JP2008052270A - ミラー制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ミラー制御装置は、回動可能に支持されたミラー230と、ミラー230から離間して配置された電極340a〜340dと、ミラー230の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生成して電極340a〜340dに印加する駆動電圧印加手段401とを備える。駆動電圧印加手段401は、駆動電圧としてミラー230の所望の傾斜角に応じた振幅又はデューティー比の交流電圧を生成する。
【選択図】 図3
Description
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、一対のトーションバネ211a,211bにより枠部210の開口内に配設された可動枠220と、一対のトーションバネ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、トーションバネ211a,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。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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ものである。
前記駆動電圧は、矩形波電圧であり、また正弦波電圧でもよい。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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か、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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か、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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が好ましい。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例において、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ものである。
また、本発明のミラー制御装置の1構成例は、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ものである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態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。
同様に、一対のトーションバネ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、一対のトーションバネ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。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。
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に正の電圧を与えて、しかも電極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。
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、引き出し線341a〜341d、配線370が形成されている。
駆動電圧印加部401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。
Va=Vo+Vx ・・・(1)
Vb=Vo+Vy ・・・(2)
Vc=Vo−Vx ・・・(3)
Vd=Vo−Vy ・・・(4)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、交流電圧の振幅でミラー230の傾斜角を制御したが、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。本実施の形態においてもミラー制御装置の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図2、図3の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。
こうして、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
PWa=PWo+PWx ・・・(5)
PWb=PWo+PWy ・・・(6)
PWc=PWo−PWx ・・・(7)
PWd=PWo−PWy ・・・(8)
PWa=0 (PWx≦0) ・・・(10)
PWb=PWy (PWy>0) ・・・(11)
PWb=0 (PWy≦0) ・・・(12)
PWc=PWx (PWx<0) ・・・(13)
PWc=0 (PWx≧0) ・・・(14)
PWd=PWy (PWy<0) ・・・(15)
PWd=0 (PWy≧0) ・・・(16)
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。
図9の例は、第1の実施の形態、第2の実施の形態のミラー制御装置を用いた光スイッチにおいて、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9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。
また、第1の実施の形態、第2の実施の形態を組み合わせて、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。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態においてもミラー制御装置の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図2、図3の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。第2の実施の形態では、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。
このように、本実施の形態では、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2の実施の形態に比べてミラー230のドリフトの発生を更に抑制することができる。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。第3の実施の形態で説明した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が、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。本実施の形態においてもミラー制御装置の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図2、図3の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。
こうして、本実施の形態では、第3の実施の形態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15(C)の例では電位差が+V1の区間)と第4の区間(図15(C)の例では電位差が+V2の区間)で電圧値が等しく、第2の区間(図15(C)の例では電位差が−V1の区間)と第5の区間(図15(C)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−(V1−V2)、第4、第5の区間において0である。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。本実施の形態においてもミラー制御装置の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図2、図3の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、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。
また、第1の実施の形態から第5の実施の形態を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。
Claims (15)
- 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1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1又は2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1又は2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、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4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ー制御装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のミラー制御装置において、
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1乃至4のいずれか1項に記載のミラー制御装置において、
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4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。 - 請求項8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、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。 - 請求項1又は2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の区間の増大と前記第2の区間の減少とが生じるか、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。 - 請求項8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4の区間の増大と前記第5の区間の減少とが生じるか、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。 - 請求項1、4、8のいずれか1項に記載のミラー制御装置において、
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。 - 請求項3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。 - 請求項4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。 - 請求項8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。
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