(57)【要約】【課題】可動部の振動をアクティブに減少させることのできる微小電気機械素子の駆動方法を提供し、スイッチング動作を高速化させる。【解決手段】弾性変位可能に支持された可動部２７を備え、該可動部２７が物理作用により変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子１００の駆動方法であって、可動部２７へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部３５ａ，３５ｂにより、可動部２７の物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点に向けて可動部２７を駆動する場合に、可動部２７に対して、該可動部２７の変位開始から定位点に到達するまでの第１の期間はその定位点に到達するときの速度を略ゼロとする第１の物理作用力を連続的に常時与え、定位点到達後の第２の期間は可動部２７を定位点に定位させるための第２の物理作用力を与えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用により変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、
前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、
前記可動部に対して、該可動部の変位開始から前記定位点に到達するまでの第１の期間は前記定位点に到達するときの速度を略ゼロとする第１の物理作用力を連続的に常時与え、前記定位点到達後の第２の期間は前記可動部を前記定位点に定位させるための第２の物理作用力を与えることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項２】
弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用より変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、
前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点のうち、いずれかの定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、
前記可動部に対して、該可動部の変位開始から前記定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間は、前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に減少させることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項３】
弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用より変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、
前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点のうち、いずれかの定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、
前記可動部に対して、前記該可動部の変位開始から前記定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間の後、この第１の期間終了時から次に速度がゼロになるまでの第２の期間において、前記可動部に前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に増大させることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項４】
弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用より変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、
前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点のうち、いずれかの定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、
前記可動部に対して、該可動部の変位開始から前記定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間は前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に減少させ、
前記第１の期間終了時から次に速度がゼロになるまでの第２の期間において、前記可動部が前記定位点から離反する方向に変位しているときに、前記可動部に前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に増大させることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項５】
前記物理作用力を前記第１の期間および前記第２の期間にわたって、連続して前記可動部に加えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項６】
前記可動部の前記定位点間における変位を、前記物理作用力を前記可動部に複数回加えることで複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項７】
前記物理作用力の印加波形が、三角波・矩形波・鋸波・正弦波のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法。
【請求項８】
前記微小電気機械素子が複数配列された微小電気機械素子アレイに対し、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法に基づいて、前記微小電気機械素子アレイの駆動を行うことを特徴とする微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【請求項９】
前記複数の可動部が、前記複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、前記複数の可動部が前記第２定位点に到達するタイミングを略一致させるように、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする請求項８記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【請求項１０】
前記複数の可動部が、前記複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、前記複数の可動部が前記第２定位点に向けて変位開始するタイミングが略一致したときに、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする請求項８記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【請求項１１】
前記複数の可動部が、前記複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、前記複数の可動部が前記第２定位点に対して同じ方向に変位している期間に、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする請求項８記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【請求項１２】
弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用力で変位する微小電気機械素子であって、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法に基づいて光変調を行う制御部を具備したことを特徴とする微小電気機械素子。
【請求項１３】
弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用力で変位する微小電気機械素子を複数配列されてなる微小電気機械素子アレイであって、請求項８〜請求項１１のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法に基づいて光変調を行う制御部を具備したことを特徴とする微小電気機械素子アレイ。
【請求項１４】
光源と、請求項１３記載の微小電気機械素子アレイと、前記光源からの光を前記微小電気機械素子アレイに照射する光学系と、前記微小電気機械素子アレイから出射される光を画像形成画面に投影する投影光学系と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性変位可能に支持された可動部を備えた微小電気機械素子の駆動方法及び微小電気機械素子アレイの駆動方法、微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイ、並びに画像形成装置に関し、さらに詳しくは、可動部の振動を能動的に減少させる改良技術に関する。
【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オーダーの微小構造体を電気的に変位・移動させる微小電気機械式素子の開発が盛んに行われている。この微小電気機械式素子には、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、光路を切り換える微小電気機械素子としての光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、テレビ及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。
微小電気機械式素子は、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。従って、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。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に開示される光スイッチは、図２５に示すように、電圧制御部１による制御電圧のオン、オフにより変位する振動部材２と、この振動部材２の先端に設けられ振動部材２が変位することにより光導波路３の伝搬光を反射又は遮断するエレメント４を備えた光スイッチ５である。
【０００４】
一般的に光スイッチでは、制御電圧をオン、オフして振動部材２が変位するとき、チャタリングと呼ばれる現象が生じる。このチャタリングは、制御電圧をオン又はオフにした後に、振動部材２が直ちにその制御電圧に対応した変位量分、変化するのではなく、大きな減衰振動をしながら、最終的に制御電圧に対応した変位量分、変位する現象である。図２６に制御電圧オン時（ａ）と制御電圧オフ時（ｂ）のチャタリングの様子を示した。これによれば、振動部材２の振動が減衰し、光出力が一定レベルになるまでは、光路を切り換えたことにならず、光スイッチの切り換え速度が制限されてしまう。これに対し、特許文献１による光スイッチの切替制御方法では、振動部材の固有振動周期より短い予備電圧パルスを、制御電圧をオンする前とオフにした後に振動部材２に印加することで、チャタリングを制御し、光スイッチの切り換え速度の向上を図っている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−７０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される光スイッチの切替制御方法は、所謂、導波路シャッターの振動制御方法であり、図２６に示すように、制御電圧をオン、オフする前に、第１の予備電圧パルス、第２の予備電圧パルスをカンチレバー型（単素子）振動部材２に印加し、１つの可動部電極と１つの固定電極により静電気力を単一方向に働かせ、可動支持部の弾性力及び慣性力との力のつり合いにより可動部駆動時の振動を抑えようとするものである。したがって、可動部変位方向に働く順方向のみの静電気力（電位差）を変化させるため、振動抑制効果が小さい問題がある。また、可動部が最初に所望の変位へ到達するまでの抑制制御であり、全体的な振動抑制には至っていない。さらに、制御電圧を一度オフにすることが前提となっており、可動部が制御されない状態が作られ、新たな振動の要因ともなり得、柔軟な制御を難しくしている。
一般的に、光通信用の光スイッチにおいては、ＤＭＤと異なり、任意の角度で位置出しされるために自由振動の収束までに非常に時間がかかる。また、レーザ光などの光情報を出射側のファイバに反射させて入射させるため、高い制御精度が求められるが、可動部（ミラー部）の振動が上記したチャタリングとしてノイズの原因となる。このように、特に光スイッチの場合、振動の影響はＤＭＤもより大きく、重大な課題となっていた。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、可動部の振動をアクティブに減少させることのできる微小電気機械素子の駆動方法及び微小電気機械素子アレイの駆動方法、微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイ、並びに画像形成装置を提供し、もって、チャタリングを減少させてノイズを低減し、スイッチング動作の高速化を図ることを目的とする。
【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た可動部を備え、該可動部が物理作用により変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、前記可動部に対して、該可動部の変位開始から前記定位点に到達するまでの第１の期間は前記定位点に到達するときの速度を略ゼロとする第１の物理作用力を連続的に常時与え、前記定位点到達後の第２の期間は前記可動部を前記定位点に定位させるための第２の物理作用力を与えることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【０００９】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、可動部への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、可動部が定位点に到達するときの速度を略ゼロとすることにより、従来非接触駆動での定位点へ到達する際のオーバーシュートや、接触駆動での可動部が大きな速度で定位点へ到達することで生じていた衝突による振動が抑制される。つまり、可動部の振動がアクティブに減少可能となる。
【００１０】
（２）弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用より変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点のうち、いずれかの定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、前記可動部に対して、該可動部の変位開始から前記定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間は、前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に減少させることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【００１１】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、可動部への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、可動部が定位点方向へ駆動された後で、この可動部が可動部定位点方向へ変位している間に、物理作用力の絶対値を減少させることで、可動部が大きな速度で定位点へ到達することで生じていた振動が抑制される。よって、可動部の振動がアクティブに減少可能となる。
【００１２】
（３）弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用より変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点のうち、いずれかの定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、前記可動部に対して、前記該可動部の変位開始から前記定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間の後、この第１の期間終了時から次に速度がゼロになるまでの第２の期間において、前記可動部に前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に増大させることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【００１３】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、可動部への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、可動部が定位点から離反する方向、すなわち、可動部定位点方向とは逆方向へ変位している間には、物理作用力の絶対値を増加させることで、振動抑制のために可動部を定位点方向へ向かわせる作用を与えることができる。これにより、過剰な振れが抑制されて定位点における振動発生が抑制される。つまり、可動部の振動がアクティブに減少可能となる。
【００１４】
（４）弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用より変位する際に発生する振動を抑制する微小電気機械素子の駆動方法であって、前記可動部へ物理作用力を加える少なくとも１つ以上の駆動部により、前記可動部の前記物理作用力による変位終了位置となる少なくとも１つ以上の定位点のうち、いずれかの定位点に向けて前記可動部を駆動する場合に、前記可動部に対して、該可動部の変位開始から前記定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間は前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に減少させ、前記第１の期間終了時から次に速度がゼロになるまでの第２の期間において、前記可動部が前記定位点から離反する方向に変位しているときに、前記可動部に前記定位点方向への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、該物理作用力の絶対値を相対的に増大させることを特徴とする微小電気機械素子の駆動方法。
【００１５】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、可動部への物理作用力を連続的に常時与えるとともに、可動部が定位点方向へ駆動された後で、この可動部が可動部定位点方向へ変位している間に、物理作用力の絶対値を減少させることで、可動部が大きな速度で定位点へ到達することで生じていた振動を抑制させることができる。また、可動部が定位点から離反する方向、すなわち、可動部定位点方向とは逆方向へ変位している間には、物理作用力の絶対値を増加させることで、振動抑制のために可動部を定位点方向へ向かわせる作用を与えることができる。これにより、過剰な振れが抑制されて定位点における振動発生が抑制される。つまり、可動部の振動がアクティブに減少可能となる。
【００１６】
（５）前記物理作用力を前記第１の期間および前記第２の期間にわたって、連続して前記可動部に加えることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法。
【００１７】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、可動部に物理作用力を連続して与えることにより、可動部の動きを円滑に制御することができ、断続的に物理作用力を与える場合と比較して、より高精度な位置制御が可能となる。
【００１８】
（６）前記可動部の前記定位点間における変位を、前記物理作用力を前記可動部に複数回加えることで複数回繰り返すことを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法。
【００１９】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、物理作用力を繰り返し複数回加えることで、連続的な制御が行える。
【００２０】
（７）前記物理作用力の印加波形が、三角波・矩形波・鋸波・正弦波のいずれかを含むことを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法。
【００２１】
この微小電気機械素子の駆動方法によれば、所望の物理作用力を三角波・矩形波・鋸波・正弦波のいずれかから得ることができる。
【００２２】
（８）前記微小電気機械素子が複数配列された微小電気機械素子アレイに対し、（１）〜（７）のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法に基づいて、前記微小電気機械素子アレイの駆動を行うことを特徴とする微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【００２３】
この微小電気機械素子アレイの駆動方法によれば、微小電気機械素子アレイを構成する各素子の振動タイミングを調整することで、アレイ全体としての振動抑制が可能となる。
【００２４】
（９）前記複数の可動部が、前記複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、前記複数の可動部が前記第２定位点に到達するタイミングを略一致させるように、（１）〜（７）のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする請求項８記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【００２５】
この微小電気機械素子アレイの駆動方法によれば、複数の可動部が第２定位点に到達するタイミングを略一致させる制御を、可動部に振動を伴わせることなく正確に実現できる。
【００２６】
（１０）前記複数の可動部が、前記複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、前記複数の可動部が前記第２定位点に向けて変位開始するタイミングが略一致したときに、（１）〜（７）のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする（８）記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【００２７】
この微小電気機械素子アレイの駆動方法によれば、複数の可動部が第２定位点に向けて変位開始するタイミングを一致させる制御を、振動を伴わせることなく正確に実現できる。
【００２８】
（１１）前記複数の可動部が、前記複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、前記複数の可動部が前記第２定位点に対して同じ方向に変位している期間に、（１）〜（７）のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする（８）記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法。
【００２９】
この微小電気機械素子アレイの駆動方法によれば、複数の可動部が前記第２定位点に対して同じ方向に変位してときに、可動部の振幅が過剰に大きくなることが防止でき、正確な制御が可能となる。
【００３０】
（１２）弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用力で変位する微小電気機械素子であって、（１）〜（７）のいずれか１項記載の微小電気機械素子の駆動方法に基づいて光変調を行う制御部を具備したことを特徴とする微小電気機械素子。
【００３１】
この微小電気機械素子によれば、可動部の振動をアクティブに減少させることができ、チャタリングを減少させてノイズを低減し、スイッチング動作の高速化を図ることができる。
【００３２】
（１３）弾性変位可能に支持された可動部を備え、該可動部が物理作用力で変位する微小電気機械素子を複数配列されてなる微小電気機械素子アレイであって、（８）〜（１１）のいずれか１項記載の微小電気機械素子アレイの駆動方法に基づいて光変調を行う制御部を具備したことを特徴とする微小電気機械素子アレイ。
【００３３】
この微小電気機械素子アレイによれば、複数の可動部の振動をそれぞれアクティブに減少させることができ、チャタリングを減少させてノイズを低減し、スイッチング動作の高速化を図ることができる。
【００３４】
（１４）光源と、（１３）記載の微小電気機械素子アレイと、前記光源からの光を前記微小電気機械素子アレイに照射する光学系と、前記微小電気機械素子アレイから出射される光を画像形成画面に投影する投影光学系と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００３５】
この画像形成装置によれば、振動をアクティブに減少でき、従来装置に比べ、駆動サイクルが短縮される。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）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。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、可動部へ与える物理作用力を制御することで、可動部に対していずれの変位方向についても、振動抑制のため可動部を定位点方向へ向かわせる作用を与えることができる。これにより、可動部が大きな速度で定位点へ到達することで生じていた振動が抑制される。つまり、可動部のオーバーシュートによる振動（非接触駆動系）や可動部の接触時の振動（接触駆動系）がアクティブに減少可能となる。また、物理作用力を停止することなく駆動制御するので、可動部が制御されない状態が発生することがなく、柔軟な制御を提供できる。
また、複数の可動部それぞれの物理作用力を制御することで、可動部の定位点に到達した後の振動をアクティブに減少させることができる。この結果、チャタリングを減少させてノイズを低減し、微小電気機械素子アレイにおけるスイッチング動作を高速化することができる。
さらに、微小電気機械素子アレイを用いて画像形成装置を構成することにより、可動部の振動をアクティブに減少でき、駆動サイクルが高速化され、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る駆動方法を適用する微小電気機械素子の第１の実施の形態を（ａ），（ｂ）で表す概念図、図２は図１に示した微小電気機械素子の変位過程を（ａ），（ｂ）で表した動作説明図である。
本実施の形態による微小電気機械素子としての光スイッチ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。
【００３８】
光スイッチ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、本発明に係る光スイッチは、可動部２７の材質を適宜選択することにより、音波、流体、熱線のスイッチングも可能にできる。
【００３９】
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（定位点）に到達するに際し、基板２１や図示しない停止部材には接触せずに停止される。つまり、非接触型の光スイッチを構成している。
【００４０】
基板２１の上面には、ヒンジ２９，２９を中央として両側に第１アドレス電極３５ａと第２アドレス電極３５ｂが設けられる。これらアドレス電極３５ａ，３５ｂが可動部２７へ静電気力を与える駆動部となる。また、可動部２７にもその一部に図示しない可動電極が設けられている。光スイッチ１００には基板２１中に駆動回路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。光スイッチ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。
【００４１】
光スイッチ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、周囲雰囲気の誘電率、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。
【００４２】
従って、周囲雰囲気の誘電率、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は左側が下がるように傾く。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は右側が下がるように傾く。
【００４３】
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、ヒンジ２９、２９を軸として可動部２７を回転変位させる駆動部となっている。このような駆動部から可動部２７へ加えられる物理作用力が、静電気力となることで、高速な回転変位によるスイッチングが可能となる。
【００４４】
なお、可動部２７に作用させる物理作用力は、静電気力以外の物理作用力であってもよい。その他の物理作用力としては、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、駆動部としては、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。
【００４５】
次に、この可動部２７の振動と、本発明の駆動方法による振動抑制について述べる。
本発明が適用される光スイッチ１００は、駆動部により可動部２７を図１の左回転方向（反時計方向）で光スイッチとして機能できる程度の変位位置である定位点へ変位駆動させるに際し、可動部２７がその定位点方向に変位している間に、駆動部により可動部２７に対し始めの物理作用力より減少させた物理作用力が加えられる。つまり、可動部２７に対して、可動部２７の変位開始から定位点方向に遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間は、定位点に到達するときの速度を略ゼロとする第１の物理作用力を連続的に常時与え、第１の期間終了時から次に速度がゼロになるまでの第２の期間は、可動部２７を定位点に定位させるための第２の物理作用力を与える。
【００４６】
図３は、第１実施形態における可動部の駆動波形とそれに対する可動部の挙動を表した説明図である。
本実施形態の光スイッチ１００は、図２（ａ）に示すように静電気力がかかっていない状態がニュートラル状態（位置Ｐ０）となる。そして、図２（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、第１アドレス電極３５ａに駆動電圧Ｖａ２が印加される（第１の期間：ｔ０〜ｔ１の期間）と、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、光スイッチ１００としての一方の状態として、可動部２７の左端が、定位点である変位の最終位置（Ｐ１）方向に変位する。このとき、図３（ｂ）に実線で示すようなＰ０からＰ１への曲線に示す変位が生じる。また、第２アドレス電極３５ｂに駆動電圧を印加すると、可動部２７は逆側の最終位置（Ｐ２）方向へ移動する。以下の説明では、定位点である最終位置Ｐ１，Ｐ２への遷移動作はいずれも等価と見なせるので、可動部２７の移動方向はＰ１→Ｐ２の順であっても、Ｐ２→Ｐ１の順であっても同様である。
【００４７】
本実施形態においては、定位点に到達する時刻ｔ１までの間（第１の期間）、図３（ａ）の実線で示すように、可動部２７に印加する物理作用力（静電気力）を発生させるための駆動電圧ＶａをＶａ１からＶａ２に絶対値を減少させている。これにより、既に変位が開始されている可動部２７に対して第１アドレス電極３５ａに向かう静電気力を連続的に常時与えつつ、相対的に減少させるので、ヒンジ２９、２９の弾性力が相対的に大きくなり振動抑制方向に作用する。よって、変位開始後で最終変位位置となる定位点Ｐ１に到達する前の可動部２７が減速され、定位点に到達する瞬間の速度が略ゼロとなる。その結果、図３（ｂ）の時刻ｔ１以降（第２の期間）で判るように可動部２７の振動が抑えられる。この時刻ｔ１以降の駆動電圧Ｖａは、可動部２７を定位点Ｐ１に定位させるための物理作用力を発生するため、電圧Ｖａ２より絶対値が高い電圧Ｖａ１が印加されている。なお、駆動電圧Ｖａを減少させない場合、図３（ｂ）の点線に示すように、オーバーシュートにより振動が大きい状態で推移する。
【００４８】
Ｖａ２の値については、使用される微小電気機械素子にＶａ２として数段階の電圧を印加実験することで、最適な数値を実験的に特定することができる。また、下記の（１）、（２）式によって解析的に求めることもできる。
［式１］
【００４９】
2007192902.tif 000003
つまり、（１）式で表される運動方程式00で、ｔ＝ｔ１において、
【００５０】
【数１】
2007192902.tif 000004
上記Ｂとなるような物理作用力ｆを与えるＶａ２として決定される。
【００５１】
図３（ａ）では、第１の物理作用力を発生させる第１アドレス電極３５ａの駆動電圧の絶対値を、電圧Ｖａ１から減少させた一定の値Ｖａ２としたが、図４に示すように、段階的に変化させることも可能である。図４（ａ）においては、可動部２７が第１アドレス電極３５ａに近づくにつれ、可動部２７に加わる静電気力が徐々に強められるので、定位点Ｐ１に到達するまでの間で駆動電圧の絶対値を段階的に減少させている。これにより、定位点到達時の速度を確実にゼロにすることができる。また、図４（ｂ）においては、可動部２７の変位開始時における静電気力を一時的に弱めることで、可動部２７の遷移動作に対してオーバーシュートの防止効果を高め、結果として可動部２７の応答性を高めている。つまり、可動部２７が第１アドレス電極３５ａに近づくことにより、同じ電圧レベルであっても発生する静電気力が増加するため、変位の途中で電圧を下げて、発生する静電気力を抑えている。
【００５２】
これらの駆動電圧の各段階における電圧値設定についても、上記（１）、（２）式において、ｔ＝ｔ2においてＢとなるような物理作用力ｆを与える電圧値として決定される。
【００５３】
このように、可動部２７が特定方向の定位点Ｐ１又はＰ２に到達するときに、到達の瞬間の速度が略ゼロとなることで、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達するに際し、所望の回転角度（収束位置）を超えてオーバーシュートして生じていた振動が発生しなくなる。
【００５４】
図５は、図２で示した光スイッチ１００の他方の状態として、可動部２７の左側が第１アドレス電極３５ａ側の定位点Ｐ１に保持されてから、これとは反対側の定位点Ｐ２に変位するまでの駆動の様子を示している。
具体的には、第２アドレス電極３５ｂに駆動電圧を印加して可動部２７を時計方向に変位させるが、その場合の第２アドレス電極３５ｂには、時刻ｔ１までの保持期間において電圧Ｖａ１を印加し、さらに時刻ｔ１以降は第１アドレス電極３５ｂに駆動電圧Ｖａ１より絶対値が低い電圧Ｖａ３を連続して印加する。これにより、可動部２７の右端が第２アドレス電極３５ｂ側の定位点の方向（即ち、定位点Ｐ２の方向）に変位し、この可動部２７の左端は図５（ｂ）の実線で示すような曲線を描いて変位する。そして、定位点Ｐ２に到達する瞬間には、その変位速度が略ゼロとなって、この定位点Ｐ２で静止する。可動部２７の左端が定位点Ｐ２に到達した後は、第１アドレス電極３５ａに印加する駆動電圧をＶａ３よりさらに絶対値が低い電圧Ｖａ４とする。ここで、駆動電圧Ｖａ４の設定については、前述のＶａ２の設定に準ずる。
【００５５】
本実施形態の駆動方法によれば、従来可動部が大きな速度で最終変位位置Ｐ１又はＰ２へ到達することで生じていたオーバーシュートによる振動や、接触駆動での最終変位位置へ到達する際の衝突による振動が抑止される。つまり、可動部２７の振動がアクティブに減少可能となる。
【００５６】
なお、ここでは説明の都合上、第１アドレス電極３５ａを物理作用力の駆動部としたが、これに限定されることなく、本実施形態の中では、第２アドレス電極３５ｂとすることもでき、また、他の微小電気機械素子であれば、可動部へ物理作用力を作用させる部分であれば良い。これは、以下に続く、他の実施形態についても同様である。
また、駆動電圧Ｖａの波形は、図示例では矩形状であるが、これに限らず、三角波・矩形波・鋸波・正弦波のいずれかを含む波形であってもよく、駆動電圧Ｖａが正の値の範囲内で連続的に変化する滑らかな曲線等の波形であってもよい。
【００５７】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の第２の実施の形態を説明する。
本実施形態の駆動方法では、可動部２７が定位点方向へ駆動されて変位している間に、可動部２７に静電気力を連続的に常時与えるとともに、静電気力の絶対値を減少させている。
図６は、第２実施形態における可動部の駆動波形とそれに対する可動部の挙動を表した説明図である。図６（ａ）に示すように、ニュートラル状態Ｐ０から第１アドレス電極３５ａに駆動電圧Ｖａ１が印加されると、図６（ｂ）の実線で示すように、可動部２７の左端が変位の最終位置（定位点Ｐ１）方向に向けて変位する。次に、定位点Ｐ１に到達する時刻ｔ２において、図６（ａ）に示すように、駆動電圧Ｖａ１をＶａ５のように絶対値を一時的に減少させている。
【００５８】
これによれば、可動部２７が定位点Ｐ１を越えて変位して、その変位方向が反転しない期間（すなわち、ヒンジ部の弾性復元力により、その変位方向とは反対方向に向かう反転が生じない期間）に、可動部２７に与える静電気力を低下させて、定位点Ｐ１を越えて第１アドレス電極３５ａ側に引き寄せる作用を低下させる。その結果、ヒンジ２９、２９の弾性力が相対的に大きくなり、振動抑制効果が高められる。よって、図６（ｂ）の時刻ｔ２以降で判るように振動が抑えられる。なお、駆動電圧Ｖａ１を減少させない場合、図６（ｂ）の点線で示すように、オーバーシュートなどにより振動が大きい状態で推移する。
【００５９】
以上のように、可動部２７の双方向の変位に対してそれぞれ駆動電圧を制御することで、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていたオーバーシュートによる振動が抑止される。つまり、可動部２７の振動がアクティブに減少可能となる。
【００６０】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の第３の実施の形態を説明する。
本発明が適用される光スイッチ１００は、駆動部により可動部２７をその定位点方向とは逆方向に変位している間に、駆動部により、可動部に静電気力が連続的に常時与えられるとともに、可動部２７に対して始めの静電気力より絶対値を増加させた静電気力が加えられる。
【００６１】
図７は、第３実施形態における可動部の駆動波形とそれに対する可動部の挙動を表した説明図である。
図７（ａ）に示すように、ニュートラル状態Ｐ０から第１アドレス電極３５ａに駆動電圧Ｖａ１が印加されると、図７（ｂ）の実線で示すように、可動部２７の左端が変位の最終位置（定位点Ｐ１）方向に向けて変位を開始する。次に、可動部２７が定位点Ｐ１に到達した（時刻ｔ２）後、可動部２７が変位方向を反転させて、再度定位点Ｐ１に到達したとき（時刻ｔ３）に、図７（ａ）に示すように、駆動電圧Ｖａ１をＶａ８のように絶対値を増加させている。
【００６２】
つまり、可動部２７が一旦定位点Ｐ１を越えて変位して、再度定位点Ｐ１に戻り、この変位点Ｐ１を越えたとき（時刻ｔ３）から、その変位方向が反転するまでの間、可動部２７に与える静電気力の絶対値を増加させて、第１アドレス電極３５ａに引き寄せる作用を強くする。その結果、ヒンジ２９、２９の弾性力と相まって、振動抑制効果が高められる。よって、図７（ｂ）の時刻ｔ３以降で判るように、可動部２７の振動が小さく抑えられる。なお、駆動電圧Ｖａ１の絶対値を増加させない場合、図７（ｂ）の点線で示すように、オーバーシュートなどにより振動が大きい状態で推移する。
【００６３】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の第４の実施の形態を説明する。
本実施形態の駆動方法では、可動部２７が定位点方向へ駆動された後で、可動部２７が定位点方向へ変位している間に、静電気力の絶対値を減少させ、かつ、可動部２７が定位点方向とは逆方向へ変位している間には、静電気力の絶対値を増加させている。このときも、静電気力は連続的に常時、可動部に与えられる。
【００６４】
図８は、第４実施形態における可動部の駆動波形とそれに対する可動部の挙動を表した説明図である。
図８（ａ）に示すように、静電気力がかかっていない状態から、時刻ｔ１において駆動部である第１アドレス電極３５ａにより駆動電圧Ｖａ１が印加される。すると、図８（ｂ）に示すように、光スイッチ１００としての一方の状態として、可動部２７の左端が定位点方向に変位し、図８（ｂ）の実線で示すような曲線の変位が始まる。
【００６５】
そして、定位点に到達する時刻ｔ２からその変位方向が反転するまでの間において、図８（ａ）に示すように、可動部２７が定位点方向に変位する場合ということで、物理作用力を発生させる駆動電圧をＶａ１からＶａ１２に絶対値を減少させている。よって、可動部２７に対し、ヒンジ２９、２９の弾性力を相対的に大きくして振動抑制方向に働かせ、可動部２７の振動が抑制される。
【００６６】
更に、図８（ｂ）に示すように、ニュートラル状態（Ｐ０）から定位点Ｐ１を通過し、定位点Ｐ１から離反した後に変位方向を反転し、再び定位点Ｐ１に到達する時刻ｔ３から、さらに変位方向が反転するまでの間（つまり可動部２７が定位点から離反する方向に変位する間）において、図８（ａ）の時刻ｔ３に示すように、物理作用力を発生させる駆動電圧Ｖａ１をＶａ１３に絶対値を増加させる。これによって、図８（ｂ）で判るように、可動部２７の振動に対し時刻ｔ３以降における振動が更に抑制される。
【００６７】
従って、可動部２７のいずれの変位方向（定位点方向への変位、又は定位点方向とは逆方向へ変位）に対しても、振動抑制のために可動部２７を定位点方向へ向かわせる作用を与えることができ、可動部２７が大きな速度で定位点へ到達することで生じていた振動が強力に抑制される。つまり、可動部の振動がアクティブに減少可能となる。
【００６８】
以上をまとめると、本実施形態の光スイッチの駆動方法は、図９に非接触型駆動方式の光スイッチの変位動作を示すように、可動部２７が一方のアドレス電極（例えば第１アドレス電極３５ａ）側へ遷移して速度がゼロになるまでの第１の期間と、他方のアドレス電極（例えば第２アドレス電極３５ｂ）側へ遷移して速度がゼロになるまでの第２の期間とに切り分けて、各期間毎に異なる駆動電圧の制御を行う。そして、駆動電圧を減少または増加、あるいは増減させることで、可動部２７が最終変位位置に到達した後のオーバーシュートや振動を無くすことができる。その結果、駆動サイクルを短縮することができる。
【００６９】
上記の例では、非接触型駆動方式の光スイッチの場合であるが、接触型駆動方式の光スイッチの場合についても同様である。つまり、図１０に示すように、可動部２７が一方のアドレス電極側へ遷移する期間と、他方のアドレス電極側へ遷移する期間とに切り分けて駆動電圧を制御する。そして、この駆動電圧の制御は、可動部２７を駆動させる度に実施し、物理作用力を可動部２７に複数回加えることで、連続的な制御が安定して行えるようになる。
【００７０】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の第５の実施の形態を説明する。
ここでは、上述の微小電気機械素子が複数配列されてなる微小電気機械素子アレイを駆動の対象としている。具体的な微小電気機械素子アレイの構成については後述することとし、ここではまず、微小電気機械素子アレイの駆動方法について説明する。
本実施形態の駆動方法では、複数の可動部２７が、複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、複数の可動部２７が第２定位点に到達するタイミングを略一致させるように、印加する駆動電圧をそれぞれ前述の各実施形態のように連続的に制御するものである。
【００７１】
このような可動部２７の挙動において、図１１に示す本駆動方法のシーケンスでは、まず、複数の可動部がそれぞれともにラッチ状態から解除され、ヒンジの弾性復元力によって一斉に略水平状態にされる（時刻ｔａ）。そして、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔａのタイミングで各可動部２７に対して、駆動電圧Ｖａ、Ｖｂのいずれか、若しくは両方を印加する。なお、図では一例として第１実施形態の駆動波形を示した。つまり、正規の駆動電圧より低い電圧を印加した後、駆動電圧Ｖａ、Ｖｂのいずれか、若しくは両方を印加する。したがって、それぞれの可動部２７は、一斉に水平姿勢をとっているので、同時に低い駆動電圧と、その後の駆動電圧Ｖａ、Ｖｂが印加されることで、左側又は右側への異なる遷移方向であっても、図１１（ｂ）に示すように、最初の定位点への到達タイミングが同時となり、複数の微小電気機械素子それぞれの位相を合わせることができる。換言すれば、最初の定位点への到達タイミングが同時になるように、低い電圧値の駆動電圧が印加される。
【００７２】
本実施形態においては、このように可動部２７の位相がそれぞれ合わせられることで、上記の作用による振動減衰効果を、全微小電気機械素子に対して得ることができ、その結果、微小電気機械素子アレイの駆動タイミングを各可動部で一定に揃えることができる。
【００７３】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の第６の実施の形態を説明する。
本実施形態は上述の微小電気機械素子が複数配列されてなる微小電気機械素子アレイを駆動の対象としている。
本実施形態の駆動方法では、複数の可動部２７が、複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、複数の可動部２７が第２定位点に向けて変位開始するタイミングが略一致したときに、印加する駆動電圧をそれぞれ前述の各実施形態のように制御するものである。各可動部の変位開始するタイミングが一致するときは、実験的に求めてもよく、解析的に求めてもよい。これによって予め設定されるタイミングで駆動電圧の制御を行う。
【００７４】
このような駆動方法による可動部２７の挙動の一例を図１２に示した。図１２に示す本駆動方法では、まず、複数の可動部をそれぞれいずれかの定位点に向けて駆動する。そのとき、図１２（ａ）に示すように、各可動部の変位の挙動は、異なる周期（固有振動数）となった振動となる。これは可動部の寸法等の個体差によって差が生じるためである。そこで、所望の定位点へ変位するタイミングが略一致したところで、前述の第２実施形態における駆動電圧の制御を行う。即ち、駆動電圧の絶対値を一時的に減少させる。
これにより、それぞれの可動部２７は、位相の略一致した時刻ｔｂで同時に駆動電圧Ｖａ又はＶｂが印加されることで、左側又は右側への異なる遷移であっても、図１２（ｂ）に示すように、時刻ｔｂ以降の可動部の振動を抑制できる。
【００７５】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の駆動方法の第７の実施の形態を説明する。
本実施形態は上述の微小電気機械素子が複数配列されてなる微小電気機械素子アレイを駆動の対象としている。
本実施形態の駆動方法では、複数の可動部が、複数の定位点の内のいずれかの第１定位点からいずれかの第２定位点にそれぞれ独立して変位する際に、複数の可動部が第２定位点に対して同じ方向に変位している期間に、印加する駆動電圧をそれぞれ前述の各実施形態のように制御するものである。
【００７６】
このような可動部２７の挙動において、図１３に示す本駆動方法においては、まず、複数の可動部をそれぞれいずれかの定位点に向けて駆動する。そのとき、各可動部の変位の挙動が変位先となる定位点に向けて変位しているか（接近方向）、変位先とは逆の定位点に向けて変位しているか（離反方向）を区別して、それぞれの可動部２７が同じ方向（接近又は離反）に変位している期間に対して、駆動電圧の制御を行う。図中では一例として接近する方向を示している。
この駆動方法によれば、複数の可動部が変位先となる定位点に対して同じ方向に変位している期間に駆動電圧を制御することで、可動部の振幅が過剰に大きくなることが防止でき、正確な制御が可能となる。
【００７７】
図１４に本実施形態の一例としての駆動波形とそれによる可動部の挙動を示した。
図１４（ａ）に示すように、可動部２７が同じ方向に変位している期間に、それぞれの定位点に向かう静電気力を発生する駆動電圧を、図１４（ｂ）に示すように一時的に低減する。これにより、可動部２７が定位点に到達するときの速度が小さく抑えられ、定位点到達後の振動が抑制される。同一の駆動電圧であっても、可動部２７と電極との間の距離が短くなると、発生する静電気力が増大するため、過剰な駆動力が発生しやすくなるが、この方法によれば、適切な駆動力を発生させることができ、可動部２７の振動発生が抑制できる。
【００７８】
次に、以上説明した各実施形態にける微小電気機械素子の他の構造例について説明する。
図１５は２軸にて揺動される可動部を備えた３次元光スイッチの例を表した斜視図である。
光スイッチは、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次元光スイッチの他、図１５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次元光スイッチ２００であってもよい。この場合、３次元光スイッチ２００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。
【００７９】
このような３次元光スイッチ２００の場合においても、前述した各実施形態の駆動電圧の制御が可能である。例えば、可動部２７が最終変位位置に到達する前の変位中に、変位方向と逆方向に物理的引力を作用させ、可動部２７が最終変位位置へ到達する直前の速度を減速する。これによってオーバーシュートによる振動が抑止され、３次元駆動される可動部２７の振動がアクティブに減少可能となる。
【００８０】
図１６は本発明が適用される微小電気機械素子の他の例を表す概念図である。
この場合の光スイッチ３００は、可動部４１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４１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４１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４１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。
【００８１】
このような構成の光スイッチ３００においても、例えば、第１アドレス電極３５ａと可動部４１に駆動電圧Ｖａを印加するとともに、第２アドレス電極３５ｂと可動部４１に振動抑制電圧Ｖｂを印加することで、可動部２７が最終変位位置（この場合、第１アドレス電極３５ａ側の直近非接触位置）に到達する前の変位している間に、変位方向と逆方向に静電吸引力を作用させ、可動部２７が最終変位位置へ到達する直前の速度を減速させることができる。
【００８２】
図１７は本発明が適用される微小電気機械素子の他の例を表す概念図である。
この場合の光スイッチ４００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４３の両端が基板２１上に形成した絶縁膜４５に所定の間隙４７を有して固定されている。この基板２１の可動部４３の下方には、絶縁膜４５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４３の上方には絶縁膜４９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４３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。
【００８３】
このような平行平板型の光スイッチ４００においても、例えば第１アドレス電極３５ａと可動部４１に駆動電圧Ｖａを印加するとともに、第２アドレス電極３５ｂと可動部４１に振動抑制電圧Ｖｂを印加することで、可動部４３が最終変位位置（この場合、第１アドレス電極３５ａ側の直近非接触位置）に到達する前の変位している間に、変位方向と逆方向に静電吸引力を作用させ、可動部４３が最終変位位置へ到達する直前の速度を減速させることができる。
【００８４】
また、本発明に係る微小電気機械素子としては、上記の光スイッチの構成に限らず、素子の方向、構造、駆動は任意であってよく、双方向で駆動される全ての素子に対して本発明を適用することができる。
【００８５】
図１８は本発明が適用できる微小電気機械素子をＲＦスイッチに応用した例を表す平面図である。
図１９は図１８に示したＲＦスイッチのオフ状態のＡ−Ａ断面を（ａ）、オン状態のＡ−Ａ断面を（ｂ）に表した説明図、図２１は図１８に示したＲＦスイッチのオフ状態のＢ−Ｂ断面を（ａ）、オン状態のＢ−Ｂ断面を（ｂ）に表した説明図である。
【００８６】
本発明に係る光スイッチは、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５３と、カンチレバー５３の基端を基板２１に支持するスペーサ３１と、第１電極３５ｅ及び第２電極３５ｆと、入力端子５５と、出力端子５７と、短絡接点５９とを備える。
【００８７】
このような構成により、第１電極３５ｅ及び第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５３が上下に弾性変位し、入力端子５５と出力端子５７とを開閉して、ＲＦ（高周波）信号の接続及び切換を行う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５５、出力端子５７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。
【００８８】
スイッチやルーター、ＲＦ信号処理に本発明に係る光スイッチ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。そして、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、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、略理想的なＲＦ特性を得ることができる。
【００８９】
上記の各実施形態に開示した光スイッチ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電気機械素子アレイである光スイッチアレイを構成することができる。
この光スイッチアレイでは、高速なスイッチング動作の可能となった光スイッチ１００，２００，３００，４００，５００がアレイ化され、振動の鎮静化する時間の短縮が可能となり、従来より早いアドレス電圧の書込みが可能となる。
従って、可動部が最終変位位置へ到達した後の振動が抑止され、振動鎮静化時間をなくし、或いは大幅に短縮することが可能となり、振動の収まるのを待つ必要がなく、アドレス電圧を書込むことができる。この結果、スイッチング動作を高速化して、駆動サイクルを短縮することができる。
【００９０】
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。従って、光スイッチアレイにおいては、各素子ごと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光スイッチアレイによれば、この補正に対応させて個々の光スイッチ１００，２００，３００，４００，５００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。
【００９１】
図２１は光スイッチ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。
光スイッチアレイ６００は、光スイッチ（例えば１００）のそれぞれがメモリ回路６１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６１が備えられることで、メモリ回路６１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６１には予め素子変位信号が書き込まれる。光スイッチ１００のスイッチングのとき、各々の光スイッチ１００のメモリ回路６１に記憶された素子変位信号と、光スイッチ１００への印加電圧を制御する駆動電圧制御回路６３により、本発明の駆動電圧を所望のタイミングで光スイッチ１００の信号電極（第１アドレス電極、第２アドレス電極）６５に出力する。このとき、共通電極（可動電極）６７に対しても所望の電圧が出力される。
【００９２】
このように、メモリ回路６１を用いて光スイッチ１００を駆動すると、複数の光スイッチ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の光スイッチ１００の構成を示したが、これに限らず、他の構成の光スイッチ２００，３００，４００，５００であってもよい。
【００９３】
また、光スイッチアレイ６００には、それぞれの可動部をスイッチング駆動させる制御部としての制御回路６３が設けられることが好ましい。このような制御回路６３が備えられた光スイッチアレイ６００では、可動部が制御回路６３によって駆動制御されることで、可動部が最終変位位置に到達する前に、可動部に設けた可動電極（共通電極６７）と固定電極（信号電極６５）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。
【００９４】
図２２は光スイッチ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。
クロスコネクトスイッチ７１は、例えば光スイッチ１００を１次元状に配列した光スイッチアレイ６００を用いて構成することができる。図示の例では、２つの光スイッチアレイ６００ａ，６００ｂが設けられる。このクロスコネクトスイッチ７１では、入力ファイバーボート７３の光ファイバ７３ａからの出射光がマイクロレンズ７５を通り一方の光スイッチアレイ６００ａの所定の光スイッチ１００ａに入射される。入射光は、光スイッチ１００ａのスイッチング動作によって、反射光となって入射側光スイッチアレイ６００ｂの所望の光スイッチ１００ｂに入射する。入射した光は光スイッチ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７７の光ファイバ７７ａへ入射する。
【００９５】
このクロスコネクトスイッチ７１においても、上記の複数の光スイッチ１００からなる光スイッチアレイ６００が用いられることで、可動部（マイクロミラー部）２７の最終位置到達時の振動をアクティブに減少させ、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。
【００９６】
そして、このクロスコネクトスイッチ７１では、上記のように個々の光スイッチ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、個々の光スイッチ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。
【００９７】
また、上記のクロスコネクトスイッチ７１では、１軸回動される光スイッチ１００を用いた例で説明したが、光スイッチアレイには図１５に示した２軸回動される３次元光スイッチ２００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７３の光ファイバ７３ａが１次元配列され、出力ファイバーボード７７の光ファイバ７７ａ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７３ａからの出射光を紙面垂直方向所望の光ファイバ７７ａへも切り換えることができる。
【００９８】
なお、上記した構成を有する光スイッチアレイ６００は、光源と、光源からの光を光スイッチアレイ６００に照射する照明光学系と、光スイッチアレイ６００から出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えることで、画像形成装置を構成することができる。そして、このような光スイッチアレイ６００を備えた画像形成装置では、振動をアクティブに減少でき、従来装置に比べ、駆動サイクルが短縮される。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）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。
【００９９】
次に、上記光スイッチアレイ６００を用いて構成した画像形成装置について説明する。
まず、露光装置７００について説明する。
図２３は本発明の光変調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７００は、照明光源９１と、照明光学系９３と、上述した実施の形態の光スイッチ１００を同一平面状で２次元状に複数配列した光スイッチアレイ６００と、投影光学系９５とを備える。
【０１００】
照明光源９１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９３は、例えば、照明光源９１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光スイッチアレイ６００の各光変調素子に垂直に入射する。照明光源９１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９１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９１を点光源とみなし、光スイッチアレイ６００に平行光を入射するようにしても良い。また、照明光源９１として光スイッチアレイ６００の各光変調素子に対応するＬＥＤを有するＬＥＤアレイを使用し、ＬＥＤアレイと光スイッチアレイ６００とを近接させて光を発光させることで、光スイッチアレイ６００の各光変調素子に平行光を入射するようにしても良い。なお、照明光源９１としてレーザを用いた場合には、照明光学系９３は省略しても良い。
【０１０１】
投影光学系９５は、画像形成面である記録媒体９７に対して光を投影するためのものであり、例えば、光スイッチアレイ６００の各光変調素子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。
【０１０２】
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２４は本発明の光変調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２３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８００は、照明光源９１と、照明光学系９３と、光スイッチアレイ６００と、投影光学系１０１とを備える。投影光学系１０１は、画像形成面であるスクリーン１０３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９３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。
【０１０３】
以上説明した各実施形態および各構成の微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイ、並びに、上述の各電極への電圧駆動のタイミングや波形等は、これに限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明に係る微小電気機械素子の第１の実施の形態を（ａ）（ｂ）で表す概念図である。
【図２】図１に示した微小電気機械素子の制振の過程を（ａ）（ｂ）で表した動作説明図である。
【図３】第１実施形態における可動部の駆動波形（ａ）とそれに対する可動部の挙動（ｂ）を表した説明図である。
【図４】他の駆動波形（ａ）とそれに対する可動部の挙動（ｂ）を表した説明図である。
【図５】図３で示した光スイッチの他方の状態として、可動部の左側が第１アドレス電極側の定位点に保持されてから、これとは反対側の定位点に変位するまでの駆動波形（ａ）とそれによる可動部の挙動（ｂ）を表した説明図である。
【図６】第２実施形態における可動部の駆動波形とそれに対する可動部の挙動を表した説明図である。
【図７】第３実施形態における可動部の駆動波形（ａ）とそれに対する可動部の挙動（ｂ）を表した説明図である。
【図８】第４実施形態における可動部の駆動波形（ａ）とそれに対する可動部の挙動（ｂ）を表した説明図である。
【図９】非接触型駆動方式の光スイッチの変位動作を示す説明図である。
【図１０】接触型駆動方式の光スイッチの変位動作を示す説明図である。
【図１１】第５の実施形態における駆動シーケンスを示す図で、（ａ）は駆動波形、（ｂ）はそれによる可動部の挙動を表した説明図である。
【図１２】第６の実施形態における駆動シーケンスを示す図で、（ａ）は駆動波形、（ｂ）はそれによる可動部の挙動を表した説明図である。
【図１３】第７の実施形態における駆動シーケンスを示す図で、可動部の挙動を表した説明図である。
【図１４】図１３の一例としての駆動波形（ａ）とそれによる可動部の挙動（ｂ）を示した説明図である。
【図１５】２軸にて揺動される可動部を備えた３次元光スイッチの例を表した斜視図である。
【図１６】本発明が適用できる微小電気機械素子の例を表す概念図である。
【図１７】本発明が適用できる微小電気機械素子の例を表す概念図である。
【図１８】本発明が適用できる微小電気機械素子をＲＦスイッチに応用した例を表す平面図である。
【図１９】図１８に示したＲＦスイッチのオフ状態のＡ−Ａ断面を（ａ）、オン状態のＡ−Ａ断面を（ｂ）に表した説明図である。
【図２０】図１８に示したＲＦスイッチのオフ状態のＢ−Ｂ断面を（ａ）、オン状態のＢ−Ｂ断面を（ｂ）に表した説明図である。
【図２１】光スイッチ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２２】光スイッチ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２３】本発明の光変調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２４】本発明の光変調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２５】従来の光スイッチの概略構成を示した説明図である。
【図２６】従来の光スイッチにおける切替制御方法の特性を表した説明図で，（ａ）は制御電圧オン時、（ｂ）は制御電圧オフ時の様子である。
【符号の説明】
【０１０５】
２７  可動部
３５ａ  第１アドレス電極
３５ｂ  第２アドレス電極
３７  駆動回路
６１  メモリ回路
６３  制御回路（制御部）
６５  信号電極
６７  共通電極
１００，２００，３００，４００，５００  光スイッチ（微小電気機械素子）
６００  光スイッチアレイ（微小電気機械素子アレイ）
【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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【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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