WO2005085125A1 - 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 - Google Patents

Abstract

　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。                                                                       

Description

明 細 書

マイクロアクチユエータ、およびマイクロアクチユエータを備えた装置 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ユエータ、およびそのマイクロ ァクチユ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 ァクチユエータが作製され、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ユ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ユエ一タの例は、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ユエータ 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 Micro mirrors Onto Microactuators Using Capillary Forces", IEEEJournal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 1, pp. 4-11 (January, 2002)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] しかしながら、上記のようなマイクロアクチユエータ 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 1 00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 1 00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、マイクロアクチユエータ 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ユエータ 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 ' Ζ 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 ァクチユ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、マイクロアクチユ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ユ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!、方が望ま 、。

[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 'Ζ δは 1Ζ3以下であることが望ましいが、従来のマイクロアクチユエータ 1 000の構成では、設計上の工夫をしても非対角性を 1Z3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ユエータ、およびそのマイクロアクチユエ 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ユエータは、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(NZm)、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パネ定数を kr (NmZrad)、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ユエータは、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パネ定数を kz (NZm)、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パネ 定数を krx (NmZrad)および kry (NmZrad)、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、刖記 kzと刖'記 krxと刖記 kryと刖記 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と力 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!、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 よりち長い。

[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'kzZkr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'kzZkryの関係を満たす。

[0025] 本発明の装置は、前記マイクロアクチユエータを複数個備え、前記複数のマイクロ ァクチユエータは、前記基台を互いに共有して 、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ユエータを複数個備え、前記複数のマイクロ ァクチユエータは、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ユエ ータのうちの互いに隣接するマイクロアクチユ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] ある実施形態にぉ 、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] ある実施形態にぉ 、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パネ定数 と、可動部の傾動角度に応じたパ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、マイクロアクチユ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、マイクロアクチユ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ぐ可動部 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ユエ一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ユ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ユエータの 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ユエータの 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ユエ一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ユエータの 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ユエータの 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ユエ一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ユエ一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ユエ一タの弹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ユエ一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ユエ一タの弹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ユエータを備えた装置を模式的に示 す図である。

圆 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。

圆 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。

圆 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ユエータアレイを模式的に示す平面 図である。

圆 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ユエ一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ユ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 マイクロアクチユエータ

31 光源

35 マイクロアクチユエータアレイ

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ユエータ、およびマイクロアクチ ユ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ユエ一タの第 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ユエータ 10を模式 的に示す分解斜視図である。

[0040] マイクロアクチユエータ 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。マイクロアクチユエータ 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 laが設け られており、駆動回路 la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 、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 (A1)合金、ポリシリコンゲルマニウム（Poly— SiGe) 等の 450°C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 laに接続されてい る。駆動回路 la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 lObit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 5 d— 5fに接続された側の端部を固定端 5h— ¾、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 オ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 、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、 マイクロアクチユエータ 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 1 a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。この駆動力によつ 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!ヽに直交する 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ユエータ 10を単位セルとし、複数の単位セルを配列し たマイクロアクチユエータアレイ 35を図 1Bに示す。図 1Bはマイクロアクチユエータァ 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ユエータ 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ユエータ 10は 1枚の基台 1を互 ヽに共有して!/、る。

[0047] 互いに隣接するマイクロアクチユエータ 10同士のピッチ Pは例えば 110 μ mである 。マイクロアクチユエータ 10の数は例えば 42 X 36個である。このような複数のマイク ロアクチユエータ 10を備えたマイクロアクチユエータアレイ 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。マイクロアクチユエ 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、マイクロアクチユエータ 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。

[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 δ o (m)に応じて弾性支 持部 5に生じる復元力のパネ定数を kz (NZm)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パネ定数を kr (NmZra d)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= ( 6 + δ ' ) /2 X kz (式 1)

[0052] また、モーメントのつりあ 、は（式 2)で表される。

L- (Fa-Fb) = ( 6 - 6 ' ) /2L X kr (式 2)

[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 Β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=(6 + δ ')/2Xkz (式 3)

L-Fa=(6-6 ')/2LXkr (式 4)

o

となり、（式 3)および (式 4)より、

δ =(l/kz + L²/kr)Fa (式 5)

δ ' = (l/kz-L²/kr) Fa (式 6)

II

となる。したがって、非対角性の \大きさ δ 'Ζ δは、（式 7)で与えられる。

[0054] [数 1] δ ' 1— (L² · k z/k r)

6 1 + (L² · k z/k r) (式 7、

[0055] (式 7)から、 L²'kzZkrの値を 1に近づけることで、非対角性の大きさ δ 'Ζ 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，Ζ δと、 L 2'kzZkr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] [表 1] 非対角性の大きさ 《5' 5 必要なし² - k z/k rの条件

0. 5 0. 33 ≤ L² · k z/k r ≤ 3

0. 5 ≤ L² · k z/k r ≤ 2

0. 25 0. 6 ≤ L² - k z/k r ≤ 1. 67

0. 2 0. 67 ≤ L² · k z/k r ≤ 1. 5

0. 1 0. 82 ≤ L²■ k z/k r ≤ 1. 2

[0057] 従来のマイクロアクチユエータ 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 'Ζ δを 1Ζ3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ユエータ 10は、弾性 支持部 5が可動部 7の概ね中央部 Οを支持する構成であり、さらに、パネ定数 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 ,Ζδを 1Z3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、マイクロアクチユエータ 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、マイクロアクチユエータを制御 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 ,Ζδは ΙΖΙΟ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 ,Ζδを ΐΖΐο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 δ a(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 b(m)とする。ここで、 Fb = 0のとき、 ( 式 1)および (式 2)より、

6a=(l/kz+L²/kr)Fa (式 8)

6b=(l/kz-L²/kr)Fa (式 9)

となり、 Fa = 0のとき、（式 1)および（式 2)より、

6a=(l/kz-L²/kr)Fb (式 10)

6b=(l/kz+L²/kr)Fb (式 11)

となる。（式 8)—（式 11)より、変位 δ aおよび δ bと駆動力 Faおよび Fbとの関係は（ 式 12)で与えられる。

[0061] [数 2] 1 - (L²-kz/kr)

1 + (L²-kz/kr) Fa

L²

+ ——

kz kr

1— ² ' kz/kr)

6 b Fb

1 + (L^z-kz/kr)

(式 1 2 )

[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、パネ定数 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 1Z3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 · kzZkr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が吸引力し力発生 しな 、構成にぉ 、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力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 4 b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、マイクロアクチユエータ 10の 2次元モデルでの動作説 明図である。

[0067] 図 3Aは、マイクロアクチユエータ 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 、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力 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はマイクロアクチユエータ 10の y軸に沿った断面の模式図、図 3Cはマイクロア クチユエータの 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、これによつて作用点 A、 Bおよびじに おいて可動電極 6が基台 1に垂直な方向にそれぞれ δ a、 δ bおよび δ cだけ変位す るちのとする。

[0070] 可動電極 6の基台 1に対する垂直変位 δ o (m)に応じて弾性支持部 5に生じる復元 力のパネ定数を kz (NZm)、可動電極 6の x軸周りの傾動における傾動角度 Θ x (ra d)に応じて弾性支持部 5に生じる復元トルクのパネ定数を krx (NmZrad)、可動電 極 6の y軸周りの傾動における傾動角度 0 y (md)に応じて弾性支持部 5に生じる復 元トルクのパネ定数を kry (NmZrad)とする。

[0071] 変位 S a、 S bおよび S cと駆動力 Fa、Fbおよび Fcとの関係は（式 13)で与えられる

[0072] [数 3] r ヽ

<5 b

(式 1 3 )

[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— こお 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] [表 2]

非対角性の大きさ R, kz、 k r X, k r yの条件例

0. 33 · · · (= 1/3) 1 ≤ R² · k z Xk r x ≤ 5

1 ≤ R² · k z/k r y ≤ 5

0. 6 7 ≤ k r x/k r y ≤ 1. 5

0. 2 5 1. 1 ≤ R² ■ k z/k r x ≤ 4

1. 1 ≤ R^z · k z /k r y ≤ 4

0. 7 1 ≤ k r x/k r y ≤ 1. 4

0. 2 1. 3 ≤ R² · k z/k r x ≤ 3. 3

1. 3 ≤ R² · k z/k r y ≤ 3. 3

0. 77 ≤ k r x/k r y ≤ 1. 3

0. 1 1. 6 ≤ R² · k z/k r x ≤ 2. 5

1. 6 ≤ R³ · k z/k r y ≤ 2. 5

0. 8 7 ≤ k r x/k r y ≤ 1, 1 5

[0076] 弾性支持部 5が可動電極 6の概ね中央部 Oを支持し、パネ定数 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 マイクロアクチユエータ 10において、非対角性の大きさを 1Z3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 1Z10以下であればより望ましい。（表 2)より、パネ定数 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 ,Ζδを ΐΖΐο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— F cとして吸引力し力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ユエータ 10の具体 的な寸法数値を説明する。図 4はマイクロアクチユエータ 10を模式的に示す平面図 である。

[0080] 中央部 0、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ユエータ 10における距離 Rは 37 μ m 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 Hは 5. 5 /ζ πι、中央部 Ο

1

力も弾性支持部 5の固定端 5hまでの距離 Ηは 45. 5 111、中央部 O力も弾性支持部

2

5の固定部 5dの中心までの距離 Hは 51 μ mである。支持部 5gの幅 Wは 11 μ m、

3 1

弾性梁 5aの幅 Wは 4 μ m、固定部 5dの幅 Wは 11 μ mである。弾性支持部 5の厚さ

2 3

は 0. l- ΐ μ mの範囲であることが好ましぐここでは 0. 5 μ m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 5 aの長さに等しぐ 40 μ mである。 krZkrx、 krZkry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 kzZkrx、 krZkry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=40 m、 R= 3 の場合、 HZR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= l. 16 (N/m) , krx= 7. 29 Χ 1Ο"¹⁰ ( Nm/rad) , kry= 7. 90 X 10— ¹⁰ (Nm/rad)の特性を示した。このとき、 R²'kz/kr x、R²'kzZkry、krxZkry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 ロアクチユ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 62 μ m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 ヽる。

[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に等しぐ作用点 Aおよび Bのそれぞ れと傾動軸 Uとの距離 Lは 3RZ2に等しい。このとき、 L²'kzZkrは 1. 58となり、

0. 5 ≤L²-kz/kr ≤ 2

の条件を満たすことがわ力る。

[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を弹 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パネ定数に特定 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ぐ駆動部は、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 一 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、パネ定数 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ユエータ 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ユ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ユエータ 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ユエ一タの第 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ユエータ 10aを模式 的に示す平面図である。

[0092] マイクロアクチユエータ 10aは、実施形態 1におけるマイクロアクチユエータ 10の弹 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 、 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 4 a— 4cに比べて面積が小さくなつており、その結果、作用点 A— Cは中央部 O力もより 離れて位置する（R= 39 m)。

[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 1 A)に固定する固定部 15d— 15fと、可動部 7 (図 1 A)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— 1 ¾、支持部 15gに接続された側の端部を可動端 15k— 15 m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 15 a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 15η および 15ο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、パネ定数 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力も可動端 15kまでの距離 Hは 5. 5 /ζ πι、中央部 Οから固定端 1

1

5hまでの距離 Ηは 51. 5 ;z m、中央部 Oから固定部 15dの中心までの距離 Hは 57

2 3 μ mである。また、支持部 15gの実効幅 Wは 13 μ m、弾性梁 15aの幅 Wは 3 μ m、

1 2 固定部 15dの幅 Wは 11 μ mである。弾性支持部 15の厚さは 0· 1-1 μ mの範囲が

3

好ましぐここでは 0. 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ぐ 46 μ mである。 Hおよび Rがこれらの値 (Η=46 μ

111、1^= 39 111)の場合、1171^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 120 μ m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ユ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 62 μ m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 X 10"¹⁰ (

Nm/rad) , kry= 2. 57 X 10— ¹⁰ (NmZrad)の特性を示した。このとき、 R²'kzZkr x、R²'kzZkry、krxZkry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、弾性梁のパネ定数を下げるために梁の長さを n倍に伸 ばすと、傾動角度に関するパネ定数 kr (または krx、 kry)はおよそ lZnとなり、垂直 変位に関するパネ定数 kzはおよそ 1/nとなる。 krと kzとの比の値である kz/krは およそ lZn²となる。すなわち、 nの増加につれて kzZkr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 、。

[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、傾動角度に関するパネ定数 kr (または、 krx、 kry)がおよそ lZnとなると共に、垂直変位に関するパネ定数 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パ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、垂直変位に関するパネ定数 kzが lZnでなぐ 1

Zn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 15ο周辺を拡大した図である。上側の図は折り返 し部 15οの平面図、下側の図は折り返し部 15οの側面図である。 [0106] 折り返し部 15oにおける弾性梁 15aの橈み角を φとすると、点 S力も Sに至る微小

1 2

変位 Δ χに対する垂直変位の変化量 Δ ε (S→S ;H¾ (i Δ χとなる。

1 2

[0107] 点 S力 Sに至る微小変位 (一 Δ X)に対する垂直変位の変化量 Δ ε (S→S )を考

3 4 3 4 えた場合は (—φ Δ χ)の項が存在する。このため、点 S力 Sに至る垂直変位を考え

1 4

た場合は φの項は相殺されてより高次の Δ φ Δ χ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、弾性梁の橈 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、パネ定数 kzの 特性を lZn³よりも lZn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 15η— 15sを備えているために、パネ定数 kzとパネ定数 krとの比の 値をほとんど変えることなぐ梁の低剛性ィ匕を実現することができる。これによつて、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ユエ一タの第 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ユエータ 10bを模式 的に示す平面図である。

[0112] マイクロアクチユエータ 10bは、実施形態 2におけるマイクロアクチユエータ 10aの弹 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 25η— 2

5ρよりも中央部 Οに近 、位置に配置されて 、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. 5 μ m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— 2¾、支持部 25gに接続された側の端部を可動端 25k— 25 m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 25 a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 25ηを有するミアンダ形状である。折り返し部 25ηと中央部 Οとの間の距離は、固定 部 25dと中央部 Οとの間の距離よりも長い。

[0116] ここで、中央部 O力も可動端 25kまでの距離 Hは 6 /z m、中央部 Oから固定端 25h

1

までの距離 Hは 17. 5 /ζ πι、中央部 Οから固定部 25dの中心までの距離 Ηは 10

2 3 mである。また、支持部 25gの実効幅 Wは 9 μ m、弾性梁 25aの幅 Wは 3 μ mである

1 2

。弾性支持部 25の厚さは 0. l- ΐ μ mの範囲が好ましぐここでは 0. 5 μ m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. であり、 本実施形態では可動端 25kと折り曲げ部 25ηとの距離がこれに相当する。 Ηおよび R力 Sこれらの値（H=41. 、： R= 38. 5 /z m)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. 5 μ m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 (NZm)、 krx= 3. 70 X 10"¹⁰ ( Nm/rad)、 kry=4. 08 X 10"¹⁰ (Nm/rad)の特性を示した。このとき、 R²'kzZkr x、R²'kzZkry、krxZkry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 25η— 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 Δ ζが生じる。この反りの曲率半径を ρとすると、 Δ ζは近似的に

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 Hを小さくするほど、高さ誤差

3

Δ ζ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— 2¾を折り返し部 25 n— 25pよりも中央部 Oに近い位置に配置することで距離 Hを小さくすることができる

3

[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— 2¾を 折り返し部 25η— 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 Δ ζ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 、。

[0125] (実施形態 4)

図 7—図 9Βを参照して、本発明のマイクロアクチユ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ユエータを備えた装置 3 0を模式的に示す図である。本発明のマイクロアクチユ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 る力 これらに限定されない。本発明のマイクロアクチユ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、 1Ζ4波長 板 34と、マイクロアクチユエータアレイ 35と、対物レンズ 36と、対物レンズァクチユエ 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、マイクロアクチユエータアレイ 35は複数のマイクロ ァクチユエータ 10を備える。なお、マイクロアクチユエータアレイ 35は、マイクロアクチ ユエータ 10の代わりにマイクロアクチユエータ 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ユエータ 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 1Z4波長板 34によって円偏光に変換される。

[0132] マイクロアクチユエータアレイ 35上には複数のマイクロアクチユエータ 10が 2次元ァ レイ状に配列されて 、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。マイクロアクチユエ一 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] マイクロアクチユエータアレイ 35によって波面が変化した光ビームは、対物レンズ 3 6によってディスク 37の記録層に集光される。対物レンズァクチユエータ 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ユエータ アレイ 35のミラー部 6bと 1Z4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、 シャツク =ハルトマン（Shack— Hartmann)型の波面センサであってもよ!/、し、ある!/ヽ 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 V、。モーダル型の波面センサは下記の文献に開示されて 、る。

[0135] M. A. A. Neil, M. J. Booth, and T. Wilson, "New modal wave— fr ont sensor: a theoretical analysis, " J. Opt. Soc. Am. A Z 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= l— 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、 一 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 SiZA iはノ ィァス係数 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 Sはディスク 37の基材厚変化に伴う球面収差

1

モードに関する出力信号である。差動出力信号 Sはディスク 37のラジアル方向の傾

2

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 Sはディスク 37のタンジュ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

3

モードに関する出力信号である。差動出力信号 Sは対物レンズ 36のデフォーカスに

4

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 Sはディスク 37のプリ

5

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、 マイクロアクチユエータアレイ 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 、 1Z4波長板 34、マイクロアクチユエータアレイ 35、対物レンズ 36、対物レンズァク チユエータ 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 4 2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 S— Sを用いて、ディスク 37の基材厚変化と傾き

1 3

に伴う波面収差を補正するための位相関数 φ (X, y)を算出する。ここで x、 yはマイク ロアクチユエータアレイ 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 X の値を受け取り、これに基づいて位相関 X— X , y)

0 数 φ (X, y)を φ (

0 に変換する。この φ (X— X , y)は、波面補正制御部 46がマイクロアクチユエータアレイ 35を制御する際

0

の目標波面となる。

[0144] 全体制御部 45は、差動出力信号 Sおよび Sに基づいてフォーカス制御信号 Foお

4 5

よびトラッキング制御信号 Trを生成し、対物レンズァクチユエータ 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 Xを算出する。

0

[0145] 波面補正制御部 46は、レンズシフト補正演算部 44から φ (χ-χ , y)を示す信号を

0

受け取り、マイクロアクチユエータアレイ 35の各可動部 7の変位を制御するための制 御信号 Dを φ (X— X , y)に応じて生成する。

0

[0146] マイクロアクチユエータアレイ 35は、例えば 42 X 36個のマイクロアクチユエータ 10 を備える。この場合、マイクロアクチユエータ 10のそれぞれが 3つの固定電極 4a— 4c を備えているので、マイクロアクチユエータアレイ 35は、 42 X 36 X 3個の固定電極を 備えている。制御信号 Dは、 42 X 36 X 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 lObit)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，Ζ δ力 lZn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ユエータ 10では非対角性の大きさ δ ' Ζ δが小さいので、固定電 極の数が大量 (例えば、 42 X 36 X 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ユエータ 1000 (図 10)のように非対角性の大きさ δ ' Ζ 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ユエ一タの駆 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ユエータの 駆動速度の高速ィ匕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ユエータ 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ユエータ 10の非対角性が従来に比 ベ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ぐ個々のァクチユエ 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 クロアクチユエータ 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力発生しない駆動 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] マイクロアクチユエータ 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ユエータ 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 φが 2点鎖線で示されている。位相 関数 Φ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 φ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 X

(jは整数)をとり、隣接する 2つの座標点 x、 X に対する位相関数 φの値 φ (χ)、 φ ( j i j+i i x )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 φ， j+i

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 [x、 X ]毎に、位相関数 φ力 の誤差を最小に j j+i

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 [x、x ]内に 2点の座標点 X 、x をとる。座 標点 x 、 x は可動部 7の中央部 Oを基準として対称の位置にあり、どちらも中央部 O

J,a J,b J

j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 (X 、 φ (X ) )と (X 、 φ (X ；) )との 2点を通る線分として規定することを考える。

J,a J,a j，り J,b

[0156] 図 8Cは、区間 [x、 x ]における位相関数 φの曲率半径 pと、波面誤差を極小に

j j+i

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 p ZPを横軸にとり、波面誤差を極小にする無次 元化した距離 LZP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 ί ( φ - φ ' ) ²dxの平方根として定義される。位相関数 φの曲率 半径 P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 LZ Pは、ほとんど無次元曲率半径 p ZP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 X 、 X を可動部 7中の作用点の座

J,a J,b

標位置と一致させ、各駆動点の変位目標値を Φ (X

J,a )、 Φ (X )

j,D 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 φ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 、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、マイクロアクチユエータアレイ 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 /1?>)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 φの曲率半径 p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 ZP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 RZPをとつている。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 ί ί ( φ— ' )²d_Xdyの平方根として定義される。

[0161] 位相関数 φ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 RZPは、ほとんど無次元曲率半径/ o ZP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 φ力 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力 既に説明したように無次元距離 RZPは約 0. 29である。 位相関数 Φが球面を表す場合を扁平率 0、位相関数 φ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 RZP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 Κ=37 /ζ πι、 Ρ= 110 mとしているため、 RZP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 φ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ユエータ、およびマイクロアクチユ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。

Claims

請求の範囲

[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 じる復元力のパネ定数を 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 トルクのパネ定数を 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、 肯 U己 kzと ij記 krと刖記 Lとが、

0. 5 ≤L²-kz/kr ≤ 2

の関係を満たす、マイクロアクチユエータ。

[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 じる復元力のパネ定数を 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 じる復元トルクのパネ定数を 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、

肯 己 kzと食 i〗記 krxと目 υ記 kryと目 υ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、マイクロアクチユエータ。

[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ユエータ。

[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ユエータ。

[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!/、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!、る、請求項 1または 2に記載 のマイクロアクチユエータ。

[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、

肯 U '己 Hと言 ij己 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ユエータ。

[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ユエータ。

[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ユエータ。

[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ユエータ。

[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ユエータ。

[11] 肯 U '己 kzと ij記 krと 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ユエータ。

[12] fij 己 kzと食 ij記 krxと目 υ記 kryと目 υ記 Rとが、

2 ≤ R² 'kzZkrx、

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ユエータ。

[13] 請求項 1または 2に記載のマイクロアクチユエータを複数個備え、

前記複数のマイクロアクチユエータは、前記基台を互いに共有している、装置。

[14] 請求項 2に記載のマイクロアクチユエータを複数個備え、

前記複数のマイクロアクチユエータは、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ユエータのうちの互いに隣接するマイクロアクチユエータ 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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。