(57)【要約】【課題】ミラーデバイスにおいて、ミラー板を大きく傾斜させることができるようにする。【解決手段】ベース３４と、ベース３４の主面３４ａ上に設けられた複数の電極Ｃと、ベース３４の主面３４ａ上に対して間隔をあけて配されたミラー板３３と、ベース３４の主面３４ａ上から突出して設けられ、ミラー板３３をベース３４上に支持する支柱２０と、ベース３４の主面３４ａから電極Ｃの電極面２８までの第一距離Ｌ１とベース３４の主面３４ａから支柱２０の先端２２までの第二距離Ｌ２との差を変位させる変位部５０と、を備えるミラーデバイスを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースの主面上に設けられた複数の電極と、
前記ベースの主面に対して間隔をあけて配されたミラー板と、
前記ベースの主面から突出して設けられ、前記ミラー板を前記ベース上に支持する支柱と、前記主面から前記電極の電極面までの第一距離と前記主面から前記支柱の先端までの第二距離との差を変位させる変位部と、
を備えるミラーデバイス。
【請求項２】
前記変位部が、前記ベースと各々の前記電極との間に設けられ、前記第一距離を変位させる複数の第一圧電素子を備える請求項１に記載のミラーデバイス。
【請求項３】
前記変位部が、前記支柱に設けられ、前記第二距離を変位させる第二圧電素子を備える請求項１又は請求項２に記載のミラーデバイス。
【請求項４】
前記電極に電圧を印加する電極電圧印加部と、前記ミラー板が前記電極に接触したことを検出する接触検出部と、前記接触検出部において前記電極と前記ミラー板との接触が検出されると前記電極に対する印加電圧を下げるように前記電極電圧印加部を制御する制御部と、を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のミラーデバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のミラーデバイスを制御する方法であって、
前記複数の電極のうち一の電極に電圧を印加して、静電引力によって前記ミラー板を前記一の電極に接触させる第一工程と、
前記ミラー板と前記一の電極との接触状態を保持しながら、前記変位部によって前記第一距離と前記第二距離との差を変位させる第二工程と、を備えるミラーデバイスの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーデバイス、及び、ミラーデバイスの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種照明装置や、光通信ネットワークの光路を切り替える光スイッチには、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）の一種であり、ミラー板の傾斜角度を変化させて光の反射角度を変えるミラーデバイスが用いられることがある。
例えば特許文献１には、基板（ベース）上に支点部材（支柱）及び複数の電極を設けると共に、支点部材の先端にミラー部材（ミラー板）を配置することでミラー部材が支点部材の先端を支点として揺動するミラーデバイスが開示されている。このミラーデバイスでは、ミラー部材と所定の電極との間に生じる静電引力（クーロン力）によって、ミラー部材の傾斜角度を変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のミラーデバイスでは、ミラー板と電極との間に生じる静電引力のみによってミラー板の傾斜角度を変化させるため、ミラーを傾ける角度に限界が生じる、すなわちミラー板を大きく傾斜させることができない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、ミラー板を大きく傾斜させることができるミラーデバイス、及び、ミラーデバイスの制御方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のミラーデバイスは、ベースと、前記ベースの主面上に設けられた複数の電極と、前記ベースの主面に対して間隔をあけて配されたミラー板と、前記ベースの主面から突出して設けられ、前記ミラー板を前記ベース上に支持する支柱と、前記主面から前記電極の電極面までの第一距離と前記主面から前記支柱の先端までの第二距離との差を変位させる変位部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のミラーデバイスの制御方法は、上記ミラーデバイスを制御する方法であって、前記複数の電極のうち一の電極に電圧を印加して、静電引力によって前記ミラー板を前記一の電極に接触させる第一工程と、前記ミラー板と前記一の電極との接触状態を保持しながら、前記変位部によって前記第一距離と前記第二距離との差を変位させる第二工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ミラー板を一の電極に接触させることで、ミラー板を所定の傾斜角度（第一傾斜角度）で傾斜させることができる。その上で、ミラー板と一の電極との接触状態を保持しながら、変位部によって第一距離と第二距離との差を変位させることで、ミラー板を第一傾斜角度よりもさらに大きな傾斜角度で傾斜させることができる。
また、変位部によって第一距離と第二距離との差を変位させることで、ミラー板の傾斜角度を精度よく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスの概略を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスの概略を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスのブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスの制御方法を説明するための図であり、選択された電極に電圧を印加する前のミラーデバイスの概略を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスの制御方法を説明するための図であり、選択された電極に電圧を印加した後のミラーデバイスの概略を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスの制御方法を説明するための図であり、変位部によって第一距離及び第二距離を変化させた後のミラーデバイスの概略を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るミラーデバイスにおいて、ミラー板と選択された電極との間の距離、及び、選択された電極に対する印加電圧の時間履歴を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１から図７を参照し、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。
【００１１】
本実施形態に係るミラーデバイス１は、例えば車両用の灯火装置、プロジェクター、画像投影装置等に適用可能なデバイスであり、その適用対象は特に限定されない。
図１及び図２に示すように、ミラーデバイス１は、ベース３４と、複数の電極Ｃと、ミラー板３３と、支柱２０と、変位部５０と、を備えている。
【００１２】
ベース３４は、例えば基板または板状に形成された絶縁材である。
ベース３４の主面３４ａには、主面３４ａから突出する枠部３６が設けられている。枠部３６は、ミラー板３３を囲むように配置される。本実施形態の枠部３６は、ミラー板３３に対応する平面視形状に形成されている。本実施形態では、ミラー板３３が後述するように平面視矩形状に形成されているため、枠部３６も平面視矩形状に形成されている。枠部３６の突出端部には、該突出端部からベース３４の主面３４ａに平行する方向に突出するストッパ３７が設けられている。ストッパ３７は、ミラー板３３がベース３４及び枠部３６によって囲まれる空間内から抜け出すことを阻止する目的で設けられている。ストッパ３７の形状や大きさ、枠部３６におけるストッパ３７の形成位置などは、少なくとも前記目的を達成できるように設定されればよく、特に限定されない。例えば、ストッパ３７は平面視した枠部３６の角部の突出端部に、ミラー板３３の角部と重なるように設けられていてもよいし、例えば枠部３６の突出端部の全体に設けられてもよい。なお、図１では、ストッパ３７の図示を省略する。
【００１３】
複数の電極Ｃは、ベース３４の主面３４ａ上に配されている。これらの電極Ｃは、ミラー板３３を所望の傾斜角度に変位させるための構成である。複数の電極Ｃは、ベース３４の主面３４ａのうち、ミラー板３３に対向する領域において、枠部３６の周方向に互いに間隔をあけて配列されている。本実施形態では、一枚のミラー板３３に対する電極Ｃの個数は４であり、電極Ｃがミラー板３３の各角部に配されている。
複数の電極Ｃは、後述する電極電圧印加部１６に対して個別に接続されている（図３参照）。これにより、複数の電極Ｃには、任意の電圧を個別に印加することができる。
【００１４】
ミラー板３３は、ベース３４の主面３４ａに対して間隔をあけて配され、主面３４ａに対して任意の方向（平面視で上下左右及びこれらを組み合わせた任意の方向）に揺動可能に支持されている。ミラー板３３は、平坦な反射面３３ｒを有し、反射面３３ｒに照射された光を任意の方向に反射させる。ミラー板３３は、任意の平面視形状に形成されてよいが、本実施形態では平面視矩形状に形成されている。
【００１５】
ミラー板３３は、例えば、鉄やニッケル等の軟磁性体、または、半導体からなる基板によって構成することができる。また、ミラー板３３の反射面３３ｒは、例えば、金やアルミ等の金属薄膜を基板に蒸着させることで形成することができる。
【００１６】
支柱２０は、ミラー板３３をベース３４の主面３４ａの上方に間隔をあけた位置で揺動可能に支持する。支柱２０は、ベース３４の主面３４ａから上方に突出している。支柱２０の突出方向の先端２２には、ベース３４の主面３４ａに対向するミラー板３３の裏面（反射面３３ｒと反対側の面）のうち平面視したミラー板３３の略中心の部位が当接する。本実施形態では、支柱２０の突出方向の先端部が先細り状に形成されている。支柱２０は、例えば図１及び図２に示すように円錐形状に形成されてもよいが、例えば角錐形状など任意の形状に形成されてよい。
支柱２０には、ミラー板３３を電気抵抗４２及び後述する接触検出部１４を介して接地させる不図示の電気配線が設けられている。
【００１７】
変位部５０は、ベース３４の主面３４ａから電極Ｃの電極面２８までの第一距離Ｌ１と主面３４ａから支柱２０の先端２２までの第二距離Ｌ２との差を変位させる。
本実施形態の変位部５０は、複数の第一圧電素子Ｂと、第二圧電素子Ｄと、を備えている。
【００１８】
複数の第一圧電素子Ｂは、ベース３４と各々の電極Ｃとの間に設けられ、自身の伸縮によって上記の第一距離Ｌ１を変位させる。第一圧電素子Ｂの個数は、電極Ｃの個数と同一である。
各第一圧電素子Ｂは、後述する圧電素子駆動部１８（図３参照）に電気接続されるが、電極Ｃやこれに接続される電極電圧印加部１６とは電気的に絶縁されている。
【００１９】
第二圧電素子Ｄは、支柱２０に設けられ、自身の伸縮によって上記の第二距離Ｌ２を変位させる。本実施形態では、支柱２０全体が第二圧電素子Ｄによって構成されているが、例えば支柱２０の突出方向の一部が第二圧電素子Ｄによって構成されてもよい。この場合、支柱２０における第二圧電素子Ｄの位置は、支柱２０の突出方向の先端部、突出方向の基端部、突出方向の中途部の何れであってもよい。
第二圧電素子Ｄは、後述する圧電素子駆動部１８（図３参照）に電気接続されるが、ミラー板３３、電気抵抗４２、接触検出部１４、ミラー板３３と電気抵抗４２とを接続する支柱２０の電気配線（不図示）とは電気的に絶縁されている。
【００２０】
本実施形態のミラーデバイス１は、上記構成に加え、図３に示すように、電極電圧印加部１６と、接触検出部１４と、制御部１２と、圧電素子駆動部１８と、を備えている。
電極電圧印加部１６は、複数の電極Ｃのそれぞれに任意の電圧を印加する。
接触検出部１４は、ミラー板３３が複数の電極Ｃのうち少なくとも一つの電極（一の電極）Ｃに接触したことを検出する。ミラー板３３が複数の電極Ｃの少なくとも一つの電極Ｃに接触すると、その電極Ｃとミラー板３３と支柱２０の電気配線とが電気的に接続され、電気抵抗４２を介して接触検出部１４に電流が流れる。接触検出部１４は、この電流の有無を検知することで、ミラー板３３の電極Ｃへの接触の有無を検出することができる。具体的に説明すれば、接触検出部１４は、電流を検知しない場合にミラー板３３が電極Ｃに接触していないことを検出し、電流を検知した場合にミラー板３３が電極Ｃに接触したことを検出する。
圧電素子駆動部１８は、複数の第一圧電素子Ｂ及び第二圧電素子Ｄのそれぞれに任意の電圧を印加する回路で構成されている。
【００２１】
制御部１２は、ミラー板３３を所定の傾きに傾斜させるために、複数の電極Ｃのうち選択された電極Ｃに対して所定の電圧を印加するように電極電圧印加部１６を制御する。また、制御部１２は、接触検出部１４において複数の電極Ｃのうち選択された電極Ｃとミラー板３３との接触が検出された際に電極Ｃに対する印加電圧を下げるように電極電圧印加部１６を制御する。また、制御部１２は、ミラー板３３を所定の傾きに傾斜させるために、複数の第一圧電素子Ｂ、第二圧電素子Ｄのうち選択された圧電素子に対して所定の電圧を印加するように圧電素子駆動部１８を制御する。
【００２２】
以上の説明では、ミラーデバイス１のミラー板３３が一つの場合について述べたが、本実施形態のミラーデバイス１は、図１に示すように複数のミラー板３３を備えている。本実施形態のミラーデバイス１では、複数のミラー板３３がベース３４の主面３４ａに沿って縦横に互いに間隔をあけて配列されている。
また、複数のミラー板３３に対して各々設けられる電極Ｃの個数は、少なくとも複数であればよく、例えば複数のミラー板３３で互いに異なっていてもよいし、例えば図１に示すように複数のミラー板３３で同じであってもよい。
また、制御部１２は、複数のミラー板３３同士の揺動を独立して制御可能である。すなわち、複数のミラー板３３同士は、それぞれ独立して揺動可能である。
【００２３】
次に、上記構成のミラーデバイス１を制御する方法、具体的にはミラー板３３を傾斜させる方法について説明する。
図１から図３に示す構成において、複数の電極Ｃに同じ大きさの電圧が印加されている場合、図４に示すように、ミラー板３３の反射面３３ｒがベース３４の主面３４ａと平行する。以下の説明では、このようなミラー板３３の姿勢を基準姿勢と呼ぶ。
【００２４】
ミラーデバイス１のミラー板３３を傾斜させるためには、はじめに、複数の電極Ｃのうち少なくとも一つの電極Ｃに電圧を印加して、静電引力によってミラー板３３を少なくとも一つの電極Ｃに接触させる第一工程を実施する。
本実施形態の第一工程では、制御部１２から電極電圧印加部１６に対して、例えば複数の電極Ｃのうち選択された一部の電極Ｃ（以下、一の電極Ｃとする）に所定の電圧を印加する信号を電極電圧印加部１６に発する。これにより、一の電極Ｃとその直上に位置するミラー板３３の部位（以下、直上部位とする）との間には静電引力（クーロン力）が発生する。この静電引力によってミラー板３３の直上部位をベース３４に近づけ、図５に示すように、ミラー板３３を電極Ｃの電極面２８に接触させる。以上により、ミラー板３３は基準姿勢から支柱２０の先端２２を中心として傾斜角度θ１（第一傾斜角度θ１）で傾斜した姿勢になる。
【００２５】
上記第一工程後には、ミラー板３３と一の電極Ｃとの接触状態を保持しながら、変位部５０によって第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差を変位させる第二工程を実施する。
本実施形態の第二工程では、ミラー板３３が一の電極Ｃの電極面２８で、接触検出部１４によって電流が検知され、制御部１２に電流検知の信号が入力される。制御部１２は該信号を受けて、圧電素子駆動部１８に複数の第一圧電素子Ｂ及び第二圧電素子Ｄのそれぞれに対して個別に所定の電圧を印加する指示信号を発する。
具体的には、図５及び図６に示すようなミラー板３３と一の電極Ｃとの接触状態を保持しながら、制御部１２は圧電素子駆動部１８に対して、一の電極Ｃに対応する第一圧電素子Ｂ及び第二圧電素子Ｄのそれぞれに対して個別に所定の電圧を印加するように指示信号を発する。第一圧電素子Ｂ、第二圧電素子Ｄに印加される電圧は、ミラー板３３の傾斜角度が変化するように、すなわち、第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差が変位するように設定される。
【００２６】
例えば図６に示すように、ミラー板３３の傾斜角度をさらに増加させる場合、すなわちミラー板３３を図５に示す姿勢よりもさらに傾斜させる場合には、例えば第一距離Ｌ１が小さくなるように第一圧電素子Ｂを縮める。また、例えば第二距離Ｌ２が大きくなるように第二圧電素子Ｄを伸ばす。これにより、第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差が増加する。従って、ミラー板３３は基準姿勢から支柱２０の先端２２を中心として、第一傾斜角度θ１よりも大きい傾斜角度θ２（第二傾斜角度θ２）で傾斜した姿勢になる。
【００２７】
一方、ミラー板３３の傾斜角度を減少させる場合は、例えば、第一距離Ｌ１が大きくなるように第一圧電素子Ｂを伸ばしたり、第二距離Ｌ２が小さくなるように第二圧電素子Ｄを縮めたりすればよい。これにより、第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差が減少する。従って、ミラー板３３は基準姿勢から支柱２０の先端２２を中心として、第一傾斜角度θ１よりも小さい傾斜角度で傾斜した姿勢になる。
【００２８】
傾斜した姿勢のミラー板３３を基準姿勢に戻す場合は、一度、電極Ｃへの電圧印加を解除した後に、全ての電極Ｃに同じ大きさの電圧を印加すればよい。
【００２９】
また、本実施形態では、前述した第一工程の後（ミラー板３３が一の電極Ｃに接触した後）に、制御部１２が、接触検出部１４からの電流検知の信号に基づいて、ミラー板３３と接触した一の電極Ｃに印加する電圧を下げる指示信号を電極電圧印加部１６に発する。以下、この点について図７のグラフを参照して説明する。
図７のグラフは、ミラー板３３と一の電極Ｃとの間の距離、及び、一の電極Ｃに対する印加電圧の時間履歴を示している。図７に示すように、前述した第一工程において一の電極Ｃに対して所定の電圧（以下、第一電圧とする）を印加すると、時間の経過に伴ってミラー板３３の直上部位と一の電極Ｃの電極面２８との距離が減少する。その後、ミラー板３３が一の電極Ｃの電極面２８に接触してミラー板３３の直上部位と一の電極Ｃの電極面２８との距離が略零となった際に、一の電極Ｃに第一電圧よりも低い第二電圧が印加される、すなわち、一の電極Ｃに対する印加電圧が減じられる。
【００３０】
このように、一の電極Ｃに対する印加電圧を第一電圧から第二電圧に減じることで、ミラーデバイス１の消費電力を抑えることができる。
なお、第二電圧は、ミラー板３３と一の電極Ｃとの接触状態を保持できる程度の電圧であればよい。また、一の電極Ｃに対する印加電圧を第一電圧から第二電圧に減じるタイミングは、前述した第二工程において第一圧電素子Ｂや第二圧電素子Ｄに対して電圧を印加する前後、または、同時であってよい。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態のミラーデバイス１及びその制御方法によれば、先ず、ミラー板３３を一の電極Ｃに接触させて、ミラー板３３を傾斜角度θ１で傾斜させることができる。その上で、ミラー板３３と一の電極Ｃとの接触状態を保持しながら、変位部５０によって第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差を変位させることで、ミラー板３３を、傾斜角度θ１よりも大きい傾斜角度θ２、又は、傾斜角度θ１よりも小さい角度（言い換えれば、傾斜角度θ１とは異なる傾斜角度）で傾斜させることができる。これにより、ミラー板３３を傾ける傾斜角度に限界が生じ難く、ミラー板３３の可動範囲及びミラー板３３の反射面３３ｒで反射される光の照射範囲を拡げることができる。
また、変位部５０によって第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差を変位させることで、ミラー板３３の傾斜角度を精度よく調整することができる。
【００３２】
また、本実施形態のミラーデバイス１によれば、変位部５０が、複数の第一圧電素子Ｂ、第二圧電素子Ｄを備えることで、第一圧電素子Ｂの伸縮によって第一距離Ｌ１を変化させ、また、第二圧電素子Ｄの伸縮によって第二距離Ｌ２を変化させることができる。従って、ミラー板３３の傾斜角度をさらに精度良く変位させることができる。
また、二種類の圧電素子Ｂ，Ｄを用いて第一距離Ｌ１及び第二距離Ｌ２の両方を変化させることで、第一距離Ｌ１と第二距離Ｌ２との差をより大きく確保することができるため、ミラー板３３の傾斜角度をより大きく設定できる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態の制御方法では、第二工程において、第一距離Ｌ１及び第二距離Ｌ２の一方のみを変化させてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  ミラーデバイス
１２  制御部
１４  接触検出部
１６  電極電圧印加部
２０  支柱
２２  先端
２８  電極面
３３ｒ  反射面
３３  ミラー板
３４  ベース
３４ａ  主面
５０  変位部
Ｂ  第一圧電素子
Ｃ  電極
Ｌ１  第一距離
Ｌ２  第二距離
Ｄ  第二圧電素子
【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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