JP2017161561A

JP2017161561A - 可動反射素子

Info

Publication number: JP2017161561A
Application number: JP2016043049A
Authority: JP
Inventors: 緒方　健治; Kenji Ogata; 健治緒方; 省吾黒木; Shogo Kuroki; 嘉之渡部; Yoshiyuki Watabe
Original assignee: Dai Ichi Seiko Co Ltd
Current assignee: I Pex Inc
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】電力を有効に活用する可動反射素子を提供する。
【解決手段】一対のアクチュエータ部１４０，１５０のそれぞれにおいて、線状部材２４０，２５０は、一端で固定枠１１０側と接続し、他端で鏡面部１３０側と接続し、一端から他端まで延びる可撓性のある部材である。圧電素子３４０Ａ，３５０Ａは、線状部材２４０，２５０上に形成され、駆動電圧に従って伸縮して線状部材２４０，２５０を変形させて、固定枠１１０に対して鏡面部１３０を揺動させる。圧電素子３４０Ｂ，３５０Ｂは、線状部材２４０，２５０上に形成され、線状部材２４０，２５０の変形に応じて発生する電圧を駆動電圧調整用の検出電圧として出力する。圧電素子３４０Ｃ，３５０Ｃは、線状部材２４０，２５０上に形成され、線状部材２４０，２５０の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、可動反射素子に関する。

特許文献１には、圧電膜と電極とからなる駆動用圧電部の伸縮によってミラーを駆動し、そのミラーでレーザ光を反射しスクリーンに走査する水平偏向素子部を備えた光偏向器が開示されている。この光偏向器では、駆動用圧電部の駆動に対応して動作する検出用圧電部（圧電膜と電極とからなる）で生じた信号に基づいて、水平偏向素子（駆動用圧電部）を制御して、ミラーの駆動を安定化させている。

特開２０１４−０４８３２７号公報

スマートフォン等のような携帯型端末では、電源は端末内に搭載される二次電池となる。携帯型端末の稼働時間を長くするには、端末内の部品としては、消費電力が少なく、電力を有効に活用できるものを採用するのが望ましく、これは可動反射素子も例外ではない。また、携帯型端末に搭載される場合に限らず、省エネルギーの観点から、電力を有効に活用できる可動反射素子の開発が望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電力の有効活用が可能な可動反射素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る可動反射素子は、
フレームに対してミラーを揺動軸回りに揺動させるために前記ミラーの両側に設けられた一対のアクチュエータを備える可動反射素子であって、
前記一対のアクチュエータのそれぞれは、
一端でフレーム側と接続し、他端でミラー側と接続し、前記一端から前記他端まで延びる可撓性のある線状部材と、
前記線状部材に形成され、駆動電圧に従って伸縮して前記線状部材を変形させて、前記フレームに対して前記ミラーを揺動させる第１の圧電素子と、
前記線状部材に形成され、前記線状部材の変形に応じて発生する電圧を駆動電圧調整用の検出電圧として出力する第２の圧電素子と、
前記線状部材に形成され、前記線状部材の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する第３の圧電素子と、
を備える。

この場合、前記第３の圧電素子は、
前記線状部材において、発生する電圧が既定値以上となる部分に形成されている、
こととしてもよい。

前記第１の圧電素子は、前記線状部材を構成する、前記揺動軸に交差して延びる最長の直線部分に形成され、
前記第２の圧電素子は、前記線状部材の前記フレーム側の端部に形成され、
前記第３の圧電素子は、前記第１の圧電素子よりも前記ミラー側に形成されている、
こととしてもよい。

前記線状部材は、
前記フレーム側の部材に一端が接続され、前記揺動軸に交差する第１の方向に延びる第１の線状部と、
一端が前記第１の線状部の他端と接続し、前記第１の方向に直交する第２の方向に延びた第２の線状部と、
一端が前記第２の線状部の他端と接続し、前記第２の線状部の他端から折り返して前記第１の線状部に対向して平行に延び、他端がミラー側の部材と接続する第３の線状部と、
を有し、
前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子は、前記第１の線状部に形成されており、
前記第３の圧電素子は、前記第２の線状部及び前記第３の線状部の少なくとも一方に形成されている、
こととしてもよい。

前記ミラーが形成された鏡面部と、
前記鏡面部を囲む内側フレームと、
前記内側フレームを囲む外側フレームと、
前記ミラーと前記内側フレームとを連結し、前記内側フレームに対して前記鏡面部を内側揺動軸回りに揺動させるために前記ミラーの前記内側揺動軸の両側にそれぞれ設けられた一対の内側駆動部と、
前記内側フレームと前記外側フレームとを連結し、前記外側フレームに対して前記内側フレームを、前記内側揺動軸に直交する外側揺動軸回りに揺動させるために前記内側フレームの前記外側揺動軸の両側にそれぞれ設けられた一対の外側駆動部と、
を備え、
前記内側駆動部及び前記外側駆動部の少なくとも一方が、前記アクチュエータである、
こととしてもよい。

前記第３の圧電素子は、前記第３の線状部の長手方向中央から前記第２の線状部側にオフセットした位置に形成されている、
こととしてもよい。

前記第３の圧電素子は、前記第３の線状部の長手方向中央から前記鏡面部側にオフセットした位置に形成されている、
こととしてもよい。

前記第３の圧電素子は、
前記線状部材において厚さが非連続に変化する部分に近接して形成されている、
こととしてもよい。

前記第３の圧電素子は、
前記線状部材において折れ曲がった部分の内側に近接して形成されている、
こととしてもよい。

本発明によれば、第１の圧電素子の駆動による線状部材の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する第３の圧電素子を備えているので、その回生電圧を電源に充電することにより、電力の有効活用が可能となる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る可動反射素子の上面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の可動反射素子をＸＺ平面で切断した断面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）の可動反射素子の側面図である。図２（Ｂ）は、ＸＺ平面で切断した可動反射素子の積層構造を示す断面図である。図２（Ｃ）は、ＹＺ平面で切断した可動反射素子の積層構造を示す断面図である。Ｄ層を強調した可動反射素子の上面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は、可動反射素子におけるアクチュエータ部の動作を示す図である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係る可動反射素子における可動枠のＹ軸方向への傾斜状態（Ｘ軸周りの回転状態）を示す側面図である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係る可動反射素子における鏡面部のＸ軸方向への傾斜状態（Ｙ軸周りの回転状態）を示す側面図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、外側のアクチュエータ部に形成される回生用の圧電素子の配置パターンを示す上面図である。図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、アーム部の中点を基準にして回生用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は、アーム部の連結部分を基準にして回生用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）は、アーム部と可動部との端部を基準にして回生用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）は、検出用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｄ）は、内側のアクチュエータ部に形成される回生用の圧電素子の配置パターンを示す上面図である。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）は、アーム部の中点を基準にして回生用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）は、アーム部の連結部分を基準にして回生用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）は、アーム部と可動部との端部を基準にして回生用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）及び図１６（Ｃ）は、検出用の圧電素子の大きさを変更した場合の外側のアクチュエータ部の上面図である。二次元走査装置を利用したプロジェクタの構成を示すブロック図である。フィードバック制御機能を備えたプロジェクタの模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、反射素子の動作により回生用の電圧を発生させ電力の効率利用をはかる可動反射素子１００の基本的な構成と、その動作について説明する。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、可動反射素子１００は、全体として矩形（長方形）平板状の素子である。可動反射素子１００は、最も外周に配置された平板状の枠体である固定枠１１０と、固定枠１１０の枠内に配置された矩形平板状の枠体である可動枠１２０と、可動枠１２０の枠内に配置された矩形平板状の部材であり、入射した光、電磁波等のビーム反射面、すなわちミラーが形成された鏡面部１３０と、を備える。可動枠１２０は、鏡面部１３０を囲む内側フレームに対応し、固定枠１１０は、内側フレーム（可動枠１２０）を囲む外側フレームに対応する。固定枠１１０、可動枠１２０は、鏡面部１３０を揺動させるために設けられている。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）におけるハッチングは、断面を示すものではなく、各構成要素を区別するために設けられている。図１（Ａ）、図１（Ｂ）において、固定枠１１０は、水玉状のハッチングで示され、可動枠１２０は、所定の間隔を置いた４本斜線のハッチングで示され、鏡面部１３０は、等間隔斜線のハッチングで示されている。

本実施の形態では、鏡面部１３０の重心位置を原点ＯとするＸＹＺ３次元直交座標系を規定する。このＸＹＺ座標系では、可動反射素子１００の長手方向をＸ軸方向とし、可動反射素子１００の平板内の方向であって、Ｘ軸方向に直交する方向（可動反射素子１００の短手方向）である、可動反射素子１００の厚み方向をＺ軸方向とする。鏡面部１３０には反射面が形成されている。鏡面部１３０において反射面が設けられている側を＋Ｚ方向とする。

さらに、可動反射素子１００は、可動枠１２０のＸ軸方向両側で固定枠１１０と可動枠１２０とを連結する一対の部材であるアクチュエータ部１４０（外側駆動部）と、鏡面部１３０のＹ軸方向両側で可動枠１２０と鏡面部１３０とを連結する一対の部材であるアクチュエータ部１５０（内側駆動部）とを備える。図１（Ａ）において、アクチュエータ部１４０及びアクチュエータ部１５０は、かご網目状のハッチングで示されている。

図１（Ｂ）に示すように、固定枠１１０の下面は、外部物体としての土台基板２００の上面に、スペーサ３００を介して固着される。固定枠１１０では、下面の一部が、スペーサ３００を介して土台基板２００の上面に固着されていればよい。

可動枠１２０、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０及びアクチュエータ部１５０は、土台基板２００に直接固着されない状態で用いられ、土台基板２００から浮いた状態となっている。可動枠１２０は、アクチュエータ部１４０を介して固定枠１１０に支持されている。また、鏡面部１３０は、アクチュエータ部１５０を介して可動枠１２０に支持されている。

アクチュエータ部１４０は、少なくとも上下方向（Ｚ軸方向）に関して可撓性を有しており、上方に反ったり、下方に反ったりすることができる。アクチュエータ部１４０は、固定枠１１０に対して可動枠１２０をＸ軸（外側揺動軸）周りに揺動させる。

アクチュエータ部１５０は、少なくとも上下方向（Ｚ軸方向）に関して可撓性を有しており、上方に反ったり、下方に反ったりすることができる。アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０に対して鏡面部１３０をＹ軸（内側揺動軸）周りに揺動させる。アクチュエータ部１４０，１５０の動作により、鏡面部１３０で反射される光を、２次元走査することが可能となる。

図１（Ｂ）に示すように、固定枠１１０、可動枠１２０の厚みに比べて、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０の厚みは小さく設定されており、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０の下方には空隙が形成されている。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、可動反射素子１００（固定枠１１０、可動枠１２０、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０及びアクチュエータ部１５０）は、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ及びＤ層１００Ｄがこの順に積層された積層構造を有している。Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃの３層は、互いに同一の平面形状（図１（Ａ）の上面図に示す形状）を有しているが、Ｄ層１００Ｄの平面形状は、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃとは異なっており、Ｄ層１００Ｄは、Ｃ層１００Ｃ上の一部に設けられている。Ａ層１００Ａは、実際には、３つの層（１００Ａ１、１００Ａ２、１００Ａ３）に分かれている。Ｄ層１００Ｄは、主として、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０及びアクチュエータ部１５０に設けられている。

Ａ層１００Ａは、他の各層の支持基板となる基板層であり、その上面に形成されるＢ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１００Ｄを支持することができる材質によって形成されている。ただし、アクチュエータ部１４０，１５０は、少なくとも上下方向（Ｚ軸方向）に関して可撓性を有している必要がある。すなわち、基板層としてのＡ層１００Ａは、アクチュエータ部１４０，１５０が必要な範囲内（鏡面部１３０を、要求される角度で傾斜させるために必要な範囲内）で撓みを生じることができるよう、ある程度の可撓性を有する材料によって形成される。この実施の形態では、シリコン基板によってＡ層１００Ａが構成されている。より具体的には、図１（Ｂ）に示すように、Ａ層１００Ａは、シリコンからなる支持層１００Ａ１と、支持層１００Ａ１の上に形成された二酸化シリコンのＢＯＸ層（二酸化ケイ素絶縁膜）１００Ａ２と、ＢＯＸ層１００Ａ２の上に形成されたシリコンからなる活性層１００Ａ３の３層構造となっている。なお、Ａ層１００Ａは、ＢＯＸ層１００Ａ２を含まず、支持層１００Ａ１と活性層１００Ａ３とからなる２層構造であってもよい。即ち、Ａ層１００Ａは、単一のシリコン基板でもよい。

Ｂ層１００Ｂは、圧電素子の下部電極を構成する。Ｄ層１００Ｄは、圧電素子の上部電極を構成する。したがって、いずれも導電性材料によって形成される。

Ｃ層１００Ｃは、圧電素子を構成し、圧電効果を呈する圧電材料によって構成される。例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）の薄膜によってＣ層１００Ｃが形成されている。本実施の形態では、圧電材料層（Ｃ層１００Ｃ）を導電性材料層（Ｂ層１００Ｂ及びＤ層１００Ｄ）で挟んだサンドイッチ構造体によって圧電素子が構成される。

図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、固定枠１１０は、Ａ層１１０Ａ、Ｂ層１１０Ｂ、Ｃ層１１０Ｃを含み、可動枠１２０は、Ａ層１２０Ａ、Ｂ層１２０Ｂ、Ｃ層１２０Ｃを含み、鏡面部１３０は、Ａ層１３０Ａ、Ｂ層１３０Ｂ、Ｃ層１３０Ｃ、Ｄ層１３０Ｄを含む。アクチュエータ部１４０は、Ａ層１４０Ａ、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃ、Ｄ層１４０Ｄを含む。アクチュエータ部１５０は、Ａ層１５０Ａ、Ｂ層１５０Ｂ、Ｃ層１５０Ｃ、Ｄ層１５０Ｄを含む。

図３では、Ｄ層１００Ｄの部分（具体的には、１４０Ｄ，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０Ｄ，１８０Ｄ，１９０Ｄの部分）にハッチングが施されている。図３におけるハッチングは、Ｄ層の平面形状パターンを示すものであり、断面を示すためのものではない。

図３に示すように、Ｄ層１００Ｄは、アクチュエータ部１４０に形成された駆動用電極１４０Ｄ、検出用電極１６０Ｄ及び回生用電極１８０Ｄと、アクチュエータ部１５０に形成された駆動用電極１５０Ｄ及び検出用電極１７０Ｄ及び回生用電極１９０Ｄと、鏡面部１３０に形成された反射層１３０Ｄと、を含む。固定枠１１０及び可動枠１２０には、配線を除き、Ｄ層は形成されていない。図３に示す固定枠１１０及び可動枠１２０においては、配線の図示を省略している。駆動用電極１４０Ｄ，１５０Ｄは、圧電素子３４０Ａ，３５０Ａの電極を形成し、反射層１３０Ｄは、鏡面部１３０の反射面を形成する。それ以外の部分には、配線を除きＤ層１００Ｄを形成する必要はない。

固定枠１１０には、前述の通り、配線として機能するＤ層１００Ｄが形成される。しかし、駆動用電極１４０Ｄ，１５０Ｄ等は、それぞれ別個の圧電素子を形成するために電気的に絶縁されている必要があるので、Ｃ層１００Ｃの上面全面に、同一の平面形状を有するＤ層１００Ｄを形成するのは望ましくない。

なお、Ｄ層１００Ｄのうち、各アクチュエータ部１４０，１５０に形成される部分１４０Ｄ，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０Ｄ，１８０Ｄ，１９０Ｄは、上述のように、圧電素子用の上部電極層を構成することになる。しかし、鏡面部１３０に形成されるＤ層１３０Ｄは、鏡面部１３０の反射面として機能する。したがって、アクチュエータ部１４０，１５０のＤ層１４０Ｄ，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０Ｄ，１８０Ｄ，１９０Ｄは、導電性の層であればよく、表面が反射性である必要はない。また、鏡面部１３０に形成されるＤ層１３０Ｄは、表面が反射性を有していればよく、導電性の層である必要はない。

ただし、可動反射素子１００を量産する場合は、上部電極層１４０Ｄ，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０Ｄ，１８０Ｄ，１９０Ｄ及び反射層１３０Ｄを、同一の材料からなるＤ層１００Ｄとして形成する。この場合、Ｄ層１００Ｄの材料としては、電極層の機能と反射層の機能とを兼ね備えた材料が用いられる。

より具体的に言えば、Ｄ層１００Ｄは、上面が反射面（鏡面）としての機能も果たす必要があるため、Ｄ層１００Ｄの上面部分を、反射率の高い耐腐食性に優れた材料、例えば金（Ａｕ）の薄膜層によって構成するのが望ましい。金（Ａｕ）の薄膜層は、光や電磁波に対して良好な反射率を有しており、しかも耐腐食性に優れているため、長期間にわたって安定した反射性能を維持することができる。なお、Ｂ層１００Ｂは、下部電極（導電層）としての機能を果たせばよいので、任意の金属層で十分である。

図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示す可動反射素子１００は、量産化に適した構造を有している。特に、可動反射素子１００の製造には、半導体製造プロセスを利用したＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）素子の製造方法を適用することが可能である。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示す構造を有する可動反射素子１００は、ＭＥＭＳ素子として、半導体製造プロセスを利用した製造方法により量産することができ、小型化に適している。また、駆動を行うための素子として圧電素子を用いているため、低消費電流化に適している。

図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示す可動反射素子１００は、シリコン基板１００Ａ（Ａ層：基板層）の上面に、白金層１００Ｂ（Ｂ層：下部電極層）、ＰＺＴ層１００Ｃ（Ｃ層：圧電材料層）、白金／金層１００Ｄ（Ｄ層：下層部分は白金、上層部分は金からなる２層構造層）を順次堆積させて構成されている。上部電極層及び下部電極層として白金を用いるのは、圧電材料層となるＰＺＴ層との間に良好な界面を形成できるためである。一方、反射層としては、上述したように金を用いるのが好ましいので、Ｄ層１００Ｄの下層部分は上部電極層に適した白金を用い、上層部分は反射層に適した金を用いることとする。

４層の積層構造体を形成したら、Ｄ層１００Ｄに対してパターニング処理を行って図３に示すハッチングが施された領域及び配線のみを残し、更に、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃの部分に対して、エッチングなどの方法で上下方向に貫通するスリットを形成する。また、アクチュエータ部１４０，１５０や鏡面部１３０の下面側の一部をエッチング等で除去すれば、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、アクチュエータ部１４０，１５０や鏡面部１３０が、土台基板２００から浮いた構造を実現できる。

反射可動素子１００の各部の寸法の一例について説明する。Ａ層１００Ａの厚みは、一辺５ｍｍ角、厚み０．５ｍｍ（５００μｍ）である。Ｂ層１００Ｂの厚みは、３００ｎｍ程度である。また、Ｃ層１００Ｃの厚みは、２μｍ程度である。Ｄ層１００Ｄの厚みは、３００ｎｍ程度である。ここで、アクチュエータ部１４０，１５０や鏡面部１３０については、シリコン基板（Ａ層）１００Ａの下面側をエッチング除去して、厚みを０．０１０ｍｍ（１０μｍ）としている。これにより、土台基板２００の上面との間に、０．２０ｍｍの空隙が形成される。また、図３に示す平面図において、固定枠１１０と可動枠１２０、固定枠１１０とアクチュエータ部１４０、可動枠１２０とアクチュエータ部１５０の間のスリットの幅を０．３ｍｍとし、アクチュエータ部１４０，１５０の幅を０．５ｍｍとしている。

各部の寸法は任意に変更することができる。アクチュエータ部１４０，１５０の厚みや幅、長さは、鏡面部１３０が所定の角度範囲（可動鏡として要求される性能を満たす範囲）で傾斜できるような可撓性が得られる寸法に変更すればよい。また、固定枠１１０の厚みは、この可動反射素子１００を土台基板２００に堅固に固着できる寸法に設定すればよい。

次に、アクチュエータ部１４０について説明する。図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１４０は、Ａ層（基板層）１４０Ａ、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ及びＤ層（駆動用電極）１４０Ｄを備えている。アクチュエータ部１４０のＡ層（基板層）１４０Ａにより構成される部分を「線状部材２４０」と呼ぶ。図３に示すように、線状部材２４０の形状は、略Ｓ字状となっている。線状部材２４０は、一端で固定枠１１０側と接続し、他端で鏡面部１３０側（実際には可動枠１２０）と接続し、可撓性を有する。

線状部材２４０は、３つの部分から構成されており、それぞれの部分を、アーム部２４０Ａ（第１の線状部）と、アーム部２４０Ｂ（第２の線状部）と、アーム部２４０Ｃ（第３の線状部）としている。すなわち、線状部材２４０は、アーム部２４０Ａ、２４０Ｂ及び２４０Ｃを備える。

＋Ｘ側のアクチュエータ部１４０の線状部材２４０の構成について説明する。図３に示すように、アーム部２４０Ａの−Ｙ側の一端は、フレーム側の部材である固定枠１１０の内辺（＋Ｙ側を向いた内辺の＋Ｘ側の隅部）に接続している。アーム部２４０Ａは、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間をＹ軸方向に沿って、−Ｙ側の一端から＋Ｙ方向（Ｘ軸に交差する方向）に延びている。アーム部２４０Ａは、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間で、アーム部２４０Ｃに沿って延びることができるような幅となっている。アーム部２４０Ａは、可動枠１２０のＹ軸方向に沿った外辺の中点Ｎを超えて、すなわちＸ軸を超えて直線状に延びている。

アーム部２４０Ｂの＋Ｘ側の一端は、アーム部２４０Ａの＋Ｙ側の端部と接続している。アーム部２４０Ｂの幅及び厚みは、アーム部２４０Ａとほぼ同じである。アーム部２４０Ｂは、その＋Ｘ側の一端からＸ軸方向に沿って可動枠１２０の方向に延びている。

アーム部２４０Ｃは、＋Ｙ側の一端がアーム部２４０Ｂの−Ｘ側の他端と接続する。アーム部２４０Ｃは、アーム部２４０Ｂの−Ｘ端から折り返してアーム部２４０Ａに対向して平行に延びている。アーム部２４０Ｃの幅及び厚みは、アーム部２４０Ａとほぼ同じである。アーム部２４０Ｃは、その−Ｙ端で可動枠１２０の外辺の中点（Ｘ軸上の点）Ｎと接続している。

−Ｘ側のアクチュエータ部１４０の線状部材２４０についても、アーム部２４０Ａ、２４０Ｂ及び２４０Ｃを備える。この−Ｘ側の線状部材２４０では、アーム部２４０Ａは、固定枠１１０の＋Ｙ側の内辺から−Ｙ方向に可動枠１２０の外辺の中点Ｎを超えて延びており、アーム部２４０Ｂは、アーム部２４０Ａの−Ｙ側の端部から＋Ｘ方向に延び、アーム部２４０Ｃは、アーム部２４０Ｂの＋Ｘ側の端部から＋Ｙ方向に延びて可動枠１２０の外辺の中点Ｎと接続している。

このように、一対の線状部材２４０それぞれは、鏡面部１３０の重心Ｏを中心として２回回転対称（３６０°／２＝１８０°回転対称）に配置されている。

図３に示すように、線状部材２４０には、Ｄ層１００Ｄとして、駆動用電極１４０Ｄと、検出用電極１６０Ｄと、回生用電極１８０Ｄが設けられている。具体的には、駆動用電極１４０Ｄは、線状部材２４０を駆動するために、アーム部２４０Ａの長手方向に沿って設けられている。検出用電極１６０Ｄは、線状部材２４０の変形量を検出するために、アーム部２４０Ａの固定枠１１０側の端部に設けられている。回生用電極１８０Ｄは、回生用の電圧を発生させるためにアーム部２４０Ｃに設けられている。駆動用電極１４０Ｄ、検出用電極１６０Ｄ及び回生用電極１８０Ｄは、線状部材２４０の幅よりも幅が狭くなるように形成されている。

Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄの３層構造部分を圧電素子３４０Ａ（第１の圧電素子）と呼ぶ。圧電素子３４０Ａは、線状部材２４０を構成する、Ｘ軸に交差して延びる最長の直線部分、アーム部２４０Ａに形成されている。圧電素子３４０Ａは、駆動電圧に従って伸縮して線状部材２４０を変形させて、固定枠１１０に対して可動枠１２０及び鏡面部１３０をＸ軸回りに揺動させる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は、圧電素子３４０Ａの動作を示す断面図である。図４（Ａ）に示すように、Ａ層１４０Ａは、シリコン基板等からなり、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃ、Ｄ層１４０Ｄからなる３層構造体が圧電素子３４０Ａである。Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃは、厚み方向に所定極性の電圧を印加すると、長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸縮する性質を有する。

図４（Ｂ）に示すように、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ側が正、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が負となるように、両電極層間に電圧を印加すると、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃは長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸びる。したがって、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄが正で、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂが負となる極性（以下、正極性と呼ぶ）の電圧を印加すると、第１の圧電素子３４０Ａは長手方向に伸び、可撓性を有するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向（Ｙ軸に沿った方向）に伸びる方向への応力が加わる。その結果、Ａ層１４０Ａは、上方が凸になるように反り返る。

逆に、図４（Ｃ）に示すように、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ側が負、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が正となるように、両電極層間に電圧を印加すると、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃは長手方向に縮む性質をもっている。したがって、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄが負で、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂが正となる極性（以下、逆極性と呼ぶ）の電圧を印加すると、第１の圧電素子３４０Ａは長手方向に縮み、可撓性を有するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向に縮む方向への応力が加わる。その結果、Ａ層１４０Ａは、下方が凸になるように反り返る。伸縮の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。

もちろん、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ側が正、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が負となるように、両電極層間に電圧を印加すると、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃが長手方向に縮む一方で、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ側が負、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が正となるように、両電極層間に電圧を印加すると、長手方向に伸びる性質を有するようなＣ層（圧電材料層）１４０Ｃを用いても構わない。この場合、正極性の電圧を印加すると、下方が凸になるように反り返り、負極性の電圧を印加すると、上方が凸になるように反り返る。

いずれにしても、Ｄ層（駆動用電極）１４０ＤとＢ層（下部電極層）１４０Ｂとの間に、所定極性の電圧を印加することにより、図４（Ｂ）又は図４（Ｃ）に示す変形を生じさせることができる。変形の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。なお、圧電素子を構成する材料によって（例えば、バルク、薄膜によって）、分極作用が異なるので、電圧の極性と伸縮の関係とが上述とは逆になる場合がある。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、可動反射素子１００における可動枠１２０のＹ軸方向への傾斜状態（Ｘ軸周りの回転状態）を示す側面図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）では、可動枠１２０を太線で示し、固定状態にある土台基板２００にハッチングを施して示す。また、アクチュエータ部１４０の変形状態は、実際よりも誇張して示されている。

図４（Ａ）に示すように、アクチュエータ部１４０の圧電素子３４０Ａを構成するＢ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（駆動用電極）１４０Ｄとの間に電圧が加えられていない場合には、図５（Ａ）に示すように、可動枠１２０及び鏡面部１３０は、アクチュエータ部１４０を介して土台基板２００の上方に水平姿勢のまま支持されている。白い三角形は、鏡面部１３０の重心Ｇを示す。重心Ｇは、座標系の原点Ｏと一致している。

圧電素子３４０Ａを構成するＢ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（駆動用電極）１４０Ｄとの間に、図４（Ｂ）に示すように、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ側が正となるような極性の電圧を印加する。この場合、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃ、Ｄ層１４０Ｄの３層からなる圧電素子３４０Ａは長手方向に伸び、可撓性を有するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向に伸びる方向への応力が加わる。その結果、図５（Ｂ）に示すように、アーム部２４０Ａが、上方に凸になるように反り返る。アーム部２４０Ａが、上方に凸になるように反り返ると、アーム部２４０Ｂを介して、アーム部２４０Ｃがその＋Ｙ端が下がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部１４０全体が、＋Ｙ端が下がるように傾斜するようになる。これにより、可動枠１２０及び鏡面部１３０を、その＋Ｙ端が下がるように傾斜させることができる。

圧電素子３４０Ａを構成するＢ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（駆動用電極）１４０Ｄとの間に、図４（Ｃ）に示すように、逆極性の電圧を印加すると、圧電素子３４０Ａは長手方向に縮み、可撓性を有するアーム部２４０Ａを構成するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向に縮む方向への応力が加わる。その結果、図５（Ｃ）に示すように、アーム部２４０Ａは、下方が凸になるように反り返る。アーム部２４０Ａが、下方に凸になるように反り返ると、アーム部２４０Ｂを介して、アーム部２４０Ｃの＋Ｙ端が上がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部１４０全体が、＋Ｙ端が上がるように傾斜するようになる。これにより、可動枠１２０及び鏡面部１３０を、その＋Ｙ端が上がるように傾斜させることができる。

可動枠１２０及び鏡面部１３０の傾斜の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。したがって、印加する電圧の極性および値を調整すれば、可動枠１２０、鏡面部１３０のＹ軸方向への傾斜角度を任意に調整することが可能である。

一対のアクチュエータ部１４０では、線状部材２４０が鏡面部１３０を中心に２回回転対称（３６０°／２＝１８０°回転対称）に配置されているので、固定枠１１０に対して、可動枠１２０をＹ軸方向に傾斜させるためには、＋Ｘ側の圧電素子３４０Ａ及び−Ｘ側の圧電素子３４０Ａに、それぞれ逆極性の電圧を加えれば良い。常に、＋Ｘ側の圧電素子３４０Ａ及び−Ｘ側の圧電素子３４０Ａに逆極性の電圧を加えるようにし、その電圧を例えば正弦波状に変化させるようにすれば、固定枠１１０に対して、可動枠１２０及び鏡面部１３０をＸ軸周りに揺動させることができる。

また、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ、Ｄ層（検出用電極）１６０Ｄの３層構造部分を圧電素子３４０Ｂ（第２の圧電素子）と呼ぶ。圧電素子３４０Ｂは、線状部材２４０のフレーム側の端部、すなわち固定枠１１０側の端部に形成されている。圧電素子３４０Ｂは、線状部材２４０の変形に応じて発生する電圧を駆動電圧調整用の検出電圧として出力する。

圧電素子３４０Ｂは、固定枠１１０と接続するアクチュエータ部１４０の端部に設けられている。この部分は、アクチュエータ部１４０内の応力が最も大きくなる場所である。したがって、この場所に圧電素子３４０Ｂを配設することにより、アクチュエータ部１４０の変位を安定して検出することができる。

圧電素子３４０Ｂによるアクチュエータ部１４０の変位の検出原理は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す圧電素子３４０Ａにおける線状部材２４０の変形の原理と逆である。圧電素子３４０Ａの変形によりアーム部２４０Ａが変形すると、アーム部２４０Ａの固定枠１１０の端部に取り付けられた圧電素子３４０Ｂ内にも応力が発生して変形し、圧電素子３４０Ｂは、その変形に応じた電圧を発生する。発生した電圧信号は、固定枠１１０上に設けられた配線パターンへ出力される。

また、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ、Ｄ層（回生用電極）１８０Ｄの３層構造部分を圧電素子３４０Ｃ（第３の圧電素子）と呼ぶ。圧電素子３４０Ｃは、線状部材２４０の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する。

圧電素子３４０Ｃは、アーム部２４０Ｃに設けられている。圧電素子３４０Ｃによる回生電圧の発生原理は、圧電素子３４０Ｂにおける検出原理と同じである。圧電素子３４０Ａの変形によりアーム部２４０Ａが変形すると、アーム部２４０Ｃに取り付けられた圧電素子３４０Ｃ内にも応力が発生し変形する。圧電素子３４０Ｃは、その変形に応じた電圧を発生する。発生した電圧信号は、固定枠１１０上に設けられた配線パターンへ出力される。圧電素子３４０Ｃは、圧電素子３４０Ａよりも可動枠１２０側（鏡面部１３０側）に形成されている。

次に、アクチュエータ部１５０について説明する。図２（Ｃ）に示すように、アクチュエータ部１５０は、Ａ層（基板層）１５０Ａ、Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ及びＤ層（駆動用電極）１５０Ｄから構成されている。アクチュエータ部１５０のＡ層（基板層）１５０Ａで構成される部分を「線状部材２５０」と呼ぶ。図３に示すように、線状部材２５０の形状は、略Ｓ字状となっている。

線状部材２５０は、アーム部２５０Ａ（第１の線状部）と、アーム部２５０Ｂ（第２の線状部）と、アーム部２５０Ｃ（第３の線状部）と、を備える。

＋Ｙ側の線状部材２５０の構成について説明する。アーム部２５０Ａの＋Ｘ側の一端は、可動枠１２０の内辺（−Ｘ側を向いた内辺の＋Ｙ側の隅部）に接続している。アーム部２５０Ａは、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＸ軸方向に沿って、＋Ｘ側の一端から−Ｘ方向に延びている。アーム部２５０Ａは、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間で、アーム部２５０Ｃと間隔を置いて、−Ｘ方向に延びることができるような幅となっている。アーム部２５０Ａは、鏡面部１３０のＸ軸方向に沿った外辺の中点Ｋ（Ｙ軸上の点）を超えて、すなわちＹ軸を超えて延びている。アーム部２５０Ａは、可動枠１２０の＋Ｘ側を向いた内辺の近傍まで延びている。

アーム部２５０Ｂの＋Ｙ側の一端は、アーム部２５０Ａの−Ｘ側の端部と接続している。アーム部２５０Ｂの幅及び厚みは、アーム部２５０Ａとほぼ同じである。アーム部２５０Ｂは、その＋Ｙ側の一端からＹ軸方向に沿って鏡面部１３０の方向に延びている。

アーム部２５０Ｃは、−Ｘ側の一端がアーム部２５０Ｂの−Ｙ側の他端と接続している。アーム部２５０Ｃは、アーム部２５０Ｂの−Ｙ端から＋Ｘ方向に折り返してアーム部２５０Ａに沿うように延びている。アーム部２５０Ｃの幅及び厚みは、アーム部２５０Ａとほぼ同じである。アーム部２５０Ｃは、その＋Ｘ端で鏡面部１３０の外辺の中点（Ｙ軸上の点）Ｋと接続している。

−Ｙ側のアクチュエータ部１５０の線状部材２５０についても、アーム部２５０Ａ、２５０Ｂ及び２５０Ｃを備える。この−Ｙ側の線状部材２５０では、アーム部２５０Ａは、−Ｘ側の内辺から＋Ｘ方向に鏡面部１３０の外辺の中点Ｎを超えて延びており、アーム部２５０Ｂは、アーム部２５０Ａの＋Ｘ側の端部から＋Ｙ方向に延びている。アーム部２５０Ｃは、アーム部２５０Ｂの＋Ｙ側の端部から−Ｘ方向に延びて鏡面部１３０の外辺の中点Ｋと接続している。このように、一対の線状部材２５０は、鏡面部１３０を中心として２回回転対称に配置されている。

図３に示すように、線状部材２５０には、Ｄ層１００Ｄとして、駆動用電極１５０Ｄと、検出用電極１７０Ｄと、回生用電極１９０Ｄが設けられている。具体的には、駆動用電極１５０Ｄは、線状部材２５０を駆動するために、アーム部２５０Ａの長手方向に沿って設けられている。検出用電極１７０Ｄは、線状部材２５０の変形量を検出するために、アーム部２５０Ａのフレーム側（可動枠１２０側）の端部に設けられている。回生用電極１９０Ｄは、回生用の電圧を発生させるためにアーム部２５０Ｃに設けられている。駆動用電極１５０Ｄ、検出用電極１７０Ｄ及び回生用電極１９０Ｄは、線状部材２５０の幅よりも幅が狭くなるように形成されている。

Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ、Ｄ層（駆動用電極）１５０Ｄの３層構造部分を圧電素子３５０Ａ（第１の圧電素子）と呼ぶ。圧電素子３５０Ａは、線状部材２５０を構成する、Ｙ軸に交差して延びる最長の直線部分、すなわちアーム部２５０Ａに設けられている。圧電素子３５０Ａの動作は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す圧電素子３４０Ａの動作と同じである。

アクチュエータ部１５０の圧電素子３５０Ａを構成するＢ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（駆動用電極）１５０Ｄとの間に、電圧が加えられていない場合には、図６（Ａ）に示すように、鏡面部１３０は、水平姿勢のまま可動枠１２０に支持されている。白い三角形は、鏡面部１３０の重心Ｇを示す。重心Ｇは、座標系の原点Ｏと一致している。

Ｂ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（駆動用電極）１５０Ｄとの間に、Ｄ層（駆動用電極）１５０Ｄ側が正となるような極性の電圧を印加すると、圧電素子３５０Ａは長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸び、可撓性を有するＡ層１５０Ａの上面側に、面方向（Ｘ軸に沿った方向）に伸びる方向への応力が加わる。その結果、アーム部２５０Ａが、上方に凸になるように反り返る。アーム部２５０Ａが上方に凸になるように反り返ると、アーム部２５０Ｂを介して、アーム部２５０Ｃの＋Ｘ端が下がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部１５０全体が＋Ｘ端が下がるように傾斜する。これにより、図６（Ｂ）に示すように、鏡面部１３０は、Ｙ軸周りに回転し、Ｙ軸周りの回転＋Ｒｙ（Ｙ軸に対して右ねじの回転方向が正）を生じる。このようにして、可動反射素子１００は、鏡面部１３０を＋Ｘ端が下がるように傾斜させることができる。

圧電素子３５０Ａを構成するＢ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（駆動用電極）１５０Ｄとの間に、逆極性の電圧を印加すると、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１００Ｄの３層からなる圧電素子３５０Ａは長手方向に縮み、可撓性を有するアーム部２５０Ａを構成するＡ層１５０Ａの上面側に、面方向に縮む方向への応力が加わる。その結果、アーム部２５０Ａは、下方が凸になるように反り返る。アーム部２５０Ａが、下方に凸になるように反り返ると、アーム部２５０Ｂを介して、アーム部２５０Ｃの＋Ｘ端が上がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部１５０全体が＋Ｘ端が上がるように傾斜する。これにより、図６（Ｃ）に示すように、鏡面部１３０は、Ｙ軸周りに回転し、Ｙ軸周りの回転−Ｒｙを生じる。このようにして、可動反射素子１００は、鏡面部１３０を＋Ｘ端が上がるように傾斜させることができる。

一対のアクチュエータ部１５０では、線状部材２５０が鏡面部１３０を中心に２回回転対称に配置されているので、可動枠１２０に対して、可動枠１２０をＸ軸方向に傾斜させるためには、＋Ｙ側の圧電素子３５０Ａ及び−Ｙ側の圧電素子３５０Ａにそれぞれ逆極性の電圧を加えれば良い。常に、＋Ｘ側の圧電素子３５０Ａ及び−Ｘ側の圧電素子３５０Ａに逆極性の電圧を加えるようにし、その電圧を例えば正弦波状に変化させるようにすれば、可動枠１２０に対して、鏡面部１３０をＹ軸周りに揺動させることができる。

前述のように、鏡面部１３０は、固定枠１１０に対して、アクチュエータ部１４０、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０を介して接続されており、アクチュエータ部１４０，１５０によって、土台基板２００から浮いた宙吊り状態で支持されている。したがって、アクチュエータ部１４０が上方もしくは下方に反り返ると、宙吊り状態で支持されている鏡面部１３０は、可動枠１２０とともに、Ｘ軸周り、すなわちＹ軸方向に傾斜する。また、アクチュエータ部１５０が上方もしくは下方に反り返ると、宙吊り状態で支持されている鏡面部１３０は、Ｙ軸周り、すなわちＸ軸方向に傾斜する。

傾斜の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。したがって、印加する電圧の極性および値を調整すれば、鏡面部１３０のＸ軸方向への傾斜角度を任意に調整することが可能になる。

また、Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ、Ｄ層（検出用電極）１７０Ｄの３層構造部分を圧電素子３５０Ｂ（第２の圧電素子）と呼ぶ。圧電素子３５０Ｂは、線状部材２５０の変形に応じて発生する電圧を駆動電圧調整用の検出電圧として出力する。

圧電素子３５０Ｂは、可動枠１２０と接続するアクチュエータ部１５０の端部に設けられている。この部分は、アクチュエータ部１５０内の応力が最も大きくなる場所である。したがって、この場所に圧電素子３５０Ｂを配設することにより、アクチュエータ部１５０の変位を安定して検出することができる。

圧電素子３５０Ｂによるアクチュエータ部１５０の変位の検出原理は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す圧電素子３４０Ａにおける線状部材２４０の変形の原理と逆である。圧電素子３５０Ａの変形によりアーム部２５０Ａが変形すると、アーム部２５０Ａの可動枠１２０の端部に取り付けられた圧電素子３５０Ｂ内にも応力が発生し、圧電素子３５０Ｂは、その応力に応じた電圧を発生する。発生した電圧信号は、可動枠１２０に設けられた配線パターンへ出力される。

また、Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ、Ｄ層（回生用電極）１９０Ｄの３層構造部分を圧電素子３５０Ｃ（第３の圧電素子）と呼ぶ。圧電素子３５０Ｃは、線状部材２５０の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する。

圧電素子３５０Ｃは、アーム部２５０Ｃに設けられている。圧電素子３５０Ｃによる回生電圧の発生原理は、圧電素子３５０Ｂにおける検出原理と同じである。圧電素子３５０Ａの変形によりアーム部２５０Ａが変形すると、アーム部２５０Ｃに取り付けられた圧電素子３５０Ｃ内にも応力が発生し、圧電素子３５０Ｃは、その応力に応じた電圧を発生する。発生した電圧信号は、可動枠１２０上に設けられた配線パターンへ出力される。

（圧電素子の変形例）
アクチュエータ部１４０上の圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃの大きさ、設置位置などは、図３に示すものには限られない。

ただし、アクチュエータ部１４０の駆動による可動枠１２０のＸ軸方向の傾斜量を最大にするには、圧電素子３４０Ａは、最も長いアーム部２４０Ａの長手方向に延びるように取り付けられるのが望ましい。また、検出電圧発生用の圧電素子３４０Ｂについては、圧電素子３４０Ａの駆動により発生する応力が最大となる、アーム部２４０Ａと固定枠１１０との境界線上に形成される。このようにすれば、検出電圧を大きくすることができるためである。

回生電圧発生用の圧電素子３４０Ｃについては、図７（Ａ）に示すように、線状部材２４０において、圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂが形成されていない部分に形成されるようにすればよい。図７（Ａ）〜図１１（Ｃ）には、アクチュエータ部１４０に発生する応力分布も示されている。この応力分布では、応力が高くなるにつれて、色が明るくなっている（色が薄くなっている）。圧電素子３４０Ｃは、線状部材２４０において、発生する電圧（あるいは応力）が既定値以上となる部分（明るい色（薄い色）の部分）に形成されるようにするのが望ましい。

本実施の形態では、図７（Ｂ）に示すように、圧電素子３４０Ｃは、アーム部２４０Ｃに圧電素子３４０Ａと平行に延びるようにして形成されている。しかしながら、図７（Ｃ）に示すように、圧電素子３４０Ｃをアーム部２４０Ｂに形成してもよい。この場合には、圧電素子３４０Ｃは、圧電素子３４０Ａと直交するようになる。また、図７（Ｄ）に示すように、圧電素子３４０Ｃを、アーム部２４０Ｂ，２４０Ｃに１つずつ設けるようにしてもよい。

圧電素子３４０Ｃの大きさや長さも任意に設定可能である。ただし、図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、アーム部２４０Ｃの中点を基準にして圧電素子３４０Ｃの長さを短くしていけば、圧電素子３４０Ｃで発生する電荷Ｑは小さくなるので、回生用電圧を大きくするには、圧電素子３４０Ｃの長さは、図８（Ａ）に示すように長い方が良い。なお、圧電素子３４０Ｃにおける電荷Ｑと発生電圧Ｖとの間には以下の関係がある。
Ｑ＝ＣＶ＝εＳ／ｔ・Ｖ・・・（１）
ここで、ε［Ｆ／Ｖ］は、圧電層１４０Ｃの誘電率であり、Ｓは、圧電素子３４０Ｃの回生用電極１８０Ｄの面積である。また、ｔは、圧電層１４０Ｃの厚みであり、Ｖは圧電素子３４０Ｃで発生する電圧である。上式によれば、圧電素子３４０Ｃの面積Ｓが大きければ大きいほど、発生する電荷Ｑが大きくなり、回生用の電圧Ｖは大きくなる。

しかしながら、回生用電極１８０Ｄの面積を変えれば、アクチュエータ部１４０の共振周波数が変化するため、回生用電極１８０Ｄの面積（圧電素子３４０Ｃの大きさ）は、アクチュエータ部１４０の共振周波数を考慮しつつ、設定する必要がある。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、アーム部２４０Ｃの短手方向（Ｙ軸方向）における中点を基準にして、圧電素子３４０Ｃの長さを短くしていった場合にも、圧電素子３４０Ｃで発生する電荷Ｑは小さくなる。さらに、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示すように、アーム部２４０Ｃの可動枠１２０側の端部を基準にして、圧電素子３４０Ｃの長さを短くしていった場合にも、圧電素子３４０Ｃで発生する電荷Ｑは小さくなる。

しかしながら、例えば回生用電極１８０Ｄの面積が同じ図８（Ｃ）、図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）を比較すると、可動枠１２０側（鏡面部１３０側）に圧電素子３４０Ｃを設けた方が、アーム部２４０Ｂ側（固定枠１１０側）に圧電素子３４０Ｃを設けたときよりも回生電圧から算出される電荷Ｑが大きくなった。したがって、アクチュエータ部１４０を構成する圧電素子３４０Ｃは、アーム部２４０Ｃの長手方向（Ｙ軸方向）中央から可動枠１２０側にオフセットした位置に形成されるようにするのが望ましい。これは、アクチュエータ部１４０の厚みが１０μｍ程度なのに対し、可動枠１２０の厚みが５００μｍであり、それらの間の部分は、線状部材２４０において厚さが非連続に変化する部分に近接する部分であるため、圧電素子３４０Ｃが設けられた位置で、内部に発生する応力が大きくなるためである。このように、圧電素子３４０Ｃは、線状部材２４０において厚さが非連続に変化する部分に近接して形成されている。

ここで、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すように、検出用電極１６０Ｄの面積（検出用の圧電素子３４０Ｂの大きさ）を段階的に小さくした場合における電荷Ｑを比較した。この結果、検出用電極１６０Ｄの面積（検出用の圧電素子３４０Ｂの大きさ）は、回生用の圧電素子３４０Ｃで発生する電荷Ｑには影響を与えないことがわかった。

また、アクチュエータ部１５０上の圧電素子３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃの大きさ、設置位置なども、図３に示すものには限られない。図１２（Ａ）〜図１６（Ｃ）には、アクチュエータ部１５０に発生する応力分布も示されている。この応力分布では、応力が高くなるにつれて、色が明るくなっている（色が薄くなっている）。

ただし、アクチュエータ部１５０の駆動による鏡面部１３０のＹ軸方向の傾斜量を最大にするには、圧電素子３５０Ａは、アーム部２５０Ａの長手方向に延びるように取り付けられるのが望ましい。また、検出電圧発生用の圧電素子３５０Ｂについては、圧電素子３５０Ａの駆動により発生する応力が最大となる、アーム部２５０Ａと可動枠１２０との境界線上に形成されるのが望ましい。このようにすれば、検出電圧を大きくすることができるためである。

回生電圧発生用の圧電素子３５０Ｃについては、図１２（Ａ）に示すように、線状部材２５０において、圧電素子３５０Ａ，３５０Ｂが形成されていない部分に形成されるようにすればよい。また、圧電素子３５０Ｃは、線状部材２５０において、発生する電圧が規定値以上となる部分に形成されるようにするのが望ましい。本実施の形態では、図１２（Ｂ）に示すように、圧電素子３５０Ｃは、アーム部２５０Ｃに圧電素子３５０Ａと平行に延びるようにして形成されている。しかしながら、図１２（Ｃ）に示すように、圧電素子３５０Ｃをアーム部２５０Ｂに形成してもよい。この場合には、圧電素子３５０Ｃは、圧電素子３５０Ａと直交するようになる。また、図１２（Ｄ）に示すように、圧電素子３５０Ｃを、アーム部２５０Ｂ，２５０Ｃに１つずつ設けるようにしてもよい。

圧電素子３５０Ｃの大きさや長さも任意に設定可能である。ただし、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）に示すように、アーム部２５０Ｃの中点を基準にして圧電素子３５０Ｃの長さを短くしていけば、圧電素子３５０Ｃで発生する電荷Ｑは小さくなるので、回生用電圧を大きくするには、圧電素子３５０Ｃの長さは、図１３（Ａ）に示すように長い方が良い。

しかしながら、回生用電極１９０Ｄの面積を変えれば、アクチュエータ部１５０Ａの共振周波数が変化するため、回生用電極１９０Ｄの面積（圧電素子３５０Ｃの大きさ）は、アクチュエータ部１５０Ａの共振周波数を考慮しつつ、設定する必要がある。

図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）に示すように、アーム部２５０Ｂの短手方向（Ｙ軸方向）における中点を基準にして、圧電素子３５０Ｃの長さを短くしていった場合には、圧電素子３５０Ｃで発生する電荷Ｑは小さくなる。さらに、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）に示すように、アーム部２５０Ｃの鏡面部１３０側の端部を基準にして、圧電素子３５０Ｃの長さを短くしていった場合にも、圧電素子３５０Ｃで発生する電荷Ｑは小さくなる。

しかしながら、例えば回生用電極１９０Ｄの面積が同じ図１３（Ｃ）、図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）を比較すると、アーム部２５０Ｂ側（可動枠１２０側）に圧電素子３５０Ｃを設けた方が、鏡面部１３０側に圧電素子３５０Ｃを設けたときよりも回生電圧から算出される電荷Ｑが大きくなった。したがって、アクチュエータ部１５０を構成する圧電素子３５０Ｃは、アーム部２５０Ｃの長手方向（Ｘ軸方向）中央からアーム部２５０Ｂ側にオフセットした位置に形成されるようにするのが望ましい。これは、アーム部２５０Ｃとアーム部２５０Ｂとが線状部材２５０において折れ曲がった部分であり、その部分の内側に応力が高い場所が存在しているためである。このように、圧電素子３５０Ｃは、線状部材２５０において折れ曲がった部分の内側に近接して形成されている。

ここで、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示すように、検出用電極１７０Ｄの面積（検出用の圧電素子３５０Ｂの大きさ）を段階的に小さくした場合における電荷Ｑと比較した。この結果、検出用電極１７０Ｄの面積（検出用の圧電素子３５０Ｂの大きさ）は、回生用の圧電素子３５０Ｃで発生する電荷Ｑには影響を与えないことがわかった。

このように、可動反射素子１００は、Ｙ軸に沿って延びたアクチュエータ部１４０と、Ｘ軸に沿って延びたアクチュエータ部１５０と、を有しており、その上面もしくは下面には、それぞれ所定極性の電圧を印加することにより長手方向に沿って伸縮する圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃが固着されている。そのため、アクチュエータ部１４０の圧電素子３４０Ａに電圧を印加して、圧電素子３４０Ａを伸縮させれば、圧電素子３４０Ｃに回生電圧を出力させつつ、鏡面部１３０をＹ軸方向に傾斜させる（Ｘ軸周りに揺動させる）ことができる。また、アクチュエータ部１５０の圧電素子３５０Ａに電圧を印加して、圧電素子３５０Ａを伸縮させれば、圧電素子３５０Ｃに回生電圧を出力させつつ、鏡面部１３０をＸ軸方向に傾斜させる（Ｙ軸周りに揺動させる）ことができる。このため、回生電圧を確保しつつ、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向（２軸周り）に関して、二次元走査装置を実現するために十分な変位角を確保することが可能になる。

次に、可動反射素子１００を備える二次元走査装置について説明する。

可動反射素子１００は、鏡面部１３０の表面に形成された反射面を２軸の自由度をもって傾斜させることができる。このため、可動反射素子１００を、二次元的に走査する二次元走査装置に組み込んで、光ビームや指向性電波の二次元走査を行うことができる。この二次元走査装置により、光ビームを走査すれば、スクリーンに画像を投影するプロジェクタを実現することができ、指向性電波を走査すれば、車載用のレーダ等を実現することができる。

以下では、図１７に示すように、可動反射素子１００を交流信号で駆動させる二次元走査装置２０を構成し、この二次元走査装置２０をプロジェクタ８０に組み込んだ場合について説明する。この二次元走査装置２０は、上述したような車載用のレーダ装置などにも利用可能である。

プロジェクタ８０は、スクリーン１０上に画像を投影する機能を有する。プロジェクタ８０は、二次元走査装置２０、レーザ光源３０、表示制御装置４０及びバッテリ５０を備える。なお、レーダ装置においては、レーザ光源３０の代わりに、指向性電波を発生する電波源（アンテナ）を備える。プロジェクタ８０は、バッテリ５０の電力で動作する。

二次元走査装置２０は、可動反射素子１００とコントローラ２２とを備える。可動反射素子１００を構成する圧電素子３４０Ａ，３５０Ａに交流電圧を印加することにより、ＸＹ平面に平行な反射面Ｍを有する鏡面部１３０をＹ軸方向（Ｘ軸周り）およびＸ軸方向（Ｙ軸周り）に傾斜させることができる。コントローラ２２は、この可動反射素子１００の圧電素子に駆動信号（交流電圧）を供給する。

可動反射素子１００は、上述のように、アクチュエータ部１４０，１５０を備えている。コントローラ２２は、アクチュエータ部１５０の圧電素子３５０Ａに対して第１の周期である第１の駆動信号を供給し、アクチュエータ部１４０の圧電素子３４０Ａに対して第２の周期である第２の駆動信号を供給する。

レーザ光源３０は、レーザビームを発生させ、これを二次元走査装置２０内の可動反射素子１００の反射面Ｍに照射する。反射面Ｍで反射したレーザビームは、スクリーン１０上の所定位置にスポットＳを形成する。したがって、可動反射素子１００の反射面Ｍを二次元方向に傾斜させると、スクリーン１０上に形成されるスポットＳの位置を二次元方向に走査することができる。

表示制御装置４０は、外部から与えられる画像データに基づいて、スクリーン１０上に所定の画像を表示するための表示制御を行う。具体的には、表示制御装置４０は、表示対象となる画像についての画像データに基づく変調信号をレーザ光源３０に与えるとともに、二次元走査装置２０内のコントローラ２２に対して制御信号を与える。

レーザ光源３０は、表示制御装置４０から与えられる変調信号に基づいて、強度もしくは波長またはその双方を変調したレーザビームを発生させ、これを二次元走査装置２０内の可動反射素子１００の鏡面部１３０の反射面Ｍに照射する。

一方、二次元走査装置２０は、表示制御装置４０から入力される制御信号に基づいて、反射面Ｍで反射したレーザビームによりスクリーン１０上に形成されるスポットＳが、スクリーン１０上を二次元的に移動するように、可動反射素子１００の鏡面部１３０を揺動させる。

表示制御装置４０から二次元走査装置２０に与えられる制御信号は、可動反射素子１００の鏡面部１３０の揺動動作のＯＮ／ＯＦＦを示すとともに、揺動動作のタイミングを示す信号になっている。表示制御装置４０は、レーザ光源３０に与える変調信号のタイミングに同期した制御信号を二次元走査装置２０に与える。その結果、スクリーン１０上のスポットＳの位置と、スポットＳを形成するレーザビームの変調内容とが同期し、スクリーン１０上に画像データに応じた画像が表示される。

（共振周波数の調整）
二次元走査装置２０をプロジェクタ８０等に利用する場合、可動反射素子１００の反射面Ｍの傾斜角はできるだけ大きな範囲に設定できる方が好ましい。反射面Ｍの傾斜角を大きくするには、鏡面部１３０の揺動運動の振幅を大きくする必要がある。振幅を大きくするためには、圧電素子３４０Ａ，３５０Ａに供給する電圧を大きくする必要がある。ただ、同じ電圧の交流信号を供給した場合でも、鏡面部１３０の揺動運動の振幅は、その周波数によって異なってくる。これは、一般に、振動系におけるエネルギー効率は、振動系に固有の共振周波数で振動させた場合に最も高まるためである。

例えば、可動反射素子１００の鏡面部１３０の共振周波数ｆは、各部の材質やアクチュエータ部の寸法や形状によって一義的に定まる物理的な固有値になる。この共振周波数ｆで鏡面部１３０を振動させると、最もエネルギー効率が良好になる。別言すれば、同じ振幅を得るために必要な供給電圧は、共振周波数ｆで振動させた場合に最も低くなる。

鏡面部１３０を共振周波数ｆで振動させる場合には、圧電素子３４０Ａ，３５０Ａに５Ｖ程度の交流駆動信号を供給すれば十分であるのに対して、特定の非共振周波数で振動させる場合には、５００〜１０００Ｖの交流駆動信号が必要になるケースもあった。可動反射素子１００をＭＥＭＳ素子などの微細な半導体素子として形成した場合、このような高い電圧で駆動させると絶縁破壊などが生じる可能性がある。

このような観点から、実用上は、可動反射素子１００の鏡面部１３０を共振周波数ｆで振動させる運用を行うのが好ましい。換言すれば、用途が予め定まっているのであれば、その用途に適した振動周波数が共振周波数ｆに一致するように、可動反射素子１００の機械的構造部の設計を行うようにするのが好ましい。

例えば、二次元走査装置２０を、プロジェクタ８０に用いる場合について考える。このプロジェクタ８０では、前述したとおり、コントローラ２２から可動反射素子１００に対して、駆動信号Ｄｘ，Ｄｙが供給され、スクリーン１０上でラスタ走査方式又は８の字走査方式でスポットＳの走査が行われる。

可動反射素子１００の用途として、Ｘ軸に沿った方向に関しては周波数ｆｘ＝１５〜２０ｋＨｚで振動させ、Ｙ軸に沿った方向に関しては周波数ｆｙ＝８０Ｈｚで振動させる用途に利用することが予め定まっているのであれば、可動反射素子１００を設計する段階から、これらの周波数ｆｘ，ｆｙが共振周波数となるような配慮を行うのが好ましい。そのような設計を行った可動反射素子１００をプロジェクタ８０に組み込めば、鏡面部１３０は、その固有の共振周波数で振動させられることになるので、極めて効率の良い動作が可能になる。

上述したように、二次元走査装置２０をプロジェクタ８０に組み込んで用いる場合、通常、水平走査時間と垂直走査時間との間に大きな差が生じることになるので、可動反射素子１００に要求されるＸ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｘとＹ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｙとの間にも大きな差が生じる。したがって、このようなプロジェクタ８０用の可動反射素子１００では、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｘとＹ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｙとが異なるようにする必要がある。

一般に、ある振動系の共振周波数ｆは複数通り存在し、低い方から順に、第１次共振周波数、第２次共振周波数、．．．のように称呼されている。したがって、Ｘ軸に沿った方向に関する共振周波数がｆｘであり、Ｙ軸に沿った方向に関する共振周波数がｆｙであるような可動反射素子を設計する際には、Ｘ軸に沿った方向に関する特定の次数の共振周波数がｆｘとなり、Ｙ軸に沿った方向に関する特定の次数の共振周波数がｆｙとなるような設計を行えばよい。

なお、Ｘ軸に沿った方向に関する任意の次数の共振周波数がＹ軸に沿った方向に関する任意の次数の共振周波数と一致してしまうと、Ｘ軸に沿った方向の振動とＹ軸に沿った方向の振動との間に不都合な干渉が生じる可能性がある。したがって、実用上は、Ｘ軸に沿った方向に関する各次数の共振周波数が、Ｙ軸に沿った方向に関するいずれの次数の共振周波数にも一致しないような設計を行うのが好ましい。

（フィードバック制御）
上述したように、図１７に示すプロジェクタ８０を構成するコントローラ２２は、可動反射素子１００の反射面ＭをＸ軸方向およびＹ軸方向に振動させる駆動機能を有しているが、実用上は、このような駆動を適切に行うために、コントローラ２２にフィードバック制御機能をもたせておくのが好ましい。図１８は、このようなフィードバック制御機能を備えたプロジェクタ８０の模式図である。なお、可動反射素子１００の上面図におけるハッチングは、Ｄ層の平面形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。

二次元走査装置２０は、可動反射素子１００とコントローラ２２とによって構成されている。可動反射素子１００には、一対のアクチュエータ部１４０のそれぞれに、３組の圧電素子（１組は、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄを有する圧電素子３４０Ａ、もう１組は、Ｄ層（検出用電極）１６０Ｄを有する圧電素子３４０Ｂ、さらにもう１組は、Ｄ層（回生用電極）１８０Ｄを有する圧電素子３４０Ｃ）が形成され、アクチュエータ部１５０のそれぞれに、３組の圧電素子（１組は、Ｄ層（駆動用電極）１５０Ｄを有する圧電素子３５０Ａ、もう１組は、Ｄ層（検出用電極）１７０Ｄを有する圧電素子３５０Ｂ、さらにもう１組は、Ｄ層（回生用電極）１９０Ｄを有する圧電素子３５０Ｃ）が形成されている。

すなわち、アクチュエータ部１４０、１５０には、合計６組の圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃが設けられている。これら６組の圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃのうちの一部は駆動用圧電素子として機能し、一部は検出用圧電素子として機能し、残りは回生用圧電素子として機能する。具体的には、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ，１５０Ｄの領域に形成される圧電素子は駆動用圧電素子として機能し、Ｄ層（検出用電極）１６０Ｄ，１７０Ｄの領域に形成される圧電素子は検出用圧電素子として機能し、Ｄ層（回生用電極）１８０Ｄ，１９０Ｄの領域に形成される圧電素子は回生用圧電素子として機能する。

もっとも、６組の圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃの基本的な層構成は同一であり、その物理的な構成や基本機能に差があるわけではない。ここで、各圧電素子を「駆動用圧電素子」、「検出用圧電素子」及び「回生用圧電素子」と呼んで区別しているのは、専らコントローラ２２側から見たときの機能を区別するためである。各圧電素子のＢ層（下部電極層）１００Ｂは接地電位に固定されており、Ｄ層（駆動用電極）１４０Ｄ，１５０Ｄ，Ｄ層（検出用電極）１６０Ｄ，１７０Ｄは、図１８に示すコントローラ２２の内部に設けられたＸ軸方向振動制御部２２１もしくはＹ軸方向振動制御部２２２に接続されている。

ここで、Ｘ軸方向振動制御部２２１からＤ層（駆動用電極）１５０Ｄに対しては、Ｘ軸方向駆動信号Ｄｘが与えられ、Ｙ軸方向振動制御部２２２からＤ層（駆動用電極）１４０Ｄに対しては、Ｙ軸方向駆動信号Ｄｙが与えられる。一方、Ｄ層（検出用電極）１７０Ｄの電圧を示す信号は、Ｘ軸方向検出信号ＳｘとしてＸ軸方向振動制御部２２１にフィードバックされ、Ｄ層（検出用電極）１６０Ｄの電圧を示す信号は、Ｙ軸方向検出信号ＳｙとしてＹ軸方向振動制御部２２２にフィードバックされる。

Ｘ軸方向振動制御部２２１は、このＸ軸方向検出信号Ｓｘをフィードバック信号として参照してＸ軸方向駆動信号Ｄｘを生成するフィードバック制御を行い、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、このＹ軸方向検出信号Ｓｙをフィードバック信号として参照してＹ軸方向駆動信号Ｄｙを生成するフィードバック制御を行う。

ここで、アクチュエータ部１４０、１５０に形成された圧電素子を構成するＣ層（圧電材料層）１００Ｃは、前述の通り、Ｄ層（上部電極層）１００ＤとＢ層（下部電極層）１００Ｂとの間に所定極性の電圧を印加すると、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、長手方向に伸縮する性質を有している。このため、圧電素子を駆動素子として捉えた場合は、電圧の印加により機械的な変形（応力）を生じる素子ということになるが、逆に、この圧電素子を検出素子又は回生素子として捉えると、生じた機械的な変形（応力）を電気信号として検出する素子ということもできる。

具体的には、図４（Ａ）に示す圧電素子には、外力の作用によって図４（Ｂ）に示すような変形が生じると、Ｄ層（上部電極層）１００Ｄ側に正電荷、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ側に負電荷が生じる分極作用があり、外力の作用によって図４（Ｃ）に示すような変形が生じると、Ｄ層（上部電極層）１００Ｄ側に負電荷、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ側に正電荷が生じる分極作用がある。上述したＸ軸方向検出信号Ｓｘは、アクチュエータ部１５０の変形に起因して、Ｄ層（検出用電極）１７０Ｄに発生した電荷を示す信号であり、図６（Ｂ），図６（Ｃ）に示すような変形状態におけるアクチュエータ部１５０の上面の伸縮程度を示している。同様に、上述したＹ軸方向検出信号Ｓｙは、アクチュエータ部１４０の変形に起因して、Ｄ層（検出用電極）１６０Ｄに発生した電荷を示す信号であり、図５（Ｂ），図５（Ｃ）に示すような変形状態におけるアクチュエータ部１４０の上面の伸縮の度合いを示している。

Ｘ軸方向駆動信号Ｄｘ及びＹ軸方向駆動信号Ｄｙとして、駆動信号を供給すると、各アクチュエータ部１４０，１５０に形成された駆動用圧電素子は所定周期で伸縮運動を繰り返すことになるが、その結果、アクチュエータ部１４０，１５０に形成された検出用圧電素子にも所定周期で伸縮運動が生じることになる。フィードバック信号としてコントローラ２２に戻されるＸ軸方向検出信号ＳｘおよびＹ軸方向検出信号Ｓｙは、このような各アクチュエータ部１４０，１５０の周期的な伸縮運動を示す信号ということになり、鏡面部１３０のＸ軸方向およびＹ軸方向の振動を示す信号となる。

前述のように、レーザ光源３０から照射されたレーザビームは、鏡面部１３０の反射面Ｍで反射して、スクリーン１０上の所定位置にスポットＳを形成することになる。したがって、Ｘ軸方向検出信号Ｓｘは、スポットＳのＸ軸方向の位置を示す信号に相当し、Ｙ軸方向検出信号Ｓｙは、スポットＳのＹ軸方向の位置を示す信号に相当する。Ｘ軸方向振動制御部２２１は、スクリーン１０上のスポットＳのＸ軸方向の位置を示す信号Ｓｘに基づいて、スポットＳをスクリーン１０上でＸ軸に沿った方向に走査するためのＸ軸方向駆動信号Ｄｘを生成するフィードバック制御を行うことができる。同様に、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、スクリーン１０上のスポットＳのＹ軸に沿った方向の位置を示す信号Ｓｙに基づいて、スポットＳをスクリーン１０上でＹ軸に沿った方向に走査するためのＹ軸方向駆動信号Ｄｙを生成するフィードバック制御を行うことができる。

以上、図１８に示す可動反射素子１００についてフィードバック制御を行う場合を説明したが、一般論として説明すれば、可動反射素子１００の１つもしくは複数のアクチュエータ部１４０，１５０にそれぞれ複数の圧電素子を設けるようにし、この複数の圧電素子の一部を駆動用圧電素子として機能させ、別の一部は検出用圧電素子又は回生用圧電素子として機能させるようにすればよい。ここで、駆動用圧電素子は、コントローラ２２から供給される駆動信号に基づいて鏡面部１３０を揺動させる機能を果たし、検出用圧電素子は、鏡面部１３０の揺動に起因して発生した電荷を示す検出信号をコントローラ２２にフィードバックする機能を果たす。そうすれば、コントローラ２２は、この検出信号に基づいて駆動信号に対するフィードバック制御を行うことができる。

より具体的には、コントローラ２２には、Ｘ軸方向振動制御部２２１とＹ軸方向振動制御部２２２とを設けておくようにする。ここで、Ｘ軸方向振動制御部２２１は、Ｘ軸に沿って延びたアクチュエータ部１５０に設けられた検出用圧電素子からフィードバックされるＸ軸方向検出信号Ｓｘに基づいて、アクチュエータ部１５０に設けられた駆動用圧電素子に供給するＸ軸方向駆動信号Ｄｘを生成すればよい。また、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、Ｙ軸に沿って延びたアクチュエータ部１４０に設けられた検出用圧電素子からフィードバックされるＹ軸方向検出信号Ｓｙに基づいて、アクチュエータ部１４０に設けられた駆動用圧電素子に供給するＹ軸方向駆動信号Ｄｙを生成すればよい。

このように、コントローラ２２にフィードバック制御機能を設けておけば、鏡面部１３０の揺動運動が適切に行われているか否かを監視しながら、適切な揺動運動から外れる場合には、これを自動的に修正する制御が可能になる。

図１８に示す表示制御装置４０は、外部から与えられる画像データに基づいて、スクリーン１０上に画像を表示させる処理を行う装置であり、レーザ光源３０に対して所定のタイミングで画像データ（個々の画素の画素値を示すデータ）に基づく変調信号を提供するとともに、Ｘ軸方向振動制御部２２１に対してＸ軸方向走査制御信号Ｃｘを与え、Ｙ軸方向振動制御部２２２に対してＹ軸方向走査制御信号Ｃｙを与える。

ここに示す例の場合、Ｘ軸方向走査制御信号Ｃｘには、Ｘ軸に沿った方向に関する所定振幅Ｇｘを示す情報および所定周波数φｘを示す情報が含まれており、Ｙ軸方向走査制御信号Ｃｙには、Ｙ軸に沿った方向に関する所定振幅Ｇｙを示す情報および所定周波数φｙを示す情報が含まれている。表示制御装置４０は、これら走査制御信号Ｃｘ，Ｃｙを用いて、鏡面部１３０の揺動運動の振幅および周波数を所望の値に設定することができる。振幅Ｇｘ，Ｇｙを大きな値に設定すればするほど、スクリーン１０上には大きな画像が表示されることになり、周波数φｘ，φｙを大きな値に設定すればするほど、スクリーン１０上には早いフレームレートで画像表示を行うことができる。

なお、前述したとおり、実用上は、効率的な振動が可能になるように、Ｘ軸に沿った方向に関する所定周波数φｘとしては、可動反射素子１００に固有のＸ軸方向共振周波数ｆｘを設定し、Ｙ軸に沿った方向に関する所定周波数φｙとしては、可動反射素子１００に固有のＹ軸方向共振周波数ｆｙを設定するのが好ましい。

Ｘ軸方向振動制御部２２１は、フィードバックされたＸ軸方向検出信号Ｓｘの振幅および周波数が、Ｘ軸方向走査制御信号Ｃｘによって指示された所定振幅Ｇｘおよび所定周波数φｘに応じた値になるように、Ｘ軸方向駆動信号Ｄｘの振幅および周波数を増減するフィードバック制御を行う。同様に、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、フィードバックされてきたＹ軸方向検出信号Ｓｙの振幅および周波数が、Ｙ軸方向走査制御信号Ｃｙによって指示された所定振幅Ｇｙおよび所定周波数φｙに応じた値になるように、Ｙ軸方向駆動信号Ｄｙの振幅および周波数を増減するフィードバック制御を行う。

なお、Ｘ軸方向振動制御部２２１から表示制御装置４０に対しては、Ｘ軸方向走査位置信号Ｕｘが与えられ、Ｙ軸方向振動制御部２２２から表示制御装置４０に対しては、Ｙ軸方向走査位置信号Ｕｙが与えられる。ここで、Ｘ軸方向走査位置信号Ｕｘは、スクリーン１０上のスポットＳのＸ軸に沿った方向に関する現在位置（位相）を示す信号であり、Ｙ軸方向走査位置信号Ｕｙは、スクリーン１０上のスポットＳのＹ軸に沿った方向に関する現在位置（位相）を示す信号である。これら走査位置信号ＵｘおよびＵｙは、それぞれＸ軸方向検出信号ＳｘおよびＹ軸方向検出信号Ｓｙの位相に基づいて生成することができる。

表示制御装置４０は、これら走査位置信号ＵｘおよびＵｙに基づいて、スクリーン１０上のスポットＳの現在位置を認識することができるので、画像データに基づいて、位置に応じた画素の画素値を示すデータを変調信号としてレーザ光源３０に提供できる。レーザ光源３０は、こうして提供された変調信号に基づいて、発生するレーザビームの強度を変調することができる。したがって、「８の字状走査方式」を採用した場合にも、スクリーン１０上のスポットＳの位置には、位置に応じた適切な画素を表示することができる。

また、上述のように、一対のアクチュエータ部１４０，１５０を駆動して、鏡面部１３０をＸ軸方向、Ｙ軸方向に２次元走査する場合、一対のアクチュエータ部１４０，１５０の変形により圧電素子３４０Ｃ，３５０Ｃで発生した電圧信号Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｙ１，Ｒｙ２は、バッテリ５０に送られ充電される。バッテリ５０は、電力Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３をレーザ光源３０、コントローラ２２、表示制御装置４０等に送り、それらの電源として機能する。よって、アクチュエータ部１４０，１５０の駆動を利用した回生回路により、バッテリ５０の電力を長持ちさせることができる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、圧電素子３４０Ａ，３５０Ａにより変形する線状部材２４０，２５０の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する圧電素子３４０Ｃ，３５０Ｃを備えているので、その回生電圧をバッテリ５０に充電することにより、電力の有効活用が可能となる。

また、可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０，１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。

また、可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０の長さを長くすることができるので、可動反射素子１００のＸ軸方向の長さに対してＹ軸方向の長さを短くすることができる。後述するように、Ｘ軸周りの揺動を、ビームの垂直方向の走査に対応させた場合、プロジェクタ等の機器に可動反射素子１００を組み込んだとき、可動反射素子１００のＹ軸方向を、機器の厚み方向に対応させることができる。したがって、可動反射素子１００を採用すれば、可動反射素子１００のＹ軸方向の長さが短いので、可動反射素子１００を組み込む機器をより薄くして小型化することができる。

また、アクチュエータ部１４０は、可動枠１２０の外辺の中点Ｎに接続されているので、ＸＹ方向以外のモーメントが可動枠１２０に殆ど働かず、可動枠１２０の振動がいずれかの方向に偏らず捩じれないようにすることができる。

本実施の形態では、アクチュエータ部１４０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０の原点Ｏを中心として２回回転対称に配置されている。また、アクチュエータ部１５０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０を中心として２回回転対称に配置されている。そして、アーム部２４０Ａにおいて固定枠１１０と接続される一端から他端へ向かう向きと、アーム部２５０Ａにおいて可動枠１２０と接続される一端から他端へ向かう向きとが、鏡面部１３０の重心を中心とする回転方向に関して同じになっている。

また、アクチュエータ部１４０とアクチュエータ部１５０が、略Ｓ字状となっている。これにより、駆動周波数の比率を最適化できるとともに、可動枠１２０を小型化することができる。また、鏡面部１３０を偏りなく保持してバランス良く揺動させることができる。

ただし、アクチュエータ部１４０，１５０及び鏡面部１３０は、変位を生じる可動構成要素であるため、外部物体と接触することは避けた方がよい。この点、固定枠１１０のように枠状であれば、可動構成要素を内部に囲い込むことができるので、可動構成要素を外部物体との接触から保護できる。

また、固定枠１１０、可動枠１２０および鏡面部１３０については、矩形状に限られるものではなく、例えば楕円状、多角形状であってもよい。

また、この実施の形態においては、圧電素子３４０Ｃおよび圧電素子３５０Ｃで出力される回生電圧における電位の向き（極性）が同一になるように、圧電素子３４０Ｃおよび圧電素子３５０Ｃにおける分極方向を合わせることで、より効率的に回生電圧（エネルギー）を得ることが可能である。また、この実施の形態においては、圧電素子３４０Ｃおよび圧電素子３５０Ｃを階層構造にすることでも、より大きな回生電圧を得ることが可能である。

また、この実施の形態では、固定枠１１０を支持する土台基板２００が設けられている。このように、土台基板２００を設け、固定枠１１０の下面を土台基板２００の上面に固定すれば、アクチュエータ部１４０、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０および鏡面部１３０が、この土台基板２００の上方に浮いた状態になり、土台基板２００の上方に確保された空隙の大きさによって定まる自由度の範囲内で鏡面部１３０を傾斜させることができる。また、鏡面部１３０に過剰な変位が生じることを防ぐことができるので、アクチュエータ部１４０，１５０に過度な撓みが生じ、破損してしまうことを防止することができる。また、この実施の形態では、固定枠１１０の厚みに比べて、アクチュエータ部１４０、アクチュエータ部１５０、鏡面部１３０の厚みを小さくすることにより、宙吊り構造を実現しているが、これら各部の厚みを同一にし、固定枠１１０の下面に、いわゆるスペーサ３００を履かせることにより宙吊り構造を実現するようにしてもよい。

なお、土台基板２００を、可動反射素子１００の装置筐体とすれば、土台基板２００は、可動反射素子１００の製品自体に組み込まれた一部品ということになる。これに対して、可動反射素子１００の製品自体としては、土台基板２００を含まない形態を採ることも可能である。この場合、この可動反射素子を部品として実装する何らかの装置の実装面の構造体が、土台基板２００として機能するようになる。

また、上記実施の形態では、アーム部２４０Ａ〜２４０Ｃ，２５０Ａ〜２５０Ｃの長手方向中央に、圧電素子３４０Ａ〜３４０Ｃ，３５０Ａ〜３５０Ｃを設けたが、アーム部２４０Ａの外辺付近に圧電素子３４０Ａ〜３４０Ｃ，３５０Ａ〜３５０Ｃを設けてもよい。

また、圧電素子３４０Ｃ，３５０Ｃの形状は長方形状であったが、本発明はこれには限られない。例えば、線状部材２４０，２５０における応力分布にしたがって、圧電素子３４０Ｃ，３５０Ｃの形状を、線状部材２４０，２５０における応力が高い部分の形状に合わせた形にしてもよい。

また、上記実施の形態では、アクチュエータ部１４０，１５０の両方に、回生用の圧電素子３４０Ｃ，３５０Ｃを設けたが、いずれか一方に設けるようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、固定枠１１０に、アクチュエータ部１４０、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０及び鏡面部１３０を配置した構造を採用している。しかしながら、固定枠１１０を枠体によって構成する必要はなく、例えば、アクチュエータ部１４０の一端を固定できれば枠状でなくてもよい。

なお、例えば、アクチュエータ部１４０では上面に圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃを設け、アクチュエータ部１５０では下面に圧電素子３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃを設ける、というように、圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃの配置を逆にすることも可能である。また、アクチュエータ部１４０、１５０について、各線状部材２４０，２５０の上下両面に圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃを形成してもかまわない。ただし、実用上は、線状部材２４０，２５０の上面に圧電素子３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃを形成するのが、製造プロセスを単純化する上で好ましい。

また、上記実施の形態におけるアーム部２４０Ａ〜２４０Ｃ，２５０Ａ〜２５０Ｃは、規定の方向に延びていればよく、直線形状であっても、曲がりを含む形状であってもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１０スクリーン、２０二次元走査装置、２２コントローラ、３０レーザ光源、４０表示制御装置、５０バッテリ、８０プロジェクタ、１００可動反射素子、１００ＡＡ層（基板層、シリコン基板）、１００Ａ１支持層、１００Ａ２ＢＯＸ層、１００Ａ３活性層、１００ＢＢ層（白金層、下部電極層）、１００ＣＣ層（ＰＺＴ層、圧電材料層）、１００ＤＤ層（白金／金層、上部電極層）、１１０固定枠、１１０ＡＡ層、１１０ＢＢ層、１１０ＣＣ層、１２０可動枠、１２０ＡＡ層、１２０ＢＢ層、１２０ＣＣ層、１３０鏡面部、１３０ＡＡ層、１３０ＢＢ層、１３０ＣＣ層、１３０ＤＤ層（反射層）、１４０アクチュエータ部、１４０ＡＡ層（基板層、線状部材）、１４０ＢＢ層（下部電極層）、１４０ＣＣ層（圧電材料層）、１４０ＤＤ層（上部電極層、駆動用電極）、１５０アクチュエータ部、１５０ＡＡ層（基板層、線状部材）、１５０ＢＢ層（下部電極層）、１５０ＣＣ層（圧電材料層）、１５０ＤＤ層（上部電極層、駆動用電極）、１６０Ｄ、１７０ＤＤ層（上部電極層、検出用電極）、１８０Ｄ，１９０ＤＤ層（上部電極層、回生用電極）、２００土台基板、２２１Ｘ軸方向振動制御部、２２２Ｙ軸方向振動制御部、２４０線状部材、２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃアーム部、２５０線状部材、２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃアーム部、３００スペーサ、３４０Ａ，３４０Ｂ，３４０Ｃ，３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃ圧電素子、Ｓスポット

Claims

フレームに対してミラーを揺動軸回りに揺動させるために前記ミラーの両側に設けられた一対のアクチュエータを備える可動反射素子であって、
前記一対のアクチュエータのそれぞれは、
一端でフレーム側と接続し、他端でミラー側と接続し、前記一端から前記他端まで延びる可撓性のある線状部材と、
前記線状部材に形成され、駆動電圧に従って伸縮して前記線状部材を変形させて、前記フレームに対して前記ミラーを揺動させる第１の圧電素子と、
前記線状部材に形成され、前記線状部材の変形に応じて発生する電圧を駆動電圧調整用の検出電圧として出力する第２の圧電素子と、
前記線状部材に形成され、前記線状部材の変形に応じて発生する電圧を回生電圧として出力する第３の圧電素子と、
を備える可動反射素子。
前記第３の圧電素子は、
前記線状部材において、発生する電圧が既定値以上となる部分に形成されている、
請求項１に記載の可動反射素子。
前記第１の圧電素子は、前記線状部材を構成する、前記揺動軸に交差して延びる最長の直線部分に形成され、
前記第２の圧電素子は、前記線状部材の前記フレーム側の端部に形成され、
前記第３の圧電素子は、前記第１の圧電素子よりも前記ミラー側に形成されている、
請求項２に記載の可動反射素子。
前記線状部材は、
前記フレーム側の部材に一端が接続され、前記揺動軸に交差する第１の方向に延びる第１の線状部と、
一端が前記第１の線状部の他端と接続し、前記第１の方向に直交する第２の方向に延びた第２の線状部と、
一端が前記第２の線状部の他端と接続し、前記第２の線状部の他端から折り返して前記第１の線状部に対向して平行に延び、他端がミラー側の部材と接続する第３の線状部と、
を有し、
前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子は、前記第１の線状部に形成されており、
前記第３の圧電素子は、前記第２の線状部及び前記第３の線状部の少なくとも一方に形成されている、
請求項３に記載の可動反射素子。
前記ミラーが形成された鏡面部と、
前記鏡面部を囲む内側フレームと、
前記内側フレームを囲む外側フレームと、
前記ミラーと前記内側フレームとを連結し、前記内側フレームに対して前記鏡面部を内側揺動軸回りに揺動させるために前記ミラーの前記内側揺動軸の両側にそれぞれ設けられた一対の内側駆動部と、
前記内側フレームと前記外側フレームとを連結し、前記外側フレームに対して前記内側フレームを、前記内側揺動軸に直交する外側揺動軸回りに揺動させるために前記内側フレームの前記外側揺動軸の両側にそれぞれ設けられた一対の外側駆動部と、
を備え、
前記内側駆動部及び前記外側駆動部の少なくとも一方が、前記アクチュエータである、
請求項４に記載の可動反射素子。
前記第３の圧電素子は、前記第３の線状部の長手方向中央から前記第２の線状部側にオフセットした位置に形成されている、
請求項５に記載の可動反射素子。
前記第３の圧電素子は、前記第３の線状部の長手方向中央から前記鏡面部側にオフセットした位置に形成されている、
請求項５に記載の可動反射素子。
前記第３の圧電素子は、
前記線状部材において厚さが非連続に変化する部分に近接して形成されている、
請求項２に記載の可動反射素子。
前記第３の圧電素子は、
前記線状部材において折れ曲がった部分の内側に近接して形成されている、
請求項２に記載の可動反射素子。