時間で印加可能となる。
【００４４】
図３は振動発生信号が印加される回転型の微小薄膜可動素子の動作説明図である。
微小薄膜可動素子１００では、図３（ａ）に示すように、振動発生信号が印加されることで、可動部２７に微小な振動を生じる。つまり、図３（ｂ）に示すように、変位制御信号のＯＦＦ状態で可動部２７が平衡を保つが微細に振動する。ここで、可動部２７が第１アドレス電極３５ａ側に向かって変位している期間内に、第１アドレス電極３５ａと可動部２７（可動電極２８）に変位制御信号が印加されると、図３（ｃ）に示すように、第１アドレス電極３５ａと可動部２７に発生する静電気力が、第２アドレス電極３５ｂと可動部２７に発生する静電気力より大きくなり、可動部２７が左側に傾く。
【００４５】
逆に、可動部１７が第２アドレス電極３５ｂ側に向かって変位している期間内に、第２アドレス電極３５ｂと可動電極２８とに変位制御信号Ｖｂが印加されると、図３（ｄ）に示すように、第２アドレス電極３５ｂと可動部２７に発生する静電気力が、第１アドレス電極３５ａと可動部２７に発生する静電気力より大きくなり、可動部２７がは右側に傾く。上記のいずれの場合でも、振動成分Ｚが可動部２７を回転させるための慣性力として利用され、可動部２７の駆動力が少なくて済み、可動部２７が低電圧かつ高速で回転可能となる。
【００４６】
なお、図３には可動部２７が左右双方向へ回動される場合を示すが、微小薄膜可動素子は、可動部２７の一端にヒンジ２９が設けられ、一端側のみへ回動する構成であっても、振動成分Ｚが可動部２７を回転させるための慣性力として利用され、可動部２７が低電圧かつ高速で回転可能となる。
【００４７】
このように、微小薄膜可動素子１００では、可動部２７が任意の周波数で振動されるが、この周波数は、可動部２７の共振周波数であることが好ましい。即ち、可動部２７が共振周波数で振動され、この振動を発生させるための振動発生信号が印加されることで、可動部２７を一端揺らし、以降は揺れを維持させる制御とすることができる。このような制御は、例えばＤＭＤの場合、変調光量をモニタして揺れ量を制御したり、変位量を検出して揺れ量を制御したり、或いは静電容量の変化を検出して揺れ量を制御することで実現可能である。
【００４８】
したがって、この微小薄膜可動素子１００では、可動部２７が、少なくとも変位動作の直前に振動され、変位方向への振動成分Ｚが、可動部２７を変位させるための慣性力として利用される。したがって、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態から可動部２７を変位させる従来素子に比べ、小さくかつ短時間となる。また、可動部２７をＯＮからＯＦＦ、ＯＦＦからＯＮさせるときのタイミングの差異を小さくすることで、可動部変位を利用した種々の応用動作の速度及び精度を向上させることができる。
【００４９】
なお、上記構成の微小薄膜可動素子１００においては、ヒンジ２９、２９の内部応力が高いことが好ましい。即ち、内部応力が高いと、共振周波数が高くなり、共振周波数が高ければ、駆動をかけるタイミングがより細かく可能となって、制御が容易となる利点がある。
【００５０】
図４は２軸にて揺動される可動部を備えた３次元微小薄膜可動素子の例を表した斜視図である。
微小薄膜可動素子１００は、図１に示したヒンジ２９、２９を捩れ中心とする基本構成となる１軸の２次元微小薄膜可動素子の他、図４に示すヒンジ２９ａ、２９ａ、ヒンジ２９ｂ、２９ｂを捩れ中心とする２軸の３次元微小薄膜可動素子１００Ａであってもよい。この場合、３次元微小薄膜可動素子１００Ａは、第１アドレス電極３５ａと第２アドレス電極３５ｂに加え、第３アドレス電極３５ｃと第４アドレス電極３５ｄが設けられることになる。そして、第１アドレス電極３５ａ、第２アドレス電極３５ｂと、可動部２７とへの電圧印加によって可動部２７がＸ方向に駆動され、第３アドレス電極３５ｃ、第４アドレス電極３５ｄと、可動部２７とへの電圧印加によって可動部２７がＹ方向に駆動される。
【００５１】
このような３次元微小薄膜可動素子１００Ａの場合においても、必要最小限の静電気力を可動部２７に作用させることができ、構造は従来のままで、プルイン時に発生する振動を低減することができる。この結果、微小薄膜可動素子１００Ａを低電圧で高速動作させることができる。
【００５２】
次に、本発明に係る微小薄膜可動素子の第２の実施の形態を説明する。
図５は本発明に係る微小薄膜可動素子の第２の実施の形態を表す概念図である。
本実施の形態による微小薄膜可動素子２００は、所謂、平行平板型の素子であって、導電性と可撓性を有する平板状の可動部４１の両端が基板２１上に形成した絶縁膜４３に所定の空隙２３を有して固定されている。この基板２１の可動部４１の下方には、絶縁膜４３を介して、第１アドレス電極３５ａが配設されており、また、可動部４１の上方には絶縁膜４５を介して第２アドレス電極３５ｂが配設されている。つまり、可動部４１は、第１アドレス電極３５ａと第２アドレス電極３５ｂとの間で両端が支持された両持ち梁状に構成されている。
【００５３】
図６は第２の実施の形態による平行平板型素子の動作説明図、図７は第２の実施の形態の変形例の動作説明図である。
このような平行平板型の微小薄膜可動素子２００においても、図４（ａ）に示すように、振動発生信号が印加されることで、可動部４１に微小な振動を生じる。つまり、図４（ｂ）に示すように、変位制御信号のＯＦＦ状態で可動部４１が平衡を保つが微細に振動する。
また、第１アドレス電極３５ａと可動部４１との間、または、第２アドレス電極３５ｂと可動部４１との間に印加する電圧Ｖａ，Ｖｂに振動発生信号が重畳されることで、振動成分Ｚが可動部４１を変位させるための慣性力として作用する。即ち、振動によって可動部４１が第２アドレス電極３５ｂへ移動したときに変位制御信号が印加されることで、図６（ｃ）に示すように、可動部４１が第２アドレス電極３５ｂ側へプルインされる。また、振動によって可動部４１が第１アドレス電極３５ａへ移動したときに変位制御信号が印加されることで、図６（ｄ）に示すように、可動部４１が第１アドレス電極３５ａ側へプルインされる。したがって、振動成分Ｚが、可動部４１を変位させるための補助力として効率よく有効利用されることとなる。また、可動部４１の変位駆動が、アナログ領域を越える静電気力を与えるだけで（外力＋慣性力で動作）可能となる。したがって、微小薄膜可動素子２００を低電圧で高速動作させることができる。
【００５４】
なお、平行平板型の微小薄膜可動素子２００Ａは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板上の可動部４１の下方に、絶縁膜４３を介して、第１アドレス電極３５ａのみが配設される構成であってもよい。このような端方向の平行平板型微小薄膜可動素子２００Ａによっても、振動成分Ｚが、可動部４１を変位させるための補助力として効率よく有効利用され、端方向の低電圧・高速動作が可能となる。
【００５５】
図８は本発明に係る微小薄膜可動素子の第３の実施の形態を表す説明図である。
本実施の形態による微小薄膜可動素子３００は、図８（ａ）に示すように、振動発生信号が印加されることで、可動部２７に微小な振動を生じる。つまり、図８（ｂ）に示すように、変位制御信号のＯＦＦ状態で可動部２７が平衡を保つが微細に振動する。
そして、この微小薄膜可動素子３００は、可動部２７のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の物理的作用力が設定可能に構成されている。即ち、基板上には可動部２７の両脇（図８における紙面垂直方向両端）側にヒンジ２９，２９が設けられ、これらヒンジ２９，２９を中央に挟んで、その左右に主第１アドレス電極３５ａ１、副第１アドレス電極３５ａ２と、主第２アドレス電極３５ｂ１、副第２アドレス電極３５ｂ２とが設けられている。主第１アドレス電極３５ａ１と可動部２７には変位制御電圧（信号）Ｖａ１が印加され、副第１アドレス電極３５ａ２と可動部２７には振動発生電圧（信号）Ｖａ２が印加される。また、主第２アドレス電極３５ｂ１と可動部２７には変位制御電圧（信号）Ｖｂ１が印加され、副第２アドレス電極３５ｂ２と可動部２７には振動発生電圧（信号）Ｖｂ２が印加される。
【００５６】
この微小薄膜可動素子３００では、中央が回転中心となる揺動型の可動部２７において、回転中心を挟む両側のそれぞれの片側に２つ以上の物理的作用力が加えられるようになる。これにより、副第１アドレス電極３５ａ２に振動発生電圧Ｖａ２を印加しつつ、主第１アドレス電極３５ａ１に変位制御電圧Ｖａ１を印加することで、可動部２７が図８（ｃ）に示すように左側に傾き、副第２アドレス電極３５ｂ２に振動発生電圧Ｖｂ２を印加しつつ、主第２アドレス電極３５ｂ１に変位制御電圧Ｖｂ１を印加することで、可動部２７が図８（ｄ）に示すように右側に傾く。したがって、振動成分Ｚが、可動部２７を変位させるための補助力として効率よく有効利用され、微小薄膜可動素子３００を低電圧で高速動作させることができる。
【００５７】
次に、本発明に係る微小薄膜可動素子の第４の実施の形態を説明する。
図９は本発明に係る微小薄膜可動素子の第４の実施の形態を表す概念図である。
本実施の形態による微小薄膜可動素子４００は、可動部５１の一端がヒンジ２９、２９、スペーサ３１、３１を介して基板２１に支持固定されている。つまり、可動部５１は、他端が自由端となった片持ち梁状に構成される。そして、基板２１上には可動部５１の自由端に対向して第１アドレス電極３５ａが設けられ、可動部５１を挟んだ第１アドレス電極３５ａの反対側には図示しない対向基板に形成される第２アドレス電極３５ｂが設けられている。
【００５８】
このような構成の微小薄膜可動素子４００においても、第１アドレス電極３５ａと可動部５１との間、または、第２アドレス電極３５ｂと可動部５１との間に印加する電圧Ｖａ，Ｖｂに振動発生信号が重畳され、可動部５１が、少なくとも変位の直前に振動されることで、変位方向への振動成分Ｚが、可動部５１を変位させるための慣性力として利用される。したがって、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態から可動部５１を変位させる場合に比べ、小さくかつ短時間となる。また、振動により、変位方向へ移動された可動部５１が、変位開始されるので、可動部５１の変位量も少なくなる。これにより、可動部５１を、低電圧で高速に変位できるようになる。
【００５９】
次に、本発明に係る微小薄膜可動素子の第５の実施の形態を説明する。
図１０は本発明に係る微小薄膜可動素子をＲＦスイッチに応用した第５の実施の形態を表す平面図、図１１は図１０に示したＲＦスイッチのオフ状態のＤ−Ｄ断面を（ａ）、オン状態のＤ−Ｄ断面を（ｂ）に表した説明図、図１２は図１０に示したＲＦスイッチのオフ状態のＥ−Ｅ断面を（ａ）、オン状態のＥ−Ｅ断面を（ｂ）に表した説明図である。
本発明に係る微小薄膜可動素子は、その基本構成によりマイクロミラー部を備えないＲＦスイッチ５００に応用することができる。ＲＦスイッチ５００は、カンチレバー式のＲＦ（radio frequency）スイッチを構成している。即ち、ＲＦスイッチ５００は、基板２１に空隙２３を介して平行に配置される可動部であるカンチレバー７１と、カンチレバー７１の基端を基板２１に支持するスペーサ３１と、第１電極３５ｅおよび第２電極３５ｆと、入力端子７３と、出力端子７５と、短絡接点７９とを備える。
【００６０】
このような構成により、第１電極３５ｅおよび第２電極３５ｆに電圧が印加されることで、静電気力によってカンチレバー７１が上下に弾性変位し、入力端子７３と出力端子７５とを開閉して、ＲＦ（高周波）信号の接続および切換を行うＲＦスイッチを実現している。このＲＦスイッチ５００は、１つのスイッチで、例えば送信／受信時の低周波と高周波の信号経路を切換可能にできる。また、２つの入力端子７３、出力端子７５で構成する接点は、1つのメカニカル素子を使って接続し、閉路を形成できる。これにより、信号経路を接続する直列接続モードと、信号経路を接地に落とす短絡モードの両方が実現可能となる。
【００６１】
スイッチやルーター、ＲＦ信号処理に本発明に係る微小薄膜可動素子の構成を活用すれば、通常の電子部品を使った場合に比べて、はるかに良好な性能を実現できる。即ち、可動部の振動をアクティブに減少させることができることから、スイッチング動作を高速化できる。また、伝送損失を低減でき、オフ状態での絶縁性を高められる。インダクターやコンデンサーに適用すれば、通常の半導体プロセスを使って作成した場合に比べて、はるかに高いＱ値を有する同調（チューニング）回路を実現できる。帯域通過フィルターや位相シフターを構成すれば、ＳＡＷ素子を上回るこれまでにない高いレベルの性能を得られる。可変容量コンデンサーを構成すれば、バラクター・ダイオードよりも理想に近い同調特性を有する回路を実現できる。さらに、オフ状態の絶縁性は通常で４０ｄＢ以上と高く、オン状態での挿入損失は１ｄＢの数分の1とすることが可能となり、ダイオードやＦＥＴスイッチとは異なり、ほぼ理想的なＲＦ特性を得ることができる。
【００６２】
このように構成されるＲＦスイッチ５００においても、第１電極３５ｅおよび第２電極３５ｆに振動発生信号が重畳され、カンチレバー７１が、少なくとも変位の直前に振動されることで、変位方向への振動成分Ｚが、カンチレバー７１を変位させるための慣性力として利用される。したがって、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態からカンチレバー７１を変位させる場合に比べ、小さくかつ短時間となる。また、振動により、変位方向へ移動されたカンチレバー７１が、変位開始されるので、カンチレバー７１の変位量も少なくなる。これにより、カンチレバー７１を、低電圧で高速に変位できるようになる。
【００６３】
上記の各実施の形態に開示した微小薄膜可動素子１００、２００、３００、４００、５００のそれぞれは、１次元又は２次元配列することによって微小薄膜可動素子アレイを構成することができる。
この微小薄膜可動素子アレイでは、高速なスイッチング動作の可能となった微小薄膜可動素子１００、２００、３００、４００、５００がアレイ化され、低電圧で高速な駆動が可能となり、従来より早いアドレス電圧の書込みが可能となる。
【００６４】
即ち、個々の微小薄膜可動素子を必要最小限の静電気力で高速作動させ、アレイ全体の高速動作が可能となる。これにより、例えば高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタ表示等が可能となる。また、例えば光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となるが、本微小薄膜可動素子アレイによれば、補正に対応させて個々の微小薄膜可動素子の印加電圧を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができる。
【００６５】
また、光通信用の微小薄膜可動素子アレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となる。したがって、微小薄膜可動素子アレイにおいては、素子毎にこの補正を行わなければならない。これに対し、本実施の形態による微小薄膜可動素子アレイによれば、この補正に対応させて個々の微小薄膜可動素子１００、２００、３００、４００、５００における変位制御信号を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができる。
【００６６】
図１３は微小薄膜可動素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有した構成を示す説明図である。
微小薄膜可動素子アレイ６００は、微小薄膜可動素子１００のそれぞれがメモリ回路８１を含む駆動回路３７（図１参照）を有することが好ましい。このようなメモリ回路８１が備えられることで、メモリ回路８１に対して予め素子変位信号の書き込みが可能となる。つまり、メモリ回路８１には予め素子変位信号が書き込まれる。微小薄膜可動素子１００のスイッチングのとき、各々の微小薄膜可動素子１００のメモリ回路８１に記憶された素子変位信号と、微小薄膜可動素子１００への印加電圧を制御する駆動電圧制御回路８３により、本発明の変位制御信号、振動発生信号で微小薄膜可動素子１００の信号電極（第１アドレス電極、第２アドレス電極）８５に出力する。このとき、共通電極（可動電極）８７に対しても所望の電圧が出力される。
【００６７】
このように、メモリ回路８１を用いて微小薄膜可動素子１００を駆動すると、複数の微小薄膜可動素子１００のそれぞれを任意の駆動パターンで動作させることが容易にでき、より高速なアクティブ駆動が可能となる。なお、ここでは、図１の微小薄膜可動素子アレイ１００の構成を示したが、これに限らず、他の構成の微小薄膜可動素子２００、３００、４００、５００であってもよい。
【００６８】
なお、微小薄膜可動素子アレイ６００には、それぞれの可動部２７をスイッチング駆動させる制御部としての制御回路８３が設けられることが好ましい。
このような制御回路８３が備えられた微小薄膜可動素子アレイ６００では、可動部２７が制御回路８３によって駆動制御されることで、可動部２７が最終変位位置に到達する前に、可動電極（共通電極８７）と固定電極（信号電極８５）との間の電極間電圧の絶対値が減少、又は増加、或いは増減され、可動部２７が最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、オーバーシュートが抑止可能となる。
【００６９】
図１４は本発明に係る微小薄膜可動素子を用いて構成したＤＭＤの分解斜視図である。
本発明に係る微小薄膜可動素子は、図１４に示したＤＭＤ７００に適用することができる。図中、９３はマイクロミラーであり、マイクロミラー支持ポスト９５によりヨーク９７の支持ポスト接続部９９に接続されている。ヨーク９７はヒンジ１０１に保持されている。またヒンジ１０１はポストキャップ１０３に保持されている。ポストキャップ１０３はヒンジ支持ポスト１０５によって共通バス１０７のヒンジ支持ポスト接続部１０９に接続されている。つまり、マイクロミラー９３は、ヒンジ１０１、ポストキャップ１０３及びヒンジ支持ポスト１０５を介して共通バス１０７に接続されている。マイクロミラー９３には、共通バス１０７を介して共通電圧が供給される。共通バス１０７は停止部材である着地サイト１１１を有している。着地サイト１１１は絶縁性を有しているか、マイクロミラー９３と同じ電位に保たれている。
【００７０】
１１３ａは一方の固定電極（第１アドレス電極）であり、１１３ｂは他方の固定電極（第２アドレス電極）である。第１アドレス電極１１３ａは電極支持ポスト１１５によって、第１アドレス電極パッド１１７ａの電極支持ポスト接続部１１９に接続されている。また第２アドレス電極１１３ｂも電極支持ポスト１１５によって、第２アドレス電極パッド１１７ｂの電極支持ポスト接続部１１９に接続されている。
【００７１】
第１接続部１２１ａから第１アドレス電極パッド１１７ａに入力されるデジタル信号は、第１アドレス電極１１３ａに入力される。第２接続部１２１ｂから第２アドレス電極パッド１１７ｂに入力されるデジタル信号は、第２アドレス電極１１３ｂに入力される。第１アドレス電極１１３ａと第２アドレス電極１１３ｂにデジタル信号が入力されることによって、マイクロミラー９３が傾き、白表示または黒表示が選択される。マイクロミラー９３が傾くことで、ヨーク片１２３の一部が着地サイト１１１に接触しても良い。
【００７２】
このような構成を有するＤＭＤ７００においても、第１アドレス電極１１３ａとヨーク片１２３との間、または、第２アドレス電極１１３ｂとヨーク片１２３との間に印加する電圧に、振動発生信号が重畳されることで、ヨーク９７が、少なくとも変位の直前に振動され、変位方向への振動成分Ｚが、ヨーク９７を変位させるための慣性力として利用される。したがって、変位の始動に作用させる静電気力が、静止状態からヨーク９７を変位させる場合に比べ、小さくかつ短時間となる。また、振動により、変位方向へ移動されたヨーク９７が、変位開始されるので、ヨーク９７の変位量も少なくなる。これにより、ヨーク９７を、低電圧で高速に変位できるようになる。
【００７３】
次に、上記微小薄膜可動素子１００を用いて構成した画像形成装置について説明する。ここでは、画像形成装置の例として、まず、露光装置８００について説明する。図１５は本発明に係る微小薄膜可動素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。露光装置８００は、照明光源１３１と、照明光学系１３３と、上述した実施の形態の微小薄膜可動素子１００を同一平面状で２次元状に複数配列した微小薄膜可動素子アレイ５００と、投影光学系１３５とを備える。
【００７４】
照明光源１３１は、レーザ、高圧水銀ランプ、及びショートアークランプ等の光源である。照明光学系１３３は、例えば、照明光源１３１から出射された面状の光を平行光化するコリメートレンズである。コリメートレンズを透過した平行光は微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に垂直に入射する。照明光源１３１から出射された面状の光を平行光化する手段としては、コリメートレンズ以外にも、マイクロレンズを２つ直列に配置する方法等がある。また、照明光源１３１としてショートアークランプ等の発光点が小さいものを使用することで、照明光源１３１を点光源とみなし、微小薄膜可動素子アレイ６００に平行光を入射するようにしても良い。また、照明光源１３１として微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に対応するＬＥＤを有するＬＥＤアレイを使用し、ＬＥＤアレイと微小薄膜可動素子アレイ６００とを近接させて光を発光させることで、微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に平行光を入射するようにしても良い。なお、照明光源１３１としてレーザを用いた場合には、照明光学系１３３は省略しても良い。
【００７５】
投影光学系１３５は、画像形成面である記録媒体１３７に対して光を投影するためのものであり、例えば、微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ等である。
【００７６】
以下、露光装置８００の動作を説明する。
照明光源１３１から出射された面状の光が照明光学系１３３に入射し、ここで平行光された光が微小薄膜可動素子アレイ６００に入射する。微小薄膜可動素子アレイ５００の各微小薄膜可動素子１００に入射される光は、画像信号に応じてその反射が制御される。微小薄膜可動素子アレイ６００から出射された光は、投影光学系１３５により記録媒体１３７の画像形成面に撮影露光される。撮影光は記録媒体１３７に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で露光することができる。このように、コリメートレンズを微小薄膜可動素子アレイ６００の光の入射面側に設けることで、各変調素子の平面基板に入射する光を平行光化することができる。なお、図中１３９はオフ光を導入する光アブソーバーを表す。
【００７７】
この露光装置８００は、照明光学系１３３としてコリメートレンズを用いることに限らず、マイクロレンズアレイを用いて構成することができる。この場合、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に対応し、マイクロレンズの光軸と焦点面が各光変調素子の中心に合うように設計、調整される。
【００７８】
この場合、照明光源１３１からの入射光は、マイクロレンズアレイにより、微小薄膜可動素子１００の一素子よりも面積が小さい領域に集光され、微小薄膜可動素子アレイ６００に入射する。微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に入射される光は、入力される画像信号に応じて反射が制御される。微小薄膜可動素子アレイ６００から出射された光は、投影光学系１３５により記録媒体１３７の画像形成面に投影露光される。投影光は記録媒体１３７に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で、露光することができる。このように、マイクロレンズアレイによって照明光源１３１からの光を集光することができるため、光利用効率を向上させた露光装置を実現することができる。
【００７９】
なお、マイクロレンズのレンズ面形状は、球面、半球面など、特に形状は限定されず、凸曲面であっても凹曲面であってもよい。さらに、屈折率分布を有する平坦形状なマイクロレンズアレイであってもよく、フレネルレンズやバイナリーオプティクスなどによる回折型レンズがアレイされたものであってもよい。マイクロレンズの材質としては、例えば、透明なガラスや樹脂である。量産性の観点では樹脂が優れており、寿命、信頼牲の観点からはガラスが優れている。光学的な観点上、ガラスとしては石英ガラス、溶融シリカ、無アルカリガラス等が好ましく、樹脂としてはアクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネイト系、スチレン系、塩化ビニル系等が好ましい。なお、樹脂としては、光硬化型、熱可塑型などがあり、マイクロレンズの製法に応じて適宜選択することが好ましい。
【００８０】
次に、画像形成装置の他の例として、投影装置について説明する。
図１６は本発明の微小薄膜可動素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。図１５と同様の構成には同一符号を付し、その説明は省略するものとする。
投影装置としてのプロジェクタ９００は、照明光源１３１と、照明光学系１３３と、微小薄膜可動素子アレイ６００と、投影光学系１４１とを備える。投影光学系１４１は、画像形成面であるスクリーン１４３に対して光を投影するための投影装置用の光学系である。照明光学系１３３は、前述したコリメータレンズであってもよく、マイクロレンズアレイであってもよい。
【００８１】
次に、プロジェクタ９００の動作を説明する。
照明光源１３１からの入射光は、例えばマイクロレンズアレイにより、微小薄膜可動素子１００の一素子よりも面積が小さい領域に集光され、微小薄膜可動素子アレイ６００に入射する。微小薄膜可動素子アレイ６００の各微小薄膜可動素子１００に入射される光は、画像信号に応じてその反射が制御される。微小薄膜可動素子アレイ６００から出射された光は、投影光学系１４１によりスクリーン１４３の画像形成面に投影露光される。このように、微小薄膜可動素子アレイ６００は、投影装置にも利用することができ、さらには、表示装置にも適用可能である。
【００８２】
したがって、露光装置８００やプロジェクタ９００等の画像形成装置では、上記の微小薄膜可動素子アレイ６００が構成の要部に備えられることで、可動部２７の低電圧・高速変位が可能となる。これにより、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタの表示が可能となる。また、露光光のオン・オフで階調制御がなされる画像形成装置（露光装置８００）では、オン・オフ時間の短縮が可能となることで、より高階調の実現が可能となる。この結果、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタを表示させることができる。
【００８３】
図１７は本発明の微小薄膜可動素子アレイを用いて構成したスキャナの概略構成を示す図である。
本発明に係る微小薄膜可動素子アレイは、発光素子から出射した光線を被照射対象に走査するとともに、被照射対象からの戻り光を反射させて受光素子に入射させるビームスキャナ等にも好適に用いることができる。スキャナ１０００は、光源１５１からの光をレンズ１５３で絞り、この光を微小薄膜可動素子１００の可動部であるスキャンミラー１５５で反射し、バーコード１５７に照射する。バーコード１５７の全域に亘って光を照射するため、スキャンミラー１５５を揺動させる。揺動は、不図示の第１電極、第２電極、可動部へ電圧を印加することによって、ヒンジを捩り中心として可動部を揺動変位させる。つまり、可動部がスキャンミラー１５５であることにより、光の反射方向がスイッチングされる。
【００８４】
一方、バーコード１５７面に照射した光は、乱反射しながらもバーコードの白黒による光量変化をもって再びスキャンミラー１５５に戻り、そこで反射された光は集光レンズ１５９により集光され、受光素子１６１により光量変化を電気的に変換して出力する。なお、読み取り精度向上のため、受光素子１６１の前面にはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を設けて発光光周波数以外の不要な光の採光を防止する。
【００８５】
このような微小薄膜可動素子１００を用いたスキャナ１０００においても、スキャンミラー１５５が、少なくとも変位の直前に振動されることで、変位方向への振動成分Ｚが、スキャンミラー１５５を変位させるための慣性力として利用される。この結果、スキャンミラー１５５の低電圧・高速変位が可能となる。
【００８６】
図１８は微小薄膜可動素子が用いられたクロスコネクトスイッチの構成を示す説明図である。
さらに、本発明に係る微小薄膜可動素子アレイは、光通信のクロスコネクトスイッチ等にも好適に用いることができる。
このクロスコネクトスイッチ１１００は、例えば微小薄膜可動素子１００を１次元状に配列した微小薄膜可動素子アレイ６００を用いて構成することができる。図示の例では、２つの微小薄膜可動素子アレイ６００ａ、６００ｂが設けられる。このクロスコネクトスイッチ１１００では、入力ファイバーボート１７１の光ファイバ１７１ａからの出射光がマイクロレンズ１７３を通り一方の微小薄膜可動素子アレイ６００ａの所定の微小薄膜可動素子１００ａに入射される。入射光は、微小薄膜可動素子１００ａのスイッチング動作によって、反射光となって入射側微小薄膜可動素子アレイ６００ｂの所望の微小薄膜可動素子１００ｂに入射する。入射した光は微小薄膜可動素子１００ｂのスイッチングによって所定の出力ファイバーボード１７５の光ファイバー１７５ａへ入射する。
【００８７】
このクロスコネクトスイッチ１１００においても、上記の複数の微小薄膜可動素子１００からなる微小薄膜可動素子アレイ６００が用いられることで、可動部２７の低電圧・高速変位が可能となる。この結果、チャタリングを減少させてノイズを低減し、スイッチング動作を高速化することができる。
【００８８】
そして、このクロスコネクトスイッチ１１００では、上記のように個々の微小薄膜可動素子１００における印加電圧を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができることから、個々の微小薄膜可動素子１００のばらつきに起因する作動誤差の補正が簡単に行え、高精度なスイッチングを行うことができる。
【００８９】
また、上記のクロスコネクトスイッチ１１００では、１軸回動される微小薄膜可動素子１００を用いた例で説明したが、微小薄膜可動素子アレイには図４に示した２軸回動される３次元微小薄膜可動素子１００Ａを用いてもよい。このような構成とすることで、例えば入力ファイバーボート１７１の光ファイバ１７１ａが１次元配列され、出力ファイバーボード１７５の光ファイバ１７５ａが２次元配列される場合であっても、可動部２７を３次元駆動することによって、光ファイバ１７１ａからの出射光を紙面垂直方向所望の光ファイバ１７５ａへも切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る微小薄膜可動素子の第１の実施の形態を（ａ），（ｂ）で表す概念図である。
【図２】振動発生信号と変位との関係を表したタイミングチャートである。
【図３】振動発生信号が印加される回転型の微小薄膜可動素子の動作を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で示す説明図である。
【図４】２軸にて揺動される可動部を備えた３次元微小薄膜可動素子の例を表した斜視図である。
【図５】本発明に係る微小薄膜可動素子の第２の実施の形態を表す概念図で（ａ）は素子断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図６】第２の実施の形態による平行平板型素子の動作（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を示す説明図である。
【図７】第２の実施の形態の変形例の動作（ａ），（ｂ），（ｃ）を示す説明図である。
【図８】本発明に係る微小薄膜可動素子の第３の実施の形態の構成及び動作（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を示す説明図である。
【図９】本発明に係る微小薄膜可動素子の第４の実施の形態を表す概念図である。
【図１０】本発明に係る微小薄膜可動素子をＲＦスイッチに応用した第５の実施の形態を表す平面図である。
【図１１】図１０に示したＲＦスイッチのオフ状態のＤ−Ｄ断面を（ａ）、オン状態のＤ−Ｄ断面を（ｂ）に表した説明図である。
【図１２】図１０に示したＲＦスイッチのオフ状態のＥ−Ｅ断面を（ａ）、オン状態のＥ−Ｅ断面を（ｂ）に表した説明図である。
【図１３】微小薄膜可動素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有した構成を示す説明図である。
【図１４】本発明に係る微小薄膜可動素子を用いて構成したＤＭＤの分解斜視図である。
【図１５】本発明に係る微小薄膜可動素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の微小薄膜可動素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。
【図１７】本発明の微小薄膜可動素子アレイを用いて構成したスキャナの概略構成を示す図である。
【図１８】微小薄膜可動素子が用いられたクロスコネクトスイッチの構成を示す説明図である。
【図１９】従来の微小薄膜可動素子における可動部の動作説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
２１  基板
２３  間隙
２７  可動部
２８  可動電極
２９  ヒンジ（支持部）
３５ａ  第１アドレス電極（固定電極）
３５ｂ  第２アドレス電極（固定電極）
７３  入力端子
７５  出力端子
７９  短絡接点
１００  微小薄膜可動素子
６００  微小薄膜可動素子アレイ
【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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