JP7209082B2 - マイクロミラーデバイス - Google Patents

Description

本開示は、マイクロミラーデバイスに関する。

シリコン（Ｓｉ）の微細加工技術を用いて作製される微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）デバイスの１つとしてマイクロミラーデバイス（マイクロスキャナともいう。）が知られている。このマイクロミラーデバイスは小型かつ低消費電力であることから、レーザーを使ったヘッドアップディスプレイ、網膜ディスプレイなどへの応用が期待されている。

画像表示のための光スキャン方式としては、これまで一般的であったラスタスキャン方式に対し、水平軸および垂直軸の両軸ともに正弦的な駆動を行い、リサージュ波形を描くことによって画面を網羅するリサージュスキャン方式が注目されている。リサージュスキャン方式は、レーザードライバのアルゴリズムは複雑であるが、ミラーを小型化でき、かつ駆動消費電力を抑えながら広い画角を実現することができる。

マイクロミラーの駆動方式は様々であるが、圧電体の変形を利用した圧電駆動方式は、他の方式に比べて発生するトルクが高く、高スキャン角が得られるとして有望視されている。

特許第５１５１０６５号公報、特許第４９８４１１７号公報、および特開２０１８－４１０８５号公報には、マイクロミラーデバイスとして２次元スキャンが可能な圧電駆動方式の光スキャナが提案されている。

特許第５１５１０６５号公報には、ミラー部が第１軸に沿った第１の接続部を介して可動枠に接続されており、可動枠が可動枠を囲む固定枠に圧電アクチュエータを介して接続された構成の光スキャナが開示されている。可動枠と圧電アクチュエータは第１軸に直交する第２軸に沿った第２の接続部で接続されており、さらに圧電アクチュエータは第１軸に沿った第３の接続部で固定枠に接続されている。ミラー部を挟んで軸上に配置される２つの第３の接続部の各々に１対の可動部が接続され、計４つの可動部により、ミラー部を可動枠ごと２軸周りに振動させることで、光の２次元スキャン動作を実現している。

特許第４９８４１１７号公報は、ミラー部と、ミラー部を囲むように配置され、第１軸に沿って延びる第１トーションバーを介してミラー部と接続された第１のアクチュエータ部と、第１のアクチュエータ部の外側に配置され、第１トーションバーの軸上で第１のアクチュエータ部に接続された内部可動枠と、内部可動枠を囲むように配置され、第２トーションバーを介して内部可動枠と接続された第２のアクチュエータ部とを備えた光スキャナが開示されている。第１のアクチュエータ部がミラー部に第１軸周りのトルクを与え、第２のアクチュエータ部がミラー部に第２軸周りのトルクを与えることで、光の２次元スキャン動作を実現している。

特開２０１８－４１０８５号公報では、ミラー部が第１のトーションバーを介してミラー部を囲む第１のフレーム装置（可動枠）と接続されており、第１のフレーム装置が第２のトーションバーで第１のフレーム装置を囲むアクチュエータ構造体に接続されている。さらにアクチュエータ構造体が第３のトーションバーでアクチュエータ構造体を囲む第２のフレーム装置に接続された構成が開示されている。アクチュエータ構造体には第１軸および第２軸に対称な４つの可動部が備えられており、この４つの可動部によりミラー部が２つの軸中心に回動されて光の２次元スキャン動作を実現している。

ヘッドアップディスプレイなどの高精細な画像を表示する実用的なシステムを実現するためには、マイクロミラーデバイスとしては、リサージュスキャン方式における垂直軸方向と水平軸方向での駆動の周波数比を大きくする必要がある。周波数比としては、具体的には１５以上とすることが望まれる。しかし、一般的なＭＥＭＳ設計の観点では、直交するスキャン駆動の共振周波数比を大きくとることは以下の理由から難しい。

共振周波数は、慣性モーメントと剛性の比で決まる。高速側の周波数を高めるには、剛性の高い構造にする必要がある。一方で、低速側の周波数を下げるためには、剛性を極めて小さくする必要がある。しかしながら、大小の剛性を同一厚みのシリコンウェハから作りこむのは難しい。具体的には、厚みを大きくして剛性を高め、高速側の周波数を高めると、低速側の剛性を下げるために極めて大型な構造が必要となってしまう。

許第４９８４１１７号公報においては、高速駆動用の構造部分（ミラー＋高速駆動用アクチュエータ＋可動枠）を大型化し、慣性モーメントを大きくすることで、低速側の周波数を下げる構造が報告されている。しかし、この構造では全体のチップサイズが大型化してしまう問題がある。

これまで様々な方式のマイクロミラーが報告されているが、小型かつ大きな周波数比を両立できるデバイスはなかった。

本開示は、上記事情を鑑みてなされたものであって、第１軸方向と第２軸方向の正弦駆動における周波数比を十分に高くすることができ、かつ小型なマイクロミラーデバイスを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞
光を反射する反射面を有するミラー部と、
各々圧電素子を備えた一対の半環状アクチュエータ部を備え、一対の半環状アクチュエータ部をミラー部を囲んで配置した第１アクチュエータと、
ミラー部と第１アクチュエータとを、第１軸周りでミラー部が回動可能に接続する接続部と、
第１アクチュエータの外周に配置された固定部と、
第１アクチュエータと固定部との間に配置され、かつ各々圧電素子を備えた１枚以上の矩形板状部を含むミアンダ型アクチュエータ部を一対備えた第２アクチュエータとを有し、
一対のミアンダ型アクチュエータ部の各々は、矩形板状部の長手方向が第１軸に沿った方向に配置され、各々の一端が一対の半環状アクチュエータ部各々の外周と接続され、各々の他端が固定部に接続されており、
各圧電素子は、それぞれ下部電極、圧電膜および上部電極が積層された構造をなし、
第１アクチュエータが、ミラー部に第１軸周りの回転トルクを作用させ、第２アクチュエータが、第１アクチュエータに第１軸と交差する第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、ミラー部を第１軸および第２軸周りに２次元回転駆動するマイクロミラーデバイス。
＜２＞
ミアンダ型アクチュエータ部は、矩形板状部を２枚以上備え、２枚以上の矩形板状部が連結部を介して折り返すように連結されてなる＜１＞に記載のマイクロミラーデバイス。＜３＞
一対の半環状アクチュエータ部各々に備えられた圧電素子各々の上部電極が複数の個別電極部を含み、複数の個別電極部が、ミラー部を第１軸周りに往復回動する第１共振モードで駆動させた場合の最大変位状態において、圧電膜の面内方向に生じる主応力のうち、絶対値が最大の主応力成分の正負が反転する応力反転領域で分離配置されており、各圧電素子は、複数の個別電極部の各々により規定される複数の圧電部を含む＜１＞または＜２＞に記載のマイクロミラーデバイス。
＜４＞
接続部が、ミラー部と一対の半環状アクチュエータ部各々の一端、およびミラー部と一対の半環状アクチュエータ部各々の他端の各々を第１軸上で接続する＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のマイクロミラーデバイス。
＜５＞
一対の半環状アクチュエータ部各々の圧電素子各々の上部電極は、第１軸に対して互いに対称に形成された複数の個別電極部からなる＜１＞から＜４＞のいずれかに記載のマイクロミラーデバイス。
＜６＞
一対の半環状アクチュエータ部各々の圧電素子各々の上部電極は、周方向に分離された、少なくとも３つの個別電極部からなる＜５＞に記載のマイクロミラーデバイス。
＜７＞
第１アクチュエータおよび第２アクチュエータの圧電素子に駆動信号を入力するための駆動回路を備えた請求項＜１＞から＜６＞のいずれかに記載のマイクロミラーデバイス。＜８＞
駆動回路は、ミラー部を第１軸周りに往復回動する第１共振モードで駆動し、かつ、ミラー部および第１アクチュエータを第２軸周りに往復回動する第２共振モードで駆動する駆動信号を第１アクチュエータおよび第２アクチュエータ各々の圧電素子に入力する＜７＞に記載のマイクロミラーデバイス。
＜９＞
ミラー部が第１軸周りに往復回動し、かつミラー部と第１アクチュエータとが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数をＦｏ、ミラー部が第１軸周りに往復回動し、かつミラー部と第１アクチュエータとが互いに同位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数をＦｉとし、
Ｆ１＝Ｆｏ＋Ｆｉ
Ｆ２＝Ｆｏ－Ｆｉ
とした場合において、
マイクロミラーデバイスの複数の共振モードの各々の共振周波数のうち、Ｆ１に最も近い共振周波数が、
Ｆ１－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ１＋４５０Ｈｚ超であり、
マイクロミラーデバイスの複数の共振モードの各々の共振周波数のうち、Ｆ２に最も近い共振周波数が、
Ｆ２－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ２＋４５０Ｈｚ超である、＜１＞から＜８＞に記載のマイクロミラーデバイス。

本開示によれば、第１軸方向と第２軸方向の正弦駆動における周波数比を十分に高くすることができ、かつ小型なマイクロミラーデバイスを提供することができる。

実施形態のマイクロミラーデバイスの平面図である。 マイクロミラーデバイスの一部の断面構造を示す図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体を上面側から見た斜視図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体の底面側から見た斜視図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体の平面図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体の底面図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体の左側面図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体の正面図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスの駆動回路との接続を模式的に示した図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスにおける、第１軸周りのミラー部往復回動を伴う第１共振モード時の形状変位のシミュレーション図である。 実施形態のマイクロミラーデバイスにおける、第２軸周りのミラー部往復回動を伴う第２共振モード時の形状変位のシミュレーション図である。 第１軸周りの駆動時の電圧印加について説明するための図である。 第１軸周りの駆動時の印加駆動信号（電圧波形）を示す図である。 第２軸周りの駆動時の電圧印加について説明するための図である。 第２軸周りの駆動時の印加駆動信号（電圧波形）を示す図である。 第１軸周りにミラー部と第１アクチュエータとが逆位相で往復回動する駆動モード時の形状変位のシミュレーション図である。 第１軸周りにミラー部と第１アクチュエータとが同位相で往復回動する共振モード時の形状変位のシミュレーション図である。 駆動モードでミラー部を第１軸周りに駆動した場合に生じうる一例の不要モード時の形状変位のシミュレーション図である。 駆動モードでミラー部を第１軸周りに駆動した場合に生じうる一例の不要モード時の形状変位のシミュレーション図である。 駆動モードでミラー部を第１軸周りに駆動した場合に生じうる一例の不要モード時の形状変位のシミュレーション図である。 参考例のマイクロミラーデバイスの平面図である。 参考例のマイクロミラーデバイスにおける、第１軸周りのミラー部往復回動を伴う第１共振モード時の形状変位のシミュレーション図である。 参考例のマイクロミラーデバイスの第１軸周りの駆動時の駆動方法について説明するための図である。 参考例のマイクロミラーデバイスにおける、第２軸周りのミラー部往復回動を伴う第２共振モード時の形状変位のシミュレーション図である。 参考例のマイクロミラーデバイスの第２軸周りの駆動時の駆動方法について説明するための図である。 実施例１１～２４のマイクロミラーデバイスの各要素のサイズを説明するための図である。

以下、図面を参照して本開示の具体的な実施の態様について説明する。

図１は実施形態に係るマイクロミラーデバイスの平面図である。図２は、マイクロミラーデバイスの一部の断面構造を示す図である。図３は、マイクロミラーデバイス用の構造体を上面側から見た斜視図であり、配線構造を備えていない状態を示す。図４は、実施形態のマイクロミラーデバイス用の構造体を底面側から見た斜視図である。図５は、実施形態のマイクロミラーデバイス用の構造体の平面図であり、図６は、実施形態のマイクロミラーデバイス用の構造体の底面図である。図７は、マイクロミラーデバイス用の構造体の左側面図である。なお、マイクロミラーデバイスの構造体の右側面図は左側面図と同一である。図８は、実施形態のマイクロミラーデバイスの構造体の正面図である。なお、マイクロミラーデバイスの構造体の背面図は正面図と同一である。

本実施形態のマイクロミラーデバイス１は、ミラー部１２と、ミラー部１２を囲むように配置された第１アクチュエータ１４と、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とを接続する接続部２１と、第１アクチュエータ１４の外周に配置された固定部２０と、第１アクチュエータ１４と固定部２０との間に配置された第２アクチュエータ１６とを備えている。

マイクロミラーデバイス１のサイズは、例えば、長さおよび幅寸法がそれぞれ１ｍｍ～１０ｍｍ程度が一般的であるが、これよりも小さい構造でも大きい構造でもよく、特に制限されるものではない。また、アクチュエータの厚みについても、５μｍ～０．２ｍｍ程度が一般的であるが、作製できる範囲であればよく、特に制限されるものではない。

ミラー部１２は、入射光を反射する反射面１２ａを有する。反射面１２ａは、ミラー部１２の一面に設けられた、例えば、Ａｕ（金）およびＡｌ（アルミニウム）等の金属薄膜から構成される。反射面１２ａを形成するためのミラーコーティングに用いる材料および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。

図１においては、略円形の反射面１２ａを有し、反射面１２ａと相似形の平面視形状のミラー部１２を例示しているが、ミラー部１２の平面視形状と、反射面１２ａの形状は一致していてもよいし、異なっていてもよい。ミラー部１２および反射面１２ａの形状は、特に限定されない。例示した円形に限らず、楕円形、正方形、長方形および多角形など、様々な形状があり得る。

接続部２１の各々は、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とを接続し、ミラー部１２を第１軸ａ１周りで回動可能に支持する。接続部２１は、ミラー部１２を挟んで対称にミラー部１２の外周から第１軸ａ１に沿って外側に延設された棒状部材である。接続部２１のそれぞれの一端がミラー部１２の外周に接続され、それぞれの他端が第１アクチュエータ１４に接続されている。
ここで、第１軸ａ１は、ミラー部１２の静止時の反射面１２ａを含む平面内にある。後述する第２軸ａ２はこの平面内おいて、第１軸ａ１と交差する軸であり、ここでは第１軸ａ１と直交する軸である。第１軸ａ１と第２軸ａ２は、反射面１２ａの中心で交差していることが好ましいが、交差位置は中心からずれていても構わない。

各図において、ミラー部１２の静止時における反射面１２ａの法線方向をｚ軸方向とし、第１軸ａ１と平行な方向をｙ軸方向、第２軸ａ２と平行な方向をｘ軸方向としている。

第１アクチュエータ１４は、各々圧電素子４１、４２を備えた一対の半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂを含んでいる。一対の半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂはミラー部１２を囲むように配置されている。接続部２１はミラー部１２と一対の半環状アクチュエータ部各々の一端１４Ａａ、１４Ｂａ、およびミラー部１２と一対の半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂ各々の他端１４Ａｂ、１４Ｂｂの各々を第１軸ａ１上で接続している。すなわち、一対の半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂは第１軸ａ１上で接続されて全体として環状をしている。

ここで、環状とは、内側の領域を途切れなく囲む形状であればよく、内周および外周の形状は円形でなくてもよく、矩形状あるいは多角形状などを含む概念である。本例では、第１アクチュエータ１４の外周および内周は略矩形をなしている。

第１軸ａ１を挟んで配置される半環状アクチュエータ部１４Ａと半環状アクチュエータ部１４Ｂとを互いに逆方向に撓ませることで、第１軸ａ１周りにトルクを生じさせることができ、これによって、ミラー部１２を第１軸ａ１周りに回転運動をさせる。

第２アクチュエータ１６は、第１アクチュエータ１４と固定部２０との間に配置された、一対のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂからなる。一対のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂは、第１アクチュエータ１４を挟んで第１軸に対して対称に配置されている。ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａは、各々圧電素子４３、４４を備えた２枚の矩形板状部６１が連結部６２を介して折り返すように並べられた構造を有する。ミアンダ型アクチュエータ部１６Ｂは、各々圧電素子４５、４６を備えた２枚の矩形板状部６１が連結部６２を介して折り返すように並べられた構造を有する。ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂの一端に備えられた連結部６３が第１アクチュエータ１４の外周に接続され、他端に備えられた連結部６４が固定部２０に接続されている。そして、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂの連結部６３が第１アクチュエータ１４に接続する位置は、半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂそれぞれの外周であればよく、図１に示す態様に限られない。同様に、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂの連結部６４が固定部２０に接続する位置は、固定部２０の内周であればよく、図１に示す態様に限られない。第２アクチュエータ１６は、第１アクチュエータ１４と固定部２０とを接続する接続部としても機能する。

ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂ各々の矩形板状部６１は圧電カンチレバーとして機能する。第２軸周りにトルクを生じさせるためには、隣り合う矩形板状部６１を互いに逆方向にたわませればよい。これにより、それぞれの矩形板状部６１の端部に発生した傾き角度が蓄積され、その和が第１アクチュエータ１４の傾き（＝ミラー部１２の傾き）となる。このため、隣り合う矩形板状部６１の圧電素子４３と４４、並びに圧電素子４５と４６には逆方向の応力が発生するように電圧を印加する。具体的には、これらに印加する電圧波形の位相を１８０°シフトさせればよい。このようにして、第２アクチュエータ１６は第１アクチュエータ１４とミラー部１２に回転トルクを発生させることができる。

ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂにおいて、矩形板状部６１を３枚以上とし、それぞれが連結部６２により折り返すように並べられていてもよい。また、ここで、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂは、矩形板状部６１を１枚のみ備えたものであってもよい。矩形板状部６１が１枚のみの場合には、その一端に備えられた連結部が半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂの外周に接続され、他端に備えられた連結部が固定部２０の内周に接続され、２つの連結部と矩形板状部６１とによって、全体としてミアンダ形状（蛇行した形状）をなしている。但し、１つのミアンダ型アクチュエータ部１６Ａと１６Ｂには２枚以上の矩形板状部６１を含むことが好ましく、また、デバイス静止時の反りを抑制する観点から矩形板状部６１は偶数枚であることが好ましい。

固定部２０は、第２アクチュエータ１６を支持し、第２アクチュエータ１６を介して第１アクチュエータ１４およびミラー部１２を支持する。固定部２０には、配線２２および電極端子２４等が設けられており、さらに図示しない電子回路が設けられていてもよい。

固定部２０は、本例においては、第２アクチュエータ１６を囲む枠部材である。固定部２０は、枠部材に限らず、一方のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａと接続する第１の固定部と他方のミアンダ型アクチュエータ部１６Ｂと接続する第２の固定部の２つの部材から構成されていてもよい。

第１アクチュエータ１４は、ミラー部１２に第１軸ａ１周りの回転トルクを作用させ、第２アクチュエータ１６は、第１アクチュエータ１４に第１軸ａ１と交差する第２軸ａ２周りの回転トルクを作用させることにより、ミラー部１２を第１軸ａ１および第２軸ａ２周りに２次元回転駆動する。本マイクロミラーデバイス１は、ミラー部１２を２次元回転駆動させることにより、ミラー部１２の反射面１２ａへの入射光を反射させて２次元走査（２次元スキャン）させることができる。

本マイクロミラーデバイス１は、ミラー部１２を囲む第１アクチュエータ１４およびミラー部１２と第１アクチュエータ１４とを接続する接続部２１の構造によって、ミラー部１２を第１軸ａ１周りに高速振動させることができる。接続部２１の幅を太く、長さを短く構成していることで、剛性が高まり、高い共振周波数を得ることができるからである。一方、第２アクチュエータ１６のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂは、第１アクチュエータ１４と固定部２０とを接続する長い接続部として機能しバネのように柔らかくすることができる。そのため、第１アクチュエータ１４およびミラー部１２を第２軸ａ２周りに低速振動させることができる。
従って、本マイクロミラーデバイス１においては、第１軸周りおよび第２軸周り、すなわち、垂直軸と水平軸方向との周波数の比を大きく、例えば、周波数比を１５以上とすることが可能である。垂直軸の周波数と水平軸方向の周波数をともに高くしても、それらの周波数比が１に近い場合は走査線が斜め方向になり、スキャンスポットの縦横位置が複雑に変化するため、走査線同士の間隔を狭めて解像度をあげるための制御が非常に難しくなる。一方、両者の周波数比を大きくすることで、水平方向の走査線数が増え、かつ走査線が水平に近くなる。これにより、走査線の数を増やすための制御が容易となり、高精細な画像を表示することが可能となる。

既述の通り、共振周波数は、慣性モーメントと剛性の比で決まる。高速側の周波数を高めるには、剛性の高い構造にする必要がある。一方で、低速側の周波数を下げるためには、剛性を極めて小さくする必要がある。ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂを備えることで、高速側の周波数を高めるために必要な厚みであっても、素子サイズを大きくすることなく、剛性を十分に低下させることができ、低速な振動が可能となる。このように、本マイクロミラーデバイス１は、全体の大きさを抑えることができるので、ミラー部１２のサイズを大きくしても全体のチップサイズは小さく小型化することができる。なお、ミラー部１２のサイズが大きければ入射光のビーム径を大きくすることができ、干渉によるビーム広がりを抑えられ、投影面において十分小さく絞ることが可能となるので、より高精細な画像表示を実現できる。

本例のマイクロミラーデバイス１において、ミラー部１２、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、固定部２０および接続部２１は、第１軸ａ１に線対称の構造で配置されている。かかる対称構造によって、中央のミラー部１２に対して効率良く回転トルクを作用させることができる。

マイクロミラーデバイス１は、例えば、シリコン基板から半導体製造技術を利用して加工することにより、ミラー部１２、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、固定部２０および接続部２１等の要素が一体的に構成された構造物として作製することができる。

なお、固定部２０は、ミラー部１２、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６および接続部２１と比較して厚い（図３および図４参照）。すなわち、ミラー部１２、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６および接続部２１の厚みは、固定部２０の厚み（ｚ軸方向の厚み）と比較して薄く形成されている。これにより、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６および接続部２１が変形（曲げ変形や捻れ変形）し易い構造となっている。ミラー部１２、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６および固定部２０のうち、反射面、圧電膜、電極および配線等を除く基材部分をマイクロミラーデバイス用の構造体という。また、この構造体のうち、固定部２０を除く部分が、構造体中の本体部分である。マイクロミラーデバイスの基本性能はこの本体部分の形状に依存し、固定部２０の形状には依存しない。

第１アクチュエータ１４の一対の半環状アクチュエータ部１４Ａ、１４Ｂおよび第２アクチュエータ１６の一対のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂに備えられている圧電素子４１～４６は、振動板３０上に、下部電極３１、圧電膜３２および上部電極３３が順に積層された積層構造を有する（図２参照）。なお、図２において、視認容易のため、実際の膜厚比と異なる膜厚比で示している。上部電極３３および下部電極３１の「上部」および「下部」は、天地を意味するものではなく、圧電膜３２を挟む一対の電極のうち、振動板側に設けられている電極を下部電極、圧電膜を挟んで下部電極と対向して配置される電極を上部電極と称しているに過ぎない。

第１アクチュエータ１４および第２アクチュエータ１６は、それぞれの圧電素子４１～４６への所定の電圧印加による圧電膜３２の変形によって屈曲変位して駆動力を生じる。

第１アクチュエータ１４の一方の半環状アクチュエータ部１４Ａにおける圧電素子４１の上部電極３３は、一端１４Ａａから他端１４Ａｂに向かって順に配置された３個の個別電極部ａｉ－１、ａｉ－２、ａｉ－３からなる。各個別電極部ａｉ－１～ａｉ－３は互いに分離して形成されている。同様に、第１アクチュエータ１４の他方の半環状アクチュエータ部１４Ｂにおける圧電素子４２の上部電極３３は、一端１４Ｂａから他端１４Ｂｂに向かって順に配置された３個の個別電極部ｂｉ－１、ｂｉ－２、ｂｉ－３からなる。各個別電極部ｂｉ－１～ｂｉ－３は互いに分離して形成されている。

第２アクチュエータ１６のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ、１６Ｂの矩形板状部６１にそれぞれ一つの圧電素子４３～４６が設けられている。一方のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａの２つの矩形板状部６１の圧電素子４３、４４の上部電極３３をそれぞれａo－１、ａｏ－２とし、他方のミアンダ型アクチュエータ部１６Ｂの２つの矩形板状部６１の圧電素子４５、４６の上部電極３３をそれぞれｂo－１、ｂｏ－２とする（図１参照）。

ミラー部１２を第１軸ａ１の周りに往復回動を生じさせる第１共振モードでミラー部１２を駆動させた場合、圧電素子４１、４２の圧電膜３２の面内方向に生じる絶対値が最大の主応力成分の正負が反転する応力反転領域Ｓが複数生じる。個別電極部ａｉ－１～ａｉ－３、ｂｉ－１～ｂｉ－３は、この応力反転領域Ｓで分離されて配置されている。ここで、往復回動とは、ミラー部１２が、静止状態に対して、第１軸を中心に時計回りおよび逆時計回りに交互に傾く振動である。上部電極３３が複数の個別電極部ａｉ－１～ａｉ－３、ｂｉ－１～ｂｉ－３に分離して形成されることによって、各々の個別電極部で規定される圧電部毎に、独立して電圧の制御が可能となっている。各個別電極部と、対向する下部電極３１と、各個別電極部と下部電極３１との間に挟まれた圧電膜３２により圧電部が構成される。各個別電極部および下部電極３１は配線２２および電極端子２４を介して駆動回路に接続される。各主応力および応力反転領域については後述する。

図９は、本例におけるマイクロミラーデバイス１の各圧電素子４１～４６と駆動回路５０との電気的な配線構造を示すブロック図である。
各圧電素子４１～４６は下部電極３１、圧電膜３２および上部電極３３を備えている。圧電素子４１の個別電極部ａｉ－１とａｉ－３は同一駆動を行うため接続されて共通の電極端子２４に接続されている。同様に、圧電素子４２の個別電極部ｂｉ－１とｂｉ－３は同一駆動を行うため接続されて共通の電極端子２４に接続されている。圧電素子４１、４３および４４の下部電極３１は構造体上において接続されており、接地用の電極端子ＧＮＤに接続されている。同様に圧電素子４２、４５および４６の下部電極３１は構造体上において接続されており、接地用の電極端子ＧＮＤに接続されている。

なお、本実施形態においては、圧電膜３２および下部電極３１は、複数の圧電部に共通の膜として形成されているが、圧電膜３２、あるいは圧電膜３２と下部電極３１も、上部電極３３の個別電極部毎に分離されていてもよい。

図１０は、第１共振モードでミラー部１２が第１軸ａ１周りに往復回動する様子を示すシミュレーション図であり、ミラー部１２が第１軸ａ１を中心として、ｘ軸方向の一端ｘ１が＋ｚ軸方向に、ｘ軸方向の他端ｘ２が－ｚ軸方向に傾き変位した状態を示している。図１０において、色の濃淡は変位量を示している。色が濃いほど変位量が大きい。

第１共振モードでミラー部１２が第１軸ａ１周りに往復回動して図１０のように傾き変位した状態にある時、第１アクチュエータ１４は撓み変形する。そして、圧電膜３２には引張方向の応力（以下において、引張応力という。）σｔがかかる引張応力領域と、圧縮方向の応力（以下において、圧縮応力という。）σｃがかかる圧縮応力領域が生じる。

圧電膜３２の各部分が「圧縮応力」であるか「引張応力」であるかは、互いに直交する三つの主応力ベクトルの中から圧電膜の膜厚方向に略直交する平面内の二つの主応力を選び出し、そのうち絶対値が大きい方の方向（絶対値が最大の主応力成分の方向）で定められる。膜厚方向をｚ軸に取った場合において、膜厚方向の略直交する平面内の二つの主応力とは、ｘ－ｙ平面内に生じる応力である。応力方向の表記方法としては、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、膜厚方向の応力がほぼ０とみなせるためである。「寸法が平面的」とは、平面方向の寸法に比べて高さが十分小さいことを意味する。上述した「ｘ－ｙ平面」の面方向が「圧電膜の膜厚方向に直交する面内方向」に相当する。応力は、部材が引っ張られる方向に力が加わる引張応力σｔが正、圧縮させる方向に力が加わる圧縮応力σｃが負として定義される。すなわち、絶対値が最大の主応力成分が正の領域とは引張応力が主である領域を意味し、絶対値が最大の主応力成分が負の領域とは圧縮応力が主である領域を意味する。また、「絶対値が最大の主応力成分の正負が反転する応力反転領域」とは、引張応力領域と圧縮応力領域との境界を含む領域であって、引張応力から圧縮応力、もしくは圧縮応力から引張応力に変化する領域を意味する。

圧縮応力領域ｃ１と引張応力領域ｔ１との境界には応力の方向が徐々に変化していく、すなわち、絶対値が最大の主応力成分の正負が反転する領域である応力反転領域が存在する。上述した圧電素子４１、４２の上部電極３３の個別電極部ａｉ－１～ａｉ－３、ｂｉ－１～ｂｉ－３は、応力方向が異なる圧電膜の領域の区分けに対応するように形成されている。

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ェアを用い、デバイス寸法、材料のヤング率、および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膜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、上部電極を個別電極部に区分けする。各個別電極部によって各圧電部が規定される。

第１アクチュエータ１４において、発生応力方向が異なる部分に対応させて圧電部を配置することにより、それぞれに適切な駆動信号を入力させることができるので、効率良く圧電力を変位に変換できる。

図１１は、第２共振モードでミラー部１２が第２軸ａ２周りに往復回動する様子を示すシミュレーション図であり、ミラー部１２が第２軸ａ２を中心として、第１アクチュエータ１４のｙ軸方向の一端ｙ１が＋ｚ軸方向に、ｙ軸方向の他端ｙ２が－ｚ軸方向に傾き変位した状態を示している。図１１において、色の濃淡は変位量を示している。
既述の通り、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａは隣接する矩形板状部６１を互いに異なる方向に撓ませるため、それぞれの圧電素子４３、４４に逆位相の駆動信号波形を入力する。ミアンダ型アクチュエータ部１６Ｂは隣接する矩形板状部６１を互いに異なる方向に撓ませるため、それぞれの圧電素子４５、４６に逆位相の駆動信号波形を入力する。

第１アクチュエータ１４の圧電素子４１、４２および第２アクチュエータ１６の圧電素子４３～４６には、それぞれ第１共振モードおよび第２共振モードで駆動させるための駆動用の電力が駆動回路５０から供給される。第１アクチュエータ１４および第２アクチュエータ１６に供給する駆動信号として、共振を励起する周波数の交流信号やパルス波形信号を用いることができる。具体的な駆動信号について、駆動方法と共に以下に説明する。

駆動回路５０は、第１アクチュエータ１４の圧電素子４１、４２の複数の圧電部の各々に対して、第１共振モードを駆動する第１駆動信号を、第２アクチュエータ１６における複数の圧電素子４３～４５の各々に対して、第２共振モードを駆動する第２駆動信号をそれぞれ入力する。

第１駆動信号は、互いに逆位相の駆動電圧波形を含み、そのうちの一方の位相の駆動電圧波形を、第１共振モードで駆動した際の振動振幅が最大となる瞬間に絶対値が最大の主応力成分が正となる領域に位置する圧電部に与え、他方の位相の駆動電圧波形を、上記瞬間に絶対値が最大の主応力成分が負となる領域に位置する圧電部に与える信号である。

第２駆動信号は、互いに逆位相の駆動電圧波形を含み、そのうちの一方の位相の駆動電圧波形を、互いに隣接する矩形板状部に備えられている一方の矩形板状部の圧電素子に与え、他方の位相の駆動電圧波形を、他方の矩形板状部の圧電素子に与える信号である。

従って、駆動回路５０は、第１アクチュエータ１４を駆動する第１駆動信号として、第１共振モードで駆動した際の駆動振幅が最大となる瞬間における絶対値が最大の主応力成分の方向が同じ（符号が同じ）である領域に位置する圧電部には同位相の駆動信号波形を印加する。すなわち、圧縮応力領域に位置する圧電部同士には同位相の駆動信号波形が、引張応力領域に位置する圧電部同士には同位相の駆動信号波形が印加される。そして、駆動回路５０は、第１駆動信号として、第１共振モードで駆動した際の駆動振幅が最大となる瞬間における絶対値が最大の主応力成分の方向が異なる（符号が異なる）領域に位置する圧電部間には、逆位相の駆動信号波形を印加する。すなわち、圧縮応力領域と引張応力領域とでは逆位相の駆動信号波形が印加される。なお、同位相の駆動信号波形における振幅は圧電部同士で同一でもよいし、圧電部間で異なっていてもよい。

また、駆動回路５０は、第２アクチュエータ１６を駆動する第２駆動信号として、隣接する矩形板状部の圧電素子４３と４４に互いに逆位相の駆動信号波形を印加し、同様に圧電素子４５と４６に互いに逆位相の駆動信号波形を印加する。

このように、第１アクチュエータ１４に第１共振モード用の第１駆動信号を、第２アクチュエータ１６に第２共振モード用の第２駆動信号が印加することにより、第１共振モードおよび第２共振モードを同時に励起することができる。第１アクチュエータ１４を駆動させた場合、ミラー部１２の往復回動の各瞬間においてそれぞれの圧電膜３２に生じる主応力のうち絶対値が最大の主応力成分が正となる領域に位置する圧電部には正の電圧、絶対値が最大の主応力成分が負となる領域に位置する圧電部には負の電圧をそれぞれ印加することになる。歪の正負に応じた正負の電圧を印加することによって、非常に効率良く圧電力を変位に変換できる。従って、消費電力を大幅に抑制することが可能となる。

駆動方法の一例について、具体的に図１２～図１５を参照して説明する。図１２は、第１共振モードを励起する際に同位相の駆動信号が入力される圧電部グループを示す図であり、図１３はそれぞれの圧電部グループに入力される駆動信号の一例を示す。図１４は、第２共振モードを励起する際に同位相の駆動信号が入力される圧電部グループを示す図であり、図１５は、それぞれの圧電部グループに入力される駆動信号を示す。

図１２において、第１共振モードを励起する際に、同位相の駆動信号が入力される第１グループの圧電部の個別電極部を右下がり斜線で示す。また、第１グループと逆位相の駆動信号が入力される第２グループの圧電部の個別電極部を右上がり斜線で示す。

第１グループの個別電極部ａｉ－２、ｂｉ－１、ｂｉ－３は、既述の圧縮応力領域ｃ１に対応し、これらに図１３に示す同位相の第１共振モード用の第１駆動信号Ｖ_１ａが入力される。そして、第２グループの個別電極部ａｉ－１、ａｉ－３、ｂｉ－２は、既述の引張応力領域ｔ１に対応し、これらには同位相の第１共振モード用の第１駆動信号Ｖ_１ｂが入力される。図１３に示すように、第１グループの圧電部に印加される駆動信号Ｖ_１ａと第２グループの圧電部に印加される駆動信号Ｖ_１ｂとは同一の第１周波数ｆ_１であって、互いに逆位相（位相差１８０°）の信号である。このような駆動信号を印加することにより、第１アクチュエータ１４を第１軸ａ１周りに傾けるような歪が発生し、ミラー部１２に第１軸ａ１周りの回転トルクが与えられる。

第１駆動信号Ｖ_１ａ、Ｖ_１ｂはそれぞれ次のように表される。
Ｖ_１ａ＝α_１Ｖ_１ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ＋π）
Ｖ_１ｂ＝α_１Ｖ_１ｓｉｎ２πｆ_１ｔ
上記の式中、α_１Ｖ_１は電圧振幅、ｔは時間である。なお、式においてオフセット電圧は考慮していない。Ｖ_１は第１駆動信号の基本電圧振幅値、α_１は第１駆動信号用の電圧振幅補正係数である。なお、各個別電極部に与えられる電圧振幅は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。すなわち、圧電部毎でα_１の値は異なっていてもよい。各々の個別電極部に生じる応力の大きさに応じて電圧振幅が設定されていてもよい。例えば、個別電極部に生じる応力の大きさが大きいほど電圧振幅を大きくする、などである。

第１駆動信号Ｖ_１ａおよびＶ_１ｂをまとめて一般化して示すと、
Ｖ_１＝α_１Ｖ_１ｓｉｎ(２πｆ_１ｔ＋β_１π)と表すことができる。
ここで、β_１は第１駆動信号用の位相補正係数であり、第１の位相のＶ_１ａの場合は１、第１の位相の逆位相である第２の位相のＶ_１ｂの場合は０である。

図１４において、第２共振モードを励起する際に、同位相の駆動信号が入力される第３グループの圧電部（圧電素子）の上部電極を右下がり斜線で示す。また、第３グループと逆位相の駆動信号が入力される第４グループの圧電部（圧電素子）の上部電極を右上がり斜線で示す。

第３グループの上部電極ａｏ－２、ｂｏ－２には、図１５に示す同位相の第２共振モード用の第２駆動信号Ｖ_２ａが入力される。そして、第４グループの上部電極ａｏ－１、ｂｏ－１には、同位相の第２共振モード用の第２駆動信号Ｖ_２ｂが入力される。図１５に示すように、第２駆動信号Ｖ_２ａとＶ_２ｂとは同一の第２周波数ｆ_２であって、互いに逆位相（位相差１８０°）の信号である。このような駆動信号を印加することにより、第１アクチュエータ１４を第２軸ａ２周りに傾けるような歪みが発生し、結果としてミラー部１２に第２軸ａ２周りの回転トルクが与えられる。

第２駆動信号Ｖ_２ａ、Ｖ_２ａはそれぞれ次のように表される。
Ｖ_２ａ＝α_２Ｖ_２ｓｉｎ（２πｆ_２ｔ＋π）
Ｖ_２ｂ＝α_２Ｖ_２ｓｉｎ２πｆ_２ｔ
上記の式中、α_２Ｖ_２は電圧振幅、ｔは時間である。なお、式においてオフセット電圧は考慮していない。Ｖ_２は第２駆動信号の基本電圧振幅値、α_２は第２駆動信号用の電圧振幅補正係数である。なお、各個別電極部に与えられる電圧振幅は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。すなわち、圧電部毎でα_２の値は異なっていてもよい。各々の個別電極部に生じる応力の大きさに応じて電圧振幅が設定されていてもよい。例えば、個別電極部に生じる応力の大きさが大きいほど電圧振幅を大きくする、などである。

第２駆動信号Ｖ_２ａおよびＶ_２ｂをまとめて一般化して示すと、
Ｖ_２＝α_２Ｖ_２ｓｉｎ(２πｆ_２ｔ＋β_２π)と表すことができる。
ここで、β_２は第２駆動信号の位相補正係数であり、第１の位相のＶ_２ａの場合は１、第１の位相の逆位相である第２の位相のＶ_２ｂの場合は０である。

以上のように、第１共振モードおよび第２共振モードでマイクロミラーデバイス１を駆動する際に第１アクチュエータ１４の各々の圧電膜３２に生じる主応力のうち絶対値が最大の主応力成分の方向に応じた駆動信号を各圧電部に印加するように制御することで、非常に効率良く駆動することが可能となる。駆動回路５０は、各圧電部に上記駆動信号を入力するように構成される。

本実施形態においては、各圧電素子に含まれる複数の圧電部は、下部電極３１が共通電極となっている。したがって、下部電極３１を接地して、上部電極３３に所定の駆動信号（駆動電圧波形）を入力している。しかし、下部電極３１も個別電極である場合には、下部電極３１および上部電極３３間に駆動信号が印加できれば、下部電極３１、上部電極３３のどちらを接地電極として用いてもよい。

共振モードとしては、ミラー部１２の軸周りの往復回動を伴うもの以外に、垂直方向のピストン運動、平面内のねじれ運動などを伴うモードが存在する。しかしながら、本実施形態のマイクロミラーデバイス１では、往復回動を伴う共振モードを用いてミラー部１２を駆動する。

なお、第１軸ａ１周りにミラー部１２を往復回動する第１共振モードとしては、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが逆位相で振動する共振モードは同位相で振動する共振モードと比較して共振振動のＱ値が高く、さらに共振周波数が高いため、高速でスキャンすることに、より適している。第１軸ａ１周りについては、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードで駆動することが、高いＱ値が得られるため好ましい。
しかしながら、上記モードに限るものではなく。何次モードの共振モードを用いるかは、適宜設定すればよい。

また、第２軸ａ２周りに第１アクチュエータ１４とミラー部１２とを一体的に往復回動させる第２共振モードとしては、往復回動する振動モードのうち、第１共振モードの共振周波数との比を大きくとることができるモードを選択する。

第１アクチュエータ１４および第２アクチュエータ１６に備えられる圧電素子４１～４６について説明する。既述の通り、圧電素子４１～４６は下部電極３１、圧電膜３２および上部電極３３の積層体構造を有する。

下部電極および上部電極の厚みには特に制限なく、例えば２００ｎｍ程度である。圧電膜の厚みは１０μｍ以下であれば特に制限なく、通常１μｍ以上であり、例えば、１～５μｍである。下部電極、上部電極および圧電膜の成膜方法は、特に限定されないが、気相成長法であることが好ましく、特にはスパッタ法によって成膜することが好ましい。

下部電極の主成分は、特に制限はなく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＬａＮｉＯ_３、およびＳｒＲｕＯ_３等の金属または金属酸化物、並びに、これらの組合せが挙げられる。

上部電極の主成分は、特に制限なく、下部電極で例示した材料、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、並びにこれらの組合せが挙げられる。

圧電膜としては、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、および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、およびこれらの混晶系；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、およびこれらの混晶系が挙げられる。

また、本実施形態の圧電膜は、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。
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は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、および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。）

上述の一般式（Ｐ）および（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電膜は、高い圧電歪定数（ｄ_３１定数）を有するため、かかる圧電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。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。

また、一般式（Ｐ）および（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電膜を備えた圧電アクチュエータは、駆動電圧範囲において、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、本開示の技術を実施する上で良好な圧電特性を示すものである。

さらに、本開示のマイクロミラーデバイスは、以下の条件を満たすことが好ましい。
まず、マイクロミラーデバイス１に固有の複数の固有振動数に対応する複数の共振モードのうち、ミラー部１２が第１軸ａ１周りに往復回動し、かつミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数をＦｏ、ミラー部１２が第１軸ａ１周りに往復回動し、かつミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに同位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数をＦｉとする。
そして、
Ｆ１＝Ｆｏ＋Ｆｉ
Ｆ２＝Ｆｏ－Ｆｉ
とする。
この場合において、複数の共振モードの各々の共振周波数のうち、Ｆ１に最も近い共振周波数ＦＡが、Ｆ１－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ１＋４５０Ｈｚ超であり、複数の共振モードの各々の共振周波数のうち、Ｆ２に最も近い共振周波数ＦＢが、Ｆ２－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ２＋４５０Ｈｚ超であることが好ましい。
すなわち、マイクロミラーデバイス１は、
ＦＡ＜Ｆ１－１００、もしくは、Ｆ１＋４５０＜ＦＡ、かつ
ＦＢ＜Ｆ２－１００、もしくは、Ｆ２＋４５０＜ＦＢ
を満たすことが好ましい。

言い換えると、Ｆ１－１００Ｈｚ以上、Ｆ１＋４５０Ｈｚ以下の周波数範囲、およびＦ２－１００Ｈｚ以上、Ｆ２＋４５０Ｈｚ以下の周波数範囲に、マイクロミラーデバイス１の共振モードが存在しないことが好ましい。
なお、本構成のマイクロミラーデバイス１においては、ミラー部１２が第１軸ａ１周りに往復回動し、かつミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの周波数Ｆｏは、ミラー部１２が第１軸ａ１周りに往復回動し、かつミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに同位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの周波数Ｆｉよりも大きい。

既述の通り、第１軸ａ１周りにミラー部１２を往復回動する第１共振モードとしては、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードを用いることが好ましい。以下において、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数Ｆｏで駆動する第１共振モードを駆動モードと称する。本発明者らの検討によると、上記関係式を満たすことにより、駆動モードで駆動する際に、その駆動モードの共振周波数Ｆｏとは異なる周波数の不要な共振が生じるのを抑制することができる。マイクロミラーデバイスにおいて、不要な共振が生じると、この不要な共振に伴う振動（以下において、不要振動という。）により正常な光走査が阻害される場合がある。不要振動が起こると、例えば、走査線が幅方向および長さ方向の両方に対して時間的に大きくブレてしまい、所望のスキャン角度を達成できないという不具合が生じる。上記関係式を満たすことで、このような不具合を抑制でき、走査線のブレを生じさせず所望のスキャン角度の光走査を行うことができる。

図１６は、駆動モードの場合のミラー部１２および第１アクチュエータ１４の振動する様子を示すシミュレーション図である。濃淡により変位量が示されている。図１６において、濃い色ほど－ｚ軸方向への変位が大きく、薄い色ほど＋ｚ軸方向への変位が大きいことを示している。ミラー部１２が第１軸ａ１を中心として、ｘ軸方向の一端ｘ１が－ｚ軸方向に、ｘ軸方向の他端ｘ２が＋ｚ軸方向に傾き変位した状態を示している。また、変位量は非常に小さいが、第１アクチュエータ１４は、第１軸ａ１を中心として、点ｘ１１を含む部分は＋ｚ軸方向に、点ｘ１２を含む部分は－ｚ軸方向に変位している。点ｘ１１はミラー部１２の一端ｘ１に対向する点であり、点ｘ１２はミラー部の他端ｘ２に対向する点である。すなわち、図１６においては、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが逆位相で変位している。

図１７は、同位相モードの場合のミラー部１２および第１アクチュエータ１４の振動する様子を示すシミュレーション図である。図１６と同様に濃淡により変位量が示されている。ミラー部１２が第１軸ａ１を中心として、ｘ軸方向の一端ｘ１が－ｚ軸方向に、ｘ軸方向の他端ｘ２が＋ｚ軸方向に傾き変位した状態を示している。また、第１アクチュエータ１４は、第１軸ａ１を中心として、点ｘ１１を含む部分は－ｚ軸方向に、点ｘ１２を含む部分は＋ｚ軸方向に変位している。すなわち、図１７においては、ミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが同位相で変位している。

図１６に示す駆動モードでミラー部１２を第１軸ａ１周りに往復回動させた場合に、不要振動を生じさせる恐れがある共振モードとしては、例えば、図１８～図２０に示すようなモードが挙げられる。

図１８に示す共振モードは、ミラー部１２がｚ軸方向に僅かに変位し、第２アクチュエータ１６の一対のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂが逆位相でｘ軸方向に変位するモード（以下において、第１不要モードという。）である。

図１９に示す共振モードは、ミラー部１２がｚ軸方向に僅かに変位し、第２アクチュエータ１６の一対のミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂが同位相でｘ軸方向に変位するモード（以下において、第２不要モードという。）である。

図２０に示す共振モードは、ミラー部１２および第１アクチュエータ１４が第２軸ａ２を中心に対称に歪むモード（以下において、第３不要モードという。）である。

このような不要モードによる不要振動が、駆動モードによって生じる往復回動に重畳すると、ミラー部１２が往復回動以外の不要な振動をするため、走査線のブレが生じて目的のスキャン角度が得られなくなる。しかし、Ｆ１－１００Ｈｚ～Ｆ１＋４５０Ｈｚの間、およびＦ２－１００Ｈｚ～Ｆ２＋４５０Ｈｚの間の周波数帯に如何なる共振モードも存在しなければ、駆動モードによる駆動時に不要モードが生じるのを抑制することができる。駆動モードでミラー部１２を第１軸ａ１周りに駆動した場合に、不要モードによる共振の発生を抑制することができる結果として、不要振動を抑制することができるので、目的のスキャン角度の範囲での走査線のブレの発生を抑制し、より精度の高い光走査を実現することができる。

マイクロミラーデバイス１の固有振動数は、マイクロミラーデバイス１を構成する要素の材料、形状およびサイズによって決定され、各要素のサイズを調整することで固有振動数を変化させることが可能である。従って、マイクロミラーデバイス１が上記関係式を満たすように各要素のサイズを調整すればよい。マイクロミラーデバイス１の作製に当たっては、マイクロミラーデバイス１の所望の性能に応じて、各要素の基準サイズを決定する。これらの基準サイズに基づいて、固有振動数を求めるシミュレーションを行い、シミュレーションで求めた固有振動数が上記関係式を満たすか否かを調べる。上記関係式を満たさない場合には、いずれかの要素のサイズを変化させる。例えば、ミラー部１２の直径、接続部２１の第１軸ａ１方向に沿った長さ（ミラー部１２外周から第１アクチュエータ１４までの長さ）、接続部２１の第２軸ａ２方向の幅、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂの各矩形板状部６１の第１軸ａ１方向に沿った長さおよび第２軸ａ２方向の幅、および第１アクチュエータ１４の第１軸ａ１方向の幅と第２軸ａ２方向の幅のうちの１つあるいは複数を変化させればよい。

以下、本開示の実施例のマイクロミラーデバイスについて説明する。

「実施例１」
以下の手順により図１に示した構成のマイクロミラーデバイスを実施例１として作製した。

－製造方法－
（工程１）Ｓｉハンドル層３５０μｍ、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）ボックス層１μｍ、Ｓｉデバイス層１００μｍ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、Ｉｒ層を１５０ｎｍ形成した。Ｔｉ層およびＩｒ層の積層構造が図２の下部電極３１に相当する。

（工程２）上記で得られた、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膜を３μｍ成膜した。圧電膜用のスパッタ成膜のターゲット材料としてはＰｂ_1.3((Ｚｒ_0.52Ｔｉ_0.48)_0.88Ｎｂ_0.12)Ｏ₃の組成のものを用いた。成膜圧力は２．２ｍＴｏｒｒ、成膜温度は４５０℃とした。得られた圧電膜は、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。

（工程３）上記で得られた圧電膜が形成された基板上に、リフトオフ法によってＰｔ／Ｔｉの積層構造による複数の個別電極部を含む上部電極をパターン形成した。

（工程４）その後、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：inductively coupled plasma)ドライエッチングにより、圧電膜および下部電極をパターンエッチングした。

（工程５）さらに、テトラエトキシシランを原料とした化学気相堆積法（ＴＥＯＳ－ＣＶＤ：tetraethoxysilane-chemical vapor deposition)法により、ＳｉＯ_２からなる絶縁層を全面に成膜した後、ＩＣＰドライエッチングによって絶縁層をパターニングした。

（工程６）リフトオフ法によって、Ａｕ/Ｔｉの積層構造をパターン形成し、ミラー部の反射面、電極端子および配線層を形成した。

（工程７）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、ミラー部および固定部材の形状を加工した。

（工程８）次に、基板の裏面からハンドル層を深堀反応性イオンエッチングした。基本的には、固定部材となる部分を残してハンドル層を除去した。

（工程９）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に示すマイクロミラーデバイス１を作製した。

上記作製工程においては、ミラー部の反射面を工程６で形成したが、電極端子および配線層の材料とは異なる反射材料を用いて反射面を形成してもよく、その場合は、たとえば工程６に続いて、反射面をリフトオフ法などで形成してもよい。

本実施例１のマイクロミラーデバイス１の各要素のサイズは以下の通りとした。
ミラー部１２の直径２．７ｍｍ、接続部２１のｙ軸方向長さ（ミラー部１２の外周から第１アクチュエータ１４までの長さ）Ｙ１＝０．７７ｍｍ、ｘ軸方向幅Ｘ１＝０．３８ｍｍ、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂの各矩形板状部６１のｙ軸方向長さＹ２＝４．５ｍｍ、ｘ軸方向幅Ｘ２＝０．４ｍｍとした（図２６参照）。
ミラー部１２、第１アクチュエータ１４および第２アクチュエータ１６、並びに接続部２１の厚みはデバイス層の厚みと等しい。

本構成のマイクロミラーデバイスにおいて、高速駆動側の第１共振モードの周波数を２０ｋＨｚとなるように第１アクチュエータ１４と接続部２１のサイズを設定しており、第２共振モードとしては、第１共振モードより低周波数側で往復回動を伴う共振モードのうち最も次数の小さい構成とした。

本実施例１には、図１２～図１５を参照して説明した通り、第１アクチュエータ１４を第１共振周波数の第１駆動信号により駆動し、第２アクチュエータ１６を第２共振周波数の第２駆動信号により駆動した。

[参考例］
参考例のマイクロミラーデバイス１００の平面図を図２１に示す。参考例のマイクロミラーデバイスは、実施例１と同様の作製手順で作製した。参考例のマイクロミラーデバイス１００は、ミラー部１１２と、ミラー部１１２を囲むように配置された環状の第１アクチュエータ１１４と、第１アクチュエータ１１４を囲む環状の第２アクチュエータ１１６と、固定部１２０と、第１接続部１２１と、第２接続部１２２と、第３接続部１２３とを備えている。それぞれのアクチュエータ１１４、１１６は圧電素子を備えた圧電アクチュエータである。

第１アクチュエータ１１４は各々圧電素子を備えた一対の半環状アクチュエータ部１１４Ａ、１１４Ｂを備え、その一対の半環状アクチュエータ部１１４Ａ、１１４Ｂがミラー部１１２を囲むように第１接続部１２１によって第１軸ａ１上で接続されている。第２アクチュエータ１１６は各々圧電素子を備えた一対の半環状アクチュエータ部１１６Ａ、１１６Ｂを備え、その一対の半環状アクチュエータ部１１６Ａ、１１６Ｂが第１アクチュエータ１１４を囲むように、第２接続部１２２によって第２軸ａ２上で接続されている。

第１アクチュエータ１１４および第２アクチュエータ１１６において、ハッチングで示す領域は、圧電素子の上部電極を構成する個別電極部である。半環状アクチュエータ部１１４Ａ、１１４Ｂ、１１６Ａ，１１６Ｂのそれぞれの上部電極はそれぞれ３つの個別電極部からなり、これによって規定される３つの圧電部を備える。第１アクチュエータ１１４は計６個の個別電極部ａｉ１～ａｉ３、ｂｉ１～ｂｉ３を備えている。第２アクチュエータ１１６は計６個の個別電極部ａｏ１～ａｏ３、ｂｏ１～ｂｏ３を備えている。

第１アクチュエータ１１４は第１軸ａ１周りの往復回動の駆動を担当し、第２アクチュエータ１１６は、第２軸ａ２周りの往復回動の駆動をそれぞれ担当する。

図２２は、第１共振モードでミラー部１１２が第１軸ａ１周りに往復回動する様子のシミュレーション図であり、ミラー部１１２が第１軸ａ１を中心として、ｘ軸方向の一端ｘ１が＋ｚ軸方向に、ｘ軸方向の他端ｘ２が－ｚ軸方向に傾き変位した状態を示している。図２２において、固定部は省略されており、色の濃淡は変位量を示している。色が濃いほど変位量が大きいことを示す。

第１半環状アクチュエータ部１１４Ａおよび１１４Ｂの個別電極部は、第１共振モードで第１アクチュエータ１１４を駆動した場合の最大変位状態において、第１アクチュエータ１１４の圧電膜の面内方向に生じる主応力のうち、絶対値が最大の主応力成分の符号の正負に応じて設けられており、その応力反転領域で分離されている。
第２半環状アクチュエータ部１１６Ａおよび１１６Ｂの個別電極部は、第２共振モードで第２アクチュエータ１１６を駆動した場合の最大変位状態において、第２アクチュエータ１１６の圧電膜の面内方向に生じる主応力のうち、絶対値が最大の主応力成分の符号の正負に応じて設けられており、その応力反転領域で分離されている。

第１アクチュエータ１１４において、同位相で駆動される個別電極部を同一の斜線で示す。図１８において、右上がり斜線で示した個別電極部ａｉ２、ｂｉ１、ｂｉ３は、引張応力領域ｔ１に対応する。図１８において、右下がり斜線で示した個別電極部ａｉ１、ａｉ３、ｂｉ２は、圧縮応力領域ｃ１に対応する。引張応力領域ｔ１に対応する個別電極部と、圧縮応力領域ｃ１に対応する個別電極部とで逆位相の第１共振モード用の第１駆動信号を印加する。

図２２に示すように、ミラー部１１２を第１軸ａ１周りに往復回動させるために、第１アクチュエータ１１４の各圧電部に対して駆動信号を入力した。ここでは、図２３に、右上がり斜線で示す個別電極部ａｉ２、ｂｉ１およびｂｉ３に、図１３に示すＶ_１ｂ、右下がり斜線で示す個別電極部ａｉ１、ａｉ３およびｂｉ２に、図１３に示すＶ_１ａの高速駆動信号を入力した。すなわち、個別電極部ａｉ２、ｂｉ１およびｂｉ３と個別電極部ａｉ１、ａｉ３およびｂｉ２とには、同一の高速周波数であって、互いに逆位相の駆動信号を入力した。

図２４は、第２共振モードでミラー部１１２および第１アクチュエータ１１４が第２軸ａ２周りに往復回動する様子のシミュレーション図であり、ミラー部１１２および第１アクチュエータ１１４が第２軸ａ２を中心として、第１アクチュエータ１１４のｙ軸方向の一端ｙ１が＋ｚ軸方向に、ｙ軸方向の他端ｙ２が－ｚ軸方向に傾き変位した状態を示している。図２２と同様に図２４において、色の濃淡は変位量を示している。色が濃いほど変位量が大きいことを示す。

図２４に示すように、第１アクチュエータ１１４およびミラー部１１２を第２軸ａ２周りに往復回動させるために、第２アクチュエータ１１６の各圧電部に対して駆動信号を入力した。ここでは、図２５に、右上がり斜線で示す個別電極部ａｏ２、ｂｏ１およびｂｏ３に、図１５に示すＶ_２ｂ、右下がり斜線で示す個別電極部ａｏ１、ａｏ３およびｂｏ２に、図１５に示すＶ_２ａの低速駆動信号を入力した。すなわち、個別電極部ａｏ２、ｂｏ１およびｂｏ３と個別電極部ａｏ１、ａｏ３およびｂｏ２とには、同一の低速周波数であって、互いに逆位相の駆動信号を入力した。

実施例１、参考例のマイクロミラーデバイスについて、第１共振周波数および第２共振周波数を測定した。また、それぞれ第１共振周波数および第２共振周波数の駆動波形を用いて第１共振モードおよび第２共振モードで駆動させた場合における第１軸ａ１周りに４５°スキャンさせるために必要な第１駆動信号の電圧振幅、第２軸ａ２周りに３０°スキャンさせるために必要な第２駆動信号の電圧振幅を調べた。結果を表１に示す。光学スキャン角度は、レーザーをマイクロミラーデバイスのミラー部の反射面に垂直入射し、スキャンラインの長さを、定規などを用いて測定し、幾何学的関係からスキャンの全角度を求める方法により測定した。

表１において、構造体の本体部サイズとは、固体枠（固定部２０）の内周のｘ軸方向長さ×ｙ軸方向長さである。

実施例１と参考例は、同一の大きさのミラー部を備えたマイクロミラーデバイスであるが、実施例１は参考例よりも構造体の本体部サイズを小さくすることができた。第２アクチュエータを一対のミアンダ型アクチュエータ部により構成した効果である。また、第２軸周りの共振周波数を大幅に低下させることができ、周波数比を１７と非常に大きくすることができた。

また、表１に示すように、本実施例１は参考例と比較して、第２軸周りの電圧振幅を大幅に小さくすることができ、結果として消費電力を抑制することができることが明らかである。

次に、上記実施例１と同様に図の図２６に示すマイクロミラーデバイスについて、構成要素のサイズを変化させ、不要振動の発生の有無について検討した結果について説明する。以下の実施例１１～２４は、実施例１と同様の手順で作製した。

「実施例１１～１６」
実施例１１～１６のマイクロミラーデバイスは、ミラー部１２の直径を２．７ｍｍとした。図２６に示すマイクロミラーデバイスの平面図におけるＸ１～Ｘ３およびＹ１～Ｙ３のサイズを変化させた。具体的には、各例の接続部２１のｘ軸方向幅Ｘ１、ｙ軸方向長さＹ１、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂの各矩形板状部６１のｘ軸方向幅Ｘ２、ｙ軸方向長さＹ２、第１アクチュエータ１４のｙ軸方向に延びる部分のｘ軸方向幅Ｘ３、ｘ軸方向に延びる部分のｙ軸方向幅Ｙ３は、表２に示す通りとした。他の構成要素については、実施例１と同様とした。

（各種共振モードの周波数および周波数差）
各例のマイクロミラーデバイスについて、ミラー部１２が第１軸周りに往復回動し、かつミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの周波数Ｆｏ、ミラー部が第１軸周りに往復回動し、かつミラー部１２と第１アクチュエータ１４とが互いに同位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの周波数Ｆｉを求めた。
そして、
Ｆ１＝Ｆｏ＋Ｆｉ
Ｆ２＝Ｆｏ－Ｆｉ
を算出した。

複数の共振モードの各々の周波数のうち、Ｆ１近傍の周波数、Ｆ２近傍の周波数を調べた。上記実施例１１～１６の各マイクロミラーデバイスの複数の共振モードのいずれの周波数もＦ１±１ｋＨｚ以内には存在しなかった。Ｆ２近傍には複数の共振モード（不要モード）が存在した。そのうち、Ｆ２に近い３つの周波数ＦＢ１、ＦＢ２およびＦＢ３を表３に示す。ＦＢ１は、図１８に示した第１不要モードの共振周波数であり、ＦＢ２は、図１９に示した第２不要モードの共振周波数であり、ＦＢ３は、図２０に示した第３不要モードの共振周波数であった。表中において、３つの周波数のうち最もＦ２に近い周波数ＦＢを太字で示している。実施例１１～１６において、ＦＢ２＝ＦＢであった。そして、ＦＢとＦ２との周波数差ΔＦ２＝Ｆ２－ＦＢを求めた。
なお、ここでは、市販の有限要素ソフトウェアの共振モード解析によって、周波数Ｆｉ、Ｆｏ、Ｆ１近傍の周波数、Ｆ２近傍の周波数を算出した。なお、実デバイスについては、外部振動あるいはアクチュエータに入力する駆動信号の周波数と変位量との関係を調べ、変位量がピークとなる点を共振周波数として求めることも可能である。

（評価）
実施例１１～１６のマイクロミラーデバイスについて、第１アクチュエータ１４に駆動モードの周波数Ｆｏの正弦波信号を駆動信号として入力し、ミラー部１２を第１軸周りに回動させる第１軸スキャン動作を行った。駆動信号の電圧振幅を徐々に大きくしていき、不要振動を発生させずに光学スキャン角度４５°まで達成できるかどうかを調べた。可視光レーザーをマイクロミラーデバイス１のミラー部１２の反射面に垂直入射し、走査線をスクリーンに投影した。実施例の中には光学スキャン角度４５°が達成できず、走査線が幅方向および長さ方向に時間的にブレてしま現象が生じるものが見られた。各実施例について、この走査線のブレの有無を確認し、スキャン動作を評価した。なお、走査線のブレは、駆動モードによるスキャン動作以外の振動、いわゆる不要振動が発生している結果であると考えられる。表３中では、上記の不要振動が発生せずに光学スキャン角度４５°を達成できたもの「無」、不要振動が発生したものを「有」と表記している。

各例の構成要素のサイズを表２に、各種周波数、周波数差および評価結果を表３示す。

「実施例１７～２４」
実施例１７～２４のマイクロミラーデバイスは、ミラー部１２の直径を３ｍｍとした。各例の接続部２１のｘ軸方向幅Ｘ１、ｙ軸方向長さＹ１、ミアンダ型アクチュエータ部１６Ａ，１６Ｂの各矩形板状部６１のｘ軸方向幅Ｘ２、ｙ軸方向長さＹ２、第１アクチュエータ１４のｙ軸方向に延びる部分のｘ軸方向幅Ｘ３、ｘ軸方向に延びる部分のｙ軸方向幅Ｙ３は、表４に示す通りとした。他の構成要素については、実施例１と同様とした。

（各種共振モードの周波数および周波数差）
実施例１７～２４のマイクロミラーデバイスについて、上記実施例１１～１６と同様に、周波数ＦｏおよびＦｉを求め、
Ｆ１＝Ｆｏ＋Ｆｉ
Ｆ２＝Ｆｏ－Ｆｉ
を算出した。

複数の共振モードの各々の周波数のうち、Ｆ１近傍の周波数、Ｆ２近傍の周波数を調べた。上記実施例１７～２４の各マイクロミラーデバイスの複数の共振モードのいずれの周波数もＦ２±１ｋＨｚ以内には存在しなかった。Ｆ１近傍には複数の共振モード（不要モード）が存在した。そのうち、Ｆ１に近い３つの周波数ＦＡ１、ＦＡ２およびＦＡ３を表５に示す。ＦＡ１は、図１８に示した第１不要モードの共振周波数であり、ＦＡ２は、図１９に示した第２不要モードの共振周波数であり、ＦＡ３は、図２０に示した第３不要モードの共振周波数であった。表中において、３つの周波数のうち最もＦ１に近い周波数ＦＡを太字で示している。実施例１７～１９、２３および２４において、ＦＡ１＝ＦＡであり、実施例２０～２２において、ＦＡ２＝ＦＡであった。そして、ＦＡとＦ１との周波数差ΔＦ１＝Ｆ１－ＦＡを求めた。

（評価）
上記実施例１１～１６の場合と同様に評価を行った。

各例の構成要素のサイズを表４に、各種周波数、周波数差および評価結果を表５に示す。

表３に示すように、不要振動が生じた実施例１２および１３は、ΔＦ２がＦ２－１００Ｈｚ以上かつＦ２＋４５０Ｈｚ以下の周波数範囲であった。他方、不要振動が生じなかった実施例１１、１４～１６については、ΔＦ２が、Ｆ２－１００Ｈｚ以上およびＦ２＋４５０Ｈｚ以下の範囲外、すなわち、Ｆ２－１００Ｈｚ未満もしくはＦ２＋４５０Ｈｚ超に存在した。

また、表５に示すように、不要振動が生じた実施例１７、１８、２０、２２および２４は、ΔＦ１がＦ１－１００Ｈｚ以上かつＦ１＋４５０Ｈｚ以下の周波数範囲であった。他方、不要振動が生じなかった実施例１９、２１および２３については、ΔＦ１が、Ｆ１－１００Ｈｚ以上およびＦ１＋４５０Ｈｚ以下の範囲外、すなわち、Ｆ１－１００Ｈｚ未満もしくはＦ１＋４５０Ｈｚ超に存在した。

以上の通り、ΔＦ１が、Ｆ１－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ１＋４５０Ｈｚ超であり、ΔＦ２が、Ｆ２－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ２＋４５０Ｈｚ超である場合、不要振動を生じず、走査線のブレを生じさせず良好な光スキャンを行うことができた。

なお、本開示の技術の実施に際しては、本実施例の構成および製造方法に限定されず、基板の材料、電極材料、圧電材料、膜厚、成膜条件などは、目的に応じて適宜選択することができる。

２０１９年４月２６日に出願された日本国特許出願２０１９－０８６６３４号および２０２０年４月２３日に出願された日本国特許出願２０２０－０７６９２７号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (8)

1. 光を反射する反射面を有するミラー部と、
   各々圧電素子を備えた一対の半環状アクチュエータ部を備え、前記一対の半環状アクチュエータ部を前記ミラー部を囲んで配置した第１アクチュエータと、
   前記ミラー部と前記第１アクチュエータとを、第１軸周りで前記ミラー部が回動可能に接続する接続部と、
   前記第１アクチュエータの外周に配置された固定部と、
   前記第１アクチュエータと前記固定部との間に配置され、かつ各々圧電素子を備えた１枚以上の矩形板状部を含むミアンダ型アクチュエータ部を一対備えた第２アクチュエータとを有し、
   前記一対のミアンダ型アクチュエータ部の各々は、前記矩形板状部の長手方向が前記第１軸に沿った方向に配置され、各々の一端が前記一対の半環状アクチュエータ部各々の外周と接続され、各々の他端が前記固定部に接続されており、
   前記各圧電素子は、それぞれ下部電極、圧電膜および上部電極が積層された構造をなし、
   前記第１アクチュエータが、前記ミラー部に前記第１軸周りの回転トルクを作用させ、前記第２アクチュエータが、前記第１アクチュエータに前記第１軸と交差する第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、前記ミラー部を前記第１軸および前記第２軸周りに２次元回転駆動するマイクロミラーデバイスであり、
   前記ミラー部が前記第１軸周りに往復回動し、かつ前記ミラー部と前記第１アクチュエータとが互いに逆位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数をＦｏ、前記ミラー部が前記第１軸周りに往復回動し、かつ前記ミラー部と前記第１アクチュエータとが互いに同位相で往復回動する共振モードのうち最も低次モードの共振周波数をＦｉとし、
   Ｆ１＝Ｆｏ＋Ｆｉ
   Ｆ２＝Ｆｏ－Ｆｉ
   とした場合において、
   複数の共振モードの各々の共振周波数のうち、前記Ｆ１に最も近い共振周波数が、
   Ｆ１－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ１＋４５０Ｈｚ超であり、
   前記複数の共振モードの各々の共振周波数のうち、前記Ｆ２に最も近い共振周波数が、
   Ｆ２－１００Ｈｚ未満、もしくは、Ｆ２＋４５０Ｈｚ超であるマイクロミラーデバイス。
2. 前記ミアンダ型アクチュエータ部は、前記矩形板状部を２枚以上備え、前記２枚以上の矩形板状部が連結部を介して折り返すように連結されてなる請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
3. 前記一対の半環状アクチュエータ部各々に備えられた前記圧電素子各々の前記上部電極が複数の個別電極部を含み、
   前記複数の個別電極部が、前記ミラー部を前記第１軸周りに往復回動する第１共振モードで駆動させた場合の最大変位状態において、前記圧電膜の面内方向に生じる主応力のうち、絶対値が最大の主応力成分の正負が反転する応力反転領域で分離配置されており、
   前記各圧電素子は、前記複数の個別電極部の各々により規定される複数の圧電部を含む請求項１または２に記載のマイクロミラーデバイス。
4. 前記接続部が、前記ミラー部と前記一対の半環状アクチュエータ部各々の一端、および前記ミラー部と前記一対の半環状アクチュエータ部各々の他端の各々を前記第１軸上で接続する請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイス。
5. 前記一対の半環状アクチュエータ部各々の前記圧電素子各々の前記上部電極は、前記第１軸に対して互いに対称に形成された複数の個別電極部からなる請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイス。
6. 前記一対の半環状アクチュエータ部各々の前記圧電素子各々の前記上部電極は、周方向に分離された、少なくとも３つの個別電極部からなる請求項５に記載のマイクロミラーデバイス。
7. 前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータの前記圧電素子に駆動信号を入力するための駆動回路を備えた請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイス。
8. 前記駆動回路は、前記ミラー部を前記第１軸周りに往復回動する第１共振モードで駆動し、かつ、前記ミラー部および前記第１アクチュエータを前記第２軸周りに往復回動する第２共振モードで駆動する駆動信号を前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータ各々の前記圧電素子に入力する請求項７に記載のマイクロミラーデバイス。

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