JP2013178418A - Ｍｅｍｓ光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に対して平行な面内で角度調整可能なＭＥＭＳ光学部品を提供する。
【解決手段】基板Ｂに形成されたフレーム１０と、基板Ｂに形成された回転ステージ２０と、フレーム１０に固定され回転ステージ２０を支持するサスペンション３０と、回転ステージ２０を基板Ｂに対して平行な面内で回転させるアクチュエータ４０と、回転ステージ４０に固定される光学部品本体６０とを備える。回転ステージ２０が基板Ｂに対して平行な面内で回転するので、光学部品本体６０を基板Ｂに対して平行な面内で角度調整できる。そのため、ＭＯＢにより構成された光学系と同一基板上にＭＥＭＳ光学部品１を形成することができ、光学部品の角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ光学部品に関する。さらに詳しくは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて角度調整可能に形成された光学部品に関する。

光通信コネクタや光を利用したセンシングデバイスに用いられる小型の光学系を構成する技術としてＭＯＢ（Micro Optical Bench）が知られている。ＭＯＢは、基板上に形成されたガイド溝などに各種の光学部品を固定するだけで位置合わせ不要で光学系を構成できるという利点を有する。
しかし、ＭＯＢにより構成された光学系は光学部品の角度調整機構を有さないため、光路変更などができない静的な光学系となる。

一方、角度調整可能なＭＥＭＳミラーはこれまで多く実現されている（例えば、特許文献１）。そのため、ＭＯＢにより構成された光学系にこのようなＭＥＭＳミラーを組み込むことで、光路変更などが可能な動的な光学系を構成できるとも考えられる。

しかるに、従来のＭＥＭＳミラーは鏡面および回転軸が基板に対して平行であり、基板に対して垂直な面内で光を反射するものであった。そのため、ＭＯＢにより構成された光学系にＭＥＭＳミラーを組み込むには、ＭＯＢによる光学系とＭＥＭＳミラーとを別々の基板に形成した後、互いの基板を直交するように配置する必要があった。そうすると、互いの基板の位置合わせが必要となりＭＯＢの利点が損なわれるばかりか、光学系を小型に実装するのが困難であった。

特表２００８−５４２８４９号公報

本発明は上記事情に鑑み、基板に対して平行な面内で角度調整可能なＭＥＭＳ光学部品を提供することを目的とする。

第１発明のＭＥＭＳ光学部品は、基板に形成されたフレームと、前記基板に形成された回転ステージと、前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、前記回転ステージに固定される光学部品本体と、を備えるとすることを特徴とする。
第２発明のＭＥＭＳ光学部品は、第１発明において、前記回転ステージの角度および／または回転方向を検出する角度センサを備えるとすることを特徴とする。
第３発明のＭＥＭＳ光学部品は、第１発明において、前記アクチュエータは、櫛状の固定電極と、前記回転ステージに設けられた櫛状の可動電極と、を備えており、前記固定電極は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた固定電極軸部と、該固定電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の固定電極櫛歯と、を備え、前記可動電極は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた可動電極軸部と、該可動電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の可動電極櫛歯と、を備え、前記固定電極櫛歯および前記可動電極櫛歯は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って交互に配置されているとすることを特徴とする。
第４発明のＭＥＭＳ光学部品は、第１発明において、前記サスペンションは、両端が前記フレームに固定された基礎梁と、該基礎梁の中央と前記回転ステージとを接続する支持梁と、を備えるとすることを特徴とする。
第５発明のＭＥＭＳ光学部品は、第１発明において、前記サスペンションは、両端が前記フレームに固定された第１基礎梁と、両端が前記回転ステージに固定された第２基礎梁と、前記第１基礎梁の中央と前記第２基礎梁の中央とを接続する支持梁と、を備えるとすることを特徴とする。
第６発明のＭＥＭＳ光学部品は、第２発明において、前記角度センサは、櫛状の固定側検出電極と、前記回転ステージとともに回転する櫛状の可動側検出電極と、を備えており、前記固定側検出電極は、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する固定側検出電極軸部と、該固定側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の固定側検出電極櫛歯と、を備え、前記可動側検出電極は、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する可動側検出電極軸部と、該可動側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の可動側検出電極櫛歯と、を備え、前記固定側検出電極軸部の前記固定側検出電極櫛歯が設けられた側面と、前記可動側検出電極軸部の前記可動側検出電極櫛歯が設けられた側面とが対向して配置されているとすることを特徴とする。
第７発明のＭＥＭＳ光学部品は、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記光学部品本体は、前記回転ステージに一体形成されたミラー、回折格子またはレンズであるとすることを特徴とする。
第８発明のＭＥＭＳ光学部品は、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記回転ステージには、ガイド溝が一体形成されており、前記光学部品本体は、前記ガイド溝に固定されているとすることを特徴とする。

第１発明によれば、回転ステージが基板に対して平行な面内で回転するので、光学部品本体を基板に対して平行な面内で角度調整できる。そのため、ＭＯＢにより構成された光学系と同一基板上にＭＥＭＳ光学部品を形成することができ、光学部品の角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
第２発明によれば、角度センサにより回転ステージの回転量および／または回転方向を検出できるので、光学部品本体を目的の角度に調整できる。
第３発明によれば、固定電極と可動電極との間に電圧を印加すれば両電極間に静電引力が発生するから、この静電引力によって回転ステージを回転させるトルクを発生することができる。また、固定電極櫛歯および可動電極櫛歯は、回転ステージの回転の半径方向に沿って交互に配置されているので、発生する静電引力のうち、回転ステージの回転の半径方向の成分が相殺され、周方向の成分だけが働くから、回転ステージをスムーズに回転させることができる。
第４発明によれば、基礎梁と支持梁との接続部分が擬似的なリンクとなるので、回転ステージの大きな角度変位を許容できる。
第５発明によれば、第１基礎梁と支持梁との接続部分、および第２基礎梁と支持梁との接続部分が擬似的なリンクとなるので、回転ステージのより大きな角度変位を許容できる。
第６発明によれば、固定側検出電極軸部の固定側検出電極櫛歯が設けられた側面と、可動側検出電極軸部の可動側検出電極櫛歯が設けられた側面とが対向して配置されているので、回転ステージの角度に応じて固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することで、回転ステージの角度および回転方向を検出することができる。
第７発明によれば、回転ステージにミラー、回折格子またはレンズが一体形成されているので、ミラー、回折格子またはレンズの角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
第８発明によれば、回転ステージに形成されたガイド溝に光学部品本体を固定するだけで、光学部品の角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。

本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳミラーの平面図である。 （ａ）図１におけるIIa-IIa線矢視断面図である。（ｂ）図１におけるIIb-IIb線矢視断面図である。（ｃ）図１におけるIIc-IIc線矢視断面図である。 同ＭＥＭＳミラーのサスペンション部分の拡大平面図である。 同ＭＥＭＳミラーのアクチュエータおよび角度センサ部分の拡大平面図である。 同ＭＥＭＳミラーに接続された電気系の電気回路図である。 同ＭＥＭＳミラーの回転状態の説明図であり、（ａ）回転ステージが右回りした状態、（ｂ）回転ステージが左回りした状態の平面図である。 （ａ）第１配線が接続された角度センサの説明図、（ｂ）第２配線が接続された角度センサの説明図である。 同ＭＥＭＳミラーを組み込んだ光学系の、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）図におけるb-b線矢視断面図である。 その他の実施形態に係るＭＥＭＳミラーのサスペンション部分の拡大平面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ光学部品は、角度調整可能なＭＥＭＳミラーである。
図１および図２に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳミラー１は、基板Ｂに形成されたフレーム１０、回転ステージ２０、サスペンション３０、アクチュエータ４０および角度センサ５０と、回転ステージ２０に一体形成されたミラー６０とから構成されている。

ＭＥＭＳミラー１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて基板Ｂに上記構造物を形成して得られたものである。本実施形態における基板Ｂは、基層ｂ１と、絶縁層ｂ２と、導電層ｂ３とが積層されたものであり、エッチングなどにより導電層ｂ３をフレーム１０、回転ステージ２０、サスペンション３０、アクチュエータ４０および角度センサ５０の形状に形成している。例えば、基板Ｂとして、基層ｂ１および導電層ｂ３がシリコンであり、絶縁層ｂ２が酸化シリコンである、いわゆるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられる。

フレーム１０は、中央部分が略円形に除去されており、その余の上記構造物２０〜６０を囲う形状を有している。また、フレーム１０を形成する導電層ｂ３は絶縁層ｂ２を介して基層ｂ１に固定されている。

回転ステージ２０は、平面視略十字形の平板であり、フレーム１０の中央に配置されている。また、回転ステージ２０を形成する導電層ｂ３は、その下方の絶縁層ｂ２が除去されており、基層ｂ１と離間している。この回転ステージ２０はフレーム１０に固定されたサスペンション３０により支持されている。
後述のごとく、回転ステージ２０は、基板Ｂに対して平行な面内で回転する。その回転中心Ｏは、回転ステージ２０の中央に位置している。

回転ステージ２０の周囲には、４つのサスペンション３０が放射状に等角度間隔で設けられている。
図３に示すように、各サスペンション３０は、基礎梁３１と支持梁３２とからＴ字形に形成されている。基礎梁３１の両端はフレーム１０に固定されており、支持梁３２は基礎梁３１の中央と回転ステージ２０とを接続している。また、支持梁３２は回転ステージ２０の回転の半径方向に沿って設けられており、基礎梁３１は回転ステージ２０の回転の半径方向に対して直交して設けられている。すなわち、基礎梁３１と支持梁３２とは直交して接続されている。これら基礎梁３１および支持梁３２を形成する導電層ｂ３は、その下方の絶縁層ｂ２が除去されており、基層ｂ１と離間している（図２（ａ）参照）。

サスペンション３０は、回転ステージ２０をその回転を許容した状態で支持している。また、回転ステージ２０の周囲に４つのサスペンション３０が放射状に等角度間隔で設けられていることから、これらのサスペンション３０により、回転ステージ２０の回転中心Ｏが常に同位置に維持されている。

図１に示すように、回転ステージ２０の周囲には、４つのアクチュエータ４０が放射状に等角度間隔で設けられている。また、これらのアクチュエータ４０は、隣り合うサスペンション３０の中間に１つずつ設けられている。すなわち、回転ステージ２０の周囲には、４つのサスペンション３０と４つのアクチュエータ４０とが、等角度間隔で交互に設けられている。

図４に示すように、各アクチュエータ４０は、フレーム１０に設けられた一対の固定電極４１、４２と、回転ステージ２０に設けられた可動電極４３とからなる。
各固定電極４１（４２）は、固定電極軸部４１ａ（４２ａ）と、その固定電極軸部４１ａ（４２ａ）の一側面に設けられた複数の固定電極櫛歯４１ｂ（４２ｂ）とかなる櫛状の電極である。固定電極軸部４１ａ（４２ａ）は回転ステージ２０の回転の半径方向に沿って設けられており、その一端がフレーム１０に設けられている。また、各固定電極櫛歯４１ｂ（４２ｂ）は、回転ステージ２０の回転中心Ｏを中心とした円弧状に形成されている。そして、一対の固定電極４１、４２は、固定電極櫛歯４１ｂ、４２ｂが形成された側面が対向するように配置されている。

固定電極４１、４２を形成する導電層ｂ３は絶縁層ｂ２を介して基層ｂ１に固定されている。また、固定電極４１、４２とフレーム１０とは、その境界において導電層ｂ３が除去されており、互いに絶縁されている（図２（ｂ）参照）。
なお、固定電極櫛歯４１ｂ、４２ｂの数は、ＭＥＭＳミラー１の大きさなどに応じて任意に設定できる。また、固定電極４１、４２はフレーム１０に接続されず、独立して形成されてもよい。

可動電極４３は、可動電極軸部４３ａと、その可動電極軸部４３ａの両側面に設けられた複数の可動電極櫛歯４３ｂとかなる櫛状の電極である。可動電極軸部４３ａは回転ステージ２０の回転の半径方向に沿って設けられており、その一端が回転ステージ２０に固定されている。また、各可動電極櫛歯４３ｂは、回転ステージ２０の回転中心Ｏを中心とした円弧状に形成されている。そして、可動電極４３は、一対の固定電極４１、４２の間に配置されており、各可動電極櫛歯４２ｂが隣接する固定電極櫛歯４１ｂ、４１ｂ（４２ｂ、４２ｂ）の間に挿入されている。換言すれば、固定電極櫛歯４１ｂ（４２ｂ）および可動電極櫛歯４３ｂは、回転ステージ２０の回転の半径方向に沿って交互に配置されている。

可動電極４３を形成する導電層ｂ３は、その下方の絶縁層ｂ２が除去されており、基層ｂ１と離間している。そのため、可動電極４３は回転ステージ２０とともに回転できるようになっている（図２（ｃ）参照）。
なお、可動電極櫛歯４３ｂの数は、固定電極櫛歯４１ｂ（４２ｂ）の数より１本少なく設定される。

図１に示すように、ＭＥＭＳミラー１には、４つの角度センサ５０が設けられている。
図４に示すように、各角度センサ５０は、フレーム１０に設けられた固定側検出電極５１と、アクチュエータ４０の可動電極４３の先端に設けられた可動側検出電極５２とからなる。
固定側検出電極５１は、固定側検出電極軸部５１ａと、その固定側検出電極軸部５１ａの一側面に設けられた複数の固定側検出電極櫛歯５１ｂとかなる櫛状の電極である。固定側検出電極軸部５１ａの一側面は回転ステージ２０の回転中心Ｏを中心とした円弧状に形成されている。また、各固定側検出電極櫛歯５１ｂは、固定側検出電極軸部５１ａの円弧状の側面に、その法線方向に沿って（回転ステージ２０の回転中心Ｏに向かって）設けられている。この固定側検出電極５１は、アクチュエータ４０の一対の固定電極４１、４２の間に配置されている。

固定側検出電極５１を形成する導電層ｂ３は絶縁層ｂ２を介して基層ｂ１に固定されている。また、固定側検出電極５１とフレーム１０とは、その境界において導電層ｂ３が除去されており、互いに絶縁されている（図２（ｃ）参照）。
なお、固定側検出電極５１はフレーム１０に接続されず、独立して形成されてもよい。

可動側検出電極５２は、可動側検出電極軸部５２ａと、その可動側検出電極軸部５２ａの一側面に設けられた複数の可動側検出電極櫛歯５２ｂとかなる櫛状の電極である。可動側検出電極軸部５２ａの一側面は回転ステージ２０の回転中心Ｏを中心とした円弧状に形成されている。そして可動側検出電極軸部５２ａの中央と可動電極４３の先端とが接続されている。また、各可動側検出電極櫛歯５２ｂは、可動側検出電極軸部５２ａの円弧状の側面に、その法線方向に沿って（回転ステージ２０の回転中心Ｏから外側に向かって）設けられている。

可動側検出電極５２を形成する導電層ｂ３は、その下方の絶縁層ｂ２が除去されており、基層ｂ１と離間している。そのため、可動側検出電極５２は回転ステージ２０とともに回転できるようになっている（図２（ｃ）参照）。

固定側検出電極５１と可動側検出電極５２とは、固定側検出電極櫛歯５１ｂが設けられた円弧状の側面と可動側検出電極櫛歯５２ｂが設けられた円弧状の側面とが対向して配置されている。なお、各固定側検出電極櫛歯５１ｂは隣接する可動側検出電極櫛歯５２ｂ、５２ｂの間に挿入されておらず、固定側検出電極５１が可動側検出電極５２に沿って移動可能となっている。

また、固定側検出電極櫛歯５１ｂの間隔は回転ステージ２０の回転中心Ｏを中心として等角度間隔となっており、可動側検出電極櫛歯５２ｂの間隔も回転ステージ２０の回転中心Ｏを中心として等角度間隔となっている。そして、固定側検出電極櫛歯５１ｂの間隔と可動側検出電極櫛歯５２ｂの間隔は等しくなっている。

図１および図２に示すように、回転ステージ２０の上面には、ミラー６０が一体形成されている。本実施形態におけるミラー６０は、平面鏡であり、その鏡面が基板Ｂに対して垂直となっている。

ミラー６０は、例えば、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによるマスクパターン転写によってその形状が形成される。さらにメッキ処理や真空蒸着、スパッタ蒸着などの方法によりその表面に金属薄膜を形成して光の反射率が高められる。

図５に示すように、４つのアクチュエータ４０の固定電極４１、４２のうち、可動電極４３からみて右回り方向に配置された固定電極４１（以下、右固定電極４１ともいう）は、すべて共通の右配線Ｌｒに接続されている。また、可動電極４３からみて左回り方向に配置された固定電極４２（以下、左固定電極４２ともいう）は、すべて共通の左配線Ｌｌに接続されている。この右配線Ｌｒおよび左配線Ｌｌは、スイッチＳを介して直流電源Ｅ１に接続されている。このスイッチＳは直流電源Ｅ１と右配線Ｌｒまたは左配線Ｌｌとを選択的に接続するものである。また、直流電源Ｅ１の他端は接地配線Ｌｇを介してフレーム１０に接続されている。この接地配線Ｌｇは、接地されている。

フレーム１０は、サスペンション３０および回転ステージ２０を介して可動電極４３に電気的に接続されている。そのため、直流電源Ｅ１により右固定電極４１または左固定電極４２と、可動電極４３との間に電圧を印加できる。そして、右固定電極４１または左固定電極４２と、可動電極４３との間に電圧を印加すれば両電極間に静電引力が発生するから、この静電引力によって回転ステージ２０を回転させるトルクを発生することができる。

例えば、図６（ａ）に示すように、スイッチＳにより直流電源Ｅ１を右配線Ｌｒに接続して、右固定電極４１と可動電極４３との間に電圧を印加すれば、右固定電極４１と可動電極４３との間に静電引力が発生する。前述のごとく、すべての右固定電極４１は可動電極４３からみて右回り方向に配置されているので、この静電引力によって回転ステージ２０を右回転させるトルクを発生することができる。

逆に、図６（ｂ）に示すように、スイッチＳにより直流電源Ｅ１を左配線Ｌｌに接続して、左固定電極４２と可動電極４３との間に電圧を印加すれば、左固定電極４２と可動電極４３との間に静電引力が発生する。前述のごとく、すべての左固定電極４２は可動電極４３からみて左回り方向に配置されているので、この静電引力によって回転ステージ２０を左回転させるトルクを発生することができる。

このように、アクチュエータ４０により、回転ステージ２０を基板Ｂに対して平行な面内で右回りおよび左回りに回転させることができる。

ここで、固定電極櫛歯４１ｂ（４２ｂ）および可動電極櫛歯４３ｂは、回転ステージ２０の回転の半径方向に沿ってそれぞれ交互に配置されているので、発生する静電引力のうち、回転ステージ２０の回転の半径方向の成分が相殺され、周方向の成分だけが働く。そのため、回転ステージ２０をスムーズに回転させることができる。

回転ステージ２０が回転すると、サスペンション３０は水平面内で撓んで回転ステージ２０の回転を許容する。ここで、サスペンション３０は基礎梁３１と支持梁３２とからＴ字形に形成されているので、基礎梁３１と支持梁３２との接続部分が擬似的なリンクとして働く。すなわち、サスペンション３０は、基礎梁３１と支持梁３２とが直交して接続された状態から、鋭角または鈍角に交差して接続された状態に変形できる。そうすると、基礎梁３１とフレーム１０との接続部分と、支持梁３２と回転ステージ２０との接続部分との間の距離に自由度が生まれるので、回転ステージ２０の大きな角度変位を許容できる。

図５に示すように、４つの角度センサ５０（５０ａ、５０ｂ）のうち、対向する位置に配置された２つの角度センサ５０ａの固定側検出電極５１は、共通の第１配線Ｌ１に接続されている。また、残り２つの角度センサ５０ｂの固定側検出電極５１は、共通の第２配線Ｌ２に接続されている。この第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２は交流電源Ｅ２に接続されている。また、交流電源Ｅ２の他端は接地配線Ｌｇを介してフレーム１０に接続されている。なお、交流電源Ｅ２に代えてパルス電源を用いてもよい。

フレーム１０は、サスペンション３０、回転ステージ２０および可動電極４３を介して可動側検出電極５２に電気的に接続されている。そのため、交流電源Ｅ２により固定側検出電極５１と可動側検出電極５２との間に電圧を印加できる。このとき、固定側検出電極５１と可動側検出電極５２とはコンデンサとして機能する。

また、第１配線Ｌ１には第１電流計Ａ１が介装されており、第１配線Ｌ１に流れる電流を検出できるようになっている。また、第２配線Ｌ２には第２電流計Ａ２が介装されており、第２配線Ｌ２に流れる電流を検出できるようになっている。

前述のごとく、固定側検出電極５１と可動側検出電極５２とは、固定側検出電極櫛歯５１ｂが設けられた側面と可動側検出電極櫛歯５２ｂが設けられた側面とが対向して配置されている。そのため、回転ステージ２０が回転して可動側検出電極５２が固定側検出電極５１に沿って移動すると、回転ステージ２０の角度に応じて両電極５１、５２間の距離が変わり、両電極５１、５２間の静電容量が変化する。

例えば、図７（ａ）に示すように、第１配線Ｌ１が接続された角度センサ５０ａの可動側検出電極櫛歯５２ｂの端面と固定側検出電極櫛歯５１ｂの端面とが対向した場合の静電容量Ｃａは大きく、回転ステージ２０が回転して可動側検出電極櫛歯５２ｂの端面が固定側検出電極櫛歯５１ｂの端面からずれた場合の静電容量Ｃａは小さくなる。このように、回転ステージ２０の角度θに応じて、両電極５１、５２間の静電容量Ｃａが矩形波状に変化する。

また、回転ステージ２０が回転して、両電極５１、５２間の静電容量Ｃａが変化すると、その静電容量Ｃａに比例した交流電流が第１配線Ｌ１に流れる。この電流を第１電流計Ａ１で測定することにより両電極５１、５２間の静電容量Ｃａの変化を検出することができる。そして、静電容量Ｃａの変化から回転ステージ２０の角度θを検出することができる。

図７（ｂ）に示すように、第２配線Ｌ２が接続された角度センサ５０ｂについても同様に、回転ステージ２０の角度θに応じて、両電極５１、５２間の静電容量Ｃｂが変化する。そして、静電容量Ｃｂに比例した交流電流が第２配線Ｌ２に流れる。この電流を第２電流計Ａ２で測定することにより両電極５１、５２間の静電容量Ｃｂの変化を検出することができる。そして、静電容量Ｃｂの変化から回転ステージ２０の角度θを検出することができる。

図７（ａ）に示すように、第１配線Ｌ１に接続された角度センサ５０ａは、回転ステージ２０が回転していない基準状態において、可動側検出電極櫛歯５２ｂの端面と固定側検出電極櫛歯５１ｂの端面とが全面に渡って対向するように形成されている。
一方、図７（ｂ）に示すように、第２配線Ｌ２に接続された角度センサ５０ｂは、基準状態において可動側検出電極櫛歯５２ｂの端面と固定側検出電極櫛歯５１ｂの端面とが半分だけ対向するように形成されている。

このような角度センサ５０ａと角度センサ５０ｂの形状の違いから、角度センサ５０ａの静電容量Ｃａの波形と、角度センサ５０ｂの静電容量Ｃｂの波形とは４分の１周期の位相差が生じる。

１つの角度センサ５０の角度分解能は、可動側検出電極櫛歯５２ｂおよび固定側検出電極櫛歯５１ｂの角度間隔の２分の１である。一方、角度センサ５０ａおよび角度センサ５０ｂを合わせた角度分解能は、位相差を利用することにより可動側検出電極櫛歯５２ｂおよび固定側検出電極櫛歯５１ｂの角度間隔の４分の１となる。したがって、角度センサ５０ａと角度センサ５０ｂとに上記の様な形状の違いを設けることにより、角度分解能を向上させることができる。

また、角度センサ５０ｂは、基準状態から右回転した場合には静電容量Ｃｂが小さくなり、逆に基準状態から左回転した場合には静電容量Ｃｂが大きくなる。そのため、角度センサ５０ｂから、回転ステージ２０の回転方向を検出できる。

以上のように、角度センサ５０の静電容量の変化を検出することで、回転ステージ２０の角度および回転方向を検出することができる。そして、検出した角度および回転方向を用いて回転ステージ２０の回転を制御することで、回転ステージ２０を目的の角度に調整できる。それゆえミラー６０を目的の角度に調整できる。

以上のように、ＭＥＭＳミラー１は、回転ステージ２０が基板Ｂに対して平行な面内で回転するので、基板Ｂに対して垂直に立設するミラー６０を、基板Ｂに対して平行な面内で角度調整できる。そのため、ＭＯＢにより構成された光学系と同一基板上にＭＥＭＳミラー１を形成することができる。

例えば、図８に示すように、ＭＥＭＳミラー１が形成された基板Ｂに、３本の光ファイバーＦ１〜Ｆ３を固定するガイド溝Ｇを、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーなどより形成すれば、光路変更が可能な光学系を構成することができる。ここで、回転ステージ２０上のミラー６０と、ガイド溝Ｇとは、同一のフォトリソグラフィー工程で同時に形成することができる。
図８に示す例では、光ファイバーＦ１から出射された光を、ＭＥＭＳミラー１により光ファイバーＦ２に入射させることもできるし（図８における実線）、ＭＥＭＳミラー１を角度調整して光ファイバーＦ３に入射させることもできる（図８における破線）。
このように、光ファイバーＦ１〜Ｆ３をガイド溝Ｇに固定するだけで、ミラーの角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。

（その他の実施形態）
回転ステージ２０には、ミラー６０に限られず、回折格子やレンズなどその他の光学部品を固定してもよい。回折格子は、ミラー６０の形成方法と同様に、例えば、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによるマスクパターン転写によって形成することができる。また、レンズは、光透過性の感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーにより形成することができる。

さらに、フォトリソグラフィーなどより回転ステージ２０に光学部品を一体形成する方法に限られず、フォトリソグラフィーなどより回転ステージ２０にガイド溝を一体形成し、そのガイド溝にミラーや回折格子、レンズなどの光学部品を嵌め込むことで固定してもよい。
このようにすれば、各種の光学部品を基板に対して平行な面内で角度調整できる。そのため、ＭＯＢにより構成された光学系と同一基板上にＭＥＭＳ光学部品を形成することができ、光学部品の角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。

また、図９に示すように、サスペンション３０は、両端がフレーム１０に固定された第１基礎梁３１ａと、両端が回転ステージ２０に固定された第２基礎梁３１ｂと、それらの中央同士を接続する支持梁３２とからＨ字形に形成されてもよい。すなわち、上記実施形態におけるサスペンション３０の形状（図３参照）において、回転ステージ２０側にも基礎梁を設けた形状である。このような形状とすれば、第１基礎梁３１ａと支持梁３２との接続部分に加えて、第２基礎梁３１ｂと支持梁３２との接続部分が擬似的なリンクとして働くので、回転ステージ２０のより大きな角度変位を許容できる。

また、回転ステージ２０の角度変位が小さい場合には、サスペンション３０を、フレーム１０と回転ステージ２０とを直接接続する支持梁のみの形状としてもよい。
その他、サスペンション３０の形状は、折れ曲がり形状や湾曲形状など、回転ステージ２０を支持しつつ、その回転を許容する種々の形状を採用することができる。

１ ＭＥＭＳミラー
１０ フレーム
２０ 回転ステージ
３０ サスペンション
３１ 基礎梁
３２ 支持梁
４０ アクチュエータ
４１、４２ 固定電極
４１ａ、４２ａ 固定電極軸部
４１ｂ、４２ｂ 固定電極櫛歯
４３ 可動電極
４３ａ 可動電極軸部
４３ｂ 可動電極櫛歯
５０ 角度センサ
５１ 固定側検出電極
５１ａ 固定側検出電極軸部
５１ｂ 固定側検出電極櫛歯
５２ 可動側検出電極
５２ａ 可動側検出電極軸部
５２ｂ 可動側検出電極櫛歯
６０ ミラー

Claims (8)

1. 基板に形成されたフレームと、
   前記基板に形成された回転ステージと、
   前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、
   前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、
   前記回転ステージに固定される光学部品本体と、を備える
   とすることを特徴とするＭＥＭＳ光学部品。
2. 前記回転ステージの角度および／または回転方向を検出する角度センサを備える
   とすることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光学部品。
3. 前記アクチュエータは、
   櫛状の固定電極と、
   前記回転ステージに設けられた櫛状の可動電極と、を備えており、
   前記固定電極は、
   前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた固定電極軸部と、
   該固定電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の固定電極櫛歯と、を備え、
   前記可動電極は、
   前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた可動電極軸部と、
   該可動電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の可動電極櫛歯と、を備え、
   前記固定電極櫛歯および前記可動電極櫛歯は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って交互に配置されている
   とすることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光学部品。
4. 前記サスペンションは、
   両端が前記フレームに固定された基礎梁と、
   該基礎梁の中央と前記回転ステージとを接続する支持梁と、を備える
   とすることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光学部品。
5. 前記サスペンションは、
   両端が前記フレームに固定された第１基礎梁と、
   両端が前記回転ステージに固定された第２基礎梁と、
   前記第１基礎梁の中央と前記第２基礎梁の中央とを接続する支持梁と、を備える
   とすることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光学部品。
6. 前記角度センサは、
   櫛状の固定側検出電極と、
   前記回転ステージとともに回転する櫛状の可動側検出電極と、を備えており、
   前記固定側検出電極は、
   前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する固定側検出電極軸部と、
   該固定側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の固定側検出電極櫛歯と、を備え、
   前記可動側検出電極は、
   前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する可動側検出電極軸部と、
   該可動側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の可動側検出電極櫛歯と、を備え、
   前記固定側検出電極軸部の前記固定側検出電極櫛歯が設けられた側面と、前記可動側検出電極軸部の前記可動側検出電極櫛歯が設けられた側面とが対向して配置されている
   とすることを特徴とする請求項２記載のＭＥＭＳ光学部品。
7. 前記光学部品本体は、前記回転ステージに一体形成されたミラー、回折格子またはレンズである
   とすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のＭＥＭＳ光学部品。
8. 前記回転ステージには、ガイド溝が一体形成されており、
   前記光学部品本体は、前記ガイド溝に固定されている
   とすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のＭＥＭＳ光学部品。

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