JP2012198415A - 光偏向器の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー部の偏向角を直線的に変化させ得る期間が短くなりすぎないようにしつつ、ミラー部の高周波振動の発生が抑制されるように該ミラー部の揺動を行なうことができる光偏向器の駆動装置を提供する。
【解決手段】ミラー部１を揺動軸Ｘ２の周りに揺動させる圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂは、複数の圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）を連結して構成され、圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの一端及び他端のいずれか一方側から偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）と、奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）とのいずれか一方を圧電駆動する駆動電圧は、ノコギリ波状の２つの電圧信号を、所定の位相差だけ位相をずらした状態で合成することにより得られる波形の電圧信号である。圧電カンチレバー３（偶数）及び圧電カンチレバー３（奇数）の他方を圧電駆動する駆動電圧は一方を圧電駆動する駆動電圧の逆位相の波形とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電アクチュエータにより揺動されるミラー部を備える光偏向器の駆動装置に関する。

従来、圧電アクチュエータにより揺動されるミラー部を備える光偏向器としては、例えば特許文献１に見られるものが本願出願人により提案されている。

この光偏向器は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部が搭載された可動部を支持基体に対して所定の揺動軸周りに揺動させるアクチュエータとして該可動部に一端が連結されると共に該支持基体に他端が連結された圧電アクチュエータとを備えている。

この場合、上記圧電アクチュエータは、圧電駆動によって屈曲変形するようにそれぞれ構成されると共に上記揺動軸の方向に並ぶように配置された複数の圧電カンチレバーを、そのそれぞれが隣合う圧電カンチレバーに対して折り返されるように連結することにより構成される。

このような圧電アクチュエータを有する光偏向器では、隣合う圧電カンチレバーを逆向きに屈曲させるようにすることで、比較的大きな偏向角でミラー部を揺動させることができる。また、ＭＥＭＳ技術を使用して、比較的容易に光偏向器を量産できるという利点がある。

特開２００９−２２３１６５号公報

前記特許文献１には、上記圧電アクチュエータを構成する圧電カンチレバーのうち、該圧電アクチュエータの一端側から偶数番目の圧電カンチレバーと、奇数番目の圧電カンチレバーとに互いに逆極性のノコギリ波状の駆動電圧を付与することで、該駆動電圧の大きさに応じた偏向角でミラー部を揺動させることが記載されている。

しかしながら、本願発明者のさらなる実験、検討によって、偶数番目の圧電カンチレバーと、奇数番目の圧電カンチレバーとに、単に、互いに逆極性のノコギリ波状の駆動電圧を付与するようにした場合には、駆動電圧よりも高周波の振動成分がミラー部の偏向角（揺動量）の波形に含まれることが判明した。

これは、次のような理由によるものと考えられる。すなわち、ノコギリ波状の駆動電圧には、その周波数の整数倍（２倍、３倍等）の多くの高調波成分が含まれる。このため、各圧電カンチレバーに付与するノコギリ波状の駆動電圧の周波数が、ミラー部の揺動駆動機構の機械的な固有振動数（圧電アクチュエータ等の構造に依存する機械的な固有振動数）よりも小さくても、該駆動電圧の比較的低次側の高調波成分の周波数が、上記機械的な固有振動数に一致もしくは近い周波数となりやすい。そして、このような場合には、駆動電圧の高調波成分によって、ミラー部の共振現象が発生し、それによって、ミラー部の高周波振動が発生すると考えられる。

このようなミラー部の高周波振動の発生を防止するための手法としては、例えば、上記固有振動数が、圧電カンチレバーに付与するノコギリ波状の駆動電圧の周波数よりも十分に高い周波数になるように圧電アクチュエータを構成することが考えられる。あるいは、例えば、各圧電カンチレバーに付与する駆動電圧を、上記固有振動数と乖離した周波数の正弦波の駆動電圧にすることが考えられる。

しかしながら、前者の手法では、ミラー部の揺動駆動機構（圧電アクチュエータ等）を硬くすることとなるために、ミラー部を比較的大きな偏向角で揺動させることが困難となる。また、後者の手法では、駆動電圧の１周期の期間内（全走査期間内）で、ミラー部の偏向角を直線的に変化させ得る期間、すなわち、画像表示等に実際に利用し得る有効走査期間が短くなり過ぎて、光偏向器の実用性が損なわれてしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ミラー部を揺動駆動するための圧電アクチュエータを構成する圧電カンチレバーを圧電駆動するための駆動電圧の波形を適切な波形に設定することで、ミラー部の偏向角を直線的に変化させ得る期間が短くなりすぎないようにしつつ、ミラー部の高周波振動の発生が抑制されるように該ミラー部の揺動を行なうことができる光偏向器の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の光偏向器の駆動装置は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部が搭載された可動部を支持基体に対して第１揺動軸周りに揺動させるアクチュエータとして該可動部に一端が連結されると共に該支持基体に他端が連結された第１圧電アクチュエータを備えており、該第１圧電アクチュエータが、圧電駆動によって屈曲変形するようにそれぞれ構成されると共に前記第１揺動軸の方向に並ぶように配置された複数の圧電カンチレバーを、そのそれぞれが隣合う圧電カンチレバーに対して折り返されるように連結することにより構成された光偏向器の駆動装置であって、
前記第１圧電アクチュエータを構成する複数の圧電カンチレバーのうち、該第１圧電アクチュエータの一端及び他端のいずれか一方側から偶数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動するための所定周波数の駆動電圧と、該一方側から奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動するための所定周波数の駆動電圧とのうちの少なくともいずれか一方を出力する駆動電圧出力手段を備え、
前記駆動電圧は、互いに同一の波形形状を有するノコギリ波状の２つの電圧信号を、所定の位相差だけ位相をずらした状態で合成することにより得られる波形の電圧信号であると共に、その振幅の最大値及び最小値の一方から他方まで電圧値が直線的に変化する期間の時間幅が、該駆動電圧の半周期よりも長い時間幅となる電圧信号であり、
前記所定の位相差は、該駆動電圧により前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に、前記ミラー部及び可動部の前記第１揺動軸周りの揺動に関する機械的な固有振動数に依存して該駆動電圧よりも高周波で発生する該ミラー部の機械的な高周波振動成分を、前記ノコギリ波状の２つの電圧信号の一方のみにより前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合よりも抑制するようにあらかじめ設定された位相差であることを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明において、ノコギリ波状の２つの電圧信号の位相差というのは、一方の電圧信号の電圧値が振幅の最大値（又は最小値）となるタイミングと、他方の電圧信号の電圧値が振幅の最大値（又は最小値）となるタイミングとの間の時間軸方向のずれ量を意味する。

上記第１発明によれば、前記駆動電圧は、ノコギリ波状の２つの電圧信号を合成することにより得られる波形の電圧信号であるので、該駆動電圧によって、前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に得られる前記ミラー部の偏向角（揺動量）の振動波形は、ノコギリ波状の２つの電圧信号のそれぞれを個別に使用して、前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に得られる前記ミラー部の偏向角の振動波形を合成したものになると考えられる。

そして、ノコギリ波状の２つの電圧信号のそれぞれを個別に使用して、前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に得られる前記ミラー部の偏向角の振動波形には、ミラー部の揺動に関する固有振動数（ミラー部を第１揺動軸周りに揺動させる機構（前記第１圧電アクチュエータ等により構成される機構）の機械的な固有振動数）もしくはその近辺の周波数での共振現象に起因する高周波振動成分が含まれることがあるものの、それらの振動波形を、適切な位相差だけ位相をずらして合成することで、それぞれのノコギリ波状の電圧信号による圧電駆動によって発生するミラー部の高周波振動を相互に打ち消し合うようにすることができると考えられる。

そこで、第１発明では、前記駆動電圧を、互いに同一の波形形状を有するノコギリ波状の２つの電圧信号を、所定の位相差だけ位相をずらした状態で合成することにより得られる波形の電圧信号とした。そして、前記所定の位相差は、該駆動電圧により前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に発生するミラー部の機械的な高周波振動成分を、前記ノコギリ波状の２つの電圧信号の一方のみにより前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合よりも抑制するようにあらかじめ設定した。

これにより、第１発明によれば、ミラー部の偏向角の振動波形に、駆動電圧よりも高周波の高周波振動成分が含まれるのを抑制することができる。

また、駆動電圧は、ノコギリ波状の２つの電圧信号を合成することにより得られる波形の電圧信号であるので、各ノコギリ波状の電圧信号の、電圧値が増加していく立ち上がり期間の時間幅と、該電圧値が減少していく立ち下がり期間の時間幅との比率を適切に設定しておくことで、駆動電圧の電圧値が、該駆動電圧の振幅の最大値及び最小値の一方から他方まで電圧値が直線的に変化する期間の時間幅を、該駆動電圧の半周期よりも長い時間幅となるようにすることができる。

よって、第１発明によれば、ミラー部の偏向角を直線的に変化させ得る期間が短くなりすぎないようにしつつ、ミラー部の高周波振動の発生が抑制されるように該ミラー部の揺動を行なうことができる。

かかる第１発明では、前記所定の位相差は、前記ノコギリ波状の２つの電圧信号の一方のみにより前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に発生する前記ミラー部の機械的な高周波振動成分の半周期分の位相差にあらかじめ設定されていることが好適である（第２発明）。

この第２発明によれば、ノコギリ波状の２つの電圧信号のそれぞれを個別に使用して、前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に得られる前記ミラー部の偏向角の振動波形に含まれる高周波振動成分がその半周期分、ずれることとなるため、それらの高周波振動成分の相互の打ち消しが効果的になされる。このため、前記駆動電圧により前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に、ミラー部の偏向角の振動波形に高周波振動成分が含まれるのを効果的に抑制することができる。

また、前記第１発明又は第２発明では、前記駆動電圧出力手段は、前記偶数番目圧電カンチレバーを圧電駆動するための駆動電圧である第１駆動電圧と、前記奇数番目圧電カンチレバーを圧電駆動するための駆動電圧である第２駆動電圧とを出力する手段であってもよく、この場合には、該第１駆動電圧と第２駆動電圧とは、互いに逆位相の波形の駆動電圧とされる（第３発明）。

補足すると、第３発明において、前記第１駆動電圧と第２駆動電圧とが、互いに逆位相の波形の駆動電圧であるということは、第１駆動電圧及び第２駆動電圧の一方の波形が、他方の波形をその振幅方向で反転させた形状の波形となることを意味する。

この場合、第１駆動電圧の電圧値が、振幅の最小値から次の最小値まで変化する１周期の期間のうち、該電圧値が振幅の最小値から最大値まで変化する期間の期間幅をＴ１ａ、該電圧値が振幅の最大値から最小値まで変化していく期間の時間幅をＴ１ｂ（≠Ｔ１ａ）とし、第２駆動電圧の電圧値が、振幅の最小値から次の最小値まで変化する１周期の期間のうち、該電圧値が振幅の最小値から最大値まで変化する期間の時間幅をＴ２ａ、該電圧値が振幅の最大値から最小値まで変化する期間の時間幅をＴ２ｂ（≠Ｔ２ａ）としたとき、Ｔ１ａ＝Ｔ２ｂ、Ｔ１ｂ＝Ｔ２ａとなる。なお、第１駆動電圧の振幅値と第２駆動電圧の振幅値とは、互いに同一でなくてもよい。

上記第３発明によれば、前記偶数番目の圧電カンチレバーを圧電駆動するための前記第１駆動電圧と、前記奇数番目の圧電カンチレバーを圧電駆動するための第２駆動電圧とが、互いに逆位相の波形の駆動電圧であるので、前記ミラー部を比較的大きな振幅の偏向角で揺動させることができる。

なお、以上説明した第１〜第３発明の光偏向器では、前記ミラー部は、前記可動部に対して固定されていてもよいが、該ミラー部を、可動部に対して、前記第１揺動軸と異なる方向の第２揺動軸（例えば第１揺動軸と直交する方向の第２揺動軸）の周りに揺動し得るように該可動部に搭載しておくと共に、該可動部に対してミラー部を第２揺動軸周りに揺動させる第２圧電アクチュエータをさらに備えるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態及び第実施形態の光偏向器の構成を示す斜視図。 図１の光偏向器に備える圧電カンチレバー等の構造を模式的に示す断面図。 図１の光偏向器の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの作動を示す説明図。 図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施形態において合成するノコギリ波電圧を示すグラフ、第１駆動電圧の波形を示すグラフ、第２駆動電圧の波形を示すグラフ。 図５（ａ），（ｂ）は図４（ａ）に示す位相差Φｘの設定指針を説明するためのグラフ。 図４（ｂ）に示す合成駆動電圧（第１駆動電圧）の周波数特性を示すグラフ。 第１実施例におけるミラー部の揺動に関する機械的な周波数特性を示すグラフ。 図８（ａ），（ｂ）は、第１実施例において図１の光偏向器の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを圧電駆動するための第１駆動電圧と、ミラー部の偏向角の変化の波形とを例示するグラフ。 図８（ａ）に示す第１駆動電圧の周波数特性を示すグラフ。 図１０（ａ），（ｂ）は、第１実施例に対応する第１比較例において図１の光偏向器の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを圧電駆動するための第１駆動電圧と、ミラー部の偏向角の変化の波形とを例示するグラフ。 第２実施例におけるミラー部の揺動に関する機械的な周波数特性を示すグラフ。 図１２（ａ），（ｂ）は、第２実施例において図１の光偏向器の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを圧電駆動するための第１駆動電圧と、ミラー部の偏向角の変化の波形とを例示するグラフ。 図１２（ａ）に示す第１駆動電圧の周波数特性を示すグラフ。 図１４（ａ），（ｂ）は、第２実施例に対応する第２比較例において図１の光偏向器の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを圧電駆動するための第１駆動電圧と、ミラー部の偏向角の変化の波形とを例示するグラフ。

本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の光偏向器Ａ１は、入射された光を反射するミラー部１と、ミラー部１が搭載された可動部９と、ミラー部１を可動部９に対して揺動軸Ｘ１の周りに揺動させるための圧電アクチュエータ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと、ミラー部１及び可動部９を支持基体１１に対して揺動軸Ｘ２の周りに揺動させるための圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂとを備えている。

ミラー部１は、円板状のミラー部基体１ａと、このミラー部基体１ａ上に光の反射面として形成された金属薄膜１ｂとを備え、ミラー部基体１ａの直径方向の両端から外側へ向かって１対のトーションバー２ａ，２ｂが延設されている。そして、ミラー部１は、これらのトーションバー２ａ，２ｂを介して可動部９に連結されて、該可動部９に搭載されている。

具体的には、可動部９は、方形枠状に形成されており、ミラー部１の周囲を囲むように設けられている。そして、ミラー部基体１ａから延設されたトーションバー２ａ，２ｂのそれぞれの先端部が、可動部９の内周部に連結されている。これにより、ミラー部１は、トーションバー２ａ，２ｂを介して可動部９に連結されていると共に、トーションバー２ａ，２ｂの捩れによって、該トーションバー２ａ，２ｂの軸心たる揺動軸Ｘ１の周りに揺動可能となっている。

ミラー部１を可動部９に対して揺動させる圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄは、本実施形態では、２対備えられている。その一方の対の圧電アクチュエータ８ａ，８ｃは、可動部９の内側でトーションバー２ａを挟んで対向するように配置され、他方の対の圧電アクチュエータ８ｂ，８ｄは、可動部９の内側でトーションバー２ｂを挟んで対向するように配置されている。

以降、これらの圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄを内側圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄという。また、これらの内側圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄを区別する必要が無いときは、それぞれを総称的に内側圧電アクチュエータ８という。

各内側圧電アクチュエータ８は、圧電駆動によって屈曲変形するように構成された圧電カンチレバーにより構成されている。そして、一方の対の内側圧電アクチュエータ８ａ，８ｃは、トーションバー２ａと直交する方向（揺動軸Ｘ１と直交する方向）に延在しており、それぞれの先端部がトーションバー２ａに連結されると共に、それぞれの基端部が可動部９の内周部に連結されている。

同様に、圧電アクチュエータ８ｂ，８ｄは、トーションバー２ｂと直交する方向（揺動軸Ｘ１と直交する方向）に延在しており、それぞれの先端部がトーションバー２ｂに連結されると共に、それぞれの基端部が可動部９の内周部に連結されている。

支持基体１１は、方形枠状に形成されており、可動部９の周囲を囲むように設けられている。そして、ミラー部１及び可動部９を支持基体１１に対して揺動させる一対の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂが、支持基体１１の内周部と可動部９の外周部との間で、可動部９を挟んで揺動軸Ｘ２の方向（揺動軸Ｘ１と直交する方向）に対向するようにして配置されており、これらの圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを介して、可動部９が支持基体１１に支持されている。

以降、これらの圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂという。また、これらの外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを区別する必要が無いときは、それぞれを総称的に外側圧電アクチュエータ１０という。

各外側圧電アクチュエータ１０は、圧電駆動によって屈曲変形するようにそれぞれ構成された複数（図示例では４つ）の圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）を連結して構成されている。この場合、各外側圧電アクチュエータ１０を構成する複数の圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）は、支持基体１１の内周部と可動部９の外周部との間で、揺動軸Ｘ２と直交する方向（揺動軸Ｘ１と同方向）に延在して、該揺動軸Ｘ２の方向に間隔を存して並ぶように配置されていると共に、そのそれぞれの圧電カンチレバーが隣合う圧電カンチレバーに対して折り返されるように連結されている。従って、各外側圧電アクチュエータ１０は、揺動軸Ｘ２と直交する方向を振幅方向として蛇行するようにして延在している。

そして、各外側圧電アクチュエータ１０の一端部（最も支持基体１１寄りの圧電カンチレバー３(4)の基端部）が、支持基体１１の内周部に連結されると共に、他端部（最も可動部９寄りの圧電カンチレバー３(1)の先端部）が、可動部９の外周部に連結されている。

これにより、可動部９が、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを介して支持基体１１に支持されていると共に、各外側圧電アクチュエータ１０を構成する圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）の屈曲変形によって支持基体１１に対して揺動軸Ｘ２の周りに揺動可能となっている。

以降の説明では、各外側圧電アクチュエータ１０を構成する圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）をそれぞれ、可動部９側から順番に１番目、２番目、３番目、４番目の圧電カンチレバーとし、圧電カンチレバー３(1)，３(3)を奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）、圧電カンチレバー３(2)，３(4)をそれぞれ偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）ということがある。

なお、図示例の光偏向器Ａ１では、各外側圧電アクチュエータ１０を構成する圧電カンチレバー３(i)の個数は４個であるが、より多くの圧電カンチレバー３(i)により各外側圧電アクチュエータ１０を構成するようにしてもよいことはもちろんである。

内側圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄのそれぞれと、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを構成する圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）のそれぞれとは、図２に模式的な断面図で示すように、起歪体（カンチレバー本体）としての支持体４の層上に下部電極５、圧電体６及び上部電極７の層を積層した構造の圧電カンチレバーであり、下部電極５と上部電極７との間で圧電体６に駆動電圧を印加することで、圧電体６と共に支持体４が屈曲変形するようになっている。

なお、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの隣合う圧電カンチレバー３(k)，３(k+1)（ｋ＝１，２，３）の連結部は、その隣合う圧電カンチレバー３(k)，３(k+1)のそれぞれの支持体４を一体に連結した部分となっており、その連結部には、圧電体６及び上部電極７の層（あるいは下部電極５、圧電体６及び上部電極７の層）は設けられていない。

光偏向器Ａ１は、内側圧電アクチュエータ８ａ，８ｂの上部電極７と下部電極５との間にそれぞれ駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ａ及び下部電極パッド１３ａと、内側圧電アクチュエータ８ｃ，８ｄの上部電極７と下部電極５との間にそれぞれ駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｂ及び下部電極パッド１３ｂとを支持基体１１上に備えている。

また、光偏向器Ａ１は、外側圧電アクチュエータ１０ａの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）の上部電極７と下部電極５との間に駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｃと、外側圧電アクチュエータ１０ａの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）の上部電極７と下部電極５との間に駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｅと、上部電極パッド１２ｃ，１２ｅに対して共通の下部電極パッド１３ｃと、外側圧電アクチュエータ１０ｂの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）の上部電極７と下部電極５との間に駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｄと、外側圧電アクチュエータ１０ｂの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）の上部電極７と下部電極５との間に駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｆと、上部電極パッド１２ｄ，１２ｆに対して共通の下部電極パッド１３ｄとを支持基体１１上に備えている。

下部電極５と下部電極パッド１３ａ〜１３ｄとは、支持体４を構成する半導体基板（例えばシリコン基板）上の金属薄膜（本実施形態では２層の金属薄膜。以下、下部電極層ということがある）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成されている。この金属薄膜の材料としては、例えば、１層目（下層）にはチタン（Ｔｉ）を用い、２層目（上層）には、白金（Ｐｔ）が用いられる。

この場合、各内側圧電アクチュエータ８（圧電カンチレバー）の下部電極５は、該内側圧電アクチュエータ８の支持体４上のほぼ全面に形成され、各外側圧電アクチュエータ１０の圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）の下部電極５は、それぞれ、支持体４（直線部（各圧電カンチレバー３(i)が延在する部分）と連結部とを合わせた全体）上のほぼ全面に形成されている。そして、下部電極パッド１３ａ〜１３ｄは、支持基体１１上及び可動部９上に形成された下部電極層を介して、それぞれ、内側圧電アクチュエータ８ａ，８ｂの下部電極５、内側圧電アクチュエータ８ｃ，８ｄの下部電極５、外側圧電アクチュエータ１０ａの下部電極５、外側圧電アクチュエータ１０ｂの下部電極５に導通される。

各内側圧電アクチュエータ８（圧電カンチレバー）及び各外側圧電アクチュエータ１０の圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）のそれぞれの圧電体６は、半導体プレーナプロセスを用いて、下部電極層上の１層の圧電膜（以下、圧電体層ということがある）を形状加工することにより、それぞれの圧電カンチレバーの下部電極５上に互いに分離して形成されている。この圧電膜の材料としては、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。

この場合、各内側圧電アクチュエータ８の圧電体６は、各内側圧電アクチュエータ８毎に、下部電極５上のほぼ全面に形成されている。また、各外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの圧電体６は、各圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）の延在部分（直線部）において、下部電極５上のほぼ全面に形成されている。

各上部電極７と、上部電極パッド１２ａ〜１２ｆと、これらを導通する上部電極配線（図示せず）は、半導体プレーナプロセスを用いて、圧電体層上の金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜。以下、上部電極層ということがある）を形状加工することにより形成されている。この金属薄膜の材料としては、例えば白金（Ｐｔ）又は金（Ａｕ）が用いられる。

この場合、内側圧電アククチュエータ８及び外側圧電アクチュエータ１０のそれぞれの上部電極７は、各圧電カンチレバー毎に、圧電体６上のほぼ全面に形成されている。そして、上部電極パッド１２ａ，１２ｂは、それぞれ、内側圧電アクチュエータ８ａ，８ｂの上部電極７、内側圧電アクチュエータ８ｃ，８ｄの上部電極７に、上部電極配線（図示せず）を介して導通される。また、上部電極パッド１２ｃ〜１２ｆは、それぞれ、外側圧電アクチュエータ１０ａの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）の上部電極７、外側圧電アクチュエータ１０ｂの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）の上部電極７、外側圧電アクチュエータ１０ａの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）の上部電極７、外側圧電アクチュエータ１０ｂの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）の上部電極７に、上部電極配線（図示せず）を介して導通される。

ミラー部１の反射面を構成する金属薄膜１ｂは、半導体プレーナプロセスを用いて、ミラー部基体１ａ上の金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜）を形状加工して形成されている。その金属薄膜の材料としては、例えばＡｕ，Ｐｔ，銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。

また、ミラー部基体１ａと、トーションバー２ａ，２ｂと、支持体４と、可動部９と、支持基体１１とは、複数の層から構成される半導体基板（シリコン基板）を形状加工することにより一体的に形成されている。半導体基板を形状加工する手法としては、フォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術等を利用した半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスが用いられる。

さらに、光偏向器Ａ１は、ミラー部１の揺動（偏向・走査）を制御する制御回路２０に接続されている。制御回路２０は、ＣＰＵ、プロセッサ等を含む電子回路ユニットであり、その機能として、内側圧電アクチュエータ８を圧電駆動するための駆動電圧を制御することで、ミラー部１の揺動軸Ｘ１周りでの揺動（偏向・走査）を行なわせる第１制御手段２１と、外側圧電アクチュエータ１０を圧電駆動するための駆動電圧を制御することで、ミラー部１の揺動軸Ｘ２周りでの揺動（偏向・走査）を行なわせる第２制御手段２２とを備えている。

補足すると、以上説明した光偏向器Ａ１においては、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂが本発明における第１圧電アクチュエータに相当し、揺動軸Ｘ２が本発明における第１揺動軸に相当する。また、制御回路２０が、本発明における光偏向器の駆動装置に相当する。

次に、本実施形態の光偏向器Ａ１の作動を以下に説明する。

光偏向器Ａ１は、例えば、電子写真の画像形成装置や、走査型ディスプレイ等の画像表示装置に備えられ、ミラー部１に入射する光を、画像投影面等に対して偏向・走査する。

この場合、内側圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄを第１制御手段２１により圧電駆動することで、ミラー部１の揺動軸Ｘ１周りの揺動が行なわれ、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを第２制御手段２２により圧電駆動することで、ミラー部１の揺動軸Ｘ２周りの揺動が行なわれる。ミラー部１の揺動軸Ｘ１周りの揺動と、揺動軸Ｘ２周りの揺動とは、それぞれ、例えば水平方向の偏向・走査、垂直方向の偏向・走査のための揺動である。

ミラー部１の揺動軸Ｘ１周りの揺動は、前記特許文献１に記載されているものと同様に行なわれる。すなわち、内側圧電アクチュエータ８ａ，８ｂのそれぞれの上部電極７と下部電極５との間に第１の電圧を印加すると共に、内側圧電アクチュエータ８ｃ，８ｄのそれぞれ上部電極７と下部電極５との間に第２の電圧を印加する。この場合、第１の電圧と第２の電圧とは、互いに逆位相、あるいは位相のずれた所定周波数の交流電圧（例えば正弦波）とされる。

これにより、一方の対の内側圧電アクチュエータ８ａ，８ｃが、互いに逆方向に屈曲変形するように圧電駆動されると共に、他方の対の内側圧電アクチュエータ８ｂ，８ｄも、互いに逆方向に屈曲変形するように圧電駆動される。これらの屈曲変形により、トーションバー２ａ，２ｂの捩れ変形が発生する。ひいては、ミラー部１は、揺動軸Ｘ１周りに揺動する。これにより、揺動軸Ｘ１周りでの光の偏向・走査が行なわれる。

一方、ミラー部１の揺動軸Ｘ２周りの揺動は、本実施形態では、次のように行なわれる。

本実施形態では、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを圧電駆動する第２制御手段２２は、その機能として、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）を圧電駆動するための第１駆動電圧を出力する第１駆動電圧出力手段２２ａと、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）を圧電駆動するための第２駆動電圧を出力する第２駆動電圧出力手段２２ｂとを備えている。従って、第２制御手段２２は、本発明における駆動電圧出力手段に相当するものである。

そして、第２制御手段２２は、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）のそれぞれの下部電極５と上部電極７と間に、第１駆動電圧を印加することで、各圧電カンチレバー３（偶数）を圧電駆動して屈曲変形させる。同時に、第２制御手段２２は、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）のそれぞれの下部電極５と上部電極７と間に、第２駆動電圧を印加することで、各圧電カンチレバー３（奇数）を圧電駆動して屈曲変形させる。

上記第１駆動電圧及び第２駆動電圧は、例えば図４（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示すように、所定の波形パターンでの電圧値の増減を一定振幅で周期的に繰り返す所定周波数ｆｄの電圧信号である。これらの第１駆動電圧及び第２駆動電圧の周波数ｆｄは互いに同じであり、例えば６０Ｈｚである。

そして、第１駆動電圧及び第２駆動電圧の一方、例えば第１駆動電圧は、図４（ａ）に示すノコギリ波状の２つの電圧信号Ａ，Ｂ（以降、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂという）を合成することにより得られる波形の電圧信号（以降、合成駆動電圧ということがある）である。

上記合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂは、より詳しくは、互いに同一の波形形状を有するノコギリ波状の電圧信号である。すなわち、図４（ａ）に示す如く、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂは、その振幅値が互いに同一であると共に、電圧値が振幅の極小値（最小値）から極大値（最大値）まで直線的に増加していく立ち上がり期間の時間幅Ｔｘａと、極大値から極小値まで直線的に減少していく立ち下り期間の時間幅Ｔｘｂとがそれぞれ互いに同一となる電圧信号である。また、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの周波数は、第１駆動電圧と同一の周波数ｆｄである。

なお、立ち上がり期間の時間幅Ｔｘａと立ち下がり期間の時間幅Ｔｘｂとのうちの一方は、他方よりも長い時間幅とされ、図示例では、Ｔｘａ＞Ｔｘｂとされている。

そして、合成駆動電圧は、これらの２つの合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂを、時間軸方向で所定の位相差Φｘだけ位相をずらした状態で合成することにより得られる波形の電圧信号とされている。この場合、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂを合成することにより得られる波形の電圧信号というのは、任意の時刻ｔでの合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂのそれぞれの電圧値をＶａ(t)、Ｖｂ(t)としたとき、合成後の波形の時刻ｔでの電圧値Ｖ(t)が（Ｖａ(t)、Ｖｂ(t)）の一次関数値となるような波形の電圧信号、すなわち、Ｖ(t)＝α×（Ｖａ(t)＋Ｖｂ(t)）＋βとなるような波形の電圧信号である。

なお、αは合成駆動電圧の振幅値を調整するための正の定数、βは合成駆動電圧の振幅の最小値又は最大値を調整するためのオフセット値（定数）である。オフセット値βは、例えば合成駆動電圧の波形の振幅の最小値がゼロとなるように設定される。

また、２つの合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの間の位相差Φｘは、次のような指針で設定される。

光偏向器Ａ１の外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）と奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）とのうちの一方だけを、図５（ａ）に例示するようなノコギリ波状の駆動電圧により圧電駆動した場合を想定する。この場合には、一般に、ミラー部１の揺動軸Ｘ２周りの偏向角（揺動量）は、例えば、図５（ｂ）に示すように、ノコギリ波状の駆動電圧よりも高周波の機械的な振動成分がノコギリ波状の波形に重畳されたような形の波形となる。

このようにミラー部１の偏向角に含まれることとなる高周波振動成分は、ノコギリ波状の駆動電圧の高調波成分（ノコギリ波状の駆動電圧の周波数の整数倍の周波数の成分）のうち、光偏向器Ａ１のミラー部１の揺動軸Ｘ２周りの揺動に関する固有振動数（詳しくは、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂ、可動部９、トーションバー２ａ，２ｂにより構成される機構の一次の固有振動数。以降、ミラー部揺動固有振動数ｆ0という）に一致もしくは近い周波数となる高調波成分（振幅値がある程度の大きさを有する高調波成分）によって引き起こされる共振現象に起因するものである。

このように、光偏向器Ａ１の外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）又は奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）だけをノコギリ波状の駆動電圧により圧電駆動した場合には、ミラー部１の偏向角の波形には、一般に、ミラー部揺動固有振動数ｆ0にほぼ一致する周波数を有する高周波振動成分が含まれる。そして、ミラー部１の偏向角は、基本的には、ノコギリ波状の駆動電圧に追従するように変化するので、ノコギリ波状の駆動電圧の時間軸方向の位相を変化させると、それに応じて、ミラー部１の偏向角の波形（高調波振動成分を含む）の時間軸方向の位相も変化する。

そこで、本実施形態では、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）と奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）とのうちの一方、例えば偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）を、合成元ノコギリ波電圧Ａのみにより圧電駆動した場合に発生するミラー部１の高周波振動成分と、合成元ノコギリ波電圧Ｂのみにより圧電駆動した場合に発生するミラー部１の高周波振動成分とが互いに打ち消し合うように、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの間の位相差Φｘを設定するようにした。

さらに詳細には、ミラー部１の共振現象に起因して発生するミラー部１の高周波振動成分（ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応して発生する高周波振動成分）の１周期分の位相差を図５（ｂ）に示す如くΦｙとおくと、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの間の位相差Φｘの大きさが、上記高周波振動成分の半周期分の位相差（＝Φｙ／２）に一致もしくはほぼ一致する場合に、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂのそれぞれに応じて上記の如く発生するミラー部１の高周波振動成分が互いに打ち消し合うと考えられる。

そこで、本実施形態では、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの間の位相差Φｘが、上記高周波振動成分の半周期分の位相差Φｙ／２に一致もしくはほぼ一致するように、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの間の位相差Φｘをあらかじめ設定した。

具体的には、ミラー部１の共振現象に起因して発生するミラー部１の高周波振動成分の周波数は、ミラー部揺動固有振動数ｆ0にほぼ一致するので、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの１周期分の位相差（＝合成駆動電圧の１周期分の位相差）を３６０［ｄｅｇ］としたとき、Φｙ＝３６０×（ｆd／ｆ0）［ｄｅｇ］である。従って、位相差Φｘは次式（１）の右辺により算出される値に設定される。

Φｘ＝Φｙ／２
＝３６０×（ｆd／ｆ0）×（１／２） ……（１）

図４（ｂ）に示す合成駆動電圧は、上記の如く位相差Φｘを設定した２つの合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂを合成してなる波形の電圧信号である。この合成駆動電圧は、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂと同一の周波数で一定の振幅を有する電圧信号となる。

さらに、合成駆動電圧の電圧値が振幅の最小値から次の最小値まで変化する１周期の期間のうち、電圧値が振幅の最小値から最大値まで変化する期間（時間幅Ｔ１ａの期間）を合成駆動電圧の立ち上がり期間、振幅の最大値から最小値まで変化する期間（時間幅Ｔ１ｂの期間）を合成駆動電圧の立ち下がり期間としたとき、図４（ｂ）に示す合成駆動電圧の波形は、立ち上がり期間では、電圧値が直線的に増加し、立ち下がり期間では、その途中の一時的な期間で電圧値の増加を生じると共に、その一時的な期間の前後で電圧値が直線的に減少するような波形となっている。

この場合、図４（ｂ）から判るように、合成駆動電圧の立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａ及び立ち下がり期間の時間幅Ｔ１ｂのそれぞれとΦｘ及びｆｄとの間の関係は、Ｔ１ａ＝Ｔｘａ−（Φｘ／３６０）×（１／ｆｄ）、Ｔ１ｂ＝Ｔｘｂ＋（Φｘ／３６０）×（１／ｆｄ）となる。そして、本実施形態では、Ｔ１ａ＞Ｔ１ｂとなるように、位相差Φｘと合成駆動電圧の周波数ｆｄとに応じて、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの立ち上がり期間の時間幅Ｔｘａと、立ち下がり期間の時間幅Ｔｘｂとの比率が設定される。

この場合、合成駆動電圧の１周期（＝１／ｆｄ）に対するＴｘａの比率（＝ｆｄ×Ｔｘａ）が、ｆｄ×Ｔｘａ＞（１／２）＋（Φｘ／３６０）となるか、あるいは、合成駆動電圧の１周期（＝１／ｆｄ）に対するＴｘｂの比率（＝ｆｄ×Ｔｘｂ）が、ｆｄ×Ｔｘｂ＞（１／２）−（Φｘ／３６０）となるようにＴｘａとＴｘｂとの比率を設定することで、Ｔ１ａ＞Ｔ１ｂとなる。

例えば、ｆd＝６０Ｈｚ、ｆ0＝２４２Ｈｚとした場合、Φｘ≒４５ｄｅｇであるので、ｆｄ×Ｔｘａ＞５／８又はｆｄ×Ｔｘｂ＜３／８となるように、ＴｘａとＴｘｂとの比率を設定しておくことによって、Ｔ１ａ＞Ｔ１ｂとなるようにすることができる。

補足すると、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂのそれぞれの各高調波成分の振幅は、ＴｘａとＴｘｂとの比率に応じて変化し、ＴｘａとＴｘｂとの比率によっては、前記ミラー部揺動固有振動ｆ0に一致もしくは近い周波数成分の振幅が微小となる場合もある。そして、その場合には、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）と奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）とのうちの一方を、合成元ノコギリ波電圧Ａ又はＢにより圧電駆動した場合に、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応するミラー部１の高周波振動が発生しないものとなる。

従って、本実施形態における合成元ノコギリ波電圧Ａ，ＢのＴｘａとＴｘｂとの比率は、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂのそれぞれの高調波成分のうち、前記ミラー部揺動固有振動ｆ0に一致もしくは近い周波数の成分の振幅がある程度の大きさの振幅を有する（ひいては合成元ノコギリ波電圧Ａ又はＢによる圧電駆動時にミラー部１の高周波振動が発生する）こととなるような比率である。

本実施形態では、以上の如く合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの合成によって作成された合成駆動電圧が、第１駆動電圧として使用される。この場合、この合成駆動電圧（第１駆動電圧）の周波数特性は、例えば図６に模式的に示すような周波数特性（スペクトル分布特性）となる。すなわち、合成駆動電圧の周波数特性は、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に一致もしくは近い周波数成分を持たないような周波数特性となる。

一方、第２駆動電圧は、図４（ｃ）に示す如く、第１駆動電圧の波形の逆位相の波形、すなわち、第１駆動電圧の波形をその振幅方向で反転させた波形の電圧信号とされている。

従って、第２駆動電圧の電圧値が振幅の最大値から次の最大値まで変化する１周期の期間のうち、電圧値が振幅の最大値から最小値まで変化する期間（時間幅Ｔ２ｂの期間）を第２駆動電圧の立ち下がり期間、振幅の最小値から最大値まで変化する期間（時間幅Ｔ２ａの期間）を第２駆動電圧の立ち上がり期間としたとき、第２駆動電圧の波形は、立ち下がり期間では、電圧値が直線的に減少し、立ち上がり期間では、その途中の一時的な期間で電圧値の減少を生じると共に、その一時的な期間の前後で電圧値が直線的に増加するような波形となる。

なお、この第２駆動電圧の周波数特性も、第１駆動電圧（合成駆動電圧）と同様に、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に一致もしくは近い周波数成分を持たないような周波数特性となる。

本実施形態では、制御回路２０の第２制御手段２２は、上記の如く波形が設定された第１駆動電圧及び第２駆動電圧のうちの第１駆動電圧を、第１駆動電圧出力手段２２ａから外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の各圧電カンチレバー３（偶数）の上部電極７と下部電極５との間に印加することで、圧電カンチレバー３（偶数）のそれぞれを圧電駆動すると共に、第２駆動電圧を外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの奇数番目の各圧電カンチレバー３（奇数）の上部電極７と下部電極５との間に印加することで、圧電カンチレバー３（奇数）のそれぞれを圧電駆動する。

なお、このとき、本実施形態では、第１駆動電圧と第２駆動電圧とは、第１駆動電圧の振幅の最小値（又は最大値）のタイミングと、第２駆動電圧の振幅の最大値（又は最小値）のタイミングとが一致するように同期される。

外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）を上記のような第１駆動電圧により圧電駆動することで、基本的には、該第１駆動電圧の電圧値の立ち上がり期間において、圧電カンチレバー３(4)の先端部（可動部９との連結部分）と、圧電カンチレバー３(2)の先端部（圧電カンチレバー３(3)との連結部分）とが、図３に例示する如く、それぞれの圧電カンチレバー３(4)，３(2)の基端部に対して同じ向き（図示例では上向き）に変位するように、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）が屈曲変形する。

また、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）を上記のような第２駆動電圧により圧電駆動することで、基本的には、該第２駆動電圧の電圧値の立ち下がり期間において、外側圧電カンチレバー３(3)の先端部（圧電カンチレバー３(4)との連結部分）と、圧電カンチレバー３(1)の先端部（圧電カンチレバー３(2)との連結部分）とが、図３に例示する如く、それぞれの圧電カンチレバー３(3)，３(1)の基端部に対して、圧電カンチレバー３（偶数）の場合と逆向き（図示例では下向き）に変位するように、奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）が屈曲変形する。

これにより、ミラー部１が揺動軸Ｘ２の周りに揺動する。この場合、前記した如く、合成駆動電圧である第１駆動電圧と、これと逆位相の第２駆動電圧とは、前記したと如く、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に一致もしくは近い周波数成分を持たない。このため、第１駆動電圧の立ち上がり期間（又は第２駆動電圧の立ち下がり期間）において、後述する図８（ｂ），図１２（ｂ）に例示する如く、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応する高周波振動を生じることなく、ミラー部１の偏向角（揺動量）を概ね直線的に変化させることができる。

また、このとき、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれにおいて、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）の基端部に対する先端部の屈曲方向と、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）の基端部に対する先端部の屈曲方向とが図３に例示した如く、逆向きになることで、ミラー部１を、比較的大きな偏向角（揺動量）の振幅で、揺動軸Ｘ２周りに揺動させることができる。

また、第１駆動電圧の立ち上がり期間及び第２駆動電圧の立ち下がり期間の時間幅Ｔ１ａ，Ｔ２ｂが、第１駆動電圧の立ち下がり期間及び第２駆動電圧の立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ｂ，Ｔ２ａよりも長いので、第１駆動電圧及び第２駆動電圧を単一周波数の正弦波電圧とした場合に較べて、該第１駆動電圧及び第２駆動電圧の１周期内で、ミラー部１の偏向角をほぼ直線状に変化させ得る時間幅、すなわち、有効走査期間として活用し得る時間幅を長くできる。

従って、本実施形態の光偏向器Ａ１を例えば画像表示装置に使用した場合、高品質の精細な画像表示を実現できることとなる。

次に、本発明のより具体的な実施例（第１実施例、第２実施例）を以下に説明する。

［第１実施例］
第１実施例では、各外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの厚さ、全長、幅が、それぞれ３５μｍ、３５ｍｍ、０．２ｍｍであり、また、そのバネ定数が、４．５×１０^-3Ｎ／ｍ²である光偏向器Ａ１を作成した。

図７は、この光偏向器Ａ１のミラー部１を揺動軸Ｘ２周りに揺動させる機構の機械的な振動の周波数特性の計測結果を示している。図示の如く、第１実施例におけるミラー部１の機械的な振動に関する一次の固有振動数であるミラー部揺動固有振動数ｆ0は２４２Ｈｚである。なお、図７の縦軸のゲインは、横軸の各周波数に対するミラー部１の揺動軸Ｘ２周りの偏向角の振幅の大きさに相当するものである。

また、第１実施例では、第１及び第２駆動電圧の周波数ｆd（＝合成駆動電圧の周波数）を６０Ｈｚ、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの立ち上がり期間の時間幅Ｔａｘと立ち下がり期間の時間幅Ｔｘｂとの比率を、例えばＴｘａ：Ｔｘｂ＝９：１とし、これらの合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂを前記した如く合成することによって合成駆動電圧の波形を設定した。

この合成駆動電圧の波形と、その周波数特性（スペクトル分布特性）とをそれぞれ、図８（ａ）及び図９に示す。この場合、前記式（１）によりΦｘ≒４５ｄｅｇである。また、前記したように、Ｔ１ａ＝Ｔｘａ−（Φｘ／３６０）×（１／ｆｄ）、Ｔ１ｂ＝Ｔｘｂ＋（Φｘ／３６０）×（１／ｆｄ）であるから、図８（ａ）における合成駆動電圧の立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａと、立ち下がり期間の時間幅Ｔ１ｂとの比率は、Ｔ１ａ：Ｔ１ｂ≒８：２である。

また、図９に示す如く、合成駆動電圧は、ミラー部揺動固有振動数ｆ0（＝２４２Ｈｚ）に一致もしくはそれに近い周波数成分を持たない（該周波数成分の振幅値が十分に微小である）ことが確認された。

第１実施例では、かかる合成駆動電圧を第１駆動電圧として使用し、この第１駆動電圧により、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）だけを圧電駆動した。そして、この圧電駆動に伴うミラー部１の偏向角の振動波形を観測した。図８（ｂ）は、この観測により得られたミラー部１の偏向角の振動波形を示している。

図８（ｂ）に示す如く、ミラー部１の偏向角（揺動量）は、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応する高周波振動を生じることなく、合成駆動電圧にほぼ追従するようにして滑らかに変化する。なお、この場合、ミラー部１の偏向角が直線的に増加していく期間の時間幅Ｔａと、該偏向角が減少していく期間の時間幅Ｔｂとの比率は、Ｔａ：Ｔｂ≒８．１：１．９となることが確認された。従って、第１実施例では、ミラー部１の偏向角の振動の１周期の８１％程度の期間を有効走査期間として活用できる。

図１０（ａ），（ｂ）は、第１実施例に対応する第１比較例に関する図である。図１０（ａ）は、この第１比較例で使用した第１駆動電圧の波形を示している。図示の如く、第１比較例における第１駆動電圧は、ノコギリ波状の駆動電圧である。この場合、このノコギリ波状の第１駆動電圧では、電圧値が増加していく立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａ’と、電圧値が減少していく立ち下がり期間の時間幅Ｔ１ｂ’との比率を、第１実施例における合成駆動電圧の立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａと、立下り期間の時間幅Ｔ１ｂとの比率と同一とされている（Ｔ１ａ’：Ｔ１ｂ’≒８：２）。

そして、第１比較例では、このノコギリ波状の第１駆動電圧により、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）だけを圧電駆動した。そして、この圧電駆動に伴うミラー部１の偏向角の振動波形を観測した。図１０（ｂ）は、この観測により得られたミラー部１の偏向角の振動波形を示している。

図１０（ｂ）に示す如く、第１駆動電圧をノコギリ波状の駆動電圧とした第１比較例では、ミラー部１の偏向角の振動波形には、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応する高周波振動成分が含まれ、第１駆動電圧の立ち上がり期間での波形に応じて、ミラー部１の偏向角を直線的に変化させることができないものとなっている。

これに対して、第１実施例によれば、図８（ａ）に示す合成駆動電圧を使用することで、該合成駆動電圧の立ち上がり期間での波形に応じて、ミラー部１の偏向角を滑らかに直線的に変化させることができる。

［第２実施例］
次に、第２実施例では、各外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの厚さ、全長、幅が、それぞれ４０μｍ、３５ｍｍ、０．２ｍｍであり、また、そのバネ定数が、１．０×１０^-3Ｎ／ｍ²である光偏向器Ａ１を作成した。

図１１は、この光偏向器Ａ１のミラー部１を揺動軸Ｘ２周りに揺動させる機構の機械的な振動の周波数特性の計測結果を示している。図示の如く、第１実施例におけるミラー部１の機械的な振動に関する一次の固有振動数であるミラー部揺動固有振動数ｆ0は３５５Ｈｚである。なお、図１１の縦軸のゲインは、横軸の各周波数に対するミラー部１の揺動軸Ｘ２周りの偏向角の振幅の大きさに相当するものである。

また、第１実施例では、第１及び第２駆動電圧の周波数ｆd（＝合成駆動電圧の周波数）を６０Ｈｚ、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの立ち上がり期間の時間幅Ｔａｘと立ち下がり期間の時間幅Ｔｘｂとの比率を、例えばＴｘａ：Ｔｘｂ＝９．８：０．２とし、これらの合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂを前記した如く合成することによって合成駆動電圧の波形を設定した。

この合成駆動電圧の波形と、その周波数特性（スペクトル分布特性）とをそれぞれ、図１２（ａ）及び図１３に示す。この場合、前記式（１）によりΦｘ≒３０ｄｅｇである。また、前記したように、Ｔ１ａ＝Ｔｘａ−（Φｘ／３６０）×（１／ｆｄ）、Ｔ１ｂ＝Ｔｘｂ＋（Φｘ／３６０）×（１／ｆｄ）であるから、図１２（ａ）における合成駆動電圧の立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａと、立下り期間の時間幅Ｔ１ｂとの比率は、Ｔ１ａ：Ｔ１ｂ≒９：１である。

また、図１３に示す如く、合成駆動電圧は、ミラー部揺動固有振動数ｆ0（＝３５５Ｈｚ）に一致もしくはそれに近い周波数成分を持たない（該周波数成分の振幅値が十分に微小である）ことが確認された。

第２実施例では、かかる合成駆動電圧を第１駆動電圧として使用し、この第１駆動電圧により、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）だけを圧電駆動した。そして、この圧電駆動に伴うミラー部１の偏向角の振動波形を観測した。図１２（ｂ）は、この観測により得られたミラー部１の偏向角の振動波形を示している。

図１２（ｂ）に示す如く、ミラー部１の偏向角（揺動量）は、第１実施例の場合と同様に、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応する高周波振動を生じることなく、合成駆動電圧にほぼ追従するようにして滑らかに変化する。なお、この場合、ミラー部１の偏向角が直線的に増加していく期間の時間幅Ｔａと、該偏向角が減少していく期間の時間幅Ｔｂとの比率は、Ｔａ：Ｔｂ≒８．８：１．２となることが確認された。従って、第２実施例では、ミラー部１の振動の１周期の８８％程度の期間を有効走査期間として活用できる。

図１４（ａ），（ｂ）は、第２実施例に対応する第２比較例に関する図である。図１４（ａ）は、この第２比較例で使用した第１駆動電圧の波形を示している。図示の如く、第２比較例における第１駆動電圧は、ノコギリ波状の駆動電圧である。この場合、このノコギリ波状の第１駆動電圧では、電圧値が増加していく立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａ’と、電圧値が減少していく立下り期間の時間幅Ｔ１ｂ’との比率を、第２実施例における合成駆動電圧の立ち上がり期間の時間幅Ｔ１ａと、立下り期間の時間幅Ｔ１ｂとの比率と同一とされている（Ｔ１ａ’：Ｔ１ｂ’≒９：１）。

そして、第２比較例では、このノコギリ波状の第１駆動電圧により、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのそれぞれの偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）だけを圧電駆動した。そして、この圧電駆動に伴うミラー部１の偏向角の振動波形を観測した。図１４（ｂ）は、この観測により得られたミラー部１の偏向角の振動波形を示している。

図１４（ｂ）に示す如く、第１駆動電圧をノコギリ波状の駆動電圧とした場合には、ミラー部１の偏向角の振動波形には、ミラー部揺動固有振動数ｆ0に対応する高周波振動成分が含まれ、第１駆動電圧の立ち上がり期間での波形に応じて、ミラー部１の偏向角を直線的に変化させることができないものとなっている。

これに対して、第２実施例によれば、図１２（ａ）に示す合成駆動電圧を使用することで、該合成駆動電圧の立ち上がり期間での波形に応じて、ミラー部１の偏向角を滑らかに直線的に変化させることができる。

なお、以上説明した実施形態では、第１駆動電圧の立ち上がり期間及び第２駆動電圧の立ち下がり期間の時間幅Ｔ１ａ，Ｔ２ｂが、Ｔ１ａ＞Ｔ２ｂとなるようにしたが、Ｔ１ａ＜Ｔ２ｂとなるように、合成元ノコギリ波電圧Ａ，Ｂの立ち下がり期間及び立ち下がり期間の時間幅Ｔｘａ，Ｔｘｂの比率を設定するようにしてもよい。例えば、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）を圧電駆動する第１駆動電圧を図４（ｂ）に示した第２駆動電圧と同じ波形の駆動電圧とすると共に、奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）を圧電駆動する第２駆動電圧を図４（ａ）に示した第１駆動電圧と同じ波形の駆動電圧にしてもよい。

また、前記実施形態では、ミラー部１を揺動させるときに、各外側圧電アクチュエータ１０の偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）と奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）との両方を圧電駆動する場合について説明したが、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）だけを第１駆動電圧により圧電駆動したり、あるいは、奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）だけを第２駆動電圧により圧電駆動するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、外側圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを構成する圧電カンチレバー３(i)（ｉ＝１，２，３，４）の番数を、可動部９側から数えた番数として説明したが、支持基体１１側から数えた番数であってもよい。このようにした場合には、偶数番目の圧電カンチレバー３（偶数）と、奇数番目の圧電カンチレバー３（奇数）とが前記各実施形態と逆になる。

また、本発明の光偏向器は、画像表示装置に限らず、光スキャナ等の光偏向器として使用することもできる。

Ａ１…光偏向器、１０ａ，１０ｂ…圧電アクチュエータ（第１圧電アクチュエータ）、３(1)〜３(4)…圧電カンチレバー、２０…制御回路（駆動装置）、２２…第２制御手段（駆動電圧出力手段）。

Claims (3)

1. 反射面を有するミラー部と、該ミラー部が搭載された可動部を支持基体に対して第１揺動軸周りに揺動させるアクチュエータとして該可動部に一端が連結されると共に該支持基体に他端が連結された第１圧電アクチュエータを備えており、該第１圧電アクチュエータが、圧電駆動によって屈曲変形するようにそれぞれ構成されると共に前記第１揺動軸の方向に並ぶように配置された複数の圧電カンチレバーを、そのそれぞれが隣合う圧電カンチレバーに対して折り返されるように連結することにより構成された光偏向器の駆動装置であって、
   前記第１圧電アクチュエータを構成する複数の圧電カンチレバーのうち、該第１圧電アクチュエータの一端及び他端のいずれか一方側から偶数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動するための所定周波数の駆動電圧と、該一方側から奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動するための所定周波数の駆動電圧とのうちの少なくともいずれか一方を出力する駆動電圧出力手段を備え、
   前記駆動電圧は、互いに同一の波形形状を有するノコギリ波状の２つの電圧信号を、所定の位相差だけ位相をずらした状態で合成することにより得られる波形の電圧信号であると共に、その振幅の最大値及び最小値の一方から他方まで電圧値が直線的に変化する期間の時間幅が、該駆動電圧の半周期よりも長い時間幅となる電圧信号であり、
   前記所定の位相差は、該駆動電圧により前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に、前記ミラー部及び可動部の前記第１揺動軸周りの揺動に関する機械的な固有振動数に依存して該駆動電圧よりも高周波で発生する該ミラー部の機械的な高周波振動成分を、前記ノコギリ波状の２つの電圧信号の一方のみにより前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合よりも抑制するようにあらかじめ設定された位相差であることを特徴とする光偏向器の駆動装置。
2. 請求項１記載の光偏向器の駆動装置において、
   前記所定の位相差は、前記ノコギリ波状の２つの電圧信号の一方のみにより前記偶数番目の各圧電カンチレバー又は前記奇数番目の各圧電カンチレバーを圧電駆動した場合に発生する前記ミラー部の機械的な高周波振動成分の半周期分の位相差にあらかじめ設定されていることを特徴とする光偏向器の駆動装置。
3. 請求項１又は２記載の光偏向器の駆動装置において、
   前記駆動電圧出力手段は、前記偶数番目圧電カンチレバーを圧電駆動するための駆動電圧である第１駆動電圧と、前記奇数番目圧電カンチレバーを圧電駆動するための駆動電圧である第２駆動電圧とを出力する手段であり、該第１駆動電圧と第２駆動電圧とは、互いに逆位相の波形の駆動電圧であることを特徴とする光偏向器の駆動装置。

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