JP4973811B2 - 平行移動機構、干渉計および分光器 - Google Patents

平行移動機構、干渉計および分光器 Download PDF

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Description

本発明は、剛体を介して２つの板ばねを平行に配置した平行移動機構と、その平行移動機構を備えた干渉計と、その干渉計を備えた分光器とに関するものである。
従来から、試料に光を照射して、そこを透過または反射した光を集めて分光し、スペクトルを得る装置が分光器として知られている。分光器は、分光プリズムや回折格子を用いた分散型の分光器と、マイケルソン干渉計を用いた時間的フーリエ変換分光器（以下、ＦＴ分光器とも称する）とに大別される。
ＦＴ分光器では、マイケルソン干渉計の移動ミラーを移動させながら時間的インターフェログラム（干渉パターン）を形成し、その時間的インターフェログラムをフーリエ変換することにより、入射光のスペクトル分布を求めることができる。ＦＴ分光器の分光精度（分解能）は、移動ミラーの移動量に応じたものとなり、移動量が大きいほど高分解能となる。なお、ここでは、分光器の波数分解能が１０ｃｍ-1（カイザー）以下である場合を高分解能と称する。
この点に関して、例えば非特許文献１の分光器では、２つの板ばねをこれらよりも厚みのある剛体を介して平行に配置するとともに、上記剛体に移動ミラー（コーナーキューブ）を固定し、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）によって移動ミラーを上記剛体とともに平行移動させている。２つの板ばねの間隔を剛体によって広げることにより、移動ミラーを大きく変位させることが可能となり、高分解能を実現することが可能となっている。
南光智昭、外２名、「近赤外分光分析計 InfraSpec NR800」、横河技報、横河電機株式会社、2001年7月31日、Vol.45、No.3、p.179-182
非特許文献１では、移動体（移動ミラー、剛体）を平行移動させる駆動源として、上記したようにＶＣＭを用いている。しかし、ＶＣＭのように磁石とコイルとを用いた電磁式駆動源は、一般的に大型であり、また、その設置空間としても広い空間を確保する必要があるため、平行移動機構ひいては干渉計および分光器が大型化する。したがって、平行移動機構等の小型化のためには、電磁式駆動源以外の駆動源を用いて移動体を移動できる構成とすることが望まれる。
しかも、分光器において高分解能を実現するためには、上述したように、移動体を大きく変位させる平行移動機構が必要であり、電磁式駆動源以外の駆動源を用いた場合でも、そのような大変位を実現できる平行移動機構が必要となる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電磁式駆動源を用いない小型の構成で、分光器に適用した場合に高分解能を実現することができる平行移動機構と、その平行移動機構を備えた干渉計と、その干渉計を備えた分光器とを提供することにある。
本発明の平行移動機構は、第１の板ばね部と、前記第１の板ばね部と平行状態で対向配置される第２の板ばね部と、前記第１の板ばね部の一端側に配置され、前記第１の板ばね部と前記第２の板ばね部とを連結する第１の剛体と、前記第１の板ばね部の他端側に配置され、前記第１の板ばね部と前記第２の板ばね部とを連結する第２の剛体と、前記第１の板ばね部の面上であって、前記第１の剛体および前記第２の剛体が連結された面と反対側の表面に配置された、圧電素子からなる駆動部と、を有しており、前記圧電素子は、前記第１の板ばね部の長手方向における中央よりも前記第１の剛体側の表面に設けられていることを特徴としている。
本発明の平行移動機構は、対向配置される第１および第２の板ばね部と、前記第１および第２の板ばね部の間で前記対向方向とは垂直方向に離間して配置され、それぞれが前記第１および第２の板ばね部と連結される第１および第２の剛体と、前記第１の板ばね部を曲げ変形させることにより、前記第１の剛体に対して前記第２の剛体を平行移動させる駆動部とを備え、前記第１および第２の板ばね部は、前記第１および第２の剛体の間にある空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、前記駆動部は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子で構成されており、前記圧電素子は、前記第１の板ばね部における前記第２の板ばね部とは反対側の表面であって、前記第１および第２の剛体が並ぶ方向における、前記第１の板ばね部の平板部の中央よりも前記第１の剛体側の表面に設けられていることを特徴としている。
本発明の平行移動機構において、前記圧電素子における前記第１の剛体側の面および前記第２の剛体側の面をそれぞれ面Ｓ１およびＳ２とし、前記第１の剛体における前記第２の剛体側の面を面Ｓ３とすると、面Ｓ１は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体とは反対側に位置しており、面Ｓ２は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体側に位置していてもよい。
本発明の平行移動機構において、前記圧電素子における前記第１の剛体側の面および前記第２の剛体側の面をそれぞれ面Ｓ１およびＳ２とし、前記第１の剛体における前記第２の剛体側の面を面Ｓ３とすると、面Ｓ１は、面Ｓ３と同一平面上に位置しており、面Ｓ２は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体側に位置していてもよい。
本発明の平行移動機構において、前記圧電素子における前記第１の剛体側の面および前記第２の剛体側の面をそれぞれ面Ｓ１およびＳ２とし、前記第１の剛体における前記第２の剛体側の面を面Ｓ３とすると、面Ｓ１および面Ｓ２は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体側に位置していてもよい。
本発明の平行移動機構において、前記第１および第２の板ばね部は、前記第１および第２の剛体の間にある空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、前記第１および第２の剛体が並ぶ方向において、前記第１の板ばね部の平板部の長さをＬ１とし、前記面Ｓ３を含む面から前記第２の剛体側の前記圧電素子の長さをＬ２とすると、
Ｌ２／Ｌ１≦０．３
であることが望ましい。
本発明の平行移動機構は、前記第１の板ばね部、前記第２の板ばね部および前記第２の剛体が一体となって共振する際の共振周波数と同じ周波数で前記圧電素子に電圧を印加する電圧印加部をさらに備えていることが望ましい。
本発明の平行移動機構は、前記第１の板ばね部の表面に設けられる前記圧電素子を、第１の圧電素子とすると、前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子をさらに備えており、前記第２の圧電素子は、前記第２の板ばね部における前記第１の板ばね部とは反対側の表面であって、前記第１および第２の板ばね部の対向方向に垂直な面に対して、前記第１の圧電素子と対称となる位置に設けられていてもよい。
本発明の平行移動機構は、前記第１および第２の圧電素子に電圧を印加する電圧印加部をさらに備えており、前記電圧印加部は、前記第１の圧電素子の伸縮による前記第１の板ばね部の変形と、前記第２の圧電素子の伸縮による前記第２の板ばね部の変形とが同一となるように、前記第１および第２の圧電素子に電圧を印加することが望ましい。
本発明の平行移動機構は、前記第１の圧電素子に電圧を印加する電圧印加部と、前記第２の板ばね部の変形時に、前記第２の圧電素子から出力される該第２の圧電素子の歪みに応じた電圧から、前記第２の剛体の最大変位を検出する検出部と、前記電圧印加部による前記第１の圧電素子への電圧印加を制御する制御部とをさらに備えており、前記制御部は、前記検出部にて検出された前記第２の剛体の最大変位の変動に応じて、前記第１の圧電素子への印加電圧の周波数が変動するように、前記電圧印加部を制御する構成であってもよい。
本発明の平行移動機構において、前記制御部は、前記第１の圧電素子への印加電圧の周波数が、前記第１の板ばね部、前記第２の板ばね部および前記第２の剛体が一体となって共振する際の共振周波数に一致するように、前記電圧印加部を制御することが望ましい。
本発明の干渉計は、上述した本発明の平行移動機構と、前記平行移動機構において平行移動する前記第２の剛体側の前記第１の板ばね部または前記第２の板ばね部の表面に設置されるミラーとを備え、前記ミラーに入射する光の光路長の変化を利用して干渉光を発生させてもよい。
本発明の分光器は、上述した本発明の干渉計を備え、前記干渉光の出力を周波数解析して前記入射光の分光分析を行ってもよい。
本発明によれば、第１および第２の板ばね部は対向配置されており、その間で第１および第２の剛体が（上記の対向方向とは垂直方向に）離間して配置されている。駆動部によって第１の板ばね部を曲げ変形させることにより、第１の剛体に対して第２の剛体を平行移動させることができる。
ここで、駆動部は、電磁式駆動源に比べて格段に小型で薄型の圧電素子で構成されているので、本発明のように第１の板ばね部の表面（第１の板ばね部における第２の板ばね部とは反対側の表面）にその圧電素子を直接形成することで、平行移動機構をコンパクトに構成することができる。しかも、圧電素子は小型で薄型なので、圧電素子の広い設置空間を確保する必要もない。したがって、本発明によれば、電磁式駆動源を用いる従来よりも小型の平行移動機構を実現することができる。そして、本発明の平行移動機構を干渉計および分光器に適用することにより、小型の干渉計および分光器を実現することができる。
また、上記の圧電素子は、第１の板ばね部の表面であって、第１の板ばね部の長手方向における中央（第１の剛体および第２の剛体が並ぶ方向における、第１の板ばね部の平板部の中央）よりも第１の剛体側の表面に設けられている。このように、圧電素子が第１の板ばね部の表面（平板部の表面）の全体ではなく、表面の一部に設けられているので、第１の板ばね部の曲げ変形時に圧電素子が負荷となるのを軽減することができ、圧電素子の低い駆動電圧で、第１の板ばね部を曲げ変形させることができる。しかも、圧電素子が上記平板部の中央よりも第１の剛体側に設けられているので、低い駆動電圧で圧電素子を駆動しても、第１の板ばね部を共振させることができ、この共振によって第２の剛体を大変位させることができる。したがって、本発明の平行移動機構を分光器に適用することにより、高分解能の分光器を実現することができる。
本発明の実施の一形態の分光器の概略の構成を示す説明図である。 上記分光器の干渉計が備える平行移動機構の概略の構成を示す斜視図である。 上記平行移動機構の断面図である。 上記平行移動機構の駆動部の概略の構成と、剛体および移動ミラーの変位の仕方を示す説明図である。 Ｌ２／Ｌ１と上記駆動部への印加電圧との関係を示すグラフである。 上記平行移動機構の他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す斜視図である。 図８の平行移動機構の断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 初期動作での電圧制御による動作の流れを示すフローチャートである。 定常動作での電圧制御による動作の流れを示すフローチャートである。 図３の平行移動機構の製造時の大まかな流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、上記平行移動機構の製造工程を示す断面図である。 複数の板ばね部をシート状に綴った基板の斜視図である。 ２枚の上記基板で挟まれる支持ブロックの斜視図である。 移動ミラーを支持片から切り離す前の、上記基板および上記支持ブロックからなる接合体の斜視図である。 上記移動ミラーを支持片から切り離した後の、上記接合体の斜視図である。 （ａ）〜（ｆ）は、図１６のＡ−Ａ’線矢視断面で見た平行移動機構の板ばね部の作製工程をそれぞれ示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（分光器および干渉計について）
図１は、本実施形態の分光器１の概略の構成を示す説明図である。分光器１は、ＦＴ分光器であり、干渉計２と、演算部３と、出力部４とを有している。
干渉計２は、マイケルソン干渉計で構成されており、光源１１と、コリメータレンズ１２と、ビームスプリッタ（例えばハーフミラー）１３と、固定ミラー１４と、移動ミラー１５と、集光レンズ１６と、検出器１７と、平行移動機構２１とを備えている。平行移動機構２１は、移動ミラー１５を平行移動させるための機構であるが、その詳細については後述する。
上記の構成において、光源１１から出射される光は、コリメータレンズ１２によって平行光に変換された後、ビームスプリッタ１３によって２つの光路に分岐される。各光束は、固定ミラー１４および移動ミラー１５でそれぞれ反射され、元の光路を逆戻りしてビームスプリッタ１３で重ね合わせられ、干渉光として試料Ｓに照射される。このとき、移動ミラー１５を連続的に移動させながら試料Ｓに光が照射されるが、ビームスプリッタ１３から各ミラー（固定ミラー１４、移動ミラー１５）までの光路が等しい場合には、重ね合わされた光の強度は最大となる。一方、移動ミラー１５の移動によって２つの光路に差が生じている場合には、重ね合わされた光の強度に変化が生じる。試料Ｓを透過した光は、集光レンズ１６を介して検出器１７に入射し、そこで時間的インターフェログラムとして検出される。
干渉計２の検出器１７から出力される信号は、演算部３にて、Ａ／Ｄ変換およびフーリエ変換され、この結果、スペクトルが生成される。このスペクトルは、出力部４によって出力（例えば表示）される。出力されたスペクトルから、各波長（波数（＝１／波長））の光の強度を知ることができるので、これによって試料Ｓの特性（材料、構造、成分量など）を知ることができる。
以上のことから、本実施形態の干渉計２は、移動ミラー１５に入射する光の光路長の変化を利用して干渉光を発生させる構成であると言える。また、本実施形態の分光器は、干渉計２からの干渉光の出力を演算部にてフーリエ変換（周波数解析）して、移動ミラー１５に入射する光の分光分析を行う構成であると言える。
（平行移動機構について）
次に、干渉計２の平行移動機構２１の詳細について説明する。図２は、平行移動機構２１の概略の構成を示す斜視図であり、図３は、平行移動機構２１の断面図である。この平行移動機構２１は、２つの板ばね部３１・３２と、２つの剛体３３・３４と、駆動部３５と、電圧印加部３６と、保持部３７とを有した平行板ばねで構成されている。本実施形態では、上記の移動ミラー１５は、板ばね部３１の剛体３４側の表面に設けられているが、板ばね部３２の剛体３４側の表面に設けられていてもよい。なお、図３およびそれ以降に登場する断面図では、便宜上、後述する引き出し電極５３および固定電極５４の図示を省略している。
なお、図２に示すように、平行移動機構２１は、剛体３３側と剛体３４側とで幅が異なっているが、これは引き出し電極５３と固定電極５４の形成領域、および保持部３７の形成領域を確保するためであり、このことが移動ミラー１５の平行移動に何ら影響を与えるものではない。
板ばね部３１・３２は、剛体（剛体３３・３４）を介して互いに対向配置される第１の板ばね部および第２の板ばね部である。これらの板ばね部３１・３２は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて形成されている。板ばね部３１を形成するためのＳＯＩ基板は、シリコンからなる支持層３１ａと、酸化シリコンからなる絶縁酸化膜層（ＢＯＸ層）３１ｂと、シリコンからなる活性層３１ｃとを積層して構成されている。同様に、板ばね部３２を形成するためのＳＯＩ基板も、シリコンからなる支持層３２ａと、絶縁酸化膜層（ＢＯＸ層）３２ｂと、シリコンからなる活性層３２ｃとを積層して構成されている。そして、支持層３１ａ・３２ａが内側で活性層３１ｃ・３２ｃが外側となるように、つまり、活性層３１ｃ・３２ｃよりも支持層３１ａ・３２ａが剛体３３・３４により近い位置となるように、板ばね部３１・３２が対向配置されている。なお、板ばね部３１・３２が対向している方向を、以下ではＰ方向とも称する。
支持層３１ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂ、支持層３２ａおよび絶縁酸化膜層３２ｂは、それぞれ部分的に除去されている。より詳しくは、支持層３１ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂは、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域が残存し、これら以外の部分が除去されている。なお、支持層３１ａにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、支持層３１ａにおいて剛体３３と直接対向する支持層３１ａ1、および剛体３４と直接対向する支持層３１ａ2をそれぞれ指す。また、絶縁酸化膜層３１ｂにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、絶縁酸化膜層３１ｂにおいて、支持層３１ａ1を介して剛体３３と対向する絶縁酸化膜層３１ｂ1、および支持層３１ａ2を介して剛体３４と対向する絶縁酸化膜層３１ｂ2をそれぞれ指す。
同様に、支持層３２ａおよび絶縁酸化膜層３２ｂは、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域が残存し、これら以外の部分が除去されている。なお、支持層３２ａにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、支持層３２ａにおいて剛体３３と直接対向する支持層３２ａ1、および剛体３４と直接対向する支持層３２ａ2をそれぞれ指す。また、絶縁酸化膜層３２ｂにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、絶縁酸化膜層３２ｂにおいて、支持層３２ａ1を介して剛体３３と対向する絶縁酸化膜層３２ｂ1、および支持層３２ａ2を介して剛体３４と対向する絶縁酸化膜層３２ｂ2をそれぞれ指す。
このように支持層３１ａ・３２ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂが部分的に除去されている結果、活性層３１ｃのうち、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域を除く部位と、活性層３２ｃのうち、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域を除く部位とが、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して直接対向している。なお、活性層３１ｃにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、活性層３１ｃにおいて、支持層３１ａ1および絶縁酸化膜層３１ｂ1を介して剛体３３と対向する活性層３１ｃ1と、支持層３１ａ2および絶縁酸化膜層３１ｂ2を介して剛体３４と対向する活性層３１ｃ2とをそれぞれ指す。また、活性層３２ｃにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、活性層３２ｃにおいて、支持層３２ａ1および絶縁酸化膜層３２ｂ1を介して剛体３３と対向する活性層３２ｃ1と、支持層３２ａ2および絶縁酸化膜層３２ｂ2を介して剛体３４と対向する活性層３２ｃ2とをそれぞれ指す。
また、板ばね部３１・３２は、平板部３１ｐ・３２ｐをそれぞれ有している。平板部３１ｐ・３２ｐは、板ばね部３１・３２のうち、剛体３３と剛体３４との間にある空間（空気層）を介して対向する平板部分である。ここでは、各平板部３１ｐ・３２ｐは、各ＳＯＩ基板から、剛体３３との対向領域（支持層３１ａ1・３２ａ1、絶縁酸化膜層３１ｂ1・３２ｂ1）および剛体３４との対向領域（支持層３１ａ2・３２ａ2、絶縁酸化膜層３１ｂ2・３２ｂ2）を除いて支持層３１ａ・３２ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂを除去したときに、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する活性層３１ｃ・３２ｃでそれぞれ構成されている。
板ばね部３１の支持層３１ａにおける剛体３３・３４との対向領域（支持層３１ａ1・３１ａ2）は、剛体３３・３４とそれぞれ連結されている。同様に、板ばね部３２の支持層３２ａにおける剛体３３・３４との対向領域（支持層３２ａ1・３２ａ2）は、剛体３３・３４とそれぞれ連結されている。
剛体３３・３４は、板ばね部３１・３２の間でそれらが対向する方向（Ｐ方向）とは垂直方向に離間して配置されており、剛体３３は第２の剛体を、剛体３４は第１の剛体を構成している。なお、剛体３３・３４が離間して配置される方向、つまり、剛体３３・３４が空気層を介して並んで配置される方向を、以下ではＱ方向とも称する。
剛体３３は、板ばね部３１（特に支持層３１ａ1）と連結されているとともに、板ばね部３２（特に支持層３２ａ1）と連結されている。同様に、剛体３４は、板ばね部３１（特に支持層３１ａ2）と連結されているとともに、板ばね部３２（特に支持層３２ａ2）と連結されている。つまり、剛体３３は、板ばね部３１の一端側に配置されて、板ばね部３１と板ばね部３２とを連結している。また、剛体３４は、板ばね部３１の他端側に配置されて、板ばね部３１と板ばね部３２とを連結している。
また、剛体３３・３４は両方とも、板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐよりも厚いガラスで構成されている。本実施形態では、上記のガラスとして、例えば酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）や酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）を含むアルカリガラスを用いている。
本実施形態では、剛体３３・３４がガラスで構成され、板ばね部３１の支持層３１ａ1・３１ａ2および板ばね部３２の支持層３２ａ1・３２ａ2がともにシリコンで構成されているため、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２とは、例えば陽極接合により連結されている。なお、陽極接合とは、シリコンおよびガラスに数百℃の温度下で数百Ｖの直流電圧を印加し、Ｓｉ−Ｏの共有結合を生じさせることによって両者を直接、接合する手法である。
保持部３７は、平行移動機構２１を干渉計２に固定する際に固定部材等で保持される部分であり、平行移動機構２１を上下で挟持して保持できるように、剛体３４の上方および下方に位置する板ばね部３１・３２の外表面（剛体３３・３４側とは反対側の面）の縁にそれぞれ設けられている。
駆動部３５は、板ばね部３１・３２の一方を曲げ変形させることにより、剛体３４に対して剛体３３および移動ミラー１５を（Ｐ方向に）平行移動させるものである。本実施形態では、駆動部３５は、板ばね部３１の表面（剛体３３・３４が連結された面とは反対側の面）に設けられているが、その配置位置の詳細については後述する。一方、上記の移動ミラー１５は、板ばね部３１における剛体３３の上方で、かつ、剛体３３とは反対側の表面に設けられている。
ここで、駆動部３５は、後述する電圧印加部３６からの印加電圧に応じて伸縮する圧電素子（ＰＺＴ素子）３５ａで構成されている。この圧電素子３５ａは、図４に示すように、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）４１を電極４２・４３で挟持した構造となっている。電極４２・４３に正または負の電圧を印加し、ＰＺＴ４１を水平方向に伸縮させることにより、板ばね部３１を曲げ変形させることができ、剛体３３とともに移動ミラー１５を変位させることができる。例えば、電極４２・４３への電圧印加によってＰＺＴ４１が伸びたときには、板ばね部３１が上に凸となるように変形するため、剛体３３とともに移動ミラー１５は下方に変位する。一方、電極４２・４３への上記とは逆極性の電圧印加によってＰＺＴ４１が縮んだときには、板ばね部３１が下に凸となるように変形するため、剛体３３とともに移動ミラー１５は上方に変位する。
このように、電極４２・４３に正または負の電圧を印加し、ＰＺＴ４１を水平方向に伸縮させることにより、板ばね部３１を曲げ変形させることができ、これによって剛体３４に対して剛体３３および移動ミラー１５を変位させることができる。
電圧印加部３６は、圧電素子３５ａに電圧を印加するものである。このような圧電素子３５ａへの電圧の印加は、以下の構成によって実現できる。板ばね部３１において圧電素子３５ａが設けられている面と同一面に、引き出し電極５３と、固定電極５４とを形成しておく。圧電素子３５ａの形成前に、引き出し電極５３としての金属膜を板ばね部３１上に蒸着しておき、この金属膜に圧電素子３５ａの下面の電極４３を接触させることにより、下面の電極４３を引き出すことができる。この引き出し電極５３は、電圧印加部３６とワイヤーボンディングされる。
また、固定電極５４は、圧電素子３５ａの上面の電極４２とワイヤーボンディングされ、電圧印加部３６ともワイヤーボンディングされる。この構成により、電圧印加部３６は、引き出し電極５３および固定電極５４を介して圧電素子３５ａに電圧を印加することが可能となる。なお、引き出し電極５３および固定電極５４は、板ばね部３１の表面において、剛体３４の上方でワイヤーボンディングがしやすい位置であれば、どこに形成されてもよい。
ところで、平行板ばねにおいて、圧電素子に電圧を印加しても移動体（例えば剛体３３や移動ミラー１５に相当する）は平行移動ではなく、傾いて移動する場合がある。これは、圧電素子の伸縮によって一方の板ばね部だけが伸縮（変形）することにより、２つの板ばね部同士で長さが異なってしまうことが原因と考えられる。
そこで、本実施形態では、平行板ばねの共振一次モードで移動体が平行移動することに着目し、電圧印加部３６は、板ばね部３１・３２の一部と剛体３３とを含む系で決まる一次の共振周波数ｆ0と同じ周波数ｆ（＝ｆ0）で、圧電素子３５ａに電圧を印加する。なお、共振一次モードとは、図４に示すように、例えば板ばね部３１において、圧電素子３５ａの伸縮によってもＰ方向に全く変位しない点Ａ0を節とし、そこから１個目の腹（点Ａ1）が自由端の位置で最大変位になるような振動モードを言う。共振一次モードでは、板ばね部３１・３２および剛体３３が一体となって共振する結果、剛体３３および移動ミラー１５は、傾かずにＰ方向に平行移動する。なお、このときの共振周波数ｆ0（Ｈｚ）は、以下のように表される。
ｆ0＝（１／２π）・√（ｋ／ｍ）
ただし、
ｋ：ばね部のばね定数
ｍ：平行移動部の質量（ｇ）
である。
なお、上記の「ばね部」とは、板ばね部３１・３２において変形によって実質的にばねとして機能する部分を指し、具体的には、板ばね部３１の平板部３１ｐと、板ばね部３２の平板部３２ｐとを指す。また、上記の「平行移動部」とは、上記ばね部の変形によって平行移動する部分であり、具体的には、板ばね部３１の支持層３１ａ1、絶縁酸化膜層３１ｂ1および活性層３１ｃ1と、板ばね部３２の支持層３２ａ1、絶縁酸化膜層３２ｂ1および活性層３２ｃ1と、剛体３３とを指す。なお、移動ミラー１５の質量は上記のｍには考慮されていない。これは、移動ミラー１５は薄膜であり、その質量をほとんど無視できると考えられることによる。
このように、電圧印加部３６は、板ばね部３１・３２および剛体３３が一体となって共振する際の共振周波数ｆ0と同じ周波数ｆで圧電素子３５ａに電圧を印加するので、共振によって剛体３３および移動ミラー１５を傾かせずに平行移動させることができる。しかも、共振によって剛体３３および移動ミラー１５を変位させるので、他の周波数で圧電素子３５ａに電圧を印加して剛体３３および移動ミラー１５を変位させる場合に比べて、これらの変位量を確実に増大させることができる。
（駆動部の配置位置について）
次に、駆動部３５（圧電素子３５ａ）の配置位置の詳細について説明する。図３に示すように、圧電素子３５ａは、板ばね部３１における板ばね部３２とは反対側の表面に設けられている。しかも、圧電素子３５ａは、板ばね部３１の上記表面において、剛体３３・３４が並んで配置される方向（Ｑ方向）における、板ばね部３１の平板部３１ｐの中央Ｃよりも剛体３４側に設けられている。つまり、圧電素子３５ａは、板ばね部３１の長手方向における中央Ｃよりも剛体３４側の表面に設けられている。このような圧電素子３５ａの配置により、以下の効果を得ることができる。
まず、圧電素子３５ａは、上述したようにＰＺＴ素子４１を薄い電極４２・４３で挟持した構造であることから、ＶＣＭのような磁石とコイルとを用いた電磁式駆動源に比べて格段に小型、薄型である。また、電磁式駆動源を用いる場合は、その設置位置（広い空間）も確保しなければならず、平行移動機構自体が大型化するが、小型で薄型の圧電素子３５ａを駆動源として用いる場合は、本発明のように曲げ変形させたい部位（板ばね部３１の表面）に圧電素子３５ａを直接形成すればよく、広い設置空間を確保する必要もない。したがって、駆動部３５を圧電素子３５ａで構成して板ばね部３１の表面に設けることにより、小型の平行移動機構２１を確実に実現することができる。その結果、その平行移動機構２１を適用した干渉計２ひいては分光器１を確実に小型化することができる。
また、圧電素子３５ａが板ばね部３１の平板部３１ｐの表面全体ではなく、表面の一部に設けられているので、板ばね部３１の曲げ変形時にその圧電素子３５ａが負荷となるのを軽減することができ、圧電素子３５ａの低い駆動電圧で板ばね部３１を曲げ変形させることができる。しかも、圧電素子３５ａが平板部３１ｐの中央Ｃよりも剛体３４側に設けられているので、低い駆動電圧で圧電素子３５ａを駆動しても、図４で示したように板ばね部３１を確実に共振させることができ、これによって剛体３３および移動ミラー１５を大きく変位させることができる。したがって、このような平行移動機構２１を適用した分光器１においては、高分解能を確実に実現することができる。
また、図３に示すように、圧電素子３５ａにおける剛体３４側の面を面Ｓ１とし、剛体３３側の面を面Ｓ２とする。そして、剛体３４における剛体３３側の面を面Ｓ３とする。なお、面Ｓ１、面Ｓ２、面Ｓ３は、いずれも、板ばね部３１の表面に垂直な面（Ｐ方向に平行な面）とする。本実施形態では、Ｑ方向において、面Ｓ１は、面Ｓ３よりも剛体３３とは反対側に位置しており、面Ｓ２は、平板部３１ｐの中央Ｃに対して剛体３４側で、かつ、面Ｓ３よりも剛体３３側に位置している。
このように、圧電素子３５ａが面Ｓ３をまたぐように、つまり、圧電素子３５ａの一部が剛体３４の上方に位置するように、板ばね部３１の表面に設けられているので、上記したように板ばね部３１の表面で剛体３４の上方に引き出し電極５３および固定電極５４を形成しておけば、引き出し電極５３や固定電極５４と他の部位（例えば圧電素子３５ａの上面の電極４２、電圧印加部３６）とをワイヤーボンディングによって接続する際の板ばね部３１の破損を回避することができる。つまり、このときのボンディング作業は剛体３４の上方で行われるので、平板部３１ｐに外部からの応力が働くことはなく、それによる板ばね部３１の破損を回避することができる。また、ボンディングしたワイヤーは、平板部３１ｐの上方ではなく剛体３４の上方に位置するので、ボンディング後も、そのワイヤーが平板部３１ｐを抑えて板ばね部３１の変形（共振）を阻害することがなく、板ばね部３１の変形に悪影響を及ぼすのを回避することができる。
このとき、Ｑ方向において、板ばね部３１の平板部３１ｐの長さをＬ１（ｍｍ）とし、面Ｓ３を含む面から剛体３３側の圧電素子３５ａの長さをＬ２（ｍｍ）とすると、
Ｌ２／Ｌ１≦０．３
を満足することが望ましい。その理由は以下の通りである。
板ばね部３１・３２の一方（ここでは板ばね部３１）に圧電素子３５ａが設けられる構成では、圧電素子３５ａの平板部３１ｐ上での長さが長くなると、板ばね部３１・３２間で変形時のバランスが崩れ、剛体３３および移動ミラー１５が傾いて移動するとともに、その傾きが大きくなる。つまり、圧電素子３５ａは平板部３１ｐ上で短ければ短いほど、剛体３３および移動ミラー１５の移動時の傾きが小さくなるのでよい。
また、図５は、移動ミラー１５の変位量を一定としたときの、Ｌ２／Ｌ１と圧電素子３５ａへの印加電圧（電界強度）との関係を示すグラフである。なお、図５の縦軸の電界強度は、圧電素子３５ａの長さで規格化している。同図より、Ｌ２／Ｌ１＞０．３の場合、印加電圧自体は小さくできるが、Ｌ２／Ｌ１の変化量に対する印加電圧の変化量が小さく、印加電圧を大きく低減できる効果が小さい。
したがって、Ｌ２／Ｌ１≦０．３を満足することにより、Ｌ２はＬ１に対して十分に小さいので、剛体３３および移動ミラー１５の移動時の傾きを抑える効果を十分に得ながら、効率よく圧電素子３５ａを駆動することができる。
なお、上記の条件式は、板ばね部３１・３２および剛体３３の構成材料や各平板部３１ｐ・３２ｐの厚さに関係なく得ることができる。その理由は以下の通りである。
Ｌ１に対してＬ２が小さいと、圧電素子３５ａの剛体３３側の端部に応力が一番かかり、上記端部が板ばね部３１から離れる方向に力がかかるため、剛体３３および移動ミラー１５の所望の変位を得るためには、圧電素子３５ａに大きな電圧を印加することが必要になる（図５参照）。一方、Ｌ１に対してＬ２が大きいと、圧電素子３５ａへの電圧印加時に圧電素子３５ａが沿ってくるため、圧電素子３５ａにおける剛体３４側の端部に一番応力がかかるようになる。このような傾向は、板ばね部３１・３２および剛体３３の構成材料が変わっても、各平板部３１ｐ・３２ｐの厚さが変わっても、剛体３３および移動ミラー１５の変位量を一定とすれば、同じである。したがって、板ばね部３１・３２および剛体３３の構成材料や各平板部３１ｐ・３２ｐの厚さによっては、剛体３３および移動ミラー１５の所望の変位量を得るための、圧電素子３５ａへの印加電圧の値（絶対値）は変動するとしても、Ｌ２／Ｌ１の比としては、板ばね部３１・３２および剛体３３の構成材料や各平板部３１ｐ・３２ｐの厚さに関係なく、０．３以下であればよいと言える。
ところで、図６は、平行移動機構２１の他の構成を示す断面図である。このように、圧電素子３５ａの面Ｓ１は、面Ｓ３と同一平面上に位置しており、面Ｓ２は、平板部３１ｐの中央Ｃに対して剛体３４側で、かつ、面Ｓ３よりも剛体３３側に位置していてもよい。また、図７は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。このように、圧電素子３５ａの面Ｓ１および面Ｓ２は、平板部３１ｐの中央Ｃに対して剛体３４側で、かつ、面Ｓ３よりも剛体３３側に位置していてもよい。
図６および図７の構成であっても、圧電素子３５ａが板ばね部３１の表面上で平板部３１ｐの中央Ｃよりも剛体３４側に設けられていることに変わりはないので、低い駆動電圧で圧電素子３５ａを駆動しても、板ばね部３１を確実に共振させることができ、これによって剛体３３および移動ミラー１５を大きく変位させることができる。なお、Ｌ２とＬ１との比に関する上述した条件式は、図６の構成にも適用することができ、それによって上記と同様の効果を得ることができる。
（圧電素子を２つ設ける構成について）
図８は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す斜視図であり、図９は、図８の平行移動機構２１の断面図である。この平行移動機構２１は、圧電素子３５ａ（第１の圧電素子）とは異なる圧電素子３８（第２の圧電素子）を備えている点で、図２および図３の平行移動機構２１とは異なっている。この圧電素子３８は、板ばね部３２における板ばね部３１とは反対側の表面であって、板ばね部３１・３２の対向方向（Ｐ方向）に垂直な面Ｒに対して、圧電素子３５ａと対称となる位置に設けられている。
このように圧電素子３８を設けることにより、平行板ばねを構成する平行移動機構２１の上下のバランスを良好に保つ、すなわち、板ばね部３１・３２をバランスよく変形させることが可能となり、剛体３３および移動ミラー１５を平行移動させるときの平行度を向上させることが可能となる。つまり、剛体３３および移動ミラー１５を平行に限りなく近い状態で移動（変位）させることができる。また、圧電素子３８を上記のように設けるだけでよく、圧電素子３８に電圧を印加するための配線は不要なので、簡便な構成で平行移動の際の平行度を容易に向上させることができる。
また、図１０は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。この平行移動機構２１は、図８および図９のように２つの圧電素子３５ａ・３８を設けた構成において、電圧印加部３６が両方の圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加する構成となっている。つまり、板ばね部３２側にも、板ばね部３１側に設けた引き出し電極５３および固定電極５４に対応する電極（図示せず）が設けられ、これらの電極と圧電素子３８の上下の電極および電圧印加部３６とがワイヤーボンディングによって電気的に接続されている。この構成では、電圧印加部３６は、圧電素子３５ａの伸縮による板ばね部３１の変形と、圧電素子３８の伸縮による板ばね部３２の変形とが同一となるように、圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加することが望ましい。
つまり、図１０において、板ばね部３１・３２の変形によって剛体３３および移動ミラー１５を上方に移動させるためには、圧電素子３５ａが水平方向に縮む一方、圧電素子３８が水平方向に伸びるような電圧を、各圧電素子３５ａ・３８に印加する必要がある。逆に、板ばね部３１・３２の変形によって剛体３３および移動ミラー１５を下方に移動させるためには、圧電素子３５ａが水平方向に伸びる一方、圧電素子３８が水平方向に縮むような電圧を、各圧電素子３５ａ・３８に印加する必要がある。
したがって、図１０において、圧電素子３５ａ・３８におけるＰＺＴの分極方向が例えば互いに逆向き（一方が上向きで他方が下向き）であれば、圧電素子３５ａ・３８のＰＺＴを挟む２つの電極のうち、ＰＺＴに対して同じ側に位置する電極に同じ極性の電圧が同じ周波数で印加されるように、電圧印加部３６は各圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加すればよい。例えば、電圧印加部３６は、圧電素子３５ａの上側の電極４２（ＰＺＴ４１に対して剛体３４とは反対側の電極）と、圧電素子３８の上側の電極（ＰＺＴに対して剛体３４側の電極）とに同じ極性の電圧が印加されるように、各圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加すればよい。
また、圧電素子３５ａ・３８におけるＰＺＴの分極方向が例えば同じ向き（例えば両方とも上向き）であれば、圧電素子３５ａ・３８のＰＺＴを挟む２つの電極のうち、ＰＺＴに対して同じ側に位置する電極に互いに逆極性の電圧が同じ周波数で印加されるように、電圧印加部３６は各圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加すればよい。例えば、電圧印加部３６は、圧電素子３５ａの上側の電極４２に正の電圧を印加したときに、圧電素子３８の上側の電極（ＰＺＴに対して剛体３４側の電極）に負の電圧が印加されるように、各圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加すればよい。
電圧印加部３６が上記のように各圧電素子３５ａ・３８に電圧を印加することにより、板ばね部３１・３２を同じように変形（共振）させることができ、一方の変形が他方の変形を阻害することがなく、共振しやすくなる。したがって、剛体３３および移動ミラー１５を平行移動させるときの平行度を確実に向上させることができる。
（共振周波数の変動に対応可能な構成について）
ところで、圧電素子は、電圧を印加すると伸縮するが、逆に、力を加えて変形させたときには、その歪みに応じた電圧を出力する。共振時に剛体３３および移動ミラー１５の変位が最大になると、圧電素子も大きく歪むので、圧電素子から出力される電圧（例えば絶対値）も最大になる。したがって、このことを利用し、圧電素子から出力される電圧（特に最大電圧）を監視すれば、共振によって剛体３３および移動ミラー１５が変位しているか否かを検知することができ、共振周波数の変動に対応することも可能となる。なお、共振周波数の変動は、例えば、光源１１の発熱による環境温度の変化により、熱膨張または収縮によって上記したばね部の形状が変化し、ばね定数が変化することによって起こり得る。以下、共振周波数の変動に対応可能な具体的構成について説明する。
図１１は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。この平行移動機構２１は、図８および図９のように２つの圧電素子３５ａ・３８を設ける構成に加えて、検出部３９および制御部４０を備えている。なお、図８および図９の構成が基本であるので、電圧印加部３６は一方の圧電素子３５ａにのみ電圧を印加し、他方の圧電素子３８へは電圧を印加しないことを念のために断っておく。
検出部３９は、板ばね部３２の変形時に、圧電素子３８から出力される、圧電素子３８の歪みに応じた電圧から、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出するセンサである。圧電素子３８から出力される電圧（例えば絶対値）が大きいほど、剛体３３および移動ミラー１５が大きく変位していることになるので、検出部３９は圧電素子３８から出力される電圧の最大電圧（例えば絶対値）を検出することにより、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出することができる。なお、検出部３９は、圧電素子３８から出力される電圧の大きさと方向（正負の符号）とに基づいて、剛体３３および移動ミラー１５の変位量と方向（変位した位置）とを検出することもできる。
制御部４０は、電圧印加部３６による圧電素子３５ａへの電圧印加を制御するものである。より具体的には、制御部４０は、検出部３９にて検出された剛体３３および移動ミラー１５の最大変位の変動に応じて、圧電素子３５ａへの印加電圧の周波数が変動するように、電圧印加部３６を制御する。このような制御を行う制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されている。
また、上記した電圧印加部３６は、ＶＣＯ（voltage controlled oscillator）回路を含んで構成されている。ＶＣＯ回路とは、入力電圧に応じて出力電圧の周波数を変化させる回路である。したがって、電圧印加部３６は、制御部４０の制御によって出力電圧（圧電素子３５ａへの印加電圧）の周波数を変化させることができる。
次に、制御部４０の電圧制御による動作の流れについて、図１２および図１３に基づいて説明する。図１２および図１３は、制御部４０の電圧制御による動作の流れを示すフローチャートであり、図１２は、共振周波数を探す初期動作でのものを示し、図１３は、共振周波数の変動に振動周波数を追従させる定常動作でのものを示している。
初期動作においては、まず、制御部４０は、電圧印加部３６のＶＣＯ回路の入力電圧の上昇を開始し、出力電圧の周波数を増大させる（Ｓ１）。そして、検出部３９は、圧電素子３８から出力される電圧の最大値（例えば絶対値）を検出し、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出する（Ｓ２）。
続いて、制御部４０は、Ｓ２で検出した最大変位とそれよりも前に検出した最大変位との大小を比較する（Ｓ３）。ここで、動作開始時においては剛体３３および移動ミラー１５の最大変位はゼロであるので、Ｓ２で検出した最大変位はそれよりも前に検出した最大変位よりも必ず大きいことになる（Ｓ３でＮｏ）。したがって、制御部４０は、ＶＣＯ回路の入力電圧をさらに上昇させ、出力電圧の周波数をさらに増大させる（Ｓ４）。
以降は、Ｓ２〜Ｓ４の工程を繰り返し、制御部４０は、Ｓ２で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも小さくなった時点で（Ｓ３でＹｅｓ）、剛体３３および移動ミラー１５が最大変位に達したと判断してＶＣＯ回路の入力電圧の上昇を停止させる（Ｓ５）。剛体３３および移動ミラー１５が最大変位に達したときには、剛体３３および移動ミラー１５は共振によって振動していると判断できるので、このときのＶＣＯ回路の出力電圧の周波数を共振周波数として考えることができる。つまり、このような初期動作により、上述した理論計算によらなくても、共振周波数を求めることができる。
定常動作においては、検出部３９は、圧電素子３８から出力される電圧の最大値（例えば絶対値）を検出し、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出する（Ｓ１１）。制御部４０は、Ｓ１１で検出した最大変位とそれよりも前に検出した最大変位（例えば図１２のＳ５でＶＣＯ回路の入力電圧の上昇を停止させる直前に検出した最大変位）との大小を比較する（Ｓ１２）。ここで、共振周波数が変動していない場合には、Ｓ１１で検出した最大変位は前回の最大変位と同じであるので（Ｓ１２でＮｏ）、その場合は、本フローを終了する。なお、複数の共振周波数がある場合は、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位をメモリしておき、最大変位となる周波数を共振周波数とする。
一方、共振周波数が変動すると、Ｓ１１で検出した最大変位が前回の最大変位よりも小さくなるので（Ｓ１２でＹｅｓ）、この場合、制御部４０は、ＶＣＯ回路の入力電圧を上昇させ、出力電圧の周波数を増大させる（Ｓ１３）。そして、検出部３９は、圧電素子３８から出力される電圧の最大値を検出し、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出する（Ｓ１４）。
続いて、制御部４０は、Ｓ１４で検出した最大変位とそれよりも前に検出した最大変位（例えばＳ１１で検出した最大変位）との大小を比較する（Ｓ１５）。Ｓ１４で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも大きい場合（Ｓ１５でＮｏ）、周波数が増大する方向に最大変位が増大することがわかるので、制御部４０は、ＶＣＯ回路の入力電圧をさらに上昇させ、出力電圧の周波数を増大させる（Ｓ１６）。そして、検出部３９は、圧電素子３８から出力される電圧の最大値を検出し、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出する（Ｓ１７）。そして、制御部４０は、Ｓ１７で検出した最大変位とそれよりも前に検出した最大変位（例えばＳ１４で検出した最大変位）との大小を比較する（Ｓ１８）。
Ｓ１７で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも大きい場合（Ｓ１８でＮｏ）、最大変位が増大する余地があると考えられるので、Ｓ１６〜Ｓ１８の工程を繰り返す。そして、制御部４０は、Ｓ１７で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも小さくなった時点で（Ｓ１８でＹｅｓ）、剛体３３および移動ミラー１５が最大変位に達し、圧電素子３５ａへの印加電圧の周波数が共振周波数に一致したと判断して、本フローを終了する。
また、Ｓ１５において、Ｓ１４で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも小さい場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、周波数が減少する方向に最大変位が増大することがわかるので、制御部４０は、ＶＣＯ回路の入力電圧を下降させ、出力電圧の周波数を減少させる（Ｓ１９）。そして、検出部３９は、圧電素子３８から出力される電圧の最大値を検出し、剛体３３および移動ミラー１５の最大変位を検出する（Ｓ２０）。そして、制御部４０は、Ｓ２０で検出した最大変位とそれよりも前に検出した最大変位（例えばＳ１４で検出した最大変位）との大小を比較する（Ｓ２１）。
Ｓ２０で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも大きい場合（Ｓ２１でＮｏ）、最大変位が増大する余地があると考えられるので、Ｓ１９〜Ｓ２１の工程を繰り返す。そして、制御部４０は、Ｓ２０で検出した最大変位がそれよりも前に検出した最大変位よりも小さくなった時点で（Ｓ２１でＹｅｓ）、剛体３３および移動ミラー１５が最大変位に達し、圧電素子３５ａへの印加電圧の周波数が共振周波数に一致したと判断して、本フローを終了する。
以上のように、制御部４０は、検出部３９にて検出された剛体３３および移動ミラー１５の最大変位の変動に応じて、ＶＣＯ回路の出力電圧の周波数（圧電素子３５ａへの印加電圧の周波数）が変動するように電圧印加部３６を制御するので、たとえ平行移動機構２１の動作中に環境温度変化等によって共振周波数が変動したとしても、ＶＣＯ回路の出力電圧の周波数を、変動する共振周波数に追従させることができる。
特に、制御部４０は、検出部３９にて検出された電圧に基づいて、圧電素子３５ａへの印加電圧の周波数が共振周波数に一致するように電圧印加部３６（ＶＣＯ回路）を制御するので、共振周波数が変動するような、あるいは変動しやすい環境下で本発明の平行移動機構２１が使用される場合でも、常に安定した共振状態を保つことができる。
なお、以上では、検出部３９にて検出された電圧に基づき、剛体３３および移動ミラー１５の変位をモニタし、その変位に基づいて電圧印加部３６を制御しているが、検出部３９にて検出される電圧の正負の符号の所定時間内での反転回数から振動周波数を検知し、その振動周波数に基づいて電圧印加部３６を制御する（圧電素子３５ａへの印加電圧の周波数を、変動する共振周波数に追従させる）ことも可能である。
（平行移動機構の製造方法について）
次に、平行移動機構２１の製造方法として、代表として図３で示した平行移動機構２１の製造方法について説明する。なお、図６〜図１１に示した他の平行移動機構２１についても、これと同様の製造方法を適用することが可能である。
図１４は、図３の平行移動機構２１の製造時の大まかな流れを示すフローチャートである。また、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、上記平行移動機構２１の製造工程を示す断面図である。まず、図１５（ａ）に示すように、２つの板ばね部３１・３２を作製する（Ｓ３１）。なお、板ばね部３１・３２の作製方法の詳細については後述する。
続いて、図１５（ｂ）に示すように、剛体３３・３４を互いに離間して配置するとともに、各平板部３１ｐ・３２ｐが剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向するように、剛体３３・３４を介して板ばね部３１・３２を配置する（Ｓ３２）。
次に、図１５（ｃ）に示すように、板ばね部３１に移動ミラー１５を形成するとともに（Ｓ３３）、板ばね部３１の所定の位置に駆動部３５を形成する（Ｓ３４）。Ｓ３３における移動ミラー１５の形成は、例えば板ばね部３１に対してＡｕをスパッタすることによって行われる。あるいは、ＡｌやＰｔなどの金属材料を蒸着法や接着によって板ばね部３１上に形成することで移動ミラー１５を形成してもよい。また、Ｓ３４における駆動部３５の形成は、例えば接着剤を用いて上記した圧電素子３５ａを板ばね部３１に接着することによって行われる。また、このとき、引き出し電極５３および固定電極５４（図２参照）を金属材料のスパッタ等によって同時に板ばね部３１に形成しておく。
なお、必要であれば、板ばね部３２の所定位置に圧電素子３８を接着剤で接着すればよい。このときは、上記と同様に、板ばね部３２にも引き出し電極および固定電極を設ければよい。
なお、Ｓ３２〜Ｓ３４の順序は、適宜変更してもよい。例えば、Ｓ３３よりもＳ３４を先に行ってもよいし、Ｓ３３およびＳ３４の後にＳ３２の工程を行ってもよい。
その後、図１５（ｄ）に示すように、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２とを連結する（Ｓ３５）。ただし、このときの連結は、高温高電界下での陽極接合により行われる。そして、圧電素子３５ａの上面の電極４２と固定電極５４、固定電極５４と電圧印加部３６、引き出し電極５３と電圧印加部３６とをワイヤーボンディングによって結線する（Ｓ３６）。これにより、平行移動機構２１が完成する。
以上では、１個の平行移動機構２１を製造する場合について説明したが、複数（例えば４つ）の平行移動機構２１を同時に製造することも可能である。その場合は、以下のようにすればよい。
図１６は、４枚の板ばね部３１（または４枚の板ばね部３２）をシート状に綴った基板５１の斜視図であって、後述する支持ブロック５２との対向側から見た斜視図である。４つの平行移動機構２１を同時に製造する場合は、このような基板５１を２枚用意する（Ｓ３１に対応）。
そして、図１７に示すアルカリガラス製の支持ブロック５２を介して、２つの基板５１・５１を対向配置する（Ｓ３２に対応）。上記の支持ブロック５２は、１個の平行移動機構２１を構成する剛体３３と剛体３４との間に空間を設けた状態で、剛体３３・３４を４つずつ設けるとともに、これらを一続きに形成したものである。
続いて、図１８に示すように、基板５１の所定部位に移動ミラー１５および駆動部３５をそれぞれ形成する（Ｓ３３、Ｓ３４に対応）。このとき、隣り合う駆動部３５の圧電素子３５ａの下面の電極４３に共通して引き出し電極５３を形成するとともに、個々の圧電素子３５ａに対応して固定電極５４を形成する。そして、３本の位置決めピン５５によって位置決めを行いながら、各基板５１・５１と支持ブロック５２とを陽極接合によって接合する（Ｓ３５に対応）。その後、接合体（各基板５１・５１、支持ブロック５２）を太線Ｄ1・Ｄ2に沿ってダイサーカットし、支持片５６から移動ミラー１５を切り離す。
さらに、図１９に示すように、上記接合体を太線Ｄ3・Ｄ4に沿ってダイサーカットし、４台の平行移動機構２１に分割する。最後に、不要な部分をさらにダイサーカットした後、個々の圧電素子３５ａの上面の電極４２と固定電極５４、固定電極５４と電圧印加部３６、引き出し電極５３と電圧印加部３６とをワイヤーボンディングによって結線する（Ｓ３６に対応）。これにより、４つの平行移動機構２１が完成する。
（板ばね部の作製方法について）
次に、上述した板ばね部３１・３２の作製方法の詳細について説明する。なお、ここでは、説明の理解をしやすくするために、図１６の基板５１を用いて行う板ばね部３１の作製方法の詳細について説明する。なお、板ばね部３２の作製方法についても同様の手法を採用できる。
図２０（ａ）〜図２０（ｆ）は、板ばね部３１の作製工程を、図１６のＡ−Ａ’線矢視断面で見た場合の断面図である。なお、説明の便宜上、図１６のＡ−Ａ’線上において基板５１を上下に貫通し、板ばね部３１の周囲の空間に対応する部分を貫通部７１・７２とする。また、基板５１において板ばね部３１の平板部３１ｐに対応する部分を領域７３とする。
まず、図２０（ａ）に示すように、図示しないフォトリソ工程によって、ＳＯＩ基板６１上にマスクとなる熱酸化膜６２・６３を順にパターン形成する。なお、ＳＯＩ基板６１は、シリコンからなる支持層３１ａと、酸化シリコンからなる絶縁酸化膜層３１ｂと、シリコンからなる活性層３１ｃとを積層して構成されているものとする。上記の熱酸化膜６２・６３は、ＳＯＩ基板６１における支持層３１ａ側に形成されている。
続いて、図２０（ｂ）に示すように、ドライエッチングにより、熱酸化膜６２をマスクとして、ＳＯＩ基板６１における貫通部７１・７２に位置する支持層３１ａの除去を開始するとともに、熱酸化膜６３をマスクとして、領域７３に位置する熱酸化膜６２の除去を開始する。そして、領域７３の熱酸化膜６２を完全に除去した後は、図２０（ｃ）に示すように、残った熱酸化膜６２をマスクとして、ドライエッチングにより、貫通部７１・７２に位置する支持層３１ａおよび領域７３に位置する支持層３１ａを同時に除去する。このような支持層３１ａの段階的な除去により、貫通部７１・７２に位置する支持層３１ａを完全に除去したときには、領域７３の支持層３１ａが若干残る。
次に、図２０（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより、支持層３１ａをマスクとして、貫通部７１・７２に位置する絶縁酸化膜層３１ｂを除去する。その後、図２０（ｅ）に示すように、ドライエッチングにより、熱酸化膜６２をマスクとして、貫通部７１・７２に位置する活性層３１ｃおよび領域７３に位置する支持層３１ａを同時に除去する。最後に、図２０（ｆ）に示すように、ドライエッチングにより、支持層３１ａをマスクとして、領域７３の絶縁酸化膜層３１ｂを除去する。残った熱酸化膜６２を除去することにより、図１６の基板５１における板ばね部３１が完成する。
以上のように、平行移動機構２１の２つの板ばね部３１・３２を、ＳＯＩ基板６１を用いて形成することにより、上述したように、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術、すなわち、フォトリソグラフィーおよびエッチング等の半導体製造技術と、陽極接合などの接合技術とを複合した技術を用いて、平行移動機構２１を製造することができる。また、ＭＥＭＳ技術を用いることにより、リソグラフィーのマスク精度さえ高精度に確保しておけば、１個の平行移動機構２１においては２つの平板部３１ｐ・３２ｐの長さがばらつくのを回避することができる。その結果、平行移動機構２１の組立時や平行移動時の可動部（剛体３３および移動ミラー１５）の傾きを抑えることができる。また、個体差をなくす、すなわち、複数の平行移動機構２１の個体ごとに平板部３１ｐ・３２ｐの長さがばらつくことも回避できるので、複数の平行移動機構２１を安定して作製することができる。
（補足）
図２１は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。同図に示すように、平行移動機構２１の板ばね部３１の平板部３１ｐは、絶縁酸化膜層３１ｂと活性層３１ｃとの２層で構成されていてもよく、板ばね部３２の平板部３２ｐは、絶縁酸化膜層３２ｂと活性層３２ｃとの２層で構成されていてもよい。
また、図２２は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。同図に示すように、平行移動機構２１の板ばね部３１・３２は、平板状のシリコン基板８１・８１でそれぞれ構成されていてもよい。なお、板ばね部３１・３２（シリコン基板８１・８１）と、ガラスからなる剛体３３・３４との連結には、陽極接合を用いることができる。この構成では、平板状のシリコン基板８１・８１で剛体３３・３４を挟むという簡単な構成で平行移動機構２１を容易に実現することができる。また、ＳＯＩ基板６１を用いる場合に比べて、板ばね部３１・３２の作製工程（Ｓ３１の工程）を大幅に簡略化することができる。
また、図２３は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。同図に示すように、平行移動機構２１の板ばね部３１・３２は、平板状のガラス基板９１・９１でそれぞれ構成されていてもよい。この場合、例えば厚さ１００μｍ以下のガラス（例えばアルカリガラス）に対してレーザー加工またはダイシング加工を施すことにより、ガラス基板９１・９１を得ることができる。なお、板ばね部３１・３２（ガラス基板９１・９１）と、ガラスからなる剛体３３・３４との連結には、オプティカルコンタクトまたは拡散接合を用いることができる。なお、オプティカルコンタクトとは、平滑な面同士を密着させ、分子の引力によって２部材を連結する方法である。拡散接合とは、母材を溶融させることなく加熱、加圧保持し、接合面を横切って接合界面の原子を拡散させて接合部を得る方法である。
このように、板ばね部３１・３２をガラス基板９１・９１でそれぞれ構成することにより、平板状のガラス基板９１・９１で剛体３３・３４を挟むという簡単な構成で平行移動機構２１を容易に実現することができる。また、ＳＯＩ基板６１を用いる場合に比べて、板ばね部３１・３２の作製工程（Ｓ３１の工程）を大幅に簡略化することができる。さらに、剛体３３・３４および板ばね部３１・３２の構成材料がともにガラスとなるので、温度変化による平行移動機構２１の変形を確実に防止することができ、温度変化に起因して可動部（剛体３３および移動ミラー１５）が傾くのを確実に防止することができる。
また、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２との連結に、上述した陽極接合をはじめ、オプティカルコンタクトや拡散接合など、接着剤なしで連結する方法を採用しているので、接着剤を用いたときのような製造誤差（製造時の接着剤の収縮の影響）を排除することができ、平行移動機構２１を干渉計２や分光器１に適用したときに、大型のコーナーキューブを設置することなく、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。つまり、干渉計２ひいては分光器１を小型化しながら、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。
なお、板ばね部３１・３２は、上記のシリコン基板８１やガラス基板９１の代わりに、金属（鉄、アルミニウム、合金など）からなる平板で構成されていてもよい。
なお、上述した剛体３３・３４は、ガラスではなく、シリコンで構成されていてもよい。このとき、板ばね部３１・３２と剛体３３・３４との連結部が、シリコンとガラスとの連結となる場合には、接合方法として陽極接合を用いることができ、上記連結部がシリコンとシリコンとの連結となる場合には、接合方法としてオプティカルコンタクトまたは拡散接合を用いることができる。
なお、上述した図面に示した構成を適宜組み合わせて、平行移動機構２１ひいては干渉計２および分光器１を構成することも勿論可能である。例えば、図６または図７の構成と、図９〜図１１のいずれかの構成とを組み合わせて平行移動機構２１を構成したり、その平行移動機構２１を用いて干渉計２および分光器１を構成することも可能である。
なお、本実施形態では、マイケルソン干渉計や分光器、およびそれに適用可能な平行移動機構について説明したが、本実施形態で説明した平行移動機構は、高精度な並進駆動が求められる分野に適用可能であり、上記の干渉計や分光器のみならず、例えば屈折率測定器（移動距離が大きいと測定範囲を大きくできる）、光ピックアップの対物レンズアクチュエータ、小型カメラのＡＦ（オートフォーカス）機構にも適用することができる。
本発明の平行移動機構は、マイケルソン干渉計、分光器、屈折率測定器、光ピックアップの対物レンズアクチュエータ、小型カメラのＡＦ機構等に利用可能である。
１ 分光器
２ 干渉計
１５ 移動ミラー
２１ 平行移動機構
３１ 板ばね部（第１の板ばね部）
３１ｐ 平板部
３２ 板ばね部（第２の板ばね部）
３２ｐ 平板部
３３ 剛体（第２の剛体）
３４ 剛体（第１の剛体）
３５ 駆動部
３５ａ 圧電素子（第１の圧電素子）
３６ 電圧印加部
３８ 圧電素子（第２の圧電素子）
３９ 検出部
４０ 制御部

Claims (13)

  1. 第１の板ばね部と、
    前記第１の板ばね部と平行状態で対向配置される第２の板ばね部と、
    前記第１の板ばね部の一端側に配置され、前記第１の板ばね部と前記第２の板ばね部とを連結する第１の剛体と、
    前記第１の板ばね部の他端側に配置され、前記第１の板ばね部と前記第２の板ばね部とを連結する第２の剛体と、
    前記第１の板ばね部の面上であって、前記第１の剛体および前記第２の剛体が連結された面と反対側の表面に配置された、圧電素子からなる駆動部と、を有しており、
    前記圧電素子は、前記第１の板ばね部の長手方向における中央よりも前記第１の剛体側の表面に設けられていることを特徴とする平行移動機構。
  2. 対向配置される第１および第２の板ばね部と、
    前記第１および第２の板ばね部の間で前記対向方向とは垂直方向に離間して配置され、それぞれが前記第１および第２の板ばね部と連結される第１および第２の剛体と、
    前記第１の板ばね部を曲げ変形させることにより、前記第１の剛体に対して前記第２の剛体を平行移動させる駆動部とを備え、
    前記第１および第２の板ばね部は、前記第１および第２の剛体の間にある空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、
    前記駆動部は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子で構成されており、
    前記圧電素子は、前記第１の板ばね部における前記第２の板ばね部とは反対側の表面であって、前記第１および第２の剛体が並ぶ方向における、前記第１の板ばね部の平板部の中央よりも前記第１の剛体側の表面に設けられていることを特徴とする平行移動機構。
  3. 前記圧電素子における前記第１の剛体側の面および前記第２の剛体側の面をそれぞれ面Ｓ１およびＳ２とし、前記第１の剛体における前記第２の剛体側の面を面Ｓ３とすると、
    面Ｓ１は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体とは反対側に位置しており、面Ｓ２は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
  4. 前記圧電素子における前記第１の剛体側の面および前記第２の剛体側の面をそれぞれ面Ｓ１およびＳ２とし、前記第１の剛体における前記第２の剛体側の面を面Ｓ３とすると、
    面Ｓ１は、面Ｓ３と同一平面上に位置しており、面Ｓ２は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
  5. 前記圧電素子における前記第１の剛体側の面および前記第２の剛体側の面をそれぞれ面Ｓ１およびＳ２とし、前記第１の剛体における前記第２の剛体側の面を面Ｓ３とすると、
    面Ｓ１および面Ｓ２は、面Ｓ３よりも前記第２の剛体側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
  6. 前記第１および第２の板ばね部は、前記第１および第２の剛体の間にある空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、
    前記第１および第２の剛体が並ぶ方向において、前記第１の板ばね部の平板部の長さをＬ１とし、前記面Ｓ３を含む面から前記第２の剛体側の前記圧電素子の長さをＬ２とすると、
    Ｌ２／Ｌ１≦０．３
    であることを特徴とする請求項３に記載の平行移動機構。
  7. 前記第１の板ばね部、前記第２の板ばね部および前記第２の剛体が一体となって共振する際の共振周波数と同じ周波数で前記圧電素子に電圧を印加する電圧印加部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
  8. 前記第１の板ばね部の表面に設けられる前記圧電素子を、第１の圧電素子とすると、
    前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子をさらに備えており、
    前記第２の圧電素子は、前記第２の板ばね部における前記第１の板ばね部とは反対側の表面であって、前記第１および第２の板ばね部の対向方向に垂直な面に対して、前記第１の圧電素子と対称となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
  9. 前記第１および第２の圧電素子に電圧を印加する電圧印加部をさらに備えており、
    前記電圧印加部は、前記第１の圧電素子の伸縮による前記第１の板ばね部の変形と、前記第２の圧電素子の伸縮による前記第２の板ばね部の変形とが同一となるように、前記第１および第２の圧電素子に電圧を印加することを特徴とする請求項８に記載の平行移動機構。
  10. 前記第１の圧電素子に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記第２の板ばね部の変形時に、前記第２の圧電素子から出力される該第２の圧電素子の歪みに応じた電圧から、前記第２の剛体の最大変位を検出する検出部と、
    前記電圧印加部による前記第１の圧電素子への電圧印加を制御する制御部とをさらに備えており、
    前記制御部は、前記検出部にて検出された前記第２の剛体の最大変位の変動に応じて、前記第１の圧電素子への印加電圧の周波数が変動するように、前記電圧印加部を制御することを特徴とする請求項８に記載の平行移動機構。
  11. 前記制御部は、前記第１の圧電素子への印加電圧の周波数が、前記第１の板ばね部、前記第２の板ばね部および前記第２の剛体が一体となって共振する際の共振周波数に一致するように、前記電圧印加部を制御することを特徴とする請求項１０に記載の平行移動機構。
  12. 請求項１に記載の平行移動機構と、
    前記平行移動機構において平行移動する前記第２の剛体側の前記第１の板ばね部または前記第２の板ばね部の表面に設置されるミラーとを備え、前記ミラーに入射する光の光路長の変化を利用して干渉光を発生させることを特徴とする干渉計。
  13. 請求項１２に記載の干渉計を備え、前記干渉光の出力を周波数解析して前記入射光の分光分析を行うことを特徴とする分光器。
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