JP2009258631A - 電極およびミラー駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に減衰量を制御すること。
【解決手段】ＭＥＭＳアクチュエータ１００は、固定電極１００ｂと可動電極１００ａとの重なる面積が大きくなるにしたがい（静電容量が大きくなるにしたがい）、固定電極１００ｂと可動電極１００ａとの間隔が広くなるように、固定電極１００ｂと可動電極１００ａとを形成する。このように固定電極１００ｂと可動電極１００ａとを形成することによって、固定電極１００ｂと可動電極１００ａとの位置関係によらず、静電力が一定になる。
【選択図】 図１０

Description

この発明は、電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させる電極およびミラー駆動装置に関し、特に、正確に減衰量を調整可能とする電極およびミラー駆動装置に関するものである。

近年、高速通信を可能とする光ネットワークが広く普及し、光スイッチ等の中継装置を利用して、光信号を伝送している。この光スイッチは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを備えており、かかるＭＥＭＳミラーを用いて光信号の光路や、光の減衰量を調整している（例えば、特許文献１，２参照）。

ここで、上述のＭＥＭＳミラーを駆動させるミラー駆動装置について説明する。図３７は、従来のミラー駆動装置の構成を示す図である。同図に示すように、このミラー駆動装置１０は、ＭＥＭＳミラー１１と、コリメータレンズ（集光レンズ）１２と、光ファイバ１３とを備えて構成される。

図３８は、図３７に示したミラー駆動装置の動作原理を説明するための図である。図３７に示すように、ミラー駆動装置１０は、ＭＥＭＳミラー１１の角度を変えることにより、入力光がコリメータレンズ１２に当たる位置を操作し、光の減衰量を調整する。

具体的に、コリメータレンズ１２は、中心付近において光ファイバ透過率が大きくなり、端付近において光ファイバ透過率が小さくなるという特性を有しているため、ミラー駆動装置１０は、光の減衰量を大きくする場合には、光線（入力光）の位置をコリメータレンズ１２の中心から端に向けて移動させる。一方、光の減衰量を小さくする場合には、光線の位置をコリメータレンズ１２の端から中心に向けて移動させることで、光の減衰量を調整する。

ここで、光の減衰量（光減衰）とＭＥＭＳミラーを制御するための制御電圧との関係（トレランスカーブ）について説明する。図３９は、従来のトレランスカーブを示す図である。同図に示すように、このトレランスカーブの極大点（光パワー最大ポイント）付近では、電圧に対する減衰量の変化が小さいが、減衰量が大きくなるに従って同一電圧（同一角度変化量）に対する減衰量が大きくなる。このトレランスカーブは、電圧の４次関数によって近似することが出来る。

特開２００４−３６１９２０号公報 特開２００７−６５５９４号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、図３９に示したように、光の減衰量を大きくしようとすると、制御電圧の変化量に対する減衰量の変化が大きくなるので、制御分解能が粗くなり、細かな減衰量の制御を行うことができないという問題があった。

光の減衰特性として、ＭＥＭＳミラーの制御電圧に対するミラー角度変化の特性は、電圧の二乗に比例し、ミラー角度に対して光減衰がガウシアンの定義に従い減衰する。ミラー角度と電圧との関係は、下記の式によって表すことができる。
ミラー角度[ｄｅｇ]≒α×Ｖ^２（αは、ＭＥＭＳミラー駆動装置の特性によって決まる値）

そして、光の減衰量は、電圧の４次関数に従って変化するため、減衰量が大きくなると電圧制御変動の影響を大きく受け、光の変動が発生し易くなる。減衰量と電圧との関係は、下記の式によって表すことができる。
減衰量[ｄＢ]≒α×Ｖ^４＋β×Ｖ^２＋γ（α、β、γは、ＭＥＭＳミラー装置の特性によって決まる値）

ここで、ＭＥＭＳミラーに電圧を印加して、１軸（例えば、Ｘ軸）を変化させた場合の光の減衰量について説明する。図４０は、Ｘ軸制御による減衰量の変化を示す図であり、図４１は、図４０に示したＸ軸制御による減衰量の変化をグラフで表した図である。

ミラー駆動装置は、例えば、減衰量を０ｄＢから０．５ｄＢ単位で制御する場合には、図４０に示すように、ほぼ０．５ｄＢ毎となるように各Ｘ軸の座標に対して制御コードを割り振り、割り振った制御コードを基にして、電圧制御を行う。なお、制御コードと当該制御コードによってＭＥＭＳミラーに印加する電圧値は予め設定されているものとする。

図４２は、制御コードによって制御された場合の減衰量と理想値との関係を示す図であり、図４３は、図４２に示した減衰量と理想値との関係をグラフで表した図である。図４２、図４３に示すように、減衰量が大きくなるところでは、制御コード変化に対する減衰量の変化が大きくなるので、実際に電圧制御を行った場合の減衰量と理想値との誤差が大きくなり歪みが発生してしまう。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、光の減衰量を大きくする場合であっても、正確に減衰量を制御することができる電極およびミラー駆動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この電極は、電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させる電極であって、前記固定電極と前記可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、前記固定電極と前記可動電極との間隔が広くなるように前記固定電極と前記可動電極とが形成されていることを要件とする。

また、このミラー駆動装置は、電圧を印加することによりミラーの角度を制御して光が集光レンズに照射される位置を調整し、当該光の減衰量を調整するミラー駆動装置であって、前記ミラーは、当該ミラーに備えられた第１軸および／または第２軸に電圧を印加されることによって角度が制御され、当該第１軸によって回転するミラーの角度に対する減衰量の変化の割合と、第２軸によって回転するミラーの角度に対する減衰量の変化の割合とがそれぞれ異なり、前記第１軸および／または前記第２軸に電圧を印加して前記光の減衰量を調整する減衰量調整手段を備えたこと要件とする。

また、このミラー駆動装置は、上記のミラー駆動装置において、前記減衰量調整手段は、前記第１軸に電圧を印加して光の減衰量を調整した後に、前記第２軸に電圧を印加して光の減衰量を調整することを要件とする。

また、このミラー駆動装置は、上記のミラー駆動装置において、前記減衰量調整手段は、前記第１軸に電圧を印加して光の減衰量を調整した後に、前記第１軸および前記第２軸に電圧を印加して光の減衰量を調整することを要件とする。

また、このミラー駆動装置は、上記のミラー駆動装置において、前記減衰量調整手段は、前記第１軸および前記第２軸に電圧を同時に印加することにより光の減衰量を調整することを要件とする。

また、このミラー駆動装置は、第１軸および／または第２軸に電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させ、前記固定電極と前記可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、前記固定電極と前記可動電極との間隔が広くなるように形成された電極と、
前記第１軸および／または前記第２軸に電圧を印加して前記光の減衰量を調整する減衰量調整手段とを有し、
前記電極は、前記第１軸に電圧が印加された場合の減衰量の変化の割合と、前記第２軸に電圧が印加された場合の減衰量の変化の割合とがそれぞれ異なることを要件とする。

この電極によれば、静電アクチュエータの特性から、静電力をほぼ一定に保つことができ、印加する電圧の大小によらず電圧に対する減衰量の変化の割合を一定に保つことが出来る（電圧とミラー角度との関係が線形特性となる）ので、正確に減衰量を制御することができる。

また、このミラー駆動装置によれば、Ｖ／θ特性の異なる軸を組合せることにより、ＭＥＭＳミラーの角度を制御して減衰量を調整するので、光減衰特性をより一定した電圧ステップで制御することが可能となる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電極およびミラー駆動装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、一般的な静電アクチュエータの動作原理について説明する。図１は、静電アクチュエータの動作原理を説明するための図である。静電アクチュエータの基本的な構造は、平板コンデンサ２０であり、二枚の電極２１，２２間に電圧を印加したときの両極板が引き合う力をそのまま利用する簡単な構造を取る。

電極２１，２２間に電圧「Ｖ」を印加したとき、そこには静電力により力が発生する。発生する静電力「Ｆ」は、極板間距離「ｄ」、極板面積「Ｓ」、誘電率「ε」とすると、
Ｆ＝１÷２×ε×Ｓ÷ｄ^２×Ｖ^２
となる。

続いて、従来のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）アクチュエータの構造について説明する。図２は、従来のＭＥＭＳアクチュエータ３０の構造を示す図である。同図に示すように、このＭＥＭＳアクチュエータ３０は、ミラーを備えたＭＥＭＳ可動部３１と、ＭＥＭＳ可動部３１を支えるトーションバー３２と、ＭＥＭＳ可動部電極３３とを備える。また、ＭＥＭＳ可動部電極３３は、ＭＥＭＳ可動部３１に接続される可動電極３３ａと、固定電極３３ｂとを備える。

図３は、ＭＥＭＳアクチュエータ３０の動作を説明するための図である。ＭＥＭＳ可動部電極３３に電圧を印加することによって、可動電極３３ａと固定電極３３ｂとの間に静電力が発生し、固定電極３３ｂが可動電極３３ａを引き込む。

例えば、図３の左側に示すＭＥＭＳ可動部電極３３に電圧を印加すると、可動電極３３ａが固定電極３３ｂに引き込まれ、図３の右側のようになる。ここで、図３の左側と右側とを比較すると、可動電極３３ａと固定電極３３ｂとの重なり面積（あるいは、電極間の静電容量）が、左側よりも右側のほうが大きくなる。

従って、静電アクチュエータの特性から、図３の左側の状態（重なり面積が小さい状態）では、大きな電圧を印加してもＭＥＭＳ可動部３１は少ししか動かないが、図３の右側の状態（重なり面積が大きい状態）では、小さな電圧を印加するだけでＭＥＭＳ可動部３１が動く。

図４は、従来のＭＥＭＳアクチュエータ３０にかかる電圧と角度との関係を示す図である。同図に示すように、低電圧の領域では、電圧に対する角度の変化の割合は小さいが、高電圧の領域では、電圧に対する角度の変化の割合が大きくなる（電圧と角度との関係は、二乗特性となる）。

図４に示すように、従来のＭＥＭＳアクチュエータ３０は、電圧と角度との関係が２次関数的に変化するので、高電圧の領域では、電圧変化に対する角度変化が大きくなるため、光の減衰量を大きくしようとすると（電圧を上げて、減衰量を大きくしようとすると）、制御電圧の変化量に対する減衰量の変化が大きくなる（図５、図６参照）ので、制御分解能が粗くなり、細かな減衰量の制御を行うことができないという問題が発生してしまう。ここで、図５は、従来のＭＥＭＳアクチュエータにかかる制御電圧と減衰量との関係を示す図であり、図６は、従来のＭＥＭＳアクチュエータにかかる制御電圧と減衰量との関係を具体的な数値で示す図である。

次に、本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータについて説明する。本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００は、固定電極と可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、固定電極と可動電極との間隔が広くなるように、固定電極と可動電極とを形成する。このように固定電極と可動電極とを形成することで、静電アクチュエータの特性から、静電力をほぼ一定に保つことができ、印加する電圧の大小によらず電圧に対する減衰量の変化の割合を一定に保つことが出来る（制御電圧とミラー角度との関係が線形特性となる）ので、正確に減衰量を制御することが可能となる。

次に、ＭＥＭＳアクチュエータを制御する制御装置の構成について説明する。図７は、本実施例１にかかる制御装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この制御装置５０は、ＤＰＲＡＭ６０と、演算部７０と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）８０と、ＭＥＭＳアクチュエータ（ＭＥＭＳミラー）１００とを備えて構成される。

ここで、ＤＰＲＡＭ６０は、上位装置（図示略）と接続され、上位装置との間におけるデータ通信を実行する手段であり、上位装置から出力される減衰量情報を記憶する。この減衰量情報は、制御装置５０が調整すべき減衰量となる。

演算部７０は、ＤＰＲＡＭ６０に記憶された減衰量情報に基づいて、ＭＥＭＳアクチュエータ１００を制御するための制御電圧を演算する手段であり、演算結果となる制御電圧の情報をＤＡＣ８０に出力する。

具体的に、演算部７０は、管理テーブルを保持しており、かかる管理テーブルと減衰量情報とを比較することにより、制御電圧を演算する。図８は、本実施例１にかかる管理テーブルのデータ構造の一例を示す図である。同図に示すように、この管理テーブルは、ＤＰＲＡＭ制御値（減衰量）と、ＤＡＣ制御値、制御電圧とを有する。

例えば、演算部７０は、ＤＰＲＡＭ６０の減衰量情報を取得し、減衰量が１．０[ｄＢ]の場合には、ＤＡＣ制御値「２Ｄ５３」（１４１．６３８１８４Ｖ）をＤＡＣ８０に出力する。

図９は、図８に示した制御テーブルの制御電圧と減衰量との関係を示す図である。図５に示した場合と異なり、本実施例１にかかる制御装置５０は、制御電流と減衰量との関係がほぼ線形となるので、制御電流による減衰量の制御を容易にすることが可能となる。制御電流と減衰量との関係が線形になる理由は、後述する。

ＤＡＣ８０は、演算部７０から制御電圧の情報（ＤＡＣ制御値）を取得した場合に、取得した制御電圧の情報に基づいて、ＭＥＭＳアクチュエータ１００に制御電圧を印加する手段である。なお、ＤＡＣ８０は、ＤＡＣ制御値と制御電圧とを対応付けたテーブルを備えているものとする。例えば、ＤＡＣ８０は、ＤＡＣ制御値「２Ｄ５３」を取得した場合には、制御電圧「１４１．６３８１８４Ｖ」をＭＥＭＳアクチュエータ１００に印加する。

ＭＥＭＳアクチュエータ１００は、制御電圧を印加されることによってミラー角度が制御され、ＭＥＭＳアクチュエータ１００を介して、コリメータレンズ（図示略）に照射される光の光路を変更することにより減衰量を調整する手段である。本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００は、図２に示したＭＥＭＳアクチュエータ３０と比較して、ＭＥＭＳ可動部電極の形状が異なる（その他の構成は、同様である）。

図１０は、本実施例１にかかるＭＥＭＳ可動部電極１１０を示す図である。同図に示すように、このＭＥＭＳ稼働部電極１１０は、制御電圧が印加され、可動電極１１０ａと固定電極１１０ｂとが重なる面積が大きくなるに従って、可動電極１１０ａと固定電極１１０ｂとの間隔が広くなるように形成されている。

図１０の上段中央に示すように、可動電極１１０ａが固定電極１１０ｂに引き込まれる前の各電極間の隙間をａ、可動電極１１０ａが固定電極１１０ｂに引き込まれた後の各電極間の隙間をｂとすると、ａ＜ｂとなっている。

従って、ＭＥＭＳ可動部電極１１０に制御電圧が印加され、可動電極１１０ａが固定電極１１０ｂに引き込まれた場合（可動電極１１０ａと固定電極１１０ｂとの重なり面積が大きくなった場合）であっても、可動電極１１０ａと可動電極１１０ｂとの間隔が大きくなるので、静電力が一定に保たれ、制御電圧とミラー角度との関係がほぼ比例関係となる。

図１１は、本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００にかかる電圧と角度との関係を示す図である。なお、図１１の破線は、従来のＭＥＭＳアクチュエータ３０にかかる電圧と角度との関係を示している。

図１１に示すように、本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００は、可動電極１１０ａおよび固定電極１１０ｂの位置関係によらず、静電力が一定となるので、電圧と角度との関係を線形近似できる。

図１２は、本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００のトレランスカーブと従来のトレランスカーブとを示す図である。同図に示すように、従来のトレランスカーブは、電圧の大きさに応じて減衰量の変化の割合が変化していたが、本実施例１にかかるトレランスカーブは、電圧の大きさによらず一定となるので、電圧による減衰量制御を容易にし、正確に減衰量を調整することが可能となる。

上述してきたように、本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００は、固定電極と可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、固定電極と可動電極との間隔が広くなるように、固定電極と可動電極とを形成する。このように固定電極と可動電極とを形成することで、静電アクチュエータの特性から、静電力をほぼ一定に保つことができ、印加する電圧の大小によらず電圧に対する減衰量の変化の割合を一定に保つことが出来る（制御電圧とミラー角度との関係が線形特性となる）ので、正確に減衰量を制御することが可能となる。

また、本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータ１００によって、光減衰が電圧でリニアに変化するので、ダイナミック特性として均一な制御を行うことが可能となる。また、制御エラー（電源ノイズや外来ノイズ）による影響を低減することができる。

次に、本実施例２にかかるミラー駆動装置について説明する。本実施例２にかかるミラー駆動装置は、ＭＥＭＳミラーをＶ／θ特性（角度に対する電圧（減衰量）の変化の割合）がそれぞれ異なる２軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸）で構成し、Ｘ軸およびＹ軸を組合せてミラーの角度を制御し、光の減衰量を調整する。

図１３は、本実施例２にかかるミラー駆動装置の特徴を説明するための図である。同図に示すように、Ｘ軸とＹ軸とのＶ／θ特性が異なっているので、Ｘ軸のトレランスカーブとＹ軸のトレランスカーブとが異なっている。

本実施例２にかかるミラー駆動装置は、トレランスカーブの緩い部分は、Ｖ／θ特性の大きい領域「図１３の（１）」で制御し、トレランスカーブの急峻な領域「図１３の（２）」は、Ｖ／θ特性の小さい領域「図１３の（３）」で制御する。例えば、図１３のような目標値が設定された場合には、減衰量がＡとなるまで、Ｘ軸に電圧を印加して減衰量を調整し、減衰量をＡから目標値まで調整する場合には、Ｙ軸に電圧を印加して減衰量を調整する。但し、Ｖ／θ特性は、Ｙ軸よりもＸ軸のほうが大きいものとする。

このように、Ｖ／θ特性の異なる軸を組合せることにより、ＭＥＭＳミラーの角度を制御して減衰量を調整するので、光減衰特性をより一定した電圧ステップで制御することが可能となる。

次に、本実施例２にかかるミラー駆動装置２００の構成について説明する。図１４は、本実施例２にかかるミラー駆動装置２００の構成を示す図である。同図に示すように、このミラー駆動装置２００は、ＭＥＭＳミラー２１０と、コリメータレンズ（集光レンズ）２２０と、光ファイバ２３０とを備えて構成される。

ＭＥＭＳミラー２１０は、Ｘ軸およびＹ軸を備え、Ｘ軸および／またはＹ軸に電圧が印加された場合に、Ｘ軸および／またはＹ軸を基準に回転するミラーである。このＭＥＭＳミラー２１０は、回転制御されることで、入力光がコリメータレンズ２２０に当たる位置を変更し、光の減衰量を調整する。なお、Ｘ軸およびＹ軸は、Ｖ／θ特性がＸ軸とＹ軸とでそれぞれ異なるように、予め設定されているものとする。

図１５は、コリメータレンズ２１０を説明するための図である。同図に示すように、このコリメータレンズ２２０は、中心部分の光ファイバ透過率が大きくなり（光減衰量小）、端付近の光ファイバ透過率が小さくなる（光減衰量大）。すなわち、光線が、コリメータレンズ２２０の中心部分から端方向に移動するにしたがい、光の減衰量が大きくなる。

ミラー駆動装置２００は、光の減衰量を大きくする場合には、光線（入力光）の位置をコリメータレンズ２２０の中心から端に向けて移動させる。一方、光の減衰量を小さくする場合には、光線の位置をコリメータレンズ２２０の端から中心に向けて移動させることで、光の減衰量を調整する。

次に、ＭＥＭＳミラー２１０を制御する制御装置について説明する。図１６は、本実施例２にかかる制御装置２５０の構成を示す図である。同図に示すように、この制御装置２５０は、ＤＰＲＡＭ２６０と、演算部２７０と、ＤＡＣ２８０と、ＭＥＭＳミラー（ＭＥＭＳアクチュエータ）２１０とを備えて構成される。

ここで、ＤＰＲＡＭ２６０は、上位装置（図示略）と接続され、上位装置との間におけるデータ通信を実行する手段であり、上位装置から出力される減衰量情報を記憶する。この減衰量情報は、制御装置２５０が調整すべき減衰量となる。

演算部２７０は、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶された減衰量情報に基づいて、ＭＥＭＳアクチュエータ２００を制御するための電圧を演算する手段であり、演算結果となる制御電圧の情報をＤＡＣ２８０に出力する。

ＤＡＣ２８０は、演算部２７０から制御電圧の情報を取得した場合に、取得した制御電圧の情報に基づいて、ＭＥＭＳミラー２１０のＸ軸および／またはＹ軸に制御電圧を印加する手段である。

ここで、ＭＥＭＳミラー２１０に対する制御装置２５０の制御方法として、３つの方法を例としてあげる。以下において、第１の制御方法、第２の制御方法、第３の制御方法について順に説明する。まず、第１の制御方法から説明する。図１７は、第１の制御方法を説明するための図である。

図１７に示す第１の制御方法では、制御装置２５０は、所定の減衰量（例えば、目標値の半分の減衰量）となるまで、Ｘ軸に電圧を印加する。そして、所定の減衰量に到達した後に、今度はＹ軸に電圧を印加することで、減衰量を目標値に調整する。

ここで、Ｖ／θ特性が、Ｙ軸よりもＸ軸のほうが大きいとすれば、所定の減衰量から目標値までの調整をＹ軸に電圧を印加することによりおこなうので、電圧に対する減衰量の変化が穏やかとなるので、正確に減衰量を目標値に調整することが出来る。

図１８は、Ｘ軸制御およびＹ軸制御による減衰量をそれぞれ示す図である。具体的に、図１８の左側が、Ｘ軸制御（Ｘ軸の座標変化）による減衰量の変化を示しており、図１８の右側が、Ｙ軸制御（Ｙ軸の座標変化）による減衰量の変化を示している。また、図１９は、図１８に示したＸ軸制御およびＹ軸制御による減衰量の変化をグラフで表した図である。

第１の制御方法では、所定の減衰量となるまで、Ｘ軸に電圧を印加した後に、Ｙ軸に電圧を印加している。ここでは説明の便宜上、減衰量が「−５．９２ｄＢ」となるまでＸ軸に電圧を印加した後に、Ｙ軸に電圧を印加した場合の、Ｘ軸、Ｙ軸制御による減衰量の変化について説明する。図２０は、第１の制御方法によるＸ軸、Ｙ軸制御の減衰量を示す図であり、図２１は、図２０に示したＸ軸、Ｙ軸制御による減衰量の関係をグラフで表した図である。

制御装置２５０が、実際に減衰量を制御する場合（例えば、減衰量を０．５ｄＢステップ単位で制御する場合）には、図２０に示したデータを基にして、０．５ｄＢステップ単位（−０．５ｄＢ、−１．０ｄＢ、−１．５ｄＢ、・・・）の近似データを抽出する。そして、制御装置２５０は、抽出した近似データに制御コードを割当てた制御テーブルを作成する。

図２２は、第１の制御方法による制御テーブルのデータ構造の一例を示す図である。なお、図２２には、減衰量に対する理想値もあわせて記載している。例えば、図２２に示す制御テーブルは、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶されている。

そして、演算部２７０が、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶された減衰量と制御テーブルとを比較して、制御コードを特定し、特定した制御コードをＤＡＣ２８０に出力する。ＤＡＣ２８０は、制御コードと、Ｘ軸・Ｙ軸に印加する電圧との関係を示すテーブルを保持しており、演算部２７０から取得した制御コードに応じて、Ｘ軸・Ｙ軸に電圧を印加する。

図２３は、第１の制御方法による制御コード毎の減衰量と理想値との関係を示す図である。図２３に示すように、制御コードに対して、実際の減衰量と理想値との差がダイナミックの範囲で小さい誤差となり、リニアな制御が可能となる。

次に、第２の制御方法について説明する。図２４は、第２の制御方法を説明するための図である。図２４に示す第２の制御方法では、制御装置２５０は、所定の減衰量（例えば、目標値の半分の減衰量）となるまで、Ｘ軸に電圧を印加する。そして、所定の減衰量に到達した後に、Ｘ軸およびＹ軸に電圧を印加することで、減衰量を目標値に調整する。

ここで、Ｖ／θ特性が、Ｙ軸よりもＸ軸のほうが大きいとすれば、所定の減衰量から目標値までの調整をＸ軸およびＹ軸に電圧を印加することによりおこなうので、電圧に対する減衰量の変化が穏やかとなり、正確に減衰量を目標値に調整することが出来る。また、第１の制御方法と異なり、所定の減衰量から目標値まで、Ｘ軸にも電圧を印加するので、第１の制御方法よりも、ダイナミック的に線形特性が得られる。

第２の制御方法では、所定の減衰量となるまで、Ｘ軸に電圧を印加した後に、Ｘ軸およびＹ軸に電圧を印加している。ここでは説明の便宜上、減衰量が「−５．９２ｄＢ」となるまでＸ軸に電圧を印加した後に、Ｘ軸およびＹ軸に電圧を印加した場合の、Ｘ軸、Ｙ軸制御による減衰量の変化について説明する。図２５は、第２の制御方法によるＸ軸、Ｙ軸制御の減衰量を示す図であり、図２６は、図２５に示したＸ軸、Ｙ軸制御による減衰量の関係をグラフで表した図である。

制御装置２５０が、実際に減衰量を制御する場合（例えば、減衰量を０．５ｄＢステップ単位で制御する場合）には、図２５に示したデータを基にして、０．５ｄＢステップ単位（−０．５ｄＢ、−１．０ｄＢ、−１．５ｄＢ、・・・）の近似データを抽出する。そして、制御装置２５０は、抽出した近似データに制御コードを割当てた制御テーブルを作成する。

図２７は、第２の制御方法による制御テーブルのデータ構造の一例を示す図である。なお、図２７には、減衰量に対する理想値もあわせて記載している。例えば、図２７に示す制御テーブルは、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶されている。

そして、演算部２７０が、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶された減衰量と制御テーブルとを比較して、制御コードを特定し、特定した制御コードをＤＡＣ２８０に出力する。ＤＡＣ２８０は、制御コードと、Ｘ軸・Ｙ軸に印加する電圧との関係を示すテーブルを保持しており、演算部２７０から取得した制御コードに応じて、Ｘ軸・Ｙ軸に電圧を印加する。

図２８は、第２の制御方法による制御コード毎の減衰量と理想値との関係を示す図である。図２８に示すように、制御コードに対して、実際の減衰量と理想値との差がダイナミックの範囲で小さい誤差となり、リニアな制御が可能となる。

次に、第３の制御方法について説明する。図２９は、第３の制御方法を説明するための図である。図２９に示す第３の制御方法では、制御装置２５０は、減衰量が目標値に至るまで、Ｘ軸およびＹ軸に電圧を印加することによりおこなう。ここで、Ｖ／θ特性が、Ｙ軸よりもＸ軸のほうが大きいとすれば、Ｘ軸のみに電圧を印加して減衰量を調整する場合と比較して、減衰量の変化の割合が小さくなるので、正確に減衰量を目標値に調整することが出来ると共に、第１、第２の制御方法と比較して、ダイナミック的に線形特性が得られる。

第３の制御方法では、はじめからＸ軸およびＹ軸に電圧を印加している。図３０は、第３の制御方法による減衰量の変化を示す図であり、図３１は、図３０に示したＸ軸、Ｙ軸制御による減衰量の関係をグラフで表した図である。

制御装置２５０が、実際に減衰量を制御する場合（例えば、減衰量を０．５ｄＢステップ単位で制御する場合）には、図３０に示したデータを基にして、０．５ｄＢステップ単位（−０．５ｄＢ、−１．０ｄＢ、−１．５ｄＢ、・・・）の近似データを抽出する。そして、制御装置２５０は、抽出した近似データに制御コードを割当てた制御テーブルを作成する。

図３２は、第３の制御方法による制御テーブルのデータ構造の一例を示す図である。なお、図３２には、減衰量に対する理想値もあわせて記載している。例えば、図３２に示す制御テーブルは、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶されている。

そして、演算部２７０が、ＤＰＲＡＭ２６０に記憶された減衰量と図３２に示した制御テーブルとを比較して、制御コードを特定し、特定した制御コードをＤＡＣ２８０に出力する。ＤＡＣ２８０は、制御コードと、Ｘ軸・Ｙ軸に印加する電圧との関係を示すテーブルを保持しており、演算部２７０から取得した制御コードに応じて、Ｘ軸・Ｙ軸に電圧を印加する。

図３３は、第３の制御方法による制御コード毎の減衰量と理想値との関係を示す図である。図３３に示すように、制御コードに対して、実際の減衰量と理想値との差がダイナミックの範囲で小さい誤差となり、リニアな制御が可能となる。

次に、本実施例２にかかるミラー駆動装置２００の処理手順について説明する。図３４は、第１の制御方法を実行するミラー駆動装置２００の処理手順を示すフローチャートであり、図３５は、第２の制御方法を実行するミラー駆動装置２００の処理手順を示すフローチャートであり、図３６は、第３の制御方法を実行するミラー駆動装置２００の処理手順を示すフローチャートである。なお、図３４〜図３６では、一例として、減衰量を−２０ｄＢに調整するものとする。

図３４に示すように、ミラー駆動装置２００は、減衰量を設定し（ステップＳ１０１）、Ｘ軸を制御（Ｘ軸に電圧を印加）し（ステップＳ１０２）、減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−５ｄＢ」か否かを判定する（ステップＳ１０３）。

減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−５ｄＢ」の場合には（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。一方、減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−５ｄＢ」ではない場合には（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、Ｙ軸を制御（Ｙ軸に電圧を印加）し（ステップＳ１０５）、減衰量が、「−５ｄＢ＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」か否かを判定する（ステップＳ１０６）。

減衰量が、「−５ｄＢ＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」の場合には（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に移行する。一方、減衰量が、「−５ｄＢ＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」ではない場合には（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、処理を終了する。

次に、図３５に示すように、ミラー駆動装置２００は、減衰量を設定し（ステップＳ２０１）、Ｘ軸を制御（Ｘ軸に電圧を印加）し（ステップＳ２０２）、減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−５ｄＢ」か否かを判定する（ステップＳ２０３）。

減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−５ｄＢ」の場合には（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に移行する。一方、減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−５ｄＢ」ではない場合には（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、Ｘ軸およびＹ軸を制御（Ｘ軸およびＹ軸を制御）し（ステップＳ２０５）、減衰量が、「−５ｄＢ＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」か否かを判定する（ステップＳ２０６）。

減衰量が、「−５ｄＢ＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」の場合には（ステップＳ２０７，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に移行する。一方、減衰量が、「−５ｄＢ＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」ではない場合には（ステップＳ２０７，Ｎｏ）、処理を終了する。

次に、図３６に示すように、ミラー駆動装置２００は、減衰量を設定し（ステップＳ３０１）、Ｘ軸およびＹ軸を制御（Ｘ軸およびＹ軸に電圧を印加）し（ステップＳ３０２）、減衰量が「０＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」か否かを判定する（ステップＳ３０３）。

減衰量が、「０＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」の場合には（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０２に移行する。一方、減衰量が「０＞Ｌｏｓｓ≧−２０ｄＢ」ではない場合には（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、処理を終了する。

ミラー駆動装置２００は、図３４〜図３６に示した第１〜第３の制御方法のうち、いずれの制御方法を用いて減衰量を調整しても良い。あるいは、減衰量に応じて、適宜、制御方法を切り替えても良い。

上述してきたように、本実施例２にかかるミラー駆動装置２００は、ＭＥＭＳミラーをＶ／θ特性（角度に対する電圧（減衰量）の変化の割合）がそれぞれ異なる２軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸）で構成し、Ｘ軸およびＹ軸を組合せてミラーの角度を制御し、光の減衰量を調整するので、光減衰特性をより一定した電圧ステップで制御することが可能となり、正確に減衰量を調整することが出来る。

ところで、本実施例において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部あるいは一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、上述したミラー駆動装置２００、制御装置２５０などの各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

また、図１６に示したＭＥＭＳミラー（ＭＥＭＳアクチュエータ）２１０の構造を、実施例１に示したＭＥＭＳアクチュエータ１００と同様の構造にしても良い。すなわち、ＭＥＭＳミラー２１０の固定電極および可動電極は、固定電極と可動電極との重なる面積が大きくなるに従い、固定電極と可動電極との間隔が広くなるように形成され、さらに、Ｖ／θ特性の異なる軸を組合せることにより、ＭＥＭＳミラーの角度を制御して減衰量を調整することで、減衰量の誤差をなくし、光減衰特性をより一定した電圧ステップで制御することが可能となる。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させる電極であって、
前記固定電極と前記可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、前記固定電極と前記可動電極との間隔が広くなるように前記固定電極と前記可動電極とが形成されていることを特徴とする電極。

（付記２）前記固定電極および前記可動電極の形状はクシ歯形であることを特徴とする付記１に記載の電極。

（付記３）電圧を印加することによりミラーの角度を制御して光が集光レンズに照射される位置を調整し、当該光の減衰量を調整するミラー駆動装置であって、
前記ミラーは、当該ミラーに備えられた第１軸および／または第２軸に電圧を印加されることによって角度が制御され、当該第１軸によって回転するミラーの角度に対する減衰量の変化の割合と、第２軸によって回転するミラーの角度に対する減衰量の変化の割合とがそれぞれ異なり、
前記第１軸および／または前記第２軸に電圧を印加して前記光の減衰量を調整する減衰量調整手段
を備えたことを特徴とするミラー駆動装置。

（付記４）前記減衰量調整手段は、前記第１軸に電圧を印加して光の減衰量を調整した後に、前記第２軸に電圧を印加して光の減衰量を調整することを特徴とする付記３に記載のミラー駆動装置。

（付記５）前記減衰量調整手段は、前記第１軸に電圧を印加して光の減衰量を調整した後に、前記第１軸および前記第２軸に電圧を印加して光の減衰量を調整することを特徴とする付記３に記載のミラー駆動装置。

（付記６）前記減衰量調整手段は、前記第１軸および前記第２軸に電圧を同時に印加することにより光の減衰量を調整することを特徴とする付記３に記載のミラー駆動装置。

（付記７）第１軸および／または第２軸に電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させ、前記固定電極と前記可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、前記固定電極と前記可動電極との間隔が広くなるように形成された電極と、
前記第１軸および／または前記第２軸に電圧を印加して前記光の減衰量を調整する減衰量調整手段とを有し、
前記電極は、前記第１軸に電圧が印加された場合の減衰量の変化の割合と、前記第２軸に電圧が印加された場合の減衰量の変化の割合とがそれぞれ異なることを特徴とするミラー駆動装置。

静電アクチュエータの動作原理を説明するための図である。 従来のＭＥＭＳアクチュエータの構造を示す図である。 ＭＥＭＳアクチュエータの動作を説明するための図である。 従来のＭＥＭＳアクチュエータにかかる電圧と角度との関係を示す図である。 従来のＭＥＭＳアクチュエータにかかる制御電圧と減衰量との関係を示す図である。 従来のＭＥＭＳアクチュエータにかかる制御電圧と減衰量との関係を具体的な数値で示す図である。 本実施例１にかかる制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本実施例１にかかる管理テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図８に示した制御テーブルの制御電圧と減衰量との関係を示す図である。 本実施例１にかかるＭＥＭＳ可動部電極を示す図である。 本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータにかかる電圧と角度との関係を示す図である。 本実施例１にかかるＭＥＭＳアクチュエータのトレランスカーブと従来のトレランスカーブとを示す図である。 本実施例２にかかるミラー駆動装置の特徴を説明するための図である。 本実施例２にかかるミラー駆動装置の構成を示す図である。 コリメータレンズを説明するための図である。 本実施例２にかかる制御装置の構成を示す図である。 第１の制御方法を説明するための図である。 Ｘ軸制御およびＹ軸制御による減衰量をそれぞれ示す図である。 図１８に示したＸ軸制御およびＹ軸制御による減衰量の変化をグラフで表した図である。 第１の制御方法によるＸ軸、Ｙ軸制御の減衰量を示す図である。 図２０に示したＸ軸、Ｙ軸制御による減衰量の関係をグラフで表した図である。 第１の制御方法による制御テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 第１の制御方法による制御コード毎の減衰量と理想値との関係を示す図である。 第２の制御方法を説明するための図である。 第２の制御方法によるＸ軸、Ｙ軸制御の減衰量を示す図である。 図２５に示したＸ軸、Ｙ軸制御による減衰量の関係をグラフで表した図である。 第２の制御方法による制御テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 第２の制御方法による制御コード毎の減衰量と理想値との関係を示す図である。 第３の制御方法を説明するための図である。 第３の制御方法による減衰量の変化を示す図である。 図３０に示したＸ軸、Ｙ軸制御による減衰量の関係をグラフで表した図である。 第３の制御方法による制御テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 第３の制御方法による制御コード毎の減衰量と理想値との関係を示す図である。 第１の制御方法を実行するミラー駆動装置の処理手順を示すフローチャートである。 第２の制御方法を実行するミラー駆動装置の処理手順を示すフローチャートである。 第３の制御方法を実行するミラー駆動装置の処理手順を示すフローチャートである。 従来のミラー駆動装置の構成を示す図である。 図３７に示したミラー駆動装置の動作原理を説明するための図である。 従来のトレランスカーブを示す図である。 Ｘ軸制御による減衰量の変化を示す図である。 図４０に示したＸ軸制御による減衰量の変化をグラフで表した図である。 制御コードによって制御された場合の減衰量と理想値との関係を示す図でる。 図４２に示した減衰量と理想値との関係をグラフで表した図である。

符号の説明

１０，２００ ミラー駆動装置
１１，２１０ ＭＥＭＳミラー
１２，２２０ コリメータレンズ
１３，２３０ 光ファイバ
２０ 平板コンデンサ
２１，２２ 電極
３０，１００ ＭＥＭＳアクチュエータ
３１ ＭＥＭＳ可動部
３２ トーションバー
３３，１１０ ＭＥＭＳ可動部電極
３３ａ，１１０ａ 可動電極
３３ｂ，１１０ｂ 固定電極
５０，２５０ 制御装置
６０，２６０ ＤＰＲＡＭ
７０，２７０ 演算部
８０，２８０ ＤＡＣ

Claims (6)

1. 電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させる電極であって、
   前記固定電極と前記可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、前記固定電極と前記可動電極との間隔が広くなるように前記固定電極と前記可動電極とが形成されていることを特徴とする電極。
2. 電圧を印加することによりミラーの角度を制御して光が集光レンズに照射される位置を調整し、当該光の減衰量を調整するミラー駆動装置であって、
   前記ミラーは、当該ミラーに備えられた第１軸および／または第２軸に電圧を印加されることによって角度が制御され、当該第１軸によって回転するミラーの角度に対する減衰量の変化の割合と、第２軸によって回転するミラーの角度に対する減衰量の変化の割合とがそれぞれ異なり、
   前記第１軸および／または前記第２軸に電圧を印加して前記光の減衰量を調整する減衰量調整手段
   を備えたことを特徴とするミラー駆動装置。
3. 前記減衰量調整手段は、前記第１軸に電圧を印加して光の減衰量を調整した後に、前記第２軸に電圧を印加して光の減衰量を調整することを特徴とする請求項２に記載のミラー駆動装置。
4. 前記減衰量調整手段は、前記第１軸に電圧を印加して光の減衰量を調整した後に、前記第１軸および前記第２軸に電圧を印加して光の減衰量を調整することを特徴とする請求項２に記載のミラー駆動装置。
5. 前記減衰量調整手段は、前記第１軸および前記第２軸に電圧を同時に印加することにより光の減衰量を調整することを特徴とする請求項２に記載のミラー駆動装置。
6. 第１軸および／または第２軸に電圧が印加された場合に、固定電極と可動電極との間に静電力を発生させて当該可動電極側に設置されたミラーを駆動させ、前記固定電極と前記可動電極との重なる面積が大きくなるにしたがい、前記固定電極と前記可動電極との間隔が広くなるように形成された電極と、
   前記第１軸および／または前記第２軸に電圧を印加して前記光の減衰量を調整する減衰量調整手段とを有し、
   前記電極は、前記第１軸に電圧が印加された場合の減衰量の変化の割合と、前記第２軸に電圧が印加された場合の減衰量の変化の割合とがそれぞれ異なることを特徴とするミラー駆動装置。

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