(57)【要約】      （修正有）【課題】可動部を所望の回動動作で回動させることが可能となる。【解決手段】折り返し弾性変形部における第一弾性変形部１２を変形させる第一圧電素子２０と、第二弾性変形部１３を変形させる第二圧電素子２１と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号Ｖａ及び第二駆動信号Ｖｂを印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、可動部を所定の回動軸回りで回動させる回動装置において、前記第一圧電素子における、前記第一駆動電圧信号の信号線１１１と前記第一圧電素子との接続位置１１３と、前記第二圧電素子における、前記第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線１１５と前記第二圧電素子との接続位置１１６との関係が、前記折り返し構造の全体にわたって相対的に同一又は対称の関係である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上の第一弾性変形部と一以上の第二弾性変形部を含み、最初の前記第一弾性変形部の終端と、最初の前記第二弾性変形部の始端とが最初の折り返し部で連結され、最初の前記第二弾性変形部の終端と次の前記第一弾性変形部の始端とが次の折り返し部で連結される折り返し構造を一回以上繰り返して構成される折り返し弾性変形部と、
前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持部と、
前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部と、
前記第一弾性変形部に設けられ、該第一弾性変形部を変形させる第一圧電素子と、
前記第二弾性変形部に設けられ、該第二弾性変形部を変形させる第二圧電素子と、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧及び第二駆動電圧を印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、前記可動部を所定の回動軸回りで回動させる圧電素子駆動手段と、
前記第一圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第一信号線と、
前記第二圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第二信号線と、
を備え、
前記第一圧電素子は、第一電圧印加用電極、第一圧電体層、共通電位用電極を含み、
前記第二圧電素子は、第二電圧印加用電極、第二圧電体層、前記共通電位用電極を含み、
前記第一圧電素子における、前記第一信号線と前記第一圧電素子の前記第一電圧印加用電極とが接続する第一接続位置は、前記第二圧電素子における、前記第二信号線と前記第二圧電素子の前記第二電圧印加用電極とが接続する第二接続位置に対して、相対的に同一、または対称の関係となるように設けられていることを特徴とする回動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回動装置において、
前記第一圧電素子は、前記第一弾性変形部上に前記第一電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第一下部電極層、前記第一圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第一電圧印加用電極に対応する第一上部電極層が積層された構成を有し、
前記第二圧電素子は、前記第二弾性変形部上に前記第二電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第二下部電極層、前記第二圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第二電圧印加用電極に対応する第二上部電極層が積層された構成を有し、  前記第一下部電極層に接続される第一下部電極配線及び前記第一上部電極層に接続される第一上部電極配線のいずれか一方が、前記第一駆動電圧を印加するための前記第一信号線であり、他方が共通電位線であり、
前記第二下部電極層に接続される第二下部電極配線及び前記第二上部電極層に接続される第二上部電極配線のいずれか一方が、前記第二駆動電圧を印加するための前記第二信号線であり、他方が前記共通電位線であり、
前記折り返し弾性変形部の各折り返し部で、前記第一および第二下部電極配線が前記第一および第二上部電極配線に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする回動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回動装置において、
前記第一下部電極配線の前記第一圧電素子に対する接続位置及び前記第二下部電極配線の前記第二圧電素子に対する接続位置は、前記弾性変形部の各折り返し部で、前記第一上部電極配線の該第一圧電素子に対する接続位置及び前記第二上部電極配線の該第二圧電素子に対する接続位置に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする回動装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の回動装置において、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、いずれも矩形状であり、
前記第一下部電極配線、前記第二下部電極配線及び前記第一上部電極配線、前記第二上部電極配線は、いずれも、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子上のいずれかの隅に寄った位置で接続されていることを特徴とする回動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回動装置において、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、互いに同一形状であり、かつ、前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部に対してそれぞれ設けられる位置は、相対的に同一であることを特徴とする回動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回動装置において、
前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部は、前記折り返し構造の全体にわたって、同一形状であることを特徴とする回動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回動装置において、
前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を繰り返し回動させる可動部回動手段を有することを特徴とする回動装置。
【請求項８】
光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置において、
前記走査手段は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、
前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する画像表示装置において、
前記走査手段は、請求項７に記載の回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査するものであり、
前記可動部を前記所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、前記可動部を前記第二回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回動装置、光走査装置及び画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回動装置としては、例えば、光出力手段から出力される光を走査するためのミラー等の光学部材を回動させる光走査装置に用いられるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、３つ以上の振動板（第一弾性変形部又は第二弾性変形部）が２以上のターン部で折り返されるように連結したミアンダ形状の振動子（折り返し弾性変形部）を有する光反射素子（光走査装置）が開示されている。この光反射素子は、２つの振動子がミラー部（可動部）を挟み込むように配置され、各振動子の一端（終端）でミラー部の両側それぞれを支持している。この光反射素子は、各振動板の圧電素子に駆動信号を印加することにより、各振動子の振動板を湾曲変形させ、これによりミラー部を所定の回動軸の回りで回動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６４０９７４号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、一以上の第一弾性変形部と一以上の第二弾性変形部を含み、最初の前記第一弾性変形部の終端と、最初の前記第二弾性変形部の始端とが最初の折り返し部で連結され、最初の前記第二弾性変形部の終端と次の前記第一弾性変形部の始端とが次の折り返し部で連結される折り返し構造を一回以上繰り返して構成される折り返し弾性変形部と、前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持部と、前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部と、前記第一弾性変形部に設けられ、該第一弾性変形部を変形させる第一圧電素子と、前記第二弾性変形部に設けられ、該第二弾性変形部を変形させる第二圧電素子と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧及び第二駆動電圧を印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、前記可動部を所定の回動軸回りで回動させる圧電素子駆動手段と、前記第一圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第一信号線と、前記第二圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第二信号線と、を備え、前記第一圧電素子は、第一電圧印加用電極、第一圧電体層、共通電位用電極を含み、前記第二圧電素子は、第二電圧印加用電極、第二圧電体層、前記共通電位用電極を含み、前記第一圧電素子における、前記第一信号線と前記第一圧電素子の前記第一電圧印加用電極とが接続する第一接続位置は、前記第二圧電素子における、前記第二信号線と前記第二圧電素子の前記第二電圧印加用電極とが接続する第二接続位置に対して、相対的に同一、または対称の関係となるように設けられていることを特徴とする回動装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間の変形を均一化することが容易になり、可動部を所望の回動動作で回動させることが可能となるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１における自動車用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。
【図２】同自動車用ＨＵＤ装置の内部構成を模式的に表した模式図である。
【図３】同自動車用ＨＵＤ装置によって表示される画像例を示す説明図である。
【図４】実施形態１に係るアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板を示す平面図である。
【図５】フレーム基板上の副走査用圧電素子に印加される副走査駆動信号を示す波形図である。
【図６】第一副走査駆動部における第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びにこれらの折り返し部における信号線の配線の従来例を示す説明図である。
【図７】図６中の符号Ａ−Ａの断面図である。
【図８】図６中の符号Ｂ−Ｂの断面図である。
【図９】図６中の符号Ｃ−Ｃの断面図である。
【図１０】副走査方向の回動角度の理想の時間変化を示すグラフである。
【図１１】副走査方向の回動角度の時間変化に共振周波数の振動成分が含まれる例を示すグラフである。
【図１２】第一弾性変形部の変形動作中における共振周波数振動成分と第二弾性変形部の変形動作中における共振周波数振動成分とが互いに打ち消し合う例を示すグラフである。
【図１３】ラスタスキャンにより画像を表示するときの説明図である。
【図１４】垂直走査（副走査）の光走査速度が不均一であるときに画像のムラが発生する説明図である。
【図１５】実施形態１における第一副走査駆動部の第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びにこれらの折り返し部における信号線の配線を示す説明図である。
【図１６】実施形態１において、第五弾性変形部の一端を可動部枠で片持ち支持する変形例のアクチュエータ駆動デバイスを示す平面図である。
【図１７】実施形態１において、一次元走査用のアクチュエータ駆動デバイスの変形例を示す平面図である。
【図１８】実施形態２における画像形成装置の光書込ユニットの一例を表す構成図である。
【図１９】同画像形成装置の一例を示す説明図である。
【図２０】実施形態３における物体認識装置の概要を示す説明図である。
【図２１】同物体認識装置の主要部を示すブロック図である。
【図２２】圧電素子における電極の接続位置を示す図である。
【図２３】圧電素子における電極の接続位置を示す図である。
【図２４】副走査駆動部における信号線と圧電素子の接続位置を示す図である。
【図２５】副走査駆動部における信号線と圧電素子の接続位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施形態１〕
以下、本発明に係る回動装置を、画像表示装置であるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の光走査装置に適用した一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態１」という。）について説明する。
【０００９】
移動体である自動車に搭載  されるＨＵＤ装置の一例であるが、これに限らず、車両、船舶、航空機、移動式ロボットなどの移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載される画像表示装置の光走査装置としても適用できる。
【００１０】
図１は、本実施形態１における自動車用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。
【００１１】
図２は、本実施形態１における自動車用ＨＵＤ装置の内部構成を模式的に表した模式図である。
【００１２】
本実施形態１における自動車用ＨＵＤ装置２００は、例えば、自動車３０１のダッシュボード内に設置される。ダッシュボード内の自動車用ＨＵＤ装置２００から発せられる画像光である投射光Ｌがフロントガラス３０２で反射され、ユーザーである観察者（運転者３００）に向かう。これにより、運転者３００は、例えば、図３に示すようなナビゲーション画像を虚像として視認することができる。なお、フロントガラス３０２の内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させるようにしてもよい。
【００１３】
図３に示すナビゲーション画像には、第一表示領域２２０Ａに、自動車３０１の速度（図示の例では「６０ｋｍ／ｈ」という画像）が表示されている。また、第二表示領域２２０Ｂには、カーナビゲーション装置によるナビゲーション画像が表示されている。図示の例では、次の曲がり角で曲がる方向を示す右折指示画像と、次の曲がり角までの距離を示す「あと４６ｍ」という画像が、ナビゲーション画像として表示されている。また、第三表示領域２２０Ｃには、カーナビゲーション装置による地図画像（自車両周囲の地図画像）が表示されている。
【００１４】
自動車用ＨＵＤ装置２００は、赤色、緑色、青色のレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂと、各レーザー光源に対して設けられるコリメータレンズ２０２，２０３，２０４と、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６と、光量調整部２０７と、光走査装置２０８と、自由曲面ミラー２０９と、スクリーン２１０と、投射ミラー２１１と、制御部２５０とから構成されている。そして、本実施形態１における光出力手段としての光源ユニット２３０は、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４、ダイクロイックミラー２０５，２０６が、光学ハウジングによってユニット化されている。
【００１５】
本実施形態１の自動車用ＨＵＤ装置２００は、スクリーン２１０に表示される中間像を自動車３０１のフロントガラス３０２に投射することで、その中間像を運転者３００に虚像として視認させる。レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂから発せられる各色レーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６により合成される。合成されたレーザー光は、光量調整部２０７で光量が調整された後、光走査装置２０８によって二次元走査される。光走査装置２０８で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー２０９で反されて歪みを補正された後、スクリーン２１０に集光され、中間像を表示する。スクリーン２１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、スクリーン２１０に入射してくる投射光Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。
【００１６】
光走査装置２０８は、制御部２５０により、後述するアクチュエータ駆動デバイスでミラーを主走査方向及び副走査方向に往復回動動作させ、ミラーに入射する投射光Ｌを二次元走査（ラスタスキャン）する。このアクチュエータ駆動デバイスの駆動制御は、制御部２５０により、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。
【００１７】
本実施形態１においては、自動車用ＨＵＤ装置２００により表示される虚像の周囲の明るさを測定するための照度計が、ダッシュボード等に配置されている。この照度計の測定結果に応じて、制御部は光量調整部２０７を制御する。具体的には、虚像周囲が明るいほど当該光量調整部２０７を透過する投射光の光量が多くなるように制御し、虚像周囲が暗いほど当該光量調整部２０７を透過する投射光の光量が少なくなるように制御する。このような光量調整制御を行うことで、虚像周囲（自車両前方）が明るくても高い輝度の画像を表示して画像の視認性を確保できる。また、虚像周囲（自車両前方）が暗い場合、画像の輝度が高いと画像が眩しくて自車両前方の視認性を落とすことになるが、前記のような光量調整制御を行うことで、虚像周囲（自車両前方）が暗い場合の自車両前方の視認性も確保することができる。
【００１８】
次に、光走査装置２０８を構成するアクチュエータ駆動デバイスの構成及び動作について説明する。
【００１９】
図４は、本実施形態１のアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板１０を示す平面図である。
【００２０】
本実施形態１におけるアクチュエータ駆動デバイスは、Ｘ方向（主走査方向に対応）及びＹ方向（副走査方向に対応）の二方向に光を走査（スキャン）するＭＥＭＳスキャナである。本実施形態１のフレーム基板１０は、外周囲に位置する支持部としての支持フレーム１１と、この支持フレーム１１内の複数の切込Ｋ１〜Ｋ６によって形成された弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂと、可動部枠１８と、トーションバー１９Ａ，１９Ｂと、可動部１７とを有している。本実施形態１におけるアクチュエータ駆動デバイスは、可動部１７を主走査方向に回動させる第一可動部回動手段としての主走査駆動部３１と、可動部１７を副走査方向に回動させる第二可動部回動手段としての副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂとに大別できる。
【００２１】
第一副走査駆動部３２Ａにおいて、第一弾性変形部１２は、一端（始端）が支持フレーム１１に固定され、その他端が第二弾性変形部１３の後部に固定されている。第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３とは切込Ｋ１，Ｋ２，Ｋ７によって３回の折り返し構造（ミアンダ構造）となっている。そして、最後の折り返し構造の第二弾性変形部１３の先端部（終端）には、可動部枠１８の図中右上角部が固定されている。
【００２２】
同様に、第二副走査駆動部３２Ｂにおいて、第三弾性変形部１４（第二副走査駆動部３２Ｂにおける第一弾性変形部）は、他端（始端）が支持フレーム１１に固定され、その一端が第四弾性変形部１５（第二副走査駆動部３２Ｂにおける第二弾性変形部）の後部に固定されている。第三弾性変形部１４と第四弾性変形部１５とは切込Ｋ１，Ｋ２，Ｋ８によって３回の折り返し構造となっている。そして、最後の折り返し構造の第四弾性変形部１５の先端部（終端）には、可動部枠１８の図中左下角部が固定されている。
【００２３】
また、主走査駆動部３１において、可動部枠１８の内部には、切込Ｋ３〜Ｋ６が形成され、図中左右方向に延びる２つの第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが可動部枠１８の図中左右枠部の間を連結するように形成されている。また、２つの第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの図中左右方向中央部には、それぞれ、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの一端が固定されており、これらのトーションバー１９Ａ，１９Ｂの各他端で可動部１７の図中上下端をそれぞれ保持している。可動部１７の表面には光学部材としてのミラー１７Ｍが形成されている。
【００２４】
弾性変形部１２〜１５の表面には、弾性変形部１２〜１５が弾性変形するための駆動力を付与する駆動手段としての副走査用圧電素子２０〜２３が取り付けられている。また、第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの表面には、第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが弾性変形するための駆動力を付与する第二駆動手段としての主走査用圧電素子２４が取り付けられている。
【００２５】
可動部１７は、副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂにおける弾性変形部１２〜１５の弾性変形により、可動部枠１８並びにその内部の第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂ、トーションバー１９Ａ，１９Ｂ及び可動部１７が一体となって、Ｘ方向に平行な回動軸（可動部１７上のミラー１７Ｍの略中心点を通るＸ方向軸）の回りの回転トルクが与えられて往復回動動作する。すなわち、副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂは、主走査駆動部３１の全体をＸ軸回りに回動させることで、可動部１７の副走査方向への回動動作を実現する。
【００２６】
詳しくは、第一副走査駆動部３２Ａにおける第一圧電素子である第一副走査用圧電素子２０及び第二副走査駆動部３２Ｂにおける第二圧電素子である第四副走査用圧電素子２３には、図５中符号Ｖａで示す第一副走査駆動信号が印加される。一方、第一副走査駆動部３２Ａにおける第二圧電素子である第二副走査用圧電素子２１及び第二副走査駆動部３２Ｂにおける第一圧電素子である第三副走査用圧電素子２２には、図５中符号Ｖｂで示す第二副走査駆動信号が印加される。このような副走査駆動信号Ｖａ，Ｖｂが印加されると、その電圧値に応じて各副走査用圧電素子２０〜２３が伸縮し、この伸縮により各弾性変形部１２〜１５がそれぞれ反り返るように湾曲変形する。具体的には、例えば、支持フレーム１１に対して可動部枠１８の図中上端側が図中紙面奥側へ変位する一方、図中下端側が図中紙面手前側へ変位する。このような変位により、可動部枠１８内の可動部１７の支持フレーム１１に対する傾斜角度が変化し、可動部１７上のミラー１７Ｍがそのミラー１７Ｍの略中心点を通るＸ方向軸の回りを往復回動動作する。
【００２７】
本実施形態１における副走査方向用の駆動信号の周波数は、例えば数十Ｈｚ程度に設定される。一般的な画像あるいは映像を表示する画像表示装置の画像垂直方向への光走査に利用する場合、６０〜７０Ｈｚ程度の周波数に設定される。また、本実施形態１における副走査駆動信号はのこぎり波状の駆動信号であるが、これに限られるものではない。
【００２８】
一方、主走査駆動部３１は、可動部１７上のミラー１７ＭにおけるＹ方向軸回り（主走査方向）の往復回動動作を実現する。主走査駆動部３１において、可動部１７は、第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの弾性変形によりＹ方向に平行な回動軸（可動部１７上のミラー１７Ｍの略中心点を通るＹ方向軸）の回りの回転トルクが与えられて回動動作する。本実施形態１においては、上述した副走査方向の回動動作１回に対して、主走査方向への回動動作を複数回（例えば５２５回）行うラスタスキャン動作を行う。そのため、主走査方向への回動動作は可能な限り少ないエネルギーで大きな回動動作を実現することが望まれる。そこで、本実施形態１では、主走査方向用の駆動信号としては、第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの弾性変形に対して共振動作できる共振周波数に設定されている。
【００２９】
主走査駆動信号が印加されると、その電圧値に応じて主走査用圧電素子２４が伸縮し、この伸縮により各第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが反り返って湾曲変形する。これにより、第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂに固定されているトーションバー１９Ａ，１９Ｂにその長手方向回りの捩れが生じ、支持フレーム１１に対する可動部１７の傾斜角度が変化して、可動部１７上のミラー１７ＭがＹ方向軸回り（主走査方向）へ往復回動動作する。
【００３０】
本実施形態１において、主走査方向については共振を利用して回動動作を行うため、安定して大きな回動動作が実現しやすいが、これにより、副走査方向については共振を利用して回動動作を行うことが困難となる。そのため、本実施形態１において、副走査方向については非共振の回動動作となっている。非共振の回動動作では、一の副走査用圧電素子によって実現できる弾性変形量が少ないため、本実施形態１では、上述したとおり、弾性変形部１２〜１５に３回の折り返し構造を設けるとともに、第一及び第四の副走査用圧電素子２０，２３と第二及び第三の副走査用圧電素子２１，２２という２組の圧電素子グループを並列動作させることで、可動部１７の大きな回動動作を実現している。
【００３１】
しかも、本実施形態１では、可動部１７を挟み込むように配置される２つの副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂの折り返し構造（ミアンダ構造）が、可動部１７に対して点対称形状となっている。そのため、各副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂの弾性変形部１２〜１５の終端は、可動部枠１８におけるＹ方向の互いに反対側の端部（図中上端と図中下端）をそれぞれ支持している。そして、本実施形態１では、上述したとおり、支持フレーム１１に対して可動部枠１８の図中上端側を図中紙面奥側へ変位させ、図中下端側を図中紙面手前側へ変位させるように、各副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂの各副走査用圧電素子２０〜２３に副走査駆動信号Ｖａ，Ｖｂを印加する。このような構成のため、可動部１７を挟み込むように配置される２つの副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂの折り返し構造（ミアンダ構造）が、可動部１７を通るＹ方向軸に対して線対称形状である構成よりも、可動部１７の大きな回動動作を実現できる。
【００３２】
本実施形態１は、副走査用圧電素子２０〜２３を、フレーム基板１０の一方の面のみに形成している。また、本実施形態１のフレーム基板１０は、詳しくは後述するが、シリコンウエハ（Ｓｉ）を加工したシリコン基板から作成される。また、主走査用圧電素子２４、副走査用圧電素子２０〜２３及びこれらの電極の形成は、半導体プロセスに準じて行うことができ、大量生産によるコストダウンを図ることが容易である。特に、本実施形態１では、圧電素子２０〜２４が取り付けされる弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂ及び可動部枠１８が、同じ基板であるフレーム基板１０という単一部材から構成された単一の構造体である。しかも、弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂを部分的に変位させる（湾曲変形させる）駆動力あるいは変位力を付与する駆動手段として、いずれも圧電素子２０〜２４を用いている。よって、これらの圧電素子２０〜２４やその信号線などの配線を一括して形成することが可能となり、製造プロセスを簡単化できる。各圧電素子２０〜２４としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いているが、他の圧電素子材料であってもよい。
【００３３】
ここで、本実施形態１において、第一副走査駆動部３２Ａは、第一弾性変形部１２に設けられる第一副走査用圧電素子２０には、第一駆動電圧信号用信号線が接続され、その第一駆動電圧信号用信号線から第一駆動電圧信号としての第一副走査駆動信号Ｖａが印加される。同様に、第二弾性変形部１３に設けられる第二副走査用圧電素子２１には、第二駆動電圧信号用信号線が接続され、その第二駆動電圧信号用信号線から第二駆動電圧信号としての第二副走査駆動信号Ｖｂが印加される。このように、折り返し構造をなす弾性変形部上の第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３という異なる部分に対して、互いに異なる駆動電圧信号Ｖａ，Ｖｂを印加してそれぞれを湾曲変形させる場合、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で、湾曲変形の状態が不均一となりやすい。そのため、第一弾性変形部１２の形状と第二弾性変形部１３の形状とを高精度に同一としたり、これらの上に設けられる第一副走査用圧電素子２０の形状と第二副走査用圧電素子２１の形状とを高精度に同一としたりしても、可動部１７を所望の回動動作で回動させることが難しい。
【００３４】
本発明者らは、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態が不均一となることの要因の１つに、第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１との間における信号線の接続位置の関係が同一でもなく対称でもないことが影響していることを見出した。以下、これについて詳しく説明する。なお、ここでは、第一副走査駆動部３２Ａについて述べるが、第二副走査駆動部３２Ｂについても同様である。
【００３５】
図６は、第一副走査駆動部３２Ａにおける第一弾性変形部１２及び第二弾性変形部１３並びにこれらの折り返し部における信号線の配線の従来例を示す説明図である。
【００３６】
図７は、図６中の符号Ａ−Ａの断面図である。
【００３７】
図８は、図６中の符号Ｂ−Ｂの断面図である。
【００３８】
図９は、図６中の符号Ｃ−Ｃの断面図である。
【００３９】
副走査用圧電素子２０，２１は、弾性変形部１２，１３上に下部電極層２０ｂ，２１ｂ、圧電体層２０ａ，２１ａ及び上部電極層２０ｃ，２１ｃが積層され、その周囲を絶縁層１１４によって覆った構成となっている。本実施形態１における副走査用圧電素子２０，２１は、いずれも、下部電極層２０ｂ，２１ｂに対し、グランドに落とす（アースする）グランド信号線１１２が接続される。一方、第一副走査用圧電素子２０の上部電極層２０ｃには、第一副走査駆動信号Ｖａの信号線１１１が、絶縁層１１４に設けられた接続箇所としてのコンタクトホール１１３を通じて接続される。他方、第二副走査用圧電素子２１の上部電極層２１ｃには、第二副走査駆動信号Ｖｂの信号線１１５が、絶縁層１１４に設けられた接続箇所としてのコンタクトホール１１６を通じて接続される。
【００４０】
副走査用圧電素子２０，２１は、折り返し構造をなす弾性変形部材の始端から終端にかけて交互に配置されるため、第一副走査駆動信号Ｖａの信号線１１１及び第二副走査駆動信号Ｖｂの信号線１１５は、それぞれ、一つおきの副走査用圧電素子２０，２１間を直列で接続するように配線される。これらの信号線１１１，１１５及びグランド信号線１１２は、これらを同一の配線パターン作成工程で作成する等の目的で、互いに交差しないように、弾性変形部材上の互いに異なる位置を通るように配線される。そして、配線効率や製造の簡素化などの観点を考慮すると、例えば、図６に示すように、第一副走査駆動信号Ｖａの信号線１１１の第一副走査用圧電素子２０に対する接続位置（第一副走査用圧電素子２０に対するコンタクトホール１１３の位置）と、第二副走査駆動信号Ｖｂの信号線１１５の第二副走査用圧電素子２１に対する接続位置（第二副走査用圧電素子２１に対するコンタクトホール１１６の位置）とが、同一の関係にも、対称の関係にもならないことがある。
【００４１】
具体的には、図６に示す従来例においては、コンタクトホール１１３の位置は、第一副走査用圧電素子２０（矩形状の上部電極層２０ｃ）の一隅に寄った位置に形成されているのに対し、コンタクトホール１１６の位置は、第二副走査用圧電素子２１（矩形状の上部電極層２１ｃ）の短手方向中央の位置に形成されている。一般に、圧電素子に対する信号線の接続位置が異なると、同じ駆動電圧信号を印加したとしても、その駆動電圧信号の印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布（電界）が異なり、圧電素子の変形状態も異なる。そのため、信号線の接続位置が一隅（短手方向一端部）に寄っている第一副走査用圧電素子２０と、信号線の接続位置が短手方向中央部である第二副走査用圧電素子２１とでは、第一弾性変形部１２及び第二弾性変形部１３をそれぞれ変形させる変形力の大きさや変形方向に違いが生じ、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態に不均一が生じる。このように、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態に不均一が生じると、可動部１７を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが困難となる。
【００４２】
特に、本実施形態１においては、可動部１７の重量、支持フレーム１１の剛性などに応じた固有の共振周波数を有する。副走査方向への可動部１７の回動動作は、本来、図１０に示すように、その回動角度が直線的に時間変化することが望まれるが、実際には、図１１に示すように共振周波数の振動成分が乗ってしまい、副走査方向における回動角度が直線的に時間変化する回動動作を実現できないことがある。そこで、本実施形態１においては、図１２に示すように、第一弾性変形部１２の変形動作中における共振周波数振動成分（図１２中符号Ａで示す波形）と第二弾性変形部１３の変形動作中における共振周波数振動成分（図１２中符号Ｂ0で示す波形）とが互いに打ち消し合うように、第一副走査用圧電素子２０に印加される第一副走査駆動信号Ｖａと、第二副走査用圧電素子２１に印加される第二副走査駆動信号Ｖｂとがそれぞれ設定されている。
【００４３】
しかしながら、上述したように、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態に不均一が生じていると、第一弾性変形部１２の変形動作中における共振周波数振動成分（図１２中符号Ａで示す波形）と第二弾性変形部１３の変形動作中における共振周波数振動成分（図１２中符号Ｂ0で示す波形）とが互いに打ち消し合うように、第一副走査駆動信号Ｖａと第二副走査駆動信号Ｖｂとを調整することが困難となる。そのため、共振周波数の振動成分が影響して、可動部１７を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが困難となる。
【００４４】
本実施形態１において、可動部１７のミラーに入射する投射光Ｌを図１３に示すように二次元走査（ラスタスキャン）することにより画像を表示する場合、Ｘ軸方向に対応する水平走査（主走査）は、主走査駆動部３１による機械的な共振駆動を利用した回動動作によって実現し、Ｙ軸方向に対応する垂直走査（副走査）は、副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂによる非共振の回動動作によって実現する。この垂直走査（副走査）において共振周波数の振動成分が乗ってしまうと、可動部１７の回動速度（副走査方向における走査速度）が不均一になり、表示される画像上においては、図１４に示すように垂直方向（Ｙ軸方向）における投射光Ｌの強度ムラ、つまり画像のムラとなって現れる。
【００４５】
図１５は、本実施形態１における第一副走査駆動部３２Ａの第一弾性変形部１２及び第二弾性変形部１３並びにこれらの折り返し部における信号線の配線を示す説明図である。
【００４６】
本実施形態１においては、第一副走査用圧電素子２０における、第一駆動電圧信号Ｖａの信号線１１１の第一副走査用圧電素子２０に対する接続位置（コンタクトホール１１３の位置）と、第二副走査用圧電素子２１における、第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線１１５の第二副走査用圧電素子２１に対する接続位置（コンタクトホール１１６の位置）との関係が、折り返し構造の全体にわたって相対的に同一、又は対称の関係になるように構成している。具体的には、コンタクトホール１１３の位置は、第一副走査用圧電素子２０（矩形状の上部電極層２０ｃ）の一隅に寄った位置に形成されているのに対し、コンタクトホール１１６の位置も、第二副走査用圧電素子２１（矩形状の上部電極層２１ｃ）の一隅に寄った位置に形成されている。このような構成により、第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１との間で、駆動電圧信号Ｖａ，Ｖｂの印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布（電界）の違いが抑制される。その結果、第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１との間で、その変形状態を均一化しやすくなり、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態を均一化することが容易になる。よって、可動部１７を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが容易になる。
【００４７】
しかも、このような構成により、第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１との間でその変形状態を均一化しやすくなる結果、第一弾性変形部１２の変形動作中における共振周波数振動成分（図１２中符号Ａで示す波形）と第二弾性変形部１３の変形動作中における共振周波数振動成分（図１２中符号Ｂ0で示す波形）とが互いに打ち消し合うように、第一副走査駆動信号Ｖａと第二副走査駆動信号Ｖｂとを調整しやすくなる。したがって、副走査方向の回動動作中の共振周波数の振動成分の影響を抑制して、可動部１７を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが容易となる。
【００４８】
本実施形態１のように、第一副走査用圧電素子２０における、第一駆動電圧信号Ｖａの信号線１１１の第一副走査用圧電素子２０に対する接続位置（コンタクトホール１１３の位置）と、第二副走査用圧電素子２１における、第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線１１５の第二副走査用圧電素子２１に対する接続位置（コンタクトホール１１６の位置）との関係を相対的に同一、又は対称の関係にする上では、下部電極層２０ｂ，２１ｂに接続される信号線（本実施形態１ではグランド信号線１１２）が、他の信号線１１１，１１５よりも、すべての折り返し部で常に折り返し外周側を通るように配線するのが好ましい。本実施形態１における圧電素子２０，２１のように、弾性変形部１２，１３上に下部電極層２０ｂ，２１ｂ、圧電体層２０ａ，２１ａ及び上部電極層２０ｃ，２１ｃを積層した構成においては、通常、下部電極層２０ｂ，２１ｂは、上部電極層２０ｃ，２１ｃよりも外側に延出した部分を有し、その延出した部分に信号線１１２が接続される。そのため、上部電極層２０ｃ，２１ｃに接続される信号線１１１，１１５の接続位置（コンタクトホール１１３，１１６の位置）よりも、下部電極層２０ｂ，２１ｂに接続される信号線１１２の接続位置（コンタクトホール１１７の位置）の方が、圧電素子２０，２１の外縁側に位置させやすい。このような下部電極層２０ｂ，２１ｂに接続される信号線１１２が常に折り返し外周側を通るように配線すれば、この信号線１１２に邪魔されることなく、上部電極層２０ｃ，２１ｃに接続される信号線１１１，１１５の配線位置を決定できるため、第一副走査用圧電素子２０における、第一駆動電圧信号Ｖａの信号線１１１の第一副走査用圧電素子２０に対する接続位置（コンタクトホール１１３の位置）と、第二副走査用圧電素子２１における、第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線１１５の第二副走査用圧電素子２１に対する接続位置（コンタクトホール１１６の位置）との関係が相対的に同一、又は対称の関係になるように配線することが容易になる。
【００４９】
また、本実施形態１においては、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態に不均一が生じにくいように、第一副走査駆動部３２Ａにおける第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との形状寸法が略同一となるようにしている。これにより、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間における湾曲変形の同一性あるいは対称性がより得られる。
【００５０】
また、本実施形態１においては、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間で湾曲変形の状態に不均一が生じにくいように、第一副走査駆動部３２Ａにおける第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１の形状寸法や、第一弾性変形部１２及び第二弾性変形部１３に対する形成位置が、略同一となるようにしている。これにより、第一弾性変形部１２と第二弾性変形部１３との間における湾曲変形の同一性あるいは対称性がより得られる。
【００５１】
なお、本実施形態１におけるアクチュエータ駆動デバイスは、可動部１７に接続されるトーションバー１９Ａ，１９Ｂを保持する第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの両端を可動部枠１８で支持する両持ち構成となっているが、図１６に示すように、第五弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの一端を可動部枠１８で支持する片持ち構成としてもよい。また、第一駆動電圧信号Ｖａの信号線１１１、１１２の第一副走査用圧電素子２０に対する接続位置（コンタクトホール１１３、１１７の位置）と、第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線１１５、１１２の第二副走査用圧電素子２１に対する接続位置（コンタクトホール１１６、１１７の位置）との関係が相対的に同一、又は対称の関係にするのは、上部電極、下部電極、双方で行われることが好ましいが、電圧印加側の電極（上記実施例では上部電極）、共通電位側の電極（上記実施例では下部電極）のうち、電圧印加側の電極のみ接続位置の関係が相対的に同一、又は対称の関係となってもよい。これは、電圧印加側のみ上記の接続位置の関係とした場合でも、上記実施形態１における効果を得られるためである。これは、電圧印加側の電極が圧電素子内に生じる電位分布への寄与が大きいためと考えられる。なお、電圧印加側の電極を下部電極、共通電位となる電極を上部電極となるように構成してもよい。
【００５２】
また、図２２に示すように、下部電極が電圧印加側の電極、上部電極が共通電位側の電極となるように構成し、さらに、折り返し部に対して、第一圧電素子と第二圧電素子の設けられる位置が異なっている配置としても良い。図２２において、上部電極は共通電位（共通グラウンド）であるため、隣同士の圧電素子で接続されており、下部電極は、一つ置いて隣の圧電素子の下部電極と接続されている。絶縁膜は省略されている。図２２の拡大図Ａを参照すると、折り返し部において、第一圧電素子である第三副走査圧電素子２２の設けられている位置は、第二圧電素子である第四副走査圧電素子２３の設けられている位置よりも折り返し部の外周側に寄っている。このとき、電圧印加側の電極である下部電極において、第一圧電素子である第三副走査圧電素子２２における、第一圧電素子の下部電極の信号線との接続位置と、第二圧電素子である第四副走査圧電素子２３における、第二圧電素子の下部電極の信号線との接続位置とが相対的に同一、または対称となるように設けている。例えば、図２２の拡大図Ａおよび拡大図Ｂを参照すると、第三副走査圧電素子２２の下部電極のコンタクトホールの位置と第四走査圧電素子２３のコンタクトホールの位置とが、コンタクトホールの中心点に対して点対称となっている。また、図２３の拡大図Ｃを参照すると、一番外側と一番内側が下部電極用配線、真ん中が上部電極用配線、上部電極用配線と下部電極用配線との間にある２本が主走査用配線である。拡大図Ｃにおいて、圧電素子における下部電極のコンタクトホールの位置は、いずれも圧電素子の左上隅となっており、相対的に同一の関係となっている。
【００５３】
また、共通電位側の電極となる上部電極、第一駆動電圧信号が印加される下部電極、第二駆動電圧信号が印加される下部電極を、それぞれ電気的に並列となるように接続してもよい。例えば、図２３に示すように、各信号線が副走査駆動部において始端から終端の圧電素子まで紙面手前側から見ると互いに交わらない一本線となるように配線し、かつ、この一本線を複数の電極にコンタクトホールを介して接続することで、電気的に並列に接続されるように配線することができる。これにより、電気的に直列接続することによって副走査駆動部の始端付近の圧電素子と終端付近の圧電素子とでわずかに生じていた電圧降下を抑制することが可能となる。したがって、コンタクトホールの配置場所によって圧電素子の動きが異なることが抑制され、安定した回動装置の駆動が可能となる。
【００５４】
なお、上記実施例において副走査駆動部３２Ａ、３２Ｂの全ての圧電素子に対して上記の信号線との接続位置の関係を保たなくても良い。すなわち、図２３に示すように、副走査駆動部の始端または終端の少なくとも一方において上記の信号線との接続位置の関係を有していれば良い。
また、副走査駆動部の始端、または終端の接続位置が副走査駆動部のＹ方向の中心線に対して非対称である場合、図２４に示すように、副走査駆動部３２Ａと副走査駆動部３２Ｂにおける信号線との接続位置が、可動部に対して点対称となるように構成するのが好ましい。すなわち、図２４に示すように副走査駆動部３２Ａと副走査駆動部３２ＢにおいてＳ領域とＴ領域の信号線と圧電素子の接続位置がＹ方向の中心線に対して非対称である場合、副走査駆動部３２Ａと副走査駆動部３２ＢのＳ領域とＴ領域において、可動部に対して信号線と圧電素子の接続位置が点対称となるように設けられる。
なお、図２４では支持フレームと副走査駆動部との連結部分が可動部に対して点対称となっていることにより、該連結部分がＹ方向の中心線に対して線対称である場合（図２５参照）に比べて、副走査駆動部３２Ａと３２Ｂの重量的および電気的なバランスが良くなり、不要振動が生じにくくなる。
第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１との間における信号線の接続位置の関係が同一であるとは、少なくとも１つの折り返し部周辺において、第一副走査用圧電素子２０において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置（例えば、コンタクトホールの位置）と、第二副走査用圧電素子２１において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置とが、相対的に同一である状態である。また、第一副走査用圧電素子２０と第二副走査用圧電素子２１との間における信号線の接続位置の関係が対称であるとは、少なくとも１つの折り返し部周辺において、第一副走査用圧電素子２０において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置（例えば、コンタクトホールの位置）と、第二副走査用圧電素子２１において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置とが、折り返し部の中心線H（図１５参照）に対して線対称である状態、または、図２２のように、コンタクトホールの中心点に対して点対称となっている状態である。
【００５５】
また、本実施形態１におけるアクチュエータ駆動デバイスは、副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂによって可動部１７を副走査方向へ回動させるだけでなく、主走査駆動部３１によって可動部１７を主走査方向へも回動させる二次元走査するものであるが、図１７に示すように、主走査駆動部３１を設けず、副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂによって可動部１７を副走査方向へ回動させるだけの一次元走査するものであってもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態１において、アクチュエータ駆動デバイスは、一方向から入射してくる入射光を反射するミラー１７Ｍを往復回動動作させて光を走査する光走査装置として利用しているが、これに限らず、例えば、複数方向から入射してくる入射光を反射するミラー１７Ｍを回動動作させて、特定箇所に配置されている受光部へ案内するような受光装置としても利用することが可能である。
【００５７】
更に、本実施形態１のアクチュエータ駆動デバイスを適用可能な装置は、光走査装置にも限られない。
【００５８】
また、上述した実施形態１では、本実施形態１のアクチュエータ駆動デバイスを適用した光走査装置が採用される画像形成装置の一例として、ＨＵＤ装置を挙げたが、観測者の頭部に装着して使用されるヘッドマウントディスプレイや、スクリーン上に画像を投射して表示するプロジェクタなどの画像投射装置等にも、同様に適用することができる。
〔実施形態２〕
次に、本発明に係る回動装置を、プリンタや複写機などの画像形成装置における光書込ユニット６１０の光走査装置に適用した一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態２」という。）について説明する。
【００５９】
図１８は、本実施形態２における画像形成装置の光書込ユニット６１０の一例を表す構成図である。
【００６０】
本実施形態２における光書込ユニット６１０では、レーザ素子などの光源部６０１からのレーザ光が、コリメータレンズなどの結像光学系６０２を介して光走査装置６２０により偏向される。この光走査装置６２０のアクチュエータ駆動デバイスには、上述した実施形態１の光走査装置２０８に用いられているアクチュエータ駆動デバイスが用いられる。ただし、本実施形態２においては、一次元光走査を実現できればよいので、図１７に示したように、主走査駆動部３１を設けず、副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂによって可動部１７を副走査方向へ回動させるだけの一次元走査するものでよい。光走査装置６２０で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ６０３と第二レンズ６０４、反射ミラー部６０５を経て、被走査面である感光体ドラム６３０の表面に照射される。これにより、感光体ドラム６３０の表面にはスポット状に光ビームが結像される。
【００６１】
図１９は、本実施形態２における画像形成装置６００の一例を示す説明図である。
【００６２】
本実施形態２の画像形成装置６００において、感光体ドラム６３０は、光書込みユニット６１０による光走査対象としての被走査面を提供する像担持体である。光書込みユニット６１０は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで被走査面である感光体ドラム６３０の表面を感光体ドラム６３０の軸方向に走査する。感光体ドラム６３０が回転駆動すると、その表面が帯電手段により帯電された後、光書込みユニット６１０により光走査されることによって静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段でトナー像に現像され、このトナー像は転写手段によって記録紙に転写される。転写されたトナー像は、定着手段によって記録紙に定着される。転写手段を通過した感光体ドラム６３０の表面部分はクリーニング手段によって残留トナーが除去される。感光体ドラム６３０に代えて、ベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を中間転写体上に一旦転写した後、中間転写体からトナー像を記録紙に転写する中間転写方式とすることも可能である。
【００６３】
なお、光走査装置６２０を二次元走査可能な構成とすれば、レーザ光をサーマルメディア上に二次元走査して加熱することにより印字するレーザラベル装置等の画像形成装置にも適用可能である。
〔実施形態３〕
次に、本発明に係る回動装置を、レーザ走査型の物体認識装置における光偏向器に適用した一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態３」という。）について説明する。
【００６４】
本実施形態３における物体認識装置は、光偏向器を用いて認識対象物が存在するエリアを光走査し、そのエリア内に存在する認識対象物からの反射光を受光することによって認識対象物を認識するものである。
【００６５】
図２０は、本実施形態３における物体認識装置の概要を示す説明図である。
【００６６】
図２１は、本実施形態３における物体認識装置の主要部を示すブロック図である。
【００６７】
本実施形態３における物体認識装置７００は、例えば、自動車３０１の室内に設置され、車両前方を監視して前方方向の障害物（認識対象物７３０）の有無を認識することができる。レーザ光源７０１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ等の光学系を経て、光偏向器７２０で一次元走査又は二次元走査に走査され、車両前方エリアに向けて照射される。光検出器７０５は、認識対象物７３０で反射されて集光レンズ等の光学系を経たレーザ光を受光し、検出信号を出力する。レーザ光源７０１は、レーザ制御部７０３によって制御され、光偏向器７２０は、光偏向器制御部７２１によって制御される。
【００６８】
コントローラ７０４は、レーザ制御部７０３及び光偏向器制御部７２１を制御し、光検出器７０５から出力された検出信号を処理する。詳しくは、コントローラ７０４は、レーザ光を発光したタイミングと、光検出器７０５でレーザ光を受光したタイミングとのズレによって、認識対象物７３０との距離を算出する。光偏向器７２０でレーザ光を走査することで、一次元もしくは二次元の範囲にわたるエリア内の認識対象物７３０に対する距離が得られる。また、光検出器７０５が受光した反射光の光強度や反射による波長の変化等から、認識対象物７３０の材質や形状などを認識する構成としてもよい。
【００６９】
本実施形態３の物体認識装置は、車両前方の障害物を認識するためのものであるが、これに限らず、例えば、手や顔を光走査することで得た情報を記録と参照することで対象人物の認証を行う生体認証装置や、所定の監視エリアに対して光走査を行って侵入者を認識するセキュリティセンサや、光走査により得た距離情報から物体の形状を認識して３次元データとして出力する３次元スキャナなどにも同様に適用することができる。
【００７０】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
第一弾性変形部１２や第三弾性変形部１４等の第一弾性変形部の終端と第二弾性変形部１３や第四弾性変形部１５等の第二弾性変形部の始端とを折り返し部で連結した折り返し構造を所定回数繰り返して構成される副走査駆動部３２Ａ，３２Ｂ等の折り返し弾性変形部と、前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持フレーム１１等の支持部と、前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部１７と、前記第一弾性変形部を湾曲変形させる第一副走査用圧電素子２０や第三副走査用圧電素子２２等の第一圧電素子と、前記第二弾性変形部を湾曲変形させる第二副走査用圧電素子２１や第四副走査用圧電素子２３等の第二圧電素子と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号Ｖａ及び第二駆動信号Ｖｂを印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を湾曲変形させ、前記可動部をＸ軸等の所定の回動軸回りで回動させる制御部２５０等の圧電素子駆動手段とを有するアクチュエータ駆動デバイス等の回動装置において、前記第一駆動電圧信号Ｖａの信号線１１１の前記第一圧電素子に対する接続位置（コンタクトホール１１３の位置）と、前記第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線１１５の前記第二圧電素子に対する接続位置（コンタクトホール１１６の位置）との関係が、前記折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係であることを特徴とする。
【００７１】
本態様において、折り返し弾性変形部の第一弾性変形部に設けられる第一圧電素子には、第一駆動電圧信号用信号線が接続され、その第一駆動電圧信号用信号線から第一駆動電圧信号が印加される。同様に、折り返し弾性変形部の第二弾性変形部に設けられる第二圧電素子には、第二駆動電圧信号用信号線が接続され、その第二駆動電圧信号用信号線から、前記第一駆動電圧信号とは異なる第二駆動電圧信号が印加される。このように、第一弾性変形部と第二弾性変形部という異なる部分に対して互いに異なる駆動電圧信号を印加してそれぞれを湾曲変形させる場合、その変形の積み重ねにより可動部の変位量を大きくして可動部の広い回動範囲を確保できる一方、その第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態が不均一となりやすく、可動部を所望の回動動作で回動させることが難しい。
【００７２】
従来、例えば、第一弾性変形部の形状と第二弾性変形部の形状とを高精度に同一としたり、第一圧電素子の形状と第二圧電素子の形状とを高精度に同一としたりして、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間における湾曲変形の状態が不均一にならないようにしているが、いまだ第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態に不均一が生じ得る。そして、本発明者らは、いまだに生じ得る湾曲変形の状態が不均一になることの要因の１つに、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、それぞれの圧電素子に対する信号線の接続位置の関係が同一の関係ではなく、また、対称の関係でもないことが影響していることを見出した。
【００７３】
詳しく説明すると、折り返し弾性変形部における第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びに折り返し部上には、第一圧電素子及び第二圧電素子をそれぞれ駆動するための第一駆動電圧信号及び第二駆動電圧信号の各信号線が配線される。第一圧電素子及び第二圧電素子は、折り返し構造をなす弾性変形部材の始端から終端にかけて交互に位置する第一弾性変形部及び第二弾性変形部それぞれに設けられるため、第一駆動電圧信号用信号線及び第二駆動電圧信号用信号線は、それぞれ、第一圧電素子及び第二圧電素子を含む各圧電素子を一つおきに接続するように配線される。
【００７４】
これらの信号線は、配線効率や製造の簡素化などの観点を考慮すると、通常、第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びに折り返し部上において互いに交差しないように配線される。そして、このような配線を実現しようとすると、第一駆動電圧信号用信号線が接続される第一圧電素子上の接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線が接続される第二圧電素子上の接続位置とが、それぞれの圧電素子に対して、同一の関係にもならなければ、対称の関係にもならないことがある。一般に、圧電素子に対する信号線の接続位置が異なると、同じ駆動電圧信号を印加したとしても、その駆動電圧信号の印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布（電界）が異なり、圧電素子の変形状態も異なる。そのため、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、信号線の圧電素子に対する接続位置が同一の関係でも対称の関係でもない場合、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、第一弾性変形部及び第二弾性変形部をそれぞれ変形させる変形力の大きさや変形方向に違いが生じ、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態に不均一が生じる。
【００７５】
そこで、本態様においては、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係が、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係になるように構成している。このような構成により、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、駆動電圧信号の印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布（電界）の違いが抑制され、圧電素子の変形状態を均一化しやすくなる。その結果、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態を均一化することが容易になる。
（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、前記弾性変形部材上に下部電極層２０ｂ，２１ｂ、圧電体層２０ａ，２１ａ及び上部電極層２０ｃ，２１ｃが積層された構成を有し、前記下部電極層に接続されるグランド信号線１１２等の下部電極配線及び前記上部電極層に接続される信号線１１１，１１５等の上部電極配線のいずれか一方が、前記第一駆動電圧信号Ｖａ及び前記第二駆動電圧信号Ｖｂの信号線であり、他方がグランド線であり、前記弾性変形部材の各折り返し部で、前記下部電極配線が前記上部電極配線に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする。
【００７６】
これによれば、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係を、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係にすることが容易である。
（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、前記下部電極配線の前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対する接続位置（コンタクトホール１１７の位置）は、前記弾性変形部材の各折り返し部で、前記上部電極信号線の該第一圧電素子及び該第二圧電素子に対する接続位置に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする。
【００７７】
これによれば、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係を、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係にすることが容易である。
（態様Ｄ）
前記態様Ｂ又はＣにおいて、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、いずれも矩形状であり、前記下部電極配線及び前記上部電極配線は、いずれも、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子上のいずれかの隅に寄った位置で接続されていることを特徴とする。
【００７８】
これによれば、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係を、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係にすることが容易である。
（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、互いに同一形状であり、かつ、前記第一弾性変形部及び第二弾性変形部に対してそれぞれ設けられる位置も同一であることを特徴とする。
【００７９】
これによれば、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態を均一化することが更に容易になる。
（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部は、前記折り返し構造の全体にわたって、同一形状であることを特徴とする。
【００８０】
これによれば、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態を均一化することが更に容易になる。
（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を繰り返し回動させる可動部回動手段を有することを特徴とする。
【００８１】
これによれば、二次元方向への回動が可能となり、二次元の光走査装置などの実現が可能となる。
（態様Ｈ）
光源ユニット２３０等の光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置２０８，６２０、光偏向器７２０等の光走査装置において、前記走査手段は、前記態様Ａ〜Ｇのいずれかの態様に係る回動装置を用い、該回動装置の可動部１７に設けたミラー１７Ｍ等の光学部材の光反射面で光を走査することを特徴とする。
【００８２】
これによれば、所望の光走査動作が可能な光走査装置を実現できる。
（態様Ｉ）
画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する自動車用ＨＵＤ装置２００等の画像表示装置において、前記走査手段は、前記態様Ｇに係る回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査するものであり、前記可動部を前記所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、前記可動部を前記第二回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする。
【００８３】
これによれば、画像ムラの少ない高画質な画像を表示することができる。
【００８４】
本国際特許出願は２０１５年１２月２２日に出願した日本国特許出願第２０１５−２４９８２８号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５−２４９８２８号の全内容を本願に援用する。
【符号の説明】
【００８５】
１０  フレーム基板
１１  支持フレーム
１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂ  弾性変形部
１７  可動部
１７Ｍ  ミラー
１８  可動部枠
１９Ａ，１９Ｂ  トーションバー
２０〜２３  副走査用圧電素子
２０ａ，２１ａ  圧電体層
２０ｂ，２１ｂ  下部電極層
２０ｃ，２１ｃ  上部電極層
２４  主走査用圧電素子
３１  主走査駆動部
３２Ａ，３２Ｂ  副走査駆動部
１１１，１１５  信号線
１１２  グランド信号線
１１３，１１６，１１７  コンタクトホール
１１４  絶縁層
２００  自動車用ＨＵＤ装置
２０８  光走査装置
２３０  光源ユニット
２５０  制御部
３００  運転者
３０１  自動車
３０２  フロントガラス
６００  画像形成装置
６１０  光書込ユニット
６２０  光走査装置
６３０  感光体ドラム
７００  物体認識装置
７２０  光偏向器
７３０  認識対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月11日(2020.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一弾性変形部と、第二弾性変形部と、前記第一弾性変形部の終端と前記第二弾性変形部の始端とを折り返し連結する折り返し部と、を有する折り返し弾性変形部と、
前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持部と、
前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部と、
前記第一弾性変形部を湾曲変形させる第一圧電素子と、
前記第二弾性変形部を湾曲変形させる第二圧電素子と、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号及び第二駆動電圧信号を印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を湾曲変形させ、前記可動部を所定の回動軸回りで回動させる圧電素子駆動手段と、を有し、
前記折り返し弾性変形部は前記折り返し構造において、前記第一弾性変形部又は前記第二弾性変形部の長手方向又は短手方向に直交する所定の線、もしくは、前記第一弾性変形部と前記第二弾性変形部に挟まれた領域にあって、長手方向における略中央に位置する所定の点を有し、
前記第一駆動電圧信号の信号線の前記第一圧電素子に対する接続位置と、前記第二駆動電圧信号の信号線の前記第二圧電素子に対する接続位置との関係が、前記所定の線において同一又は線対称、もしくは前記所定の点において点対称の関係であって、
前記第一圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第一信号線と、
前記第二圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第二信号線と、を備え、
前記第一圧電素子は、第一電圧印加用電極、第一圧電体層、共通電位用電極を含み、
前記第二圧電素子は、第二電圧印加用電極、第二圧電体層、前記共通電位用電極を含み、
前記第一圧電素子は、前記第一弾性変形部上に前記第一電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第一下部電極層、前記第一圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第一電圧印加用電極に対応する第一上部電極層が積層された構成を有し、
前記第二圧電素子は、前記第二弾性変形部上に前記第二電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第二下部電極層、前記第二圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第二電圧印加用電極に対応する第二上部電極層が積層された構成を有し、
前記折り返し弾性変形部の折り返し部で、前記第一又は第二信号線が共通電位線に対して折り返し内周側に位置する
ことを特徴とする回動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回動装置において、
前記第二上部電極層には一部切り欠きがあることを特徴とする回動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回動装置において、
前記第一信号線または前記第二信号線または前記共通電位線は、前記折り返し部において２つの変曲点を有することを特徴とする回動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回動装置において、
前記変曲点において、前記第一信号線または前記第二信号線または前記共通電位線は略９０度曲がることを特徴とする回動装置。
【請求項５】
請求項１に記載の回動装置において、
前記第一下部電極層に接続される第一下部電極配線及び前記第一上部電極層に接続される第一上部電極配線のいずれか一方が、前記第一駆動電圧信号を印加するための前記第一信号線であり、他方が共通電位線であり、
前記第二下部電極層に接続される第二下部電極配線及び前記第二上部電極層に接続される第二上部電極配線のいずれか一方が、前記第二駆動電圧信号を印加するための前記第二信号線であり、他方が前記共通電位線であり、
前記第一下部電極配線の前記第一圧電素子に対する接続位置及び前記第二下部電極配線の前記第二圧電素子に対する接続位置は、前記弾性変形部の各折り返し部で、前記第一上部電極配線の該第一圧電素子に対する接続位置及び前記第二上部電極配線の該第二圧電素子に対する接続位置に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする回動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回動装置において、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、いずれも矩形状であり、
前記第一下部電極配線、前記第二下部電極配線及び前記第一上部電極配線、前記第二上部電極配線は、いずれも、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子上のいずれかの隅に寄った位置で接続されていることを特徴とする回動装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の回動装置において、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、互いに同一形状であり、かつ、前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部に対してそれぞれ設けられる位置は、相対的に同一であることを特徴とする回動装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の回動装置において、
前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部は、前記折り返し構造の全体にわたって、同一形状であることを特徴とする回動装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回動装置において、
前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を繰り返し回動させる可動部回動手段を有することを特徴とする回動装置。
【請求項１０】
光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置において、
前記走査手段は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、
前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する画像表示装置において、
前記走査手段は、請求項９に記載の回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査するものであり、
前記可動部を前記所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、前記可動部を前記第二回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、第一弾性変形部と、第二弾性変形部と、前記第一弾性変形部の終端と前記第二弾性変形部の始端とを折り返し連結する折り返し部と、を有する折り返し弾性変形部と、前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持部と、前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部と、前記第一弾性変形部を湾曲変形させる第一圧電素子と、前記第二弾性変形部を湾曲変形させる第二圧電素子と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号及び第二駆動電圧信号を印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を湾曲変形させ、前記可動部を所定の回動軸回りで回動させる圧電素子駆動手段と、を有し、前記折り返し弾性変形部は前記折り返し構造において、前記第一弾性変形部又は前記第二弾性変形部の長手方向又は短手方向に直交する所定の線、もしくは、前記第一弾性変形部と前記第二弾性変形部に挟まれた領域にあって、長手方向における略中央に位置する所定の点を有し、前記第一駆動電圧信号の信号線の前記第一圧電素子に対する接続位置と、前記第二駆動電圧信号の信号線の前記第二圧電素子に対する接続位置との関係が、前記所定の線において同一又は線対称、もしくは前記所定の点において点対称の関係であって、前記第一圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第一信号線と、前記第二圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第二信号線と、を備え、前記第一圧電素子は、第一電圧印加用電極、第一圧電体層、共通電位用電極を含み、前記第二圧電素子は、第二電圧印加用電極、第二圧電体層、前記共通電位用電極を含み、前記第一圧電素子は、前記第一弾性変形部上に前記第一電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第一下部電極層、前記第一圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第一電圧印加用電極に対応する第一上部電極層が積層された構成を有し、前記第二圧電素子は、前記第二弾性変形部上に前記第二電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第二下部電極層、前記第二圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第二電圧印加用電極に対応する第二上部電極層が積層された構成を有し、前記折り返し弾性変形部の折り返し部で、前記第一又は第二信号線が共通電位線に対して折り返し内周側に位置することを特徴とする。