CN112912784A - 微镜器件及微镜器件的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明的基于压电驱动方式的微镜器件以低电力化为目的，微镜器件具备：反射镜部(12)；环状的第1致动器(14)；环状的第2致动器(16)；第1连接部(21)，在第1轴上连接反射镜部(12)和第1致动器(14)，并且将反射镜部(12)支承为能够绕第1轴转动；第2连接部(22)，在与第1轴正交的第2轴上连接第1致动器(14)和第2致动器(16)，并且将第1致动器(14)支承为能够绕第2轴转动；第3连接部(23)，在第2轴上连接于第2致动器(16)的外周；及固定部(20)，连接有第3连接部(23)，并经由第3连接部(23)支承第2致动器(16)。

Description

微镜器件及微镜器件的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种微镜器件及微镜器件的驱动方法。

背景技术

作为使用硅(Si)的微加工技术制作的微机电系统(Micro Electro MechanicalSystems：MEMS)器件之一，已知一种微镜器件(还称为微扫描器。)。微镜器件为驱动微镜来进行光的二维扫描的光扫描器。该微镜器件小型且功耗低，因此期待在使用激光的平视显示器、视网膜显示器等中的应用。

作为用于显示图像的光扫描方式，相对于迄今为止较为普遍的光栅扫描方式，通过对水平轴及垂直轴这两个轴均进行正弦驱动而描绘利萨茹波形来覆盖画面的利萨茹扫描方式备受关注。根据利萨茹扫描方式，激光驱动器的算法虽复杂，但能够将反射镜小型化，并且能够抑制驱动功耗，同时实现宽视角。

微镜的驱动方式有多种，但其中，利用压电体的变形的压电驱动方式与其他方式相比，所产生的扭矩更高，可获得高扫描角，因此被看好。例如，专利文献1～3中提出了一种压电驱动方式的光扫描器作为微镜器件。

专利文献1中公开了一种光扫描器，其具有如下结构：反射镜部经由扭杆与可动框连接，可动框经由压电致动器与固定部连接。通过使用压电致动器使反射镜部与可动框一并绕两个轴振动，实现了光的二维扫描动作。

专利文献2中公开了一种光扫描器，其具备：反射镜部；内部可动框，设置成包围反射镜部；支承体，设置成包围内部可动框；第1连结部，包括第1扭杆及第1压电振动板，且连结反射镜部和内部可动框；及第2连结部，包括第2扭杆及第2压电振动板，且连接内部可动框和支承体。通过第1连结部及第2连结部作为压电致动器分别对它们施加绕第1轴及第2轴的扭矩，实现了光的二维扫描动作。

专利文献3中公开了如下结构：反射镜部经由第1扭杆与包围反射镜部的第1框架装置(可动框)连接，第1框架装置通过第2扭杆与包围第1框架装置的致动器结构体连接，而且致动器结构体通过第3扭杆与包围致动器的第2框架装置连接。致动器结构体上设置有相对于第1轴及第2轴对称的四个致动器装置，通过驱动该四个致动器装置使反射镜部以两个轴为中心转动，从而实现了光的二维扫描动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5151065号公报

专利文献2：日本专利第4984117号公报

专利文献3：日本特开2018-41085号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

专利文献1～3的光扫描器均具备与反射镜部连接的可动框。通过具备该可动框，可获得如下振动绝缘的效果：不使其内侧的振动能量泄漏到外侧或不使外侧的振动能量泄漏到内侧。即，通过具备可动框，具有能够减小扫描时两个轴之间的串扰的优点。然而，可动框本身无法产生驱动力，因此与外侧连接的压电致动器将负责全部两个轴的驱动，存在能量效率差的问题。其结果，未能充分享受使用压电致动器时低功耗的优点。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现进一步的低电力化的基于压电驱动方式的微镜器件及微镜器件的驱动方法。

用于解决技术课题的手段

用于解决上述问题的具体方法包括以下方式。

＜1＞一种微镜器件，其具备：

反射镜部，具有反射入射光的反射面；

环状的第1致动器，配置成包围上述反射镜部；

环状的第2致动器，配置成包围上述第1致动器；

第1连接部，在位于包括上述反射镜部的静止时的上述反射面的平面内的第1轴上连接上述反射镜部和上述第1致动器，并且将上述反射镜部支承为能够绕上述第1轴转动；

第2连接部，在包括上述反射镜部的静止时的上述反射面的平面内的与上述第1轴正交的第2轴上连接上述第1致动器和第2致动器，并且将上述第1致动器支承为能够绕上述第2轴转动；

第3连接部，在上述第2轴上连接于上述第2致动器的外周；及

固定部，连接有上述第3连接部，并经由上述第3连接部支承上述第2致动器，

上述第1致动器及上述第2致动器分别为具备压电元件的压电致动器，

上述第1致动器及上述第2致动器使绕上述第1轴的旋转扭矩作用于上述反射镜部，并且使绕上述第2轴的旋转扭矩作用于上述反射镜部及第1致动器，由此绕上述第1轴及上述第2轴二维旋转驱动上述反射镜部。

＜2＞根据＜1＞所述的微镜器件，其中，上述第1致动器包括半环状的一对第1可动部，上述第2致动器包括半环状的一对第2可动部，上述第1连接部在上述第1轴上分别连接上述反射镜部和上述一对第1可动部各自的一端及上述反射镜部和上述一对第1可动部各自的另一端，上述第2连接部在上述第2轴上分别连接上述一对第1可动部中的一个和上述一对第2可动部各自的一端及上述一对第1可动部中的另一个和上述一对第2可动部各自的另一端。

＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的微镜器件，其中，

在上述反射镜部绕上述第1轴倾斜振动且以上述反射镜部和上述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式驱动的情况下，

上述反射镜部的位移倾斜量|Zm/Lm|与上述第1致动器的位移倾斜量|Za₁₁/La₁₁|之比R1＝|Zm/Lm|/|Za₁₁/La₁₁|为9.4≤R1≤87。

＜4＞根据＜3＞所述的微镜器件，其中，上述比R1为16≤R1。

＜5＞根据＜1＞至＜4＞中任一项所述的微镜器件，其中，

在上述反射镜部及上述第1致动器绕上述第2轴倾斜振动且以上述反射镜部及上述第1致动器和上述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式驱动的情况下，

上述第1致动器的位移倾斜量|Za₁₂/La₁₂|与上述第2致动器的位移倾斜量|Za₂₂/La₂₂|之比R2＝|Za₁₂/La₁₂|/|Za₂₂/La₂₂|为0.75≤R2≤27。

＜6＞根据＜5＞所述的微镜器件，其中，上述比R₂为2.3≤R₂。

＜7＞根据＜1＞至＜6＞中任一项所述的微镜器件，其中，上述固定部具有大于上述反射镜部、上述第1致动器及上述第2致动器的厚度。

＜8＞根据＜7＞所述的微镜器件，其中，上述第1致动器具备由与上述固定部相同的厚度的结构体构成的第1阻挡部。

＜9＞根据＜7＞或＜8＞所述的微镜器件，其中，上述第2致动器具备由与上述固定部相同的厚度的结构体构成的第2阻挡部。

＜10＞根据＜1＞至＜9＞中任一项所述的微镜器件，其具备：驱动电路，用于将驱动信号输入于上述第1致动器及上述第2致动器的上述压电元件。

＜11＞根据＜10＞所述的微镜器件，其中，上述驱动电路将以绕上述第1轴倾斜振动的第1共振模式驱动上述反射镜部且以绕上述第2轴倾斜振动的第2共振模式驱动上述反射镜部及上述第1致动器的驱动信号输入于上述压电元件作为上述驱动信号。

＜12＞根据＜11＞所述的微镜器件，其中，上述第1共振模式为上述反射镜部和上述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

＜13＞根据＜11＞或＜12＞所述的微镜器件，其中，上述第2共振模式为上述反射镜部及上述第1致动器和上述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

＜14＞一种微镜器件的驱动方法，其为＜1＞至＜10＞中任一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，将第1频率的驱动信号波形输入于上述第1致动器的上述压电元件来激发上述反射镜部绕上述第1轴倾斜振动的第1共振模式，并且将第2频率的驱动信号波形输入于上述第2致动器的上述压电元件来激发上述反射镜部及上述第1致动器绕上述第2轴倾斜振动的第2共振模式。

＜15＞根据＜14＞所述的微镜器件的驱动方法，其中，作为上述第1共振模式，使上述第1致动器激发上述反射镜部和上述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

＜16＞根据＜14＞或＜15＞所述的微镜器件的驱动方法，其中，作为上述第2共振模式，使上述第2致动器激发上述第1致动器及上述反射镜部和上述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够比以往更能实现低电力化的基于压电驱动方式的微镜器件及微镜器件的驱动方法。

附图说明

图1是第1实施方式所涉及的微镜器件的侧视图。

图2是从反射镜部的反射面侧观察的平面图(俯视图)。

图3是图2的III-III线剖视图。

图4是示意地表示伴有绕第1轴的反射镜部倾斜振动的共振模式的微镜器件的形状位移的图。

图5是示意地表示伴有绕第1轴的反射镜部倾斜振动的共振模式的微镜器件的形状位移的图。

图6是表示图4的A-B之间的器件的各部位的z方向位移的图。

图7是表示图5的A-B之间的器件的各部位的z方向位移的图。

图8是表示伴有绕第2轴的反射镜部倾斜振动的共振模式驱动时的微镜器件的形状位移的图。

图9是表示伴有绕第2轴的反射镜部倾斜振动的共振模式驱动时的微镜器件的形状位移的图。

图10是表示图8的C-D之间的器件的各部位的z方向位移的图。

图11是表示图9的C-D之间的器件的各部位的z方向位移的图。

图12是表示设置于微镜器件10中的第1致动器14及第2致动器16的压电元件的上部电极的电极配置的图。

图13是表示施加于图12的电极1A、1B的驱动电压波形V1A、V1B的图。

图14是表示施加于图12的电极2A、2B的驱动电压波形V2A、V2B的图。

图15是表示设置于微镜器件的压电元件的上部电极的电极配置的设计变更例的图。

图16是表示施加于图15的电极1A、1B、2A、2B的驱动电压波形V1A、施加于电极1C、1D、2C、2D的驱动电压波形V1B的图。

图17是表示施加于图15的电极1A、1D、2A、2D的驱动电压波形V2A、施加于电极1B、1C、2B、2C的驱动电压波形V2B的图。

图18是表示设计变更例1的微镜器件的背面的侧视图。

图19是表示图18的微镜器件的第1共振模式驱动时的倾斜状态的侧视图及B₁-B₂线剖视图。

图20是示意地表示图18的微镜器件在z方向上受到冲击时的位移的侧视图及B₁-B₂线剖视图。

图21是表示设计变更例2的微镜器件的背面的侧视图。

图22是表示图21的微镜器件的第2共振模式驱动时的倾斜状态的侧视图及B₁-B₂线剖视图。

图23是示意地表示图21的微镜器件在z方向上受到冲击时的位移的侧视图及B₁-B₂线剖视图。

图24是实施例1的微镜器件的平面图，是规定试验例中的各部位的尺寸的图。

图25是比较例1的微镜器件的平面图。

图26是比较例2的微镜器件的平面图。

图27是表示实施例1的频率特性的曲线图。

图28是表示比较例2的频率特性的曲线图。

图29是表示R2与功耗之间的关系的曲线图。

图30是表示R1与功耗之间的关系的曲线图。

图31是表示实施例2的微镜器件的表面的侧视图。

图32是表示实施例2的微镜器件的背面的侧视图。

图33是表示实施例2的微镜器件的背面的平面图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1是一实施方式所涉及的微镜器件的侧视图，图2是从反射镜部的反射面侧观察的平面图(俯视图)。并且，图3是图2的III-III线剖视图。如图1及图2所示，本实施方式的微镜器件10具备反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16、固定部20、第1连接部21、第2连接部22及第3连接部23。作为微镜器件的尺寸，例如通常为长度及宽度尺寸为1mm～10mm左右，但也可以为大于或小于该尺寸的结构，并无特别限制。并且，关于可动部(后述的各可动部14A、14B、16A、16B)的厚度，通常为5μm～0.2mm左右，但只要是能够制作的范围，则也无特别限制。

反射镜部12具有反射入射光的反射面12a。反射面12a由设置于反射镜部12的一个面上的例如Au(金)及Al(铝)等金属薄膜构成。用于形成反射面12a的反射镜涂层中使用的材料及膜厚并无特别限定，可以使用公知的反射镜材料(高反射率材料)来进行各种设计。

在图1及图2中，例示了具有椭圆形的反射面12a且呈与反射面12a相似的平面形状的反射镜部12，但反射镜部12的平面形状与反射面12a的形状可以一致，也可以不同。反射镜部12及反射面12a的形状并无特别限定。也可以为圆形、正方形、矩形及多边形等各种形状，而不限于例示的椭圆形。

第1致动器14为围绕反射镜部12配置的环状的部件，第2致动器16为围绕第1致动器配置的环状的部件。在本说明书中，环状为不间断地包围内侧的区域的形状即可，内周及外周的形状可以不是圆形，也可以为矩形或多边形等任何形状。

第1连接部21在位于包括反射镜部12的静止时的反射面12a的平面内的第1轴a₁上连接反射镜部12和第1致动器14，并且将反射镜部12支承为能够绕第1轴a₁转动。

第2连接部22在包括反射镜部12的静止时的反射面12a的平面内的与第1轴a₁正交的第2轴a₂上连接第1致动器14和第2致动器16，并且将第1致动器14支承为能够绕第2轴a₂转动。

第3连接部23在第2轴a₂上连接第2致动器16和固定部20。

固定部20经由第3连接部23支承第2致动器16。

第1致动器14及第2致动器16分别为具备压电元件的压电致动器。第1致动器14及第2致动器16使绕第1轴a₁的旋转扭矩作用于反射镜部12，并且使绕第2轴a₂的旋转扭矩作用于反射镜部12及第1致动器14。由此，绕第1轴a₁及第2轴a₂二维旋转驱动反射镜部12。使绕第1轴a₁的旋转扭矩作用于反射镜部12的驱动力可以仅由第1致动器14产生，也可以由第1致动器14及第2致动器16这两个产生。并且，使绕第2轴a₂的旋转扭矩作用于反射镜部12及第1致动器14的驱动力可以仅由第2致动器16产生，也可以由第1致动器14及第2致动器16这两个产生。

本微镜器件10通过二维旋转驱动反射镜部12，能够反射入射于反射镜部12的反射面12a的入射光来进行二维扫描(Two-dimensional scanning)。

以下，为了方便说明，将反射镜部12的静止时的反射面12a的法线方向设为z轴方向，将与第1轴a₁平行的方向设为x轴方向，将与第2轴a₂平行的方向设为y轴方向。

第1致动器14为在xy面内包围反射镜部12的环状的薄板部件。在本例子中，第1致动器14包括半环状的一对第1可动部14A、14B。并且，在本例子中，第1连接部21在第1轴a₁上分别连接反射镜部12和一对第1可动部14A、14B各自的一端14Aa、14Ba及反射镜部12和一对第1可动部14A、14B各自的另一端14Ab、14Bb。即，一对第1可动部14A、14B配置成在第1轴a₁上连接而整体呈环状。

第2致动器16为在xy面内包围第1致动器14的环状的薄板部件。在本例子中，第2致动器16包括半环状的一对第2可动部16A、16B。并且，在本例子中，第2连接部22在第2轴a₂上分别连接一对第1可动部14A、14B中的一个(在此为第1可动部14A)和一对第2可动部16A、16B各自的一端16Aa、16Ba及一对第1可动部14A、14B中的另一个(在此为第1可动部14B)和一对第2可动部16A、16B各自的另一端16Ab、16Bb。即，一对第2可动部16A、16B配置成在第2轴a₂上连接而整体呈环状。

在第1致动器14中，一对第1可动部14A、14B分别设置有压电元件34A、34B。并且，在第2致动器16中，一对第2可动部16A、16B分别设置有压电元件36A、36B。

压电元件34A、34B、36A、36B具有在可动部基材30上依次层叠有下部电极31、压电膜32及上部电极33的层叠结构(参考图3。)。在图2中，点阴影部表示压电膜32，斜线阴影部表示上部电极33，并省略了设置于上部电极33上的绝缘膜39(参考图3。)。在绝缘膜39的一部分上设置开口来设置与上部电极33连接的电极焊盘41A、41B、42A、42B。经由与这些电极焊盘41A、41B、42A、42B连接的配线45及设置于固定部20的驱动电路连接用电极焊盘48对压电元件34A、34B、36A、36B施加电压。并且，与上部电极33相同地，各压电元件的下部电极31也通过未图示的电极焊盘及配线拉出到固定部20，与驱动电路的基准电位(通常为接地电位)连接。第1致动器14及第2致动器16中，压电膜的变形导致各可动部14A、14B、16A、16B弯曲位移而产生驱动力，该压电膜的变形由对压电元件34A、34B、36A、36B施加规定的电压而引起。

另外，压电元件34A、34B、36A、36B可以遍及各可动部14A、14B、16A、16B的表面的几乎整个区域而设置，也可以仅设置于一部分。并且，也可以在一个可动部设置多个压电元件。例如可以在可动部基材30的表面的几乎整个区域依次层叠下部电极31及压电膜32，并在多个区域分开形成上部电极33，由此形成多个压电元件。只要能够激发后述的所期望的共振模式，则压电元件的形状及数量并无限定。

第1连接部21朝向反射镜部12的外侧沿着第1轴a₁方向的两侧延设而连接反射镜部12和第1致动器14。第2连接部22朝向第1致动器14的外侧沿着第2轴a₂方向的两侧延设而连接第1致动器14和第2致动器16。第3连接部23朝向第2致动器16的外侧沿着第2轴a₂方向的两侧延设而连接第2致动器16和固定部20。即，第3连接部23和第2连接部22设置于同一轴上。在此，第1轴a₁和第2轴a₂在反射镜部12的大致中心处相交。

通过将第2连接部22和第3连接部23设置于同一轴上，能够抑制共振时的非线性。由于能够抑制共振时的非线性，因此容易控制光二维扫描，并且能够充分增大扫描的视角(扫描角度)。作为扫描角度，例如期待水平轴为40°以上，垂直轴为30°以上。

在本例子中，固定部20为包围第2致动器16的框部件。固定部20经由第3连接部23支承第2致动器16，第2致动器16经由第2连接部22支承第1致动器14，进而第1致动器14经由第1连接部21支承反射镜部12，因此固定部20发挥经由第2致动器16支承第1致动器14及反射镜部12的部件的功能。固定部20中也可以设置有图示的配线和电极焊盘以外的配线和电子电路。

固定部20只要为能够经由第3连接部23支承第2致动器16的结构，则并不限于框部件，也可以由与第3连接部23中的一个连接的第1固定部和与另一个连接的第2固定部这两个部件构成。

在本例子的微镜器件10中，反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16、固定部20及第1～第3连接部21～23以线对称的结构配置于第1轴a₁及第2轴a₂上。通过这种对称结构，能够使旋转扭矩高效地作用于中央的反射镜部12。

微镜器件10例如通过利用半导体制造技术从硅基板加工，能够制作成由反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16、固定部20及第1～第3连接部21～23等要素一体地构成的结构物。

另外，反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16及第1～第3连接部21～23形成为比固定部20的厚度(z方向上的厚度)薄的厚度。由此，第1致动器14、第2致动器16、第1～第3连接部21～23成为容易变形(弯曲变形或扭曲变形)的结构。

微镜器件10中，优选通过第1致动器14及第2致动器16，以绕第1轴a₁倾斜振动的共振模式驱动反射镜部12，并且以绕第2轴a₂倾斜振动的共振模式驱动反射镜部12及第1致动器14。

本发明的微镜器件为不具有导致质量增加的可动框的结构，因此能够减小第2轴旋转时的惯性矩，能够增加共振频率。例如，能够实现水平轴为40kHz以上且垂直轴为10kHz以上的驱动频率。因此，能够对第1轴及第2轴均进行高速的驱动。即，适合于对水平轴及垂直轴这两个轴均进行正弦驱动的利萨茹扫描。并且，第1及第2致动器均为在可动部上设置有压电膜的压电致动器，从而无需外接的驱动机构，因此能够将元件体积抑制得较小。由于不具备可动框(不具备压电膜且对驱动没有贡献)，因此驱动效率高，其结果能够抑制功耗。

对微镜器件10中的共振模式进行说明。作为共振模式，除伴有绕反射镜部12的轴的旋转(倾斜振动)的模式以外，还存在伴有垂直方向上的活塞运动、平面内的扭曲运动等的模式。在本方式的微镜器件10中，使用伴有倾斜振动的共振模式来驱动反射镜部12。以下，依次对绕第1轴a₁的共振模式及绕第2轴a₂的共振模式进行说明。

首先，对伴有绕第1轴a₁的反射镜部12的倾斜振动的共振模式进行叙述。

图4是示意地表示伴有绕第1轴a₁的反射镜部12的倾斜振动的共振模式中最低阶的模式下的微镜器件10的形状位移的图。并且，图5是示意地表示伴有绕第1轴a₁的反射镜部12的倾斜振动的共振模式中继图4所示的模式之后低阶的模式下的微镜器件10的形状位移的图。在图4及图5中，省略了固定部20。并且，用细线表示了静止时(未驱动的状态)的位置，图中，颜色越深表示从静止时的位移量越大。

图6、图7分别是表示图4、图5的A-B之间的器件的各部位的z方向位移的曲线图。在图6及图7中，横轴为反射镜静止时的y方向坐标，并夸张地示出了在z方向上位移时的位移。图6、图7中示意地示出各部位在反射镜静止时的y方向坐标上的位移量，并未示出各部件的实际的长度。

在图4所示的共振模式的情况下，反射镜部12在第2轴a₂上的端部的点M与最靠近反射镜部12的端部的点M的第1致动器14上的点A₁₁的位移的朝向相同(参考图6)。即，反射镜部12和第1致动器14以相同的相位振动。另一方面，在图5所示的共振模式的情况下，点M与点A₁₁的位移的朝向为彼此相反的朝向(参考图7)。即，反射镜部12和第1致动器14以相反的相位振动。

无论使用哪个共振模式都能够进行光扫描。然而，反射镜部12和第1致动器14以相反的相位振动的共振模式与以相同的相位振动的共振模式相比，共振振动的Q值更高，而且共振频率更高，因此更适合进行高速扫描。例如，在后述的实施例1的微镜器件中，绕第1轴的相同的相位的共振模式的共振频率为35kHz，Q值为700。相对于此，绕第1轴的相反的相位的共振模式的共振频率为60kHz，Q值为1900。关于绕第1轴，若以反射镜部12和第1致动器14以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式(将其称为第1共振模式。)驱动，则可获得较高的Q值，因此优选。并且，本发明人发现：通过将该第1共振模式下的点A₁₁与点M的倾斜位移量之比R1设计成落入以下规定范围内，能够获得低功耗且具有高耐久性的结构。

如图7所示，将以第1共振模式振动时的反射镜部12的点M在z方向上的最大位移量设为Zm，将从点M至反射镜部中心的y方向距离设为Lm，将第1致动器14的点A₁₁在z方向上的最大位移量设为Za₁₁，将从第3连接部23与固定部20连接的位置A至点A₁₁的y方向距离设为La₁₁。并且，将点M的位移倾斜量定义为|Zm/Lm|，将点A₁₁的位移倾斜量定义为|Za₁₁/La₁₁|。

在以第1共振模式驱动反射镜部12和第1致动器14的情况下，优选点M与点A11的位移倾斜量之比R1＝|Zm/Lm|/|Za₁₁/La₁₁|为9.4≤R1≤87。更优选16≤R1。

作为增加R1的方法，例如可举出降低第1致动器14的响应频率的方法。具体而言，可举出增大第1致动器14的惯性矩或弹性且柔软地形成支承第1致动器14的第2连接部22等。在前一种情况下，可考虑增大第1致动器14的宽度或厚度等，在后一种情况下，有效的是减小第2连接部22的宽度或加长其长度等。为了减小R1，例如可举出与上述增加R1的方法相反地增加第1致动器14的响应频率的方法，具体而言，可举出减小第1致动器14的惯性矩或弹性且较硬地形成支承第1致动器14的第2连接部22等。

通过使R1成为9.4以上，能够抑制空气阻力的大幅增加，其结果增加共振时的Q值，从而能够抑制功耗。进而，通过使R1成为16以上，能够抑制第1致动器的位移变得过大，从而抑制结构体产生较大的应变。即，能够抑制过大的弹性应力施加于设置在第1致动器的可动部的表面上的压电膜，从而提高驱动耐久性。另一方面，通过使R1成为87以下，能够通过抑制第1致动器的位移变得极小而有效地利用从压电膜注入的能量，因此其结果能够抑制功耗。并且，通过将R1抑制为87以下，能够在设计方面抑制致动器的大型化，实现小型的器件。

接着，对伴有绕第2轴的反射镜部的倾斜振动的共振模式进行叙述。

图8是示意地表示伴有绕第2轴a₂的反射镜部12的倾斜振动的共振模式中最低阶的模式下的微镜器件10的形状位移的图。并且，图9是示意地表示伴有绕第2轴a₂的反射镜部12的倾斜振动的共振模式中继图8所示的模式之后低阶的模式下的微镜器件10的形状位移的图。在图8、图9中，省略了固定部20。并且，用虚线表示了静止时的位置，图中，颜色越深表示从静止时的位移量越大。

图10、图11分别是表示图8、图9的C-D之间的器件的各部位的z方向位移的曲线图。在图10及图11中，横轴为反射镜静止时的x方向坐标，并夸张地示出了在z方向上位移时的位移。图10、图11中示意地示出各部位在反射镜静止时的x方向坐标上的位移量，并未示出各部件的实际的长度。

在图8所示的共振模式的情况下，第1致动器14在第1轴a₁上的端部的点A₁₂与最靠近第1致动器14的端部的点A₁₂的第2致动器16上的点A₂的位移的朝向相同(参考图10)。即，第1致动器14和第2致动器16以相同的相位振动。另一方面，在图9所示的共振模式的情况下，点A₁₂与点A₂的位移的朝向为彼此相反的朝向(参考图11)。即，第1致动器14和第2致动器16以相反的相位振动。

另外，绕第2轴a₂时，第1致动器14和反射镜部12一体地振动。

无论使用哪个共振模式都能够进行光扫描。然而，第1致动器14和第2致动器16以相反的相位振动的共振模式与以相同的相位振动的共振模式相比，共振振动的Q值更高，而且共振频率更高，因此适合进行高速扫描。例如，在后述的实施例1的结构中，绕第2轴的相同的相位的共振模式的共振频率为4.7kHz，Q值为250。相对于此，绕第2轴的相反的相位的共振模式的共振频率为11kHz，Q值为940。因此，关于绕第2轴，若以第1致动器14和第2致动器16以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式(将其称为第2共振模式。)驱动，则可获得较高的Q值，因此优选。并且，本发明人还发现：通过将该第2共振模式下的点A₁₂与点A₂的倾斜位移量之比R2设计成落入规定范围内，可获得低功耗且具有高耐久性的结构。

如图11所示，将以第2共振模式振动时的第1致动器14的点A₁₂在z方向上的最大位移量设为Za₁₂，将从点A₁₂至反射镜部12的反射镜中心的x方向距离设为La₁₂，将第2致动器16的点A₂处的z方向上的最大位移量设为Za₂₂，将从点A₂至反射镜部12的反射镜中心的x方向距离设为La₂₂。并且，将点A₁₂的位移倾斜量定义为|Za₁₂/La₁₂|，将点A₂的位移倾斜量定义为|Za₂₂/La₂₂|。

在以反射镜部12及第1致动器14和第2致动器16以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式驱动的情况下，两者之比R2＝|Za₁₁/La₁₁|/|Za₂₂/La₂₂|优选0.75≤R2≤27。更优选2.3≤R2。

作为增加R2的方法，例如可举出降低第2致动器16的响应频率的方法。具体而言，可举出增大第2致动器16的惯性矩或弹性且柔软地形成支承第2致动器16的第3连接部23等。在前一种情况下，可考虑增大第2致动器16的宽度或厚度等，在后一种情况下，有效的是减小第3连接部23的宽度或加长其长度等。为了减小R2，例如可举出与上述增加R2的方法相反地增加第2致动器16的响应频率的方法，具体而言，可举出减小第2致动器16的惯性矩或弹性且较硬地形成支承第2致动器16的第3连接部23等。

通过使R2成为0.75以上，能够抑制第2致动器的位移来减小空气阻力，其结果能够增加共振时的Q值，从而能够抑制功耗。进而，通过使R2成为2.3以上，能够抑制第2致动器的位移变得过大，从而抑制结构体产生较大的应变。即，能够抑制过大的弹性应力施加于设置在第2致动器的可动部的表面上的压电膜，从而提高驱动耐久性。另一方面，通过使R2成为27以下，能够通过抑制第2致动器的位移变得极小而有效地利用从压电膜注入的能量，因此其结果能够抑制功耗。并且，通过将R2抑制为27以下，能够在设计方面抑制致动器的大型化，实现小型的器件。

微镜器件10具备用于向第1致动器14及第2致动器16的压电元件34A、34B、36A、36B供给用于以第1共振模式及第2共振模式驱动的驱动用电力的未图示的驱动电路及控制电路。作为通过驱动电路向第1致动器14及第2致动器16供给的驱动信号，可以使用激发共振的频率的交流信号或脉冲波形信号。以下，与驱动方法一并对具体驱动信号进行说明。

对用于绕第1轴及绕第2轴进行光扫描的微镜的驱动方法进行具体说明。

图12中示出了设置于图1～图3所示的实施方式的微镜器件10中的第1致动器14及第2致动器16的压电元件34A、34B、36A、36B的上部电极33的电极配置。图12中，用斜线阴影表示的区域为上部电极33。在本例子中，在第1致动器14中，下部电极31及压电膜32遍及一对第1可动部14A、14B的一个面上的整个区域而设置，上部电极33分别分开设置于一对第1可动部中的一个14A及另一个14B上。在此，将设置于第1可动部14A、14B上的上部电极33分别表示为电极1A、1B。并且，在第2致动器16中，下部电极31及压电膜32分别遍及一对第2可动部中的一个16A及另一个16B的整个区域而设置。设置于第2可动部中的一个16A的下部电极31及压电膜32与设置于另一个16B的下部电极31及压电膜32在第2轴上a₂处分离。并且，上部电极33分别设置于第2可动部中的一个16A的压电膜32上及另一个16B的压电膜32上。将设置于第2可动部16A、16B上的上部电极33分别表示为电极2A、2B。

对在具备图12所示的上部电极1A、1B、2A、2B的结构中使反射镜部12绕第1轴a₁及绕第2轴a₂分别倾斜振动来实现光的二维扫描的驱动方法的一例进行说明。

图13中示出为了使反射镜部12绕第1轴a₁倾斜振动而施加于电极的驱动电压波形(驱动信号)。为了激发第1共振模式，对电极1A、1B分别施加与第1共振模式匹配的频率的驱动电压波形V1A、V1B。如图13所示，驱动电压波形V1A和V1B为彼此相反的相位(相位差180°)。通过施加这种驱动电压波形，第1致动器14产生如绕第1轴a₁倾斜的应变，其结果对反射镜部12施加绕第1轴a₁的旋转扭矩。

驱动电压波形V1A、V1B可分别如下表示。

V1A＝V_off1A+V_A-1Asinω₁t

V1B＝V_off1B+V_A-1Bsin(ω₁t+φ)

上述式中，V_A-1A和V_A-1B分别为电压振幅，ω₁为用于激发第1共振模式的角频率，t为时间，φ为相位差。图中，φ＝180°，V_A-1A＝V_A-1B，V_off1A＝V_off1B＝V_off。

图14中示出为了使反射镜部12绕第2轴a₂倾斜振动而施加于电极的驱动电压波形。为了激发第2共振模式，对电极2A、2B施加与第2共振模式匹配的频率的驱动电压波形V2A、V2B。如图14所示，驱动电压波形V2A和V2B为彼此相反的相位(相位差180°)。通过施加这种电压波形，第2致动器16产生如绕第2轴a₂倾斜的应变，其结果对第1致动器14(及反射镜部12)施加绕第2轴a₂的旋转扭矩。

驱动电压波形V2A、V2B可分别如下表示。

V2A＝V_off2A+V_A-2Asinω₂t

V2B＝V_off2B+V_A-2Bsin(ω₂t+φ)

上述式中，V_A-2A和V_A-2B分别为电压振幅，ω₂为用于激发第2共振模式的角频率，t为时间，φ为相位差。图中，φ＝180°，V_A-2A＝V_A-2B，V_off2A＝V_off2B＝V_off。

通过对电极1A、1B分别施加驱动电压波形V1A、V2A的同时对电极2A、2B分别施加驱动电压波形V2A、V2B，能够同时激发第1共振模式及第2共振模式。如此，通过在同时激发第1共振模式及第2共振模式的状态下例如使激光束等入射于反射镜部12，能够二维地进行光扫描。

被施加用于激发第1共振模式的驱动电压的压电元件并不仅限于第1致动器上的压电元件。例如，通过对第2致动器上的全部或一部分压电元件施加与第1共振模式匹配的频率的驱动电压波形，也能够激发第1共振模式。此时，将第2致动器上的上部电极分为适合于对第1致动器施加绕第1轴的扭矩的形状及数量即可。

同样地，被施加用于激发第2共振模式的驱动电压的压电元件并不仅限于第2致动器16上的压电元件。例如，通过对第1致动器14上的全部或一部分压电元件施加与第2共振模式匹配的频率的驱动电压波形，也能够激发第2共振模式。此时，将第1致动器14上的上部电极33分为适合于对反射镜部12施加绕第2轴的扭矩的形状及数量即可。

进而，通过对第1致动器14的全部或一部分和第2致动器16的全部或一部分同时施加与第1共振模式的共振频率匹配的频率的驱动电压波形，也能够激发第1共振模式。并且，通过对第1致动器的全部或一部分和第2致动器的全部或一部分同时施加与第2共振模式的共振频率匹配的频率的驱动电压波形，也能够激发第2共振模式。以下，对用于进行这种驱动方法的一例的上部电极33的配置进行说明。

图15中示出微镜器件10的设计变更例的上部电极配置。除上部电极配置以外，结构与上述微镜器件10相同。在该例子中，将第1致动器14上的上部电极33分为电极1A、1B、1C、1D这四个。并且，将第2致动器16上的上部电极33在第2可动部中的一个16A上分为两个电极2A、2D，在另一个16B上分为两个电极2B、2C，共分为四个。

对在具备图15所示的电极1A～1D、2A～2D的结构中使反射镜部12绕第1轴a₁及绕第2轴a₂分别倾斜振动来实现光的二维扫描的驱动方法的一例进行说明。

图16中示出为了使反射镜部12绕第1轴a₁倾斜振动而施加于电极的驱动电压波形。为了激发第1共振模式，对电极1A、1B、2A、2B施加与第1共振模式匹配的频率的驱动电压波形V1A，对电极1C、1D、2C、2D施加与第1共振模式匹配的频率的驱动电压波形V1B。如图16所示，驱动电压波形V1A和V1B为彼此相反的相位(相位差180°)。通过施加这种驱动电压波形，第1致动器14及第2致动器16产生如绕第1轴a₁倾斜的应变，其结果对反射镜部12施加绕第1轴a₁的旋转扭矩。驱动电压波形V1A、V1B可由上述式表示，但施加于各电极的驱动电压波形的电压振幅也可以不同。例如，施加于电极1A、1B的驱动电压波形的电压振幅可以与施加于电极2A、2B的驱动电压波形的电压振幅不同。

图17中示出为了使反射镜部12绕第2轴a₂倾斜振动而施加于电极的驱动电压波形。为了激发第2共振模式，对电极1A、1D、2A、2D施加与第2共振模式匹配的频率的驱动电压波形V2A，对电极1B、1C、2B、2C施加与第2共振模式匹配的频率的驱动电压波形V2B。如图17所示，驱动电压波形V2A和V2B为彼此相反的相位(相位差180°)。通过施加这种驱动电压波形，第1致动器14及第2致动器16产生如绕第2轴a₂倾斜的应变，其结果对第1致动器14(及反射镜部12)施加绕第2轴a₂的旋转扭矩。驱动电压波形V2A、V2B可由上述式表示，但施加于各电极的驱动电压波形的电压振幅也可以不同。例如，施加于电极1A、1D的驱动电压波形的电压振幅可以与施加于电极2A、2D的驱动电压波形的电压振幅不同。

并且，在本结构的器件中，通过同时激发第1共振模式及第2共振模式，能够二维地进行光扫描。通过对第1致动器14及第2致动器16的各电极1A～1D及2A～2D施加重叠有上述用于激发第1共振模式的驱动电压波形V1A或V1B和用于激发第2共振模式的驱动电压波形V2A或V2B的驱动电压波形，能够同时激发第1及第2共振模式。

在微镜器件中，还可以具备用于监视绕第1轴的反射镜部的倾斜度的传感器和/或用于监视绕第2轴的反射镜部的倾斜度的传感器。

微镜器件10(参考图2)在第1致动器14的一个可动部14A的第1连接部21的连接区域附近的压电膜32上具备传感器电极51，在第2致动器16的一个可动部16B与第2连接部22的连接区域附近的压电膜32上具备传感器电极52。在共用致动器用压电元件和下部电极及压电膜且未设置上部电极33的区域设置有传感器电极51、52。根据本结构，能够将如此设置于第1致动器14及第2致动器16的压电膜32的一部分用于倾斜度监视用传感器。

如上述一实施方式的微镜器件10那样，只要遍及第1致动器14的几乎整个区域设置压电膜32，则能够将该压电膜32中自由指定的部分的应力的大小转换为电压来进行监视。若要精确地监视绕第1轴a₁的反射镜部12的倾斜度，则可通过监视最靠近对应于角度扭曲的第1连接部21的部分(与第1致动器14的连接区域)的应力来获得最佳精度。如上所述，在第1致动器14的一个可动部14A的第1连接部21的连接区域附近的压电膜32上设置有传感器电极51，因此在绕第1轴a₁进行扫描时，能够监视第1连接部21的根部的应力，因此能够进行精确的监视。

通过将设置有传感器电极51的部分的下部电极31作为接地电位且将传感器电极51作为释放电位来测定其电位，可获得与在传感器部中产生的应力成正比的电压。由于第1连接部21的扭曲角度与传感器部的应力成正比，因此能够监视反射镜部12的倾斜度。

同样地，若要精确地监视第2轴的反射镜部12的倾斜度(即，第1致动器14的倾斜度)，则可通过监视最靠近对应于角度扭曲的第2连接部22的部分(与第2致动器16的连接区域)的应力来获得最佳精度。如上所述，在第2致动器16的一个可动部16B与第2连接部22的连接区域附近的压电膜32上设置有传感器电极52，因此在绕第2轴a₂进行扫描时，能够监视第2连接部22的根部的应力，因此能够进行精确的监视。

通过将设置有传感器电极52的部分的下部电极31作为接地电位且将传感器电极52作为释放电位来测定其电位，可获得与在传感器部中产生的应力成正比的电压。由于第2连接部22的扭曲角度与传感器部的应力成正比，因此能够监视反射镜部12的倾斜度。

并且，为了提高相对于垂直位移的强度，微镜器件可以在第1致动器14的背面上设置有第1阻挡部。图18是表示在第1致动器14的背面上设置有第1阻挡部61的设计变更例的微镜器件10A的背面的侧视图。在此，在微镜器件中，反射镜部12包括反射面12a的面为表面，其相反面为背面。

第1阻挡部61设置于第1致动器14的背面的第2轴a₂上。第1阻挡部61具有与固定部20相同的厚度。另外，将10％以下厚度误差视为相同。

图19是表示微镜器件10A以第1共振模式驱动而反射镜部12以第1轴a₁为中心斜向倾斜的状态的侧视图(上图)及侧视图中的B₁-B₂线剖视图(下图)。

微镜器件10A中，固定部20通过粘接剂65固定在基材60上。第1阻挡部61的厚度与固定部20相同，但整体提升了相当于粘接剂65的厚度的量，因此在反射镜部静止时，不会与基材60接触。并且，在以第1共振模式驱动且上述R1＝|Zm/Lm|/|Za₁₁/La₁₁|为9.4≤R1≤87的情况下，第1轴a₁上的部位几乎不会位移，因此第1阻挡部61不会与基材60接触，从而不会妨碍驱动。粘接剂65的厚度通常为20～100μm左右，只要根据需要使用具有适当的粒径的含有填料的粘接剂，则能够准确地控制粘接剂的厚度，从而能够控制提升高度。

图20是示意地表示微镜器件10A在z方向上受到冲击时在器件10A中发生的位移的侧视图(上图)及侧视图中的B₁-B₂线剖视图(下图)。图20的上图中用深浅示出了冲击时的位移。颜色越深，表示是位移越大的部分。

在从外部发生垂直方向上的冲击振动的情况下，第1致动器14及第2致动器16较大地垂直位移，但由于第1阻挡部61在过度位移之前与基材60碰撞，因此能够防止因过度位移而引起的应力破坏。

为了提高相对于垂直位移的强度，微镜器件可以在第2致动器的背面上设置有第2阻挡部。图21是表示在第2致动器16的背面设置有第2阻挡部62的设计变更例的微镜器件10B的背面的侧视图。

第2阻挡部62设置于第2致动器16的背面的第1轴a₁上。第2阻挡部62具有与固定部20相同的厚度。另外，将10％以下厚度误差视为相同。

图22是表示微镜器件10B以第2共振模式驱动而第1致动器14及反射镜部12以第2轴a₂为中心斜向倾斜的状态的侧视图(上图)及侧视图中的B₁-B₂线剖视图(下图)。

微镜器件10B中，固定部20通过粘接剂65固定在基材60上。第2阻挡部62的厚度与固定部20相同，但整体提升了相当于粘接剂65的厚度的量，因此在反射镜静止时，不会与基材60接触。并且，在以第2共振模式驱动且上述R2＝|Za₁₂/La₁₂|/|Za₂₂/La₂₂|为0.75≤R2≤27的情况下，第2致动器16的位移较小，第2阻挡部62不会与基材60接触，从而不会妨碍驱动。粘接剂65的厚度与上述微镜器件10A的情况相同。

图23是示意地表示微镜器件10B在z方向上受到冲击时在器件10B中发生的位移的侧视图(上图)及侧视图中的B₁-B₂线剖视图(下图)。图23的上图中用深浅示出了冲击时的位移。颜色越深，表示是位移越大的部分。

在从外部发生垂直方向上的冲击振动的情况下，第1致动器14及第2致动器16较大地垂直位移，但由于第2阻挡部62在过度位移之前与基材60碰撞，因此能够防止因过度位移而引起的应力破坏。

另外，也可以在第1致动器14的背面设置有第1阻挡部61，进而在第2致动器16的背面设置有第2阻挡部62。

对设置于第1致动器14及第2致动器16的压电元件进行说明。如上所述，压电元件具有下部电极、压电膜及上部电极的层叠体结构。

下部电极及上部电极的厚度并无特别限制，例如为200nm左右。只要压电膜的厚度为10μm以下，则并无特别限制，通常为1μm以上，例如为1～5μm。下部电极、上部电极及压电膜的成膜方法并无特别限定，但优选为气相生长法，尤其优选通过溅射法成膜。

下部电极的主成分并无特别限制，可举出Au、Pt、Ir、IrO₂、RuO₂、LaNiO₃及SrRuO₃等金属或金属氧化物以及它们的组合。

上部电极的主成分并无特别限制，可举出在下部电极中例示的材料、Al、Ti、Ta、Cr及Cu等通常在半导体工艺中使用的电极材料以及它们的组合。

作为压电膜，可举出含有由下述式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(P)的压电膜。

通式ABO₃ (P)

(式中，A：A位的元素，含有Pb的至少一种元素。B：B位的元素，选自包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe及Ni的组中的至少一种元素。O：氧元素。A位元素、B位元素及氧元素的摩尔比的标准为1:1:3，但它们的摩尔比也可以在能够采用的钙钛矿结构的范围内偏离基准摩尔比。)

作为由上述通式表示的钙钛矿型氧化物，可举出：钛酸铅、钛酸锆酸铅(PZT)、锆酸铅、钛酸铅镧、锆酸钛酸铅镧、镁铌酸锆钛酸铅、镍铌酸锆钛酸铅、锌铌酸锆钛酸铅等含铅化合物及它们的混晶系；钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾、铌酸钠、铌酸钾、铌酸锂、铋铁氧体等不含铅化合物及它们的混晶系。

并且，本实施方式的压电膜优选含有由下述式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(PX)。

A_a(Zr_x，Ti_y，M_b-x-y)_bO_c (PX)

(式中，A：A位的元素，含有Pb的至少一种元素。M为选自包括V、Nb、Ta及Sb的组中的至少一种元素。0＜x＜b、0＜y＜b、0≤b-x-y、a:b:c＝1:1:3为标准，但它们的摩尔比也可以在能够采用钙钛矿结构的范围内偏离基准摩尔比。)

由用上述通式(P)及(PX)表示的钙钛矿型氧化物构成的压电膜具有较高的压电应变常数(d₃₁常数)，因此具备这种压电膜的压电致动器具有优异的位移特性。另外，由通式(PX)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数比由通式(P)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数高。

并且，具备由用通式(P)及(PX)表示的钙钛矿型氧化物构成的压电膜的压电致动器在驱动电压范围内具有线性优异的电压位移特性。这些压电材料在实施本发明时表现出良好的压电特性。

实施例

以下，对本发明的实施例及比较例的微镜器件进行说明。

＜实施例1；具体制造方法的一例＞

作为实施例1，通过以下步骤制作出图1～3所示的结构的微镜器件10。

(工序1)通过溅射法在基板温度350℃下在具有Si基底层350μm、硅氧化物(SiO₂)绝缘层1μm、Si器件层100μm的层叠结构的SOI(Silicon On Insulator，硅晶绝缘体)基板上形成了30nm的Ti层和150nm的Ir层。Ti层及Ir层的层叠结构相当于图3的下部电极31。

(工序2)使用高频(RF：radio frequency)溅射装置在层叠形成有上述中得到的下部电极(Ti/Ir)的基板上形成了3μm的压电膜。作为压电膜用溅射成膜的靶材料，使用了Pb_1.3((Zr_0.52Ti_0.48)_0.88Nb_0.12)O₃的组成的材料。成膜压力设为2.2mTorr，成膜温度设为450℃。得到的压电膜为以原子组成比计添加有12％的Nb的Nb掺杂PZT薄膜。

(工序3)通过剥离法在形成有上述中得到的压电膜的基板上将具有Pt/Ti的层叠结构的上部电极图案化。

(工序4)然后，通过感应耦合等离子体(ICP：inductively coupled plasma)干式蚀刻对压电膜及下部电极进行了图案蚀刻。

(工序5)进而，通过以四乙氧基硅烷为原料的化学气相沉积(TEOS-CVD：tetraethoxysilane-chemical vapor deposition)法在整个面上形成由SiO₂构成的绝缘层之后，通过ICP干式蚀刻将绝缘层图案化。

(工序6)通过剥离法将Au/Ti的层叠结构图案化，形成了反射镜部的反射面、电极焊盘及配线层。

(工序7)通过硅的干式蚀刻工艺对器件层进行图案蚀刻，加工了致动器、反射镜部及固定部件的形状。

(工序8)接着，从基板的背面对基底层进行了反应离子深刻蚀。基本上，留下成为固定部件的部分而去除了基底层。另外，在附加后述的阻挡结构的情况(实施例2)下，通过在第2致动器背面留下成为阻挡件的形状而去除基底层，形成了具有与固定框相同的厚度的厚壁部。

(工序9)最后，通过干式蚀刻从背面去除绝缘层，由此制作出图1～图3中说明的微镜器件10。

在上述制作工序中，在工序6中形成了反射镜部的反射面，但也可以使用与电极焊盘及配线层的材料不同的反射材料形成反射面，此时，例如也可以紧接着工序6通过剥离法等形成反射面。

另外，在实施本发明时，并不限定于本实施例1的结构及制造方法，基板的材料、电极材料、压电材料、膜厚、成膜条件等可以根据目的适当选择。

图24中用斜线示出在本实施例中设置有第1致动器14及第2致动器16的压电膜32的区域。在图24中，省略了上部电极、配线等的图示。并且，还省略了固定框的图示。另外，在本实施例中，如图24所示规定了各种尺寸。

将第1致动器14的x轴方向(第2轴方向)长度设为X1，将第1致动器14的y轴方向(第1轴方向)长度设为Y1，将第1轴a₁上的第1可动部14A(及14B)的x轴方向上的宽度设为W1_{_}x，将第2轴a₂上的第1可动部14A(及14B)的y轴方向上的宽度设为W1_y。

将第2致动器16的x轴方向长度设为X2，将第2致动器16的y轴方向长度设为Y2，将第1轴a₁上的第2可动部16A(及16B)的x轴方向上的宽度设为W2_x，将第2轴a₂上的第2可动部16A(及16B)的y轴方向上的宽度设为W2_y。

将第2连接部22的x轴方向上的长度设为Wc2_x，将y轴方向上的宽度设为Wc2_y。

实施例1中的各种尺寸如下。

反射镜形状：直径1.1mm的圆形，

第1致动器尺寸：X1＝2.67mm、Y1＝3.77mm、W1_x＝0.6mm、W1_y＝0.25mm，

第2致动器尺寸：X2＝5.17mm、Y2＝5.17mm、W2_x＝0.45mm、W2_y＝0.6mm，

第2连接部：Wc2_x＝0.8mm、Wc2_y＝0.238mm，

器件层的厚度td＝0.1mm。

反射镜部12、第1致动器14及第2致动器16以及第1连接部21、第2连接部22及第3连接部23的厚度与器件层的厚度相等。

并且，在本结构的微镜器件中，以第1共振模式的频率约为60kHz、第2共振模式的频率约为10kHz的方式设定了第1连接部21及第3连接部23的尺寸。

实施例1的微镜器件通过对第1致动器施加第1驱动电压波形来激发第1共振模式，使反射镜部12绕第1轴a₁旋转运动。此时，第1驱动电压波形的频率保持在第1共振模式的频率附近。并且，通过对第2致动器施加第2驱动电压波形来激发第2共振模式，使第1致动器14和反射镜部12几乎一体地绕第2轴a₂旋转运动。在此，第2驱动电压波形的频率也保持在第2共振模式的频率附近。通过将这两个驱动电压波形同时施加于各致动器，能够二维地扫描光。

[比较例1]

将比较例1的微镜器件111的正面图示于图25。在图25中，也用点阴影部示出设置有压电膜的区域，并省略了上部电极、配线及固定框等的图示。对与实施例1相同的构成要件标注了相同的符号。另外，各部的形状及尺寸与实施例1相同。比较例1的微镜器件111与实施例1的不同点在于，第1致动器114不具备压电膜(即，压电元件)。比较例1的第1致动器114不具备压电元件，因此严格而言不是“致动器”，但为了方便与实施例1的第1致动器14进行比较，称为第1致动器114。

在比较例1的微镜器件111中，通过将与第1共振模式匹配的频率的第1驱动电压波形和与第2共振模式匹配的频率的第2驱动电压波形重叠施加于第2致动器16来激发两个共振模式，能够使反射镜部12绕第1轴a₁旋转运动，同时使第1致动器114和反射镜部12几乎一体地绕第2轴a₂旋转运动。由此，能够二维地扫描光。

[比较例2]

将比较例2的微镜器件112的正面图示于图26。在图26中，也用点阴影部示出设置有压电膜的区域，并省略了上部电极、配线及固定框等的图示。对与比较例1相同的构成要件标注了相同的符号。比较例2的微镜器件112中，第3连接部123存在于第1轴a₁上，除此之外，结构与比较例1相同。另外，第3连接部123与未图示的固定部连接。

比较例2的微镜器件112能够通过与比较例1相同的方法来二维地扫描光。

关于实施例1、比较例1及比较例2的微镜器件，检查了用于以第1共振模式及第2共振模式驱动而绕第1轴a₁进行45°扫描、绕第2轴a₂进行30°扫描的驱动电压振幅、功耗、驱动耐久性及绕第2轴扫描的线性。将结果示于表1。

[表1]

驱动电压振幅绕第1轴45°扫描是指在第1共振模式的共振频率下驱动时实现绕第1轴的光学扫描角度45°所需的正弦波的振幅值。

驱动电压振幅绕第2轴30°扫描是指在第2共振模式的共振频率下驱动时实现绕第2轴的光学扫描角度30°所需的正弦波的振幅值。

另外，作为光学扫描角度的测定法，使用了如下方法：使激光垂直入射于微镜器件的反射镜部的反射面，使用标尺等测定扫描线的长度，根据几何关系求出扫描的所有角度。

功耗是根据以下方法计算的。

作为驱动电压波形V，施加由V＝V_off+V_Asinωt表示的正弦波进行了驱动。通过电流测定电路测定了流过驱动中的各上部电极的电流。具体而言，通过对要测定的电极串联连接已知的电阻并测定该电阻的两端的电压，测定了流过各电极的电流。根据此时测出的电流波形I＝I_off+I_Asin(ωt+φ)和驱动电压波形V，计算了功耗W＝1/2×I_AV_Acosφ。

驱动耐久性为在通过具有上述驱动电压振幅的正弦波电压信号维持共振的同时进行连续驱动时绕第1轴的光学扫描角度衰减为30°以下的时间及绕第2轴的光学扫描角度衰减为20°以下的时间中较短的时间。

绕第2轴的扫描的线性是通过检查扫描角度的频率依赖性(频率特性)来评价的。将第2共振模式的共振频率前后的驱动电压波形施加于第2致动器的压电元件而测定了扫描角度的频率依赖性。

图27是表示实施例1的频率特性的曲线图，图28是表示比较例2的频率特性的曲线图。如图27所示，实施例1的微镜器件以共振频率(在此为11.62kHz)为中心表现出对称的峰，可知线性良好。另一方面，如图28所示，比较例2的微镜器件的共振峰不对称，得到非线性强(线性不良)的结果。

如表1所示，实施例1的结构在功耗、驱动耐久性及线性方面优于比较例1、2的结构。在实施例1中，第1致动器14具备压电膜(即，压电元件)，由此能够产生驱动力。另一方面，在比较例1中，第1致动器114不具备压电膜，因此无法产生驱动力。即，第1致动器114发挥可动框的功能且仅会增加质量，因此与实施例1相比，驱动效率差。其结果，认为功耗变高。

比较例2中，第3连接部123存在于第1轴上。绕第2轴驱动该比较例2的微镜器件112的结果，如图28所示，发现共振峰的不对称性强。在比较例2的结构中，认为：由于使第1致动器114及反射镜部12绕第2轴倾斜位移时的第2致动器16的变形形状复杂，因此非线性变强。

关于实施例1的结构的微镜器件，使用试验例对改变R1时的第2共振模式(绕第2轴)的驱动特性及改变R2时的第1共振模式(绕第1轴)的驱动特性进行说明。

各R1、R2是通过改变图24中定义的各部的尺寸来实现的。

＜第2共振模式特性评价：试验例1～8＞

试验例1～8设计成：反射镜部12的形状为直径1.1mm的圆形，第1致动器尺寸为W1_y＝0.25mm，W1_x＝0.6mm，X1＝2.67mm，Y1＝3.77mm，第1共振模式的共振频率约为60kHz。并且，均设计成第2共振模式的共振频率约为10kHz。另外，试验例5为实施例1的微镜器件。关于各试验例的微镜器件，通过将与第2致动器和第1致动器及反射镜部以相反的相位倾斜振动的第2共振模式的共振频率匹配的频率的正弦波电压信号施加于第2致动器，绕第2轴倾斜驱动了反射镜部。

表2中示出各试验例的尺寸及试验结果。

[表2]

驱动电压振幅是指在第2共振模式的共振频率下驱动时实现绕第2轴的光学扫描角度30°所需的正弦波的振幅值。

功耗是指不进行绕第1轴的扫描而绕第2轴进行30°的光学扫描(一维扫描)时的功耗。功耗是通过与实施例1相同的方法求出的。

驱动耐久性为在通过具有上述电压振幅的正弦波电压信号维持共振的同时进行连续驱动直至光学扫描角度衰减为20°以下的时间。

另外，元件面积是指包括固定部的微镜器件的xy平面的面积。

图29是表示在表2所示的试验例中得到的R2与功耗之间的关系的曲线图。微镜器件中要求的功耗的大小取决于系统，因此尽管不能一概而论，但通过将致动器的尺寸设计成在任何用途中R2均落入0.75以上且27以下的范围内，能够实现低于系统所要求的功耗的值。在本试验例中，在具有直径1.1mm的反射镜的微镜器件中，设定各种R2来评价了功耗等。具有直径1.0mm左右的反射镜的微镜器件通常用于可佩戴终端等使用小型电池的驱动模块，因此要求电池的容量小且低功耗。例如，在使用具有150mAh左右的容量的小型锂离子电池进行利用微镜器件的二维扫描的情况下，只要整体功耗为20mW以下，则能够通过一次充电驱动约24小时以上，作为消费品，能够满足最低限度的充电频度。只要能够使绕第1轴和绕第2轴的扫描所需的功耗分别为10mW以下，则在同时驱动它们进行二维扫描时，能够使总功耗为20mW以下。根据上述试验例，发现通过将R2设计成0.75以上且27以下，能够将用于进行绕第2轴的扫描的功耗抑制为10mW以下，因此优选。并且，通过将R2设计成2.3以上，能够降低施加于压电膜的应力，从而能够提高耐久性。

＜第1共振模式特性评价：试验例5、试验例9～19＞

试验例5及试验例9～19设计成：反射镜部12的形状为直径1.1mm的圆形，第2致动器16的尺寸为W2_y＝0.6mm，W2_x＝0.45mm，第2共振模式的共振频率约为10kHz。并且，均设计成第1共振模式的共振频率约为60kHz。如上所述，试验例5为实施例1的微镜器件。关于试验例的微镜器件，通过将与第1致动器14和反射镜部12以彼此相反的相位倾斜振动的第1共振模式匹配的共振频率的正弦波电压信号施加于第1致动器，绕第1轴倾斜驱动了反射镜部。

表2中示出各试验例的尺寸及试验结果。

[表3]

驱动电压振幅是指在第1共振模式的共振频率下驱动时实现绕第1轴的光学扫描角度45°所需的正弦波的振幅值。

功耗是指不进行绕第2轴的扫描而绕第1轴进行45°的光学扫描(一维扫描)时的功耗。

驱动耐久性为在通过具有上述电压振幅的正弦波电压信号维持共振的同时进行连续驱动直至光学扫描角度衰减为30°以下的时间。

另外，元件面积是指包括固定部的微镜器件的xy平面的面积。

图30是表示在表3所示的试验例中得到的R1与功耗之间的关系的曲线图。微镜器件中要求的功耗的大小取决于系统，因此尽管不能一概而论，但通过将致动器的尺寸设计成在任何用途中R1均落入9.4以上且87以下的范围内，能够实现低于系统所要求的功耗的值。在本试验例中，在具有直径1.1mm的反射镜的微镜器件中，设定各种R1来评价了功耗等。具有直径1.0mm左右的反射镜的微镜器件通常用于可佩戴终端等使用小型电池的驱动模块，因此要求电池的容量小且低功耗。例如，在使用具有150mAh左右的容量的小型锂离子电池进行利用微镜器件的二维扫描的情况下，只要整体功耗为20mW以下，则能够通过一次充电驱动约24小时以上，作为消费品，能够满足最低限度的充电频度。根据上述试验例，发现通过将R1设计成9.4以上且87以下，能够将用于进行绕第1轴的扫描的功耗抑制为10mW以下，因此优选。并且，通过将R1设计成16以上，能够降低施加于压电膜的应力，从而能够提高耐久性。

试验例的微镜器件的目的在于，公开一种用于高效地旋转驱动具有一定惯性矩的物体的结构，因此将所有反射镜尺寸统一为1.1mm。然而，当然变更反射镜尺寸会使功耗的绝对值发生变化，但即使这样也能够适用与上述优选的R1、R2的范围相关的理论。

例如，若反射镜的直径变大，则惯性矩增大，旋转需要更大的扭矩。因此，原则上功耗增大。例如，在圆板形状的反射镜的情况下，与直径1.0mm的反射镜相比，直径2.0mm的反射镜的惯性矩为8倍，因此若要以相同速度、相同倾斜角度旋转运动，则需要8倍的电力。然而，此时，系统所要求的功耗也趋于较大。通过使R1、R2落入上述中规定的范围内，能够满足各系统中要求的功耗的规格。

[实施例2]

作为实施例2，在实施例1的微镜器件中，具备在与设置有反射面的面相反的面(背面)上设置有阻挡件的微镜器件。除设置有阻挡件以外，结构与实施例1相同。图31是实施例2的微镜器件的反射面12a侧的面(表面)侧视图，图32是背面侧视图，图33是从背面观察的平面图。

在本实施例2中，在第1致动器及第2致动器的背面设置将基底层图案化而形成的厚度0.35mm(＝基底层厚度)、直径0.2mm的圆柱形状，作为阻挡部61、62。如图32及图33所示，在第1致动器14的背面的第2轴a₂上以反射镜中心对称的方式设置了一对第1阻挡部61，在第2致动器16的背面的第1轴a₁上以反射镜中心对称的方式设置了一对第2阻挡部62。

＜扫描试验＞

分别准备50个带阻挡部(实施例2)、不带阻挡部(实施例1)的微镜器件的芯片，将环氧树脂用作粘接剂65在作为基材60的陶瓷封装上支架安装了所有芯片。此时，作为环氧树脂，使用了直径70μm的硅填料。由此，安装后的芯片相对于陶瓷封装在z方向上隔开约70μm。

输入第1共振模式的共振频率及第2共振模式的共振频率的驱动电压波形来进行光学扫描的结果，带阻挡部、不带阻挡部时均能够绕第1轴a₁进行45°扫描，绕第2轴a₂进行30°扫描。

此时，通过激光多普勒法测定第2致动器16的位移量的最大值的结果，带阻挡部的实施例2中的第2致动器16的最大位移为40μm，计算出倾斜位移量之比R2为R2＝6.0。由于第2致动器16的位移量充分小于填料的高度70μm，因此发现即使绕第2轴a₂进行30°的光学扫描，阻挡部62也不会与陶瓷封装接触，从而不会阻碍位移。并且，第1致动器的最大位移量为15μm，计算出倾斜位移量之比R1为R1＝28。由于第1致动器14的位移量也充分小于填料的高度70μm，因此发现即使绕第1轴a₁进行45°的光学扫描，阻挡部61也不会与陶瓷封装接触，从而不会阻碍位移。

＜冲击试验＞

分别使50个带阻挡部(实施例2)、不带阻挡部(实施例1)的两种芯片从2m高度沿着铅锤方向落下。不带阻挡部的芯片中被破坏的芯片的数量为10个。另一方面，设置有阻挡部的芯片中没有被破坏的芯片。被破坏的原因均为由落下时的过度位移引起的第3连接部23及第2连接部22中的任一个的硅结构的断裂。

明确了通过如实施例2那样设置阻挡部61、62，能够抑制由冲击引起的破坏。

符号说明

1A、1B、1C、1D、2A、2B、2C、2D-电极，10-微镜器件，12-反射镜部，12a-反射面，14-第1致动器，14A、14B-第1可动部，14Aa-第1可动部14A的一端，14Ab-第1可动部14A的另一端，14Ba-第1可动部14B的一端，14Bb-第1可动部14B的另一端，16-第2致动器，16A、16B-第2可动部16，Aa-第2可动部16A的一端，16Ab-第2可动部16A的另一端，16Ba-第2可动部16B的一端，16Bb-第2可动部16B的另一端，20-固定部，21-第1连接部，22-第2连接部，23-第3连接部，30-可动部基材，31-下部电极，32-压电膜，33-上部电极，34-压电膜，34A、34B、36A、36B-压电元件，39-绝缘膜，41A、41B、42A、42B-电极焊盘，45-配线，48-电极焊盘，50-传感器部，51、52-传感器电极，60-基材，61-第1阻挡部，62-第2阻挡部，65-粘接剂，111-比较例1的微镜器件，112-比较例2的微镜器件，114-第1致动器(可动框)，123-第3连接部。

Claims (16)

1.一种微镜器件，其具备：

反射镜部，其具有反射入射光的反射面；

环状的第1致动器，其配置成包围所述反射镜部；

环状的第2致动器，其配置成包围所述第1致动器；

第1连接部，其在位于包含所述反射镜部的静止时的所述反射面的平面内的第1轴上连接所述反射镜部和所述第1致动器，并且将所述反射镜部支承为能够绕所述第1轴转动；

第2连接部，其在包含所述反射镜部的静止时的所述反射面的平面内的与所述第1轴正交的第2轴上连接所述第1致动器和第2致动器，并且将所述第1致动器支承为能够绕所述第2轴转动；

第3连接部，其在所述第2轴上连接于所述第2致动器的外周；以及

固定部，其连接有所述第3连接部，并经由该第3连接部支承所述第2致动器，

所述第1致动器以及所述第2致动器分别为具备压电元件的压电致动器，

所述第1致动器以及所述第2致动器使绕所述第1轴的旋转扭矩作用于所述反射镜部，并且使绕所述第2轴的旋转扭矩作用于所述反射镜部以及第1致动器，由此绕所述第1轴以及所述第2轴二维旋转驱动所述反射镜部。

2.根据权利要求1所述的微镜器件，其中，

所述第1致动器包含半环状的一对第1可动部，

所述第2致动器包含半环状的一对第2可动部，

所述第1连接部在所述第1轴上分别连接所述反射镜部和所述一对第1可动部各自的一端、以及所述反射镜部和所述一对第1可动部各自的另一端，

所述第2连接部在所述第2轴上分别连接所述一对第1可动部中的一个和所述一对第2可动部各自的一端、以及所述一对第1可动部中的另一个和所述一对第2可动部各自的另一端。

3.根据权利要求1或2所述的微镜器件，其中，

在所述反射镜部绕所述第1轴倾斜振动且以所述反射镜部和所述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式驱动的情况下，

所述反射镜部的位移倾斜量|Zm/Lm|与所述第1致动器的位移倾斜量|Za₁₁/La₁₁|之比R1＝|Zm/Lm|/|Za₁₁/La₁₁|为9.4≤R1≤87。

4.根据权利要求3所述的微镜器件，其中，

所述比R1为16≤R1。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的微镜器件，其中，

在所述反射镜部以及所述第1致动器绕所述第2轴倾斜振动且以所述反射镜部以及所述第1致动器、和所述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式驱动的情况下，

所述第1致动器的位移倾斜量|Za₁₂/La₁₂|与所述第2致动器的位移倾斜量|Za₂₂/La₂₂|之比R2＝|Za₁₂/La₁₂|/|Za₂₂/La₂₂|为0.75≤R2≤27。

6.根据权利要求5所述的微镜器件，其中，

所述比R2为2.3≤R2。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的微镜器件，其中，

所述固定部具有大于所述反射镜部、所述第1致动器以及所述第2致动器的厚度。

8.根据权利要求7所述的微镜器件，其中，

所述第1致动器具备由与所述固定部相同的厚度的结构体构成的第1阻挡部。

9.根据权利要求7或8所述的微镜器件，其中，

所述第2致动器具备由与所述固定部相同的厚度的结构体构成的第2阻挡部。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的微镜器件，其中，

该微镜器件具备驱动电路，该驱动电路用于将驱动信号输入于所述第1致动器以及所述第2致动器的所述压电元件。

11.根据权利要求10所述的微镜器件，其中，

所述驱动电路将以绕所述第1轴倾斜振动的第1共振模式驱动所述反射镜部、且以绕所述第2轴倾斜振动的第2共振模式驱动所述反射镜部以及所述第1致动器的驱动信号输入于所述压电元件。

12.根据权利要求11所述的微镜器件，其中，

所述第1共振模式为所述反射镜部和所述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

13.根据权利要求11或12所述的微镜器件，其中，

所述第2共振模式为所述反射镜部以及所述第1致动器、和所述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

14.一种微镜器件的驱动方法，其为权利要求1至10中任意一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，

将第1频率的驱动信号波形输入于所述第1致动器的所述压电元件，激发所述反射镜部绕所述第1轴倾斜振动的第1共振模式，并且

将第2频率的驱动信号波形输入于所述第2致动器的所述压电元件，激发所述反射镜部以及所述第1致动器绕所述第2轴倾斜振动的第2共振模式。

15.根据权利要求14所述的微镜器件的驱动方法，其中，

作为所述第1共振模式，使所述第1致动器激发所述反射镜部和所述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

16.根据权利要求14或15所述的微镜器件的驱动方法，其中，

作为所述第2共振模式，使所述第2致动器激发所述第1致动器以及所述反射镜部、和所述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低阶模式。

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