CN103246059B - 镜驱动设备和控制该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种镜驱动设备，能够包括：镜部件，具有配置为反射光的反射表面；镜支撑部件，形成于所述镜部件的彼此对角的部分处；以及第一致动器和第二致动器，放置为围绕所述镜部件，其中，所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构：纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为第二轴的多个第二压电悬臂耦合到一起以便被折叠，并且所述第一致动器和所述第二致动器中的每一个具有经由所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件连接至所述镜部件的一端和连接至所述镜支撑部件附近的固定部件的另一端，所述一端耦合至所述镜支撑部件。

Description

镜驱动设备和控制该设备的方法
技术领域
本公开的主题涉及镜驱动设备和控制该设备的方法，并且具体地涉及适用于用于光学扫描等中的光学偏转器的微镜设备的结构和用于控制该微镜设备的驱动的技术。
背景技术
微扫描器（以下称为通过使用硅（Si）微制造处理制造的“MEMS（微机电系统）扫描器）具有尺寸小并且与聚合物镜等相比功耗低的特征，聚合物镜为常规光学扫描模块。为此原因，MEMS扫描器预期广泛应用于从激光投影仪至诸如光学相干断层摄影（OCT）的光学诊断扫描器。
在用于驱动MEMS扫描器的各种方案中，使用压电物质的变形的压电驱动方案与其它方案相比能够实现每单位面积大的扭矩，并且使用简单的驱动电路，并且因此具有作为容许小尺寸和大扫描角的方案的潜力。
然而，不使用谐振的压电致动器具有小移位的问题。例如，在诸如OCT的内窥镜光学诊断的现场，期望待测量的目标上的扫描长度为至少1mm或更大（参照McCormick,D.等，“A Three Dimensional Real-Time MEMS Based Optical Biopsy System for In-VivoClinical Imaging”，Solid-State Sensors,Actuators and Microsystems Conference，2007，TRANSDUCERS2007，International’，pp.203-208）。例如，当并入直径为5毫米（5mmφ）的内窥镜探针中的MEMS扫描器对探针外0.5mm的点执行径向扫描，扫描1mm或更多时，需要至少20度或更大的光学偏转角。在单个压电单晶（unimorph）悬臂中实现该大的光学偏转角是困难的，并且需要一些发明才能。
作为显著地倾斜镜的手段，提出了一种结构，其中，例如悬臂本身折叠多次，形成波形形状，以插入镜部分，并且活动板用于万向节结构，由此实现非谐振二维（2D）驱动（参照Tani,M.，Akamatsu,M.，Yasuda,Y.，Toshiyoshi,H.，“A two-axis piezoelectrictilting micromirror with a newly developed PZT-meandering actuator”，MicroElectro Mechanical Systems，2007，MEMS.IEEE20th International Conference(2007)pp.699-702）。在此方案中，压电悬臂被折叠以容许驱动，以交替地在相反方向上引起弯曲，由此放大移位。利用这个，镜能够显著地倾斜，无需使用谐振。
然而，虽然随压电悬臂折叠多次，此结构能够实现较大的旋转角，但是镜旋转运动和平移运动的谐振频率同时降低。这引起以下问题。
（1）镜的谐振容易由环境振动激发。
（2）当驱动镜以三角波或锯齿波旋转时，叠加旋转运动的谐振振动（正弦波分量）以改变驱动响应波形。
具体地，问题（1）在在诸如车辆装配目的或内窥镜目的的具有许多环境振动的使用目的的情况下的扫描期间引起光学路径长度和点的位置移动的波动，并且因此在实际使用中变得严重。
还有，采用万向节结构，增大了设备尺寸，并且因此用于总体需要3×3mm或更小的设备尺寸的内窥镜目的的应用是困难的。考虑到设备的尺寸的降低，期望不采用万向节结构的非谐振二维（2D）扫描器。在Singh,J.，Teo,J.H.S.，Xu,Y.，Premachandran,C.S.，ChenN.，Kotlanka,R.，Olivo,M.&Sheppard,C.J.R.（2008），“A two axes scanning SOI MEMSmicromirror for endoscopic bioimaging”，Journal of Micromechanics andMicroengineering18(2)，025001中提出了不使用万向节结构的热双晶类型的非谐振二维（2D）MEMS扫描器。
然而，例如Singh等公开的结构，在驱动镜绕x轴旋转时，归因于不涉及驱动的另一轴的致动器，反作用力工作，并且因此驱动效率显著降低。
相反，在日本专利申请特开No.2008-040240中暗示了图26中描绘的结构。此图26引用如日本专利申请特开No.2008-040240中图3公开的图。上述紧接着的致动器受到相反方向上的弯曲移位的影响，以累积偏转角用于至镜的传递，并且均具有受到绕彼此正交的两个轴方向的弯曲旋转的影响的多个悬臂，由此容许绕这些轴的二维旋转。根据此结构，在绕轴旋转的情况下，致动器响应于绕任何其它轴的驱动的反作用力不产生，并且因此能够有效地使用力。
然而，图26中描绘的结构具有以下问题。
●当产生竖直方向上的外来振动时，归因于惯性力，对镜产生角移位。
●因为许多悬臂被折叠以获得足够的移位，所以谐振频率低，并且结构容易受到扰动的影响。
●因为镜的中心与设备的中心不相配，所以当安装MEMS以便镜的中心放置在诸如内窥镜的圆柱管内时，需要大约双倍的空间。
发明内容
如上所述，常规MEMS扫描器具有以下问题。
<关于偏转角的问题>
[1]不使用谐振的MEMS扫描器通常具有小的偏转角。
[2]如果例如通过折叠（fold）压电悬臂增大了偏转角，则谐振频率降低，响应速度下降，并且归因于干扰振动的噪声显著增大。
[3]还有，当通过使用诸如溅射的薄膜制作技术形成PZT薄膜来制作压电致动器时，归因于PZT薄膜的残余应力，致动器发生初始翘曲，由此引起镜的初始倾斜。特别是，当使用具有高压电性能的Nb掺杂的PZT时，此问题是显著的，因为残余应力高。
[4]当激活压电致动器时，如果执行施加有DC偏移的驱动，以防止PZT的极化反转，则镜的旋转角发生偏移。特别是，当使用具有高压电性能的Nb掺杂的PZT时，此问题是严重的，因为极化反转电场小并且因此需要施加DC偏移电压。
<关于二维驱动的问题>
[5]在通过使用旋转活动板绕两个轴驱动的“万向节方案”的情况下，元件尺寸增大。
[6]在不使用万向节结构的常规结构的情况下，如果镜由用于绕x轴的旋转的致动器绕x轴旋转，则用于绕y轴旋转的致动器也变形，由此接收排斥力。为此原因，与万向节结构相比，偏转角降低了。
考虑到这些背景作出了本公开主题并且本公开主题的目的是提供能够解决上述问题的镜驱动设备和控制该镜驱动设备的方法。
为了实现上述目的，根据本公开主题的一种镜驱动设备包括：镜部件，具有反射光的反射表面；镜支撑部件，形成于所述镜部件的彼此对角的部 分处；以及第一致动器和第二致动器，放置为围绕所述镜部件，所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构：其中，纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为不与第一轴平行的第二轴的多个第二压电悬臂耦合到一起以便被折叠，并且所述致动器中的每一个具有经由所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件连接至所述镜部件的一端和连接至所述镜支撑部件附近的固定部件的另一端，所述一端耦合至所述镜支撑部件。
将根据说明书和对附图的描述阐述本发明的其它实施例。
根据本公开主题，使用多个压电悬臂的组合，镜部件能够以大的偏转角倾斜。还有，如果使用诸如具有高压电常数的Nb掺杂的PZT的具有极优压电特性的材料，能够以相对小次数的折叠获得大的偏转角，并且因此谐振频率能够设计得高。利用这个，能够进行快速的响应，并且归因于干扰振动的影响能够受到显著抑制。此外，即使归因于由残余应力或压电物质的偏移驱动或其它原因引起的初始屈曲，相同方向上的所有压电悬臂发生屈曲，这些移位作为整体也消除，并且对偏转角和竖直移位没有影响。还有，根据本公开主题，致动器镜能够以几乎紧密封装的方式放置，并且因此能够实现元件尺寸的降低。
附图说明
图1是根据第一实施例的MEMS扫描器设备的平面视图；
图2是图1的局部放大视图；
图3是示意性地描绘图1的设备结构的绘图；
图4是压电悬臂的截面视图；
图5是用于描述绕轴的镜旋转的示意图；
图6是从x轴的正方向观看时，沿图5中的A-B线的截面的示意图；
图7是当从x轴的正方向观看时，沿图5中的A’-B’线的截面的示意图；
图8是绕x轴的镜旋转的状态的透视图；
图9是用于描述绕y轴的镜旋转的示意图；
图10是从y轴的负方向观看时，沿图9中的A-B线的截面的示意图；
图11是当从y轴的负方向观看时，沿图9中的A'-B’线的截面的示意 图；
图12是绕y轴的镜旋转的状态的透视图；
图13是用于描述给用于驱动镜部分的致动器供应驱动电压的驱动电路的结构的范例的图；
图14是用于实施例中的压电膜的Pr-E磁滞特性的绘图；
图15是描绘压电致动器的驱动电压与移位之间的关系的绘图，致动器包括具有图14的特性的压电膜；
图16是当所有悬臂在相同方向上产生弯曲移位时，变形状况的范例的透视图；
图17是主谐振模式中的运动的透视图；
图18是次级谐振模式中的运动的透视图；
图19是根据第二实施例的MEMS扫描器设备的结构的示意图；
图20是根据比较范例的MEMS扫描器设备的结构的示意性平面视图；
图21是包括根据范例1、范例2、以及比较范例的设备的评估的表；
图22是镜部分的形状的另一范例的平面视图；
图23是镜部分的形状的另一范例的平面视图；
图24是根据第三实施例的MEMS扫描器设备的结构的示意性平面视图；
图25是另一实施例的示意性平面视图，其中改变了压电悬臂的折叠的次数；以及
图26是常规MEMS扫描器设备的结构的透视图。
具体实施方式
以下根据附图详细描述本开的主题的实施例。
[第一实施例]
图1是根据第一实施例的MEMS扫描器设备的平面视图。图2是图1的局部放大视图。图3是示意性地描绘图1的设备结构的图。如在这些图中描绘的，根据本实施例的MEMS扫描器设备10（对应于“镜驱动设备”）包括：镜部件12；围绕此镜部件12的两个致动器14和24；以及支撑这些致动器14和24的固定框架30。在镜部件12的对角线位置，形成镜支撑部 件15和25。致动器14和24具有连接至镜支撑部件15和25的一端和固定于固定部件的另一端，固定部分分别由参考数字31和32标记。
此范例中的镜部件12在平面视图中具有基本矩形的形状。在用作用于反射光的反射表面12B的镜表面（镜部件12的上表面）上，由Au（金）、Al（铝）等制成的金属薄膜形成为增大对入射光的反射率。用于镜涂层的材料及其膜厚度不受特别限制，并且已知的镜材料（高反射率材料）能够用于各种设计。
至于镜部件12的形状，“矩形形状”不限于严格的矩形（四边形），而是意指作为整体能够理解为以基本矩形的形状作为基本形状的形状。例如，形状包括：其角被斜切或是圆形的矩形；全部或部分边配置为曲线或折线的矩形；以及具有耦合所需的附加形状的被增加至镜部件12与致动器14和24（由15和25表示的镜支撑部件）之间的连接部分的矩形。虽然在平面视图中具有方形形状的镜部件12在图1中范例性地描绘为最简单范例，但是镜部件12的形状不严格限于描绘的范例。还有，平面视图中的镜部件12的形状和反射表面12B的形状可以彼此相配或可以彼此不同。反射表面12B能够形成于镜部件12的上表面的面积区域内。
镜部件12在对角顶点对附近的部分处（图1中，分别在左下顶点附近的部分处和右上顶点附近的部分处）经由镜支撑部件15和25耦合至致动器14和24。
用于驱动镜部件12的致动器14和24经由镜支撑部件15和25在顶点对附近的部分处（图1中，分别在左下顶点附近的部分处和右上顶点附近的部分处）耦合至镜部件12。需要注意，在能够实现目标操作和效果的范围中，形成镜支撑部件15和25的位置可以在镜部件12的对角位置附近，并且不必限于严格意义上的“对角”顶点位置。
图1中，沿镜部件12的左侧和上侧以L形状放置的致动器（参考数字14）称为“第一致动器”，并且沿镜部件12的右侧和下侧以L形状放置的致动器（参考数字24）称为“第二致动器”。还有，在图1中，x轴取为纸上的水平方向（侧向方向），而y轴取为竖直方向（纸上的纵向方向）。还有，z轴取为垂直于纸（xy平面）的方向。通过引入此正交的三个轴（xyz轴），描述了设备结构及其操作。Y轴对应于“第一轴”，且x轴对应于“第 二轴”。
通过将多个压电悬臂（在此范例中，四个压电悬臂16-1、16-2、17-1和17-2）折叠地连接至一起配置第一致动器14。在配置第一致动器14的多个压电悬臂（16-1、16-2、17-1和17-2）中，并排放置的纵向方向取向为y轴方向且位置在x方向上改变的多个（这里两个）压电悬臂16-1和16-2（对应于“第一压电悬臂”）用于驱动以绕x轴旋转镜部件12。
并排放置的纵向方向取向为x轴方向且位置在y方向上改变的多个（这里两个）压电悬臂17-1和17-2（对应于“第二压电悬臂”）用于驱动以绕y轴旋转镜部件12。
即第一致动器14由用于绕x轴旋转镜部件12的多个压电悬臂16-1和16-2以及用于绕y轴旋转镜部件12的多个压电悬臂17-1和17-2配置。用于x轴旋转的多个压电悬臂16-1和16-2均具有取向为y轴方向的纵向方向，并且这些压电悬臂中的多个16-1和16-2在镜部件12的第一侧（图1中左侧）外在x轴方向上并排相邻放置。多个压电悬臂16-1和16-2形成用于x轴旋转的致动器元件（对应于“用于第二轴旋转的致动器元件”）。
用于y轴旋转的多个压电悬臂17-1和17-2均具有取向为x轴方向的纵向方向，并且这些压电悬臂中的多个17-1和17-2在镜部件12的第二侧（图1中上侧）外在y轴方向上并排相邻放置。多个压电悬臂17-1和17-2形成用于y轴旋转的致动器元件（对应于“用于第一轴旋转的致动器元件”）。
用于y轴旋转的多个压电悬臂17-1和17-2均具有彼此连接的一端（图1中，彼此连接的左端，并且耦合为折叠至x方向（参照图2）。与压电悬臂17-1和17-2的折叠耦合部件18相对的压电悬臂17-1和17-2的端部经由耦合部件19-1和19-2分别连接至用于x轴旋转的压电悬臂16-1和16-2的端部。用于y轴旋转的压电悬臂17-1和17-2以及用于x轴旋转的压电悬臂16-1和16-2以L形状分别彼此耦合（以直角折叠的形状）。
在用于x轴旋转的多个压电悬臂16-1和16-2中，镜部件12附近的压电悬臂16-2具有经由图1中的镜部件12的左下角附近的镜支撑部件15耦合至镜部件12的一端（与具有用于y轴旋转的压电悬臂17-2的耦合部件19-2相对的端部）。
在用于x轴旋转的多个压电悬臂16-1和16-2中，远离镜部件12的压 电悬臂16-1具有固定至镜部件12的左下角附近，即图1中的镜支撑部件15附近，的固定框架30的第一固定部分31的基座端（与具有用于y轴旋转的压电悬臂17-1的耦合部件19-1相对的端部）。
当从第一固定部件31观看时，压电悬臂16-1的基座端支撑于第一固定部件31上，并且压电悬臂17-1连接至压电悬臂16-1的尖端，压电悬臂17-1的纵向方向取向为x轴方向，压电悬臂16-1的纵向方向取向为y轴方向。压电悬臂17-2耦合至此压电悬臂17-1的该尖端，以便折叠至x轴方向。此外，压电悬臂16-2连接至压电悬臂17-2的尖端，以便折叠至y轴方向。最终，压电悬臂16-2的尖端在镜部件12的角附近（图1中镜部件12的左下角附近）耦合至镜部件12，并且镜部件12由镜支撑部件15支撑。
同样，多个压电悬臂16-1、17-1、17-2以及16-2顺序连接为具有折叠结构，由此实现其中第一致动器14的第一固定部件31和镜支撑部件15彼此非常靠近的结构。
为了消除归因于偏移驱动、压电悬臂的残余应力等的初始翘曲的影响，第一固定部件31与镜支撑部件15之间的距离优选地尽可能短。然而，归因于第一致动器14的结构限制，它们的位置不能相同。在图1的情况下，第一固定部件31和镜支撑部件15在短方向上彼此远离约压电悬臂16-2的宽度大小（w）(参照图3)。还有，作为第一固定部件31，能够认为压电悬臂16-1的下端的左侧部分固定在图3中的压电悬臂16-1的下端面的地方。在此情况下，第一固定部件31和镜支撑部件15在由两个压电悬臂16-1和16-2形成的用于x轴旋转的致动器元件的x轴方向上彼此远离约宽度方向（wA）。
考虑到这些，第一固定部件31和镜支撑部件15之间的可容许的接近程度在由多个压电悬臂16-1和16-2形成的用于x轴旋转的致动器元件的x轴方向上的宽度大小（wA）的范围内。
第二致动器24的结构类似于第一致动器14的结构，并且第二致动器24和第一致动器14放置为跨镜部件12具有对角位置关系。即第二致动器24由连接在一起的多个压电悬臂（在此范例中，四个压电悬臂26-1、26-2、27-1和27-2）配置。第二致动器24由用于绕x轴旋转镜部件12的多个压电悬臂26-1和26-2（对应于“第一压电悬臂”）以及用于绕y轴旋转镜部件12的多个压电悬臂27-1和27-2（对应于“第二压电悬臂”）配置。用于x轴旋转的多个压电悬臂26-1和26-2均具有取向为y轴方向的纵向方向，并且这些压电悬臂中的多个26-1和26-2在镜部件12的第三侧（图1中右侧）外在x轴方向上并排相邻放置。多个压电悬臂26-1和26-2形成用于x轴旋转的致动器元件（对应于“用于第二轴旋转的致动器元件”）。
用于y轴旋转的多个压电悬臂27-1和27-2均具有取向为x轴方向的纵向方向，并且这些压电悬臂27-1和27-2中的多个在镜部件12的第四侧（图1中下侧）外在y轴方向上并排相邻放置。多个压电悬臂27-1和27-2形成用于y轴旋转的致动器元件（对应于“用于第一轴旋转的致动器元件”）。
用于y轴旋转的多个压电悬臂27-1和27-2均具有彼此连接的一端，并且耦合为折叠至x方向。与压电悬臂27-1和27-2的折叠耦合部件28相对的压电悬臂27-1和27-2的端部经由耦合部件29-1和29-2分别连接至用于x轴旋转的压电悬臂26-1和26-2的端部。用于y轴旋转的压电悬臂27-1和27-2以及用于x轴旋转的压电悬臂26-1和26-2以L形状分别彼此耦合（以直角折叠的形状）。
在用于x轴旋转的多个压电悬臂26-1和26-2中，镜部件12附近的压电悬臂26-2具有经由图1中的镜部件12的右上角附近的镜支撑部件25耦合至镜部件12的一端（与具有用于y轴旋转的压电悬臂27-2的耦合部件29-2相对的端部）。
在用于x轴旋转的多个压电悬臂26-1和26-2中，远离镜部件12的压电悬臂26-1具有固定至镜部件12的右上角附近，即图1中的镜支撑部件25附近，的固定框架30的第二固定部分32的基座端（与具有用于y轴旋转的压电悬臂27-1的耦合部件29-1相对的端部）。
当从第二固定部件32观看时，压电悬臂26-1的基座端支撑于第二固定部件32上，并且压电悬臂27-1连接至压电悬臂26-1的尖端，压电悬臂27-1的纵向方向取向为x轴方向，压电悬臂26-1的纵向方向取向为y轴方向。压电悬臂27-2耦合至此压电悬臂27-1的该尖端，以便折叠至x轴方向。此外，压电悬臂26-2连接至压电悬臂27-2的尖端，以便折叠至y轴方向。最终，压电悬臂26-2的尖端在镜部件12的角附近（图1中镜部件12的右上角附近）经由镜支撑部件25耦合至镜部件12。同样，多个压电悬臂26-1、 27-1、27-2以及26-2顺序连接为具有折叠结构，由此实现其中第二致动器24的第二固定部件32和镜支撑部件25彼此非常靠近的结构。至于第二固定部件32与镜支撑部件25之间的接近程度，位置关系和第一固定部件31与镜支撑部件15之间的位置关系类似。
图1中，参考数字41、42、43和44是用于向配置第一致动器14的压电悬臂16-1、16-2、17-1和17-2供应驱动电压的驱动垫（驱动功率供应端子）。虽然图1中未示例，但是驱动垫41、42、43和44经由细导线51、52、53和54分别连接至对应压电悬臂16-1、16-2、17-1和17-2的上电极。
还有，参考数字61、62、63和64是用于向配置第二致动器24的压电悬臂26-1、26-2、27-1和27-2供应驱动电压的驱动垫。虽然图1中未示例，但是驱动垫61、62、63和64经由细导线71、72、73和74分别连接至对应压电悬臂26-1、26-2、27-1和27-2的上电极。
为参考，图2中描绘了图1中的压电悬臂17-1和17-2的耦合部件18附近的位置的放大视图。从压电悬臂17-2的上电极引出的导线53从耦合部件18起沿压电悬臂17-1的边沿，然后经由图1中的耦合部件19-1和压电悬臂16-1布线为连接至驱动垫43。从压电悬臂16-2的上电极引出的导线54从图1中的耦合部件19-2起沿压电悬臂17-2的边沿，然后经由耦合部件18、耦合部件17-1、耦合部件19-1和压电悬臂16-1布线为连接至驱动垫44。
同样，每一个压电悬臂的上电极逐个（独立）连接至驱动垫（41至44和61至64）中的对应的一个，由此容许对每一个压电悬臂的独立驱动控制。需要注意，每一个压电悬臂的下电极能够形成为用于多个悬臂的公共（整体连接的）电极。
图4是压电悬臂的截面结构的示意图。因为压电悬臂16-1、16-2、17-1、17-2、26-1、26-2、27-1和27-2均具有类似结构，描述了作为代表并提供有参考数字80的压电悬臂的结构。本范例的压电悬臂80由压电单晶（unimorph）悬臂结构形成。需要注意，为实施本公开主题，可以使用单晶悬臂结构以外的结构。例如，可以使用双晶悬臂结构，其中两层压电物质跨电极层压。
如图4中所描绘，压电悬臂80具有其中下电极83、压电物质86、以 及上电极88形成为层压于隔膜82上的结构。通过例如在硅（Si）基底上顺序形成下电极83、压电物质86、以及上电极88的层，能够获得层压结构。图4中的右端（参考数字90）用作作为压电悬臂80的固定端的支撑部件（固定部件）。在图4中描绘的结构中，施加于电极（83和88）之间的驱动电压使压电物质86变形。根据此变形，使得隔膜82翘曲为向上和向下移动杠杆部分。图4中的虚线表示杠杆部分向上移动的状态。
需要注意，用于图1中描绘的压电悬臂16-1的固定部件90对应于图1中描述的第一固定部件31。用于压电悬臂17-1的固定部件90对应于耦合部件19-1，且用于压电悬臂17-2的固定部件90对应于图1中描述的耦合部件18。用于压电悬臂16-2的固定部件90对应于图2中描述的耦合部件19-2。用于压电悬臂26-1的固定部件90对应于图1中描述的第二固定部件32。用于图1中描绘的压电悬臂27-1的固定部件90对应于耦合部件29-1，且用于压电悬臂27-2的固定部件90对应于图1中描述的耦合部件28。用于压电悬臂26-2的固定部件90对应于图1中描述的耦合部件29-2。
<镜部件的旋转操作的描述>
（1）关于绕x轴的镜旋转
首先，描述绕x轴的旋转。驱动电压施加于图5中描绘的第一致动器14的压电悬臂16-1和16-2，以在相反方向上引起弯曲移位。驱动电压也施加至第二致动器24的压电悬臂26-1和26-2，以在相反方向上引起弯曲移位。此外，第一致动器14的压电悬臂16-1和第二致动器24的压电悬臂26-1被驱动为在相反方向上引起弯曲移位，并且第一致动器14的压电悬臂16-2和第二致动器24的压电悬臂26-2被驱动为在相反方向上引起弯曲移位。即，第一致动器14和第二致动器24在相反方向上移位，以在相反方向上对镜部件12进行相反角度的移位，由此倾斜镜部件12。
图6中描绘了当从x轴的正方向观看时，沿图5中的A-B线的截面的示意图，而图7中描绘了当从x轴的正方向观看时，沿图5中的A'-B’线的截面的示意图。
如图6中描绘的，将驱动电压施加至相邻压电悬臂16-1和16-2以在相反方向上引起弯曲移位时，压电悬臂16-1和16-2中的每一个压电悬臂的尖端处的角移位θ增加并且传至镜支撑部件15。类似地，如图7中描绘的， 将驱动电压施加至相邻压电悬臂26-1和26-2以在相反方向上引起弯曲移位时，压电悬臂26-1和26-2中的每一个压电悬臂的尖端处的角移位θ增加并且传至镜支撑部件25。
还有，如图6和7中描绘的，第一致动器14和第二致动器24被驱动为将相反方向上的角移位分别传至镜支撑部件15和25。结果，镜单元12变得绕x轴以2θ的角度倾斜。供参考，图8是其中镜单元12绕x轴旋转和倾斜的状态的透视图。
（2）关于绕y轴的镜旋转
接下来，描述绕y轴的旋转。驱动电压施加于图9中描绘的第一致动器14的压电悬臂17-1和17-2，以在相反方向上引起弯曲移位。驱动电压也施加至第二致动器24的压电悬臂27-1和27-2，以在相反方向上引起弯曲移位。此外，第一致动器14的压电悬臂17-1和第二致动器24的压电悬臂27-1被驱动为在相反方向上引起弯曲移位，并且第一致动器14的压电悬臂17-2和第二致动器24的压电悬臂27-2被驱动为在相反方向上引起弯曲移位。即，第一致动器14和第二致动器24在相反方向上移位，以在相反方向上对镜部件12进行相反角度的移位，由此倾斜该镜。
图10中描绘了当从y轴的负方向观看时，沿图9中的A-B线的截面的示意图，而图11中描绘了当从y轴的负方向观看时，沿图9中的A'-B’线的截面的示意图。
如图10中描绘的，将驱动电压施加至相邻压电悬臂17-1和17-2以在相反方向上引起弯曲移位时，压电悬臂17-1和17-2中的每一个压电悬臂的尖端处的角移位θ增加并且传至镜支撑部件15。类似地，如图11中描绘的，将驱动电压施加至相邻压电悬臂27-1和27-2以在相反方向上引起弯曲移位时，压电悬臂27-1和27-2中的每一个压电悬臂的尖端处的角移位θ增加并且传至镜支撑部件25。
还有，如图10和11中描绘的，第一致动器14和第二致动器24被驱动为将相反方向上的角移位分别传至镜支撑部件15和25。结果，镜单元12变得绕y轴以2θ的角度倾斜。供参考，图12是其中镜单元12绕y轴旋转和倾斜的状态的透视图。
通过组合图6至图9中描述的绕x轴的旋转驱动和图10至图12中描 述的绕y轴的旋转驱动，能够在各种方向上倾斜镜部件12，容许二维扫描。入射到镜部件12上的光（例如，从未示例的激光光源发射的激光）根据镜部件12的梯度（角度）被反射，由此改变反射光的传播方向（反射光的辐照位置）。根据本实施例的MEMS扫描器设备10，能够以大的光偏转角执行光学扫描。
<关于驱动电压供应装置>
图13是用于描述向第一致动器14和第二致动器24供应驱动电压的驱动电路的结构的范例的图。包括在第一致动器14中的压电悬臂16-1、16-2、17-1和17-2均具有连接至驱动器电路102的对应端子的上电极。还有，包括在第二致动器24中的压电悬臂26-1、26-2、27-1和27-2均具有连接至驱动器电路102的对应端子的上电极。此外，每一个压电悬臂具有连接至驱动器电路102的公共端子（V0端子，例如GND端子）的下电极。
根据施加至压电悬臂的上电极与下电极的电压V11至V24之间的电位差，每一个压电悬臂的压电物质86产生压电变形，引起弯曲移位。如上所述，可以采用其中驱动电压逐个（独立）供应至每一个压电悬臂的结构，或者在相同时间阶段被供应相同驱动电压的多个悬臂的端子可以被视为一个。
控制电路104将控制信号发送至驱动器电路102，控制至压电悬臂（16-1、16-2、17-1、17-2、26-1、26-2、27-1和27-2）中的每一个的驱动电压的施加。
待供应至每一个压电悬臂的驱动波形不受特别限制。例如，可以供应正弦波驱动电压，或者能够使用脉冲波形信号。图13中描绘的驱动器电路或驱动器电路102和控制电路104的组合对应于“驱动电压供应电路”。
<关于压电材料>
适合于本实施例的压电物质的范例包含由以下结构式表示的一种类型或两种或更多的钙钛矿类型的氧化物（P）：
通用结构式ABO3…（P）
（其中A：包含Pb的至少一种类型的A位元素；
B：选自包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe和Ni的组的至少一种类型的B位 元素；
O：氧元素；并且
虽然A位元素、B位元素和氧元素的摩尔比1：1：3为标准摩尔比，但是在A位元素、B位元素和氧元素的摩尔比与标准摩尔比之间能够存在偏差，只要能够得到钙钛矿结构就行）。
由以上通用结构式表示的钙钛矿类型的氧化物的范例包括含铅化合物和无铅化合物，含铅化合物诸如是钛酸铅、锆钛酸铅（PZT）、锆酸铅、钛酸镧铅，钛酸锆酸镧铅（leadlanthanum zirconate titanate）、铌酸镁钛酸锆铅（magnesium niobate lead zirconiumtitanate）、铌酸镍钛酸锆铅（nickel niobate lead zirconium titanate）、和铌酸锌钛酸锆（zinc niobate lead zirconium titanate）铅、以及它们的混合晶体，无铅化合物诸如是钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾、铌酸钠、铌酸钾、铌酸锂、和铋铁氧体、以及它们的混合晶体。
还有，本实施例的压电膜优选地包含由以下结构式表示的一种类型或两种或更多的钙钛矿类型的氧化物（PX）：
Aa(Zrx,Tiy,Mb-x-y)bOc…（PX）
（其中A：包含Pb的至少一种类型的A位元素；
M：选自包括V、Nb、Ta和Sb的组的至少一种类型的元素；
0<x<b，0<y<b，0<b-x-y；并且
虽然a、b和c的摩尔比1：1：3为标准摩尔比，但是在摩尔比a：b：c与所述标准摩尔比之间能够存在偏差，只要能够得到钙钛矿结构就行。
因为由以通用结构式（P）或结构式（PX）表示的钙钛矿类型的氧化物构成的压电膜具有高的压电应变常数（d31常数），所以包括此类型的压电膜的压电致动器的移位特性极好。需要注意以通用结构式（PX）表示的钙钛矿类型的氧化物的压电常数高于由结构式（P）表示的钙钛矿类型的氧化物的压电常数。
还有，包括由以通用结构式（P）和结构式（PX）表示的钙钛矿类型的氧化物构成的任意压电膜的压电致动器在驱动电压范围中的电压移位特性具有极优的线性。这些压电材料在实施本公开的主题中呈现极优的压电 特性。
作为本实施例的压电物质86的具体范例，能够使用掺杂有12％的Nb的PZT薄膜。通过以溅射形成掺杂有12％的Nb的PZT膜，能够稳定地制造压电常数d31＝250pm/V的具有极优压电特性的薄膜。
需要注意，虽然压电物质的块体可以接合至基底用于抛光，但是利用此方法难以使压电物质较薄（抛光中，极限在15μm的量级），该方法造成移位量小并且在抛光等期间在毁坏的情况下产能小的问题。考虑到这些，优选结构是使得通过化学气相沉积、溶胶-凝胶工艺等直接在基底上形成压电薄膜。具体地，作为本实施例的压电物质86，厚度为1μ或更厚且10μm或更薄的薄膜是优选的。在以下进一步描述的范例中，厚度为4μm且通过溅射形成的PZT薄膜用作压电物质86，但是这不是限制性的。
图14是用于本实施例中的压电膜（膜厚度为4μm）的Pr-E磁滞特性的图。这里使用掺杂有Nb的更改的PZT膜。需要注意，虽然图14中的水平轴表示“驱动电压（单位：伏[V]）”，但是电压除以膜厚度等于电场。矫顽场在Pr-E磁滞特性的图示中残余极化变为零的点处，并且本范例中的压电膜的矫顽场在正场侧（Ec+）为约35kV/cm，而在负场侧（Ec-）约为7.5kV/cm。在图14中，Vc+表示对应于正场侧上的矫顽场（Ec+）的电压（矫顽场Ec+与膜厚度的乘积），并且Vc-表示对应于负场侧上的矫顽场（Ec-）的电压（矫顽场Ec-与膜厚度的乘积）
通过诸如溅射的气相生长形成用于本实施例中的PZTN膜，并且此膜的Pr-E磁滞偏向正场侧，即相对于y轴不对称，如图14中所描绘。负场侧上的矫顽场Ec-的绝对值和正场侧上的矫顽场Ec+的绝对值彼此不同，并且存在关系|Ec+|>|Ec-|。同样，在具有偏向正场侧的非对称Pr-E磁滞的压电膜中，当施加正场时，极化是困难的，因为矫顽场Ec+大。当施加负场时，极化容易发生，因为矫顽场Ec-的绝对值小。
即，通过施加极性在矫顽场值的绝对值小的一侧的电场来进行驱动（在此情况下，利用负驱动），能够获得极优的压电性能。
需要注意，虽然以具有偏向正场侧的Pr-E磁滞特性的压电物质作为本实施例中的范例，但是具有仅偏向负场侧的Pr-E磁滞特性的压电物质具有不同符号并且也能够实现类似的操作和效果。
图15是描绘驱动包括具有图14的Pr-E磁滞特性的压电膜的压电致动器时，驱动电压与移位之间的关系的图。在图15中，制造隔膜类型的压电致动器来检查“电场移位磁滞特性”。这里，利用视为参考电位（地）的下电极定义驱动电压的正和负符号。需要注意，在未驱动时压电致动器中的压电膜的极化状态中，上电极侧假定为+，并且下电极侧假定为-（极化矢量向上取向）。还有，关于移位的量，隔膜在向下投影的方向上的移位量定义为在“+方向”上的移位，并且隔膜在向上投影的方向上的移位量定义为在“-方向”上的移位。
当注意到其中施加负电压作为驱动电压的情况时，随着负电压的绝对值从0V（在图14的左侧的负场侧上）增大时，移位量响应于施加的电压的绝对值的增大，以基本线性关系的比例关系增大。这里，其中隔膜向下投影的方向上的移位量视为“+方向”上的移位量。相反地，随着待施加的负电压的绝对值逐渐降低，移位量响应于施加的电压的绝对值的降低，以与以上类似的比例关系降低。如示例的，在负场侧几乎不存在历史，并且实现了高的线性（由图15中的参考字符A表示的区域）。需要注意，归因于历史的线性的误差在图15中为1％或更低。
此外，及即使当电压从负电压改变至超过0V以转变至正电压时，也暂时存在线性区域（由图15中的参考字符B表示的区域）。即，在其中驱动电压在正场侧为0至约10V的范围中，与施加的电压的强度（电场）基本成比例地获得了相反方向上的移位量。同样，当施加正电压时，存在在相反方向上（在向上投影的方向上）移位的线性区域。
形成了线性区域（区域A+B的部分），其中以上描述的负场侧上的线性区域（图15中的参考字符A）和正场侧上的线性区域（图15中的参考字符B）是邻接的，并且在负电压侧和正电压侧上的邻接范围中实现了基本线性的关系。同样，存在与负场侧上的线性区域（参考字符A）邻接的正场侧上的线性区域（由参考字符B表示的区域）。对于使用具有这些特性的压电薄膜的致动器的稳定使用，待施加至上电极的驱动电压优选地是+侧上的矫顽场或更低。还有，当施加超过矫顽场的电压时，极化在相反方向上反转。为防止这个，优选地，例如施加在负方向上的偏移DC电压，并且施加在矫顽场的范围内或相对于此偏移DC电压更低的正/负电压。
<范例1：制作MEMS扫描器设备的方法的范例>
作为范例1，通过以下步骤制造MEMS扫描器设备10。
（工艺1）
在具有350μm的处理层（handle layer）、1μm的盒层（box layer）、以及10μm的设备层的SOI（绝缘体上硅）基底上，通过在350摄氏度的基底温度进行溅射来形成30nm的Ti层和150nm的Ir电极层。这些Ti层和Ir电极层对应于图4中的下电极83。
（工艺2）
在上述获得的基底上，通过使用射频（RF）溅射设备来形成2μm的PZT层的膜。作为膜形成气体，使用97.5%的Ar和2.5%的O2和混合气体，并且使用具有组成Pb1.3((Zr0.52Ti0.48)0.88Nb0.12)O3的目标材料。膜形成压力为2.2mTorr，并且膜形成温度为450摄氏度。
（工艺3）
基于硅树脂处理工艺来处理以上获得的基底以制造如图1至图3中构造的MEMS扫描器设备。通过以剥离方法对Pt/Ti层进行构图来获得上电极，并且通过ICP（感应耦合等离子体）干法刻蚀来执行PZT/Ir构图和Si构图。
需要注意，虽然能够通过使用对块体陶瓷进行抛光和层压的工艺来制造压电悬臂，但是通过使用直接的膜形成工艺来形成PZT薄膜在产能和成本方面是有利的，直接的膜形成工艺典型地是溅射。
为了实施本公开的主题，以上描述的范例1不是限制性的，并且能够根据目的合适地选择任何基底材料、电极材料、压电材料、膜厚度、膜形成条件等。
<修改范例1>
虽然在第一实施例中一个致动器包括四个悬臂，但是包括在一个致动器中的悬臂的数量不限于此范例中的数量，并且可以进一步增大。然而，如果悬臂的数量增大，则谐振频率增大，并且设备往往变得易于受干扰的影响。因此，需要根据设计需求（根据考虑使用环境的谐振频率的设计）来选择用于组合的悬臂的数量。还有，考虑到以下将进一步描述的相同方向上弯曲移位的消除（归因于DC偏移和残余应力引起的初始屈曲，在相 同方向上的移位的消除），需要折叠并连接多个压电悬臂，使得每一个致动器的固定部件和镜支撑部件彼此靠近。
（关于相同方向上弯曲移位的消除）
图16是当归因于DC偏移和残余应力引起的初始屈曲，所有悬臂在相同方向上发生弯曲移位时，变形的状况的范例的透视图。这里，示例了如下状况：其中根据第一实施例的MEMS扫描器设备10的所有悬臂发生杠杆部分向下翘曲的弯曲移位。如已经描述的，放置为围绕镜部件12的两个致动器14和24均具有如下结构：其中多个压电悬臂耦合至一起以便被折叠，并且悬臂连接至一起以便被折叠，使得致动器的固定部分（31和32）和镜支撑部件（15和25）分别靠近彼此。利用此结构，几乎消除了相同方向上的弯曲移位，并且镜部件12不发生倾斜移位。这示例了当输入DC偏移应用的波形时或当悬臂在压电薄膜的变形时发生由残余应力引起的初始屈曲时，不存在镜的移位的影响。
Nb掺杂的PZT的压电常数大约是未掺杂PZT（本征PZT）的压电常数的两倍大（作为范例，Nb掺杂的PZT具有约250pm/V的d31压电常数），引起大的移位。然而，往往发生极化反转，并且矫顽场低（关于此点，参照“Solid State Communications149（2009）17991802”）。为此原因，为驱动Nb掺杂的PZT，作出了发明物，使得输入具有施加于其的DC偏移的交流波形，以防止在相反方向上超过矫顽场。还有，Nb掺杂的PZT呈现的残余应力比未掺杂PZT的残余应力高，并且初始翘曲大。
根据以上，第一实施例中描述的结构是用于使用具有大的移位量的Nb掺杂的PZT的方便结构。
（关于谐振模式）
这里，描述了处于谐振模式的本实施例的MEMS扫描器设备的运动。图17和图18中描绘了处于谐振模式的第一实施例中描述的结构的运动。图17是主谐振模式中的图，而图18是次级谐振模式中的图。主谐振模式（其假定为具有谐振频率f1）是其中镜部件12在竖直方向（z方向）上进行平移运动的模式。次级谐振模式（其假定为具有谐振频率f2）是其中镜部件进行旋转运动的模式。
至于镜部件12的倾斜运动的响应速度，次级谐振模式中的谐振频率 （f2）是上限。还有，当通过干扰振动激发在主谐振模式中观测的镜部件12的平移运动时，这引起光路长度的波动。因此，在实际使用中，设备设计为使得f1足够高于对目标使用来说的环境中的干扰振动的频率。例如，通常，对于移动电话来说，设备设计为使得谐振频率为500Hz或更高。还有，对于扫描器（内窥镜中的光学扫描器）等来说，干扰视为由人手引起，并且因此谐振频率能够比对于移动电话来说的频率低，并且设备优选地设计为约300Hz或更高。需要注意，因为对来自外部的振动的响应与谐振频率的平方成反比，所以谐振频率越高，则设备对于干扰振动越稳定。
[第二实施例]
图19是根据第二实施例的MEMS扫描器设备的结构的示意图。在图19中，给与图1至图3中描述的第一实施例的结构中的那些相同或类似的元件提供了相同的参考数字并且这里不对它们进行描述。
与图3的结构相比，在图19中描绘的结构中，改变了第一致动器14和第二致动器24中的压电悬臂的连接顺序。如图19中描绘的，此第一致动器14中的用于x轴旋转的压电悬臂16-1和16-2经由耦合部件19-3连接到一起以折叠至y轴方向，并且压电悬臂16-2和用于y轴旋转的压电悬臂17-1经由耦合部件19-4连接到一起，并且压电悬臂17-2的一端经由镜支撑部件15连接至镜部件12。
类似地，第二致动器24中的用于x轴旋转的压电悬臂26-1和26-2经由耦合部件29-3连接到一起以折叠至y轴方向，并且压电悬臂26-2和用于y轴旋转的压电悬臂27-1经由耦合部件29-4连接到一起，并且压电悬臂27-2的一端经由镜支撑部件25连接至镜部件12。甚至利用此结构，也能够执行与第一实施例的镜驱动操作类似的镜驱动操作。
作为范例2，通过使用与第一范例的制作方法类似的制作方法制造了具有第二实施例的结构的MEMS扫描器设备（图19）。
[比较范例]
作为比较范例，制造了具有图20中描绘的结构的设备。图20中描绘的结构基于图26中描绘的设备结构（日本专利申请特开No.2008-040240的图3中公开的设备结构）。此MEMS扫描器设备310具有如下结构：用于y轴旋转的致动器部件314和用于x轴旋转的致动器部件316连接到一 起，放置在镜部件312的一侧的一个侧表面部分上。致动器部件（314和316）均具有如下结构：多个压电悬臂耦合到一起以被折叠。
在如图20中描绘的结构中，因为致动器的固定部件331和镜支撑部件115彼此远离，所以归因于悬臂等的初始翘曲，镜部件312发生初始倾斜。元件尺寸为3mm宽×2mm长。然而，因为镜部件312位于设备的端部，例如，对于镜部件放置在用于使用的圆柱的中心的内窥镜来说，例如，必需的空间约为设备尺寸的两倍大。此外，图20的结构具有的问题是镜的中心随绕y轴的旋转而移动。
<设备评估结果的概要>
在第一实施例、第二实施例、以及比较范例的结构中，通过在设备的大小变化时检查设备特性和谐振特性而获得的结果描绘于图21中。这里，对内窥镜来说执行了特性评估。对于内窥镜来说的规格需求如下，“AA”表示四个规格项均得到满足，“A”表示仅三个得到满足，“B”表示仅两个得到满足，“C”表示一个或更少得到满足。
<规格需求>
[1]元件尺寸小于3×3mm。作为容许将该设备容纳于直径为5毫米（5mmφ）的内窥镜探针中的尺寸，这是需要的。
[2]归因于施加±10V的驱动电压（电位差）的光学偏转角超过20度。
[3]谐振频率大于300Hz。
[4]镜的初始角小于2度。
需要注意，图21的表格中的参数L表示平面视图中的方形形状的镜部件12的一侧的长度（参照图3和图20）。参数t表示压电薄膜的厚度。参数w表示压电悬臂的厚度（短方向上的宽度）。
关于表格中比较范例中的“*”，因为比较范例的结构是使得从镜的中心至设备的端部的距离最大为2.3mm，所以存储（容纳）该设备实际所需的空间为4mm或更大，并且因此就容纳于“5mmφ的内窥镜探针”中来说，评估得出的结论是规格未得到满足。
通过将具有高压电常数的Nb掺杂的PZT与第一实施例和第二实施例中描述的任意结构进行组合，能够实现大的角移位，同时抑制悬臂的折叠次数。随着悬臂的折叠的次数降低并且采用支撑镜的对角线角的两个致动 器，元件的尺寸能够降低，并且能够获得高的谐振频率由此实现抗干扰的结构。
<根据本公开主题的实施例的优点>
（1）通过使用具有极优的压电性能的Nb掺杂的PZT和其中压电悬臂被折叠的结构，能够以小次数的折叠获得大的偏转角。利用这个，增大了谐振频率，能够进行快速的响应，并且归因于干扰振动的影响能够受到显著的抑制。
（2）因为放置为围绕镜部件12的两个致动器14和24支撑镜部件12的接近对角端附近的部分，所以即使在垂直于镜的方向上发生干扰振动，也没有力矩施加于镜，并且从而镜不旋转。
（3）包括在致动器14和24中的每一个中的四个压电悬臂连接为被折叠，使得致动器的固定部件（31，32）和与镜部件12的连接部件（镜支撑部件15、25）彼此靠近。为此原因，即使归因于DC偏移驱动或压电薄膜的初始翘曲，所有悬臂发生相同相位的翘曲，移位也均在与镜部件12的连接部件（镜支撑部件15、25）中消除，由此不影响镜的偏转角。
（4）与万向节结构不同，镜以外的每个部分具有作为致动器的驱动力。因此，空间使用效率高，并且元件尺寸小。还有，因为驱动轴上的致动器的运动不受另一轴上的致动器的约束，所以力使用效率高。
（5）第一致动器14和第二致动器24放置为围绕作为中心的镜部件，并且形状具有基本180度的旋转对称（两次对称（twice symmetry）。因此，设备适合于也用于内窥镜等中，并且镜对于外部振动是不易于倾斜的。
（6）其固定部件、压电致动器部件、镜部件、连接部件（耦合部件）等能够通过硅树脂处理整体形成。
（7）与常规多边形镜和检流计镜相比，尺寸能够降低，并且耐用性高。
（8）如范例1和范例2中描述的，PZT薄膜直接形成于基底上，并且然后经受干法刻蚀工艺，由此形成MEMS扫描器设备。同样，通过使压电物质较薄，能够容易地执行较精细的构图。这能够显著提高产能并支持设备的尺寸的进一步降低。
<关于镜部件的形状>
镜部件12可以具有矩形以外的任何形状。例如，如图22和23中描绘 的形状是可能的。如这些图中范例性地描绘的，通过使对角线角处而不是镜支撑部件15和25处的角为圆的（图22）的形状或上述提到的角成斜角（图23）的形状，可以减小镜部件的重量。同样，通过使形状比矩形轻，能够在某一程度上增大谐振频率。
然而，在绕彼此正交的两个轴（x轴和y轴）的驱动的情况下，当镜具有矩形形状时，其中镜支撑部件15和25中的每一个是致动器和镜部件之间的结合部件，期望将镜支撑部件15和25设定于靠近那些的对角线角处。
<关于两个旋转轴>
图24是根据第三实施例的MEMS扫描器设备200的结构的示意性平面视图。在图24中，给与图1至图3中描述的第一实施例的结构中的那些元件相同或类似的元件提供了相同参考数字。虽然在第一实施例和第二实施例中将彼此正交的x轴和y轴范例性地描述为旋转轴，但是两个旋转轴不必需要求彼此正交。例如，如图24中，第一轴和第二轴能够是以合适的角度相交的（不平行）轴。即，如图24中，包括在用于第二轴旋转的致动器元件211和212中的压电悬臂16-1、16-2、26-1和26-2和包括在用于第一轴旋转的致动器元件221和222中的压电悬臂17-1、17-2、27-1和27-2连接到一起，而不使它们的纵向方向彼此相交。利用这个，镜部件12能够绕彼此不正交的两个轴（第一轴和第二轴）旋转。
然而，如第一实施例和第二实施例中所描述，如果镜能够绕彼此正交的两个轴（x轴和y轴）旋转，则旋转轴能够同步并且因此能够进行绕x-y平面中的所有轴的旋转。
<关于压电悬臂的折叠的次数>
虽然包括在一个致动器中的折叠压电悬臂的数量可以任意，但是要求其折叠为使得致动器的固定部件和镜支撑部件彼此靠近。例如，折叠次数能够如图25中所描绘的那样改变。在图25中，给与图19中的那些结构相同或类似的结构提供了相同的靠数字，并且它们不限于于此描述的。
为折叠悬臂以使得致动器的固定部件（31和32）以及镜支撑部件（15和25）分别彼此靠近，包括在用于x轴（第二轴）旋转的致动器元件中的压电悬臂的数量和包括在用于y轴（第一轴）旋转的致动器元件中的压电悬臂的数量均为偶数。包括在用于x轴（第二轴）旋转的致动器元件中的 压电悬臂的数量和包括在用于y轴（第一轴）旋转的致动器元件中的压电悬臂的数量不必然彼此相等。
如果压电悬臂的数量大，则移位角增大，但是谐振频率降低。因此，需要根据必需的角度和谐振频率确定折叠的次数。作为指导，不易于受到干扰振动的影响的谐振频率为300Hz或更高。如果使用具有高压电常数的Nb掺杂的PZT，则能够以相对小数量的压电悬臂获得大的移位，并且因此也能够增大谐振频率。
如第一实施例和第二实施例中描述的，最简单的结构是使得包括在用于x轴（第二轴）旋转的致动器元件中的压电悬臂的数量和包括在用于y轴（第一轴）旋转的致动器元件中的压电悬臂的数量均为二。
<应用的范例>
本公开主题能够用于各种使用目的作为反射诸如激光的光以改变光传播方向的光学设备。例如，本公开的主题能够广泛应用于光学偏转器、光学扫描器、激光打印机、条形码读取器、显示设别、各种光学传感器（距离测量传感器和形状测量传感器）、光学通信设备、激光投影仪、OCT（光学相干断层摄影）诊断成像设备等。
需要注意，本公开主题不限于以上描述的实施例，并且能够由本领域技术人员在本公开主题的技术构思内进行各种修改。
<关于本公开主题的公开的模式>
如根据以上详细描述的本公开主题的实施例的描述能够理解的，说明书包括包括至少以下描述的方面的各种技术构思的公开。
（第一方面）
镜驱动设备包括：镜部件，具有配置为反射光的反射表面；镜支撑部件，形成于镜部件的彼此对角的部分处；以及放置为围绕镜部件的第一致动器和第二致动器，其中，第一致动器和第二致动器均具有以下结构：纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为第二轴的多个第二压电悬臂耦合到一起以被折叠，并且第一致动器和第二致动器中的每一个具有经由镜支撑部件中的相关的一个连接至镜部件的一个端部和连接至镜支撑部件附近的固定部件的另一端部，所述一个端部耦合至所述镜支撑部件。
根据此方面，通过累积多个压电悬臂的移位，镜部件能够以大的偏转角倾斜。
此外，即使归因于偏移驱动、残余应力引起的配置致动器的压电物质的初始翘曲或其它原因，所有压电悬臂发生相同方向上的翘曲，这些移位也均消除，并且几乎不影响镜部件的偏转角。还有，根据本公开主题，空间使用效率高，并且能够实现元件尺寸的减小。
（第二方面）
在根据第一方面的镜驱动设备中，多个第一压电悬臂和多个第二压电悬臂能够具有如下结构：该结构耦合为被折叠，使得所述一端部所耦合至的镜支撑部件和另一端所耦合至的固定部件在用于第二轴旋转的并由多个第一压电悬臂配置的致动器元件的第二轴方向上的宽度大小的范围内彼此靠近。
期望固定部件和镜支撑部件安置为尽可能靠近。然而，归因于通过组合多个压电悬臂而形成的致动器的结构限制和其它原因，近似范围具有一定程度的容许范围。
（第三方面）
在根据第一方面或第二方面的镜驱动设备中，归因于由向压电物质施加电压引起的压电变形，第一压电悬臂和第二压电悬臂能够执行弯曲移位，多个第一压电悬臂能够用作用于第二轴旋转的并配置为绕第二轴旋转镜部件的致动器元件，并且多个第二压电悬臂能够用作用于第一轴旋转的并配置为绕第一轴旋转镜部件的致动器元件。
（第四方面）
在根据第一方面至第三方面中的任一方面的镜驱动设备中，能够将多个第一压电悬臂中的相邻压电悬臂驱动为在相反方向上引起弯曲移位，能够将多个第二压电悬臂中的相邻压电悬臂驱动为在相反方向上引起弯曲移位，并且能够将第一致动器和第二致动器驱动为使得每一个将相反方向上的角移位传至致动器连接至的镜支撑部件中的相关的一个。
利用此方面，增加各悬臂的移位，由此容许获得大的角移位。
（第五方面）
在根据第一方面至第四方面中的任一方面的镜驱动设备中，设备还能 够包括配置为向第一压电悬臂和第二压电悬臂供应驱动电压的驱动电压供应电路，其中驱动电压供应电路向多个第一压电悬臂和多个第二压电悬臂供应驱动电压，以对多个第一压电悬臂中的相邻悬臂引起相反方向上的弯曲移位，并对多个第二压电悬臂中的相邻悬臂引起相反方向上的弯曲移位，并且能够使得第一致动器和第二致动器均将相反方向上的角移位传至第一致动器和第二致动器中相关的一个连接至的镜支撑部件中的相关的一个。
根据此方面，即使不使用谐振，也能够获得大的移位。
（第六方面）
在根据第一方面至第五方面中的任一方面的镜驱动设备中，第一压电悬臂和第二压电悬臂均能够具有单晶悬臂结构，该结构具有层压结构，层压结构中顺序层压有隔膜、下电极、压电物质、以及上电极。
虽然压电悬臂不仅能够具有单晶（unimorph）结构，而且能够具有双晶（bimorph）结构，但是单晶结构是最简单的结构。
（第七方面）
在根据第一方面至第六方面中的任一方面的镜驱动设备中，用于第一致动器和第二致动器中的压电物质能够是由以下结构式（P）表示的一种类型或两种或更多种钙钛矿类型的氧化物：
通用结构式ABO3…（P）
（其中A：包含Pb的至少一种类型的A位元素；
B：选自包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe和Ni的组的至少一种类型的B位元素；
O：氧元素；并且
虽然A位元素、B位元素和氧元素的摩尔比1：1：3为标准摩尔比，但是在所述A位元素、所述B位元素和所述氧元素的摩尔比与所述标准摩尔比之间能够存在偏差，只要能够得到钙钛矿结构就行）。
（第八方面）
在根据第一方面至第六方面中的任一方面的镜驱动设备中，用于第一致动器和第二致动器中的压电物质优选地是由以下结构式（PX）表示的一种类型或两种或更多种钙钛矿类型的氧化物：
Aa(Zrx,Tiy,Mb-x-y)bOc…（PX）
（其中A：包含Pb的至少一种类型的A位元素；
M：选自包括V、Nb、Ta和Sb的组的至少一种类型的元素；
0<x<b，0<y<b，0<b-x-y；并且
虽然a、b和c的摩尔比1：1：3为标准摩尔比，但是在摩尔比a：b：c与所述标准摩尔比之间能够存在偏差，只要能够得到钙钛矿结构就行）。
此压电物质具有极优的压电特性，并且优选地作为压电致动器部件。通过使用具有极优压电特性的材料，甚至在悬臂的折叠次数小时，也能够获得大的偏转角，并且因此谐振频率能够设计为高。利用这个，能够进行快速的响应，并且归因于干扰振动的影响能够受到显著抑制。
（第九方面）
在根据第一方面至第八方面中的任一方面的镜驱动设备中，用于第一致动器和第二致动器中的压电物质能够是厚度为1μ至10μm的薄膜，该薄膜直接形成于基底上作为隔膜。
优选地通过使用薄膜压电物质来配置压电致动器。通过使用由溅射典型化的化学气相沉积或诸如溶胶-凝胶工艺的直接膜形成方法，能够获得具有必需的压电性能的压电薄膜。
（第十方面）
在根据第九方面的镜驱动设备中，能够通过溅射形成压电物质的薄膜。
（第十一方面）
在根据第一方面至第十方面中的任一方面的镜驱动设备中，施加至第一压电悬臂和第二压电悬臂中的每一个的上电极的驱动电压优选地是正侧上的矫顽场的电压或更低。
利用这个，能够避免压电物质的极性反转，并且能够执行稳定的驱动。
（第十二方面）
在根据第一方面至第十一方面中的任一方面的镜驱动设备中，最低谐振频率优选地是300Hz或更大。
利用这个，结构不易受到归因于干扰的振动的影响。
（第十三方面）
在根据第一方面至第十二方面中的任一方面的镜驱动设备中，第一致动器和第二致动器均具有如下结构：第一压电悬臂中的两个和第二压电悬臂中的两个彼此耦合。
此结构是最简单的结构，并且以高的值设计谐振频率也是可能的。
（第十四方面）
一种用于控制根据第一方面至第十三方面中的任一方面的镜驱动设备的方法包括：对多个第一压电悬臂中的相邻压电悬臂在相反方向上引起弯曲移位，对多个第二压电悬臂中的相邻压电悬臂在相反方向上引起弯曲移位，并且执行向第一致动器和第二致动器中的每一个的第一压电悬臂和第二压电悬臂供应驱动电压的控制以使得在相应的第一和第二压电悬臂的端部的角移位增加并传至镜支撑部件，并且以使得第一致动器和第二致动器均将相反反向上的角移位传至镜支撑部件中相关的一个。

Claims (15)

1.一种镜驱动设备，包括：
镜部件，具有配置为反射光的反射表面；
镜支撑部件，形成于所述镜部件的彼此对角的部分处；以及
第一致动器和第二致动器，放置为围绕所述镜部件，
其中，所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构：纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为与所述第一轴垂直的第二轴的方向的多个第二压电悬臂耦合到一起以便被折叠，并且
所述第一致动器和所述第二致动器中的每一个具有经由所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件连接至所述镜部件的一端和连接至所述镜支撑部件附近的固定部件的另一端，所述一端耦合至所述镜支撑部件，
所述多个第一压电悬臂和所述多个第二压电悬臂具有耦合为被折叠的结构，使得所述一端所耦合至的所述镜支撑部件和另一端所耦合至的所述固定部件在用于第二轴旋转并由所述多个第一压电悬臂配置的致动器元件的第二轴方向上的宽度大小的范围内彼此靠近。
2.根据权利要求1所述的镜驱动设备，其中，
归因于由向压电物质施加电压引起的压电形变，所述第一压电悬臂和所述第二压电悬臂均执行弯曲移位，
所述多个第一压电悬臂用作用于第二轴旋转并配置为绕所述第二轴旋转所述镜部件的所述致动器元件，并且
所述多个第二压电悬臂用作用于第一轴旋转并配置为绕第一轴旋转所述镜部件的致动器元件。
3.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
所述多个第一压电悬臂中的相邻的悬臂被驱动为在相反方向上引起弯曲移位，
所述多个第二压电悬臂中的相邻的悬臂被驱动为在相反方向上引起弯曲移位，并且
所述第一致动器和所述第二致动器被驱动为均将相反方向上的角移位传至所述致动器所连接至的所述镜支撑部件中的所述相关的一个镜支撑部件。
4.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，还包括：
驱动电压供应电路，配置为向所述第一压电悬臂和所述第二压电悬臂供应驱动电压，其中，
所述驱动电压供应电路向所述多个第一压电悬臂和所述多个第二压电悬臂供应所述驱动电压以：
对所述多个第一压电悬臂中的相邻的悬臂在相反方向上引起弯曲移位，
对所述多个第二压电悬臂中的相邻的悬臂在相反方向上引起弯曲移位，并且
使所述第一致动器和所述第二致动器均将相反方向上的角移位传至所述第一致动器和所述第二致动器中相关的一个致动器所连接至的所述镜支撑部件中的相关的一个镜支撑部件。
5.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
所述第一压电悬臂和所述第二压电悬臂均具有单晶悬臂结构，所述单晶悬臂结构具有层叠结构，所述层叠结构中，隔膜、下电极、压电物质、以及上电极顺序层叠。
6.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
用于所述第一致动器和所述第二致动器中的压电物质是由以下结构式(P)表示的一种类型或两种或更多种钙钛矿类型的氧化物：
通用结构式ABO3…(P)
其中A：包含Pb的至少一种类型的A位元素；
B：选自包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe和Ni的组的至少一种类型的B位元素；
O：氧元素；并且
虽然所述A位元素、所述B位元素和所述氧元素的摩尔比1：1：3为标准摩尔比，但是在所述A位元素、所述B位元素和所述氧元素的摩尔比与所述标准摩尔比之间存在偏差，只要得到钙钛矿结构就行。
7.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
用于所述第一致动器和所述第二致动器中的压电物质是由以下结构式(PX)表示的一种类型或两种或更多种的钙钛矿类型的氧化物：
Aa(Zrx,Tiy,Mb-x-y)bOc…(PX)
其中A：包含Pb的至少一种类型的A位元素；
M：选自包括V、Nb、Ta和Sb的组的至少一种类型的元素；
0<x<b，0<y<b，0<b-x-y；并且
虽然a、b和c的摩尔比1：1：3为标准摩尔比，但是在摩尔比a：b：c与所述标准摩尔比之间存在偏差，只要得到钙钛矿结构就行。
8.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
用于所述第一致动器和所述第二致动器中的所述压电物质是厚度为1μm至10μm的薄膜，所述薄膜直接形成于基底上作为隔膜。
9.根据权利要求8所述的镜驱动设备，其中，
所述压电物质的所述薄膜通过溅射形成。
10.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
施加至所述第一压电悬臂和所述第二压电悬臂中的每一个的上电极的所述驱动电压是正侧上的矫顽场的电压或更低。
11.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
最低谐振频率是300Hz或更大。
12.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构：所述第一压电悬臂中的两个压电悬臂和所述第二压电悬臂中的两个压电悬臂彼此耦合。
13.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
所述镜部件包括其上没有形成镜支撑部件的角，并且
所述镜支撑部件未形成于与其上形成有所述镜支撑部件的角相邻的角上。
14.根据权利要求1或2所述的镜驱动设备，其中，
所述镜部件不具有生成作为致动器的驱动力的功能。
15.一种控制根据权利要求1至14中的任一项所述的镜驱动设备的方法，所述方法包括：
对所述多个第一压电悬臂中的相邻的悬臂在相反方向上引起弯曲移位；
对所述多个第二压电悬臂中的相邻的悬臂在相反方向上引起弯曲移位；以及
执行向所述第一致动器和所述第二致动器中的每一个的所述第一压电悬臂和所述第二压电悬臂供应驱动电压的控制，以使得在相应的第一和第二压电悬臂的端部的角移位增加并传至所述镜支撑部件，并且使得所述第一致动器和所述第二致动器均将相反方向上的角移位传至所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件。
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