JP5916667B2 - ミラー駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明はミラー駆動装置及びその駆動方法に係り、特に、光走査に用いる光偏向器に好適なマイクロミラーデバイスの構造及びその駆動方法に関する。

シリコン（Ｓｉ）の微細加工技術を用いて作製されたマイクロスキャナ（以下、「ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナ」という。）は、小型かつ低消費電力であることが特徴であり、レーザープロジェクタから光干渉断層計のような光診断用スキャナなど、幅広い応用が期待されている。

ＭＥＭＳスキャナの駆動方式は様々であるが、その中でも圧電体の変形を利用した圧電駆動方式は、他方式に比べてトルク密度が高く、小型で高スキャン角が得られるとして有望視されている。特に、レーザーディスプレイのように高い変位角度が必要な用途では共振駆動が主に用いられており、この際に圧電駆動方式のトルクの高さは大きな利点となる。

従来の圧電ＭＥＭＳスキャナは、例えば、特許文献１に示されているように、２本のカンチレバーを接続した構造のアクチュエータにおける接続部（結合部）にトーションバーを接続し、それぞれのカンチレバーを逆位相で駆動させることによってトーションバーを傾き変位させる方式が主であった（特許文献１、非特許文献１及び２参照）。

特開２００９−２９７８号公報

Optical MEMS and Their Applications Conference, 2006. IEEE/LEOS International Conference on, 2006, 25 -26 Japanese Journal of Applied Physics, The Japan Society of Applied Physics, 2010, 49, 04DL19

しかしながら、このような構造の圧電ＭＥＭＳスキャナは圧電トルクを効率的に傾き変位に変換できておらず、十分な変位角度を得るために４０Ｖ（ボルト）程度の高い電圧が必要となってしまう。

また、共振駆動を利用して動作させる場合、共振モードの振動を維持するためには駆動変位をモニタリングするセンサ（応力検出部）が必要であるが、このためにはアクチュエータ内のカンチレバーの１つをセンサとして用いる必要があり、駆動力が半分程度に大幅に落ち込んでしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来の構造に比べて、変位効率を向上させることができ、センサ部を設けた場合でもなお、十分に大きな変位角度を得ることができるミラー駆動装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、光を反射する反射面を有するミラー部と、ミラー部に連結され、ミラー部を回転軸の周りに回動可能に支持するミラー支持部と、ミラー支持部に連結され、ミラー部を回転軸の周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部と、圧電アクチュエータ部を支持する固定部と、を備えるミラー駆動装置であって、圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による圧電体の逆圧電効果によって変形する第１アクチュエータ部及び第２アクチュエータ部を備え、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は、平面視で互いに回転軸に対して回転軸と直交する方向から回転軸を挟むように回転軸の直交する方向の両側に配置され、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は、ミラー支持部との接続部分に対する回転軸と直交する方向の両側のうち、一方の側に第１アクチュエータ部が配置され、他方の側に第２アクチュエータ部が配置され、第１アクチュエータ部におけるミラー支持部と反対側の第１基端部、並びに、第２アクチュエータ部におけるミラー支持部と反対側の第２基端部がそれぞれ固定部に固定されており、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることでミラー支持部を傾き駆動させるものであり、第１アクチュエータ部の上部電極は、互いに絶縁分離された第１電極部と第２電極部とを含み、第１電極部と第２電極部は第１アクチュエータ部の第１基端部からミラー支持部との連結部に至る形状の長さ方向に並んで配置され、第２アクチュエータ部の上部電極は、互いに絶縁分離された第３電極部と第４電極部とを含み、第３電極部と第４電極部は第２アクチュエータ部の第２基端部からミラー支持部との連結部に至る形状の長さ方向に並んで配置され、第１電極部、第２電極部、第３電極部、及び第４電極部の配置形態は、回転軸の周りの回動によるミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、第１電極部及び第３電極部の位置に対応する圧電体部分と、第２電極部及び第４電極部の位置に対応する圧電体部分とは、共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成であり、第１電極部、第２電極部、第３電極部、及び第４電極部のそれぞれは駆動電圧を印加する駆動用の電極として用いられ、かつ、第１電極部、第２電極部、第３電極部、及び第４電極部のうち少なくとも１つの電極部は、複数の電極に分割されており、複数の電極のうち、一部の電極は圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出用の電極として用いられるミラー駆動装置を提供する。
また、前記目的を達成するために、次の発明態様を提供する。

（第１態様）：第１態様に係るミラー駆動装置は、光を反射する反射面を有するミラー部と、ミラー部に連結され、ミラー部を回転軸の周りに回動可能に支持するミラー支持部と、ミラー支持部に連結され、ミラー部を回転軸の周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部と、圧電アクチュエータ部を支持する固定部と、を備えるミラー駆動装置であって、圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による逆圧電効果によって変形する第１アクチュエータ部及び第２アクチュエータ部を備え、ミラー支持部を挟む両側のうち一方の側に第１アクチュエータ部が配置され、他方の側に第２アクチュエータ部が配置され、第１アクチュエータ部におけるミラー支持部と反対側の第1基端部、並びに、第２アクチュエータ部におけるミラー支持部と反対側の第２基端部がそれぞれ固定部に固定されており、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることでミラー支持部を傾き駆動させるものであり、第１アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第１電極部と第２電極部と含み、第２アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第３電極部と第４電極部とを含み、第１電極部、第２電極部、第３電極部、第４電極部の配置形態は、回転軸の周りの回動によるミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、第１電極部及び第３電極部の位置に対応する圧電体部分と、第２電極部及び第４電極部の位置に対応する圧電体部分とは、共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成である。

この態様のミラー駆動装置は、圧電アクチュエータ部の駆動時における圧電体内の応力の方向に対応して電極部が分割して配置されているため、従来構成と比較して効率よく駆動することができ、共振モードによる駆動に限らず、ＤＣ（直流）を含む非共振駆動を行う場合でも高い変位角度、すなわちミラー傾斜角度を得ることができる。

（第２態様）：第１態様に記載のミラー駆動装置において、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は連結されており、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部の連結部にミラー支持部が連結されている構成とすることができる。

（第３態様）：第１態様又は第２態様に記載のミラー駆動装置において、第１アクチュエータ部及び第２アクチュエータ部は、振動板、下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された積層構造を有し、圧電ユニモルフアクチュエータである構成とすることができる。

圧電アクチュエータ部は、ユニモルフ構造に限らず、バイモルフ構造も可能であるが、ユニモルフ構造が最も簡単な構成である。圧電駆動方式は、電極間に電圧を印加するだけで駆動できるため、構成が単純で小型化に有益である。

（第４態様）：第１態様から第３態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、ミラー支持部として、ミラー部を回転軸の軸方向の両側から支持する第１ミラー支持部と、第２ミラー支持部とを有する構成とすることができる。

（第５態様）：第１態様から第４態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は、固定部に固定された第１基端部と第２基端部とをそれぞれの固定端とするカンチレバー構造を有する構成とすることができる。

（第６態様）：第１態様から第４態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部は、ミラー部を挟んで両側に分かれた２つの腕部が配置された音叉型のアクチュエータ部とすることができる。

（第７態様）：第１態様から第６態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、第１電極部及び第３電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を供給し、かつ、第２電極部及び第４電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加する駆動回路を備え、第１電極部及び第３電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、第２電極部及び第４電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２７０°の範囲である構成とすることができる。

（第８態様）：第１態様から第７態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、第１電極部、第２電極部、第３電極部、第４電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極がフローティング電位に設定され、当該フローティング電位の電極から圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出回路を備える構成とすることができる。

（第９態様）：第１態様から第８態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に駆動電圧を供給する駆動回路であって、ミラー部が回転軸を中心に回転運動を行う共振モードの共振周波数fxの付近でミラー部を共振駆動させる駆動電圧を供給する駆動回路を備える構成とすることができる。

かかる態様によれば、回転共振を利用してミラー部を大きな回転角で振動させることができる。

（第１０態様）：第１態様から第９態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であり、振動板となる基板上に直接成膜された薄膜とすることができる。

かかる態様によれば、スパッタリング法に代表される気相成長法やゾルゲル法などの直接成膜法を用いることにより、所要の圧電性能を持つ圧電体薄膜を得ることができる。基板に圧電体の薄膜を直接成膜し、ドライエンチング若しくはウエットエッチングなどの半導体プロセスで加工することで、デバイスの作製プロセスを簡便にできる。

（第１１態様）：第１態様から第１０態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物とすることができる。

一般式ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。

Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。

Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。

（第１２態様）：第１態様から第１０態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記式（ＰＸ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物とすることができる。

Ａ_ａ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_ｙ，Ｍ_{ｂ−ｘ−ｙ}）_ｂＯ_ｃ・・・（ＰＸ）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。

Ｎｂ等の元素をドープしたＰＺＴは圧電定数が高いため、小型で大きな変位が得られるデバイスの作製に好適である。なお、応力検出部に用いる圧電体についても、圧電アクチュエータ部と同じ圧電材料を用いることができる。

（第１３態様）：第１２態様に記載のミラー駆動装置において、ペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）は、Ｎｂを含み、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０６以上０．２０以下である構成とすることができる。

かかる材料は、分極処理を行わなくても良好な圧電特性を示す。したがって、分極処理が不要であり、製造プロセスの簡略化、低コスト化を実現できる。

（第１４態様）：第１態様から第１３態様のいずれか１項に記載のミラー駆動装置におけるミラー駆動方法であって、第１電極部及び第３電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、かつ、第２電極部及び第４電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、第１電極部及び第３電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、第２電極部及び第４電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２７０°の範囲であるミラー駆動方法。

（第１５態様）：第１４態様に記載のミラー駆動方法において、第１電極部、第２電極部、第３電極部、第４電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極を、圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出電極として用い、ミラー部の駆動中に検出電極から検出信号を得る構成とすることができる。

例えば、検出電極から得られる検出信号に基づいて、圧電アクチュエータ部に供給する駆動電圧の周波数（駆動周波数）、振幅のうち少なくとも一方を制御する構成とすることができる。検出信号を圧電アクチュエータ部の駆動にフィードバックすることにより、安定した共振駆動を実現できる。

本発明によれば、アクチュエータ部の変形時に圧電体内に生じる応力の分布に合わせて電極部が配置されているため、効率よく駆動することができ、従来構成と比較して、より大きなミラー傾斜角を得ることができる。また、変位効率が向上しているため、一部の電極を検出用に利用する場合であっても、十分な変位角度を得ることができる。

第１実施形態に係るマイクロスキャナデバイスの構成を示す平面図 図１の２−２線に沿う断面図 駆動電圧印加時における圧電アクチュエータ部の変形の様子を示した模式断面図 駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２の例を示した波形図 共振駆動時における圧電体の変位及び主応力の応力分布を模式的に示した図 共振駆動時における圧電体内の応力方向を模式的に示した説明図 図１のデバイス構造においてすべての電極部を駆動に用いる場合の電圧印加方法の説明図 図１のデバイス構造において一部の電極部をセンシング（検出）に用いる形態の説明図 図１のデバイス構造において一部の電極部をセンシングに用いる他の形態の説明図 電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極をセンシングに用いる形態の説明図 電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極をセンシングに用いる他の形態の説明図 比較例１のマイクロスキャナデバイスの構成を示す平面図 図１２のデバイス構造においてセンシングを行う形態の説明図 実施例１と比較例１について、印加電圧と光学スキャン角度の関係を示すグラフ 第２実施形態（実施例２）によるマイクロスキャナデバイスの構成を示す平面図 図１５のデバイス構造による共振駆動時における圧電体の変位及び主応力の応力分布を模式的に示した説明図 図１５のデバイス構造においてすべての電極部を駆動に用いる場合の電圧印加方法の説明図 図１５のデバイス構造において一部の電極部をセンシングに用いる他の形態の説明図 電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極をセンシングに用いる他の形態の説明図 比較例２のマイクロスキャナデバイスの構成を示す平面図 図２０のデバイス構造においてセンシングを行う形態の説明図 実施例２と比較例２について、印加電圧と光学スキャン角度の関係を示すグラフ 駆動波形の位相差と相対変位角の関係を示すグラフ 図２０のデバイス構造において、４種類の駆動波形を用いる場合の説明図 実施例２と比較例２について、直流（ＤＣ）電圧印加時の印加電圧と光学スキャン角度の関係を示すグラフ 実施例２のデバイスの寸法例の説明図 図１８の形態における駆動制御系の例を示す説明図 第１実施形態（図１）の変形例を示す平面図 第１実施形態（図１）の他の変形例を示す平面図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳説する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係るマイクロスキャナデバイスの構成を示す平面図である。本例のマイクロスキャナデバイス１（「ミラー駆動装置」に相当）は、平面視で円形のミラー部２と、ミラー部２を径方向の両側から支持する第１トーションバー部４及び第２トーションバー部７と、第１トーションバー部４に連結されている圧電アクチュエータ部１０としての第１アクチュエータ部１１及び第２アクチュエータ部２２と、第２トーションバー部７に連結されている圧電アクチュエータ部３０としての第３アクチュエータ部３１及び第４アクチュエータ部４２と、を備える。

第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とは連結部１５を介して連結されており、この連結部１５に第１トーションバー部４が接続されている。同様に、第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２とは連結部３５を介して連結されており、この連結部３５に第２トーションバー部７が接続されている。

また、マイクロスキャナデバイス１は、第１アクチュエータ部１１の連結部１５と反対側の端部である基端部１１Ｂが固定支持される第１固定部材５１と、第２アクチュエータ部２２の連結部１５と反対側の端部である基端部２２Ｂが固定支持される第２固定部材５２と、を備える。

同様に、第３アクチュエータ部３１の連結部３５と反対側の基端部３１Ｂは第１固定部材５１に固定され、第４アクチュエータ部４２の連結部３５と反対側の基端部４２Ｂは第２固定部材５２に固定される。なお、第１固定部材５１と第２固定部材５２とは、図示せぬ部材要素を介して部材間が一体的に繋がった固定フレーム部材の一部として構成することができる。

第１トーションバー部４と第２トーションバー部７はミラー部２を回動自在に支持する部材であり、それぞれ「ミラー支持部」に相当し、第１トーションバー部４は「第１ミラー支持部」、第２トーションバー部７は「第２ミラー支持部」に相当する。基端部１１Ｂ、３１Ｂが「第１基端部」に相当し、基端部２２Ｂ、４２Ｂが「第２基端部」に相当する。第１固定部材５１と第２固定部材５２が「固定部」に相当する。

実施形態の説明の便宜上、圧電アクチュエータ部１０、３０の非駆動時におけるミラー面（反射面２Ｃ）の法線方向をｚ軸方向（図１の紙面に垂直な方向）とし、第１トーションバー部４と第２トーションバー部７によるミラー部２の回転軸（主軸）Ｒ_Ａと平行な方向（図１の紙面に平行な横方向）をｘ軸方向とし、ｘ軸及びｚ軸の両軸に直交する方向（図１の紙面に平行な縦方向）をｙ軸方向とする直交ｘｙｚ軸を導入して説明する。

マイクロスキャナデバイス１は、ｙ軸に平行かつミラー部２の中心を通る中心線ＣＬに対して概ね線対称（左右対称）の構造を有している。かかる構造上の対称性により、第１アクチュエータ部１１と第３アクチュエータ部３１の構造並びに機能は共通し、第２アクチュエータ部２２と第４アクチュエータ部４２の構造並びに機能は共通する。つまり、第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２は、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２と同様の構成であり、第３アクチュエータ部３１は「第１アクチュエータ部」に対応し、第４アクチュエータ部４２は「第２アクチュエータ部」に対応している。

ミラー部２の上表面は、光を反射する反射面２Ｃとなっている。反射面２Ｃには、入射光の反射率を高めるために、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミ）等の金属薄膜が形成されている。ミラーコーティングに用いる材料や膜厚は特に限定されず、公知のミラー材料（高反射率材料）を用いて様々な設計が可能である。反射部として機能するミラー部２の平面視形状と反射面２Ｃの形状は一致してもいいし、異なっていてもよい。反射面２Ｃはミラー部２における上表面の面積範囲内で形成することができる。

＜ミラー部の形状について＞
本例では円形のミラー部２を例示しているが、発明の実施に際して、ミラー部２の形状は、特に限定されない。図１に例示した円形に限らず、楕円形、正方形、多角形など、様々な形状があり得る。

ミラー部２の形状について円形、楕円形、矩形（四角形）などの表現は、厳密な数学的定義での形状に限らず、全体的な基本形状として概ねそれらの形と把握できる形状であることを意味する。例えば、矩形の角部が面取りされたもの、角部が丸められたもの、辺の一部又は全部が曲線や折れ線で構成されるもの、ミラー部２と第１トーションバー部４や第２トーションバー部７との接続部分に連結上必要な付加的形状が追加されたものなども含まれる。

＜圧電アクチュエータ部の構造について＞
第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２は、それぞれの長手方向の軸を一致させてｙ軸方向に連結された構成となっている。第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の連結部１５に第１トーションバー部４が接続されている。すなわち、連結部１５は第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２との接続部分であり、かつ、第１アクチュエータ部１１及び第２アクチュエータ部２２と第１トーションバー部４との接続部分となっている。第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２は第１トーションバー部４が接続されている連結部１５を挟んでｙ軸方向の両側（図１において上下両側）に配置されている。図１において連結部１５をｙ軸方向から挟む両側のうち一方の側（図１の上側）に第１アクチュエータ部１１が配置され、他方の側（図１の下側）に第２アクチュエータ部２２が配置されている。

第１アクチュエータ部１１は、第１固定部材５１に連結された基端部１１Ｂを固定端とし、固定端（基端部１１Ｂ）と連結部１５とを結ぶ線分の方向を長手方向とするカンチレバー構造（片持ち梁構造）の圧電アクチュエータである。

同様に、第２アクチュエータ部２２は、第２固定部材５２に連結された基端部２２Ｂを固定端とし、固定端（基端部２２Ｂ）と連結部１５とを結ぶ線分の方向を長手方向とするカンチレバー構造の圧電アクチュエータである。つまり、第１トーションバー部４が接続されている連結部１５は、第１アクチュエータ部１１及び第２アクチュエータ部２２の駆動によって変位するカンチレバー構造における非拘束側の端部（変位部）に相当する。

このように連結部１５を介して第１トーションバー部４に接続されている第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とが互いに逆方向に撓むことで、連結部１５及び第1トーションバー部４を傾き駆動させることができる。第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とを互いに逆方向に撓ませる駆動を行うことで連結部１５と第１トーションバー部４に傾き変位を誘起し、ミラー部２を回転軸Ｒ_Ａの周りに回転させる（ミラー部２の反射面２Ｃを傾斜させる）。ミラー部２の回転軸Ｒ_Ａは、ｘ軸に平行でかつミラー部２の中心を通る軸となる。

<<電極部の配置形態について>>
第１アクチュエータ部１１は、長手方向に対して、第１電極部１１１と、第２電極部１１２との２パートに分かれた電極分割の形態による電極配置構造を有する。第１電極部１１１と第２電極部１１２とは、互いに独立した（絶縁分離された）電極となっている。すなわち、第１アクチュエータ部１１は、カンチレバー構造の固定端としての基端部１１Ｂから非拘束側の変位先端部としての連結部１５に至る長さを有するカンチレバー部分の長さ方向（図１ではｙ軸方向）に沿って、第１電極部１１１と第２電極部１１２とが絶縁部１１３を挟んで並んで配置された構造を有する。

第２アクチュエータ部２２も第１アクチュエータ部１１と同様に、長手方向に対して、第３電極部２２１と、第４電極部２２２との２パートに分かれた電極分割の形態による電極配置構造を有する。すなわち、第２アクチュエータ部２２は、カンチレバー構造の固定端としての基端部２２Ｂから非拘束側の変位先端部としての連結部１５に至る長さを有するカンチレバー部分の長さ方向（図１ではｙ軸方向）に沿って、第３電極部２２１と第４電極部２２２とが絶縁部２２３を挟んで並んで配置された構造を有する。

第３電極部２２１と第４電極部２２２とは、互いに独立した（絶縁分離された）電極となっている。ただし、同じ駆動電圧が印加される電極部同士（例えば、第１電極部１１１と第３電極部２２１の組（ペア）、或いは、第２電極部１１２と第４電極部２２２の組については図示せぬ配線部を介して接続されていてもよい。

なお、第１アクチュエータ部１１の第２電極部１１２と第２アクチュエータ部２２の第３電極部２２１との間にも絶縁部１３３が形成されている。第１電極部１１１、第２電極部１１２、第３電極部２２１、第４電極部２２２はそれぞれ単数の電極で構成されている。

第３アクチュエータ部３１及び第４アクチュエータ部４２の構成は、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の構成と同様である。

第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２の連結部３５に第２トーションバー部７が接続されている。すなわち、第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２は第２トーションバー部７が接続されている連結部３５を挟んでｙ軸方向の両側（図１で連結部３５の上下両側）に配置されている。

第３アクチュエータ部３１は、長手方向に対して、第５電極部３１１と、第６電極部３１２との２パートに分かれた電極分割の形態による電極配置構造を有する。第５電極部３１１と第６電極部３１２とは、絶縁部３１３を介して互いに独立した（絶縁分離された）電極となっている。第４アクチュエータ部４２についても、長手方向に対して、第７電極部４２１と、第８電極部４２２との２パートに分かれた電極分割の形態による電極配置構造を有する。第７電極部４２１と第８電極部４２２とは、絶縁部４２３を介して互いに独立した（絶縁分離された）電極となっている。第３アクチュエータ部３１の第６電極部３１２と第４アクチュエータ部４２の第７電極部４２１との間にも絶縁部３３３が形成されている。第５電極部３１１、第６電極部３１２、第７電極部４２１、第８電極部４２２はそれぞれ単数の電極で構成されている。

第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２に関する説明は、第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２についても同様であるため、以下主に、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２について説明し、第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２に関する説明は省略する。

図２は、図１の２−２切断線に沿う断面図である。図２では第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の部分の断面図を示し、第１固定部材５１と第２固定部材５２の部分の図示を省略した。

図２に示すように、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２は、振動板６０として機能するシリコン（Ｓｉ）の基板の上に、下部電極６４、圧電体６６、上部電極６８がこの順で積層された積層構造を有するユニモルフ型の薄膜圧電アクチュエータである。上部電極６８には、第１電極部１１１、第２電極部１１２、第３電極部２２１、第４電極部２２２が含まれる。

第１アクチュエータ部１１、第２アクチュエータ部２２は、上部電極６８と下部電極６４の間に電圧を印加することによって圧電体６６の逆圧電効果により、図２の上下方向に撓み変形する圧電薄膜ユニモルフアクチュエータとして機能する（図３参照）。

なお、図２その他の図面に示す各層の膜厚やそれらの比率は、説明の都合上、適宜変更して描いており、必ずしも実際の膜厚や比率を反映したものではない。また、本明細書では、積層構造を表現するにあたり、「Ａの上にＢを積層する」というときの「上」とは、Ａの表面から膜の厚み方向に離れる方向を「上」として表現する。Ａを水平に保持した状態でＡの上面にＢを重ねて構成する場合には、重力方向を下方向とするときの上下の方向と一致する。ただし、Ａの姿勢を傾けたり、上下反転させたりすることも可能であり、基板や膜の姿勢に依存する積層構造の積み重ね方向が必ずしも重力の方向を基準とする上下方向と一致しない場合についても、積層構造の上下関係を混乱なく表現するために、ある基準となる部材（例えばＡ）の面を基準にして、その面から厚み方向に離れる方向を「上」と表現する。また、「Ａの上にＢを積層する」という表現は、Ａに接してＢをＡ上に直接積層する場合に限らず、ＡとＢの間に他の１又は複数の層を介在させ、Ａの上に１又は複数の層を介してＢを積層する場合も有りうる。

＜圧電アクチュエータ部の動作説明＞
図３は駆動電圧印加時における圧電アクチュエータ部の変形の様子を示した模式断面図である。ここでは、説明を簡単にするために、第１電極部１１１に印加する駆動電圧Ｖ_１１と第３電極部２２１に印加する駆動電圧Ｖ_２１とを同じ駆動電圧Ｖ_１とし（Ｖ_１１＝Ｖ_２１＝Ｖ_１）、第２電極部１１２に印加する駆動電圧Ｖ_１２と第４電極部２２２に印加する駆動電圧Ｖ_２２とを同じ駆動電圧Ｖ_２とし（Ｖ_１２＝Ｖ_２２＝Ｖ_２）、駆動電圧Ｖ_１、Ｖ_２は互いに逆位相（位相差１８０°）の正弦波の波形による駆動電圧として説明する（図４参照）。

図４は、駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２の例を示した波形図である。図３に示すように、Ｖ_１とＶ_２は互いに逆位相（位相差１８０°）の電圧であり、第１電極部１１１及び第３電極部２２１の電極群と、第２電極部１１２及び第４電極部２２２の電極群とに対し、互いに逆位相の電圧（Ｖ_１，Ｖ_２）が印加される。

駆動電圧Ｖ_１、Ｖ_２はそれぞれ次のように表される。

Ｖ_１＝Ｖ_ｏｆｆ１＋Ｖ_１Ａsinωｔ
Ｖ_２＝Ｖ_ｏｆｆ２＋Ｖ_２Ａsin（ωｔ＋φ）
上記の式中、Ｖ_１ＡとＶ_２Ａはそれぞれ電圧振幅、ωは角周波数、ｔは時間、φは位相差である。

図４の例では、Ｖ_１Ａ＝Ｖ_２Ａ、φ＝１８０°を満たす電圧波形を印加した。オフセット電圧Ｖ_ｏｆｆ１、Ｖ_ｏｆｆ２は任意であり、例えば、Ｖ_１，Ｖ_２が圧電体の分極反転電圧を超えないように設定するのが好ましい。図４では、駆動電圧Ｖ_１におけるオフセット電圧Ｖ_ｏｆｆ１と、駆動電圧Ｖ_２におけるオフセット電圧Ｖ_ｏｆｆ２とは同じ電圧値Ｖ_ｏｆｆ（＝Ｖ_ｏｆｆ１＝Ｖ_ｏｆｆ２）とした。

このように逆位相の駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２を印加することにより、圧電体６６の逆圧電効果により、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とに撓み変形が生じる（図３参照）。図３に示すように、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とをｚ方向について互いに逆方向の撓み方向となるように駆動させると、図３に示すように、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の連結部１５及び連結部１５に接続されている第１トーションバー部４に傾き変位が生じる。

図１で説明した第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２についても、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２と同様に駆動することで、連結部３５及び第２トーションバー部７に傾き変位が生じる。

ミラー部２を支持する第１トーションバー部４と第２トーションバー部７に傾き変位が生じるような共振モードに対応する共振周波数で各アクチュエータ部（１１，２２，３１，４２）を駆動させることにより、第１トーションバー部４、第２トーションバー部７及びミラー部２に大きな傾き変位が生じ、広い傾き角度範囲を実現できる。これにより、広い範囲をスキャンすることができる。

なお、図２、図３の例では、圧電体層を電極部の単位で分離（分割）せずに、１枚の（単一）の圧電体膜として用いているが、発明の実施に際しては、電極部の分割形態に合わせて、圧電体６６も分割されていてもよい。圧電体６６は上下の電極で挟まれている部分が駆動力発生部若しくは応力検知部（センサ部）として機能するため、このような圧電変換部（圧電素子部）としての動作に直接的に寄与しない不要な圧電体部分（上部電極が存在しない部分など）を除去することができる。不要な圧電体部分を除去して圧電変換部の単位で圧電体を分離することにより、アクチュエータ部の剛性が低下し、アクチュエータ部が変形しやすくなる。

＜共振モード振動における駆動時の応力分布と電極部の配置形態の関係について＞
図５は共振駆動時における第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の圧電体の変位を模式的に示した図である。また、図６は共振駆動時における第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の主応力の方向を模式的に示したものである。

図５中の矢印Ｂで示した部分が連結部１５に対応する位置であり、この部分に傾き変位が生じている様子が示されている。共振モード振動による駆動状態において第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とが図５及び図６に示した撓み変形の状態にある場合、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２の内部の圧電体６６には圧縮方向の応力（圧縮応力）がかかる部分（図５の符号７１、７３）と、引っ張り方向の応力（引張応力）がかかる部分（符号７２、７４）とが生じる（図５参照）。このような応力分布に基づき、互いに逆方向の応力が発生する圧電体領域の区分け対応させて、上部電極が分割され、各電極部（１１１、１１２、２２１、２２２）が配置される。ここでいう応力とは、膜厚方向をｚ軸に取った場合において、x-y平面内に生じる応力であり、x-y平面内の主応力ベクトルのうち、成分の絶対値が最も大きい方向を応力の方向としている。

なお、図５において、圧縮方向の応力が生じる部分（圧縮応力領域７１，７３）と、引張方向の応力が生じる部分（引張応力領域７２，７４）との境界の部分（符号７６，７７，７８）には応力の方向が徐々に（連続的に）変化していく過渡的な領域（中間領域）が存在する。

図５に示すような、応力分布に対応して、応力方向が異なる圧電体部の領域（符号７１，７２，７３，７４）に対して、それぞれ第１電極部１１１、第２電極部１１２、第３電極部２２１、第４電極部２２２が配置される。

図５における圧縮応力領域７１に対して第１電極部１１１が設けられ、引張応力領域７２に対して第２電極部１１２が設けられる。同様に、圧縮応力領域７３に対して第３電極部２２１が設けられ、引張応力領域７４に対して第４電極部２２２が設けられる。各中間領域７６、７７，７８に対応して絶縁部１１３、１３３、２２３（図１参照）が形成される。

共振モード振動による動作時（共振駆動時）の応力分布については、公知の有限要素法のソフトウエアを用い、デバイス寸法、材料のヤング率、デバイス形状等のパラメータを与え、モード解析法を使って解析することができる。デバイスの設計に際しては、共振モードによる駆動時の圧電体内の応力分布を解析し、その解析結果を基に、応力分布における圧縮応力領域、引張応力領域の区分に対応させて、上部電極の領域を区分けして、第１電極部１１１、第２電極部１１２、第３電極部２２１、第４電極部２２２の配置形態が決定される。

また、応力方向が共通する領域に対応した電極部のグループという観点で、電極部を２つのグループ分けすることができる。第１電極部１１１と第３電極部２２１は第１グループ（第１電極群）に属し、第２電極部１１２と第４電極部２２２は第２グループ（第２電極群）に属す。

このように分割された電極部の配置形態において、同じ応力方向の領域に対応する電極部に対して同位相の駆動電圧を印加し、異なる応力方向（逆方向の応力）の領域に対応する電極部に対しては、異なる位相の（好ましくは逆位相の）駆動電圧を印加することにより、最も効率よく、圧電力を傾き変位に変換することができる。

なお、第１電極部１１１と第３電極部２２１に対して駆動電圧Ｖ_１を印加し、第２電極部１１２と第４電極部２２２に対して、Ｖ_１と逆位相の駆動電圧Ｖ_２を印加する例を示したが、第１電極部１１１と第３電極部２２１に対して駆動電圧Ｖ_２を印加し、第２電極部１１２と第４電極部２２２に対して駆動電圧Ｖ_１を印加することも可能である。

また、第１電極部１１１、第２電極部１１２、第３電極部２２１、第４電極部２２２のすべてを駆動用の電極として用いる態様の他、これらのうち一部の電極部をセンシング用（検知用）の電極として利用する態様も可能である。また、各電極部（１１１，１１２，２２１，２２２）は、単数の電極から構成される態様に限らず、電極部（１１１，１１２，２２１，２２２）のうち、少なくとも１つの電極部が複数の電極から構成されていてもよい。

第３アクチュエータ部３１の第５電極部３１１、第６電極部３１２、並びに、第４アクチュエータ部４２の第７電極部４２１、第８電極部４２２についても、上述した各電極部（１１１，１１２，２２１，２２２）と同様の配置形態となっている。

＜デバイスの利用形態及び変形例について＞
〔利用例１〕
図７は、第１電極部１１１から第８電極部４２２のすべての電極部を駆動用の電極として用いる例である。上部電極６８としての各電極部（１１１，１１２，２２１，２２２，３１１，３１２，４２１，４２２）と、下部電極６４（図２参照）との間に圧電体６６が介在する部分がそれぞれ圧電素子部として動作する。本例では、すべての電極部を駆動用の電極（駆動電極）として用い、各圧電素子部がすべて駆動力発生部として機能する。

この場合、図７に示すように、第１アクチュエータ部１１の第１電極部１１１、第２アクチュエータ部２２の第３電極部２２１、第３アクチュエータ部３１の第５電極部３１１、第４アクチュエータ部４２の第７電極部４２１の電極群に対して同じ駆動電圧Ｖ_２を印加し、第１アクチュエータ部１１の第２電極部１１２、第２アクチュエータ部２２の第４電極部２２２、第３アクチュエータ部３１の第６電極部３１２、第４アクチュエータ部４２の第８電極部４２２に対して、Ｖ_２と逆位相の駆動電圧Ｖ_１を印加する。

各電極部（１１１、１１２、２２１、２２２、３１１、３１２、４２１、４２２）に対応したそれぞれの圧電素子部をすべて駆動力発生部として用いることにより、大きな変位角を実現できる。

なお、「同位相」という表現は、位相差０°に限らず、実用上問題にならない程度に実質的に同位相として取り扱うことができる位相差（例えば、±１０°）の許容範囲を含むものである。また、「逆位相」という表現についても、位相差１８０°に限らず、実用上問題にならない程度に実質的に逆位相として取り扱うことができる位相差（例えば、１８０°±１０°）の許容範囲を含むものである。

駆動力発生部として機能する複数の圧電素子部について、素子間で動作性能を調整するために、各圧電素子部に印加する駆動電圧の電圧振幅や位相差を適宜調整することがある。このような調整の範囲で電圧振幅や位相差を変更する場合も本発明の実施の範囲に含まれる。

〔利用例２〕
図８は、第１電極部１１１から第８電極部４２２の電極部のうち一部の電極部を応力検知のためのセンシング（検出）用の電極として用いる例である。ここでは、第４電極部２２２と第８電極部４２２を検出用の電極として用い、他の電極部を駆動用の電極として用いる例を示した。

検出用の電極はフローティング電位とし、圧電体６６の圧電効果（正圧電効果）によって発生する電圧を検知する。図８において「ｓ」で示した電極はセンシング用の信号を取り出すための検知電極であり、フローティング電位に設定されている電極を表している。

このように、複数の電極部のうち一部の電極部を電圧検出部として用いれば、圧電体の正電圧効果によって発生した電圧を検出することができ、その検出した電圧信号（検出信号）からアクチュエータ部の応力を検出することができる。つまり、電圧検出部は応力検出部として機能する。これにより、共振状態の維持などを可能とする駆動回路を構成することが可能である。

〔利用例３〕
図９は、圧電アクチュエータ部を構成する各アクチュエータ部（１１、２２、３１、４２）について、それぞれ少なくとも１つの電圧検出部を設ける形態の例である。ここでは第１電極部１１１、第４電極部２２２、第５電極部３１１、第８電極部４２２がセンシング用の電極として機能する。

このように、アクチュエータ部ごとに電圧検出部を設けることにより、アクチュエータ部ごとに動作状態を把握することができるため、検出信号を基に適切な駆動電圧の印加制御が可能となり、より安定した共振駆動を実現できる。

〔利用例４〕
図１０は、図８の変形例である。図１０は、図８で説明した第４電極部２２２、第８電極部４２２をさらに複数の電極に分割した例である。図１０では、第４電極部２２２をｘ方向に３つの電極２２２Ａ，２２２Ｂ、２２２Ｃに分割し、第８電極部４２２をｘ方向に３つの電極４２２Ａ，４２２Ｂ、４２２Ｃに分割した例が示されている。

第４電極部２２２を構成している複数の電極２２２Ａ〜Ｃのうち、中央に配置される電極２２２Ｂをフローティング電位として電圧検出部（センシング用電極）として用い、残りの（左右両側の）電極２２２Ａ，２２２Ｃを駆動電圧印加部（すなわち、駆動力発生部）として用いる。

同様に、第８電極部４２２を構成している複数の電極４２２Ａ〜Ｃのうち、中央に配置される電極４２２Ｂをフローティング電位として電圧検出部（センシング用電極）として用い、残りの（左右両側の）電極４２２Ａ，４２２Ｃを駆動電圧印加部（すなわち、駆動力発生部）として用いる。

これにより、電圧検出部に割く電極領域を最小限に抑え、高いスキャン角度を保ちつつ、応力検出が可能となる。

〔利用例５〕
図１１は、図９の変形例である。図１１では、図９で説明した第１電極部１１１、第４電極部２２２、第５電極部３１１、第８電極部４２２をさらに複数の電極に分割した例である。図１１において、図１０で説明した構成と同一の要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１１では、第１電極部１１１をｘ方向に３つの電極１１１Ａ，１１１Ｂ、１１１Ｃに分割し、第４電極部２２２をｘ方向に３つの電極２２２Ａ，２２２Ｂ、２２２Ｃに分割し、第５電極部３１１をｘ方向に３つの電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃに分割し、第８電極部４２２をｘ方向に３つの電極４２２Ａ，４２２Ｂ、４２２Ｃに分割した例が示されている。

第１電極部１１１を構成している複数の電極１１１Ａ〜Ｃのうち、中央に配置される電極１１１Ｂをフローティング電位として電圧検出部（センシング用電極）として用い、残りの（左右両側の）電極１１１Ａ，１１１Ｃを駆動電圧印加部（すなわち、駆動力発生部）として用いる。

同様に、第５電極部３１１を構成している複数の電極３１１Ａ〜Ｃのうち、中央に配置される電極３１１Ｂをフローティング電位として電圧検出部（センシング用電極）として用い、残りの（左右両側の）電極３１１Ａ，３１１Ｃを駆動電圧印加部（すなわち、駆動力発生部）として用いる。

これにより、電圧検出部に割く電極領域を最小限に抑え、高いスキャン角度を保ちつつ、応力検出が可能となる。

＜実施例１の製造方法＞
実施例１として以下に示す製造方法により、マイクロスキャナデバイスを作製した。

（手順１）ハンドル層350μｍ（マイクロメートル）、ボックス層1μｍ（マイクロメートル）、デバイス層24μｍ（マイクロメートル）の積層構造を持つＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に、スパッタ法で基板温度350℃にてTi層を30nm（ナノメートル）、Ir層を150nm（ナノメートル）形成した。Ti層（30nm）とIr層(150nm)の積層体による導電層が図２で説明した「下部電極６４」に相当する。

（手順２）手順１で下部電極（Ti/Iｒ）が積層形成された基板上に、高周波（ＲＦ；radio frequency）スパッタ装置を用いて圧電体（PZT）層を2.5μm成膜した。

成膜ガスは97.5%Ａｒと2.5%Ｏ_２の混合ガスを用い、ターゲット材料としてはＰｂ1.3((Ｚｒ0.52 Ｔｉ0.48)0.88 Ｎｂ0.12)Ｏ3の組成のものを用いた。成膜圧力は2.2 mTorr（ミリトール）（約0.293Ｐａ）、成膜温度は４５０℃とした。得られたＰＺＴ層は、Ｎｂが原子組成比で１２％添加されたＮｂドープＰＺＴ薄膜であった。

（手順３）手順２によりＰＺＴ層が形成された基板上に、リフトオフ法によってＰｔ／Ｔｉの積層構造による上部電極をパターン形成し、ＩＣＰ（inductively coupled plasma；誘導結合プラズマ）ドライエッチングによってＰＺＴ薄膜をパターンエッチングした。

（手順４）その後、シリコンのドライエッチプロセスによってデバイス層をパターンエッチングし、アクチュエータ部、ミラー部、固定部材の形状を加工した。

（手順５）次に、基板の裏面からハンドル層を深堀エッチング(Deep RIE；Reactive Ion Etching)した。

（手順６）最後に、裏面からボックス層をドライエッチングにより除去することにより、図１のような構成のマイクロスキャナデバイスを作製した。

本実施例では、ＰＺＴ薄膜をスパッタ法により基板に直接成膜し、その後ドライエッチング加工することで形成している。このように、圧電体を薄膜化することで作製プロセスを簡便にし、かつ微細なパターニングが可能になる。これによって歩留まりが大幅に向上するとともにデバイスのさらなる小型化に対応することができる。

ただし、本発明の実施に際して、アクチュエータ部の圧電体は、薄膜圧電体に限ったものではく、バルク圧電体を振動板に貼りつけてユニモルフアクチュエータを形成したり、２つの極性の異なる圧電体を貼りあわせてバイモルフアクチュエータとしても良い。

＜比較例１＞
実施例１と全く同じ基板（ＳＯＩ基板）、製造プロセス方法にて、図１２に示すような比較例１に係るマイクロスキャナデバイスを作製した。

図１２に示すデバイス５０１において、図１の構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

比較例１のデバイス５０１は、第１アクチュエータ部１１、第２アクチュエータ部２２、第３アクチュエータ部３１、第４アクチュエータ部４２のそれぞれの上部電極がそれぞれ単一の電極部５１１、５２２、５３１、５４２しか持たない構造となっている。

図１２は、これらすべての電極部（５１１、５２２、５３１、５４２）を駆動用の電極として用いる例である。第１アクチュエータ部１１の電極部５１１と、第３アクチュエータ部３１の電極部５３１に対して駆動電圧Ｖ_１を印加し、第２アクチュエータ部２２の電極部５２２と第４アクチュエータ部４２の電極部５４２に対して、Ｖ_１と逆位相の駆動電圧Ｖ_２を印加する構成とすることができる。

図１２のようなデバイス形態において応力検出を行う場合は、複数の電極部（５１１，５２２，５３１，５４２）のいずれかの電極を検出用（センシング）として利用する。

第１トーションバー部４に接続されている第１アクチュエータ部１１及び第２アクチュエータ部２２のうち、いずれか一方の電極部をセンシング用の電極として機能させる。同様に、第２トーションバー部７に接続されている第３アクチュエータ部３１及び第４アクチュエータ部４２のうち、いずれか一方の電極部をセンシング用の電極として機能させる。

図１３では、対称性を考慮して電極部５１１、５３１をセンシング用の電極として用いる例が示されている。センシングに用いる電極部はフローティング電位に設定され、圧電体の正圧電効果によって生じる電圧を検知する。

＜デバイスの動作評価実験＞
実施例１で作製したデバイスと比較例１で作製したデバイスの動作性能を比較する実験を行った。図１４は実験対象のデバイスにおける駆動電圧とスキャン角度の関係を示したグラフである。

実験対象として「実施例１」、「実施例１（センシングあり）」、「比較例１」、「比較例１（センシングあり）」の４種類のデバイスを評価した。「実施例１」は図７、「実施例１（センシングあり）」は図８、「比較例１」は図１２、「比較例１（センシングあり）」は図１３の形態にそれぞれ対応している。

各デバイスにおいて駆動用の電極部に電圧振幅Ｖ_ＰＰの正弦波による駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２を入力し、ミラー部２の回転運動を伴う共振振動を誘起させ、ミラー部２の機械振れ角をレーザーのスキャン角度で測定した。駆動電圧の印加方法について、「実施例１」と「実施例１（センシングあり）」のデバイスは、それぞれ図７，図８の説明に準ずる。「比較例１」と「比較例１（センシングあり）」のデバイスはそれぞれ、図１２、図１３の説明に準ずる。実施例１、比較例１ともに共振周波数は25kHz（キロヘルツ）であった。

実験の結果を図１４に示す。図１４の横軸は電圧振幅（単位はボルト[V]、縦軸は光学スキャン角度（単位は度[deg]）を示している。

図１４から明らかなように、１つのアクチュエータ部内に複数の電極部を内包する実施例１のデバイスは、比較例１のデバイスに比べて高いスキャン角度が得られている。また、一部の電極部をセンシングに利用する応力検出部を設けた場合でも、実施例１のデバイス（「実施例１センシングあり」）は比較例１のデバイスと比較して高いスキャン角度が保たれていることが確認できた。

＜圧電材料について＞
本実施形態に好適な圧電体としては、下記式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（Ｐ）を含むものが挙げられる。

一般式ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。

Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。

上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ビスマスフェライト等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。

また、本実施形態の圧電体膜は、下記式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）を含むことが好ましい。

一般式Ａ_ａ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_ｙ，Ｍ _{ｂ−ｘ−ｙ} ）_ｂＯ_ｃ・・・（ＰＸ）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。

ペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）は、真性ＰＺＴ、あるいはＰＺＴのＢサイトの一部がＭで置換されたものである。被置換イオンの価数よりも高い価数を有する各種ドナーイオンを添加したＰＺＴでは、真性ＰＺＴよりも圧電性能等の特性が向上することが知られている。Ｍは、４価のＺｒ，Ｔｉよりも価数の大きい１種又は２種以上のドナーイオンであることが好ましい。かかるドナーイオンとしては、Ｖ^５＋，Ｎｂ^５＋，Ｔａ^５＋，Ｓｂ ^５＋ ，Ｍｏ^６＋，及びＷ^６＋等が挙げられる。

ｂ−ｘ−ｙは、ペロブスカイト構造を取り得る範囲であれば特に制限されない。例えば、ＭがＮｂである場合、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０５以上０．２５以下であることが好ましく、０．０６以上０．２０以下であることがより好ましい。

上述の一般式（Ｐ）及び（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜は、高い圧電歪定数（ｄ３１定数）を有するため、かかる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、変位特性の優れたものとなる。

また、一般式（Ｐ）及び（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、リニアリティの優れた電圧―変位特性を有している。これらの圧電材料は、本発明を実施する上で良好なアクチュエータ特性、センサ特性を示すものである。なお、一般式（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物の方が一般式（Ｐ）で表されるものよりも圧電定数が高くなる。

本実施形態における圧電体の一具体例として、例えば、Ｎｂを原子組成百分率で１２％ドープしたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜を用いることができる。スパッタリング法等によってＮｂを１２％ドープしたＰＺＴを成膜することにより、圧電定数ｄ３１＝２５０ｐｍ／Ｖという高い圧電特性を持つ薄膜を安定的に作製できる。

なお、本実施例ではアクチュエータ部（駆動力発生部、応力検出部）に用いる圧電体材料としてＰＺＴを選択したが、この材料に限定する必要はない。例えば、ＢａＴｉＯ_３、ＫＮａＮｂＯ_３、ＢｉＦｅＯ_３などの非鉛圧電体を用いることもできるし、ＡｌＮ、ＺｎＯ_２などの非ペロブスカイト圧電体を用いることも可能である。

＜成膜方法について＞
圧電体の成膜方法としては気相成長法が好ましい。例えば、スパッタリング法の他、イオンプレーティング法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＰＬＤ法（パルスレーザー堆積法）など、各種の方法を適用し得る。また、気相成長法以外の方法（例えば、ゾルゲル法など）を用いることも考えられる。気相成長法やゾルゲル法などにより基板上に圧電薄膜を直接成膜する構成が好ましい。特に、本実施形態の圧電体６６としては、１μｍ以上１０μｍ以下の膜厚の薄膜であることが好ましい。

＜第２実施形態＞
実施例１とまったく同じ基板（ＳＯＩ基板）を用い、同じプロセス方法にて、図１５に示すようなマイクロスキャナデバイス６０１を作製した。図１５において、図１で説明したデバイス１と同一又は類似する要素に同一の符号を付し、その説明は省略する。

実施例２のマイクロスキャナデバイス６０１は、第１アクチュエータ部６１０と第２アクチュエータ部６２０が音叉型のユニモルフアクチュエータで構成されており、第１アクチュエータ部６１０と第２アクチュエータ部６２０とが連結された構造により、平面視で略円環状のアクチュエータ形状となっている。図１５の例では、真円から僅かに扁平した楕円環状の外観（輪郭）形状を例示しているが、環状のアクチュエータ形状については図示の例に限定されない。真円の環状であってもよいし、図１５の例よりもさらに扁平率の大きい楕円環状であってもよい。ただし、アクチュエータ部の面積が広い方が大きなトルクが出せるため、真円よりも楕円形状の方がより好ましい。

音叉型の第１アクチュエータ部６１０と第２アクチュエータ部６２０の２つの連結部１５、３５のうち一方の連結部１５に第１トーションバー部４が接続され、他方の連結部３５に第２トーションバー部７が接続されている。

第１アクチュエータ部６１０は、ミラー部２を挟んでｘ方向の両側に分かれた２つの腕部６１０Ａ、６１０Ｂが配置される音叉形状を有する。２つの腕部６１０Ａ、６１０Ｂに向かって二股に分かれる根本の部分に対応する基端部６１５は第１固定部材５１に固定されている。第１アクチュエータ部６１０は第１固定部材５１に固定された基端部６１５を固定端とする音叉型の圧電アクチュエータとして動作する。

第１アクチュエータ部６１０の上部電極は、図１５のように、腕部６１０Ａ、６１０Ｂの形状に沿った長手方向について、１つの第１電極部６１１と２つの第２電極部６１２Ａ、６１２Ｂに分割されている。

第２アクチュエータ部６２０の構成も第１アクチュエータ部６１０の構成と同様である。第２アクチュエータ部６２０は、ミラー部２を挟んでｘ方向の両側に分かれた２つの腕部６２０Ａ、６２０Ｂが配置される音叉形状を有する。２つの腕部６２０Ａ、６２０Ｂに向かって二股に分かれる根本の部分に対応する基端部６２５は第２固定部材５２に固定され、基端部６２５を固定端とする音叉型の圧電アクチュエータとして動作する。

第２アクチュエータ部６２０の上部電極は、図１５のように、腕部６２０Ａ、６２０Ｂの形状に沿って、２つの第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂと、１つの第４電極部６２４に分割されている。

第１アクチュエータ部６１０の腕部６１０Ａ、６１０Ｂと、第２アクチュエータ部６２０の腕部６２０Ａ、６２０Ｂとが連結部１５、３５を介して接続された環状構造を有する圧電アクチュエータ部６３０が構成される。

図１６はマイクロスキャナの共振モード駆動時における圧電アクチュエータ部の変形と主応力の応力方向の分布を模式的に示した斜視図である。図１６では図１５に示したミラー部２と第１トーションバー部４、第２トーションバー部７の記載を省略している。図１６において矢印Ｂで示した部分が連結部１５、３５に対応した位置である。

共振駆動時は圧電アクチュエータ部６３０が図１６のように変形し、矢印Ｂで示す位置に傾き変位が生じる。これにより、図１５に示した第１トーションバー部４、第２トーションバー部７及びミラー部２の傾き変位を誘起させる。

この際、第１アクチュエータ部６１０及び第２アクチュエータ部６２０の内部の圧電体部には、圧縮方向の応力が生じる部分と、引張方向の応力が生じる部分と、の両方の部分が存在する。図１６においては、符号８１、８３Ａ、８３Ｂで示した領域の部分に圧縮応力が生じ、符号８２Ａ、８２Ｂ、８４で示した領域の部分に引張応力が生じる。なお、図１６では図示を省略しているが、各領域の境界部分に応力方向が過渡的に変化する中間領域が存在する。

図１６に示すような、応力分布に対応して、応力方向が異なる圧電体部の領域（符号８１、８２Ａ、８２Ｂ、８３Ａ、８３Ｂ、８４）に対して、それぞれ第１電極部６１１、第２電極部６１２Ａ、６１２Ｂ、第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂ、第４電極部６２４が配置される。

応力方向が共通する領域に対応した電極部同士でグループ（電極群）を構成し、互いに逆方向の応力が生じる領域に対応して２つのグループに区分けすると、第１電極部６１１と、第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂは第１グループ（第１電極群）に属し、第２電極部６１２Ａ、６１２Ｂと第４電極部６２４は第２グループ（第２電極群）に属す。

このように応力方向が異なる（互いに逆方向の応力となる）圧電体部に、それぞれ第１グループに属する電極部、第２グループに属する電極部を配置することにより、最も効率良く圧電力を傾き変位に変換することができる。

ここでいう「圧縮応力」、「引張応力」とは、互いに直交する３つの主応力ベクトルの中から圧電体の膜厚方向に直交する平面内の２つの主応力を選び出し（図１６においてσ_１とσ_２）、そのうち絶対値が大きい方の方向（最大主応力の方向）で定義する。図１６においてはσ_２の方向である。表記方法としては、外に向かう方向のベクトルを引張方向、内に向かう方向のベクトルを圧縮方向と定義する。

このように定義する理由は、概して圧電ＭＥＭＳデバイスではアクチュエータ部の寸法が平面的であり（平面方向の寸法に比べて高さが十分小さい）、膜厚方向の応力σ_３がほぼ０とみなせるためである。「互いに逆方句の応力」とは、上記の定義に基づいて判断されるものである。

＜実施例２のデバイスの利用形態及び変形例について＞
実施例１の図７〜図１１で説明した例と同様に、実施例２のデバイスについても、電極部のすべてを駆動に用いることもできるし、一部の電極部をセンシング（検出用）として用いることができる。

図１７は、すべての電極部を駆動電極として用いる例である。ここでは、第１グループに属する第１電極部６１１と第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂに対して駆動電圧Ｖ_１を印加し、第２グループに属する第２電極部６１２Ａ、６１２Ｂと第４電極部６２４に対して、Ｖ_１と逆位相の駆動電圧Ｖ_２を印加する例が示されている。

図１８は、一部の電極部をセンサと利用する例である。ここでは、第２アクチュエータ部６２０内の第４電極部６２４をセンシング用の電極として用いる例が示されている。

図１９は、図１８の変形例であり、図１８における第４電極部６２４が複数の電極６２４Ａ，６２４Ｂ，６２４Ｃに分割された構成とし、これら複数の電極６２４Ａ，６２４Ｂ，６２４Ｃ内の一部の電極６２４Ｂをセンサとして用いる例である。

なお、図には示さないが、第１アクチュエータ部６１０の第１電極部６１１をセンサとして用いる形態も可能である。この場合、第１電極部６１１について、図１８や図１９で説明した第４電極部６２４と同様の構成とすることができる。

＜比較例２＞
実施例１と全く同じ基板（ＳＯＩ基板）、製造プロセス方法にて、図２０に示すような比較例２に係るマイクロスキャナデバイスを作製した。

図２０に示すデバイス７０１において、図１５の構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

比較例２のデバイス７０１は、第１アクチュエータ部６１０、第２アクチュエータ部６２０のそれぞれの上部電極がそれぞれ単一の電極部７１１、７２２しか持たない構造となっている。図２０は、これら２つの電極部７１１、７２２を駆動用の電極として用いる例である。第１アクチュエータ部６１０の電極部７１１に対して駆動電圧Ｖ_２を印加し、第２アクチュエータ部６２０の電極部７２２に対して、Ｖ_２と逆位相の駆動電圧Ｖ_１を印加する構成とすることができる。

図２０のようなデバイス形態において応力検出を行う場合は、図２１に示すように、２つの電極部７１１、７２２のうちいずれか一方の電極部を検出用（センシング）として利用する。図２１では、第１アクチュエータ部６１０の第１電極部７１１をセンシングに用いる例が示されている。センシングに用いる電極部はフローティング電位に設定され、圧電体の正圧電効果によって生じる電圧を検知する。

＜実施例２と比較例２のデバイスの評価実験＞
実施例２で作製したデバイスと比較例２で作製したデバイスの動作性能を比較する実験を行った。図２２は実験対象のデバイスにおける駆動電圧とスキャン角度の関係を示したグラフである。

実験対象として「実施例２」、「実施例２（センシングあり）」、「比較例２」、「比較例２（センシングあり）」の４種類のデバイスを評価した。「実施例２」は図１７、「実施例２（センシングあり）」は図１８、「比較例２」は図２０、「比較例２（センシングあり）」は図２１の形態にそれぞれ対応している。

各デバイスにおいて駆動用の電極部に電圧振幅Ｖ_ＰＰの正弦波による駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２を入力し、ミラー部２の回転運動（回転軸Ｒ_Ａを中心として回動する揺動運動）を伴う共振振動を誘起させ、ミラー部２の機械振れ角をレーザーのスキャン角度で測定した。駆動電圧の印加方法について、「実施例２」と「実施例２（センシングあり）」のデバイスは、それぞれ図１７，図１８の説明に準ずる。「比較例２」と「比較例２（センシングあり）」のデバイスはそれぞれ、図２０、図２１の説明に準ずる。実施例２、比較例２ともに共振周波数は26kHz（キロヘルツ）であった。

実験の結果を図２２に示す。図２２の横軸は電圧振幅（単位はボルト[V]、縦軸は光学スキャン角度(単位は度[deg])を示している。

図２２と図１４を比較すると明らかなように、音叉型アクチュエータを用いた実施例２のデバイスは、カンチレバー型アクチュエータを用いた実施例１よりも高いスキャン角度を示している。

また、図２２に示されているとおり、１つのアクチュエータ部内に複数の電極部を内包する実施例２のデバイスは、比較例２のデバイスに比べて高いスキャン角度が得られている。また、一部の電極部をセンシングに利用する応力検出部を設けた場合でも、実施例２のデバイス（「実施例２センシングあり」）は比較例２のデバイスと比較して高いスキャン角度が保たれていることが確認できた。

＜駆動電圧の波形について＞
上述した実施例１，２においては、駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２の波形として、図４に示したように、互いに逆位相（φ=180°）としたが、位相差は180°からある程度シフトしていても良い。例えば、目的とする共振振動以外の成分（ノイズ振動）が生じた場合、これを消去するためにＶ_１、Ｖ_２間の位相差を180°から少量シフトさせることが有効な場合がある。

図２３にＶ_１,Ｖ_２間の位相差と相対変位角の関係を示す。変位角は、Ｖ_１とＶ_２の位相差が180°（互いに逆位相）の際に最大となり、位相差0°（互いに同位相）の際に最小となる。一般的には、変位角を十分に得るために位相差を90°≦φ≦270°の範囲にするのが好ましい。また、位相差を130°≦φ≦230°の範囲とすることがさらに好ましい。

本発明の実施に際して、駆動波形の種類は2種類以上であってもよい。例えば、図２４に示すように、第１電極部６１１に印加する駆動電圧をＶ_１１、第２電極部６１２Ａ，６１２Ｂに印加する駆動電圧をＶ_１２、第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂに印加する電圧をＶ_２１、第４電極部６２４に印加する電圧をＶ_２２とすることができる。

これら４種類の駆動電圧として、例えば、下記の波形を用いることができる。

Ｖ_１１＝Ｖ_{ｏｆｆ１１}＋Ｖ_１１Ａsinωｔ
Ｖ_１２＝Ｖ_{ｏｆｆ１２}＋Ｖ_１２Ａsin（ωｔ＋φ）
Ｖ_２１＝Ｖ_{ｏｆｆ２１}＋Ｖ_２１Ａsinωｔ
Ｖ_２２＝Ｖ_{ｏｆｆ２２}＋Ｖ_２２Ａsin（ωｔ＋φ）
上記の式中、Ｖ_１１Ａ、Ｖ_１２Ａ、Ｖ_２１Ａ、Ｖ_２２Ａはそれぞれ電圧振幅、ωは角周波数、ｔは時間、φは位相差である。

位相差φは、90°≦φ≦270°の範囲であり、より好ましくは130°≦φ≦230°の範囲とする。

Ｖ_１１Ａ、Ｖ_１２Ａ、Ｖ_２１Ａ、Ｖ_２２Ａは、0以上の任意の値を取りうる。Ｖ_１１Ａ、Ｖ_１２Ａ、Ｖ_２１Ａ、Ｖ_２２Ａは、すべて異なる値に設定することが可能であるし、一部又は全てを同じ値に設定することも可能である。また、上式ではＶ_１１とＶ_２１の位相は一致し、Ｖ_１２とＶ_２２の位相は一致しているが、これらの位相は完全に一致している必要はなく、±10°程度のわずかな位相ずれは許容される。

また、印加電圧は正弦波に限定されず、方形波、三角波などの周期波形も適用可能である。

＜直流（ＤＣ）電圧印加時の変位角について＞
実施例１及び実施例２で説明した実施形態に係るデバイスは、非共振モードの駆動を行う場合でも、高い変位量が得られる。つまり、共振を利用せずに、共振周波数よりも十分に低い周波数で駆動することも可能である。

図２５は、実施例２のデバイスと比較例２のデバイスについて、ＤＣ電圧を印加して駆動したとき（非共振駆動時）の変位角を測定した実験結果を示すグラフである。横軸は駆動電圧、縦軸は光学スキャン角度を示している。図２５は、実施例２と比較例２の構造に対し、１kHz（キロヘルツ）の電圧波形（方形波）を印加したときの変位角を示す。この実験では、圧電体の抗電界を超えないようにオフセット電圧を印加した。

図２５のとおり、実施例２は比較例２に比べて高い変位量が得られている。

＜実施例２の寸法例＞
デバイスの形状の一例として、図２６に示す実施例２の各寸法の具体例を示す。圧電アクチュエータ部の全長a＝2.3ｍｍ、アクチュエータの腕部の幅ｂ＝0.4ｍｍ、ミラー部の直径ｃ＝1.2ｍｍ、トーションバー部の接続部間の横幅ｄ＝1.7ｍｍ、トーションバー部の太さｅ＝0.16ｍｍである。

上記の寸法のデバイスで図２２、図２５の評価実験を行った。

＜駆動電圧の供給手段（駆動制御部）について＞
図２７はデバイスの駆動に用いられる制御系の構成例を示す図である。ここでは、図１８で例示した実施例２のデバイス形態の制御系を例示した。図１８で説明した形態の場合、図２７に示すように、駆動用に用いられる第1アクチュエータ部６１０の第1電極部６１１、第２電極部６１２Ａ、６１２Ｂと、第２アクチュエータ部６２０の第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂのそれぞれは、駆動回路８１０の対応する電圧出力端子に接続される。第１アクチュエータ部６１０の第1電極部６１１と第２アクチュエータ部６２０の第３電極部６２３Ａ、６２３Ｂには駆動回路８１０から駆動電圧Ｖ_１が供給される。

第１アクチュエータ部６１０の第２電極部６１２Ａ、６１２Ｂには駆動回路８１０から駆動電圧Ｖ_２が供給される。なお、図２７では、同じ駆動電圧を印加する電極部を並列に接続しているが、電極部ごとに個別に駆動電圧を供給する構成を採用してもよい。

駆動回路８１０は、ミラー部２が回転軸Ｒ_Ａを中心に回転運動を行う共振モードの共振周波数fxの付近でミラー部２を共振駆動させる駆動電圧Ｖ_１，Ｖ_２を供給する。

また、センシングに用いる第２アクチュエータ部６２０の第４電極部６２４は検出回路８１２に接続されている。なお、下部電極６４は駆動回路８１０及び検出回路８１２の共通端子（Ｖ_０端子、例えば、ＧＮＤ端子）に接続される。それぞれの電極は、図示せぬ基板上のパターン配線部やワイヤーボンディングなどの配線部材を介して駆動回路８１０又は検出回路８１２に接続される。

第４電極部６２４から検出回路８１２を介して電圧信号を検出し、その検出結果は制御回路８１４に通知される。制御回路８１４は、検出回路８１２から得られる信号を基に、共振を維持するように、駆動回路８１０に対して制御信号を送り、第１アクチュエータ部６１０及び第２アクチュエータ部６２０への駆動電圧の印加を制御する。

例えば、圧電アクチュエータ部に印加した駆動電圧の波形と、応力検出部（センサ部）から検出した波形の位相が所定の値になるように、駆動回路８１０にフィードバックをかけ、共振を維持する。制御回路８１４は、応力検出部から得られる検出信号を基に、圧電アクチュエータ部に印加する電圧もしくは駆動周波数を制御する。

このようなフィードバック制御回路を検出回路８１２内に組み込むことができる。また、駆動回路８１０、検出回路８１２、制御回路８１４をまとめて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のような集積回路で構成することができる。

＜実施形態の作用効果について＞
上述の実施例１，２を含む本発明の実施形態によれば、デバイスのシミュレーション解析から把握される共振モード振動時の主応力の応力分布に基づき、応力方向が互いに逆方向となる圧縮方向領域、引張方向領域に対応させて、アクチュエータ部の上部電極を分割した構成を採用し、それぞれ異なる位相の駆動力を発生する第１グループの電極部と、第２グループの電極部とを設けることで、効率的に駆動でき、高い変位角度を得ることができる。

また、いずれかの電極部を構成する電極の一部または全部の電極をフローティング電位とし、その電位を検出できる応力検出部として用いることもできる。

この場合、応力検出部は駆動力を発生することはできないものの、それでもなお従来構成よりも高いスキャン角度を保つことができる。

＜ミラー支持部の変形例について＞
上述した実施形態では、第１トーションバー部４と第２トーションバー部７は、ミラー部２の回転軸Ｒ_Ａと一致する位置に接続されており、ミラー部２の外側に向かって回転軸Ｒ_Ａの軸方向に延設される形態となっている。実施例１、２では、ミラー部２の回転軸Ｒ_Ａと一致する位置に第１トーションバー部４と第２トーションバー部７を接続した例を示したが、トーションバー部の接続位置は厳密に回転軸Ｒ_Ａと一致していなくてもよく、また、必ずしも１箇所で接続されている形態に限定されず、複数箇所で接続されていてもよい。

例えば、ミラー部２の長手方向の略中央部分（設計上の真の中央点に限らずその周辺近傍）が回転軸Ｒ_Ａとなる場合に、回転軸Ｒ_Ａと略一致する位置の一箇所にトーションバーを接続し、これを支持する態様の他、当該略中央部分と把握される範囲内で回転軸Ｒ_Ａの位置を挟んで軸対称に２箇所以上の位置でトーションバーを接続する構造も可能である。

図２８は、図１の第１トーションバー部４、第２トーションバー部７に代えて、片側２本ずつのトーションバー部４Ａ、４Ｂ、７Ａ、７Ｂを備えた例である。図２８において、図１で説明した構成と同一又は類似する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

＜他の変形例＞
図１では、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とを連結し、その連結部１５に第１トーションバー部４を接続した構成を説明したが、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２とが分離された形態も可能である。図２９にその例を示す。

図２９において、図１及び図２８で説明した構成と同一又は類似する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図２９に示すように、第１アクチュエータ部１１と第２アクチュエータ部２２は独立したカンチレバー構造として構成され、第１アクチュエータ部１１の先端にトーションバー部４Ａが接続され、第２アクチュエータ部２２の先端にトーションバー部４Ｂが接続されている。

同様に第３アクチュエータ部３１と第４アクチュエータ部４２も互いに分離された独立のカンチレバー構造として構成され、第３アクチュエータ部３１の先端にトーションバー部７Ａが接続され、第４アクチュエータ部４２の先端にトーションバー部７Ｂが接続されている。このような構成によっても、図１や図２８と同様のミラー駆動が可能である。

＜応用例＞
本発明のミラー駆動装置は、レーザー光等の光を反射して光の進行方向を変える光学装置として様々な用途に利用できる。例えば、光偏向器、光走査装置、レーザープリンタ、バーコード読取機、表示装置、各種の光学センサ（測距センサ、形状測定センサ）、光通信装置、レーザープロジェクタ、光干渉断層画像診断装置などに広く適用することができる。

なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有するものにより、多くの変形が可能である。

１０…マイクロスキャナデバイス、２…ミラー部、２Ｃ…反射面、４…第１トーションバー部、７…第２トーションバー部、１０…圧電アクチュエータ部、１１…第１アクチュエータ部、１１Ｂ…第１基端部、１５…連結部、２２…第２アクチュエータ部、２２Ｂ…第２基端部、３０…圧電アクチュエータ部、３１…第３アクチュエータ部、３１Ｂ…第３基端部、３５…連結部、４２…第２アクチュエータ部、４２Ｂ…第４基端部、５１…第１固定部材、５２…第２固定部材、６０…振動板、６４…下部電極、６６…圧電体、６８…上部電極、１１１…第１電極部、１１２…第２電極部、２２１…第３電極部、２２２…第４電極部、３１１…第５電極部、３１２…第６電極部、４２１…第７電極部、４２２…第８電極部、６０１…マイクロスキャナデバイス、６１０…第１アクチュエータ部、６１０Ａ…腕部、６１０Ｂ…腕部、６１１…第１電極部、６１２Ａ，６１２Ｂ…第２電極部、６１５…基端部、６２０…第２アクチュエータ部、６２０Ａ…腕部、６２０Ｂ…腕部、６２３Ａ，６２３Ｂ…第３電極部、６２４…第４電極部、６２５…基端部、６３０…圧電アクチュエータ部、８１０…駆動回路、８１２…検出回路、８１４…制御回路

Claims (16)

1. 光を反射する反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部に連結され、前記ミラー部を回転軸の周りに回動可能に支持するミラー支持部と、
   前記ミラー支持部に連結され、前記ミラー部を前記回転軸の周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部と、
   前記圧電アクチュエータ部を支持する固定部と、を備えるミラー駆動装置であって、
   前記圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による圧電体の逆圧電効果によって変形する第１アクチュエータ部及び第２アクチュエータ部を備え、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部は、平面視で互いに前記回転軸に対して前記回転軸と直交する方向から前記回転軸を挟むように前記回転軸の前記直交する方向の両側に配置され、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部は、前記ミラー支持部との接続部分に対する前記回転軸と直交する方向の両側のうち、一方の側に前記第１アクチュエータ部が配置され、他方の側に前記第２アクチュエータ部が配置され、
   前記第１アクチュエータ部における前記ミラー支持部と反対側の第１基端部、並びに、前記第２アクチュエータ部における前記ミラー支持部と反対側の第２基端部がそれぞれ前記固定部に固定されており、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることで前記ミラー支持部を傾き駆動させるものであり、
   前記第１アクチュエータ部の上部電極は、互いに絶縁分離された第１電極部と第２電極部とを含み、前記第１電極部と前記第２電極部は前記第１アクチュエータ部の前記第１基端部から前記ミラー支持部との連結部に至る形状の長さ方向に並んで配置され、
   前記第２アクチュエータ部の上部電極は、互いに絶縁分離された第３電極部と第４電極部とを含み、前記第３電極部と前記第４電極部は前記第２アクチュエータ部の前記第２基端部から前記ミラー支持部との連結部に至る形状の長さ方向に並んで配置され、
   前記第１電極部、前記第２電極部、前記第３電極部、及び前記第４電極部の配置形態は、前記回転軸の周りの回動による前記ミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において
   前記圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、
   前記第１電極部及び前記第３電極部の位置に対応する圧電体部分と、前記第２電極部及び前記第４電極部の位置に対応する圧電体部分とは、前記共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成であり、
   前記第１電極部、前記第２電極部、前記第３電極部、及び前記第４電極部のそれぞれは駆動電圧を印加する駆動用の電極として用いられ、
   かつ、前記第２アクチュエータ部における前記第３電極部と前記第４電極部のうち、前記第２基端部に近い方の電極部が３つの電極に分割されており、
   前記３つの電極のうち１つの電極は前記圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出用の電極として用いられ、残りの２つの電極は駆動用の電極として用いられ、前記２つの電極には同位相の駆動電圧が印加されるミラー駆動装置。
2. 前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部は連結されており、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部の連結部に前記ミラー支持部が連結されている請求項１に記載のミラー駆動装置。
3. 前記ミラー支持部として、前記ミラー部を前記回転軸の軸方向の両側から支持する第１ミラー支持部と、第２ミラー支持部とを有する請求項１又は２に記載のミラー駆動装置。
4. 前記第１ミラー支持部は、前記ミラー部の前記回転軸の方向の両側のうち一方の側に連結され、他方の側に前記第２ミラー支持部が連結されており、
   前記圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による圧電体の逆圧電効果によって変形する第３アクチュエータ部及び第４アクチュエータ部を備え、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部は、前記第１ミラー支持部と連結され、
   前記第３アクチュエータ部と前記第４アクチュエータ部は、前記第２ミラー支持部と連結され、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部は、前記第１ミラー支持部との接続部分に対する前記回転軸と直交する方向の両側のうち、一方の側に前記第１アクチュエータ部が配置され、他方の側に前記第２アクチュエータ部が配置され、
   前記第１アクチュエータ部における前記第１ミラー支持部と反対側の前記第１基端部、
   並びに、前記第２アクチュエータ部における前記第１ミラー支持部と反対側の前記第２基端部がそれぞれ前記固定部に固定されており、
   前記第３アクチュエータ部と前記第４アクチュエータ部は、平面視で前記回転軸に対して互いに前記回転軸と直交する方向から前記回転軸を挟むように前記回転軸の前記直交する方向の両側に配置され、
   前記第３アクチュエータ部と前記第４アクチュエータ部は、前記第２ミラー支持部との接続部分に対する前記回転軸と直交する方向の両側のうち、一方の側に前記第３アクチュエータ部が配置され、他方の側に前記第４アクチュエータ部が配置され、
   前記第３アクチュエータ部における前記第２ミラー支持部と反対側の第３基端部、並びに、前記第４アクチュエータ部における前記第２ミラー支持部と反対側の第４基端部がそれぞれ前記固定部に固定されており、
   前記第３アクチュエータ部と前記第４アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることで前記第２ミラー支持部を傾き駆動させるものであり、
   前記第３アクチュエータ部の上部電極は、互いに絶縁分離された第５電極部と第６電極部とを含み、前記第５電極部と前記第６電極部は前記第３アクチュエータ部の前記第３基端部から前記第２ミラー支持部との連結部に至る形状の長さ方向に並んで配置され、
   前記第４アクチュエータ部の上部電極は、互いに絶縁分離された第７電極部と第８電極部とを含み、前記第７電極部と前記第８電極部は前記第４アクチュエータ部の前記第４基端部から前記第２ミラー支持部との連結部に至る形状の長さ方向に並んで配置され、
   前記第５電極部、前記第６電極部、前記第７電極部、及び前記第８電極部の配置形態は、前記回転軸の周りの回動による前記ミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において前記圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、
   前記第５電極部及び前記第７電極部の位置に対応する圧電体部分と、前記第６電極部及び前記第８電極部の位置に対応する圧電体部分とは、前記共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成であり、
   前記第５電極部、前記第６電極部、前記第７電極部、及び前記第８電極部のそれぞれは駆動電圧を印加する駆動用の電極として用いられ、
   かつ、前記第４アクチュエータ部における前記第７電極部と前記第８電極部のうち、前記第４基端部に近い方の電極部が３つの電極に分割されており、
   前記第４アクチュエータ部における前記３つの電極のうち１つの電極は前記圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出用の電極として用いられ、残りの２つの電極は駆動用の電極として用いられ、前記第４アクチュエータ部における前記２つの駆動用の電極には同位相の駆動電圧が印加される請求項３に記載のミラー駆動装置。
5. 前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部は、前記固定部に固定された前記第１基端部と前記第２基端部とをそれぞれの固定端とするカンチレバー構造を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
6. 前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部のそれぞれは、前記ミラー部を挟んで両側に分かれた２つの腕部が配置された音叉型のアクチュエータ部であり、
   前記圧電アクチュエータ部は、前記第１アクチュエータ部の腕部と前記第２アクチュエータ部の腕部とが連結された環状構造を有し、
   前記ミラー支持部として、前記ミラー部を前記回転軸の軸方向の両側から支持する第１ミラー支持部と、第２ミラー支持部とを有し、
   前記第１アクチュエータ部と前記第２アクチュエータ部の連結部に前記ミラー支持部が連結されている請求項１に記載のミラー駆動装置。
7. 前記第１アクチュエータ部及び第２アクチュエータ部は、振動板、下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された積層構造を有し、圧電ユニモルフアクチュエータである請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
8. 前記第１電極部、前記第２電極部、前記第３電極部及び前記第４電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加する駆動回路を備え、
   前記第１電極部及び前記第３電極部に印加する駆動電圧と、前記第２電極部及び前記第４電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲である請求項１から７のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
9. 前記３つの電極のうち、前記検出用の電極として用いられる前記１つの電極がフローティング電位に設定され、当該フローティング電位の電極から圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出回路を備える請求項１から８のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
10. 前記圧電アクチュエータ部に駆動電圧を供給する駆動回路であって、
    前記ミラー部が前記回転軸を中心に回転運動を行う共振モードの共振周波数fxの付近で前記ミラー部を共振駆動させる駆動電圧を供給する駆動回路を備える請求項１から９のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
11. 前記圧電アクチュエータ部に用いられる前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であり、振動板となる基板上に直接成膜された薄膜である請求項１から１０のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
12. 前記圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項１から１１のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
    一般式ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
    式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
    Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
    Ｏ：酸素元素。
    Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
13. 前記圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記式（ＰＸ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項１から１１のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
    Ａ_ａ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_ｙ，Ｍ_{ｂ−ｘ−ｙ}）_ｂＯ_ｃ・・・（ＰＸ）
    式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
    Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
    ０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
    ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
14. 前記ペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）は、Ｎｂを含み、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０６以上０．２０以下である請求項１３に記載のミラー駆動装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載のミラー駆動装置におけるミラー駆動方法であって、
    前記第１電極部、前記第２電極部、前記３電極部、及び前記第４電極部のそれぞれの電極部に駆動用の電圧を印加し、
    前記第１電極部及び前記第３電極部に印加する駆動電圧と、前記第２電極部及び前記第４電極部の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲であるミラー駆動方法。
16. 前記ミラー部の駆動中に前記検出用の電極から検出信号を得る請求項１５に記載のミラー駆動方法。

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