WO2008013271A1 - Dispositif de commande de miroir - Google Patents

Description

明 細 書

ミラー制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、通信用の光スィッチやスキャナ等に使用されるミラー制御装置に関する ものである。

背景技術

[0002] 光スィッチ等のハードウェアを実現する技術の一つとして、マイクロマシン技術によ り製作されるミラー制御装置が特開 2003— 57575号公報で提案されている。図 1は 本発明の第 1実施例に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視図、図 2は図 1のミ ラー制御装置の断面図であるが、従来のミラー制御装置にお!/、ても機械的な構成は 同様であるので、図 1、図 2を用いて従来のミラー制御装置を簡単に説明する。

[0003] ミラー制御装置 100は、ミラーが形成されたミラー基板 200と、電極が形成された電 極基板 300とが平行に配設された構造を有する。

ミラー基板 200は、板状の枠部 210と、枠部 210の開口内に配設された可動枠 22 0と、可動枠 220の開口内に配設されたミラー 230とを有する。可動枠 220は、一対 のトーシヨンパネ 211a, 211bを通る図 1の可動枠回動軸 Xを軸として回動することが できる。同様に、ミラー 230は、一対のトーシヨンパネ 221a, 221bを通る図 1のミラー 回動軸 yを軸として回動することができる。結果として、ミラー 230は、直交する 2軸で 回動する。

[0004] 電極基板 300は、板状の基部 310と、段丘状の突出部 320とを有する。突出部 32 0の四隅とこの四隅に続く基部 310の上面には、 4つの電極 340a〜340d力 S形成さ れている。基部 310の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層 311が形成されており 、この絶縁層 311の上に電極 340a〜340d、引き出し泉 341a〜341d、酉己泉 370力 S 形成されている。

[0005] このようなミラー制御装置 100においては、ミラー 230を接地し、電極 340a〜340d に正の駆動電圧を与えて、し力、も電極 340a〜340d間に非対称な電位差を生じさせ ることにより、ミラー 230を静電引力で吸引し、ミラー 230を任意の方向へ回動させる こと力 Sでさる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 従来のミラー制御装置では、ミラー 230の駆動電圧 傾斜角特性が回動方向によ つて異なることがあるという問題点があった。ミラー 230の駆動電圧一傾斜角特性が 回動方向によって異なる要因としては、電極 340a〜340dとミラー 230の中心位置の ずれや、電極 340a〜340dの形状誤差、卜ーシヨンノ ネ 21 l a, 21 lbの回動軸 x周り の剛性とトーシヨンパネ 221a, 221bの回動軸 y周りの剛性の違いなどが考えられる。

[0007] 回動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いが存在すると、同一の駆動電圧を 印加した場合でも回動方向によってミラー 230の傾斜角が異なることになる。このよう な回動方向による特性の違いを補正するには、ミラー 230の回動方向に応じて駆動 電圧を変える必要があり、制御が煩雑になる。ミラー 230を制御する上では、各方向 の駆動電圧 傾斜角特性が揃って!/、ることが好ましレ、。

[0008] また、従来のミラー制御装置では、電極 340a〜340dに直流電圧を印加するため、 電極 340a〜340dとミラー 230との間に存在する浮遊容量（例えば絶縁層 311)が電 極 340a〜340dへの電圧印力□により分極し、あるいは何らかの理由で帯電し、これが 徐々に放電あるいは充電されてミラー 230の駆動力に影響を与えるため、ミラー 230 の動作時に、ミラー 230と電極 340a〜340d間の電位が時間と共に変動して、ミラー 230の傾斜角度が徐々に変動する現象、すなわちドリフトが発生してしまうという問題 点かあった。

[0009] また、従来のミラー制御装置では、駆動時にミラー 230の傾斜角に応じた大きな駆 動電圧を電極 340a〜340dに印カロする必要カある。ミラー 230と電極 340a〜340d 間の距離、ミラー 230を支持するトーシヨンパネの復元力、電極 340a〜340dの面積 などによって、駆動電圧と静電引力との関係あるいは駆動電圧とミラー 230の傾斜角 との関係が決定されるが、電極 340a〜340dに印加する駆動電圧としては例えば数 十 Vから数百 V程度の高い電圧が必要である。したがって、高電圧を発生できる電源 が必要になるという問題点があった。

[0010] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ミラーの回動方向による駆 動電圧 傾斜角特性の違いを緩和することができるミラー制御装置を提供することを 目白勺とする。

また、本発明は、ミラーのドリフトの発生を抑制することができるミラー制御装置を提 供することを目的とする。

また、本発明は、ミラーの駆動電圧の低電圧化を実現することができるミラー制御装 置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

[0011] 本発明のミラー制御装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間し て配置された複数の電極と、前記ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を前記電 極毎に生成する駆動電圧生成手段と、前記電極の各々に単独に電圧を印加したと きに前記ミラーの傾斜角が規定値になる電圧をバイアス電圧として前記電極毎に生 成するバイアス電圧生成手段と、前記バイアス電圧と前記駆動電圧とを前記電極毎 に加算して、加算後の電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧印加手段とを 備えるものである。

[0012] また、本発明のミラー制御装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから 離間して配置された複数の電極と、駆動電圧を印加した電極と前記ミラーとの電位差 が正電位である第 1の区間と前記電位差が負電位である第 2の区間とが少なくとも生 じるように、前記駆動電圧として交流電圧を前記ミラーの所望の傾斜角に応じて生成 して前記電極に印加する駆動電圧印加手段とを備えるものである。

[0013] また、本発明のミラー制御装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから 離間して配置された複数の電極と、前記ミラーに非零のバイアス電圧を印加するバイ ァス電圧印加手段と、前記複数の電極のうち少なくとも 1つに前記バイアス電圧と反 対極性の駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段とを備えるものである。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、電極の各々に単独に電圧を印加したときにミラーの傾斜角が規 定^ Iになる電圧をバイアス電圧として電極毎に生成して印加することにより、ミラーの 回動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いを緩和することができる。その結果、 本発明では、ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を生成する際に、ミラーの回 動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いを考慮する必要がなくなる。

[0015] また、本発明によれば、駆動電圧を印加した電極とミラーとの電位差が正電位であ る第 1の区間と電位差が負電位である第 2の区間とが少なくとも生じるように、駆動電 圧として交流電圧を生成して電極に印加することにより、電極とミラーとの間に存在す る浮遊容量に溜まる電荷を零に近づけることができ、ミラーのドリフトの発生を抑制す ること力 Sでさる。

[0016] また、本発明によれば、ミラーに非零のバイアス電圧を印加することにより、駆動電 圧の低電圧化を実現することができるので、バイアス電圧印加手段と駆動電圧印加 手段に従来よりも低電圧出力の電源を使用することができる。また、複数の電極のう ち少なくとも 1つにバイアス電圧と反対極性の駆動電圧を印加することにより、ミラー を駆動する力を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施例に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視図で ある。

[図 2]図 2は、図 1のミラー制御装置の断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の第 1実施例に係るミラー制御装置の電気的な接続関係を示す ブロック図である。

[図 4]図 4は、本発明の第 1実施例におけるミラーの駆動電圧 傾斜角特性の 1例を 示す図である。

[図 5]図 5は、本発明の第 1実施例においてミラーが回動する様子を示す断面図であ

[図 6]図 6は、本発明の第 3実施例に係るミラー制御装置の電気的な接続関係を示す ブロック図である。

[図 7A]図 7Aは、本発明の第 3実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧の 1 例を示す波形図である。

[図 7B]図 7Bは、本発明の第 3実施例において別の電極に印加する駆動電圧の 1例 を示す波形図である。

[図 8A]図 8Aは、本発明の第 4実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧の 1 例を示す波形図である。

園 8B]図 8Bは、本発明の第 4実施例において別の電極に印加する駆動電圧の 1例 を示す波形図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 4実施例の効果を説明するための図である。

園 10A-10C]図 10A—図 10Cは、本発明の第 4実施例におけるミラーの傾斜角の制 御方法を説明するための駆動電圧の波形図である。

園 11A-11B]図 11 A—図 11Bは、本発明の第 3実施例および第 4実施例にお!/、て駆 動電圧として交流電圧を用いる場合の問題点を説明するための図である。

[図 12]図 12は、光スィッチにおいて入出力ポート間のパスの接続を行った場合の出 力光のパワーと駆動電圧の周波数との関係を示す図である。

[図 13A]図 13Aは、本発明の第 4実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧の 1例を示す波形図である。

[図 13B]図 13Bは、図 13Aの駆動電圧を印加した電極とミラーとの間に発生する静電 力を示す図である。

園 14A]図 14Aは、浮遊電荷による駆動電圧の増加分を示す図である。

[図 14B]図 14Bは、図 14Aの駆動電圧を印加した電極とミラーとの間に発生する静電 力を示す図である。

園 15]図 15は、本発明の第 5実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧の 1例 を示す波形図である。

[図 16]図 16は、本発明の第 5実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧の他 の例を示す波形図である。

園 17A-17C]図 17A—図 17Cは、本発明の第 5実施例におけるミラーの傾斜角の制 御方法を説明するための駆動電圧の波形図である。

園 18A]図 18Aは、本発明の第 6実施例においてミラーに印加する電圧の 1例を示す 波形図である。

[図 18B]図 18Bは、本発明の第 6実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧の 1例を示す波形図である。

[図 18C]図 18Cは、図 18Aと図 18Bの電圧印加から生じる電極とミラーとの間の実効 的な電位差を示す図である。

[図 19A-19B]図 19A—図 19Bは、本発明の第 7実施例における駆動電圧の調整方 法を説明する波形図である。

[図 20]図 20は、本発明の第 8実施例のミラー制御装置の電気的な接続関係を示す ブロック図である。

[図 21]図 21は、本発明の第 8実施例においてミラーが回動する様子を示す断面図で ある。

[図 22]図 22は、本発明の第 9実施例に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視 図である。

[図 23A]図 23Aは、本発明の第 10実施例においてミラーに印加するバイアス電圧の 1例を示す波形図である。

[図 23B]図 23Bは、本発明の第 10実施例において 1つの電極に印加する駆動電圧 の 1例を示す波形図である。

[図 23C]図 23Cは、本発明の第 10実施例において他の電極に印加する駆動電圧の 1例を示す波形図である。

発明を実施するための最良の形態

[0018] [第 1実施例]

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図 1は本発明の第 1実 施例に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視図、図 2は図 1のミラー制御装置 の断面図である。ミラー制御装置 100は、ミラーが形成されたミラー基板（上部基板） 200と、電極が形成された電極基板（下部基板） 300とが平行に配設された構造を有 する。

[0019] ミラー基板 200は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部 210と、平面視略円 形の開口を有し、一対のトーシヨンパネ 21 la, 21 lbにより枠部 210の開口内に配設 された可動枠 220と、一対のトーシヨンパネ 221a, 221bにより可動枠 220の開口内 に配設された平面視略円形のミラー 230とを有する。枠部 210、トーシヨンパネ 21 la , 211b, 221a, 221b,可動枠 220およびミラー 230は、例えば単結晶シリコンで一 体形成されている。ミラー 230の表面には例えば 3層の Ti/Pt/Au層が形成されて いる。

[0020] 一対のトーシヨンパネ 21 la, 21 lbは、枠部 210と可動枠 220とを連結している。可 動枠 220は、一対のトーシヨンパネ 211a, 211bを通る図 1の可動枠回動軸 xを軸とし て回動することができる。

同様に、一対のトーシヨンノ ネ 221a, 221bは、可動枠 220とミラー 230とを連結し ている。ミラー 230は、一対のトーシヨンパネ 221a, 221bを通る図 1のミラー回動軸 y を軸として回動すること力できる。可動枠回動軸 Xとミラー回動軸 yとは、互いに直交し ている。結果として、ミラー 230は、直交する 2軸で回動する。

[0021] 電極基板 300は、板状の基部 310と、基部 310の表面（上面）から突出し、対向す るミラー基板 200のミラー 230と対向する位置に形成された段丘状の突出部 320を 有する。基部 310と突出部 320は例えば単結晶シリコンからなる。突出部 320は、基 部 310の上面に形成された角錐台の形状を有する第 2テラス 322と、この第 2テラス 3 22の上面に形成された角錐台の形状を有する第 1テラス 321と、この第 1テラス 321 の上面に形成された柱状の形状を有するピボット 330とから構成される。このピボット 330は、第 1テラス 321のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット 330は、ミラー 230の中心に対向する位置に配設される。

[0022] 突出部 320の四隅とこの四隅に続く基部 310の上面には、対向するミラー基板 200 のミラー 230と同心の円内に 4つの電極 340a〜340d力 S形成されている。また、基部 310の上面には、突出部 320を挟むように並設された一対の凸部 360a, 360b力 S形 成されている。さらに、基部 310の上面の突出部 320と凸部 360aおよび凸部 360bと の間の箇所には、それぞれ配線 370が形成されており、この配線 370には、引き出し 泉 341a〜341dを介して電極 340a〜340dカ接続されて!/、る。

[0023] 以上のようなミラー基板 200と電極基板 300とは、ミラー 230とこのミラー 230に対応 する電極 340a〜340dと力対向酉己置されるように、枠部 210の下面と凸部 360a, 36 Obの上面とを接合することにより、図 2に示すようなミラー制御装置 100を構成する。 このようなミラー制卸装置 100においては、ミラー 230を接地し、電極 340a〜340d に正の電圧を与えて、し力、も電極 340a〜340d間に非対称な電位差を生じさせるこ とにより、ミラー 230を静電引力で吸引し、ミラー 230を任意の方向へ回動させること ができる。

[0024] 前述のとおり、枠き 210、卜ーシヨンノ ネ 211a, 211b, 221a, 221b,可動枠 220 およびミラー 230は、導電性の材料 (本実施例では単結晶シリコン)で一体形成され ている。

一方、単結晶シリコン等からなる基部 310の表面には酸化シリコン等からなる絶縁 層 31 1カ形成されており、この絶縁層 311の上に電極 340a〜340d、引き出し泉 34 la〜341d、配線 370が形成されている。

[0025] 本実施例と従来のミラー制御装置との大きな相違点は、従来のミラー制御装置では ミラー 230を所望の角度に制御するための駆動電圧を電極 340a〜340dに印加して いるのに対して、本実施例ではミラー 230の傾斜角に依存しないバイアス電圧と電極 毎の駆動電圧との組み合わせ（加減算や乗算）で各電極 340a〜340dへの印加電 圧を決定し、さらに少なくとも 1つの電極のバイアス電圧を他の電極のバイアス電圧と 変える点である。

[0026] 以下、本実施例と従来のミラー制御装置との相違点についてより詳細に説明する。

図 3は本実施例のミラー制御装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。 ミラー電圧印カロき 400は、枠き とトーシヨンノ ネ 21 la, 21 lbと可動枠 220とト ーシヨンバネ 221 a, 221bとを介してミラー 230に接地電位を印加する。

[0027] 駆動電圧生成部 401は、ミラー 230の所望の傾斜角に応じた駆動電圧を電極 340 a〜340d毎に生成する。駆動電圧生成部 401は、予めミラー 230の傾斜角と駆動電 圧値との関係が設定されたテーブルを内部に備えており、ミラー 230の所望の傾斜 角に対応する駆動電圧値をテーブルから取得して、電極毎の駆動電圧を生成する。 この駆動電圧生成部 401のテーブルを設定する基となったミラー 230の駆動電圧— 傾斜角特性は、電極 340a〜340dとミラー 230の中心位置のずれや電極 340a〜34 Odの形状誤差が一定範囲内に収まっている理想的な状態のものを使用している。

[0028] 次に、バイアス電圧生成部 402は、各電極 340a〜340dに単独に電圧を印加した ときにミラー基板 200に対するミラー 230の傾斜角の絶対値が規定値になる電圧を、 バイアス電圧として電極毎に生成する。

図 4、図 5はバイアス電圧生成部 402の動作を説明するための図であり、図 4はミラ 一 230の駆動電圧 傾斜角特性の 1例を示す図、図 5はミラー 230が回動する様子 を示す断面図である。ここでは、ミラー 230を図 1のミラー回動軸 y周りに回動させる場 合について説明する。

[0029] 図 4における Bは電極 340bのみに駆動電圧を印加したときのミラー 230の駆動電 圧—傾斜角特性、 Dは電極 340dのみに駆動電圧を印加したときのミラー 230の駆動 電圧 傾斜角特性である。電極 340bのみに駆動電圧を印加したときと電極 340dの みに駆動電圧を印加したときではミラー 230の傾斜角は逆方向となる力 図 4では傾 斜角の絶対値をとり比較している。

電極 340bに電圧を印加して、図 5の破線で示すようにミラー 230を電極 340b側に 引き寄せるように回動させたときにミラー 230の傾斜角が規定値 Θとなる電圧は、図 4 によれば VbOである。同様に、電極 340dに電圧を印加して、図 5の一点鎖線で示す ようにミラー 230を電極 340d側に引き寄せるように回動させたときにミラー 230の傾 斜角が規定値 Θとなる電圧は、図 4によれば VdOである。

[0030] バイアス電圧生成部 402には、このようなバイアス電圧 VbO, VdOの値が予め登録 されている。バイアス電圧生成部 402は、ミラー 230をミラー回動軸 y周りに回動させ る場合、電極 340bに印加するバイアス電圧として VbOを生成し、電極 340dに印加 するバイアス電圧として VdOを生成する。こうして、バイアス電圧生成部 402は、ミラー 230の駆動に関わる電極毎にバイアス電圧を生成する。

[0031] なお、バイアス電圧はミラー 230の傾斜角に依存せず、電極に固有かつ固定のも のである。電極 340a, 340cはミラー 230の可動枠回動軸 X周りの回動に関わり、ミラ 一回動軸 y周りの回動には関わらないため、ミラー 230をミラー回動軸 y周りに回動さ せる場合、電極 340a, 340cへの印加電圧はバイアス電圧生成部 402により生成さ れたバイアス電圧のみとなる。また、同様にミラー 230を可動枠回動軸 X周りに回動さ せる場合には、電極 340b, 340dへの印加電圧はバイアス電圧のみとなる。

[0032] 電極電圧印加部 403は、バイアス電圧生成部 402が生成したバイアス電圧と駆動 電圧生成部 401が生成した駆動電圧とを電極毎に加算して、電極毎の加算後の電 圧を対応する電極 340a〜340dに印加する。電極 340a〜340dには、それぞれ引き 出し線 341a〜341dを介して電圧が印加される。これにより、ミラー 230は、電極 340 a〜340dそれぞれとの間の電位差に応じた方向に回動する。

[0033] 本実施例では、各電極 340a〜340dに単独に電圧を印カロしたときにミラー 230の 傾斜角が同一の規定値 Θになる電圧をバイアス電圧として電極毎に生成して印加す ることにより、ミラー 230の回動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いを緩和する こと力 Sできる。その結果、本実施例では、駆動電圧を生成する際に、ミラー 230の回 動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いを考慮する必要がなくなる。

また、バイアス電圧は、ミラー 230の傾斜角が同一の規定値 Θになる電圧に係数を かけたものとしてもよい。例えば使用する最大角度を規定値 Θとし、ミラー 230の傾斜 角が規定値 Θになる電圧の 1/2をバイアス電圧とすることで、ミラー 230の使用角度 範囲全域での線形性を向上できるバイアス電圧を設定できる。

また、本実施例では、ミラー 230の傾斜角が同一の規定値 Θになる電圧をバイアス 電圧としたが、電極により異なる規定値 Θとしてもよい。規定値 Θは、使用する角度 範囲により決まるものであり、例えば X軸廻りのミラー 230の使用角度と y軸廻りのミラ 一 230の使用角度が異なる場合には、 X軸廻りのミラー 230の回動に関わる電極の バイアス電圧を決定する際の規定値 Θと y軸廻りのミラー 230の回動に関わる電極の バイアス電圧を決定する際の規定値 Θとで異なる値を用いることにより、それぞれの 回動に適したバイアス電圧を設定できる。また、同じ X軸廻りの回動でも、 +方向と一 方向で使用角度が異なる場合には、それぞれ異なる規定値 Θとなる。

[0034] [第 2実施例]

次に、本発明の第 2実施例について説明する。第 1実施例では、ミラー 230の駆動 電圧 傾斜角特性曲線上の特定の点のデータを基にバイアス電圧を決定している 力 S、このような決定方法では駆動電圧（傾斜角）の広い範囲にわたってミラー 230の 回動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いを緩和することはできない。その理由 は、図 4に示すようにミラー 230のそれぞれの駆動電圧—傾斜角特性の傾きが異なる 力、らである。そこで、本実施例では、第 1実施例に比べてより広い範囲にわたって有 効なバイアス電圧の決定方法を説明する。

[0035] 本実施例においてもミラー制御装置の構成は第 1実施例と同様であるので、図 1〜 図 3の符号を用いて本実施例の動作を説明する。 ミラー電圧印加部 400、駆動電圧生成部 401及びバイアス電圧生成部 402の動作 は第 1実施例と同じである。

[0036] 本実施例の電極電圧印加部 403は、第 1実施例と同様に、バイアス電圧生成部 40 2が生成したバイアス電圧と駆動電圧生成部 401が生成した駆動電圧とを電極毎に 加算するが、このとき加算前の駆動電圧に電極毎に異なる係数を乗算する。駆動電 圧生成部 401が生成した電極 340b用の駆動電圧を Vy、電極 340d用の駆動電圧 を一 Vyとし、ミラー 230をミラー回動軸 y周りに回動させる場合について説明すると、 電極電圧印加部 403が電極 340bに印加する加算後の電圧 Vb、及び電極 340dに 印加する加算後の電圧 Vdは次式のようになる。

Vb=VbO + Vy X (Vbmax-VbO) X (1 /Vymax) · · · (1)

Vd=VdO-Vy X (Vdmax-VdO) X (1 /Vymax) · · · (2)

[0037] 式（1)、式（2)において、 Vbmaxは図 4に示した駆動電圧 傾斜角特性曲線 B上 においてミラー 230の傾斜角が最大値 Θ max( θ < θ max)に達したときの電圧であ り、同様に Vdmaxは図 4に示した駆動電圧 傾斜角特性曲線 D上においてミラー 2 30の傾斜角が最大値 Θ maxに達したときの電圧であり、 Vymaxは駆動電圧 Vyの最 大値である。つまり、駆動電圧 Vyは 0〜Vymaxの範囲の値を取り得る。 Θ maxはミラ 一 230に必要とされる最大の傾斜角である。

[0038] 電極電圧印加部 403は、式（1)に示すように駆動電圧 Vyに予め設定された係数（ Vbmax-VbO) X (1 /Vymax)を乗算し、この乗算結果とバイアス電圧 VbOとを加 算して、加算後の電圧 Vbを電極 340bに印加する。また、電極電圧印加部 403は、 式（2)に示すように駆動電圧 Vyに予め設定された係数 (Vdmax— VdO) X (1/ Vymax)を乗算し、この乗算結果とバイアス電圧 VdOとを加算して、加算後の電圧 V dを電極 340dに印カロする。これにより、ミラー 230は、電極 340a〜340d間の電位差 に応じた方向に回動する。

[0039] 本実施例は、ミラー 230の電極毎の駆動電圧 傾斜角特性の 2点間の傾き（本実 施例では傾斜角 Θと Θ max間の傾き（Vbmax— VbO)又は（Vdmax— VdO) )に基 づいて電極毎の駆動電圧を補正するものである。これにより、本実施例では、ミラー 2 30の各回動方向の電圧 傾斜角特性を傾斜角 Θから Θ maxまでの 2点間において 見かけ上揃えることができ、第 1実施例に比べて駆動電圧 (傾斜角）のより広い範囲 にわたつてミラー 230の回動方向による駆動電圧 傾斜角特性の違いを緩和するこ と力 Sできる。

[0040] なお、本実施例では、ミラー 230をミラー回動軸 y周りに回動させる場合について説 明したが、ミラー 230を可動枠回動軸 X周りに回動させる場合には、電極 340a, 340 cに印加する電圧に式（1)、式（2)と同様の補正を行えばよぐミラー 230を回動軸 X 及び y周りに回動させる場合には、電極 340a〜340dに印加する各電圧に式（1)、 式（2)と同様の補正を行えばよい。

[0041] また、第 1実施例、第 2実施例では、主として 1軸周りの回動で例えば図 2の右側に 回動する場合と左側に回動する場合でミラー 230の駆動電圧 傾斜角特性が異な る場合について説明してきた。 1軸周りの回動で駆動電圧 傾斜角特性が異なる原 因としては、電極 340a〜340dとミラー 230の中 、位置のずれや、電極 340a〜340 dの形状誤差などが考えられる。

[0042] ミラー 230の回動方向によって特性が異なるその他の場合として、可動枠回動軸 X 周りの回動とミラー回動軸 y周りの回動でミラー 230の駆動電圧—傾斜角特性が異な る場合が考えられる。この場合の原因としては、トーシヨンパネ 21 la, 21 lbの回動軸 X周りの岡 IJ性とトーシヨンパネ 221a, 221bの回動軸 y周りの剛性の違いなどが考えら れる。この場合は、回動軸 Xを含む、基部 310と垂直な面に対して面対称に配置され た電極 340a, 340cと、回動軸 yを含む、基部 310と垂直な面に対して面対称に配置 された電極 340b, 340dでバイアス電圧及び係数が異なるようにすればよい。

[0043] [第 3実施例]

次に、本発明の第 3実施例について説明する。本実施例においてもミラー制御装 置の機械的な構成は第 1実施例と同様であるので、図 1、図 2の符号を用いて説明す 本実施例と従来のミラー制御装置との大きな相違点は、従来のミラー制御装置では 電極 340a〜340dに直流の駆動電圧を印加しているのに対して、本実施例では電 極 340a〜340dに駆動電圧として平均直流成分が略零の交流電圧を印加する点で ある。以下、本実施例と従来のミラー制御装置との相違点についてより詳細に説明す る。図 6は本実施例のミラー制御装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。

[0044] ミラー電圧印カロ咅 500は、枠咅 とトーシヨンノ ネ 211a, 21 lbと可動枠 220とト ーシヨンバネ 221a, 221bとを介してミラー 230に接地電位を印加する。

駆動電圧印加部 501は、駆動電圧として平均直流成分が電極 340a〜340d毎に 略零となる交流電圧をミラー 230の所望の傾斜角に応じて電極 340a〜340d毎に生 成して印加する。電極 340a〜340dには、それぞれ引き出し線 341a〜341dを介し て駆動電圧が印加される。これにより、ミラー 230は、電極 340a〜340dそれぞれと の間の電位差に応じた方向に回動する。

[0045] ミラー 230の駆動力となる静電引力は、駆動電圧の二乗に比例するため、駆動電 圧として正負どちらの電圧を印加しても静電引力に変わりはない。すなわち、電極 34 0a〜340dに駆動電圧として直流電圧と同じ大きさで正負を交互に入れ替えた矩形 波電圧を印加したとしても、電極 340a〜340dとミラー 230との間に発生する静電引 力としては、電極 340a〜340dに直流電圧を印加した場合と変わりはない。

[0046] 図 7Aは電極 340bに印加する駆動電圧の 1例を示す波形図、図 7Bは電極 340d に印加する駆動電圧の 1例を示す波形図である。ここで、駆動電圧を印加した電極と ミラー 230との電位差が正電位である区間を第 1の区間（図 7A、図 7Bの例では正の 駆動電圧が印加されている区間）、電位差が負電位である区間を第 2の区間（図 7A 、図 7Bの例では負の駆動電圧が印加されている区間）と呼ぶ。

[0047] 図 7A、図 7Bの例では、電極 340b, 340dに同位相、同電圧印加時間幅で振幅が 異なる交流電圧を印加している。電極 340bに印加される交流電圧の方が振幅が大 さいために、ミラー 230と電極 340bとの間の静電力と、ミラー 230と電極 340dとの間 の静電力に差が生じて、ミラー 230は電極 340b側に引き寄せるようにミラー回動軸 y の周りを回動する。ミラー 230の周波数応答が理想的（直流電圧によって駆動した場 合と、矩形波電圧によって駆動した場合で、同じミラーの傾斜角を与える）な場合、図 7Aの矩形波の振幅を Vb (— Vb〜 + Vbで振動）、図 7Bの矩形波の振幅を Vd (— V d〜 + Vdで振動）とすると、図 7Aの駆動電圧を電極 340bに、図 7Bの駆動電圧を電 極 340dに与えたときのミラー 230の傾斜角は、電極 340bに Vb (あるいは一 Vb)、電 極 340dに Vd (あるいは一 Vd)の直流電圧を与えた場合と同じ傾斜角となる。 [0048] 一方、電極 340a〜340dに印加される駆動電圧によって浮遊容量（例えば絶縁層 311)に溜まる電荷の正負は、駆動電圧の正負によって異なる。したがって、電極 34 0a〜340dに駆動電圧として平均直流成分が電極 340a〜340d毎に略零となる交 流電圧（正負の電圧印加時間幅が略等しぐかつ正負の振幅が略等しい交流電圧） を印加すれば、浮遊容量に溜まる電荷の充電は交流電圧に応じた正負で相殺し合う ため、浮遊容量に溜まる電荷は平均的に見れば零に近づく。結果として、本実施例 では、浮遊容量に溜まる電荷を要因とするミラー 230のドリフトの発生を抑制すること ができる。

[0049] 本実施例のように電極に印加する駆動電圧の振幅を変化させる場合、駆動電圧の 振幅とミラー 230の傾斜角との関係は、駆動電圧が直流の場合とほぼ同様の特性を 示す。したがって、ミラー 230の傾斜角の制御方法は、駆動電圧が直流の場合と同 様の制御方法を用いるのが良レ、。

[0050] 電極 340a, 340b, 340c, 340dに印カロする馬区動電圧の振幅をそれぞれ Va, Vb, Vc, Vdとすると、駆動電圧はたとえば次のように表すことができる。

Va=Vo + Vx · · · (3)

Vb=Vo + Vy · · · (4)

Vc =Vo-Vx · · · (5)

Vd=Vo-Vy · · · (6)

[0051] ここで、 Voは固定値のバイアス電圧である。バイアス電圧 Voには、駆動電圧の振 幅とミラー 230の傾斜角との間の線形性を向上させる効果がある。 Vxはミラー 230の 回動軸 X廻りの傾斜角 θ Xに 1対 1に対応する操作量、 Vyはミラー 230の回動軸 y廻 りの傾斜角 6 yに 1対 1に対応する操作量である。操作量 Vx, Vyを操作することで、 ミラー 230を任意の方向に回動させることができる。

[0052] ミラー 230を実際に制御する際には、駆動電圧印加部 501が以下のような処理を 行う。つまり、駆動電圧印加部 501は、予めミラー 230の傾斜角と駆動電圧の振幅及 びデューティー比（本実施例ではデューティー比は一定）との関係が設定されたテー ブル 502を内部に備えており、ミラー 230の所望の傾斜角に対応する駆動電圧の振 幅及びデューティー比の値をテーブル 502から取得して、取得した振幅及びデュー ティー比の駆動電圧を電極 340a〜340dに印加する。

[0053] [第 4実施例]

次に、本発明の第 4実施例について説明する。第 3実施例では、交流電圧の振幅 でミラー 230の傾斜角を制御した力 交流電圧のデューティー比でミラー 230の傾斜 角を制御するようにしてもよい。本実施例においてもミラー制御装置の構成は第 3実 施例と同様であるので、図 1、図 2、図 6の符号を用いて本実施例の動作を説明する

〇

[0054] 図 8Aは電極 340bに印加する駆動電圧の 1例を示す波形図、図 8Bは電極 340d に印加する駆動電圧の 1例を示す波形図である。ここで、駆動電圧を印加した電極と ミラー 230との電位差が正電位である区間を第 1の区間（図 8A、図 8Bの例では正の 駆動電圧が印加されている区間）、電位差が負電位である区間を第 2の区間（図 8A 、図 8Bの例では負の駆動電圧が印加されている区間）、電位差が第 1の区間の電位 差と第 2の区間の電位差との間の電位である区間を第 3の区間（図 8A、図 8Bの例で は駆動電圧が 0の区間）と呼ぶ。

[0055] 本実施例の駆動電圧印加部 501は、第 3実施例と同様に、駆動電圧として平均直 流成分が電極 340a〜340d毎に略零となる交流電圧をミラー 230の所望の傾斜角 に応じて電極 340a〜340d毎に生成して印加する力 例えば図 8A、図 8Bに示すよ うに電極 340b, 340dに同位相、同振幅でデューティー比（交流電圧の周期に対し て正負の電圧幅が占める割合）が異なる交流電圧を印加する。

[0056] 駆動電圧印加部 501は、予めミラー 230の傾斜角と駆動電圧のデューティー比及 び振幅 (本実施例では振幅は一定）との関係が設定されたテーブル 502を内部に備 えており、ミラー 230の所望の傾斜角に対応する駆動電圧のデューティー比及び振 幅の値をテーブル 502から取得して、取得したデューティー比及び振幅の駆動電圧 を電極 340a〜340dに印カロすればよい。図 8A、図 8Bの ί列では、電極 340bに印カロ される交流電圧の方がデューティー比が大きいために、ミラー 230と電極 340bとの 間の静電力と、ミラー 230と電極 340dとの間の静電力に差が生じて、ミラー 230は電 極 340b側に引き寄せるようにミラー回動軸 yの周りを回動する。

こうして、本実施例においても、第 3実施例と同様の効果を得ることができる。 [0057] 図 9は、本実施例の効果を説明するための図である。図 9は、駆動電圧として矩形 波を電極 340a〜340dに印加する際に、第 3実施例のように駆動電圧の振幅制御を 行った場合のミラー 230の傾斜角と最大振幅に対する駆動電圧の振幅の割合との関 係、及び本実施例のように駆動電圧のデューティー比制御を行った場合のミラー 23 0の傾斜角と最大ノ ルス幅に対する駆動電圧のノ ルス幅の割合との関係を表す実 測例である。図 9における Aは駆動電圧の振幅制御を行った場合の特性、 Dは駆動 電圧のデューティ比制御を行った場合の特性、 Cは直流電圧による制御を行った場 合の特性である。

[0058] 図 9によると、第 3実施例のように駆動電圧の振幅制御を行った場合、駆動電圧の 振幅の割合に対してミラー 230の傾斜角は非線形に変化して!/、ること力 S分力、る。これ は、ミラー 230の角度制御が難しいことを意味している。一方、本実施例のように駆動 電圧のデューティ比制御を行うと、駆動電圧のノ ルス幅の割合に対してミラー 230の 傾斜角が線形に近い変化をしていることが分かる。したがって、本実施例によれば、 従来のように直流の駆動電圧で制御する場合や第 3実施例の場合に比べて、ミラー 230の角度制御をより簡便に行うことができる。

[0059] 次に、本実施例でのミラー 230の傾斜角の制御方法について説明する。本実施例 では、電極に印加する駆動電圧のデューティー比でミラー 230の傾斜角を制御する 。電極 340a, 340b, 340c, 340dに印カロする馬区動電圧のノ ノレス幅をそれぞれ PWa , PWb, PWc, PWdとする。 PWa, PWb, PWc, PWdの範囲は 0力、ら 1までで、 0の 時は電圧出力がない状態で 1の時はデューティー比 50%の矩形波を表す。

[0060] 図 10Aは PWa = lのときの電極 340aへの駆動電圧を示す波形図、図 10Bは PWa =0. 5のときの電極 340aへの駆動電圧を示す波形図、図 10Cは PWa = 0のときの 電極 340aへの駆動電圧を示す波形図である。駆動電圧のパルス幅 PWa, PWb, P Wc, PWdは、たとえば次のように表すことができる。

PWa = PWo + PWx · · · (7)

PWb = PWo + PWy …（8)

PWc = PWo-PWx · · · (9)

PWd = PWo-PWy · · · (10) [0061] ここで、 PWoは固定値のバイアスパルス幅である。バイアスパルス幅 PWoには、駆 動電圧のノ ルス幅とミラー 230の傾斜角との間の線形性を向上させる効果がある。 P Wxはミラー 230の回動軸 X廻りの傾斜角 θ Xに 1対 1に対応する操作量、 PWyはミラ 一 230の回動軸 y廻りの傾斜角 6 yに 1対 1に対応する操作量である。操作量 PWx, PWyを操作することで、ミラー 230を任意の方向に回動させることができる。

[0062] ただし、図 9で説明したように駆動電圧のデューティ比を制御する場合は、駆動電 圧のノ ルス幅とミラー 230の傾斜角との線形性が高いという特徴がある。したがって、 各軸とも電極とミラー 230が近づく方向の電極のみ駆動電圧のパルス幅を制御しても よい。その場合、駆動電圧のパルス幅 PWa , PWb, PWc , PWdは、次のように表す こと力 Sでさる。

PWa = PWx (PWx > 0) ••• ( 1 1 )

PWa = 0 (PWx≤0) ••• ( 12)

PWb = PWy (PWy > 0) ••• ( 13)

PWb = 0 (PWy≤0) …（14)

PWc = PWx (PWxく 0) …（1 5)

PWc = 0 (PWx≥0) …（16)

PWd = PWy (PWyく 0) ••• ( 1 7)

PWd = 0 (PWy≥0) …（18)

[0064] このように、本実施例では、第 1、第 2の区間の時間幅の和と第 3の区間の時間幅と の比率をミラー 230の傾斜角に応じて変える。ミラー 230を実際に制御する際には、 駆動電圧印加部 501が以下のような処理を行う。つまり、駆動電圧印加部 501は、ミ ラー 230の所望の傾斜角に対応する駆動電圧のパルス幅及び振幅 (本実施例では 振幅は一定）の値をテーブル 502から取得して、取得したパルス幅及び振幅の駆動 電圧を電極 340a〜340dに印カロする。

[0065] なお、第 3実施例、第 4実施例において、電極 340a〜340dに印加する交流電圧 は、ミラー 230を駆動する力を大きくできるという点で矩形波が好ましいが、矩形波以 外の正弦波や三角波などでもよい。

前述のとおり、ミラー 230は駆動電圧の二乗に比例する静電引力によって駆動され るため、駆動電圧として矩形波の交流電圧を用いる場合、理想的には直流電圧によ る駆動と同一になる。

[0066] しかし、駆動電圧印加部 501に用いる電圧アンプのスルーレートなどの制限により 、実際の駆動電圧は図 11Aのような台形となる。これは、ミラー 230を駆動する力の 点から見れば、図 11Bのような波形の駆動電圧を印加した場合と等価である。このた め、駆動電圧として矩形波の交流電圧を用いる場合、ミラー 230を駆動する静電引 力には、交流電圧の 2倍の周期で力が零になる点（図 11Bにおいて電圧が零まで低 下する点）が発生する。このような静電引力の周期的な低下にミラー 230が応答する と、ミラー 230に振動が発生することになる。

[0067] このようなミラー 230の振動を防止するには、駆動電圧として電極 340a〜340dに 印加する交流電圧の周波数がミラー 230の共振周波数よりも高くなるようにしておけ ばよい。

図 12の例は、第 3実施例、第 4実施例のミラー制御装置を用いた光スィッチにおい て、入出力ポート間のパスの接続を行った場合の出力光のパワーとミラー制御装置 の駆動電圧の周波数との関係を示す実測例である。図 12において、 f3はミラー制御 装置の駆動電圧の使用可能周波数の下限値を示している。

[0068] 光スィッチでは、入力ポートと出力ポートとの間に複数のミラー制御装置を 2次元的 に配置したミラーアレイを設け、各ミラー制御装置のミラー 230の傾斜角を適当に制 御することにより、入力ポートから出射した光をミラー 230で反射させて任意の出力ポ ートに入射させることができ、任意の入力ポートと出力ポートとの間を接続することが できる。

[0069] 図 12の例では、ミラー 230の共振周波数は 200Hz付近の flと 550Hz付近の f2の

2つがある。ミラー 230の共振周波数が 2つ現れる理由は、回動軸 X周りの回動と回動 軸 y周りの回動のそれぞれでミラー 230が共振点を有するためである。前述のとおり、 共振周波数 fl , f 2の付近ではミラー 230が駆動電圧に応じて振動するため、ミラー 2 30の反射光が出力ポートに入射しに《なり、出力ポートに入射する出力光のパワー が大幅に下がる。そこで、ミラー 230の最も高い共振周波数 f 2の例えば 2倍以上の値 (図 12の例では約 1kHz)に駆動電圧の周波数を設定すれば、ミラー 230が静電引 力の周期的な低下に応答しなくなり、振動しに《なるので、ミラー 230の振動による 出力光のパワーの低下を防ぐことができる。第 3実施例、第 4実施例の場合は、第 1 の区間、第 2の区間、第 3の区間の各区間の時間幅が、ミラー 230の傾斜動作の共 振周波数の逆数より短くなるようにすればよい。

[0070] また、第 3実施例、第 4実施例では、電極 340b, 340dに駆動電圧を印加する場合 について説明したが、どの電極に駆動電圧を印加するかはミラー 230をどの方向に 回動させるかで決まるので、駆動電圧の印加の仕方は図 7A、図 7B、図 8A、図 8Bに 示した例に限らな!/、ことは言うまでもなレ、。

また、第 3実施例、第 4実施例を組み合わせて、ミラー 230の所望の傾斜角に応じ て駆動電圧の振幅とデューティー比の両方を変えるようにしてもよい。

[0071] [第 5実施例]

次に、本発明の第 5実施例について説明する。本実施例においてもミラー制御装 置の構成は第 3実施例と同様であるので、図 1、図 2、図 6の符号を用いて本実施例 の動作を説明する。第 4実施例では、電極 340a〜340dに印加に印加する駆動電 圧のデューティー比を調整することにより、ミラー 230の傾斜角を調節している。

[0072] 図 13Aは第 4実施例において電極 340a〜340dのいずれかに印加する駆動電圧 の 1例を示す波形図、図 13Bは図 13Aの駆動電圧を印加した電極とミラー 230との 間に発生する静電力を示す図である。第 3実施例、第 4実施例で説明したとおり、ミラ 一 230には接地電位が印加されている。

[0073] ここで、駆動電圧を印加した電極とミラー 230との電位差が正電位である区間を第 1 の区間（図 13Aの例では駆動電圧 + VIが印加されている区間）、電位差が負電位 である区間を第 2の区間（図 13Aの例では駆動電圧 VIが印加されている区間）、 電位差が第 1の区間の電位差と第 2の区間の電位差との間の電位である区間を第 3 の区間（図 13Aの例では駆動電圧が 0の区間）と呼ぶ。

[0074] 図 13Aの場合、電極に加わる駆動電圧は、 +V1 0 VIの 3つの電圧値が周期 的に繰り返す波形となる。電極とミラー 230との間に発生する静電力は、駆動電圧の 二乗に比例する。このため、 +V1または VIの駆動電圧が印加されている第 1、第 2の区間においては、 +V1または VIの一方の駆動電圧印加時に浮遊電荷により 増加した静電力分と他方の駆動電圧印加時に浮遊電荷により減少した静電力分が ほぼ同じであると見ること力 Sできる。したがって、第 1、第 2の区間においては、例えば 絶縁層 311に存在する浮遊電荷の影響を排除することが可能である。

[0075] しかし、駆動電圧が 0のときは相殺するものがないため、浮遊電荷の増加と共に、駆 動電圧が図 13Aに示した値から図 14Aに示す値へと変動する。図 14Aにお!/、て、 δ Vは浮遊電荷による静電力を駆動電圧の増加分に換算した電圧である。この結果 、電極とミラー 230との間に発生する静電力は、図 14Bに示すようになる。図 14Bに おいて、斜線部 130は浮遊電荷の影響が相殺される部分、斜線部 131は浮遊電荷 の影響が残る部分である。このように、第 4実施例においては、電極 340a〜340dに 直流電圧を印加する場合に比べれば小さくなるものの、ミラー 230のドリフトが発生す る可能性がある。ドリフトが発生する要因は、駆動電圧が 0である時間が存在するた めだと考えられる。

[0076] そこで、本実施例の駆動電圧印加部 501は、図 15に示すような交流電圧をミラー 2 30の所望の傾斜角に応じて電極 340a〜340d毎に生成して印加する。図 15は電極 340a〜340dのいずれかに印加する駆動電圧の 1例を示している。すなわち、本実 施例では、図 13Aに示した駆動電圧が 0の第 3の区間を駆動電圧が + V2の区間と V2の区間の 2つに分割する。

[0077] 以下、分割した 2つの区間のうち、駆動電圧を印加した電極とミラー 230との電位差 が第 1の区間の電位差より小さい正電位である区間を第 4の区間（図 15の例では駆 動電圧 + V2が印加されている区間）、電位差が第 2の区間の電位差より小さい負電 位である区間を第 5の区間（図 15の例では駆動電圧 V2が印加されている区間）と 呼ぶ。

[0078] ミラー 230の角度制御は、 +V1を印加している第 1の区間と + V2を印加している 第 4の区間の時間比率を変えることによって行うことが可能である。負電圧側につい ても同様に、 VIを印加している第 2の区間と V2を印加している第 5の区間の時 間比率を変えることによって、ミラー 230の角度制御を行うことが可能である。

このように、本実施例では、駆動電圧が 0であった区間を正負の駆動電圧の区間に 分けることによって、浮遊電荷の影響を排除することができ、第 4実施例に比べてミラ 一 230のドリフトの発生を更に抑制することができる。

[0079] 駆動電圧 + V1 — VI +V2 —V2の大小関係は、 | VI | 〉 | V2 |の関係を 満たせば良い。ただし、 | VI |と | V2 |が近い電圧値をとると、これら 2つの駆動 電圧の時間比率を変化させた時の静電力の変化が小さいため、ミラー 230の角度制 御が困難になる。駆動電圧 + V2 V2は、浮遊電荷の影響を抑えることを目的とす る電圧であるため、浮遊電荷相当の電圧値以上であれば良!/、。

[0080] また、 4値の駆動電圧を印加する順番はどのようになってもよい。例えば図 16に示 すように、 +V1 +V2 -VI ,—V2の順でもよいし、 +V1 -VI , +V2 V2の 順でもよい。

[0081] また、本実施例では、第 1の区間の電位差の絶対値と第 2の区間の電位差の絶対 値が共に I VI Iで等しぐ第 4の区間の電位差の絶対値と第 5の区間の電位差の絶 対値が共に I V2 Iで等しい。しかし、第 1の区間の電位差の絶対値と第 2の区間の 電位差の絶対値は等しいことが望ましいが、一致していなくてもよく、同様に第 4の区 間の電位差の絶対値と第 5の区間の電位差の絶対値は等しいことが望ましいが、一 致して!/、なくてもよ!/、。一致して!/、なくても同様の効果を得ることができる。

[0082] 次に、本実施例でのミラー 230の傾斜角の制御方法について説明する。本実施例 のように 4値の駆動電圧を用いてミラー 230の傾斜角を制御する場合は、例えば電極 340aに駆動電圧 + V1又は—VIを印加している区間と駆動電圧 + V2又は—V2を 印加している区間との時間比率を PRaとしたとき、この時間比率 PRaの範囲を 0から 1 とすればよい。

[0083] 図 17Aは PRa= lのときの電極 340aへの駆動電圧を示す波形図、図 17Bは PRa =0. 5のときの電極 340aへの駆動電圧を示す波形図、図 17Cは PRa = 0のときの 電極 340aへの駆動電圧を示す波形図である。図 17Cに示すように PRa = 0のときは 駆動電圧は + V2又は V2のみとなり、 PRa = 0. 5のときは駆動電圧 + VI又は V 1を印加している区間と駆動電圧 + V2又は V2を印加している区間の時間幅が等 しくなり、 PRa = lのときは駆動電圧は + VI又は VIのみとなる。制御方法に関して は第 4実施例で用いた PWaと同様の方法を用いればよ!/、。

[0084] ミラー 230を実際に制御する際には、駆動電圧印加部 501が以下のような処理を 行う。つまり、駆動電圧印加部 501は、ミラー 230の所望の傾斜角に対応する駆動電 圧の振幅及び時間幅の値をテーブル 502から取得して、取得した振幅及び時間幅 の駆動電圧を電極 340a〜340dに印加する。

[0085] [第 6実施例]

次に、本発明の第 6実施例について説明する。第 5実施例で説明した 4値の駆動電 圧を実現するためには、スイッチング素子を利用することで実現可能である力 素子 数を減らすためには、ミラー 230に電圧を加える方法がある。本実施例においてもミ ラー制御装置の構成は第 3実施例と同様であるので、図 1、図 2、図 6の符号を用い て本実施例の動作を説明する。

[0086] 本実施例のミラー電圧印加部 500は、枠部 210とトーシヨンパネ 211a, 211bと可 動枠 220とトーシヨンノ ネ 221a, 221bとを介してミラー 230に図 18Aに示すような振 幅 V2の矩形波電圧を印加する。

[0087] 一方、駆動電圧印加部 501は、ミラー 230に印加した矩形波と同じ周波数で位相 を反転させた駆動電圧を印加する。図 18Bは、本実施例において電極 340a〜340 dのいずれかに印加する駆動電圧の 1例を示す波形図である。駆動電圧の振幅は（ VI— V2)とする。この結果、駆動電圧を印加した電極とミラー 230との間の実効的な 電位差は、図 18Cに示すようになる。この電位差は、ミラー 230を接地電位にして電 極に図 15、図 16のような駆動電圧を印加する場合に生じる電位差と同等である。

[0088] 本実施例では、電極に印加する駆動電圧 + (VI -V2)の時間幅と駆動電圧一（V 1 V2)の時間幅を制御することにより、ミラー 230の傾きを変えることできる。

こうして、本実施例では、第 5実施例と同様の効果を得ることができる。ミラー 230に 印加する矩形波電圧は、第 1の区間（図 18Cの例では電位差が + VIの区間）と第 4 の区間（図 18Cの例では電位差が + V2の区間）で電圧値が等しぐ第 2の区間（図 1 8Cの例では電位差が VIの区間）と第 5の区間（図 18Cの例では電位差が V2の 区間）で電圧値が等しい。電極への駆動電圧は、第 1の区間において + (V1— V2) 、第 2の区間において一（VI— V2)、第 4、第 5の区間において 0である。

[0089] また、本実施例では、ミラー 230には固定の矩形波を印加するだけでよいため、例 えば 1つ以上のミラー 230をアレイ状に並べて使用する場合などは、全てのミラー 23 0に同様の矩形波を入れればよいため、スイッチング素子の数を減らすことができる。

[0090] [第 7実施例]

次に、本発明の第 7実施例について説明する。本実施例においてもミラー制御装 置の構成は第 3実施例と同様であるので、図 1、図 2、図 6の符号を用いて本実施例 の動作を説明する。本実施例では、ミラー 230のドリフトを抑制する方法として、正負 の駆動電圧の時間比率を調整する方法を用いる。

[0091] ミラー 230を所望の角度に回動させるには、図 19Aに示すように電極に印加する正 負の駆動電圧の時間比率を 1 : 1にすればよい。しかし、図 19Aに示した駆動電圧の 印加状態でしばらくすると、正電圧と負電圧における特性の違いから、電極 340a〜3 40dとミラー 230との間に存在する浮遊容量 (例えば絶縁層 311)に電荷が溜まる可 能性がある。

[0092] そこで、本実施例の駆動電圧印加部 501は、図 19Bに示すように正負の駆動電圧 の時間比率を変える。図 19Bの例では、正の駆動電圧の印加時間を短くし、負の駆 動電圧の印加時間を長くしている。このとき、正の駆動電圧の印加時間と負の駆動電 圧の印加時間の合計は、時間比率の変化前後で変えない方が望ましい。何故なら ば、駆動電圧の印加時間が変わってしまうことは、電極とミラー 230との間に発生する 静電力が変わってしまうこと、すなわちミラー 230の傾斜角が変化してしまうことを意 味するからである。

[0093] 正負の駆動電圧の時間比率を 1： 1から変化させると、より長い時間印加している方 の極性の浮遊電荷が集まりやすくなる。そこで、本実施例では、正の駆動電圧の印 加時間を負の駆動電圧の印加時間より短くしたり、逆に長くしたりして、正負の駆動 電圧の時間比率を適宜変化させることにより、どちらの極性の浮遊電荷も集まらない ようにすることが可能となり、ミラー 230のドリフトの発生を抑制することができる。

[0094] なお、正負の駆動電圧の時間比率を変化させる方法は、駆動電圧の振幅でミラー

230の傾斜角を制御する第 3実施例に適用することもできるし、駆動電圧のデューテ ィー比でミラー 230の傾斜角を制御する第 4実施例に適用することもできるし、 4値の 駆動電圧を用いる第 5実施例に適用することもできる。第 3実施例、第 4実施例、第 5 実施例の場合、第 1の区間の増大と第 2の区間の減少とが生じるか、あるいは第 1の 区間の減少と第 2の区間の増大とが生じるように、第 1の区間と第 2の区間の時間比 率を調節すればよい。加えて第 5実施例の場合は、第 4の区間の増大と第 5の区間 の減少とが生じるか、あるいは第 4の区間の減少と第 5の区間の増大とが生じるように 、第 4の区間と第 5の区間の時間比率を調節すればよい。

また、第 3実施例から第 7実施例を適宜組み合わせてもよ!/、ことは言うまでもな!/、。

[0095] [第 8実施例]

次に、本発明の第 8実施例について説明する。本実施例においてもミラー制御装 置の機械的な構成は第 1実施例と同様であるので、図 1、図 2の符号を用いて説明す 本実施例と従来のミラー制御装置との大きな相違点は、従来のミラー制御装置では ミラー 230を接地しているのに対して、本実施例ではミラー 230に非零の電圧を印加 する点である。このミラー 230に印加する電圧は、ミラー 230の傾斜角に依存しない 電圧 (バイアス電圧）である。以下、本実施例と従来のミラー制御装置との相違点に ついてより詳細に説明する。

[0096] 図 20は本実施例のミラー制御装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。

本実施例では、バイアス電圧印加部 600からミラー 230に対してバイアス電圧を印加 し、電極 340a〜340dのうち少なくとも 1つに対して駆動電圧印加部 601から駆動電 圧を印加する。駆動電圧印加部 601は、予めミラー 230の傾斜角と駆動電圧値との 関係が設定されたテーブル 602を内部に備えており、ミラー 230の所望の傾斜角に 対応する駆動電圧値をテーブル 602から取得して、電極 340a〜340dに駆動電圧 を印カロする。ミラー 230には、枠き とトーシヨンノ ネ 21 la, 21 lbと可動枠 220とト ーシヨンバネ 221 a, 221bとを介してバイアス電圧が印加される。また、電極 340a〜 340dには、引き出し線 341a〜341dを介して駆動電圧が印加される。

[0097] 例えばミラー 230にバイアス電圧として Vmを印加し、電極 340bに駆動電圧とし て Vxを印加し、電極 340dに駆動電圧として + Vxを印加したとする。これにより、ミ ラー 230は図 21に示すように電極 340d側に引き寄せられるように回動する。このとき の電圧印加は、従来のミラー制御装置においてミラー 230に 0V、電極 340bに駆動 電圧（Vm— Vx)、電極 340dに駆動電圧（Vm+Vx)を印加したのと同等である。し たがって、電圧値に着目すると、従来のミラー制御装置では最大で Vm+Vxの電圧 が必要なのに対して、本実施例では Vmあるいは Vxのどちらかの電圧が最大電圧と なるので、従来のミラー制御装置に比べて駆動電圧の低電圧化が可能になる。

[0098] 以上のように、本実施例では、駆動電圧の低電圧化を実現することができるので、 バイアス電圧印加部 600と駆動電圧印加部 601に従来よりも低電圧出力の電源を使 用すること力 Sでさる。

[0099] なお、本実施例のように、ミラー 230に非零のバイアス電圧を印加する場合には、 電極 340a〜340dのうち少なくとも 1つにバイアス電圧と反対極性の駆動電圧を印加 することが望ましい。その理由は、電極 340a〜340dのうち少なくとも 1つにバイアス 電圧と反対極性の駆動電圧を印加すれば、電極 340a〜340dにバイアス電圧と同 極性の駆動電圧を印加する場合に比べて電極 340a〜340d間の電位差を大きくす ることができ、ミラー 230を駆動する力を高めることができるからである。

[0100] また、同様の理由により、ミラー 230の駆動に関わる対の電極（本実施例の例では 電極 340bと 340d)に駆動電圧を印加する場合には、対の電極のうち一方の電極に バイアス電圧と同極性の駆動電圧を印加して、他方の電極にバイアス電圧と反対極 性の駆動電圧を印加すればよい。これにより、ミラー 230は、バイアス電圧と反対極 性の駆動電圧を印加した方の電極に引き寄せられるように回動する力 S、このときの駆 動力を高めることができる。

[0101] [第 9実施例]

次に、本発明の第 9実施例について説明する。図 22は本発明の第 9実施例に係る ミラー制御装置の構成を示す分解斜視図である。第 8実施例では、可動枠回動軸 X 及びミラー回動軸 yと電極 340a〜340dの分割線とが 45度で交差するように配置さ れていた。これに対して、本実施例のミラー制御装置 100aでは、トーシヨンパネ 211 c, 21 Idを通る可動枠回動軸 X及びトーシヨンパネ 221c, 221dを通るミラー回動軸 y と、電極 340a〜340dの分割線とが平行になるように配置されている。

[0102] 本実施例においても、ミラー制御装置の電気的な接続関係は図 20に示したとおり であり、バイアス電圧印加部 600はミラー 230に対してバイアス電圧として一 Vmを印 加する。ミラー 230を可動枠回動軸 X周りに回動させるのに必要な駆動電圧を Vx、ミ ラー 230をミラー回動軸 y周りに回動させるのに必要な駆動電圧を Vyとすると (Vx, Vyは任意の値）、駆動電圧印加部 601は、電極 340aに駆動電圧（Vx + Vy)を印加 し、電極 340bに駆動電圧（Vx— Vy)を印加し、電極 340cに駆動電圧（一 Vx— Vy) を印加し、電極 340dに駆動電圧（—Vx + Vy)を印加する。これにより、ミラー 230は 、電極 340a〜340d間の電位差に応じた方向に回動する。

[0103] このときの電圧印加は、従来のミラー制御装置においてミラー 230に 0V、電極 340 aに駆動電圧（Vm + Vx + Vy)、電極 340bに駆動電圧（Vm + Vx— Vy)、電極 340 cに駆動電圧（Vm— Vx— Vy)、電極 340dに駆動電圧（Vm— Vx + Vy)を印加した のと同等である。したがって、従来のミラー制御装置では最大で Vm+Vx + Vyの電 圧が必要なのに対して、本実施例では Vmあるいは Vx + Vyのどちらか大きい方の 電圧が最大電圧となるので、従来のミラー制御装置に比べて駆動電圧の低電圧化 が可能になる。こうして、本実施例においても、第 8実施例と同様の効果を得ることが できる。

[0104] [第 10実施例]

第 8実施例、第 9実施例では、バイアス電圧と駆動電圧を直流としているが、これら を周期電圧（交流電圧）としてもよい。例えば第 8実施例において、ミラー 230に図 23 Aのような周期的なバイアス電圧を印加し、電極 340bにバイアス電圧と同期した図 2 3Bのような周期的な駆動電圧を印加し、電極 340dにバイアス電圧と同期した図 23 Cのような周期的な駆動電圧を印加すれば、ミラー 230は電極 340b側に引き寄せら れるように回動する。

[0105] このとき、バイアス電圧及び駆動電圧は、直流成分が零の交流電圧とすることが好 ましい。バイアス電圧及び駆動電圧の直流成分が零でない場合には、ミラー 230が ノ^ァス電圧及び駆動電圧の周波数に応じて振動する可能性がある。特に駆動電 圧の周波数カ ラ一共振周波数より小さい場合には顕著である。しかし、駆動電圧の 直流成分を零にすることにより、このようなミラー 230の振動を低減することができる。 矩形波電圧の場合では直流成分を零にすることにより、原理的にはミラー共振周波 数に依らずどのような周波数でもミラー 230の振動を抑えることができる。また、本実 施例では、バイアス電圧及び駆動電圧の直流成分を零とすることで、電極とミラー 23 0との間に存在する例えば絶縁層等の浮遊容量に溜まる電荷の影響を零に近づける ことができるので、この浮遊容量に溜まる電荷を要因とするミラー 230のドリフトの発 生を抑制することができる。

[0106] また、第 8実施例と同様に、ミラー 230の駆動に関わる対の電極に駆動電圧を印加 する場合には、対の電極のうち一方の電極にバイアス電圧と同期した同極性の駆動 電圧を印加して、他方の電極にバイアス電圧と同期した反対極性の駆動電圧を印加 することで、第 8実施例と同様にミラー 230を駆動する力を高めることができる。図 23 A—図 23Cの例では、電極 340bにバイアス電圧と反対極性の駆動電圧を印加し、 電極 340dにバイアス電圧と同極性の駆動電圧を印加している。

[0107] なお、ミラー 230及び電極 340a〜340dに与える交流電圧は、駆動力を大きくでき ると!/、う点で矩形波が好まし!/、が、矩形波以外の例えば正弦波などでもよ!/、。

産業上の利用可能性

[0108] 本発明は、ミラー制御装置、および複数のミラー制御装置を 2次元的に配置したミラ 一アレイに適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 回動可能に支持されたミラーと、

このミラーから離間して配置された複数の電極と、

前記ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を前記電極毎に生成する駆動電圧 生成手段と、

前記電極の各々に単独に電圧を印加したときに前記ミラーの傾斜角が規定値にな る電圧をバイアス電圧として前記電極毎に生成するバイアス電圧生成手段と、 前記バイアス電圧と前記駆動電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の電圧を対 応する前記電極に印加する電極電圧印加手段とを備えることを特徴とするミラー制 御装置。

[2] 請求項 1記載のミラー制御装置にお!/ヽて、

前記電極電圧印加手段は、前記バイアス電圧と前記駆動電圧とを加算する際に、 加算前の前記駆動電圧に前記電極毎に異なる係数を乗算することを特徴とするミラ 一制御装置。

[3] 請求項 2記載のミラー制御装置にお!/ヽて、

前記係数は、前記ミラーの電極毎の電圧 傾斜角特性における任意の 2点間の傾 きに基づいて前記電極毎に予め設定されることを特徴とするミラー制御装置。

[4] 請求項 1記載のミラー制御装置にお!/ヽて、

前記電極毎のバイアス電圧のうち少なくとも 1つが他と異なることを特徴とするミラー 制御装置。

[5] 請求項 1記載のミラー制御装置にお!/ヽて、

前記電極毎のバイアス電圧がそれぞれ異なることを特徴とするミラー制御装置。

[6] 請求項 1記載のミラー制御装置にお!/ヽて、

前記ミラーは、直交する 2軸の周りで回動するものであり、

傾斜角が 0のときのミラー面に垂直な面であって且つ一方の回動軸を含む面に対 して面対称に配置された 2つの電極と前記ミラー面に垂直な面であって且つ他方の 回動軸を含む面に対して面対称に配置された 2つの電極で前記バイアス電圧が異な ることを特徴とするミラー制御装置。 回動可能に支持されたミラーと、

このミラーから離間して配置された複数の電極と、

駆動電圧を印加した電極と前記ミラーとの電位差が正電位である第 1の区間と前記 電位差が負電位である第 2の区間とが少なくとも生じるように、前記駆動電圧として交 流電圧を前記ミラーの所望の傾斜角に応じて生成して前記電極に印加する駆動電 圧印加手段とを備えることを特徴とするミラー制御装置。

請求項 7記載のミラー制御装置におレ、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記電位差の平均直流成分が前記電極毎に略零とな る前記駆動電圧を生成することを特徴とするミラー制御装置。

請求項 7記載のミラー制御装置におレ、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記駆動電圧として前記ミラーの所望の傾斜角に応じ た振幅の交流電圧を生成することを特徴とするミラー制御装置。

請求項 7記載のミラー制御装置におレ、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 1、第 2の区間に加えて、前記電位差が前記第 1の区間の電位差と前記第 2の区間の電位差との間の電位である第 3の区間がさらに 生じるように前記駆動電圧を生成し、前記第 1、第 2の区間の時間幅の和と前記第 3 の区間の時間幅との比率を前記ミラーの所望の傾斜角に応じて変えることを特徴と するミラー制御装置。

請求項 10記載のミラー制御装置において、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 1の区間の電位差の絶対値と前記第 2の区間 の電位差の絶対値とが等しくなるように前記駆動電圧を生成することを特徴とするミラ 一制御装置。

請求項 7記載のミラー制御装置におレ、て、

前記駆動電圧は、矩形波電圧であることを特徴とするミラー制御装置。

請求項 7記載のミラー制御装置におレ、て、

前記駆動電圧は、正弦波電圧であることを特徴とするミラー制御装置。

請求項 10記載のミラー制御装置において、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 3の区間が、前記電位差が前記第 1の区間の電 位差より小さい正電位である第 4の区間と前記電位差が前記第 2の区間の電位差より 小さい負電位である第 5の区間とからなるように、前記駆動電圧を生成することを特 徴とするミラー制御装置。

[15] 請求項 14記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 1の区間の電位差の絶対値と前記第 2の区間 の電位差の絶対値とが等しぐ前記第 4の区間の電位差の絶対値と前記第 5の区間 の電位差の絶対値とが等しくなるように、前記駆動電圧を生成することを特徴とするミ ラー制御装置。

[16] 請求項 7記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 1の区間の増大と前記第 2の区間の減少とが生 じる力、、あるいは前記第 1の区間の減少と前記第 2の区間の増大とが生じるように、前 記第 1の区間と前記第 2の区間の時間比率を変化させることを特徴とするミラー制御 装置。

[17] 請求項 14記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 4の区間の増大と前記第 5の区間の減少とが生 じる力、、あるいは前記第 4の区間の減少と前記第 5の区間の増大とが生じるように、前 記第 4の区間と前記第 5の区間の時間比率を変化させることを特徴とするミラー制御 装置。

[18] 請求項 7記載のミラー制御装置にお!/、て、

各区間の時間幅は、前記ミラーの傾斜動作の共振周波数の逆数より短いことを特 徴とするミラー制御装置。

[19] 請求項 9記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記駆動電圧印加手段は、前記ミラーの傾斜角の正方向の力を発生する第 1の電 極と前記傾斜角の負方向の力を発生する第 2の電極に対して、前記第 1の電極への 駆動電圧の振幅と前記第 2の電極への駆動電圧の振幅とを、固定値を中心に前記 傾斜角に応じて差動的に変化させることを特徴とするミラー制御装置。

[20] 請求項 10記載のミラー制御装置において、

前記駆動電圧印加手段は、前記ミラーの傾斜角の正方向の力を発生する第 1の電 極と前記傾斜角の負方向の力を発生する第 2の電極に対して、前記第 1の電極への 駆動電圧の前記比率と前記第 2の電極への駆動電圧の前記比率とを、固定値を中 心に前記傾斜角に応じて差動的に変化させることを特徴とするミラー制御装置。

[21] 請求項 14記載のミラー制御装置において、

さらに、前記第 1、第 4の区間において値が等しい電圧を前記ミラーに印加し、前記 第 2、第 5の区間において値が等しくかつ前記第 1、第 4の区間と逆極性の電圧を前 記ミラーに印加するミラー電圧印加手段を備え、

前記駆動電圧印加手段は、前記第 4の区間と前記第 5の区間で 0となる前記駆動 電圧を生成することを特徴とするミラー制御装置。

[22] 回動可能に支持されたミラーと、

このミラーから離間して配置された複数の電極と、

前記ミラーに非零のバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、 前記複数の電極のうち少なくとも 1つに前記バイアス電圧と反対極性の駆動電圧を 印加する駆動電圧印加手段とを備えることを特徴とするミラー制御装置。

[23] 請求項 22記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記駆動電圧印加手段は、傾斜角が 0のときのミラー面に垂直な面であって且つ 前記ミラーの回動軸を含む面に対して面対称に配置された電極のうち、一方の電極 に前記バイアス電圧と同極性の駆動電圧を印加し、他方の電極に前記バイアス電圧 と反対極性の駆動電圧を印加することを特徴とするミラー制御装置。

[24] 請求項 22記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記バイアス電圧及び駆動電圧は、直流電圧であることを特徴とするミラー制御装 置。

[25] 請求項 22記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記バイアス電圧及び駆動電圧は、交流電圧であることを特徴とするミラー制御装 置。

[26] 請求項 25記載のミラー制御装置にお!/、て、

前記交流電圧の直流成分が零であることを特徴とするミラー制御装置。

[27] 請求項 25記載のミラー制御装置にお!/、て、 前記バイアス電圧及び駆動電圧は、矩形波電圧であることを特徴とするミラー制御