专利名称：微致动器以及具有微致动器的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以倾动和垂直变位的微致动器、以及具有该微致动器的装置。
背景技术：
使用MEMS(微电子机械系统)技术来制作多样的微致动器，从而期待微致动器对光学、高频电路、生物工程等各种各样的领域的应用。例如，在补偿光学(Adaptive Optics)领域中，开发了用于控制光的波阵面的微镜阵列。在这样的用途中，为了方便地控制光的波阵面，相对于基台倾动一个个的光反射面的同时，使它们垂直变位这一操作是有效的。
非专利文献1公开了可以进行这样的倾动与垂直变位的微致动器的例。图10是示意地表示非专利文献1所公开的微致动器1000的立体图。
可动电极100利用3条弹性梁101a、101b以及101c来支承其外周部。又，可动电极100与3个固定电极102a、102b以及102c对置。固定电极102a、102b以及102c设置为可以分别独立地施加驱动电压，从而在与可动电极100之间产生电位差。以此，在吸引可动电极100的方向上产生静电力。
若将固定电极102a～102c的驱动电压设定为同一，则可动电极100在大致不倾动的基础上在向下方向上垂直变位。又，若使它们的驱动电压相互不同，则可动电极100一边在期望的方向上倾动一边在向下方向上垂直变位。这样，可动电极100就可以进行在向下方向上的垂直变位的同时进行双轴倾动。
由于镜103在接合部104上与可动电极100接合，因此可动电极100的变位将镜103的变位决定为与其一致的变位。
非专利文献1U.Srinivasan，et al，“Fluidic Self-Assembly of Micromirrors onto Microactuators Using Capillary Forces”，IEEE Journal onSelected Topics in Quantum Electronics，Vol.8，No.1，pp.4-11(January，2002)但是，上述的微致动器1000有固定电极的驱动信号与镜变位之间的关系中的非对角性很大这一问题。在此，非对角性是指，在对某一固定电极施加规定的电压，从而对置于该固定电极的一侧的可动电极100的一端在垂直方向变位的情况下，对置于其它固定电极的一侧的可动电极100的端部也在垂直方向变位。
参照图11，说明该问题。图11是表示微致动器1000的动作的图。因为图11是示意化的微致动器1000的剖面图，所以只图示可动电极100、2条弹性梁101a以及101b、与2个固定电极102a以及102b。固定电极102a传递到可动电极100上的驱动力的作用点a，是通过固定电极102a中的产生驱动力的区域的中心且与固定电极102a垂直的轴所通过的点。固定电极102b传递到可动电极100上的驱动力的作用点b，是通过固定电极102b中的产生驱动力的区域的中心且与固定电极102b垂直的轴所通过的点。
在此，说明只对固定电极102a施加规定的电压从而吸引可动电极100的情况。固定电极102a产生驱动力F，在作用点a上，可动电极100在垂直方向变位δ。此时，在对置于未产生驱动力的固定电极102b的作用点b上，可动电极100也在垂直方向变位δ’。在此，将该变位δ’与变位δ之间的比的值δ’/δ作为非对角性的大小的指标。
从可动电极100的姿势控制的观点考虑，这样的非对角性较小为好。若非对角性相对于变位的目标分辨率充分小，则因为可以利用对对应的固定电极的施加电压来分别独立地控制各作用点a以及b上的可动电极100的变位，所以可以使控制装置为简洁的结构。又，在进行修正因非对角性而导致的变位(例如δ’)这一控制的情况下，非对角性越小，控制的高精度化与简洁化也就越容易。特别是，在静电驱动的情况下，因为驱动力只在吸引方向上产生，所以在将δ’的大小返回为0的方向上的修正控制较难。又，在微致动器的特性的离散较大的情况下，用于修正因非对角性而导致的变位的数据量变得庞大。特别是，若在具有多个微致动器的装置(微镜阵列等)中上述的非对角性大，则用于修正因非对角性而导致的变位的数据量变得庞大。这成为显著的成本的增大以及微致动器的驱动速度的降低的原因。从这样的点考虑，优选非对角性较小。
但是，如图10以及图11明确所示，在支承可动电极100的外周部，并将固定电极形成于其内侧的结构中，可动电极100的所有的位置因1个固定电极102a所产生的驱动力而在向下方向变位。因此，非对角性极其大。若考虑修正控制的高精度化以及简洁化，则优选非对角性δ’/δ是1/3以下，不过在现有的微致动器1000的结构中，即使在设计上下功夫，也很难使非对角性为1/3以下。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种减小驱动力与可动部的变位之间的非对角性的微致动器、以及具有该微致动器的装置。
本发明的微致动器的特征在于，包括基台；可动部，可以相对于所述基台变位；弹性支承部，支承所述可动部，使得可以进行所述可动部的相对于所述基台的垂直方向的变位、以及相对于所述基台的倾动；以及多个驱动部，相对于所述基台使所述可动部变位，所述多个驱动部包含有第一驱动部与第二驱动部，在所述第一驱动部传递到所述可动部上的第一驱动力的第一作用点、与所述第二驱动部传递到所述可动部上的第二驱动力的第二作用点之间的位置上，所述弹性支承部支承所述可动部，在使对应于所述可动部在相对于所述基台的垂直方向上的变位而在所述弹性支承部中产生的复原力的弹簧常数为kz(N/m)，使对应于所述可动部相对于所述基台的倾动角度而在所述弹性支承部中产生的复原转矩的弹簧常数为kr(Nm/rad)，并使所述第一作用点与所述第二作用点之间的距离为2L(m)时，所述kz、所述kr以及所述L满足0.5≤L2·kz/kr≤2的关系。
本发明的微致动器的特征在于，包括基台；可动部，可以相对于所述基台变位；弹性支承部，支承所述可动部，使得可以进行所述可动部相对于所述基台的垂直方向的变位、以及相对于所述基台的双轴倾动；以及多个驱动部，相对于所述基台使所述可动部变位，在由所述多个驱动部传递到所述可动部上的驱动力所作用的多个作用点包围的位置上，所述弹性支承部支承所述可动部，在使对应于所述可动部在相对于所述基台的垂直方向上的变位而在所述弹性支承部中产生的复原力的弹簧常数为kz(N/m)，使对应于所述可动部的所述双轴倾动中的倾动角度而在所述弹性支承部中产生的复原转矩的弹簧常数为krx(Nm/rad)以及kry(Nm/rad)，并使所述各自的多个作用点与所述弹性支承部支承所述可动部的所述位置之间的距离为R(m)时，所述kz、所述krx、所述kry以及所述R满足1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5、0.67≤krx/kry≤1.5的关系。
在某一实施方式中，所述弹性支承部支承所述可动部的大致中央部。
在某一实施方式中，所述可动部的至少一部分具有导电性，所述多个驱动部分别具有与所述可动部对置的电极，所述多个驱动部分别利用在所述可动部与所述电极之间产生的静电力来驱动所述可动部。
在某一实施方式中，所述多个驱动部配置为以通过所述弹性支承部支承所述可动部的位置且与所述基台垂直的轴为中心大致对称。
在某一实施方式中，所述弹性支承部具有连接于所述基台上的第一端部、与连接于所述可动部上的第二端部，在使所述第一端部与所述第二端部之间的距离为H时，所述H与所述R满足0.8≤H/R≤1.6的关系。
在某一实施方式中，所述第一端部与所述可动部的中央部之间的距离比所述第二端部与所述可动部的中间部之间的距离长。
在某一实施方式中，所述弹性支承部具有梁部，所述梁部具有所述梁部延伸的方向反向的折返部。
在某一实施方式中，所述折返部与所述可动部的中央部之间的距离比所述弹性支承部的连接于所述基台上的位置与所述可动部的中央部之间的距离长。
在某一实施方式中，在所述多个驱动部中的1个驱动所述可动部，从而所述可动部的一端在接近所述基台的方向变位的情况下，所述可动部的另一端在从所述基台远离的方向变位。
在某一实施方式中，所述kz、所述kr以及所述L满足1≤L2·kz/kr的关系。
在某一实施方式中，所述kz、所述krx、所述kry以及所述R满足2≤R2·kz/krx、2≤R2·kz/kry的关系。
本发明的装置的特征在于，具有多个所述微致动器，所述多个微致动器相互共有所述基台。
本发明的装置的特征在于，具有多个所述微致动器，所述多个微致动器相互共有所述基台，在使所述多个微致动器中的相互邻接的微致动器相互间的节距为P(m)时，所述P与所述R满足0.29≤P/R≤0.37的关系。
在某一实施方式中，所述装置还具有对所述多个驱动部输出控制信号，从而控制所述可动部的变位的控制部。
在某一实施方式中，所述控制部可以对所述可动部进行3级以上的变位。
在某一实施方式中，所述控制部输出对应于所述多个驱动部中的接收所述控制信号的驱动部传递到所述可动部上的驱动力的作用点的目标变位量的、所述控制信号。
在某一实施方式中，所述可动部具有光反射面。
在某一实施方式中，所述装置还具有产生光的光源。
在某一实施方式中，所述装置还具有接收通过了所述光反射面的光，从而生成表示所述光的波阵面状态的波阵面信息的波阵面信息生成部，所述控制部对应于所述波阵面信息使所述可动部变位。
根据本发明，弹性支承部在多个作用点之间或者由多个作用点包围的位置上支承可动部。又，在对应于可动部在垂直方向上的变位的弹簧常数与对应于可动部的倾动角度的弹簧常数之间保持特定的关系。以此，就可以减小驱动部的驱动力与可动部的变位之间的非对角性(即增大对角性)，从而可以容易地实现微致动器的控制的高精度化以及简洁化。又，可以使控制微致动器的控制装置为简洁的结构。
根据本发明，因为驱动部的驱动力与可动部的变位之间的非对角性小，可动部中的作用点的各自的位置上的变位可以在相互不干涉的基础上独立地控制，所以可以实现控制的简洁化与高精度化。
图1A是示意地表示本发明的实施方式一的微致动器的分解立体图；图1B是示意地表示本发明的实施方式一的微致动器阵列的分解立体图；
图2A是本发明的实施方式一的微致动器的在一维模型下的动作说明图；图2B是本发明的实施方式一的微致动器的在一维模型下的动作说明图；图3A是示意地表示本发明的实施方式一的微致动器的俯视图；图3B是本发明的实施方式一的微致动器的在二维模型下的动作说明图；图3C是本发明的实施方式一的微致动器的在二维模型下的动作说明图；图4是示意地表示本发明的实施方式一的微致动器的俯视图；图5A是示意地表示本发明的实施方式二的微致动器的俯视图；图5B放大了本发明的实施方式二的微致动器的弹性梁的折返部骤变而得到的图；图6A示意地表示本发明的实施方式三的微致动器的俯视图；图6B是示意地表示在本发明的实施方式三的微致动器的弹性支承部上具有挠度这一状态的侧视图；图7是示意地表示具有本发明的实施方式四的微致动器的装置的图；图8A是表示本发明的实施方式四的可动部中的作用点的坐标位置与波阵面近似精度之间的关系的、一维模型的说明图；图8B是表示本发明的实施方式四的可动部中的作用点的坐标位置与波阵面近似精度之间的关系的、一维模型的说明图；图8C是描绘了本发明的实施方式四的相位函数的曲率半径、与使波阵面误差极小的距离之间的关系而得到的图；图9A是示意地表示本发明的实施方式四的微致动器阵列的俯视图；图9B是描绘了本发明的实施方式四的相位函数的曲率半径、与使波阵面误差极小的距离之间的关系而得到的图；图10是示意地表示现有的微致动器的立体图；图11是现有的微致动器的动作说明图。
符号说明1 基板
4a～4c、14a～14c、24a～24c 固定电极5、15、25 弹性支承部5a、15a、25a 弹性梁5h～5j、15h～15j、25h～25j 固定端5k～5m、15k～15m、25k～25m 可动端15n～15s、25n～25p 折返部6 可动电极6b 镜部7 可动部10、10a、10b 微致动器31 光源35 微致动器阵列42 控制部47 波阵面信息生成部具体实施方式
以下，参照
本发明的微致动器、以及具有微致动器的装置的
(实施方式一)参照图1～图4说明本发明的微致动器的第一实施方式。
首先，参照图1A。图1A是示意地表示本实施方式的微致动器的分解立体图。
微致动器10具有基台1、可动部7、弹性支承部5、以及固定电极4a、4b与4c。微致动器10例如使用MEMS技术来制作。基台1例如是硅基板。在基台1上设置有驱动电路1a，在驱动电路1a上设置有绝缘层2。在绝缘层2上设置有固定电极4a～4c以及接地配线部3。可动部7可以相对于基台1变位。弹性支承部5具有弹性，支承可动部7使得可以进行可动部7在相对于基台1的平面方向垂直的方向上的变位、以及可动部7相对于基台1的倾动。各自的固定电极4a～4c作为在相对于基台1的平面方向垂直的方向上驱动可动部7的驱动部而发挥功能。作为固定电极4a～4c以及接地配线部3的材料，可以使用铝(Al)合金、聚硅锗(Poly-SiGe)等可以在450℃以下低温成膜的导电材料。各自的固定电极4a～4c利用形成于绝缘层2上的支柱(未图示)而连接于驱动电路1a上。驱动电路1a可以将规定的电压范围内(例如0～30V)的驱动电压分别独立地施加于固定电极4a～4c上。该驱动电压例如能够作为10bit的多级的值而设定。
弹性支承部5具有3条弹性梁5a～5c、将这些弹性梁5a～5c固定于基台1上的固定部5d～5f、以及用于支承可动部7的支承部5g。弹性梁5a～5c连接于接地配线部3上。在此，将弹性梁5a～5c的端部中、连接于固定部5d～5f上的一侧的端部称为固定端5h～5j，连接于支承部5g上的一侧的端部称为可动端5k～5m。
为了形成弹性支承部5，只要如下操作即可首先，使用光致抗蚀剂在接地配线部3以及固定电极4a～4c上形成第一替化层(未图示)，接着，在该第一替化层上形成弹性支承部5。作为弹性支承部5的材料，可以使用与接地配线部3以及固定电极4a～4c同样的导电材料。
支承部5g与设置于可动电极6的中央部上的突起6a连接。又，3条弹性梁5a～5c利用支承部5g相互地连结。
为了形成可动部7，只要如下操作即可首先，在使用光致抗蚀剂在弹性支承部5上形成第二替化层(未图示)，接着，在该第二替化层上形成可动电极6。作为可动电极6的材料，可以使用与接地配线部3以及固定电极4a～4c同样的导电材料。可动电极6的上表面成为作为光反射面的镜部6b。为了进一步提高光反射效率，也可以在可动电极6的上表面涂敷金或者电介质多层膜等，从而形成镜部6b。另外，在微致动器10的制造工序中，上述的第一以及第二替化层最终由有机溶剂或者氧气等离子体等除去，在除去后的部分上形成空隙。可动电极6利用弹性支承部5以及接地配线部3而与驱动电路1a连接，并保持为接地电位。
可动电极6利用空隙而与3个固定电极4a～4c对置。若在可动电极6与固定电极4a～4c之间产生电位差，则在可动电极6与固定电极4a～4c之间产生静电力。以该静电力为驱动力来驱动可动部7。若可动部7利用该驱动力变位，则弹性支承部5弹性地变形，从而可动部7的姿势利用弹性支承部5的弹性复原力与驱动力的平衡而决定。通过控制由各固定电极4a～4c产生的驱动力的大小，就可以控制可动部7在相对于基台1垂直的方向上的变位的量、与相对于基台1的倾动的量。若将固定电极4a～4c的驱动电压设置为同一，则可动部7在大致不倾动的基础上，在包含有可动部7的中央部的可动部7整体接近基台1的方向上垂直变位。又，若使这些驱动电压相互不同，则可动部7在期望的方向上倾动。在此，相对于基台1的倾动是绕平行于基台1的平面方向且相互正交的2个倾动轴的倾动。
图1B表示将上述的一个微致动器10作为单位单元从而排列多个单位单元而得到的微致动器阵列35。图1B是示意地表示微致动器阵列35的分解立体图。多个微致动器10所具有的可动部7、弹性支承部5以及固定电极4a～4c设置于1片基台1上，多个微致动器10相互地共有1片基台1。
相互邻接的各微致动器10的节距P例如是110μm。微致动器10的数目例如是42×36个。具有这样的多个微致动器10的微致动器阵列35作为微镜阵列而发挥功能。
接着，参照图2A～图3C，说明用于减小由固定电极4a～4c产生的驱动力与可动部7的变位之间的非对角性的条件。微致动器10(图1A)由弹性支承部5支承，从而可以进行双轴倾动与1轴的垂直变位。作为说明的顺序，首先，说明进行1轴的倾动与1轴的垂直变位的1维模型，接着说明进行双轴倾动与1轴的垂直变位的2维模型。
图2A以及图2B是微致动器10的在1维模型下的动作说明图。图2A表示只对固定电极4a施加规定的电压从而吸引可动电极6这一状态。
固定电极4a传递到可动部7的可动电极6上的驱动力的作用点A是通过固定电极4a中的产生驱动力的区域的中心且与固定电极4a垂直的轴所通过的点。固定电极4a传递到可动电极6上的驱动力的作用点B是通过固定电极4b中的产生驱动力的区域的中心且与固定电极4b垂直的轴所通过的点。因为弹性支承部5支承可动电极6的大致中央部，所以在1维模型中，在作用点A与作用点B之间的位置(中央部O)上，弹性支承部5支承可动电极6。固定电极4a以及4b以通过该中央部O且与基台1(图1A)垂直的轴为中心而大致对称地配置。因此，中央部O与作用点A之间的距离以及中央部O与作用点B之间的距离大致相等，都为L(m)。作用点A与作用点B之间的距离是2L。
使对应于中央部O上的可动电极6的相对于基台1的垂直变位δO(m)而在弹性支承部5中产生的复原力的弹簧常数为kz(N/m)，使对应于可动电极6的相对于基台1的倾动角度θ(rad)而在弹性支承部5中产生的复原转矩的弹簧常数为kr(Nm/rad)。使在只对固定电极4a施加规定的电压而吸引可动电极6的情况下在作用点A上产生的驱动力为Fa(N)，使在只对固定电极4b施加规定的电压而吸引可动电极6的情况下在作用点B上产生的驱动力为Fb(N)。又，使作用点A上的可动电极6的垂直方向的变位为δ(m)，使作用点B上的可动电极6的垂直方向的变位为δ’(m)。此时，力的平衡以式(1)表示。
Fa+Fb＝(δ+δ’)/2×kz (式1)又，力矩的平衡以式(2)表示。
L·(Fa-Fb)＝(δ-δ’)/2L×kr (式2)参照图2A，在只对固定电极4a施加规定的电压从而吸引可动电极6的情况下，在作用点A上产生驱动力F，在作用点A上，可动电极6在垂直方向变位δ。此时，在未产生驱动力的作用点B上，可动电极6在垂直方向变位δ’。该情况下，因为Fb＝0，所以由(式1)以及式(2)得到，Fa＝(δ+δ’)/2×kz (式3)L·Fa＝(δ-δ’)/2L×kr (式4)由式(3)以及式(4)得到，δ＝(1/kz+L2/kr)Fa (式5)δ’＝(1/kz-L2/kr)Fa(式6)因而，非对角性的大小δ’/δ以(式7)求出。
δ'δ=1-(L2·kz/kr)1+(L2·kz/kr)]]>(式7)从式(7)可以知道，通过使L2·kz/kr的值接近1，就可以将非对角性的大小δ’/δ减小到直至期望的值。在非对角性的大小δ’/δ、与以L2·kz/kr求出的值之间存在直接的对应关系，该关系以(表1)表示。
在如现有的微致动器1000(图10)所示，弹性支承部支承可动电极的外周的结构中，已经说明了使非对角性的大小δ’/δ为1/3以下是非常困难的这一情况。相对于此，本发明的微致动器10是弹性支承部5支承可动部7的大致中央部O的结构，进而，通过在弹簧常数kz、kr以及距离L中保持0.5≤L2·kz/kr≤2的关系，就可以使非对角性的大小δ’/δ为1/3以下。通过这样减小非对角性，就可以容易地实现微致动器10的控制的高精度化以及简洁化。又，可以使控制微致动器的控制装置为简洁的结构。
另外，非对角性的大小δ’/δ若是1/10以下则更为优选。从表1可以知道，通过在弹簧常数kz、kr以及距离L中保持0.82≤L2·kz/kr≤1.2的关系，就可以使非对角性的大小δ’/δ为1/10以下。
另外，在此说明了只是固定电极4a产生驱动力的情况，即使在固定电极4a以及4b分别产生任意的驱动力的情况下，上述的关系也成立。参照图2B说明该情况。图2B表示对固定电极4a以及4b分别施加独立的电压从而吸引可动电极6这一状态。
使固定电极4a产生的驱动力为Fa(N)，使固定电极4b产生的驱动力为Fb(N)。又，使作用点A上的可动电极6的垂直方向的变位为δa(m)，使作用点B上的可动电极6的垂直方向的变位为δb(m)。在此，Fb＝0时，由(式1)以及(式2)得到，δa＝(1/kz+L2/kr)Fa (式8)δb＝(1/kz-L2/kr)Fa (式9)Fa＝0时，由(式1)以及(式2)得到，δa＝(1/kz-L2/kr)Fb (式10)δb＝(1/kz+L2/kr)Fb (式11)由(式8)～(式11)可以知道，变位δa以及δb、与驱动力Fa以及Fb之间的关系以(式12)求出。
δaδb=[1kz+L2kr]11-(L2·kz/kr)1+(L2·kz/kr)1-(L2·kz/kr)1+(L2·kz/kr)1FaFb]]>(式12)在(式12)的右边的矩阵中，非对角成分与对角成分之间的比的值与参照(式7)而说明的非对角性的大小一致。因此，通过在弹簧常数kz、kr以及距离L中保持0.5≤L2·kz/kr≤2的关系，就可以将固定电极4a以及4b产生任意的驱动力的情况的作用点A以及作用点B上的变位的干涉(由固定电极4a产生的驱动力相对于作用点B的变位的干涉、以及由固定电极4b产生的驱动力相对于作用点A的变位的干涉)抑制为1/3以下，从而提高作用点A以及B上的变位的独立控制性。
又，进而在L2·kz/kr满足1≤L2·kz/kr的条件的情况下，(式12)中的非对角项取负值，不过该条件在如作为驱动力而使用静电力的情况所述驱动力Fa以及Fb只产生吸引力的结构中，容易修正因非对角性而导致的变位。
再次参照图2A说明该理由。
在满足1≤L2·kz/kr的条件的情况下，在可动电极6的作用点A侧的一端利用驱动固定电极4a而产生的驱动力Fa而在接近基台1的方向变位时，可动电极6的作用点B侧的另一端在从基台1远离的方向变位，从而因在作用点B上的非对角性而导致的变位δ’取负值。为了修正该变位，只要利用固定电极4b产生吸引力即可。在因非对角性而导致的变位δ’在接近固定电极4b的方向上产生的情况下，在只产生静电力那样的吸引力的结构中很难修正该变位。但是，即使在只产生吸引力的结构中，在因非对角性而导致的变位δ’在从固定电极4b远离的方向上产生的情况下，若适当地设定驱动力Fa以及Fb的大小则基本上可以容易地进行因非对角性而导致的变位的修正。以此，就可以使进行因非对角性而导致的变位的修正的控制装置为简洁的结构。
接着，参照图3A～图3C，说明进行双轴倾动与1轴的垂直变位的2维模型。图3A～图3C是微致动器10的在2维模型下的动作说明图。
图3A是示意地表示微致动器10的俯视图，如图3A所示，设定以可动电极6的中央部O为原点x轴以及y轴。
固定电极4a传递到可动部7的可动电极6上的驱动力Fa的作用点A是通过固定电极4a中的产生驱动力Fa的区域的中心且与固定电极4a垂直的轴所通过的点。固定电极4b传递到可动电极6上的驱动力Fb的作用点B是通过固定电极4b中的产生驱动力Fb的区域的中心且与固定电极4b垂直的轴所通过的点。固定电极4c传递到可动电极6上的驱动力Fc的作用点C是通过固定电极4c中的产生驱动力Fc的区域的中心且与固定电极4c垂直的轴所通过的点。弹性支承部5在由作用点A、B以及C包围的位置(在本实施方式中，是可动电极6的大致中央部)上支承可动电极6。在固定电极4a与可动电极6形成平行平板电极的第1次近似中，作用点A位于可动电极6上的与固定电极4a重叠的区域的中心。作用点B以及C也同样。固定电极4a～4c以弹性支承部5支承可动电极6的中央部O为中心旋转对称地配置。各自的作用点A～C从中央部O的距离是R(m)。作用点A～C位于以中央部O为中心的半径R的圆的圆周上，从中央部O观察以120度的等同的角度间隔配置。
图3B是沿着微致动器10的y轴的剖面的示意图，图3C是沿着微致动器的x轴的剖面的示意图。固定电极4a、4b以及4c分别独立地产生驱动力Fa、Fb以及Fc，以此在作用点A、B以及C上，可动电极6在与基台1垂直的方向上分别变位δa、δb以及δc。
使对应于可动电极6的相对于基台1的垂直变位δO(m)而在弹性支承部5中产生的复原力的弹簧常数为kz(N/m)，使对应于可动电极6的绕x轴的倾动中的倾动角度θx(rad)而在弹性支承部5中产生的复原转矩的弹簧常数为krx(Nm/rad)，使对应于可动电极6的绕y轴的倾动中的倾动角度θy(rad)而在弹性支承部5中产生的复原转矩的弹簧常数为kry(Nm/rad)。
变位δa、δb以及δc、与驱动力Fa、Fb以及Fc之间的关系由(式13)求出。
δaδbδc=1kz+R2krx1kz-R22krx1kz-R22krx1kz-R22krx1kz+R24krx+3R24kry1kz+R24krx-3R24kry1kz-R22krx1kz+R24krx-3R24kry1kz+R24krx+3R24kryFaFbFc]]>(式13)在式(13)中，通过使R2·kz/krx的值接近2，并使krx的值接近kry的值，就可以所有的非对角成分减小到期望的值。因此，通过弹性支承部5支承可动电极6的中央部O，在R、kz、krx、kry中保持特定的关系，就可以将在固定电极4a～4c中产生任意的驱动力的情况的作用点A～C上的变位的干涉抑制为规定值以下，从而提高作用点A～C上的独立控制性。
为了减小非对角性而必要的R、kz、krx、kry的条件的一例如表2所示。
通过弹性支承部5支承可动电极6的大致中央部O，在弹簧常数kz、krx、kry以及距离R中保持1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5、0.67≤krx/kry≤1.5的关系，就可以在包含有1轴的垂直变位与双轴倾动的、具有3轴的自由度的微致动器10中，使非对角性的大小为1/3以下。
另外，若非对角性的大小为1/10以下则更为优选。从(表2)可知，通过在弹簧常数kz、krx、kry以及距离R中保持1.6≤R2·kz/krx≤2.5、1.6≤R2·kz/kry≤2.5、0.87≤krx/kry≤1.15的关系，就可以使非对角性的大小δ’/δ为1/10以下。
又，进而通过R2·kz/kr满足2≤R2·kz/krx、2≤R2·kz/kry的条件，就可以与参照1维模型所说明的同样地，即使在作为驱动力Fa～Fc只产生吸引力的情况下，也容易修正因非对角性而导致的变位。
接着，参照图4，说明满足上述条件的微致动器10的具体的尺寸数值。图4是示意地表示微致动器10的俯视图。
就中央部O、作用点A～C、以及距离R而言，因为已参照图3A进行了说明，所以在此省略其说明。如图4所示的微致动器10中的距离R是37μm。从中央部O至弹性支承部5的可动端5k之间的距离H1是5.5μm，从中央部O至弹性支承部5的固定端5h之间的距离H2是45.5μm，从中央部O至弹性支承部5的固定部5d的中心之间的距离H3是51μm。支承部5g的宽度W1是11μm，弹性梁5a的宽度W2是4μm，固定部5d的宽度W3是11μm。弹性支承部5的厚度优选是0.1～1μm的范围，在此是0.5μm。在使弹性支承部5的材料为铝合金(例如铝硅)的情况下，纵弹性系数是69GPa，泊松比是0.35。
连接于基台1上的一侧的固定端5h比连接于可动电极6上的一侧的可动端5k更位于外侧，固定端5h与中央部O之间的距离比可动端5k与中央部O之间的距离长。使在从固定端5h朝向可动端5h延伸的弹性梁5a中，相互最为远离的2个部分之间的直线距离为H。在此，距离H与弹性梁5a的长度相等，是40μm。为了kr/krx、kr/kry的值大约与距离H的平方成反比例，可以适当地调节距离H的值，从而得到期望的kr/krx、kr/kry的值。距离H与距离R的关系优选决定为满足0.8≤H/R≤1.6的关系。在上述H以及R的值(H＝40μm、R＝37μm)的情况下，H/R的值为1.08，从而满足0.8≤H/R≤1.6的关系。
具有以上的数值的弹性支承部5的特性是kz＝1.16(N/m)、krx＝7.29×10-10(Nm/rad)、kry＝7.90×10-10(Nm/rad)。此时，因为R2·kz/krx、R2·kz/kry、以及krx/kry的值分别是2.18、2.02以及1.08，所以满足1≤R2·kz/krx≤5、
1≤R2·kz/kry≤5、0.67≤krx/kry≤1.5的条件。若以(式13)为基础进行计算，则可以知道，这是非对角性成为3％以下的条件。这样，根据本发明，就可以实现非对角性极其小的微致动器。
另外，可动电极6的1边的长度Q是62μm，固定电极4a～4c以及弹性支承部5全部存在于可动电极6的平面区域下。
在此，说明如下情况使用1维模型说明的0.5≤L2·kz/kr≤2的条件也可以应用于2维模型中。
例如，若考虑2个固定电极4a以及4b，则固定电极4a以及4b具有如下的平面位置关系以通过中央部O的倾动轴U(图4)为中心而在相互相反侧振动。对于倾动轴U的复原转矩kr，与krx相等，各自的作用点A以及B与倾动轴U之间的距离等于√3R/2。此时，L2·kz/kr是1.58，从而可以知道，满足0.5≤L2·kz/kr≤2的条件。
如以上说明所述，根据本发明，通过弹性支承部5支承可动部7的可动电极6的中央部O，在对应于可动部7的垂直变位以及倾动角度的弹簧常数中保持特定的关系，就可以减小驱动力与变位之间的非对角性。
另外，在本实施方式中，可动部7具有可动电极6，与可动电极6形成平行平板电极对的固定电极4a～4c作为驱动可动部7的驱动部而发挥功能，不过本发明并不限定于此，驱动部若是相对于可动部产生在与基台1垂直的方向上的驱动力的元件，则可以是任意的形式。例如，固定电极4a～4c与可动电极6也可以形成为垂直梳形电极。又，驱动部也可以是产生静电力以外的磁力等、静电力以外的驱动力的元件。这样的驱动力优选是非接触力，不过在弹簧常数kz、kr、krx以及kry、与距离L以及R之间的特定的关系中不产生较大的干扰的驱动力，则也可以是接触力。
又，本实施方式的微致动器10可以双轴倾动与1轴的垂直变位，不过从在1维模型下的原理说明也可以明确知道，本发明也可以应用于可以进行1轴的倾动与1轴的垂直变位的微致动器中，这一点是不说自明的。
又，本实施方式的微致动器10具有以中央部O为中心对称配置各结构要素这一平面形状，不过本发明并不限定于此。根据本发明，即使在各结构要素并不对称配置的结构中，也可以得到减小非对角性的效果。
(实施方式二)参照图5A以及图5B，说明本发明的微致动器的第二实施方式。
首先参照图5A。图5A是示意地表示本实施方式的微致动器10a的俯视图。
微致动器10a并不具有实施方式一的微致动器10的弹性支承部5而是具有弹性支承部15，并不具有固定电极4a～4c而是具有固定电极14a～14c。弹性支承部15的平面形状是弯曲(meander)形状，弹性支承部15的弹性梁15a～15c具有梁部延伸的方向大概180度反向的折返部15n～15s。
为了确保弹性支承部15的占有区域，固定电极14a～14c，与固定电极4a～4c相比，面积变小，其结果是，作用点A～C位于中央部O更远(R＝39μm)。
弹性支承部15具有3条弹性梁15a～15c、将这些弹性梁15a～15c固定于基台1(图1A)上的固定部15d～15f、以及用于支承可动部7(图1A)的支承部15g。将弹性梁15a～15c的端部中、连接于固定部15d～15f上的一侧的端部称为固定端15h～15j，连接于支承部15g上的一侧的端部称为可动端15k～15m。
在此，考虑弹性梁15a，说明弹性支承部15的平面形状。弹性梁15a是弯曲形状，具有大概180度折叠梁的延伸方向的2个折返部15n以及15o。通过使弹性梁15a为弯曲形状，实质的梁长度就变长，从而可以减小弹簧常数kz、krx、kry，所以即使以低电压驱动也能够得到较大的变位。
在此，从中央部O至可动端15k之间的距离H1是5.5μm，从中央部O至固定端15h之间的距离H2是51.5μm，从中央部O至固定端15d的中心之间的距离H3是5.5μm。又，支承部15g的有效宽度W1是13μm，弹性梁15a的宽度W2是3μm，固定部15d的宽度W3是11μm。弹性支承部15的厚度优选是0.1～1μm的范围，在此是0.5μm。在使弹性支承部15的材料为铝合金的情况下，纵弹性系数是69GPa，泊松比是0.35。
在弹性梁15a中，相互最为远离的2个部分之间的距离H，与固定端15h和可动端15k之间的直线距离相等，是46μm。在H以及R是这些值(H＝46μm、R＝39μm)的情况下，H/R的值是1.18，从而满足0.8≤H/R≤1.6的关系。
弹性梁15a的梁的全长是120μm，是距离H的2.61倍。
固定部15d～15f与邻接的微致动器的固定部一体地形成。支承部15g在图5A中以斜线表示的3个部位上与可动电极6连接。使连接部位为3个是为了进一步提高可动电极6与弹性支承部15之间的连接强度。连接部位的位置只要是大概中央部O则任意处均可。可动电极6的1边的长度Q是62μm。
具有上述数值的弹性支承部15的特性是kz＝0.34(N/m)、krx＝2.34×10-10(Nm/rad)、kry＝2.57×10-10(Nm/rad)。此时，因为R2·kz/krx、R2·kz/kry、以及krx/kry的值分别取2.19、2.00以及1.10，所以满足1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5、0.67≤krx/kry≤1.5的条件。
与弹性梁是直线形状的情况比较，说明上述那样使弹性梁15a～15c为弯曲形状的效果。
在弹性梁是直线形状的情况下，若为了降低弹性梁的弹簧常数，而将梁的长度伸长为n倍，则对于倾动角度的弹簧常数(或者krx、kry)变为大约1/n，对于垂直变位的弹簧常数kz变为大约1/n3。作为kr与kz的比的值的kz/kr变为大约1/n2。即，因为随着n的增加，kz/kr的值急剧减少，所以难以满足0.5≤L2·kz/kr≤2、或者1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5的条件。
相对于此，在弹性梁是弯曲形状的情况下，在大致保持距离H的长度使得满足0.8≤H/R≤1.6的条件的状态下，通过多次折叠梁就可以使实质的梁的全长为n倍。该情况下，对于倾动角度的弹簧常数kr(或者，krx、kry)变为大约1/n，并且对于垂直变位的弹簧常数kz也变为大约1/n。因而，kr与kz的比kz/kr的值在几乎不依存n的基础上成为大致一定。因而，在弹性梁是弯曲形状的情况下，只要增加梁的折叠次数，就可以在满足0.5≤L2·kz/kr≤2、或者1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5的关系的状态下减小弹簧常数。
参照图5B说明在弹性梁是弯曲形状的情况下，对于垂直变位的弹簧常数kz不是与1/n3而是与1/n成比例地变化的理由。
图5B是扩大了弹性梁15a的折返部15o周边而得到的图。上侧的图是折返部15o的俯视图，下侧的图是折返部15o的侧视图。
若使折返部15o中的弹性梁15a的挠度角为ψ，则相对于从点S1至点S2的微小变位Δx的、垂直变位的变化量Δε(S1→S2)为ψΔx。
在考虑相对于从点S3至点S4的微小变位(-Δx)的、垂直变位的变化量Δε(S3→S4)的情况下，存在(-ψΔx)的项。因此，在考虑从点S1至点S4的垂直变位的情况下，ψ的项被抵消，从而残留更高次的ΔψΔx的项。
这样，为了在折返部上使弹性梁的延伸方向反向，所以与弹性梁的挠度角成分相关的垂直变位被部分抵消，从而变小。其结果是，可以使弹簧常数kz的特性，与1/n3相比，更接近1/n。
如以上的说明所述，根据本发明，因为弹性支承部15具有使梁的延伸方向反向的折返部15n～15s，所以可以几乎不改变弹簧常数kz与弹簧常数kr的比的值地实现梁的低刚性化。因此，能够得到减小非对角性、与以低电压驱动得到可动部7的较大的变位这两方的效果。
(实施方式三)
参照图6A以及图6B，说明本发明的微致动器的第三实施方式。
首先，参照图6A。图6A是示意地表示本实施方式的微致动器10b的俯视图。
微致动器10b并不具有实施方式二的微致动器10a的弹性支承部15而是具有弹性支承部25，并不具有固定电极14a～14c而是具有固定电极24a～24c。弹性支承部25的固定端25h～25j配置于比折返部25n～25p更接近于中央部O的位置。
固定电极24a～24c配置于作用点A～C与中央部O之间的距离R成为38.5μm的位置。
弹性支承部25具有3条弹性梁25a～25c、将这些弹性梁25a～25c固定于基台1(图1A)上的固定部25d～25f、以及用于支承可动部7(图1A)的支承部25g。将弹性梁25a～25c的端部中、连接于固定部25d～25f上的一侧的端部称为固定端25h～25j，连接于支承部25g上的一侧的端部称为可动端25k～25m。
在此，考虑弹性梁25a，说明弹性支承部25的平面形状。弹性梁25a的形状是具有大概180度折叠梁的延伸方向的奇数个(在此是1个)折返部25n的弯曲形状。折返部25n与中央部O之间的距离比固定部25d与中央部O之间的距离长。
在此，从中央部O至可动端25k之间的距离H1是6μm，从中央部O至固定端25h之间的距离H2是17.5μm，从中央部O至固定端25d的中心之间的距离H3是10μm。又，支承部25g的有效宽度W1是9μm，弹性梁25a的宽度W2是3μm。弹性支承部25的厚度优选是0.1～1μm的范围，在此是0.5μm。在使弹性支承部25的材料为铝合金的情况下，纵弹性系数是69GPa，泊松比是0.35。
在弹性梁25a中，相互最为远离的2个部分之间的距离H是41.5μm，在本实施方式中，可动端25k与折返部25n之间距离相当于此。在H以及R是这些值(H＝41.5μm、R＝38.5μm)的情况下，H/R的值是1.18，从而满足0.8≤H/R≤1.6的关系。
弹性梁25a的梁的全长是74.5μm，是距离H的1.8倍。
具有上述数值的弹性支承部25的特性是kz＝0.55(N/m)、krx＝3.70×10-10(Nm/rad)、kry＝4.08×10-10(Nm/rad)。此时，因为R2·kz/krx、R2·kz/kry、以及krx/kry的值分别取2.20、2.00以及1.10，所以满足1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5、0.67≤krx/kry≤1.5的条件。
参照图6B，说明通过将弹性支承部25的固定端25h～25j配置于比折返部25n～25p更接近于中央部O的位置而能够得到的效果。
图6B是示意地表示在弹性支承中25中有挠度这一状态的侧视图。
弹性支承部25有时因例如在成膜过程时产生的残留应力梯度等而产生挠度。因该挠度的影响而在支承部25g与固定部25d之间产生垂直方向的高度误差Δz。若使该挠度的曲率半径为ρ，则Δz近似地以Δz＝H32/(2ρ)表示。
因而，越减小从中央部O至固定部25d的中心之间的距离H3，高度误差Δz就越可以与其平方成比例地减小。通过将固定端25h～25j配置于比折返部25n～25p更接近于中央部O的位置，就可以减小距离H3。
如以上所述，根据本发明，将弹性支承部25的固定端25h～25j配置于比折返部25n～25p更接近于中央部O的位置。因此，即使是例如因在成膜过程时产生的残留应力梯度等而在弹性支承部25中产生挠度的情况，也可以将可动电极6的垂直方向的高度误差Δz抑制为较小。当然，也能够得到在实施方式二中说明的减小非对角性的效果与以低电压驱动得到可动部7的较大的变位的效果，这一点是不说自明的。
(实施方式四)参照图7～图9B说明具有本发明的微致动器的装置的实施方式。
首先，参照图7。图7是示意地表示具有本实施方式的微致动器的装置30的图。具有本发明的微致动器的装置例如是相对于光盘进行信息的记录再生的光敏或者光盘装置，不过并不限定于此。作为本发明的微致动器的装置的一例，说明作为光盘装置的装置30。
装置30具有光源31、准直透镜32、偏光分光器33、1/4波长板34、微致动器阵列35、物镜36、物镜致动器38、波阵面信息生成部47、以及控制部42。
如参照图1B说明所述，微致动器阵列35具有多个微致动器10。另外，微致动器阵列35也可以不具有多个微致动器10而具有多个微致动器10a或者10b，也可以组合地具有这些微致动器10、10a以及10b。
控制部42对固定电极4a～4c输出作为驱动电压的控制信号，从而控制可动部7的变位(垂直变位以及倾动)。控制部42使可动部7变位为期望的姿势，调制入射于镜部6a上的光的波阵面。
接着，更详细地说明装置30的动作。
光源31例如是GaN激光元件。从光源31出射的光束通过准直透镜32变换为准直类的光束，从而入射到偏光分光器33上。该光束中只是P偏光成分透过偏光分光器33，残余的S偏光成分被反射，从而入射到前光监测器(未图示)上。透过的P偏光成分由1/4波长板34变换为圆偏振光。
在微致动器35上2维阵列状地排列多个微致动器10。各自的可动部7具有作为光反射面的镜部6，从而反射光束。可动部7对应于施加在固定电极4a～4c上的电压的大小而变位，从而局部地变化光束的波阵面。相对于微致动器阵列35的光的入射角以及出射角分别设定为45度。
波阵面因微致动器阵列35而变化的光束由物镜36聚光到盘37的记录层上。物镜致动器38在光束的光轴方向以及与光轴正交的方向这2个方向上平行移动物镜36，进行光束对期望的记录层的合焦、与对期望的记录径迹的追随。
盘37是具有以规定的间隔配置的多个记录层、与覆盖地保护记录层的光可以透过的基材部的光记录媒体。为了防止在往复路上的奇对称像差的像差信息消失，更优选在记录层上具有漫射性或者荧光性。由盘37的记录层反射的光束再次通过微致动器阵列35的镜部6b与1/4波长板34。因为该光束大部分是S偏光成分，所以由偏光分光器33反射，从而入射到波阵面信息生成部47上。波阵面信息生成部47生成表示光束的波阵面状态的波阵面信息。波阵面信息信息生成部47具有全息照片39、透镜40、以及光检测器41。该波阵面信息生成部47在此作为模态型的波阵面传感器而进行说明，不过也可以是沙克·哈特曼(Shack-Hartmann)型的波阵面传感器，或者也可以使用特开2000-155979号公报记载的其它像差检测方法。模态型的波阵面传感器在下述文献中公开。
M.A.A.Neil，M.J.Booth，and T.Wilson，“New modal wave-front sensora theoretical analysis”J.Opt.Soc.Am.A/Vol.17，No.6，pp.1098-1107(2000)全息照片39在n(n是多个)个的正交的像差模Mi(i＝1～n)上，在分别不同的方向上产生±1次光。使预先确定的偏置系数为Bi，分别对与各模Mi相对应的这些±1次光的+1次光赋予+BiMi的偏置像差，对与各模Mi相对应的这些±1次光的-1次光赋予-BiMi的偏置像差。
透镜40将被全息照片39偏向的n对光束聚光到光检测器41上。若使透镜40的焦点距离为f，则全息照片39与光检测器41分别配置于从透镜40的主平面距离为f的位置，透镜40作为傅里叶变换透镜而发挥作用。
光检测器41针对各n对的光束，生成作为±1次光的强度信号的差动输出输出信号Si，并输出到控制部42。对应于像差模Mi的差动输出信号Si成为对应于像差模Mi的大小Ai的信号。相对于像差模Mi的灵敏度Si/Ai由偏置系数Bi等的设计参数决定。
差动输出信号Si表示波阵面信息，差动输出信号Si的大小表示光束的波阵面状态。差动输出信号S1是与伴随着盘37的基材厚度变化的而变化的球面像差模相关的输出信号。差动输出信号S2是与伴随着盘37的径向的倾斜而变化的主要对应于彗形像差的像差模相关的输出信号。差动输出信号S3是与伴随着盘37的切向的倾斜而变化的主要对应于彗形像差的像差模相关的输出信号。差动输出信号S4是与物镜36的散焦所产生的像差模相关的输出信号。又，差动信号S5是由盘37的预制凹坑(pre pit)以及记录标记调制的信号。
控制部42对应于差动输出信号Si所表示的波阵面信息使可动部7变位。控制部42具有波阵面运算部43、透镜移位修正运算部44、整体控制部45、以及波阵面修正控制部46。在优选的实施方式中，控制部42或者其一部分设置于微致动器阵列35的基台1上，控制部41与微致动器阵列35集成于一个芯片上。
在其它优选实施方式中，光源31、准直透镜32、偏光分光器33、1/4波长板34、微致动器阵列35、物镜36、物镜致动器38以及波阵面信息生成部47配置于光敏基台(未图示)上。该情况下，光敏基台也可以兼为基台1。又，控制部42或者其一部分也可以设置于光敏基台上。
波阵面运算部43使用差动输出信号S1～S3，算出用于对伴随着盘37的基材厚度变化与倾斜而变化的波阵面像差进行修正的相位函数ψ(x，y)。在此，x，y是对应于微致动器阵列35的镜位置的坐标。
透镜移位修正运算部44从整体控制部45接收物镜36的物镜移位量x0的值，并基于该值将相位函数ψ(x，y)变换为ψ(x-x0，y)。该ψ(x-x0，y)成为波阵面修正控制部46控制微致动器阵列35之际的目标波阵面。
整体控制部45基于差动输出信号S4以及S5，生成散焦控制信号Fo以及跟踪控制信号Tr，并输出到物镜微致动器38。又，整体控制部45使生成的跟踪控制信号Tr通过低通滤波器，以此算出物镜36的物镜移位量x0。
波阵面修正控制部46从透镜移位修正运算部44接收表示ψ(x-x0，y)的信号，并对应于ψ(x-x0，y)而生成用于控制微致动器阵列35的各可动部7的变位的控制信号D。
微致动器阵列35具有例如42×36个微致动器10。该情况下，因为各自的微致动器10具有3个固定电极4a～4c，所以微致动器阵列35具有42×36×3个固定电极。控制信号D表示独立地施加于各自的42×36×3个固定电极上的各自的驱动电压的大小。波阵面修正控制部46对应于接收控制信号D的固定电极传递到可动部7上的驱动力的作用点的目标变位量，而设定施加于该固定电极上的驱动电压的大小。又，波阵面修正控制部46多级地设定驱动电压的大小，使得该作用点可以进行3级以上的多级(例如，128级＝7bit)的变位。又，因为施加于固定电极上的驱动电压与可动部7的变位通常是非线性的关系，所以通过在控制信号D上保持更高的分辨率(例如，10bit)，就可以进行能够得到线性变位的修正处理。控制信号D按时间序列切换。
在使可动部7中的各作用点上的目标变位量的级为n级时，若非对角性的大小δ’/δ是1/n以下，则因为波阵面修正控制部46完全不需要修正因非对角性而导致的变位，所以可以极其简单地作成控制结构。因为在本发明的微致动器10中非对角性的大小δ’/δ较小，所以固定电极的数目即使是大量(例如，42×36×3个)的，也可以简单地作成控制结构。若如现有的微致动器1000(图10)所述，非对角性的大小δ’/δ大，则用于修正因非对角性而导致的变位的运算变得庞大，从而控制结构复杂，大致成本显著增大，并且微致动器的驱动速度降低。根据本发明，因为用于修正因非对角性而导致的变位的运算量非常少，所以可以实现成本的削减以及微致动器的驱动速度的高速化。本发明在驱动多个微致动器的情况下特别有用。
另外，在修正因非对角性而导致的变位的情况下，也可以进行在可动电极6的各点的目标变位量上乘以(式13)的右边的矩阵的逆矩阵这一操作，求出固定电极4a～4c所产生的驱动力，并从求出的驱动力来求出驱动电压，从而生成控制信号D。该情况下，因为各个的微致动器10的非对角性比现有降低，所以能够容易得到高修正精度，从而因各个的微致动器特性的离散的影响而导致的非线性修正的精度退化也小。又，在各个的微致动器10满足2≤R2·kz/krx2≤R2·kz/kry的情况下，即使进行例如上述的逆矩阵运算，驱动力也在正(吸引方向)的值的范围内求解，从而即使在使用静电力那样的只在吸引方向上产生的驱动力的情况下，波阵面修正控制部46也可以容易地修正因非对角性而导致的变位。
接着，参照图8A～9B说明波阵面近似精度提高的可动部7中的作用点的坐标位置。可动部7中的各自的作用点A～B是通过固定电极4a～4c中的对应的固定电极的产生驱动力的区域的中心且与该固定电极垂直的轴所通过的点。某一个固定电极的产生驱动力的区域的中心例如与该固定电极的中心一致。
微致动器10可以进行双轴倾动与1轴的垂直变位。作为说明的顺序，首先说明进行1轴的倾动与1轴的垂直变位的1维模型，接着说明进行双轴倾动与1轴的垂直变位的2维模型。
图8A～8B是表示可动部7的作用点的坐标位置与波阵面近似精度之间的关系的1维模型的说明图。
首先，参照图8A，说明普通的波阵面的折线逼近方法。
在图8A中，横轴是微致动器10的x方向的坐标位置，纵轴是波阵面的相位。成为修正目标的相位函数ψ以双点划线表示。相位函数ψ如已经说明所述，由坐标位置的函数求出。因为镜部6b可以控制相对于基台1的变位与倾动，所以以折线逼近来再现该相位函数。使邻接的镜部6b间的节距为P。在每个节距P上取坐标点xj(j是整数)，通过连结相对于邻接的2个坐标点xj、xj+1的相位函数ψ的值ψ(xj)、ψ(xj+1)，就可以求出镜部6b的变位与倾斜。以实线表示该近似逼近ψ’。该方法可以进行运算量少且高速的计算处理，不过波阵面误差大。
作为其它折线逼近方法，可以在每个区间[xj、xj+1]内，以最小二乘法求出使来自于相位函数ψ的误差为最小的变位与倾斜。根据该方法，可以减小波阵面误差，不过运算量大。
参照图8B，说明可以以较少的运算量提高修正精度的、波阵面的折线逼近方法。在此，在区间[xj、xj+1]内取2点的坐标点xj，a、xj，b。坐标点xj，a、xj，b以可动部7的中央部Oj为基准而位于对称的位置，任一均位于从中央部O离开距离L的位置。将该距离L设定为适当的值，将光反射面规定为通过坐标(xj，a、ψ(xj，a))与(xj，b、ψ(xj，b))这2点的线段。
图8C是描绘了区间[xj、xj+1]内的相位函数ψ的曲率半径ρ、与使波阵面误差为极小的距离L的值之间的关系而得到的图。使镜部6b的长度与节距P大致相等。以量纲为1化的曲率半径ρ/P为横轴，以使波阵面误差为极小的量纲为1化的距离L/P为纵轴。波阵面误差定义为长度P的镜内的误差的平方的定积分值∫(ψ-ψ’)2dx的平方根。相位函数ψ的曲率半径ρ能够取任意的值，不过从图8C可以知道，使波阵面误差极小的量纲为1的距离L/P几乎并不依存量纲为1的曲率半径ρ/P，取约0.29的一定值。因而，通过使设定为距离L＝0.29的坐标点xj，a、xj，b与可动部7中的作用点的坐标位置一致，使各驱动点的变位目标值为ψ(xj，a)、ψ(xj，b)，就可以与使用了最小二乘法的方法同等程度地极小化波阵面误差。又，进而因为可以从相位函数ψ直接计算可动部7中的作用点的变位目标值，所以可以极其显著地降低计算量。
参照图9说明将可以以上述的较少运算量提高修正精度的波阵面的折线逼近方法应用到2维模型中的情况。图9是表示可动部7中的作用点的坐标位置与波面近似精度之间的关系的2维模型的说明图。
图9A是示意地表示微致动器35的俯视图。相互邻接的各镜部6b的节距是P。在此，镜部6b的1边的长度Q近似为等于(P/√3)，不考虑与邻接的镜部6b之间的间隙。
图9B是描绘了镜部6b内的相位函数ψ的曲率半径ρ、与使波阵面误差为极小的距离R的值之间的关系而得到的图。
图9B的横轴是量纲为1化的曲率半径ρ/P，纵轴是使波阵面误差为极小的量纲为1化的、量纲为1的距离R/P。波阵面误差定义为正六边形镜面内的误差的平方的定积分值∫∫(ψ-ψ’)2dxdy的平方根。
相位函数ψ表示球面这一情况的结果以实线表示。可以知道，使波阵面误差为极小的量纲为1的距离R/P几乎不依存量纲为1的曲率半径ρ/P，取约0.37的一定值。又，以点划线一并记录在上述1维模型下的结果。该结果，大致相当于相位函数ψ表示只在x方向上具有曲率在y方向上并不具有曲率的圆筒面这一情况，如已经说明所述，量纲为1的距离R/P约是0.29。若使相位函数ψ表示球面这一情况的扁平率为0，使相位函数ψ表示圆筒面这一情况的扁平率为1，则通常的波阵面具有该中间的扁平率。因而，可以知道，只要如图的斜线部所示，使量纲为1的距离R/P的范围为0.29以上0.37以下即可。
这样，通过距离R、与节距P满足0.29≤R/P≤0.37的关系，就可以提高波阵面误差的近似精度。
在本实施方式中，因为R＝37μm，P＝110μm，所以R/P的值是0.336，从而满足0.29≤R/P≤0.37的关系。因为各构成要素取这样的配置关系，所以只要对相位函数ψ输入各作用点的坐标位置(x、y)进行直接计算，就求出作用点A～C的变位目标值，从而可以极其显著地减少波阵面修正控制部46所进行的运算量。
本发明的微致动器以及具有微致动器的装置能够在进行像差修正、光扫描、分光等的光设备以及光盘装置的领域中优选地使用。又，也能够在可调谐电容器等的高频电路、或者可变流路等的流体控制设备、生物工程等的领域中优选地使用。
权利要求
1.一种微致动器，其包括基台；可动部，其可以相对于所述基台变位；弹性支承部，其按照可以进行所述可动部的相对于所述基台的垂直方向变位、以及相对于所述基台的倾动的方式支承所述可动部；以及多个驱动部，其使所述可动部相对所述基台变位，所述多个驱动部包含第一驱动部和第二驱动部，在所述第一驱动部传递到所述可动部上的第一驱动力的第一作用点、和所述第二驱动部传递到所述可动部上的第二驱动力的第二作用点之间的位置，所述弹性支承部支承所述可动部，当与所述可动部相对于所述基台的垂直方向上的变位相对应而在所述弹性支承部产生的复原力的弹簧常数设为kz(N/m)，与所述可动部相对于所述基台的倾动角度相对应而在所述弹性支承部产生的复原转矩的弹簧常数设为kr(Nm/rad)，将所述第一作用点与所述第二作用点之间的距离设为2L(m)时，所述kz、所述kr以及所述L满足0.5≤L2·kz/kr≤2的关系。
2.一种微致动器，其包括基台；可动部，其可以相对于所述基台变位；弹性支承部，其按照可以进行所述可动部的相对于所述基台的垂直方向变位、以及相对于所述基台的双轴倾动的方式支承所述可动部；以及多个驱动部，其使所述可动部相对所述基台变位，在由所述多个驱动部传递到所述可动部上的驱动力所作用的多个作用点包围的位置，所述弹性支承部支承所述可动部，当与所述可动部相对于所述基台的垂直方向上的变位相对应而在所述弹性支承部产生的复原力的弹簧常数设为kz(N/m)，与所述可动电极的所述双轴倾动中的倾动角度相对应而在所述弹性支承部产生的复原转矩的弹簧常数设为krx(Nm/rad)以及kry(Nm/rad)，将所述多个作用点的各自与所述弹性支承部支承所述可动部的所述位置之间的距离设为R(m)时，所述kz、所述krx、所述kry以及所述R满足1≤R2·kz/krx≤5、1≤R2·kz/kry≤5、0.67≤krx/kry≤1.5的关系。
3.如权利要求1或者2所述的微致动器，其中，所述弹性支承部支承所述可动部的大致中央部。
4.如权利要求1或者2所述的微致动器，其中，所述可动部的至少一部分具有导电性，所述多个驱动部分别具有与所述可动部对置的电极，所述多个驱动部分别利用在所述可动部与所述电极之间产生的静电力，驱动所述可动部。
5.如权利要求1或者2所述的微致动器，其中，所述多个驱动部被配置成以通过所述弹性支承部支承所述可动部的位置并与所述基台垂直的轴为中心大致对称。
6.如权利要求2所述的微致动器，其中，所述弹性支承部具有连接于所述基台的第一端部、和连接于所述可动部的第二端部，当将所述第一端部与所述第二端部之间的距离设为H时，所述H与所述R满足0.8≤H/R≤1.6的关系。
7.如权利要求6所述的微致动器，其中，所述第一端部和所述可动部的中央部之间的距离比所述第二端部和所述可动部的中间部之间的距离长。
8.如权利要求1或者2所述的微致动器，其中，所述弹性支承部具有梁部，所述梁部具有所述梁部的延伸方向反转的折返部。
9.如权利要求8所述的微致动器，其中，所述折返部和所述可动部的中央部之间的距离比所述弹性支承部的连接于所述基台的位置和所述可动部的中央部之间的距离长。
10.如权利要求1或者2所述的微致动器，其中，在所述多个驱动部中的1个驱动所述可动部，从而使所述可动部的一端向接近所述基台的方向变位的情况下，所述可动部的另一端向从所述基台远离的方向变位。
11.如权利要求1所述的微致动器，其中，所述kz、所述kr以及所述L满足1≤L2·kz/kr的关系。
12.如权利要求2所述的微致动器，其中，所述kz、所述krx、所述kry以及所述R满足2≤R2·kz/krx、2≤R2·kz/kry的关系。
13.一种装置，其具有多个如权利要求1或者2所述的微致动器，所述多个微致动器相互共有所述基台。
14.一种装置，其具有多个如权利要求2所述的微致动器，所述多个微致动器相互共有所述基台，当将所述多个微致动器中的相互邻接的微致动器相互间的节距设为P(m)时，所述P和所述R满足0.29≤P/R≤0.37的关系。
15.如权利要求13所述的装置，其中，还具有对所述多个驱动部输出控制信号而控制所述可动部的变位的控制部。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述控制部可以对所述可动部进行3级以上的变位。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述控制部输出与所述多个驱动部中的接收所述控制信号的驱动部传递到所述可动部上的驱动力的作用点的目标变位量相对应的所述控制信号。
18.如权利要求13所述的装置，其中，所述可动部具有光反射面。
19.如权利要求13所述的装置，其中，还具有产生光的光源。
20.如权利要求18所述的装置，其中，还具有波阵面信息生成部，该波阵面信息生成部接收通过了所述光反射面的光，并生成表示所述光的波阵面状态的波阵面信息，所述控制部对应于所述波阵面信息使所述可动部变位。
全文摘要
本发明的微致动器包括基台(1)；可以相对于基台(1)变位的可动部(7)；支承可动部(7)的弹性支承部(6)；以及使可动部(7)变位的驱动部(4a～4c)。通过在与可动部(7)的垂直方向上的变位对应的弹簧常数、和与可动部(7)的倾动角度对应的弹簧常数之间保持特定的关系，从而增大驱动力与可动部(7)的变位之间的对角性，以此来实现微致动器的控制的高精度化以及简洁化。
文档编号G02B26/08GK1910110SQ200580001648
公开日2007年2月7日 申请日期2005年3月2日 优先权日2004年3月8日
发明者虫鹿由浩 申请人:松下电器产业株式会社