静電アクチュエータおよびその制御方法
【課題】変位量が温度変動に影響されない静電アクチュエータを提供する。
【解決手段】静電アクチュエータ１３０は基本駆動素子１１１ａ１を備えている。基本駆動素子１１１ａ１は、櫛歯電極１０５ａと、櫛歯電極１０６ａと、櫛歯電極１０５ａを保持している電極ポスト１０７ａと、櫛歯電極１０６ａを保持している電極ポスト１０８ａと、電極ポスト１０７ａを保持しているたわみばね１０２，１０４と、電極ポスト１０８ａを保持しているたわみばね１０３から構成されている。櫛歯電極１０５ａと櫛歯電極１０６ａは、それらの櫛歯部が互いに対向するように配置されている。櫛歯電極１０５ａは電極ポスト１０７ａを介してたわみばね１０２，１０４と電気的に接続され、櫛歯電極１０６ａは電極ポスト１０８ａを介してたわみばね１０３と電気的に接続されている。
【解決手段】静電アクチュエータ１３０は基本駆動素子１１１ａ１を備えている。基本駆動素子１１１ａ１は、櫛歯電極１０５ａと、櫛歯電極１０６ａと、櫛歯電極１０５ａを保持している電極ポスト１０７ａと、櫛歯電極１０６ａを保持している電極ポスト１０８ａと、電極ポスト１０７ａを保持しているたわみばね１０２，１０４と、電極ポスト１０８ａを保持しているたわみばね１０３から構成されている。櫛歯電極１０５ａと櫛歯電極１０６ａは、それらの櫛歯部が互いに対向するように配置されている。櫛歯電極１０５ａは電極ポスト１０７ａを介してたわみばね１０２，１０４と電気的に接続され、櫛歯電極１０６ａは電極ポスト１０８ａを介してたわみばね１０３と電気的に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電アクチュエータは、静電力によって駆動されるアクチュエータであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の動力源として広く利用されている。特開２００２−２３６２６３は、その一つとして、変位量を格段に向上することが可能な静電アクチュエータを開示している。
【０００３】
この静電アクチュエータを図２０に示す。図２０に示すように、静電アクチュエータは、直列的に接続された複数個の単位駆動素子３１０から構成されている。単位駆動素子３１０については数種類が記載されている。図２１は、そのうちの一つの単位駆動素子の斜視図である。この単位駆動素子３１０は、図２１に示すように、第１の電極支持部３１２と、第２の電極支持部３１４と、第１の電極支持部３１２と第２の電極支持部３１４の間に介在するたわみばね３１６と、第１の電極支持部３１２に固定された接地電極３２２ａ，３２２ｂと、第２の電極支持部３１４に固定された駆動電極３２４ａ，３２４ｂから構成されている。たわみばね３１６の両端には第１の電極支持部３１２と第２の電極支持部３１４が接続されている。このように静電型櫛歯アクチュエータを直列に結合した素子を、ここでは直列櫛歯型アクチュエータと呼ぶ。
【０００４】
接地電極３２２ａ，３２２ｂと駆動電極３２４ａ，３２４ｂは、いずれも複数の歯を有する櫛歯電極である。接地電極３２２ａと駆動電極３２４ａは、一方の櫛歯が他方の櫛歯の間に入り込むように対向して配置されている。接地電極３２２ｂと駆動電極３２４ｂも同様である。接地電極３２２ａ，３２２ｂと駆動電極３２４ａ，３２４ｂは互いに電気的に絶縁されており、各々に異なる電圧を印加できる。
【０００５】
図２２は、図２１の単位駆動素子の破断斜視図である。第１の電極支持部３１２とたわみばね３１６と第２の電極支持部３１４にわたってそれらの内部に配線溝３１８が形成され、図示していないが、その内部には二酸化シリコン膜等の絶縁膜を挟んで複数の配線が形成されている。これらの配線は、接地電極３２２ａ，３２２ｂや駆動電極３２４ａ，３２４ｂに接続されている
図２３は、この静電アクチュエータの作用を説明する図である。例えば、接地電極３２２ａ，３２２ｂと駆動電極３２４ｂを接地した状態で、駆動電極３２４ａに接地電位と異なる電圧を印加すると、駆動電極３２４ａと接地電極３２２ａの間に静電引力が発生してこれらの電極が互いに引き合うことにより、たわみばね３１６が変形する。その結果、静電アクチュエータ全体が反り、右側の端が図のように紙面の上方に変位する。
【０００６】
図２３においては、説明の都合上、各々の電極に外部から直接電位を与えているように描かれているが、実際は図２２中の配線溝３１８の内部に形成される配線を通して電圧を印加する。
【０００７】
櫛歯電極を使用したアクチュエータは、単体でも他の方式に比較して格段に大きい駆動力が得られるため、大変位を必要とする用途に有望であるが、この従来例では、更に複数個のアクチュエータを連結することにより、変位量を複数倍に増大できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２３において、駆動電極３２４aと他の電極には互いに異なる電圧を印加する必要があるが、これらの電圧印加はたわみばね３１６を通しておこなわれるため、たわみばね３１６の内部には異なる電圧を供給するために少なくとも２本の配線や、これらの配線同士および配線とたわみばね３１６を互いに絶縁するための絶縁膜を形成する必要がある。従って、たわみばね３１６が複数の材料から構成されることになり、温度が変動する環境下で使用する場合、各々の材料の熱膨張係数の違いによって、たわみばね３１６が想定外に変形してしまい、その結果、アクチュエータの変位量が温度によって変動してしまうという事態が生じることがある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、変位量が温度変動に影響されない静電アクチュエータ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】
本発明による静電アクチュエータは、第１の櫛歯電極と、第２の櫛歯電極と、前記第１の櫛歯電極を保持している第１の電極ポストと、前記第２の櫛歯電極を保持している第２の電極ポストと、前記第１の電極ポストを保持している第１の弾性体と、前記第２の電極ポストを保持している第２の弾性体を備えている。前記第１および第２の櫛歯電極の各々は、１つの櫛歯支持部と、前記櫛歯支持部から延出している複数個の櫛歯部から構成されている。前記第１の櫛歯電極と前記第２の櫛歯電極は、それらの櫛歯部が互いに対向するように配置されている。前記第１の櫛歯電極は前記第１の電極ポストを介して前記第１の弾性体と電気的に接続され、前記第２の櫛歯電極は前記第２の電極ポストを介して前記第２の弾性体と電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変位量が温度変動に影響されない静電アクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る静電アクチュエータの斜視図である。
【図２】図１から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図３】図１から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図４】櫛歯電極の構成を示している。
【図５】図１に示された静電アクチュエータの作用を説明する図である。
【図６】図５から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図７】図５から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図８】図１のたわみばねが屈曲形状のばねに置き換えた構成を示している。
【図９】図１のたわみばねが分割されたばねに置き換えた構成を示している。
【図１０】櫛歯電極の図１の配置に代えて適用可能な別の配置を示している。
【図１１】第２の実施の形態に係る偏向ミラー素子の斜視図である。
【図１２】図１１中のＡと記された部分の拡大図である。
【図１３】図１２から一部の構成要素を除去した示した図である。
【図１４】図１１中のＢと記された部分の拡大図である。
【図１５】図１４から一部の構成要素を除去した示した図である。
【図１６】図１１に示された偏向ミラー素子の作用を説明する図であり、ある直線を軸にしてミラープレートが偏向された様子を示している。
【図１７】図１１に示された偏向ミラー素子の作用を説明する図であり、ミラープレートが図１６に示された状態からさらに別の直線を軸にして偏向された様子を示している。
【図１８】ミラープレートの片側だけに主軸アクチュエータを設けた構成を示している。
【図１９】図１１に示された偏向ミラー素子を複数並べて配置した構成を示している。
【図２０】従来例に係る静電アクチュエータの斜視図である。
【図２１】図２０に示された静電アクチュエータ中の一つの単位駆動素子の斜視図である。
【図２２】図２１の単位駆動素子の部分破断斜視図である。
【図２３】図２０に示された静電アクチュエータの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る静電アクチュエータ１３０を示す斜視図である。図１に示すように、静電アクチュエータ１３０は、直列櫛歯型アクチュエータであり、直列に結合された２つの単位駆動素子１１１ａ，１１１ｂを備えている。単位駆動素子１１１ａ，１１１ｂは、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３を共通に含んでいる。たわみばね１０２，１０３，１０４はいずれもその一端が固定基板１０１に固定されている。
【００１６】
図２は、図１の細部を確認できるよう、図１からたわみばね１０３とそれに接続された構成要素を除去した図である。また図３は、図１の細部を確認できるよう、図１からたわみばね１０２，１０４とそれらに接続された構成要素を除去した図である。図２と図３を組み合わせて示したものが図１である。
【００１７】
図１〜図３に示すように、単位駆動素子１１１ａは、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ａと、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ａ，１０７ｂと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ａ、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３から構成されている。単位駆動素子１１１ｂは、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｂ，１０５ｃと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ｂと、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｂ，１０７ｃと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ｂから構成されている。
【００１８】
また、単位駆動素子１１１ａは、２つの基本駆動素子１１１ａ１，１１１ａ２から構成されている。基本駆動素子１１１ａ１は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ａと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ａ１と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ａと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ａから構成されている。基本駆動素子１１１ａ２は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｂ１と、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ａ２と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｂと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ａから構成されている。同様に、単位駆動素子１１１ｂは、２つの基本駆動素子１１１ｂ１，１１１ｂ２から構成されている。基本駆動素子１１１ｂ１は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｂ２と、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ｂ１と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｂと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ｂから構成されている。基本駆動素子１１１ｂ２は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｃと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ｂ２と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｃと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ｂから構成されている。
【００１９】
櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ１，１０５ｂ２，１０５ｃ，１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２の各々は、図４に示すように、櫛歯支持部１１５と、この櫛歯支持部１１５から延出している櫛歯部１１６から構成されている。２つの櫛歯電極１０５ｂ１，１０５ｂ２は、それらの櫛歯部が互いに反対方向に延出し、それらの櫛歯支持部が一体化され、櫛歯電極１０５ｂを構成している。同様に、２つの櫛歯電極１０６ａ１，１０６ａ２は、それらの櫛歯部が互いに反対方向に延出し、それらの櫛歯支持部が一体化され、櫛歯電極１０６ａを構成している。また、２つの櫛歯電極１０６ｂ１，１０６ｂ２は、それらの櫛歯部が互いに反対方向に延出し、それらの櫛歯支持部が一体化され、櫛歯電極１０６ｂを構成している。
【００２０】
たわみばね１０２，１０４は電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを保持しており、電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃはそれぞれ櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ保持している。ここで、櫛歯電極１０５ｂを保持している電極ポスト１０７ｂは、櫛歯電極１０５ｂ１を支持する部分と櫛歯電極１０５ｂ２を支持する部分が一体化されて構成されているといえる。たわみばね１０３は電極ポスト１０８ａ，１０８ｂを保持しており、電極ポスト１０８ａ，１０８ｂはそれぞれ櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂを保持している。ここで、櫛歯電極１０６ａを保持している電極ポスト１０８ａは、櫛歯電極１０６ａ１を支持する部分と櫛歯電極１０６ａ２を支持する部分が一体化されて構成されているといえる。また、櫛歯電極１０６ａを保持している電極ポスト１０８ｂは、櫛歯電極１０６ｂ１を支持する部分と櫛歯電極１０６ｂ２を支持する部分が一体化されて構成されているといえる。
【００２１】
たわみばね１０２〜１０４の一端は、図１の左方側に示すように、固定基板１０１の表面に固定されている。ここで図示していないが、固定基板１０１とたわみばね１０２〜１０４が接する面には介在する形で絶縁膜が形成されており、たわみばね１０２〜１０４と固定基板１０１は互いに電気的に絶縁されている。
【００２２】
櫛歯電極１０５ｃの櫛歯支持部には、駆動対象１０９が接続されている。駆動対象１０９は静電アクチュエータ１３０を使用して変位させる対象物であり、ミラープレートやマイクロステージ、遮光板等、静電アクチュエータの駆動力で変位可能なもの全てが該当する。
【００２３】
図２に示すように、櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、それぞれ、各々を構成する櫛歯支持部の一方の端付近が電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを介してたわみばね１０２に接続され、もう一方の端付近が電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを介してたわみばね１０４の表面に接続されている。
【００２４】
図３に示すように、櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂを構成する櫛歯支持部の中央付近が、電極ポスト１０８ａ，１０８ｂを介してたわみばね１０３の表面に接続されている。
【００２５】
図１において、櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ、１０６ａ，１０６ｂの各々は、隣接した位置に配置された櫛歯電極とは異なるたわみばねに接続されている。また各々の櫛歯電極とたわみばねの間は電気的にも接続されており、たわみばねと、それに固定された櫛歯電極は常に同じ電位になる。
【００２６】
櫛歯電極１０５ａと１０６ａ１、櫛歯電極１０６ａ２と１０５ｂ１、櫛歯電極１０５ｂ２と１０６ｂ１、櫛歯電極１０６ｂ２と１０５ｃは、それぞれ、各々を構成する櫛歯部同士が互いに対向しており、さらに一方の櫛歯部の先端が他方の櫛歯部の隙間に入り込むように配置されている。
【００２７】
たわみばね１０２〜１０４、櫛歯電極１０５ａ〜１０５ｃ、１０６ａ，１０６ｂ、電極ポスト１０７ａ〜１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂ、固定基板１０１は、好適には単結晶シリコンから構成され、固定基板１０１とたわみばね１０２〜１０４が接する面に形成されている絶縁膜（図示せず）は二酸化シリコン膜で構成されている。
【００２８】
図５は、第１の実施形態に係る静電アクチュエータ１３０の作用を説明する図である。
【００２９】
たわみばね１０２と１０４の少なくともいずれかを接地すると、これらのたわみばねに接続されている櫛歯電極１０５ａ〜１０５ｃが同時に接地される。
【００３０】
この状態でたわみばね１０３に直流電源１２０を接続して接地電位と異なる電圧を印加すると、このたわみばねに接続されている櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂにも直流電源１２０の出力する電圧が印加される。この電圧を駆動電圧と呼ぶことにする。
【００３１】
このように電圧を印加することによって、互いに対向する位置に配置されている櫛歯電極１０５ａと１０６ａ１、櫛歯電極１０６ａ２と１０５ｂ１、櫛歯電極１０５ｂ２と１０６ｂ１、櫛歯電極１０６ｂ２と１０５ｃの間に電位差が生じ、これらの櫛歯部同士の重なり合う部分の面積が大きくなる方向、すなわち櫛歯部同士が引き合う方向に静電力が発生する。各々の櫛歯電極は静電力の作用点（＝櫛歯部の周囲）から離れた位置がたわみばねによって拘束されているため、図５のようにたわみばね１０２〜１０４が静電力によって曲げられ、これらのたわみばねの弾性反発力が静電力に釣り合う位置で静止する。
【００３２】
以上の動作は以下のように２つの部分に分けて考えると理解しやすい。図５において、たわみばね１０３とその表面に接続されている櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂに注目すると、これらの櫛歯電極は、図６に示すように、静電力１２１によって櫛歯電極１０５ｂに向かって引き寄せられ、たわみばね１０３のうち電極ポスト１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分が湾曲する。
【００３３】
一方、図５において、たわみばね１０２，１０４とその表面に接続されている櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂに注目すると、これらの櫛歯電極は、図７に示すように、静電力１２２によって櫛歯電極１０６ａに向かって引き寄せられ、たわみばね１０２，１０４のうち電極ポスト１０７ａ，１０７ｂに挟まれた部分が湾曲する。
【００３４】
図６と図７を重ね合わせたものが図５であり、静電力１２１，１２２によって、たわみばね１０２〜１０４のうち電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分が各々曲げられることによりアクチュエータ全体が湾曲して、アクチュエータの先端に固定された櫛歯電極１０５ｃとそれに接続された駆動対象１０９が固定基板１０１の主面に対して垂直な方向に変位する。
【００３５】
たわみばね１０２〜１０４の電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分のばね定数は、同じたわみばね内においてはほぼ同一の値であり、異なるたわみばね間においては、たわみばね１０３の電極ポスト１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分のばね定数が、たわみばね１０２の電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに挟まれた部分のばね定数とたわみばね１０４の電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに挟まれた部分のばね定数とを合成した値とほぼ同じ値になるように、更にはたわみばね１０２と１０４のばね定数が等しい様に設計することが望ましい。この場合、全てのたわみばねの電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分がほぼ同一な形状に湾曲する。
【００３６】
櫛歯電極間に発生する静電力の大きさは駆動電圧とともに増大するので、駆動対象１０９の変位量は、直流電源１２０の出力電圧を変えることにより制御できる。
【００３７】
この実施の形態においては、櫛歯電極から構成されるアクチュエータを複数個連結することにより格段に大きい変位量が得られるという従来例の効果に加え、可動するばね部分が単一種類の材料、例えば単結晶シリコンだけで構成されるため、温度が変動する環境下で使用する場合においても、安定した駆動特性を得ることができる。
【００３８】
この実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な変形が可能である。
【００３９】
まず、静電アクチュエータ１３０が２つの単位駆動素子１１１ａ，１１１ｂによって構成される例を示したが、３個以上の複数の単位駆動素子によって構成されてもよい。
【００４０】
また、単位駆動素子（例えば１１１ａ）が２つの基本駆動素子（例えば１１１ａ１，１１１ａ２）によって構成される例を示したが、単位駆動素子は１つの基本駆動素子によって構成されてもよい。つまり、静電アクチュエータ１３０は、複数の基本駆動素子を直列に結合して構成されてもよい。
【００４１】
また、静電アクチュエータ１３０の端に位置する櫛歯電極（図１では１０５ａ，１０５ｃ）のどちらか一方または両方を省略してもよい。ここで櫛歯電極１０５ｃを省略する場合、駆動対象１０９は櫛歯電極１０６ｂに接続される。
【００４２】
また、静電アクチュエータ１３０が３本のたわみばねを含む例を示したが、たわみばね１０２と１０４のいずれかと、そのたわみばねに接続される電極ポストを省略してもよい。また静電アクチュエータ１３０が４本以上のたわみばねを含んでもよい。例えば５本のたわみばねを含む場合は、櫛歯電極１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃが各々３個の電極ポストを介して３本のたわみばねに接続され、櫛歯電極１０８ａ、１０８ｂが各々２個の電極ポストを介して残り２本のたわみばねに接続されるように構成すればよい。
【００４３】
また、各々のたわみばねに対して電極ポストが等間隔に配置される例を示したが、部分的に間隔が異なってもよい。
【００４４】
また、たわみばね１０２〜１０４として、長方形の断面形状を有する直線状のばねを採用する例を示したが、たわみばねの形状はこれに限定されず、あらゆる形状のばねが使用可能である。例えば、たわみばねの断面形状に、正方形またはそれに近い形状や、他の多角形および円、楕円、および多角形と曲面を組み合わせた形状を採用してもよい。また、たわみばね１０２〜１０４として、図８のような屈曲形状のばね１５０を使用してもよい。
【００４５】
また、図９に示すように、複数本のたわみばねが１個の電極ポストを保持してもよい。この図においては、２本のたわみばね１０２ａ，１０２ｂが１個の電極ポスト１０７ｂや１０７ｃを保持しているが、３本以上のたわみばねが１個の電極ポストを保持するようにしてもよい。
【００４６】
また、駆動電圧が印加されていない状態において、対向する櫛歯電極の一方の櫛歯部の先端が他方の櫛歯部の隙間に入り込むように配置される例を示したが、図１０に示すように、互いに近い位置に離して配置してもよい。この場合においても駆動電圧が増大すると、一方の櫛歯部の先端が他方の櫛歯部の隙間に入り込むように動作する。
【００４７】
また、各構成要素を単結晶シリコンで構成する例を示したが、金属や導電性樹脂等、他の導電材料で構成してもよい。
【００４８】
また、たわみばね１０２〜１０４と固定基板１０１の接触する部分に形成される絶縁膜を二酸化シリコン膜で構成する例を示したが、窒化シリコン膜や絶縁性樹脂材料等、他の絶縁材料を使用してもよい。
【００４９】
また、駆動の際に、たわみばね１０２または１０４を接地する例を示したが、たわみばね１０３を接地してたわみばね１０２と１０４の少なくともいずれかに駆動電圧を印加しても良い。
【００５０】
また、静電アクチュエータ１３０を直流電源１２０によって駆動する例を示したが、用途によっては交流電源を使用してもよい。
【００５１】
また、たわみばね１０３とたわみばね１０２または１０４の間の静電容量値は静電アクチュエータ１３０の変位量を反映するが、この値が所望の値に近づくように駆動電圧の値を制御してもよい。具体的には、たわみばね１０３とたわみばね１０２または１０４の間に容量検出装置１６０を接続しておき、容量検出装置１６０から出力される容量値と所望の変位量に相当する容量値の差が０に近づくように駆動電圧を制御すればよい。この制御方法を採用することにより、静電アクチュエータ１３０の変位量をより高い精度で制御することが可能となる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
図１１は、第２の実施の形態に係る偏向ミラー素子２３０を示す斜視図である。図１１に示すように、偏向ミラー素子２３０は、反射面２１０を備えたミラープレート２０２と、ミラープレート２０２の両側に接続された第３の弾性体としての屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂと、屈曲ばね２０３ａに接続された第１の主軸アクチュエータ２０４と、屈曲ばね２０３ｂに接続された第２の主軸アクチュエータ２０５と、第１の主軸アクチュエータ２０４を支持する支柱２０６と、第２の主軸アクチュエータ２０５を支持する支柱２０７と、支柱２０６，２０７が固定された支持基板２０１と、支持基板２０１上に設けられた第１の平板電極２０８と第２の平板電極２０９から構成されている。
【００５３】
第１および第２の主軸アクチュエータ２０４，２０５は、第１実施の形態で説明した直列櫛歯型アクチュエータで構成され、この図ではそれぞれ３個の単位駆動素子２１８ａ〜２１８ｃおよび２１９ａ〜２１９ｃで構成されている。これらの単位駆動素子の構成は第１の実施の形態に詳述したとおりである。従って、主軸アクチュエータ２０４，２０５の構成要素であるたわみばねとそれらの表面に接続される櫛歯電極の関係は第１の実施の形態と同一であり、隣接した位置に配置された櫛歯電極は互いに異なるたわみばねに接続されている。
【００５４】
第１の主軸アクチュエータ２０４には配線２２５が接続され、第２の主軸アクチュエータ２０５には配線２１７，２２０が接続されている。
【００５５】
ミラープレート２０２の両端には屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂの一端が接続され、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂの他端には単位駆動素子２１８ｃ，２１９ｃがそれぞれ接続されている。また単位駆動素子２１８ａ，２１９ａの一端は、それぞれ、支柱２０６，２０７によって支持基板２０１から離れた位置に支持されている。これによりミラープレート２０２が支持基板２０１から離れた位置に配置される。
【００５６】
支持基板２０１の表面には、第１および第２の平板電極２０８，２０９がミラープレート２０２に対して対向する位置に形成されている。第１および第２の平板電極２０８，２０９はさらに、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ直線を含み支持基板２０１の主面に垂直な平面に対して互いに対称な位置に各々配置されている。これらの平板電極同士や各々の平板電極と支持基板２０１の間は互いに絶縁され、図示されていないが支持基板２０１の表面には第１および第２の平板電極２０８，２０９を駆動回路や電源に接続するための配線が形成される。
【００５７】
さらにミラープレート２０２には、平板電極２０８とは逆側の表面に反射面２１０が形成されている。
【００５８】
偏向ミラー素子２３０は、配線２２０を除く全ての構成要素の形状、寸法、および配置がミラープレート２０２に対して対称である。
【００５９】
図１２は、図１１中のＡと記された部分の拡大図であり、屈曲ばね２０３ｂの周囲の配置が詳細に示されている。ミラープレート２０２は、図１２に示すように、屈曲ばね２０３ｂによって、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する櫛歯電極のうちミラープレート２０２に最も近い位置にある櫛歯電極２１２ｇに接続されている。また図１３は、図１２の細部を確認できるよう、図１２から一部の構成要素を除去した図である。図１３に示すように、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する３本のたわみばね２１４〜２１６のうちたわみばね２１４，２１６が櫛歯電極２１２ｇに接続されている。これらの互いに接続された構成要素同士は電気的にも接続されており、ミラープレート２０２は常にたわみばね２１４，２１６や櫛歯電極２１２ｇと同じ電位になる。
【００６０】
説明は省略するが、屈曲ばね２０３ａの周囲もこれと同様の構成である。
【００６１】
図１４は、図１１中のＢと記された部分の拡大図であり、単位駆動素子２１９ａの周囲の配置が詳細に示されている。図１４に示すように、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する櫛歯電極のうちミラープレート２０２から最も離れた位置にある櫛歯電極２１２ａは、支持部２１３ａ，２１３ｃに接続され固定されている。ここで図１５は、図１４の細部を確認できるよう、図１４から櫛歯電極２１２ａを除去した図である。同図に示すように、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する３本のたわみばね２１４〜２１６は、それぞれ、支持部２１３ａ〜２１３ｃに接続されている。さらに支持部２１３ｂ，２１３ｃには配線２１７，２２０がそれぞれ接続されている。配線２１７とたわみばね２１５は支持部２１３ｂによって電気的にも接続され、配線２２０とたわみばね２１６は支持部２１３ｃによって電気的にも接続されている。さらにたわみばね２１６は図１２中の櫛歯電極２１２ｇや屈曲ばね２０３ｂを介してミラープレート２０２に電気的に接続されている。このため、配線２１７とたわみばね２１５は常に同じ電位になり、また配線２２０とたわみばね２１６とミラープレート２０２も常に同じ電位になる。
【００６２】
さらに支持部２１３ａ〜２１３ｃは、支持基板２０１の表面に形成された支柱２０７の上面に固定されている。
【００６３】
説明は省略するが、単位駆動素子２１８ａの周囲も配線２２０に相当する構成要素が省かれていることを除き、これと同様の構成である。図１１において単位駆動素子２１８ａの近くに配置されている配線２２５が図１４中の配線２１７に相当する。また図１１の支柱２０６が図１４中の支柱２０７に相当する。
【００６４】
ミラープレート２０２、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂ、第１および第２の主軸アクチュエータ２０４、２０５、配線２１７，２２０，２２５、支柱２０６，２０７は、単結晶シリコンから構成され、支持基板２０１はガラスから構成され、反射面２１０は金やアルミ等の反射率の高い材料の薄膜から構成され、平板電極２０８，２０９は金やシリコン薄膜等の導電性材料から構成される。
【００６５】
次に、第２の実施の形態に係る偏向ミラー素子の作用について説明する。
【００６６】
まず、図１４および図１５に示される配線２２０を接地する。この配線２２０はたわみばね２１６によって第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する櫛歯電極の一部に電気的に接続され、さらにこれらの櫛歯電極の一つである櫛歯電極２１２ｇは、屈曲ばね２０３ｂによってミラープレート２０２に電気的に接続され、さらにミラープレート２０２は屈曲ばね２０３ａによって第１の主軸アクチュエータ２０４にも電気的に接続されているので、配線２２０を接地することにより、ミラープレート２０２と第１および第２の主軸アクチュエータ２０４，２０５を構成する櫛歯電極の一部が同時に接地される。
【００６７】
この状態で、図１６に示すように配線２１７に直流電源２２１を接続して駆動電圧を印加すると、配線２１７に接続されたたわみばね２１５や、たわみばね２１５に接続された櫛歯電極に駆動電圧が印加され、第１の実施の形態と同様に、互いに対向する位置に配置された櫛歯電極間に静電力が発生することにより、主軸アクチュエータ２０５の可動端が支持基板２０１から離れる方向に変位する。主軸アクチュエータ２０５の可動端は、屈曲ばね２０３ｂによってミラープレート２０２の一端に接続されているため、この動作によりミラープレート２０２は、屈曲ばね２０３ａを通り支持基板２０１に平行かつ２つの屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ線に垂直な直線２２３を軸にして紙面の反時計方向（図中の矢印２２６の示す方向）に偏向する。
【００６８】
第１の主軸アクチュエータ２０５の変位量は、第１の実施の形態と同様に、電源２２１の出力電圧を変えることにより制御できるので、ミラープレート２０２の偏向角も電源２２１の出力電圧を変えることにより制御できる。
【００６９】
ミラープレート２０２を屈曲ばね２０３ｂを支点にして紙面の時計方向に偏向させたい場合は、配線２２０の接地を維持したまま主軸アクチュエータ２０５を非駆動状態にした上で、配線２２５に駆動電圧を印加して主軸アクチュエータ２０４を駆動すればよい。
【００７０】
さらに図１６の状態において、図１７に示すように、平板電極２０９を接地して、平板電極２０８に直流電源２２２を接続して駆動電圧を印加すると、既に接地されているミラープレート２０２と平板電極２０８の間に静電引力が発生することにより、ミラープレート２０２のうち平板電極２０８に近い部分が支持基板２０１に向かって引き寄せられ、ミラープレート２０２が２つの屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ直線２２４を軸にして紙面の反時計方向（図中の矢印２２７の示す方向）に偏向する。
【００７１】
ミラープレート２０２と平板電極２０８の間に発生する静電力の大きさは、電源２２２の出力電圧とともに増大するので、直線２２４に対する偏向角は直流電源２２２の出力電圧を変えることにより制御できる。
【００７２】
ミラープレート２０２を直線２２４に対して紙面の時計方向に偏向させたい場合は、平板電極２０８を接地して、平板電極２０９に駆動電圧を印加すればよい。
【００７３】
なお、図１７には示されていないが、実際は支持基板２０１の表面に配線が形成され、平板電極２０８，２０９はこれらの配線によって電源２２２等に接続されている。
【００７４】
以上の方法で直線２２３を軸にした動作と直線２２４を軸にした動作を同時に行うことにより、ミラープレート２０２を所望の方向に向けることが可能であり、ミラープレート２０２の表面に形成されている反射面２１０への入射光を所望の方向に向けて反射させることができる。
【００７５】
この実施の形態においては、特に直線２２３を軸にした偏向動作において格段に大きい偏向角が得られるとことに加え、可動する部分が単結晶シリコンだけで構成されるため、温度が変動する環境下で使用する場合においても安定した特性を得ることができる。また直線２２３を軸にした動作においてはミラープレートが常に支持基板から遠ざかる方向に変位するため、このような細長い形状のミラープレートにおいても支持基板２０１や平板電極２０８，２０９の存在がミラープレートの動作と干渉しない。
【００７６】
この実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００７７】
まず、ミラープレート２０２の形状として矩形の形状に加工されたものを採用した例を示したが、他の多角形や楕円形等、これと異なる形状のミラープレートを採用してもよい。またミラープレート２０２の一方の面に反射面２１０を形成する例を示したが、ミラープレート２０２の表裏両面に同一の反射面を形成してもよい。この場合、ミラープレート２０２と反射面２１０の界面に存在する残留応力の影響が表裏で相殺されることにより、ミラープレート２０２の反りが軽減される。
【００７８】
さらには、部材２０２はミラープレートに制限されるものではない。
【００７９】
また、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂの形状として図１２に示されるような単純な屈曲形状を採用した例を示したが、屈曲ばねの形状はこれに限定されず、他の形状の屈曲ばねを採用してもよいし、屈曲ばね以外のばねを採用してもよい。
【００８０】
また、用途によっては、第１の平板電極２０８と第２の平板電極２０９のうちどちらか一方あるいは両方を省略してもよい。
【００８１】
また、図１４と図１５に示したように、たわみばね２１４〜２１６や配線２１７，２２０を支柱２０７の上面に固定された支持部２１３ａ〜２１３ｃに接続する例を示したが、支持部を省略して支柱２０７にたわみばねや配線を直接接続してもよい。
【００８２】
また、第１および第２の平板電極として矩形形状の電極を採用する例を示したが、平板電極の形状はこれに限定されず、他の形状の電極を使用してもよい。
【００８３】
また、支柱が単結晶シリコンから構成され、支持基板がガラスから構成される例を示したが、支柱をガラスで構成してもよいし、支持基板を単結晶シリコンで構成してもよい。さらに、支持基板と支柱の一方または両方を金属や樹脂等で構成してもよい。ただし、支柱と支持基板の両方を導体で構成する場合、これらの支柱と支持基板の間に二酸化シリコン膜等の絶縁物を配置しなければならない。
【００８４】
また、反射面の材料として金やアルミ等を採用する例を示したが、反射率の高い材料であれば誘電体多層膜等、他の材料を使用してもよい。また、これらの反射面とミラープレートの界面にチタンやクロム等の密着性を向上させる材料を形成してもよい。
【００８５】
また、平板電極の材料として、金やシリコン薄膜等を採用する例を示したが、導体であればアルミニウムや銅等他の材料を使用してもよい。また、平板電極を構成するこれらの材料と支持基板の間に密着性の向上や材料の基板への拡散防止を目的としてチタンやクロム、チタンタングステン、窒化チタン等の材料を形成してもよい。
【００８６】
また、説明を簡略化するために配線２２０を除く全ての構成要素の形状、寸法、および配置がミラープレート２０２に対して対称な例を示したが、配線２２０以外の一部あるいは全ての構成要素の形状、寸法、および配置がミラープレート２０２に対して非対称であってもよい。
【００８７】
また、ミラープレートの両側に主軸アクチュエータを接続する例を示したが、用途によっては図１８に示すようにミラープレートの片側だけに主軸アクチュエータを接続してもよい。
【００８８】
また、図１９に示すように、複数個の偏向ミラー素子２３０を並べて配置してもよい。このような構成は光回線の切り替えに使用されるＷＳＳ（Wavelength Selective Switch）等で使用され、その場合、隣接するミラープレート同士をなるべく接近させた位置に配置することが必要になるが、この実施の形態に係る偏向ミラー素子２３０は屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ線に対して垂直な方向には構成要素が存在しないため、このような配置を容易に実現できる。
【００８９】
また第１および第２の主軸アクチュエータは第１の実施の形態とほぼ同一の構成であり、第１の実施の形態で説明した様々な変形例はこの実施の形態においても適用可能である。
【００９０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００９１】
１０１…固定基板、１０２，１０３，１０４…たわみばね、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｂ１，１０５ｂ２，１０５ｃ，１０６ａ，１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ，１０６ｂ１，１０６ｂ２…櫛歯電極、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂ…電極ポスト、１０９…駆動対象、１１１ａ，１１１ｂ…単位駆動素子、１１１ａ１，１１１ａ２，１１１ｂ１，１１１ｂ２…基本駆動素子、１１５…櫛歯支持部、１１６…櫛歯部、１２０…直流電源、１２１…静電力、１２２…静電力、１３０…静電アクチュエータ、１５０…ばね、１６０…容量検出装置、２０１…支持基板、２０２…ミラープレート、２０３ａ，２０３ｂ…屈曲ばね、２０４，２０５…主軸アクチュエータ、２０６，２０７…支柱、２０８，２０９…平板電極、２１０…反射面、２１２ａ，２１２ｇ…櫛歯電極、２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ…支持部、２１４，２１５，２１６…たわみばね、２１７，２２０，２２５…配線、２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ，２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃ…単位駆動素子、２２１，２２２…直流電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電アクチュエータは、静電力によって駆動されるアクチュエータであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の動力源として広く利用されている。特開２００２−２３６２６３は、その一つとして、変位量を格段に向上することが可能な静電アクチュエータを開示している。
【０００３】
この静電アクチュエータを図２０に示す。図２０に示すように、静電アクチュエータは、直列的に接続された複数個の単位駆動素子３１０から構成されている。単位駆動素子３１０については数種類が記載されている。図２１は、そのうちの一つの単位駆動素子の斜視図である。この単位駆動素子３１０は、図２１に示すように、第１の電極支持部３１２と、第２の電極支持部３１４と、第１の電極支持部３１２と第２の電極支持部３１４の間に介在するたわみばね３１６と、第１の電極支持部３１２に固定された接地電極３２２ａ，３２２ｂと、第２の電極支持部３１４に固定された駆動電極３２４ａ，３２４ｂから構成されている。たわみばね３１６の両端には第１の電極支持部３１２と第２の電極支持部３１４が接続されている。このように静電型櫛歯アクチュエータを直列に結合した素子を、ここでは直列櫛歯型アクチュエータと呼ぶ。
【０００４】
接地電極３２２ａ，３２２ｂと駆動電極３２４ａ，３２４ｂは、いずれも複数の歯を有する櫛歯電極である。接地電極３２２ａと駆動電極３２４ａは、一方の櫛歯が他方の櫛歯の間に入り込むように対向して配置されている。接地電極３２２ｂと駆動電極３２４ｂも同様である。接地電極３２２ａ，３２２ｂと駆動電極３２４ａ，３２４ｂは互いに電気的に絶縁されており、各々に異なる電圧を印加できる。
【０００５】
図２２は、図２１の単位駆動素子の破断斜視図である。第１の電極支持部３１２とたわみばね３１６と第２の電極支持部３１４にわたってそれらの内部に配線溝３１８が形成され、図示していないが、その内部には二酸化シリコン膜等の絶縁膜を挟んで複数の配線が形成されている。これらの配線は、接地電極３２２ａ，３２２ｂや駆動電極３２４ａ，３２４ｂに接続されている
図２３は、この静電アクチュエータの作用を説明する図である。例えば、接地電極３２２ａ，３２２ｂと駆動電極３２４ｂを接地した状態で、駆動電極３２４ａに接地電位と異なる電圧を印加すると、駆動電極３２４ａと接地電極３２２ａの間に静電引力が発生してこれらの電極が互いに引き合うことにより、たわみばね３１６が変形する。その結果、静電アクチュエータ全体が反り、右側の端が図のように紙面の上方に変位する。
【０００６】
図２３においては、説明の都合上、各々の電極に外部から直接電位を与えているように描かれているが、実際は図２２中の配線溝３１８の内部に形成される配線を通して電圧を印加する。
【０００７】
櫛歯電極を使用したアクチュエータは、単体でも他の方式に比較して格段に大きい駆動力が得られるため、大変位を必要とする用途に有望であるが、この従来例では、更に複数個のアクチュエータを連結することにより、変位量を複数倍に増大できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２３において、駆動電極３２４aと他の電極には互いに異なる電圧を印加する必要があるが、これらの電圧印加はたわみばね３１６を通しておこなわれるため、たわみばね３１６の内部には異なる電圧を供給するために少なくとも２本の配線や、これらの配線同士および配線とたわみばね３１６を互いに絶縁するための絶縁膜を形成する必要がある。従って、たわみばね３１６が複数の材料から構成されることになり、温度が変動する環境下で使用する場合、各々の材料の熱膨張係数の違いによって、たわみばね３１６が想定外に変形してしまい、その結果、アクチュエータの変位量が温度によって変動してしまうという事態が生じることがある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、変位量が温度変動に影響されない静電アクチュエータ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】
本発明による静電アクチュエータは、第１の櫛歯電極と、第２の櫛歯電極と、前記第１の櫛歯電極を保持している第１の電極ポストと、前記第２の櫛歯電極を保持している第２の電極ポストと、前記第１の電極ポストを保持している第１の弾性体と、前記第２の電極ポストを保持している第２の弾性体を備えている。前記第１および第２の櫛歯電極の各々は、１つの櫛歯支持部と、前記櫛歯支持部から延出している複数個の櫛歯部から構成されている。前記第１の櫛歯電極と前記第２の櫛歯電極は、それらの櫛歯部が互いに対向するように配置されている。前記第１の櫛歯電極は前記第１の電極ポストを介して前記第１の弾性体と電気的に接続され、前記第２の櫛歯電極は前記第２の電極ポストを介して前記第２の弾性体と電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変位量が温度変動に影響されない静電アクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る静電アクチュエータの斜視図である。
【図２】図１から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図３】図１から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図４】櫛歯電極の構成を示している。
【図５】図１に示された静電アクチュエータの作用を説明する図である。
【図６】図５から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図７】図５から一部の構成要素を除去して示した図である。
【図８】図１のたわみばねが屈曲形状のばねに置き換えた構成を示している。
【図９】図１のたわみばねが分割されたばねに置き換えた構成を示している。
【図１０】櫛歯電極の図１の配置に代えて適用可能な別の配置を示している。
【図１１】第２の実施の形態に係る偏向ミラー素子の斜視図である。
【図１２】図１１中のＡと記された部分の拡大図である。
【図１３】図１２から一部の構成要素を除去した示した図である。
【図１４】図１１中のＢと記された部分の拡大図である。
【図１５】図１４から一部の構成要素を除去した示した図である。
【図１６】図１１に示された偏向ミラー素子の作用を説明する図であり、ある直線を軸にしてミラープレートが偏向された様子を示している。
【図１７】図１１に示された偏向ミラー素子の作用を説明する図であり、ミラープレートが図１６に示された状態からさらに別の直線を軸にして偏向された様子を示している。
【図１８】ミラープレートの片側だけに主軸アクチュエータを設けた構成を示している。
【図１９】図１１に示された偏向ミラー素子を複数並べて配置した構成を示している。
【図２０】従来例に係る静電アクチュエータの斜視図である。
【図２１】図２０に示された静電アクチュエータ中の一つの単位駆動素子の斜視図である。
【図２２】図２１の単位駆動素子の部分破断斜視図である。
【図２３】図２０に示された静電アクチュエータの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る静電アクチュエータ１３０を示す斜視図である。図１に示すように、静電アクチュエータ１３０は、直列櫛歯型アクチュエータであり、直列に結合された２つの単位駆動素子１１１ａ，１１１ｂを備えている。単位駆動素子１１１ａ，１１１ｂは、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３を共通に含んでいる。たわみばね１０２，１０３，１０４はいずれもその一端が固定基板１０１に固定されている。
【００１６】
図２は、図１の細部を確認できるよう、図１からたわみばね１０３とそれに接続された構成要素を除去した図である。また図３は、図１の細部を確認できるよう、図１からたわみばね１０２，１０４とそれらに接続された構成要素を除去した図である。図２と図３を組み合わせて示したものが図１である。
【００１７】
図１〜図３に示すように、単位駆動素子１１１ａは、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ａと、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ａ，１０７ｂと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ａ、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３から構成されている。単位駆動素子１１１ｂは、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｂ，１０５ｃと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ｂと、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｂ，１０７ｃと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ｂから構成されている。
【００１８】
また、単位駆動素子１１１ａは、２つの基本駆動素子１１１ａ１，１１１ａ２から構成されている。基本駆動素子１１１ａ１は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ａと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ａ１と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ａと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ａから構成されている。基本駆動素子１１１ａ２は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｂ１と、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ａ２と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｂと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ａから構成されている。同様に、単位駆動素子１１１ｂは、２つの基本駆動素子１１１ｂ１，１１１ｂ２から構成されている。基本駆動素子１１１ｂ１は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｂ２と、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ｂ１と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｂと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ｂから構成されている。基本駆動素子１１１ｂ２は、第１の櫛歯電極としての櫛歯電極１０５ｃと、第２の櫛歯電極としての櫛歯電極１０６ｂ２と、第１の弾性体としてのたわみばね１０２，１０４と、第２の弾性体としてのたわみばね１０３と、第１の電極ポストとしての電極ポスト１０７ｃと、第２の電極ポストとしての電極ポスト１０８ｂから構成されている。
【００１９】
櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ１，１０５ｂ２，１０５ｃ，１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２の各々は、図４に示すように、櫛歯支持部１１５と、この櫛歯支持部１１５から延出している櫛歯部１１６から構成されている。２つの櫛歯電極１０５ｂ１，１０５ｂ２は、それらの櫛歯部が互いに反対方向に延出し、それらの櫛歯支持部が一体化され、櫛歯電極１０５ｂを構成している。同様に、２つの櫛歯電極１０６ａ１，１０６ａ２は、それらの櫛歯部が互いに反対方向に延出し、それらの櫛歯支持部が一体化され、櫛歯電極１０６ａを構成している。また、２つの櫛歯電極１０６ｂ１，１０６ｂ２は、それらの櫛歯部が互いに反対方向に延出し、それらの櫛歯支持部が一体化され、櫛歯電極１０６ｂを構成している。
【００２０】
たわみばね１０２，１０４は電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを保持しており、電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃはそれぞれ櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ保持している。ここで、櫛歯電極１０５ｂを保持している電極ポスト１０７ｂは、櫛歯電極１０５ｂ１を支持する部分と櫛歯電極１０５ｂ２を支持する部分が一体化されて構成されているといえる。たわみばね１０３は電極ポスト１０８ａ，１０８ｂを保持しており、電極ポスト１０８ａ，１０８ｂはそれぞれ櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂを保持している。ここで、櫛歯電極１０６ａを保持している電極ポスト１０８ａは、櫛歯電極１０６ａ１を支持する部分と櫛歯電極１０６ａ２を支持する部分が一体化されて構成されているといえる。また、櫛歯電極１０６ａを保持している電極ポスト１０８ｂは、櫛歯電極１０６ｂ１を支持する部分と櫛歯電極１０６ｂ２を支持する部分が一体化されて構成されているといえる。
【００２１】
たわみばね１０２〜１０４の一端は、図１の左方側に示すように、固定基板１０１の表面に固定されている。ここで図示していないが、固定基板１０１とたわみばね１０２〜１０４が接する面には介在する形で絶縁膜が形成されており、たわみばね１０２〜１０４と固定基板１０１は互いに電気的に絶縁されている。
【００２２】
櫛歯電極１０５ｃの櫛歯支持部には、駆動対象１０９が接続されている。駆動対象１０９は静電アクチュエータ１３０を使用して変位させる対象物であり、ミラープレートやマイクロステージ、遮光板等、静電アクチュエータの駆動力で変位可能なもの全てが該当する。
【００２３】
図２に示すように、櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、それぞれ、各々を構成する櫛歯支持部の一方の端付近が電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを介してたわみばね１０２に接続され、もう一方の端付近が電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを介してたわみばね１０４の表面に接続されている。
【００２４】
図３に示すように、櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂを構成する櫛歯支持部の中央付近が、電極ポスト１０８ａ，１０８ｂを介してたわみばね１０３の表面に接続されている。
【００２５】
図１において、櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ、１０６ａ，１０６ｂの各々は、隣接した位置に配置された櫛歯電極とは異なるたわみばねに接続されている。また各々の櫛歯電極とたわみばねの間は電気的にも接続されており、たわみばねと、それに固定された櫛歯電極は常に同じ電位になる。
【００２６】
櫛歯電極１０５ａと１０６ａ１、櫛歯電極１０６ａ２と１０５ｂ１、櫛歯電極１０５ｂ２と１０６ｂ１、櫛歯電極１０６ｂ２と１０５ｃは、それぞれ、各々を構成する櫛歯部同士が互いに対向しており、さらに一方の櫛歯部の先端が他方の櫛歯部の隙間に入り込むように配置されている。
【００２７】
たわみばね１０２〜１０４、櫛歯電極１０５ａ〜１０５ｃ、１０６ａ，１０６ｂ、電極ポスト１０７ａ〜１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂ、固定基板１０１は、好適には単結晶シリコンから構成され、固定基板１０１とたわみばね１０２〜１０４が接する面に形成されている絶縁膜（図示せず）は二酸化シリコン膜で構成されている。
【００２８】
図５は、第１の実施形態に係る静電アクチュエータ１３０の作用を説明する図である。
【００２９】
たわみばね１０２と１０４の少なくともいずれかを接地すると、これらのたわみばねに接続されている櫛歯電極１０５ａ〜１０５ｃが同時に接地される。
【００３０】
この状態でたわみばね１０３に直流電源１２０を接続して接地電位と異なる電圧を印加すると、このたわみばねに接続されている櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂにも直流電源１２０の出力する電圧が印加される。この電圧を駆動電圧と呼ぶことにする。
【００３１】
このように電圧を印加することによって、互いに対向する位置に配置されている櫛歯電極１０５ａと１０６ａ１、櫛歯電極１０６ａ２と１０５ｂ１、櫛歯電極１０５ｂ２と１０６ｂ１、櫛歯電極１０６ｂ２と１０５ｃの間に電位差が生じ、これらの櫛歯部同士の重なり合う部分の面積が大きくなる方向、すなわち櫛歯部同士が引き合う方向に静電力が発生する。各々の櫛歯電極は静電力の作用点（＝櫛歯部の周囲）から離れた位置がたわみばねによって拘束されているため、図５のようにたわみばね１０２〜１０４が静電力によって曲げられ、これらのたわみばねの弾性反発力が静電力に釣り合う位置で静止する。
【００３２】
以上の動作は以下のように２つの部分に分けて考えると理解しやすい。図５において、たわみばね１０３とその表面に接続されている櫛歯電極１０６ａ，１０６ｂに注目すると、これらの櫛歯電極は、図６に示すように、静電力１２１によって櫛歯電極１０５ｂに向かって引き寄せられ、たわみばね１０３のうち電極ポスト１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分が湾曲する。
【００３３】
一方、図５において、たわみばね１０２，１０４とその表面に接続されている櫛歯電極１０５ａ，１０５ｂに注目すると、これらの櫛歯電極は、図７に示すように、静電力１２２によって櫛歯電極１０６ａに向かって引き寄せられ、たわみばね１０２，１０４のうち電極ポスト１０７ａ，１０７ｂに挟まれた部分が湾曲する。
【００３４】
図６と図７を重ね合わせたものが図５であり、静電力１２１，１２２によって、たわみばね１０２〜１０４のうち電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分が各々曲げられることによりアクチュエータ全体が湾曲して、アクチュエータの先端に固定された櫛歯電極１０５ｃとそれに接続された駆動対象１０９が固定基板１０１の主面に対して垂直な方向に変位する。
【００３５】
たわみばね１０２〜１０４の電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分のばね定数は、同じたわみばね内においてはほぼ同一の値であり、異なるたわみばね間においては、たわみばね１０３の電極ポスト１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分のばね定数が、たわみばね１０２の電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに挟まれた部分のばね定数とたわみばね１０４の電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに挟まれた部分のばね定数とを合成した値とほぼ同じ値になるように、更にはたわみばね１０２と１０４のばね定数が等しい様に設計することが望ましい。この場合、全てのたわみばねの電極ポスト１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂに挟まれた部分がほぼ同一な形状に湾曲する。
【００３６】
櫛歯電極間に発生する静電力の大きさは駆動電圧とともに増大するので、駆動対象１０９の変位量は、直流電源１２０の出力電圧を変えることにより制御できる。
【００３７】
この実施の形態においては、櫛歯電極から構成されるアクチュエータを複数個連結することにより格段に大きい変位量が得られるという従来例の効果に加え、可動するばね部分が単一種類の材料、例えば単結晶シリコンだけで構成されるため、温度が変動する環境下で使用する場合においても、安定した駆動特性を得ることができる。
【００３８】
この実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な変形が可能である。
【００３９】
まず、静電アクチュエータ１３０が２つの単位駆動素子１１１ａ，１１１ｂによって構成される例を示したが、３個以上の複数の単位駆動素子によって構成されてもよい。
【００４０】
また、単位駆動素子（例えば１１１ａ）が２つの基本駆動素子（例えば１１１ａ１，１１１ａ２）によって構成される例を示したが、単位駆動素子は１つの基本駆動素子によって構成されてもよい。つまり、静電アクチュエータ１３０は、複数の基本駆動素子を直列に結合して構成されてもよい。
【００４１】
また、静電アクチュエータ１３０の端に位置する櫛歯電極（図１では１０５ａ，１０５ｃ）のどちらか一方または両方を省略してもよい。ここで櫛歯電極１０５ｃを省略する場合、駆動対象１０９は櫛歯電極１０６ｂに接続される。
【００４２】
また、静電アクチュエータ１３０が３本のたわみばねを含む例を示したが、たわみばね１０２と１０４のいずれかと、そのたわみばねに接続される電極ポストを省略してもよい。また静電アクチュエータ１３０が４本以上のたわみばねを含んでもよい。例えば５本のたわみばねを含む場合は、櫛歯電極１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃが各々３個の電極ポストを介して３本のたわみばねに接続され、櫛歯電極１０８ａ、１０８ｂが各々２個の電極ポストを介して残り２本のたわみばねに接続されるように構成すればよい。
【００４３】
また、各々のたわみばねに対して電極ポストが等間隔に配置される例を示したが、部分的に間隔が異なってもよい。
【００４４】
また、たわみばね１０２〜１０４として、長方形の断面形状を有する直線状のばねを採用する例を示したが、たわみばねの形状はこれに限定されず、あらゆる形状のばねが使用可能である。例えば、たわみばねの断面形状に、正方形またはそれに近い形状や、他の多角形および円、楕円、および多角形と曲面を組み合わせた形状を採用してもよい。また、たわみばね１０２〜１０４として、図８のような屈曲形状のばね１５０を使用してもよい。
【００４５】
また、図９に示すように、複数本のたわみばねが１個の電極ポストを保持してもよい。この図においては、２本のたわみばね１０２ａ，１０２ｂが１個の電極ポスト１０７ｂや１０７ｃを保持しているが、３本以上のたわみばねが１個の電極ポストを保持するようにしてもよい。
【００４６】
また、駆動電圧が印加されていない状態において、対向する櫛歯電極の一方の櫛歯部の先端が他方の櫛歯部の隙間に入り込むように配置される例を示したが、図１０に示すように、互いに近い位置に離して配置してもよい。この場合においても駆動電圧が増大すると、一方の櫛歯部の先端が他方の櫛歯部の隙間に入り込むように動作する。
【００４７】
また、各構成要素を単結晶シリコンで構成する例を示したが、金属や導電性樹脂等、他の導電材料で構成してもよい。
【００４８】
また、たわみばね１０２〜１０４と固定基板１０１の接触する部分に形成される絶縁膜を二酸化シリコン膜で構成する例を示したが、窒化シリコン膜や絶縁性樹脂材料等、他の絶縁材料を使用してもよい。
【００４９】
また、駆動の際に、たわみばね１０２または１０４を接地する例を示したが、たわみばね１０３を接地してたわみばね１０２と１０４の少なくともいずれかに駆動電圧を印加しても良い。
【００５０】
また、静電アクチュエータ１３０を直流電源１２０によって駆動する例を示したが、用途によっては交流電源を使用してもよい。
【００５１】
また、たわみばね１０３とたわみばね１０２または１０４の間の静電容量値は静電アクチュエータ１３０の変位量を反映するが、この値が所望の値に近づくように駆動電圧の値を制御してもよい。具体的には、たわみばね１０３とたわみばね１０２または１０４の間に容量検出装置１６０を接続しておき、容量検出装置１６０から出力される容量値と所望の変位量に相当する容量値の差が０に近づくように駆動電圧を制御すればよい。この制御方法を採用することにより、静電アクチュエータ１３０の変位量をより高い精度で制御することが可能となる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
図１１は、第２の実施の形態に係る偏向ミラー素子２３０を示す斜視図である。図１１に示すように、偏向ミラー素子２３０は、反射面２１０を備えたミラープレート２０２と、ミラープレート２０２の両側に接続された第３の弾性体としての屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂと、屈曲ばね２０３ａに接続された第１の主軸アクチュエータ２０４と、屈曲ばね２０３ｂに接続された第２の主軸アクチュエータ２０５と、第１の主軸アクチュエータ２０４を支持する支柱２０６と、第２の主軸アクチュエータ２０５を支持する支柱２０７と、支柱２０６，２０７が固定された支持基板２０１と、支持基板２０１上に設けられた第１の平板電極２０８と第２の平板電極２０９から構成されている。
【００５３】
第１および第２の主軸アクチュエータ２０４，２０５は、第１実施の形態で説明した直列櫛歯型アクチュエータで構成され、この図ではそれぞれ３個の単位駆動素子２１８ａ〜２１８ｃおよび２１９ａ〜２１９ｃで構成されている。これらの単位駆動素子の構成は第１の実施の形態に詳述したとおりである。従って、主軸アクチュエータ２０４，２０５の構成要素であるたわみばねとそれらの表面に接続される櫛歯電極の関係は第１の実施の形態と同一であり、隣接した位置に配置された櫛歯電極は互いに異なるたわみばねに接続されている。
【００５４】
第１の主軸アクチュエータ２０４には配線２２５が接続され、第２の主軸アクチュエータ２０５には配線２１７，２２０が接続されている。
【００５５】
ミラープレート２０２の両端には屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂの一端が接続され、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂの他端には単位駆動素子２１８ｃ，２１９ｃがそれぞれ接続されている。また単位駆動素子２１８ａ，２１９ａの一端は、それぞれ、支柱２０６，２０７によって支持基板２０１から離れた位置に支持されている。これによりミラープレート２０２が支持基板２０１から離れた位置に配置される。
【００５６】
支持基板２０１の表面には、第１および第２の平板電極２０８，２０９がミラープレート２０２に対して対向する位置に形成されている。第１および第２の平板電極２０８，２０９はさらに、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ直線を含み支持基板２０１の主面に垂直な平面に対して互いに対称な位置に各々配置されている。これらの平板電極同士や各々の平板電極と支持基板２０１の間は互いに絶縁され、図示されていないが支持基板２０１の表面には第１および第２の平板電極２０８，２０９を駆動回路や電源に接続するための配線が形成される。
【００５７】
さらにミラープレート２０２には、平板電極２０８とは逆側の表面に反射面２１０が形成されている。
【００５８】
偏向ミラー素子２３０は、配線２２０を除く全ての構成要素の形状、寸法、および配置がミラープレート２０２に対して対称である。
【００５９】
図１２は、図１１中のＡと記された部分の拡大図であり、屈曲ばね２０３ｂの周囲の配置が詳細に示されている。ミラープレート２０２は、図１２に示すように、屈曲ばね２０３ｂによって、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する櫛歯電極のうちミラープレート２０２に最も近い位置にある櫛歯電極２１２ｇに接続されている。また図１３は、図１２の細部を確認できるよう、図１２から一部の構成要素を除去した図である。図１３に示すように、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する３本のたわみばね２１４〜２１６のうちたわみばね２１４，２１６が櫛歯電極２１２ｇに接続されている。これらの互いに接続された構成要素同士は電気的にも接続されており、ミラープレート２０２は常にたわみばね２１４，２１６や櫛歯電極２１２ｇと同じ電位になる。
【００６０】
説明は省略するが、屈曲ばね２０３ａの周囲もこれと同様の構成である。
【００６１】
図１４は、図１１中のＢと記された部分の拡大図であり、単位駆動素子２１９ａの周囲の配置が詳細に示されている。図１４に示すように、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する櫛歯電極のうちミラープレート２０２から最も離れた位置にある櫛歯電極２１２ａは、支持部２１３ａ，２１３ｃに接続され固定されている。ここで図１５は、図１４の細部を確認できるよう、図１４から櫛歯電極２１２ａを除去した図である。同図に示すように、第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する３本のたわみばね２１４〜２１６は、それぞれ、支持部２１３ａ〜２１３ｃに接続されている。さらに支持部２１３ｂ，２１３ｃには配線２１７，２２０がそれぞれ接続されている。配線２１７とたわみばね２１５は支持部２１３ｂによって電気的にも接続され、配線２２０とたわみばね２１６は支持部２１３ｃによって電気的にも接続されている。さらにたわみばね２１６は図１２中の櫛歯電極２１２ｇや屈曲ばね２０３ｂを介してミラープレート２０２に電気的に接続されている。このため、配線２１７とたわみばね２１５は常に同じ電位になり、また配線２２０とたわみばね２１６とミラープレート２０２も常に同じ電位になる。
【００６２】
さらに支持部２１３ａ〜２１３ｃは、支持基板２０１の表面に形成された支柱２０７の上面に固定されている。
【００６３】
説明は省略するが、単位駆動素子２１８ａの周囲も配線２２０に相当する構成要素が省かれていることを除き、これと同様の構成である。図１１において単位駆動素子２１８ａの近くに配置されている配線２２５が図１４中の配線２１７に相当する。また図１１の支柱２０６が図１４中の支柱２０７に相当する。
【００６４】
ミラープレート２０２、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂ、第１および第２の主軸アクチュエータ２０４、２０５、配線２１７，２２０，２２５、支柱２０６，２０７は、単結晶シリコンから構成され、支持基板２０１はガラスから構成され、反射面２１０は金やアルミ等の反射率の高い材料の薄膜から構成され、平板電極２０８，２０９は金やシリコン薄膜等の導電性材料から構成される。
【００６５】
次に、第２の実施の形態に係る偏向ミラー素子の作用について説明する。
【００６６】
まず、図１４および図１５に示される配線２２０を接地する。この配線２２０はたわみばね２１６によって第２の主軸アクチュエータ２０５を構成する櫛歯電極の一部に電気的に接続され、さらにこれらの櫛歯電極の一つである櫛歯電極２１２ｇは、屈曲ばね２０３ｂによってミラープレート２０２に電気的に接続され、さらにミラープレート２０２は屈曲ばね２０３ａによって第１の主軸アクチュエータ２０４にも電気的に接続されているので、配線２２０を接地することにより、ミラープレート２０２と第１および第２の主軸アクチュエータ２０４，２０５を構成する櫛歯電極の一部が同時に接地される。
【００６７】
この状態で、図１６に示すように配線２１７に直流電源２２１を接続して駆動電圧を印加すると、配線２１７に接続されたたわみばね２１５や、たわみばね２１５に接続された櫛歯電極に駆動電圧が印加され、第１の実施の形態と同様に、互いに対向する位置に配置された櫛歯電極間に静電力が発生することにより、主軸アクチュエータ２０５の可動端が支持基板２０１から離れる方向に変位する。主軸アクチュエータ２０５の可動端は、屈曲ばね２０３ｂによってミラープレート２０２の一端に接続されているため、この動作によりミラープレート２０２は、屈曲ばね２０３ａを通り支持基板２０１に平行かつ２つの屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ線に垂直な直線２２３を軸にして紙面の反時計方向（図中の矢印２２６の示す方向）に偏向する。
【００６８】
第１の主軸アクチュエータ２０５の変位量は、第１の実施の形態と同様に、電源２２１の出力電圧を変えることにより制御できるので、ミラープレート２０２の偏向角も電源２２１の出力電圧を変えることにより制御できる。
【００６９】
ミラープレート２０２を屈曲ばね２０３ｂを支点にして紙面の時計方向に偏向させたい場合は、配線２２０の接地を維持したまま主軸アクチュエータ２０５を非駆動状態にした上で、配線２２５に駆動電圧を印加して主軸アクチュエータ２０４を駆動すればよい。
【００７０】
さらに図１６の状態において、図１７に示すように、平板電極２０９を接地して、平板電極２０８に直流電源２２２を接続して駆動電圧を印加すると、既に接地されているミラープレート２０２と平板電極２０８の間に静電引力が発生することにより、ミラープレート２０２のうち平板電極２０８に近い部分が支持基板２０１に向かって引き寄せられ、ミラープレート２０２が２つの屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ直線２２４を軸にして紙面の反時計方向（図中の矢印２２７の示す方向）に偏向する。
【００７１】
ミラープレート２０２と平板電極２０８の間に発生する静電力の大きさは、電源２２２の出力電圧とともに増大するので、直線２２４に対する偏向角は直流電源２２２の出力電圧を変えることにより制御できる。
【００７２】
ミラープレート２０２を直線２２４に対して紙面の時計方向に偏向させたい場合は、平板電極２０８を接地して、平板電極２０９に駆動電圧を印加すればよい。
【００７３】
なお、図１７には示されていないが、実際は支持基板２０１の表面に配線が形成され、平板電極２０８，２０９はこれらの配線によって電源２２２等に接続されている。
【００７４】
以上の方法で直線２２３を軸にした動作と直線２２４を軸にした動作を同時に行うことにより、ミラープレート２０２を所望の方向に向けることが可能であり、ミラープレート２０２の表面に形成されている反射面２１０への入射光を所望の方向に向けて反射させることができる。
【００７５】
この実施の形態においては、特に直線２２３を軸にした偏向動作において格段に大きい偏向角が得られるとことに加え、可動する部分が単結晶シリコンだけで構成されるため、温度が変動する環境下で使用する場合においても安定した特性を得ることができる。また直線２２３を軸にした動作においてはミラープレートが常に支持基板から遠ざかる方向に変位するため、このような細長い形状のミラープレートにおいても支持基板２０１や平板電極２０８，２０９の存在がミラープレートの動作と干渉しない。
【００７６】
この実施の形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００７７】
まず、ミラープレート２０２の形状として矩形の形状に加工されたものを採用した例を示したが、他の多角形や楕円形等、これと異なる形状のミラープレートを採用してもよい。またミラープレート２０２の一方の面に反射面２１０を形成する例を示したが、ミラープレート２０２の表裏両面に同一の反射面を形成してもよい。この場合、ミラープレート２０２と反射面２１０の界面に存在する残留応力の影響が表裏で相殺されることにより、ミラープレート２０２の反りが軽減される。
【００７８】
さらには、部材２０２はミラープレートに制限されるものではない。
【００７９】
また、屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂの形状として図１２に示されるような単純な屈曲形状を採用した例を示したが、屈曲ばねの形状はこれに限定されず、他の形状の屈曲ばねを採用してもよいし、屈曲ばね以外のばねを採用してもよい。
【００８０】
また、用途によっては、第１の平板電極２０８と第２の平板電極２０９のうちどちらか一方あるいは両方を省略してもよい。
【００８１】
また、図１４と図１５に示したように、たわみばね２１４〜２１６や配線２１７，２２０を支柱２０７の上面に固定された支持部２１３ａ〜２１３ｃに接続する例を示したが、支持部を省略して支柱２０７にたわみばねや配線を直接接続してもよい。
【００８２】
また、第１および第２の平板電極として矩形形状の電極を採用する例を示したが、平板電極の形状はこれに限定されず、他の形状の電極を使用してもよい。
【００８３】
また、支柱が単結晶シリコンから構成され、支持基板がガラスから構成される例を示したが、支柱をガラスで構成してもよいし、支持基板を単結晶シリコンで構成してもよい。さらに、支持基板と支柱の一方または両方を金属や樹脂等で構成してもよい。ただし、支柱と支持基板の両方を導体で構成する場合、これらの支柱と支持基板の間に二酸化シリコン膜等の絶縁物を配置しなければならない。
【００８４】
また、反射面の材料として金やアルミ等を採用する例を示したが、反射率の高い材料であれば誘電体多層膜等、他の材料を使用してもよい。また、これらの反射面とミラープレートの界面にチタンやクロム等の密着性を向上させる材料を形成してもよい。
【００８５】
また、平板電極の材料として、金やシリコン薄膜等を採用する例を示したが、導体であればアルミニウムや銅等他の材料を使用してもよい。また、平板電極を構成するこれらの材料と支持基板の間に密着性の向上や材料の基板への拡散防止を目的としてチタンやクロム、チタンタングステン、窒化チタン等の材料を形成してもよい。
【００８６】
また、説明を簡略化するために配線２２０を除く全ての構成要素の形状、寸法、および配置がミラープレート２０２に対して対称な例を示したが、配線２２０以外の一部あるいは全ての構成要素の形状、寸法、および配置がミラープレート２０２に対して非対称であってもよい。
【００８７】
また、ミラープレートの両側に主軸アクチュエータを接続する例を示したが、用途によっては図１８に示すようにミラープレートの片側だけに主軸アクチュエータを接続してもよい。
【００８８】
また、図１９に示すように、複数個の偏向ミラー素子２３０を並べて配置してもよい。このような構成は光回線の切り替えに使用されるＷＳＳ（Wavelength Selective Switch）等で使用され、その場合、隣接するミラープレート同士をなるべく接近させた位置に配置することが必要になるが、この実施の形態に係る偏向ミラー素子２３０は屈曲ばね２０３ａ，２０３ｂを結ぶ線に対して垂直な方向には構成要素が存在しないため、このような配置を容易に実現できる。
【００８９】
また第１および第２の主軸アクチュエータは第１の実施の形態とほぼ同一の構成であり、第１の実施の形態で説明した様々な変形例はこの実施の形態においても適用可能である。
【００９０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００９１】
１０１…固定基板、１０２，１０３，１０４…たわみばね、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｂ１，１０５ｂ２，１０５ｃ，１０６ａ，１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ，１０６ｂ１，１０６ｂ２…櫛歯電極、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０８ａ，１０８ｂ…電極ポスト、１０９…駆動対象、１１１ａ，１１１ｂ…単位駆動素子、１１１ａ１，１１１ａ２，１１１ｂ１，１１１ｂ２…基本駆動素子、１１５…櫛歯支持部、１１６…櫛歯部、１２０…直流電源、１２１…静電力、１２２…静電力、１３０…静電アクチュエータ、１５０…ばね、１６０…容量検出装置、２０１…支持基板、２０２…ミラープレート、２０３ａ，２０３ｂ…屈曲ばね、２０４，２０５…主軸アクチュエータ、２０６，２０７…支柱、２０８，２０９…平板電極、２１０…反射面、２１２ａ，２１２ｇ…櫛歯電極、２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ…支持部、２１４，２１５，２１６…たわみばね、２１７，２２０，２２５…配線、２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ，２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃ…単位駆動素子、２２１，２２２…直流電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の櫛歯電極と、
第２の櫛歯電極と、
前記第１の櫛歯電極を保持している第１の電極ポストと、
前記第２の櫛歯電極を保持している第２の電極ポストと、
前記第１の電極ポストを保持している第１の弾性体と、
前記第２の電極ポストを保持している第２の弾性体を備え、
前記第１および第２の櫛歯電極の各々は、１つの櫛歯支持部と、前記櫛歯支持部から延出している複数の櫛歯部から構成され、
前記第１の櫛歯電極と前記第２の櫛歯電極は、それらの櫛歯部が互いに対向するように配置され、
前記第１の櫛歯電極は前記第１の電極ポストを介して前記第１の弾性体と電気的に接続され、
前記第２の櫛歯電極は前記第２の電極ポストを介して前記第２の弾性体と電気的に接続されている、静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体と前記第１の電極ポストと前記第２の電極ポストと前記第１の櫛歯電極と前記第２の櫛歯電極から構成された基本駆動素子を２つ備え、前記第１および第２の弾性体の各々は前記櫛歯部の延出方向に沿って延在し、２つの前記第２の櫛歯支持部は一体化され、２つの前記第２の櫛歯電極の櫛歯部は互いに反対方向に延出しており、２つの前記第２の電極ポストは一体化され、２つの前記第１の弾性体は一体化され、２つの前記第２の弾性体は一体化されている、請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
２つの前記基本駆動素子から構成された単位駆動素子を複数備え、複数の前記単位駆動素子は直列に結合され、隣接する２つの前記第１の櫛歯支持部は一体化され、隣接する２つの前記第１の電極ポストは一体化され、隣接する２つの前記第１の弾性体は一体化され、隣接する２つの前記第２の弾性体は一体化されている、請求項２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１および第２の弾性体の一端が固定された固定基板をさらに備えている、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１の弾性体のうち前記第１の電極ポストに挟まれた部分のばね定数と、前記第２の弾性体のうち前記第２の電極ポストに挟まれた部分のばね定数が全て同じ値である、請求項３または４に記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１および第２の弾性体が板状または屈曲形状を有している、請求項１〜５のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１および第２の櫛歯電極と前記第１および第２の弾性体と前記電極ポストが単結晶シリコンで構成されている、請求項１〜６のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の間の静電容量を検出するための容量検出装置をさらに備えている、請求項１〜７のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項９】
前記容量検出装置から出力される静電容量値があらかじめ設定された値に近づくように駆動電圧を変化させる、請求項８に記載の静電アクチュエータの制御方法。
【請求項１０】
１つのミラープレートと、
前記ミラープレートの両側に接続された２つの第３の弾性体と、
前記２つの第３の弾性体に接続された２つの主軸アクチュエータと、
前記２つの主軸アクチュエータを支持する複数の支柱と、
前記複数の支柱が固定された支持基板と、
前記ミラープレートに対向して前記支持基板上に設けられた少なくとも１つの平板電極を備え、
各主軸アクチュエータは、請求項１〜７のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータで構成されている、光偏向素子。
【請求項１１】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の間の静電容量を検出するための容量検出装置をさらに備えている、請求項１０に記載の光偏向素子。
【請求項１２】
前記容量検出装置から出力される静電容量値があらかじめ設定された値に近づくように駆動電圧を変化させる、請求項１１に記載の光偏向素子の制御方法。
【請求項１】
第１の櫛歯電極と、
第２の櫛歯電極と、
前記第１の櫛歯電極を保持している第１の電極ポストと、
前記第２の櫛歯電極を保持している第２の電極ポストと、
前記第１の電極ポストを保持している第１の弾性体と、
前記第２の電極ポストを保持している第２の弾性体を備え、
前記第１および第２の櫛歯電極の各々は、１つの櫛歯支持部と、前記櫛歯支持部から延出している複数の櫛歯部から構成され、
前記第１の櫛歯電極と前記第２の櫛歯電極は、それらの櫛歯部が互いに対向するように配置され、
前記第１の櫛歯電極は前記第１の電極ポストを介して前記第１の弾性体と電気的に接続され、
前記第２の櫛歯電極は前記第２の電極ポストを介して前記第２の弾性体と電気的に接続されている、静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体と前記第１の電極ポストと前記第２の電極ポストと前記第１の櫛歯電極と前記第２の櫛歯電極から構成された基本駆動素子を２つ備え、前記第１および第２の弾性体の各々は前記櫛歯部の延出方向に沿って延在し、２つの前記第２の櫛歯支持部は一体化され、２つの前記第２の櫛歯電極の櫛歯部は互いに反対方向に延出しており、２つの前記第２の電極ポストは一体化され、２つの前記第１の弾性体は一体化され、２つの前記第２の弾性体は一体化されている、請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
２つの前記基本駆動素子から構成された単位駆動素子を複数備え、複数の前記単位駆動素子は直列に結合され、隣接する２つの前記第１の櫛歯支持部は一体化され、隣接する２つの前記第１の電極ポストは一体化され、隣接する２つの前記第１の弾性体は一体化され、隣接する２つの前記第２の弾性体は一体化されている、請求項２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１および第２の弾性体の一端が固定された固定基板をさらに備えている、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１の弾性体のうち前記第１の電極ポストに挟まれた部分のばね定数と、前記第２の弾性体のうち前記第２の電極ポストに挟まれた部分のばね定数が全て同じ値である、請求項３または４に記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１および第２の弾性体が板状または屈曲形状を有している、請求項１〜５のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１および第２の櫛歯電極と前記第１および第２の弾性体と前記電極ポストが単結晶シリコンで構成されている、請求項１〜６のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の間の静電容量を検出するための容量検出装置をさらに備えている、請求項１〜７のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータ。
【請求項９】
前記容量検出装置から出力される静電容量値があらかじめ設定された値に近づくように駆動電圧を変化させる、請求項８に記載の静電アクチュエータの制御方法。
【請求項１０】
１つのミラープレートと、
前記ミラープレートの両側に接続された２つの第３の弾性体と、
前記２つの第３の弾性体に接続された２つの主軸アクチュエータと、
前記２つの主軸アクチュエータを支持する複数の支柱と、
前記複数の支柱が固定された支持基板と、
前記ミラープレートに対向して前記支持基板上に設けられた少なくとも１つの平板電極を備え、
各主軸アクチュエータは、請求項１〜７のいずれかひとつに記載の静電アクチュエータで構成されている、光偏向素子。
【請求項１１】
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の間の静電容量を検出するための容量検出装置をさらに備えている、請求項１０に記載の光偏向素子。
【請求項１２】
前記容量検出装置から出力される静電容量値があらかじめ設定された値に近づくように駆動電圧を変化させる、請求項１１に記載の光偏向素子の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−９４４７（Ｐ２０１３−９４４７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８３４０（Ｐ２０１１−１３８３４０）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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