JP2019152694A - 可動回析格子及び分光装置及び光スイッチ及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狙いの回折光特性を得る。【解決手段】本発明に係る可動回析格子１０は、櫛歯型に複数の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１、可動格子を駆動するアクチュエータ部１２、可動格子のそれぞれの間に位置する複数の固定格子１４０、複数の固定格子を束ねる固定格子連結部１４を備え、可動格子連結部１１とアクチュエータ部１２との間に設けられ、可動格子の先端１１０Ａと水平面がなす角が０より大きく可動格子の先端１１０ａのたわみ角θより小さくなるように可動格子連結部１１を傾ける働きを持つ可動格子接続部１３と、固定格子連結部１４と支持部１５の間に設けられ、固定格子の先端１４０ａと水平面がなす角が０より大きく、固定格子の先端１４０ａのたわみ角より小さくなるように固定格子連結部１４を傾ける働きを持つ固定格子接続部１６の少なくともどちらか１つを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、可動回析格子及び分光装置及び光スイッチ及び画像表示装置に関する。

プロジェクターに代表される画像表示装置において、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）からの光を回転ミラーなどの光走査手段を用いて２次元画像を生成する方法が知られている。ＧＬＶは複数の両もち梁構造の素子を格子状に配列した構造であり、可動格子と可動格子に対向する電極間に電圧を印加することにより、可動格子が電極側に引っ張られ、変形する。一般的に、このような素子はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）回折格子、あるいは単に可動回折格子と呼ばれ、一部の可動格子を変形させることで、回折光を変調させることができる。可動回折格子からなる光変調器は、１本の格子が数ｕｍ×数１０〜数１００ｕｍと非常に小型であり、高速駆動が可能であるため、小型画像表示装置の実現に向け開発が進められている。
近年、可動回折格子は光スイッチや分光器など新たな用途に応用する動きが盛んになってきている。従来、可動回折格子の垂直方向（変位方向）への変位量は、可動格子に駆動力が働いていない場合と、可動格子に駆動力が働いたときの２値しかなかったが、新たな用途では任意の変位で可動格子を静止させるような多値の制御や、連続的に変位を変化させるような制御が必要になってきている。これに伴い、可動回折格子の構造は、ＧＬＶに代表される図１８に示すような両もち梁構造の回折格子だけではなく、駆動力を印加しても格子部の変形が少ない、図１９のような可動格子と固定格子とを交互に配置した櫛歯型の回折格子が開発されている。
例えば特許文献１には、複数の回析格子を２つのグループに分けた構造とし、それぞれ単独に高さを変化させる手段を備えた可動回析格子が開示されている。

可動格子と固定格子を備えた櫛歯型の可動回折格子は、格子表面に保護膜や反射膜などが積層されているため、膜内部の応力や、薄膜間の熱膨張係数の違いにより発生する応力により、格子が撓んでいた。このことは、図２０に示すような可動格子と固定格子の垂直方向（変位方向）への距離が、格子の位置によって異なる原因となっていた。これは、特許文献１の構成でも同様で、複数の高さ変位量を選択することができないとともに、両もち梁の回折格子であるため、高さを変化させるときに、回折格子に撓みが発生する。可動格子と固定格子の垂直方向距離（変位方向距離）は、回折光の特性に大きく影響するため、可動格子と固定格子の垂直方向距離に分布（バラつき）が発生することにより、様々な特性を持つ回折光が足し合わされてしまい、狙いの回折光特性が得られ難くなる。
また、特許文献２には、赤外線を回折する回折格子として、櫛歯形状の回折格子のピッチをアクチュエータにより可変にした構成が開示されているが、格子の撓みによって狙いの回折光特性が得られないという課題に対しては、対策がなされていない。
本発明は、狙いの回折光特性を得ることを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る可動回析格子は、櫛歯型に複数の可動格子を束ねる可動格子連結部と、可動格子を駆動するアクチュエータ部と、可動格子のそれぞれの間に位置する複数の固定格子と、複数の固定格子を束ねる固定格子連結部を備える可動回折格子であって、可動格子連結部とアクチュエータ部との間に設けられ、可動格子の先端と水平面がなす角が０より大きく、可動格子の先端のたわみ角より小さくなるように可動格子連結部を傾ける働きを持つ可動格子接続部と、固定格子連結部と支持部の間に設けられ、固定格子の先端と水平面がなす角が０より大きく、固定格子の先端のたわみ角より小さくなるように固定格子連結部を傾ける働きを持つ固定格子接続部の少なくとも１つを備えることを特徴としている。

本発明によれば、可動回折格子の可動格子と固定格子の垂直方向距離を回折格子全域で均一化を図れるため、狙いの回折光特性を得ることができる。

本発明に係る実施形態の基本構成を説明する図。 （ａ）〜（ｅ）は、図１の構成による可動格子と固定格子のたわみ曲線を示すグラフ。 図１の構成による可動格子と固定格子の垂直方向距離分布の関係を示すグラフ。 本発明の第１の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 図４Ａ−Ａ線の断面図。 （ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態の構成による可動格子と固定格子のたわみ曲線を示すグラフ。 第１の実施形態の構成による可動格子と固定格子の垂直方向距離分布の関係を示すグラフ。 本発明の第２の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第３の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第４の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第５の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第６の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第７の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第８の実施形態に係る可動回析格子の構成を説明する図。 本発明の第９の実施形態に係る分光装置の一形態を説明する図。 本発明の第１０の実施形態に係る光スイッチの一形態を説明する図。 本発明の第１１の実施形態に係る画像表示装置の構成を説明する図。 （ａ）、（ｂ）は両もち梁構造の従来の可動回析格子の構成と作用を説明する図。 （ａ）、（ｂ）は櫛歯型の従来の可動回析格子の構成と作用を説明する図。 櫛歯型の従来の可動回析格子の課題を説明する図。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて順次説明する。実施形態において、同一機能や同一構成を有するものには同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。図面は一部構成の理解を助けるために部分的に省略あるいは簡素化して記載する場合もある。

本発明の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子の基本概念と効果について説明する。本実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子は、図１に示すように、複数の矩形状の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１と、可動格子連結部１１と可動格子１１０を駆動するアクチュエータ部との間に、図１（ａ）に示すように、可動格子の先端１１０ａと水平面のなす角が、０より大きく、可動格子１１０の先端１１０ａのたわみ角θよりも小さくなるように、図１（ｂ）に示すように、可動格子連結部１１を傾ける機能を持つ可動格子接続部を備えている。このたわみ角θとは、水平線Ｐ１と格子先端１１０ａの接線Ｐ２がなす角度である。また、水平線Ｐ１とは、格子連結部１１の表面の水平面上に位置する線である。
可動回折格子は、複数の矩形状の固定格子１４０を束ねる固定格子連結部１４と支持部の間に設けられ、図１（ａ）に示すように、固定格子１４０の先端１４０ａと水平面のなす角が０より大きく、図１（ｂ）に示すように、固定格子１４０の先端１４０ａのたわみ角θよりも小さくなるように固定格子連結部１４を傾ける機能を持つ固定格子接続部を備えている。この場合のたわみ角θとは、水平線Ｐ３と固定格子の先端１４０ａの接線Ｐ４がなす角度である。また、水平線Ｐ３とは、格子連結部１４の表面の水平面上に位置する線である。なお、図１（ａ）〜図１（ｂ）は、図４に示した可動格子１１０のＢ−Ｂ線断面と固定格子１４０のＣ−Ｃ線断面を同一面に離間させて模式的に表示したものであり、図１（ｃ）は可動格子１１０と固定格子１４０の撓み状態を模式的に示したものである。

従来の可動回折格子は、回折格子が異なる線膨張係数を持つ複数の材料層から構成されているため、図１（ｄ）に示すように、可動格子や固定格子に撓みが発生してしまう。これが原因となり、可動格子と固定格子間の垂直距離（撓み方向／変位方向への距離）には静止状態でも分布（バラツキ）が発生してしまい、所望（設計通り）の回折光特性（回折スペクトル）を得ることが難しいことがある。
しかし、本発明の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子では、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、可動格子１１０や固定格子１４０の撓みにより発生した可動格子と固定格子の間の垂直距離（撓み方向への距離）を、可動格子連結部１１と固定格子連結部１４を可動格子１１０の先端１１０ａや固定格子１４０の先端１４０ａと水平面のなす角が小さくなるように傾けることで、低減可能にしている。

図２（ａ）〜図２（ｅ）は、図１の可動格子１１０と固定格子１４０の各先端のたわみ角をθとしたときに、傾き無しの場合と、θ／８、θ／４、３θ／８、θ／２だけ可動格子連結部１１と固定格子連結部１４を傾けたときの、可動格子１１０と固定格子１４０のたわみ曲線を示すグラフである。図２（ａ）〜図２（ｅ）において、縦軸は格子垂直位置（垂直方向距離）を示し、横軸は各格子の長手方向位置（長さ）を示す。
図２に示すように、可動格子連結部１１と固定格子連結部１４をそれぞれ傾けると、可動格子１１０と固定格子１４０の格子垂直位置（垂直方向距離）が小さくなるとともに、その分布も小さくなる傾向となった。

図３は、可動格子連結部１１と固定格子連結部１４の傾きと、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離分布の関係を示すグラフである。図３において、縦軸は各格子の垂直方向距離（Ｔ）を示し、横軸は各格子の先端のたわみ角θを示す。図３によれば、垂直方向分布は傾きを大きくしていくと徐々に減少し、固定格子１４０の先端のたわみ角の１／２傾けたときに最小値をとる（図１（ｂ））。
以上の理由により、本実施形態に係る可動回折格子は、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離Ｔを回折格子全域で均一化することにより、狙いの回折光特性を得ることが可能になる。なお、図２、図３は、可動格子１１０と固定格子１４０の長手方向Ｘへの長さが１０００ｕｍ、格子先端のたわみ量が２ｕｍのたわみ角のときの例である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。
図４は、第１の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０を示す。可動回折格子１０は、複数の可動格子１１０と、複数の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１と、可動格子連結部１１と可動格子１１０を駆動するアクチュエータ部１２と、可動格子連結部１１とアクチュエータ部１２との間に設けられた可動格子接続部１３を備えている。可動回折格子１０は、複数の固定格子１４０と、複数の固定格子１４０を束ねる固定格子連結部１４と、固定格子連結部１４と支持部１５の間に設けられた固定格子接続部１６とを備えている。

可動格子１１０は、複数の短冊状の素子が、可動格子連結部１１から可動格子先端方向Ｘ１（以下、「先端方向Ｘ１」と記す）に向かって突出し、先端方向Ｘ１と同一平面内において交差する短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子である。可動格子１１０は、可動格子連結部１１側を支点として各素子の先端側が先端方向Ｘ１（長辺方向Ｘ）及び短辺方向Ｙと交差する方向に変位可能とされている。ここでいう交差する方向は変位方向であり、ここでは垂直方向Ｚとする。垂直方向Ｚは、図４においては紙面垂直方向となる。
固定格子１４０は、可動格子連結部１１と同一平面内において反対側に配置される固定格子連結部１４から固定格子先端方向Ｘ２（以下「先端方向Ｘ２」と記す）に向かって突出していて、可動格子１１０の各素子間に配置される複数の短冊状の固定の素子である。

可動格子接続部１３は、可動格子１１０と略平行、且つ可動格子１１０の先端方向Ｘ１（長手方向Ｘ）への長さＬよりも、その長さＬ１が短く、可動格子連結部１１から可動格子の先端１１０ａに向かって延びるように設けられている。本実施形態において、可動格子接続部１３は、短辺方向Ｙに位置する可動格子連結部１１の一端側と他端側にそれぞれ連結されて一体化されていて、一対の可動格子接続部１３（複数の可動格子接続部）として構成されている。
固定格子接続部１６は、固定格子１４０と略平行、且つ固定格子の先端方向Ｘ２（長手方向Ｘ）への長さＬ２よりも、その長さＬ３が短く、固定格子連結部１４から固定格子の先端１４０ａに向かって延びるように設けられている。本実施形態において、固定格子接続部１６は、短辺方向Ｙに位置する固定格子連結部１４の一端側と他端側にそれぞれ連結されて一体化されていて、一対の固定格子接続部１６（複数の可動格子接続部）として構成されている。

本実施形態において、可動回析格子１０は、アクチュエータ部１２を短辺方向Ｙにそれぞれ配置されていて、複数のアクチュエータ部を備えている。アクチュエータ部１２、１２は、直線形状の複数のアームを連結してそれぞれ構成されていて、短辺方向Ｙに位置する可動格子接続部１３、１３とその一端が連結され、その他端が支持部１５にそれぞれ連結されている。アクチュエータ部１２、１２は、それぞれ駆動源を備えていて、駆動源が作動することで垂直方向Ｚにそれぞれ変位して可動格子１１０を垂直方向Ｚに移動させる機能を備えている。
可動回析格子１０は、支持部１５に、可動格子連結部１１、アクチュエータ部１２、１２、可動格子接続部１３、１３、固定格子連結部１４、固定格子接続部１６、１６、可動格子１１０および固定格子１４０と対向する部位に、貫通孔１０５が形成されていて、アクチュエータ部１２、１２の作動による可動格子１１０の変位や、可動格子接続部１３、１３や固定格子接続部１６、１６が傾斜可能に構成されている。なお、本実施形態では、垂直方向Ｚを上下方向としているので貫通孔１０５を形成しているが、垂直方向Ｚが上方向の場合だけを考慮すると、この貫通孔１０５は無くても良い。

このような構成の可動回折格子１０は、可動格子接続部１３、１３および固定格子接続部１６、１６のそれぞれの断面の層構造が、図５に示すように、格子部（可動格子１１０／固定格子１４０）と略同等となるように形成されている。
すなわち、可動回析格子１０は、図５に示す断面のように、支持部１５が、シリコン支持層１５１、酸化シリコン層１５２、シリコン活性層１５３、絶縁層１５４及び保護層１１５５を積層して構成されている。可動格子１１０及び固定素子１４０は、シリコン活性層１５３の上に反射膜層１５６を積層されて構成されている。そして、可動格子接続部１３、１３および固定格子接続部１６、１６は、可動格子１１０及び固定素子１４０と同様に、シリコン活性層１５３の上に反射膜層１５６を積層されて構成されている。なお、図５において固定格子接続部１６、１６は、断面の関係で表記は省略されている。

このように、第１の実施形態では、可動格子接続部１３および固定格子接続部１６を備え、これらが格子部（可動格子１１０／固定格子１４０）と略同等な断面構造に形成されているので、可動格子接続部１３と固定格子接続部１６が可動格子１１０や固定格子１４０と略同等なたわみ角θ（たわみ量）で変形するようになる。この変形により、可動格子連結部１１と固定格子連結部１４を傾けることができる。
また、可動格子連結部１１と固定格子連結部１４のそれぞれの長さＬ１、Ｌ３を０より大きく、可動格子１１０や固定格子１４０の長さＬ、Ｌ２よりも短く形成しているので、可動格子１１０と固定格子１４０のそれぞれの先端１１０ａ、１４０ａと、水平面とのなす角を０より大きく、各格子の先端１１０ａ、１４０ａのたわみ角θよりも小さくなるようにすることができる。すなわち、本実施形態の構成によれば、特別なアクチュエータ無しに、可動格子連結部１１を傾けることができる。このため、単純な構造で電極や配線の数を増やすことなく可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離Ｔのばらつきを低減でき、狙いの回折光特性を得ることができるようになる。
さらに本実施形態では、可動格子接続部１３が、可動格子１１０の先端１１０ａと水平面のなす角が０より大きく可動格子の先端１１０ａのたわみ角θより小さくなるように可動格子連結部１１を傾けるアクチュエータ部１２、１２を有しているので、設計誤差などにより発生した傾き、たわみにも対応し、フレキシブルに可動格子連結部１１を傾けることができ、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離Ｔのばらつきを低減できる。

図６（ａ）〜図６（ｅ）は、可動格子１１０と固定格子１４０が長さ（Ｌ、Ｌ２）が１０００ｕｍ、格子の先端１１０ａ、１４０ａのたわみ量が２ｕｍとなるたわみ角のときの、（接続部長さ）／（格子長さ）と可動格子、固定格子の変形の様子を示したグラフである。
図７は、このときの（接続部長さ）／（格子長さ）と、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離Ｔの関係を示したものである。
特に可動格子接続部１３と固定格子接続部１６の長さ（Ｌ１、Ｌ３）がそれぞれ可動格子１１０、固定格子１４０の長さ（Ｌ、Ｌ２）の半分であると、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離Ｔのばらつきが最小になる。このため、可動格子接続部１３と固定格子接続部１６の長さ（Ｌ１、Ｌ３）を可動格子１１０、固定格子１４０の長さ（Ｌ、Ｌ２）の半分にすることで、可動格子接続部１３と固定格子接続部１３の垂直方向距離Ｔ）のばらつきを、ほぼ０に低減することができる。このため、より、狙いの回折光特性を得ることができるようになる。

本実施形態に係る可動回析格子１０において、アクチュエータ部１２、１２の駆動方式は熱型、静電型、圧電型など、どの駆動方式でもよく、可動格子１１０が垂直方向（変位方向）Ｚに変位できれば、その方向は水平面内方向でも、垂直方向でもよく、その形状も図４に示す形状に限定されるものではない。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は第２の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ａを示す。可動回折格子１０Ａは、第１の実施形態に対して可動格子接続部１３を備えていない点で違いがある。すなわち、可動回折格子１０Ａは、複数の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１と、可動格子連結部１１と可動格子１１０を駆動するアクチュエータ部１２と、複数の固定格子１４０を束ねる固定格子連結部１４と、固定格子連結部１４と支持部１５の間に設けられ、固定格子１４０の先端方向Ｘ２と平行、且つ固定格子１４０の長さＬ２よりもその長さＬ３が短く、固定格子連結部１４から固定格子の先端１４０ａ側に設けられた固定格子接続部１６を短辺方向Ｙにそれぞれ備えている。そして、可動回折格子１０Ａは、固定格子接続部１６の断面の層構造が、格子部（可動格子１１０／固定格子１４０）と略同等に形成されている（図５参照）。また、可動格子連結部１１の両端は、それぞれアクチュエータ部１２、１２を介して支持部１５に連結されている。

このように、第２の実施形態に示す可動格子接続部１３を備えず固定格子接続部１６のみを備えた可動回折格子１０Ａであっても、固定格子接続部１６が、固定格子１４０と略同等な断面構造を持つことにより、固定格子１４０と略同等なたわみ角（たわみ量）で変形する。この変形により、固定格子連結部１４を傾けることができる。また、固定格子連結部１４の長さＬ３を０より大きく、固定格子１４０の長さＬ２よりも短くすることにより、固定格子１４０のそれぞれの先端１４０ａと、水平面とのなす角を０より大きく、固定格子１４０の先端１４０ａのたわみ角θよりも小さくなるようにすることができる。これにより、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離分布（バラツキ）を抑制することができる。
なお、本実施形態においても、アクチュエータ部１２、１２の駆動方式は熱型、静電型、圧電型など、どの駆動方式でもよく、可動格子１１０が変位すれば、その方向は水平面内方向でも、垂直方向でもよく、その形状も図８に示す形状に限定されるものではない。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図９は第３の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ｂを示す。可動回折格子１０Ｂは、第１の実施形態に対して固定格子接続部１４を単独で備えていない点に違いがある。すなわち、可動回折格子１０Ｂは、複数の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１と、可動格子連結部１１と可動格子１１０を駆動するアクチュエータ部１２と、可動格子１１０を駆動するアクチュエータ部１２との間に設けられ、可動格子１１０と略平行、且つ可動格子１１０の長さＬよりもその長さＬ１が短く、可動格子連結部１１から先端方向Ｘに延設けられた可動格子接続部１３とを備えている。本実施形態の場合、複数の固定格子１４０は、支持部１５から可動側連結部１１に向かって突出して設けられていて、支持部１５によって支持されている。本実施形態の場合、支持部１５、１５が複数の固定格子１４０を束ねる固定格子連結部として機能する。この可動回折格子１０Ｂにおいても、可動格子接続部１３の断面の層構造が、可動格子１１０と略同等となるように形成されている。

このような形態の可動回折格子１０Ｂであっても、可動格子接続部１３の断面の層構造が可動格子１１０と略同等な断面構造を持つことにより、可動格子接続部１３は、可動格子１１０と略同等なたわみ角（たわみ量）で変形する。この変形により、可動格子連結部１１を傾けることができる。また、可動格子連結部１３の長さＬ１を０より大きく、可動格子１１０の長さＬよりも短くすることにより、可動格子の先端１１０ａと、水平面とのなす角を０より大きく、可動格子の先端１１０ａのたわみ角θよりも小さくなるようにすることができる。これにより、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離分布（バラツキ）を抑制することができる。
なお、本実施形態においても、アクチュエータ部１２、１２の駆動方式は熱型、静電型、圧電型など、どの駆動方式でもよく、可動格子が変位すれば、その方向は水平面内方向でも、垂直方向でもよく、その形状も図９に示す形状に限定されるものではない。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１０は第４の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ｃを示す。可動回折格子１０Ｃは、複数の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１と、可動格子連結部１１と可動格子１１０を駆動するアクチュエータ部１２、１２と、可動格子連結部１１とアクチュエータ部１２、１２の間に設けられ、可動格子と略平行、且つ可動格子の長さＬよりもその長さＬ１が短く、可動格子連結部１１から先端方向Ｘ１に向かって延設された可動格子接続部１３と、可動格子１１０の先端１１０ａと水平面のなす角が小さくなる方向に可動格子連結部１１を傾ける可動格子傾き補正アクチュエータ部１７、１７を備えている。
可動回折格子１０Ｃは、複数の固定格子１４０を束ねる固定格子連結部１４と、固定格子連結部１４から固定格子の先端１４０ａ側に設けられた固定格子接続部１６と、固定格子連結部１４と支持部１５の間に設けられ、固定格子の先端１４０ａと水平面のなす角が小さくなる方向に固定格子連結部１４を傾ける固定格子傾き補正アクチュエータ部１８、１８を備えている。そして、本実施形態において、可動格子傾き補正アクチュエータ部１７、１７は可動格子接続部１３、１３にそれぞれ設けられ、可動格子傾き補正アクチュエータ部１８、１８は、固定格子接続部１６、１６にそれぞれ設けられている。

図１０において、可動格子傾き補正アクチュエータ部１７、１７と固定格子傾き補正アクチュエータ部１８、１８は、下に凸のたわみが発生するユニモルフアクチュエータで構成されている。可動格子傾き補正アクチュエータ部１７、１７および固定格子傾き補正アクチュエータ部１８、１８としては、ユニモルフアクチュエータに限定するものではなく、熱型、静電型、圧電型など、どのような種類でも良く、可動格子１１０が変位すれば、その方向は水平面内方向でも、垂直方向でもよく、その形状も図９の形状に限定されるものではない。
また、可動格子接続部１３は、可動格子連結部１１から固定格子１４０の先端側（先端方向Ｘ２）に、固定格子接続部１６は、固定格子連結部１４から可動格子１１０の先端１１０ａ側（先端方向Ｘ１）にそれぞれ延びていて、可動格子傾き補正アクチュエータ部１７、１７と固定格子傾き補正アクチュエータ部１８、１８が下に凸のたわみを発生させるアクチュエータでも良い。

このような構成によると、可動格子接続部１３と固定格子接続部１６をアクチュエータ部１２、１２とは個別に設けた可動格子傾き補正アクチュエータ部１７、１７と固定格子傾き補正アクチュエータ部１８、１８で可動することができるので、アクチュエータ部１２、１２単独で可動格子１１０の先端１１０ａと水平面とのなす角を０より大きく、可動格子の先端１１０ａのたわみ角θよりも小さくなるようにしたり、固定格子１４０の先端１４０ａと水平面とのなす角を０より大きく、固定格子の先端１４０ａのたわみ角θよりも小さくなるように制御する際に、より細かく調整することができる。このため、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離分布（バラツキ）をより一層抑制することができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について説明する。
図１１は第５の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ｄを示す。この可動回折格子１０Ｄは固定素子を持たない構成である。
すなわち、櫛歯型の可動回折格子１０Ｄは、第１の複数の可動格子１１０を束ねる可動格子連結部１１と、第１の可動格子連結部１１と第１の可動格子１１０を駆動する第１のアクチュエータ部１２と、第１の可動格子連結部１１と第１アクチュエータ部１２との間に設けられ、第１の可動格子１１０と略平行、且つ可動格子１１０の先端方向Ｘ１（長手方向Ｘ）への長さＬよりも、その長さＬ１が短く、第１の可動格子連結部１１から第１の可動格子１１０の先端方向Ｘ１に設けられた可動格子接続部１３を備えている。
さらに、この可動回折格子１０Ｄは、第１の複数の可動格子間に位置する第２の複数の可動格子１９０と、第１の可動格子１１０及び第２の可動格子１９０に対して第１の可動格子連結部１１の反対側に位置し、第２の複数の可動格子１９０を櫛歯型に束ねる第２の可動格子連結部１９と、第２の可動格子連結部１９と第２の可動格子１９０を駆動する第２のアクチュエータ部２０と、第２の可動格子連結部１９と第２のアクチュエータ部２０との間に設けられ、第２の可動格子１９０と略平行、且つ可動格子１９０の先端方向Ｘ２（長手方向Ｘ）への長さＬＡよりも、その長さＬＡ１が短く、第２の可動格子連結部１９から第２の可動格子１９０の先端方向Ｘ２に設けられた第２の可動格子接続部２１を備えた可動回折格子である。

第１の可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１は、可動格子１１０と略同等な断面構造を持つことにより、第１の可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１は、可動格子１１０と略同等なたわみ角θ（たわみ量）で変形する。この変形により、第１の可動格子連結部１１と、第２の可動格子連結部１９を傾けることができる。また、第１の可動格子連結部１３と第２の可動格子連結部２１の長さＬ１、ＬＡ１を０より大きく、各可動格子の長さＬ、ＬＡよりも短くすることにより、各可動格子の先端１１０ａ、１４０ａと、水平面とのなす角を０より大きく格子先端のたわみ角θよりも小さくなるようにすることができる。これにより、第１の可動格子１１０と、第２の可動格子１９０の垂直方向距離分布（バラツキ）を抑制することができる。
なお、第１のアクチュエータ部１２、第２のアクチュエータ部２０の駆動方式は熱型、静電型、圧電型など、どの駆動方式でもよく、各可動格子が変位すれば、その方向は水平面内方向でも、垂直方向でもよく、その形状も図１１に示す形状に限定されるものではない。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態について説明する。
図１２は第６の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ｅを示す。
第５の実施形態で説明した可動回折格子１０Ｄでは、第１可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１の長さＬ１ａ、ＬＡ１ａが、各可動格子の長さＬの半分としたが、本実施形態に係る可動回折格子１０Ｅは、第５の実施形態よりもさらに第１可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１の長さを短くしたものである。
このように第１可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１の長さＬ１ａ、ＬＡ１ａを短くした場合であっても、第１の可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１を可動格子１１０と略同等な断面構造とすることで、第１の可動格子接続部１３と第２の可動格子接続部２１が、可動格子１１０と略同等なたわみ角θ（たわみ量）で変形する。この変形により、第１の可動格子連結部１１と、第２の可動格子連結部１９を傾けることができる。また、第１の可動格子連結部１３と第２の可動格子連結部２１の長さを０より大きく、各可動格子の長さよりも短くすることにより、各可動格子の先端と、水平面とのなす角を０より大きく格子先端のたわみ角θよりもより小さくなるようにすることができる。これにより、第１の可動格子１１０と、第２の可動格子１９０の垂直方向距離分布をより抑制することができる。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態について説明する。
図１３は第７の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ｆを示す。この可動回折格子１０Ｆは、可動格子接続部１３、１３に、格子先端たわみ角調整用のアクチュエータ１７、１７を設けたものである。
すなわち、可動回折格子１０Ｆは、第１の可動格子接続部１３が、第１の複数の可動格子１１０の先端１１０ａと水平面のなす角が０より大きく第１の可動格子１１０の先端１１０ａのたわみ角θより小さくなるように第１の可動格子連結部１３、１３を傾けるアクチュエータ１７、１７を備えている。なお、本実施形態において、可動回折格子１０Ｆは、第２の可動格子接続部２１を備えていない構成としている。
このような構成の可動回折格子１０Ｆであっても、アクチュエータ１７、１７を用いることにより、設計誤差などにより発生した傾き、たわみにも対応し、フレキシブルに可動格子連結部１３、１３を傾けることができ、第１の可動格子１１０と第２の可動格子１９０の垂直方向距離ばらつきを低減することができる。
本実施形態では、一方の可動格子連結部となる第１の可動格子連結部１３、１３に、アクチュエータ１７、１７をそれぞれ設けた構成としたが、本実施形態とは逆な構成であってもよい。すなわち、第６の実施形態で説明した第２の可動格子接続部２１、２１に、第２の可動格子１９０の先端１９０ａと水平面のなす角が０より大きく第２の可動格子１９０の先端１９０ａのたわみ角θより小さくなるように第２の可動格子連結部２１、２１を傾けるアクチュエータとしてアクチュエータ１７、１７を設けるようにしてもよい。
このように構成しても、第２の可動格子連結部２１、２１がアクチュエータ１７、１７を備えることにより、設計誤差などにより発生した傾き、たわみにも対応し、フレキシブルに第２の可動格子連結部２１、２１を傾けることができ第１の可動格子１１０と第２の可動格子１９０の垂直方向距離ばらつきを低減できる。なお、ここでは、２つの可動格子連結部のうち、何れか一方にのみアクチュエータ１７、１７を設けて、格子先端と水平面のなす角が０より大きく可動格子の先端のたわみ角θより小さくなるようにしたが、第１の可動格子連結部１３、１３と第２の可動格子連結部２１、２１の双方にそれぞれアクチュエータ１７、１７、１７、１７を設けた形態であってもよい。

（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
図１４は第８の実施形態に係る櫛歯型の可動回折格子１０Ｇを示す。この可動回折格子１０Ｇは、片側の可動格子接続部に格子先端たわみ角調整用のアクチュエータを、もう片方の可動格子接続部を可動格子と略同等な断面構造を持ち、その長さが０より大きく、格子長さよりも短い構成としたものである。
すなわち、ここでは、第１の可動格子接続部１３、１３に格子先端たわみ角調整用のアクチュエータ１７、１７を設け、第２の可動格子接続部２１、２１がここでは第２の可動格子１９０と略同等な断面構造を持ち、その長さＬＡ１が０より大きく、第２の可動格子１９０の長さＬＡよりも短い構成としている。
このような構成とすると、第１の可動格子連結部１３、１３をアクチュエータ１７、１７で傾け、第２の可動格子連結部２１、２１を第２の可動格子１９０と略同等な層断面構造をもつ梁で傾けることができるので、第１の可動格子１１０と第２の可動格子１９０の垂直方向距離ばらつきをより低減ですることができるので好ましい。

（第９の実施形態）
図１５を用いて本発明の第９の実施形態を説明する。第９の実施形態は、上記実施形態に係る可動回析格子の何れかを備えた分光装置３００である。図１５は分光装置３００の模式図を示す。なお、分光装置３００に用いる可動回析格子としては、第１の実施形態で説明した可動回析格子１０を用いることとするが、第２〜第８の実施形態で説明した可動回析格子１０Ａ〜１０Ｇを用いてもよい。
分光装置３００は、可動回析格子１０が取り付けられた基板３０１と、可動回析格子１０と対向配置された凹面ミラー３０２と、検出器３０３を備えている。基板３０１には、入射光３０４を凹面ミラー３０２へと導入するためのスリット３０５と、回折光３０７を検出器３０３へ導入する開口３０６が形成されている。
このような構成の分光装置３００では、あるスペクトル情報を持つ入射光３０４を可動回析格子１０に入射し、０次回折光を除く回折光３０７を検出器３０３で受光する。可動回析格子１０を変位させながら検出器３０３で回折光３０７を受光することにより、可動格子変位量と回折光３０７の光量の関係から入射光３０４のスペクトル情報を算出することができる。このため、単画素センサで分光スペクトルを得ることができ、従来のセンサアレイを用いた分光装置にくらべ、小型化、低価格化を図ることができるとともに、精度の良い分光を行える。

（第１０の実施形態）
図１６を用いて本発明の第１０の実施形態を説明する。第１０の実施形態は、上記実施形態に係る可動回析格子の何れかを備えた光スイッチ４００である。なお、光スイッチ４００に用いる可動回析格子としては、第１の実施形態で説明した可動回析格子１０を用いることとするが、第２〜第８の実施形態で説明した可動回析格子１０Ａ〜１０Ｇの何れかを用いてもよい。
光スイッチ４００は、空間光変調器４０１と、制御装置４０２などを有している。空間光変調器４０１は、複数の光ファイバの途中にそれぞれ可動回析格子１０を設けることで構成されている。制御装置４０２は、各光ファイバに対応するオンオフ信号に応じて、空間光変調器４０１（可動回析格子１０）に印加する磁場を制御する。すなわち、オンのときには、入射光を透過させ、オフのときには、入射光を遮光する。なお、光ファイバが１本であっても良い。このときは、１つの可動回析格子１０を有していれば良い。
このように、空間光変調器４０１として可動回析格子１０を用いることで、可動回折格子１０の可動格子と固定格子の垂直方向距離を回折格子全域で均一化を図れるため、狙いの回折光特性を得ることができ、スイッチの精度を向上することができる。

（第１１の実施形態）
図１７を用いて本発明の第１１の実施形態を説明する。第１１の実施形態は、上記実施形態に係る可動回析格子の何れかを備えた画像表示装置５００である。なお、画像表示装置５００に用いる可動回析格子としては、第１の実施形態で説明した可動回析格子１０を用いることとするが、第２〜第８の実施形態で説明した可動回析格子１０Ａ〜１０Ｇを用いてもよい。
画像表示装置５００は、画像表示素子５０２を照明光学系５０１により照射し、画像表示素子５０２に表示された投射用画像により変調された投射光束を投射光学系５０３により被投射面５０４上に拡大投射するものである。本実施形態においては、画像表示素子５０２として可動回析格子１０を用いている。このように可動回析格子１０を画像表示装置５００の、画像表示素子５０２として用いることで、狙いの回折光特性を得ることができるため、解像度の良い画像を得ることができる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、可動格子接続部１３は、可動格子の先端と水平面のなす角が０より大きく、可動格子先端のたわみ角θより小さくなるように、可動格子連結部１１を傾けるアクチュエータ部１２、１２を有するとともに、固定格子接続部１６、１６を備えている場合には、固定格子接続部１６、１６を、固定格子と略同等の層断面構造を持ち、固定格子連結部１４から先端方向Ｘ２に延びていて、その長さＬ３を固定格子１４０の長さＬ２よりも短くしてもよい。
あるいは、固定格子接続部１６、１６が、固定格子１４０の先端１４０ａと水平面のなす角が０より大きく、固定格子の先端１４０ａのたわみ角θより小さくなるように固定格子連結部１４を傾けるアクチュエータ部１８、１８を有する場合、可動格子接続部１３、１３を、可動格子１１０と略同等の層断面構造を持ち、可動格子連結部１１から先端方向Ｘ１に延びていて、その長さＬ１が可動格子の長さＬよりも短くしてもよい。
これらのように、一方にアクチュエータ部を備えて何れかの連結部を傾斜させ、他方にアクチュエータ部に替えて断面構造とその長さを調整して格子と略同等な層断面構造をもつ梁構造として何れかの連結部を傾けるようにしても、可動格子１１０と固定格子１４０の垂直方向距離のばらつきを低減することができる。
図１５で示した分光装置３００の各構成の配置については、一例に過ぎず、図１５の構成や配置に限定されるものではない。また、図１６、図１７で示した光スイッチ４００、画像表示装置５００においても同様で、図１６や図１７の構成や配置に限定されるものではない。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０、１０Ａ〜１０Ｇ 可動回折格子
１１ 可動格子連結部（第１の可動格子連結部）
１２ アクチュエータ部（第１のアクチュエータ部）
２０ 第２のアクチュエータ部
１３ 可動格子接続部（第１の可動格子接続部）
１４ 固定格子連結部
１６ 固定格子接続部
２１ 第２の可動格子接続部
１１０ 複数の可動格子（第１の可動格子）
１１０ａ 可動格子の先端
１４０ 複数の固定格子
１４０ａ 固定格子の先端
１９０ 第２の可動格子
１９０ａ 第２の可動格子の先端
θ 先端のたわみ角
Ｌ 可動格子の長さ
Ｌ１ 可動格子接続部の長さ
Ｌ２ 固定格子の長さ
Ｌ３ 固定格子接続部の長さ
ＬＡ 第２の可動格子の長さ
ＬＡ１ 第２の可動格子接続部の長さ
Ｘ１ 可動格子の先端方向
Ｘ２ 固定格子の先端方向
３００ 分光装置。
４００ 光スイッチ
５００ 画像表示装

特許第３１６４８２４号公報 特開２００５−２０７８９０号公報

Claims (19)

1. 櫛歯型に複数の可動格子を束ねる可動格子連結部と、
   前記可動格子を駆動するアクチュエータ部と、
   前記可動格子のそれぞれの間に位置する複数の固定格子と、
   前記複数の固定格子を束ねる固定格子連結部を備える可動回折格子であって、
   前記可動格子連結部と前記アクチュエータ部との間に設けられ、前記可動格子の先端と水平面がなす角が０より大きく、前記可動格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記可動格子連結部を傾ける働きを持つ可動格子接続部と、
   前記固定格子連結部と支持部の間に設けられ、前記固定格子の先端と水平面がなす角が０より大きく、前記固定格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記固定格子連結部を傾ける働きを持つ固定格子接続部の少なくとも１つを備える可動回折格子。
2. 前記可動格子接続部と前記固定格子接続部の少なくとも１つは、前記可動格子と略同等の層断面構造を持ち、前記可動格子連結部から前記可動格子先端方向に延びていて、且つ前記可動格子と略平行に設けられ、その長さが前記可動格子よりも短い請求項１に記載の可動回折格子。
3. 前記可動格子接続部と前記固定格子接続部の長さが、それぞれ前記可動格子と前記固定格子の半分である請求項２に記載の可動回折格子。
4. 前記可動格子接続部が、前記可動格子の先端と水平面のなす角が０より大きく、前記可動格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記可動格子連結部を傾けるアクチュエータ部を有する請求項１に記載の可動回折格子。
5. 前記固定格子接続部が、前記固定格子の先端と水平面のなす角が０より大きく、前記固定格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記固定格子連結部を傾けるアクチュエータ部を有する請求項１に記載の可動回折格子。
6. 前記可動格子接続部は、前記可動格子の先端と水平面のなす角が０より大きく、前記可動格子先端のたわみ角より小さくなるように前記可動格子連結部を傾けるアクチュエータ部を有し、
   前記固定格子接続部は、前記固定格子と略同等の層断面構造を持ち、前記固定格子連結部から前記固定格子先端方向に延びていて、その長さが前記固定格子よりも短い請求項１に記載の可動回折格子。
7. 前記固定格子接続部は、前記固定格子の先端と水平面のなす角が０より大きく前記固定格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記固定格子連結部を傾けるアクチュエータを有し、
   前記可動格子接続部は、前記可動格子と略同等の層断面構造を持ち、前記可動格子連結部から前記可動格子先端方向に延びていて、その長さが前記可動格子よりも短い請求項１に記載の可動回折格子。
8. 前記可動格子連結部と前記固定格子連結部を傾けるアクチュエータ部は、圧電型、熱型、静電型のいずれかのアクチュエータである請求項４乃至７の何れか１項に記載の可動回折格子。
9. 第１の複数の可動格子と、
   前記第１の複数の可動格子を櫛歯型に束ねる第１の可動格子連結部と、
   前記第１の複数の可動格子と前記第１の可動格子を駆動する第１のアクチュエータ部と、
   前記第１の複数の可動格子の間に位置する第２の複数の可動格子と、
   前記第１、第２の可動格子に対して第１の可動格子連結部の反対側に位置し、第２の複数の可動格子を櫛歯型に束ねる第２の可動格子連結部と、
   前記第２の複数の可動格子を駆動する第２のアクチュエータ部を備える可動回折格子であって、
   前記第１の可動格子連結部と前記第１のアクチュエータ部との間に設けられ、前記可動格子の先端と水平面がなす角が０より大きく前記可動格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記第１の可動格子連結部を傾ける働きを持つ第１の可動格子接続部と、
   前記第２の格子連結部と支持部の間に設けられ、前記第２の可動格子の先端と水平面がなす角が０より大きく前記第２の固定格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記第２の可動格子連結部を傾ける働きを持つ第２の可動格子接続部の少なくとも何れか１つを備えることを特徴とした可動回折格子。
10. 前記第１の可動格子接続部と、前記第２の可動格子接続部の少なくとも１つは、前記可動格子と略同等の層断面構造を持ち、前記可動格子連結部から対応する前記可動格子の先端方向、且つ可動格子と略平行に設けられ、その長さが前記可動格子よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の可動回折格子。
11. 前記第１の可動格子接続部と、前記第２の可動格子接続部の長さが、それぞれ前記第１の可動格子、前記第２の可動格子の半分であることを特徴とする請求項１０に記載の可動回折格子。
12. 前記第１の可動格子接続部が、前記第１の複数の可動格子の先端と水平面のなす角が０より大きく前記第１の可動格子の先端のたわみ角より小さくなるように前記第１の可動格子連結部を傾けるアクチュエータを持つことを特徴とする請求項９に記載の可動回折格子。
13. 前記第２の可動格子接続部が、前記第２の格子先端と水平面のなす角が０より大きく前記第２の可動格子先端のたわみ角より小さくなるように前記第２の可動格子連結部を傾けるアクチュエータを持つことを特徴とする請求項９に記載の可動回折格子。
14. 前記第１の可動格子接続部は、前記第１の前記可動格子先端と水平面のなす角が０より大きく前記第１可動格子先端のたわみ角より小さくなるように前記第１の可動格子連結部を傾けるアクチュエータを持ち、前記第２の可動格子接続部は、前記可動格子と略同等の層断面構造を持ち、前記第２の可動格子連結部から前記第２の可動格子先端方向に設けられ、その長さが前記第２の可動格子よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の可動回折格子。
15. 前記第２の可動格子接続部は、前記第２の可動格子先端と水平面のなす角が０より大きく前記第２の可動格子先端のたわみ角より小さくなるように前記固定格子連結部を傾けるアクチュエータを持ち、前記可動格子接続部は、前記可動格子と略同等の層断面構造を持ち、前記可動格子連結部から前記可動格子先端方向に設けられ、その長さが前記可動格子よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の可動回折格子。
16. 前記第１の可動格子連結部と前記第２の可動格子連結部を傾けるアクチュエータが圧電型、熱型、静電型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１２乃至１５の何れか１つに記載の可動回折格子。
17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の可動回析格子を備えた分光装置。
18. 光の伝送をオンオフする光スイッチであって、
    請求項１乃至１６の何れか１つに記載の可動回析格子と、
    前記オンオフの情報に応じて前記可動回析格子を制御する制御装置を備えた光スイッチ。
19. 請求項１乃至１６の何れか１つに記載の可動回析格子を備えた画像表示装置。

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