(57)【要約】【課題】複数の偏向角に自動的かつ高精度に位置決めされた状態で偏向させることが可能であり、構造や制御アルゴリズムの設計が容易な静電偏向素子を提供する。【解決手段】静電偏向素子１００は、支持基板１１０と、支持基板１１０に対して偏向し得るマイクロミラー１２１から構成される。支持基板１１０は、マイクロミラー１２１に対向する面に設けられた複数個の駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍと、駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍの上に設けられた絶縁層１１３を有している。マイクロミラー１２１は、支持基板１１０に対向している対向面１２３が円筒面で構成されている。対向面１２３の一部は互いに連結されない状態で支持基板１１０に接している。【選択図】図２
2013037195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板に対して偏向し得るマイクロミラーを備え、
前記支持基板は、前記マイクロミラーに対向する対向面に設けられた複数個の駆動電極と、前記駆動電極の上に設けられた絶縁層を有し、
前記マイクロミラーは、前記支持基板に対向している対向面の少なくとも一部が曲面または法線方向が異なる複数個の平面から構成されており、
前記マイクロミラーの前記対向面の一部が前記支持基板に連結されない状態で接している、静電偏向素子。
【請求項２】
前記支持基板は、前記絶縁層の上に設けられた接地電極をさらに有し、前記接地電極は、前記駆動電極に対向する位置に開口部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電偏向素子。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記接地電極の開口部に対応する部分に開口部を有していることを特徴とする、請求項２に記載の静電偏向素子。
【請求項４】
支持基板と、
前記支持基板に対して偏向し得るマイクロミラーから構成され、
前記支持基板は、前記マイクロミラーに対向する対向面に設けられた互いに同一平面上に配置された複数個の駆動電極と接地電極を有し、
前記マイクロミラーは、前記支持基板に対向している対向面の少なくとも一部が曲面または法線方向が異なる複数個の平面から構成され、
前記マイクロミラーはさらに前記対向面に設けられた複数個の突起を有し、前記突起のいずれかの先端が常に前記接地電極に連結されない状態で接している、静電偏向素子。
【請求項５】
前記支持基板は、前記マイクロミラーを支持する弾性部材をさらに有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の静電偏向素子。
【請求項６】
前記支持基板は、前記マイクロミラーに接続された弾性部材と、前記弾性部材を支持する支持要素をさらに有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の静電偏向素子。
【請求項７】
前記駆動電極が、１列または複数列に並べて配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の静電偏向素子。
【請求項８】
前記駆動電極が格子状に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の静電偏向素子。
【請求項９】
前記曲面が円筒面であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の静電偏向素子。
【請求項１０】
前記曲面が球面であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の静電偏向素子。
【請求項１１】
前記マイクロミラーは、前記マイクロミラーの前記対向面の反対側の面に反射面が形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の静電偏向素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の静電偏向素子を同一平面内に並べて配置することにより構成される、静電偏向素子アレイ。
【請求項１３】
前記マイクロミラーを接地した状態で、前記駆動電極の少なくとも１個に接地電位と異なる電圧を印加することにより、前記マイクロミラーの構成要素の一部が接地電位と異なる電圧を印加された前記駆動電極の直上において前記支持基板の前記対向面に形成された構成要素のいずれかに接するまで前記マイクロミラーを偏向させることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の静電偏向素子の制御方法。
【請求項１４】
接地電位と異なる電圧を印加された前記駆動電極の周囲に配置された駆動電極に、接地電位と異なる電圧をさらに印加することを特徴とする、請求項１３に記載の静電偏向素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ静電偏向素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを複数の偏向角に自動的かつ高精度に位置決め可能なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）静電偏向素子の例として、マイクロミラー制御システムが特表２００９−５２９１５７号公報に開示されている。
【０００３】
図１６は、このマイクロミラー制御システムの構成例を示す透視斜視図であり、図１７は、図１６の一部を拡大した透視斜視図である。
【０００４】
このマイクロミラー制御システムは、図１６に示すように、支持基板８０１と、マイクロミラー８０２と、４個のばね８１１と、マルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃから構成される。
【０００５】
マルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃは全て同一の構成であり、いずれも、図１７に示すように、ステッパープレート８０４と、停止具８０５と、８個の支柱８０６と、８個の駆動電極８０７と、８個のばね８０８から構成される。
【０００６】
マイクロミラー８０２は支持基板８０１の主面に対向して配置され、ステッパープレート８０４はマイクロミラー８０２と支持基板８０１の間に配置される。停止具８０５は支持基板８０１の主面に固定され、その周囲に駆動電極８０７が形成されている。停止具８０５の先端部にはステッパープレート８０４の中央部が互いに連結されない状態で接している。ステッパープレート８０４およびマイクロミラー８０２はさらに、外周部がばね８０８および８１１によって支持基板８０１にそれぞれ接続されている。ステッパープレート８０４には８角形の各頂点に突起８０９が形成され、さらにマイクロミラー８０２に対向する面に支柱８０６が形成されている。
【０００７】
次にこのマイクロミラー制御システムの作用について説明する。
【０００８】
最初にマルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃについて説明する。図１７において、ステッパープレート８０４を接地した状態で、８個の駆動電極８０７のうちのいずれか１つに接地電位と異なる電圧を印加すると、この駆動電極とステッパープレート８０４の間に静電引力が発生することにより、図１８に示すように、ステッパープレート８０４が電圧の印加された駆動電極８０７ａに引き寄せられて偏向する。ここで、図１８中の符号８１０は、駆動電極８０７ａに電圧を供給するための電源を示している。
【０００９】
ステッパープレート８０４の偏向角が増大して突起８０９が支持基板８０１に接すると、その位置でステッパープレート８０４は静止する。
【００１０】
この状態におけるステッパープレート８０４の偏向方向は、突起８０９が支持基板８０１に接する位置すなわち停止具８０５やステッパープレート８０４や突起８０９の寸法および駆動電極８０７の配置によって一意的に決まるため、偏向方向は電源８１０の供給する電圧の大きさに依存せず自動的かつ高精度に制御される。
【００１１】
駆動電極８０７ａを接地すると、ステッパープレート８０４はばね８０８の弾性反発力によって図１７の位置に復帰する。
【００１２】
次にこのマルチ支持アクチュエータの作用に基づき、マイクロミラー制御システムの作用を説明する。まず図１６においてマルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃの各々を図１８と同じ要領で動作させる。例えば図１９に示すように駆動電極８０７ａ，８０７ｂ，８０７ｃに電圧を印加して各々のステッパープレート８０４ａ，８０４ｂ，８０４ｃをこれらの電極に引き寄せることで偏向させると、マイクロミラー８０２は各々のステッパープレートに形成されている８個の支柱のうち支持基板８０１から最も離れた位置にある支柱によって支持される。図１９の例では支柱８０６ａａ，８０６ａｂ，８０６ｂａ，８０６ｂｂ，８０６ｃａ，８０６ｃｂによって支持されることになるが、支持基板８０１から各々の支柱先端までの距離は支柱８０６ａａ，８０６ａｂ，８０６ｃａ，８０６ｃｂが同じであるのに対して、支柱８０６ｂａ，８０６ｂｂはこれらより短い（支柱８０６ｂａ，８０６ｂｂがステッパープレートの中央寄りに配置されていることによる）。従って異なる高さにある支柱によって支持されることにより、マイクロミラー８０２が偏向する。
【００１３】
駆動電極８０７ａ，８０７ｂ，８０７ｃを接地すると、マルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃが電圧印加前の状態に復帰し、マイクロミラー８０２もばね８１１の弾性反発力によって図１６の位置に復帰する。
【００１４】
駆動電極８０７ａ，８０７ｂ，８０７ｃ以外の駆動電極に電圧を印加すると、マイクロミラー８０２は図１９とは異なる方向に偏向する。従ってこの例ではマルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃが各々８個の駆動電極を有するため、マイクロミラー８０２は８３＝５１２通りの方向に偏向させることができる。
【００１５】
図１８を使用して説明したとおり、マルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃを構成する各々のステッパープレートの偏向方向は電源８１０ａ〜８１０ｃの供給する電圧の大きさに依存せず自動的かつ高精度に制御されるため、マイクロミラー８０２の偏向方向も同様に自動的かつ高精度に制御される。従って図１６に示すマイクロミラー制御システムは駆動電圧の変動やばね８０８，８１１の特性変化等に影響されず、自動的かつ高精度な偏向動作を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特表２００９−５２９１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図１６と図１７に示すマイクロミラー制御システムはマルチ支持アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｃを構成する各々のステッパープレートの偏向方向とマイクロミラー８０２の偏向方向の間の関係が非常に複雑なため、マイクロミラー８０２を所望の方向に向けるための各構成要素の寸法設計や制御アルゴリズムの設計が困難であり、またそれらの設計手法に関して開示も示唆も無い。例えばマイクロミラー８０２を図１６に示される偏向軸８１２の回りに１度刻みに偏向させるような単純な動作に対しても、設計の方針すら容易には思い浮かばない。
【００１８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、マイクロミラーに照射した光を複数の偏向角に自動的かつ高精度に位置決めされた状態で偏向させることが可能であり、構造や制御アルゴリズムの設計が容易な静電偏向素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明はーつには静電偏向素子に向けられる。本発明による静電偏向素子のーつは、支持基板と、前記支持基板に対して偏向し得るマイクロミラーから構成されている。前記支持基板は、前記マイクロミラーに対向する対向面に設けられた複数個の駆動電極と、前記駆動電極の上に設けられた絶縁層を有している。前記マイクロミラーは、前記支持基板に対向している対向面の少なくとも一部が曲面または法線方向が異なる複数個の平面から構成されている。前記マイクロミラーの前記対向面の一部が前記支持基板に連結されない状態で接している。
【００２０】
本発明による別の静電偏向素子は、支持基板と、前記支持基板に対して偏向し得るマイクロミラーから構成されている。前記支持基板は、前記マイクロミラーに対向する対向面に設けられた互いに同一平面上に配置された複数個の駆動電極と接地電極を有している。前記マイクロミラーは、前記支持基板に対向している対向面の少なくとも一部が曲面または法線方向が異なる複数個の平面から構成されている。前記マイクロミラーはさらに前記対向面に設けられた複数個の突起を有し、前記突起のいずれかの先端が常に前記接地電極に連結されない状態で接している。
【００２１】
本発明はーつには静電偏向素子アレイに向けられる。本発明による静電偏向素子アレイは、前記静電偏向素子を同一平面内に並べて配置されることにより構成されている。
【００２２】
本発明はーつには静電偏向素子の制御方法に向けられる。本発明による制御方法は、前記マイクロミラーを接地した状態で、前記駆動電極の少なくとも１個に接地電位と異なる電圧を印加することにより、前記マイクロミラーの構成要素の一部が接地電位と異なる電圧を印加された前記駆動電極の直上において前記支持基板の前記対向面に形成された構成要素のいずれかに接するまで前記マイクロミラーを偏向させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、マイクロミラーに照射した光を複数の偏向角に自動的かつ高精度に位置決めされた状態で偏向させることが可能であり、構造や制御アルゴリズムの設計が容易な静電偏向素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る静電偏向素子を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ｂ線に沿った静電偏向素子の断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る静電偏向素子が駆動された状態を示している。
【図４】第１の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図５】第１の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図６】第１の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図７】第１の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図８】第１の実施の形態に係る駆動電極の変形例を示している。
【図９】第１の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図１０】第２の実施の形態に係る静電偏向素子を示す斜視図である。
【図１１】図１０中のＣ−Ｄ線に沿った静電偏向素子の断面図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る静電偏向素子が駆動された状態を示している。
【図１３】第２の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図１４】第２の実施の形態に係る静電偏向素子の変形例を示している。
【図１５】第３の実施の形態に係る偏向ミラーアレイ素子を示す斜視図である。
【図１６】従来例に係るマイクロミラー制御システムの構成例を示す透視斜視図である。
【図１７】図１６のマイクロミラー制御システムに包含されたマルチ支持アクチュエータの透視斜視図である。
【図１８】マルチ支持アクチュエータが駆動された状態を示している。
【図１９】図１６のマイクロミラー制御システムが駆動された状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、図面を参照しながら実施の形態について説明する。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る静電偏向素子を示す斜視図であり、図２は、図１中のＡ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００２７】
図１と図２に示すように、第１の実施の形態に係る静電偏向素子１００は、支持基板１１０と、支持基板１１０に対して偏向し得るマイクロミラー１２１から構成される。
【００２８】
支持基板１１０は、マイクロミラー１２１に対向する面に設けられた複数個の駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍと、駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍの上に設けられた絶縁層１１３と、絶縁層１１３の上に設けられた接地電極１１５を有している。
【００２９】
駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍは、支持基板１１０の表面に一直線状に等間隔に並べて形成されている。接地電極１１５は、駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍの上に絶縁層１１３を挟んで配置されている。接地電極１１５は、駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍに対向する位置に開口部１１４が形成されている。駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍや接地電極１１５の各々は、支持基板１１０の表面に形成された配線（図示せず）によって制御回路（図示せず）や電源（図示せず）等に接続される。
【００３０】
マイクロミラー１２１は、支持基板１１０に対向している対向面１２３が円筒面で構成されている。対向面１２３の曲率半径は、対向面１２３の全体にわたって同一である。マイクロミラー１２１は、対向面１２３が１３個の駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍの全てに対向するように支持基板１１０上に配置され、対向面１２３の一部は互いに連結されない状態で支持基板１１０つまり接地電極１１５に接している。マイクロミラー１２１の対向面１２３の反対側の平面には反射面１２２が形成されている。
【００３１】
支持基板１１０は、例えばガラス又は表面に絶縁膜が形成されたＳｉで構成され、マイクロミラー１２１は例えばＳｉで構成される。駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍや接地電極１１５は、例えばＡｕやＡｌ等の導電性材料で構成されるが、特に接地電極１１５は外部に露出しているため、Ａｕ等の化学的に安定な材料で構成することが望ましい。絶縁層１１３は、例えばＳｉ酸化膜（ＳｉＯ２）で構成される。
【００３２】
次に、第１の実施の形態の静電偏向素子１００の作用について説明する。
【００３３】
まず図２において全ての駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍと接地電極１１５を接地する。これにより、接地電極１１５に接しているマイクロミラー１２１も同時に接地される。
【００３４】
この状態で１３個の駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍのうちいずれか１つに接地電位と異なる電圧を印加する。例えば駆動電極１１１Ｄに電圧を印加すると、駆動電極１１１Ｄとマイクロミラー１２１が静電引力によって互いに引き合うことにより、図３に示すように対向面１２３が電圧の印加された駆動電極１１１Ｄの直上で接地電極１１５に接するようにマイクロミラー１２１が偏向する。ここで図３中の符号１３０は、駆動電極１１１Ｄに電圧を供給するための電源を示している。この状態において１１１Ｄ以外の駆動電極は接地されているが、図が煩雑になるため図示していない。以下、図３の状態を駆動電極１１１Ｄが駆動された状態と呼称することにする。
【００３５】
駆動電極１１１Ｄ以外の駆動電極を駆動すると、マイクロミラー１２１は図３とは異なる部分が接地電極１１５に接することにより、図３とは異なる方向に偏向する。この例では１３個の駆動電極を有するため、これらの駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍのいずれかを駆動することにより、マイクロミラー１２１を１３通りの方向に偏向させることができる。
【００３６】
マイクロミラー１２１を図２の位置に復帰させる際には、中央に位置する駆動電極１１１Ｇを駆動すればよい。
【００３７】
対向面１２３と接地電極１１５が互いに滑らないように両者の接触する部分における摩擦係数が十分大きく設定されていれば、上記の偏向動作の際に対向面１２３と接地電極１１５は常に同じ部分同士が接するため、図３の状態におけるマイクロミラー１２１の偏向方向は、対向面１２３の形状や駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍの配置、非駆動状態におけるマイクロミラー１２１の位置等によって一意的に決まる。従ってマイクロミラー１２１の偏向方向は電源１３０の供給する電圧の大きさに依存せず自動的かつ高精度に制御される。
【００３８】
また図３におけるマイクロミラー１２１の偏向角θは、対向面１２３の曲率半径をＲ、駆動電極１１１Ｇと駆動電極１１１Ｄの距離をＸとした場合、θ＝Ｘ／Ｒと計算され、このように所望の偏向角を得るための対向面１２３の形状や駆動電極の配置を容易に決定することができる。
【００３９】
以上に説明したように、第１の実施の形態の静電偏向素子１００においては、マイクロミラー１２１の偏向方向が駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍに印加される電圧の変動等に影響されず自動的かつ高精度に制御できることに加え、マイクロミラー１２１を所望の方向に向けるための各構成要素の寸法設計が容易であり、さらに駆動に際して特別な制御アルゴリズムを必要としない。また、構成が単純でマイクロミラー１２１の偏向方向を左右する要因が少ないため、信頼性の高い安定した動作が実現できる。
【００４０】
第１の実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００４１】
まず１３個の矩形の駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍが等間隔に配置された例を示したが、駆動電極の個数や形状や配置はこれに限定されず、楕円形や多角形等あらゆる形状の電極が採用可能であり、また隣接して配置される電極間の距離が場所により異なっていてもよい。また支持基板１１０をガラスや表面に絶縁膜が形成されたＳｉで構成する例を示したが、表面が絶縁された材料であれば、樹脂やセラミック、表面に絶縁膜が形成された金属等、あらゆる材料が使用できる。
【００４２】
また駆動電極や接地電極をＡｕやＡｌ等の材料で構成する例を示したが、導電性を有する材料であればよく、他の金属やＳｉ、導電性樹脂、それらを積層することで構成される導電性多層膜等、あらゆる材料が使用できる。
【００４３】
また絶縁層１１３がＳｉ酸化膜で構成される例を示したが、絶縁性を有する材料であればよく、Ｓｉ窒化膜等他の無機材料やポリイミド等の樹脂材料等、他の材料を使用してもよい。
【００４４】
また、絶縁層１１３が駆動電極の表面全面に形成される例を示したが、図４に示すように、絶縁層１１３は、接地電極１１５の開口部に対応する部分に開口部１１６を有していてもよい。このような構成を採用することにより、絶縁物表面に蓄積される浮遊電荷による誤動作を防止することができる。この場合、駆動電極の一部が外部に露出することになるため、駆動電極においてもＡｕ等の化学的に安定な材料を採用することが望ましい。
【００４５】
またマイクロミラー１２１がＳｉで構成される例を示したが、導電性を有する材料であれば金属や導電性樹脂等、あらゆる材料が使用できる。
【００４６】
またマイクロミラー１２１をＳｉで構成する場合、対向面１２３と接地電極１１５の接触抵抗を低減する目的で、対向面１２３の表面にＡｕ等の導電膜を形成してもよい。この場合、マイクロミラー１２１と前記導電膜の界面に、必要に応じてＳｉの高濃度拡散層を形成してもよい。
【００４７】
マイクロミラー１２１の反射面１２２は、マイクロミラー１２１の表面を研磨することにより反射面１２２として使用しても良いし、ＡｕやＡｌ等の金属膜や、誘電体多層膜等を反射膜として成膜して使用しても良い。
【００４８】
また駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍや接地電極１１５に制御回路や電源を接続して駆動する例を示したが、支持基板１１０として表面に絶縁膜が形成された単結晶Ｓｉ基板を採用する場合、Ｓｉ基板の表面や内部に形成した半導体集積回路によって構成された制御回路や電源回路を駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍに接続してもよい。
【００４９】
また１個の駆動電極だけを駆動する例を示したが、互いに接近して配置された複数個の駆動電極を同時に駆動してもよい。
【００５０】
また駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍとマイクロミラー１２１の間に作用する静電引力は両者の距離が離れると急激に減少するため、例えば図２に示す非駆動状態において、端の駆動電極１１１Ａを駆動する場合、駆動電極とマイクロミラーが離れていることによりマイクロミラー１２１を動作させるために必要な静電力が得られない可能性がある。そのような場合は図２の状態においてマイクロミラー１２１に最も近い駆動電極１１１Ｇから最終的に駆動したい駆動電極１１１Ａに向かって１１１Ｆ→１１１Ｅ→１１１Ｄ→１１１Ｃ→１１１Ｂ→１１１Ａの順に駆動してもよい。
【００５１】
また、マイクロミラー１２１が所望の方向に制御できていることを確認する等の目的で、駆動電極１１１Ａ〜１１１Ｍとマイクロミラー１２１の間の静電容量を検出するための回路を追加してもよい。
【００５２】
また対向面１２３の形状として、面の曲率半径が全体にわたって同一な円筒面を採用する例を示したが、対向面１２３の形状はこれに限定されず、面の曲率半径が場所により異なる曲面を採用してもよい。また、法線方向が異なる複数個の平面を組み合わせて対向面１２３を構成してもよい。複数個の平面を組み合わせて対向面１２３を構成する場合、マイクロミラー１２１を各々の角度に偏向させた際に、図５に示すように複数個の平面のうちのいずれかが、マイクロミラー１２１に対向する支持基板１１０の対向面に対して平行になるよう法線方向を設定することで、マイクロミラー１２１の偏向方向の再現性をさらに向上することができる。
【００５３】
また図６に示すように、駆動電極１１１と接地電極１１５を支持基板１１０上の同一平面上に配置しておき、さらにマイクロミラー１２１の対向面１２３に複数個の突起１３１を設けて、突起１３１のいずれかの先端が常に接地電極１１５に接触するようにしてもよい。
【００５４】
また対向面１２３の全体が曲面または複数個の平面から構成される例を示したが、図７に示すように、対向面１２３の一部が曲面または複数個の平面から構成されてもよい。また図８に示すように複数個の駆動電極１１１を格子状に配置して、これに図９に示すような対向面１２３Ａが球面形状を有するマイクロミラー１２１Ａを組み合わせてもよい。マイクロミラー１２１Ａは、対向面１２３の反対側の平面全体に反射面１２２Ａが形成されている。図１に示す静電偏向素子においてはマイクロミラーの偏向方向が１本の偏向軸回りの動作に限定されるが、図８と図９に示す構成を採用することにより、マイクロミラー１２１Ａを互いに直交する２本の偏向軸１４１，１４２の周りに偏向させることができる。支持基板として表面に絶縁膜が形成された単結晶Ｓｉ基板を採用する場合、格子状に配置された各々の駆動電極への電圧印加は、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等で採用されているように、駆動電極下層のＳｉ基板に形成した駆動回路構成の採用で、容易に実現できる。
【００５５】
＜第２の発明の実施の形態＞
図１０は、第２の実施の形態に係る静電偏向素子を示す斜視図であり、図１１は、図１０中のＣ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００５６】
図１０と図１１に示すように、第２の実施の形態に係る静電偏向素子２００は、支持基板２１０と、支持基板２１０に対して偏向し得るマイクロミラー２２１から構成される。
【００５７】
支持基板２１０は、マイクロミラー２２１に対向する面に設けられた複数個の駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍと、駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍの上に設けられた絶縁層２１３と、マイクロミラー２２１に接続された弾性部材の複数対のばね２２５と、複数対のばね２２５を支持する一対の支持要素２２７を有している。
【００５８】
第２の実施形態の静電偏向素子２００は、構成要素の多くは第１の実施の形態と同一だが、接地電極を含まない点と、新たな構成要素として支持要素２２７とばね２２５が追加されている点が異なっている。
【００５９】
駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍは支持基板２１０の表面に一直線状に等間隔に並べて形成され、駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍは絶縁層２１３によって被覆されている。
【００６０】
駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍは、それぞれ、支持基板２１０の表面に形成された配線（図示せず）によって制御回路（図示せず）や電源（図示せず）等に接続され、マイクロミラー２２１は、ばね２２５や支持要素２２７を介して接地端子（図示せず）に接続される。
【００６１】
マイクロミラー２２１は、第１の実施の形態と同様に、支持基板２１０に対向している対向面２２３が円筒面で構成されている。対向面２２３の曲率半径は、対向面２２３の全体にわたって同一である。マイクロミラー２２１は、対向面２２３が１３個の駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍの全てに対向するように支持基板２１０上に配置され、対向面２２３の一部は互いに連結されない状態で絶縁層２１３に接している。マイクロミラー２２１の対向面２２３の反対側の平面には反射面２２２が形成されている。
【００６２】
一対の支持要素２２７は、マイクロミラー２２１に対向する支持基板２１０の対向面に固定され、駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍが並ぶ方向に沿ってマイクロミラー２２１を間に挟んで配置されている。
【００６３】
各ばね２２５はその一端が支持要素２２７に接続され、ばねの他端はマイクロミラー２２１に接続されている。
【００６４】
例えば、支持要素２２７とばね２２５は単結晶Ｓｉで構成され、これら以外の構成要素については第１の実施の形態と同様の材料で構成される。
【００６５】
次に、第２の実施の形態の静電偏向素子２００の作用について説明する。
【００６６】
まず図１１において駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍの全てと支持要素２２７を接地する。これにより、ばね２２５を介して支持要素２２７に接続されているマイクロミラー２２１も同時に接地される。
【００６７】
この状態で例えば駆動電極２１１Ｊに接地電位と異なる電圧を印加すると、駆動電極２１１Ｊとマイクロミラー２２１が静電引力によって互いに引き合うことにより、図１２に示すように対向面２２３が駆動電極２１１Ｊの直上で絶縁層２１３に接するようにマイクロミラー２２１が偏向する。ここで図１２中の符号２１２は、駆動電極２１１Ｊに電圧を供給するための電源を示している。この状態において２１１Ｊ以外の駆動電極は接地されているが、図が煩雑になるため図示していない。以下、図１２の状態を駆動電極２１１Ｊが駆動された状態と呼称することにする。
【００６８】
駆動電極２１１Ｊ以外の駆動電極を駆動すると、マイクロミラー２２１は図１２とは異なる部分が絶縁層２１３に接することにより、図１２とは異なる方向に偏向する。この例では１３個の駆動電極を有するため、これらの駆動電極のいずれかを駆動することにより、マイクロミラー２２１を１３通りの方向に偏向させることができる。
【００６９】
マイクロミラー２２１を図１１の位置に復帰させる際には、中央に位置する駆動電極２１１Ｇを駆動すればよい。
【００７０】
ばね２２５は、マイクロミラー２２１と支持要素２２７を電気的に接続するだけでなく、振動等によるマイクロミラー２２１の位置ずれを防止する機能を有する。しかしながらばね２２５の弾性反発力が強すぎると、マイクロミラー２２１の偏向動作が妨げられ、偏向方向の再現性が損なわれる。従ってばね２２５は偏向動作に伴う変形に対するばね定数をなるべく小さく、支持基板２１０の主面に対して平行な方向への移動に伴う変形に対するばね定数をなるべく大きい値に設計することが望ましい。
【００７１】
ばね２２５をマイクロミラー２２１の動作を妨げないよう適切に設計すれば、図１２の状態におけるマイクロミラー２２１の偏向方向は、第１の実施の形態と同様に、対向面２２３の形状や駆動電極２１１Ａ〜２１１Ｍの配置、非駆動状態におけるマイクロミラー２２１の位置等によって一意的に決まる。従ってマイクロミラー２２１の偏向方向は電源２１２の供給する電圧の大きさ等に依存せず自動的かつ高精度に制御される。
【００７２】
以上に説明したように、第２の実施の形態の静電偏向素子２００においても、第１の実施の形態の静電偏向素子１００と同様に、マイクロミラーの偏向方向が駆動電極に印加される電圧の変動等に影響されず自動的かつ高精度に制御できることに加え、マイクロミラーを所望の方向に向けるための各構成要素の寸法設計が容易であり、駆動に際して特別な制御アルゴリズムを必要としない。さらにマイクロミラー２２１がばねによって支持されているため、振動等によるマイクロミラーの位置ずれが防止される。
【００７３】
第１の実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００７４】
まずばね２２５に屈曲形状のばねを使用する例を示したが、ばねの形状はこれに限定されず、あらゆる形状のばねが使用可能である。
【００７５】
またばね２２５の一端を支持要素２２７に接続する例を示したが、ばねの形状によっては図１３に示すように、支持要素２２７を形成せず、ばね２２５Ａの一端を支持基板２１０に直接接続してもよい。言い換えれば、ばね２２５と支持要素２２７が、マイクロミラー２２１を支持するばね２２５Ａに置き換えられた構成であってもよい。
【００７６】
またばね２２５の一端がマイクロミラー２２１の対向する２辺に２個ずつ接続される例を示したが、ばねの配置はこれに限定されず、マイクロミラー２２１がばねや支持要素によって支持基板２１０に接続されていればよく、マイクロミラー２２１の任意の位置に任意の個数のばねを接続できる。例えば図１４に示すように、２個のばね２２５Ｂをマイクロミラー２２１の偏向軸２４１に沿って配置してもよい。これらのばねの採用や組み合わせにより、２次元方向への傾斜にも、安定したマイクロミラーの支持が可能になる。
【００７７】
またばね２２５を単結晶Ｓｉで構成する例を示したが、ばねの材料はこれに限定されず、導電性を有する材料であれば、多結晶ＳｉやＣｕ等の金属材料、導電性樹脂等、あらゆる材料が適用できる。
【００７８】
また支持要素２２７を単結晶Ｓｉで構成する例を示したが、金属や導電性樹脂等他の導電性材料を採用してもよいし、ガラスやセラミック等の絶縁材料の表面に導電膜に導電膜が形成されたものを採用してもよい。
【００７９】
また第１の実施の形態と同様に、絶縁層２１３の表面に、駆動電極の直上に開口部が形成された接地電極を形成してもよい。このような構成を採用することにより、絶縁物表面に蓄積される浮遊電荷による誤動作を防止することができる。
【００８０】
また非駆動状態においては対向面２２３の一部が必ずしも絶縁層２１３に接している必要は無く、マイクロミラー２２１がばね２２５によって支持されることにより、対向面２２３が絶縁層２１３から離れていてもよい。この場合においても、駆動電極を駆動すると、マイクロミラー２２１が静電引力によって支持基板側に引き寄せられることにより、対向面２２３が絶縁層２１３に接した状態で動作する。
【００８１】
また第２の実施の形態は、ばね２２５を除いて第１の実施の形態とほぼ同一の構成であり、第１の実施の形態で説明した様々な変形例は第２の実施の形態においても適用可能である。
【００８２】
＜第３の実施の形態＞
図１５は、第３の実施の形態に係る偏向ミラーアレイ素子を示す斜視図である。アレイとは複数のマイクロミラーより構成される素子を意味する。
【００８３】
図１５に示すように、第３の実施の形態に係る偏向ミラーアレイ素子３００は、例えば、３個の静電偏向素子３００ａ，３００ｂ，３００ｃから構成される。
【００８４】
静電偏向素子３００ａ〜３００ｃは、互いに接近した位置に直線的に配置されている。静電偏向素子３００ａ〜３００ｃの構成は第１の実施の形態の変形例として説明した図９の構成とほぼ同一であり、支持基板３１０に対向するマイクロミラー３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃの対向面の反対側の平面全体に反射面３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃが形成されている。また支持基板３１０と絶縁層３１３は３個の静電偏向素子３００ａ，３００ｂ，３００ｃで共通のものを使用している。
【００８５】
第３の実施の形態の作用は第１の実施の形態と同じであり、各々の静電偏向素子３００ａ〜３００ｃを構成する駆動電極は各々独立に駆動される。従って各々の静電偏向素子の反射面３２２ａ〜３２２ｃを個別に所望の方向に向けることにより、これらの反射面に向けて入射する光ビームを各々所望の方向に向けて反射させることができる。また駆動されている駆動電極の傍には常に接地されたマイクロミラーが存在するため、駆動電極から生ずる電界は静電遮蔽により外部に漏れ出しにくい。この特性により、隣接する静電偏向素子間のクロストークが防止される。
【００８６】
第３の実施の形態においても、第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、マイクロミラーの偏向方向が駆動電極に印加される電圧の変動等に影響されず自動的かつ高精度に制御できることに加え、マイクロミラーを所望の方向に向けるための各構成要素の寸法設計が容易であり、駆動に際して特別な制御アルゴリズムを必要としない。さらに隣接するマイクロミラーの間に構成要素が存在しないことに加え、隣接する静電偏向素子間のクロストークが発生しにくいため、ＷＳＳ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｗｉｔｃｈ）等の光通信素子に要求されるような、隣接する可動反射面を接近させて配置させる素子構成を容易に実現できる。
【００８７】
第３の実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００８８】
第３の実施の形態に係る偏向素子アレイは図９に示される静電偏向素子をアレイ状に配置したものであるが、静電偏向素子の構成はこれに限定されず、図１や図１０に示す静電偏向素子や、それらに関連して先に説明したそれらの変形例を採用してもよい。
【００８９】
また複数の静電偏向素子を一列に並べて配置する例を示したが、複数列または格子状に配置してもよい。
【００９０】
また３個の静電偏向素子から構成される例を示したが、これと異なる個数の静電偏向素子で構成してもよい。
【００９１】
また同一形状の静電偏向素子によってアレイを構成する例を示したが、アレイに含まれる静電偏向素子の一部について、構成要素の寸法や形状、材料等が他の静電偏向素子と異なってもよい。
【００９２】
第３の実施の形態に係る偏向素子アレイは第１の実施の形態および実施の形態において説明した静電偏向素子をアレイ状に配置したものであり、第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明した様々な変形例は第３の実施の形態においても適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１００…静電偏向素子、１１０…支持基板、１１１，１１１Ａ〜１１１Ｍ…駆動電極、１１３…絶縁層、１１４…開口部、１１５…接地電極、１１６…開口部、１２１，１２１Ａ…マイクロミラー、１２２，１２２Ａ…反射面、１２３，１２３Ａ…対向面、１３０…電源、１３１…突起、１４１，１４２…偏向軸、２００…静電偏向素子、２１０…支持基板、２１１Ａ〜２１１Ｍ…駆動電極、２１２…電源、２１３…絶縁層、２２１…マイクロミラー、２２２…反射面、２２３…対向面、２２５，２２５Ａ，２２５Ｂ…ばね、２２７…支持要素、２４１…偏向軸、３００…偏向ミラーアレイ素子、３００ａ〜３００ｃ…静電偏向素子、３１０…支持基板、３１３…絶縁層、３２１ａ〜３２１ｃ…マイクロミラー、３２２ａ〜３２２ｃ…反射面、８０１…支持基板、８０２…マイクロミラー、８０３ａ〜８０３ｃ…マルチ支持アクチュエータ、８０４，８０４ａ，８０４ｂ，８０４ｃ…ステッパープレート、８０５…停止具、８０６，８０６ａａ，８０６ａｂ，８０６ｂａ，８０６ｂｂ，８０６ｃａ，８０６ｃｂ…支柱、８０７，８０７ａ，８０７ｂ，８０７ｃ…駆動電極、８０８…ばね、８０９…突起、８１０，８１０ａ〜８１０ｃ…電源、８１１…ばね、８１２…偏向軸。
【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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