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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-07
(45)【発行日】2022-03-15
(54)【発明の名称】可動回折素子及び分光装置
(51)【国際特許分類】
G02B 26/02 20060101AFI20220308BHJP
G01J 3/18 20060101ALI20220308BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20220308BHJP
H01L 41/09 20060101ALI20220308BHJP
【ＦＩ】
G02B26/02 J
G01J3/18
B81B3/00
H01L41/09
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2017050629
(22)【出願日】2017-03-15
(65)【公開番号】P2018155816
(43)【公開日】2018-10-04
【審査請求日】2020-01-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100127111
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 修一
(72)【発明者】
【氏名】藤島 正幸
(72)【発明者】
【氏名】野口 英剛
(72)【発明者】
【氏名】加藤 英記
(72)【発明者】
【氏名】末松 政士
(72)【発明者】
【氏名】安住 純一
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 修一
【審査官】井亀 諭
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１１－５０１２１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０６５８８７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３０７１５０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１３３６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３０９１８３５（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２６２３４６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００５－１７２６２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１４８２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０２１８８７７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０１４６３９２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２６／０２
Ｇ０１Ｊ ３／１８
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｈ０１Ｌ ４１／０９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
櫛歯状の可動素子と、前記櫛歯状の可動素子の各素子間に配置される固定素子と、
前記可動素子を支持する支持部と、
前記支持部に接続された第１のカンチレバー型アクチュエータと、
前記第１のカンチレバー型アクチュエータの先端に接続された変位規定部と、
前記第１のカンチレバー型アクチュエータと平行に配置される第２のカンチレバー型アクチュエータと、を備え、
前記可動素子及び前記固定素子は、反射膜層を有し、
前記第２のカンチレバー型アクチュエータの変形時に発生するたわみ角は、前記第１のカンチレバー型アクチュエータで発生するたわみ角と略同等とした可動回折素子。
【請求項2】
前記可動素子の前記各素子を櫛歯状に連結させる連結辺部を備えることを特徴とする請求項１に記載の可動回折素子。
【請求項3】
前記第１のカンチレバー型アクチュエータと前記第２のカンチレバー型アクチュエータとが、前記可動素子の長手方向と略平行に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の可動回折素子。
【請求項4】
前記第１のカンチレバー型アクチュエータと前記第２のカンチレバー型アクチュエータとが、前記可動素子の長手方向と交差するように配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の可動回折素子。
【請求項5】
前記第１のカンチレバー型アクチュエータと前記第２のカンチレバー型アクチュエータとを、それぞれ複数段備えることを特徴とする請求項第１乃至４の何れか１項に記載の可動回折素子。
【請求項6】
前記第１のカンチレバー型アクチュエータと前記第２のカンチレバー型アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の可動回折素子。
【請求項7】
前記第１のカンチレバー型アクチュエータと前記第２のカンチレバー型アクチュエータは、熱素子を用いた熱アクチュエータを備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の可動回折素子。
【請求項8】
前記櫛歯状の可動素子、前記第１のカンチレバー型アクチュエータ及び前記第２のカンチレバー型アクチュエータと対向する部位に貫通孔を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の可動回折素子。
【請求項9】
前記固定素子は、櫛歯状であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の可動回折素子。
【請求項10】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の可動回折素子を備えたことを特徴とする分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可動回折素子及び分光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プロジェクターに代表される画像表示装置において、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）等の光源からの光を回転ミラーなどの光走査手段を用いて２次元画像を生成する方法が知られている。ＧＬＶは複数の短冊状の可動素子を１次元的に配列した構造であり、可動素子と、その可動素子に対向する基板間に電圧を印加することにより、可動素子が基板側に変位する。このような素子はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）リボン素子と呼ばれ、一部の素子を変位させることで、一次元配列した素子が回折格子として働き、回折光を変調させることができる。
特許文献１には、単独であるいは他の変調器とともに動作できる光変調器を実現することを目的に、複数の回折素子を２つのグループに分けた構造とし、それぞれ単独に高さを変化させる手段を備えた可動回折格子が開示されている。
特許文献１には、単独であるいは他の変調器とともに動作できる光変調器を実現することを目的に、複数の回折素子を２つのグループに分けた構造とし、それぞれ単独に高さを変化させる手段を備えた可動回折格子が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
特許文献１の構成では、素子は変位方向に２通りの位置しか選択できなかった。すなわち、変位量が０のときと、素子が変位して、対向する面に素子が接触するときの２通りである。仮に特許文献１の構成で、この２通り以外の変位量を選択するようにした場合、素子に撓みが発生し、出射光に誤信号が含まれてしまう。
本発明は、可動回折素子の撓みを低減することにより、誤信号を抑制することを目的とする。
本発明は、可動回折素子の撓みを低減することにより、誤信号を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するため、本発明に係る可動回折素子は、櫛歯状の可動素子と、前記櫛歯状の可動素子の各素子間に配置される固定素子と、前記可動素子を支持する支持部と、前記支持部に接続された第１のカンチレバー型アクチュエータと、前記第１のカンチレバー型アクチュエータの先端に接続された変位規定部と、前記第１のカンチレバー型アクチュエータと平行に配置される第２のカンチレバー型アクチュエータと、を備え、前記可動素子及び前記固定素子は、反射膜層を有し、前記第２のカンチレバー型アクチュエータの変形時に発生するたわみ角は、前記第１のカンチレバー型アクチュエータで発生するたわみ角と略同等とした。
【発明の効果】
【0005】
本発明によれば、可動回折素子に撓みや傾きが発生することで生じる誤信号を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る可動回折素子の構成を説明する図。
【図3】第１の実施形態に係る可動回折素子の電圧印加時の状態を説明する図。
【図4】
第１の実施形態に係る可動回折素子の第１及び第２のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角を説明する図。
【図5】本発明の第２の実施形態に係る可動回折素子の構成を説明する図。
【図6】第２の実施形態に係る可動回折素子の第１及び第２のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角を説明する図。
【図7】本発明の第３の実施形態に係る可動回折素子の構成を説明する図。
【図8】
第３の実施形態に係る可動回折素子の第１及び第２のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角を説明する図。
【図9】本発明の第４の実施形態に係る分光装置の一形態を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。実施形態において、同一機能や同一構成を有するものには同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。図面は一部構成の理解を助けるために部分的に省略あるいは簡素化して記載する場合もある。
【0008】
（第１の実施形態）
図１～図４を用いて、本発明の第１の実施形態に係る可動回折素子１の構成について説明する。図１は第１の実施形態の構成を説明する平面図、図２は図１のＡ―Ａ線断面図、図３は電圧印加時の状態を示す斜視図、図４はたわみ角を説明する図である。
本実施形態に係る可動回折素子１は、図１、図２に示すように、可動素子１０と、固定素子１２と、可動素子１０を支持するための支持部１３、１３と、支持部１３、１３と可動素子１０とを連結するアクチュエータ部１４、１４を備えたＭＥＭＳ素子である。可動素子１０は、複数の短冊状の素子１０Ａ・・が、連結辺部１１から長辺方向Ｘに突出し、長辺方向Ｘと同一平面内において交差する短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子である。可動素子１０は、連結辺部１１側を支点として各素子の先端側が長辺方向Ｘ及び短辺方向Ｙと交差する方向に変位可能とされている。ここでいう交差する方向を変位方向Ｚとする。変位方向Ｚは、図２においては紙面垂直方向となる。固定素子１２は、可動素子１０の各素子間に配置される複数の固定の素子を備えた櫛歯状の素子である。
図１～図４を用いて、本発明の第１の実施形態に係る可動回折素子１の構成について説明する。図１は第１の実施形態の構成を説明する平面図、図２は図１のＡ―Ａ線断面図、図３は電圧印加時の状態を示す斜視図、図４はたわみ角を説明する図である。
本実施形態に係る可動回折素子１は、図１、図２に示すように、可動素子１０と、固定素子１２と、可動素子１０を支持するための支持部１３、１３と、支持部１３、１３と可動素子１０とを連結するアクチュエータ部１４、１４を備えたＭＥＭＳ素子である。可動素子１０は、複数の短冊状の素子１０Ａ・・が、連結辺部１１から長辺方向Ｘに突出し、長辺方向Ｘと同一平面内において交差する短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子である。可動素子１０は、連結辺部１１側を支点として各素子の先端側が長辺方向Ｘ及び短辺方向Ｙと交差する方向に変位可能とされている。ここでいう交差する方向を変位方向Ｚとする。変位方向Ｚは、図２においては紙面垂直方向となる。固定素子１２は、可動素子１０の各素子間に配置される複数の固定の素子を備えた櫛歯状の素子である。
【0009】
アクチュエータ部１４、１４は、直線形状の第１アーム１４１、１４１と直線形状の第２アーム１４２、１４２とを備えている。第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２とは、互いに平行となるように形成されている。アクチュエータ部１４、１４は、第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２とが連結部１４３、１４３でそれぞれ連結されている。第１アーム１４１、１４１は、それぞれ支持部１３、１３に連結されて一体化されている。第２アーム１４２、１４２は、短辺方向Ｙに位置する可動素子１０の連結辺部１１の両端にそれぞれ連結されて一体化されている。アクチュエータ部１４、１４は、それぞれ駆動源を備えることで、第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２とを個別に変形させるように機能する。
【0010】
本実施形態において、第１アーム１４１、１４１は、図３に示すように、駆動源として圧電素子１４４が設けられることで、圧電素子１４４が設けられた部位が第１のカンチレバー型アクチュエータ（以下「第１アクチュエータ部」と記す）１５、１５として機能する。第２アーム１４２、１４２は、駆動源として圧電素子１４５が設けられることで、圧電素子１４５が設けられた部位が第２のカンチレバー型アクチュエータ部（以下「第２アクチュエータ部」と記す）１６、１６として機能する。
圧電素子１４４、１４４は、図３に示すように、第１アーム１４１、１４１の支持部１３寄りの端部側に配置されている。圧電素子１４５、１４５は、第２アーム１４２、１４２における連結部１４３、１４３寄りに配置されている。圧電素子１４４、１４４と圧電素子１４５、１４５とは、それぞれ長辺方向Ｘにおいて、互いに反対側に位置するように、その位置がずれて第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２にそれぞれ設けられている。つまり、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６とは圧電素子を備えた圧電アクチュエータである。
第１アクチュエータ部１５、１５と連結部１４３、１４３の間に位置する第１アーム１４１、１４１の部位は、変位方向Ｚへの変位規定部１７、１７として機能する。第２アクチュエータ部１６、１６は、それぞれ第１アクチュエータ部１５、１５と平行に配置され、圧電素子１４５、１４５に通電されることで、連結辺部１１寄りの第２アーム１４２、１４２を水平にする機能を備えている。
圧電素子１４４、１４４は、図３に示すように、第１アーム１４１、１４１の支持部１３寄りの端部側に配置されている。圧電素子１４５、１４５は、第２アーム１４２、１４２における連結部１４３、１４３寄りに配置されている。圧電素子１４４、１４４と圧電素子１４５、１４５とは、それぞれ長辺方向Ｘにおいて、互いに反対側に位置するように、その位置がずれて第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２にそれぞれ設けられている。つまり、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６とは圧電素子を備えた圧電アクチュエータである。
第１アクチュエータ部１５、１５と連結部１４３、１４３の間に位置する第１アーム１４１、１４１の部位は、変位方向Ｚへの変位規定部１７、１７として機能する。第２アクチュエータ部１６、１６は、それぞれ第１アクチュエータ部１５、１５と平行に配置され、圧電素子１４５、１４５に通電されることで、連結辺部１１寄りの第２アーム１４２、１４２を水平にする機能を備えている。
【0011】
可動回折素子１は、可動素子１０、固定素子１２、第１アクチュエータ部１５、１５、第２アクチュエータ部１６、１６と可動回折格子と対向する部位に、貫通孔１０５が形成されていて、可動素子１０、第１アクチュエータ部１５、１５、第２アクチュエータ部１６、１６の変位（第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２の変位）を許容するように構成されている。なお、本実施形態では、変位方向Ｚが上下方向としているので、可動回折素子１に貫通孔１０５を形成しているが、変位方向Ｚが上方向の場合を考慮すると、この貫通孔は無くても良い。
図４は、圧電素子１４４、１４５に電圧を印加したときの第１アクチュエータ部１５と第２アクチュエータ部１６の側面図を示す。電圧印加により、圧電素子１４４、１４５が収縮し、第１アクチュエータ部１５と第２アクチュエータ部１６にたわみが発生する。それぞれのアクチュエータ部で発生するたわみ角をθ１、θ２とすると、図４に示す状態となる。すなわち、θ１＝θ２の関係を保つことで、連結辺部１１は水平となり、その先に接続される可動素子１０は水平のまま変位方向Ｚに変位することが可能となる。なお、第１アクチュエータ部１５と第２アクチュエータ部１６の変位量Ｚ１は、図４に示すように、（変位規定部）×ｓｉｎθ１で表される。このような背景から第１アクチュエータ部１５の先端部分に変位規定部１７を設けている。
図４は、圧電素子１４４、１４５に電圧を印加したときの第１アクチュエータ部１５と第２アクチュエータ部１６の側面図を示す。電圧印加により、圧電素子１４４、１４５が収縮し、第１アクチュエータ部１５と第２アクチュエータ部１６にたわみが発生する。それぞれのアクチュエータ部で発生するたわみ角をθ１、θ２とすると、図４に示す状態となる。すなわち、θ１＝θ２の関係を保つことで、連結辺部１１は水平となり、その先に接続される可動素子１０は水平のまま変位方向Ｚに変位することが可能となる。なお、第１アクチュエータ部１５と第２アクチュエータ部１６の変位量Ｚ１は、図４に示すように、（変位規定部）×ｓｉｎθ１で表される。このような背景から第１アクチュエータ部１５の先端部分に変位規定部１７を設けている。
【0012】
可動回折素子１は、図２に示す断面のように、支持部１３が、シリコン支持層１０１、酸化シリコン層１０２、シリコン活性層１０３、絶縁層１１０及び保護層１１１を積層して構成されている。可動素子１０及び固定素子１２は、シリコン活性層１０３の上に反射膜層１０６を積層されて構成されている。
各アクチュエータ部１４の第１アーム１４１、１４１は、シリコン活性層１０３上に下層電極２０１と圧電層２０２と上部電極２０３を備えた電圧素子１４４がそれぞれ積層されている。各上部電極２０３の上には絶縁層１１０及び保護層１１１が積層されている。アクチュエータ部１４の第２アーム１４２、１４２は、基本的には１は第１アーム１４１、１４１と同様の構成であるが、図２では、断面の関係で圧電素子１４５、１４５は表示されていない。図中、符号１０５は貫通孔を示している。
アクチュエータ部１４、１４は、下層電極２０１と上部電極２０３間に通電することで、変位後方Ｚに変位するように構成されている。可動回折素子１の積層構造は、１つの例に過ぎず、この積層構造に限定するものではない。
各アクチュエータ部１４の第１アーム１４１、１４１は、シリコン活性層１０３上に下層電極２０１と圧電層２０２と上部電極２０３を備えた電圧素子１４４がそれぞれ積層されている。各上部電極２０３の上には絶縁層１１０及び保護層１１１が積層されている。アクチュエータ部１４の第２アーム１４２、１４２は、基本的には１は第１アーム１４１、１４１と同様の構成であるが、図２では、断面の関係で圧電素子１４５、１４５は表示されていない。図中、符号１０５は貫通孔を示している。
アクチュエータ部１４、１４は、下層電極２０１と上部電極２０３間に通電することで、変位後方Ｚに変位するように構成されている。可動回折素子１の積層構造は、１つの例に過ぎず、この積層構造に限定するものではない。
【0013】
本実施形態において、可動素子１０は、図３、図４に示すように、第２アクチュエータ部１６、１６によりそれぞれ発生する第２アーム１４２、１４２の変位方向Ｚへのたわみ角θ２、θ２が、第１アクチュエータ部１５、１５によりそれぞれ発生する第１アーム１４１、１４１の変位方向Ｚへのたわみ角θ１、θ１と略同等となるように構成されている。
【0014】
近年、ＭＥＭＳの可動回折素子は光スイッチや分光器など新たな用途に応用する動きが盛んになってきている。従来のＭＥＭＳの可動回折素子の高さ方向（変位方向）への変位量は、可動素子に駆動力が働いていない場合と、可動素子に駆動力が働いたときの２値しかなかったが、任意の変位で可動素子を静止させるような多値の制御も要望されている。
２値型の可動回折素子は、駆動力が働いたときに、可動素子と対向する面に可動素子を接触させることで可動素子の平面度を保っていた。しかし、多値型の可動回折素子では、変位位置によっては、可動素子を対向する固定素子等に面接触させることができず、可動素子にたわみや傾きが発生する。このため、可動回折素子の両端と中央付近では高さが異なり、出射光の特性が均一にならないため、誤信号が発生してしまう。
２値型の可動回折素子は、駆動力が働いたときに、可動素子と対向する面に可動素子を接触させることで可動素子の平面度を保っていた。しかし、多値型の可動回折素子では、変位位置によっては、可動素子を対向する固定素子等に面接触させることができず、可動素子にたわみや傾きが発生する。このため、可動回折素子の両端と中央付近では高さが異なり、出射光の特性が均一にならないため、誤信号が発生してしまう。
【0015】
しかし、本実施形態に係る可動回折素子１によると、第１アクチュエータ部１５、１５と変位方向Ｚへの変位規定部１７、１７を備えているので、可動素子１０に変位方向Ｚ（垂直方向）の変位を与えることができる。また、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６を互いに平行に配置しているので、第２アクチュエータ部１６、１６の先端１６ａ、１６ａでの、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６と直交する短辺方向Ｙへの傾きの発生を抑制することができる。
さらに、第１アクチュエータ部１５、１５により発生するたわみ角θ１、θ１と、第２アクチュエータ部１６、１６により発生するたわみ角θ２、θ２を同等にすることによって、第２アクチュエータ部１６、１６の先端１１、１１（あるいは１４２）での、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６と平行な方向（長辺方向Ｘ）の傾きの発生を抑制することができる。
これらの構成により、可動回折素子１は、たわみ、傾きを発生させずに変位方向Ｚに変位することが可能となるため、可動回折素子１に撓みや傾きが発生することで生じる誤信号を低減することができる。
さらに、第１アクチュエータ部１５、１５により発生するたわみ角θ１、θ１と、第２アクチュエータ部１６、１６により発生するたわみ角θ２、θ２を同等にすることによって、第２アクチュエータ部１６、１６の先端１１、１１（あるいは１４２）での、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６と平行な方向（長辺方向Ｘ）の傾きの発生を抑制することができる。
これらの構成により、可動回折素子１は、たわみ、傾きを発生させずに変位方向Ｚに変位することが可能となるため、可動回折素子１に撓みや傾きが発生することで生じる誤信号を低減することができる。
【0016】
本実施形態では、第１アーム１４１、１４１と第２アーム１４２、１４２の駆動源として圧電素子１４４、１４４と圧電素子１４５、１４５をそれぞれ用いて第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６を構成している。この場合、第１と第２の各アクチュエータ部１５、１６でそれぞれ発生する変位方向Ｚへのたわみ角θ１、θ２は、圧電素子１４４、１４５のサイズ、構造材の寸法・材質と、その拘束条件によって決まる。
構造材の寸法、材質が決定しており、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６の圧電素子１４４、１４４と圧電素子１４５、１４５の拘束条件を揃えることが困難な場合は、各圧電素子１４４、１４５のサイズを調整し、可動素子１０の長辺方向Ｘの傾きを抑制することができる。各圧電素子１４４、１４５の拘束条件を揃えることが可能であれば、各圧電素子１４４、１４５の各サイズを同じにすることで、可動素子１０の長辺方向Ｘの傾きを抑制することができる。プロセスの簡便性を考慮すると、後者のように各圧電素子１４４、１４５のそれぞれの拘束条件、サイズを同じにすることが望ましい。
構造材の寸法、材質が決定しており、第１アクチュエータ部１５、１５と第２アクチュエータ部１６、１６の圧電素子１４４、１４４と圧電素子１４５、１４５の拘束条件を揃えることが困難な場合は、各圧電素子１４４、１４５のサイズを調整し、可動素子１０の長辺方向Ｘの傾きを抑制することができる。各圧電素子１４４、１４５の拘束条件を揃えることが可能であれば、各圧電素子１４４、１４５の各サイズを同じにすることで、可動素子１０の長辺方向Ｘの傾きを抑制することができる。プロセスの簡便性を考慮すると、後者のように各圧電素子１４４、１４５のそれぞれの拘束条件、サイズを同じにすることが望ましい。
【0017】
（第２の実施形態）
図５、図６を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。図５は、第２の実施形態の構成を説明する上面図、図６はたわみ角を説明する図である。
第２の実施形態に係る可動回折素子１Ａは、複数の短冊状の素子１０Ａ・・が短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子１０と、櫛歯状の可動素子１０の間に配置される櫛歯状の固定素子１２と、可動素子１０を短辺方向Ｙで、両側から支持する支持部１３Ａ、１３Ａと、支持部１３Ａ、１３Ａと可動素子１０Ａの間に設けられたアクチュエータ部１４Ａ、１４Ａを備えている。アクチュエータ部１４Ａ、１４Ａは、互いに平行に配置された直線形状の第１アーム１４１Ａ、１４１Ａと直線形状の第２アーム１４２Ａ、１４２Ａ、第１アーム１４１Ａ、１４１Ａと第２アーム１４２Ａ、１４２Ａをつなぐ連結部１４３Ａ、１４３Ａを有し、それぞれのアームに駆動源として圧電素子１４４、１４５を備えることで、カンチレバー型の第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａを構成している。第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａの先端１５Ａａ、１５Ａａと連結部１４３（圧電素子１４４、１４４と連結部１４３、１４３）の間には変位方向Ｚへの変位規定部１７Ａ、１７Ａが設けられている。
図５、図６を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。図５は、第２の実施形態の構成を説明する上面図、図６はたわみ角を説明する図である。
第２の実施形態に係る可動回折素子１Ａは、複数の短冊状の素子１０Ａ・・が短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子１０と、櫛歯状の可動素子１０の間に配置される櫛歯状の固定素子１２と、可動素子１０を短辺方向Ｙで、両側から支持する支持部１３Ａ、１３Ａと、支持部１３Ａ、１３Ａと可動素子１０Ａの間に設けられたアクチュエータ部１４Ａ、１４Ａを備えている。アクチュエータ部１４Ａ、１４Ａは、互いに平行に配置された直線形状の第１アーム１４１Ａ、１４１Ａと直線形状の第２アーム１４２Ａ、１４２Ａ、第１アーム１４１Ａ、１４１Ａと第２アーム１４２Ａ、１４２Ａをつなぐ連結部１４３Ａ、１４３Ａを有し、それぞれのアームに駆動源として圧電素子１４４、１４５を備えることで、カンチレバー型の第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａを構成している。第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａの先端１５Ａａ、１５Ａａと連結部１４３（圧電素子１４４、１４４と連結部１４３、１４３）の間には変位方向Ｚへの変位規定部１７Ａ、１７Ａが設けられている。
【0018】
本実施形態において、可動回折素子１Ａは、図６に示すように、第１の実施形態同様に、第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａによりそれぞれ発生する第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａの変位方向Ｚへのたわみ角θ４、θ４が、第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａにより発生する変位方向Ｚへのたわみ角θ３、θ３と略同等となるように構成されている。
また、可動回折素子１Ａは、第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａとが、可動素子１０の長辺方向Ｘと同一平面内において直交する方向となる短辺方向Ｙに向かってそれぞれ延びていて、互いに平行となるように配置されている点が、第１の実施形態に係る可動回折素子１と異なる点である。つまり、第１の実施形態では、短辺方向Ｙに延びる連結辺部１１に対して各アクチュエータ部が交差する方向に延びているが、本実施形態においては、短辺方向Ｙに延びる連結辺部１１と同一方向に各アクチュエータ部がそれぞれ延びている。
また、可動回折素子１Ａは、第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａとが、可動素子１０の長辺方向Ｘと同一平面内において直交する方向となる短辺方向Ｙに向かってそれぞれ延びていて、互いに平行となるように配置されている点が、第１の実施形態に係る可動回折素子１と異なる点である。つまり、第１の実施形態では、短辺方向Ｙに延びる連結辺部１１に対して各アクチュエータ部が交差する方向に延びているが、本実施形態においては、短辺方向Ｙに延びる連結辺部１１と同一方向に各アクチュエータ部がそれぞれ延びている。
【0019】
本実施形態のように、第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａを可動素子１０の長辺方向Ｘと直交する短辺方向Ｙに並べて配置することにより、可動素子１０の長辺方向Ｘの傾きの発生を抑制することできる。また、第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａの変形によって発生する先端１５Ａａ、１５Ａａの傾きを、第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａにより水平に戻すことにより、可動素子１０の各素子同士の連結辺部１１に発生する、可動素子１０の短辺方向Ｙのたわみを抑制することできる。これらにより、可動回折素子１Ａを、たわみや傾きを発生させることなく変位方向Ｚに変位させることが可能となるため、可動回折素子１Ａに撓みや傾きが発生することで生じる誤信号を低減することができる。
【0020】
（第３の実施形態）
図７、図８を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。図７は、第３の実施形態の構成を説明する上面図、図８はたわみ角を説明する図である。
第３の実施形態に係る可動回折素子１Ｂは、複数の短冊状の素子１０Ａ・・が短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子１０と、櫛歯状の可動素子１０の間に配置される櫛歯状の固定素子１２と、可動素子１０を短辺方向Ｙで、両側から支持する支持部１３Ｂ、１３Ｂと、支持部１３Ｂ、１３Ｂと可動素子１０の間に設けられたアクチュエータ部１４Ｂ、１４Ｂを備えている。本実施形態に係るアクチュエータ部１４Ｂ、１４Ｂは、互いに平行に配置された第１アーム１４１Ｂ、１４１Ｂと第２アーム１４２Ｂ、１４２Ｂ、第１アーム１４１Ｂ、１４１Ｂと第２アーム１４２Ｂ、１４２Ｂをつなぐ連結部１４３Ｂ、１４３Ｂを有し、それぞれのアームに駆動源として圧電素子１４４、１４５を備えることで、カンチレバー型の第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂを構成している。第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂの先端１５Ｂａ、１５Ｂａと連結部１４３Ｂ、１４３Ｂ（圧電素子１４４、１４４と連結部１４３Ｂ、１４Ｂ）の間には変位方向Ｚへの変位規定部１７Ｂ、１７Ｂが設けられている。
本実施形態では、第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂとが短辺方向Ｙにそれぞれ２組ずつ連続して（複数段）形成されている。つまり、一方の第１アクチュエータ部１５Ｂは、２本の第１アーム１４１Ｂ、１４１Ｂを備え、一方の第２アクチュエータ部１６Ｂは、２本の第２アーム１４２Ｂ、１４２Ｂを備えていて、可動回折素子１Ｂとして合計４本ずつ、第１アームと第２アームを備えている。
図７、図８を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。図７は、第３の実施形態の構成を説明する上面図、図８はたわみ角を説明する図である。
第３の実施形態に係る可動回折素子１Ｂは、複数の短冊状の素子１０Ａ・・が短辺方向Ｙに並列配置された櫛歯状の可動素子１０と、櫛歯状の可動素子１０の間に配置される櫛歯状の固定素子１２と、可動素子１０を短辺方向Ｙで、両側から支持する支持部１３Ｂ、１３Ｂと、支持部１３Ｂ、１３Ｂと可動素子１０の間に設けられたアクチュエータ部１４Ｂ、１４Ｂを備えている。本実施形態に係るアクチュエータ部１４Ｂ、１４Ｂは、互いに平行に配置された第１アーム１４１Ｂ、１４１Ｂと第２アーム１４２Ｂ、１４２Ｂ、第１アーム１４１Ｂ、１４１Ｂと第２アーム１４２Ｂ、１４２Ｂをつなぐ連結部１４３Ｂ、１４３Ｂを有し、それぞれのアームに駆動源として圧電素子１４４、１４５を備えることで、カンチレバー型の第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂを構成している。第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂの先端１５Ｂａ、１５Ｂａと連結部１４３Ｂ、１４３Ｂ（圧電素子１４４、１４４と連結部１４３Ｂ、１４Ｂ）の間には変位方向Ｚへの変位規定部１７Ｂ、１７Ｂが設けられている。
本実施形態では、第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂとが短辺方向Ｙにそれぞれ２組ずつ連続して（複数段）形成されている。つまり、一方の第１アクチュエータ部１５Ｂは、２本の第１アーム１４１Ｂ、１４１Ｂを備え、一方の第２アクチュエータ部１６Ｂは、２本の第２アーム１４２Ｂ、１４２Ｂを備えていて、可動回折素子１Ｂとして合計４本ずつ、第１アームと第２アームを備えている。
【0021】
可動回折素子１Ｂは、図８に示すように、第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂで発生するたわみ角θ６が、第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂで発生するたわみ角θ５と略同等であり、第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂとが、可動素子１０の長辺方向Ｘと平行になるように短辺方向Ｙに複数段形成されている。
【0022】
本実施形態のように、第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂを可動素子１０の長辺方向Ｘと直交する短辺方向Ｙに複数並べて配置することにより、可動素子１０の短辺方向Ｙのたわみの発生を抑制することできる。また、第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂの変形によって発生する先端１５Ｂａ、１５Ｂａの傾きを、それぞれ隣接する第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂによりそれぞれ水平に戻すことにより、可動素子１０の各素子同士の連結辺部１１に発生する、可動素子１０の長辺方向Ｘの傾きを抑制することできる。これらにより、可動回折素子１Ｂを、たわみや傾きを発生させることなく変位方向Ｚに変位させることが可能となるため、可動回折素子１Ｂに撓みや傾きが発生することで生じる誤信号を低減することができる。
【0023】
（第４の実施形態）
図９を用いて本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、上記実施形態に係る可動回折素子の何れかを備えた分光装置３００である。図９は分光装置３００の模式図を示す。なお、分光装置３００に用いる可動回折素子としては、第１の実施形態で説明した可動回折素子１を用いることとするが、第２又は第３の実施形態で説明した可動回折素子１Ａ、１Ｂを用いてもよい。
分光装置３００は、可動回折素子１が取り付けられた基板３０１と、可動回折素子１と対向配置された凹面ミラー３０２と、検出器３０３を備えている。基板３０１には、入射光３０４を凹面ミラー３０２へと導入するためのスリット３０５と、回折光３０７を検出器３０３へ導入する開口３０６が形成されている。
このような構成の分光装置３００では、あるスペクトル情報を持つ入射光３０４を可動回折素子１に入射し、０次回折光を除く回折光３０７を検出器３０３で受光する。可動回折素子１を変位させながら検出器３０３で回折光３０７を受光することにより、可動素子変位量と回折光３０７の光量の関係から入射光３０４のスペクトル情報を算出することができる。このため、単画素センサで分光スペクトルを得ることができ、従来のセンサアレイを用いた分光装置にくらべ、小型化、低価格化を図ることができる。
図９を用いて本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、上記実施形態に係る可動回折素子の何れかを備えた分光装置３００である。図９は分光装置３００の模式図を示す。なお、分光装置３００に用いる可動回折素子としては、第１の実施形態で説明した可動回折素子１を用いることとするが、第２又は第３の実施形態で説明した可動回折素子１Ａ、１Ｂを用いてもよい。
分光装置３００は、可動回折素子１が取り付けられた基板３０１と、可動回折素子１と対向配置された凹面ミラー３０２と、検出器３０３を備えている。基板３０１には、入射光３０４を凹面ミラー３０２へと導入するためのスリット３０５と、回折光３０７を検出器３０３へ導入する開口３０６が形成されている。
このような構成の分光装置３００では、あるスペクトル情報を持つ入射光３０４を可動回折素子１に入射し、０次回折光を除く回折光３０７を検出器３０３で受光する。可動回折素子１を変位させながら検出器３０３で回折光３０７を受光することにより、可動素子変位量と回折光３０７の光量の関係から入射光３０４のスペクトル情報を算出することができる。このため、単画素センサで分光スペクトルを得ることができ、従来のセンサアレイを用いた分光装置にくらべ、小型化、低価格化を図ることができる。
【0024】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
図７に示す可動回折素子１Ｂでは、可動素子１０の両側に、それぞれ第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂとが、可動素子１０の長辺方向Ｘに平行となるように複数段配置したが、このような形態に限定されるものではない。例えば、図５に示す第２の実施形態で説明した可動回折素子１Ａにおいても、複数の第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａとを、可動素子１０の短辺方向Ｙと直交する方向である長辺方向Ｘに複数段配置しても良い。
図９で示した可動回折素子１を用いた分光装置３００の各構成の配置については、一例に過ぎず、図９の構成や配置に限定されるものではない。
各本実施形態において、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は、駆動源として圧電素子を用いた圧電アクチュエータとして説明したが、圧電素子に替えて熱素子（発熱素子）を駆動源として用いた熱アクチュエータであってもよい。本実施形態において、変位規定部１７、１７Ａ、１７Ｂは直線状に形成されているが直線形状に限定するものではない。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
図７に示す可動回折素子１Ｂでは、可動素子１０の両側に、それぞれ第１アクチュエータ部１５Ｂ、１５Ｂと第２アクチュエータ部１６Ｂ、１６Ｂとが、可動素子１０の長辺方向Ｘに平行となるように複数段配置したが、このような形態に限定されるものではない。例えば、図５に示す第２の実施形態で説明した可動回折素子１Ａにおいても、複数の第１アクチュエータ部１５Ａ、１５Ａと第２アクチュエータ部１６Ａ、１６Ａとを、可動素子１０の短辺方向Ｙと直交する方向である長辺方向Ｘに複数段配置しても良い。
図９で示した可動回折素子１を用いた分光装置３００の各構成の配置については、一例に過ぎず、図９の構成や配置に限定されるものではない。
各本実施形態において、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は、駆動源として圧電素子を用いた圧電アクチュエータとして説明したが、圧電素子に替えて熱素子（発熱素子）を駆動源として用いた熱アクチュエータであってもよい。本実施形態において、変位規定部１７、１７Ａ、１７Ｂは直線状に形成されているが直線形状に限定するものではない。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0025】
１、１Ａ、１Ｂ 可動回折素子
１０ 櫛歯状の可動素子
１２ 櫛歯状の固定素子
１３、１３Ａ、１３Ｂ 支持部
１５、１５Ａ、１５Ｂ 第１のカンチレバー型アクチュエータ
１５ａ、１５Ａａ、１５Ｂａ 第１のカンチレバー型アクチュエータの先端
１６、１６Ａ、１６Ｂ 第２のカンチレバー型アクチュエータ
１７、１７Ａ、１７Ｂ 変位規定部
１０５ 貫通孔
１０６ 反射膜層
１４４、１４５ 圧電素子
３００ 分光装置
θ１、θ３、θ５ 第１のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角
θ２、θ４、θ６ 第２のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角
Ｘ 可動素子の長手方向
Ｙ 可動素子の長手方向と交差する方向
１０ 櫛歯状の可動素子
１２ 櫛歯状の固定素子
１３、１３Ａ、１３Ｂ 支持部
１５、１５Ａ、１５Ｂ 第１のカンチレバー型アクチュエータ
１５ａ、１５Ａａ、１５Ｂａ 第１のカンチレバー型アクチュエータの先端
１６、１６Ａ、１６Ｂ 第２のカンチレバー型アクチュエータ
１７、１７Ａ、１７Ｂ 変位規定部
１０５ 貫通孔
１０６ 反射膜層
１４４、１４５ 圧電素子
３００ 分光装置
θ１、θ３、θ５ 第１のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角
θ２、θ４、θ６ 第２のカンチレバー型アクチュエータのたわみ角
Ｘ 可動素子の長手方向
Ｙ 可動素子の長手方向と交差する方向
【先行技術文献】
【特許文献】
【0026】
【文献】特許第３１６４８２４号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】