JP5890115B2 - 光偏向器 - Google Patents

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Description

本発明は、反射面を二次元方向に揺動可能な光偏向器に関する。
従来、ミラー部と、一対の第一振動子と、枠体と、一対の第二振動子と、支持体とを備えた光学反射素子が知られている（特許文献１）。この光学反射素子の一対の第一振動子は、ミラー部を介して対向するように、ミラー部の端部とそれぞれ連結される。枠体は、一対の第一振動子及びミラー部の外周を囲むように、一対の第一振動子と連結される。一対の第二振動子は、枠体を介して対向するように、枠体とそれぞれ連結される。支持体は、一対の第二振動子及び枠体の外周を囲うように、一対の第二振動子と連結される。
第一振動子は、第一振動子の中心軸に垂直な軸に平行な複数の振動板が、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状に形成される。また、第二振動子は、第二振動子の中心軸に垂直な軸に平行な複数の振動板が、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状に形成される。
これらの第一振動子及び第二振動子を構成する複数の振動板上には、それぞれドライブ素子とモニター素子が配置される。ドライブ素子は、各振動板を圧電駆動により屈曲変形するための圧電素子である。モニター素子は、各振動板の屈曲変形の変形量を検知するための圧電素子である。これらの圧電素子は、それぞれ下部電極、圧電体及び上部電極を積層して形成される。
このような光学反射素子では、ドライブ素子により各振動板を圧電駆動するときに、モニター素子により実際の屈曲変形の変形量を検知する。光学反射素子は、実際の変形量をフィードバックすることにより、圧電駆動の制御の精度を高めている。
特開２０１０−１２２４８０号公報
しかしながら、特許文献１の光学反射素子では、第一振動子及び第二振動子を構成する複数の振動板上に、ドライブ素子に加えてモニター素子が配置されている。このため、ドライブ素子が振動板上で占める面積が減る。これによって、光学反射素子は、モニター素子を配置しないものに比べて、複数の振動板を屈曲させる力が少なくなり、反射面の回転角が減少する。
そこで、本発明は、反射面を二次元方向に揺動するときの回転角を減少させることなく、反射面の二次元方向の揺動を検知できる光偏向器を提供することを目的とする。
本発明の第１態様は、反射面を有するミラー部と、ミラー部を囲む第１支持部と、前記ミラー部と前記第１支持部との間を連結するトーションバーと、前記第１支持部と前記トーションバーとの間を連結し、圧電駆動により前記トーションバーを介して前記ミラー部を前記第１支持部に対して前記トーションバーの軸方向に延びる第１軸の周りに揺動させる第１圧電アクチュエータと、前記第１支持部を囲む第２支持部と、一端が前記第１支持部に、他端が前記第２支持部にそれぞれ連結されたミアンダ形状に形成され、圧電駆動により前記第１支持部を前記第２支持部に対して第１軸と交差する第２軸の周りに揺動させる第２圧電アクチュエータとを備えた光偏向器であって、前記第１圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第１振動及び前記第２圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第２振動を検知する検知用圧電素子が、第１支持部上に配置されていることを特徴とする。
本発明の第２態様は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部を囲む第１支持部と、一端が前記ミラー部に、他端が前記第１支持部にそれぞれ連結されたミアンダ形状により構成され、圧電駆動により前記ミラー部を前記第１支持部に対して第１軸周りに揺動させる第１圧電アクチュエータと、前記第１支持部を囲む第２支持部と、一端が前記第１支持部に、他端が前記第２支持部にそれぞれ連結されたミアンダ形状により構成され、圧電駆動により前記第１支持部を前記第２支持部に対して前記第１軸と交差する第２軸周りに揺動させる第２圧電アクチュエータとを備えた光偏向器であって、前記第１圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第１振動及び前記第２圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第２振動を検知する検知用圧電素子が、前記第１支持部上に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、第１圧電アクチュエータの圧電駆動によりミラー部が第１軸周りに揺動すると共に、第２圧電アクチュエータの圧電駆動により第１支持部が第２軸周りに揺動することで、反射面が二次元方向に揺動する。第１支持部には、第１圧電アクチュエータと第２圧電アクチュエータとが連結されているため、これらの圧電アクチュエータの圧電駆動による振動が伝達される。これらの振動すなわち、第１圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第１振動と、第２圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第２振動は、第１支持部上に配置されている検知用圧電素子で検知される。
このため、第１圧電アクチュエータ及び第２圧電アクチュエータには、検知用圧電素子を設けなくてよい。これにより、光偏向器は、圧電アクチュエータ（特許文献１における振動子に相当）にセンサ素子が配置されたものに比べて、反射面の大きな回転角が得られる。従って、この光偏向器は、反射面を二次元方向に揺動するときの回転角を減少させることなく、反射面の二次元方向の揺動を検知できる。
本発明において、第１圧電アクチュエータは、ミラー部を第１周波数で第１軸周りに揺動させ、第２圧電アクチュエータは、第１支持部を第１周波数とは異なる第２周波数で第２軸周りに揺動させ、検知用圧電素子の出力信号を、第１振動による第１信号と第２振動による第２信号とに分離する周波数フィルタを備えることが好ましい。
第１支持部は、第１振動及び第２振動が伝達されるので、第１支持部に配置された検知用圧電素子は、第１信号と第２信号が重畳された信号を出力する。周波数フィルタは、この重畳されて出力された信号を第１信号と第２信号に分離できる。すなわち、本発明の光偏向器は、第１圧電アクチュエータによる揺動と、第２圧電アクチュエータによる揺動とを分離して検知できる。このため、光偏向器は、第１圧電アクチュエータへのフィードバックと第２圧電アクチュエータへのフィードバックとを独立して制御でき、より精度良く光偏向器の偏向を制御できる。
本発明において、検知用圧電素子は、第１振動を検知する第１検知用圧電素子と、第２振動を検知する第２検知用圧電素子とで構成されることが好ましい。
第１支持部は、ミラー部を第１圧電アクチュエータで揺動させるときに屈曲変形しやすい場所、すなわち第１振動が伝達されやすい場所と、第１支持部を第２圧電アクチュエータで揺動させるときに屈曲変形しやすい場所、すなわち第２振動が伝達されやすい場所とがある。これらの場所は、光偏向器の構造（例えば、形状、厚さ）及び材料等によって決定される。
このため、例えば、第１振動が伝達されやすい場所に第１検知用圧電素子が配置され、第２振動が伝達されやすい場所に第２検知用圧電素子が配置されるとよい。これにより、第１検知用圧電素子が出力する信号は、第２振動より第１振動の影響が大きくなる。同様に、第２検知用圧電素子が出力する信号は、第１振動より第２振動の影響が大きくなる。
従って、検知用圧電素子が、第１検知用圧電素子と第２検知用圧電素子とで構成されることで、第１振動及び第２振動のそれぞれを高精度に検知できるような場所に独立して配置でき、反射面の二次元方向の揺動をより高精度に検知できる。
更に、この場合、第１検知用圧電素子と第２検知用圧電素子の２つの圧電素子のそれぞれの出力を、周波数フィルタで分離するとよい。第１支持部には、第１振動及び第２振動の２つの振動が伝達されるので、第１検知用圧電素子が出力する信号には、第１信号だけではなく、第２信号も重畳されている。このため、周波数フィルタにより、第１信号から第２信号を分離することでより精度良く第１振動を検知できる。
同様に、第２検知用圧電素子が出力する信号には、第２信号に第１信号が重畳されている。このため、周波数フィルタにより、第２信号から第１信号を分離することでより精度良く第２振動を検知できる。
本発明の実施形態の光偏向器の構成を示す図。 （ａ）は、図１の光偏向器のＩ−Ｉ線端面を模式的に示す図、（ｂ）は、ＩＩ−ＩＩ線端面を模式的に示す図。 （ａ）は光偏向器の圧電アクチュエータが作動していない状態を示し、（ｂ）は圧電アクチュエータが作動している状態を示す図。 （ａ）は光偏向器のミラー部を第１軸周りに揺動するときの圧電アクチュエータに印加する駆動電圧の波形を示す図、（ｂ）は（ａ）に示される波形が印加されたときの検知用圧電素子の出力波形を示す図、（ｃ）は（ａ）に示される波形が印加されたときの光位置センサの出力波形を示す図。 （ａ）は光偏向器の第１支持部を第２軸周りに揺動するときの圧電アクチュエータに印加する駆動電圧の波形を示す図、（ｂ）は（ａ）に示される波形が印加されたときの検知用圧電素子の出力波形を示す図、（ｃ）は（ａ）に示される波形が印加されたときの光位置センサの出力波形を示す図。 （ａ）は光偏向器を第１軸及び第２軸周りに揺動するときの検知用圧電素子の出力波形を示す図、（ｂ）は（ａ）のときの光位置センサの出力波形を示す図。
本発明の実施形態の光偏向器の構成について説明する。図１を参照して、本実施形態の光偏向器１は、ミラー部２と、一対の第１圧電アクチュエータ３１，３２と、第１支持部４と、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２と、第２支持部６とを備える。
ミラー部２は、入射した光を反射する円形の反射面２ａと、反射面２ａを支持する円形の反射面支持体２ｂとを備える。反射面２ａは、反射面支持体２ｂ上の金属薄膜（本実施形態では一層の金属薄膜）を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工して形成されている。金属薄膜の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。
金属薄膜の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。反射面支持体２ｂは、シリコン基板で構成される。反射面支持体２ｂには、その両端から外側へ延びた一対のトーションバー２１，２２が連結されている。
第１圧電アクチュエータ３１，３２は、それぞれが半円弧形状に形成され、互いにミラー部２を囲むように空隙を隔てて配置されている。第１圧電アクチュエータ３１，３２は、それぞれの一方の端部が一方のトーションバー２１を挟んで対向して連結され、それぞれの他方の端部が他方のトーションバー２２を挟んで対向して連結されている。
第１支持部４は、矩形の枠形状に形成されており、ミラー部２と第１圧電アクチュエータ３１，３２とを囲むように設けられている。第１支持部４は、第１圧電アクチュエータ３１，３２の円弧部の中心位置の外側に連結されており、第１圧電アクチュエータ３１，３２を介してミラー部２を支持している。
第２圧電アクチュエータ５１，５２は、第１支持部４を挟んで対向して配置されている。第２圧電アクチュエータ５１，５２は、それらの先端部が、第１支持部４のトーションバー２１，２２と直交する方向の一対の両側にそれぞれ連結されている。
第２支持部６は、矩形の枠形状に形成されており、第１支持部４と第２圧電アクチュエータ５１，５２とを囲むように設けられている。第２支持部６には、第２圧電アクチュエータ５１，５２の、第１支持部４と連結されていない側の一対の他端がそれぞれ連結されている。これにより、第２支持部６は、第２圧電アクチュエータ５１，５２を介して第１支持部４を支持している。
次に、第１圧電アクチュエータ３１，３２の詳細な構成について説明する。第１圧電アクチュエータ３１，３２は、それぞれが、圧電駆動によって屈曲変形するように構成された第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａを備える。詳細には、第１圧電アクチュエータ３１，３２のうちの一方の第１圧電アクチュエータ３１が一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを備え、第１圧電アクチュエータ３１，３２のうちの他方の第１圧電アクチュエータ３２が他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを備える。第１圧電アクチュエータ３１，３２は、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの屈曲変形により、トーションバー２１，２２を介して、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動可能となっている。
次に、第２圧電アクチュエータ５１，５２の詳細な構成について説明する。第２圧電アクチュエータ５１，５２は、それぞれが、圧電駆動によって屈曲変形するように構成された一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄを備える。詳細には、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２のうちの一方の第２圧電アクチュエータ５１は、４つの圧電カンチレバーからなる一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄで構成される。また、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２のうちの他方の第２圧電アクチュエータ５２は、４つの圧電カンチレバーからなる他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄで構成される。
一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄは、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うと共に、ミラー部２を第２軸Ｘ（第１軸Ｙに直交する軸。但し、正確に直交している必要はない。）周りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄは、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄと同様に、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うと共に、ミラー部２を第２軸Ｘ周りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
このように、一方の第２圧電アクチュエータ５１及び他方の第２圧電アクチュエータ５２は、各アクチュエータを構成する第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ及び５２Ａ〜５２Ｄによって所謂ミアンダ形状に形成されている。
一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄのうちのミラー部２側（第１支持部４側）に配置されているカンチレバー（以下、「１番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ａ，５２Ａは、その隣り合う第２圧電カンチレバー（以下、「２番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ｂ，５２Ｂと連結されていない側のそれぞれの一端が第１支持部４の外周部に連結されている。
同様に、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄのうちの第２支持部６側に配置されている圧電カンチレバー（以下、「４番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ｄ，５２Ｄは、その隣り合う第２圧電カンチレバー（以下、「３番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ｃ，５２Ｃと連結されていない側のそれぞれの一端が第２支持部６の内周部に連結されている。
これにより、第１支持部４は、第２圧電アクチュエータ５１，５２を構成する第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形によって、第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動可能となっている。
以降、一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうち、ミラー部２から数えて奇数番目に配置されたそれぞれの圧電カンチレバー（１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａ及び３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃ）を奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃという。
また、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃのうち、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄに含まれるものを一方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃといい、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄに含まれるものを他方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５２Ａ，５２Ｃという。
同様に、一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうち、ミラー部２から数えて偶数番目に配置されたそれぞれの圧電カンチレバー（２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂ及び４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄ）を偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄという。
また、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄのうち、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄに含まれるものを一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄといい、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄに含まれるものを他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄという。
図２は、光偏向器１の模式的な端面図を示す。図２（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線端面図を示す。但し、図２（ａ）では、第２支持部６を省略して示している。図２（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線端面図を示す。但し、図２（ｂ）では、第２支持部６、及び一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうち３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃ及び４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄを省略して示している。
３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃは、１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａと同じ構成である。同様に、４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄは、２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂと同じ構成である。
第１圧電アクチュエータ３１，３２を構成する第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａのそれぞれと、第２圧電アクチュエータ５１，５２を構成する一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのそれぞれとは、起歪体（カンチレバー本体）としての支持体Ｂの層上に、下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２及び上部電極Ｌ３を積層した構造の圧電カンチレバーである。
なお、圧電カンチレバーの詳細な構造は、支持体Ｂの層上に、下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２、及び上部電極Ｌ３が積層されており、これらの下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２、及び上部電極Ｌ３を囲むように層間絶縁膜Ｍ１が設けられている。そして、層間絶縁膜Ｍ１上に上部電極配線Ｗが積層され、この上部電極配線Ｗを囲むようにパッシベーション膜Ｍ２が設けられている。
なお、上部電極配線Ｗは、後述するように、第１駆動用上部電極配線Ｗｙ、第２駆動用奇数上部電極配線Ｗｏ、第２駆動用偶数上部電極配線Ｗｅ、第１検知用上部電極配線Ｗｍｙ、及び第２検知用上部電極配線Ｗｍｘがあり、これらを特に区別する必要が無いときは、上部電極配線Ｗという。
これらの圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの圧電体Ｌ２は、上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間に駆動電圧が印加されることで、圧電駆動により屈曲変形する。これらの圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄは、圧電体Ｌ２の屈曲変形に伴って、屈曲変形する。
なお、第２圧電アクチュエータ５１，５２を構成する一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのそれぞれの隣り合う圧電カンチレバーの連結部は、その隣り合う圧電カンチレバーのそれぞれの支持体Ｂ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Ｌ２及び上部電極Ｌ３の層は設けられていない。
第１支持部４上には、第１検知部７１ｙ，７２ｙと、第２検知部７１ｘ，７２ｘとが設けられている。第１検知部７１ｙ，７２ｙは、第１支持部４上に、当該第１支持部４の第２軸Ｘに平行な辺（第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの各圧電カンチレバーの長手方向の辺に直交する辺）に沿うように、当該辺の中央部に配置されている。
第２検知部７１ｘ，７２ｘは、第１支持部４上に、当該第１支持部４の第１軸Ｙに平行な辺に沿うように、当該辺の中央部に配置されている。第１検知部７１ｙ，７２ｙと第２検知部７１ｘ，７２ｘは、平面的に互いに分離して設けられている。
第１検知部７１ｙ，７２ｙは、第１圧電アクチュエータ３１，３２の圧電駆動によって、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動させるときに、第１支持部４に伝達される第１振動を検知するためのセンサとして設けられている。第２検知部７１ｘ，７２ｘは、第２圧電アクチュエータ５１，５２の圧電駆動によって、第１支持部４を第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動させるときに、第１支持部４に伝達される第２振動を検知するためのセンサとして設けられている。
第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘは、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ及び第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄと同様に、第１支持部４を構成する支持体Ｂの層上に、下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２及び上部電極Ｌ３を積層した構造になっている。なお、第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘにおいても、各圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄと同様に、層間絶縁膜Ｍ１、上部電極配線Ｗ、パッシベーション膜Ｍ２が設けられている。
そして、第１支持部４に第１振動又は第２振動が伝達されることで、第１支持部４が屈曲変形したときに、第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２がこの屈曲変形の変形量に応じた電圧を出力する。光偏向器１は、このときの電圧値によって、第１支持部４に伝達された振動を検知することができる。
本実施形態の光偏向器１の第１支持部４は、ミラー部２を第１軸Ｙ周りで揺動しているときには、第２軸Ｘに平行な２辺のそれぞれの中央部が屈曲変形しやすいことが、予め行なわれた実験によって分かった。このため、第１検知部７１ｙ，７２ｙを当該２辺の中央部に配置している。また、第１支持部４を第２軸Ｘ周りで揺動しているときには、第１軸Ｙに平行な２辺のそれぞれの中央部が屈曲変形しやすいことが、予め行なわれた実験によって分かった。このため、第２検知部７１ｘ，７２ｘを当該２辺の中央部に配置している。
このように、本実施形態では、第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘ（詳細には、これらの検知部７１ｙ，７２ｙ，７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２）が、本発明における検知用圧電素子に相当する。
光偏向器１は、第２支持部６上に、下部電極パッド６１ａ，６２ａと、第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂと、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃと、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄと、第１検知用電極パッド６１ｅと、第２検知用電極パッド６２ｅとを備える。
下部電極パッド６１ａ，６２ａのうちの一方の下部電極パッド６１ａは、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの下部電極Ｌ１、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの下部電極Ｌ１、及び第１検知部７１ｙ，７２ｙの下部電極Ｌ１に電気的に接続されている。下部電極パッド６１ａ，６２ａのうちの他方の下部電極パッド６２ａは、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの下部電極Ｌ１、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄの下部電極Ｌ１、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１に電気的に接続されている。
このように、下部電極パッド６１ａ，６２ａは、第１圧電アクチュエータ３１，３２、第２圧電アクチュエータ５１，５２、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘで共通の電極パッドとしている。
第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂのうちの一方の第１上部電極パッド６１ｂは、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂのうちの他方の第１上部電極パッド６２ｂは、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃのうちの一方の奇数用第２上部電極パッド６１ｃは、一方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃのうちの他方の奇数用第２上部電極パッド６２ｃは、他方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５２Ａ，５２Ｃの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄのうちの一方の偶数用第２上部電極パッド６１ｄは、一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄのうちの他方の偶数用第２上部電極パッド６２ｄは、他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
第１検知用電極パッド６１ｅは、第１検知部７１ｙ，７２ｙの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。第２検知用電極パッド６２ｅは、第２検知部７１ｘ，７２ｘの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
以上のような電気的接続により、上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間に駆動電圧が印加された場合に、この印加された上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間に積層された圧電体Ｌ２が圧電駆動により屈曲変形する。これにより、この屈曲変形した圧電体Ｌ２に応じた支持体Ｂ（圧電カンチレバー）が屈曲変形する。
また、後述するように、第１支持部４は、伝達された振動による屈曲変形による圧電効果によって第１検知部７１ｙ，７２ｙから発生した電圧が、第１検知用電極パッド６１ｅと一方の下部電極パッド６１ａとの間の電位差として出力される。同様に、この第１支持部４の屈曲変形による圧電効果によって第２検知部７１ｘ，７２ｘから発生した電圧が、第２検知用電極パッド６２ｅと一方の下部電極パッド６１ａとの間の電位差として出力される。
一対の下部電極パッド６１ａ，６２ａと、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１とは、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、下部電極層ともいう）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）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）又は酸化量が調整された酸化チタン（ＴｉＯｘ）が用いられ、２層目（上層）には白金（Ｐｔ）、ＬａＮｉＯ３又はＳｒＲｕＯ３が用いられる。
この場合、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの下部電極Ｌ１は、当該第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの支持体Ｂ上のほぼ全面に形成される。第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの下部電極Ｌ１は、当該第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの支持体Ｂ上（各圧電カンチレバーが延在する直線部と連結部とを合わせた全体）のほぼ全面に形成される。
第１検知部７１ｙ，７２ｙの下部電極Ｌ１は、第１支持部４の支持体Ｂ上の第１検知部７１ｙ，７２ｙが配置される部分に形成される。第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１は、第１支持部４の支持体Ｂ上の第２検知部７１ｘ，７２ｘが配置される部分に形成される。また、第２支持部６上においても同様に、下部電極Ｌ１、層間絶縁膜Ｍ１、上部電極配線Ｗ、パッシベーション膜Ｍ２が設けられている。
そして、下部電極パッド６１ａ，６２ａは、第２支持部６上及び第１支持部４上に形成された下部電極Ｌ１を介して、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの下部電極Ｌ１、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの下部電極Ｌ１、第１検知部７１ｙ，７２ｙの下部電極Ｌ１、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１に、上述したように導通される。
第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘのそれぞれの圧電体Ｌ２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、圧電体層ともいう）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Ｌ１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、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの圧電体Ｌ２は、各第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ毎に下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの圧電体Ｌ２は、各第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの延在部分（直線部）において、下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。第１検知部７１ｙ，７２ｙの圧電体Ｌ２は、各第１検知部７１ｙ，７２ｙ毎に下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２は、各第２検知部７１ｘ，７２ｘ毎に下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。
「第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂ、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃ、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄ、第１検知用電極パッド６１ｅ、及び第２検知用電極パッド６２ｅ」と、「第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘのそれぞれの上部電極Ｌ３」と、これらを導通する上部電極配線Ｗ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、上部電極層ともいう）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）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）、又はアルミ合金（Ａｌ合金）等が用いられる。
この場合、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘのそれぞれの上部電極Ｌ３は、各圧電カンチレバー毎又は各検知部毎の圧電体Ｌ２上のほぼ全面に形成されている。
そして、第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂは、それぞれ、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの上部電極Ｌ３に、第１駆動用上部電極配線Ｗｙを介して、上述したように導通される。また、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃは、それぞれ、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの上部電極Ｌ３に、第２駆動用奇数上部電極配線Ｗｏを介して、上述したように導通される。また、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄは、それぞれ、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの上部電極Ｌ３に、第２駆動用偶数上部電極配線Ｗｅを介して、上述したように導通される。
また、第１検知用電極パッド６１ｅは、第１検知部７１ｙ，７２ｙの上部電極Ｌ３に、第１検知用上部電極配線Ｗｍｙを介して、上述したように導通される。また、第２検知用電極パッド６２ｅは、第２検知部７１ｘ，７２ｘの上部電極Ｌ３に、第２検知用上部電極配線Ｗｍｘを介して、上述したように導通される。
図２に示されるように、第１駆動用上部電極配線Ｗｙ、第２駆動用奇数上部電極配線Ｗｏ、第２駆動用偶数上部電極配線Ｗｅ、第１検知用上部電極配線Ｗｍｙ、及び第２検知用上部電極配線Ｗｍｘは、平面的に互いに分離して設けられている。また、上部電極配線Ｗは、上部電極Ｌ３との間に形成された層間絶縁膜Ｍ１によって絶縁されており、上部電極配線Ｗを上部電極Ｌ３に導通する場合には、当該上部電極配線Ｗと当該上部電極Ｌ３とを導通可能に層間絶縁膜Ｍ１に導通部材（例えば、電極ビア等）が形成される。
また、パッシベーション膜Ｍ２は、半導体プレーナプロセスを用いて、上部電極配線Ｗ上に、当該上部電極配線Ｗを囲うように形成されている。
また、反射面支持体２ｂと、トーションバー２１，２２と、支持体Ｂと、第１支持部４と、第２支持部６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。
次に、本実施形態の光偏向器１の作動について説明する。まず、第１圧電アクチュエータ３１，３２により、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動させる場合について説明する。
この場合には、光偏向器１は、第１圧電アクチュエータ３１，３２に駆動電圧を印加する。具体的には、一方の第１圧電アクチュエータ３１では、一方の第１上部電極パッド６１ｂと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第１電圧Ｖｙ１を印加して、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを駆動させる。また、他方の第１圧電アクチュエータ３２では、他方の第１上部電極パッド６２ｂと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第２電圧Ｖｙ２を印加して、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを駆動させる。ここで、第１電圧Ｖｙ１と第２電圧Ｖｙ２とは、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波、ノコギリ波等）である。
このとき、第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２の揺動用の電圧成分は、第１圧電アクチュエータ３１，３２の垂直方向（図１の上方向Ｕ及びその反対の方向である下方向）について、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａと他方の第１圧電カンチレバー３２Ａとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。
例えば、第１軸Ｙ周りに揺動するときに、一方の第１圧電アクチュエータ３１の先端部を上方向に変位させる場合には、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを上方向に変位させる。一方の第１圧電アクチュエータ３１の先端部を下方向に変位させるには、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを下方向に変位させる。
また、他方の第１圧電アクチュエータ３２についても一方の第１圧電アクチュエータ３１と同様に、他方の第１圧電アクチュエータ３２の先端部を上方向に変位させる場合には、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを上方向に変位させる。他方の第１圧電アクチュエータ３２の先端部を下方向に変位させるには、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを下方向に変位させる。
本実施形態の光偏向器１では、「一方の第１圧電アクチュエータ３１の先端部を上方向に変位させると共に、他方の第１圧電アクチュエータ３２の先端部を下方向に変位させること」か、又は「一方の第１圧電アクチュエータ３１の先端部を下方向に変位させると共に、他方の第１圧電アクチュエータ３２の先端部を上方向に変位させること」で、第１軸Ｙ周りで揺動するとき、大きな偏向角を得ている。このように、本実施形態では、ミラー部２を第１軸Ｙ周りに揺動することができ、所定の第１周波数Ｆｙで所定の第１偏向角の光走査をすることができる。
次に、第２圧電アクチュエータ５１，５２により、第１支持部４を第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動させる場合について説明する。
この場合には、光偏向器１は、第２圧電アクチュエータ５１，５２に駆動電圧を印加する。具体的には、一方の第２圧電アクチュエータ５１では、一方の奇数用第２上部電極パッド６１ｃと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第３電圧Ｖｘ１を印加して、一方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃを駆動させる。これと共に、一方の第２圧電アクチュエータ５１では、一方の偶数用第２上部電極パッド６１ｄと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第４電圧Ｖｘ２を印加して、一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄを駆動させる。
更に、他方の第２圧電アクチュエータ５２では、他方の奇数用第２上部電極パッド６２ｃと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第３電圧Ｖｘ１を印加して、他方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５２Ａ，５２Ｃを駆動させる。これと共に、他方の第２圧電アクチュエータ５２では、他方の偶数用第２上部電極パッド６２ｄと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第４電圧Ｖｘ２を印加して、他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄを駆動させる。
ここで、第３電圧Ｖｘ１と第４電圧Ｖｘ２は、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波、ノコギリ波等）である。このとき、第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２の揺動用の電圧成分は、第２圧電アクチュエータ５１，５２の垂直方向（図１の上方向Ｕ及びその反対の方向である下方向）について、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃと偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄとの角度変位が、逆方向に発生するように設定される。
例えば、第２軸Ｘ周りに揺動するとき、第２圧電アクチュエータ５１，５２の先端部を上方向（図１に示す方向Ｕ）に変位させる場合には、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃを上方向に変位させ、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄを下方向に変位させる。第２圧電アクチュエータ５１，５２の先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃを下方向に変位させ、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄを上方向に変位させる。
これにより、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃと、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄとが、互いに逆方向に屈曲変形する。
図３は、光偏向器１の一方の第２圧電アクチュエータ５１の作動を示す図である。図３（ａ）は一方の第２圧電アクチュエータ５１が作動していない状態を示し、図３（ｂ）は一方の第２圧電アクチュエータ５１が作動している状態を示す。
図３（ｂ）に示されるように、４番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｄは、第２支持部６と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。３番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｃは、４番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｄの先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。
２番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｂは、３番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｃの先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。１番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ａは、２番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｂの先端部と連結した基端部を支点として、その先端部（第１支持部４と連結している）に上方向の角度変位が発生している。これにより、一方の第２圧電アクチュエータ５１では、各一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの屈曲変形の大きさを加算した大きさの角度変位が発生する。
従って、第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動することができ、所定の第２周波数Ｆｘで所定の第２偏向角の光走査をすることができる。このとき、これらの第２圧電アクチュエータ５１，５２では、駆動電圧として第２圧電アクチュエータ５１，５２を含む第１支持部４の機械的な共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加して共振駆動させることで、より大きな偏向角で光走査することができる。
また、第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動する場合には、上述したように交流電圧を印加する必要はなく、直流電圧を印加してもよい。この場合、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄで発生する屈曲変形の大きさは、直流電圧の大きさに応じて線形的に変化する。従って、例えば交流電圧を印加して圧電カンチレバーを共振駆動させる場合と異なり、直流電圧の大きさを制御することで第２圧電アクチュエータ５１，５２から任意の出力を得ることができる。
このように、光偏向器１では、第２軸Ｘ周りに揺動する場合には、駆動電圧として印加した直流電圧の大きさに応じて線形的に偏向角を制御することができるので、任意の速度で任意の偏向角を得ることができる。
また、第２圧電アクチュエータ５１，５２は、それぞれがミアンダ形状に形成されている。これによって、各圧電カンチレバーの屈曲変形が累積されるように形成されている。このため、第２圧電アクチュエータ５１，５２は、第１圧電アクチュエータ３１，３２に比べて大きな偏向角を得やすい。
このため、本実施形態では、第１圧電アクチュエータ３１，３２によって揺動する場合には、なるべく大きな偏向角を得るために、第１圧電アクチュエータ３１，３２の上方向又は下方向の変位を変化させる周波数、すなわち第１周波数Ｆｙが、光偏向器１（特に、圧電カンチレバー等）の構造や材料等によって決定される共振周波数になるように設定している。
また、第２圧電アクチュエータ５１，５２は、ミアンダ形状に形成されており、第１圧電アクチュエータ３１，３２に比べて揺動しやすい。このため、第２周波数Ｆｘは、第１周波数Ｆｙに比べて充分に低く設定されている。本実施形態では、例えば、第１周波数Ｆｙを３０ｋＨｚ、第２周波数Ｆｘを６０Ｈｚに設定している。
このように第２周波数Ｆｘが第１周波数Ｆｙに比べて充分に低く設定されており、これらの周波数で第１圧電アクチュエータ３１，３２及び第２圧電アクチュエータ５１，５２を駆動することは、本発明において「第１圧電アクチュエータは、第１支持部を第１周波数で第１軸周りに揺動させ、第２圧電アクチュエータは、第２支持部を第１周波数とは異なる第２周波数で第２軸周りに揺動させる」ことに相当する。
以上のように、本実施形態の光偏向器１は、ミラー部２を第１軸Ｙ周りに揺動すると共に第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動することで、ミラー部２を様々な角度に駆動させることができ、反射面２ａに入射した光を様々な角度に出射することができる。
上述したように、本実施形態の光偏向器１は、第１圧電アクチュエータ３１，３２及び第２圧電アクチュエータ５１，５２の圧電駆動により、ミラー部２及び第１支持部４が第１軸Ｙ及び第２軸Ｘ周りに揺動する。このとき、第１支持部４は、第１圧電アクチュエータ３１，３２及び第２圧電アクチュエータ５１，５２が連結されているので、振動が伝達される。詳細には、第１支持部４は、ミラー部２を第１軸Ｙに揺動するときに伝達される第１振動と、第１支持部４を第２軸Ｘに揺動するとに伝達される第２振動とが伝達される。
第１支持部４は、この伝達された振動によって、屈曲変形する。これによって、第１支持部４に設けられた第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２が屈曲変形して、当該圧電体Ｌ２は、この変形量に応じた電圧を発生する。これによって、第１支持部４に伝達された第１振動及び第２振動により第１検知部７１ｙ，７２ｙの圧電体Ｌ２から発生した電圧は、第１検知用電極パッド６１ｅと一方の下部電極パッド６１ａとの間の電位差として出力される（以下、この出力される電圧を「第１検知用電極パッド６１ｅから出力される電圧」という）。
第１支持部４に伝達された第１振動及び第２振動により第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２から発生した電圧は、第２検知用電極パッド６２ｅと一方の下部電極パッド６１ａとの間の電位差として出力される。（以下、この出力される電圧を「第２検知用電極パッド６２ｅから出力される電圧」という）。
第１支持部４の屈曲変形は、当該第１支持部４に伝達された振動（第１振動及び第２振動）に応じて発生する。ここで、第１振動に応じて第１検知部７１ｙ，７２ｙ又は第２検知部７１ｘ，７２ｘから発生する電圧信号を第１信号Ｓｙという。また、第２振動に応じて第１検知部７１ｙ，７２ｙ又は第２検知部７１ｘ，７２ｘから発生する電圧信号を第２信号Ｓｘという。
このため、第１信号Ｓｙ及び第２信号Ｓｘの電圧値の変化は、第１圧電アクチュエータ３１，３２及び第２圧電アクチュエータ５１，５２を圧電駆動するために印加される第１電圧Ｖｙ１，第２電圧Ｖｙ２，第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２に応じたものとなる。第１信号Ｓｙの周波数は、第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２の周波数と同等であり、第２信号Ｓｘの周波数は、第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２の周波数と同等である。
第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２から発生する電圧には、第１信号Ｓｙ及び第２信号Ｓｘが混在する。これは、第１支持部４には、第１振動及び第２振動の双方が伝達されるので、第１支持部４の屈曲変形も第１振動及び第２振動の２つの振動の影響を受けて屈曲変形するからである。
上述したように、第２周波数Ｆｘは、第１周波数Ｆｙに比べて充分に低く設定されている。すなわち、第２信号Ｓｘは第１信号Ｓｙよりも充分に低い周波数となっている。このため、光偏向器１は、周波数フィルタによって、第１信号Ｓｙと第２信号Ｓｘとを分離することで、それぞれの信号を取り出している。詳細には、第１検知用電極パッド６１ｅから出力される電圧に低周波帯域を通すローパスフィルタＦＬを通すことで、第１信号Ｓｙのみを取り出す。第２検知用電極パッド６２ｅから出力電圧に高周波帯域を通すハイパスフィルタＦＨを通すことで、第２信号Ｓｘのみを取り出す。
このようにして取り出された第１信号Ｓｙは、第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２を印加することで第１圧電アクチュエータ３１，３２が実際に変位した量（第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの変形量と同等）を表す。同様に、このようにして取り出された第２信号Ｓｘは、第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２を印加することで第２圧電アクチュエータ５１，５２が実際に変位した量（第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのそれぞれの変形量を累積した量と同等）を表す。
なお、ローパスフィルタＦＬ及びハイパスフィルタＦＨのそれぞれの遮断周波数は、第１信号Ｓｙと第２信号Ｓｘとを充分に分離可能に設定される。
図４は、上記のように構成された光偏向器１の第１圧電アクチュエータ３１，３２の圧電駆動により、ミラー部２を第１軸Ｙ周りに揺動させたときの実験結果を示す図である。本実験では、ミラー部２の反射面２ａに入射したレーザ光を反射面２ａから出射した光が照射される照射面に、一次元方向の光の位置を検知できるような光位置センサ（ＰＳＤ）を置き、第１信号Ｓｙとこの光位置センサの出力電圧Ｐｙとを比較している。
図４（ａ）は、第１圧電アクチュエータ３１，３２に印加した第１電圧Ｖｙ１（実線）及び第２電圧Ｖｙ２（破線）の信号を示す。図４（ｂ）は、第１検知用電極パッド６１ｅから出力された電圧にハイパスフィルタＦＨを通した電圧、すなわち、第１信号Ｓｙを示す。図４（ｃ）は、光位置センサの出力電圧Ｐｙの信号を示す。図４（ａ）〜（ｃ）の横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。
図４（ａ）に示されるように、印加する第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２は、１周期が「ｔｙ＝１／Ｆｙ」秒である。これにより、ミラー部２は第１軸Ｙ周りの揺動の１周期がｔｙ秒となり、第１支持部４の屈曲変形もｔｙ秒毎に繰り返される。このため、図４（ｂ）に示されるように、第１信号Ｓｙの出力電圧の１周期の長さもｔｙ秒となっている。このときの光位置センサの出力電圧Ｐｙの１周期の長さは、図４（ｃ）に示されるように、ｔｙ秒となっている。
この実験結果から分かるように、第１信号Ｓｙは、印加された第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２に応じた電圧信号となっている。また、第１信号Ｓｙは、光位置センサの出力電圧Ｐｙとも時間変化のタイミングが一致している。これより、第１信号Ｓｙは、ミラー部２の第１軸Ｙ周りの揺動、すなわち、ミラー部２の偏向角を適切に検知できることが分かる。
図５は、上記のように構成された光偏向器１の第２圧電アクチュエータ５１，５２の圧電駆動により、第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動させたときの実験結果を示す図である。本実験では、上記の実験と同様に、ミラー部２の反射面２ａに入射したレーザ光を反射面２ａから出射した光が照射される照射面に、一次元方向の光の位置を検知できるような光位置センサ（ＰＳＤ）を置き、第２信号Ｓｘとこの光位置センサの出力電圧Ｐｘとを比較している。
図５（ａ）は、第２圧電アクチュエータ５１，５２に印加した第３電圧Ｖｘ１（実線）及び第４電圧Ｖｘ２（破線）の信号を示す。図５（ｂ）は、第２検知用電極パッド６２ｅから出力された電圧にローパスフィルタＦＬを通した電圧、すなわち、第２信号Ｓｘを示す。図５（ｃ）は、光位置センサの出力電圧Ｐｘの信号を示す。図５（ａ）〜（ｃ）の横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。
図５（ａ）に示されるように、印加する第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２は、１周期が「ｔｘ＝１／Ｆｘ」秒である。これにより、第１支持部４は第２軸Ｘ周りの揺動の１周期がｔｘ秒となり、第１支持部４の屈曲変形もｔｘ秒毎に繰り返される。このため、図５（ｂ）に示されるように、第２信号Ｓｘの出力電圧の１周期の長さもｔｘ秒となっている。このときの光位置センサの出力電圧Ｐｘの１周期の長さは、図５（ｃ）に示されるように、ｔｘ秒となっている。
この実験結果から分かるように、第２信号Ｓｘは、印加された第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２に応じた電圧信号となっている。また、第２信号Ｓｘは、光位置センサの出力電圧Ｐｘとも時間変化のタイミングが一致している。これより、第２信号Ｓｘは、第１支持部４の第２軸Ｘ周りの揺動、すなわち、ミラー部２の偏向角を適切に検知できることが分かる。
図６は、上記のように構成された光偏向器１の第１圧電アクチュエータ３１，３２の圧電駆動によりミラー部２を第１軸Ｙ周りに揺動させると共に、第２圧電アクチュエータ５１，５２の圧電駆動により第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動させたとき（反射面２ａを二次元方向に揺動させたとき）の実験結果を示す図である。
本実験では、上記の実験と同様に、ミラー部２の反射面２ａに入射したレーザ光を反射面２ａから出射した光が照射される照射面に、二次元方向の光の位置を検知できるような光位置センサ（ＰＳＤ）を置き、第１信号Ｓｙと光位置センサの出力電圧Ｐｙとの比較、及び第２信号Ｓｘと光位置センサの出力電圧Ｐｘとを比較している。この二次元方向の光の位置を検知できる光位置センサは、一次元方向の光の位置を検知できる複数の光位置センサを、当該一次元方向に直交する方向に並べている。
本実験で、第１圧電アクチュエータ３１，３２に印加した第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２は、図４（ａ）のものと同じである。また、第２圧電アクチュエータ５１，５２に印加した第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２は、図５（ａ）のものと同じである。
図６（ａ）は、第１検知用電極パッド６１ｅ及び第２検知用電極パッド６２ｅから出力された電圧信号を示す。この電圧信号は、ハイパスフィルタＦＨ又はローパスフィルタＦＬを通す前であるため、第１信号Ｓｙと第２信号Ｓｘが重畳された電圧信号（以下、この電圧信号を「重畳信号Ｓｘ＋Ｓｙ」という）となっている。図６（ｂ）は、光位置センサの出力電圧Ｐｘ，Ｐｙの信号を示す。図６（ａ），（ｂ）の横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。
図６（ａ）に示されるように、重畳信号Ｓｘ＋Ｓｙの第２信号Ｓｘの成分は、図５（ｂ）と同様に１周期が「ｔｘ＝１／Ｆｘ」秒である。この第２信号Ｓｘに応じた光位置センサの出力電圧Ｐｘも１周期がｔｘ秒となっている。また、重畳信号Ｓｘ＋Ｓｙの第１信号Ｓｙの成分は、図４（ｂ）と同様に１周期が「ｔｙ＝１／Ｆｙ」秒である（図示省略）。この第１信号Ｓｙに応じた光位置センサの出力電圧Ｐｙも１周期がｔｙ秒となっている（図示省略）。
また、重畳信号Ｓｘ＋Ｓｙのうち第１信号Ｓｙの成分（重畳信号Ｓｘ＋ＳｙをハイパスフィルタＦＨに通した後の電圧信号）は、印加された第１電圧Ｖｙ１及び第２電圧Ｖｙ２に応じた電圧信号となっている。同時に、重畳信号Ｓｘ＋Ｓｙのうち第２信号Ｓｘの成分（重畳信号Ｓｘ＋ＳｙをローパスフィルタＦＬに通した後の電圧信号）は、印加された第３電圧Ｖｘ１及び第４電圧Ｖｘ２に応じた電圧信号となっている。
また、第１信号Ｓｙは、光位置センサの出力電圧Ｐｙとも時間変化のタイミングが一致している。同時に、第２信号Ｓｘは、光位置センサの出力電圧Ｐｘとも時間変化のタイミングが一致している。これより、光偏向器１の反射面２ａを二次元方向に揺動させたときであっても、第１信号Ｓｙはミラー部２の第１軸Ｙ周りの揺動を表し、第２信号Ｓｘは第１支持部４の第２軸Ｘ周りの揺動を表していることが分かる。従って、光偏向器１は、ミラー部２の偏向角を適切に検知できることが分かる。
以上のように、本実施形態の光偏向器１では、第１圧電アクチュエータ３１，３２と第２圧電アクチュエータ５１，５２とが連結される第１支持部４に、第１振動を検知する第１検知部７１ｙ，７２ｙと第２振動を検知する第２検知部７１ｘ，７２ｘとが設けられている。これにより、第１圧電アクチュエータ３１，３２及び第２圧電アクチュエータ５１，５２が実際に変位した量を検知できるため、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ及び第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄに検知用圧電素子を設ける必要がない。
従って、特許文献１のような圧電アクチュエータの圧電カンチレバーにセンサ素子、本実施形態の第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘを設けたものに比べて、圧電カンチレバー上に占める駆動用の圧電素子（第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ及び第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ）の面積が減少せず、圧電カンチレバーの屈曲変形の変形量が減少しない。このため、本実施形態の光偏向器１は、反射面２ａを二次元方向に揺動するときの回転角を減少させることなく、反射面２ａの二次元方向の揺動を検知できる。
また、本実施形態の光偏向器１では、第２信号Ｓｘの周波数が第１信号Ｓｙの周波数に比べて充分に低く設定される。これにより、第１支持部４に伝達される第１振動及び第２振動のそれぞれの周波数（第１周波数Ｆｙ及び第２周波数Ｆｘ）もこれと同等の周波数になる。従って、これらの振動を検知する第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘから出力される重畳信号Ｓｘ＋Ｓｙを、ローパスフィルタＦＬ及びハイパスフィルタＦＨに通すことで、第１信号Ｓｙ及び第２信号Ｓｘを取り出すことができる。このため、光偏向器１は、第１圧電アクチュエータ３１，３２へのフィードバックと第２圧電アクチュエータ５１，５２へのフィードバックとを独立して制御でき、より精度良く光偏向器１の偏向を制御できる。
また、本実施形態の光偏向器１では、検知用圧電素子を第１検知部７１ｙ，７２ｙと第２検知部７１ｘ，７２ｘで構成している。そして、第１検知部７１ｙ，７２ｙが第１振動が伝達されやすい（伝達された第１振動によって第１支持部４が屈曲変形しやすい）場所に配置され、第２検知部７１ｘ，７２ｘが第２振動が伝達されやすい（伝達された第２振動によって第１支持部４が屈曲変形しやすい）場所に配置されている。これによって、第１支持部４に伝達される第１振動と第２振動とをそれぞれより高精度に検知することができる。
なお、本実施形態の光偏向器１は、第１検知部７１ｙ，７２ｙを、第１支持部４上の第２軸Ｘに平行な辺に沿うように配置し、第２検知部７１ｘ，７２ｘを、第１支持部４上の第１軸Ｙに平行な辺に沿うように配置しているが、これに限らない。第１支持部４に伝達される第１振動及び第２振動を検知可能であればどこに配置してもよい。
また、本実施形態の光偏向器１は、第１検知部７１ｙ，７２ｙと第２検知部７１ｘ，７２ｘとの２つの検知用圧電素子を設けているがこれに限らず、１つの検知用圧電素子で構成してもよい。この場合であっても、この１つの検知用圧電素子の出力を、ハイパスフィルタＦＨとローパスフィルタＦＬとで、第１信号Ｓｙ及び第２信号Ｓｘに分離すればよい。
また、本実施形態では、第１軸Ｙと第２軸Ｘとを直交するようにしているが正確に直交する必要はなく、反射面２ａを二次元方向に揺動可能な程度の角度で交差していればよい。
また、本実施形態の光偏向器１は、第２圧電アクチュエータ５１，５２を、それぞれ４つの圧電カンチレバーで構成しているが、圧電カンチレバーの数はこれに限られるものではない。同様に、第１圧電アクチュエータ３１，３２を構成している圧電カンチレバーの数も本実施形態のように１つに限られるものではない。例えば、第１圧電アクチュエータ３１，３２が、第２圧電アクチュエータ５１，５２のようなミアンダ形状に構成した圧電カンチレバーで構成されていてもよい。
また、本実施形態の光偏向器１は、第１圧電アクチュエータ３１，３２をミラー部２を挟んで対向するように配置し、第１支持部４をミラー部２及び第１圧電アクチュエータ３１，３２を囲むように形成し、第２圧電アクチュエータ５１，５２を第１支持部４を挟んで対向するように配置して第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄをミアンダ形状に形成し、第２支持部６を第１支持部４及び第２圧電アクチュエータ５１，５２を囲むように形成しているがこれに限らない。
例えば、第１圧電アクチュエータを１つのミアンダ形状で形成し、当該第１圧電アクチュエータの一端をミラー部に連結し、他端を第１支持部に連結する。また、第２圧電アクチュエータも１つのミアンダ形状で形成し、当該第２圧電アクチュエータの一端を第１支持部に連結し、他端を第２支持部に連結する。このとき、第１支持部は、本実施形態のようにミラー部及び第１圧電アクチュエータを囲むように形成せず、第１圧電アクチュエータと第２圧電アクチュエータとを連結するための板状の部材で形成し、また、第２支持部も、第１支持部及び第２圧電アクチュエータを囲むように形成せず、第２圧電アクチュエータを支持する板状の部材で形成してもよい。
この場合であっても、第１圧電アクチュエータの圧電駆動による第１振動と第２圧電アクチュエータの圧電駆動による第２振動とが第１支持部に伝達されるため、第１支持部に検知用圧電素子を設けることで、本実施形態と同様に、反射面２ａを二次元方向に揺動するときの回転角を減少させることなく、反射面２ａの二次元方向の揺動を検知できるという効果が得られる。
１…光偏向器、２…ミラー部、２ａ…反射面、３１，３２…第１圧電アクチュエータ、４…第１支持部、５１，５２…第２圧電アクチュエータ、６…第２支持部、７１ｙ…一方の第１検知部（検知用圧電素子）、７２ｙ…他方の第１検知部（検知用圧電素子）、７１ｘ…一方の第２検知部（検知用圧電素子）、７２ｘ…他方の第２検知部（検知用圧電素子）、ＦＬ…ローパスフィルタ（周波数フィルタ）、ＦＨ…ハイパスフィルタ（周波数フィルタ）、Ｙ…第１軸、Ｘ…第２軸、Ｆｙ…第１周波数、Ｆｘ…第２周波数、Ｓｙ…第１信号、Ｓｘ…第２信号。

Claims (4)

  1. 反射面を有するミラー部と、
    該ミラー部を囲む第１支持部と、
    前記ミラー部と前記第１支持部との間を連結するトーションバーと、
    前記第１支持部と前記トーションバーとの間を連結し、圧電駆動により前記トーションバーを介して前記ミラー部を前記第１支持部に対して前記トーションバーの軸方向に延びる第１軸の周りに揺動させる第１圧電アクチュエータと、
    前記第１支持部を囲む第２支持部と、
    一端が前記第１支持部に、他端が前記第２支持部にそれぞれ連結されたミアンダ形状に形成され、圧電駆動により前記第１支持部を前記第２支持部に対して前記第１軸と交差する第２軸の周りに揺動させる第２圧電アクチュエータと
    を備えた光偏向器であって、
    前記第１圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第１振動及び前記第２圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第２振動を検知する検知用圧電素子が、前記第１支持部上に配置されていることを特徴とする光偏向器。
  2. 反射面を有するミラー部と、
    該ミラー部を囲む第１支持部と、
    一端が前記ミラー部に、他端が前記第１支持部にそれぞれ連結されたミアンダ形状により構成され、圧電駆動により前記ミラー部を前記第１支持部に対して第１軸周りに揺動させる第１圧電アクチュエータと、
    前記第１支持部を囲む第２支持部と、
    一端が前記第１支持部に、他端が前記第２支持部にそれぞれ連結されたミアンダ形状により構成され、圧電駆動により前記第１支持部を前記第２支持部に対して前記第１軸と交差する第２軸周りに揺動させる第２圧電アクチュエータと
    を備えた光偏向器であって、
    前記第１圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第１振動及び前記第２圧電アクチュエータの圧電駆動により伝達される第２振動を検知する検知用圧電素子が、前記第１支持部上に配置されていることを特徴とする光偏向器。
  3. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
    前記第１圧電アクチュエータは、前記ミラー部を第１周波数で前記第１軸周りに揺動させ、
    前記第２圧電アクチュエータは、前記第１支持部を前記第１周波数とは異なる第２周波数で前記第２軸周りに揺動させ、
    前記検知用圧電素子の出力信号を、前記第１振動による第１信号と前記第２振動による第２信号とに分離する周波数フィルタを備えることを特徴とする光偏向器。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記検知用圧電素子は、前記第１振動を検知する第１検知用圧電素子と、前記第２振動を検知する第２検知用圧電素子とで構成されることを特徴とする光偏向器。
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