JP2007074826A - 微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部を遷移させることができる微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイを得る。
【解決手段】 弾性変位可能に支持され第１の方向及びこれとは逆方向の第２の方向との双方向に変位する可動部３１と、可動部３１へ第１の方向の物理的作用力を加える駆動源Ｄとを備え、可動部３１が駆動源Ｄにより変位する微小電気機械素子１００であって、可動部３１が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部３１に対し第１の方向に駆動源Ｄにより物理作用力を所定周期毎に加え、可動部３１を第１の方向及び第２の方向へ交互に変位させ、最終的に可動部３１を第１の方向の最終変位位置で保持させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイに関する。

近年、ＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ；Micro-Electro Mechanical systems）の急速な進歩により、μｍオーダーの微小薄膜を電気的に変位・移動させる微小電気機械素子の開発が盛んに行われている。この微小電気機械素子には、例えばマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や、光路を切り換える光スイッチ、ＲＦ（高周波）信号の接続および切換を行うＲＦスイッチなどがある。ＤＭＤは、光学的な情報処理の分野において、投射ディスプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニター、テレビおよび電子写真プリントなど用途が広い。また、光スイッチは、光通信、光インタコネクション（並列コンピュータにおける相互結合網など光による信号接続技術）、光情報処理（光演算による情報処理）などへの応用が期待されている。

微小電気機械素子は、一般的に弾性変位可能に支持され双方向に変位する可動部を備え、この可動部が主にスイッチング動作を担う。したがって、可動部の制動制御は、良好なスイッチング動作を行う上でも特に重要となる。

従来、この種の微小電気機械素子における可動部の制動制御は、可動部が静止状態（振動していない状態）から、所望の固定側電極へ向けて可動部を変位開始させるのが一般的であった。すなわち、例えば可動部がヒンジを中心に回動される微小電気機械素子では、可動部に設けられた可動側電極と、基板に設けられた固定側電極とに駆動電圧が印加されると、可動部と固定側電極とに物理的作用力である静電気力が作用し、可動部が、重力、ヒンジの弾性力に抗して基板へと引き付けられる。このようにして静電気力によって可動部が揺動変位して、揺動先端が基板へと吸着される（張り付く）状態はプルイン（Pull-in）と称される。

ところで、ＲＦスイッチ等の微小電気機械素子は、静電気力を用いることにより、接点で粘着現象の発生する問題点がある。粘着現象は、マイクロ構造物の表面に発生し、意図しない期間中、接点を貼り付けてしまう。この対策として従来の微小電気機械素子では、可動部がより弾力的に運動を行うことができるように、可動部を幅狭い線形態で連結するバネ部を備えたものがある。この微小電気機械素子によれば、バネ部により大きい弾性力で接点が分離するようにし、バネ部のないものに比べてより復元力を高めることができた。

特開２００５−５２６７号公報

上記した微小電気機械素子は、可動部のバネ剛性を高めていることから、可動部を変位させるための駆動力が大きくなる問題点があった。可動部を変位させるのに必要な駆動力Ｆは、駆動電圧Ｖ及び電極の面積Ａに比例し、電極と可動部との間の距離ｄの自乗に反比例する（Ｆ＝Ｖ・Ａ／ｄ²）。したがって、駆動力を高めるには、電極の面積Ａを拡張させるか、又は駆動電圧Ｖを高めなければならないが、この時、電極の面積Ａを拡張させるのは、粘着力の増加などの悪影響をもたらすため、一般的に駆動電圧Ｖを上昇させて駆動力を向上させることになる。一方、一般的に微小電気機械素子を備えるシステムは、５Ｖや３Ｖの電圧で駆動しているため、微小電気機械素子の駆動電圧がその値を上回る場合、別に昇圧回路が必要となり、回路が複雑化する。そこで、低電圧で駆動する微小電気機械素子の要請がある。
このような要請に対し、例えば特許文献１に開示されるシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ１は、図１５に示すように、半導体基板の上部にギャップ３ａ，３ｂを有する伝送線路５、基板の上部から所定の高さ、すなわち、予め決められた高さに離間してシーソー運動をする断続部７および断続部７のシーソー運動を駆動する駆動部９を含む。駆動部９と伝送線路５のギャップ３ａ，３ｂの両端部に接触する接点部１１ａ，１１ｂが分離されるため、既存の静電駆動方式スイッチで電極の面積と電極間の距離、そして、駆動電圧により決定される駆動力および復元力に対して電極の面積と電極との間の距離が接点の面積と接点との間の距離と一致することにより、駆動電圧を上昇させることによって解決しなければならなかった問題を、電極と接点の構造を分離することで解決し、駆動電圧を低く維持している。なお、図中、１３は回動部，１５は支持台，１７はバネ部，１９は連結部，２１ａ，２１ｂは第１、第２上部電極，２３ａ，２３ｂは第１、第２下部電極を表す。
しかしながら、上記構造のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ１は、伝送線路５のギャップ３ａ，３ｂの両端部に接触する接点部１１ａ，１１ｂを分離しているため、構造が複雑化し、素子の微細化に適さない不利があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部を遷移させることができる微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイを提供し、もって、微小電気機械素子の低電圧化、低電流化、及び微細化を同時に達成することを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 弾性変位可能に支持され第１の方向及びこれとは逆方向の第２の方向との双方向に変位する可動部と、前記可動部へ前記第１の方向の物理的作用力を加える駆動源とを備え、前記可動部が前記駆動源により変位する微小電気機械素子であって、前記可動部が前記第１の方向に遷移して保持されるとき、前記可動部に対し前記第１の方向に前記駆動源により前記物理作用力が所定周期毎に加えられ、前記可動部が前記第１の方向及び前記第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に前記可動部が前記第１の方向の最終変位位置で保持されることを特徴とする微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、可動部に対し第１の方向に駆動源により可動部を駆動させる為の物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位（例えば、「揺動」）を繰り返す。これにより、可動部には徐々に揺動エネルギーが蓄積されて行き、可動部は少しずつ変位量が拡大され、最終的に第１の方向の最終変位位置へ近接して保持されることとなる。つまり、平衡状態の可動部を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部を最終変位位置まで変位可動できる。なお、この場合、電圧印加周期は、可動部の共振周波数とすることができ、片側方向のみによる物理的作用力の印加が可能となり、さらなる低電流化が可能となる。

（２） 弾性変位可能に支持され第１の方向及びこれとは逆方向の第２の方向との双方向に変位する可動部と、前記可動部へ前記第１の方向の物理的作用力を加える第１の駆動源と、前記可動部へ前記第２の方向の物理的作用力を加える第２の駆動源と、を備え、前記可動部が前記駆動源により変位する微小電気機械素子であって、前記可動部が前記第１の方向又は前記第２の方向のいずれかの方向に遷移して保持されるとき、前記可動部に対し前記第１の駆動源及び前記第２の駆動源により前記第１の方向及び前記第２の方向へ前記物理作用力が交互に所定周期毎に加えられ、前記可動部が前記第１の方向及び前記第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に前記可動部が前記第１の方向又は前記第２の方向の最終変位位置で保持されることを特徴とする微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、可動部に対し第１の駆動源及び第２の駆動源により第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が所定周期で交互に加えられ、可動部が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位（例えば、「揺動」）を繰り返す。これにより、可動部には徐々に揺動エネルギーが蓄積されて行き、可動部は少しずつ変位量が拡大され、最終的に第１の方向又は第２の方向の最終変位位置へ近接して保持されることとなる。つまり、平衡状態の可動部を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部を最終変位位置まで変位可動できる。なお、この場合、電圧印加周期は、可動部の共振周波数、及びそれ以外の振動周波数とすることもでき、可動部の高速な変位可動が可能となる。

（３） 前記可動部の前記駆動源による物理作用力が加わる前の状態が、前記可動部が水平に平衡された状態であることを特徴とする（１）又は（２）記載の微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、水平に平衡された状態の可動部に対し、例えば第１の方向に物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位（例えば、「揺動」）を繰り返す。したがって、可動部が第１の方向又は第２の方向の最終変位位置へ交互に接近可能となる。この場合、可動部は初期状態において、水平平衡状態であるので、第１の方向又は第２の方向のいずれか任意方向に最初の物理的作用力を印加することが可能となる。

（４） 前記可動部の前記駆動源による物理作用力が加わる前の状態が、前記可動部が前記駆動源による最終変位位置で平衡された状態であることを特徴とする（１）又は（２）記載の微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、可動部が駆動源による最終変位位置で平衡された状態、すなわち、第１の方向又は第２の方向の最終変位位置で保持された状態から物理的作用力が加えられる。この場合、最初の物理的作用力は、可動部を保持する方向とは逆方向で加えられる。可動部は、例えば第１の方向の最終変位位置に保持されている場合、保持のための物理的作用力が解除されると、弾性復元力と慣性とによって第２の方向へと揺動される。その際に、第２の方向への最初の物理的作用力が印加され、その後、所定周期で交互に物理的作用力が印加されることになる。したがって、水平に平衡された状態の可動部に対し物理作用力が加えられる場合に比べ、最初に可動部に作用する弾性復元力と慣性力が、可動部の変位可動のためのエネルギーとして寄与することとなり、その分、より小さな駆動電圧で可動部が最終変位位置まで可動変位可能となる。

（５） 前記物理的作用力が、前記可動部の複数の作用点に加えられることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項記載の微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、作用点が複数となることで、例えば中央が回転中心となる揺動型の可動部において、回転中心を挟む両側に物理的作用力が加えられるようになる。これにより、それぞれの作用点に、異なる大きさの物理的作用力を、異なるタイミングで加えられるようになり、多様な変位可動作用が得られるようになる。

（６） 前記所定周期が、前記可動部の共振周波数に対応した周期であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載の微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、電圧印加周期が、可動部の共振周波数となることで、可動部に対する片側方向のみによる物理的作用力の印加が可能となり、駆動エネルギーを低減することができる。

（７） 前記物理的作用力が、静電気力であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項記載の微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、可動部を変位させる物理的作用力が静電気力となることで、高速な変位可動作用が得られる。

（８） 前記可動部のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の前記物理的作用力が設定可能に構成されたことを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項記載の微小電気機械素子。

この微小電気機械素子では、例えば片持ち梁型の可動部において、揺動先端部を揺動方向で挟む両側のそれぞれに２つ以上の物理的作用力が加えられるようになる。これにより、可動部に対し、保持用の物理的作用力と、揺動用の物理的作用力とが別々に印加可能となり、可動部の揺動・保持制御回路が簡素に構成可能となる。

（９）（１）〜（８）のいずれか１項記載の微小電気機械素子を１次元又は２次元に配列したことを特徴とする微小電気機械素子アレイ。

この微小電気機械素子アレイでは、個々の微小電気機械素子を低電圧で作動させ、アレイ全体の低電圧動作が可能となる。また、個々の微小電気機械素子に昇圧回路を設ける必要が無くなるので、アレイ全体の小型化が可能となる。

（１０） 前記微小電気機械素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有し、前記可動部と、該可動部に対峙する少なくとも２つ以上の固定部とに設けられた電極のうち一方が前記駆動回路からの素子変位信号の入力される信号電極であり、他方が共通電極であることを特徴とする（９）記載の微小電気機械素子アレイ。

この微小電気機械素子アレイでは、メモリ回路が備えられることで、このメモリ回路に対して予め素子変位信号の書き込みが可能となる。そして、共通電極に、従来同様の一定の共通電圧が印加されると同時に、信号電極に、予めメモリ回路に書き込んでおいた素子変位信号が印加されることで、複数の微小電気機械素子が高速にアクティブ駆動可能となる。

（１１） それぞれの前記可動部を変調駆動させる制御部が設けられたことを特徴とする（９）又は（１０）記載の微小電気機械素子アレイ。

この微小電気機械素子アレイでは、可動部が制御部によって駆動制御されることで、可動部が最終変位位置に到達する前に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が減少又は増加、或いは増減され、可動部が最終変位位置へ少ないエネルギーで衝突するので、衝突による振動やオーバーシュートを低減できる。

本発明に係る微小電気機械素子によれば、可動部が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部に対し第１の方向に駆動源により物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に可動部が第１の方向の最終変位位置で保持されるので、低電圧を駆動源へ繰り返し印加し、小さい物理的作用力を所定周期毎に加えながら可動部の変位を徐々に増大させ、その結果、可動部を最終変位位置まで近接させることが可能となる。つまり、平衡状態の可動部を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部を最終変位位置まで変位させることができる。この結果、昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部を遷移させることができ、微小電気機械素子の低電圧化、低電流化、及び微細化を同時に達成することができる。

本発明に係る微小電気機械素子アレイによれば、前述の微小電気機械素子を１次元又は２次元に配列したので、個々の微小電気機械素子を低電圧で作動させ、アレイ全体の低電圧動作が可能となる。また、個々の微小電気機械素子に昇圧回路を設ける必要が無くなるので、アレイ全体の小型化が可能となる。これにより、例えば低電圧での感光材露光や、プロジェクタ表示等が可能となる。また、光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となるが、本発明に係る微小電気機械素子アレイによれば、補正に対応させて個々の微小電気機械素子の変位制御信号を変えることが可能なので、作動誤差の補正を容易に行うことができる。

以下、本発明に係る微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は発明に係る微小電気機械素子の概略構成を表す斜視図である。
この実施の形態による微小電気機械素子１００は、弾性変位可能に支持され第１の方向（図１の下方向）及びこれとは逆方向の第２の方向（図１の上方向）との双方向に変位する可動部３１と、可動部３１へ少なくとも第１の方向の物理的作用力を加える駆動源Ｄとを備え、可動部３１が駆動源Ｄにより変位するよう構成される。より具体的には、可動部３１の一端がヒンジ３３、スペーサ３５を介して基板３７に支持固定されている。つまり、可動部３１は、他端が自由端となった片持ち梁状に構成される。そして、基板３７上には可動部３１の自由端に対向して駆動源Ｄである第１アドレス電極３９ａが設けられ、可動部３１を挟んだ第１アドレス電極３９ａの反対側には図示しない対向基板に形成される駆動源Ｄである第２アドレス電極３９ｂが設けられている。また、可動部３１にもその一部に駆動源Ｄである可動側電極３９ｃが設けられている。つまり、第１アドレス電極３９ａ、第２アドレス電極３９ｂ、可動側電極３９ｃによって駆動源Ｄが構成される。

微小電気機械素子１００は、可動部の上面或いは下面が例えば光反射部（マイクロミラー部）として形成される。この他、本発明に係る微小電気機械素子は、可動部の材質を適宜選択し、或いは短絡接点等を付設することにより、音波、流体、熱線のスイッチング素子、或いはＲＦ信号のスイッチング素子としても構成可能となる。

微小電気機械素子１００には基板３７中に後述の駆動回路が設けられ、駆動回路は可動側電極３９ｃと第１アドレス電極３９ａとの間、可動側電極３９ｃと第２アドレス電極３９ｂとの間に電圧Ｖ１、Ｖ２を印加する。微小電気機械素子１００は、基本動作として、電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することによって、ヒンジ３３を回動中心として可動部３１を揺動変位させる。したがって、可動部３１がマイクロミラー部であれば、光の反射方向がスイッチングされることになる。

なお、上述の構成では、可動部３１を挟んで２つの電極である第１アドレス電極３９ａと第２アドレス電極３９ｂとを設けたが、本実施の形態に係る微小電気機械素子１００は、このうち一方の電極（第１アドレス電極３９ａ又は第２アドレス電極３９ｂ）のみを設ける構成としてもよい。例えば、第１アドレス電極３９ａのみが設けられた場合には、第１アドレス電極３９ａと可動側電極３９ｃとの間に電圧Ｖ１が印加され、それにより発生した物理的作用力である静電気力によって可動部３１が第１アドレス電極３９ａ側へ変位され、次いで、電圧Ｖ１の印加が解除されることで、可動部３１が弾性復元力によって揺動変位可能となる。

微小電気機械素子１００では、可動側電極３９ｃに対し、第１アドレス電極３９ａ、第２アドレス電極３９ｂに電位差を与えると、それぞれの電極と、可動部３１との間に静電気力が発生し、ヒンジ３３を中心に回転トルクが働く。この際に発生する静電気力は、周囲雰囲気の誘電率、可動部３１の面積、印加電圧、可動部３１とアドレス電極の間隔に依存する。

したがって、周囲雰囲気の誘電率、可動部３１の面積、可動部３１とアドレス電極の間隔、ヒンジ３３の弾性係数が一定である場合、可動部３１は、それぞれの電極の電位を制御することにより、上下に回転変位可能となる。例えば、Ｖ１＞Ｖ２のときには、第１アドレス電極３９ａと可動側電極３９ｃに発生する静電気力が、第２アドレス電極３９ｂと可動側電極３９ｃに発生する静電気力より大きくなり、可動部３１が下方向に傾く。逆に、Ｖ１＜Ｖ２のときは、第２アドレス電極３９ｂと可動側電極３９ｃに発生する静電気力が、第１アドレス電極３９ａと可動側電極３９ｃに発生する静電気力より大きくなり、可動部３１がは上方向に傾く。

このように、可動部３１の可動側電極３９ｃ、第１アドレス電極３９ａ、第２アドレス電極３９ｂは、可動部３１を回転変位させる駆動源Ｄとなっている。このような駆動源Ｄから可動部３１へ加えられる物理的作用力が、静電気力となることで、高速な回転変位が可能となる。

なお、可動部３１を駆動させる為に可動部３１に作用させる物理的作用力は、静電気力以外の物理的作用力であってもよい。その他の物理的作用力としては、例えば、圧電体による効果や電磁力を挙げることができる。この場合、駆動源としては、圧電素子を用いた圧電型アクチュエータや、マグネット・コイルを用いた電磁型アクチュエータが採用される。

このように、微小電気機械素子１００は、双方向に変位する可動部３１を備え、この可動部３１がスイッチング機能を有する。可動部３１は、物理的作用力を加える駆動源Ｄ（可動側電極３９ｃ、第１アドレス電極３９ａ、第２アドレス電極３９ｂ）によって回転変位される。本実施の形態による微小電気機械素子１００では、物理的作用力として静電気力が利用される。この静電気力が可動部３１を、重力、ヒンジ３３の弾性力に抗して揺動駆動させる。このようにして静電気力によって可動部３１が揺動変位して、揺動先端が基板３７へと吸着される（張り付く）状態をプルイン（pull-in）と称す。すなわち、可動部３１は、可動側電極３９ｃ、第１アドレス電極３９ａ、第２アドレス電極３９ｂに印加される変位制御信号がプルイン電圧に達して発生する静電気力で保持される。

これに対し、保持された可動部３１は、このプルイン電圧より低いプルアウト（pull-out）電圧によって保持し続けられる。可動部３１を保持し続ける電圧は、可動部３１が電極から離れてしまう（プルアウトする）低い電圧より高くする必要がある。このように、可動部３１が電極から離れないようにする最小の電圧を、プルアウト電圧と称す。

上記した変位制御信号は、プルイン電圧に達する前は、アナログ制御領域と言われ、２値では制御されない。すなわち、無段階的なアナログ制御が可能な領域となる。また、プルイン状態での変位量をε₂，pull-in電圧印加時の変位量をε₁とすると、ε₁≒ε₂／３の関係が成り立つ。つまり、可動部３１は、変位の１／３までは、プルインされない。これは１／３則と呼ばれる。

ところで、本実施の形態による微小電気機械素子１００は、可動部３１が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部３１に対し第１の方向に駆動源Ｄにより物理作用力が所定周期毎に加えられる。これにより、可動部３１は、第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に例えば第１の方向の最終変位位置、すなわち、基板３７側の第１アドレス電極３９ａで保持されるようになっている。

図２は図１に示した微小電気機械素子の揺動過程を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で表した動作説明図、図３は図１に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。
本実施の形態では、可動部３１が水平な平衡状態から変位される。すなわち、可動部３１は、図２（ａ）に示すように、水平に平衡して停止している。次いで、図３に示す電圧Ｖａ，Ｖｂの印加を開始し、可動側電極３９ｃと第１アドレス電極３９ａ、可動側電極３９ｃと第２アドレス電極３９ｂに、周波数ｆの周期で交互に電圧Ｖａ，Ｖｂを印加する。この周波数ｆによる電圧の印加が所定時間続けられると、図２（ｃ）に示すように、可動部３１の揺動が徐々に拡大して行く。その結果、図２（ｄ）に示すように、最終的に可動部３１がpull-inを起こし、その後、図３に示すpull-out電圧以上の電圧で可動部３１が基板３７側へ保持されることとなる。

ここで、交互に加えられる電圧Ｖａ，Ｖｂは、単純に電圧を印加してpull-inさせるときの電圧よりも小さいものとなる。なお、所定の周期は、可動部３１の共振周波数に対応した周期としてもよい。このように電圧印加周期が、共振周波数となることで、可動部３１に対する片側方向のみによる物理的作用力の印加（すなわち、電圧Ｖａのみ又は電圧Ｖｂのみの印加）が可能となり、駆動エネルギーを低減することができる。これにより、最も低い電圧で最終変位させることが可能となる。また、粘性の作用が大きい場合には、交互に電圧を印加して最終変位させた方が低電圧化が可能となる。

なお、本実施の形態では、物理的作用力が、可動部３１の複数の作用点に加えられる。このように、作用点が複数となることで、可動部３１を挟む両側に物理的作用力が加えられるようになる。これにより、それぞれの作用点に、異なる大きさの物理的作用力を、異なるタイミングで加えられるようになり、多様な変位可動作用が得られるようになる。

また、本実施の形態では、可動部３１の駆動源Ｄによる物理作用力が加わる前の状態が、可動部３１が水平に平衡された状態である。水平に平衡された状態の可動部３１に対し、例えば第１の方向に物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部３１が第１の方向及び第２の方向へ交互に揺動変位を繰り返す。したがって、可動部３１が第１の方向又は第２の方向の最終変位位置へ交互に接近可能となる。この場合、可動部３１は初期状態において、水平平衡状態であるので、第１の方向又は第２の方向のいずれか任意方向に最初の物理的作用力を印加することが可能となる。

上記の微小電気機械素子１００では、可動部３１に対し第１の方向に駆動源Ｄにより物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部３１が第１の方向及び第２の方向へ交互に揺動変位を繰り返す。これにより、可動部３１には徐々に揺動エネルギーが蓄積されて行き、可動部３１は少しずつ変位量が拡大され、最終的に第１の方向の最終変位位置へ近接して保持されることとなる。

したがって、この微小電気機械素子１００によれば、可動部３１が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部３１に対し第１の方向に駆動源Ｄにより物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部３１が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に可動部３１が第１の方向の最終変位位置で保持されるので、低電圧を駆動源Ｄへ繰り返し印加し、小さい物理的作用力を所定周期毎に加えながら可動部３１の変位を徐々に増大させ、その結果、可動部３１を最終変位位置まで近接させることが可能となる。つまり、平衡状態の可動部３１を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部３１を最終変位位置まで変位させることができる。この結果、昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部３１を遷移させることができ、微小電気機械素子１００の低電圧化、低電流化、及び微細化を同時に達成することができる。

なお、可動部３１は、駆動源Ｄにより最終変位位置に到達するときに、可動部３１の速度が略ゼロとなるように制御されることが好ましい。これにより、可動部が小さなエネルギーで最終変位位置に衝突するため、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、非接触駆動の場合の最終変位位置へ到達する際のオーバーシュートを低減できる。

次に、本発明に係る微小電気機械素子の第２の実施の形態を説明する。
図４は第２の実施の形態に係る微小電気機械素子を斜視視（ａ）、断面視（ｂ）で表す構成図である。なお、以下の各実施の形態において共通の部材には同一の符号を付し重複する説明は省略するものとする。
この実施の形態による微小電気機械素子２００は、弾性変位可能に支持され第１の方向（図４の反時計回り方向）及びこれとは逆方向の第２の方向（図４の時計回り方向）との双方向に変位する可動部４１と、可動部４１へ第１の方向の物理的作用力を加える第１の駆動源Ｄ１と、可動部４１へ第２の方向の物理的作用力を加える第２の駆動源Ｄ２とを備え、可動部４１が駆動源Ｄ１，Ｄ２により変位する。

より具体的には、基板４３と、基板４３に空隙４５を介して平行に配置される小片状の上記した可動部４１と、可動部４１の両縁部から延出される支持部であるヒンジ４７と、このヒンジ４７を介して可動部４１を基板４３に支持するスペーサ４９とを備える。このような構成により、可動部４１は、ヒンジ４７の捩れによって回転変位が可能となっている。

基板４３の上面には、ヒンジ４７を中央として両側に第１の駆動源Ｄ１である第１アドレス電極５１ａと第２の駆動源Ｄ２である第２アドレス電極５１ｂが設けられる。また、可動部４１にもその一部に第１の駆動源Ｄ１及び第２の駆動源Ｄ２の共用構成要素である可動側電極５１ｃが設けられている。微小電気機械素子２００には基板４３中に駆動回路５３が設けられ、駆動回路５３は可動側電極５１ｃと第１アドレス電極５１ａとの間、可動側電極５１ｃと第２アドレス電極５１ｂとの間に電圧Ｖｂ，Ｖａ１，Ｖａ２を印加する。微小電気機械素子２００は、基本動作として、第１アドレス電極５１ａ、第２アドレス電極５１ｂ、可動側電極５１ｃへ電圧を印加することによって、ヒンジ４７を捩り中心として可動部４１を揺動変位させる。つまり、可動部４１がマイクロミラー部であることにより、光の反射方向がスイッチングされる。可動側電極５１ｃ、第１アドレス電極５１ａは、第１の駆動源Ｄ１を構成する。可動側電極５１ｃ、第２アドレス電極５１ｂは、第２の駆動源Ｄ２を構成している。

本実施の形態において、可動部４１は、特定方向の変位の最終位置に到達するに際し、基板４３や図示しない停止部材に接触して停止する。つまり、接触型の微小電気機械素子を構成している。

可動部４１は、それぞれの電極の電位を制御することにより、左右に回転変位可能となる。例えば、Ｖ１＞Ｖ２のときには、第１アドレス電極５１ａと可動側電極５１ｃに発生する静電気力が、第２アドレス電極５１ｂと可動側電極５１ｃに発生する静電気力より大きくなり、可動部４１が左側に傾く。逆に、Ｖ１＜Ｖ２のときは、第２アドレス電極５１ｂと可動側電極５１ｃに発生する静電気力が、第１アドレス電極５１ａと可動側電極５１ｃに発生する静電気力より大きくなり、可動部４１は右側に傾く。

このように、可動部４１の可動側電極５１ｃ、第１アドレス電極５１ａ、第２アドレス電極５１ｂは、可動部４１を回転変位させる第１の駆動源Ｄ１、第２の駆動源Ｄ２となっている。このような駆動源から可動部４１へ加えられる物理的作用力が、静電気力となることで、高速な回転変位が可能となっている。

この微小電気機械素子２００では、可動部４１が第１の方向又は第２の方向のいずれかの方向に遷移して保持されるとき、可動部４１に対し第１の駆動源Ｄ１及び第２の駆動源Ｄ２により第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が交互に所定周期毎に加えられる。これにより、可動部４１は、第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に第１の方向又は第２の方向の最終変位位置で保持されるようになっている。

図５は図４に示した微小電気機械素子の揺動過程を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で表した動作説明図、図６は図４に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。
本実施の形態では、可動部４１が水平な平衡状態から変位される。すなわち、可動部４１は、図５（ａ）に示すように、水平に平衡して停止している。次いで、図６に示す電圧Ｖａ，Ｖｂの印加を開始し、可動側電極５１ｃと第１アドレス電極５１ａ、可動側電極５１ｃと第２アドレス電極５１ｂに、周波数ｆの周期で交互に電圧Ｖａ，Ｖｂを印加する。この周波数ｆによる電圧の印加が所定時間続けられると、図５（ｃ）に示すように、可動部４１の揺動が徐々に拡大して行く。その結果、図５（ｄ）に示すように、最終的に可動部４１がpull-inを起こし、その後、図６に示すpull-out電圧以上の電圧で可動部４１が第１アドレス電極５１ａ側へ保持されることとなる。

ここで、交互に加えられる電圧Ｖａ，Ｖｂは、単純に電圧を印加してpull-inさせるときの電圧よりも小さいものとなる。なお、所定の周期は、可動部４１の共振周波数に対応した周期としてもよい。このように電圧印加周期が、共振周波数となることで、可動部４１に対する片側方向のみによる物理的作用力の印加（すなわち、電圧Ｖａのみ又は電圧Ｖｂのみの印加）が可能となり、駆動エネルギーを低減することができる。これにより、最も低い電圧で最終変位させることが可能となる。また、粘性の作用が大きい場合には、交互に電圧を印加して最終変位させた方が低電圧化が可能となる。

なお、本実施の形態では、物理的作用力が、可動部４１の複数の作用点に加えられる。このように、作用点が複数となることで、ヒンジ４７を挟む両側に物理的作用力が加えられるようになる。これにより、それぞれの作用点に、異なる大きさの物理的作用力を、異なるタイミングで加えられるようになり、多様な変位可動作用が得られるようになる。

また、本実施の形態では、第１の駆動源Ｄ１、第２の駆動源Ｄ２による物理作用力が加わる前の状態が、可動部４１が水平に平衡された状態である。水平に平衡された状態の可動部４１に対し、例えば第１の方向に物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部４１が第１の方向及び第２の方向へ交互に揺動変位を繰り返す。したがって、可動部４１が第１の方向又は第２の方向の最終変位位置へ交互に接近可能となる。この場合、可動部４１は初期状態において、水平平衡状態であるので、第１の方向又は第２の方向のいずれか任意方向に最初の物理的作用力を印加することが可能となる。

したがって、この微小電気機械素子２００によれば、可動部４１に対し第１の駆動源Ｄ１及び第２の駆動源Ｄ２により第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が所定周期で交互に加えられ、可動部４１が第１の方向及び第２の方向へ交互に揺動を繰り返す。これにより、可動部４１には徐々に揺動エネルギーが蓄積されて行き、可動部４１は少しずつ変位量が拡大され、最終的に第１の方向又は第２の方向の最終変位位置へ近接して保持されることとなる。つまり、平衡状態の可動部４１を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部４１を最終変位位置まで変位可動できる。なお、この場合、電圧印加周期は、可動部４１の共振周波数、及びそれ以外の振動周波数とすることもでき、共振周波数以外とした場合には可動部４１の高速な変位可動が可能となる。

次に、本発明に係る微小電気機械素子の第３の実施の形態を説明する。
図７は第３の実施の形態に係る微小電気機械素子の揺動過程を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で表した動作説明図、図８は図７に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。
この実施の形態による微小電気機械素子３００は、基本構成は第２の実施の形態で説明した微小電気機械素子２００と略同一である。すなわち、可動部４１、第１の駆動源Ｄ１、第２の駆動源Ｄ２、基板４３、ヒンジ４７を有している。但し、可動部４１に対し第１の駆動源Ｄ１、第２の駆動源Ｄ２による物理作用力が加わる前の状態が、可動部４１が第１の駆動源Ｄ１（第１アドレス電極５１ａ）又は第２の駆動源Ｄ２（第２アドレス電極５１ｂ）による最終変位位置で平衡された状態となる。

つまり、可動部４１が最終変位位置から逆方向に変位可動することとなる。すなわち、可動部４１は、図８に示すように、pull-out電圧以上の電圧Ｖｃの印加によって、図７（ａ）に示すように、一方の最終変位位置（第１アドレス電極５１ａ）に傾いて停止している。次いで、図８に示す電圧Ｖａ，Ｖｂの印加を開始し、可動側電極５１ｃと第１アドレス電極５１ａ、可動側電極５１ｃと第２アドレス電極５１ｂに、周波数ｆの周期で交互に電圧Ｖａ，Ｖｂを印加する。この周波数ｆによる電圧の印加が所定時間続けられると、図７（ｃ）に示すように、可動部４１の揺動が徐々に拡大して行く。その結果、図７（ｄ）に示すように、最終的に可動部４１がpull-inを起こし、その後、図８に示すpull-out電圧以上の電圧で可動部４１が第２アドレス電極５１ｂ側へ保持されることとなる。

ここで、交互に加えられる電圧Ｖａ，Ｖｂは、単純に電圧を印加してpull-inさせるときの電圧よりも小さいものとなる。なお、所定の周期は、可動部４１の共振周波数に対応した周期としてもよい。このように電圧印加周期が、共振周波数となることで、可動部４１に対する片側方向のみによる物理的作用力の印加（すなわち、電圧Ｖａのみ又は電圧Ｖｂのみの印加）が可能となり、駆動エネルギーを低減することができる。これにより、最も低い電圧で最終変位させることが可能となる。また、粘性の作用が大きい場合には、交互に電圧を印加して最終変位させた方が低電圧化が可能となる。

したがって、この微小電気機械素子３００によれば、可動部４１が駆動源による最終変位位置で平衡された状態、すなわち、第１の方向又は第２の方向の最終変位位置で保持された状態から物理的作用力が加えられる。この場合、最初の物理的作用力は、可動部４１を保持する方向とは逆方向で加えられる。可動部４１は、例えば第１の方向の最終変位位置に保持されている場合、保持のための物理的作用力が解除されると、弾性復元力と慣性とによって第２の方向へと揺動される。その際に、第２の方向への最初の物理的作用力が印加され、その後、所定周期で交互に物理的作用力が印加されることになる。したがって、水平に平衡された状態の可動部４１に対し物理作用力が加えられる場合に比べ、最初に可動部４１に作用する弾性復元力と慣性力が、可動部４１の変位可動のためのエネルギーとして寄与することとなり、その分、より小さな駆動電圧で可動部４１が最終変位位置まで可動変位可能となる。つまり、第２の実施の形態による微小電気機械素子２００より小さな駆動電圧・駆動電流で可動部４１が最終変位位置まで可動変位可能となる。

また、この実施の形態による微小電気機械素子３００では、第１の方向又は第２の方向の最終変位位置で保持された状態から物理的作用力が加えられるので、電圧非印加時に生じている個々の素子の個体差による可動部４１の変位バラツキが除去可能になる。これにより、可動部４１がバラツキの無い状態からの一律に制御可能となる効果も有する。

次に、本発明に係る微小電気機械素子の第４の実施の形態を説明する。
図９は第４の実施の形態に係る平行平板型の微小電気機械素子を表す断面図である。
この実施の形態による微小電気機械素子４００は、所謂、平行平板型の素子であって、導電性と可撓性を有する平板状の可動部６１の両端が基板４３上に形成した絶縁膜６３に所定の間隙６５を有して固定されている。この基板４３の可動部６１の下方には、絶縁膜６７を介して、第１アドレス電極６９ａが配設されており、また、可動部６１の上方には絶縁膜６３を介して第２アドレス電極６９ｂが配設されている。さらに、可動部６１の一部分には、可動側電極６９ｃが設けられている。つまり、可動部６１は、第１アドレス電極６９ａと第２アドレス電極６９ｂとの間で両端が支持された両持ち梁状に構成されている。

このような平行平板型の微小電気機械素子４００においても、可動部６１が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部６１に対し第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が所定周期で交互に加えられ、可動部６１が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に可動部６１が第１の方向の最終変位位置で保持されるので、低電圧を繰り返し印加し、小さい物理的作用力を所定周期毎に加えながら可動部６１の変位を徐々に増大させ、その結果、可動部６１を最終変位位置まで近接させることが可能となる。つまり、平衡状態の可動部６１を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部６１を最終変位位置まで変位させることができる。この結果、昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部６１を遷移させることができ、微小電気機械素子４００の低電圧化、低電流化、及び微細化を同時に達成することができる。

次に、本発明に係る微小電気機械素子の第５の実施の形態を説明する。
図１０は第５の実施の形態に係るコムドライブ型の微小電気機械素子を表す平面図である。
この実施の形態による微小電気機械素子５００は、一対の平行な支持部７１，７１の間に、弾性変位可能なヒンジ７３を介して可動部７５が図１０の左右方向に変位可動自在に支持されている。可動部７５は、左右に設けられたコムドライブ７７によって変位可動される。コムドライブ７７は、櫛歯状に形成された図示しない基板に固定される外部電極板７９ａと、可動部７５に固定される内部電極７９ｂとを相互に差し入れて対向させ、この対向電極間に作用する静電気力によって可動部７５を図１０の左右に変位可動する。

このようなコムドライブ７７によって駆動される微小電気機械素子５００においても、可動部７５が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部７５に対し第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が所定周期で交互に加えられ、可動部７５が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に可動部７５が第１の方向の最終変位位置で保持されるので、低電圧を繰り返し印加し、小さい物理的作用力を所定周期毎に加えながら可動部７５の変位を徐々に増大させ、その結果、可動部７５を最終変位位置まで近接させることが可能となる。つまり、平衡状態の可動部７５を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部７５を最終変位位置まで変位させることができる。この結果、昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部７５を遷移させることができ、微小電気機械素子５００の低電圧化、低電流化、及び微細化を同時に達成することができる。

次に、本発明に係る微小電気機械素子の第６の実施の形態を説明する。
図１１は第６の実施の形態に係る電流駆動素子の斜視を（ａ）、駆動時において印加される電圧と時間との相関を（ｂ）に表した説明図である。
この実施の形態による電流駆動素子６００は、一次元に揺動し得る可動部を有する揺動体８１と、磁界を発生させるための磁気回路８３と、これらを保持するベースプレート８５とを備えている。揺動体８１は、可動部８７と、可動部８７を支持するための支持部８９，９１と、可動部８７と支持部８９，９１を連結している連結部である一対のトーションバー９３，９５とを有している。一対のトーションバー９３，９５は、支持部８９，９１に対して可動部８７を、トーションバー９３，９５を通る一本の軸の周りに揺動可能に支持している。

可動部８７は平板状であり、その表面にミラーを有するとともに、裏面に駆動コイル９７を有している。駆動コイル９７は可動部８７の周縁部を周回している。駆動コイル９７の両端は、トーションバー９３を通る配線を介して、支持部８９に設けられた一対の電極パッド９９、１０１にそれぞれ接続されている。磁気回路８３は、磁界発生部材である一対の永久磁石１０３，１０５と、これらを保持するヨーク１０７とを備えている。

電極パッド９９，１０１には図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）を経由して交流電流の駆動信号が印加される。これに応じて駆動コイル９７には電流が流れる。駆動コイル９７を流れる電流は、磁界成分との相互作用により、その大きさに依存して、ローレンツ力を受ける。駆動コイル９７の揺動軸に平行な一対の対辺部分は、そこを流れる電流が受けるローレンツ力により、可動部８７の面にほぼ垂直な方向の力を受ける。また、それら一対の対辺部分を流れる電流は互いに逆向きであるため、可動部８７は揺動軸の周りの偶力を受ける。このため、可動部８７は駆動コイル９７を流れる電流の大きさに応じて揺動軸の周りに回転する。

ここで、電極パッド９９，１０１に印加される駆動信号が図１１（ｂ）に示す交流電流であるため、駆動コイル９７に流れる電流は交流電流である。電流の方向が交互に切り替わるため、可動部８７が受ける偶力の方向は交互に切り替わり、これに応じて可動部８７の回転方向も交互に切り替わる。そして、本実施の形態においても、可動部８７に対し第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が所定周期で交互に加えられる。

この電流駆動素子６００においても、可動部８７が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部８７に対し第１の方向及び第２の方向へ物理作用力が所定周期で交互に加えられ、可動部８７が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に可動部８７が第１の方向の最終変位位置で保持されるので、低電圧を繰り返し印加し、小さい物理的作用力を所定周期毎に加えながら可動部８７の変位を徐々に増大させ、その結果、可動部８７を最終変位位置まで近接させることが可能となる。つまり、平衡状態の可動部８７を一度に最終変位位置まで変位させる駆動電圧より、小さい駆動電圧で可動部８７を最終変位位置まで変位させることができる。この結果、昇圧回路を設けることなく、小さいエネルギーで可動部８７を遷移させることができ、電流駆動素子６００の低電圧化、低電流化、及び微細化を同時に達成することができる。

次に、本発明に係る微小電気機械素子の第７の実施の形態を説明する。
図１２は第７の実施の形態に係る２つ以上の物理的作用力が設定可能に構成された微小電気機械素子を斜視視（ａ）、断面視（ｂ）で表す構成図、図１３は図１２に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。
この実施の形態による微小電気機械素子７００は、可動部３１の一端がヒンジ３３、スペーサ３５を介して基板３７に支持固定されている。つまり、可動部３１は、他端が自由端となった片持ち梁状に構成される。そして、基板３７上には可動部３１の自由端に対向して第１アドレス電極３９ａ、第１振動制御電極１１１ａが設けられ、可動部３１を挟んだ第１アドレス電極３９ａ、第１振動制御電極１１１ａの反対側には対向基板１１３に形成される第２アドレス電極３９ｂ、第２振動制御電極１１１ｂが設けられている。また、可動部３１には可動側電極３９ｃが設けられている。

この微小電気機械素子７００では、可動側電極３９ｃと第１アドレス電極３９ａとに駆動電圧Ｖ１、可動側電極３９ｃと第２アドレス電極３９ｂとに駆動電圧Ｖ２が印加されるとともに、第１振動制御電極１１１ａと可動側電極３９ｃ、第２振動制御電極１１１ｂと可動側電極３９ｃとには物理作用力を所定周期毎に加えるためのパルス電圧Ｖ３，Ｖ４が印加される。つまり、可動部３１のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の物理的作用力が設定可能に構成されている。

この微小電気機械素子７００では、例えば図１３（ｂ）に示す第２アドレス電極３９ｂに対する前回の保持電圧であるpull-out電圧Ｖｃが解除された後、図１３（ｃ），（ｄ）に示すように、第１振動制御電極１１１ａと第２振動制御電極１１１ｂにパルス電圧Ｖａ，Ｖｂが交互に印加される。これにより、可動部３１は、徐々に揺動エネルギーが蓄積されて行き、少しずつ変位量が拡大される。そして、最終的に第１の方向の最終変位位置へ近接したとき、図１３（ａ）に示すpull-out電圧Ｖｃが第１アドレス電極３９ａに印加されて保持されることとなる。

したがって、この微小電気機械素子７００によれば、可動部３１が第１の方向に遷移して保持されるとき、可動部３１に対し第１の方向に物理作用力が所定周期毎に加えられ、可動部３１が第１の方向及び第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に可動部３１が第１の方向の最終変位位置で保持されるので、低電圧を繰り返し印加し、小さい物理的作用力を所定周期毎に加えながら可動部３１の変位を徐々に増大させ、その結果、可動部３１を最終変位位置まで近接させることが可能となる。また、可動部３１に対し、保持用の物理的作用力と、揺動用の物理的作用力とが別々に印加可能となり、可動部３１の揺動・保持制御回路が簡素に構成可能となる。

次に、本発明に係る微小電気機械素子を用いた微小電気機械素子アレイの実施の形態を説明する。
図１４は本発明に係る微小電気機械素子を用いて構成された微小電気機械素子アレイの構成を表すブロック図である。
上記の各実施の形態に開示した微小電気機械素子１００、２００、３００、４００、５００、７００のそれぞれは、１次元又は２次元配列することによって微小電気機械素子アレイを構成することができる。
この微小電気機械素子アレイでは、高速なスイッチング動作の可能となった微小電気機械素子１００、２００、３００、４００、５００、７００がアレイ化され、低電圧で高速な駆動が可能となり、従来より早いアドレス電圧の書込みが低電圧で可能となる。

すなわち、個々の微小電気機械素子を必要最小限の静電気力で高速作動させ、アレイ全体の高速動作が可能となる。これにより、例えば高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタ表示等が可能となる。また、例えば光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となるが、本微小電気機械素子アレイによれば、補正に対応させて個々の微小電気機械素子の印加電圧を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができる。

また、光通信用の微小電気機械素子アレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となる。したがって、微小電気機械素子アレイにおいては、各素子ごとにこの補正を行わなければならない。これに対し、本実施の形態による微小電気機械素子アレイによれば、この補正に対応させて個々の微小電気機械素子１００、２００、３００、４００、５００、７００における変位制御信号を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができる。

図１４は本発明に係る微小電気機械素子を用いて構成された微小電気機械素子アレイの構成を表すブロック図である。
微小電気機械素子アレイ８００は、例えば微小電気機械素子２００のそれぞれがメモリ回路１２１と駆動回路（駆動電圧制御回路）５３とを有することが好ましい。このようなメモリ回路１２１が備えられることで、メモリ回路１２１に対して予め素子変位信号の書き込みが可能となる。このメモリ回路１２１には予め素子変位信号が書き込まれる。微小電気機械素子２００のスイッチングのとき、各々の微小電気機械素子２００のメモリ回路１２１に記憶された素子変位信号と、微小電気機械素子２００への印加電圧を制御する駆動電圧制御回路５３により、本発明の変位制御信号、振動制御信号で微小電気機械素子２００の信号電極（第１アドレス電極３９ａ、第２アドレス電極３９ｂ）に出力する。このとき、共通電極（可動電極）８９に対しても所望の電圧が出力される。

このように、メモリ回路１２１を用いて微小電気機械素子２００を駆動すると、複数の微小電気機械素子２００のそれぞれを任意の駆動パターンで動作させることが容易にでき、より高速なアクティブ駆動が可能となる。なお、ここでは、第２の実施の形態による微小電気機械素子２００を用いて微小電気機械素子アレイ８００を構成する例を示したが、これに限らず、他の構成による微小電気機械素子１００、３００、４００、５００、７００の何れかが用いられてもよい。

この微小電気機械素子アレイ８００は、上記したいずれかの実施の形態に係る微小電気機械素子を１次元又は２次元に配列したので、個々の微小電気機械素子を低電圧で作動させ、アレイ全体の低電圧動作が可能となる。また、個々の微小電気機械素子に昇圧回路を設ける必要が無くなるので、アレイ全体の小型化が可能となる。

また、微小電気機械素子アレイ８００では、それぞれの可動部３１を変調駆動させる制御部となる駆動電圧制御回路５３が設けられているので、可動部３１が駆動電圧制御回路５３によって駆動制御されることで、可動部３１が最終変位位置に到達する前に、可動側電極３９ｃと、第１アドレス電極３９ａ又は第２アドレス電極３９ｂとの間の電極間電圧の絶対値が減少又は増加、或いは増減され、可動部が最終変位位置へ少ないエネルギーで衝突するので、衝突による振動やオーバーシュートを低減できる。

したがって、この微小電気機械素子アレイ８００によれば、上記したいずれかの実施の形態に係る微小電気機械素子を１次元又は２次元に配列したので、個々の微小電気機械素子を低電圧で作動させ、アレイ全体の低電圧動作が可能となる。また、個々の微小電気機械素子に昇圧回路を設ける必要が無くなるので、アレイ全体の小型化が可能となる。これにより、例えば低電圧での感光材露光や、プロジェクタ表示等が可能となる。また、光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となるが、本発明に係る微小電気機械素子アレイ８００によれば、補正に対応させて個々の微小電気機械素子の変位制御信号を変えることが可能なので、作動誤差の補正を容易に行うことができる。

発明に係る微小電気機械素子の概略構成を表す斜視図である。 図１に示した微小電気機械素子の揺動過程を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で表した動作説明図である。 図１に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。 第２の実施の形態に係る微小電気機械素子を斜視視（ａ）、断面視（ｂ）で表す構成図である。 図４に示した微小電気機械素子の揺動過程を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で表した動作説明図である。 図４に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。 第３の実施の形態に係る微小電気機械素子の揺動過程を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で表した動作説明図である。 図７に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関を表したタイムチャートである。 第４の実施の形態に係る平行平板型の微小電気機械素子を表す断面図である。 第５の実施の形態に係るコムドライブ型の微小電気機械素子を表す平面図である。 第６の実施の形態に係る電流駆動素子の斜視を（ａ）、駆動時において印加される電圧と時間との相関を（ｂ）に表した説明図である。 第７の実施の形態に係る２つ以上の物理的作用力が設定可能に構成された微小電気機械素子を斜視視（ａ）、断面視（ｂ）で表す構成図である。 図１２に示した微小電気機械素子の駆動時において印加される電圧と時間との相関（ａ）〜（ｄ）を表したタイムチャートである。 本発明に係る微小電気機械素子を用いて構成された微小電気機械素子アレイの構成を表すブロック図である。 接点部を分離した従来の微小電気機械素子の概略構成図である。

符号の説明

３１，４１，６１，７５，８７ 可動部
３９ａ 第１アドレス電極（信号電極）
３９ｂ 第２アドレス電極（信号電極）
３９ｃ 可動側電極（共通電極）
５３ 駆動回路（制御部）
１００，２００，３００，４００，５００，７００ 微小電気機械素子
１２１ メモリ回路
８００ 微小電気機械素子アレイ
Ｄ 駆動源
Ｄ１ 第１の駆動源
Ｄ２ 第２の駆動源
ｆ 周波数

Claims (11)

1. 弾性変位可能に支持され第１の方向及びこれとは逆方向の第２の方向との双方向に変位する可動部と、前記可動部へ前記第１の方向の物理的作用力を加える駆動源とを備え、前記可動部が前記駆動源により変位する微小電気機械素子であって、
   前記可動部が前記第１の方向に遷移して保持されるとき、前記可動部に対し前記第１の方向に前記駆動源により前記物理作用力が所定周期毎に加えられ、前記可動部が前記第１の方向及び前記第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に前記可動部が前記第１の方向の最終変位位置で保持されることを特徴とする微小電気機械素子。
2. 弾性変位可能に支持され第１の方向及びこれとは逆方向の第２の方向との双方向に変位する可動部と、前記可動部へ前記第１の方向の物理的作用力を加える第１の駆動源と、前記可動部へ前記第２の方向の物理的作用力を加える第２の駆動源と、を備え、前記可動部が前記駆動源により変位する微小電気機械素子であって、
   前記可動部が前記第１の方向又は前記第２の方向のいずれかの方向に遷移して保持されるとき、前記可動部に対し前記第１の駆動源及び前記第２の駆動源により前記第１の方向及び前記第２の方向へ前記物理作用力が交互に所定周期毎に加えられ、前記可動部が前記第１の方向及び前記第２の方向へ交互に変位を繰り返し、最終的に前記可動部が前記第１の方向又は前記第２の方向の最終変位位置で保持されることを特徴とする微小電気機械素子。
3. 前記可動部の前記駆動源による物理作用力が加わる前の状態が、前記可動部が水平に平衡された状態であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微小電気機械素子。
4. 前記可動部の前記駆動源による物理作用力が加わる前の状態が、前記可動部が前記駆動源による最終変位位置で平衡された状態であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微小電気機械素子。
5. 前記物理的作用力が、前記可動部の複数の作用点に加えられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の微小電気機械素子。
6. 前記所定周期が、前記可動部の共振周波数に対応した周期であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の微小電気機械素子。
7. 前記物理的作用力が、静電気力であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の微小電気機械素子。
8. 前記可動部のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の前記物理的作用力が設定可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の微小電気機械素子。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の微小電気機械素子を１次元又は２次元に配列したことを特徴とする微小電気機械素子アレイ。
10. 前記微小電気機械素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有し、前記可動部と、該可動部に対峙する少なくとも２つ以上の固定部とに設けられた電極のうち一方が前記駆動回路からの素子変位信号の入力される信号電極であり、他方が共通電極であることを特徴とする請求項９記載の微小電気機械素子アレイ。
11. それぞれの前記可動部を変調駆動させる制御部が設けられたことを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の微小電気機械素子アレイ。

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