WO2014156060A1 - ミラーアレイ - Google Patents

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WO2014156060A1
WO2014156060A1 PCT/JP2014/001554 JP2014001554W WO2014156060A1 WO 2014156060 A1 WO2014156060 A1 WO 2014156060A1 JP 2014001554 W JP2014001554 W JP 2014001554W WO 2014156060 A1 WO2014156060 A1 WO 2014156060A1
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WO
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hinge
mirror
axis direction
meandering
comb electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/001554
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮平 内納
登紀子 三崎
治 寅屋敷
Original Assignee
住友精密工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友精密工業株式会社 filed Critical 住友精密工業株式会社
Priority to JP2015508037A priority Critical patent/JP6225169B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/004—Angular deflection
    • B81B3/0045—Improve properties related to angular swinging, e.g. control resonance frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/045—Optical switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0163—Spring holders
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD

Definitions

  • the technology disclosed here relates to a mirror array including a plurality of mirror devices.
  • the mirror device disclosed in Patent Document 1 includes an actuator, a mirror, a hinge that connects the actuator and the mirror, and is elastically deformable. This mirror device tilts the mirror by tilting the actuator. At this time, the hinge is bent or stretched in the direction in which the actuator and the mirror are arranged.
  • various characteristics are required for the hinge as described above depending on the purpose of use. For example, there is a case where a large rigidity is required and a case where a small rigidity is required. Alternatively, it may be different depending on the direction whether the rigidity should be increased or decreased.
  • the rigidity of the hinge in the direction connecting the one end and the other end of the hinge is small, and the rigidity of the hinge in the direction perpendicular to the direction (hereinafter referred to as “width direction”) is large.
  • width direction the rigidity of the hinge in the direction perpendicular to the direction
  • the hinge is bent. At this time, the hinge extends in a direction connecting the one end and the other end of the hinge.
  • the rigidity of the hinge in the direction in which the actuator and the mirror are arranged is small.
  • the rigidity of the hinge in the width direction is small, the mirror is easily displaced in the width direction, and the mirror is likely to come into contact with surrounding structures. If the mirror contacts the surrounding structure, the mirror may be damaged. Therefore, it is preferable that the rigidity of the hinge in the width direction is large.
  • the technology disclosed herein has been made in view of such a point, and the object is to reduce the rigidity of the hinge in another direction without reducing the rigidity of the hinge in a predetermined direction. To make it smaller.
  • the mirror array disclosed herein includes a plurality of mirrors arranged in a predetermined arrangement direction, a plurality of actuators that drive the mirrors, and supports the mirror, is elastically deformable, and is arranged in the arrangement direction.
  • a plurality of first hinges arranged in a row, wherein the first hinge has a meandering portion extending from one end to the other end while meandering in the arrangement direction, and in two adjacent first hinges, In the predetermined first region, at least a part of the meandering portion of one first hinge protrudes toward the other first hinge beyond the intermediate line between the two first hinges, and In different second regions, it is assumed that at least part of the meandering portion of the other first hinge protrudes toward the first hinge beyond the intermediate line.
  • the two adjacent first hinges have at least a part of the meandering portion of one of the first hinges in the first region. It protrudes to the other first hinge side beyond the intermediate line between them, and at least a part of the meandering portion of the other first hinge protrudes to the first hinge side beyond the intermediate line in the second region.
  • This arrangement direction is a direction that intersects the direction connecting the one end and the other end of the first hinge.
  • the rigidity of the first hinge in the direction connecting the one end and the other end can be reduced.
  • the rigidity of the first hinge in the arrangement direction does not decrease as much as the rigidity in the direction connecting the one end and the other end.
  • the first hinge easily expands and contracts in the direction connecting the one end and the other end, in the mirror device, the mirror can be easily driven by the actuator. On the other hand, it is possible to prevent the mirror from colliding with surrounding members by increasing the rigidity of the first hinge in the meandering direction.
  • the rigidity of the hinge in another direction can be reduced without significantly reducing the rigidity of the hinge in one direction.
  • FIG. 1 is a plan view of a mirror array.
  • 2 is a cross-sectional view of the mirror array taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the wavelength selective switch.
  • FIG. 4 is a plan view of the first hinge.
  • FIG. 5 is a plan view of the hinge model of the first hinge.
  • FIG. 6 is a table showing material property values of the hinge model.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the dimension W in the Y-axis direction and the rigidity Kx in the X-axis direction.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the dimension W in the Y-axis direction and the rigidity Ky in the Y-axis direction.
  • FIG. 1 is a plan view of a mirror array.
  • 2 is a cross-sectional view of the mirror array taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the wavelength selective switch.
  • FIG. 4 is a plan view of
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the number N of convex portions and the stiffness Kx in the X-axis direction.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the number N of convex portions and the rigidity Ky in the Y-axis direction.
  • FIG. 11 is a plan view of a mirror array according to a modification.
  • FIG. 12 is a plan view of the first hinge according to the first modification.
  • FIG. 13 is a plan view of the first hinge according to the second modification.
  • FIG. 14 is a plan view of the first hinge according to the third modification.
  • FIG. 1 is a plan view of the mirror array 1
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the mirror array 1 taken along line II-II in FIG.
  • the mirror array 1 includes a plurality of mirror devices 100, 100,.
  • a plurality of mirror devices 100, 100,... are arranged in a line in a predetermined Y-axis direction.
  • the mirror array 1 is manufactured using an SOI (Silicon on Insulator) substrate 109 (see FIG. 2).
  • the SOI substrate 109 includes a first silicon layer 191 formed of single crystal silicon, an oxide film layer 192 formed of SiO 2 , and a second silicon layer 193 formed of single crystal silicon in this order. Configured.
  • the mirror device 100 includes a base unit 102, a mirror 131, an actuator 104 that drives the mirror 131, a first hinge 105 that couples the mirror 131 and the actuator 104, and a second that couples the mirror 131 and the base unit 102. It has a hinge 106, a movable comb electrode 107 provided on the mirror 131, a fixed comb electrode 108 provided on the base portion 102, a reference electrode 194, and a control unit 10.
  • the mirror array 1 has one common control unit 10 for each of several mirror devices 100, 100,.
  • the mirror array 1 may have one control unit 10 for each mirror device 100, or may have one control unit 10 common to all mirror devices 100, 100,.
  • the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 are examples of the detection unit.
  • the base portion 102 is formed in a substantially rectangular frame shape although the entire illustration is omitted.
  • the base portion 102 is formed of a first silicon layer 191, an oxide film layer 192, and a second silicon layer 193.
  • Mirror 131 is formed in a rectangular plate shape in plan view.
  • the mirror 131 includes a mirror main body 132 and a mirror surface layer 133 stacked on the surface of the mirror main body 132.
  • the mirror body 132 is formed of a first silicon layer 191 and the mirror surface layer 133 is formed of an Au / Ti film.
  • a mirror layer 134 similar to the mirror layer 133 is also laminated on the back surface of the mirror main body 132.
  • the mirror surface layer 134 has a function of balancing film stress caused by the mirror surface layer 133 generated on the surface of the mirror main body 132. Thereby, the flatness of the mirror main body 132, and hence the mirror surface layer 133, can be improved.
  • an axis passing through the center of the mirror 131 and extending in the direction in which the mirror 131 and the actuator 104 are arranged is defined as an X axis.
  • the X axis extends parallel to the long side of the mirror 131.
  • An axis passing through the center of the mirror 131 and extending in parallel with the short side of the mirror 131 is defined as a Y axis.
  • the X axis and the Y axis are orthogonal.
  • the plurality of mirrors 131, 131,... Are arranged on the Y axis. That is, the arrangement direction of the plurality of mirrors 131, 131,... Matches the Y-axis direction.
  • the Z-axis direction is sometimes referred to as the up-down direction.
  • the side of the mirror surface layer 133 is the upper side
  • the side of the mirror main body 132 is the lower side.
  • the actuator 104 extends in a cantilevered manner from the base portion 102, and its tip is connected to the mirror 131 via the first hinge 105.
  • the actuator 104 tilts the mirror 131 by bending.
  • the actuator 104 has an actuator main body 141 whose base end portion is connected to the base portion 102 and projects from the base portion 102 in a cantilever manner, and a piezoelectric element 142 stacked on the surface of the actuator main body 141. ing.
  • the actuator body 141 is formed in a rectangular plate shape in plan view.
  • the actuator body 141 is formed of the first silicon layer 191.
  • the actuator body 141 extends in the X-axis direction.
  • the tip of the actuator main body 141 is connected to the first short side 131 a that is one short side of the mirror 131 via the first hinge 105.
  • the piezoelectric element 142 is provided on the front side of the actuator main body 141 (the same side as the mirror surface layer 133 of the mirror 131).
  • a SiO 2 layer 146 is laminated on the surface of the actuator body 141, and the piezoelectric element 142 is laminated on the SiO 2 layer 146.
  • the piezoelectric element 142 is formed in a plate shape having a rectangular shape in plan view, similarly to the actuator body 141.
  • the piezoelectric element 142 includes a lower electrode 143, an upper electrode 145, and a piezoelectric layer 144 sandwiched therebetween.
  • the lower electrode 143, the piezoelectric layer 144, and the upper electrode 145 are laminated on the SiO 2 layer 146 in this order.
  • the piezoelectric element 142 is formed of a member different from the SOI substrate 109. Specifically, the lower electrode 143 is formed of a Pt / Ti film. The piezoelectric layer 144 is made of lead zirconate titanate (PZT). The upper electrode 145 is formed of an Au / Ti film.
  • the base portion 102 is provided with a driving terminal 121 electrically connected to the lower electrode 143.
  • a voltage is applied to the piezoelectric element 142 via the upper electrode 145 and the drive terminal 121.
  • the surface of the actuator main body 141 on which the piezoelectric element 142 is stacked expands and contracts, and the actuator main body 141 is bent in the vertical direction.
  • the first hinge 105 connects two members, that is, the actuator 104 and the mirror 131, and is configured to be elastically deformable.
  • the first hinge 105 is formed of the first silicon layer 191. A detailed configuration of the first hinge 105 will be described later.
  • the second hinge 106 connects two members, that is, the mirror 131 and the base portion 102, and is configured to be elastically deformable. Two second hinges 106 are provided for each mirror 131. One end of the second hinge 106 is connected to the second short side 131 b of the mirror 131, and the other end is connected to the base portion 102. The second hinge 106 is bent in a zigzag shape as a whole. The second hinge 106 is formed of the first silicon layer 191.
  • the movable comb electrode 107 is provided in a cantilever manner on the second short side 131 b of the mirror 131 via the arm portion 179.
  • the arm part 179 extends between the two second hinges 106 in the X-axis direction.
  • the movable comb electrode 107 has three electrode fingers 171, 171,.
  • the electrode finger 171 is farther from the mirror 131 than the second hinge 106.
  • the movable comb electrode 107 and the arm portion 179 are formed of the first silicon layer 191.
  • the number of electrode fingers 171 is not limited to three.
  • the base portion 102 is formed with a recess 102a into which the movable comb electrode 107 enters.
  • a fixed comb electrode 108 is provided in the recess 102a.
  • the fixed comb electrode 108 has two electrode fingers 181 and 181.
  • the two electrode fingers 181 and 181 extend in the X-axis direction in parallel with each other.
  • Each electrode finger 181 enters between the electrode fingers 171 of the movable comb electrode 107. That is, the electrode finger 171 of the movable comb electrode 107 and the electrode finger 181 of the fixed comb electrode 108 face each other.
  • the fixed comb electrode 108 is formed of the first silicon layer 191. However, the fixed comb electrode 108 is electrically insulated from the movable comb electrode 107.
  • the number of electrode fingers 181 is not limited to two.
  • the base portion 102 is provided with a first detection terminal 122 and a second detection terminal 123 for detecting the electrostatic capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108.
  • the first detection terminal 122 is provided on the surface of the portion of the first silicon layer 191 of the base portion 102 that is electrically connected to the movable comb electrode 107.
  • the first detection terminal 122 is common to the plurality of movable comb electrodes 107, 107,..., And only one is provided. Note that the first detection terminal 122 may be provided for each mirror device 100.
  • the second detection terminal 123 is provided on the surface of the electrode part 124.
  • the electrode portion 124 is formed of the first silicon layer 191 of the base portion 102, is isolated from the surrounding portions on the oxide film layer 192 of the base portion 102, and is electrically insulated.
  • the electrode portion 124 is connected to the fixed comb electrode 108.
  • the second detection terminal 123 and the electrode unit 124 are provided for each fixed comb electrode 108.
  • a reference electrode 194 is provided on the base portion 102.
  • the reference electrode 194 includes a first electrode finger 194 a corresponding to the electrode finger 171 of the movable comb electrode 107 and a second electrode finger 194 b corresponding to the electrode finger 181 of the fixed comb electrode 108.
  • the first electrode finger 194 a and the second electrode finger 194 b have the same configuration as the electrode finger 171 and the electrode finger 181. That is, three first electrode fingers 194a are provided, and two second electrode fingers 194b are provided.
  • the second electrode finger 194b penetrates between the first electrode fingers 194a. That is, the first electrode finger 194a and the second electrode finger 194b face each other.
  • the electrostatic capacitance of the reference electrode 194 is detected via the first detection terminal 122 and the third detection terminal 125.
  • the first electrode finger 194a is electrically connected to a portion of the first silicon layer 191 of the base portion 102 where the first detection terminal 122 is provided.
  • the third detection terminal 125 is provided on the surface of the electrode portion 126.
  • the electrode part 126 has the same configuration as the electrode part 124. That is, the electrode portion 126 is formed of the first silicon layer 191 of the base portion 102, is isolated from the surrounding portions on the oxide film layer 192 of the base portion 102, and is electrically insulated. The electrode part 126 is connected to the second electrode finger 194b.
  • the oxide film layer 192 and the second silicon layer 193 are removed below the mirror 131, the actuator 104, the first hinge 105, the second hinge 106, the movable comb electrode 107, the fixed comb electrode 108, and the reference electrode 194. Has been.
  • the mirror array 1 configured as described above is manufactured by etching the SOI substrate 109 or forming a film on the surface thereof. For example, by forming a SiO 2 layer 146 on the surface of the SOI substrate 109, on top of the SiO 2 layer 146, Pt / Ti film (lower electrode 143), lead zirconate titanate (piezoelectric layer 144) and Au / Ti A film (upper electrode 145) is sequentially formed, and the piezoelectric element 142 is formed by photolithography and etching. Next, the mirror body 132, the actuator body 141, and the like are formed by performing anisotropic etching such as ICP-RIE on the first silicon layer 191. Subsequently, an Au / Ti film is formed on the surface of the mirror main body 132 to form the mirror surface layer 133. Thereafter, a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 142 to perform polarization processing.
  • a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 142 to perform polar
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the wavelength selective switch 2.
  • the wavelength selective switch 2 includes one input optical fiber 21, three output optical fibers 22 to 24, a collimator 25 provided on the optical fibers 21 to 24, a spectroscope 26 formed of a diffraction grating, The lens 27 and the mirror array 1 are provided. In this example, there are only three output fibers, but the present invention is not limited to this.
  • optical signals having a plurality of different wavelengths are input via the input optical fiber 21.
  • This optical signal is collimated by the collimator 25.
  • the optical signal that has become parallel light is demultiplexed by the spectroscope 26 into optical signals having a predetermined number of specific wavelengths.
  • the demultiplexed optical signal is collected by the lens 27 and enters the mirror array 1.
  • the number of specific wavelengths to be demultiplexed corresponds to the number of mirrors 131 in the mirror array 1. That is, the demultiplexed optical signals having specific wavelengths are incident on the corresponding mirrors 131, respectively.
  • the optical signal is reflected by each mirror 131, passes through the lens 27 again, and enters the spectroscope 26.
  • the spectroscope 26 combines a plurality of optical signals having different wavelengths and outputs them to the output optical fibers 22 to 24.
  • the mirror array 1 adjusts the reflection angle of the optical signal by tilting each mirror 131 to switch which output optical fiber 22 to 24 the corresponding optical signal is input to.
  • the number of mirrors 131 may be larger than the number of specific wavelengths to be demultiplexed.
  • the actuator 104 is warped (hereinafter referred to as “initial warp”) when no voltage is applied to the piezoelectric element 142.
  • the mirror 131 is inclined due to this initial warpage. The initial warpage varies for each actuator 104. Therefore, the inclination of the mirror 131 is also different.
  • the control unit 10 applies a bias voltage to the upper electrode 145 and the lower electrode 143.
  • the piezoelectric layer 144 contracts according to the bias voltage. Accordingly, the surface of the actuator main body 141 on the piezoelectric element 142 side contracts. As a result, the warpage state of the actuator body 141 changes.
  • the tip of the actuator body 141 is displaced. Accordingly, the first short side 131a of the mirror 131 is similarly displaced. Since the second short side 131b of the mirror 131 is connected to the base portion 102 via the second hinge 106, the second short side 131b is hardly displaced. As a result, the mirror 131 tilts so that the first short side 131a side is displaced with the second hinge 106 as a fulcrum.
  • control unit 10 adjusts the bias voltage based on the electrostatic capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108, which will be described later in detail, so that the inclination of the mirrors 131, 131,. To do.
  • a bias voltage is applied to the piezoelectric element 142, and the inclination of the mirrors 131, 131,... Is adjusted uniformly.
  • the controller 10 applies a drive voltage to the desired mirror device 100 from this state, and individually controls the mirror 131.
  • the mirror 131 tilts in accordance with the drive voltage, similar to when a bias voltage is applied. In other words, the mirror 131 tilts around the A axis that is parallel to the Y axis and substantially passes through the second hinge 106.
  • the first hinge 105 is curved in a convex shape
  • the second hinge 106 is curved in a concave shape.
  • the movable comb electrode 107 is also tilted accordingly. Since the movable comb electrode 107 is located on the opposite side of the mirror 131 with the second hinge 106 interposed therebetween, for example, when the mirror 131 is tilted so as to raise the first short side 131a, the movable comb electrode 107 is moved to the electrode finger. Tilt to lower 171. As a result, the area of the portion where the electrode finger 171 of the movable comb electrode 107 and the electrode finger 181 of the fixed comb electrode 108 face each other changes, and the area between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 changes. The capacitance changes.
  • the control unit 10 detects the electrostatic capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 via the first detection terminal 122 and the second detection terminal 123.
  • the control unit 10 controls the tilt amount of the mirror 131 by adjusting the voltage applied to the piezoelectric element 142 based on the change in capacitance.
  • control unit 10 also detects the capacitance of the reference electrode 194 via the first detection terminal 122 and the third detection terminal 125.
  • the control unit 10 can obtain the change in the capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 more accurately by referring to the capacitance of the reference electrode 194.
  • the electrode finger 171 facing the electrode finger 181 decreases, the capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 decreases.
  • the electrostatic capacity becomes zero, a change in the electrostatic capacity cannot be detected, so that the tilt of the mirror 131 cannot be detected.
  • the electrode finger 171. in the configuration in which the ratio of the dimension of the electrode finger 171 and the electrode finger 181 in the thickness direction of the SOI substrate 109 to the distance between the electrode finger 171 and the electrode finger 181 is small, the electrode finger 171.
  • a fringe effect occurs in which the electric field spreads in a direction other than the direction in which the electrode fingers 181 face each other.
  • the electrode finger 171 does not face the electrode finger 181
  • an electric field can be generated between the electrode finger 171 and the electrode finger 181 if the electrode finger 171 and the electrode finger 181 are close to each other.
  • the electrode finger 171 and the electrode finger 181 are greatly separated from each other, the electrostatic capacity becomes zero as well. If this happens, the tilt amount of the mirror 131 cannot be detected.
  • the range in which the tilt amount of the mirror 131 can be accurately controlled is limited to the range in which the electrostatic capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 can be detected.
  • the movable comb electrode 107 is disposed closer to the second hinge 106 than the first hinge 105. That is, the movable comb electrode 107 is provided in the vicinity of the A axis of the mirror 131. Therefore, the amount of displacement of the movable comb electrode 107 when the mirror 131 tilts is suppressed. As a result, the tilting range of the mirror 131 that can detect the capacitance can be expanded. That is, the tilting range of the mirror 131 that can accurately control the tilting amount of the mirror 131 can be expanded.
  • the bias voltage and the drive voltage are set so that the mirror 131 does not tilt across the horizontal plane when the mirror 131 is driven.
  • the actuator 104 is curved upward from the horizontal plane due to the initial warp, the warp is further adjusted upward by the bias voltage, and the actuator 104 is further curved upward by the drive voltage; and (ii) the initial A case where the actuator 104 is bent below the horizontal plane due to the warp, the actuator 104 is bent above the horizontal plane by the bias voltage, and the actuator 104 is further bent upward by the drive voltage; and (iii) the actuator is caused by the initial warp.
  • 104 is curved below the horizontal plane, the actuator 104 is adjusted upward in the range below the horizontal plane by the bias voltage, and the actuator 104 is curved further upward in the range below the horizontal plane by the drive voltage (I.e. It is not) and sometimes Yueta 104 is curved upward than the horizontal plane.
  • Such an operation of the actuator 104 is an example.
  • FIG. 4 is a plan view of a plurality of first hinges 105, 105,.
  • the subscript “a” is attached to the first first hinge 105 and its elements from the end in the Y-axis direction.
  • the subscript b is attached to the second first hinge 105 and its elements
  • the subscript c is attached to the third first hinge 105 and its elements.
  • the first hinges 105 are not distinguished, such as when the description is common to all the first hinges 105, 105,.
  • the first hinge 105 includes a meandering portion 150, a first end portion 153, and a second end portion 154.
  • the meandering part 150 has a first meandering part 151 and a second meandering part 152 arranged side by side.
  • the first meandering portion 151 and the second meandering portion 152 have a line-symmetric shape with respect to the X axis.
  • One end of the first meandering part 151 and one end of the second meandering part 152 are connected to the first end 153.
  • the other end portion of the first meandering portion 151 and the other end portion of the second meandering portion 152 are connected to the second end portion 154.
  • the first end 153 is connected to the actuator 104.
  • the second end 154 is connected to the mirror 131.
  • the first meandering portion 151 has three first convex portions 155, 155,... And two first concave portions 156, 156 arranged alternately, and is formed in a zigzag shape.
  • the first meandering portion 151 extends from the first end 153 to the second end 154 in the X-axis direction while meandering in the Y-axis direction.
  • the first convex portion 155 and the first concave portion 156 are each formed in a rectangular shape.
  • the first convex portion 155 extends outward in the Y-axis direction, bends twice at a right angle, turns back, and extends inward in the Y-axis direction.
  • the first recess 156 extends inward in the Y-axis direction, bends twice at a right angle, turns back, and extends outward in the Y-axis direction.
  • the second meandering part 152 has three second convex parts 157, 157,... And two second concave parts 158, 158 arranged alternately, and is formed in a zigzag shape.
  • the second meandering part 152 extends from the first end 153 to the second end 154 in the X-axis direction while meandering in the Y-axis direction.
  • the second convex portion 157 and the second concave portion 158 are each formed in a rectangular shape.
  • the second convex portion 157 extends outward in the Y-axis direction, bends twice at a right angle, turns back, and extends inward in the Y-axis direction.
  • the second recess 158 extends inward in the Y-axis direction, bends twice at a right angle, turns back, and extends outward in the Y-axis direction.
  • the two first recesses 156 and 156 and the two second recesses 158 and 158 are connected to each other. That is, the first meandering portion 151 and the second meandering portion 152 are connected to the first concave portion 156 and the second concave portion 158 in addition to both end portions.
  • the first hinge 105 has a plurality of annular portions arranged in the X-axis direction and a connecting portion that connects the annular portions.
  • the annular portion has a shape that is longer in the Y-axis direction than in the X-axis direction.
  • the first hinge 105 configured as described above partially overlaps the first hinge 105 adjacent in the Y-axis direction when viewed from the first end 153 toward the second end 154. . That is, in two adjacent first hinges 105, 105, in a predetermined first region R 1, at least a part of the meandering portion 150 of one first hinge 105 is an intermediate line L between the two first hinges 105. In the second region R2 that protrudes toward the other first hinge 105 beyond the first region R1, at least a part of the meandering portion 150 of the other first hinge 105 exceeds the intermediate line L and Projecting toward the first hinge 105.
  • the intermediate line L is a straight line extending in parallel with the X axis in the middle between one first hinge 105 and the other first hinge 105.
  • first first hinge 105a and the second first hinge 105b arranged in the Y-axis direction will be described.
  • the first end portion 153 a is longer than the second end portion 154 a, and the meandering portion 150 a is provided closer to the mirror 131 than the actuator 104.
  • the second end 154b is longer than the first end 153b, and the meandering portion 150b is provided closer to the actuator 104 than the mirror 131.
  • the meandering portion 150a of the first first hinge 105a and the meandering portion 150b of the second first hinge 105b are different in the X-axis direction position.
  • the second meandering portion 152a of the first first hinge 105a protrudes beyond the intermediate line L toward the second first hinge 105b. Since there is no meandering part 150b of the second first hinge 105b in the Y-axis direction of the second meandering part 152a of the first first hinge 105a, the second meandering part 152a of the first first hinge 105a is , It can protrude beyond the intermediate line L toward the second first hinge 105b. The second meandering portion 152a protrudes to the front of the second end 154b of the second first hinge 105b.
  • the first first hinge 105a has a line-symmetric shape with respect to a straight line (that is, the X axis) passing through the first end 153a and the second end 154a. That is, in the first first hinge 105a, the first meandering portion 151a protrudes from the first end portion 153a and the second end portion 154a in the Y-axis direction on the opposite side to the second meandering portion 152a.
  • the amount of protrusion of the first meandering portion 151a is substantially the same as the amount of protrusion of the second meandering portion 152a.
  • the first meandering portion 151b of the second first hinge 105b protrudes beyond the intermediate line L toward the first first hinge 105a. Since the meandering part 150a of the first first hinge 105a does not exist in the Y-axis direction of the first meandering part 151b of the second first hinge 105b, the first meandering part 151b of the second first hinge 105b is , It can protrude beyond the intermediate line L toward the first first hinge 105a. The first meandering portion 151b protrudes to the front of the first end 153a of the first first hinge 105a.
  • the second first hinge 105b has a shape that is line-symmetric with respect to a straight line (that is, the X axis) passing through the first end 153b and the second end 154b. That is, in the second first hinge 105b, the second meandering part 152b protrudes from the first end part 153b and the second end part 154b in the Y-axis direction on the opposite side to the first meandering part 151b.
  • the protruding amount of the second meandering portion 152b is substantially the same as the protruding amount of the first meandering portion 151b.
  • the third first hinge 105c has the same configuration as the first first hinge 105a. That is, in the third first hinge 105 c, the first end 153 c is longer than the second end 154 c, and the meandering portion 150 c is provided closer to the mirror 131 than the actuator 104. Therefore, the meandering portion 150c of the third first hinge 105c and the meandering portion 150b of the second first hinge 105b are different in the X-axis direction position.
  • the second meandering portion 152b of the second first hinge 105b is enlarged in the Y-axis direction, like the first meandering portion 151b, and exceeds the intermediate line L. It protrudes toward the third first hinge 105c. Since there is no meandering portion 150c of the third first hinge 105c in the Y-axis direction of the second meandering portion 152b of the second first hinge 105b, the second meandering portion 152b of the second first hinge 105b is , It can protrude beyond the intermediate line L to the third first hinge 105c side. The second meandering part 152b protrudes to the front of the first end 153c of the third first hinge 105c.
  • the first meandering portion 151c of the third first hinge 105c protrudes beyond the intermediate line L toward the second first hinge 105b. Since there is no meandering portion 150b of the second first hinge 105b in the Y-axis direction of the first meandering portion 151c of the third first hinge 105c, the first meandering portion 151c of the third first hinge 105c is , It can protrude beyond the intermediate line L toward the second first hinge 105b. The first meandering portion 151c protrudes to the front of the second end 154b of the second first hinge 105b.
  • the third first hinge 105c has an axisymmetric shape with respect to a straight line (that is, the X axis) passing through the first end 153c and the second end 154c. That is, in the third first hinge 105c, the second meandering portion 152c protrudes from the first end portion 153c and the second end portion 154c in the Y-axis direction on the opposite side to the first meandering portion 151c.
  • the amount of protrusion of the second meandering portion 152c is substantially the same as the amount of protrusion of the first meandering portion 151c.
  • the odd-numbered first hinge 105 from the end in the Y-axis direction has the same configuration as the first first hinge 105a.
  • the even-numbered first hinges 105 from the end in the Y-axis direction have the same configuration as the second first hinge 105b.
  • the positions of the meandering parts 150 are shifted from each other in the X-axis direction, and the dimensions of the meandering parts 150 in the Y-axis direction are enlarged.
  • the length of a line portion (hereinafter referred to as “horizontal line portion”) 1510 extending in the Y-axis direction becomes longer.
  • the rigidity of the first hinge 105 in the X-axis direction can be reduced.
  • a hinge model M1 shown in FIG. 5 was set.
  • the hinge model M1 has the same configuration as the first hinge 105. Specifically, the hinge model M1 includes a meandering portion 150, a first end portion 153, and a second end portion 154.
  • the meandering part 150 has a first meandering part 151 and a second meandering part 152 arranged side by side.
  • the first meandering part 151 has eight first convex parts 155, 155,... And seven first concave parts 156, 156,.
  • the second meandering part 152 has eight second convex parts 157, 157,... And seven second concave parts 158, 158,.
  • the width of the hinge lines is 3 ⁇ m
  • the distance between the hinge lines is 3 ⁇ m
  • the thickness of the hinge lines is 10 ⁇ m
  • the total width in the Y-axis direction is 120 ⁇ m.
  • the material of the hinge model M1 is silicon, and the crystal orientation as shown in FIG. 5 is set.
  • the material property values of the hinge model M1 are shown in FIG.
  • one end of the hinge model M1 is a fixed end, and a tensile force Fx of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 N in the X-axis direction is applied to the other end of the hinge model M1.
  • the deformation amount in the X-axis direction is defined as ⁇ x, and Kx is defined as follows.
  • Kx Fx / ⁇ x It becomes.
  • Kx is a value corresponding to the spring constant of the hinge model M1 in the X-axis direction.
  • Kx is referred to as “stiffness in the X-axis direction”.
  • one end of the hinge model M1 is a fixed end, and a tensile force Fy in the Y-axis direction of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 N is applied to the other end of the hinge model M1.
  • the other end of the hinge model M1 is prohibited from being displaced in the X-axis direction, and the constraint condition is set so that it can be displaced only in the Y-axis direction and the Z-axis direction.
  • the amount of deformation in the Y-axis direction is defined as ⁇ y
  • Ky is defined as follows.
  • Ky Fy / ⁇ y It becomes.
  • the reason for setting such a constraint condition is that the behavior of the model approximates the behavior of the first hinge 105 in the actual mirror device 100.
  • Ky is a value related to the rigidity of the hinge model M1 in the Y-axis direction.
  • Ky is referred to as “Y-axis direction rigidity”.
  • the Y-axis direction dimension W of the hinge model M1 was changed, and the X-axis direction rigidity Kx and the Y-axis direction rigidity Ky were obtained for various models with different Y-axis direction dimensions W.
  • the Y-axis direction dimension W is substantially equal to the dimension obtained by adding the horizontal line part 1510 of the first meandering part 151 and the horizontal line part 1510 of the second meandering part 152.
  • FIGS. 7 is a graph showing the relationship between the dimension W in the Y-axis direction and the rigidity Kx in the X-axis direction.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the dimension W in the Y-axis direction and the rigidity Ky in the Y-axis direction.
  • the number N of the first protrusions 155 and the second protrusions 157 of the hinge model M1 (hereinafter referred to as “the number N of protrusions”) is changed, and the X-axis for models with different number N of protrusions.
  • the rigidity Kx in the direction and the rigidity Ky in the Y-axis direction were determined.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the number N of convex portions and the stiffness Kx in the X-axis direction.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the number N of convex portions and the rigidity Ky in the Y-axis direction.
  • the change in the stiffness Kx in the X-axis direction when the dimension W in the Y-axis direction is changed is compared with the change in the stiffness Ky in the Y-axis direction.
  • the stiffness Kx in the X-axis direction is approximately proportional to the cube of the reciprocal of the dimension W in the Y-axis
  • the stiffness Ky in the Y-axis direction is the reciprocal of the dimension W in the Y-axis direction.
  • the stiffness Kx in the X-axis direction is approximately proportional to the reciprocal of the number N of convex portions
  • the stiffness Ky in the Y-axis direction is the third power of the reciprocal of the number N of convex portions. Approximately proportional. That is, increasing the number N of protrusions has a greater effect of reducing the stiffness Ky in the Y-axis direction than the effect of reducing the stiffness Kx in the X-axis direction.
  • the influence on the rigidity Kx in the X-axis direction is compared with the dimension W in the Y-axis direction and the number N of convex portions.
  • the rigidity Kx in the X-axis direction is substantially proportional to the cube of the reciprocal of the dimension W in the Y-axis direction and substantially proportional to the reciprocal of the number N of convex portions. That is, increasing the dimension W in the Y-axis direction is more efficient for reducing the rigidity Kx in the X-axis direction than increasing the number N of protrusions.
  • the influence on the rigidity Ky in the Y-axis direction is compared with the dimension W in the Y-axis direction and the number N of convex portions.
  • the rigidity Ky in the Y-axis direction is approximately proportional to the reciprocal of the dimension W in the Y-axis direction and approximately proportional to the cube of the reciprocal of the number N of convex portions. That is, even if the dimension W in the Y-axis direction is increased, the effect of reducing the rigidity Ky in the Y-axis direction is small compared to increasing the number N of convex portions.
  • the rigidity of the second hinge 106 is larger than the rigidity of the first hinge 105. Specifically, the rigidity of the second hinge 106 in the X-axis direction is larger than the rigidity of the first hinge 105 in the X-axis direction. Thereby, when the mirror 131 tilts, the movable comb electrode 107 can be prevented from being displaced in the X-axis direction. That is, since the shape of the base portion 102 is not changed, in order for the actuator 104 to bend and the mirror 131 to tilt, the first hinge 105 and the second hinge 106 need to extend in the X-axis direction.
  • the mirror 131 is largely displaced toward the actuator 104.
  • the movable comb electrode 107 is also displaced toward the actuator 104, and the electrostatic capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 changes. That is, the electrostatic capacitance between the movable comb electrode 107 and the fixed comb electrode 108 changes due to a reason other than the tilt of the movable comb electrode 107 accompanying the tilt of the mirror 131.
  • the first hinge 105 extends more than the second hinge 106.
  • the displacement of the mirror 131 toward the actuator 104 is suppressed.
  • the mirror array 1 supports a plurality of mirrors 131, 131,... Arranged in the Y-axis direction, a plurality of actuators 104, 104,. And a plurality of first hinges 105, 105,... Arranged in the Y-axis direction, the first hinge 105 meandering from the first end 153 while meandering in the Y-axis direction.
  • the meandering portion 150 of one of the first hinges 105 has the meandering portion 150 extending to the second end portion 154 in the predetermined first region R1.
  • the meandering of the other first hinge 105 occurs in a second region R2 that is different from the first region R1.
  • 150 projects beyond the intermediate line L toward the one of the first hinge 105.
  • the meandering portion 150 (specifically, the second meandering portion 152) of one of the two adjacent first hinges 105, 105 exceeds the intermediate line L in the first region R1. Projecting toward the other first hinge 105, and the meandering portion 150 (specifically, the first meandering portion 151) of the other first hinge 105 extends beyond the intermediate line L in the second region R 2. Projecting toward the hinge 105. That is, when viewed from the first end 153 toward the second end 154, the two adjacent first hinges 105, 105 partially overlap each other. Thereby, the Y-axis direction dimension of the 1st hinge 105 can be expanded.
  • the dimension of the first hinge 105 in the Y-axis direction has a greater influence on the rigidity in the X-axis direction than the rigidity in the Y-axis direction. That is, by increasing the dimension of the first hinge 105 in the Y-axis direction, it is possible to effectively reduce the rigidity in the X-axis direction without significantly reducing the rigidity of the first hinge 105 in the Y-axis direction.
  • the deformation of the first hinge 105 when the mirror 131 is displaced can be facilitated by making the rigidity of the first hinge 105 in the X-axis direction relatively small. That is, when the mirror 131 is displaced, the first hinge 105 needs to be bent. If the rigidity of the first hinge 105 in the X-axis direction is large, the first hinge 105 becomes a resistance when the mirror 131 is displaced. On the other hand, if the rigidity of the first hinge 105 in the X-axis direction is small, the first hinge 105 easily expands and contracts in the X-axis direction. When the first hinge 105 easily expands and contracts in the X direction, the first hinge 105 is easily bent.
  • being easily stretchable in the X-axis direction contributes to the ease of bending.
  • the mirror 131 can be easily displaced.
  • the drive voltage of the actuator 104 can be reduced.
  • the mirror 131 can be prevented from colliding with surrounding members.
  • the rigidity in the X-axis direction can be reduced and the rigidity in the Y-axis direction can be increased.
  • the mirror array 1 further includes a base portion 102, and a plurality of second hinges 106 that have one end connected to the mirror 131 and the other end connected to the base 102, and are elastically deformable.
  • the first hinge 105 has a second end 154 connected to the mirror 131 and a first end 153 connected to the actuator 104.
  • the first hinge 105 supports a portion of the mirror 131 on the actuator 104 side.
  • a portion of the mirror 131 on the base portion 102 side is supported by the second hinge 106. Since the second hinge 106 is connected to the base portion 102, the portion of the mirror 131 to which the second hinge 106 is connected is not greatly displaced when the mirror 131 is driven.
  • the portion of the mirror 131 to which the first hinge 105 is connected is greatly displaced according to the variation of the actuator 104.
  • the first hinge 105 is curved. By reducing the rigidity of the first hinge 105 in the X-axis direction, the first hinge 105 can be easily bent, and the first hinge 105 can be prevented from hindering the displacement of the mirror 131. As a result, the drive voltage of the actuator 104 can be reduced.
  • the two adjacent first hinges 105 and 105 are the first hinge 105 connected to one mirror 131 of the two adjacent mirrors 131 and 131 and the first hinge 105 connected to the other mirror 131. .
  • the Y-axis direction dimension of the first hinge 105 is not required without increasing the Y-axis direction dimension of each mirror 131 or increasing the spacing between the mirrors 131 and 131 in the arrangement direction. Can be enlarged. That is, the Y-axis direction dimension of the first hinge 105 can be enlarged as much as possible while the Y-axis direction dimension of each mirror 131 and the interval between the mirrors 131 and 131 are determined.
  • the mirror array 1 further includes a detection unit that detects the amount of displacement (tilt amount) of the mirror 131, and the actuator 104 is controlled based on the detection result of the detection unit.
  • the displacement amount of the mirror 131 can be accurately controlled.
  • the two adjacent first hinges 105 and 105 have different shapes, and thus have different characteristics as hinges. Therefore, even if the actuator 104 is operated in the same manner, the mirror 131 connected to the first hinge 105 and the mirror 131 connected to the other first hinge 105 may have different displacement amounts. Therefore, the displacement of the mirror 131 can be accurately controlled by providing the detection unit and controlling the actuator 104 based on the detection result of the detection unit.
  • the detection unit includes a fixed comb electrode 108 and a movable comb electrode 107 connected to the mirror 131 and facing the fixed comb electrode 108, and the actuator 104 includes the fixed comb electrode 108 and the fixed comb electrode 108. Control is performed based on the capacitance between the movable comb electrode 107.
  • the displacement amount of the mirror 131 can be obtained by detecting the electrostatic capacitance between the fixed comb electrode 108 and the movable comb electrode 107.
  • FIG. 11 shows a plan view of the mirror array 201.
  • the mirror array 201 according to the modification is different from the mirror device 100 in the configuration of the mirror device 200.
  • a description will be given focusing on a part of the configuration of the mirror array 201 that is different from the mirror array 1.
  • a configuration peculiar to the modification may be described with reference numerals in the 200s. In the configuration having the same function as that of the mirror array 1, the numbers and symbols of the tens place are the same.
  • the mirror array 201 includes a plurality of mirror devices 200, 200,.
  • the mirror device 200 includes a base portion 202, a mirror 131, two actuators 204 and 204 that drive the mirror 131, two first hinges 205 and 205 that connect the mirror 131 to the actuator 204, a mirror 131, and a base portion. 202, a second movable comb electrode 207A and a second movable comb electrode 207B provided on the mirror 131, a first fixed comb electrode 208A and a second fixed comb electrode 208A provided on the base portion 202. Two fixed comb electrodes 208B and the control unit 10 are provided.
  • the mirror device 200 drives the mirror 131 by two actuators 204 and 204.
  • the mirror array 201 has a common control unit 10 for each of several mirror devices 200, 200,.
  • the mirror array 201 may have one control unit 10 for each mirror device 200, or may have one control unit 10 common to all mirror devices 200, 200,.
  • the basic configuration of the actuator 204 is the same as the actuator 104 of the first embodiment.
  • a piezoelectric element 242 is laminated on the surface of the actuator body 241.
  • the tip of the actuator body 241 is connected to the mirror 131 via the first hinge 205.
  • the two first hinges 205 and 205 are connected to positions symmetrical to the X axis on the first short side 131a of the mirror 131, respectively.
  • the first hinge 205 has two meandering portions arranged side by side. Each meandering part has the convex part and the recessed part which were arranged alternately. The concave portions of the two meandering portions are connected to each other. However, in one mirror device 200, two first hinges 205, 205 are provided.
  • the second hinge 206 has the same configuration as the second hinge 106. However, one second hinge 206 is provided in one mirror device 200. The second hinge 206 is connected to the center of the second short side 131b of the mirror 131.
  • the first movable comb electrode 207A and the second movable comb electrode 207B are provided in a cantilever manner on the second short side 131b of the mirror 131 via the first arm portion 279a and the second arm portion 279b.
  • the first arm portion 279a extends in the X-axis direction.
  • the second arm part 279b branches off in the Y-axis direction from the middle of the first arm part 279a.
  • the first movable comb electrode 207A has two first electrode fingers 271a and 271a.
  • the first movable comb electrode 207A is located on the X axis.
  • the first movable comb electrode 207A is farther from the mirror 131 than the second hinge 206 is.
  • the two first electrode fingers 271a and 271a extend in the Y-axis direction in parallel with each other.
  • the second movable comb electrode 207B has two second electrode fingers 271b and 271b.
  • the second movable comb electrode 207B is arranged not on the X axis but at a position offset from the X axis in the Y axis direction.
  • the second movable comb electrode 207B is located on the A axis.
  • the two second electrode fingers 271b and 271b extend in the X-axis direction in parallel with each other.
  • the first movable comb electrode 207A, the second movable comb electrode 207B, the first arm portion 279a, and the second arm portion 279b are formed of the first silicon layer 191.
  • the number of the first electrode fingers 271a and the second electrode fingers 271b is not limited to two.
  • the base portion 202 has a recess 202a into which the first movable comb electrode 207A is inserted.
  • a first fixed comb electrode 208A is provided in the recess 202a.
  • the first fixed comb electrode 208A has two first electrode fingers 281a and 281a.
  • the two first electrode fingers 281a and 281a extend in the Y-axis direction in parallel with each other.
  • Each first electrode finger 281a enters between the first electrode fingers 271a of the first movable comb electrode 207A. That is, the first electrode finger 271a of the first movable comb electrode 207A and the first electrode finger 281a of the first fixed comb electrode 208A face each other.
  • the base portion 202 is provided with a second fixed comb electrode 208B.
  • the second fixed comb electrode 208B has two second electrode fingers 281b and 281b.
  • the two second electrode fingers 281b and 281b extend in the X-axis direction in parallel with each other.
  • Each second electrode finger 281b enters between the second electrode fingers 271b of the second movable comb electrode 207B. That is, the second electrode finger 271b of the second movable comb electrode 207B and the second electrode finger 281b of the second fixed comb electrode 208B are opposed to each other.
  • the first fixed comb electrode 208A and the second fixed comb electrode 208B are formed of the first silicon layer 191. However, the first fixed comb electrode 208A and the second fixed comb electrode 208B are electrically insulated from the first movable comb electrode 207A and the second movable comb electrode 207B. Note that the number of the first electrode fingers 281a and the second electrode fingers 281b is not limited to two.
  • the base unit 202 is provided with a first detection terminal 222, a second detection terminal 223, and a third detection terminal 224.
  • the capacitances of the first movable comb electrode 207A and the first fixed comb electrode 208A can be detected through the first detection terminal 222 and the second detection terminal 223.
  • the electrostatic capacitances of the second movable comb electrode 207B and the second fixed comb electrode 208B can be detected via the first detection terminal 222 and the third detection terminal 224.
  • the first detection terminal 222 is provided on the surface of the portion of the first silicon layer 191 of the base portion 202 that is electrically connected to the first movable comb electrode 207A and the second movable comb electrode 207B.
  • the second detection terminal 223 is provided on the surface of the first electrode portion 225.
  • the first electrode portion 225 is formed of the first silicon layer 191 of the base portion 202, is isolated from the surrounding portions on the oxide film layer 192 of the base portion 202, and is electrically insulated.
  • the first electrode portion 225 is connected to the first fixed comb electrode 208A.
  • the third detection terminal 224 is provided on the surface of the second electrode portion 226.
  • the second electrode portion 226 is formed of the first silicon layer 191 of the base portion 202, is isolated from the surrounding portions on the oxide film layer 192 of the base portion 202, and is electrically insulated.
  • the second electrode portion 226 is connected to the second fixed comb electrode 208B.
  • the mirror array 201 is not provided with the reference electrode 194 unlike the mirror array 1.
  • a reference electrode may be provided also in the mirror array 201.
  • the mirror device 200 bends the actuator 204 upward by applying a driving voltage to the piezoelectric element 242. Thereby, the mirror 131 is tilted. At this time, the mirror 131 can be tilted around the A axis by making the bending amounts of the two actuators 204 and 204 connected to the one mirror 131 the same. On the other hand, the mirror 131 can be tilted around the X axis by making the bending amounts of the two actuators 204 and 204 different.
  • the first movable comb electrode 207A and the second movable comb electrode 207B also tilt accordingly. Specifically, when the mirror 131 tilts around the A axis, the first movable comb electrode 207A is displaced vertically, and the capacitance between the first movable comb electrode 207A and the first fixed comb electrode 208A changes. To do.
  • the electrostatic capacitance between the first movable comb electrode 207 ⁇ / b> A and the first fixed comb electrode 208 ⁇ / b> A can be detected via the first detection terminal 222 and the second detection terminal 223.
  • the amount of tilting of the mirror 131 around the A axis can be accurately controlled.
  • the second movable comb electrode 207B is displaced up and down, and the capacitance between the second movable comb electrode 207B and the second fixed comb electrode 208B changes. .
  • the capacitance between the second movable comb electrode 207B and the second fixed comb electrode 208B can be detected via the first detection terminal 222 and the third detection terminal 224.
  • the second movable comb electrode 207B When the mirror 131 tilts around the A axis, the second movable comb electrode 207B is also displaced along with it, but the second movable comb electrode 207B is located on the A axis, so the second movable comb electrode
  • the change in capacitance between 207B and the second fixed comb electrode 208B is small. That is, the electrostatic capacitance between the second movable comb electrode 207B and the second fixed comb electrode 208B changes mainly due to the tilt of the mirror 131 around the X axis, and around the A axis of the mirror 131. The effect of tilting is small.
  • the first movable comb electrode 207A is also displaced along with it, but the first movable comb electrode 207A is located on the X axis.
  • the change in capacitance between 207A and the first fixed comb electrode 208A is small. That is, the electrostatic capacitance between the first movable comb electrode 207A and the first fixed comb electrode 208A changes mainly due to the tilt of the mirror 131 around the A axis, The effect of tilting is small.
  • the first movable comb electrode 207 ⁇ / b> A is disposed closer to the second hinge 206 than the first hinge 205. That is, the first movable comb electrode 207A is provided in the vicinity of the A axis. Therefore, the amount of displacement of the first movable comb electrode 207A when the mirror 131 tilts around the A axis is suppressed. As a result, the tilting range of the mirror 131 that can detect the electrostatic capacitance between the first movable comb electrode 207A and the first fixed comb electrode 208A can be expanded. That is, the range in which the tilt amount of the mirror 131 around the A axis can be accurately controlled can be expanded.
  • the second movable comb electrode 207B is provided in the vicinity of the X axis. Therefore, the amount of displacement of the second movable comb electrode 207B when the mirror 131 tilts around the X axis is suppressed. As a result, the tilting range of the mirror 131 that can detect the electrostatic capacitance between the second movable comb electrode 207B and the second fixed comb electrode 208B can be expanded. That is, the range in which the tilt amount of the mirror 131 around the X axis can be accurately controlled can be expanded.
  • first hinges 105 and 105 are provided for each mirror 131. That is, the two first hinges 105 and 105 are adjacent to each other in one mirror device 200. Further, since the plurality of mirror devices 200, 200,... Are arranged, the first hinge 105 of one mirror device 200 is adjacent to the first hinge 105 of the mirror device 200 adjacent to the mirror device 200. .
  • the configuration of the adjacent first hinges 205 and 205 is the same as that of the mirror array 1. That is, in the mirror array 201, a plurality of first hinges 205 are provided for each mirror 131.
  • the two adjacent first hinges 205 and 205 provided on one mirror 131 are, in the first region R1, at least part of the meandering portion 250 of one first hinge 205 is the two first hinges.
  • first hinge 205 of one mirror device 200 and the first hinge 205 of another mirror device 200 that are adjacent to each other are such that at least a part of the meandering portion 250 of one first hinge 205 is in the first region R1.
  • the meandering portion of the other first hinge 205 At least a part of 250 protrudes beyond the intermediate line L toward the first hinge 205.
  • the meandering portion 250 of the odd-numbered first hinge 205 from the end portion in the Y-axis direction and the even-numbered first hinge 205 from the end portion in the Y-axis direction are positioned in the X-axis direction. Are shifted from each other, and the dimension of the meandering portion 250 in the Y-axis direction is enlarged.
  • the rigidity of the first hinge 205 in the Y-axis direction can be effectively reduced without significantly reducing the rigidity of the first hinge 205 in the Y-axis direction.
  • FIG. 12 is a plan view of two first hinges 305 and 305 arranged in parallel according to the first modification.
  • the first hinge 305 will be described with a focus on portions different from the first hinge 105.
  • the configuration of the first hinge 305 will be described with reference numerals in the 300s. In the configuration having the same function as that of the first hinge 105, the numbers and symbols of the tens place are the same.
  • the first hinge 305 includes a meandering portion 350, a first end portion 353, and a second end portion 354.
  • the meandering part 350 has a first meandering part 351 and a second meandering part 352 arranged side by side. One end of the first meandering portion 351 and one end of the second meandering portion 352 are connected to the first end 353. The other end of the first meandering part 351 and the other end of the second meandering part 352 are connected to the second end 354.
  • the first end 353 is connected to an actuator (not shown).
  • the second end 354 is connected to a mirror (not shown).
  • the first meandering portion 351 has a plurality of first convex portions 355, 355,... And a plurality of first concave portions 356, 356,.
  • the second meandering portion 352 has a plurality of second convex portions 357, 357,... And a plurality of second concave portions 358, 358,.
  • the X-axis direction dimensions of the first recess 356 and the second recess 358 are larger than the X-axis direction dimensions of the first protrusion 355 and the second protrusion 357.
  • the positions of the meandering portions 350 and 350 in the X-axis direction are shifted.
  • the X-axis direction positions of the first convex portion 355 and the second convex portion 357 of one first hinge 305 and the first concave portion 356 and the second concave portion 358 of the other first hinge 305 coincide with each other.
  • the X-axis direction positions of the first concave portion 356 and the second concave portion 358 of the first hinge 305 and the first convex portion 355 and the second convex portion 357 of the other first hinge 305 coincide with each other.
  • the second convex portion 357 of one of the first hinges 305 exceeds the intermediate line L between the two first hinges 305 and 305, and the second projection 357 of the other first hinge 305 1 in the recess 356. Further, in the predetermined second region R2, the first convex portion 355 of the other first hinge 305 enters the second concave portion 358 of the first hinge 305 beyond the intermediate line L.
  • the meandering portion 350 of one first hinge 305 is in the predetermined first region R ⁇ b> 1. Projecting toward the other first hinge 305 beyond the intermediate line L between them, and in a second region R2 different from the first region R1, the meandering portion 350 of the other first hinge 305 exceeds the intermediate line L.
  • the structure which protrudes toward the one 1st hinge 305 is realizable.
  • FIG. 13 is a plan view of two first hinges 405 and 405 arranged in parallel according to the second modification.
  • first hinge 405 will be described mainly with respect to a portion different from the first hinge 105.
  • the configuration of the first hinge 405 will be described with reference numerals in the 400s. In the configuration having the same function as that of the first hinge 105, the numbers and symbols of the tens place are the same.
  • the first hinge 405 includes two meandering portions 450 and 450, a first end portion 453, a second end portion 454, and an intermediate portion 459 connecting the two meandering portions 450 and 450.
  • the meandering portion 450 meanders in the Y-axis direction in a zigzag manner.
  • the meandering portion 450 does not have a configuration in which the concave portions of the two meandering portions are connected like the meandering portion 150.
  • the first end portion 453, the meandering portion 450, the intermediate portion 459, the meandering portion 450, and the second end portion 454 are arranged in this order. Similar to the first end 453 and the second end 454, the intermediate portion 459 is configured by a line extending in the X-axis direction.
  • the positions of the meandering portions 450 and 450 in the X-axis direction are shifted.
  • the first meandering portion 450 of one first hinge 405 coincides with the first end portion 453 of the other first hinge 405 in the X-axis direction
  • the second meandering portion 450 The intermediate portion 459 of the first hinge 405 coincides with the X-axis direction.
  • the first meandering portion 450 of the other first hinge 405 has the same X-axis direction as the intermediate portion 459 of the first first hinge 405, and the second meandering portion 450 is the one first hinge.
  • the second end portion 454 of 405 coincides with the X-axis direction.
  • the meandering portions 450, 450 of one first hinge 405 pass over the intermediate line L between the two first hinges 405, 405, and the other first hinge 405 It protrudes toward. Further, in the predetermined second region R2, the meandering portions 450, 450 of the other first hinge 405 protrude beyond the intermediate line L toward the one first hinge 405.
  • FIG. 14 is a plan view of two first hinges 505 and 505 arranged in parallel according to the third modification.
  • the first hinge 505 will be described mainly with respect to a portion different from the first hinge 505.
  • the configuration of the first hinge 505 will be described with reference numerals in the 500s. In the configuration having the same function as that of the first hinge 105, the numbers and symbols of the tens place are the same.
  • the first hinge 505 includes a meandering portion 550, a first end portion 553, and a second end portion 554.
  • the meandering part 550 has a first meandering part 551 and a second meandering part 552 arranged in parallel. One end portion of the first meandering portion 551 and one end portion of the second meandering portion 552 are connected to the first end portion 553. The other end portion of the first meandering portion 551 and the other end portion of the second meandering portion 552 are connected to the second end portion 554.
  • the first end 553 is connected to an actuator (not shown).
  • the second end 554 is connected to a mirror (not shown).
  • the first meandering portion 551 has a plurality of first convex portions 555, 555,... And a plurality of first concave portions 556, 556,.
  • the second meandering portion 552 has a plurality of second convex portions 557, 557,... And a plurality of second concave portions 558, 558,.
  • the dimension in the Y-axis direction of the meandering portion 550 gradually decreases from the first end portion 553 toward the second end portion 554. It has become.
  • the Y-axis direction dimension of the meandering portion 550 gradually increases from the first end portion 553 toward the second end portion 554.
  • the X-axis direction position of the 1st convex part 555 and the 2nd convex part 557 of one 1st hinge 505, and the X-axis direction position of the 1st convex part 555 and the 2nd convex part 557 of the other 1st hinge 505 And are consistent.
  • the ascending / descending order of the change in the dimension of the meandering portion 550 in the Y-axis direction is reversed. Therefore, a portion of one meandering portion 550 having a large Y-axis direction dimension has a portion of the other meandering portion 550 having a small Y-axis direction size aligned in the X-axis direction.
  • the portion with the large Y-axis direction dimension of the other meandering portion 550 is arranged in the X-axis direction.
  • the meandering portion 550 (specifically, the second meandering portion 552) of one first hinge 505 is the 2nd. It protrudes toward the other first hinge 505 beyond an intermediate line L between the first hinges 505 and 505. However, the protrusion amount of the meandering portion 550 gradually decreases from the first end portion 553 toward the second end portion 554. In the second region R2 near the second end portion 554, the meandering portion 550 of one of the first hinges 505 does not exceed the intermediate line L and gradually moves from the first end portion 553 toward the second end portion 554. It is away from the intermediate line L.
  • the meandering portion (specifically, the first meandering portion 551) of the other first hinge 505 extends beyond the intermediate line L toward the one first hinge 505. Protruding to The protruding amount of the meandering portion 550 gradually decreases from the second end portion 554 toward the first end portion 553. In the first region R1, the meandering portion 550 of the other first hinge 505 does not exceed the intermediate line L, and gradually increases from the second end 554 toward the first end 553 in the X-axis direction. Away from.
  • the mirror array is not limited to being applied to a wavelength selective switch, and can be incorporated into various applications.
  • the shape, dimensions, and materials in the embodiment are merely examples, and are not limited to these.
  • the mirror devices 100 and 200 are not limited to the above configuration.
  • the actuators 104 and 204 are a piezoelectric drive system, but may be an electrostatic drive system.
  • the first hinges 105 to 505 connect the actuators 104 and 204 and the mirror 131, but are not limited to this.
  • the first hinges 105 to 505 may be configured to connect the mirror 131 and the base portions 102 and 202. That is, the first hinges 105 to 505 may simply be configured to support the mirror 131.
  • the mirror 131 does not have to be rectangular in plan view.
  • the mirror 131 may be circular or oval.
  • the number of the first hinges 105 and 205 and the number of the second hinges 106 and 206 in the mirror devices 100 and 200 are not limited to the above numbers.
  • the shape of the first hinges 105 to 505 is not limited to the above configuration.
  • the first hinges 105, 205, 305, and 505 are configured such that the concave portions of the two meandering portions are connected to each other, but the present invention is not limited to this.
  • the first hinges 105, 205, 305, and 505 have a configuration in which only some of the concave portions of the two meandering portions are connected, a configuration in which all of the concave portions of the two meandering portions are not connected, or a meandering portion 450.
  • the structure by one meandering part like this may be sufficient.
  • the meandering portion 450 may not be constituted by one meandering portion, but may be constituted by two meandering portions such as the first hinge 105.
  • the second hinges 106 and 206 may be configured as the first hinges 105 to 505.
  • the first hinges 105 to 505 may have a configuration other than the configuration in which the meandering portion protrudes beyond the intermediate line between the adjacent first hinges 105 to 505.
  • the configurations of the movable comb electrodes 107, 207A, 207B, 507, 607A, 607B and the fixed comb electrodes 108, 208A, 208B, 508, 608A, 608B are examples, and other configurations are possible. Also good.
  • the movable comb electrodes 107, 207 A, and 207 B may be provided on an arm portion extending from the long side of the mirror 131.
  • the movable comb electrode 107 may be provided at a position aligned with the second hinge 206 in the Y-axis direction, like the second movable comb electrode 207B.
  • the electrode fingers of the movable comb electrodes 107 and 207B extend in the X-axis direction, but may extend in the Y-axis direction, for example.
  • the electrode fingers of the movable comb electrode 207A extend in the Y-axis direction, but may extend in the X-axis direction, for example.
  • the positions of the movable comb electrodes 507, 607A, and 607B and the fixed comb electrodes 508, 608A, and 608B and the extending direction of the electrode fingers can be arbitrarily set.
  • the piezoelectric element may use, as a piezoelectric layer, KNN ((K, Na) NbO 3 ), which is a lead-free piezoelectric material, instead of PZT.
  • the technique disclosed herein is useful for mirror arrays.

Landscapes

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Abstract

　ミラーアレイ１は、Ｙ軸方向に配列されたミラー１３１と、アクチュエータ１０４と、ミラー１３１を支持する第１ヒンジ１０５とを備えている。第１ヒンジ１０５は、Ｙ軸方向に蛇行する蛇行部１５０を有している。隣り合う２つの第１ヒンジ１０５，１０５において、第１領域Ｒ１では一方の第１ヒンジ１０５の蛇行部１５０が中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ１０５の方へ、第２領域Ｒ２では他方の第１ヒンジ１０５の蛇行部１５０が中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ１０５の方へ突出している。

Description

ミラーアレイ
　ここに開示した技術は、複数のミラーデバイスを備えたミラーアレイに関するものである。
　従来より、様々なミラーデバイスが知られている。特許文献１に開示されたミラーデバイスは、アクチュエータと、ミラーと、アクチュエータとミラーとを連結し、弾性的に変形可能なヒンジとを備えている。このミラーデバイスは、アクチュエータを傾動させることによって、ミラーを傾動させる。このとき、ヒンジは、屈曲したり、アクチュエータとミラーとが並ぶ方向に伸縮したりする。
特開２００９－２２９９１６号公報
　ところで、前述のようなヒンジには使用目的に応じて様々な特性が要求される。例えば、大きな剛性が要求されるときもあれば、小さな剛性が要求されるときもある。あるいは、剛性を大きくした方がいいのか、小さくした方がいいのかが方向に応じて異なる場合もある。
　例えば、前記ミラーデバイスにおいては、ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向のヒンジの剛性は小さく且つ、該方向と直交する方向（以下、「幅方向」という）のヒンジの剛性は大きいことが好ましい。すなわち、アクチュエータを傾動させてミラーを傾動させるときには、ヒンジは、屈曲する。このとき、ヒンジは、ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向に伸びる。アクチュエータの傾動を阻害しないためには、アクチュエータとミラーとが並ぶ方向のヒンジの剛性は小さいことが好ましい。その一方で、幅方向のヒンジの剛性まで小さいと、ミラーが幅方向に変位し易くなり、ミラーが周辺の構造体と接触し易くなる。ミラーが周辺の構造体と接触すると、ミラーが破損する虞がある。そのため、幅方向のヒンジの剛性は大きいことが好ましい。
　ヒンジの材料や太さを変更すれば、ヒンジの剛性を単純に大きくしたり、小さくしたりすることは容易である。しかしながら、ヒンジの剛性に対する要求が方向に応じて異なる場合には、ヒンジの材料や太さを単純に変更する方法ではヒンジの剛性を要求の通りに調整することは難しい。例えば、ヒンジの太さを細くすることによって、ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向のヒンジの剛性を小さくすることができるとしても、当然ながら、幅方向へのヒンジの剛性も小さくなってしまう。
　ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定の方向へのヒンジの剛性をあまり小さくすることなく、別の方向へのヒンジの剛性を小さくすることにある。
　ここに開示されたミラーアレイは、所定の配列方向に配列された複数のミラーと、前記ミラーを駆動する複数のアクチュエータと、前記ミラーを支持し、弾性的に変形可能であって、前記配列方向に配列された複数の第１ヒンジとを備え、前記第１ヒンジは、前記配列方向に蛇行しながら一端部から他端部へ延びる蛇行部を有し、隣り合う２つの前記第１ヒンジにおいて、所定の第１領域では、一方の第１ヒンジの前記蛇行部の少なくとも一部が該２つの第１ヒンジの間の中間線を越えて他方の第１ヒンジの方へ突出し、前記第１領域とは異なる第２領域では、他方の第１ヒンジの前記蛇行部の少なくとも一部が該中間線を越えて一方の第１ヒンジの方へ突出しているものとする。
　前記の構成によれば、複数の第１ヒンジが所定の配列方向に配列された構成において、隣り合う２つの第１ヒンジは、第１領域では一方の第１ヒンジの蛇行部の少なくとも一部が両者の中間線を越えて他方の第１ヒンジ側へ突出し、第２領域では他方の第１ヒンジの蛇行部の少なくとも一部が該中間線を越えて一方の第１ヒンジ側へ突出している。これにより、配列方向への蛇行部の寸法を拡大することができる。この配列方向は、第１ヒンジの一端部と他端部とを結ぶ方向と交差する方向である。つまり、配列方向への蛇行部の寸法を大きくすることによって、一端部と他端部とを結ぶ方向への第１ヒンジの剛性を低下させることができる。一方、配列方向への蛇行部の寸法を大きくしても、配列方向への第１ヒンジの剛性は、一端部と他端部とを結ぶ方向への剛性ほどは低下しない。
　また、前記第１ヒンジは、一端部と他端部とを結ぶ方向に伸縮しやすくなるので、ミラーデバイスにおいては、アクチュエータによるミラーの駆動を容易に行うことができる。その一方で、蛇行する方向への第１ヒンジの剛性を大きくすることによって、ミラーが周辺の部材と衝突することを抑制することができる。
　前記ミラーアレイによれば、或る方向へのヒンジの剛性をあまり小さくさせることなく、別の方向へのヒンジの剛性を小さくすることができる。
図１は、ミラーアレイの平面図である。 図２は、ミラーアレイの、図１のII－II線における断面図である。 図３は、波長選択スイッチの概略図である。 図４は、第１ヒンジの平面図である。 図５は、第１ヒンジのヒンジモデルの平面図である。 図６は、ヒンジモデルの材料物性値を示す表である。 図７は、Ｙ軸方向寸法ＷとＸ軸方向の剛性Ｋｘとの関係を示すグラフである。 図８は、Ｙ軸方向寸法ＷとＹ軸方向の剛性Ｋｙとの関係を示すグラフである。 図９は、凸部の個数ＮとＸ軸方向の剛性Ｋｘとの関係を示すグラフである。 図１０は、凸部の個数ＮとＹ軸方向の剛性Ｋｙとの関係を示すグラフである。 図１１は、変形例に係るミラーアレイの平面図である。 図１２は、変形例１に係る第１ヒンジの平面図である。 図１３は、変形例２に係る第１ヒンジの平面図である。 図１４は、変形例３に係る第１ヒンジの平面図である。
　以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　《実施形態１》
　図１は、ミラーアレイ１の平面図を、図２は、ミラーアレイ１の、図１のII－II線における断面図を示す。
　ミラーアレイ１は、複数のミラーデバイス１００，１００，…を備えている。複数のミラーデバイス１００，１００，…は、所定のＹ軸方向に一列に配列されている。
　ミラーアレイ１は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１０９を用いて製造されている（図２参照）。ＳＯＩ基板１０９は、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層１９１と、ＳｉＯ２で形成された酸化膜層１９２と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層１９３とがこの順で積層されて構成されている。
　ミラーデバイス１００は、ベース部１０２と、ミラー１３１と、ミラー１３１を駆動するアクチュエータ１０４と、ミラー１３１とアクチュエータ１０４とを連結する第１ヒンジ１０５と、ミラー１３１とベース部１０２とを連結する第２ヒンジ１０６と、ミラー１３１に設けられた可動櫛歯電極１０７と、ベース部１０２に設けられた固定櫛歯電極１０８と、参照電極１９４と、制御部１０とを有している。ミラーアレイ１は、いくつかのミラーデバイス１００，１００，…ごとに共通の１つの制御部１０を有している。尚、ミラーアレイ１は、ミラーデバイス１００ごとに１つの制御部１０を有していても、すべてのミラーデバイス１００，１００，…で共通の１つの制御部１０を有していてもよい。可動櫛歯電極１０７及び固定櫛歯電極１０８は、検出部の一例である。
　ベース部１０２は、全体の図示は省略するが、概略長方形の枠状に形成されている。ベース部１０２は、第１シリコン層１９１、酸化膜層１９２及び第２シリコン層１９３で形成されている。
　ミラー１３１は、平面視長方形の板状に形成されている。ミラー１３１は、ミラー本体１３２と、ミラー本体１３２の表面に積層された鏡面層１３３とを有している。ミラー本体１３２は、第１シリコン層１９１で形成され、鏡面層１３３は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。尚、ミラー本体１３２の裏面にも、鏡面層１３３と同様の鏡面層１３４が積層されている。鏡面層１３４は、ミラー本体１３２の表面において生じる、鏡面層１３３に起因する膜応力をバランスさせる機能を有する。これにより、ミラー本体１３２、ひいては、鏡面層１３３の平面度を向上させることができる。
　ここで、ミラー１３１の中心を通り、ミラー１３１とアクチュエータ１０４とが並ぶ方向に延びる軸をＸ軸とする。Ｘ軸は、ミラー１３１の長辺に平行に延びている。ミラー１３１の中心を通り、ミラー１３１の短辺に平行に延びる軸をＹ軸とする。Ｘ軸とＹ軸とは直交している。複数のミラー１３１，１３１，…は、Ｙ軸上に並んでいる。すなわち、複数のミラー１３１，１３１，…の配列方向は、Ｙ軸方向に一致する。Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する軸をＺ軸とする。尚、Ｚ軸方向を上下方向ということがある。その場合、鏡面層１３３の側を上とし、ミラー本体１３２の側を下とする。
　アクチュエータ１０４は、ベース部１０２から片持ち状に延び、その先端が第１ヒンジ１０５を介してミラー１３１に連結されている。アクチュエータ１０４は、湾曲することによって、ミラー１３１を傾動させる。詳しくは、アクチュエータ１０４は、基端部がベース部１０２に連結され、ベース部１０２から片持ち状に張り出しているアクチュエータ本体１４１と、アクチュエータ本体１４１の表面に積層された圧電素子１４２とを有している。
　アクチュエータ本体１４１は、平面視長方形の板状に形成されている。アクチュエータ本体１４１は、第１シリコン層１９１で形成されている。アクチュエータ本体１４１は、Ｘ軸方向に延びている。アクチュエータ本体１４１の先端部は、第１ヒンジ１０５を介して、ミラー１３１の一方の短辺である第１短辺１３１ａに連結されている。
　圧電素子１４２は、アクチュエータ本体１４１の表側（ミラー１３１の鏡面層１３３と同じ側）に設けられている。アクチュエータ本体１４１の表面にはＳｉＯ２層１４６が積層されており、圧電素子１４２は、ＳｉＯ２層１４６上に積層されている。圧電素子１４２は、アクチュエータ本体１４１と同様に、平面視長方形の板状に形成されている。圧電素子１４２は、下部電極１４３と、上部電極１４５と、これらに挟持された圧電体層１４４とを有する。下部電極１４３、圧電体層１４４、上部電極１４５は、ＳｉＯ２層１４６上にこの順で積層されている。圧電素子１４２は、ＳＯＩ基板１０９とは別の部材で形成されている。詳しくは、下部電極１４３は、Ｐｔ／Ｔｉ膜で形成されている。圧電体層１４４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。上部電極１４５は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。
　ベース部１０２には、下部電極１４３と電気的に接続された駆動用端子１２１が設けられている。上部電極１４５と駆動用端子１２１を介して圧電素子１４２に電圧が印加される。
　アクチュエータ１０４は、圧電素子１４２に電圧が印加されると、アクチュエータ本体１４１のうち圧電素子１４２が積層された表面が伸縮し、アクチュエータ本体１４１が上下方向に湾曲する。
　第１ヒンジ１０５は、２つの部材、即ち、アクチュエータ１０４とミラー１３１とを連結し、弾性的に変形可能に構成されている。第１ヒンジ１０５は、第１シリコン層１９１で形成されている。第１ヒンジ１０５の詳細な構成については後述する。
　第２ヒンジ１０６は、２つの部材、即ち、ミラー１３１とベース部１０２とを連結し、弾性的に変形可能に構成されている。第２ヒンジ１０６は、ミラー１３１ごとに２つ設けられている。第２ヒンジ１０６の一端は、ミラー１３１の第２短辺１３１ｂに連結され、他端は、ベース部１０２に連結されている。第２ヒンジ１０６は、全体としてつづら折り状に屈曲している。第２ヒンジ１０６は、第１シリコン層１９１で形成されている。
　可動櫛歯電極１０７は、アーム部１７９を介してミラー１３１の第２短辺１３１ｂに片持ち状に設けられている。アーム部１７９は、２つの第２ヒンジ１０６の間をＸ軸方向に延びている。可動櫛歯電極１０７は、３つの電極指１７１，１７１，…を有している。電極指１７１は、第２ヒンジ１０６よりもミラー１３１から離れている。３つの電極指１７１，１７１，…は、互いに平行にＸ軸方向に延びている。可動櫛歯電極１０７及びアーム部１７９は、第１シリコン層１９１で形成されている。尚、電極指１７１の個数は、３つに限られるものではない。
　一方、ベース部１０２には、可動櫛歯電極１０７が入り込む凹部１０２ａが形成されている。凹部１０２ａに固定櫛歯電極１０８が設けられている。固定櫛歯電極１０８は、２つの電極指１８１，１８１を有している。２つの電極指１８１，１８１は、互いに平行にＸ軸方向に延びている。各電極指１８１は、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１の間に入り込んでいる。つまり、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１と固定櫛歯電極１０８の電極指１８１とは互いに対向している。固定櫛歯電極１０８は、第１シリコン層１９１で形成されている。ただし、固定櫛歯電極１０８は、可動櫛歯電極１０７とは電気的に絶縁されている。尚、電極指１８１の個数は、２つに限られるものではない。
　ベース部１０２には、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との静電容量を検出するための第１検出端子１２２及び第２検出端子１２３が設けられている。
　第１検出端子１２２は、ベース部１０２の第１シリコン層１９１のうち可動櫛歯電極１０７と電気的に導通している部分の表面に設けられている。第１検出端子１２２は、複数の可動櫛歯電極１０７，１０７，…で共通であって、１つだけ設けられている。尚、第１検出端子１２２は、ミラーデバイス１００ごとに設けられていてもよい。
　第２検出端子１２３は、電極部１２４の表面に設けられている。電極部１２４は、ベース部１０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部１０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。電極部１２４は、固定櫛歯電極１０８が連結されている。第２検出端子１２３及び電極部１２４は、固定櫛歯電極１０８ごとに設けられている。
　また、ベース部１０２には、参照電極１９４が設けられている。参照電極１９４は、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１に相当する第１電極指１９４ａと固定櫛歯電極１０８の電極指１８１に相当する第２電極指１９４ｂとを有している。第１電極指１９４ａ及び第２電極指１９４ｂは、電極指１７１及び電極指１８１と同様の構成をしている。つまり、第１電極指１９４ａは、３つ設けられ、第２電極指１９４ｂは、２つ設けられている。第２電極指１９４ｂは、第１電極指１９４ａの間に入り込んでいる。つまり、第１電極指１９４ａと第２電極指１９４ｂとは互いに対向している。
　参照電極１９４の静電容量は、第１検出端子１２２及び第３検出端子１２５を介して検出される。
　第１電極指１９４ａは、ベース部１０２の第１シリコン層１９１のうち第１検出端子１２２が設けられた部分と電気的に導通している。
　第３検出端子１２５は、電極部１２６の表面に設けられている。電極部１２６は、電極部１２４と同様の構成をしている。つまり、電極部１２６は、ベース部１０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部１０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。電極部１２６は、第２電極指１９４ｂが連結されている。
　尚、ミラー１３１、アクチュエータ１０４、第１ヒンジ１０５、第２ヒンジ１０６、可動櫛歯電極１０７、固定櫛歯電極１０８及び参照電極１９４の下方においては、酸化膜層１９２及び第２シリコン層１９３が除去されている。
　また、隣接するミラーデバイス１００，１００の固定櫛歯電極１０８，１０８の間には、隔壁１０２ｂが設けられている。つまり、隣接する凹部１０２ａ，１０２ａは、隔壁１０２ｂにより隔離されている。隔壁１０２ｂは、第１シリコン層１９１、酸化膜層１９２及び第２シリコン層１９３で形成されている。
　このように構成されたミラーアレイ１は、ＳＯＩ基板１０９をエッチングしたり、その表面に成膜することにより製造される。例えば、ＳＯＩ基板１０９の表面にＳｉＯ２層１４６を成膜し、ＳｉＯ２層１４６の上に、Ｐｔ／Ｔｉ膜（下部電極１４３）、チタン酸ジルコン酸鉛（圧電体層１４４）及びＡｕ／Ｔｉ膜（上部電極１４５）を順に成膜して、フォトリソグラフィ及びエッチングにより圧電素子１４２を形成する。次に、第１シリコン層１９１をＩＣＰ－ＲＩＥ等の異方性エッチングを行うことによりミラー本体１３２及びアクチュエータ本体１４１等を形成する。続いて、ミラー本体１３２の表面にＡｕ／Ｔｉ膜を成膜して、鏡面層１３３を形成する。その後、圧電素子１４２に所定の電圧を印加して分極処理を施す。
　　－波長選択スイッチ－
　このミラーアレイ１は、例えば、波長選択スイッチ２に組み込まれて使用される。図３に、波長選択スイッチ２の概略図を示す。
　波長選択スイッチ２は、１つの入力用光ファイバ２１と、３つの出力用光ファイバ２２～２４と、光ファイバ２１～２４に設けられたコリメータ２５と、回折格子で構成された分光器２６と、レンズ２７と、ミラーアレイ１とを備えている。尚、この例では、出力用ファイバは、３本だけであるが、これに限られるものではない。
　この波長選択スイッチ２においては、入力用光ファイバ２１を介して、複数の異なる波長の光信号が入力される。この光信号は、コリメータ２５により平行光にされる。平行光となった光信号は、分光器２６によって、所定の数の特定波長の光信号に分波される。分波された光信号は、レンズ２７によって集光され、ミラーアレイ１に入射する。分波される特定波長の個数と、ミラーアレイ１のミラー１３１の個数は対応している。つまり、分波された特定波長の光信号は、それぞれ対応するミラー１３１に入射する。そして、該光信号は、各ミラー１３１により反射し、再びレンズ２７を通って、分光器２６へ入射する。分光器２６は、複数の異なる波長の光信号を合波し、出力用光ファイバ２２～２４へ出力する。ここで、ミラーアレイ１は、各ミラー１３１を傾動させることによって光信号の反射角度を調整して、対応する光信号がどの出力用光ファイバ２２～２４へ入力されるのかを切り替える。尚、ミラー１３１の個数の方が分波される特定波長の個数よりも多くてもよい。
　－ミラーアレイの動作－
　次に、このように構成されたミラーアレイ１の動作について説明する。
　アクチュエータ本体１４１には圧電素子１４２が成膜されているため、圧電素子１４２に電圧を印加していない状態においてはアクチュエータ１０４に反り（以下、「初期反り」と称する）が生じている。ミラー１３１は、この初期反りに起因して傾斜している。初期反りは、アクチュエータ１０４ごとにばらつきを有する。そのため、ミラー１３１の傾斜もそれぞれ異なる。
　そこで、ミラーアレイ１を動作させる際には、まず圧電素子１４２にバイアス電圧を印加することによって初期反りを調整する。それにより、ミラー１３１，１３１，…の傾斜を均一にする。詳しくは、制御部１０は、上部電極１４５と下部電極１４３とにバイアス電圧を印加する。バイアス電圧の極性が分極処理のときの電圧の極性と同じ場合には、バイアス電圧に応じて圧電体層１４４が収縮する。それに伴い、アクチュエータ本体１４１の圧電素子１４２側の表面が収縮する。その結果、アクチュエータ本体１４１の反り状態が変化する。
　アクチュエータ本体１４１の反り状態が変化すると、アクチュエータ本体１４１の先端が変位する。それに伴い、ミラー１３１の第１短辺１３１ａも同様に変位する。ミラー１３１の第２短辺１３１ｂは、第２ヒンジ１０６を介してベース部１０２に連結されているため、ほとんど変位しない。その結果、ミラー１３１は、第２ヒンジ１０６を支点として第１短辺１３１ａの側が変位するように傾動する。
　そして、制御部１０は、詳しくは後述する可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量に基づいてバイアス電圧を調整して、ミラー１３１，１３１，…の傾斜を均一にする。
　このように、初期状態においては、圧電素子１４２にバイアス電圧が印加されており、ミラー１３１，１３１，…の傾斜が均一に調整されている。
　制御部１０は、この状態から所望のミラーデバイス１００に駆動電圧を印加して、ミラー１３１を個別に制御する。ミラー１３１は、バイアス電圧を印加したときと同様に、駆動電圧に応じて傾動する。すなわち、ミラー１３１は、Ｙ軸に平行であって且つ実質的に第２ヒンジ１０６を通過するＡ軸の周りに傾動する。このとき、第１ヒンジ１０５は、凸状に湾曲し、第２ヒンジ１０６は、凹状に湾曲する。
　　－ミラーの傾動量の検出－
　アクチュエータ１０４を作動させてミラー１３１が傾動すると、それに伴って可動櫛歯電極１０７も傾動する。可動櫛歯電極１０７は、第２ヒンジ１０６を挟んでミラー１３１と反対側に位置するので、例えばミラー１３１が第１短辺１３１ａを上昇させるように傾動すると、可動櫛歯電極１０７は、電極指１７１を下降させるように傾動する。その結果、可動櫛歯電極１０７の電極指１７１と固定櫛歯電極１０８の電極指１８１との対向している部分の面積が変化し、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が変化する。
　制御部１０は、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量を第１検出端子１２２及び第２検出端子１２３を介して検出している。制御部１０は、圧電素子１４２の印加電圧を静電容量の変化に基づいて調整することによって、ミラー１３１の傾動量を制御する。
　このとき、制御部１０は、第１検出端子１２２及び第３検出端子１２５を介して参照電極１９４の静電容量も検出している。制御部１０は、参照電極１９４の静電容量を参照することによって、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量の変化をより正確に求めることができる。
　ここで、電極指１７１が電極指１８１との対向面積が小さくなると、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が小さくなる。静電容量が零になると、静電容量の変化を検出できないので、ミラー１３１の傾動を検出できなくなってしまう。ここで、本実施形態のように、電極指１７１と電極指１８１との間隔に対する、ＳＯＩ基板１０９の厚み方向への電極指１７１及び電極指１８１の寸法の比が小さい構成においては、電極指１７１と電極指１８１とが対向する方向以外の方向へ電界が広がるフリンジ効果が発生する。そのため、電極指１７１が電極指１８１と対向していなくても、電極指１７１と電極指１８１とが近ければ、電極指１７１と電極指１８１との間に電界が生じ得る。しかし、電極指１７１と電極指１８１とが大きく離れてしまうと、やはり静電容量は零になってしまう。そうなると、ミラー１３１の傾動量を検出できなくなる。換言すると、ミラー１３１の傾動量を精度良く制御できる範囲は、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量を検出できる範囲に限られる。
　可動櫛歯電極１０７は、第１ヒンジ１０５よりも第２ヒンジ１０６の近くに配置されている。つまり、可動櫛歯電極１０７は、ミラー１３１のＡ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー１３１が傾動するときの可動櫛歯電極１０７の変位量が抑制される。その結果、静電容量を検出可能なミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、ミラー１３１の傾動量を精度良く制御できるミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。
　尚、このような構成においては、水平面（例えば、ベース部１０２の表面）からのミラー１３１の傾動角度が同じであれば、ミラー１３１が下方に傾動している場合であっても上方に傾動している場合であっても静電容量の検出結果は同じになる。そのため、前述のミラーアレイ１の動作においては、ミラー１３１の駆動時にミラー１３１が水平面を跨いで傾動しないようにバイアス電圧及び駆動電圧が設定される。つまり、（ｉ）初期反りによってアクチュエータ１０４が水平面よりも上側に湾曲しており、バイアス電圧によって反りをさらに上方へ調整し、駆動電圧によってアクチュエータ１０４をさらに上方へ湾曲させる場合と、（ii）初期反りによってアクチュエータ１０４が水平面よりも下側に湾曲しており、バイアス電圧によってアクチュエータ１０４を水平面よりも上側へ反らせ、駆動電圧によってアクチュエータ１０４をさらに上方へ湾曲させる場合と、（iii）初期反りによってアクチュエータ１０４が水平面よりも下側に湾曲しており、バイアス電圧によってアクチュエータ１０４を水平面より下側の範囲で上方へ調整し、駆動電圧によってアクチュエータ１０４を水平面より下側の範囲でさらに上方へ湾曲させる場合（すなわち、アクチュエータ１０４が水平面よりも上側へ湾曲することはない）とがある。尚、このようなアクチュエータ１０４の動作は、一例である。
　　－第１ヒンジの構成－
　次に、第１ヒンジ１０５の構成について詳細に説明する。図４は、並設された複数の第１ヒンジ１０５，１０５，…の平面図である。図４において、Ｙ軸方向の端部から１番目の第１ヒンジ１０５及びその要素には添字ａを付している。同様に、２番目の第１ヒンジ１０５及びその要素には添字ｂを、３番目の第１ヒンジ１０５及びその要素には添字ｃを付している。ただし、以下の説明においては、全ての第１ヒンジ１０５，１０５，…に共通の説明をする場合等、各第１ヒンジ１０５を区別しない場合には、添字の記載を省略する。
　第１ヒンジ１０５は、蛇行部１５０と、第１端部１５３と、第２端部１５４とを備えている。蛇行部１５０は、並設された第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とを有する。第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とは、Ｘ軸に対して線対称な形状をしている。第１蛇行部１５１の一端部と第２蛇行部１５２の一端部とは、第１端部１５３に連結されている。第１蛇行部１５１の他端部と第２蛇行部１５２の他端部とは、第２端部１５４に連結されている。第１端部１５３は、アクチュエータ１０４に連結されている。第２端部１５４は、ミラー１３１に連結されている。
　第１蛇行部１５１は、交互に配列された３つの第１凸部１５５，１５５，…と２つの第１凹部１５６，１５６とを有し、ジグザグ状に形成されている。第１蛇行部１５１は、Ｙ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に第１端部１５３から第２端部１５４まで延びている。第１凸部１５５及び第１凹部１５６はそれぞれ、矩形状に形成されている。第１凸部１５５は、Ｙ軸方向外側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第１凹部１５６は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
　第２蛇行部１５２は、交互に配列された３つの第２凸部１５７，１５７，…と２つの第２凹部１５８，１５８とを有し、ジグザグ状に形成されている。第２蛇行部１５２は、Ｙ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に第１端部１５３から第２端部１５４まで延びている。第２凸部１５７及び第２凹部１５８はそれぞれ、矩形状に形成されている。第２凸部１５７は、Ｙ軸方向外側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向内側に延びている。第２凹部１５８は、Ｙ軸方向内側に延び、直角に２回屈曲して折り返し、Ｙ軸方向外側に延びている。
　２つの第１凹部１５６，１５６と２つの第２凹部１５８，１５８とはそれぞれ、互いに連結されている。つまり、第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２は、両端部以外に、第１凹部１５６と第２凹部１５８とが連結されている。
　換言すると、第１ヒンジ１０５は、Ｘ軸方向に並ぶ複数の環状部と、該環状部を連結する連結部とを有している。環状部は、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向に長い形状をしている。
　―隣り合う第１ヒンジ同士の関係―
　このように構成された第１ヒンジ１０５は、第１端部１５３から第２端部１５４の方を向いて見たときに、Ｙ軸方向に隣り合う第１ヒンジ１０５と部分的に重なっている。つまり、隣り合う２つの第１ヒンジ１０５，１０５において、所定の第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ１０５の蛇行部１５０の少なくとも一部が該２つの第１ヒンジ１０５の間の中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ１０５の方へ突出し、第１領域Ｒ１とは異なる第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ１０５の蛇行部１５０の少なくとも一部が該中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ１０５の方へ突出している。中間線Ｌは、一方の第１ヒンジ１０５と他方の第１ヒンジ１０５との中間においてＸ軸に平行に延びる直線である。
　まず、Ｙ軸方向に並ぶ１番目の第１ヒンジ１０５ａと２番目の第１ヒンジ１０５ｂとの関係について説明する。
　１番目の第１ヒンジ１０５ａにおいては、第１端部１５３ａが第２端部１５４ａよりも長く、蛇行部１５０ａがアクチュエータ１０４よりもミラー１３１の近くに設けられている。２番目の第１ヒンジ１０５ｂにおいては、第２端部１５４ｂが第１端部１５３ｂよりも長く、蛇行部１５０ｂがミラー１３１よりもアクチュエータ１０４の近くに設けられている。こうして、１番目の第１ヒンジ１０５ａの蛇行部１５０ａと、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの蛇行部１５０ｂとは、Ｘ軸方向位置が異なる。
　そして、ミラー寄りの第１領域Ｒ１において、１番目の第１ヒンジ１０５ａの第２蛇行部１５２ａは、中間線Ｌを越えて２番目の第１ヒンジ１０５ｂ側に突出している。１番目の第１ヒンジ１０５ａの第２蛇行部１５２ａのＹ軸方向には、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの蛇行部１５０ｂが存在しないので、１番目の第１ヒンジ１０５ａの第２蛇行部１５２ａは、中間線Ｌを越えて２番目の第１ヒンジ１０５ｂ側に突出することができる。第２蛇行部１５２ａは、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第２端部１５４ｂの手前まで突出している。
　尚、１番目の第１ヒンジ１０５ａは、第１端部１５３ａ及び第２端部１５４ａを通る直線（即ち、Ｘ軸）に対して線対称な形状をしている。すなわち、１番目の第１ヒンジ１０５ａにおいて、第１蛇行部１５１ａは、第１端部１５３ａ及び第２端部１５４ａからＹ軸方向へ第２蛇行部１５２ａとは反対側に突出している。第１蛇行部１５１ａの突出量は、第２蛇行部１５２ａの突出量と略同じである。
　また、アクチュエータ寄りの第２領域Ｒ２において、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第１蛇行部１５１ｂは、中間線Ｌを越えて１番目の第１ヒンジ１０５ａ側に突出している。２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第１蛇行部１５１ｂのＹ軸方向には、１番目の第１ヒンジ１０５ａの蛇行部１５０ａが存在しないので、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第１蛇行部１５１ｂは、中間線Ｌを越えて１番目の第１ヒンジ１０５ａ側に突出することができる。第１蛇行部１５１ｂは、１番目の第１ヒンジ１０５ａの第１端部１５３ａの手前まで突出している。
　尚、２番目の第１ヒンジ１０５ｂは、第１端部１５３ｂ及び第２端部１５４ｂを通る直線（即ち、Ｘ軸）に対して線対称な形状をしている。すなわち、２番目の第１ヒンジ１０５ｂにおいて、第２蛇行部１５２ｂは、第１端部１５３ｂ及び第２端部１５４ｂからＹ軸方向へ第１蛇行部１５１ｂとは反対側に突出している。第２蛇行部１５２ｂの突出量は、第１蛇行部１５１ｂの突出量と略同じである。
　次に、Ｙ軸方向の端部から２番目の第１ヒンジ１０５ｂと３番目の第１ヒンジ１０５ｃとの関係について説明する。
　３番目の第１ヒンジ１０５ｃは、１番目の第１ヒンジ１０５ａと同様の構成をしている。すなわち、３番目の第１ヒンジ１０５ｃにおいては、第１端部１５３ｃが第２端部１５４ｃよりも長く、蛇行部１５０ｃがアクチュエータ１０４よりもミラー１３１の近くに設けられている。そのため、３番目の第１ヒンジ１０５ｃの蛇行部１５０ｃと、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの蛇行部１５０ｂとは、Ｘ軸方向位置が異なる。
　そして、第２領域Ｒ２において、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第２蛇行部１５２ｂは、前述の如く、第１蛇行部１５１ｂと同様にＹ軸方向に拡大されており、中間線Ｌを越えて３番目の第１ヒンジ１０５ｃ側に突出している。２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第２蛇行部１５２ｂのＹ軸方向には、３番目の第１ヒンジ１０５ｃの蛇行部１５０ｃが存在しないので、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第２蛇行部１５２ｂは、中間線Ｌを越えて３番目の第１ヒンジ１０５ｃ側に突出することができる。第２蛇行部１５２ｂは、３番目の第１ヒンジ１０５ｃの第１端部１５３ｃの手前まで突出している。
　また、第１領域Ｒ１において、３番目の第１ヒンジ１０５ｃの第１蛇行部１５１ｃは、中間線Ｌを越えて２番目の第１ヒンジ１０５ｂ側に突出している。３番目の第１ヒンジ１０５ｃの第１蛇行部１５１ｃのＹ軸方向には、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの蛇行部１５０ｂが存在しないので、３番目の第１ヒンジ１０５ｃの第１蛇行部１５１ｃは、中間線Ｌを越えて２番目の第１ヒンジ１０５ｂ側に突出することができる。第１蛇行部１５１ｃは、２番目の第１ヒンジ１０５ｂの第２端部１５４ｂの手前まで突出している。
　尚、３番目の第１ヒンジ１０５ｃは、第１端部１５３ｃ及び第２端部１５４ｃを通る直線（即ち、Ｘ軸）に対して線対称な形状をしている。すなわち、３番目の第１ヒンジ１０５ｃにおいて、第２蛇行部１５２ｃは、第１端部１５３ｃ及び第２端部１５４ｃからＹ軸方向へ第１蛇行部１５１ｃとは反対側に突出している。第２蛇行部１５２ｃの突出量は、第１蛇行部１５１ｃの突出量と略同じである。
　このように、Ｙ軸方向の端部から奇数番目の第１ヒンジ１０５は、１番目の第１ヒンジ１０５ａと同様の構成をしている。一方、Ｙ軸方向の端部から偶数番目の第１ヒンジ１０５は、２番目の第１ヒンジ１０５ｂと同様の構成をしている。そして、奇数番目の第１ヒンジ１０５と偶数番目の第１ヒンジ１０５とでは、蛇行部１５０の位置がＸ軸方向に互いにずれており、蛇行部１５０のＹ軸方向寸法が拡大されている。
　第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法を拡大すると、Ｙ軸方向に延びる線部（以下、「横線部」という）１５１０の長さが長くなる。横線部１５１０の長さを長くすることによって、第１ヒンジ１０５のＸ軸方向の剛性を小さくすることができる。
　　－第１ヒンジの剛性－
　以下に第１ヒンジ１０５の剛性について説明する。
　第１ヒンジ１０５の剛性を計算するために、図５に示すヒンジモデルＭ１を設定した。
　ヒンジモデルＭ１は、第１ヒンジ１０５と同様の構成をしている。詳しくは、ヒンジモデルＭ１は、蛇行部１５０と、第１端部１５３と、第２端部１５４とを備えている。蛇行部１５０は、並設された第１蛇行部１５１と第２蛇行部１５２とを有する。第１蛇行部１５１は、８個の第１凸部１５５，１５５，…と７個の第１凹部１５６，１５６，…とを有している。第２蛇行部１５２は、８個の第２凸部１５７，１５７，…と７個の第２凹部１５８，１５８，…とを有している。７個の第１凹部１５６，１５６，…と７個の第２凹部１５８，１５８，…とはそれぞれ、互いに連結されている。
　ヒンジモデルＭ１の寸法については、ヒンジ線の幅が３μm、ヒンジ線間の間隔が３μm、ヒンジ線の厚さが１０μm、Ｙ軸方向の全幅が１２０μmである。
　ヒンジモデルＭ１の材料は、シリコンであり、図５に示すような結晶方位を設定する。ヒンジモデルＭ１の材料物性値を図６に示す。
　Ｘ軸方向については、ヒンジモデルＭ１の一端を固定端とし、ヒンジモデルＭ１の他端に１×１０－５ＮのＸ軸方向の引張り力Ｆｘを作用させる。Ｘ軸方向への変形量をδｘとして、Ｋｘを以下のように定義する。
　　Ｋｘ＝Ｆｘ／δｘ
となる。Ｋｘは、Ｘ軸方向へのヒンジモデルＭ１のバネ定数に相当する値であり、以下、Ｋｘを「Ｘ軸方向の剛性」と称する。
　Ｙ軸方向については、ヒンジモデルＭ１の一端を固定端とし、ヒンジモデルＭ１の他端に１×１０－５ＮのＹ軸方向の引張り力Ｆｙを作用させる。このとき、ヒンジモデルＭ１の他端は、Ｘ軸方向への変位が禁止され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にのみ変位可能となるように拘束条件が設定されている。Ｙ軸方向への変形量をδｙとして、Ｋｙを以下のように定義する。
　　Ｋｙ＝Ｆｙ／δｙ
となる。このような拘束条件を設定した理由は、モデルの挙動が実際のミラーデバイス１００における第１ヒンジ１０５の挙動に近似するからである。Ｋｙは、Ｙ軸方向へのヒンジモデルＭ１の剛性に関連した値であり、以下、説明の便宜上、Ｋｙを「Ｙ軸方向の剛性」と称する。
　このような条件で、ANSYS Workbench Mechanical バージョン１４．０を使用し、静的構造解析によりＸ軸方向の剛性Ｋｘ及びＹ軸方向の剛性Ｋｙを求めた。
　まず、ヒンジモデルＭ１のＹ軸方向寸法Ｗを変更して、Ｙ軸方向寸法Ｗが異なる様々なモデルについてＸ軸方向の剛性Ｋｘ及びＹ軸方向の剛性Ｋｙを求めた。Ｙ軸方向寸法Ｗは、第１蛇行部１５１の横線部１５１０と第２蛇行部１５２の横線部１５１０とを足した寸法に略等しい。その結果を、図７，８に示す。図７は、Ｙ軸方向寸法ＷとＸ軸方向の剛性Ｋｘとの関係を示すグラフである。図８は、Ｙ軸方向寸法ＷとＹ軸方向の剛性Ｋｙとの関係を示すグラフである。
　次に、ヒンジモデルＭ１の第１凸部１５５及び第２凸部１５７の各個数Ｎ（以下、「凸部の個数Ｎ」という）を変更して、凸部の個数Ｎが異なるモデルについてＸ軸方向の剛性Ｋｘ及びＹ軸方向の剛性Ｋｙを求めた。その結果を、図９，１０に示す。図９は、凸部の個数ＮとＸ軸方向の剛性Ｋｘとの関係を示すグラフである。図１０は、凸部の個数ＮとＹ軸方向の剛性Ｋｙとの関係を示すグラフである。
　まず、Ｙ軸方向寸法Ｗを変化させた場合のＸ軸方向の剛性Ｋｘの変化とＹ軸方向の剛性Ｋｙの変化とを比較する。図７，８によれば、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘは、Ｙ軸方向寸法Ｗの逆数の３乗に略比例するのに対し、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙは、Ｙ軸方向寸法Ｗの逆数に略比例する。つまり、Ｙ軸方向寸法Ｗを大きくすることは、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙを低下させる効果よりもＸ軸方向の剛性Ｋｘを低下させる効果の方が大きい。
　次に、凸部の個数Ｎを変化させた場合のＸ軸方向の剛性Ｋｘの変化とＹ軸方向の剛性Ｋｙの変化とを比較する。図９，１０によれば、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘは、凸部の個数Ｎの逆数に略比例するのに対し、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙは、凸部の個数Ｎの逆数の３乗に略比例する。つまり、凸部の個数Ｎを増やすことは、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘを低下させる効果よりもＹ軸方向の剛性Ｋｙを低下させる効果の方が大きい。
　さらに、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘに与える影響をＹ軸方向寸法Ｗと凸部の個数Ｎとで比較する。図７，９によれば、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘは、Ｙ軸方向寸法Ｗの逆数の３乗に略比例し、凸部の個数Ｎの逆数に略比例する。つまり、Ｙ軸方向寸法Ｗを大きくすることの方が、凸部の個数Ｎを増やすことよりも、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘを低下させるのに効率的である。
　次に、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙに与える影響をＹ軸方向寸法Ｗと凸部の個数Ｎとで比較する。図８，１０によれば、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙは、Ｙ軸方向寸法Ｗの逆数に略比例し、凸部の個数Ｎの逆数の３乗に略比例する。つまり、Ｙ軸方向寸法Ｗを長くしても、凸部の個数Ｎを増やすことに比べて、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙを低下させる効果は小さい。
　以上の結果から、凸部の個数Ｎを増やすと、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘを低下させることができるものの、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙも大きく低下させてしまう。それに対して、Ｙ軸方向寸法Ｗを大きくすると、Ｙ軸方向の剛性Ｋｙをそれほど低下させることなく、Ｘ軸方向の剛性Ｋｘを低下させることができる。
　　－第１ヒンジの剛性と第２ヒンジの剛性－
　続いて、第１ヒンジ１０５及び第２ヒンジ１０６の剛性について説明する。
　第２ヒンジ１０６の剛性は、第１ヒンジ１０５の剛性よりも大きくなっている。詳しくは、第２ヒンジ１０６のＸ軸方向の剛性は、第１ヒンジ１０５のＸ軸方向の剛性よりも大きい。これにより、ミラー１３１が傾動するときに、可動櫛歯電極１０７がＸ軸方向にずれることを防止することができる。つまり、ベース部１０２の形状は不変なので、アクチュエータ１０４が湾曲してミラー１３１が傾動するためには、第１ヒンジ１０５及び第２ヒンジ１０６がＸ軸方向へ伸びる必要がある。このとき、第２ヒンジ１０６の剛性が第１ヒンジ１０５の剛性よりも小さい場合には、ミラー１３１がアクチュエータ１０４の方へ大きく変位する。すると、可動櫛歯電極１０７もアクチュエータ１０４の方へ変位し、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が変化する。つまり、可動櫛歯電極１０７と固定櫛歯電極１０８との間の静電容量が、ミラー１３１の傾動に伴う可動櫛歯電極１０７の傾動以外の原因で変化してしまう。それに対し、第２ヒンジ１０６のＸ軸方向の剛性が第１ヒンジ１０５のＸ軸方向の剛性よりも大きいと、第１ヒンジ１０５の方が第２ヒンジ１０６よりも大きく伸びる。これにより、ミラー１３１の、アクチュエータ１０４の方への変位が抑制される。その結果、ミラー１３１の傾動に伴う可動櫛歯電極１０７の傾動以外の原因による静電容量の変化を抑制することができる。
　　－まとめ－
　ミラーアレイ１は、Ｙ軸方向に配列された複数のミラー１３１，１３１，…と、前記ミラー１３１，１３１，…を駆動する複数のアクチュエータ１０４，１０４，…と、前記ミラー１３１を支持し、弾性的に変形可能であって、Ｙ軸方向に配列された複数の第１ヒンジ１０５，１０５，…とを備え、前記第１ヒンジ１０５は、Ｙ軸方向に蛇行しながら前記第１端部１５３から前記第２端部１５４へ延びる蛇行部１５０を有し、隣り合う２つの前記第１ヒンジ１０５，１０５において、所定の第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ１０５の前記蛇行部１５０が該２つの第１ヒンジ１０５，１０５の間の中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ１０５の方へ突出し、前記第１領域Ｒ１とは異なる第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ１０５の前記蛇行部１５０が該中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ１０５の方へ突出している。
　この構成によれば、隣り合う２つの第１ヒンジ１０５，１０５の一方の第１ヒンジ１０５の蛇行部１５０（詳しくは、第２蛇行部１５２）は、第１領域Ｒ１において、中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ１０５の方へ突出し、他方の第１ヒンジ１０５の蛇行部１５０（詳しくは、第１蛇行部１５１）は、第２領域Ｒ２において、中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ１０５の方へ突出している。つまり、第１端部１５３から第２端部１５４の方を向いて見たときに、隣り合う２つの第１ヒンジ１０５，１０５が互いに部分的に重なっている。これにより、第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法を拡大することができる。第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法は、Ｙ軸方向の剛性よりもＸ軸方向の剛性に与える影響が大きい。つまり、第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法を大きくすることによって、第１ヒンジ１０５のＹ軸方向の剛性をあまり低減することなく、Ｘ軸方向の剛性を効果的に低減することができる。
　Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を比較的小さくすることによって、ミラー１３１を変位させる際の第１ヒンジ１０５の変形を容易にすることができる。つまり、ミラー１３１が変位する際には、第１ヒンジ１０５は湾曲する必要がある。Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性が大きいと、第１ヒンジ１０５がミラー１３１の変位する際の抵抗となる。それに対して、Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性が小さいと、第１ヒンジ１０５がＸ軸方向に伸縮しやすくなる。第１ヒンジ１０５がＸ方向に伸縮しやすいと、第１ヒンジ１０５の湾曲も容易になる。すなわち、Ｘ軸方向に伸縮しやすくなることは、湾曲し易さにも寄与する。その結果、ミラー１３１を容易に変位させることができる。ひいては、アクチュエータ１０４の駆動電圧を低減することができる。また、Ｙ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を比較的大きくすることによって、ミラー１３１が周辺の部材と衝突することを抑制することができる。
　こうして、１つのヒンジにおいて、Ｘ軸方向の剛性を小さくし、Ｙ軸方向の剛性を大きくすることができる。
　また、ミラーアレイ１は、ベース部１０２と、一端部が前記ミラー１３１に連結され、他端部が前記ベース部１０２に連結され、弾性的に変形可能な複数の第２ヒンジ１０６とをさらに備え、前記第１ヒンジ１０５は、第２端部１５４が前記ミラー１３１に連結され、第１端部１５３が前記アクチュエータ１０４に連結されている。
　この構成によれば、第１ヒンジ１０５は、ミラー１３１のうちアクチュエータ１０４側の部分を支持する。ミラー１３１のうちベース部１０２側の部分は、第２ヒンジ１０６に支持されている。第２ヒンジ１０６は、ベース部１０２に連結されているので、ミラー１３１のうち第２ヒンジ１０６が連結された部分は、ミラー１３１が駆動される際に大きくは変位しない。その一方で、ミラー１３１のうち第１ヒンジ１０５が連結された部分は、アクチュエータ１０４の変動に応じて大きく変位する。その際、第１ヒンジ１０５は、湾曲する。Ｘ軸方向の第１ヒンジ１０５の剛性を小さくすることによって、第１ヒンジ１０５は容易に湾曲することができ、第１ヒンジ１０５がミラー１３１の変位を妨げることを抑制することができる。ひいては、アクチュエータ１０４の駆動電圧を低減することができる。
　前記隣り合う２つの第１ヒンジ１０５，１０５は、隣り合う２つの前記ミラー１３１，１３１の一方のミラー１３１に連結された第１ヒンジ１０５と他方のミラー１３１に連結された第１ヒンジ１０５である。
　ここで、各ミラー１３１の第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法を拡大する方策としては、各ミラー１３１のＹ軸方向寸法を大きくすることや、隣り合う２つのミラー１３１，１３１のＹ軸方向、即ち、配列方向の間隔を大きくすることが考えられる。しかしながら、各ミラー１３１のＹ軸方向寸法を大きくしたり、ミラー１３１，１３１の配列方向の間隔を大きくしたりすると、ミラーアレイ１の全体的な寸法が大きくなってしまう。また、ミラーアレイ１を波長選択スイッチ２に適用する場合には、ミラー１３１，１３１の配列方向の間隔が大きくなると、光のロスが大きくなってしまう。
　それに対し、前記の構成によれば、各ミラー１３１のＹ軸方向寸法を大きくしたり、ミラー１３１，１３１の配列方向の間隔を大きくしたりしなくても、第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法を拡大することができる。つまり、各ミラー１３１のＹ軸方向寸法やミラー１３１，１３１間の間隔が決められた中で、第１ヒンジ１０５のＹ軸方向寸法を可及的に拡大することができる。
　また、ミラーアレイ１は、前記ミラー１３１の変位量（傾動量）を検出する検出部をさらに備え、前記アクチュエータ１０４は、前記検出部の検出結果に基づいて制御される。
　この構成によれば、ミラー１３１の変位量を精度良く制御することができる。つまり、前記の構成においては、隣り合う２つの第１ヒンジ１０５，１０５は、形状が異なり、ひいては、ヒンジとしての特性が異なる。そのため、アクチュエータ１０４を同じように作動させたとしても、一方の第１ヒンジ１０５に連結されたミラー１３１と他方の第１ヒンジ１０５に連結されたミラー１３１とでは変位量が異なる虞がある。そこで、前記検出部を設け、アクチュエータ１０４を検出部の検出結果に基づいて制御することによって、ミラー１３１の変位量を精度良く制御することができる。
　前記検出部は、固定櫛歯電極１０８と、前記ミラー１３１に連結され、該固定櫛歯電極１０８に対向する可動櫛歯電極１０７とを有し、前記アクチュエータ１０４は、前記固定櫛歯電極１０８と前記可動櫛歯電極１０７との間の静電容量に基づいて制御される。
　前記の構成によれば、ミラー１３１が変位すると、それに伴って可動櫛歯電極１０７が変位し、固定櫛歯電極１０８と可動櫛歯電極１０７との間の静電容量が変化する。つまり、固定櫛歯電極１０８と可動櫛歯電極１０７との間の静電容量を検出することによって、ミラー１３１の変位量を求めることができる。
　　－ミラーアレイの変形例－
　続いて、ミラーアレイ１の変形例について説明する。図１１に、ミラーアレイ２０１の平面図を示す。変形例に係るミラーアレイ２０１は、ミラーデバイス２００の構成が前記ミラーデバイス１００と異なる。以下、ミラーアレイ２０１の構成のうち、ミラーアレイ１と異なる部分を中心に説明する。変形例に特有の構成については、２００番台の符号を付して説明する場合がある。ミラーアレイ１と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
　ミラーアレイ２０１は、複数のミラーデバイス２００，２００，…を備えている。ミラーデバイス２００は、ベース部２０２と、ミラー１３１と、ミラー１３１を駆動する２つのアクチュエータ２０４，２０４と、ミラー１３１をアクチュエータ２０４と連結する２つの第１ヒンジ２０５，２０５と、ミラー１３１とベース部２０２とを連結する第２ヒンジ２０６と、ミラー１３１に設けられた第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂと、ベース部２０２に設けられた第１固定櫛歯電極２０８Ａ及び第２固定櫛歯電極２０８Ｂと、制御部１０とを有している。ミラーデバイス２００は、２つのアクチュエータ２０４，２０４によりミラー１３１を駆動する。ミラーアレイ２０１は、いくつかのミラーデバイス２００，２００，…ごとに共通の１つの制御部１０を有している。尚、ミラーアレイ２０１は、ミラーデバイス２００ごとに１つの制御部１０を有していても、すべてのミラーデバイス２００，２００，…で共通の１つの制御部１０を有していてもよい。
　アクチュエータ２０４の基本的な構成は、実施形態１のアクチュエータ１０４と同じである。アクチュエータ本体２４１の表面に圧電素子２４２が積層されている。
　アクチュエータ本体２４１の先端部は、第１ヒンジ２０５を介してミラー１３１に連結されている。２つの第１ヒンジ２０５，２０５はそれぞれ、ミラー１３１の第１短辺１３１ａにおいてＸ軸に対称な位置に連結されている。第１ヒンジ２０５は、並設された２つの蛇行部を有している。各蛇行部は、交互に配列された凸部と凹部とを有している。２つの蛇行部の凹部同士が連結されている。ただし、１つのミラーデバイス２００において、２つの第１ヒンジ２０５，２０５が設けられている。
　第２ヒンジ２０６は、前記第２ヒンジ１０６と同じ構成をしている。ただし、１つのミラーデバイス２００において、１つの第２ヒンジ２０６が設けられている。第２ヒンジ２０６は、ミラー１３１の第２短辺１３１ｂの中央に連結されている。
　第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、第１アーム部２７９ａ及び第２アーム部２７９ｂを介してミラー１３１の第２短辺１３１ｂに片持ち状に設けられている。第１アーム部２７９ａは、Ｘ軸方向に延びている。第２アーム部２７９ｂは、第１アーム部２７９ａの途中からＹ軸方向に分岐している。
　第１可動櫛歯電極２０７Ａは、２つの第１電極指２７１ａ，２７１ａを有している。第１可動櫛歯電極２０７Ａは、Ｘ軸上に位置している。第１可動櫛歯電極２０７Ａは、第２ヒンジ２０６よりもミラー１３１から離れている。２つの第１電極指２７１ａ，２７１ａは、互いに平行にＹ軸方向に延びている。
　第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、２つの第２電極指２７１ｂ，２７１ｂを有している。第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、Ｘ軸上ではなく、Ｘ軸からＹ軸方向にオフセットした位置に配置されている。第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、Ａ軸上に位置している。２つの第２電極指２７１ｂ，２７１ｂは、互いに平行にＸ軸方向に延びている。
　第１可動櫛歯電極２０７Ａ、第２可動櫛歯電極２０７Ｂ、第１アーム部２７９ａ及び第２アーム部２７９ｂは、第１シリコン層１９１で形成されている。尚、第１電極指２７１ａ及び第２電極指２７１ｂの個数は、２つに限られるものではない。
　一方、ベース部２０２には、第１可動櫛歯電極２０７Ａが入り込む凹部２０２ａが形成されている。凹部２０２ａに第１固定櫛歯電極２０８Ａが設けられている。第１固定櫛歯電極２０８Ａは、２つの第１電極指２８１ａ，２８１ａを有している。２つの第１電極指２８１ａ，２８１ａは、互いに平行にＹ軸方向に延びている。各第１電極指２８１ａは、第１可動櫛歯電極２０７Ａの第１電極指２７１ａの間に入り込んでいる。つまり、第１可動櫛歯電極２０７Ａの第１電極指２７１ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａの第１電極指２８１ａとは互いに対向している。
　また、ベース部２０２には、第２固定櫛歯電極２０８Ｂが設けられている。第２固定櫛歯電極２０８Ｂは、２つの第２電極指２８１ｂ，２８１ｂを有している。２つの第２電極指２８１ｂ，２８１ｂは、互いに平行にＸ軸方向に延びている。各第２電極指２８１ｂは、第２可動櫛歯電極２０７Ｂの第２電極指２７１ｂの間に入り込んでいる。つまり、第２可動櫛歯電極２０７Ｂの第２電極指２７１ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂの第２電極指２８１ｂとは互いに対向している。
　第１固定櫛歯電極２０８Ａ及び第２固定櫛歯電極２０８Ｂは、第１シリコン層１９１で形成されている。ただし、第１固定櫛歯電極２０８Ａ及び第２固定櫛歯電極２０８Ｂは、第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂとは電気的に絶縁されている。尚、第１電極指２８１ａ及び第２電極指２８１ｂの個数は、２つに限られるものではない。
　ベース部２０２には、第１検出端子２２２、第２検出端子２２３及び第３検出端子２２４が設けられている。第１検出端子２２２及び第２検出端子２２３を介して第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの静電容量を検出することができる。第１検出端子２２２及び第３検出端子２２４を介して第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの静電容量を検出することができる。
　第１検出端子２２２は、ベース部２０２の第１シリコン層１９１のうち第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂと電気的に導通している部分の表面に設けられている。
　第２検出端子２２３は、第１電極部２２５の表面に設けられている。第１電極部２２５は、ベース部２０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部２０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。第１電極部２２５は、第１固定櫛歯電極２０８Ａが連結されている。
　第３検出端子２２４は、第２電極部２２６の表面に設けられている。第２電極部２２６は、ベース部２０２の第１シリコン層１９１で形成され、ベース部２０２の酸化膜層１９２上においてその周りの部分から孤立し、電気的に絶縁されている。第２電極部２２６は、第２固定櫛歯電極２０８Ｂが連結されている。
　尚、ミラーアレイ２０１には、ミラーアレイ１のような参照電極１９４が設けられていない。ただし、ミラーアレイ２０１においても参照電極を設けてもよい。
　ミラーデバイス２００は、圧電素子２４２へ駆動電圧を印加することによって、アクチュエータ２０４を上方に湾曲させる。これにより、ミラー１３１を傾動させる。このとき、１つのミラー１３１に連結された２つのアクチュエータ２０４，２０４の湾曲量を同じにすることによって、ミラー１３１をＡ軸周りに傾動させることができる。一方、２つのアクチュエータ２０４，２０４の湾曲量をそれぞれ異ならせることによって、ミラー１３１をＸ軸周りに傾動させることができる。
　ミラー１３１が傾動すると、それに伴って第１可動櫛歯電極２０７Ａ及び第２可動櫛歯電極２０７Ｂも傾動する。詳しくは、ミラー１３１がＡ軸周りに傾動すると、第１可動櫛歯電極２０７Ａが上下に変位し、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量が変化する。第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量は、第１検出端子２２２及び第２検出端子２２３を介して検出することができる。圧電素子２４２，２４２の駆動電圧をこの静電容量の変化に基づいて調整することによって、ミラー１３１のＡ軸周りの傾動量を精度良く制御することができる。また、ミラー１３１がＸ軸周りに傾動すると、第２可動櫛歯電極２０７Ｂが上下に変位し、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量が変化する。第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量は、第１検出端子２２２及び第３検出端子２２４を介して検出することができる。圧電素子２４２，２４２の駆動電圧をこの静電容量の変化に基づいて調整することによって、ミラー１３１のＸ軸周りの傾動量を精度良く制御することができる。
　尚、ミラー１３１がＡ軸回りに傾動するときには、それに伴って第２可動櫛歯電極２０７Ｂも変位するが、第２可動櫛歯電極２０７ＢはＡ軸上に位置するため、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量の変化は小さい。つまり、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量は、主にミラー１３１のＸ軸周りの傾動に起因して変化し、ミラー１３１のＡ軸周りの傾動の影響は小さい。また、ミラー１３１がＸ軸周りに傾動するときには、それに伴って第１可動櫛歯電極２０７Ａも変位するが、第１可動櫛歯電極２０７ＡはＸ軸上に位置するため、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量の変化は小さい。つまり、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量は、主にミラー１３１のＡ軸周りの傾動に起因して変化し、ミラー１３１のＸ軸周りの傾動の影響は小さい。
　ここで、第１可動櫛歯電極２０７Ａは、第１ヒンジ２０５よりも第２ヒンジ２０６の近くに配置されている。つまり、第１可動櫛歯電極２０７Ａは、Ａ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー１３１がＡ軸周りに傾動するときの第１可動櫛歯電極２０７Ａの変位量が抑制される。その結果、第１可動櫛歯電極２０７Ａと第１固定櫛歯電極２０８Ａとの間の静電容量を検出できるミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ａ軸周りのミラー１３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。また、第２可動櫛歯電極２０７Ｂは、Ｘ軸の近傍に設けられている。そのため、ミラー１３１がＸ軸周りに傾動するときの第２可動櫛歯電極２０７Ｂの変位量が抑制される。その結果、第２可動櫛歯電極２０７Ｂと第２固定櫛歯電極２０８Ｂとの間の静電容量を検出できるミラー１３１の傾動範囲を拡大することができる。つまり、Ｘ軸周りのミラー１３１の傾動量を精度良く制御できる範囲を拡大することができる。
　このように構成されたミラーアレイ２０１においては、ミラー１３１ごとに２つの第１ヒンジ１０５，１０５が設けられている。すなわち、１つのミラーデバイス２００内において、２つの第１ヒンジ１０５，１０５が隣り合っている。さらに、複数のミラーデバイス２００，２００，…が配列されているため、一のミラーデバイス２００の第１ヒンジ１０５は、該ミラーデバイス２００に隣り合うミラーデバイス２００の第１ヒンジ１０５と隣り合っている。
　このような構成であっても、隣り合う第１ヒンジ２０５，２０５の構成は、前記ミラーアレイ１と同様である。すなわち、ミラーアレイ２０１においては、第１ヒンジ２０５は、ミラー１３１ごとに複数設けられている。そして、１つのミラー１３１に設けられた、隣り合う２つの第１ヒンジ２０５，２０５は、第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ２０５の蛇行部２５０の少なくとも一部が該２つの第１ヒンジ２０５，２０５の間の中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ２０５の方へ突出し、第１領域Ｒ１とは異なる第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ２０５の蛇行部２５０の少なくとも一部が該中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ２０５の方へ突出している。
　また、隣り合う、一のミラーデバイス２００の第１ヒンジ２０５と別のミラーデバイス２００の第１ヒンジ２０５は、第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ２０５の蛇行部２５０の少なくとも一部が該２つの第１ヒンジ２０５，２０５の間の中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ２０５の方へ突出し、第１領域Ｒ１とは異なる第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ２０５の蛇行部２５０の少なくとも一部が該中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ２０５の方へ突出している。
　つまり、ミラーアレイ１と同様に、Ｙ軸方向の端部から奇数番目の第１ヒンジ２０５の蛇行部２５０とＹ軸方向の端部から偶数番目の第１ヒンジ２０５とは、Ｘ軸方向の位置が互いにずれており、それぞれ蛇行部２５０のＹ軸方向寸法が拡大されている。こうして、第１ヒンジ２０５のＹ軸方向寸法を大きくすることによって、第１ヒンジ２０５のＹ軸方向の剛性をあまり低減することなく、Ｘ軸方向の剛性を効果的に低減することができる。
　　－ヒンジの変形例－
　次に、ヒンジの変形例について説明する。図１２は、変形例１に係る、並設された２つの第１ヒンジ３０５，３０５の平面図である。以下、第１ヒンジ３０５のうち、前記第１ヒンジ１０５と異なる部分を中心に説明する。第１ヒンジ３０５の構成については、３００番台の符号を付して説明する。第１ヒンジ１０５と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
　変形例１に係る第１ヒンジ３０５は、蛇行部３５０と、第１端部３５３と、第２端部３５４とを備えている。蛇行部３５０は、並設された第１蛇行部３５１と第２蛇行部３５２とを有する。第１蛇行部３５１の一端部と第２蛇行部３５２の一端部とは、第１端部３５３に連結されている。第１蛇行部３５１の他端部と第２蛇行部３５２の他端部とは、第２端部３５４に連結されている。第１端部３５３は、アクチュエータ（図示省略）に連結されている。第２端部３５４は、ミラー（図示省略）に連結されている。
　第１蛇行部３５１は、交互に配列された複数の第１凸部３５５，３５５，…と複数の第１凹部３５６，３５６，…とを有している。第２蛇行部３５２は、交互に配列された複数の第２凸部３５７，３５７，…と複数の第２凹部３５８，３５８，…とを有している。第１凹部３５６，３５６，…と第２凹部３５８，３５８，…とはそれぞれ、互いに連結されている。第１凹部３５６及び第２凹部３５８のＸ軸方向寸法は、第１凸部３５５及び第２凸部３５７のＸ軸方向寸法よりも広くなっている。
　ここで、隣り合う２つの第１ヒンジ３０５，３０５においては、それぞれの蛇行部３５０，３５０のＸ軸方向位置がずれている。詳しくは、一方の第１ヒンジ３０５の第１凸部３５５及び第２凸部３５７と他方の第１ヒンジ３０５の第１凹部３５６及び第２凹部３５８のＸ軸方向位置が一致し、一方の第１ヒンジ３０５の第１凹部３５６及び第２凹部３５８と他方の第１ヒンジ３０５の第１凸部３５５及び第２凸部３５７のＸ軸方向位置が一致している。そして、所定の第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ３０５の第２凸部３５７は、２つの第１ヒンジ３０５，３０５の間の中間線Ｌを越えて、他方の第１ヒンジ３０５の第１凹部３５６の中に入り込んでいる。また、所定の第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ３０５の第１凸部３５５は、中間線Ｌを越えて、一方の第１ヒンジ３０５の第２凹部３５８の中に入り込んでいる。
　このような構成であっても、隣り合う２つの第１ヒンジ３０５，３０５において、所定の第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ３０５の蛇行部３５０が該２つの第１ヒンジ３０５，３０５の間の中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ３０５の方へ突出し、第１領域Ｒ１とは異なる第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ３０５の蛇行部３５０が該中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ３０５の方へ突出している構成を実現することができる。
　図１３は、変形例２に係る、並設された２つの第１ヒンジ４０５，４０５の平面図である。以下、第１ヒンジ４０５のうち、前記第１ヒンジ１０５と異なる部分を中心に説明する。第１ヒンジ４０５の構成については、４００番台の符号を付して説明する。第１ヒンジ１０５と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
　変形例２に係る第１ヒンジ４０５は、２つの蛇行部４５０，４５０と、第１端部４５３と、第２端部４５４と、２つの蛇行部４５０，４５０を連結する中間部４５９とを備えている。蛇行部４５０は、ジグザグ状にＹ軸方向に蛇行している。蛇行部４５０は、蛇行部１５０のように、２つの蛇行部の凹部同士が連結された構成とはなっていない。第１ヒンジ４０５においては、第１端部４５３、蛇行部４５０、中間部４５９、蛇行部４５０、第２端部４５４の順に並んでいる。中間部４５９は、第１端部４５３及び第２端部４５４と同様に、Ｘ軸方向に延びる線条で構成されている。
　ここで、隣り合う２つの第１ヒンジ４０５，４０５においては、それぞれの蛇行部４５０，４５０のＸ軸方向位置がずれている。詳しくは、一方の第１ヒンジ４０５の１つ目の蛇行部４５０は、他方の第１ヒンジ４０５の第１端部４５３とＸ軸方向が一致し、２つ目の蛇行部４５０は、他方の第１ヒンジ４０５の中間部４５９とＸ軸方向が一致している。また、他方の第１ヒンジ４０５の１つ目の蛇行部４５０は、一方の第１ヒンジ４０５の中間部４５９とＸ軸方向が一致し、２つ目の蛇行部４５０は、一方の第１ヒンジ４０５の第２端部４５４とＸ軸方向が一致している。そして、所定の第１領域Ｒ１においては、一方の第１ヒンジ４０５の蛇行部４５０，４５０は、２つの第１ヒンジ４０５，４０５の間の中間線Ｌを越えて、他方の第１ヒンジ４０５の方へ突出している。また、所定の第２領域Ｒ２においては、他方の第１ヒンジ４０５の蛇行部４５０，４５０は、中間線Ｌを越えて、一方の第１ヒンジ４０５の方へ突出している。
　図１４は、変形例３に係る、並設された２つの第１ヒンジ５０５，５０５の平面図である。以下、第１ヒンジ５０５のうち、前記第１ヒンジ５０５と異なる部分を中心に説明する。第１ヒンジ５０５の構成については、５００番台の符号を付して説明する。第１ヒンジ１０５と同様の機能を有する構成は、十の位以下の数字及び記号を同じものにしている。
　変形例３に係る第１ヒンジ５０５は、蛇行部５５０と、第１端部５５３と、第２端部５５４とを備えている。蛇行部５５０は、並設された第１蛇行部５５１と第２蛇行部５５２とを有する。第１蛇行部５５１の一端部と第２蛇行部５５２の一端部とは、第１端部５５３に連結されている。第１蛇行部５５１の他端部と第２蛇行部５５２の他端部とは、第２端部５５４に連結されている。第１端部５５３は、アクチュエータ（図示省略）に連結されている。第２端部５５４は、ミラー（図示省略）に連結されている。
　第１蛇行部５５１は、交互に配列された複数の第１凸部５５５，５５５，…と複数の第１凹部５５６，５５６，…とを有している。第２蛇行部５５２は、交互に配列された複数の第２凸部５５７，５５７，…と複数の第２凹部５５８，５５８，…とを有している。第１凹部５５６，５５６，…と第２凹部５５８，５５８，…とはそれぞれ、互いに連結されている。
　ここで、隣り合う２つの第１ヒンジ５０５，５０５のうち一方の第１ヒンジ５０５においては、蛇行部５５０のＹ軸方向寸法が第１端部５５３から第２端部５５４に向かって徐々に小さくなっている。他方の第１ヒンジ５０５においては、蛇行部５５０のＹ軸方向寸法が第１端部５５３から第２端部５５４に向かって徐々に大きくなっている。
　そして、一方の第１ヒンジ５０５の第１凸部５５５及び第２凸部５５７のＸ軸方向位置と、他方の第１ヒンジ５０５の第１凸部５５５及び第２凸部５５７のＸ軸方向位置とが一致している。ただし、一方の第１ヒンジ５０５と他方の第１ヒンジ５０５とでは、蛇行部５５０のＹ軸方向寸法の変化の昇降順が逆である。そのため、一方の蛇行部５５０のうちＹ軸方向寸法が大きい部分には、他方の蛇行部５５０のＹ軸方向寸法が小さい部分がＸ軸方向に並んでおり、一方の蛇行部５５０のうちＹ軸方向寸法が小さい部分には、他方の蛇行部５５０のＹ軸方向寸法が大きい部分がＸ軸方向に並んでいる。
　つまり、隣り合う２つの第１ヒンジ５０５，５０５において、第１端部５５３寄りの第１領域Ｒ１では、一方の第１ヒンジ５０５の蛇行部５５０（詳しくは、第２蛇行部５５２）が該２つの第１ヒンジ５０５，５０５の間の中間線Ｌを越えて他方の第１ヒンジ５０５の方へ突出している。ただし、蛇行部５５０の突出量は、第１端部５５３から第２端部５５４に向かって徐々に減少している。第２端部５５４寄りの第２領域Ｒ２では、一方の第１ヒンジ５０５の蛇行部５５０は、中間線Ｌを越えておらず、第１端部５５３から第２端部５５４に向かって徐々に中間線Ｌから離れている。一方、第２端部５５４寄りの第２領域Ｒ２では、他方の第１ヒンジ５０５の蛇行部（詳しくは、第１蛇行部５５１）が該中間線Ｌを越えて一方の第１ヒンジ５０５の方へ突出している。蛇行部５５０の突出量は、第２端部５５４から第１端部５５３に向かって徐々に減少している。第１領域Ｒ１では、他方の第１ヒンジ５０５の蛇行部５５０は、中間線Ｌを越えておらず、Ｘ軸方向において第２端部５５４から第１端部５５３に向かって徐々に中間線Ｌから離れている。
　《その他の実施形態》
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
　例えば、ミラーアレイは、波長選択スイッチに適用する場合に限られず、様々なアプリケーションに組み込むことができる。
　また、前記実施形態における形状、寸法、材質は、例示に過ぎず、これらに限られるものではない。例えば、ミラーデバイス１００，２００は、前記の構成に限られるものではない。アクチュエータ１０４，２０４は、圧電駆動方式であるが、静電駆動方式であってもよい。また、第１ヒンジ１０５～５０５は、アクチュエータ１０４，２０４とミラー１３１とを連結しているが、これに限られるものではない。第１ヒンジ１０５～５０５は、ミラー１３１とベース部１０２，２０２とを連結する構成であってもよい。つまり、第１ヒンジ１０５～５０５は、単に、ミラー１３１を支持する構成であってもよい。
　また、ミラー１３１は、平面視長方形状でなくてもよい。ミラー１３１は、円形や長円形であってもよい。ミラーデバイス１００，２００における第１ヒンジ１０５，２０５の個数及び第２ヒンジ１０６，２０６の個数は、前記の個数に限られるものではない。
　第１ヒンジ１０５～５０５の形状は、前記の構成に限られるものではない。第１ヒンジ１０５，２０５，３０５，５０５は、２つの蛇行部の凹部同士が連結された構成となっているが、これに限られるものではない。例えば、第１ヒンジ１０５，２０５，３０５，５０５は、２つの蛇行部の一部の凹部だけが連結された構成や、２つの蛇行部の全ての凹部が連結されていない構成や、蛇行部４５０のような１つの蛇行部による構成であってもよい。また、蛇行部４５０は、１つの蛇行部による構成でなく、第１ヒンジ１０５のような２つの蛇行部による構成であってもよい。
　前記第２ヒンジ１０６，２０６は、第１ヒンジ１０５～５０５のような構成であってもよい。その場合、第１ヒンジ１０５～５０５は、蛇行部が隣り合う第１ヒンジ１０５～５０５との中間線を越えて突出する構成ではなく、それ以外の構成であってもよい。
　また、前記可動櫛歯電極１０７，２０７Ａ，２０７Ｂ，５０７，６０７Ａ，６０７Ｂ及び固定櫛歯電極１０８，２０８Ａ，２０８Ｂ，５０８，６０８Ａ，６０８Ｂの構成は、一例であって、それ以外の構成であってもよい。例えば、可動櫛歯電極１０７，２０７Ａ，２０７Ｂは、ミラー１３１の長辺から延びるアーム部に設けられていてもよい。また、可動櫛歯電極１０７は、第２可動櫛歯電極２０７Ｂのように、第２ヒンジ２０６とＹ軸方向に並ぶ位置に設けられていてもよい。さらに、可動櫛歯電極１０７，２０７Ｂの電極指は、Ｘ軸方向に延びているが、例えば、Ｙ軸方向に延びていてもよい。同様に、可動櫛歯電極２０７Ａの電極指は、Ｙ軸方向に延びているが、例えば、Ｘ軸方向に延びていてもよい。可動櫛歯電極５０７，６０７Ａ，６０７Ｂ及び固定櫛歯電極５０８，６０８Ａ，６０８Ｂについても、その位置や電極指の延びる方向は、任意に設定することができる。
　また、圧電素子は、圧電体層として、ＰＺＴの代わりに非鉛圧電材料であるＫＮＮ（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）等を用いてもよい。
　尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　以上説明したように、ここに開示された技術は、ミラーアレイについて有用である。
１，２０１　　ミラーアレイ
１００，２００　　ミラーデバイス
１３１　　ミラー
１０４，２０４　　アクチュエータ
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５　　第１ヒンジ
１５０，２５０，３５０，４５０，５５０　　蛇行部
１５１，３５１，５５１　　第１蛇行部
１５２，３５２，５５２　　第２蛇行部
１０６，２０６　　第２ヒンジ
１４１，２４１　　アクチュエータ本体
１４２，２４２　　圧電素子
１０７，５０７　　可動櫛歯電極（検出部）
２０７Ａ，６０７Ａ　　第１可動櫛歯電極（検出部）
２０７Ｂ，６０７Ｂ　　第２可動櫛歯電極（検出部）
１０８，５０８　　固定櫛歯電極（検出部）
２０８Ａ，６０８Ａ　　第１固定櫛歯電極（検出部）
２０８Ｂ，６０８Ｂ　　第２固定櫛歯電極（検出部）
Ｌ　　中間線

Claims (6)

  1. 　所定の配列方向に配列された複数のミラーと、
    　前記ミラーを駆動する複数のアクチュエータと、
    　前記ミラーを支持し、弾性的に変形可能であって、前記配列方向に配列された複数の第１ヒンジとを備え、
    　前記第１ヒンジは、前記配列方向に蛇行しながら一端部から他端部へ延びる蛇行部を有し、
    　隣り合う２つの前記第１ヒンジにおいて、
    　　所定の第１領域では、一方の第１ヒンジの前記蛇行部の少なくとも一部が該２つの第１ヒンジの間の中間線を越えて他方の第１ヒンジの方へ突出し、
    　　前記第１領域とは異なる第２領域では、他方の第１ヒンジの前記蛇行部の少なくとも一部が該中間線を越えて一方の第１ヒンジの方へ突出しているミラーアレイ。
  2. 　請求項１に記載のミラーアレイにおいて、
    　ベース部と、
    　一端部が前記ミラーに連結され、他端部が前記ベース部に連結され、弾性的に変形可能な複数の第２ヒンジとをさらに備え、
    　前記第１ヒンジは、一端部が前記ミラーに連結され、他端部が前記アクチュエータに連結されているミラーアレイ。
  3. 　請求項１又は２に記載のミラーアレイにおいて、
    　前記隣り合う２つの第１ヒンジは、隣り合う２つの前記ミラーの一方のミラーに連結された第１ヒンジと他方のミラーに連結された第１ヒンジであるミラーアレイ。
  4. 　請求項１又は２に記載のミラーアレイにおいて、
    　前記第１ヒンジは、前記ミラーごとに複数設けられており、
    　前記隣り合う２つの第１ヒンジは、１つの前記ミラーに設けられた２つの第１ヒンジであるミラーアレイ。
  5. 　請求項１乃至４の何れか１つに記載のミラーアレイにおいて、
    　前記ミラーの変位量を検出する検出部をさらに備え、
    　前記アクチュエータは、前記検出部の検出結果に基づいて制御されるミラーアレイ。
  6. 　請求項５に記載のミラーアレイにおいて、
    　前記検出部は、固定櫛歯電極と、前記ミラーに連結され、該固定櫛歯電極に対向する可動櫛歯電極とを有し、
    　前記アクチュエータは、前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の静電容量に基づいて制御されるミラーアレイ。
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