JP2013088703A - ミラーアレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ミラーアレイ100は、ベース部2と、ベース部2に支持された複数のミラー110と、ミラー110に連結されてミラー110を駆動する複数のアクチュエータ1,1とを備え、ミラー110を互いに直交する主軸X及び副軸Y回りに回動させる。アクチュエータ1は、副軸Y方向に延びるアクチュエータ本体3と、アクチュエータ本体3の表面31に積層された圧電素子4とを有し、圧電素子4を伸縮させることによってアクチュエータ本体3を傾動させるように構成されている。各ミラー110には、副軸Yを挟んで並ぶ2つのアクチュエータ1,1が主軸Xに対して一方の側だけに設けられている。
【選択図】図1
Description
続いて、第1ヒンジ6の形状を変化させた場合のミラー110の回動角のシミュレーションについて説明する。尚、以下のシミュレーションに用いたモデルは、一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。
図8に、第1ヒンジ6のモデル0の平面図を示す。このモデル0は、第1ヒンジ6を第1つづら折り部61だけで構成したモデルである。アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は123μmであり、その中に24本の線条部61a,61a,…が互いに平行に且つ等間隔に設けられている。このモデル0においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、0.74度であった。
図9に、第1ヒンジ6のモデル1の平面図を示す。モデル1は、図5に示す第1ヒンジ6と同じ構成をしている。詳しくは、モデル1は、第1ヒンジ6を第1つづら折り部61及び第2つづら折り部62とで構成している。第1つづら折り部61がミラー側に、第2つづら折り部62がアクチュエータ側に配置されている。第1つづら折り部61は、ミラー110の主軸X方向の外側の端部に連結されている。第2つづら折り部62は、アクチュエータ1の主軸X方向の外側の端部に連結されている。アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は、128μmである。第1つづら折り部61の線条部61a,61a,…は、合計11本だけ設けられており、互いに平行且つ主軸X方向に延びている。第2つづら折り部62の線条部62a,62a,…は、合計9本だけ設けられており、互いに平行且つ副軸Y方向に延びている。第2つづら折り部62は、アクチュエータ1から第1つづら折り部61に至るまでの間において、最もアクチュエータ1側の線条部62aは、主軸X方向の最外に位置している。そして、最も第1つづら折り部側の線条部62aは、主軸X方向の最内に位置している。このモデル1においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.65度であった。尚、アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は、以下のモデル2〜7においても同様に、128μmである。
図10に、第1ヒンジ6のモデル2の平面図を示す。モデル2は、基本的な構成は前記モデル1と同様であり、第2つづら折り部62の線条部62aの本数がモデル1と異なる。詳しくは、モデル2では、第2つづら折り部62の線条部62aが、主軸X方向外側から内側に向かって7本だけ設けられている。尚、屈曲部62bの個数も、線条部62aの本数に合わせて、モデル1と比べて減っている。このモデル2においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.55度であった。
図11に、第1ヒンジ6のモデル3の平面図を示す。モデル3は、基本的な構成は前記モデル2と同様であり、第2つづら折り部62の線条部62aの延びる方向がモデル2と異なる。詳しくは、モデル3では、第2つづら折り部62の線条部62aが、副軸Yに対して傾斜した方向に延びている。線条部62aは、ミラー側よりもアクチュエータ側の方が主軸X方向内側に位置するように傾斜している。ただし、主軸X方向の最外に位置する線条部62aは、傾斜することなく、副軸Y方向に延びている。線条部62aと副軸Yとのなす角(以下、傾斜角ともいう)θyは、13度である。このように傾斜した線条部62aは、図12に示すように、主軸X方向成分62axと副軸Y方向成分62ayとに分解したときに、副軸Y方向成分62ayの方が大きくなるように傾斜している。すなわち、線条部62aの副軸Yに対する傾斜角θyは、45度未満である。このモデル3においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.66度であった。
図13に、第1ヒンジ6のモデル4の平面図を示す。モデル4は、基本的な構成は前記モデル2と同様であり、第1つづら折り部61の線条部61aの本数と、第2つづら折り部62のアクチュエータ1及び第1つづら折り部61への連結のされ方がモデル2と異なる。詳しくは、第1つづら折り部61は、10本の線条部61a,61a,…が設けられており、最もアクチュエータ側の線条部61aは、主軸X方向の内側から外側に向かって延びて終わっている。第2つづら折り部62は、アクチュエータ1から第1つづら折り部61に至るまでの間において、最もアクチュエータ1側の線条部62aは、主軸X方向の最内に位置している。すなわち、第2つづら折り部62は、アクチュエータ1の主軸X方向外側の端部から副軸Y方向に延びて、すぐに、主軸X方向内側へ向かって屈曲し、主軸X方向の最内から外側に向かって、蛇行しながら延びている。そして、主軸X方向の最外の線条部62aが第1つづら折り部61に連結されている。このモデル4においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.51度であった。
図14に、第1ヒンジ6のモデル5の平面図を示す。モデル5は、基本的な構成は前記モデル4と同様であり、第2つづら折り部62の線条部62aの延びる方向がモデル4と異なる。詳しくは、モデル5では、第2つづら折り部62の線条部62a…が、副軸Yに対して傾斜した方向に延びている。線条部62aは、アクチュエータ側よりもミラー側の方が主軸X方向内側に位置するように傾斜している。ただし、主軸X方向の最外に位置する線条部62aは、傾斜することなく、副軸Y方向に延びている。線条部62aと副軸Yとのなす角(以下、副軸Yに対する傾斜角ともいう)θyは13度である。このように傾斜した線条部62aは、主軸X方向成分62axと副軸Y方向成分62ayとに分解したときに、副軸Y方向成分62ayの方が大きくなるように傾斜している。すなわち、線条部62aの副軸Y方向に対する傾斜角θyは45度未満である。このモデル5においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は1.40度であった。
図15に、第1ヒンジ6のモデル6の平面図を示す。モデル6は、基本的な構成は、前記モデル3と同様であり、モデル3の第1ヒンジ6を主軸Xと平行な直線に対して反転させた形状(すなわち、図11における第1ヒンジ6の左右を反転させた形状)をしている点でモデル3と異なる。つまり、モデル6の第1ヒンジ6は、第1つづら折り部61がアクチュエータ側に、第2つづら折り部62がミラー側に設けられている。第2つづら折り部62の線条部62aは、副軸Yに対して傾斜した方向に延びている。線条部62aは、アクチュエータ側よりもミラー側の方が主軸X方向内側に位置するように傾斜している。線条部62aの副軸Yに対する傾斜角θyは、13度である。このモデル6においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.53度であった。
図16に、第1ヒンジ6のモデル7の平面図を示す。モデル7は、基本的な構成は、前記モデル5と同様であり、モデル5の第1ヒンジ6を主軸Xと平行な直線に対して反転させた形状(すなわち、図14における第1ヒンジ6の左右を反転させた形状)をしている。つまり、モデル7の第1ヒンジ6は、第1つづら折り部61がアクチュエータ側に、第2つづら折り部62がミラー側に設けられている。第2つづら折り部62の線条部62a,62a,…は、副軸Yに対して傾斜した方向に延びている。線条部62aは、ミラー側よりもアクチュエータ側の方が主軸X方向内側に位置するように傾斜している。線条部62aの副軸Yに対する傾斜角θyは、13度である。このモデル7においてミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、1.59度であった。
以上、モデル0〜7を比較すると、副軸Y回りの回動角は、モデル0が0.74度であるのに対し、モデル1〜7が1.40〜2.66度である。つまり、第1ヒンジ6に第1つづら折り部61と第2つづら折り部62とを含ませることによって副軸Y回りの回動角が増大することがわかる。また、第2つづら折り部62において線条部62aを副軸Yに対して傾斜させた場合であっても、副軸Y回りの回動角が増大することがわかる。さらに、モデル1〜7の中でも、モデル1〜4,6は、モデル5,7に比べて、副軸Y回りの回動角が大幅に増大している。
図17に、第1ヒンジ6のモデル8の平面図を示す。モデル8は、基本的な構成は前記モデル2と同様であり、第1つづら折り部61の副軸Y方向の寸法がモデル2と異なる。詳しくは、アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は、188μmである。また、アクチュエータ1から第2つづら折り部62のミラー側の端部までの副軸Y方向の距離は、75μmである。第1つづら折り部61の両端部は、副軸Y方向に延びる縦線条部61c,61cとなっており、それぞれ第2つづら折り部62の端部とミラー110とに連結されている。各縦線条部61cの長さは、33μmである。第1つづら折り部61の副軸Y方向の長さは、113μmである。このモデル8において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、5.48度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.80度であった。尚、アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は、以下のモデル9〜13においても同様に、188μmである。
図18に、第1ヒンジ6のモデル9の平面図を示す。モデル9は、基本的な構成は前記モデル8と同様であり、第1つづら折り部61の線条部61aの延びる方向がモデル8と異なる。詳しくは、モデル9では、第1つづら折り部61の線条部61aが、主軸Xに対して傾斜した方向に延びている。線条部61aは、主軸X方向外側よりも主軸X方向内側の方がミラー側に位置するように傾斜している。線条部61aと主軸Xとのなす角(以下、主軸Xに対する傾斜角ともいう)θxは、30度である。このように傾斜した線条部61aは、図19に示すように、主軸X方向成分61axと副軸Y方向成分61ayとに分解したときに、主軸X方向成分61axの方が大きくなるように傾斜している。すなわち、線条部61aの主軸Xに対する傾斜角θxは、45度未満である。第1つづら折り部61全体としての副軸Y方向への寸法はモデル8と同じであるが、縦線条部61cの長さがモデル8と異なる。モデル9では、第2つづら折り部側とミラー側とで縦線条部61cが異なり、第2つづら折り部側の縦線条部61cの長さは、20μmである。このモデル9において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、5.13度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、3.00度であった。
図20に、第1ヒンジ6のモデル10の平面図を示す。モデル10は、基本的な構成は、前記モデル9と同様であり、第1つづら折り部61の線条部61aの傾斜方向がモデル9と異なる。詳しくは、モデル10では、第1つづら折り部61の線条部61aは、主軸X方向外側よりも主軸X方向内側の方がアクチュエータ側に位置するように傾斜している。線条部61aの主軸Xに対する傾斜角θxは、30度である。このように傾斜した線条部61aは、主軸X方向成分61axと副軸Y方向成分61ayとに分解したときに、主軸X方向成分61axの方が大きくなるように傾斜している。ミラー側の縦線条部61cの長さは、20μmである。このモデル10において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、5.13度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.73度であった。
図21に、第1ヒンジ6のモデル11の平面図を示す。モデル11は、基本的な構成は、前記モデル8と同様であり、モデル8の第1ヒンジ6を主軸Xと平行な直線に対して反転させた形状(すなわち、図17における第1ヒンジ6の左右を反転させた形状)をしている点でモデル8と異なる。詳しくは、モデル11の第1ヒンジ6は、第1つづら折り部61がアクチュエータ側に、第2つづら折り部62がミラー側に設けられている。このモデル11において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、5.12度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.83度であった。
図22に、第1ヒンジ6のモデル12の平面図を示す。モデル12は、基本的な構成は、前記モデル9と同様であり、モデル9の第1ヒンジ6を主軸Xと平行な直線に対して反転させた形状(すなわち、図18における第1ヒンジ6の左右を反転させた形状)をしている点でモデル9と異なる。詳しくは、モデル12の第1ヒンジ6は、第1つづら折り部61がアクチュエータ側に、第2つづら折り部62がミラー側に設けられている。第1つづら折り部61の線条部61aは、主軸Xに対して傾斜した方向に延びている。線条部61aは、主軸X方向外側よりも主軸X方向内側の方がアクチュエータ側に位置するように傾斜している。線条部61aと主軸Xに対する傾斜角θxは、30度である。このモデル12において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、4.88度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、3.49度であった。
図23に、第1ヒンジ6のモデル13の平面図を示す。モデル13は、基本的な構成は、前記モデル10と同様であり、モデル10の第1ヒンジ6を主軸Xと平行な直線に対して反転させた形状をしている点でモデル10と異なる。詳しくは、モデル13の第1ヒンジ6は、第1つづら折り部61がアクチュエータ側に、第2つづら折り部62がミラー側に設けられている。第1つづら折り部61の線条部61aは、主軸Xに対して傾斜した方向に延びている。線条部61aは、主軸X方向外側よりも主軸X方向内側の方がミラー側に位置するように傾斜している。線条部61aと主軸Xに対する傾斜角θxは、30度である。このモデル13において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、4.87度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.31度であった。
以上、モデル8とモデル11とを比較すると、第1つづら折り部61の線条部61aが主軸X方向に延び且つ第2つづら折り部62の線条部62aが副軸Y方向に延びる構成においては、第1つづら折り部61と第2つづら折り部62の位置が入れ替わっても、主軸X回り及び副軸Y回りの回動角は大きく変わらないことがわかる。つまり、第1つづら折り部61と第2つづら折り部62とがアクチュエータ側とミラー側との何れの位置であっても、主軸X回り及び副軸Y回りの回動角に大きな影響はない。
図24に、第1ヒンジ6のモデル14の平面図を示す。モデル14は、基本的な構成はモデル0と同様であり、第1つづら折り部61の線条部61aの本数がモデル0と異なる。詳しくは、モデル14は、第1ヒンジ6を第1つづら折り部61だけで構成したモデルである。アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は128μmであり、その中に16本の線条部61a,61a,…が互いに平行に且つ等間隔に設けられている。第1つづら折り部61の両端部には、副軸Y方向に延びる縦線条部61c,61cが設けられている。縦線条部61cの長さは、25.5μmである。このモデル14において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、5.73度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、0.87度であった。尚、アクチュエータ1,1とミラー110との間の副軸Y方向の間隔は、以下のモデル15,16においても同様に、128μmである。
図25に、第1ヒンジ6のモデル15の平面図を示す。モデル15は、基本的な構成はモデル14と同様であり、第1つづら折り部61の線条部61aの延びる方向がモデル14と異なる。詳しくは、モデル15では、第1つづら折り部61の線条部61aが、主軸Xに対して傾斜した方向に延びている。線条部61aは、主軸X方向外側よりも主軸X方向内側の方がミラー側に位置するように傾斜している。線条部61aの主軸Xに対する傾斜角θxは、35度である。ミラー側の縦線条部61cの長さは、27.5μmである。このモデル15において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、4.60度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、0.58度であった。
図26に、第1ヒンジ6のモデル16の平面図を示す。モデル16は、基本的な構成はモデル15と同様であり、第1つづら折り部61の線条部61aの傾斜方向がモデル15と異なる。詳しくは、モデル16では、第1つづら折り部61の線条部61aが、主軸Xに対して傾斜した方向に延びている。線条部61aは、主軸X方向外側よりも主軸X方向内側の方がアクチュエータ側に位置するように傾斜している。線条部61aの主軸Xに対する傾斜角θxは、35度である。アクチュエータ側の縦線条部61cの長さは、27.5μmである。このモデル16において、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、4.59度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、1.30度であった。
モデル14とモデル15,16とを比較すると、線条部61aを主軸Xに対して傾斜させると、主軸X回りの回動角は小さくなり、副軸Y回りの回動角は、傾斜方向に応じて、大きくも、小さくもなることがわかる。尚、アクチュエータ1とミラー110との間の副軸Y方向寸法が同じであって第1ヒンジ6を第1つづら折り部61と第2つづら折り部62とで構成したモデル2においては、ミラー110を主軸X回りに回動させたときの回動角は、5.64度であり、ミラー110を副軸Y回りに回動させたときの回動角は、2.55度であった。この結果からすると、線条部61aを単に傾斜させることに比べて、第1ヒンジ6に第1つづら折り部61と第2つづら折り部62とを含ませる方が、副軸Y回りの回動角を大幅に大きくできることがわかる。さらに、そのような構成であっても、主軸X回りの回動角をあまり低減させないこともわかる。
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
110 ミラー
300 波長選択スイッチ
1 アクチュエータ
2 ベース部
3 アクチュエータ本体
4 圧電素子
6 第1ヒンジ
61 第1つづら折り部
61a 線条部
62 第2つづら折り部
62a 線条部
7 第2ヒンジ
X 主軸
Y 副軸
Claims (5)
- ベース部と、該ベース部に支持された複数のミラーと、該ミラーに連結されて該ミラーを駆動する複数のアクチュエータとを備え、該ミラーを互いに直交する主軸及び副軸回りに回動させるミラーアレイであって、
前記アクチュエータは、前記副軸方向に延びるアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体の表面に積層された圧電素子とを有し、該圧電素子を伸縮させることによって該アクチュエータ本体を傾動させるように構成されており、
前記各ミラーには、前記副軸を挟んで並ぶ2つの前記アクチュエータが前記主軸に対して一方の側だけに設けられているミラーアレイ。 - 請求項1に記載のミラーアレイにおいて、
前記複数のミラーは、前記主軸方向に配列されているミラーアレイ。 - 請求項1又は2に記載のミラーアレイにおいて、
前記各アクチュエータは、第1ヒンジを介して前記ミラーに連結されており、
前記ミラーは、第2ヒンジを介して前記ベース部に支持されており、
前記第1又は/及び第2ヒンジは、つづら折り状に屈曲して、互いに平行な複数の線条部を含む第1つづら折り部と、つづら折り状に屈曲して、互いに平行で且つ該第1つづら折り部の該線条部とは異なる方向に延びる複数の線条部を含む第2つづら折り部とを有し、
前記第1つづら折り部の線条部は、前記主軸方向への成分と前記副軸方向への成分とに分解したときに前記主軸方向への成分が多くなる方向に延びている一方、
前記第2つづら折り部の線条部は、前記主軸方向への成分と前記副軸方向への成分とに分解したときに前記副軸方向への成分が大きくなる方向に延びているミラーアレイ。 - 請求項1又は2に記載のミラーアレイにおいて、
前記各アクチュエータは、第1ヒンジを介して前記ミラーに連結されており、
前記ミラーは、第2ヒンジを介して前記ベース部に支持されており、
前記第1又は/及び第2ヒンジは、一端から、渦巻状に渦巻の中心に向かって延びた後、折り返して、渦巻状に渦巻の外側に向かって延びて他端に至る形状をしているミラーアレイ。 - 請求項3に記載のミラーアレイにおいて、
前記第1ヒンジは、前記第1つづら折り部と前記第2つづら折り部とを有し、
前記第2ヒンジは、一端から、渦巻状に渦巻の中心に向かって延びた後、折り返して、渦巻状に渦巻の外側に向かって延びて他端に至る形状をしているミラーアレイ。
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