WO2016080317A1 - 光学素子 - Google Patents

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WO2016080317A1
WO2016080317A1 PCT/JP2015/082020 JP2015082020W WO2016080317A1 WO 2016080317 A1 WO2016080317 A1 WO 2016080317A1 JP 2015082020 W JP2015082020 W JP 2015082020W WO 2016080317 A1 WO2016080317 A1 WO 2016080317A1
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mirror
movable
actuator
electrode
movable comb
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PCT/JP2015/082020
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亮平 内納
Original Assignee
住友精密工業株式会社
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    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/05—Type of movement
    • B81B2203/051—Translation according to an axis parallel to the substrate

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to an optical element.
  • an optical element for driving a mirror by an actuator is known.
  • an optical filter device which emits light of a specific wavelength among incident light.
  • Patent Document 1 discloses an optical filter device including two mirrors spaced apart and changing the wavelength of light emitted by adjusting the distance between the two mirrors by an actuator. ing. One mirror is driven by the electrostatic force generated between the parallel disposed electrode pairs. The optical filter device previously determines and stores the relationship between the wavelength of emitted light and the drive voltage for generating electrostatic force, and selects the drive voltage corresponding to the desired wavelength based on the relationship. Is configured as. In addition to this, the optical filter device corrects the drive voltage based on the wavelength of the light actually emitted so that the light of the desired wavelength is emitted.
  • an optical element that drives a mirror by an actuator it is required to accurately detect the displacement of the mirror.
  • the above-mentioned optical filter device in order to accurately control the wavelength of the emitted light, not only the drive voltage is corrected according to the wavelength of the actually emitted light as described above, but also the mirror It is also conceivable to detect the displacement of and precisely control the distance between the two mirrors.
  • the optical filter device not only the optical filter device but also a wide range of optical elements is required to accurately detect the displacement of the movable part driven by the actuator.
  • the technique disclosed herein has been made in view of such a point, and the purpose thereof is to detect the displacement of the movable portion of the optical element with high accuracy.
  • the optical element disclosed herein comprises a movable portion, an actuator for driving the movable portion, and a detection electrode for detecting a displacement of the movable portion, the detection electrode including a plurality of movable comb teeth, A movable comb electrode connected to the movable portion; and a fixed comb electrode including a plurality of fixed comb teeth facing each other in parallel with the movable comb, the movable comb being the movable comb
  • the electrode is displaced integrally with the movable portion, the electrode is displaced in parallel with the fixed comb teeth.
  • the displacement of the movable portion can be detected based on the change in electrostatic capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode.
  • the problem of the flat plate electrode is solved by using the comb-tooth electrode.
  • the movable comb of the movable comb electrode and the fixed comb of the fixed comb electrode face each other in a non-contact state.
  • the capacitance of the comb-tooth electrode is proportional to the area, so that the change in capacitance can be detected with high accuracy.
  • the movable comb electrode is tilted with respect to the fixed comb electrode .
  • the shape of the portion where the movable comb and the fixed comb face each other is not always rectangular, and a rectangular, triangular, or pentagonal polygon depending on the tilting condition of the movable comb. And change. Therefore, the facing area does not always change in proportion to the displacement of the movable comb.
  • the movable comb in the case where the movable comb is displaced in parallel to the fixed comb, the area of the portion where the movable comb and the fixed comb are opposed is substantially proportional to the displacement of the movable comb. Change.
  • the displacement of the movable portion can be detected with uniform accuracy regardless of the magnitude of the displacement amount. That is, the detection accuracy of the displacement of the movable portion can be made substantially uniform throughout the entire range in which the displacement of the movable portion can be detected. As a result, it is possible to improve the overall detection accuracy of the detectable range of the displacement of the movable portion.
  • the controllability of the displacement of the movable portion can be improved.
  • the displacement of the movable comb is substantially the same as the displacement of the movable part, it is possible to effectively utilize the areas of the movable comb and the fixed comb to detect the change in capacitance. it can.
  • the displacement of the movable portion can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 It is sectional drawing of an optical filter apparatus. It is a top view of a 1st unit. It is an enlarged plan view of a hinge and a detection electrode. It is a perspective view of the detection electrode in an initial state. It is the schematic of the state which the movable comb and the fixed comb in the initial state oppose. It is a perspective view of a detection electrode when the 1st mirror has displaced. It is the schematic of the state which the movable comb tooth and fixed comb tooth oppose when a 1st mirror displaces. It is a top view of a shutter device.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an optical filter device 1000.
  • a plan view of the first unit 100 is shown in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view corresponding to the line AA of FIG.
  • the optical filter device 1000 includes a first unit 100 having a first mirror 101, a second unit 200 having a second mirror 201 facing the first mirror 101, and a controller 900.
  • the first unit 100 and the second unit 200 are superimposed.
  • Each of the first mirror 101 and the second mirror 201 transmits part of the incident light.
  • the optical filter device 1000 is configured to emit, from the first mirror 101, light of a wavelength corresponding to the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 among the light incident on the second mirror 201, and By adjusting the distance between the mirror 101 and the second mirror 201, the wavelength of the emitted light is adjusted. That is, the optical filter device 1000 is a variable wavelength filter device using the principle of the Fabry-Perot resonator.
  • the optical filter device 1000 is an example of an optical element.
  • the first unit 100 drives the first mirror 101, the two actuators 300 and 300 that drive the first mirror 101, and change the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201, and the displacement of the first mirror 101. , And a frame 500. As shown in FIG.
  • the first unit 100 is manufactured using an SOI (Silicon on Insulator) substrate B.
  • SOI Silicon on Insulator
  • a first silicon layer b1 formed of single crystal silicon, an oxide film layer b2 formed of SiO 2 , and a second silicon layer b3 formed of single crystal silicon are stacked in this order. Is configured.
  • the frame 500 is formed in a frame shape substantially rectangular in plan view.
  • the frame 500 is formed of a first silicon layer b1, an oxide film layer b2, and a second silicon layer b3.
  • An SiO 2 film 318 is formed on the surface of the frame 500 on the side of the first silicon layer b 1.
  • the SiO 2 film 318 is the same film as the SiO 2 film 318 of the actuator 300 described later.
  • the first mirror 101 has a mirror body 102, two attachment portions 103 and 103, and a cylindrical portion 104 provided on the mirror body 102.
  • the mirror body 102 is formed in a substantially rectangular shape in plan view.
  • the mirror body 102 is formed of a first silicon layer b1 and a dielectric multilayer film 121 laminated on the surface thereof.
  • the dielectric multilayer film 121 is a film in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately stacked.
  • the X axis is set through the center C of the mirror main body 102 and in parallel with the pair of opposing sides of the mirror main body 102, and through the center C of the mirror main body 102, another pair of opposing mirror main bodies 102
  • the Y-axis is set parallel to the side
  • the Z-axis is set in a direction passing through the center C of the mirror body 102 and orthogonal to both the X-axis and the Y-axis.
  • the upper side in FIG. 1 may be referred to as “upper side”
  • the lower side in FIG. 1 may be referred to as “lower side”.
  • the two attachment portions 103 and 103 are respectively provided on a pair of opposing sides parallel to the Y axis among the sides of the mirror main body 102.
  • One attachment portion 103 extends in the X-axis direction from the end of the first side a1 parallel to the Y axis (the end on the second side a2 side), and then bends to form a gap between the first attachment part 103 and the first side a1. And extends parallel to the first side a1.
  • the other attachment portion 103 extends in the X-axis direction from the end of the third side a3 facing the first side a1 (the end on the fourth side a4 side) and then bends, and between the third side a3 And extends parallel to the third side a3.
  • the attachment portion 103 is formed of the first silicon layer b1.
  • the cylindrical portion 104 is formed in a cylindrical shape extending in the Z-axis direction, and is provided on the surface of the mirror main body 102 opposite to the dielectric multilayer film 121.
  • the cylindrical portion 104 is formed of the oxide film layer b2 and the second silicon layer b3. That is, the cylindrical portion 104 is integrally formed with the mirror main body 102. Thereby, the flatness of the mirror main body 102 is improved.
  • the two actuators 300 and 300 are arranged in the Y-axis direction in the frame 500 with the first mirror 101 interposed therebetween.
  • Each actuator 300 has a cantilever structure in which the proximal end is connected to the frame 500 and the distal end is a free end.
  • the first mirror 101 is connected to a tip end which is a free end.
  • Each actuator 300 has two beams connected to be folded back in the main surface of the SOI substrate B.
  • the two beams include a first beam 301 that curves to one side with respect to the main surface, and a second beam 302 that does not bend or has a smaller curvature than the first beam 301.
  • the first beam 301 and the second beam 302 are arranged parallel to each other.
  • the proximal end of the first beam 301 is fixed to the frame 500.
  • the first beam 301 extends from the frame 500 toward the right in the X-axis direction.
  • a second beam 302 is connected to the tip of the first beam 301.
  • the second beam 302 is folded back from the first beam 301 and extends to the left in the X-axis direction.
  • the tip of the second beam 302 bends and extends toward the first mirror 101 in the Y-axis direction, enters the space between the mirror body 102 of the first mirror 101 and the mounting portion 103, and is parallel to the mounting portion 103. It extends to
  • the first mirror 101 is connected to the tip of the second beam 302.
  • the base end of the first beam 301 is fixed to the frame 500.
  • the first beam 301 extends from the frame 500 toward the left in the X-axis direction.
  • a second beam 302 is connected to the tip of the first beam 301.
  • the second beam 302 is folded back from the first beam 301 and extends to the right in the X-axis direction.
  • the tip of the second beam 302 is bent and extended toward the first mirror 101 in the Y-axis direction, enters a space between the mirror body 102 and the mounting portion 103, and extends parallel to the mounting portion 103.
  • the first mirror 101 is connected to the tip of the second beam 302.
  • the beam connected to the frame 500 is the first beam 301
  • the beam connected to the first mirror 101 is the second beam 302.
  • the direction in which the first beam 301 extends from the frame 500 and the direction in which the second beam 302 extends from the first beam 301 are opposite between the first actuator 300A and the second actuator 300B.
  • each beam is the same between the first actuator 300A and the second actuator 300B.
  • the configurations of the first beam 301 of the first actuator 300A and the first beam 301 of the second actuator 300B are similar.
  • the first beam 301 has a beam body 313 and a piezoelectric element 314 stacked on the surface of the beam body 313.
  • the beam body 313 is formed in a rod shape having a rectangular cross section.
  • the beam body 313 is formed of the first silicon layer b1.
  • the piezoelectric element 314 is provided on one surface of the beam body 313.
  • a SiO 2 film 318 is stacked on the surface of the beam body 313, and the piezoelectric element 314 is stacked on the SiO 2 film 318.
  • the piezoelectric element 314 has a lower electrode 315, an upper electrode 317, and a piezoelectric layer 316 sandwiched therebetween.
  • the lower electrode 315, the piezoelectric layer 316, and the upper electrode 317 are stacked in this order on the SiO 2 film 318.
  • the piezoelectric element 314 is formed of a member different from the SOI substrate B.
  • the lower electrode 315 is formed of a Pt / Ti film or an Ir / Ti film.
  • the piezoelectric layer 316 is formed of lead zirconate titanate (PZT).
  • the upper electrode 317 is formed of an Au / Ti film.
  • the surface of the beam main body 313 on which the piezoelectric element 314 is stacked expands and contracts, and the beam main body 313 bends with the piezoelectric element 314 inside.
  • the second beam 302 has a beam body 313 and a dummy film 319.
  • An SiO 2 film 318 is formed on the surface of the beam body 313, and a dummy film 319 is stacked on the SiO 2 film 318.
  • the dummy film 319 includes the lower electrode 315, the piezoelectric layer 316, and the upper electrode 317. That is, the dummy film 319 has the same configuration as that of the piezoelectric element 314. However, no voltage is applied to the dummy film 319, and the dummy film 319 does not function as a piezoelectric element.
  • the lower electrode 315, the piezoelectric layer 316 and the upper electrode 317 of the dummy film 319 are respectively insulated from the lower electrode 315, the piezoelectric layer 316 and the upper electrode 317 of the piezoelectric element 314.
  • the piezoelectric element 3114 no voltage is applied to the dummy film 319, and the dummy film 319 does not function as a piezoelectric element.
  • the dummy film 319 is for canceling initial warpage of a plurality of beams and warpage due to temperature change.
  • a SiO 2 film 318, a lower electrode 315, a piezoelectric layer 316 and an upper electrode 317 are formed by a method such as sputtering on the surface of the beam main body 313 of the first beam 301 formed of the first silicon layer b1.
  • the first beam 301 may be warped after film formation due to temperature fluctuations and the like in the film formation process. For example, the surface of the beam body 313 on the side where the thin film is formed may contract, and the first beam 301 may warp with the surface inside.
  • the second beam 302 is connected to the first beam 301 so as to be folded back, and a dummy film 319 similar to the piezoelectric element 314 is also formed on the beam body 313 of the second beam 302. That is, the first beam 301 and the second beam 302 warp in a substantially parallel state.
  • the tip of the first beam 301 and the base end of the second beam 302 are in a floating state, the tip of the second beam 302 is the base of the first beam 301 in the thickness direction of the SOI substrate B. Come back to the same position as the end.
  • the tip of the second beam 302 the displacement in the thickness direction of the SOI substrate B due to the initial warpage can be cancelled.
  • the first beam 301 is made of layers of materials having different thermal expansion coefficients such as silicon, SiO 2 , Pt / Ti, etc.
  • each film varies in accordance with its thermal expansion coefficient. To contract. Therefore, the first beam 301 may be warped.
  • the second beam 302 also has the same laminated structure as the first beam 301, the same warp as that of the first beam 301 occurs. As a result, as in the case of the initial warpage, the second beam 302 cancels the warpage of the first beam 301.
  • the second beam 302 is connected to the mounting portion 103 of the first mirror 101 via two hinges 105 and 105.
  • FIG. 3 shows an enlarged plan view of the hinge 105 and the detection electrode 400.
  • the hinge 105 is formed of a serpentine striation and is elastically deformable. Specifically, the hinge 105 has a plurality of straight portions and a folded portion connecting ends of adjacent straight portions, and has a meandering shape as a whole. The straight portion extends in the Y-axis direction, and the hinge 105 is easily bent around an axis extending in the Y-axis direction. One end of the hinge 105 is connected to the tip of the second beam 302, and the other end of the hinge 105 is connected to a portion of the mounting portion 103 on the side of the mirror main body 102.
  • the hinge 105 is an example of a connection part.
  • the two hinges 105 and 105 are disposed at positions sandwiching a straight line L1 extending in the X-axis direction through the center C of the mirror body 102.
  • the two hinges 105 are spaced apart from the straight line L1 in the Y-axis direction at equal intervals.
  • the frame 500 is provided with drive terminals for applying a voltage to the first actuator 300A and the second actuator 300B.
  • first feed terminals 511, 511 and second feed terminals 512, 512 are provided on the surface of the frame 500. Wiring extends from the first power supply terminal 511 to the upper electrode 317 of the first beam 301 of the first actuator 300A, and the other first power supply terminal 511 is the upper electrode of the first beam 301 of the second actuator 300B. Wiring extends to 317.
  • one second feed terminal 512 is electrically connected to the lower electrode 315 of the first beam 301 of the first actuator 300A, and the other second feed terminal 512 is a lower portion of the first beam 301 of the second actuator 300B.
  • the lower electrode 315 and the piezoelectric layer 316 are partially stacked on the SiO 2 film 128 of the frame 500, and the first feed terminal 511 and its wiring and the second feed terminal 512 are provided on the piezoelectric layer 316. It is done. However, an opening (shown by a broken line in FIG. 2) reaching the lower electrode 315 is formed in a portion of the piezoelectric element 314 where the second feed terminal 512 is provided. The second feed terminal 512 is provided to cover the opening and is electrically connected to the lower electrode 315. By applying a voltage to each set of the first feed terminal 511 and the second feed terminal 512, a voltage is applied to the piezoelectric element 314 of the first actuator 300A and the piezoelectric element 314 of the second actuator 300B.
  • the detection electrode 400 has a movable comb electrode 410 connected to the first mirror 101 and a fixed comb electrode 420 provided on the frame 500.
  • the movable comb electrode 410 has a base portion 411 coupled to the first mirror 101, and a plurality of movable comb teeth 414, 414,... Extending from the base portion 411.
  • the base portion 411 is connected to the mounting portion 103 and is cantilevered.
  • the base portion 411 passes through the center C of the first mirror 101, and a plurality of first base portions 412 extending on a straight line L1 extending in the X axis direction and a plurality of branches from both sides of the first base portions 412 in the Y axis direction.
  • the movable comb teeth 414, 414,... Extend parallel to one another.
  • the movable comb electrode 410 is formed of the first silicon layer b1.
  • the stationary comb electrode 420 has a base portion 421 connected to the frame 500, and a plurality of stationary comb teeth 424, 424,... Extending from the base portions 421 and 421.
  • the base portion 421 extends from the frame 500 in a cantilever manner.
  • the base portion 421 sandwiches the first base portion 412 of the movable comb 414 and extends in parallel to each other in the X-axis direction from two places of the first base portions 422 and 422 and the first base portion 422 in the Y-axis direction , And a plurality of second base portions 423, 423,... Branched to the first base portion 412 side.
  • the second base portion 423 and the second base portions 413 of the movable comb electrode 410 are alternately arranged in the X-axis direction.
  • the fixed comb teeth 424 and 424 extend from the second base portion 423 so as to branch to both sides in the X-axis direction.
  • the fixed comb electrode 420 is formed of the first silicon layer b1. However, fixed comb electrode 420 is insulated from movable comb electrode 410. Specifically, in the first silicon layer b1, the portion forming the fixed comb electrode 420 is physically separated from the surrounding portion.
  • the movable comb teeth 414 enter between the fixed comb teeth 424 and 424, and the fixed comb teeth 424 enter the space between the movable comb teeth 414 and 414. That is, the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 are alternately arranged in the Y-axis direction.
  • the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 extend parallel to each other in the X-axis direction and face each other at an interval in the Y-axis direction.
  • a detection terminal for detecting the capacitance between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420 is provided on the surface of the first silicon layer b1 in the frame 500.
  • the first detection terminal 521 is provided in a portion electrically conductive with the portion forming the movable comb electrode 410 in the first silicon layer b1. Only one first detection terminal 521 is provided, and is shared by the two movable comb electrodes 410 and 410.
  • second detection terminals 522 and 522 are provided in portions of the first silicon layer b1 electrically connected to the portions forming the fixed comb electrode 420. Two second detection terminals 522, 522 are provided corresponding to the two fixed comb electrodes 420.
  • the movable comb electrode 410 is also displaced accordingly.
  • the capacitance between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420 changes.
  • the change in capacitance is detected via the first detection terminal 521 and the second detection terminal 522.
  • the second unit 200 includes a second mirror 201 and a frame 205 for supporting the second mirror 201.
  • the second unit 200 is formed of a silicon substrate b4.
  • the frame 205 is formed in a substantially rectangular frame shape in plan view.
  • the frame 205 has the same shape as the frame 500 of the first unit 100 in plan view.
  • the mirror body 202 and the mirror body 202 are formed in a substantially rectangular shape in plan view.
  • the mirror body 202 is formed of a silicon layer b4 and a dielectric multilayer film 221 laminated on the surface thereof.
  • the mirror main body 202 is not provided with the cylindrical portion 104 like the first mirror 101, but the silicon layer b4 of the mirror main body 202 is thicker than the first silicon layer b1 of the mirror main body 102. Thereby, the flatness of the mirror main body 202 is ensured.
  • the dielectric multilayer curtain 221 is provided on the surface of the silicon layer b 4 of the mirror main body 202 facing the first mirror 101.
  • the dielectric multilayer film 221 is a film in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately stacked.
  • a plurality of protrusions 241 and 241 are provided on the surface of the mirror main body 202 that faces the first mirror 101.
  • the protrusions 241, 241,... are arranged at intervals in the circumferential direction at the peripheral portion of the first mirror 101.
  • the protrusions 241, 241,... Face the first mirror 101 when the first unit 100 and the second unit 200 are superimposed.
  • the second mirror 201 is connected to the frame 205 by a flat silicon layer b4.
  • the first unit 100 and the second unit 200 configured in this way are superimposed on each other, and the frame 500 and the frame 205 are joined via an adhesive.
  • the first unit 100 and the second unit 200 are superimposed in a state where the dielectric multilayer film 221 of the second mirror 201 and the dielectric multilayer film 121 of the first mirror 101 face each other.
  • the first mirror 101 and the second mirror 202 are disposed substantially in parallel with each other at an interval.
  • the bonding of the frame 500 and the frame 205 may be performed not by an adhesive but by other means such as anodic bonding.
  • the control unit 900 has a power supply in addition to the processor and the memory, and controls the optical filter device 1000.
  • the control unit 900 supplies a drive voltage to the actuators 300 and 300 to adjust the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the detection electrode 400 in the initial state.
  • FIG. 5 shows a schematic view of the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 facing each other in the initial state.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the detection electrode 400 when the first mirror 101 is displaced.
  • FIG. 7 shows a schematic view of the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 facing each other when the first mirror 101 is displaced.
  • the optical filter device 1000 In the optical filter device 1000, light is incident on the second mirror 201, and light transmitted through the second mirror 201 is incident between the second mirror 201 and the first mirror 101. The light incident between both mirrors is reflected a plurality of times by the first mirror 101 and the second mirror 201, and light of a wavelength corresponding to the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 is emitted from the first mirror 101 Be done.
  • the wavelength of light emitted from the first mirror 101 can be changed by displacing the first mirror 101 and adjusting the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201.
  • the control unit 900 applies a drive voltage to the first power supply terminal 511 and the second power supply terminal 512.
  • the drive voltage is applied to the piezoelectric element 314 of the first actuator 300A and the piezoelectric element 314 of the second actuator 300B, and the first beams 301 and 301 of the first actuator 300A and the second actuator 300B are bent.
  • Each first beam 301 is curved upward (to the side on which the piezoelectric element 314 is provided) with respect to the surface of the SOI substrate B, with the piezoelectric element 314 inside.
  • the second beam 302 is not substantially curved but remains substantially straight.
  • the first beam 301 extends upward from the frame 500 so that the second beam 302 is folded back from the tip of the first beam 301 and extends substantially linearly. Since the tip of the first beam 301 is inclined obliquely upward, the second beam 302 folded back from the tip of the first beam 301 also has the same inclination as the tip of the first beam 301. That is, the second beam 302 extends obliquely downward and substantially linearly, and the tip of the second beam 302 is lower than the base end of the first beam 301, ie, the surface of the SOI substrate B. Located below.
  • the mounting portion 103 of the first mirror 101 to which the second beam 302 is connected is also moved downward, and the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 is increased.
  • the tip of the second beam 302 is slightly displaced inward in the X-axis direction (that is, toward the center C of the first mirror 101) as compared to before the application of the drive voltage. Is absorbed by extending in the X-axis direction.
  • control unit 900 adjusts the drive voltage based on the detection result of the detection electrode 400 to displace the first mirror 101 in a substantially parallel state with respect to the second mirror 201.
  • the wavelength of light emitted from the optical filter device 1000 depends on the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201.
  • the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 is determined by the amount of displacement of the first mirror 101. Since the movable comb electrode 410 is integrally formed on the first mirror 101, when the first mirror 101 is displaced, the movable comb electrode 410 is also displaced integrally.
  • the movable comb electrode 410 When the movable comb electrode 410 is displaced, the area (hereinafter referred to as "opposite area") S of the facing portion of the movable comb 414 and the corresponding fixed comb 424 changes, and the movable comb electrode 410
  • the capacitance between the fixed comb electrode 420 changes. That is, the wavelength of light emitted from the optical filter device can be changed by adjusting the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201, and the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 can be changed.
  • the capacitance between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420 can be detected.
  • the control unit 900 stores in advance in the memory the drive voltage to the actuator 300 and the capacitance of the detection electrode 400 corresponding to the output wavelength.
  • the control unit 900 reads a drive voltage corresponding to the output wavelength from the memory, and applies the drive voltage to the first and second actuators 300A and 300B. Then, the control unit 900 performs feedback control of the drive voltage based on the capacitance detected through the detection electrode 400.
  • one movable comb electrode 410 of the two movable comb electrodes 410 is provided in the mounting portion 103 of the first mirror 101 to which the first actuator 300A is attached, and the other movable comb electrode
  • the reference numeral 410 is provided in the mounting portion 103 of the first mirror 101 to which the second actuator 300B is attached. That is, one movable comb electrode 410 is displaced mainly corresponding to the displacement of the first mirror 101 by the first actuator 300A, and the other movable comb electrode 410 is mainly displaced by the first mirror by the second actuator 300B. It is displaced corresponding to the displacement of 101.
  • the control unit 900 controls the drive voltage to the first actuator 300A based on the capacitance of one of the detection electrodes 400, and drives the second actuator 300B based on the capacitance of the other detection electrode 400. Control the voltage. Specifically, the control unit 900 adjusts the drive voltages of the first and second actuators 300A and 300B so that the capacitance of each detection electrode 400 becomes a capacitance corresponding to the desired output wavelength. Do. As a result, the first mirror 101 is substantially parallel to the second mirror 201, and the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 corresponds to the desired output wavelength.
  • the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420 are formed of the same first silicon layer b1, when in the initial state, that is, when the first mirror 101 is not displaced, FIGS. As shown in, it is located on the same plane.
  • This plane is a virtual plane and is hereinafter referred to as "reference plane P".
  • the reference surface P is a plane parallel to the surface of the first silicon layer b1.
  • the facing area S between the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 is basically the largest as shown in FIG. That is, the capacitance is also the largest.
  • the reference plane P is also the same as the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420 in the initial state in the initial state. Located on the top.
  • the first mirror 101 moves approximately in parallel in the Z-axis direction, that is, approximately parallel to the reference plane P as described above.
  • the movable comb electrode 410 is integrally connected to the first mirror 101, the movable comb electrode 410 is also substantially parallel to the reference plane P, as shown in FIGS. Moving. That is, the movable comb teeth 414 move in parallel with the fixed comb teeth 424. As a result, the facing area S between the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 decreases as shown in FIG.
  • the facing area S decreases in proportion to the amount of displacement of the first mirror 101.
  • the shape of the opposing surfaces of the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 has a substantially rectangular shape, and the opposing area S is represented by the product of the short side and the long side of the rectangle. Then, when the movable comb tooth 414 is displaced in the Z-axis direction, the length of the long side of the facing area S does not change, and the short side becomes shorter in proportion to the displacement amount of the movable comb tooth 414. Therefore, the facing area S also decreases in proportion to the amount of displacement of the movable comb 414. Since the movable comb teeth 414 are displaced integrally with the first mirror 101, the facing area S decreases in proportion to the amount of displacement of the first mirror 101.
  • the movable comb and the fixed comb there is a configuration in which the movable comb is tilted with respect to the fixed comb.
  • the shape of the opposing portion of the movable comb and the fixed comb does not always have a rectangular shape, and changes according to the tilting condition of the movable comb. Therefore, the facing area does not always change in proportion to the displacement of the movable comb.
  • the amount of displacement with respect to the tilt angle increases as the distance from the center of the tilt increases.
  • a portion of the movable comb away from the center of tilting does not face the fixed comb when the amount of displacement of the target member to which the movable comb is connected increases. Even if the movable comb teeth and the fixed comb teeth do not face each other, if the distance between them is small, capacitance is generated by the fringe effect, but if the movable comb teeth and the fixed comb teeth are separated to some extent, It does not contribute to the fluctuation of capacitance. That is, in the configuration in which the movable comb teeth tilt, it can not be said that the facing area of the movable comb teeth and the fixed comb teeth can be effectively used for detecting a change in capacitance.
  • the facing area S changes in proportion to the displacement amount of the first mirror 101
  • the facing area S changes between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420.
  • the capacitance also changes in proportion to the amount of displacement of the first mirror 101. Therefore, the amount of change in capacitance with respect to the amount of displacement of the first mirror 101 becomes uniform throughout the entire movable range of the first mirror 101.
  • the displacement amount of the first mirror 101 can be detected with the same degree of accuracy based on the capacitance.
  • the displacement of the movable comb 414 is substantially the same as the displacement of the first mirror 101, the area of the movable comb 414 and the fixed comb 424 is effectively used to detect a change in capacitance. can do.
  • the optical filter device 1000 includes the first mirror 101, the actuators 300 and 300 for driving the first mirror 101, and the detection electrode 400 for detecting the displacement of the first mirror 101. And a plurality of fixed combs including a plurality of movable combs 414, 414,..., And opposed to the movable comb electrodes 410 connected to the first mirror 101 and the movable combs 414, 414,.
  • the movable comb electrode 410 is integrally displaced with the first mirror 101
  • the movable comb electrode 414 has a fixed comb electrode 420 including the teeth 424, 424,. Displace in parallel.
  • the displacement of the movable comb 414 in a state parallel to the fixed comb 424 means the change of the capacitance between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420 with respect to the displacement amount of the movable comb 414.
  • the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 may be aligned to such an extent that is substantially proportional.
  • the displacement of the first mirror 101 can be detected based on the change in electrostatic capacitance between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420.
  • the problem of the flat plate electrode is solved by using the comb-tooth electrode.
  • the movable comb-tooth 414 of the movable comb-tooth electrode 410 and the fixed comb-tooth 424 of the fixed comb-tooth electrode 420 face each other in a non-contact manner.
  • the facing area S of the movable comb tooth 414 and the fixed comb tooth 424 changes, and the capacitance between the two changes. Since the capacitance of the comb-tooth electrode is in proportion to the facing area S, the change of the capacitance can be detected with high accuracy.
  • the movable comb teeth 414 displaced integrally with the first mirror 101 are displaced in parallel with the fixed comb teeth 424. Therefore, the facing area S of the movable comb teeth 414 and the fixed comb teeth 424 changes substantially in proportion to the displacement of the first mirror 101. Thereby, the displacement of the first mirror 101 can be detected with uniform accuracy regardless of the amount of displacement. As a result, the overall detection accuracy of the detectable range of the displacement of the first mirror 101 can be improved. Further, since the relationship of the displacement amount of the first mirror 101 corresponding to the change amount of the capacitance is uniform throughout the detectable range, the controllability of the displacement of the first mirror can be improved.
  • a plurality of actuators 300 are provided, a plurality of actuators 300 are respectively connected to different positions of the first mirror 101, a plurality of detection electrodes 400 are provided, and the plurality of movable comb electrodes 410 and 410 are The first mirror 101 is connected to different positions.
  • the first mirror 101 is driven by the plurality of actuators 300, 300.
  • a plurality of detection electrodes 400 are also provided for the plurality of actuators 300, 300. Therefore, the detection electrode 400 can be disposed corresponding to each actuator 300. Thereby, the displacement of the first mirror 101 caused by each actuator 300 can be detected by the corresponding detection electrode 400, respectively.
  • the first mirror 101 is provided with a mounting portion 103 to which the actuator 300 is connected, and the movable comb electrode 410 is connected to the mounting portion 103.
  • the movable comb electrode 410 is connected to the same part of the first mirror 101 as the part to which the actuator 300 is connected. That is, the movable comb electrode 410 is integrally displaced with a portion of the first mirror 101 which is directly moved by the actuator 300. Thereby, the displacement of the first mirror 101 by the actuator 300 can be accurately detected by the detection electrode 400.
  • the first mirror 101 has a mirror body 102, the attachment portion 103 extends from the mirror body 102, and the attachment portion 103 is formed by a serpentine striation and is elastically deformed.
  • the actuator 300 is configured to drive the first mirror 101 by bending, and the hinge 105 is configured to extend when the actuator 300 is bent.
  • the movable comb electrode 410 is connected to the opposite side of the mounting portion 103 to the portion where the actuator 300 is mounted.
  • the actuator 300 since the actuator 300 is curved when driving the first mirror 101, a portion of the actuator 300 connected to the first mirror 101 has an interval between the first mirror 101 and the second mirror 201. Not only in the changing direction (Z-axis direction), but slightly in other directions (X-axis direction).
  • the actuator 300 since the actuator 300 is connected to the mounting portion 103 via the elastically deformable hinge 105, unnecessary displacement of the actuator 300 can be absorbed by the hinge 105.
  • the hinge 105 since the hinge 105 is arranged so as to expand when the actuator 300 bends, the hinge 105 absorbs unnecessary displacement of the actuator 300 without interference between meandering filaments. Can.
  • the attachment portion by configuring the attachment portion to extend from the mirror main body 102, the degree of freedom in the arrangement of the actuator 300 and the hinge 105 can be improved, and the arrangement of the hinge 105 as described above can be realized. Then, the movable comb electrode 410 can be provided by using the attachment portion 103 provided for the degree of freedom in the arrangement of the actuator 300 and the hinge 105. As described above, since the attachment portion 103 is a part of the first mirror 101 and to which the actuator 300 is attached, the displacement of the first mirror 101 by the actuator 300 can be accurately detected.
  • two actuators 300 and two movable comb electrodes 410 are provided, respectively, and the attachment portions 103 are on a straight line L1 passing through the center C of the mirror main body 102 and facing each other across the center C
  • the actuator 300 is provided at a location, and each actuator 300 is connected to the mounting portion 103 via a plurality of hinges 105, 105, and at least two hinges 105, 105 are disposed at positions sandwiching the straight line L1.
  • the attachment portion 103 is provided on the straight line L1 passing through the center C of the mirror main body 102, and is provided at two locations facing each other across the center C, the actuator 300 and the movable comb electrode 410
  • the mirror main body 102 is attached to a straight line L1 passing through the center C, and is attached at two opposing positions across the center C. That is, the first mirror 101 is displaced on the straight line L1 passing through the center C of the mirror main body 102 by the actuator at two opposing positions across the center C. In such a configuration, the first mirror 101 may rotate around the straight line L1.
  • each actuator 300 is connected to the mounting portion 103 via the plurality of hinges 105, 105, and at least two hinges 105, 105 are disposed at positions sandwiching the straight line L1.
  • the two hinges 105 and 105 are disposed at positions sandwiching the straight line L1 for each actuator 300, it is possible to prevent the first mirror 101 from rotating around the straight line L1.
  • the first mirror 101 can be displaced as parallel to the second mirror 201 as possible.
  • the optical filter device 1000 further includes a second mirror 201 spaced apart from the first mirror 101, and the actuators 300 and 300 drive the first mirror 101 to form the first mirror 101 and the first mirror 101.
  • the first mirror 101 and the second mirror 201 are configured to transmit a part of the incident light by changing the distance from the second mirror 201, and light having a wavelength according to the distance among the incident light is set. Let go.
  • the distance between the first mirror 101 and the second mirror 201 can be accurately adjusted.
  • the light from the optical filter device 1000 is emitted.
  • the wavelength of the emitted light can be controlled with high accuracy.
  • the optical element is not limited to the optical filter device 1000. As long as the optical element drives the mirror by the actuator, the detection by the movable comb electrode and the fixed comb electrode described above can be applied. In particular, it is effective for an optical element that displaces a mirror while maintaining the tilt of the mirror as much as possible.
  • the first mirror 101 is displaced away from the second mirror 201, but the present invention is not limited to this.
  • the first mirror 101 may be displaced so as to approach the second mirror 201.
  • the first unit 100 may be stacked on the second unit 200.
  • actuators 300 are provided, three or more actuators may be provided.
  • detection electrodes 400 are provided, three or more detection electrodes may be provided. However, it is preferable to provide the same number of detection electrodes 400 as the number of actuators.
  • the movable comb electrode 410 may be attached to a portion of the first mirror 101 other than the portion to which the actuator 300 is attached. That is, as long as the drive voltages of the plurality of actuators 300 can be feedback-controlled based on the capacitances of the plurality of detection electrodes 400, the movable comb electrode 410 can be disposed at an arbitrary position.
  • Each actuator 300 is connected to the first mirror 101 via two hinges 105, 105, but the hinge 105 may be one or three or more.
  • the number of hinges 105 is three or more, it is preferable that at least two be disposed at positions sandwiching the straight line L1.
  • the actuator 300 is a piezoelectric actuator that bends due to the piezoelectric effect, but is not limited thereto.
  • each actuator may be a thermal actuator which is formed of beams in which materials having different coefficients of thermal expansion are superposed and which is curved according to the difference in coefficient of thermal expansion.
  • the actuator 300 includes two beams of the first beam 301 and the second beam 302, but the number of beams may be one or three or more.
  • the dummy film 319 is provided for the second beam 302, it may be omitted.
  • the first mirror 101 has the cylindrical portion 104, but the cylindrical portion 104 may be omitted.
  • FIG. 8 is a plan view of such a shutter device 2000. As shown in FIG. By replacing the mirror 101 of FIG. 2 with the blade 601, the other components of the optical filter device 1000 are adopted as they are, and the shutter device 2000 is configured.
  • the blade 601 has a blade body 602 and two mounting portions 103.
  • the blade body 602 is formed in a substantially rectangular plate shape.
  • the mirror 101 is connected to the tip of the second beam 302 so that its surface is parallel to the surfaces of the first beam 301 and the second beam 302 (see FIG. 2), while the blade 601 has its surface
  • the tip of the second beam 302 is connected to be perpendicular to the surfaces of the first beam 301 and the second beam 302. That is, in FIG. 8, the thickness (side surface) of the blade main body 602 is drawn, and the surface of the blade main body 602 is parallel to the plane defined by the Y axis and the Z axis. Then, by driving the blade 601 by the actuator 300, the blade 601 is displaced in the Z-axis direction, and the light path in the X-axis direction (not shown) can be blocked and opened.
  • the displacement of the blade 601 can be detected based on the change in electrostatic capacitance between the movable comb electrode 410 and the fixed comb electrode 420.
  • the surface of the blade body 602 does not have to be parallel to the plane defined by the Y and Z axes, but depending on the direction of the light path (not shown) to be blocked and opened by the blade 601, for example, X axis and Z It may be parallel to the plane defined by the axis.
  • Optical filter device (optical element) 101 First mirror (movable part) 103 mounting part 105 hinge (connection part) 201 Second mirror (another movable part) 300A 1st actuator 300B 2nd actuator 400 detection electrode 410 movable comb electrode 414 movable comb 420 fixed comb electrode 424 fixed comb 601 blade (movable part) 2000 Shutter device (optical element)

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Abstract

　光学フィルタ装置（１０００）は、入射した光の一部を透過させる第１ミラー（１０１）と、第１ミラー（１０１）と間隔を空けて配置され、入射した光の一部を透過させる第２ミラー（２０１）と、第１ミラー（１０１）を駆動して、第１ミラー（１０１）と第２ミラー（２０１）との間隔を変更するアクチュエータ（３００，３００）と、第１ミラー（１０１）の変位を検出する検出電極（４００）とを備えている。検出電極（４００）は、複数の可動櫛歯（４１４，４１４，…）を含み、第１ミラー（１０１）に連結された可動櫛歯電極（４１０）と、可動櫛歯（４１４，４１４，…）と互いに平行な状態で対向する複数の固定櫛歯（４２４，４２４，…）を含む固定櫛歯電極（４２０）とを有している。可動櫛歯（４１４）は、可動櫛歯電極（４１０）が第１ミラー（１０１）と一体的に変位する際に、固定櫛歯（４２４）に対して平行な状態で変位する。

Description

光学素子
　ここに開示された技術は、光学素子に関するものである。
　従来より、ミラーをアクチュエータにより駆動させる光学素子が知られている。入射した光のうち特定の波長の光を出射させる光学フィルタ装置が知られている。
　例えば、特許文献１には、間隔を空けて配置された２枚のミラーを備え、アクチュエータにより２枚のミラーの間隔を調整することによって出射される光の波長を変更する光学フィルタ装置が開示されている。一方のミラーは、平行に配置された電極対の間に発生する静電力によって駆動される。この光学フィルタ装置は、静電力を発生させるための駆動電圧に対する、出射される光の波長の関係を予め求めて記憶しており、その関係に基づいて所望の波長に対応する駆動電圧を選択するように構成されている。それに加えて、この光学フィルタ装置は、実際に出射される光の波長に基づいて駆動電圧を補正し、所望の波長の光が出射されるようにしている。
特開２０１３－１５２４８９号公報
　ところで、ミラーをアクチュエータで駆動する光学素子においては、ミラーの変位を正確に検出することが求められる。例えば、前述の光学フィルタ装置においては、出射される光の波長を正確に制御するためには、前述のように実際に出射される光の波長に応じて駆動電圧を補正するだけでなく、ミラーの変位を検出し、２枚のミラーの間隔を精度良く制御することも考えられる。さらに、光学フィルタ装置に限らず、広く光学素子において、アクチュエータで駆動される可動部の変位を精度良く検出することが求められる。
　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、光学素子の可動部の変位を精度良く検出することにある。
　ここに開示された光学素子は、可動部と、前記可動部を駆動するアクチュエータと、前記可動部の変位を検出する検出電極とを備え、前記検出電極は、複数の可動櫛歯を含み、前記可動部に連結された可動櫛歯電極と、前記可動櫛歯と互いに平行な状態で対向する複数の固定櫛歯を含む固定櫛歯電極とを有し、前記可動櫛歯は、前記可動櫛歯電極が前記可動部と一体的に変位する際に、前記固定櫛歯に対して平行な状態で変位する。
　この構成によれば、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極との静電容量の変化に基づいて可動部の変位を検出することができる。
　２つの電極間の静電容量変化を検出する構成としては、互いに平行に配置された平板電極を設け、２枚の平板電極の間隔が変化することによる静電容量を検出する構成も考えられる。しかし、平板電極間の静電容量は、その間隔に反比例するため、間隔が大きいときには精度が悪い。
　それに対し、櫛歯電極を用いることによって、平板電極の課題は解消される。櫛歯電極においては、可動櫛歯電極の可動櫛歯と固定櫛歯電極の固定櫛歯とが非接触な状態で互いに対向している。この状態から可動櫛歯電極が変位することによって、可動櫛歯と固定櫛歯との対向する部分の面積が変化し、両者間の静電容量が変化する。櫛歯電極の静電容量は、該面積に比例するので、静電容量の変化を精度良く検出することができる。
　それに加えて、可動櫛歯は、固定櫛歯に対して平行な状態で変位するので、静電容量の変化をより精度良く検出することができる。
　詳しくは、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極との間の静電容量に基づいて対象部材の変位を検出する構成としては、可動櫛歯電極が固定櫛歯電極に対して傾動する構成がある。このような構成の場合、可動櫛歯と固定櫛歯との対向する部分の形状は、常に長方形状というわけではなく、可動櫛歯の傾動状況に応じて、長方形、三角形、五角形以上の多角形と変化する。そのため、対向面積は、可動櫛歯の変位量に対して常に比例して変化するわけではない。その結果、静電容量の変化量に対応する対象部材の変位量の関係が可動櫛歯の傾動状況によって変化するので、対象部材の変位量の制御が難しくなる。それに加えて、可動櫛歯電極が傾動する構成においては、傾動の中心からの距離が離れるほど、傾動角に対する変位量が大きくなる。そのため、可動櫛歯のうち傾動の中心から離れた部分は、対象部材の変位量が大きくなると、固定櫛歯と対向しないようになり、静電容量の変動に寄与しないようになる。つまり、可動櫛歯電極が傾動する構成においては、可動櫛歯と固定櫛歯との対向面積を、静電容量の変化の検出のために有効に活用できているとは言えない。
　それに対し、可動櫛歯が固定櫛歯に対して平行な状態で変位する構成の場合、可動櫛歯と固定櫛歯との対向する部分の面積は、可動櫛歯の変位に実質的に比例して変化する。これにより、可動部の変位を、その変位量の大小にかかわらず一様な精度で検出することができる。つまり、可動部の変位の検出精度を、可動部の変位を検出可能な範囲の全体を通じて略均一にすることができる。その結果、可動部の変位の検出可能範囲の全体的な検出精度を向上させることができる。また、静電容量の変化量に対応する可動部の変位量の関係が検出可能範囲全体を通じて一様なので、可動部の変位の制御性を向上させることができる。それに加えて、可動櫛歯の変位量は、可動部の変位量と概ね一致しているので、可動櫛歯及び固定櫛歯の面積を有効に活用して静電容量の変化を検出することができる。
　前記光学素子によれば、可動部の変位を精度良く検出することができる。
光学フィルタ装置の断面図である。 第１ユニットの平面図である。 ヒンジ及び検出電極の拡大平面図である。 初期状態における検出電極の斜視図である。 初期状態における可動櫛歯及び固定櫛歯の対向する状態の概略図である。 第１ミラーが変位したときの検出電極の斜視図である。 第１ミラーが変位したときの可動櫛歯及び固定櫛歯の対向する状態の概略図である。 シャッタ装置の平面図である。
　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。
　図１は、光学フィルタ装置１０００の断面図を示す。図２に、第１ユニット１００の平面図を示す。尚、図１は、図２のＡ－Ａ線に相当する断面図である。
　光学フィルタ装置１０００は、第１ミラー１０１を有する第１ユニット１００と、第１ミラー１０１と対向する第２ミラー２０１を有する第２ユニット２００と、制御部９００とを備えている。第１ユニット１００と第２ユニット２００とは、重ね合わせられている。第１ミラー１０１及び第２ミラー２０１はそれぞれ、入射した光の一部を透過させる。光学フィルタ装置１０００は、第２ミラー２０１に入射した光のうち、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔に対応した波長の光を第１ミラー１０１から出射するように構成され、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を調整することによって出射する光の波長を調整する。すなわち、光学フィルタ装置１０００は、フェブリーペロー共振器の原理を利用した、可変波長フィルタ装置である。光学フィルタ装置１０００は、光学素子の一例である。
　第１ユニット１００は、第１ミラー１０１と、第１ミラー１０１を駆動して、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を変更する２つのアクチュエータ３００，３００と、第１ミラー１０１の変位を検出する２つの検出電極４００，４００と、フレーム５００とを備えている。
　第１ユニット１００は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板Ｂを用いて製造されている。ＳＯＩ基板Ｂは、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層ｂ１と、ＳｉＯ２で形成された酸化膜層ｂ２と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層ｂ３とがこの順で積層されて構成されている。
　フレーム５００は、平面視略長方形の枠状に形成されている。フレーム５００は、第１シリコン層ｂ１、酸化膜層ｂ２及び第２シリコン層ｂ３で形成されている。尚、フレーム５００の第１シリコン層ｂ１側の表面には、ＳｉＯ２膜３１８が成膜されている。このＳｉＯ２膜３１８は、後述するアクチュエータ３００のＳｉＯ２膜３１８と同じ膜である。
　第１ミラー１０１は、ミラー本体１０２と、２つの取付部１０３，１０３と、ミラー本体１０２に設けられた円筒部１０４を有している。ミラー本体１０２は、平面視略長方形状に形成されている。ミラー本体１０２は、第１シリコン層ｂ１と、その表面に積層された誘電体多層膜１２１とで形成されている。誘電体多層膜１２１は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層させた膜である。
　説明の便宜上、ミラー本体１０２の中心Ｃを通り、ミラー本体１０２の対向する一対の辺と平行にＸ軸を設定し、ミラー本体１０２の中心Ｃを通り、ミラー本体１０２の対向する別の一対の辺と平行にＹ軸を設定し、ミラー本体１０２の中心Ｃを通り、Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する方向にＺ軸を設定する。また、Ｚ軸方向において、図１における上側を「上側」と称し、図１における下側を「下側」と称する場合がある。
　２つの取付部１０３，１０３は、ミラー本体１０２の辺のうち、Ｙ軸と平行な、対向する一対の辺にそれぞれ設けられている。一方の取付部１０３は、Ｙ軸と平行な第１辺ａ１の端部（第２辺ａ２側の端部）から、Ｘ軸方向に延びた後に屈曲し、第１辺ａ１との間に間隔を空けて、第１辺ａ１と平行に延びている。他方の取付部１０３は、第１辺ａ１と対向する第３辺ａ３の端部（第４辺ａ４側の端部）から、Ｘ軸方向に延びた後に屈曲し、第３辺ａ３との間に間隔を空けて、第３辺ａ３と平行に延びている。取付部１０３は、第１シリコン層ｂ１で形成されている。
　円筒部１０４は、Ｚ軸方向に延びる円筒状に形成され、ミラー本体１０２の、誘電体多層膜１２１とは反対側の表面に設けられている。円筒部１０４は、酸化膜層ｂ２及び第２シリコン層ｂ３で形成されている。つまり、円筒部１０４は、ミラー本体１０２と一体的に形成されている。これにより、ミラー本体１０２の平面度が向上する。
　２つのアクチュエータ３００，３００は、フレーム５００内において、第１ミラー１０１を挟んでＹ軸方向に並んで配置されている。各アクチュエータ３００は、基端部がフレーム５００に連結され、先端部が自由端となるカンチレバー構造をしている。自由端となる先端部に、第１ミラー１０１が連結されている。各アクチュエータ３００は、ＳＯＩ基板Ｂの主面内で折り返すように連結された２本のビームを有している。２本のビームは、主面に対して一方の側へ湾曲する第１ビーム３０１と、湾曲しないか又は該第１ビーム３０１よりも湾曲が小さい第２ビーム３０２とを含んでいる。第１ビーム３０１と第２ビーム３０２とは、互いに平行に配列されている。尚、２つのアクチュエータ３００，３００を区別するときは、図２において、第１ミラー１０１よりも上方のアクチュエータ３００を第１アクチュエータ３００Ａと称し、第１ミラー１０１よりも下方のアクチュエータ３００を第２アクチュエータ３００Ｂと称する。
　詳しくは、第１アクチュエータ３００Ａにおいて、第１ビーム３０１の基端部は、フレーム５００に固定されている。図２において、第１ビーム３０１は、フレーム５００からＸ軸方向の右側へ向かって延びている。第１ビーム３０１の先端部には、第２ビーム３０２が連結されている。第２ビーム３０２は、第１ビーム３０１から折り返して、Ｘ軸方向の左側へ向かって延びている。第２ビーム３０２の先端部は、Ｙ軸方向における第１ミラー１０１側へ屈曲して延び、第１ミラー１０１のミラー本体１０２と取付部１０３との間のスペースに進入し、取付部１０３と平行に延びている。第２ビーム３０２の先端部に第１ミラー１０１が連結されている。
　一方、第２アクチュエータ３００Ｂにおいて、第１ビーム３０１の基端部は、フレーム５００に固定されている。第１ビーム３０１は、フレーム５００からＸ軸方向の左側へ向かって延びている。第１ビーム３０１の先端部には、第２ビーム３０２が連結されている。第２ビーム３０２は、第１ビーム３０１から折り返して、Ｘ軸方向の右側へ向かって延びている。第２ビーム３０２の先端部は、Ｙ軸方向における第１ミラー１０１側へ屈曲して延び、ミラー本体１０２と取付部１０３との間のスペースに進入し、取付部１０３と平行に延びている。第２ビーム３０２の先端部に第１ミラー１０１が連結されている。
　つまり、第１アクチュエータ３００Ａ及び第２アクチュエータ３００Ｂにおいて、フレーム５００に連結されているビームは第１ビーム３０１であり、第１ミラー１０１に連結されているビームは第２ビーム３０２である。ただし、第１ビーム３０１がフレーム５００から延びる方向、及び、第２ビーム３０２が第１ビーム３０１から延びる方向が、第１アクチュエータ３００Ａと第２アクチュエータ３００Ｂとで反対向きになっている。
　続いて、各ビームの構成について説明する。第１アクチュエータ３００Ａと第２アクチュエータ３００Ｂとで各ビームの構成は同様である。例えば、第１アクチュエータ３００Ａの第１ビーム３０１と第２アクチュエータ３００Ｂの第１ビーム３０１の構成は同様である。
　第１ビーム３０１は、ビーム本体３１３と、ビーム本体３１３の表面に積層された圧電素子３１４とを有している。
　ビーム本体３１３は、断面方形の棒状に形成されている。ビーム本体３１３は、第１シリコン層ｂ１で形成されている。
　圧電素子３１４は、ビーム本体３１３の一方の表面に設けられている。ビーム本体３１３の表面にはＳｉＯ２膜３１８が積層されており、圧電素子３１４は、ＳｉＯ２膜３１８上に積層されている。圧電素子３１４は、下部電極３１５と、上部電極３１７と、これらに挟持された圧電体層３１６とを有する。下部電極３１５、圧電体層３１６、上部電極３１７は、ＳｉＯ２膜３１８上にこの順で積層されている。圧電素子３１４は、ＳＯＩ基板Ｂとは別の部材で形成されている。詳しくは、下部電極３１５は、Ｐｔ／Ｔｉ膜又はＩｒ／Ｔｉ膜で形成されている。圧電体層３１６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。上部電極３１７は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。
　圧電素子３１４の上部電極３１７及び下部電極３１５に電圧が印加されると、ビーム本体３１３のうち圧電素子３１４が積層された表面が伸縮し、ビーム本体３１３は、圧電素子３１４を内側にして湾曲する。
　第２ビーム３０２は、ビーム本体３１３と、ダミー膜３１９とを有している。ビーム本体３１３の表面には、ＳｉＯ２膜３１８が成膜されており、ＳｉＯ２膜３１８上にダミー膜３１９が積層されている。ダミー膜３１９には、下部電極３１５、圧電体層３１６及び上部電極３１７が含まれている。つまり、ダミー膜３１９は、圧電素子３１４と同様の構成をしている。しかし、ダミー膜３１９は、電圧が印加されることはなく、圧電素子としては機能しない。詳しくは、ダミー膜３１９の下部電極３１５、圧電体層３１６及び上部電極３１７は、圧電素子３１４の下部電極３１５、圧電体層３１６及び上部電極３１７とそれぞれ絶縁されている。これにより、圧電素子３１４に電圧が印加されても、ダミー膜３１９には電圧が印加されず、ダミー膜３１９は圧電素子としては機能しない。
　ダミー膜３１９は、複数のビームの初期反り及び温度変化による反りをキャンセルするためのものである。詳しくは、第１ビーム３０１の、第１シリコン層ｂ１で形成されたビーム本体３１３の表面には、ＳｉＯ２膜３１８、下部電極３１５、圧電体層３１６及び上部電極３１７がスパッタリング等の方法により成膜されており、その成膜過程の温度変動等によって成膜後に第１ビーム３０１に反りが生じ得る。例えば、ビーム本体３１３のうち薄膜が成膜された側の表面が収縮して、第１ビーム３０１が該表面を内側にして反り上がる場合がある。しかしながら、例えば第１ビーム３０１には、第２ビーム３０２が折り返すように連結され、第２ビーム３０２のビーム本体３１３にも圧電素子３１４と同様のダミー膜３１９が成膜されている。つまり、第１ビーム３０１と第２ビーム３０２が、互いに略平行な状態で反る。その結果、第１ビーム３０１の先端部及び第２ビーム３０２の基端部は、浮き上がった状態となるものの、第２ビーム３０２の先端部は、ＳＯＩ基板Ｂの厚み方向において第１ビーム３０１の基端部と同じ位置に戻ってくる。こうして、第２ビーム３０２の先端部においては、初期反りによるＳＯＩ基板Ｂの厚み方向の変位をキャンセルすることができる。また、第１ビーム３０１は、シリコン、ＳｉＯ２、Ｐｔ／Ｔｉ等の熱膨張率が異なる材料を積層させているので、温度が変化したときに、各膜がその熱膨張率に応じて様々に収縮する。そのため、第１ビーム３０１が反る場合がある。しかしながら、第２ビーム３０２も、第１ビーム３０１と同様の積層構造をしているので、第１ビーム３０１と同様の反りが生じる。その結果、初期反りの場合と同様に、第１ビーム３０１の反りを第２ビーム３０２がキャンセルする。
　第２ビーム３０２は、２つのヒンジ１０５，１０５を介して第１ミラー１０１の取付部１０３に連結されている。
　図３に、ヒンジ１０５及び検出電極４００の拡大平面図を示す。ヒンジ１０５は、蛇行する線条により形成され、弾性的に変形可能に構成されている。具体的には、ヒンジ１０５は、複数の直線部と、隣り合う直線部の端部同士を連結する折り返し部とを有し、全体として蛇行した形状をしている。直線部は、Ｙ軸方向に延びており、ヒンジ１０５は、Ｙ軸方向に延びる軸回りに湾曲しやすくなっている。ヒンジ１０５の一端部は、第２ビーム３０２の先端部に連結され、ヒンジ１０５の他端部は、取付部１０３のうち、ミラー本体１０２側の部分に連結されている。ヒンジ１０５は、連結部の一例である。
　２つのヒンジ１０５，１０５は、図２に示すように、ミラー本体１０２の中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる直線Ｌ１を挟んだ位置に配置されている。２つのヒンジ１０５は、該直線Ｌ１から等間隔だけＹ軸方向に離れている。
　フレーム５００には、第１アクチュエータ３００Ａ及び第２アクチュエータ３００Ｂに電圧を印加するための駆動端子が設けられている。詳しくは、フレーム５００の表面には、第１給電端子５１１，５１１と第２給電端子５１２，５１２とが設けられている。一方の第１給電端子５１１からは、第１アクチュエータ３００Ａの第１ビーム３０１の上部電極３１７まで配線が延び、他方の第１給電端子５１１からは、第２アクチュエータ３００Ｂの第１ビーム３０１の上部電極３１７まで配線が延びている。また、一方の第２給電端子５１２は、第１アクチュエータ３００Ａの第１ビーム３０１の下部電極３１５と導通しており、他方の第２給電端子５１２は、第２アクチュエータ３００Ｂの第１ビーム３０１の下部電極３１５と導通している。フレーム５００のＳｉＯ２膜１２８上には、部分的に、下部電極３１５及び圧電体層３１６が積層され、圧電体層３１６上に第１給電端子５１１及びその配線、並びに第２給電端子５１２が設けられている。ただし、圧電素子３１４のうち第２給電端子５１２が設けられている部分には、下部電極３１５に達する開口（図２において破線で図示）が形成されている。第２給電端子５１２は、この開口を覆うように設けられており、下部電極３１５と電気的に接続されている。第１給電端子５１１及び第２給電端子５１２の各組に電圧を印加することによって、第１アクチュエータ３００Ａの圧電素子３１４と第２アクチュエータ３００Ｂの圧電素子３１４とにそれぞれ電圧が印加される。
　検出電極４００は、第１ミラー１０１に連結された可動櫛歯電極４１０と、フレーム５００に設けられた固定櫛歯電極４２０とを有している。
　可動櫛歯電極４１０は、第１ミラー１０１に連結されるベース部４１１と、ベース部４１１から延びる複数の可動櫛歯４１４，４１４，…とを有している。ベース部４１１は、取付部１０３に連結され、片持ち状になっている。ベース部４１１は、第１ミラー１０１の中心Ｃを通り、Ｘ軸方向に延びる直線Ｌ１上を延びる第１ベース部４１２と、第１ベース部４１２の所々からＹ軸方向両側に分岐している複数の第２ベース部４１３，４１３，…とを有している。可動櫛歯４１４，４１４，…は、第２ベース部４１３からＸ軸方向両側に分岐するように延びている。可動櫛歯４１４，４１４，…は、互いに平行に延びている。可動櫛歯電極４１０は、第１シリコン層ｂ１で形成されている。
　固定櫛歯電極４２０は、フレーム５００に連結されるベース部４２１と、ベース部４２１，４２１から延びる複数の固定櫛歯４２４，４２４，…とを有している。ベース部４２１は、フレーム５００から片持ち状に延びている。ベース部４２１は、可動櫛歯４１４の第１ベース部４１２を挟むようにして、互いに平行にＸ軸方向に延びる２本の第１ベース部４２２，４２２と、第１ベース部４２２の所々からＹ軸方向における第１ベース部４１２側へ分岐している複数の第２ベース部４２３，４２３，…とを有している。第２ベース部４２３及び、可動櫛歯電極４１０の第２ベース部４１３は、交互にＸ軸方向に並んでいる。固定櫛歯４２４，４２４は、第２ベース部４２３からＸ軸方向両側に分岐するように延びている。固定櫛歯電極４２０は、第１シリコン層ｂ１で形成されている。ただし、固定櫛歯電極４２０は、可動櫛歯電極４１０と絶縁されている。詳しくは、第１シリコン層ｂ１において、固定櫛歯電極４２０を形成する部分は、周りの部分から物理的に分離されている。
　こうして、可動櫛歯４１４は、固定櫛歯４２４，４２４の間に入り込み、固定櫛歯４２４は、可動櫛歯４１４，４１４の間に入り込んだ状態となる。つまり、可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４とは、交互にＹ軸方向に並んでいる。可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４とは、互いに平行にＸ軸方向へ延び、Ｙ軸方向に間隔を空けて対向している。
　フレーム５００における第１シリコン層ｂ１の表面には、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との間の静電容量を検出するための検出端子が設けられている。詳しくは、第１シリコン層ｂ１のうち、可動櫛歯電極４１０を形成する部分と電気的に導通する部分に第１検出端子５２１が設けられている。第１検出端子５２１は、１つだけ設けられており、２つの可動櫛歯電極４１０，４１０で共用される。また、第１シリコン層ｂ１のうち、固定櫛歯電極４２０を形成する部分と電気的に導通する部分に第２検出端子５２２，５２２が設けられている。第２検出端子５２２，５２２は、２つの固定櫛歯電極４２０に対応して２つ設けられている。
　詳しくは後述するが、第１ミラー１０１が変位すると、それに伴い可動櫛歯電極４１０も変位する。その結果、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化が、第１検出端子５２１及び第２検出端子５２２を介して検出される。
　次に、第２ユニット２００の構成について説明する。
　第２ユニット２００は、第２ミラー２０１と、第２ミラー２０１を支持するフレーム２０５とを備えている。第２ユニット２００は、シリコン基板ｂ４で形成されている。
　フレーム２０５は、平面視略長方形の枠状に形成されている。フレーム２０５は、平面視において、第１ユニット１００のフレーム５００と同様の形状をしている。
　第２ミラー２０１は、ミラー本体２０２と、ミラー本体２０２は、平面視略長方形状に形成されている。ミラー本体２０２は、シリコン層ｂ４と、その表面に積層された誘電体多層膜２２１とで形成されている。ミラー本体２０２は、第１ミラー１０１のような円筒部１０４が設けられていないが、ミラー本体２０２のシリコン層ｂ４は、前記ミラー本体１０２の第１シリコン層ｂ１よりも厚くなっている。これにより、ミラー本体２０２の平面度が確保されている。誘電体多層幕２２１は、ミラー本体２０２のシリコン層ｂ４のうち、第１ミラー１０１と対向する表面に設けられている。誘電体多層膜２２１は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層させた膜である。
　また、ミラー本体２０２のうち第１ミラー１０１と対向する表面には、複数の突起２４１，２４１，が設けられている。突起２４１，２４１，…は、第１ミラー１０１の周縁部において、周方向に間隔を空けて配置されている。この突起２４１，２４１，…は、第１ユニット１００と第２ユニット２００とを重ね合わせたときに、第１ミラー１０１と対向する。突起２４１，２４１，…を設けることによって、第１ミラー１０１と、第２ミラー２０１との接触面積が低減され、両者の固着が防止される。
　第２ミラー２０１は、平板状に広がるシリコン層ｂ４によりフレーム２０５に連結されている。
　このように構成された第１ユニット１００と第２ユニット２００とは、互いに重ね合わせられ、フレーム５００とフレーム２０５とが接着剤を介して接合される。このとき、第２ミラー２０１の誘電体多層膜２２１と第１ミラー１０１の誘電体多層膜１２１とが対向する状態で、第１ユニット１００と第２ユニット２００とが重ね合わせられる。これにより、第１ミラー１０１と第２ミラー２０２とは、間隔を空けて、互いに略平行な状態で配置される。尚、フレーム５００とフレーム２０５との接合は、接着剤ではなく、陽極接合等の他の手段によるものであってもよい。
　制御部９００は、プロセッサ及びメモリの他、電源を有しており、光学フィルタ装置１０００を制御する。制御部９００は、アクチュエータ３００，３００に駆動電圧を供給して、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を調整する。
　続いて、光学フィルタ装置１０００の動作について説明する。図４に、初期状態における検出電極４００の斜視図を示す。図５に、初期状態における可動櫛歯４１４及び固定櫛歯４２４の対向する状態の概略図を示す。図６に、第１ミラー１０１が変位したときの検出電極４００の斜視図を示す。図７に、第１ミラー１０１が変位したときの可動櫛歯４１４及び固定櫛歯４２４の対向する状態の概略図を示す。
　光学フィルタ装置１０００においては、第２ミラー２０１に光が入射し、第２ミラー２０１を透過した光が第２ミラー２０１と第１ミラー１０１との間に入射する。両ミラーの間に入射した光は、第１ミラー１０１及び第２ミラー２０１で複数回反射し、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔に対応した波長の光が第１ミラー１０１より出射される。
　ここで、第１ミラー１０１を変位させて、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を調整することによって、第１ミラー１０１から出射される光の波長を変更することができる。
　詳しくは、制御部９００は、第１給電端子５１１と第２給電端子５１２に駆動電圧を印加する。この駆動電圧は、第１アクチュエータ３００Ａの圧電素子３１４と第２アクチュエータ３００Ｂの圧電素子３１４に印加され、第１アクチュエータ３００Ａ及び第２アクチュエータ３００Ｂの第１ビーム３０１，３０１が湾曲する。各第１ビーム３０１は、圧電素子３１４を内側にして、ＳＯＩ基板Ｂの表面に対して上側（圧電素子３１４が設けられている側）に湾曲する。一方、第２ビーム３０２は、実質的に湾曲せず、略直線状に延びた状態のままである。つまり、フレーム５００から第１ビーム３０１が上側へ反り上がるように延び、第１ビーム３０１の先端部から第２ビーム３０２が折り返して、略直線状に延びた状態となる。第１ビーム３０１の先端部は、斜め上方へ向かって傾斜しているので、第１ビーム３０１の先端部から折り返す第２ビーム３０２も、第１ビーム３０１の先端部と同じ傾きとなっている。つまり、第２ビーム３０２は、斜め下方へ向かって、略直線状に延び、第２ビーム３０２の先端部は、第１ビーム３０１の基端部よりも下方、即ち、ＳＯＩ基板Ｂの表面よりも下方に位置する。その結果、第１ミラー１０１のうち第２ビーム３０２が連結された取付部１０３も下方へ移動し、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔が広がる。尚、第２ビーム３０２の先端部は、駆動電圧の印加前と比べて、Ｘ軸方向の内側（即ち、第１ミラー１０１の中心Ｃの方）に少しだけ変位するが、この変位はヒンジ１０５がＸ軸方向へ伸びることによって吸収される。
　ここで、制御部９００は、検出電極４００の検出結果に基づいて駆動電圧を調整することによって第１ミラー１０１を第２ミラー２０１に対して略平行な状態で変位させる。
　詳しくは、光学フィルタ装置１０００から出射される光の波長（以下、「出力波長」という）は、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔に依存している。第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔は、第１ミラー１０１の変位量により決まる。第１ミラー１０１には可動櫛歯電極４１０が一体的に形成されているので、第１ミラー１０１が変位すると、それに伴って可動櫛歯電極４１０も一体的に変位する。可動櫛歯電極４１０が変位すると、可動櫛歯４１４とそれに対応する固定櫛歯４２４との対向している部分の面積（以下、「対向面積」という）Ｓが変化し、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との間の静電容量が変化する。つまり、光学フィルタ装置から出射される光の波長は、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を調整することによって変更することができ、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔は、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との間の静電容量によって検出することができる。
　そこで、制御部９００は、出力波長に対応する、アクチュエータ３００への駆動電圧及び検出電極４００の静電容量をメモリに予め記憶している。制御部９００は、出力波長が設定されると、それに対応する駆動電圧をメモリから読み出し、該駆動電圧を第１及び第２アクチュエータ３００Ａ，３００Ｂにそれぞれ印加する。そして、制御部９００は、検出電極４００を介して検出される静電容量に基づいて駆動電圧をフィードバック制御する。
　詳しくは、２つの可動櫛歯電極４１０のうち一方の可動櫛歯電極４１０は、第１ミラー１０１のうち第１アクチュエータ３００Ａが取り付けられた取付部１０３に設けられており、他方の可動櫛歯電極４１０は、第１ミラー１０１のうち第２アクチュエータ３００Ｂが取り付けられた取付部１０３に設けられている。つまり、一方の可動櫛歯電極４１０は、主に第１アクチュエータ３００Ａによる第１ミラー１０１の変位に対応して変位し、他方の可動櫛歯電極４１０は、主に第２アクチュエータ３００Ｂによる第１ミラー１０１の変位に対応して変位する。そこで、制御部９００は、一方の検出電極４００の静電容量に基づいて第１アクチュエータ３００Ａへの駆動電圧を制御し、他方の検出電極４００の静電容量に基づいて第２アクチュエータ３００Ｂへの駆動電圧を制御する。具体的には、制御部９００は、各検出電極４００の静電容量が所望の出力波長に対応した静電容量となるように、第１及び第２アクチュエータ３００Ａ，３００Ｂのそれぞれの駆動電圧を調整する。その結果、第１ミラー１０１が第２ミラー２０１に対して略平行な状態で且つ、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔が所望の出力波長に対応した間隔となる。
　このような構成において、可動櫛歯４１４は、固定櫛歯４２４に対して平行な状態で変位するので、第１ミラー１０１の可動範囲全体を通じて静電容量を精度よく検出することができる。
　詳しくは、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０とは、同じ第１シリコン層ｂ１から形成されているので、初期状態、即ち、第１ミラー１０１が変位していないときには、図４，５に示すように、同一平面上に位置している。この平面は仮想的な平面であり、以下、「基準平面Ｐ」と称する。基準表面Ｐは、第１シリコン層ｂ１の表面と平行な面である。このとき、可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４との対向面積Ｓは、図５に示すように、基本的には最も大きくなっている。すなわち、静電容量も最も大きくなっている。
　また、第１ミラー１０１のミラー本体１０２も第１シリコン層ｂ１で形成されているので、第１ミラー１０１も、初期状態においては可動櫛歯電極４１０及び固定櫛歯電極４２０と同様に基準平面Ｐ上に位置している。
　この状態から、第１ミラー１０１は、前述の如くＺ軸方向へ略平行移動、即ち、基準平面Ｐに対して略平行な状態で移動する。ここで、可動櫛歯電極４１０は第１ミラー１０１と一体的に連結されているため、可動櫛歯電極４１０も、図６，７に示すように、基準平面Ｐに対して略平行な状態で移動する。つまり、可動櫛歯４１４は、固定櫛歯４２４に対して平行な状態のまま移動する。その結果、可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４との対向面積Ｓは、図７に示すように、減少する。
　このとき、対向面積Ｓは、第１ミラー１０１の変位量に比例して減少する。可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４との対向する面の形状は、実質的に長方形状をしており、対向面積Ｓは、長方形の短辺と長辺との積で表される。そして、可動櫛歯４１４がＺ軸方向へ変位すると、対向面積Ｓの長辺の長さは変わらず、短辺が可動櫛歯４１４の変位量に比例して短くなる。そのため、対向面積Ｓも、可動櫛歯４１４の変位量に比例して減少する。可動櫛歯４１４は、第１ミラー１０１と一体的に変位するため、対向面積Ｓは、第１ミラー１０１の変位量に比例して減少することになる。
　例えば、可動櫛歯と固定櫛歯との構成においては、可動櫛歯が固定櫛歯に対して傾動する構成がある。このような構成の場合、可動櫛歯と固定櫛歯との対向する部分の形状は、常に長方形状というわけではなく、可動櫛歯の傾動状況に応じて変化する。そのため、対向面積は、可動櫛歯の変位量に対して常に比例して変化するわけではない。さらに、傾動する構成においては、傾動の中心からの距離が離れるほど、傾動角に対する変位量が大きくなる。そのため、可動櫛歯のうち傾動の中心から離れた部分は、可動櫛歯が連結された対象部材の変位量が大きくなると、固定櫛歯と対向しないようになる。可動櫛歯と固定櫛歯とが対向していなくても、その間の距離が微小であれば、フリンジ効果により静電容量が生じるが、可動櫛歯と固定櫛歯とが或る程度離れると、静電容量の変動に寄与しないようになる。つまり、可動櫛歯が傾動する構成においては、可動櫛歯と固定櫛歯との対向面積を、静電容量の変化の検出のために有効に活用できているとは言えない。
　それに対し、検出電極４００においては、対向面積Ｓは、第１ミラー１０１の変位量に比例して対向面積Ｓが変化するので、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との間の静電容量も第１ミラー１０１の変位量に概ね比例して変化する。そのため、第１ミラー１０１の変位量に対する静電容量の変化量は、第１ミラー１０１の可動範囲全体を通じて一様になる。その結果、第１ミラー１０１の変位量にかかわらず、第１ミラー１０１の変位量を静電容量に基づいて同程度の精度で検出することができる。また、可動櫛歯４１４の変位量は、第１ミラー１０１の変位量と概ね一致しているので、可動櫛歯４１４及び固定櫛歯４２４の面積を有効に活用して静電容量の変化を検出することができる。
　以上のように、光学フィルタ装置１０００は、第１ミラー１０１と、第１ミラー１０１を駆動するアクチュエータ３００，３００と、第１ミラー１０１の変位を検出する検出電極４００とを備え、検出電極４００は、複数の可動櫛歯４１４，４１４，…を含み、第１ミラー１０１に連結された可動櫛歯電極４１０と、可動櫛歯４１４，４１４，…と互いに略平行な状態で対向する複数の固定櫛歯４２４，４２４，…を含む固定櫛歯電極４２０とを有し、可動櫛歯４１４は、可動櫛歯電極４１０が第１ミラー１０１と一体的に変位する際に、固定櫛歯４２４に対して平行な状態で変位する。尚、可動櫛歯４１４が固定櫛歯４２４に対して平行な状態で変位するとは、可動櫛歯４１４の変位量に対する可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との間の静電容量の変化が実質的に比例する程度に、可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４とが並んでいればよい。
　この構成によれば、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との静電容量の変化に基づいて第１ミラー１０１の変位を検出することができる。
　２つの電極間の静電容量変化を検出する構成としては、互いに平行に配置された平板電極を設け、２枚の平板電極の間隔が変化することによる静電容量を検出する構成も考えられる。しかし、平板電極間の静電容量は、その間隔に反比例するため、間隔が大きいときには精度が悪い。
　それに対し、櫛歯電極を用いることによって、平板電極の課題は解消される。櫛歯電極においては、可動櫛歯電極４１０の可動櫛歯４１４と固定櫛歯電極４２０の固定櫛歯４２４とが非接触な状態で互いに対向している。この状態から可動櫛歯電極４１０が変位することによって、可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４との対向面積Ｓが変化し、両者間の静電容量が変化する。櫛歯電極の静電容量は、対向面積Ｓに比例するので、静電容量の変化を精度良く検出することができる。
　それに加えて、第１ミラー１０１と一体的に変位する可動櫛歯４１４は、固定櫛歯４２４に対して平行な状態で変位する。そのため、可動櫛歯４１４と固定櫛歯４２４との対向面積Ｓは、第１ミラー１０１の変位に実質的に比例して変化する。これにより、第１ミラー１０１の変位を、その変位量の大小にかかわらず一様な精度で検出することができる。その結果、第１ミラー１０１の変位の検出可能範囲の全体的な検出精度を向上させることができる。また、静電容量の変化量に対応する第１ミラー１０１の変位量の関係が検出可能範囲全体を通じて一様なので、第１ミラーの変位の制御性を向上させることができる。
　また、アクチュエータ３００は、複数設けられ、複数のアクチュエータ３００は、それぞれ第１ミラー１０１の異なる位置に連結され、検出電極４００は、複数設けられ、複数の可動櫛歯電極４１０，４１０は、それぞれ第１ミラー１０１の異なる位置に連結されている。
　この構成によれば、第１ミラー１０１は、複数のアクチュエータ３００，３００によって駆動される。そして、複数のアクチュエータ３００，３００に対し、検出電極４００も複数設けられている。そのため、検出電極４００を各アクチュエータ３００に対応させて配置することができる。これにより、各アクチュエータ３００に起因する第１ミラー１０１の変位を対応する検出電極４００でそれぞれ検出することができる。
　さらに、第１ミラー１０１には、アクチュエータ３００が連結される取付部１０３が設けられ、可動櫛歯電極４１０は、取付部１０３に連結されている。
　この構成によれば、第１ミラー１０１のうち、アクチュエータ３００が連結されている部分と同じ部分に可動櫛歯電極４１０が連結されている。つまり、可動櫛歯電極４１０は、第１ミラー１０１のうちアクチュエータ３００により直接的に移動させられる部分と一体的に変位する。これにより、アクチュエータ３００による第１ミラー１０１の変位を検出電極４００によって正確に検出することができる。
　さらにまた、第１ミラー１０１は、ミラー本体１０２を有し、取付部１０３は、ミラー本体１０２から延びており、取付部１０３には、蛇行する線条により形成され、弾性的に変形するヒンジ１０５を介してアクチュエータ３００が連結されており、アクチュエータ３００は、湾曲することによって第１ミラー１０１を駆動するように構成され、ヒンジ１０５は、アクチュエータ３００が湾曲する際に伸張するように構成されており、可動櫛歯電極４１０は、取付部１０３のうち、アクチュエータ３００が取り付けられた部分とは反対側に連結されている。
　この構成によれば、アクチュエータ３００は第１ミラー１０１を駆動する際に湾曲するので、アクチュエータ３００のうち第１ミラー１０１に連結された部分は、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を変化させる方向（Ｚ軸方向）だけでなく、それ以外の方向（Ｘ軸方向）にも僅かに変位する。ここで、アクチュエータ３００は、弾性的に変形するヒンジ１０５を介して取付部１０３に連結されているので、アクチュエータ３００の不要な変位をヒンジ１０５で吸収することができる。ここで、ヒンジ１０５は、アクチュエータ３００が湾曲する際に伸張するような配置となっているので、ヒンジ１０５は、蛇行する線条同士が干渉することなく、アクチュエータ３００の不要な変位を吸収することができる。また、取付部を、ミラー本体１０２から延びるように構成することによって、アクチュエータ３００及びヒンジ１０５の配置の自由度を向上させることができ、前述のようなヒンジ１０５の配置を実現することができる。そして、アクチュエータ３００及びヒンジ１０５の配置の自由度のために設けられた取付部１０３を利用して可動櫛歯電極４１０を設けることができる。この取付部１０３は、前述の如く、第１ミラー１０１の一部であり且つアクチュエータ３００が取り付けられる部分であるので、アクチュエータ３００による第１ミラー１０１の変位を正確に検出することができる。
　それに加えて、アクチュエータ３００及び可動櫛歯電極４１０は、それぞれ２つ設けられており、取付部１０３は、ミラー本体１０２の中心Ｃを通る直線Ｌ１上であって、中心Ｃを挟んで対向する２箇所に設けられ、各アクチュエータ３００は、複数のヒンジ１０５，１０５を介して取付部１０３に連結され、少なくとも２つのヒンジ１０５，１０５は、直線Ｌ１を挟んだ位置に配置されている。
　この構成によれば、取付部１０３が、ミラー本体１０２の中心Ｃを通る直線Ｌ１上であって、中心Ｃを挟んで対向する２箇所に設けられているので、アクチュエータ３００及び可動櫛歯電極４１０もミラー本体１０２の中心Ｃを通る直線Ｌ１上であって、中心Ｃを挟んで対向する２箇所に取り付けられる。つまり、第１ミラー１０１は、ミラー本体１０２の中心Ｃを通る直線Ｌ１上であって、中心Ｃを挟んで対向する２箇所がアクチュエータによって変位させられる。このような構成において、第１ミラー１０１が直線Ｌ１回りに回転する可能性がある。それに対し、各アクチュエータ３００は、複数のヒンジ１０５，１０５を介して取付部１０３に連結され、少なくとも２つのヒンジ１０５，１０５は、直線Ｌ１を挟んだ位置に配置されている。このように、各アクチュエータ３００につき２つのヒンジ１０５，１０５を直線Ｌ１を挟んだ位置に配置することによって、第１ミラー１０１が直線Ｌ１回りに回転することを防止することができる。その結果、第１ミラー１０１をできる限り第２ミラー２０１と平行な状態のまま変位させることができる。
　また、光学フィルタ装置１０００は、第１ミラー１０１と間隔を空けて配置される第２ミラー２０１をさらに備え、前記アクチュエータ３００，３００は、第１ミラー１０１を駆動して、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を変更し、第１ミラー１０１及び第２ミラー２０１は、入射した光の一部を透過させるように構成され、入射してきた光のうち前記間隔に応じた波長の光を出射させる。
　この構成によれば、第１ミラー１０１の変位を精度良く検出することによって、第１ミラー１０１と第２ミラー２０１との間隔を精度良く調整することができ、結果として、光学フィルタ装置１０００から出射される光の波長を精度良く制御することができる。
　《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。
　光学素子は、光学フィルタ装置１０００に限られるものではない。ミラーをアクチュエータで駆動する光学素子であれば、前述の可動櫛歯電極及び固定櫛歯電極による検出を適用することができる。特に、ミラーの傾きをできる限り維持したままミラーを変位させる光学素子に有効である。
　光学フィルタ装置１０００においては、第１ミラー１０１が第２ミラー２０１から離れるように変位するが、これに限られるものではない。第１ミラー１０１が第２ミラー２０１に接近するように変位する構成であってもよい。例えば、第２ユニット２００の上に第１ユニット１００を重ねてもよい。
　アクチュエータ３００は、２つ設けられているが、３つ以上であってもよい。また、検出電極４００は、２つ設けられているが、３つ以上であってもよい。ただし、アクチュエータの個数と同数の検出電極４００を設けることが好ましい。
　また、可動櫛歯電極４１０は、第１ミラー１０１のうち、アクチュエータ３００が取り付けられる部分以外の部分に取り付けられていてもよい。つまり、複数の検出電極４００の静電容量に基づいて複数のアクチュエータ３００の駆動電圧をフィードバック制御できる構成であれば、可動櫛歯電極４１０は任意の場所に配置することができる。
　各アクチュエータ３００は、２つのヒンジ１０５，１０５を介して第１ミラー１０１に連結されているが、ヒンジ１０５は、１つ又は３つ以上であってもよい。ヒンジ１０５が３つ以上の場合は、少なくとも２つが直線Ｌ１を挟んだ位置に配置されることが好ましい。
　アクチュエータ３００は、圧電効果により湾曲する圧電型アクチュエータであるが、これに限られるものではない。例えば、各アクチュエータは、熱膨張率の異なる材料を重ね合わせたビームで構成され、熱膨張率の差によって湾曲する熱型アクチュエータであってもよい。
　アクチュエータ３００は、第１ビーム３０１及び第２ビーム３０２の２本のビームを含むが、ビームは１本であっても、３本以上であってもよい。
　第２ビーム３０２には、ダミー膜３１９を設けているが、省略してもよい。
　第１ミラー１０１は、円筒部１０４を有するが、円筒部１０４を省略してもよい。
　あるいは、ミラー１０１をブレードに置換することで、ブレードの変位を精度良く検出することができるシャッタ装置を構成することができる。図８は、そのようなシャッタ装置２０００の平面図である。図２のミラー１０１をブレード６０１に置換することで、その他の構成要素は光学フィルタ装置１０００のものをそのまま採用してシャッタ装置２０００が構成される。
　ブレード６０１は、ブレード本体６０２と、２つの取付部１０３とを有している。ブレード本体６０２は略方形の板状に形成されている。ミラー１０１はその表面が第１ビーム３０１及び第２ビーム３０２の表面と平行になるように第２ビーム３０２の先端に連結されるのに対して（図２を参照）、ブレード６０１はその表面が第１ビーム３０１及び第２ビーム３０２の表面に対して垂直になるように第２ビーム３０２の先端に連結される。すなわち、図８ではブレード本体６０２の厚み（側面）が描かれており、ブレード本体６０２の表面はＹ軸及びＺ軸で規定される平面と平行になっている。そして、アクチュエータ３００でブレード６０１を駆動することでブレード６０１がＺ軸方向に変位して図略のＸ軸方向の光路の遮断及び開通させることができる。
　このようなシャッタ装置２０００においても、可動櫛歯電極４１０と固定櫛歯電極４２０との静電容量の変化に基づいてブレード６０１の変位を検出することができる。
　尚、ブレード本体６０２の表面はＹ軸及びＺ軸で規定される平面と平行である必要はなく、ブレード６０１で遮断及び開通させるべき図略の光路の方向に応じて、例えば、Ｘ軸及びＺ軸で規定される平面と平行であってもよい。
　以上説明したように、ここに開示された技術は、光学素子について有用である。
１０００　　　光学フィルタ装置（光学素子）
１０１　　　　第１ミラー（可動部）
１０３　　　　取付部
１０５　　　　ヒンジ（連結部）
２０１　　　　第２ミラー（もう一つの可動部）
３００Ａ　　　第１アクチュエータ
３００Ｂ　　　第２アクチュエータ
４００　　　　検出電極
４１０　　　　可動櫛歯電極
４１４　　　　可動櫛歯
４２０　　　　固定櫛歯電極
４２４　　　　固定櫛歯
６０１　　　　ブレード（可動部）
２０００　　　シャッタ装置（光学素子）

Claims (6)

  1. 　可動部と、
    　前記可動部を駆動するアクチュエータと、
    　前記可動部の変位を検出する検出電極とを備え、
    　前記検出電極は、
    　　複数の可動櫛歯を含み、前記可動部に連結された可動櫛歯電極と、
    　　前記可動櫛歯と互いに平行な状態で対向する複数の固定櫛歯を含む固定櫛歯電極とを有し、
    　前記可動櫛歯は、前記可動櫛歯電極が前記可動部と一体的に変位する際に、前記固定櫛歯に対して平行な状態で変位する光学素子。
  2. 　請求項１に記載の光学素子において、
    　前記アクチュエータは、複数設けられ、
    　複数の前記アクチュエータは、それぞれ前記可動部の異なる位置に連結され、
    　前記検出電極は、複数設けられ、
    　複数の前記可動櫛歯電極は、それぞれ前記可動部の異なる位置に連結されている光学素子。
  3. 　請求項２に記載の光学素子において、
    　前記可動部には、前記アクチュエータが連結される取付部が設けられ、
    　前記可動櫛歯電極は、前記取付部に連結されている光学素子。
  4. 　請求項３に記載の光学素子において、
    　前記可動部は、ミラー本体を有するミラーであり、
    　前記取付部は、前記ミラー本体から延びており、
    　前記取付部には、蛇行する線条により形成され、弾性的に変形する連結部を介して前記アクチュエータが連結されており、
    　前記アクチュエータは、湾曲することによって前記可動部を駆動するように構成され、
    　前記連結部は、前記アクチュエータが湾曲する際に伸張するように構成されており、
    　前記可動櫛歯電極は、前記取付部のうち、前記アクチュエータが取り付けられた部分とは反対側に連結されている光学素子。
  5. 　請求項４に記載の光学素子において、
    　前記アクチュエータ及び前記可動櫛歯電極は、それぞれ２つ設けられており、
    　前記取付部は、前記ミラー本体の中心を通る直線上であって、該中心を挟んで対向する２箇所に設けられ、
    　前記各アクチュエータは、複数の前記連結部を介して前記取付部に連結され、
    　少なくとも２つの前記連結部は、前記直線を挟んだ位置に配置されている光学素子。
  6. 　請求項１に記載の光学素子において、
    　前記可動部と間隔を空けて配置されるもう一つの可動部をさらに備え、
    　前記可動部及び前記もう一つの可動部は、いずれもミラーであり、
    　前記アクチュエータは、前記可動部を駆動して、該可動部と前記もう一つの可動部との間隔を変更し、
    　前記可動部及び前記もう一つの可動部は、入射した光の一部を透過させるように構成され、入射してきた光のうち前記間隔に応じた波長の光を出射させる光学素子。
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