JP6092595B2 - 光偏向器 - Google Patents

Description

本発明は、反射面を揺動可能な光偏向器に関する。

従来、反射面を有するミラー部と、該ミラー部を支持する支持部と、一端がミラー部に連結され、他端が支持部に連結され、圧電駆動によりミラー部を、支持部に対して所定の軸周りに揺動させる圧電アクチュエータとを備えた光偏向器が知られている（特許文献１）。

この光偏向器では、圧電アクチュエータは、圧電体を支持する複数の圧電カンチレバーからなっている。複数の圧電カンチレバーは、圧電体に駆動電圧が印加されることにより、該圧電体と共に屈曲変形する駆動用の圧電カンチレバーと、該駆動用の圧電カンチレバーが屈曲変形したときの振動が伝達されることで、圧電体と共に屈曲変形する検知用の圧電カンチレバーとを備えている。

そして、駆動用の圧電カンチレバーと検知用の圧電カンチレバーとは、１本ずつ交互に配置されると共に、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されている。また、各圧電カンチレバーの端部は、各々隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように連結されている。各駆動用の圧電カンチレバーは、各駆動用の圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に屈曲変形するように形成されている。

特開２０１１−２０９５８３号公報

本願発明者は、特許文献１に記載されたような光偏向器を用いて、該光偏向器の機械的な共振周波数とは異なる周波数（非共振周波数）の駆動電圧によって圧電アクチュエータを駆動させたところ、ミラー部を揺動させるときの、駆動用の圧電カンチレバーの屈曲変形に対して、検知用の圧電カンチレバーに支持された圧電体によるミラー部の偏向角の検出精度が低いことを知見した。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ミラー部の揺動の周波数が非共振周波数の場合であっても、ミラー部の偏向角を高精度に検知できる光偏向器を提供することを目的とする。

本発明は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部を支持する支持部と、一端が前記ミラー部に連結され、他端が前記支持部に連結され、圧電駆動により前記ミラー部を、前記支持部に対して所定の軸周りに揺動させる圧電アクチュエータとを備えた光偏向器であって、前記圧電アクチュエータは、駆動電圧が印加される駆動用圧電体と、前記駆動用圧電体を支持し、該駆動用圧電体と共に屈曲変形する複数の圧電カンチレバーとを備え、前記複数の圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置され、各圧電カンチレバーの端部は、各々隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように端部が連結され、各圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に屈曲変形するように形成され、前記ミラー部を揺動させるときには、前記複数の圧電カンチレバーのうち、前記ミラー部と前記圧電アクチュエータと前記支持部とが連結された経路上において、前記ミラー部側から前記支持部側に向かって数えたときに、奇数番目の圧電カンチレバーに支持された前記駆動用圧電体に周期性を有する第１電圧信号が印加されると共に、偶数番目の圧電カンチレバーに支持された前記駆動用圧電体に前記第１電圧信号とは互いに１８０度位相が異なる第２電圧信号が印加され、前記奇数番目の圧電カンチレバー全てが当該圧電カンチレバーと共に屈曲変形する検知用圧電体を支持し、かつ、前記偶数番目の圧電カンチレバー全てが検知用圧電体を支持しないか、又は、前記偶数番目の圧電カンチレバー全てが当該圧電カンチレバーと共に屈曲変形する検知用圧電体を支持し、かつ、前記奇数番目の圧電カンチレバー全てが検知用圧電体を支持しないものであり、かつ、各検知用圧電体は、一方の側において前記検知用圧電体同士に共通の検知配線に接続され、他方の側において前記駆動用圧電体同士と前記検知用圧電体同士とに共通の基準電位点に設定された電極に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の圧電カンチレバーの各々に支持された駆動用圧電体に、電圧信号（第１電圧信号又は第２電圧信号）が印加されたとき、全圧電カンチレバーが連結された経路上において、該圧電カンチレバーの支持部側の端部を支点として反対側の端部に角度変位が発生する。

このとき、奇数番目の圧電カンチレバーに支持された駆動用圧電体には、第１電圧信号が印加され、偶数番目の圧電カンチレバーに支持された駆動用圧電体には、第１電圧信号とは互いに１８０度位相が異なる第２電圧信号が印加されるので、奇数番目の圧電カンチレバーと偶数番目の圧電カンチレバー各々の屈曲変形は、第１電圧信号及び第２電圧信号に応じて互いに１８０度位相が異なるように変化する。

これにより、各圧電カンチレバー（奇数番目の圧電カンチレバー又は偶数番目の圧電カンチレバーの全て）の屈曲変形の大きさが累積されるので、従来の「駆動用圧電体が、奇数番目の圧電カンチレバーのみで支持され、偶数番目の圧電カンチレバーでは支持されない構成」、すなわち、奇数番目の圧電カンチレバーのみの屈曲変形が累積される構成に比べて、ミラー部の揺動角度を大きくすることができる。このため、圧電アクチュエータを光偏向器の機械的な共振周波数とは異なる非共振周波数で駆動する場合であっても、大きな角度でミラー部を揺動できる。

また、検知用圧電体は、ミラー部を揺動させるときに、第１電圧信号が印加される駆動用圧電体を支持する奇数番目の圧電カンチレバーの全て、又は第２電圧信号が印加される駆動用圧電体を支持する偶数番目の圧電カンチレバーの全てに支持されている。このように、検知用圧電体は、第１電圧信号又は第２電圧信号が印加される駆動用圧電体を支持する圧電カンチレバーの全てに支持されているので、該駆動用圧電体及び該圧電カンチレバーの屈曲変形に伴って屈曲変形され、当該屈曲変形に応じた電圧を出力する。ミラー部の偏向角は、圧電カンチレバーの屈曲変形に応じて決定されるので、駆動用圧電体と共に屈曲変形する検知用圧電体から出力された電圧は、ミラー部の偏向角を高精度に示したものとなる。

このようにして、本発明の光偏向器は、従来の「駆動用圧電体を支持し検知用圧電体を支持しない圧電カンチレバーが屈曲変形したときの振動が伝達されて、検知用圧電体を支持し駆動用圧電体を支持しない圧電カンチレバーが屈曲変形したときの振動を、該検知用圧電体が検知する構成、すなわち、検知用圧電体が、駆動用圧電体と共に屈曲変形する圧電カンチレバーとは異なる圧電カンチレバーに支持されている構成」とは異なり、検知用圧電体が、駆動用圧電体を屈曲変形させる圧電カンチレバーと同じ圧電カンチレバーに支持されているので、非共振周波数でミラー部を揺動させる場合であっても、ミラー部の偏向角を高精度に検知できる。

本発明において、前記複数の圧電カンチレバーの本数は、偶数であることが好ましい。この場合には、偶数番目の圧電カンチレバーの数と、奇数番目の圧電カンチレバーの数とが同じになる。これにより、各圧電カンチレバーに電圧信号が印加されていないときのミラー部に対して、ミラー部をバランスよく揺動させることができる。

本発明の実施形態の光偏向器の構成を示す図。 図１のＡ−Ａ線に沿う端面において左側を示す図。 図１のＡ−Ａ線に沿う端面において右側を示す図。 （ａ）は第２圧電アクチュエータに印加される電圧波形を示し、（ｂ）は第１圧電アクチュエータに印加される電圧波形を示し、（ｃ）は検知用圧電体によって検知される電圧波形を示す図。 第２圧電アクチュエータを駆動するときの電圧信号に対する、反射部の偏向角（実線）及び検知用圧電体の出力（破線）の関係を示す図。

本発明の実施形態の光偏向器について説明する。本実施形態の光偏向器１は、反射部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。ここで、本実施形態の反射部２、一対の第１圧電アクチュエータ３１，３２、及び第１支持部４を含めたものが、本発明におけるミラー部に相当する。また、本実施形態の一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２が、本発明における圧電アクチュエータに相当する。また、本実施形態の第２支持部６が、本発明における支持部に相当する。

反射部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程度に設定される。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、各々が半円弧形状に形成され、互いに反射部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、各々の一方の端部が一方のトーションバー２１を挟んで対向して配置され、各々の他方の端部が他方のトーションバー２２を挟んで対向して配置されている。

第１支持部４は、矩形の枠形状に形成されており、反射部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を介して反射部２を支持している。

第１圧電アクチュエータ３１，３２の各々は、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、反射部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。

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各々連結されている。

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各々連結されている。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。

第２圧電アクチュエータ５１，５２の各々は、圧電駆動によって屈曲変形するように構成された第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を備える。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を備える。

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各々の両端部が隣り合うと共に、反射部２を第２軸Ｘ（第１軸Ｙに直交する軸）周りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。ここで、第２軸Ｘが本発明における所定の軸に相当する。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（所謂ミアンダ形状に構成されている）。

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各々の両端部が隣り合うと共に、反射部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（所謂ミアンダ形状に構成されている）。

また、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうちの最も反射部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各々の一端が第１支持部４の外周部に連結されている。

第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうちの最も第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各々の一端が第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、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうち、第１支持部４と第２圧電アクチュエータ５１，５２と第２支持部６とが連結された経路上において、第１支持部４側から第２支持部６側に向かって数えたときに、奇数番目に配置された各々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、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄのうち、第１支持部４と第２圧電アクチュエータ５１，５２と第２支持部６とが連結された経路上において、第１支持部４側から第２支持部６側に向かって数えたときに、偶数番目に配置された各々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、図１の光偏向器１のＡ−Ａ線端面図の一方の第１圧電アクチュエータ３１及び一方の第２圧電アクチュエータ５１を模式的に示した図である。図３は、図１の光偏向器１のＡ−Ａ線端面図の他方の第１圧電アクチュエータ３２及び他方の第２圧電アクチュエータ５２を模式的に示した図である。なお、図２及び図３では、反射部２及び第２支持部６を省略して示している。

第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの各々と、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの各々とは、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。詳細には、圧電カンチレバーには、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。

但し、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄは、他の圧電カンチレバーとは異なり、下部電極Ｌ１上に、圧電体Ｌ２と検知用圧電体Ｌ２１とが、互いに圧電カンチレバーの幅方向に平面的に分離されて配置されている。そして、圧電体Ｌ２の上に上部電極Ｌ３が配置され、検知用圧電体Ｌ２１の上に検知用上部電極Ｌ３１が配置されている。このとき、上部電極Ｌ３と、検知用上部電極Ｌ３１とが、互いに圧電カンチレバーの幅方向に平面的に分離されて配置されている。

そして、層間絶縁膜Ｍ１がこれらの分離された空間に設けられ、「圧電体Ｌ２と検知用圧電体Ｌ２１」及び「上部電極Ｌ３と検知用上部電極Ｌ３１」は互いに絶縁されている。そして、この層間絶縁膜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が設けられていることは、他の圧電カンチレバーと同様である。ここで、上部電極配線Ｗは、第１駆動配線Ｗｙ、第２奇数駆動配線Ｗｏ、第２偶数駆動配線Ｗｅ、及び検知配線Ｗｍからなる。

なお、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの各々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各々の支持体Ｂを一体に連結した部分となっている。この連結部には圧電体Ｌ２及び上部電極Ｌ３の層は設けられておらず、下部電極Ｌ１を囲むように層間絶縁膜Ｍ１が設けられ、該層間絶縁膜Ｍ１上に、上部電極配線Ｗが設けられている。

光偏向器１は、第２支持部６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、検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅとが設けられている。

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、及び一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ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、及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄの下部電極Ｌ１に電気的に接続されている。また、下部電極パッド６１ａ，６２ａは、当該光偏向器１が搭載される装置の基準電位点に接続（接地）されている。このため、下部電極パッド６１ａ，６２ａに電気的に接続された各下部電極Ｌ１も基準電位点に接続（接地）されることとなる。

第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂのうちの第１正相上部電極パッド６１ｂは、第１駆動配線Ｗｙを介して一方の第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のうちの第１逆相上部電極パッド６２ｂは、第１駆動配線Ｗｙを介して他方の第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、第２奇数駆動配線Ｗｏを介して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、第２奇数駆動配線Ｗｏを介して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、第２偶数駆動配線Ｗｅを介して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、第２偶数駆動配線Ｗｅを介して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。

検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅのうちの一方の検知用電極パッド６１ｅは、検知配線Ｗｍを介して一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄの検知用上部電極Ｌ３１に電気的に接続されている。検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅのうちの他方の検知用電極パッド６２ｅは、検知配線Ｗｍを介して他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄの検知用上部電極Ｌ３１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の圧電駆動により、該圧電体Ｌ２を支持する支持体Ｂ（圧電カンチレバー）が屈曲変形する。ここで、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄが支持する圧電体Ｌ２が、本発明における駆動用圧電体に相当する。

偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの屈曲変形による圧電効果によって検知用圧電体Ｌ２１から発生した電圧が、検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅと下部電極パッド６１ａ，６２ａとの間の電位差として出力される。

以下、上述した上部電極配線Ｗ、上部電極Ｌ３、圧電体Ｌ２及び下部電極Ｌ１の詳細について説明する。

「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、及び第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ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（ＴｉＯ_２）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）、ＬａＮｉＯ_３又はＳｒＲｕＯ_３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。

そして、下部電極パッド６１ａ，６２ａは、第２支持部６及び第１支持部４の支持体Ｂ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、及び第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの各下部電極Ｌ１に導通される。

「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の各圧電体Ｌ２」及び「偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの検知用圧電体Ｌ２１」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、各々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、当該圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの圧電体Ｌ２は、各第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの延在部分（直線部）において、下部電極Ｌ１上に、長さが下部電極Ｌ１の長さとほぼ同等で、幅が下部電極Ｌ１の幅とほぼ同等に形成されている。

偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの圧電体Ｌ２は、各第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの延在部分（直線部）において、下部電極Ｌ１上に、長さが下部電極Ｌ１の長さとほぼ同等で、幅が下部電極Ｌ１の幅の７割程度に形成されている。偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの検知用圧電体Ｌ２１は、各第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの延在部分（直線部）において、下部電極Ｌ１上に、長さが下部電極Ｌ１の長さとほぼ同等で、幅が下部電極Ｌ１の幅の３割程度に形成されている。

ここで、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの幅方向において、当該カンチレバーに配置された、圧電体Ｌ２と検知用圧電体Ｌ２１の各々の長さとを足すと、当該カンチレバーの下部電極Ｌ１の長さとほぼ同等になる。更に、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの長さ方向において、当該カンチレバーに配置された、圧電体Ｌ２及び検知用圧電体Ｌ２１の各々の長さは、当該カンチレバーの延在部分の長さとほぼ同等である。

「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及び検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅ」と、「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の各上部電極Ｌ３」と、「偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの各検知用上部電極Ｌ３１」と、これらを導通する「上部電極配線Ｗ」とは、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）、アルミニウム（Ａｌ）、又はアルミニウム合金（Ａｌ合金）等が用いられる。このとき、上部電極Ｌ３と上部電極配線Ｗとの間には層間絶縁膜Ｍ１が形成される。

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の各上部電極Ｌ３は、各圧電カンチレバー毎の圧電体Ｌ２上のほぼ全面に形成されている。また、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの検知用上部電極Ｌ３１は、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄ毎の検知用圧電体Ｌ２１上のほぼ全面に形成されている。

第２支持部６に設けられた上部電極配線Ｗは、第１駆動配線Ｗｙが第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂに、第２奇数駆動配線Ｗｏが奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃに、第２偶数駆動配線Ｗｅが偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄに、検知配線Ｗｍが検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅに、各々電気的に接続されている。

また、第２支持部６と４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄとの間の連結部には、当該連結部に設けられた層間絶縁膜Ｍ１上に上部電極配線Ｗが設けられており、第２支持部６の上部電極配線Ｗは、４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄに設けられた上部電極配線Ｗに電気的に接続されている。

また、「４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄと３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃとの間の連結部」、「３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃと２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂとの間の連結部」、及び「２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂと１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａとの間の連結部」には、当該連結部に設けられた層間絶縁膜Ｍ１上に上部電極配線Ｗが設けられており、当該上部電極配線Ｗは、当該連結部を介して連結された第２圧電カンチレバーに設けられた上部電極配線Ｗを互いに電気的に接続している。

偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄに設けられた層間絶縁膜Ｍ１上には、図２及び図３に示されるように、上部電極配線Ｗが、第１支持部４側から第２支持部６側に向かって（図２の左方向又は図３の右方向に向かって）「検知配線Ｗｍ→第１駆動配線Ｗｙ→第２偶数駆動配線Ｗｅ→第２奇数駆動配線Ｗｏ」の順番に、平面的に互いに分離して設けられている。このとき、第２偶数駆動配線Ｗｅは、当該層間絶縁膜Ｍ１に設けられた電極ビア内に配された導通材料（金属等）によって偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。

また、第２偶数駆動配線Ｗｅは、２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂの上部電極Ｌ３と導通する電極ビアのところまで設けられており、それ以降（第２支持部６から反射部２まで、第２圧電アクチュエータ５１，５２、第１支持部４及び第１圧電アクチュエータ３１，３２を介して連結された経路（以下、この経路を「連結経路」という）上において、当該電極ビアよりも反射部２側）には設けられていない。また、検知配線Ｗｍは、２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂの検知用上部電極Ｌ３１と導通する電極ビアのところまで設けられており、連結経路上において、当該電極ビアよりも反射部２側には設けられていない。

３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃに設けられた層間絶縁膜Ｍ１上には、上部電極配線Ｗが、第１支持部４側から第２支持部６側に向かって「第２奇数駆動配線Ｗｏ→第２偶数駆動配線Ｗｅ→第１駆動配線Ｗｙ→検知配線Ｗｍ」の順番に、平面的に互いに分離して設けられている。このとき、第２奇数駆動配線Ｗｏは、当該層間絶縁膜Ｍ１に設けられた電極ビア内に配された導通材料によって３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。

１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａに設けられた層間絶縁膜Ｍ１上には、上部電極配線Ｗが、第１支持部４側から第２支持部６側に向かって「第２奇数駆動配線Ｗｏ→第１駆動配線Ｗｙ」の順番に、平面的に互いに分離して設けられている。このとき、第２奇数駆動配線Ｗｏは、当該層間絶縁膜Ｍ１に設けられた電極ビア内に配された導通材料によって１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。また、第２奇数駆動配線Ｗｏは、１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａの上部電極Ｌ３と導通する電極ビアのところまで設けられており、連結経路上において当該電極ビアよりも反射部２側には設けられていない。

第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａに設けられた層間絶縁膜Ｍ１上の一部には、図２及び図３に示されるように第１駆動配線Ｗｙが設けられている。一方の第１圧電カンチレバー３１Ａに設けられた第１駆動配線Ｗｙは、第１正相上部電極パッド６１ｂに電気的に接続され、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａに設けられた第１駆動配線Ｗｙは、第１逆相上部電極パッド６２ｂに電気的に接続されている。このとき、第１駆動配線Ｗｙは、当該層間絶縁膜Ｍ１に設けられた電極ビア内に配された導通材料によって第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。また、第１駆動配線Ｗｙは、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａに設けられた電極ビアのところまで設けられており、連結経路上において当該電極ビアよりも反射部２側には設けられていない。

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、各圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの支持体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。

以上のように、本実施形態の光偏向器１が構成されている。なお、このような光偏向器１は、プロジェクタやコピー機等に光走査機器として搭載される。

次に、本実施形態の光偏向器１の作動について説明する。第２圧電アクチュエータ５１，５２に、第１電圧信号Ｖｘ１及び第２電圧信号Ｖｘ２が印加されることで、第１支持部４が第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動する。また、第１圧電アクチュエータ３１，３２に、第３電圧信号Ｖｙ１及び第４電圧信号Ｖｙ２が印加されることで、反射部２が第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動する。

まず、第１圧電アクチュエータ３１，３２により、反射部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、図４（ａ）に示されるような駆動電圧を印加する（図４において全てのグラフは、横軸が時間[s]を示し、縦軸が電圧値[V]を示す）。具体的には、第１正相上部電極パッド６１ｂと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第３電圧信号Ｖｙ１（実線）を印加することで、一方の第１圧電アクチュエータ３１に第３電圧信号Ｖｙ１を印加し、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを垂直方向（図１の上方向Ｕ）に屈曲変形させる。なお、圧電体Ｌ２を支持するカンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形の大きさは、上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間の電位差が大きいほど大きくなる。また、第１逆相上部電極パッド６２ｂと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第４電圧信号Ｖｙ２（破線）を印加することで、他方の第１圧電アクチュエータ３２に第４電圧信号Ｖｙ２を印加し、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを垂直方向に屈曲変形させる。

ここで、第３電圧信号Ｖｙ１と第４電圧信号Ｖｙ２とは、周期性を有する単極性の電圧信号（例えば正弦波等に直流成分を加えた信号）である。また、第３電圧信号Ｖｙ１と第４電圧信号Ｖｙ２とは、互いに逆位相の電圧信号（すなわち互いに１８０度位相がずれた電圧信号）である。

このため、第３電圧信号Ｖｙ１の値と第４電圧信号Ｖｙ２の値が等しいときに、各第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの屈曲変形の大きさが等しくなる（以下、この状態を「状態１Ａ」という）。また、第３電圧信号Ｖｙ１の値が第４電圧信号Ｖｙ２の値より大きいときに、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの屈曲変形が、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの屈曲変形より大きくなる（以下、この状態を「状態１Ｂ」という）。また、第３電圧信号Ｖｙ１の値が第４電圧信号Ｖｙ２の値より小さいときに、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの屈曲変形が、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの屈曲変形より小さくなる（以下、この状態を「状態１Ｃ」という）。

図４（ａ）に示されるように、互いに逆位相の第３電圧信号Ｖｙ１と第４電圧信号Ｖｙ２とが、第１圧電アクチュエータ３１，３２に印加されるので、「状態１Ｂ→状態１Ａ→状態１Ｃ（→状態１Ａ…）」が繰り返される。このような第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの動きにより、反射部２にはトーションバー２１，２２を中心とした回転トルクが作用する。これにより、反射部２は、トーションバー２１，２２を中心軸として第１軸Ｙ周りで回転する。

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を含む反射部２の機械的な共振周波数付近の周波数の電圧信号を、第１圧電アクチュエータ３１，３２に印加して共振駆動させている。本実施形態では、反射部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、光偏向器１は、第２圧電アクチュエータ５１，５２に、図４（ｂ）に示されるような駆動電圧を印加する。具体的には、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃと下部電極パッド６１ａ，６２ａとの間に第１電圧信号Ｖｘ１（実線）を印加することで、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの圧電体Ｌ２に第１電圧信号Ｖｘ１を印加し、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃを屈曲変形させる。また、これと共に、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄと下部電極パッド６１ａ，６２ａとの間に第２電圧信号Ｖｘ２（破線）を印加することで、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの圧電体Ｌ２に第２電圧信号Ｖｘ２を印加し、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄを屈曲変形させる。

ここで、第１電圧信号Ｖｘ１と第２電圧信号Ｖｘ２とは、周期性を有する単極性の電圧信号（例えば正弦波又はノコギリ波等に直流成分を加えた信号）である。また、第１電圧信号Ｖｘ１と第２電圧信号Ｖｘ２とは、互いに逆位相の電圧信号（すなわち互いに１８０度位相がずれた電圧信号）である。ここで、第１電圧信号Ｖｘ１が本発明における第１電圧信号に相当し、第２電圧信号Ｖｘ２が本発明における第２電圧信号に相当する。

このため、第１電圧信号Ｖｘ１の値と第２電圧信号Ｖｘ２の値が等しいときに、各第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形の大きさが等しくなる（以下、この状態を「状態２Ａ」という）。また、第１電圧信号Ｖｘ１の値が第２電圧信号Ｖｘ２の値より大きいときに、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの屈曲変形が、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの屈曲変形より大きくなる（以下、この状態を「状態２Ｂ」という）。また、第３電圧信号Ｖｙ１の値が第４電圧信号Ｖｙ２の値より小さいときに、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの屈曲変形が、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの屈曲変形より小さくなる（以下、この状態を「状態２Ｃ」という）。

図４（ｂ）に示されるように、互いに逆位相の第１電圧信号Ｖｘ１と第２電圧信号Ｖｘ２とが、第２圧電アクチュエータ５１，５２に印加されるので、「状態２Ｂ→状態２Ａ→状態２Ｃ（→状態２Ａ…）」が繰り返される。このような第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの動きにより、第１支持部４（ひいては反射部２）は、第２軸Ｘ周りで回転する。

詳細には、４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄは、第２支持部６と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生する。３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃは、４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄ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する。

２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂは、３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃ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する。１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａは、２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂ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する。これにより、第２圧電アクチュエータ５１，５２では、各第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形の大きさを累積した大きさの角度変位が発生する。

このようにして、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には、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電圧信号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２圧電アクチュエータ５１，５２は、各第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形の大きさを累積するように構成されているので、光偏向器１の機械的な共振周波数ではない非共振周波数の電圧信号を印加した場合であっても、充分に、光走査可能な偏向角を得ることができる。

また、第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動する場合には、上述したように周期性を有する電圧信号を印加する必要はなく、直流の電圧信号を印加してもよい。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、例えば周期性を有する電圧信号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、各々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を、光偏向器１（特に、圧電カンチレバー等）の構造及び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、各々が備えるカンチレバーの数が偶数（本実施形態では４つ）であるので、各圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄに電圧信号が印加されていないときの第１支持部４に対して、第１支持部４をバランスよく揺動させることができる。

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30[kHz]、第２周波数Ｆｘを60[Hz]に設定している。なお、図４においては、各電圧波形を、高周波数と低周波数との違いを概念的に示すものであり、第１周波数Ｆｙが30[kHz]、第２周波数Ｆｘが60[Hz]のときの各波形を示すものではない。

以上のように、本実施形態の光偏向器１は、反射部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、反射部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。

第２圧電アクチュエータ５１，５２に、第１電圧信号Ｖｘ１及び第２電圧信号Ｖｘ２を印加することで、第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄが屈曲変形するとき、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの屈曲変形に伴って、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの検知用圧電体Ｌ２１が屈曲変形する。このように、検知用圧電体Ｌ２１が、駆動用の圧電体Ｌ２による偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの屈曲変形と同じように屈曲変形するので、検知用上部電極Ｌ３１と下部電極Ｌ１との間の電位差、ひいては、検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅと下部電極パッド６１ａ，６２ａとの間の電位差は、該屈曲変形に応じた電位差となっている。

第１電圧信号Ｖｘ１と第２電圧信号Ｖｘ２とは、互いに１８０度位相が異なっているので、ミラー部としての第１支持部４の偏向角は、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄ（又は奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃ）の屈曲変形に応じて決定される。従って、駆動用圧電体Ｌ２と共に屈曲変形する検知用圧電体Ｌ２１から出力された電圧は、第１支持部４（又は反射面２ａ）の偏向角を高精度に示したものとなる。

従って、従来の「検知用圧電体が、駆動用圧電体を屈曲変形させる圧電カンチレバーとは異なる圧電カンチレバーに支持されている構成」に比べて、検知用圧電体Ｌ２１が、駆動用の圧電体Ｌ２を屈曲変形させる圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄと同じ圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄに支持されているので、該検知用圧電体Ｌ２１が、駆動用の圧電体Ｌ２及び圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄと同様に屈曲変形するため、非共振周波数で反射部２を第２軸Ｘ周りに揺動させる場合であっても、ミラー部としての第１支持部４（又は反射面２ａ）の偏向角を高精度に検知できる。

なお、第１電圧信号Ｖｘ１及び第２電圧信号Ｖｘ２の周波数が非共振周波数の場合に限らず、第１電圧信号Ｖｘ１及び第２電圧信号Ｖｘ２が、周期性を有する信号であり、該信号の周波数が光偏向器１の機械的な共振周波数の場合、又は第３電圧信号Ｖｙ１及び第２電圧信号Ｖｘ２が、直流電圧信号の場合であっても、該検知用圧電体Ｌ２１が、駆動用の圧電体Ｌ２及び圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄと同様に屈曲変形するため、ミラー部としての第１支持部４（又は反射面２ａ）の偏向角を高精度に検知できる。

また、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの検知配線Ｗｍが、一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄの各々の圧電体Ｌ２を直列に接続しているので、該第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄの検知用圧電体Ｌ２１が出力した電圧が加算された値が、一方の検知用電極パッド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、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄの検知配線Ｗｍが、他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄの各々の圧電体Ｌ２を直列に接続しているので、該第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄの検知用圧電体Ｌ２１が出力した電圧が加算された値が、他方の検知用電極パッド６２ｅと他方の下部電極パッド６２ａとの間の電位差として出力される。このようにして、検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅと下部電極パッド６１ａ，６２ａとの間の電位差を大きくすることで、ノイズ等の影響を低下させることで、駆動用の圧電体Ｌ２による偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの屈曲変形が高精度に検知され、ひいては、ミラー部としての第１支持部４（又は反射面２ａ）の偏向角を高精度に検知できる。

本願発明者は、上記のように構成された光偏向器１の作動の実験を行った。本実験では、第３電圧信号Ｖｙ１及び第４電圧信号Ｖｙ２として、尖頭値が30[V]及び周波数が30[kHz]の正弦波に、15[V]の直流成分を加えた、単極性の周期性を有する電圧信号を用いた。このとき、第３電圧信号Ｖｙ１及び第４電圧信号Ｖｙ２は、互いに逆位相に設定されている。また、第１電圧信号Ｖｘ１及び第２電圧信号Ｖｘ２として、尖頭値が30[V]及び周波数が60[Hz]（非共振周波数）の正弦波に、15[V]の直流成分を加えた、単極性の周期性を有する電圧信号を用いた。このとき、第１電圧信号Ｖｘ１及び第２電圧信号Ｖｘ２は、互いに逆位相に設定されている。

これにより、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの圧電体Ｌ２に導通する第１駆動配線Ｗｙには第３電圧信号Ｖｙ１が印加され、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの圧電体Ｌ２に導通する第１駆動配線Ｗｙには第４電圧信号Ｖｙ２が印加され、第２奇数駆動配線Ｗｏには第１電圧信号Ｖｘ１が印加され、第２偶数駆動配線Ｗｅには第２電圧信号Ｖｘ２が印加される。従って、反射部２は、第１軸Ｙ周りに30[kHz]の周波数で揺動し、第２軸Ｘ周りに60[Hz]の周波数で揺動する。

このとき、検知用電極パッド６１ｅ，６２ｅと下部電極パッド６１ａ，６２ａとの間の電位差を表す検知信号Ｓｘを、オシロスコープ等の測定器により測定した。この結果、図４（ｃ）に示されるように、検知信号Ｓｘは、尖頭値が150[mV]、周波数が60[Hz]の正弦波に直流成分を加えた、単極性の周期性を有する信号に近い信号として観測された。

また、このときの、第２電圧信号Ｖｘ２の値に対する反射部２の偏向角（実線）及び検知信号Ｓｘの値（破線）の関係を図５に示す。図５において、横軸は、所定の時点における第２電圧信号Ｖｘ２の電圧の値を示す。また、図５において、縦軸は、反射部２の偏向角（実線）においては角度（単位は、[deg]）を示し、検知信号Ｓｘ（破線）においては電位差の値（単位は、[V]）を示す。

図５において、駆動電圧（第２電圧信号Ｖｘ２の電圧の値）の変化に応じた、反射部２の偏向角は、非線形的に変化していることが分かる。このように、圧電体Ｌ２の圧電効果には、非線形性の電歪効果が含まれている。本発明者は、特許文献１に記載されているような従来の「駆動用圧電体が、奇数番目の圧電カンチレバーのみで支持され、検知用圧電体が、偶数番目の圧電カンチレバーのみで支持されている」構成の光偏向器においては、この非線形的に変化した部分の誤差が特に大きかった。しかしながら、本実施形態の光偏向器１においては、図５に破線で示されているように、検知信号Ｓｘは、反射部２の偏向角とほぼ同様の非線形的な変化をしていることが分かる。このように、第２電圧信号Ｖｘ２に非共振周波数の電圧信号を用いた場合であっても、ミラー部としての第１支持部４（又は反射面２ａ）の偏向角を高精度に検知できる。

なお、本実施形態の光偏向器１は、反射部２を第１軸Ｙと第２軸Ｘとの２軸周りに揺動させることができるように構成されているが、反射部２を第２軸Ｘの１軸周りにのみ揺動させることが可能に構成されていてもよい。この場合には、光偏向器は、本実施形態の第１支持部４及び第１圧電アクチュエータ３１，３２を備えずに、第２圧電アクチュエータ５１，５２の１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａが、反射部２に連結されているように構成される。この場合であっても、ミラー部としての第１支持部４（又は反射面２ａ）の偏向角を高精度に検知できるという本発明の効果が得られる。

また、本実施形態の光偏向器１は、検知用圧電体Ｌ２１を、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄが備えているが、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃが備えていてもよい。

また、本実施形態の光偏向器１では、検知用圧電体Ｌ２１を備えていない第２圧電カンチレバー（すなわち、奇数番目の第２圧電カンチレバー）５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの、圧電体Ｌ２の幅を、下部電極Ｌ１とほぼ同等の幅としているが、これに限らず、例えば、検知用圧電体Ｌ２１を備えている第２圧電カンチレバー（すなわち、偶数番目の第２圧電カンチレバー）５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの圧電体Ｌ２の幅と同じにしてもよい。

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を二軸周り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では、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２の各々が４つの圧電カンチレバーを備えているが、圧電カンチレバーの本数は何本であってもよい。

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を反射部２を挟んで対向するように配置し、第１支持部４を反射部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及び第２圧電アクチュエータを、本実施形態の光偏向器１の第２圧電アクチュエータ５１，５２のように所謂ミアンダ形状に形成してもよい。この場合には、第１圧電アクチュエータが各圧電カンチレバーの屈曲変形を累積できるように構成されるので、第１圧電アクチュエータに印加する電圧の周波数は、第１圧電アクチュエータを含むミラー部の機械的な共振周波数である必要はない。このような場合には、第１圧電アクチュエータに印加する電圧の周波数が、第２圧電アクチュエータに印加する電圧の周波数より低くてもよい。

また、各圧電カンチレバーに配置される上部電極配線Ｗの各々の配線Ｗｏ，Ｗｅ，Ｗｍ，Ｗｙの順番は、本実施形態のものに限らず、どのような順番であってもよい。

１…光偏向器、２ａ…反射面、４…第１支持部（ミラー部）、５１，５２…第２圧電アクチュエータ（圧電アクチュエータ）、５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄ…第２圧電カンチレバー（複数の圧電カンチレバー）、５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃ…奇数番目の第２圧電カンチレバー（奇数番目の圧電カンチレバー）、５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄ…偶数番目の第２圧電カンチレバー（偶数番目の圧電カンチレバー）、６…第２支持部（支持部）、Ｘ…第２軸（所定の軸）、Ｌ２…圧電体（駆動用圧電体）、Ｌ２１…検知用圧電体、Ｖｘ１…第１電圧信号、Ｖｘ２…第２電圧信号。

Claims (2)

1. 反射面を有するミラー部と、該ミラー部を支持する支持部と、一端が前記ミラー部に連結され、他端が前記支持部に連結され、圧電駆動により前記ミラー部を、前記支持部に対して所定の軸周りに揺動させる圧電アクチュエータとを備えた光偏向器であって、
   前記圧電アクチュエータは、駆動電圧が印加される駆動用圧電体と、前記駆動用圧電体を支持し、該駆動用圧電体と共に屈曲変形する複数の圧電カンチレバーとを備え、
   前記複数の圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置され、各圧電カンチレバーの端部は、各々隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように端部が連結され、各圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に屈曲変形するように形成され、
   前記ミラー部を揺動させるときには、前記複数の圧電カンチレバーのうち、前記ミラー部と前記圧電アクチュエータと前記支持部とが連結された経路上において、前記ミラー部側から前記支持部側に向かって数えたときに、奇数番目の圧電カンチレバーに支持された前記駆動用圧電体に周期性を有する第１電圧信号が印加されると共に、偶数番目の圧電カンチレバーに支持された前記駆動用圧電体に前記第１電圧信号とは互いに１８０度位相が異なる第２電圧信号が印加され、
   前記奇数番目の圧電カンチレバー全てが当該圧電カンチレバーと共に屈曲変形する検知用圧電体を支持し、かつ、前記偶数番目の圧電カンチレバー全てが検知用圧電体を支持しないか、
   又は、
   前記偶数番目の圧電カンチレバー全てが当該圧電カンチレバーと共に屈曲変形する検知用圧電体を支持し、かつ、前記奇数番目の圧電カンチレバー全てが検知用圧電体を支持しないものであり、
   かつ、
   各検知用圧電体は、一方の側において前記検知用圧電体同士に共通の検知配線に接続され、他方の側において前記駆動用圧電体同士と前記検知用圧電体同士とに共通の基準電位点に設定された電極に接続されていることを特徴とする光偏向器。
2. 請求項１に記載の光偏向器において、前記複数の圧電カンチレバーの本数は、偶数であることを特徴とする光偏向器。