JP2023040532A - 光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電アクチュエータの駆動時に加わる応力を緩和し、この圧電アクチュエータの限界振れ角を向上させることを可能とした光偏向器を提供する。【解決手段】反射面を含むミラー部２と、ミラー部２の周囲に位置して、ミラー部２を一の中心軸の軸回りに揺動させる圧電アクチュエータ４と、圧電アクチュエータ４の一端側と連結されたインナーフレーム６と、圧電アクチュエータ４の他端側と連結されたアウターフレーム７とを備え、圧電アクチュエータ４は、インナーフレーム６とアウターフレーム７との間に設けられた圧電素子３１ｃにより駆動される圧電カンチレバー部３４を含み、インナーフレーム６と圧電カンチレバー部３４とが連結する位置において、圧電カンチレバー部３４の中心軸とは交差する方向にインナーフレーム６の一部が突出した突出部６ｄが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光偏向器に関する。

従来、レーザー光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器の例として、ガルバノミラーやポリゴンミラーが一般的に用いられている。このうち、ガルバノミラーは、偏光用の平面ミラーを回転軸に取り付け、電気信号に応じて電磁モータを駆動してミラーの回転角を可変にした光偏向器である。このガルバノミラーは、非共振型の光偏向器なので、ノコギリ歯型やランダムな電気信号で駆動できる。一方、ポリゴンミラーは、偏光用の多面ミラーを回転軸に取り付けた光偏向器であり、ガルバノミラーに比べ高速に走査可能である。

しかしながら、ガルバノミラーやポリゴンミラーは、駆動源に電磁モータを使用しているため、小型化や軽量化が困難であり、省スペースを必要とするアプリケーションに使用することが困難である。

これに対して、半導体製造技術を応用してシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術（いわゆるＭＥＭＳ技術）を用いて、半導体基板上にミラーや弾性体等の機構部品を一体的に形成した光偏向器（マイクロミラーともいう。）が提案されている（例えば、下記特許文献１，２を参照。）。

具体的に、この光偏向器では、支持板上に、圧電体の上部及び下部に電極を有した複数の圧電素子を配置し、この圧電素子の上に弾性体を接続させた圧電アクチュエータを用いている。圧電アクチュエータは、上下電極間に印加される交流電圧により圧電体に上下に直線往復振動を生じさせ、この振動が弾性体を介して反射板へと伝わり、回転支持体を中心として反射板を左右に偏向させる。

このような光偏向器では、その全体が微小な機械構造体で構成されたＭＥＭＳデバイスであるため、小型化や軽量化が容易である。さらに、半導体プロセスと同様に１枚のウェハから複数のデバイスを同時に作製できるため、量産が容易でコストを抑えることが可能である。

特開２００８－０４０２４０号公報 特開２０１９－１４４４１６号公報

ところで、非共振型の圧電アクチュエータでは、共振型の圧電アクチュエータと比べて、駆動電圧当たりの振れ角効率が悪くなる。

一方、振れ角効率を良くするためには、非共振の圧電アクチュエータの支持体となるＳｉ基板の厚みを薄くする必要がある。しかしながら、Ｓｉ基板の厚みを薄くすると、構造上脆くなってしまうため、デバイス自体が破損し易くなる。また、非共振の圧電アクチュエータの限界振れ角が低下することなる。

なお、限界触れ角とは、光偏向器の試験において、圧電アクチュエータの駆動電圧を基準周波数で徐々に増大して、ミラー部の振れ角を徐々に増大していく過程において、光偏向器の何れかの部位が破損して、振れ角のそれ以上の増大が困難になったときの振れ角のことを言う。

特に、非共振の圧電アクチュエータでは、カンチレバーの先端にあるインナーフレームとの連結位置において応力が加わり易く、繰り返し加わる応力によって破損し易くなっている。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、圧電アクチュエータの駆動時に加わる応力を緩和し、この圧電アクチュエータの限界振れ角を向上させることを可能とした光偏向器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、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 反射面を含むミラー部と、
前記ミラー部の周囲に位置して、前記ミラー部を一の中心軸の軸回りに揺動させる圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの一端側と連結されたインナーフレームと、
前記圧電アクチュエータの他端側と連結されたアウターフレームとを備え、
前記圧電アクチュエータは、前記インナーフレームと前記アウターフレームとの間に設けられた圧電素子により駆動される圧電カンチレバー部を含み、
前記インナーフレームと前記圧電カンチレバー部とが連結する位置において、前記圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に前記インナーフレームの一部が突出した突出部が設けられていることを特徴とする光偏向器。
〔２〕 前記インナーフレームは、前記圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に延在する延在部を介して前記圧電カンチレバー部と連結され、
前記突出部は、前記延在部から当該延在部が延在する方向に突出して設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の光偏向器。
〔３〕 反射面を含むミラー部と、
前記ミラー部の周囲に位置して、前記ミラー部を第１の中心軸の軸回りに揺動させる第１の圧電アクチュエータと、
前記第１の圧電アクチュエータの周囲に位置して、前記ミラー部を前記第１の中心軸とは直交する第２の中心軸の軸周りに揺動させる第２の圧電アクチュエータと、
前記ミラー部と前記第１の圧電アクチュエータの一端との間を連結するトーションバーと、
前記第１の圧電アクチュエータの他端と前記第２の圧電アクチュエータの一端との間を連結するインナーフレームと、
前記第２の圧電アクチュエータの周囲に位置して、前記第２の圧電アクチュエータの他端と連結されたアウターフレームとを備え、
前記第１の圧電アクチュエータは、前記トーションバーと前記インナーフレームとの間に設けられた圧電素子により共振状態で駆動される第１の圧電カンチレバー部を含み、
前記第２の圧電アクチュエータは、前記インナーフレームと前記アウターフレームとの間に設けられた圧電素子により非共振状態で駆動される第２の圧電カンチレバー部を含み、
前記インナーフレームと前記第２の圧電カンチレバー部とが連結する位置において、前記第２の圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に前記インナーフレームの一部が突出した突出部が設けられていることを特徴とする光偏向器。
〔４〕 前記インナーフレームは、前記第２の圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に延在する延在部を介して前記第２の圧電カンチレバー部と連結され、
前記突出部は、前記延在部から当該延在部が延在する方向に突出して設けられていることを特徴とする前記〔３〕に記載の光偏向器。
〔５〕 前記突出部は、前記中心軸とは直交する方向に突出して設けられていることを特徴とする前記〔１〕～〔４〕の何れか一項に記載の光偏向器。

以上のように、本発明によれば、圧電アクチュエータの駆動時に加わる応力を緩和し、この圧電アクチュエータの限界振れ角を向上させることを可能とした光偏向器を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光偏向器の構成を示す平面図である。 図１に示す光偏向器の断面構造を示し、（Ａ）は図１中に示す線分Ａ－Ａによる光偏向器の断面図、（Ｂ）は、光偏向器を構成する各層の積層構造を示す断面図である。 突出部がある場合のインナーフレームと第２の圧電カンチレバー部との連結位置における応力分布を示す図である。 突出部がない場合のインナーフレームと第２の圧電カンチレバー部との連結位置における応力分布を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光偏向器の構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光偏向器の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を光偏向器の平面内における第２の中心軸の方向（横方向）、Ｙ軸方向を光偏向器の平面内において第２の方向と直交する第１の中心軸の方向（縦方向）、Ｚ軸方向を光偏向器の平面内に対して直交する厚み方向（高さ方向）として、それぞれ示すものとする。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１及び図２に示す光偏向器１について説明する。

なお、図１は、光偏向器１の構成を示す平面図である。図２は、光偏向器１の断面構造を示し、（Ａ）は図１中に示す線分Ａ－Ａによる光偏向器１の断面図、（Ｂ）は、光偏向器１を構成する各層の積層構造を示す断面図である。

本実施形態の光偏向器１は、図１及び図２に示すように、ミラー部２と、ミラー部２の周囲に位置して、ミラー部２を第１の中心軸（本実施形態ではＹ軸に沿った方向）ＡＹの軸回りに揺動させる第１の圧電アクチュエータ３と、第１の圧電アクチュエータ３の周囲に位置して、ミラー部２を第１の中心軸ＡＹとは直交する第２の中心軸（本実施形態ではＸ軸に沿った方向）ＡＸの軸周りに揺動させる第２の圧電アクチュエータ４と、ミラー部２と第１の圧電アクチュエータ３との間を連結するトーションバー５と、第１の圧電アクチュエータ３と第２の圧電アクチュエータ４との間を連結するインナーフレーム６と、第２の圧電アクチュエータ４の周囲に位置して、第２の圧電アクチュエータ４と連結されたアウターフレーム７とを備えている。

また、本実施形態の光偏向器１は、ＭＥＭＳ技術を用いて、支持体となる半導体基板の上に、ミラー部２と、第１及び第２の圧電アクチュエータ３，４と、トーションバー５及びインナーフレーム６と、アウターフレーム７とを一体的に形成したマイクロミラーからなる。

例えば、本実施形態の光偏向器１は、支持体となるＳｉ基板１１の一面（下面）に、ＳｉＯ_２層１２と、Ｓｉ／ＳｉＯ_２層１３とが順に積層され、Ｓｉ基板１１の他面（上面）に、Ｐｔ層１４と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層１５と、Ｐｔ層１６とが順に積層された構造を有している。

このうち、ミラー部２は、Ｓｉ／ＳｉＯ_２層１３、ＳｉＯ_２層１２、Ｓｉ基板１１及びＰｔ層１４の積層体により構成されている。一方、第１及び第２の圧電アクチュエータ３，４は、Ｓｉ基板１１、Ｐｔ層１４、ＰＺＴ層１５及びＰｔ層１６の積層体により構成されている。一方、トーションバー５及びインナーフレーム６は、Ｓｉ／ＳｉＯ_２層１３、ＳｉＯ_２層１２、Ｓｉ基板１１及びＰｔ層１４の積層体により構成されているが、Ｐｔ層１４を省略することも可能である。一方、アウターフレーム７は、Ｓｉ／ＳｉＯ_２層１３、ＳｉＯ_２層１２、Ｓｉ基板１１、Ｐｔ層１４、ＰＺＴ層１５及びＰｔ層１６の積層体により構成されている。また、ミラー部２と、第１及び第２の圧電アクチュエータ３，４と、トーションバー５及びインナーフレーム６とを構成するＳｉ／ＳｉＯ_２層１３の厚みは、アウターフレーム７を構成するＳｉ／ＳｉＯ_２層１３の厚みよりも薄くなっている。

ミラー部２は、反射体となるＰｔ層１４により構成された平面視で円形状の反射面２ａと、Ｓｉ基板１１、ＳｉＯ_２層１２及びＳｉ／ＳｉＯ_２層１３により構成されたミラーフレーム２ｂとを有している。

本実施形態の光偏向器１は、ミラー部２と、この周囲を囲む略矩形枠状のアウターフレーム７との間に空間Ｋを有している。また、本実施形態の光偏向器１は、ミラー部２を挟んで第２の中心軸ＡＸの方向に対称に配置された一対の第１の圧電アクチュエータ３とミラー部２との間が一対のトーションバー５を介して連結されると共に、ミラー部２を挟んで第２の中心軸ＡＸの方向に対称に配置された一対の第２の圧電アクチュエータ４と一対の第１の圧電アクチュエータ３との間がインナーフレーム６を介して連結された構造を有している。

したがって、本実施形態の光偏向器１では、ミラー部２を挟んで一対のトーションバー５、一対の第１の圧電アクチュエータ３、インナーフレーム６及び一対の第２の圧電アクチュエータ４が、それぞれ対称に配置された構造となっている。

なお、一対の第２の圧電アクチュエータ４とアウターフレーム７との連結位置は、アウターフレーム７の対角方向に対称に配置された構成となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではなく、第１の中心軸ＡＹの方向に対称に配置された構成であってもよい。

一対の第１の圧電アクチュエータ３は、それぞれ平面視で第１の中心軸ＡＹの方向に延在しながら長半円弧状に形成されると共に、互いの両端部が一対のトーションバー５と連結されることによって、ミラー部２の周囲を囲むように全体として長円リング状に形成されている。

一対のトーションバー５は、それぞれ平面視で第１の中心軸ＡＹの方向に延在しながら直線状に形成されると共に、ミラー部２と一対の第１の圧電アクチュエータ３との間を第１の中心軸ＡＹに沿って連結している。

各第１の圧電アクチュエータ３は、駆動用の圧電素子３１ａと検知用の圧電素子３１ｂとが設けられた第１の圧電カンチレバー部３２を有している。

圧電素子３１ａ，３１ｂは、振動板となるＳｉ基板１１の上に、下部電極となるＰｔ層１４と、圧電体となるＰＺＴ層１５と、上部電極となるＰｔ層１６とを積層することによって構成されている。

駆動用の圧電素子３１ａは、第１の圧電カンチレバー部３２が延在する方向に複数（本実施形態では３つ）並んで配置されている。また、３つの圧電素子３１ａは、中央の圧電素子３１ａを挟んで両端の圧電素子３１ａが第１の中心軸ＡＹの方向に対称に配置されている。

一対の第１の圧電アクチュエータ３の間では、何れか一方の第１の圧電カンチレバー部３２に設けられた中央の圧電素子３１ａと、何れか他方の第１の圧電カンチレバー部３２に設けられた両端の圧電素子３１ａとが一対の接続配線３３ａを介して電気的に接続されている。

検知用の圧電素子３１ｂは、複数の圧電素子３１ａと共に、第１の圧電カンチレバー部３２が延在する方向の一端側（－Ｙ軸側）に並んで配置されている。

インナーフレーム６は、平面視で第１の中心軸ＡＹの方向に延在しながら長半円弧状に形成されると共に、互いの両端部が一対のトーションバー５と連結されることによって、一対の第１の圧電アクチュエータ３の周囲を囲むように全体として長円リング状に形成されている。

また、インナーフレーム６は、平面視で第１の中心軸ＡＹの方向に延在しながら直線状に形成された一対の連結部６ａを介して一対の第１の圧電アクチュエータ３とインナーフレーム６との間を第１の中心軸ＡＹに沿って連結している。

また、インナーフレーム６は、平面視で第２の中心軸ＡＸの方向に延在しながら直線状に形成された一対の連結部６ｂを介して一対の第１の圧電アクチュエータ３とインナーフレーム６との間を第２の中心軸ＡＸに沿って連結している。

また、インナーフレーム６は、平面視で第１の中心軸ＡＹの方向の両端から互いに逆向きに、第２の中心軸ＡＸの方向に延在しながら直線状に形成された一対の延在部６ｃを介して一対の第２の圧電アクチュエータ４と連結されている。

一対の第２の圧電アクチュエータ４は、それぞれ平面視で第１の中心軸ＡＹの方向に延在しながら、インナーフレーム６とアウターフレーム７との間を連結している。

各第２の圧電アクチュエータ４は、駆動用の圧電素子３１ｃが設けられた第２の圧電カンチレバー部３４を有している。すなわち、この第２の圧電アクチュエータ４は、インナーフレーム６とアウターフレーム７との間に、第１の中心軸ＡＹの方向に延在しながら直線状に形成された一対の第２の圧電カンチレバー部３４が配置された構造を有している。

圧電素子３１ｃは、上述した圧電素子３１ａ，３１ｂと同様に、振動板となるＳｉ基板１１の上に、下部電極となるＰｔ層１４と、圧電体となるＰＺＴ層１５と、上部電極となるＰｔ層１６とを積層することによって構成されている。また、圧電素子３１ｃは、第２の圧電カンチレバー部３４が延在する方向の一端側と他端側との間に亘って設けられている。

アウターフレーム７の面上には、圧電素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃの各々に対応した複数（本実施形態では６つ）の電極パッド３５ａ，３５ｂ，３５ｃが設けられている。複数の電極パッド３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、第２の中心軸ＡＸの方向の両側に位置して、それぞれ第１の中心軸ＡＹの方向に並んで配置されている。

駆動用の圧電素子３１ａは、一対の接続配線３３ａと電気的に接続されると共に、一方の連結部６ｂから一方のインナーフレーム６、一方の第２の圧電アクチュエータ４及びアウターフレーム７の面上において引き回された一対の接続配線３３ｂを介して一対の電極パッド３５ａと電気的に接続されている。これにより、一対の電極パッド３５ａ、一対の接続配線３３ｂ及び一対の接続配線３３ａを介して圧電素子３１ａに駆動電圧（例えば正弦波などの交流電圧）を印加することが可能となっている。

検知用の圧電素子３１ｂは、一方の連結部６ａから他方のインナーフレーム６、他方の第２の圧電アクチュエータ４及びアウターフレーム７の面上において引き回された一対の接続配線３３ｃを介して一対の電極パッド３５ｂと電気的に接続されている。これにより、第１の圧電カンチレバー部３２の変形に伴って圧電素子３１ｂから出力される電圧を一対の接続配線３３ｃ及び一対の電極パッド３５ｂを介して検知することが可能となっている。

駆動用の圧電素子３１ｃは、アウターフレーム７の面上において引き回された一対の接続配線３３ｄを介して一対の電極パッド３５ｃと電気的に接続されている。これにより、一対の電極パッド３５ｃ及び一対の接続配線３３ｄを介して圧電素子３１ｃに駆動電圧（例えば正弦波などの交流電圧）を印加することが可能となっている。

以上のような構成を有する本実施形態の光偏向器１では、一対の第１の圧電アクチュエータ３の圧電駆動によって、ミラー部２を第１の中心軸ＡＹの軸周りに揺動させることが可能である。

具体的には、駆動用の圧電素子３１ａに駆動電圧を印加し、第１の圧電カンチレバー部３２を屈曲させることで、ミラー部２を第１の中心軸ＡＹの軸周りに揺動させることが可能である。

また、本実施形態の光偏向器１では、第１の圧電アクチュエータ３が共振型の圧電アクチュエータとして、駆動用の圧電素子３１ａに対して共振周波数付近の駆動電圧を印加する。このとき、検知用の圧電素子３１ｂが第１の圧電カンチレバー部３２の屈曲状態を検知しながら、第１の圧電カンチレバー部３２が共振するように、駆動用の圧電素子３１ａに印加される駆動電圧を制御する。これにより、第１の圧電カンチレバー部３２（第１の圧電アクチュエータ３）を共振状態で駆動（共振駆動）させながら、ミラー部２をより大きな偏向角で揺動させることが可能である。

一方、本実施形態の光偏向器１では、一対の第２の圧電アクチュエータ４の圧電駆動によって、ミラー部２を第２の中心軸ＡＸの軸周りに揺動させることが可能である。

具体的には、駆動用の圧電素子３１ｃに駆動電圧を印加し、第２の圧電カンチレバー部３４を屈曲させることで、ミラー部２を第２の中心軸ＡＸの軸周りに揺動させることが可能である。

また、本実施形態の光偏向器１では、第２の圧電アクチュエータ４が非共振型の圧電アクチュエータとして、第２の圧電カンチレバー部３４が共振しない周波数で、駆動用の圧電素子３１ｃに対して駆動電圧を印加する。これにより、第２の圧電カンチレバー部３４（第２の圧電アクチュエータ４）を非共振状態で駆動（非共振駆動）させながら、ミラー部２を第２の中心軸ＡＸの軸周りに揺動させることが可能である。

ところで、本実施形態の光偏向器１では、上述したインナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置において、第２の圧電カンチレバー部３４の中心軸とは交差する方向にインナーフレーム６の一部が突出した突出部６ｄが設けられている。

具体的に、この突出部６ｄは、インナーフレーム６の延在部６ｃと連続しながら、第１の中心軸ＡＹの方向に延在する第２の圧電カンチレバー部３４の中心軸とは直交する方向（第２の中心軸ＡＸの方向）に突出して設けられている。

本実施形態の光偏向器１では、このような突出部６ｄを設けることによって、非共振型の第２の圧電アクチュエータ４を駆動させた際に、インナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置に加わる第１の中心軸ＡＹの方向の応力を緩和させることが可能である。

これにより、本実施形態の光偏向器１では、第２の圧電アクチュエータ４を破損し難くすると共に、この第２の圧電アクチュエータ４の限界振れ角を向上させることが可能である。

ここで、突出部６ｄの有無による応力緩和の効果をシミュレーションにより求めた。そのシミュレーション結果を図３及び図４に示す。
なお、図３は、突出部６ｄがある場合のインナーフレーム６と第２の圧電カンチレバー部３４との連結位置における応力分布を示す図である。図４は、突出部６ｄがない場合のインナーフレーム６と第２の圧電カンチレバー部３４との連結位置における応力分布を示す図である。

突出部６ｄがない場合、図４に示すように、インナーフレーム６と第２の圧電カンチレバー部３４との連結位置（図４中の囲み部分Ｂ）において、応力が集中していることがわかる。

これに対して、突出部６ｄがある場合、図３に示すように、第１の中心軸ＡＹの方向に応力が緩和されていることがわかる。これにより、突出部６ｄがない場合に比べて、最大応力を約２０％低減し、限界振れ角が約２０％向上することがわかった。

なお、上記特許文献２には、圧電カンチレバーの先端側端部の角部に達する突出リブを設けることによって、外側圧電アクチュエータの結合強度を確保しつつ、反射部の限界振れ角を増大することができる光偏向器が開示されている。

上記特許文献２に記載の発明では、このような突出リブを設けることによって、外側圧電アクチュエータからインナーフレーム及び外側圧電アクチュエータに伝わるＸ方向の応力を緩和している。したがって、上記特許文献２に記載の発明は、インナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置に加わる第１の中心軸ＡＹの方向の応力を緩和させる本実施形態の光偏向器１とは、その応力緩和の方向が異なっている。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図５に示す光偏向器１Ａについて説明する。

なお、図５は、光偏向器１Ａの構成を示す平面図である。また、以下の説明では、上記光偏向器１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の光偏向器１Ａは、図５に示すように、インナーフレーム６と一対の第２の圧電アクチュエータ４との連結位置と、一対の第２の圧電アクチュエータ４とアウターフレーム７との連結位置とが、第２の中心軸ＡＸの方向を挟んで第１の中心軸ＡＹの方向に対称に配置された構成を有している。それ以外は、上記光偏向器１と基本的に同じ構成を有している。

本実施形態の光偏向器１Ａでは、上記光偏向器１と同様に、インナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置において、第２の圧電カンチレバー部３４の中心軸とは交差（本実施形態では直交）する方向にインナーフレーム６の一部が突出した突出部６ｄが設けられている。

本実施形態の光偏向器１Ａでは、このような突出部６ｄを設けることによって、非共振型の第２の圧電アクチュエータ４を駆動させた際に、インナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置に加わる応力を緩和することが可能である。

これにより、本実施形態の光偏向器１Ａでは、第２の圧電アクチュエータ４を破損し難くすると共に、この第２の圧電アクチュエータ４の限界振れ角を向上させることが可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図６に示す光偏向器１Ｂについて説明する。

なお、図６は、光偏向器１Ｂの構成を示す平面図である。また、以下の説明では、上記光偏向器１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の光偏向器１Ｂは、図６に示すように、インナーフレーム６の湾曲した形状に沿って、第２の圧電アクチュエータ４を構成する第２の圧電カンチレバー部３４が湾曲した形状を有している。それ以外は、上記光偏向器１と基本的に同じ構成を有している。

具体的に、インナーフレーム６は、直線状に延在した直線領域Ｅ１と、この直線領域Ｅ１から両端に向かって円弧状に湾曲した曲線領域Ｅ２とを有している。第２の圧電カンチレバー部３４は、このインナーフレーム６の形状に沿って、直線状に延在した直線領域Ｅ３と、この直線領域Ｅ３から両端に向かって円弧状に湾曲した曲線領域Ｅ４とを有している。

また、インナーフレーム６と第２の圧電カンチレバー部３４との直線領域Ｅ１，Ｅ３における間隔Ｗ１が一定となり、インナーフレーム６と第２の圧電カンチレバー部３４との曲線領域Ｅ２，Ｅ４における間隔Ｗ２が一定となっている。さらに、本実施形態では、Ｗ１＝Ｗ２となっている。なお、曲線領域Ｅ２，Ｅ４においては、インナーフレーム６又は第２の圧電カンチレバー部３４の接線に対して垂直な方向の幅を間隔Ｗ２としている。

さらに、本実施形態の光偏向器１Ｂでは、上述したインナーフレーム６の湾曲した形状に沿って、第１の圧電カンチレバー部３２（第１の圧電アクチュエータ３）が湾曲した形状を有している。

具体的に、第１の圧電カンチレバー部３２は、インナーフレーム６の形状に沿って、直線状に延在した直線領域Ｅ５と、この直線領域Ｅ５から両端に向かって円弧状に湾曲した曲線領域Ｅ６とを有している。

また、インナーフレーム６と第１の圧電カンチレバー部３２との直線領域Ｅ１，Ｅ５における間隔Ｗ３が一定となり、インナーフレーム６と第１の圧電カンチレバー部３２との曲線領域Ｅ２，Ｅ６における間隔Ｗ４が一定となっている。さらに、本実施形態では、Ｗ３＝Ｗ４となっている。なお、曲線領域Ｅ２，Ｅ６においては、インナーフレーム６又は第２の圧電カンチレバー部３４の接線に対して垂直な方向の幅を間隔Ｗ４としている。

本実施形態の光偏向器１Ｂでは、上述したインナーフレーム６が曲線領域Ｅ２を含むことで、インナーフレーム６を直線領域Ｅ１のみで構成する場合よりも、応力緩和やチップサイズの縮小化を図ることが可能である。

また、本実施形態の光偏向器１Ｂでは、上述したインナーフレーム６の湾曲した形状に沿って、第２の圧電カンチレバー部３４（第２の圧電アクチュエータ４）が湾曲した形状を有することで、第２の圧電カンチレバー部３４の長さを確保しながら、インナーフレーム６と第２の圧電カンチレバー部３４との曲線領域Ｅ２，Ｅ４における間隔Ｗ２を狭めることができる。

これにより、本実施形態の光偏向器１Ｂでは、第２の圧電カンチレバー部３４（第２の圧電アクチュエータ４）を直線領域Ｅ３のみで構成する場合よりも、第２の圧電アクチュエータ４の駆動電圧当たりの振れ角効率を良くし、一次共振周波数を高めることが可能である。また、チップサイズの縮小化を図ることが可能である。

本実施形態の光偏向器１Ｂでは、上記光偏向器１と同様に、インナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置において、第２の圧電カンチレバー部３４の中心軸とは交差する方向にインナーフレーム６の一部が突出した突出部６ｄが設けられている。

なお、本実施形態では、第２の圧電カンチレバー部３４の中心軸とは曲線領域Ｅ４の中心が同じ曲率で延長したものとする。

本実施形態の光偏向器１Ｂでは、このような突出部６ｄを設けることによって、非共振型の第２の圧電アクチュエータ４を駆動させた際に、インナーフレーム６の延在部６ｃと第２の圧電カンチレバー部３４とが連結する位置に加わる応力を緩和することが可能である。

これにより、本実施形態の光偏向器１Ｂでは、第２の圧電アクチュエータ４を破損し難くすると共に、この第２の圧電アクチュエータ４の限界振れ角を向上させることが可能である。

以上のように、上記実施形態において、突出部６ｄは、第２の圧電カンチレバー部３４と交差する延在部６ｃから当該延在部６ｃが延在する方向に突出して設けられている。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記突出部６ｄは、その先端が角張った形状となっているが、その先端が丸みを帯びた形状や、その先端を尖形とした形状とすることも可能である。また、上記突出部６ｄと第２の圧電カンチレバー部３４との連結位置における角部（隅部）は、直角に接続された形状となっているが、斜めに接続された形状や、湾曲しながら接続された形状とすることも可能である。

また、本発明が適用される光偏向器については、上述したミラー部２を第１の中心軸ＡＹ及び第２の中心軸ＡＸの軸回りに揺動させる二軸タイプのものに必ずしも限定されるものではなく、一軸タイプのものであってもよい。

すなわち、本発明は、少なくとも反射面を含むミラー部と、ミラー部の周囲に位置して、ミラー部を一の中心軸の軸回りに揺動させる圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータの一端側と連結されたインナーフレームと、圧電アクチュエータの他端側と連結されたアウターフレームとを備える光偏向器に対して適用可能である。この場合、インナーフレームと圧電アクチュエータの圧電カンチレバー部とが連結する位置において、圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向にインナーフレームの一部が突出した突出部を設けた構成とすればよい。

また、上記第２の圧電アクチュエータ４については、第２の中心軸ＡＸの方向に向かって複数の第２の圧電カンチレバー部３４が並んで配置されると共に、互いに隣り合う第２の圧電カンチレバー部３４の一端と他端とを第２の中心軸ＡＸの方向に延在する連結部を介して折り返し連結したミアンダ構造を有していてもよい。

１，１Ａ…光偏向器 ２…ミラー部 ２ａ…反射面 ３…第１の圧電アクチュエータ ４…第２の圧電アクチュエータ ５…トーションバー ６…インナーフレーム ６ｄ…突出部 ７…アウターフレーム １１…Ｓｉ基板 １２…ＳｉＯ_２層 １３…Ｓｉ／ＳｉＯ_２層 １４…Ｐｔ層 １５…ＰＺＴ層 １６…Ｐｔ層 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…圧電素子 ３２…第１の圧電カンチレバー部 ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ…接続配線 ３４…第２の圧電カンチレバー部 ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ…電極パッド ＡＸ…第２の中心軸 ＡＹ…第１の中心軸 Ｋ…空間

Claims (5)

1. 反射面を含むミラー部と、
   前記ミラー部の周囲に位置して、前記ミラー部を一の中心軸の軸回りに揺動させる圧電アクチュエータと、
   前記圧電アクチュエータの一端側と連結されたインナーフレームと、
   前記圧電アクチュエータの他端側と連結されたアウターフレームとを備え、
   前記圧電アクチュエータは、前記インナーフレームと前記アウターフレームとの間に設けられた圧電素子により駆動される圧電カンチレバー部を含み、
   前記インナーフレームと前記圧電カンチレバー部とが連結する位置において、前記圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に前記インナーフレームの一部が突出した突出部が設けられていることを特徴とする光偏向器。
2. 前記インナーフレームは、前記圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に延在する延在部を介して前記圧電カンチレバー部と連結され、
   前記突出部は、前記延在部から当該延在部が延在する方向に突出して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
3. 反射面を含むミラー部と、
   前記ミラー部の周囲に位置して、前記ミラー部を第１の中心軸の軸回りに揺動させる第１の圧電アクチュエータと、
   前記第１の圧電アクチュエータの周囲に位置して、前記ミラー部を前記第１の中心軸とは直交する第２の中心軸の軸周りに揺動させる第２の圧電アクチュエータと、
   前記ミラー部と前記第１の圧電アクチュエータの一端との間を連結するトーションバーと、
   前記第１の圧電アクチュエータの他端と前記第２の圧電アクチュエータの一端との間を連結するインナーフレームと、
   前記第２の圧電アクチュエータの周囲に位置して、前記第２の圧電アクチュエータの他端と連結されたアウターフレームとを備え、
   前記第１の圧電アクチュエータは、前記トーションバーと前記インナーフレームとの間に設けられた圧電素子により共振状態で駆動される第１の圧電カンチレバー部を含み、
   前記第２の圧電アクチュエータは、前記インナーフレームと前記アウターフレームとの間に設けられた圧電素子により非共振状態で駆動される第２の圧電カンチレバー部を含み、
   前記インナーフレームと前記第２の圧電カンチレバー部とが連結する位置において、前記第２の圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に前記インナーフレームの一部が突出した突出部が設けられていることを特徴とする光偏向器。
4. 前記インナーフレームは、前記第２の圧電カンチレバー部の中心軸とは交差する方向に延在する延在部を介して前記第２の圧電カンチレバー部と連結され、
   前記突出部は、前記延在部から当該延在部が延在する方向に突出して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光偏向器。
5. 前記突出部は、前記中心軸とは直交する方向に突出して設けられていることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光偏向器。

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