(57)【要約】本発明のマイクロアクチュエータは、基台１と、基台１に対して変位可能な可動部７と、可動部７を支持する弾性支持部５と、可動部７を変位させる駆動部４ａ〜４ｃとを備える。可動部７の垂直方向への変位に応じたバネ定数と、可動部７の傾動角度に応じたバネ定数との間に特定の関係を持たせて、駆動力と可動部７の変位との対角性を大きくすることにより、マイクロアクチュエータの制御の高精度化および簡素化を実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に対して変位可能な可動部と、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、
前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部と
を備え、
前記複数の駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを含み、
前記第１の駆動部が前記可動部に及ぼす第１の駆動力の第１の作用点と、前記第２の駆動部が前記可動部に及ぼす第２の駆動力の第２の作用点との間の位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、
前記可動部の前記基台に対する傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒ（Ｎｍ／ｒａｄ）、
前記第１の作用点と前記第２の作用点との間の距離を２Ｌ（ｍ）とするときに、
前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２
の関係を満たす、マイクロアクチュエータ。
【請求項２】
基台と、
前記基台に対して変位可能な可動部と、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する２軸の傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、
前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部と
を備え、
前記複数の駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力が作用する複数の作用点で囲まれた位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、
前記可動電極の前記２軸の傾動における傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｘ（Ｎｍ／ｒａｄ）およびｋｒｙ（Ｎｍ／ｒａｄ）、
前記複数の作用点のそれぞれと前記弾性支持部が前記可動部を支持している前記位置との間の距離をＲ（ｍ）としたときに、
前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５、
０．６７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．５
の関係を満たす、マイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性支持部は、前記可動部の概ね中央部を支持している、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動部の少なくとも一部は導電性を有し、
前記複数の駆動部のそれぞれは前記可動部と対向する電極を備え、
前記複数の駆動部のそれぞれは、前記可動部と前記電極との間に生じる静電力により前記可動部を駆動する、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の駆動部は、前記弾性支持部が前記可動部を支持している位置を通り前記基台に垂直な軸を中心に概ね対称に配置されている、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性支持部は、前記基台に接続された第１端部と、前記可動部に接続された第２端部とを備え、
前記第１端部と前記第２端部との間の距離をＨとしたときに、
前記Ｈと前記Ｒとが、
０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６
の関係を満たす、請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項７】
前記第１端部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記第２端部と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い、請求項６に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項８】
前記弾性支持部は梁部を備え、
前記梁部は、前記梁部の延びる方向が反転している折り返し部を備える、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項９】
前記折り返し部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記弾性支持部の前記基台に接続された位置と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い、請求項８に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１０】
前記複数の駆動部のうちの１つが前記可動部を駆動して前記可動部の一端が前記基台に近づく方向に変位した場合に、前記可動部の他端は前記基台から離れる方向に変位する、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、
１≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ
の関係を満たす、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ、
【請求項１２】
前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、
２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ、
２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ
の関係を満たす、請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータを複数個備え、
前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有している、装置。
【請求項１４】
請求項２に記載のマイクロアクチュエータを複数個備え、
前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有しており、
前記複数のマイクロアクチュエータのうちの互いに隣接するマイクロアクチュエータ同士のピッチをＰ（ｍ）としたときに、
前記Ｐと前記Ｒとが、
０．２９≦Ｒ／Ｐ≦０．３７
の関係を満たす、装置。
【請求項１５】
前記複数の駆動部に制御信号を出力して、前記可動部の変位を制御する制御部をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記可動部を３段階以上に変位可能である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記複数の駆動部のうちの前記制御信号を受け取る駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力の作用点の目標変位量に応じた前記制御信号を出力する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記可動部は光反射面を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
光を発生する光源をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記光反射面を通った光を受け取り、前記光の波面状態を示す波面情報を生成する波面情報生成部をさらに備え、
前記制御部は、前記波面情報に応じて前記可動部を変位させる、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、傾動と垂直変位とが可能なマイクロアクチュエータ、およびそのマイクロアクチュエータを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて多様なマイクロアクチュエータが作製され、光学、高周波回路、バイオテクノロジーなど様々な分野へのマイクロアクチュエータの応用が期待されている。例えば補償光学（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃｓ）分野では、光の波面を制御するためのマイクロミラーアレイが開発されている。こうした用途では、光の波面を滑らかに制御するために、１つ１つの光反射面を基台に対して傾動させると同時に垂直変位をさせることが有効である。【０００３】  このような傾動と垂直変位とが可能なマイクロアクチュエータの例は、非特許文献１に開示されている。図１０は、非特許文献１に開示されるマイクロアクチュエータ１０００を模式的に示す斜視図である。【０００４】  可動電極１００は、その外周部を３本の弾性梁１０１ａ、１０１ｂおよび１０１ｃにより支持されている。また、可動電極１００は３つの固定電極１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃと対向している。固定電極１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃは、それぞれ独立に駆動電圧を印加可能に設けられ、可動電極１００との間で電位差が与えられる。これにより、可動電極１００を吸引する方向に静電力が発生する。【０００５】  固定電極１０２ａ〜１０２ｃの駆動電圧を同一に設定すれば、可動電極１００はほぼ傾動せずに下方向に垂直変位する。また、これらの駆動電圧を互いに異ならせれば、可動電極１００は所望の方向に傾動しながら下方向に垂直変位する。このように、可動電極１００は下方向への垂直変位と同時に２軸の傾動が可能である。【０００６】  ミラー１０３は、接合部１０４において可動電極１００と接合されているため、可動電極１００の変位がそのままミラー１０３の変位を決定する。
【非特許文献１】Ｕ．Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，ｅｔ  ａｌ．，“ＦｌｕｉｄｉｃＳｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｓ  Ｏｎｔｏ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｆｏｒｃｅｓ”，ＩＥＥＦＪｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．１，ｐｐ．４−１１（Ｊａｎｕａｒｙ，２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、上記のようなマイクロアクチュエータ１０００は、固定電極の駆動信号とミラー変位との関係における非対角性が大きいという課題がある。ここで、非対角性とは、ある固定電極に所定の電圧を印加し、その固定電極に対向する側の可動電極１００の一端が垂直方向に変位した場合に、他の固定電極に対向する側の可動電極１００の端部も垂直方向に変位してしまうことを指す。【０００８】  図１１を参照して、この課題を説明する。図１１は、マイクロアクチュエータ１０００の動作を示す図である。図１１は模式化したマイクロアクチュエータ１０００の断面図であるので、可動電極１００と、２本の弾性梁１０１ａおよび１０１ｂと、２つの固定電極１０２ａおよび１０２ｂのみが図示されている。固定電極１０２ａが可動電極１００に及ぼす駆動力の作用点ａは、固定電極１０２ａのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極１０２ａに垂直な軸を通る点である。固定電極１０２ｂが可動電極１００に及ぼす駆動力の作用点ｂは、固定電極１０２ｂのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極１０２ｂに垂直な軸を通る点である。【０００９】  ここでは、固定電極１０２ａのみに所定の電圧を印加して可動電極１００を吸引した場合を説明する。固定電極１０２ａは駆動力Ｆを発生し、作用点ａにおいて可動電極１００は垂直方向にδだけ変位する。このとき、駆動力を発生していない固定電極１０２ｂに対向する作用点ｂにおいても可動電極１００は垂直方向にδ’だけ変位している。ここで、この変位δ’と変位δとの比の値δ’／δを非対角性の大きさの指標とする。【００１０】  可動電極１００の姿勢制御の観点から、こうした非対角性は小さい方が良い。非対角性が変位の目標分解能に対して十分小さければ、各作用点ａおよびｂにおける可動電極１００の変位を、対応する固定電極への印加電圧によりそれぞれ独立して制御できるので、制御装置を簡素な構成にすることができる。また、非対角性に起因する変位（例えばδ’）を補正する制御を行う場合でも、非対角性が小さいほど制御の高精度化と簡素化が容易となる。特に静電駆動の場合は駆動力が吸引方向にしか発生しないため、δ’の大きさを０に戻す方向への補正制御が難しい。また、マイクロアクチュエータの特性のばらつきが大きい場合は非対角性に起因する変位の補正のためのデータ量が膨大になってしまう。特に、マイクロアクチュエータを多数備える装置（マイクロミラーアレイ等）において上述の非対角性が大きいと、非対角性に起因する変位の補正のためのデータ量が膨大になってしまう。このことは、著しいコストの増大およびマイクロアクチュエータの駆動速度の低下の原因となる。このような点から、非対角性は小さい方が望ましい。【００１１】  しかしながら、図１０および図１１から明らかなように、可動電極１００の外周部を支持して、その内側に固定電極を形成した構成では、１つの固定電極１０２ａによって発生する駆動力Ｆによって可動電極１００の全ての位置が下方向に変位してしまう。このため、非対角性が極めて大きい。補正制御の高精度化および簡素化を考慮すると、非対角性δ’／δは１／３以下であることが望ましいが、従来のマイクロアクチュエータ１０００の構成では、設計上の工夫をしても非対角性を１／３以下にすることは極めて困難であった。【００１２】  本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動力と可動部の変位との非対角性を小さくしたマイクロアクチュエータ、およびそのマイクロアクチュエータを備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明のマイクロアクチュエータは、基台と、前記基台に対して変位可能な可動部と、前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部とを備え、前記複数の駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを含み、前記第１の駆動部が前記可動部に及ぼす第１の駆動力の第１の作用点と、前記第２の駆動部が前記可動部に及ぼす第２の駆動力の第２の作用点との間の位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、前記可動部の前記基台に対する傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒ（Ｎｍ／ｒａｄ）、前記第１の作用点と前記第２の作用点との間の距離を２Ｌ（ｍ）とするときに、前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２の関係を満たすことを特徴とする。【００１４】  本発明のマイクロアクチュエータは、基台と、前記基台に対して変位可能な可動部と、前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する２軸の傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部とを備え、前記複数の駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力が作用する複数の作用点で囲まれた位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、前記可動電極の前記２軸の傾動における傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｘ（Ｎｍ／ｒａｄ）およびｋｒｙ（Ｎｍ／ｒａｄ）、前記複数の作用点のそれぞれと前記弾性支持部が前記可動部を支持している前記位置との間の距離をＲ（ｍ）としたときに、前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５、０．６７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．５の関係を満たすことを特徴とする。【００１５】  ある実施形態において、前記弾性支持部は、前記可動部の概ね中央部を支持している。【００１６】  ある実施形態において、前記可動部の少なくとも一部は導電性を有し、前記複数の駆動部のそれぞれは前記可動部と対向する電極を備え、前記複数の駆動部のそれぞれは、前記可動部と前記電極との間に生じる静電力により前記可動部を駆動する。【００１７】  ある実施形態において、前記複数の駆動部は、前記弾性支持部が前記可動部を支持している位置を通り前記基台に垂直な軸を中心に概ね対称に配置されている。【００１８】  ある実施形態において、前記弾性支持部は、前記基台に接続された第１端部と、前記可動部に接続された第２端部とを備え、前記第１端部と前記第２端部との間の距離をＨとしたときに、前記Ｈと前記Ｒとが、０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６の関係を満たす。【００１９】  ある実施形態において、前記第１端部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記第２端部と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い。【００２０】  ある実施形態におい��、前記弾性支持部は梁部を備え、前記梁部は、前記梁部の延びる方向が反転している折り返し部を備える。【００２１】  ある実施形態において、前記折り返し部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記弾性支持部の前記基台に接続された位置と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い。【００２２】  ある実施形態において、前記複数の駆動部のうちの１つが前記可動部を駆動して前記可動部の一端が前記基台に近づく方向に変位した場合に、前記可動部の他端は前記基台から離れる方向に変位する。【００２３】  ある実施形態において、前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、１≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒの関係を満たす。【００２４】  ある実施形態において、前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ、２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙの関係を満たす。【００２５】  本発明の装置は、前記マイクロアクチュエータを複数個備え、前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有していることを特徴とする。【００２６】  本発明の装置は、前記マイクロアクチュエータを複数個備え、前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有しており、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの互いに隣接するマイクロアクチュエータ同士のピッチをＰ（ｍ）としたときに、前記Ｐと前記Ｒとが、０．２９≦Ｒ／Ｐ≦０．３７の関係を満たすことを特徴とする。【００２７】  ある実施形態において、前記装置は、前記複数の駆動部に制御信号を出力して、前記可動部の変位を制御する制御部をさらに備える。【００２８】  ある実施形態において、前記制御部は、前記可動部を３段階以上に変位可能である。【００２９】  ある実施形態において、前記制御部は、前記複数の駆動部のうちの前記制御信号を受け取る駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力の作用点の目標変位量に応じた前記制御信号を出力する。【００３０】  ある実施形態において、前記可動部は光反射面を備える。【００３１】  ある実施形態において、前記装置は、光を発生する光源をさらに備える。【００３２】  ある実施形態において、前記装置は、前記光反射面を通った光を受け取り、前記光の波面状態を示す波面情報を生成する波面情報生成部をさらに備え、前記制御部は、前記波面情報に応じて前記可動部を変位させる。
【発明の効果】
【００３３】  本発明によれば、弾性支持部が可動部を複数の作用点の間あるいは複数の作用点で囲まれた位置で支持する。また、可動部の垂直方向への変位に応じたバネ定数と、可動部の傾動角度に応じたバネ定数との間に特定の関係を持たせている。これにより、駆動部の駆動力と可動部の変位との非対角性を小さくする（すなわち対角性を大きくする）ことができ、マイクロアクチュエータの制御の高精度化および簡素化を容易に実現することができる。また、マイクロアクチュエータを制御する制御装置を簡素な構成にすることができる。【００３４】  本発明によれば、駆動部の駆動力と可動部の変位との非対角性は小さく、可動部中の作用点のそれぞれの位置における変位は、互いに干渉せず独立に制御することができるので、制御の簡素化と高精度化とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】［図１Ａ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す分解斜視図である。
［図１Ｂ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータアレイを模式的に示す分解斜視図である。
［図２Ａ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの１次元モデルでの動作説明図である。
［図２Ｂ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの１次元モデルでの動作説明図である。
［図３Ａ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
［図３Ｂ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの２次元モデルでの動作説明図である。
［図３Ｃ］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの２次元モデルでの動作説明図である。
［図４］本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
［図５Ａ］本発明の実施形態２によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
［図５Ｂ］本発明の実施形態２によるマイクロアクチュエータの弾性梁の折り返し部周辺を拡大した図である。
［図６Ａ］本発明の実施形態３によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
［図６Ｂ］本発明の実施形態３によるマイクロアクチュエータの弾性支持部に反りがある状態を模式的に示す側面図である。
［図７］本発明の実施形態４によるマイクロアクチュエータを備えた装置を模式的に示す図である。
［図８Ａ］本発明の実施形態４による可動部中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す１次元モデルの説明図である。
［図８Ｂ］本発明の実施形態４による可動部中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す１次元モデルの説明図である。
［図８Ｃ］本発明の実施形態４による位相関数の曲率半径と、波面誤差を極小にする距離との関係をプロットした図である。
［図９Ａ］本発明の実施形態４によるマイクロアクチュエータアレイを模式的に示す平面図である。
［図９Ｂ］本発明の実施形態４による位相関数の曲率半径と、波面誤差を極小にする距離との関係をプロットした図である。
［図１０］従来のマイクロアクチュエータを模式的に示す斜視図である。
［図１１］従来のマイクロアクチュエータの動作説明図である。
【符号の説明】
【００３６】  １  基板
４ａ〜４ｃ、１４ａ〜１４ｃ、２４ａ〜２４ｃ  固定電極
５、１５、２５  弾性支持部
５ａ、１５ａ、２５ａ  弾性梁
５ｈ〜５ｊ、１５ｈ〜１５ｊ、２５ｈ〜２５ｊ  固定端
５ｋ〜５ｍ、１５ｋ〜１５ｍ、２５ｋ〜２５ｍ  可動端
１５ｎ〜１５ｓ、２５ｎ〜２５ｐ  折り返し部
６  可動電極
６ｂ  ミラー部
７  可動部
１０、１０ａ、１０ｂ  マイクロアクチュエータ
３１  光源
３５  マイクロアクチュエータアレイ
４２  制御部
４７  波面情報生成部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】  以下、図面を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータ、およびマイクロアクチュエータを備えた装置の実施形態を説明する。【００３８】  （実施形態１）
図１Ａ〜図４を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第１の実施形態を説明する。【００３９】  まず、図１Ａを参照する。図１Ａは、本実施形態のマイクロアクチュエータ１０を模式的に示す分解斜視図である。【００４０】  マイクロアクチュエータ１０は、基台１と、可動部７と、弾性支持部５と、固定電極４ａ、４ｂおよび４ｃとを備える。マイクロアクチュエータ１０は、例えばＭＥＭＳ技術を用いて作製される。基台１は、例えばシリコン基板である。基台１上には駆動回路１ａが設けられており、駆動回路１ａの上に絶縁層２が設けられている。絶縁層２上には、固定電極４ａ〜４ｃおよび接地配線部３が設けられている。可動部７は基台１に対して変位可能である。弾性支持部５は弾性を有し、基台１の平面方向に対して垂直な方向への可動部７の変位、および基台１に対する可動部７の傾動が可能となるように可動部７を支持している。固定電極４ａ〜４ｃのそれぞれは、基台１の平面方向に対して垂直な方向に可動部７を駆動する駆動部として機能する。固定電極４ａ〜４ｃおよび接地配線部３の材料として、アルミニウム（Ａｌ）合金、ポリシリコンゲルマニウム（Ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ）等の４５０℃以下で低温成膜が可能な導電材料が用いられる。固定電極４ａ〜４ｃのそれぞれは、絶縁層２に形成されたビア（不図示）によって駆動回路１ａに接続されている。駆動回路１ａは、所定の電圧の範囲内（例えば０〜３０Ｖ）の駆動電圧を固定電極４ａ〜４ｃにそれぞれ独立して印加することができる。この駆動電圧は例えば１０ｂｉｔの多段階の値として設定され得る。【００４１】  弾性支持部５は、３本の弾性梁５ａ〜５ｃと、これらの弾性梁５ａ〜５ｃを基台１に固定する固定部５ｄ〜５ｆと、可動部７を支持するための支持部５ｇとを備える。弾性梁５ａ〜５ｃは接地配線部３に接続されている。ここで、弾性梁５ａ〜５ｃの端部のうち、固定部５ｄ〜５ｆに接続された側の端部を固定端５ｈ〜５ｊ、支持部５ｇに接続された側の端部を可動端５ｋ〜５ｍと呼ぶ。【００４２】  弾性支持部５を形成するには、まず、接地配線部３および固定電極４ａ〜４ｃ上にフォトレジストを用いて第１の犠牲層（不図示）を形成し、次に、その第１の犠牲層上に弾性支持部５を形成すればよい。弾性支持部５の材料として、接地配線部３および固定電極４ａ〜４ｃと同様の導電材料が用いられる。【００４３】  支持部５ｇは可動電極６の中央部に設けられた突起６ａと接続している。また、３本の弾性梁５ａ〜５ｃは支持部５ｇを介して互いに連結している。【００４４】  可動部７を形成するには、まず、弾性支持部５上にフォトレジストを用いて第２の犠牲層（不図示）を形成し、次に、その第２の犠牲層上に可動電極６を形成すればよい。可動電極６は概正六角形の形状を有する。可動電極６の材料として、接地配線部３および固定電極４ａ〜４ｃと同様の導電材料が用いられる。可動電極６の上面は光反射面であるミラー部６ｂとなっている。光反射効率をより高めるために、可動電極６の上面に金や誘電体多層膜等をコーティングしてミラー部６ｂを形成しても良い。なお、マイクロアクチュエータ１０の製造工程において、上述した第１および第２の犠牲層は最終的には有機溶剤や酸素プラズマ等により除去され、除去された後の部分には空隙が形成される。可動電極６は弾性支持部５および接地配線部３を介して駆動回路１ａと接続し、接地電位に保たれている。【００４５】  可動電極６は３つの固定電極４ａ〜４ｃと空隙を介して対向している。可動電極６と固定電極４ａ〜４ｃとの間に電位差が生じると、可動電極６と固定電極４ａ〜４ｃとの間に静電力が生じる。この静電力を駆動力として可動部７を駆動する。この駆動力によって可動部７が変位すると弾性支持部５が弾性的に変形し、弾性支持部５の弾性復元力と駆動力との釣り合いによって可動部７の姿勢が決定する。各固定電極４ａ〜４ｃによって発生する駆動力の大きさを制御することにより、可動部７の基台１に対して垂直な方向への変位の量と、基台１に対する傾動の量とを制御することができる。固定電極４ａ〜４ｃの駆動電圧を同一に設定すれば、可動部７はほぼ傾動せずに、可動部７の中央部を含む可動部７全体が基台１に近づく方向に垂直変位する。また、これらの駆動電圧を互いに異ならせれば、可動部７は所望の方向に傾動する。ここで、基台１に対する傾動は、基台１の平面方向に平行で互いに直交する２つの傾動軸周りの傾動である。【００４６】  上述の１つのマイクロアクチュエータ１０を単位セルとし、複数の単位セルを配列したマイクロアクチュエータアレイ３５を図１Ｂに示す。図１Ｂはマイクロアクチュエータアレイ３５を模式的に示す分解斜視図である。複数のマイクロアクチュエータ１０が備える可動部７、弾性支持部５および固定電極４ａ〜４ｃは、１枚の基台１上に設けられており、複数のマイクロアクチュエータ１０は１枚の基台１を互いに共有している。【００４７】  互いに隣接するマイクロアクチュエータ１０同士のピッチＰは例えば１１０μｍである。マイクロアクチュエータ１０の数は例えば４２×３６個である。このような複数のマイクロアクチュエータ１０を備えたマイクロアクチュエータアレイ３５は、マイクロミラーアレイとして機能する。【００４８】  次に、図２Ａ〜図３Ｃを参照して、固定電極４ａ〜４ｃによって発生する駆動力と可動部７の変位との間の非対角性を小さくするための条件を説明する。マイクロアクチュエータ１０（図１Ａ）は２軸の傾動と１軸の垂直変位が可能なように弾性支持部５に支持されている。説明の順序として、まず１軸の傾動と１軸の垂直変位を行う１次元モデルを説明し、次いで２軸の傾動と１軸の垂直変位を行う２次元モデルを説明する。【００４９】  図２Ａおよび図２Ｂは、マイクロアクチュエータ１０の１次元モデルでの動作説明図である。図２Ａは固定電極４ａのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した状態を示している。【００５０】  固定電極４ａが可動部７の可動電極６に及ぼす駆動力の作用点Ａは、固定電極４ａのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極４ａに垂直な軸を通る点である。固定電極４ｂが可動電極６に及ぼす駆動力の作用点Ｂは、固定電極４ｂのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極４ｂに垂直な軸を通る点である。弾性支持部５は可動電極６の概ね中央部を支持しているので、１次元モデルでは、作用点Ａと作用点Ｂとの間の位置（中央部Ｏ）で弾性支持部５は可動電極６��支持していることになる。この中央部Ｏを通り基台１（図１Ａ）に垂直な軸を中心に、固定電極４ａおよび４ｂは概ね対称に配置されている。このため、中央部Ｏと作用点Ａとの間の距離および中央部Ｏと作用点Ｂとの間の距離はどちらも概ね等しくＬ（ｍ）である。作用点Ａと作用点Ｂとの間の距離は２Ｌである。【００５１】  中央部Ｏにおける可動電極６の基台１に対する垂直変位δｏ（ｍ）に応じて弾性支持部５に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）とし、可動電極６の基台１に対する傾動角度θ（ｒａｄ）に応じて弾性支持部５に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒ（Ｎｍ／ｒａｄ）とする。固定電極４ａのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した場合に作用点Ａに生じる駆動力をＦａ（Ｎ）、固定電極４ｂのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した場合に作用点Ｂに生じる駆動力をＦｂ（Ｎ）とする。また、作用点Ａにおける可動電極６の垂直方向の変位をδ（ｍ）とし、作用点Ｂにおける可動電極６の垂直方向の変位をδ’（ｍ）とする。このとき、力のつりあいは（式１）で表される。
2005085125.tif 000002
【００５２】  また、モーメントのつりあいは（式２）で表される。
2005085125.tif 000003
【００５３】  図２Ａを参照して、固定電極４ａのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した場合、作用点Ａには駆動力Ｆａが発生し、作用点Ａにおいて可動電極６は垂直方向にδだけ変位する。このとき、駆動力が発生していない作用点Ｂにおいて可動電極６は垂直方向にδ’だけ変位する。この場合、Ｆｂ−０なので、（式１）および（式２）より、
2005085125.tif 000004
となり、（式３）および（式４）より、
2005085125.tif 000005
となる。したがって、非対角性の大きさδ’／δは、（式７）で与えられる。【００５４】
2005085125.tif 000006
【００５５】  （式７）から、Ｌ２・ｋｚ／ｋｒの値を１に近づけることで、非対角性の大きさδ’／δを所望の値にまで小さくすることが可能であることが判る。非対角性の大きさδ’／δと、Ｌ２・ｋｚ／ｋｒで与えられる値とには直接的な対応関係が存在し、この関係を（表１）に示す。【００５６】
2005085125.tif 000007
【００５７】  従来のマイクロアクチュエータ１０００（図１０）ように弾性支持部が可動電極の外周を支持する構成では、非対角性の大きさδ’／δを１／３以下にすることは非常に困難であることは既に説明した。これに対し、本発明のマイクロアクチュエータ１０は、弾性支持部５が可動部７の概ね中央部Ｏを支持する構成であり、さらに、バネ定数ｋｚおよびｋｒと距離Ｌとに、
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２
の関係を持たせることで、非対角性の大きさδ’／δを１／３以下にすることができる。このように非対角性を小さくすることで、マイクロアクチュエータ１０の制御の高精度化および簡素化を容易に実現することができる。また、マイクロアクチュエータを制御する制御装置を簡素な構成にすることができる。【００５８】  なお、非対角性の大きさδ’／δは１／１０以下であればより望ましい。（表１）よりバネ定数ｋｚおよびｋｒと距離Ｌとに、
０．８２≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦１．２
の関係を持たせることで、非対角性の大きさδ’／δを１／１０以下にすることができる。【００５９】  なお、ここでは固定電極４ａのみが駆動力を発生する場合を説明したが、固定電極４ａおよび４ｂにそれぞれ任意の駆動力を発生させる場合でも上記の関係は成り立つ。このことを図２Ｂを参照して説明する。図２Ｂは固定電極４ａおよび４ｂにそれぞれ独立の電圧を印加して可動電極６を吸引した状態を示している。【００６０】  固定電極４ａが発生する駆動力をＦａ（Ｎ）、固定電極４ｂが発生する駆動力をＦｂ（Ｎ）とする。また、作用点Ａにおける可動電極６の垂直方向の変位をδａ（ｍ）とし、作用点Ｂにおける可動電極６の垂直方向の変位をδｂ（ｍ）とする。ここで、Ｆｂ＝０のとき、（式１）および（式２）より、
2005085125.tif 000008
となり、Ｆａ＝０のとき、（式１）および（式２）より、
2005085125.tif 000009
となる。（式８）〜（式１１）より、変位δａおよびδｂと駆動力ＦａおよびＦｂとの関係は（式１２）で与えられる。【００６１】
2005085125.tif 000010
2005085125.tif 000011
【００６２】  （式１２）の右辺の行列において、非対角成分と対角成分との比の値は（式７）を参照して説明した非対角性の大きさと一致している。このことから、バネ定数ｋｚおよびｋｒと距離Ｌとに、
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２
の関係を持たせることで、固定電極４ａおよび４ｂに任意の駆動力を発生させた場合の作用点ＡおよびＢにおける変位の干渉（固定電極４ａによって発生した駆動力の作用点Ｂの変位に対する干渉、および固定電極４ｂによって発生した駆動力の作用点Ａの変位に対する干渉）を１／３以下に抑え、作用点ＡおよびＢにおける変位の独立制御性を高めることができる。【００６３】  また、さらにＬ２・ｋｚ／ｋｒが
１≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ
の条件を満たした場合には、（式１２）における非対角項が負の値をとるが、この条件は駆動力として静電力を用いる場合のように駆動力ＦａおよびＦｂが吸引力しか発生しない構成において、非対角性に起因する変位の補正を容易にする。【００６４】  この理由を、再び図２Ａを参照して説明する。【００６５】  １≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ
の条件が満たされる場合において、固定電極４ａを駆動して発生する駆動力Ｆａにより可動電極６の作用点Ａ側の一端が基台１に近づく方向に変位したとき、可動電極６の作用点Ｂ側の他端は基台１から離れる方向に変位し、作用点Ｂでの非対角性による変位δ’は負の値をとる。この変位を補正するには固定電極４ｂによって吸引力を発生すればよい。非対角性による変位δ’が固定電極４ｂに近づく方向に発生する場合は、静電力のような吸引力しか発生しない構成でこの変位を補正するのは非常に難しい。しかし、吸引力しか発生しない構成でも、非対角性による変位δ’が固定電極４ｂから離れる方向に発生する場合は、基本的に駆動力ＦａおよびＦｂの大きさを適切に設定すれば非対角性に起因する変位の補正を容易に行うことができる。これにより、非対角性に起因する変位の補正を行う制御装置を簡素な構成にすることができる。【００６６】  次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、２軸の傾動と１軸の垂直変位を行う２次元モデルを説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、マイクロアクチュエータ１０の２次元モデルでの動作説明図である。【００６７】  図３Ａは、マイクロアクチュエータ１０を模式的に示す平面図であり、可動電極６の中央部Ｏを原点とするｘ軸およびｙ軸を図３Ａに示すように設定している。【００６８】  固定電極４ａが可動部７の可動電極６に及ぼす駆動力Ｆａの作用点Ａは、固定電極４ａのうちの駆動力Ｆａが発生する領域の中心を通り固定電極４ａに垂直な軸を通る点である。固定電極４ｂが可動電極６に及ぼす駆動力Ｆｂの作用点Ｂは、固定電極４ｂのうちの駆動力Ｆｂが発生する領域の中心を通り固定電極４ｂに垂直な軸を通る点である。固定電極４ｃが可動電極６に及ぼす駆動力Ｆｃの作用点Ｃは、固定電極４ｃのうちの駆動力Ｆｃが発生する領域の中心を通り固定電極４ｃに垂直な軸を通る点である。弾性支持部５は作用点Ａ、ＢおよびＣで囲まれた位置（本実施形態では可動電極６の概ね中央部）で可動電極６を支持している。固定電極４ａと可動電極６とが平行平板電極を形成するとした第１次近似では、作用点Ａは可動電極６における固定電極４ａとオーバーラップする領域の中心に位置する。作用点ＢおよびＣについても同様である。弾性支持部５が可動電極６を支持している中央部Ｏを中心として、固定電極４ａ〜４ｃは回転対称に配置されている。作用点Ａ〜Ｃのそれぞれと中央部Ｏからの距離はＲ（ｍ）である。作用点Ａ〜Ｃは、中央部Ｏを中心とした半径Ｒの円の円周上に位置し、中央部Ｏから見て１２０度の均等な角度間隔で位置している。【００６９】  図３Ｂはマイクロアクチュエータ１０のｙ軸に沿った断面の模式図、図３Ｃはマイクロアクチュエータのｘ軸に沿った断面の模式図である。固定電極４ａ、４ｂおよび４ｃがそれぞれ独立に駆動力Ｆａ、ＦｂおよびＦｃを発生し、これによって作用点Ａ、ＢおよびＣにおいて可動電極６が基台１に垂直な方向にそれぞれδａ、δｂおよびδｃだけ変位するものとする。【００７０】  可動電極６の基台１に対する垂直変位δｏ（ｍ）に応じて弾性支持部５に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、可動電極６のｘ軸周りの傾動における傾動角度θｘ（ｒａｄ）に応じて弾性支持部５に生じる復元トルクのバネ定数を���ｒｘ（Ｎｍ／ｒａｄ）、可動電極６のｙ軸周りの傾動における傾動角度θｙ（ｒａｄ）に応じて弾性支持部５に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｙ（Ｎｍ／ｒａｄ）とする。【００７１】  変位δａ、δｂおよびδｃと駆動力Ｆａ、ＦｂおよびＦｃとの関係は（式１３）で与えられる。【００７２】
2005085125.tif 000012
【００７３】  （式１３）において、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘの値を２に近づけ、ｋｒｘの値をｋｒｙの値に近づけることで、すべての非対角成分を所望の値にまで小さくできる。このことから、弾性支持部５が可動電極６の中央部Ｏを支持し、Ｒ、ｋｚ、ｋｒｘ、ｋｒｙに特定の関係を持たせることによって、固定電極４ａ〜４ｃに任意の駆動力を発生させた場合の作用点Ａ〜Ｃにおける変位の干渉を所定値以下に抑え、作用点Ａ〜Ｃにおける変位の独立制御性を高めることができる。【００７４】  非対角性を小さくするのに必要なＲ、ｋｚ、ｋｒｘ、ｋｒｙの条件の一例を（表２）に示す。【００７５】
2005085125.tif 000013
2005085125.tif 000014
【００７６】  弾性支持部５が可動電極６の概ね中央部Ｏを支持し、バネ定数ｋｚ、ｋｒｘおよびｋｒｙと距離Ｒとに、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５、
０．６７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．５
の関係を持たせることで、１軸の垂直変位と２軸の傾動とを含む３軸の自由度を持つマイクロアクチュエータ１０において、非対角性の大きさを１／３以下に小さくすることができる。【００７７】  なお、非対角性の大きさは１／１０以下であればより望ましい。（表２）より、バネ定数ｋｚ、ｋｒｘおよびｋｒｙと距離Ｒとに、
１．６≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦２．５、
１．６≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦２．５、
０．８７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．１５
の関係を持たせることで、非対角性の大きさδ’／δを１／１０以下にすることができる。【００７８】  また、さらにＲ２・ｋｚ／ｋｒが
２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ、
２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ
の条件を満たすことで、１次元モデルを参照して説明したのと同様に、駆動力Ｆａ〜Ｆｃとして吸引力しか発生しない場合でも、非対角性に起因する変位の補正を容易にすることができる。【００７９】  次に図４を参照して、上述したような条件を満たすマイクロアクチュエータ１０の具体的な寸法数値を説明する。図４はマイクロアクチュエータ１０を模式的に示す平面図である。【００８０】  中央部Ｏ、作用点Ａ〜Ｃ、距離Ｒについては図３Ａを参照して説明したのでここではその説明を省略する。図４に示すマイクロアクチュエータ１０における距離Ｒは３７μｍである。中央部Ｏから弾性支持部５の可動端５ｋまでの距離Ｈ１は５．５μｍ、中央部Ｏから弾性支持部５の固定端５ｈまでの距離Ｈ２は４５．５μｍ、中央部Ｏから弾性支持部５の固定部５ｄの中心までの距離Ｈ３は５１μｍである。支持部５ｇの幅Ｗ１は１１μｍ、弾性梁５ａの幅Ｗ２は４μｍ、固定部５ｄの幅Ｗ３は１１μｍである。弾性支持部５の厚さは０．１〜１μｍの範囲であることが好ましく、ここでは０．５μｍである。弾性支持部５の材料をアルミニウム合金（例えばアルミシリコン）とした場合、縦弾性係数は６９ＧＰａ、ポアソン比は０．３５である。【００８１】  基台１に接続された側の固定端５ｈは、可動電極６に接続された側の可動端５ｋよりも外側に位置し、固定端５ｈと中央部Ｏとの間の距離は、可動端５ｋと中央部Ｏとの間の距離よりも長い。固定端５ｈから可動端５ｋに向けて延在する弾性梁５ａの中で、互いに最も離れた２つの部分同士の直線距離をＨとする。ここでは、距離Ｈは弾性梁５ａの長さに等しく、４０μｍである。ｋｒ／ｋｒｘ、ｋｒ／ｋｒｙの値はおよそ距離Ｈの２乗に反比例するため、距離Ｈの値を適宜調節して所望のｋｚ／ｋｒｘ、ｋｒ／ｋｒｙの値を得ることが可能である。距離Ｈと距離Ｒとの関係は
０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６
を満たすように決定するのが好ましい。上記したＨおよびＲの値（Ｈ＝４０μｍ、Ｒ＝３７μｍ）の場合、Ｈ／Ｒの値は１．０８となり
０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６
の関係を満たしている。【００８２】  以上の数値を有する弾性支持部５は、ｋｚ＝１．１６（Ｎ／ｍ）、ｋｒｘ＝７．２９×１０−１０（Ｎｍ／ｒａｄ）、ｋｒｙ＝７．９０×１０−１０（Ｎｍ／ｒａｄ）の特性を示した。このとき、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ、ｋｒｘ／ｋｒｙの値はそれぞれ２．１８、２．０２、１．０８となるため、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５、
０．６７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．５
の条件を満たしている。これは（式１３）を基に計算すると、非対角性が３％以下となる条件であることが判る。このように、本発明によれば、極めて非対角性が小さいマイクロアクチュエータを実現することができる。【００８３】  なお、可動電極６の１辺の長さＱは６２μｍであり、固定電極４ａ〜４ｃおよび弾性支持部５は全て可動電極６の平面領域下に存在するようにしている。【００８４】  ここで、１次元モデルを用いて説明した
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２
の条件が、２次元モデルにも適用可能であることを説明する。【００８５】  例えば固定電極４ａおよび４ｂの２つに注目すると、固定電極４ａおよび４ｂは、中央部Ｏを通る傾動軸Ｕ（図４）を中心に互いに反対側に振り分けられた平面位置関係を有する。傾動軸Ｕに関する復元トルクｋｒはｋｒｘに等しく、作用点ＡおよびＢのそれぞれと傾動軸Ｕとの距離Ｌは√３Ｒ／２に等しい。このとき、Ｌ２・ｋｚ／ｋｒは１．５８となり、
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２
の条件を満たすことがわかる。【００８６】  以上説明したように、本実施形態によれば、可動部７の可動電極６の中央部Ｏを弾性支持部５が支持し、可動部７の垂直変位および傾動角度に応じたバネ定数に特定の関係を持たせることによって、駆動力と変位との間の非対角性を小さくすることができる。【００８７】  なお、本実施形態では、可動部７が可動電極６を備え、可動電極６と平行平板電極対を形成する固定電極４ａ〜４ｃが、可動部７を駆動する駆動部として機能しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動部は、可動部に対して基台１と垂直な方向への駆動力を発生するエレメントであれば何でも良い。例えば、固定電極４ａ〜４ｃと可動電極６とが垂直櫛形電極対を形成してもよい。また、駆動部は、静電力以外の電磁力等、静電力以外の駆動力を発生するエレメントであっても良い。こうした駆動力は非接触力であるのが好ましいが、バネ定数ｋｚ、ｋｒ、ｋｒｘおよびｋｒｙと距離ＬおよびＲとの特定の関係に大きな外乱を与えないものであれば、接触力であっても良い。【００８８】  また、本実施形態によるマイクロアクチュエータ１０は、２軸の傾動と１軸の垂直変位が可能であるが、１次元モデルでの原理説明からも明らかなように、本発明が１軸の傾動と１軸の垂直変位が可能なマイクロアクチュエータについても適用可能であることは言うまでもない。【００８９】  また、本実施形態によるマイクロアクチュエータ１０は、中央部Ｏを中心として各構成要素が対称配置された平面形状を有するが、本発明はこれに限定されない。本発明によれば、各構成要素が対称配置されていない構成においても、非対角性を小さくするという効果を得ることが可能である。【００９０】  （実施形態２）
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第２の実施形態を説明する。【００９１】  まず、図５Ａを参照する。図５Ａは、本実施形態のマイクロアクチュエータ１０ａを模式的に示す平面図である。【００９２】  マイクロアクチュエータ１０ａは、実施形態１におけるマイクロアクチュエータ１０の弾性支持部５の代わりに弾性支持部１５を備え、固定電極４ａ〜４ｃの代わりに固定電極１４ａ〜１４ｃを備える。弾性支持部１５の平面形状はミアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ）形状であり、弾性支持部１５の弾性梁１５ａ〜１５ｃは、概１８０度で梁部の延びる方向が反転している折り返し部１５ｎ〜１５ｓを備える。【００９３】  固定電極１４ａ〜１４ｃは、弾性支持部１５の占有領域を確保するために、固定電極４ａ〜４ｃに比べて面積が小さくなっており、その結果、作用点Ａ〜Ｃは中央部Ｏからより離れて位置する（Ｒ＝３９μｍ）。【００９４】  弾性支持部１５は、３本の弾性梁１５ａ〜１５ｃと、これらの弾性梁１５ａ〜１５ｃを基台１（図１Ａ）に固定する固定部１５ｄ〜１５ｆと、可動部７（図１Ａ）を支持するための支持部１５ｇとを備える。弾性梁１５ａ〜１５ｃの端部のうち、固定部１５ｄ〜１５ｆに接続された側の端部を固定端１５ｈ〜１５ｊ、支持部１５ｇに接続された側の端部を可動端１５ｋ〜１５ｍと呼ぶ。【００９５】  ここでは、弾性梁１５ａに注目して弾性支持部１５の平面形状を説明する。弾性梁１５ａはミアンダ形状であり、概１８０度で梁の延在方向を折り返す２つの折り返し部１５ｎおよび１５ｏを有する。弾性梁１５ａをミアンダ形状にすることで実質的な梁長さが長くなり、バネ定数ｋｚ、ｋｒｘ、ｋｒｙを小さくすることができるので、低電圧駆動でも大きな変位が得られるようになる。【００９６】  ここで、中央部Ｏから可動端１５ｋまでの距離Ｈ１は５．５μｍ、中央部Ｏから固定端１５ｈまでの距離Ｈ２は５１．５μｍ、中央部Ｏから固定部１５ｄの中心までの距離Ｈ３は５７μｍである。また、支持部１５ｇの実効幅Ｗ１は１３μｍ、弾性梁１５ａの幅Ｗ２は３μｍ、固定部１５ｄの幅Ｗ３は１１μｍである。弾性支持部１５の厚さは０．１〜１μｍの範囲が好ましく、ここでは０．５μｍである。弾性支持部１５の材料をアルミニウム合金とした場合、縦弾性係数は６９ＧＰａ、ポアソン比は０．３５である。【００９７】  弾性梁１５ａの中で互いに最も離れた２つの部分同士の距離Ｈは、固定端１５ｈと可動端１５ｋとの直線距離に等しく、４６μｍである。ＨおよびＲがこれらの値（Ｈ＝４６μｍ、Ｒ＝３９μｍ）の場合、Ｈ／Ｒの値は１．１８となり、
０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６
の関係を満たしている。【００９８】  弾性梁１５ａの梁の全長は１２０μｍであり、距離Ｈの２．６１倍である。【００９９】  固定部１５ｄ〜１５ｆは、隣接するマイクロアクチュエータの固定部と一体に形成され得る。支持部１５ｇは、図５Ａ中に斜線で示した３箇所で可動電極６と接続している。接続箇所を３箇所にしたのは可動電極６と弾性支持部１５との接続強度をより高めるためである。接続箇所の位置は概ね中央部Ｏであればどこでもよい。可動電極６の１辺の長さＱは６２μｍである。【０１００】  上記の数値を有する弾性支持部１５は、ｋｚ＝０．３４（Ｎ／ｍ）、ｋｒｘ＝２．３４×１０−１０（Ｎｍ／ｒａｄ）、ｋｒｙ＝２．５７×１０−１０（Ｎｍ／ｒａｄ）の特性を示した。このとき、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ、ｋｒｘ／ｋｒｙの値はそれぞれ２．１９、２．００、１．１０をとるため、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５、
０．６７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．５
の条件を満たしている。【０１０１】  上記のように弾性梁１５ａ〜１５ｃをミアンダ形状にした効果を、弾性梁が直線形状の場合と比較して説明する。【０１０２】  弾性梁が直線形状の場合、弾性梁のバネ定数を下げるために梁の長さをｎ倍に伸ばすと、傾動角度に関するバネ定数ｋｒ（またはｋｒｘ、ｋｒｙ）はおよそ１／ｎとなり、垂直変位に関するバネ定数ｋｚはおよそ１／ｎ３となる。ｋｒとｋｚとの比の値であるｋｚ／ｋｒはおよそ１／ｎ２となる。すなわち、ｎの増加につれてｋｚ／ｋｒの値は急速に減少するので、
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２あるいは
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５
の条件を満たすことが難しい。【０１０３】  これに対し、弾性梁がミアンダ形状の場合は、
０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６
の条件を満たすように距離Ｈの長さをほぼ保ったまま、梁を複数回折り返すことにより実質的な梁の全長をｎ倍にすることができる。この場合、傾動角度に関するバネ定数ｋｒ（または、ｋｒｘ、ｋｒｙ）がおよそ１／ｎとなると共に、垂直変位に関するバネ定数ｋｚもおよそ１／ｎとなる。従って、ｋｒとｋｚとの比ｋｚ／ｋｒの値はｎにほとんど依存せずほぼ一定となる。したがって、弾性梁がミアンダ形状の場合は、梁の折り返し回数を増やすだけで、
０．５≦Ｌ２・ｋｚ／ｋｒ≦２あるいは
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５
の関係を満たしたままバネ定数を小さくすることができる。【０１０４】  弾性梁がミアンダ形状の場合に、垂直変位に関するバネ定数ｋｚが１／ｎ３でなく、１／ｎに比例して変化する理由を、図５Ｂを参照して説明する。【０１０５】  図５Ｂは、弾性梁１５ａの折り返し部１５ｏ周辺を拡大した図である。上側の図は折り返し部１５ｏの平面図、下側の図は折り返し部１５ｏの側面図である。【０１０６】  折り返し部１５ｏにおける弾性梁１５ａの撓み角をψとすると、点Ｓ１からＳ２に至る微小変位Δｘに対する垂直変位の変化量Δε（Ｓ１→Ｓ２）はψΔｘとなる。【０１０７】  点Ｓ３からＳ４に至る微小変位（−Δｘ）に対する垂直変位の変化量Δε（Ｓ３→Ｓ４）を考えた場合は（−ψΔｘ）の項が存在する。このため、点Ｓ１からＳ４に至る垂直変位を考えた場合はψの項は相殺されてより高次のΔψΔｘの項が残る。【０１０８】  このように、折り返し部で弾性梁の延在方向を反転させているために、弾性梁の撓み角成分に関する垂直変位が一部相殺されて小さくなる。この結果、バネ定数ｋｚの特性を１／ｎ３よりも１／ｎに近づけることができる。【０１０９】  以上説明したように、本実施形態によれば、弾性支持部１５が梁の延在方向を反転させる折り返し部１５ｎ〜１５ｓを備えているために、バネ定数ｋｚとバネ定数ｋｒとの比の値をほとんど変えることなく、梁の低剛性化を実現することができる。これによって、非対角性を小さくする効果と、低電圧駆動で可動部７の大きな変位を得る効果との両方が得られる。【０１１０】  （実施形態３）
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第３の実施形態を説明する。【０１１１】  まず、図６Ａを参照する。図６Ａは、本実施形態のマイクロアクチュエータ１０ｂを模式的に示す平面図である。【０１１２】  マイクロアクチュエータ１０ｂは、実施形態２におけるマイクロアクチュエータ１０ａの弾性支持部１５の代わりに弾性支持部２５を備え、固定電極１４ａ〜１４ｃの代わりに固定電極２４ａ〜２４ｃを備える。弾性支持部２５の固定端２５ｈ〜２５ｊは、折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置されている。【０１１３】  固定電極２４ａ〜２４ｃは、作用点Ａ〜Ｃと中央部Ｏとの距離Ｒが３８．５μｍとなる位置に配置されている。【０１１４】  弾性支持部２５は、３本の弾性梁２５ａ〜２５ｃと、これらの弾性梁２５ａ〜２５ｃを基台１（図１Ａ）に固定する固定部２５ｄ〜２５ｆと、可動部７（図１Ａ）を支持するための支持部２５ｇとを備える。弾性梁２５ａ〜２５ｃの端部のうち、固定部２５ｄ〜２５ｆに接続された側の端部を固定端２５ｈ〜２５ｊ、支持部２５ｇに接続された側の端部を可動端２５ｋ〜２５ｍと呼ぶ。【０１１５】  ここでは、弾性梁２５ａに注目して弾性支持部２５の平面形状を説明する。弾性梁２５ａの形状は、概１８０度で梁の延在方向を折り返す奇数個（ここでは１つ）の折り返し部２５ｎを有するミアンダ形状である。折り返し部２５ｎと中央部Ｏとの間の距離は、固定部２５ｄと中央部Ｏとの間の距離よりも長い。【０１１６】  ここで、中央部Ｏから可動端２５ｋまでの距離Ｈ１は６μｍ、中央部Ｏから固定端２５ｈまでの距離Ｈ２は１７．５μｍ、中央部Ｏから固定部２５ｄの中心までの距離Ｈ３は１０μｍである。また、支持部２５ｇの実効幅Ｗ１は９μｍ、弾性梁２５ａの幅Ｗ２は３μｍである。弾性支持部２５の厚さは０．１〜１μｍの範囲が好ましく、ここでは０．５μｍである。弾性支持部２５の材料をアルミニウム合金とした場合、縦弾性係数は６９ＧＰａ、ポアソン比は０．３５である。【０１１７】  弾性梁２５ａの中で互いに最も離れた２つの部分同士の距離Ｈは４１．５μｍであり、本実施形態では可動端２５ｋと折り曲げ部２５ｎとの距離がこれに相当する。ＨおよびＲがこれらの値（Ｈ＝４１．５μｍ、Ｒ＝３８．５μｍ）の場合、Ｈ／Ｒの値は１．０８となり、
０．８≦Ｈ／Ｒ≦１．６
の関係を満たしている。【０１１８】  弾性梁２５ａの梁の全長は７４．５μｍであり、距離Ｈの１．８倍である。【０１１９】  上記の数値を有する弾性支持部２５は、ｋｚ＝０．５５（Ｎ／ｍ）、ｋｒｘ＝３．７０×１０−１０（Ｎｍ／ｒａｄ）、ｋｒｙ＝４．０８×１０−１０（Ｎｍ／ｒａｄ）の特性を示した。このとき、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ、Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ、ｋｒｘ／ｋｒｙの値はそれぞれ２．２０、２．００、１．１０をとるため、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ≦５、
１≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ≦５、
０．６７≦ｋｒｘ／ｋｒｙ≦１．５
の条件を満たしている。【０１２０】  図６Ｂを参照して、弾性支持部２５の固定端２５ｈ〜２５ｊを折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置することにより得られる効果を説明する。【０１２１】  図６Ｂは、弾性支持部２５に反りがある状態を模式的に示す側面図である。【０１２２】  弾性支持部２５は、例えば成膜プロセス時に生じた残留応力勾配等により反りを発生することがある。この反りの影響により支持部２５ｇと固定部２５ｄとの間で垂直方向の高さ誤差Δｚが生じる。この反りの曲率半径をρとすると、Δｚは近似的に
Δｚ＝Ｈ３２／（２ρ）
と表される。【０１２３】  従って、中央部Ｏから固定部２５ｄの中心までの距離Ｈ３を小さくするほど、高さ誤差Δｚはその自乗に比例して小さくすることができる。固定端２５ｈ〜２５ｊを折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置することで距離Ｈ３を小さくすることができる。【０１２４】  以上説明したように、本実施形態によれば、弾性支持部２５の固定端２５ｈ〜２５ｊを折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置している。このため、例えば成膜プロセス時に生じた残留応力勾配等により弾性支持部２５に反りが発生した場合にも、可動電極６の垂直方向の高さ誤差Δｚを小さく抑えることができる。むろん、実施形態２で説明した非対角性を小さくする効果と低電圧駆動で可動部７の大きな変位を得る効果をも得られることは言うまでもない。【０１２５】  （実施形態４）
図７〜図９Ｂを参照して、本発明のマイクロアクチュエータを備えた装置の実施形態を説明する。【０１２６】  まず、図７を参照する。図７は、本実施形態のマイクロアクチュエータを備えた装置３０を模式的に示す図である。本発明のマイクロアクチュエータを備える装置は、例えば光ディスクに対して情報の記録再生を行う光ピックアップまたは光ディスク装置であるが、これらに限定されない。本発明のマイクロアクチュエータを備える装置の一例として、光ディスク装置である装置３０を説明する。【０１２７】  装置３０は、光源３１と、コリメータレンズ３２と、偏光ビームスプリッタ３３と、１／４波長板３４と、マイクロアクチュエータアレイ３５と、対物レンズ３６と、対物レンズアクチュエータ３８と、波面情報生成部４７と、制御部４２とを備える。【０１２８】  図１Ｂを参照して説明したように、マイクロアクチュエータアレイ３５は複数のマイクロアクチュエータ１０を備える。なお、マイクロアクチュエータアレイ３５は、マイクロアクチュエータ１０の代わりにマイクロアクチュエータ１０ａまたは１０ｂを複数個備えてもよいし、これらのマイクロアクチュエータ１０、１０ａおよび１０ｂを組み合わせて備えてもよい。【０１２９】  制御部４２は、固定電極４ａ〜４ｃに駆動電圧として制御信号を出力し、可動部７の変位（垂直変位および傾動）を制御する。制御部４２は、可動部７を所望の姿勢に変位させて、ミラー部６ｂに入射した光の波面を変調する。【０１３０】  次に、装置３０の動作をより詳細に説明する。【０１３１】  光源３１は例えばＧａＮレーザ素子である。光源３１から出射された光ビームは、コリメータレンズ３２により無限系の光ビームに変換され、偏光ビームスプリッタ３３に入射する。この光ビームのうちＰ偏光成分だけが偏光ビームスプリッタ３３を透過し、残りのＳ偏光成分は反射されて前光モニター（不図示）に入射する。透過したＰ偏光成分は１／４波長板３４によって円偏光に変換される。【０１３２】  マイクロアクチュエータアレイ３５上には複数のマイクロアクチュエータ１０が２次元アレイ状に配列されている。可動部７のそれぞれは光反射面であるミラー部６ｂを備え、光ビームを反射する。可動部７は、固定電極４ａ〜４ｃのそれぞれに印加された電圧の大きさに応じて変位し、光ビームの波面を局所的に変化させる。マイクロアクチュエータアレイ３５に対する光の入射角および出射角は、それぞれ４５度に設定されている。【０１３３】  マイクロアクチュエータアレイ３５によって波面が変化した光ビームは、対物レンズ３６によってディスク３７の記録層に集光される。対物レンズアクチュエータ３８は、光ビームの光軸方向および光軸に直交する方向の２方向に対物レンズ３６平行移動させ、光ビームの所望の記録層への合焦と、所望の記録トラックへの追従を行う。【０１３４】  ディスク３７は、所定の間隔で配置された複数の記録層と、記録層を覆って保護する光透過可能な基材部とを備える光記録媒体である。往復路での奇対称収差の収差情報消失を防止するため、記録層には拡散性もしくは蛍光性を持たせることがより好ましい。ディスク３７の記録層で反射された光ビームは、再度マイクロアクチュエータアレイ３５のミラー部６ｂと１／４波長板３４とを通過する。この光ビームは大半がＳ偏光成分であるため、偏光ビームスプリッタ３３によって反射され、波面情報生成部４７に入射する。波面情報生成部４７は、光ビームの波面状態を示す波面情報を生成する。波面情報生成部４７は、ホログラム３９と、レンズ４０と、光検出器４１とを備える。この波面情報生成部４７は、ここではモーダル型の波面センサであるとして説明するが、シャック＝ハルトマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ）型の波面センサであってもよいし、あるいは特開２０００−１５５９７９号公報に記載されたような他の収差検出方法を用いても良い。モーダル型の波面センサは下記の文献に開示されている。【０１３５】  Ｍ．Ａ．Ａ．Ｎｅｉｌ，Ｍ．Ｊ．Ｂｏｏｔｈ，ａｎｄ  Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ，“Ｎｅｗ  ｍｏｄａｌ  ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ  ｓｅｎｓｏｒ：ａ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ，”Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ／Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．６，ｐｐ．１０９８−１１０７（２０００）【０１３６】  ホログラム３９はｎ（ｎは複数）個の直交する収差モードＭｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、それぞれ異なる方向に±１次光を生成する。予め定められたバイアス係数をＢｉとして、各モードＭｉに対応するこれらの±１次光の＋１次光には＋ＢｉＭｉ、−１次光には−ＢｉＭｉのバイアス収差がそれぞれ付与される。【０１３７】  レンズ４０は、ホログラム３９によって偏向されたｎ対の光ビームを光検出器４１上に集光する。レンズ４０の焦点距離をｆとすると、ホログラム３９と光検出器４１とはそれぞれレンズ４０の主平面より距離ｆの位置に配置されており、レンズ４０はフーリエ変換レンズとして機能する。【０１３８】  光検出器４１は各ｎ対の光ビームについて±１次光の強度信号である差動出力信号Ｓｉを生成し、制御部４２へ出力する。収差モードＭｉに対応した差動出力信号Ｓｉは収差モードＭｉの大きさＡｉに対応する信号となる。収差モードＭｉに対する感度Ｓｉ／Ａｉはバイアス係数Ｂｉ等の設計パラメータにより予め決定されている。【０１３９】  差動出力信号Ｓｉは波面情報を示しており、差動出力信号Ｓｉの大きさが光ビームの波面状態を表している。差動出力信号Ｓ１はディスク３７の基材厚変化に伴う球面収差モードに関する出力信号である。差動出力信号Ｓ２はディスク３７のラジアル方向の傾きに伴うコマ収差に主に対応した収差モードに関する出力信号である。差動出力信号Ｓ３はディスク３７のタンジェンシャル方向の傾きに伴うコマ収差に主に対応した収差モードに関する出力信号である。差動出力信号Ｓ４は対物レンズ３６のデフォーカスによる収差モードに関する出力信号である。また、差動出力信号Ｓ５はディスク３７のプリピットおよび記録マークによって変調された信号である。【０１４０】  制御部４２は、差動出力信号Ｓｉが示す波面情報に応じて可動部７を変位させる。制御部４２は、波面演算部４３と、レンズシフト補正演算部４４と、全体制御部４５と、波面補正制御部４６とを備える。好ましい実施形態では、制御部４２もしくはその一部は、マイクロアクチュエータアレイ３５の基台１上に設けられ、制御部４２とマイクロアクチュエータアレイ３５とは１チップ化されている。【０１４１】  別の好ましい実施形態では、光源３１、コリメータレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、１／４波長板３４、マイクロアクチュエータアレイ３５、対物レンズ３６、対物レンズアクチュエータ３８および波面情報生成部４７は光ピックアップ基台（不図示）上に配置されている。この場合は、光ピックアップ基台が基台１を兼用してもよい。また、制御部４２もしくはその一部が光ピックアップ基台上に設けられていてもよい。【０１４２】  波面演算部４３は、差動出力信号Ｓ１〜Ｓ３を用いて、ディスク３７の基材厚変化と傾きに伴う波面収差を補正するための位相関数ψ（ｘ，ｙ）を算出する。ここでｘ、ｙはマイクロアクチュエータアレイ３５のミラー位置に対応した座標である。【０１４３】  レンズシフト補正演算部４４は、全体制御部４５から対物レンズ３６のレンズシフト量ｘ０の値を受け取り、これに基づいて位相関数ψ（ｘ，ｙ）をψ（ｘ−ｘ０，ｙ）に変換する。このψ（ｘ−ｘ０，ｙ）は、波面補正制御部４６がマイクロアクチュエータアレイ３５を制御する際の目標波面となる。【０１４４】  全体制御部４５は、差動出力信号Ｓ４およびＳ５に基づいてフォーカス制御信号Ｆｏおよびトラッキング制御信号Ｔｒを生成し、対物レンズアクチュエータ３８へ出力する。また、全体制御部４５は、生成したトラッキング制御信号Ｔｒに低域通過フィルタを通過させることにより、対物レンズ３６のレンズシフト量ｘ０を算出する。【０１４５】  波面補正制御部４６は、レンズシフト補正演算部４４からψ（ｘ−ｘ０，ｙ）を示す信号を受け取り、マイクロアクチュエータアレイ３５の各可動部７の変位を制御するための制御信号Ｄをψ（ｘ−ｘ０，ｙ）に応じて生成する。【０１４６】  マイクロアクチュエータアレイ３５は、例えば４２×３６個のマイクロアクチュエータ１０を備える。この場合、マイクロアクチュエータ１０のそれぞれが３つの固定電極４ａ〜４ｃを備えているので、マイクロアクチュエータアレイ３５は、４２×３６×３個の固定電極を備えている。制御信号Ｄは、４２×３６×３個の固定電極のそれぞれに個別に与えるそれぞれの駆動電圧の大きさを示している。波面補正制御部４６は、制御信号Ｄを受け取る固定電極が可動部７に及ぼす駆動力の作用点の目標変位量に応じて、その固定電極に与える駆動電圧の大きさを設定する。また、波面補正制御部４６は、その作用点が３段階以上の多段階（例えば１２８段階＝７ｂｉｔ）の変位をすることが可能なように、駆動電圧の大きさを多段階に設定する。また、固定電極に与える駆動電圧と可動部７の変位とは一般的に非線形な関係があるので、制御信号Ｄにより高い分解能（例えば１０ｂｉｔ）を持たせることで、リニアな変位が得られるような補正処理を行うことができる。制御信号Ｄは時系列に切り替えられる。【０１４７】  可動部７中の各作用点での目標変位量の段階をｎ段階としたとき、非対角性の大きさδ’／δが１／ｎ以下であれば、波面補正制御部４６は、非対角性に起因する変位の補正を全く行う必要がないため、極めて制御構成を簡単にすることができる。本発明のマイクロアクチュエータ１０では非対角性の大きさδ’／δが小さいので、固定電極の数が大量（例えば、４２×３��×３個）であっても制御構成を簡単にすることができる。従来のマイクロアクチュエータ１０００（図１０）のように非対角性の大きさδ’／δが大きいと、非対角性に起因する変位の補正のための演算量が膨大になってしまい、制御構成は複雑になり、著しいコストの増大を招くと共にマイクロアクチュエータの駆動速度が低下してしまう。本発明によれば、非対角性に起因する変位の補正のための演算量が非常に少なくて済むので、コストの削減およびマイクロアクチュエータの駆動速度の高速化を実現することができる。本発明は多数のマイクロアクチュエータを駆動する場合に特に有用である。【０１４８】  なお、非対角性に起因する変位の補正を行う場合は、可動電極６の各点の目標変位量に（式１３）の右辺にある行列の逆行列を掛ける操作を行い、固定電極４ａ〜４ｃに発生させる駆動力を求め、求めた駆動力から駆動電圧を求めて制御信号Ｄを生成してもよい。この場合でも、個々のマイクロアクチュエータ１０の非対角性が従来に比べてそもそも低減されているので、高い補正精度が得られやすく、個々のアクチュエータ特性のばらつきの影響による非線形補正の精度劣化も小さい。また、個々のマイクロアクチュエータ１０が
２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｘ
２≦Ｒ２・ｋｚ／ｋｒｙ
を満たしている場合は、例えば上記の逆行列演算を行っても、駆動力は正（吸引方向）の値の範囲内に解が求められ、静電力のような吸引方向にしか発生しない駆動力を用いる場合でも、波面補正制御部４６は非対角性に起因する変位の補正を容易に行うことができる。【０１４９】  次に、図８Ａ〜図９Ｂを参照して、波面近似精度が向上する可動部７中の作用点の座標位置について説明を行う。可動部７中の作用点Ａ〜Ｂのそれぞれは、固定電極４ａ〜４ｃのうちの対応する固定電極の駆動力が発生する領域の中心を通りその固定電極に垂直な軸を通る点である。ある１つの固定電極の駆動力が発生する領域の中心は、例えばその固定電極の中心と一致する。【０１５０】  マイクロアクチュエータ１０は２軸の傾動と１軸の垂直変位が可能である。説明の順序として、まず１軸の傾動と１軸の垂直変位を行う１次元モデルを説明し、次いで２軸の傾動と１軸の垂直変位を行う２次元モデルを説明する。【０１５１】  図８Ａ〜図８Ｂは、可動部７中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す１次元モデルの説明図である。【０１５２】  まず、図８Ａを参照して一般的な波面の折れ線近似方法を説明する。【０１５３】  図８Ａにおいて、横軸はマイクロアクチュエータ１０のｘ方向の座標位置であり、縦軸は波面の位相である。補正目標となる位相関数ψが２点鎖線で示されている。位相関数ψは既に説明したように座標位置ｘの関数で与えられている。ミラー部６ｂは、基台１に対する変位と傾きとが制御可能であるから、この位相関数ψを折れ線近似で再現することになる。隣接するミラー部６ｂ間のピッチをＰとする。ピッチＰ毎に座標点ｘｊ（ｊは整数）をとり、隣接する２つの座標点ｘｊ、ｘｊ＋１に対する位相関数ψの値ψ（ｘｊ）、ψ（ｘｊ＋１）を結ぶことでミラー部６ｂの変位と傾きを求めることができる。この近似折れ線ψ’を実線で示す。この方法は演算量が少なく高速な計算処理が可能であるが、波面誤差が大きい。【０１５４】  別の折れ線近似方法として、区間［ｘｊ、ｘｊ＋１］毎に、位相関数ψからの誤差を最小にする変位と傾きとを最小自乗法で求めることが可能である。この方法によれば、波面誤差を小さくできるが、演算量が多くなる。【０１５５】  図８Ｂを参照して、少ない演算量で補正精度を向上させることのできる波面の折れ線近似方法を説明する。ここでは、区間［ｘｊ、ｘｊ＋１］内に２点の座標点ｘｊ，ａ、ｘｊ，ｂをとる。座標点ｘｊ，ａ、ｘｊ，ｂは可動部７の中央部Ｏｊを基準として対称の位置にあり、どちらも中央部Ｏｊから距離Ｌだけ離れた位置にある。この距離Ｌの値を適切な値に設定し、光反射面を座標（ｘｊ，ａ、ψ（ｘｊ，ａ））と（ｘｊ，ｂ、ψ（ｘｊ，ｂ））との２点を通る線分として規定することを考える。【０１５６】  図８Ｃは、区間［ｘｊ、ｘｊ＋１］における位相関数ψの曲率半径ρと、波面誤差を極小にする距離Ｌの値との関係をプロットした図である。ミラー部６ｂの長さをピッチＰとほぼ等しいとする。無次元化した曲率半径ρ／Ｐを横軸にとり、波面誤差を極小にする無次元化した距離Ｌ／Ｐを縦軸にとっている。波面誤差は長さＰのミラー内における誤差の自乗の定積分値∫（ψ−ψ’）２ｄｘの平方根として定義される。位相��数ψの曲率半径ρは任意の値をとり得るが、図８Ｃから、波面誤差を極小にする無次元距離Ｌ／Ｐは、ほとんど無次元曲率半径ρ／Ｐに依存せず、約０．２９と一定の値をとることがわかる。従って、距離Ｌ＝０．２９Ｐと設定した座標点ｘｊ，ａ、ｘｊ，ｂを可動部７中の作用点の座標位置と一致させ、各駆動点の変位目標値をψ（ｘｊ，ａ）、ψ（ｘｊ，ｂ）とすることにより、最小自乗法を用いた方法と同程度に波面誤差を極小化することができる。また、さらに可動部７中の作用点の変位目標値を位相関数ψから直接計算できるために、演算量を極めて低減させることができる。【０１５７】  上記の少ない演算量で補正精度を向上させることのできる波面の折れ線近似方法を２次元モデルに適用した場合を、図９を参照しながら説明する。図９は、可動部７中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す２次元モデルの説明図である。【０１５８】  図９Ａは、マイクロアクチュエータアレイ３５を模式的に示す平面図である。互いに隣接するミラー部６ｂ同士のピッチはＰである。ここでは、ミラー部６ｂの１辺の長さＱは（Ｐ／√３）に等しいと近似し、隣接するミラー部６ｂとの間のギャップを無視している。【０１５９】  図９Ｂは、ミラー部６ｂ内における位相関数ψの曲率半径ρと、波面誤差を極小にする距離Ｒの値との関係をプロットした図である。【０１６０】  図９Ｂの横軸には無次元化した曲率半径ρ／Ｐをとり、縦軸には波面誤差を極小にする無次元化した無次元距離Ｒ／Ｐをとっている。波面誤差は正六角形ミラー面内における誤差の自乗の定積分値∫∫（ψ−ψ’）２ｄｘｄｙの平方根として定義される。【０１６１】  位相関数ψが球面を表す場合の結果を実線で示す。波面誤差を極小にする無次元距離Ｒ／Ｐは、ほとんど無次元曲率半径ρ／Ｐに依存せず、約０．３７と一定の値をとることがわかる。また、上述の１次元モデルでの結果を点線で併記している。この結果は、位相関数ψが、ｘ方向にのみ曲率を持ちｙ方向に曲率を持たない円筒面を表す場合にほぼ相当するが、既に説明したように無次元距離Ｒ／Ｐは約０．２９である。位相関数ψが球面を表す場合を扁平率０、位相関数ψが円筒面を表す場合を扁平率１とすれば、通常の波面はこの中間の扁平率を持つ。従って、図の斜線部で示したように、無次元距離Ｒ／Ｐの範囲を０．２９以上０．３７以下とすれば良いことが判る。【０１６２】  このように、距離Ｒと、ピッチＰとが、
０．２９≦Ｒ／Ｐ≦０．３７
の関係を満たすことにより、波面誤差の近似精度を高めることができる。【０１６３】  本実施形態ではＲ＝３７μｍ、Ｐ＝１１０μｍとしているため、Ｒ／Ｐの値は０．３３６であり、
０．２９≦Ｒ／Ｐ≦０．３７
の関係を満たしている。各構成要素がこのような配置関係をとるために、作用点Ａ〜Ｃの変位目標値は、位相関数ψに各作用点の座標位置（ｘ，ｙ）を入力して直接計算するだけで求まり、波面補正制御部４６が行う演算量を極めて少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】  本発明のマイクロアクチュエータ、およびマイクロアクチュエータを備えた装置は、収差補正、光走査、分光等を行う光デバイス及び光ディスク装置の分野で好適に用いられる。また、チューナブルキャパシタ等の高周波回路や、可変流路等の流体制御デバイス、バイオテクノロジー等の分野でも好適に用いられる。
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【図４】
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2005085125.tif 000021
2005085125.tif 000022
【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に対して変位可能な可動部と、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、
前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部と
を備え、
前記複数の駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを含み、
前記第１の駆動部が前記可動部に及ぼす第１の駆動力の第１の作用点と、前記第２の駆動部が前記可動部に及ぼす第２の駆動力の第２の作用点との間の位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、
前記可動部の前記基台に対する傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒ（Ｎｍ／ｒａｄ）、
前記第１の作用点と前記第２の作用点との間の距離を２Ｌ（ｍ）とするときに、
前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２
の関係を満たす、マイクロアクチュエータ。
【請求項２】
基台と、
前記基台に対して変位可能な可動部と、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する２軸の傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、
前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部と
を備え、
前記複数の駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力が作用する複数の作用点で囲まれた位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、
前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、
前記可動部の前記２軸の傾動における傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｘ（Ｎｍ／ｒａｄ）およびｋｒｙ（Ｎｍ／ｒａｄ）、
前記複数の作用点のそれぞれと前記弾性支持部が前記可動部を支持している前記位置との間の距離をＲ（ｍ）としたときに、
前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５、
０．６７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．５
の関係を満たす、マイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性支持部は、前記可動部の概ね中央部を支持している、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動部の少なくとも一部は導電性を有し、
前記複数の駆動部のそれぞれは前記可動部と対向する電極を備え、
前記複数の駆動部のそれぞれは、前記可動部と前記電極との間に生じる静電力により前記可動部を駆動する、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の駆動部は、前記弾性支持部が前記可動部を支持している位置を通り前記基台に垂直な軸を中心に概ね対称に配置されている、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性支持部は、前記基台に接続された第１端部と、前記可動部に接続された第２端部とを備え、
前記第１端部と前記第２端部との間の距離をＨとしたときに、
前記Ｈと前記Ｒとが、
０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６
の関係を満たす、請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項７】
前記第１端部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記第２端部と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い、請求項６に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項８】
前記弾性支持部は梁部を備え、
前記梁部は、前記梁部の延びる方向が反転している折り返し部を備える、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項９】
前記折り返し部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記弾性支持部の前記基台に接続された位置と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い、請求項８に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１０】
前記複数の駆動部のうちの１つが前記可動部を駆動して前記可動部の一端が前記基台に近づく方向に変位した場合に、前記可動部の他端は前記基台から離れる方向に変位する、請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、
１  ≦  Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ
の関係を満たす、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、
２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ、
２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ
の関係を満たす、請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１または２に記載のマイクロアクチュエータを複数個備え、
前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有している、装置。
【請求項１４】
請求項２に記載のマイクロアクチュエータを複数個備え、
前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有しており、
前記複数のマイクロアクチュエータのうちの互いに隣接するマイクロアクチュエータ同士のピッチをＰ（ｍ）としたときに、
前記Ｐと前記Ｒとが、
０．２９  ≦  Ｒ／Ｐ  ≦  ０．３７
の関係を満たす、装置。
【請求項１５】
前記複数の駆動部に制御信号を出力して、前記可動部の変位を制御する制御部をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記可動部を３段階以上に変位可能である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記複数の駆動部のうちの前記制御信号を受け取る駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力の作用点の目標変位量に応じた前記制御信号を出力する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記可動部は光反射面を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
光を発生する光源をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記光反射面を通った光を受け取り、前記光の波面状態を示す波面情報を生成する波面情報生成部をさらに備え、
前記制御部は、前記波面情報に応じて前記可動部を変位させる、請求項１８に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾動と垂直変位とが可能なマイクロアクチュエータ、およびそのマイクロアクチュエータを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて多様なマイクロアクチュエータが作製され、光学、高周波回路、バイオテクノロジーなど様々な分野へのマイクロアクチュエータの応用が期待されている。例えば補償光学（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃｓ）分野では、光の波面を制御するためのマイクロミラーアレイが開発されている。こうした用途では、光の波面を滑らかに制御するために、１つ１つの光反射面を基台に対して傾動させると同時に垂直変位をさせることが有効である。
【０００３】
このような傾動と垂直変位とが可能なマイクロアクチュエータの例は、非特許文献１に開示されている。図１０は、非特許文献１に開示されるマイクロアクチュエータ１０００を模式的に示す斜視図である。
【０００４】
可動電極１００は、その外周部を３本の弾性梁１０１ａ、１０１ｂおよび１０１ｃにより支持されている。また、可動電極１００は３つの固定電極１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃと対向している。固定電極１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃは、それぞれ独立に駆動電圧を印加可能に設けられ、可動電極１００との間で電位差が与えられる。これにより、可動電極１００を吸引する方向に静電力が発生する。
【０００５】
固定電極１０２ａ〜１０２ｃの駆動電圧を同一に設定すれば、可動電極１００はほぼ傾動せずに下方向に垂直変位する。また、これらの駆動電圧を互いに異ならせれば、可動電極１００は所望の方向に傾動しながら下方向に垂直変位する。このように、可動電極１００は下方向への垂直変位と同時に２軸の傾動が可能である。
【０００６】
ミラー１０３は、接合部１０４において可動電極１００と接合されているため、可動電極１００の変位がそのままミラー１０３の変位を決定する。
【非特許文献１】Ｕ．Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，  ｅｔ  ａｌ．，  “ＦｌｕｉｄｉｃＳｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｓ  Ｏｎｔｏ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｆｏｒｃｅｓ”，  ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｖｏｌ．  ８，  Ｎｏ．１，  ｐｐ．４−１１  （Ｊａｎｕａｒｙ，  ２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようなマイクロアクチュエータ１０００は、固定電極の駆動信号とミラー変位との関係における非対角性が大きいという課題がある。ここで、非対角性とは、ある固定電極に所定の電圧を印加し、その固定電極に対向する側の可動電極１００の一端が垂直方向に変位した場合に、他の固定電極に対向する側の可動電極１００の端部も垂直方向に変位してしまうことを指す。
【０００８】
図１１を参照して、この課題を説明する。図１１は、マイクロアクチュエータ１０００の動作を示す図である。図１１は模式化したマイクロアクチュエータ１０００の断面図であるので、可動電極１００と、２本の弾性梁１０１ａおよび１０１ｂと、２つの固定電極１０２ａおよび１０２ｂのみが図示されている。固定電極１０２ａが可動電極１００に及ぼす駆動力の作用点ａは、固定電極１０２ａのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極１０２ａに垂直な軸を通る点である。固定電極１０２ｂが可動電極１００に及ぼす駆動力の作用点ｂは、固定電極１０２ｂのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極１０２ｂに垂直な軸を通る点である。
【０００９】
ここでは、固定電極１０２ａのみに所定の電圧を印加して可動電極１００を吸引した場合を説明する。固定電極１０２ａは駆動力Ｆを発生し、作用点ａにおいて可動電極１００は垂直方向にδだけ変位する。このとき、駆動力を発生していない固定電極１０２ｂに対向する作用点ｂにおいても可動電極１００は垂直方向にδ’だけ変位している。ここで、この変位δ’と変位δとの比の値δ’／δを非対角性の大きさの指標とする。
【００１０】
可動電極１００の姿勢制御の観点から、こうした非対角性は小さい方が良い。非対角性が変位の目標分解能に対して十分小さければ、各作用点ａおよびｂにおける可動電極１００の変位を、対応する固定電極への印加電圧によりそれぞれ独立して制御できるので、制御装置を簡素な構成にすることができる。また、非対角性に起因する変位（例えばδ’）を補正する制御を行う場合でも、非対角性が小さいほど制御の高精度化と簡素化が容易となる。特に静電駆動の場合は駆動力が吸引方向にしか発生しないため、δ’の大きさを０に戻す方向への補正制御が難しい。また、マイクロアクチュエータの特性のばらつきが大きい場合は非対角性に起因する変位の補正のためのデータ量が膨大になってしまう。特に、マイクロアクチュエータを多数備える装置（マイクロミラーアレイ等）において上述の非対角性が大きいと、非対角性に起因する変位の補正のためのデータ量が膨大になってしまう。このことは、著しいコストの増大およびマイクロアクチュエータの駆動速度の低下の原因となる。このような点から、非対角性は小さい方が望ましい。
【００１１】
しかしながら、図１０および図１１から明らかなように、可動電極１００の外周部を支持して、その内側に固定電極を形成した構成では、１つの固定電極１０２ａによって発生する駆動力Ｆによって可動電極１００の全ての位置が下方向に変位してしまう。このため、非対角性が極めて大きい。補正制御の高精度化および簡素化を考慮すると、非対角性δ’／δは１／３以下であることが望ましいが、従来のマイクロアクチュエータ１０００の構成では、設計上の工夫をしても非対角性を１／３以下にすることは極めて困難であった。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動力と可動部の変位との非対角性を小さくしたマイクロアクチュエータ、およびそのマイクロアクチュエータを備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のマイクロアクチュエータは、基台と、前記基台に対して変位可能な可動部と、前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部とを備え、前記複数の駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを含み、前記第１の駆動部が前記可動部に及ぼす第１の駆動力の第１の作用点と、前記第２の駆動部が前記可動部に及ぼす第２の駆動力の第２の作用点との間の位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、前記可動部の前記基台に対する傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒ（Ｎｍ／ｒａｄ）、前記第１の作用点と前記第２の作用点との間の距離を２Ｌ（ｍ）とするときに、前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
本発明のマイクロアクチュエータは、基台と、前記基台に対して変位可能な可動部と、前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する２軸の傾動が可能となるように前記可動部を支持する弾性支持部と、前記基台に対して前記可動部を変位させる複数の駆動部とを備え、前記複数の駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力が作用する複数の作用点で囲まれた位置で、前記弾性支持部は前記可動部を支持しており、前記可動部の前記基台に対する垂直方向への変位に応じて前記弾性支持部に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、前記可動電極の前記２軸の傾動における傾動角度に応じて前記弾性支持部に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｘ（Ｎｍ／ｒａｄ）およびｋｒｙ（Ｎｍ／ｒａｄ）、前記複数の作用点のそれぞれと前記弾性支持部が前記可動部を支持している前記位置との間の距離をＲ（ｍ）としたときに、前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、  １  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５、  ０．６７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．５の関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
ある実施形態において、前記弾性支持部は、前記可動部の概ね中央部を支持している。
【００１６】
ある実施形態において、前記可動部の少なくとも一部は導電性を有し、前記複数の駆動部のそれぞれは前記可動部と対向する電極を備え、前記複数の駆動部のそれぞれは、前記可動部と前記電極との間に生じる静電力により前記可動部を駆動する。
【００１７】
ある実施形態において、前記複数の駆動部は、前記弾性支持部が前記可動部を支持している位置を通り前記基台に垂直な軸を中心に概ね対称に配置されている。
【００１８】
ある実施形態において、前記弾性支持部は、前記基台に接続された第１端部と、前記可動部に接続された第２端部とを備え、前記第１端部と前記第２端部との間の距離をＨとしたときに、前記Ｈと前記Ｒとが、０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６の関係を満たす。
【００１９】
ある実施形態において、前記第１端部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記第２端部と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い。
【００２０】
ある実施形態において、前記弾性支持部は梁部を備え、前記梁部は、前記梁部の延びる方向が反転している折り返し部を備える。
【００２１】
ある実施形態において、前記折り返し部と前記可動部の中央部との間の距離は、前記弾性支持部の前記基台に接続された位置と前記可動部の中央部との間の距離よりも長い。
【００２２】
ある実施形態において、前記複数の駆動部のうちの１つが前記可動部を駆動して前記可動部の一端が前記基台に近づく方向に変位した場合に、前記可動部の他端は前記基台から離れる方向に変位する。
【００２３】
ある実施形態において、前記ｋｚと前記ｋｒと前記Ｌとが、１  ≦  Ｌ2・ｋｚ／ｋｒの関係を満たす。
【００２４】
ある実施形態において、前記ｋｚと前記ｋｒｘと前記ｋｒｙと前記Ｒとが、２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ、  ２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙの関係を満たす。
【００２５】
本発明の装置は、前記マイクロアクチュエータを複数個備え、前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有していることを特徴とする。
【００２６】
本発明の装置は、前記マイクロアクチュエータを複数個備え、前記複数のマイクロアクチュエータは、前記基台を互いに共有しており、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの互いに隣接するマイクロアクチュエータ同士のピッチをＰ（ｍ）としたときに、前記Ｐと前記Ｒとが、０．２９  ≦  Ｒ／Ｐ  ≦  ０．３７の関係を満たすことを特徴とする。
【００２７】
ある実施形態において、前記装置は、前記複数の駆動部に制御信号を出力して、前記可動部の変位を制御する制御部をさらに備える。
【００２８】
ある実施形態において、前記制御部は、前記可動部を３段階以上に変位可能である。
【００２９】
ある実施形態において、前記制御部は、前記複数の駆動部のうちの前記制御信号を受け取る駆動部が前記可動部に及ぼす駆動力の作用点の目標変位量に応じた前記制御信号を出力する。
【００３０】
ある実施形態において、前記可動部は光反射面を備える。
【００３１】
ある実施形態において、前記装置は、光を発生する光源をさらに備える。
【００３２】
ある実施形態において、前記装置は、前記光反射面を通った光を受け取り、前記光の波面状態を示す波面情報を生成する波面情報生成部をさらに備え、前記制御部は、前記波面情報に応じて前記可動部を変位させる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、弾性支持部が可動部を複数の作用点の間あるいは複数の作用点で囲まれた位置で支持する。また、可動部の垂直方向への変位に応じたバネ定数と、可動部の傾動角度に応じたバネ定数との間に特定の関係を持たせている。これにより、駆動部の駆動力と可動部の変位との非対角性を小さくする（すなわち対角性を大きくする）ことができ、マイクロアクチュエータの制御の高精度化および簡素化を容易に実現することができる。また、マイクロアクチュエータを制御する制御装置を簡素な構成にすることができる。
【００３４】
本発明によれば、駆動部の駆動力と可動部の変位との非対角性は小さく、可動部中の作用点のそれぞれの位置における変位は、互いに干渉せず独立に制御することができるので、制御の簡素化と高精度化とを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータ、およびマイクロアクチュエータを備えた装置の実施形態を説明する。
【００３６】
（実施形態１）
図１Ａ〜図４を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第１の実施形態を説明する。
【００３７】
まず、図１Ａを参照する。図１Ａは、本実施形態のマイクロアクチュエータ１０を模式的に示す分解斜視図である。
【００３８】
マイクロアクチュエータ１０は、基台１と、可動部７と、弾性支持部５と、固定電極４ａ、４ｂおよび４ｃとを備える。マイクロアクチュエータ１０は、例えばＭＥＭＳ技術を用いて作製される。基台１は、例えばシリコン基板である。基台１上には駆動回路１ａが設けられており、駆動回路１ａの上に絶縁層２が設けられている。絶縁層２上には、固定電極４ａ〜４ｃおよび接地配線部３が設けられている。可動部７は基台１に対して変位可能である。弾性支持部５は弾性を有し、基台１の平面方向に対して垂直な方向への可動部７の変位、および基台１に対する可動部７の傾動が可能となるように可動部７を支持している。固定電極４ａ〜４ｃのそれぞれは、基台１の平面方向に対して垂直な方向に可動部７を駆動する駆動部として機能する。固定電極４ａ〜４ｃおよび接地配線部３の材料として、アルミニウム（Ａｌ）合金、ポリシリコンゲルマニウム（Ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ）等の４５０℃以下で低温成膜が可能な導電材料が用いられる。固定電極４ａ〜４ｃのそれぞれは、絶縁層２に形成されたビア（不図示）によって駆動回路１ａに接続されている。駆動回路１ａは、所定の電圧の範囲内（例えば０〜３０Ｖ）の駆動電圧を固定電極４ａ〜４ｃにそれぞれ独立して印加することができる。この駆動電圧は例えば１０ｂｉｔの多段階の値として設定され得る。
【００３９】
弾性支持部５は、３本の弾性梁５ａ〜５ｃと、これらの弾性梁５ａ〜５ｃを基台１に固定する固定部５ｄ〜５ｆと、可動部７を支持するための支持部５ｇとを備える。弾性梁５ａ〜５ｃは接地配線部３に接続されている。ここで、弾性梁５ａ〜５ｃの端部のうち、固定部５ｄ〜５ｆに接続された側の端部を固定端５ｈ〜５ｊ、支持部５ｇに接続された側の端部を可動端５ｋ〜５ｍと呼ぶ。
【００４０】
弾性支持部５を形成するには、まず、接地配線部３および固定電極４ａ〜４ｃ上にフォトレジストを用いて第１の犠牲層（不図示）を形成し、次に、その第１の犠牲層上に弾性支持部５を形成すればよい。弾性支持部５の材料として、接地配線部３および固定電極４ａ〜４ｃと同様の導電材料が用いられる。
【００４１】
支持部５ｇは可動電極６の中央部に設けられた突起６ａと接続している。また、３本の弾性梁５ａ〜５ｃは支持部５ｇを介して互いに連結している。
【００４２】
可動部７を形成するには、まず、弾性支持部５上にフォトレジストを用いて第２の犠牲層（不図示）を形成し、次に、その第２の犠牲層上に可動電極６を形成すればよい。可動電極６は概正六角形の形状を有する。可動電極６の材料として、接地配線部３および固定電極４ａ〜４ｃと同様の導電材料が用いられる。可動電極６の上面は光反射面であるミラー部６ｂとなっている。光反射効率をより高めるために、可動電極６の上面に金や誘電体多層膜等をコーティングしてミラー部６ｂを形成しても良い。なお、マイクロアクチュエータ１０の製造工程において、上述した第１および第２の犠牲層は最終的には有機溶剤や酸素プラズマ等により除去され、除去された後の部分には空隙が形成される。可動電極６は弾性支持部５および接地配線部３を介して駆動回路１ａと接続し、接地電位に保たれている。
【００４３】
可動電極６は３つの固定電極４ａ〜４ｃと空隙を介して対向している。可動電極６と固定電極４ａ〜４ｃとの間に電位差が生じると、可動電極６と固定電極４ａ〜４ｃとの間に静電力が生じる。この静電力を駆動力として可動部７を駆動する。この駆動力によって可動部７が変位すると弾性支持部５が弾性的に変形し、弾性支持部５の弾性復元力と駆動力との釣り合いによって可動部７の姿勢が決定する。各固定電極４ａ〜４ｃによって発生する駆動力の大きさを制御することにより、可動部７の基台１に対して垂直な方向への変位の量と、基台１に対する傾動の量とを制御することができる。固定電極４ａ〜４ｃの駆動電圧を同一に設定すれば、可動部７はほぼ傾動せずに、可動部７の中央部を含む可動部７全体が基台１に近づく方向に垂直変位する。また、これらの駆動電圧を互いに異ならせれば、可動部７は所望の方向に傾動する。ここで、基台１に対する傾動は、基台１の平面方向に平行で互いに直交する２つの傾動軸周りの傾動である。
【００４４】
上述の１つのマイクロアクチュエータ１０を単位セルとし、複数の単位セルを配列したマイクロアクチュエータアレイ３５を図１Ｂに示す。図１Ｂはマイクロアクチュエータアレイ３５を模式的に示す分解斜視図である。複数のマイクロアクチュエータ１０が備える可動部７、弾性支持部５および固定電極４ａ〜４ｃは、１枚の基台１上に設けられており、複数のマイクロアクチュエータ１０は１枚の基台１を互いに共有している。
【００４５】
互いに隣接するマイクロアクチュエータ１０同士のピッチＰは例えば１１０μｍである。マイクロアクチュエータ１０の数は例えば４２×３６個である。このような複数のマイクロアクチュエータ１０を備えたマイクロアクチュエータアレイ３５は、マイクロミラーアレイとして機能する。
【００４６】
次に、図２Ａ〜図３Ｃを参照して、固定電極４ａ〜４ｃによって発生する駆動力と可動部７の変位との間の非対角性を小さくするための条件を説明する。マイクロアクチュエータ１０（図１Ａ）は２軸の傾動と１軸の垂直変位が可能なように弾性支持部５に支持されている。説明の順序として、まず１軸の傾動と１軸の垂直変位を行う１次元モデルを説明し、次いで２軸の傾動と１軸の垂直変位を行う２次元モデルを説明する。
【００４７】
図２Ａおよび図２Ｂは、マイクロアクチュエータ１０の１次元モデルでの動作説明図である。図２Ａは固定電極４ａのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した状態を示している。
【００４８】
固定電極４ａが可動部７の可動電極６に及ぼす駆動力の作用点Ａは、固定電極４ａのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極４ａに垂直な軸を通る点である。固定電極４ｂが可動電極６に及ぼす駆動力の作用点Ｂは、固定電極４ｂのうちの駆動力が発生する領域の中心を通り固定電極４ｂに垂直な軸を通る点である。弾性支持部５は可動電極６の概ね中央部を支持しているので、１次元モデルでは、作用点Ａと作用点Ｂとの間の位置（中央部Ｏ）で弾性支持部５は可動電極６を支持していることになる。この中央部Ｏを通り基台１（図１Ａ）に垂直な軸を中心に、固定電極４ａおよび４ｂは概ね対称に配置されている。このため、中央部Ｏと作用点Ａとの間の距離および中央部Ｏと作用点Ｂとの間の距離はどちらも概ね等しくＬ（ｍ）である。作用点Ａと作用点Ｂとの間の距離は２Ｌである。
【００４９】
中央部Ｏにおける可動電極６の基台１に対する垂直変位δｏ（ｍ）に応じて弾性支持部５に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）とし、可動電極６の基台１に対する傾動角度θ（ｒａｄ）に応じて弾性支持部５に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒ（Ｎｍ／ｒａｄ）とする。固定電極４ａのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した場合に作用点Ａに生じる駆動力をＦａ（Ｎ）、固定電極４ｂのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した場合に作用点Ｂに生じる駆動力をＦｂ（Ｎ）とする。また、作用点Ａにおける可動電極６の垂直方向の変位をδ（ｍ）とし、作用点Ｂにおける可動電極６の垂直方向の変位をδ’（ｍ）とする。このとき、力のつりあいは（式１）で表される。
Ｆａ＋Ｆｂ＝（δ＋δ’）／２×ｋｚ                （式１）
【００５０】
また、モーメントのつりあいは（式２）で表される。
Ｌ・（Ｆａ−Ｆｂ）＝（δ−δ’）／２Ｌ×ｋｒ      （式２）
【００５１】
図２Ａを参照して、固定電極４ａのみに所定の電圧を印加して可動電極６を吸引した場合、作用点Ａには駆動力Ｆａが発生し、作用点Ａにおいて可動電極６は垂直方向にδだけ変位する。このとき、駆動力が発生していない作用点Ｂにおいて可動電極６は垂直方向にδ’だけ変位する。この場合、Ｆｂ＝０なので、（式１）および（式２）より、
Ｆａ＝（δ＋δ’）／２×ｋｚ                      （式３）
Ｌ・Ｆａ＝（δ−δ’）／２Ｌ×ｋｒ                （式４）
となり、（式３）および（式４）より、
δ＝（１／ｋｚ＋Ｌ2／ｋｒ）Ｆａ                    （式５）
δ'＝（１／ｋｚ−Ｌ2／ｋｒ）Ｆａ                  （式６）
となる。したがって、非対角性の大きさδ’／δは、（式７）で与えられる。
【００５２】
【数１】
2005085125.tif 000030
【００５３】
（式７）から、Ｌ2・ｋｚ／ｋｒの値を１に近づけることで、非対角性の大きさδ’／δを所望の値にまで小さくすることが可能であることが判る。非対角性の大きさδ’／δと、Ｌ2・ｋｚ／ｋｒで与えられる値とには直接的な対応関係が存在し、この関係を（表１）に示す。
【００５４】
【表１】
2005085125.tif 000031
【００５５】
従来のマイクロアクチュエータ１０００（図１０）ように弾性支持部が可動電極の外周を支持する構成では、非対角性の大きさδ’／δを１／３以下にすることは非常に困難であることは既に説明した。これに対し、本発明のマイクロアクチュエータ１０は、弾性支持部５が可動部７の概ね中央部Ｏを支持する構成であり、さらに、バネ定数ｋｚおよびｋｒと距離Ｌとに、
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２
の関係を持たせることで、非対角性の大きさδ’／δを１／３以下にすることができる。このように非対角性を小さくすることで、マイクロアクチュエータ１０の制御の高精度化および簡素化を容易に実現することができる。また、マイクロアクチュエータを制御する制御装置を簡素な構成にすることができる。
【００５６】
なお、非対角性の大きさδ’／δは１／１０以下であればより望ましい。（表１）よりバネ定数ｋｚおよびｋｒと距離Ｌとに、
０．８２  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  １．２
の関係を持たせることで、非対角性の大きさδ’／δを１／１０以下にすることができる。
【００５７】
なお、ここでは固定電極４ａのみが駆動力を発生する場合を説明したが、固定電極４ａおよび４ｂにそれぞれ任意の駆動力を発生させる場合でも上記の関係は成り立つ。このことを図２Ｂを参照して説明する。図２Ｂは固定電極４ａおよび４ｂにそれぞれ独立の電圧を印加して可動電極６を吸引した状態を示している。
【００５８】
固定電極４ａが発生する駆動力をＦａ（Ｎ）、固定電極４ｂが発生する駆動力をＦｂ（Ｎ）とする。また、作用点Ａにおける可動電極６の垂直方向の変位をδａ（ｍ）とし、作用点Ｂにおける可動電極６の垂直方向の変位をδｂ（ｍ）とする。ここで、Ｆｂ＝０のとき、（式１）および（式２）より、
δａ＝（１／ｋｚ＋Ｌ2／ｋｒ）Ｆａ                    （式８）
δｂ＝（１／ｋｚ−Ｌ2／ｋｒ）Ｆａ                    （式９）
となり、Ｆａ＝０のとき、（式１）および（式２）より、
δａ＝（１／ｋｚ−Ｌ2／ｋｒ）Ｆｂ                    （式１０）
δｂ＝（１／ｋｚ＋Ｌ2／ｋｒ）Ｆｂ                    （式１１）
となる。（式８）〜（式１１）より、変位δａおよびδｂと駆動力ＦａおよびＦｂとの関係は（式１２）で与えられる。
【００５９】
【数２】
2005085125.tif 000032
【００６０】
（式１２）の右辺の行列において、非対角成分と対角成分との比の値は（式７）を参照して説明した非対角性の大きさと一致している。このことから、バネ定数ｋｚおよびｋｒと距離Ｌとに、
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２
の関係を持たせることで、固定電極４ａおよび４ｂに任意の駆動力を発生させた場合の作用点ＡおよびＢにおける変位の干渉（固定電極４ａによって発生した駆動力の作用点Ｂの変位に対する干渉、および固定電極４ｂによって発生した駆動力の作用点Ａの変位に対する干渉）を１／３以下に抑え、作用点ＡおよびＢにおける変位の独立制御性を高めることができる。
【００６１】
また、さらにＬ2・ｋｚ／ｋｒが
１  ≦  Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ
の条件を満たした場合には、（式１２）における非対角項が負の値をとるが、この条件は駆動力として静電力を用いる場合のように駆動力ＦａおよびＦｂが吸引力しか発生しない構成において、非対角性に起因する変位の補正を容易にする。
【００６２】
この理由を、再び図２Ａを参照して説明する。
【００６３】
１  ≦  Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ
の条件が満たされる場合において、固定電極４ａを駆動して発生する駆動力Ｆａにより可動電極６の作用点Ａ側の一端が基台１に近づく方向に変位したとき、可動電極６の作用点Ｂ側の他端は基台１から離れる方向に変位し、作用点Ｂでの非対角性による変位δ’は負の値をとる。この変位を補正するには固定電極４ｂによって吸引力を発生すればよい。非対角性による変位δ’が固定電極４ｂに近づく方向に発生する場合は、静電力のような吸引力しか発生しない構成でこの変位を補正するのは非常に難しい。しかし、吸引力しか発生しない構成でも、非対角性による変位δ’が固定電極４ｂから離れる方向に発生する場合は、基本的に駆動力ＦａおよびＦｂの大きさを適切に設定すれば非対角性に起因する変位の補正を容易に行うことができる。これにより、非対角性に起因する変位の補正を行う制御装置を簡素な構成にすることができる。
【００６４】
次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、２軸の傾動と１軸の垂直変位を行う２次元モデルを説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、マイクロアクチュエータ１０の２次元モデルでの動作説明図である。
【００６５】
図３Ａは、マイクロアクチュエータ１０を模式的に示す平面図であり、可動電極６の中央部Ｏを原点とするｘ軸およびｙ軸を図３Ａに示すように設定している。
【００６６】
固定電極４ａが可動部７の可動電極６に及ぼす駆動力Ｆａの作用点Ａは、固定電極４ａのうちの駆動力Ｆａが発生する領域の中心を通り固定電極４ａに垂直な軸を通る点である。固定電極４ｂが可動電極６に及ぼす駆動力Ｆｂの作用点Ｂは、固定電極４ｂのうちの駆動力Ｆｂが発生する領域の中心を通り固定電極４ｂに垂直な軸を通る点である。固定電極４ｃが可動電極６に及ぼす駆動力Ｆｃの作用点Ｃは、固定電極４ｃのうちの駆動力Ｆｃが発生する領域の中心を通り固定電極４ｃに垂直な軸を通る点である。弾性支持部５は作用点Ａ、ＢおよびＣで囲まれた位置（本実施形態では可動電極６の概ね中央部）で可動電極６を支持している。固定電極４ａと可動電極６とが平行平板電極を形成するとした第１次近似では、作用点Ａは可動電極６における固定電極４ａとオーバーラップする領域の中心に位置する。作用点ＢおよびＣについても同様である。弾性支持部５が可動電極６を支持している中央部Ｏを中心として、固定電極４ａ〜４ｃは回転対称に配置されている。作用点Ａ〜Ｃのそれぞれと中央部Ｏからの距離はＲ（ｍ）である。作用点Ａ〜Ｃは、中央部Ｏを中心とした半径Ｒの円の円周上に位置し、中央部Ｏから見て１２０度の均等な角度間隔で位置している。
【００６７】
図３Ｂはマイクロアクチュエータ１０のｙ軸に沿った断面の模式図、図３Ｃはマイクロアクチュエータのｘ軸に沿った断面の模式図である。固定電極４ａ、４ｂおよび４ｃがそれぞれ独立に駆動力Ｆａ、ＦｂおよびＦｃを発生し、これによって作用点Ａ、ＢおよびＣにおいて可動電極６が基台１に垂直な方向にそれぞれδａ、δｂおよびδｃだけ変位するものとする。
【００６８】
可動電極６の基台１に対する垂直変位δｏ（ｍ）に応じて弾性支持部５に生じる復元力のバネ定数をｋｚ（Ｎ／ｍ）、可動電極６のｘ軸周りの傾動における傾動角度θｘ（ｒａｄ）に応じて弾性支持部５に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｘ（Ｎｍ／ｒａｄ）、可動電極６のｙ軸周りの傾動における傾動角度θｙ（ｒａｄ）に応じて弾性支持部５に生じる復元トルクのバネ定数をｋｒｙ（Ｎｍ／ｒａｄ）とする。
【００６９】
変位δａ、δｂおよびδｃと駆動力Ｆａ、ＦｂおよびＦｃとの関係は（式１３）で与えられる。
【００７０】
【数３】
2005085125.tif 000033
【００７１】
（式１３）において、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘの値を２に近づけ、ｋｒｘの値をｋｒｙの値に近づけることで、すべての非対角成分を所望の値にまで小さくできる。このことから、弾性支持部５が可動電極６の中央部Ｏを支持し、Ｒ、ｋｚ、ｋｒｘ、ｋｒｙに特定の関係を持たせることによって、固定電極４ａ〜４ｃに任意の駆動力を発生させた場合の作用点Ａ〜Ｃにおける変位の干渉を所定値以下に抑え、作用点Ａ〜Ｃにおける変位の独立制御性を高めることができる。
【００７２】
非対角性を小さくするのに必要なＲ、ｋｚ、ｋｒｘ、ｋｒｙの条件の一例を（表２）に示す。
【００７３】
【表２】
2005085125.tif 000034
【００７４】
弾性支持部５が可動電極６の概ね中央部Ｏを支持し、バネ定数ｋｚ、ｋｒｘおよびｋｒｙと距離Ｒとに、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５、
０．６７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．５
の関係を持たせることで、１軸の垂直変位と２軸の傾動とを含む３軸の自由度を持つマイクロアクチュエータ１０において、非対角性の大きさを１／３以下に小さくすることができる。
【００７５】
なお、非対角性の大きさは１／１０以下であればより望ましい。（表２）より、バネ定数ｋｚ、ｋｒｘおよびｋｒｙと距離Ｒとに、
１．６  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ２．５、
１．６  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ２．５、
０．８７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．１５
の関係を持たせることで、非対角性の大きさδ’／δを１／１０以下にすることができる。
【００７６】
また、さらにＲ2・ｋｚ／ｋｒが
２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ、
２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ
の条件を満たすことで、１次元モデルを参照して説明したのと同様に、駆動力Ｆａ〜Ｆｃとして吸引力しか発生しない場合でも、非対角性に起因する変位の補正を容易にすることができる。
【００７７】
次に図４を参照して、上述したような条件を満たすマイクロアクチュエータ１０の具体的な寸法数値を説明する。図４はマイクロアクチュエータ１０を模式的に示す平面図である。
【００７８】
中央部Ｏ、作用点Ａ〜Ｃ、距離Ｒについては図３Ａを参照して説明したのでここではその説明を省略する。図４に示すマイクロアクチュエータ１０における距離Ｒは３７μｍである。中央部Ｏから弾性支持部５の可動端５ｋまでの距離Ｈ1は５．５μｍ、中央部Ｏから弾性支持部５の固定端５ｈまでの距離Ｈ2は４５．５μｍ、中央部Ｏから弾性支持部５の固定部５ｄの中心までの距離Ｈ3は５１μｍである。支持部５ｇの幅Ｗ1は１１μｍ、弾性梁５ａの幅Ｗ2は４μｍ、固定部５ｄの幅Ｗ3は１１μｍである。弾性支持部５の厚さは０．１〜１μｍの範囲であることが好ましく、ここでは０．５μｍである。弾性支持部５の材料をアルミニウム合金（例えばアルミシリコン）とした場合、縦弾性係数は６９ＧＰａ、ポアソン比は０．３５である。
【００７９】
基台１に接続された側の固定端５ｈは、可動電極６に接続された側の可動端５ｋよりも外側に位置し、固定端５ｈと中央部Ｏとの間の距離は、可動端５ｋと中央部Ｏとの間の距離よりも長い。固定端５ｈから可動端５ｋに向けて延在する弾性梁５ａの中で、互いに最も離れた２つの部分同士の直線距離をＨとする。ここでは、距離Ｈは弾性梁５ａの長さに等しく、４０μｍである。ｋｒ／ｋｒｘ、ｋｒ／ｋｒｙの値はおよそ距離Ｈの２乗に反比例するため、距離Ｈの値を適宜調節して所望のｋｚ／ｋｒｘ、ｋｒ／ｋｒｙの値を得ることが可能である。距離Ｈと距離Ｒとの関係は
０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６
を満たすように決定するのが好ましい。上記したＨおよびＲの値（Ｈ＝４０μｍ、Ｒ＝３７μｍ）の場合、Ｈ／Ｒの値は１．０８となり
０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６
の関係を満たしている。
【００８０】
以上の数値を有する弾性支持部５は、ｋｚ＝１．１６（Ｎ／ｍ）、ｋｒｘ＝７．２９×１０-10（Ｎｍ／ｒａｄ）、ｋｒｙ＝７．９０×１０-10（Ｎｍ／ｒａｄ）の特性を示した。このとき、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ、ｋｒｘ／ｋｒｙの値はそれぞれ２．１８、２．０２、１．０８となるため、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５、
０．６７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．５
の条件を満たしている。これは（式１３）を基に計算すると、非対角性が３％以下となる条件であることが判る。このように、本発明によれば、極めて非対角性が小さいマイクロアクチュエータを実現することができる。
【００８１】
なお、可動電極６の１辺の長さＱは６２μｍであり、固定電極４ａ〜４ｃおよび弾性支持部５は全て可動電極６の平面領域下に存在するようにしている。
【００８２】
ここで、１次元モデルを用いて説明した
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２
の条件が、２次元モデルにも適用可能であることを説明する。
【００８３】
例えば固定電極４ａおよび４ｂの２つに注目すると、固定電極４ａおよび４ｂは、中央部Ｏを通る傾動軸Ｕ（図４）を中心に互いに反対側に振り分けられた平面位置関係を有する。傾動軸Ｕに関する復元トルクｋｒはｋｒｘに等しく、作用点ＡおよびＢのそれぞれと傾動軸Ｕとの距離Ｌは√３Ｒ／２に等しい。このとき、Ｌ2・ｋｚ／ｋｒは１．５８となり、
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２
の条件を満たすことがわかる。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態によれば、可動部７の可動電極６の中央部Ｏを弾性支持部５が支持し、可動部７の垂直変位および傾動角度に応じたバネ定数に特定の関係を持たせることによって、駆動力と変位との間の非対角性を小さくすることができる。
【００８５】
なお、本実施形態では、可動部７が可動電極６を備え、可動電極６と平行平板電極対を形成する固定電極４ａ〜４ｃが、可動部７を駆動する駆動部として機能しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動部は、可動部に対して基台１と垂直な方向への駆動力を発生するエレメントであれば何でも良い。例えば、固定電極４ａ〜４ｃと可動電極６とが垂直櫛形電極対を形成してもよい。また、駆動部は、静電力以外の電磁力等、静電力以外の駆動力を発生するエレメントであっても良い。こうした駆動力は非接触力であるのが好ましいが、バネ定数ｋｚ、ｋｒ、ｋｒｘおよびｋｒｙと距離ＬおよびＲとの特定の関係に大きな外乱を与えないものであれば、接触力であっても良い。
【００８６】
また、本実施形態によるマイクロアクチュエータ１０は、２軸の傾動と１軸の垂直変位が可能であるが、１次元モデルでの原理説明からも明らかなように、本発明が１軸の傾動と１軸の垂直変位が可能なマイクロアクチュエータについても適用可能であることは言うまでもない。
【００８７】
また、本実施形態によるマイクロアクチュエータ１０は、中央部Ｏを中心として各構成要素が対称配置された平面形状を有するが、本発明はこれに限定されない。本発明によれば、各構成要素が対称配置されていない構成においても、非対角性を小さくするという効果を得ることが可能である。
【００８８】
（実施形態２）
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第２の実施形態を説明する。
【００８９】
まず、図５Ａを参照する。図５Ａは、本実施形態のマイクロアクチュエータ１０ａを模式的に示す平面図である。
【００９０】
マイクロアクチュエータ１０ａは、実施形態１におけるマイクロアクチュエータ１０の弾性支持部５の代わりに弾性支持部１５を備え、固定電極４ａ〜４ｃの代わりに固定電極１４ａ〜１４ｃを備える。弾性支持部１５の平面形状はミアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ）形状であり、弾性支持部１５の弾性梁１５ａ〜１５ｃは、概１８０度で梁部の延びる方向が反転している折り返し部１５ｎ〜１５ｓを備える。
【００９１】
固定電極１４ａ〜１４ｃは、弾性支持部１５の占有領域を確保するために、固定電極４ａ〜４ｃに比べて面積が小さくなっており、その結果、作用点Ａ〜Ｃは中央部Ｏからより離れて位置する（Ｒ＝３９μｍ）。
【００９２】
弾性支持部１５は、３本の弾性梁１５ａ〜１５ｃと、これらの弾性梁１５ａ〜１５ｃを基台１（図１Ａ）に固定する固定部１５ｄ〜１５ｆと、可動部７（図１Ａ）を支持するための支持部１５ｇとを備える。弾性梁１５ａ〜１５ｃの端部のうち、固定部１５ｄ〜１５ｆに接続された側の端部を固定端１５ｈ〜１５ｊ、支持部１５ｇに接続された側の端部を可動端１５ｋ〜１５ｍと呼ぶ。
【００９３】
ここでは、弾性梁１５ａに注目して弾性支持部１５の平面形状を説明する。弾性梁１５ａはミアンダ形状であり、概１８０度で梁の延在方向を折り返す２つの折り返し部１５ｎおよび１５ｏを有する。弾性梁１５ａをミアンダ形状にすることで実質的な梁長さが長くなり、バネ定数ｋｚ、ｋｒｘ、ｋｒｙを小さくすることができるので、低電圧駆動でも大きな変位が得られるようになる。
【００９４】
ここで、中央部Ｏから可動端１５ｋまでの距離Ｈ1は５．５μｍ、中央部Ｏから固定端１５ｈまでの距離Ｈ2は５１．５μｍ、中央部Ｏから固定部１５ｄの中心までの距離Ｈ3は５７μｍである。また、支持部１５ｇの実効幅Ｗ1は１３μｍ、弾性梁１５ａの幅Ｗ2は３μｍ、固定部１５ｄの幅Ｗ3は１１μｍである。弾性支持部１５の厚さは０．１〜１μｍの範囲が好ましく、ここでは０．５μｍである。弾性支持部１５の材料をアルミニウム合金とした場合、縦弾性係数は６９ＧＰａ、ポアソン比は０．３５である。
【００９５】
弾性梁１５ａの中で互いに最も離れた２つの部分同士の距離Ｈは、固定端１５ｈと可動端１５ｋとの直線距離に等しく、４６μｍである。ＨおよびＲがこれらの値（Ｈ＝４６μｍ、Ｒ＝３９μｍ）の場合、Ｈ／Ｒの値は１．１８となり、
０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６
の関係を満たしている。
【００９６】
弾性梁１５ａの梁の全長は１２０μｍであり、距離Ｈの２．６１倍である。
【００９７】
固定部１５ｄ〜１５ｆは、隣接するマイクロアクチュエータの固定部と一体に形成され得る。支持部１５ｇは、図５Ａ中に斜線で示した３箇所で可動電極６と接続している。接続箇所を３箇所にしたのは可動電極６と弾性支持部１５との接続強度をより高めるためである。接続箇所の位置は概ね中央部Ｏであればどこでもよい。可動電極６の１辺の長さＱは６２μｍである。
【００９８】
上記の数値を有する弾性支持部１５は、ｋｚ＝０．３４（Ｎ／ｍ）、ｋｒｘ＝２．３４×１０-10（Ｎｍ／ｒａｄ）、ｋｒｙ＝２．５７×１０-10（Ｎｍ／ｒａｄ）の特性を示した。このとき、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ、ｋｒｘ／ｋｒｙの値はそれぞれ２．１９、２．００、１．１０をとるため、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５、
０．６７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．５
の条件を満たしている。
【００９９】
上記のように弾性梁１５ａ〜１５ｃをミアンダ形状にした効果を、弾性梁が直線形状の場合と比較して説明する。
【０１００】
弾性梁が直線形状の場合、弾性梁のバネ定数を下げるために梁の長さをｎ倍に伸ばすと、傾動角度に関するバネ定数ｋｒ（またはｋｒｘ、ｋｒｙ）はおよそ１／ｎとなり、垂直変位に関するバネ定数ｋｚはおよそ１／ｎ3となる。ｋｒとｋｚとの比の値であるｋｚ／ｋｒはおよそ１／ｎ2となる。すなわち、ｎの増加につれてｋｚ／ｋｒの値は急速に減少するので、
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２あるいは
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５
の条件を満たすことが難しい。
【０１０１】
これに対し、弾性梁がミアンダ形状の場合は、
０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６
の条件を満たすように距離Ｈの長さをほぼ保ったまま、梁を複数回折り返すことにより実質的な梁の全長をｎ倍にすることができる。この場合、傾動角度に関するバネ定数ｋｒ（または、ｋｒｘ、ｋｒｙ）がおよそ１／ｎとなると共に、垂直変位に関するバネ定数ｋｚもおよそ１／ｎとなる。従って、ｋｒとｋｚとの比ｋｚ／ｋｒの値はｎにほとんど依存せずほぼ一定となる。したがって、弾性梁がミアンダ形状の場合は、梁の折り返し回数を増やすだけで、
０．５  ≦Ｌ2・ｋｚ／ｋｒ  ≦  ２あるいは
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５
の関係を満たしたままバネ定数を小さくすることができる。
【０１０２】
弾性梁がミアンダ形状の場合に、垂直変位に関するバネ定数ｋｚが１／ｎ3でなく、１／ｎに比例して変化する理由を、図５Ｂを参照して説明する。
【０１０３】
図５Ｂは、弾性梁１５ａの折り返し部１５ｏ周辺を拡大した図である。上側の図は折り返し部１５ｏの平面図、下側の図は折り返し部１５ｏの側面図である。
【０１０４】
折り返し部１５ｏにおける弾性梁１５ａの撓み角をψとすると、点Ｓ1からＳ2に至る微小変位Δｘに対する垂直変位の変化量Δε（Ｓ1→Ｓ2）はψΔｘとなる。
【０１０５】
点Ｓ3からＳ4に至る微小変位（−Δｘ）に対する垂直変位の変化量Δε（Ｓ3→Ｓ4）を考えた場合は（−ψΔｘ）の項が存在する。このため、点Ｓ1からＳ4に至る垂直変位を考えた場合はψの項は相殺されてより高次のΔψΔｘの項が残る。
【０１０６】
このように、折り返し部で弾性梁の延在方向を反転させているために、弾性梁の撓み角成分に関する垂直変位が一部相殺されて小さくなる。この結果、バネ定数ｋｚの特性を１／ｎ3よりも１／ｎに近づけることができる。
【０１０７】
以上説明したように、本実施形態によれば、弾性支持部１５が梁の延在方向を反転させる折り返し部１５ｎ〜１５ｓを備えているために、バネ定数ｋｚとバネ定数ｋｒとの比の値をほとんど変えることなく、梁の低剛性化を実現することができる。これによって、非対角性を小さくする効果と、低電圧駆動で可動部７の大きな変位を得る効果との両方が得られる。
【０１０８】
（実施形態３）
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第３の実施形態を説明する。
【０１０９】
まず、図６Ａを参照する。図６Ａは、本実施形態のマイクロアクチュエータ１０ｂを模式的に示す平面図である。
【０１１０】
マイクロアクチュエータ１０ｂは、実施形態２におけるマイクロアクチュエータ１０ａの弾性支持部１５の代わりに弾性支持部２５を備え、固定電極１４ａ〜１４ｃの代わりに固定電極２４ａ〜２４ｃを備える。弾性支持部２５の固定端２５ｈ〜２５ｊは、折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置されている。
【０１１１】
固定電極２４ａ〜２４ｃは、作用点Ａ〜Ｃと中央部Ｏとの距離Ｒが３８．５μｍとなる位置に配置されている。
【０１１２】
弾性支持部２５は、３本の弾性梁２５ａ〜２５ｃと、これらの弾性梁２５ａ〜２５ｃを基台１（図１Ａ）に固定する固定部２５ｄ〜２５ｆと、可動部７（図１Ａ）を支持するための支持部２５ｇとを備える。弾性梁２５ａ〜２５ｃの端部のうち、固定部２５ｄ〜２５ｆに接続された側の端部を固定端２５ｈ〜２５ｊ、支持部２５ｇに接続された側の端部を可動端２５ｋ〜２５ｍと呼ぶ。
【０１１３】
ここでは、弾性梁２５ａに注目して弾性支持部２５の平面形状を説明する。弾性梁２５ａの形状は、概１８０度で梁の延在方向を折り返す奇数個（ここでは１つ）の折り返し部２５ｎを有するミアンダ形状である。折り返し部２５ｎと中央部Ｏとの間の距離は、固定部２５ｄと中央部Ｏとの間の距離よりも長い。
【０１１４】
ここで、中央部Ｏから可動端２５ｋまでの距離Ｈ1は６μｍ、中央部Ｏから固定端２５ｈまでの距離Ｈ2は１７．５μｍ、中央部Ｏから固定部２５ｄの中心までの距離Ｈ3は１０μｍである。また、支持部２５ｇの実効幅Ｗ1は９μｍ、弾性梁２５ａの幅Ｗ2は３μｍである。弾性支持部２５の厚さは０．１〜１μｍの範囲が好ましく、ここでは０．５μｍである。弾性支持部２５の材料をアルミニウム合金とした場合、縦弾性係数は６９ＧＰａ、ポアソン比は０．３５である。
【０１１５】
弾性梁２５ａの中で互いに最も離れた２つの部分同士の距離Ｈは４１．５μｍであり、本実施形態では可動端２５ｋと折り曲げ部２５ｎとの距離がこれに相当する。ＨおよびＲがこれらの値（Ｈ＝４１．５μｍ、Ｒ＝３８．５μｍ）の場合、Ｈ／Ｒの値は１．０８となり、
０．８  ≦  Ｈ／Ｒ  ≦  １．６
の関係を満たしている。
【０１１６】
弾性梁２５ａの梁の全長は７４．５μｍであり、距離Ｈの１．８倍である。
【０１１７】
上記の数値を有する弾性支持部２５は、ｋｚ＝０．５５（Ｎ／ｍ）、ｋｒｘ＝３．７０×１０-10（Ｎｍ／ｒａｄ）、ｋｒｙ＝４．０８×１０-10（Ｎｍ／ｒａｄ）の特性を示した。このとき、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ、Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ、ｋｒｘ／ｋｒｙの値はそれぞれ２．２０、２．００、１．１０をとるため、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ  ≦  ５、
１  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ  ≦  ５、
０．６７  ≦  ｋｒｘ／ｋｒｙ  ≦  １．５
の条件を満たしている。
【０１１８】
図６Ｂを参照して、弾性支持部２５の固定端２５ｈ〜２５ｊを折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置することにより得られる効果を説明する。
【０１１９】
図６Ｂは、弾性支持部２５に反りがある状態を模式的に示す側面図である。
【０１２０】
弾性支持部２５は、例えば成膜プロセス時に生じた残留応力勾配等により反りを発生することがある。この反りの影響により支持部２５ｇと固定部２５ｄとの間で垂直方向の高さ誤差Δｚが生じる。この反りの曲率半径をρとすると、Δｚは近似的に
Δｚ  ＝  Ｈ32／（２ρ）
と表される。
【０１２１】
従って、中央部Ｏから固定部２５ｄの中心までの距離Ｈ3を小さくするほど、高さ誤差Δｚはその自乗に比例して小さくすることができる。固定端２５ｈ〜２５ｊを折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置することで距離Ｈ3を小さくすることができる。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、弾性支持部２５の固定端２５ｈ〜２５ｊを折り返し部２５ｎ〜２５ｐよりも中央部Ｏに近い位置に配置している。このため、例えば成膜プロセス時に生じた残留応力勾配等により弾性支持部２５に反りが発生した場合にも、可動電極６の垂直方向の高さ誤差Δｚを小さく抑えることができる。むろん、実施形態２で説明した非対角性を小さくする効果と低電圧駆動で可動部７の大きな変位を得る効果をも得られることは言うまでもない。
【０１２３】
（実施形態４）
図７〜図９Ｂを参照して、本発明のマイクロアクチュエータを備えた装置の実施形態を説明する。
【０１２４】
まず、図７を参照する。図７は、本実施形態のマイクロアクチュエータを備えた装置３０を模式的に示す図である。本発明のマイクロアクチュエータを備える装置は、例えば光ディスクに対して情報の記録再生を行う光ピックアップまたは光ディスク装置であるが、これらに限定されない。本発明のマイクロアクチュエータを備える装置の一例として、光ディスク装置である装置３０を説明する。
【０１２５】
装置３０は、光源３１と、コリメータレンズ３２と、偏光ビームスプリッタ３３と、１／４波長板３４と、マイクロアクチュエータアレイ３５と、対物レンズ３６と、対物レンズアクチュエータ３８と、波面情報生成部４７と、制御部４２とを備える。
【０１２６】
図１Ｂを参照して説明したように、マイクロアクチュエータアレイ３５は複数のマイクロアクチュエータ１０を備える。なお、マイクロアクチュエータアレイ３５は、マイクロアクチュエータ１０の代わりにマイクロアクチュエータ１０ａまたは１０ｂを複数個備えてもよいし、これらのマイクロアクチュエータ１０、１０ａおよび１０ｂを組み合わせて備えてもよい。
【０１２７】
制御部４２は、固定電極４ａ〜４ｃに駆動電圧として制御信号を出力し、可動部７の変位（垂直変位および傾動）を制御する。制御部４２は、可動部７を所望の姿勢に変位させて、ミラー部６ｂに入射した光の波面を変調する。
【０１２８】
次に、装置３０の動作をより詳細に説明する。
【０１２９】
光源３１は例えばＧａＮレーザ素子である。光源３１から出射された光ビームは、コリメータレンズ３２により無限系の光ビームに変換され、偏光ビームスプリッタ３３に入射する。この光ビームのうちＰ偏光成分だけが偏光ビームスプリッタ３３を透過し、残りのＳ偏光成分は反射されて前光モニター（不図示）に入射する。透過したＰ偏光成分は１／４波長板３４によって円偏光に変換される。
【０１３０】
マイクロアクチュエータアレイ３５上には複数のマイクロアクチュエータ１０が２次元アレイ状に配列されている。可動部７のそれぞれは光反射面であるミラー部６ｂを備え、光ビームを反射する。可動部７は、固定電極４ａ〜４ｃのそれぞれに印加された電圧の大きさに応じて変位し、光ビームの波面を局所的に変化させる。マイクロアクチュエータアレイ３５に対する光の入射角および出射角は、それぞれ４５度に設定されている。
【０１３１】
マイクロアクチュエータアレイ３５によって波面が変化した光ビームは、対物レンズ３６によってディスク３７の記録層に集光される。対物レンズアクチュエータ３８は、光ビームの光軸方向および光軸に直交する方向の２方向に対物レンズ３６平行移動させ、光ビームの所望の記録層への合焦と、所望の記録トラックへの追従を行う。
【０１３２】
ディスク３７は、所定の間隔で配置された複数の記録層と、記録層を覆って保護する光透過可能な基材部とを備える光記録媒体である。往復路での奇対称収差の収差情報消失を防止するため、記録層には拡散性もしくは蛍光性を持たせることがより好ましい。ディスク３７の記録層で反射された光ビームは、再度マイクロアクチュエータアレイ３５のミラー部６ｂと１／４波長板３４とを通過する。この光ビームは大半がＳ偏光成分であるため、偏光ビームスプリッタ３３によって反射され、波面情報生成部４７に入射する。波面情報生成部４７は、光ビームの波面状態を示す波面情報を生成する。波面情報生成部４７は、ホログラム３９と、レンズ４０と、光検出器４１とを備える。この波面情報生成部４７は、ここではモーダル型の波面センサであるとして説明するが、シャック＝ハルトマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ）型の波面センサであってもよいし、あるいは特開２０００−１５５９７９号公報に記載されたような他の収差検出方法を用いても良い。モーダル型の波面センサは下記の文献に開示されている。
【０１３３】
Ｍ．Ａ．Ａ．Ｎｅｉｌ，  Ｍ．Ｊ．Ｂｏｏｔｈ，  ａｎｄ  Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ，  “Ｎｅｗ  ｍｏｄａｌ  ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ  ｓｅｎｓｏｒ：  ａ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ，”  Ｊ．  Ｏｐｔ．  Ｓｏｃ．  Ａｍ．  Ａ  ／  Ｖｏｌ．  １７，  Ｎｏ．  ６，  ｐｐ．  １０９８  −  １１０７  （２０００）
【０１３４】
ホログラム３９はｎ（ｎは複数）個の直交する収差モードＭｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、それぞれ異なる方向に±１次光を生成する。予め定められたバイアス係数をＢｉとして、各モードＭｉに対応するこれらの±１次光の＋１次光には＋ＢｉＭｉ、−１次光には−ＢｉＭｉのバイアス収差がそれぞれ付与される。
【０１３５】
レンズ４０は、ホログラム３９によって偏向されたｎ対の光ビームを光検出器４１上に集光する。レンズ４０の焦点距離をｆとすると、ホログラム３９と光検出器４１とはそれぞれレンズ４０の主平面より距離ｆの位置に配置されており、レンズ４０はフーリエ変換レンズとして機能する。
【０１３６】
光検出器４１は各ｎ対の光ビームについて±１次光の強度信号である差動出力信号Ｓｉを生成し、制御部４２へ出力する。収差モードＭｉに対応した差動出力信号Ｓｉは収差モードＭｉの大きさＡｉに対応する信号となる。収差モードＭｉに対する感度Ｓｉ／Ａｉはバイアス係数Ｂｉ等の設計パラメータにより予め決定されている。
【０１３７】
差動出力信号Ｓｉは波面情報を示しており、差動出力信号Ｓｉの大きさが光ビームの波面状態を表している。差動出力信号Ｓ1はディスク３７の基材厚変化に伴う球面収差モードに関する出力信号である。差動出力信号Ｓ2はディスク３７のラジアル方向の傾きに伴うコマ収差に主に対応した収差モードに関する出力信号である。差動出力信号Ｓ3はディスク３７のタンジェンシャル方向の傾きに伴うコマ収差に主に対応した収差モードに関する出力信号である。差動出力信号Ｓ4は対物レンズ３６のデフォーカスによる収差モードに関する出力信号である。また、差動出力信号Ｓ5はディスク３７のプリピットおよび記録マークによって変調された信号である。
【０１３８】
制御部４２は、差動出力信号Ｓｉが示す波面情報に応じて可動部７を変位させる。制御部４２は、波面演算部４３と、レンズシフト補正演算部４４と、全体制御部４５と、波面補正制御部４６とを備える。好ましい実施形態では、制御部４２もしくはその一部は、マイクロアクチュエータアレイ３５の基台１上に設けられ、制御部４２とマイクロアクチュエータアレイ３５とは１チップ化されている。
【０１３９】
別の好ましい実施形態では、光源３１、コリメータレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、１／４波長板３４、マイクロアクチュエータアレイ３５、対物レンズ３６、対物レンズアクチュエータ３８および波面情報生成部４７は光ピックアップ基台（不図示）上に配置されている。この場合は、光ピックアップ基台が基台１を兼用してもよい。また、制御部４２もしくはその一部が光ピックアップ基台上に設けられていてもよい。
【０１４０】
波面演算部４３は、差動出力信号Ｓ1〜Ｓ3を用いて、ディスク３７の基材厚変化と傾きに伴う波面収差を補正するための位相関数ψ（ｘ，ｙ）を算出する。ここでｘ、ｙはマイクロアクチュエータアレイ３５のミラー位置に対応した座標である。
【０１４１】
レンズシフト補正演算部４４は、全体制御部４５から対物レンズ３６のレンズシフト量ｘ0の値を受け取り、これに基づいて位相関数ψ（ｘ，ｙ）をψ（ｘ−ｘ0，ｙ）に変換する。このψ（ｘ−ｘ0，ｙ）は、波面補正制御部４６がマイクロアクチュエータアレイ３５を制御する際の目標波面となる。
【０１４２】
全体制御部４５は、差動出力信号Ｓ4およびＳ5に基づいてフォーカス制御信号Ｆｏおよびトラッキング制御信号Ｔｒを生成し、対物レンズアクチュエータ３８へ出力する。また、全体制御部４５は、生成したトラッキング制御信号Ｔｒに低域通過フィルタを通過させることにより、対物レンズ３６のレンズシフト量ｘ0を算出する。
【０１４３】
波面補正制御部４６は、レンズシフト補正演算部４４からψ（ｘ−ｘ0，ｙ）を示す信号を受け取り、マイクロアクチュエータアレイ３５の各可動部７の変位を制御するための制御信号Ｄをψ（ｘ−ｘ0，ｙ）に応じて生成する。
【０１４４】
マイクロアクチュエータアレイ３５は、例えば４２×３６個のマイクロアクチュエータ１０を備える。この場合、マイクロアクチュエータ１０のそれぞれが３つの固定電極４ａ〜４ｃを備えているので、マイクロアクチュエータアレイ３５は、４２×３６×３個の固定電極を備えている。制御信号Ｄは、４２×３６×３個の固定電極のそれぞれに個別に与えるそれぞれの駆動電圧の大きさを示している。波面補正制御部４６は、制御信号Ｄを受け取る固定電極が可動部７に及ぼす駆動力の作用点の目標変位量に応じて、その固定電極に与える駆動電圧の大きさを設定する。また、波面補正制御部４６は、その作用点が３段階以上の多段階（例えば１２８段階＝７ｂｉｔ）の変位をすることが可能なように、駆動電圧の大きさを多段階に設定する。また、固定電極に与える駆動電圧と可動部７の変位とは一般的に非線形な関係があるので、制御信号Ｄにより高い分解能（例えば１０ｂｉｔ）を持たせることで、リニアな変位が得られるような補正処理を行うことができる。制御信号Ｄは時系列に切り替えられる。
【０１４５】
可動部７中の各作用点での目標変位量の段階をｎ段階としたとき、非対角性の大きさδ’／δが１／ｎ以下であれば、波面補正制御部４６は、非対角性に起因する変位の補正を全く行う必要がないため、極めて制御構成を簡単にすることができる。本発明のマイクロアクチュエータ１０では非対角性の大きさδ’／δが小さいので、固定電極の数が大量（例えば、４２×３６×３個）であっても制御構成を簡単にすることができる。従来のマイクロアクチュエータ１０００（図１０）のように非対角性の大きさδ’／δが大きいと、非対角性に起因する変位の補正のための演算量が膨大になってしまい、制御構成は複雑になり、著しいコストの増大を招くと共にマイクロアクチュエータの駆動速度が低下してしまう。本発明によれば、非対角性に起因する変位の補正のための演算量が非常に少なくて済むので、コストの削減およびマイクロアクチュエータの駆動速度の高速化を実現することができる。本発明は多数のマイクロアクチュエータを駆動する場合に特に有用である。
【０１４６】
なお、非対角性に起因する変位の補正を行う場合は、可動電極６の各点の目標変位量に（式１３）の右辺にある行列の逆行列を掛ける操作を行い、固定電極４ａ〜４ｃに発生させる駆動力を求め、求めた駆動力から駆動電圧を求めて制御信号Ｄを生成してもよい。この場合でも、個々のマイクロアクチュエータ１０の非対角性が従来に比べてそもそも低減されているので、高い補正精度が得られやすく、個々のアクチュエータ特性のばらつきの影響による非線形補正の精度劣化も小さい。また、個々のマイクロアクチュエータ１０が
２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｘ
２  ≦  Ｒ2・ｋｚ／ｋｒｙ
を満たしている場合は、例えば上記の逆行列演算を行っても、駆動力は正（吸引方向）の値の範囲内に解が求められ、静電力のような吸引方向にしか発生しない駆動力を用いる場合でも、波面補正制御部４６は非対角性に起因する変位の補正を容易に行うことができる。
【０１４７】
次に、図８Ａ〜図９Ｂを参照して、波面近似精度が向上する可動部７中の作用点の座標位置について説明を行う。可動部７中の作用点Ａ〜Ｂのそれぞれは、固定電極４ａ〜４ｃのうちの対応する固定電極の駆動力が発生する領域の中心を通りその固定電極に垂直な軸を通る点である。ある１つの固定電極の駆動力が発生する領域の中心は、例えばその固定電極の中心と一致する。
【０１４８】
マイクロアクチュエータ１０は２軸の傾動と１軸の垂直変位が可能である。説明の順序として、まず１軸の傾動と１軸の垂直変位を行う１次元モデルを説明し、次いで２軸の傾動と１軸の垂直変位を行う２次元モデルを説明する。
【０１４９】
図８Ａ〜図８Ｂは、可動部７中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す１次元モデルの説明図である。
【０１５０】
まず、図８Ａを参照して一般的な波面の折れ線近似方法を説明する。
【０１５１】
図８Ａにおいて、横軸はマイクロアクチュエータ１０のｘ方向の座標位置であり、縦軸は波面の位相である。補正目標となる位相関数ψが２点鎖線で示されている。位相関数ψは既に説明したように座標位置ｘの関数で与えられている。ミラー部６ｂは、基台１に対する変位と傾きとが制御可能であるから、この位相関数ψを折れ線近似で再現することになる。隣接するミラー部６ｂ間のピッチをＰとする。ピッチＰ毎に座標点ｘj（ｊは整数）をとり、隣接する２つの座標点ｘj、ｘj+1に対する位相関数ψの値ψ（ｘj）、ψ（ｘj+1）を結ぶことでミラー部６ｂの変位と傾きを求めることができる。この近似折れ線ψ’を実線で示す。この方法は演算量が少なく高速な計算処理が可能であるが、波面誤差が大きい。
【０１５２】
別の折れ線近似方法として、区間［ｘj、ｘj+1］毎に、位相関数ψからの誤差を最小にする変位と傾きとを最小自乗法で求めることが可能である。この方法によれば、波面誤差を小さくできるが、演算量が多くなる。
【０１５３】
図８Ｂを参照して、少ない演算量で補正精度を向上させることのできる波面の折れ線近似方法を説明する。ここでは、区間［ｘj、ｘj+1］内に２点の座標点ｘj,a、ｘj,bをとる。座標点ｘj,a、ｘj,bは可動部７の中央部Ｏjを基準として対称の位置にあり、どちらも中央部Ｏjから距離Ｌだけ離れた位置にある。この距離Ｌの値を適切な値に設定し、光反射面を座標（ｘj,a、ψ（ｘj,a））と（ｘj,b、ψ（ｘj,b））との２点を通る線分として規定することを考える。
【０１５４】
図８Ｃは、区間［ｘj、ｘj+1］における位相関数ψの曲率半径ρと、波面誤差を極小にする距離Ｌの値との関係をプロットした図である。ミラー部６ｂの長さをピッチＰとほぼ等しいとする。無次元化した曲率半径ρ／Ｐを横軸にとり、波面誤差を極小にする無次元化した距離Ｌ／Ｐを縦軸にとっている。波面誤差は長さＰのミラー内における誤差の自乗の定積分値∫（ψ−ψ’）2ｄｘの平方根として定義される。位相関数ψの曲率半径ρは任意の値をとり得るが、図８Ｃから、波面誤差を極小にする無次元距離Ｌ／Ｐは、ほとんど無次元曲率半径ρ／Ｐに依存せず、約０．２９と一定の値をとることがわかる。従って、距離Ｌ＝０．２９Ｐと設定した座標点ｘj,a、ｘj,bを可動部７中の作用点の座標位置と一致させ、各駆動点の変位目標値をψ（ｘj,a）、ψ（ｘj,b）とすることにより、最小自乗法を用いた方法と同程度に波面誤差を極小化することができる。また、さらに可動部７中の作用点の変位目標値を位相関数ψから直接計算できるために、演算量を極めて低減させることができる。
【０１５５】
上記の少ない演算量で補正精度を向上させることのできる波面の折れ線近似方法を２次元モデルに適用した場合を、図９を参照しながら説明する。図９は、可動部７中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す２次元モデルの説明図である。
【０１５６】
図９Ａは、マイクロアクチュエータアレイ３５を模式的に示す平面図である。互いに隣接するミラー部６ｂ同士のピッチはＰである。ここでは、ミラー部６ｂの１辺の長さＱは（Ｐ／√３）に等しいと近似し、隣接するミラー部６ｂとの間のギャップを無視している。
【０１５７】
図９Ｂは、ミラー部６ｂ内における位相関数ψの曲率半径ρと、波面誤差を極小にする距離Ｒの値との関係をプロットした図である。
【０１５８】
図９Ｂの横軸には無次元化した曲率半径ρ／Ｐをとり、縦軸には波面誤差を極小にする無次元化した無次元距離Ｒ／Ｐをとっている。波面誤差は正六角形ミラー面内における誤差の自乗の定積分値∫∫（ψ−ψ’）2ｄｘｄｙの平方根として定義される。
【０１５９】
位相関数ψが球面を表す場合の結果を実線で示す。波面誤差を極小にする無次元距離Ｒ／Ｐは、ほとんど無次元曲率半径ρ／Ｐに依存せず、約０．３７と一定の値をとることがわかる。また、上述の１次元モデルでの結果を点線で併記している。この結果は、位相関数ψが、ｘ方向にのみ曲率を持ちｙ方向に曲率を持たない円筒面を表す場合にほぼ相当するが、既に説明したように無次元距離Ｒ／Ｐは約０．２９である。位相関数ψが球面を表す場合を扁平率０、位相関数ψが円筒面を表す場合を扁平率１とすれば、通常の波面はこの中間の扁平率を持つ。従って、図の斜線部で示したように、無次元距離Ｒ／Ｐの範囲を０．２９以上０．３７以下とすれば良いことが判る。
【０１６０】
このように、距離Ｒと、ピッチＰとが、
０．２９  ≦  Ｒ／Ｐ  ≦  ０．３７
の関係を満たすことにより、波面誤差の近似精度を高めることができる。
【０１６１】
本実施形態ではＲ＝３７μｍ、Ｐ＝１１０μｍとしているため、Ｒ／Ｐの値は０．３３６であり、
０．２９  ≦  Ｒ／Ｐ  ≦  ０．３７
の関係を満たしている。各構成要素がこのような配置関係をとるために、作用点Ａ〜Ｃの変位目標値は、位相関数ψに各作用点の座標位置（ｘ，ｙ）を入力して直接計算するだけで求まり、波面補正制御部４６が行う演算量を極めて少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明のマイクロアクチュエータ、およびマイクロアクチュエータを備えた装置は、収差補正、光走査、分光等を行う光デバイス及び光ディスク装置の分野で好適に用いられる。また、チューナブルキャパシタ等の高周波回路や、可変流路等の流体制御デバイス、バイオテクノロジー等の分野でも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１Ａ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す分解斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータアレイを模式的に示す分解斜視図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの１次元モデルでの動作説明図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの１次元モデルでの動作説明図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの２次元モデルでの動作説明図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータの２次元モデルでの動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態２によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態２によるマイクロアクチュエータの弾性梁の折り返し部周辺を拡大した図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態３によるマイクロアクチュエータを模式的に示す平面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態３によるマイクロアクチュエータの弾性支持部に反りがある状態を模式的に示す側面図である。
【図７】本発明の実施形態４によるマイクロアクチュエータを備えた装置を模式的に示す図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態４による可動部中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す１次元モデルの説明図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態４による可動部中の作用点の座標位置と波面近似精度との関係を示す１次元モデルの説明図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態４による位相関数の曲率半径と、波面誤差を極小にする距離との関係をプロットした図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態４によるマイクロアクチュエータアレイを模式的に示す平面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態４による位相関数の曲率半径と、波面誤差を極小にする距離との関係をプロットした図である。
【図１０】従来のマイクロアクチュエータを模式的に示す斜視図である。
【図１１】従来のマイクロアクチュエータの動作説明図である。
【符号の説明】
【０１６４】
１    基板
４ａ〜４ｃ、１４ａ〜１４ｃ、２４ａ〜２４ｃ    固定電極
５、１５、２５    弾性支持部
５ａ、１５ａ、２５ａ    弾性梁
５ｈ〜５ｊ、１５ｈ〜１５ｊ、２５ｈ〜２５ｊ    固定端
５ｋ〜５ｍ、１５ｋ〜１５ｍ、２５ｋ〜２５ｍ    可動端
１５ｎ〜１５ｓ、２５ｎ〜２５ｐ    折り返し部
６    可動電極
６ｂ    ミラー部
７    可動部
１０、１０ａ、１０ｂ    マイクロアクチュエータ
３１    光源
３５    マイクロアクチュエータアレイ
４２    制御部
４７    波面情報生成部
【国際調査報告】
2005085125.tif 000035
2005085125.tif 000036
2005085125.tif 000037
2005085125.tif 000038