(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動対象物を回転軸周りに傾動駆動させるアクチュエータであって、
前記駆動対象物を前記回転軸に沿って両側から支持する１対の支持梁と、
前記駆動対象物及び前記１対の支持梁を、前記回転軸と直交する方向の両側から挟むように配置された１対の可動枠と、
該可動枠に、曲げ振動を付与する駆動源と、
前記1対の可動枠と前記支持梁の先端部を、複数の梁を含む梁構造で連結し、前記曲げ振動をねじれ振動に変換して前記支持梁に伝達する1対の連結部と、を含み、
前記支持梁の前記先端部は、前記可動枠の前記回転軸方向の幅よりも外側まで延在し、
前記連結部は、前記先端部から前記回転軸と交差する方向に両側に延びて、前記可動枠と連結する錨形の前記梁構造を有する
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動対象物と前記支持梁の連結箇所に生じる角と、前記支持梁と前記連結部の連結箇所に生じる角と、前記連結部と前記可動枠の連結箇所に生じる角とが、丸められていることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動対象物は、ミラーであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータと、
光を該アクチュエータに向けて発射する光源とを備え、
該アクチュエータのミラーを傾動駆動させることにより、該ミラーにより反射された前記光を走査させることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ及びこれを用いた光走査装置に関し、特に、駆動対象物を回転軸周りに傾動駆動するアクチュエータ及びこれを用いた光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン板に形成された反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置であって、振動体は、反射ミラー部に連結されたねじり振動が発生させられる第１のばね部と、第１のばね部に連結されて曲げ振動とねじれ振動とが発生させられる複数の第２のばね部を備え、第２のばね部の他端を総て固定枠部に連結固定し、第２のばね部に自身を振動させる駆動源を装着した光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の光走査装置においては、各第２のばね部が、第１のばね部と同じ弾性係数を有するが、第１のばね部よりも弾性変形し易い断面形状を有している。また、駆動源の変位が、第２のばね部を構成する板材の板厚方向に対しての曲げ振動となり、第２のばね部の第１のばね部に連結される部分で、その曲げ振動がねじり振動として第１のばね部に伝達されるようにし、反射ミラー部を振動させるために必要な負荷を、第１のばねと第２のばねに分散させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、第２のばね部が固定枠部に連結されているため、反射ミラー部が傾くときには、第１のばね部と第２のばね部に総てのねじれや曲げの応力が集中してしまうという問題があった。例えば、小型アクチュエータを前提に、ミラーが３０〔ｋＨｚ〕で±１２〔ｄｅｇ〕傾くことを想定すると、第１のばね部及び第２のばね部に発生する内部応力は、１．３〜１．５〔ＧＰａ〕に及ぶと見積もられる。
【０００６】
一方、シリコンのねじれモードによる動的な破断応力は２〔ＧＰａ〕程度である。深掘り反応性イオンエッチング（Ｄ−ＲＩＥ）による加工変質層の影響や繰り返し応力の印加を考慮すると、製品化されたときのシリコンの実質的な破断応力は１．５〔ＧＰａ〕程度であると考えられる。よって、特許文献１に記載の構成では、加工条件や形状及びそれらのばらつき等の影響により、連続動作により破断する可能性が高いという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載の構成において、破断を回避しようとすると、第１のばね部及び第２のばね部を回転軸方向に延ばすことにより、単位長さ当たりのねじれ量を減らすしか対応策が無く、特に、応力集中の激しい第１のばね部を長く太く作製する必要があり、そうすると、小型化が困難になるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、小型化の要請に応えつつ、内部応力を十分に分散させて破断等のおそれ無く安定動作させることができるアクチュエータ及びこれを用いた光走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、第１の発明に係るアクチュエータは、駆動対象物（３０、３１）を回転軸（Ｘ）周りに傾動駆動させるアクチュエータであって、
前記駆動対象物（３０）を前記回転軸（Ｘ）に沿って両側から支持する１対の支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）と、
前記駆動対象物（３０）及び前記１対の支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）を、前記回転軸（Ｘ）と直交する方向の両側から挟むように配置された１対の可動枠（６０、６１、６２）と、
該可動枠（６０、６１、６２）に、曲げ振動を付与する駆動源（２０、２０ａ、２０ｂ、２５〜２８）と、
前記1対の可動枠（６０）と前記支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）の先端部を、梁構造で連結し、前記曲げ振動をねじれ振動に変換して前記支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）に伝達する1対の連結部（５０、５０ａ、５１、５２）と、を含み、
前記支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）の前記先端部は、前記可動枠（６０、６１、６２）の前記回転軸方向の幅よりも外側まで延在し、
前記連結部（５０、５０ａ、５１、５２）は、前記先端部から前記回転軸と交差する方向に両側に延びて、前記可動枠（６０、６１、６２）と連結する錨形の前記梁構造を有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、駆動力を付与する対象が可動枠であり、かつ可動枠から順次弾性を有する梁構造の連結部、支持梁を介してねじれ振動を伝達するため、固定枠に連結された応力の集中する箇所を無くすことができ、内部応力を複数箇所に分散することができるので、アクチュエータの耐性を高めることができる。
【００１２】
これにより、梁構造の連結部を、限られたスペース内で長さを確保できるように効率的に設けることができ、可動枠と支持梁との振動の変換及び伝達と応力の分散を省スペースで効果的に行うことができる。
【００２３】
第２の発明は、第１の発明に係るアクチュエータにおいて、
前記駆動対象物（３０）と前記支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）の連結箇所（４５）に生じる角と、前記支持梁（４０、４０ａ、４１、４２）と前記連結部（５０、５０ａ、５１、５２）の連結箇所（５５）に生じる角と、前記連結部（５０、５０ａ、５１、５２）と前記可動枠（６０、６１、６２）の連結箇所（６５）に生じる角とが、丸められていることを特徴とする。
【００２４】
これにより、特に内部応力の集中し易い支持梁と連結部の角の内部応力を効率的に分散させることができ、耐久性に優れた安定した駆動を行うことができる。
【００３６】
第３の発明は、第１〜２のいずれかの発明に係るアクチュエータにおいて、
前記駆動対象物（３０）は、ミラー（３１）であることを特徴とする。
【００３７】
これにより、ミラー駆動用のアクチュエータとして本アクチュエータを利用することができ、マイクロプロジェクタやマイクロスキャナの反射光走査を安定動作させることができる。
【００３８】
第４の発明に係る光走査装置（２００）は、第７の発明に係るアクチュエータと、
光を該アクチュエータに向けて発射する光源（１３０）とを備え、
該アクチュエータのミラー（３１）を傾動駆動させることにより、該ミラー（３１）により反射された前記光を走査させることを特徴とする光走査装置。
【００３９】
これにより、アクチュエータを光走査装置に利用することができ、光走査を行う種々の用途に適用することができる。
【００４２】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、駆動時に発生する内部応力を適切に分散し、特定の部位に応力負担を与えることなく、駆動対象物を安定駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係るアクチュエータの断面構成の一例を示した図である。
【図２】圧電素子２１によりアクチュエータを駆動する方法を説明する図である。図２（Ａ）は、梁構造１５と圧電素子２１の部分を示した側面図の一例である。図２（Ｂ）は、圧電素子２１が収縮変形した状態の一例を示した図である。図２（Ｃ）は、圧電素子２１が伸長変形した状態の一例を示した図である。
【図３】実施例１に係るアクチュエータの表面斜視図の一例である。
【図４】実施例１に係るアクチュエータを駆動させた状態を示した斜視図の一例である。
【図５】実施例１に係るアクチュエータを２軸駆動させる場合の駆動源の一例を示した表面斜視図である。
【図６】非共振駆動状態の実施例１に係るアクチュエータの表面斜視図である。
【図７】実施例１に係るアクチュエータの共振駆動部８０の斜視図の一例である。
【図８】実施例１に係るアクチュエータの連結部５０を中心とする部分拡大図である。
【図９】実施例１に係るアクチュエータの共振振動時の変形状態例を示した斜視図である。
【図１０】実施例１に係るアクチュエータの共振駆動時のミラー３１の周辺拡大図である。
【図１１】ミラー３１と支持梁４０と連結部５０の部分を更に拡大して示した図である。
【図１２】ミラー３１と支持梁４０の連結箇所４５に生じる角を丸めたアクチュエータの説明図である。図１２（Ａ）は、連結箇所４５に角Ｒを付与した場合のアクチュエータの斜視図の一例である。図１２（Ｂ）は、角Ｒを付与したときの傾角感度と連結箇所４５の最大応力変化を示した図である。
【図１３】連結箇所５５及び連結箇所６５の角を丸めたアクチュエータの説明図である。図１３（Ａ）は、連結箇所４５、５５、６５に角Ｒを付与したアクチュエータの斜視図の一例である。図１３（Ｂ）は、角Ｒを付与したときの傾角感度と連結箇所４５、５５、６５の最大応力変化を示した図である。
【図１４】連結箇所４５、５５、６５に加えて連結箇所７５の角を丸めたアクチュエータの説明図である。図１４（Ａ）は、連結箇所４５、５５、６５、７５に角Ｒを付与したアクチュエータの斜視図の一例である。図１４（Ｂ）は、角Ｒを付与したときの傾角感度と連結箇所４５、５５、６５、７５の最大応力変化を示した図である。
【図１５】共振駆動部８０の駆動源２０の電極配置構成の態様を示した図である。図１５（Ａ）は、駆動梁７０にのみ駆動源２０を設けた構成例を示した図である。図１５（Ｂ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に駆動源２０ａを設けた構成例を示した図である。図１５（Ｃ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に駆動源２０ｂを設けた構成例を示した図である。
【図１６】共振駆動部８０、８０ａ、８０ｂの傾角感度及び最大内部応力の比較図である。
【図１７】本発明の実施例２に係るアクチュエータの構成の一例を示した斜視図である。
【図１８】実施例２に係るアクチュエータの拡大斜視図である。
【図１９】実施例２に係るアクチュエータの共振駆動時の変形状態例を示した図である。
【図２０】実施例２に係るアクチュエータの共振駆動時の変形状態例の拡大斜視図である。
【図２１】実施例２に係るアクチュエータの電極構成例を示した図である。図２１（Ａ）は、駆動梁７０にのみ駆動源２０を設けた例を示した斜視図である。図２１（Ｂ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に同一方向に変位する駆動源２０ａを設けた例を示した斜視図である。図２１（Ｃ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に逆方向に変位する駆動源２０ａを設けた例を示した斜視図である。
【図２２】図２１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の傾角感度及び最大内部応力を示した図である。
【図２３】実施例１と実施例２に係るアクチュエータの最適電極構成が異なる理由の説明図である。図２３（Ａ）は、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動時の一例を示した側面図である。図２３（Ｂ）は、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動時の一例を示した側面図である。
【図２４】実施例３に係るアクチュエータの全体構成の一例を示す斜視図である。図２４（Ａ）は、実施例３に係るアクチュエータの表面側からの斜視図の一例である。図２４（Ｂ）は、実施例３に係るアクチュエータの裏面側からの斜視図の一例である。
【図２５】実施例３に係るアクチュエータのパラメータ設定の一例を説明する図である。図２５（Ａ）は、実施例３に係るアクチュエータの可動部１００の平面構成図例である。図２５（Ｂ）は、傾角感度の変化特性を示した図である。図２５（Ｃ）は、最大主応力の変化特性を示した図である。
【図２６】実施例４に係るアクチュエータの全体構成の一例を示した斜視図である。図２６（Ａ）は、実施例４に係るアクチュエータの表面側構成の一例を示した図である。図２６（Ｂ）は、実施例４に係るアクチュエータの裏面側構成の一例を示した図である。
【図２７】実施例４に係るアクチュエータの最適設計を行う方法の一例を示した図である。図２７（Ａ）は、実施例４に係るアクチュエータの平面構成の一例を示した図である。図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）の条件下での最大応力の変化特性を示した図である。図２７（Ｃ）は、式（１）〜（４）が満たす領域を示した図である。
【図２８】支持梁側連結部５４の長さＢが、極小値を持つ理由を説明するための図である。図２８（Ａ）は、Ｂ＝０．１ｍｍの場合のアクチュエータの応力分布を示した図である。図２８（Ｂ）は、Ｂ＝０．３ｍｍの場合のアクチュエータの応力分布を示した図である。図２８（Ｃ）は、Ｂ＝０．２ｍｍの場合のアクチュエータの応力分布を示した図である。
【図２９】実施例４に係るアクチュエータの傾角感度の特性の一例を示した図である。
【図３０】実施例５に係るプロジェクタ２００の全体構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【実施例１】
【００４６】
図１は、本発明の実施例１に係るアクチュエータの断面構成の一例を示した図である。図１において、実施例１に係るアクチュエータは、半導体ウェハ１０と、駆動源２０とを有する。実施例１に係るアクチュエータは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して、半導体ウェハ１０を加工することにより、作製することができる。図１においては、そのような半導体ウェハ１０を用いてアクチュエータを構成した場合の例について説明する。
【００４７】
半導体ウェハ１０は、シリコン基板１１と、ＳｉＯ２１２、１４と、Ｓｉ活性層１４とを備える。半導体ウェハ１０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられてよい。ＳＯＩ基板は、シリコン基板１１の間に、絶縁膜のＳｉＯ２１２が形成された基板であり、シリコン基板１１を深掘り反応性イオンエッチング等で削った場合に、削り終点の底面にＳｉＯ２が形成されているので、深掘りエッチング加工を容易に行うことができる。
【００４８】
ＳｉＯ２１２、Ｓｉ活性層１３及びＳＩＯ２１４で、梁１５を形成する。梁１５の部分で、駆動対象物を支持したり、駆動力を伝達したりする動作を行う。シリコン基板１１の部分は、例えば、外側の固定枠として利用される。
【００４９】
なお、半導体ウェハ１０は、例えば、全体で３００〜５００〔μｍ〕の厚さの半導体ウェハ１０が用いられてよい。例えば、半導体ウェハ１０が３５０〔μｍ〕のときに、Ｓｉ活性層１３が３０〔μｍ〕、ＳｉＯ２１２、１４が０．５〔μｍ〕程度で、梁１５が合計３１〔μｍ〕程度であってよく、半導体ウェハ１０の１／１０程度の厚さで構成されてもよい。
【００５０】
駆動源２０は、本実施例に係るアクチュエータにおいて、駆動力を発生させる動力源である。本実施例に係るアクチュエータにおいては、駆動源２０として種々の手段を用いることができるが、実施例１においては、駆動源２０として圧電素子２１を用いた場合を例に挙げて説明する。圧電素子２１は、圧電体２２に印加された電圧を力に変換する受動素子である。本実施例に係るアクチュエータにおいては、圧電素子２１は、電圧が印加されることにより、その長さが伸縮することにより、装着された梁１５を駆動させる。圧電体２２は、種々の圧電体２２を適用してよいが、例えば、ＰＺＴ薄膜（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられてもよい。圧電素子２１は、例えば、梁１５が約３０〔μｍ〕であったときに、２〔μｍ〕程度の厚さで形成されてもよい。
【００５１】
圧電素子２１は、上部電極２３と、下部電極２４とを備える。上部電極２３及び下部電極２４は、圧電体２２に電圧を印加するための電極であり、上部電極２３及び下部電極２４に電圧が印加されることにより、圧電体２２が伸縮し、梁１５を駆動させる。
【００５２】
図２は、圧電素子２１が、梁１５に曲げ振動を発生させて実施例１に係るアクチュエータを駆動する方法について説明するための図である。図２（Ａ）は、シリコンから構成される梁構造１５と圧電素子２１の部分を模式的に示した側面図の一例である。図２（Ａ）に示すように、Ｓｉ活性層１３等から構成される梁１５の上に、圧電素子２１が薄膜状に装着されている。
【００５３】
図２（Ｂ）は、圧電素子２１が収縮変形した状態の一例を示した図である。図２（Ｂ）に示すように、圧電素子２１が収縮すると、梁構造１５は、下に凸の上方に反るような形状となる。
【００５４】
図２（Ｃ）は、圧電素子２１が伸長変形した状態の一例を示した図である。図２（Ｃ）に示すように、圧電素子２１が伸長すると、梁構造１５は、上に凸の下方に反るような形状となる。
【００５５】
図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、圧電素子２１は、分極する方向や印加する電圧の極性又は位相により、上に反ったり下に沿ったりする。本実施例に係るアクチュエータでは、例えば、このような圧電素子２１の性質を利用して、圧電素子２１を駆動源２０として、駆動対象を駆動してもよい。
【００５６】
図３は、実施例１に係るアクチュエータの表面斜視図の一例である。図３において、本実施例に係るアクチュエータは、外側の固定枠がシリコン基板１１で構成され、シリコン基板１１よりも内側の部分は、総て梁１５と同じ厚さの薄い部分で構成される。アクチュエータの中央には、駆動対象物３０が配置される。また、駆動対象物３０を左右両側から挟むように、梁１５の上に１対の駆動源２０である圧電素子２１が形成され、駆動梁７０を構成している。このように、駆動対象物３０を両側から支持する梁１５の上に駆動源２０が装着され、駆動梁７０となって駆動対象物３０を駆動する。なお、駆動対象物３０の両側に配置された１対の駆動梁７０の圧電素子２１には、左右で逆方向に変位する電圧が印加される。このような逆方向に変位する電圧を印加することにより、図２（Ｂ）、（Ｃ）で説明した異なる方向への変位が生じ、振動が発生して駆動対象物３０を駆動する。
【００５７】
なお、駆動源２０である圧電素子２１により発生する振動は、共振振動であってよい。共振を利用することにより、駆動梁７０に大きな曲げ振動を発生させることができ、駆動対象物３０を高速かつ大きく駆動することができる。
【００５８】
図４は、実施例１に係るアクチュエータを駆動させた状態を示した斜視図の一例である。図４において、駆動対象物３０は、駆動梁７０が発生させる振動により、回転軸Ｘの軸周りに傾くように振動している状態が示されている。図４においては、手前左側が下降し、奥右側が上昇するように傾動している。このように、本実施例に係るアクチュエータにおいては、駆動対象物３０を、回転軸周りに傾動するように駆動する。
【００５９】
なお、駆動対象物３０は、種々のものを駆動対象物３０とすることができるが、例えば、マイクロプロジェクタやマイクロスキャナ等に用いられるミラーであってもよい。例えば、マイクロプロジェクタにおいては、ミラーにレーザ光を照射し、ミラーからの反射光を走査させることにより、描画を行う。その際、例えば、ＸＧＡ（１０２４×７６８ピクセル）の画面解像度が要求される場合には、水平方向には３０〔ｋＨｚ〕程度の高速で±１２〔デｇ〕の角度範囲で走査を行い、鉛直方向には６０〔Ｈｚ〕程度の低速で±１８〔ｄｅｇ〕の角度範囲で走査を行うことが要求される。図４に示す回転軸Ｘの軸周りでは、高速の３０〔ｋＨｚ〕程度の傾動駆動を行う。上述のように、駆動対象物３０の回転軸Ｘ周りの傾動においては、共振駆動を用いるので、そのような高速の傾動駆動を実現することができる。
【００６０】
図５は、実施例１に係るアクチュエータを２軸駆動させる場合の、回転軸Ｘとは異なる軸周りに傾動駆動させる駆動源の一例を示した表面斜視図である。２軸駆動を行うアクチュエータは、上述のようなマイクロプロジェクタやマイクロスキャナに利用される場合が多いので、駆動対象物３０が、ミラー３１である例を挙げて説明する。
【００６１】
図５において、ミラー３１の周囲には、６０〔Ｈｚ〕程度の低速駆動を行うための駆動源である非共振駆動源９０が示されている。非共振駆動源９０は、駆動梁７０の延在方向と直交する方向に各梁１５が延在し、梁１５の表面に駆動源２０である圧電素子２１が形成されて構成される。非共振駆動源９０では、図４において示した回転軸Ｘと直交する軸周りへの傾動駆動を行う。非共振駆動源９０は、隣接する梁の端部が、両端で交互となるように連結され、全体として、ジグザグ状の蛇行型梁を構成する。このような構成で、隣接する梁の駆動源２０に正負の方向に変位する電圧を印加することにより、梁の延在する方向に傾きを蓄積する動作を行い、非共振駆動源９０の梁１５の延在方向に、ミラー３１を傾動駆動する。
【００６２】
図６は、非共振駆動源９０による非共振駆動を行っている状態の一例を示した実施例１に係るアクチュエータの表面斜視図である。図６に示すように、非共振駆動源９０の各梁１５について傾き角が蓄積してゆき、回転軸Ｙの軸周りにミラー３１が傾動駆動される。図６においては、手前右側が下降し、奥左側が上昇した傾動動作の状態が示されている。
【００６３】
このように、本実施例に係るアクチュエータは、共振駆動と非共振駆動を組み合わせることにより、２軸駆動用のアクチュエータとして利用することができる。
【００６４】
図７は、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動部８０を抜き出して示した斜視図の一例である。図７において、共振駆動部８０は、ミラー３１と、支持梁４０と、連結部５０と、可動枠６０と、駆動梁７０と、駆動源２０とを含み、これらは総て一体となって連結されている。
【００６５】
ミラー３１は、本実施例に係るアクチュエータにより傾動駆動される駆動対象物３０である。駆動対象物３０は、ミラー３１以外のものも適用できるが、以後、説明の容易のため、ミラー３１を駆動対象物３０として適用した例を挙げて説明する。
【００６６】
支持梁４０は、ミラー３１を両側から支持する１対の梁である。支持梁４０は、ミラー３１に連結され、ミラー３１に関して対称に、回転軸Ｘに沿って、左右で１対となって設けられる。支持梁４０は、図１において説明したように、例えば、約３０〔μｍ〕程度の薄いシリコン活性層１４として構成されるので、弾性を有する弾性部材として機能する。
【００６７】
可動枠６０は、曲げ振動を伝達する媒体であるとともに、支持梁４０を介してミラー３１を可動可能に支持する可動支持部材である。可動枠６０は、ミラー３１及び支持梁４０を両側から挟むように、回転軸Ｘに関して線対称に１対となって設けられる。図７においては、ミラー３１及び支持梁４０を手前側と奥側の両側から挟むように囲んでいる。可動枠６０は、図７においては、全体としては四角形の形状をしているが、曲げ振動を伝達でき、かつ支持梁４０及びミラー３１を挟んで囲むように支持できれば、外形の形状は問わない。
【００６８】
可動枠６０は、共振振動駆動源である１対の駆動梁７０に両側から挟まれるように連結される。可動枠６０には、駆動梁７０から曲げ振動が伝達されるが、可動枠６０は、その曲げ振動を伝達する媒体となる。駆動梁７０は、図２乃至図４において説明したような曲げ振動を発生させるが、可動枠６０は、支持梁４０と同様に、薄いＳｉ活性層１４として構成されるので、弾性を有する弾性部材として機能し、駆動梁７０で発生した曲げ振動を伝達することができる。
【００６９】
可動枠６０は、連結部５０を介して、支持梁４０に連結されている。これにより、可動枠６０は、支持梁４０を支持するとともに、支持梁４０に振動を伝達することができる。また、可動枠６０は、駆動梁７０には連結されているが、固定枠のような固定体に固定はされておらず、可動状態にあるので、可動状態で振動を伝達する。
【００７０】
連結部５０は、支持梁４０の先端部と可動枠６０とを連結し、可動枠６０の曲げ振動をねじれ振動に変換して支持梁４０に伝達する部分である。連結部５０は、支持梁４０を回転軸Ｘ方向の両側から挟むように、１対となって構成されている。可動枠６０は、支持梁４０を回転軸Ｘに直交する方向の両側から挟むように対をなしているので、１つの連結部５０は、支持梁４０と、支持梁４０の両側に存在する可動枠６０の３つの部材を連結する。
【００７１】
図８は、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動部８０の連結部５０を中心とする部分拡大図である。図８において、連結部５０を中心として、ミラー３１と、支持梁４０と、可動枠６０と、駆動梁７０との関係が示されている。
【００７２】
連結部５０は、支持梁４０及び可動枠６０と同じ部材により、一体的に構成されてよい。これにより、共振駆動部８０の耐性を高めることができ、複数部材を接続するよりも、機械的強度を高めることができる。また、支持梁４０及び可動枠６０と一体的に構成することにより、振動の伝達の仕方の不自然なムラ等を無くすことができ、振動をスムーズに伝達することができる。よって、支持梁４０及び可動枠６０が、上述のように、図１で示した半導体ウェハ１０のＳｉＯ２１２、１４及びＳｉ活性層１５から構成されている場合には、連結部５０も、半導体ウェハ１０のＳｉＯ２１２、１４及びＳｉ活性層１３から構成されてよい。
【００７３】
連結部５０は、水平に細長く延在する複数の梁を含む梁構造として構成されてよい。連結部５０を梁構造とすることにより、連結部５０が、幅の広い形状よりも弾性を有する形状となり、可動枠６０から伝達された曲げ振動を、特定箇所に応力負担を集中させることなくねじれ振動に変換することができる。図８において、支持梁４０のミラー３１と反対側の先端部が連結部５０と連結しており、この箇所が、ミラー３１の傾動駆動の際のねじれ応力が加わる、最も応力負担の加わる箇所である。本実施例に係るアクチュエータにおいては、支持梁４０の先端部が連結されている連結部５０が梁構造であるため、支持梁４０のみでなく、連結部５０も支持梁４０のねじれ応力に応じてねじれ変形を起こすことができ、支持梁４０に加わるねじれ応力を分散させることができる。なお、この点の詳細については、後述する。
【００７４】
連結部５０は、外側に張り出した形状をしていてもよい。連結部５０を梁構造とすることにより、弾性を向上させ、応力分散を促進することができるが、支持梁４０を長くすることにより、支持梁４０に加わるねじれ応力を低減させることができる。そして、支持梁４０が可動枠６０の回転軸Ｘ方向の幅よりも長く構成されたときに、連結部５０も支持梁４０に合わせて可動枠６０の外側に張り出す梁構造の形状とすれば、連結部５０を構成する梁の長さも長くとることができ、応力の吸収力を向上させることができる。図７においては、連結部５０は、支持梁４０の両側に回転軸Ｘと直交する方向に広がって延在してから、回転軸Ｘと平行に可動枠６０の方向に延びる錨形の形状となっている。かかる構成により、連結部５０の梁部分を長くし、応力分散効率を高めている。
【００７５】
連結部５０は、支持梁４０との連結により生じる角５５が、丸められる加工処理がなされていてよい。これにより、支持梁４０と連結部５０との連結箇所の応力を更に分散させることができる。同様に、ミラー３１と支持梁４０の連結部分に生じる角４５、連結部５０と可動枠６０の連結部分に生じる角６５及び可動枠６０と駆動梁７０の連結部分に生じる角７５を丸める加工処理を行い、これらの応力も分散させるようにしてよい。なお、角４５、５５、６５、７５の丸め処理の詳細については、後述する。
【００７６】
図７に戻る。駆動梁７０は、可動枠６０に曲げ応力を付与する駆動力発生源である。駆動梁７０は、回転軸Ｘと直交する方向に延在し、可動枠６０を両側から挟むように可動枠６０に連結され、１対となって設けられる。駆動梁７０は、表面に駆動源２０が装着され、自身が駆動源２０に変形されて、曲げ振動を発生させる。駆動源２０は、例えば、圧電素子２１が用いられてよいが、曲げ振動を発生することができる手段であれば、他の手段であってもよい。圧電素子２１が用いられる場合、１対の駆動梁７０の圧電素子２１には、両側で互いに異なる方向に変位する電圧が印加される。電圧の印加は、図１において説明したように、圧電体２２に設けられた上面電極２３と下面電極２４から行われてよい。
【００７７】
駆動梁７０も、可動枠６０と一体的に形成されてよい。よって、可動枠６０が、図１で示した半導体ウェハ１０の梁１５を構成する厚さの薄い部分で構成されている場合には、駆動枠７０も、梁１５として構成されてよい。
【００７８】
このように、共振駆動部８０は、半導体ウェハ１０の約３０〔μｍ〕程度の厚さの薄い部分で構成されているため、弾性を有する部材で構成されている。かかる弾性は、共振駆動部８０の厚さは一定であるから、幅、長さ、形状等で調整することができる。本実施例に係るアクチュエータにおいては、半導体ウェハ１０の弾性を、形状で調整することにより、応力が分散され、応力による破断等のおそれの無いアクチュエータを提供する。
【００７９】
図９は、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動部８０の共振振動時における変形状態の一例を示した斜視図である。図９において、１対の駆動源２０は、奥側の圧電素子２５と手前側の圧電素子２６とを含み、各々異なる極性又は位相の電圧が印加される。これにより、１対の駆動梁７０は、奥側の駆動梁７１が上方に反り、手前側の駆動梁７２が下方に反る変形をし、可動枠６０に曲げ振動を付与する。可動枠６０の曲げ振動は、連結部５０において支持梁４０に伝達されるが、このとき、曲げ振動はねじれ振動に変換され、１対の支持梁４０は、左側と右側でねじれる振動をする。そして、このねじれ振動により、両側から支持梁４０で支持されているミラー３１は、奥側と手前側に傾動振動する運動を行い、回転軸Ｘ周りに傾動駆動させられることになる。このような動作により、ミラー３１は回転軸Ｘの軸周りで傾動駆動させられる。
【００８０】
図１０は、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動部８０の共振駆動時の変形状態の一例を示したミラー３１の周辺拡大図である。図１０において、ミラー３１が、右側が上昇し、左側が下降するように傾動しているが、可動枠６０も、ミラー３１と同一方向に傾動し、ミラー３１の方が、可動枠６０よりも傾動の傾角が大きい状態となっている。図１０における動作は、１対の駆動梁７０に備えられた1対の駆動源２０に、極性又は位相の異なる電圧を印加することにより共振させると、駆動梁７０と可動枠６０の連結部付近が、大きく上下に振動する。この動作により、可動枠６０が傾き、また可動枠６０自身がたわむことで、連結部５０付近を更に傾け、連結部５０がねじれて更にミラー３１を傾ける、という動作を行う。
【００８１】
共振モードには、複数のモードがあり、図１０で示したような、ミラー３１と可動枠６０が同一方向に傾く共振モードの他、ミラー３１と可動枠６０が逆方向に傾動する振動モードも存在する。
【００８２】
しかしながら、本実施例に係るアクチュエータにおいては、図１０に示すように、ミラー３１と可動枠６０が同一の方向に傾動する共振モードを選択することが好ましい。これにより、可動枠６０の変位にミラー３１の変位が加算され、印加電圧に対するミラー３１の傾角感度を高くすることができる。また、連結部５０はねじれるが、ミラー３１の傾角量に対してねじれ量が少ないため、内部応力を小さくすることができ、破断を発生し難くすることができる。
【００８３】
図１１は、図１０の状態におけるミラー３１と支持梁４０と連結部５０の部分を更に拡大して示した図である。図１１において、連結部５０との連結箇所付近の支持梁４０が大きくねじれていなくても、連結部５０がねじれることにより、ミラー３１の傾角を確保できている。このように、本実施例に係るアクチュエータの共振駆動部８０は、曲げ応力からねじれ応力への変換で大きく応力負担が加わる可動枠６０と支持梁４０の間に、梁構造の連結部５０を設けることにより、連結部５０と支持梁４０とのねじれ角を小さくしつつ、十分なミラー３１の傾角を確保できる構成となっている。
【００８４】
なお、図８において示した角４５、５５、６５、７５を丸める加工処理を行った場合において、本実施例に係るアクチュエータを、３０〔ｋＨｚ〕の周波数、±１２〔ｄｅｇ〕の傾角幅で駆動させたときには、連結部５０の最大内部応力は、０．４〔ＧＰａ〕以下となる。これは、ミラー３１の傾角時に発生する応力を、主に連結部５０、可動枠６０及び駆動梁７０に分散させていることを意味する。
【００８５】
また、本実施例に係るアクチュエータは、連結部５０の幅、厚さ、断面形状や長さ等を変更することにより共振周波数を変更できるため、３０〔ｋＨｚ〕以上の更なる高速化にも、構造を変更することなく対応可能である。但し、連結部５０の形状変更を行うと、それに伴い、支持梁４０及び駆動梁７０の寸法が変更される場合はあり得る。
【００８６】
次に、図１２乃至図１４を用いて、本実施例に係るアクチュエータの角を丸める加工処理の例について説明する。なお、以後、角を丸めることを、角Ｒを付与する、と表現してもよいこととする。
【００８７】
図１２は、ミラー３１と支持梁４０との連結箇所４５に生じる角を丸めた場合について説明するための図である。図１２（Ａ）は、ミラー３１と支持梁４０との連結箇所４５に生じる角に角Ｒを付与した場合のアクチュエータの斜視図の一例であり、図１２（Ｂ）は、角Ｒを付与したときの傾角感度と、±１２〔ｄｅｇ〕傾いたときの連結箇所４５の最大応力変化を示した図である。
【００８８】
図１２（Ａ）に示すように、ミラー３１は円形であり、支持梁４０は長方形の平面構成であるので、そのままの連結状態であると、ミラー３１と支持梁４０との連結箇所４５の外側に角張った角が生じ、内部応力が角に集中し易い。しかし、角Ｒを付与することにより、内部応力を分散させることができる。角Ｒは、例えば、０．０１〜０．２〔ｍｍ〕の範囲内で付与するようにしてもよい。
【００８９】
図１２（Ｂ）において、０〜０．２５〔ｍｍ〕の範囲で付与する角Ｒを変化させたときに、傾角感度はあまり変化していないが、角Ｒが０．０１〔ｍｍ〕以上で若干劣化している。一方、図１２（Ｂ）において、角Ｒ部（連結箇所４５）の最大内部応力は０．３〔ＧＰａ〕以下であり、破断応力に安全係数を掛けた値の０．０５〔ＧＰａ〕以下であり、角Ｒ部の耐久性は問題無いことが示されている。
【００９０】
図１３は、ミラー３１と支持梁４０との連結箇所４５と、支持梁４０と連結部５０との連結箇所５５と、連結部５０と可動枠６０との連結箇所６５に生じる角を丸めた場合について説明するための図である。図１３（Ａ）は、連結箇所４５、５５、６５に角Ｒを付与した場合のアクチュエータの斜視図の一例であり、図１３（Ｂ）は、角Ｒを付与したときの傾角感度と、±１２〔ｄｅｇ〕傾いたときの連結箇所４５、５５、６５の最大応力変化を示した図である。
【００９１】
図１３（Ａ）に示すように、ミラー３１と支持梁４０との連結箇所４５のみならず、支持梁４０と連結部５０との連結箇所５５及び連結部５０と可動枠６０との連結箇所６５にも角Ｒが付与されている。連結箇所５５、６５の角Ｒは、例えば、０．００５〜０．０４〔ｍｍ〕の範囲で付与されてもよい。
【００９２】
図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のような角Ｒを付与した構成において、傾角感度と最大応力の変化を示している。図１３（Ｂ）において、傾角感度はあまり変化していないが、角Ｒが０．０２〔ｍｍ〕以上で若干劣化している。内部応力は、ねじれが発生する連結部５０で最大となる。角Ｒ＝０．００５〜０．０２〔ｍｍ〕では、最大内部応力は０．５〔ＧＰａ〕となり、深掘り反応性イオンエッチングによる加工変質層の影響や繰り返し応力の印加により、破断の可能性が出てしまう。Ｒ＝０．０３〔ｍｍ〕のときに、最大応力は０．４９〔ＧＰａ〕となり、破断が生じない値まで応力が分散される。よって、Ｒ＝０．０３〔ｍｍ〕以上であれば、破断発生のおそれが無く、特に問題無いことが分かる。
【００９３】
図１４は、ミラー３１と支持梁４０との連結箇所４５と、支持梁４０と連結部５０との連結箇所５５と、連結部５０と可動枠６０との連結箇所６５に加えて、更に可動枠６０と駆動梁７０との連結箇所７５に生じる角を丸めた場合について説明するための図である。図１４（Ａ）は、連結箇所４５、５５、６５、７５に角Ｒを付与した場合のアクチュエータの斜視図の一例であり、図１４（Ｂ）は、角Ｒを付与したときの傾角感度と、±１２〔ｄｅｇ〕傾いたときの連結箇所４５、５５、６５、７５の最大応力変化を示した図である。
【００９４】
図１４（Ａ）に示すように、可動枠６０と駆動梁７０との連結箇所７５にも角が生じるので、この角に角Ｒを付与して角を丸める加工処理を行うことにより、連結箇所７５の内部応力も分散させることができる。連結箇所７５の角Ｒは、例えば、０．００５〜０．０６〔ｍｍ〕の範囲で付与するようにしてもよい。
【００９５】
図１４（Ｂ）において、図１４（Ａ）のように連結箇所４５、５５、６５、７５に角Ｒを付与した場合、角Ｒ＝０．００５〜０．０１〔ｍｍ〕での最大内部応力は０．５〔ＧＰａ〕以上となる。つまり、この場合には、本実施例に係るアクチュエータは、深掘り反応性イオンエッチングによる加工変質層の影響や繰り返し応力の印加により破断のおそれを有する。一方、Ｒ＝０．０２〔ｍｍ〕のときには、連結箇所４５、５５、６５、７５の最大応力は０．４９〔ＧＰａ〕となり、破断は発生しない値まで応力が分散される。角Ｒは、Ｒ＝０．０５〔ｍｍ〕以上であれば、特に問題が無いことが分かる。
【００９６】
次に、図１５及び図１６を用いて、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動部８０の駆動源２０の電極配置構成の例について説明する。
【００９７】
図１５は、共振駆動部８０における駆動源２０の電極配置構成の種々の態様について示した図である。
【００９８】
図１５（Ａ）は、駆動梁７０にのみ駆動源２０を設けた共振駆動部８０の構成の一例を示した図である。図１５（Ａ）において、今まで説明したように、駆動梁７０にのみ駆動源２０が設けられた共振駆動部８０が示されている。この場合は、図７乃至図１１において説明したように、１対の駆動梁７１、７２からなる駆動梁７０の上下動が、曲げ振動として１対の可動枠６１、６２からなる可動枠６０に付与される。そして、可動枠６０から１対の連結部５０に曲げ振動が伝達される際に、曲げ振動がねじれ振動に変換され、ねじれ振動により１対の支持梁４０及びミラー３１が傾動駆動される。
【００９９】
図１５（Ｂ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に駆動源２０ａを設けた共振振動部８０ａの構成の一例を示した図である。図１５（Ｂ）において、駆動梁７０のみでなく、可動枠６０にも駆動源２０ａが備えられている。つまり、駆動源２０ａは、１対の駆動梁７１、７２に１対の駆動源２５、２６が設けられるとともに、１対の可動枠６１、６２にも各々駆動源２７、２８が設けられている。図１５（Ｂ）においては、回転軸Ｘを中心として、互いに連結されている奥側の駆動梁７１及び可動枠６１には、同極性又は同位相の電圧が印加される駆動源２５、２７が設けられている、同様に、互いに連結されている手前側の駆動梁７２及び可動枠６２には、同極性又は同位相の電圧が印加される駆動源２６、２８が設けられており、それらの極性は、駆動源２５、２７とは異なっている。つまり、図１５（Ｂ）においては、同じ側の駆動梁７０と可動梁６０には、同極性の電圧が印加されるように駆動源２０ａが配置構成されている。
【０１００】
図１５（Ｃ）は、図１５（Ｂ）とは異なる駆動梁７０及び可動枠６０に駆動源２０ｂを設けた共振振動部８０ｂの構成の一例を示した図である。図１５（Ｃ）において、駆動梁７０に設けられる駆動源２０の配置は、図１５（Ａ）、（Ｂ）と同様であるが、可動枠６０に設けられる駆動源２７、２８が、連結されている駆動梁７０の駆動源２６、２５とは逆極性となるように構成されている。つまり、回転軸Ｘを中心として、奥側の駆動梁７１の駆動源２５とこれに連結されている可動枠６１の駆動源２８は、互いに逆極性である。同様に、手前側の駆動梁７２の駆動源２６と、これに連結されている可動枠６２の駆動源２７とは、逆極性である。そして、１対の駆動源７１、７２同士の駆動源２５、２６は互いに逆極性であり、１対の可動枠６１、６２同士の駆動源２８、２７も互いに逆極性である。
【０１０１】
図１６は、図１５に示した３種類の電極配置構成の共振駆動部８０、８０ａ、８０ｂ同士の単位電圧当たりの傾角感度及び最大内部応力を比較した図である。図１６において、単位電圧当たりの傾角感度を比較すると、基準となる図１５（Ａ）に示した駆動梁７０にのみ駆動源２０を設けた場合と比較して、同じ側の駆動梁７０と可動枠６０の駆動源２０ａが同極性となる図１５（Ｂ）の場合は、傾角感度が減少し、同じ側の駆動梁７０と可動枠６０が逆極性となる図１５（Ｃ）の場合は、傾角感度が増加している。つまり、図１５（Ａ）の構成では、傾角感度が０．５３５〔ｄｅｇ／Ｖ〕であるのに対し、図１５（Ｂ）の構成では、０．１３１〔ｄｅｇ／Ｖ〕に低下し、図１５（Ｃ）の構成では、０．９７５〔ｄｅｇ／Ｖ〕に上昇している。
【０１０２】
一方、図１６において、図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）同士の最大内部応力を比較すると、基準の図１５（Ａ）の０．３９〔ＧＰａ〕に対し、図１５（Ｃ）の場合はほぼ同様の０．４０〔ＧＰａ〕となっており、破断のおそれの少ない、問題の無い値となっている。しかし、図１５（Ｂ）の場合は、０．５９〔ＧＰａ〕で増加しており、最大内部応力が０．５〔ＧＰａ〕を超えているので、破断のおそれがある。
【０１０３】
この結果から、図１５（Ｃ）の構成のアクチュエータの場合が、最も傾角感度が高く、かつ最大内部応力にも問題が無い値となっていることが分かる。よって、図１５（Ｃ）に示したような、互いに連結される駆動梁７０と可動枠６０の駆動源２０ｂに印加される電圧が逆極性となるように、駆動梁７０及び可動枠７０の双方に駆動源２０ｂを設ける配置構成が最も効率が良く、破断のおそれも少ない構成となっている。
【０１０４】
このように、図１５（Ｃ）に示した電極配置とすることにより、外形寸法を変形することなく、傾角感度を向上させることができる。また、例えば、図１６の例で考えれば、傾角感度が１．８倍に上昇したことで、印加電圧を１／１．８にすることができる。これにより、ミラー３１を±１２〔ｄｅｇ〕傾けるのに必要な駆動電圧は、図１５（Ａ）の構成の場合は、０〜２２．５〔Ｖ〕であるのに対し、図１５（Ｃ）の構成の場合は、０〜１２．５〔Ｖ〕とすることができ、必要な駆動電圧を大きく低減させることができる。この場合、消費電力は、印加電圧の２乗に比例するので、図１５（Ｃ）の場合の消費電力は、図１５（Ａ）の構成に比較して、（１／１．８）２＊１００＝３０〔％〕に低減させることが可能となる。
【０１０５】
なお、連結する駆動梁７０と可動枠６０を逆極性とする方が、傾角感度を大きくすることができるのは、連結している駆動梁７０と可動枠６０同士を逆極性とすることにより、互いに反る方向が逆となるので、より大きな曲げ振動を大きく発生させることができるからであると考えられる。
【０１０６】
このように、実施例１に係るアクチュエータによれば、駆動源２０を有する駆動梁７０に連結された可動枠６０と、ミラー３１に連結された支持梁４０とを連結する連結部５０を設けることにより、内部応力を増加させることなく曲げ振動をねじれ振動に変換し、ミラー３１を傾動駆動することができる。また、連結箇所４５、５５、６５、７５に角Ｒを付与して角を丸める処理を行ったり、可動枠６０にも駆動源２０ｂを設け、駆動梁７０と可動枠６０に設ける駆動源２０ｂの印加電圧が逆となるように構成したりすることにより、更に良好な傾角感度と、内部応力の分散効果を得ることができる。
【実施例２】
【０１０７】
図１７は、本発明の実施例２に係るアクチュエータの共振駆動部８１の構成の一例を示した斜視図である。図１７において、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動部８１は、ミラー３１と、支持梁４０ａと、連結部５０ａと、可動枠６０と、駆動梁７０と、駆動源２０とを備える。実施例２に係るアクチュエータは、断面構成や、非共振駆動部等の共振駆動部８１の構成以外は、実施例１に係るアクチュエータの構成と同様であるので、他の構成要素については、その説明を省略する。また、実施例１と同様の構成要素については、同一の参照符号を付して、その説明を省略又は簡略化するものとする。
【０１０８】
図１７において、実施例２に係るアクチュエータは、ミラー３１を１対の支持梁４０ａが両側から支持し、可動枠６１、６２からなる１対の可動枠６０と支持梁４０ａとを連結部５０ａが連結している。可動枠６０の回転軸Ｘと直交する方向の両側には、駆動梁７１、７２からなる１対の駆動梁７０が連結され、駆動梁７１、７２には、駆動源２５、２６からなる１対の駆動源２０が備えられた基本構成は、実施例１に係るアクチュエータと同様である。また、実施例２に係るアクチュエータの動作も、駆動源２０により駆動梁７０から曲げ振動が発生し、連結部５０ａでねじれ振動に変換され、支持梁４０ａを介してミラー３１が傾動駆動する点は、実施例１に係るアクチュエータと同様である。
【０１０９】
実施例２に係るアクチュエータは、回転軸Ｘの方向に対をなしている支持梁４０ａが、片側で各々奥側と手前側で分かれて２本となり、更に対をなしている点で、実施例１に係るアクチュエータと異なっている。また、実施例２に係るアクチュエータは、支持梁４０ａが、片側で各々２本となったのに伴い、連結部５０ａは、各１本の支持梁４０ａを近い方の可動枠６１、６２に連結している点で、実施例１に係るアクチュエータと異なっている。
【０１１０】
図１８は、実施例２に係るアクチュエータの支持梁４０ａ、連結部５０ａ及び可動枠６０の拡大斜視図である。図１８において、実施例１に係るアクチュエータでは、支持梁４０が片側で１本であったのに対し、実施例２に係るアクチュエータでは、支持梁４０ａの中心部が、回転軸Ｘに沿ってくり抜かれた形状となっている。それに伴い、支持梁４０ａの幅は細くなり、実施例１の支持梁４０よりも細い２本の梁１５で構成されている。
【０１１１】
また、連結部５０ａは、２本の支持梁４０ａを大きな１本の支持梁４０と見なせば、回転軸Ｘと直交する方向に両側に開いて延在し、回転軸Ｘに沿って可動梁６０に連結されており、錨形の形状となっているので、連結部５０ａ自体の形状としては、本質的には変化していない。しかしながら、支持梁４０ａが２本の支持梁４１、４２で構成されたことに伴い、支持梁４１に対応して連結部５１が設けられ、支持梁４２に対応して連結部５２が設けられ、１本の支持梁４１、４２に各１本の連結部５１、５２が各々対応して設けられた構成となっている。
【０１１２】
このような構成とすることにより、実施例２に係るアクチュエータは、連結部５０ａの梁構造の部分を、実施例１に係るアクチュエータよりも更に長くとることができるとともに、連結部５１と連結部５２とで異なる動作をすることが可能となる。よって、連結部５０ａの変形自由度を更に高め、可動枠６０から伝達された曲げ振動を、更に効率的にねじれ振動に変換することができる。
【０１１３】
図１９は、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動部８１の、共振駆動時の変形状態の一例を示した図である。図１９において、駆動源２５と駆動源２６には、異なる極性の電圧が印加され、駆動梁７１は上に反り、駆動梁７２は下に反っており、１対の可動枠６１、６２に曲げ振動を付与している。可動枠６１、６２に付与された曲げ振動は、連結部５０ａに伝達され、ねじり振動に変換されて支持梁４０ａに伝達される。このとき、可動枠６１の曲げ振動は連結部５１に伝達され、可動枠６２の曲げ振動は連結部５２に伝達される点が、実施例１に係るアクチュエータとは異なっている。連結部５１からのねじれ振動は、支持梁４１に伝達され、連結部５２からのねじれ振動は、連結部５２に伝達される。右側の支持梁４０ａのみでなく、左側の支持梁４０ａも同様の動作をし、ミラー３１は傾動駆動される。
【０１１４】
図２０は、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動部８１の共振駆動時の変形状態の一例を示す拡大斜視図である。図２０において、駆動梁７１、７２から伝達された可動枠６１、６２の曲げ振動によるたわみが、連結部５０ａに伝達されるが、連結部５０ａにおいては、上側の連結部５１と下側の連結部５２で段差が生じている。そして、連結部５０ａにおける段差に伴い、支持梁４０ａにおいても、上側の支持梁４１と下側の支持梁４２でも段差が生じている。これにより、段差を大きくすることにより、ミラー３１を大きく傾けることが可能となるので、より直接的にミラー３１を傾動駆動することが可能となる。つまり、支持梁４０ａを２本としたことにより、支持梁４１、４２がねじれる傾角時に、支持梁４１、４２間で段差を生じ、傾角を増大させることができる。
【０１１５】
また、図２０において、可動枠６０と、ミラー３１とは、同一方向に傾いている。実施例２に係るアクチュエータにおいても、共振モードは、ミラー３１と可動枠６０とが同一方向に傾く共振モードを用いることにより、可動枠６０とミラー３１の変位を加算し、ミラー３１の傾角感度を高めることができる。また、支持梁４０ａと連結部５０ａはともにねじれ、駆動梁７０と可動枠６０はともにたわんで駆動するが、傾角量に対しねじれ量が少ないため、内部応力が小さく、破断し難い構成である。
【０１１６】
例えば、本実施例に係るアクチュエータにおいては、３０〔ｋＨｚ〕の周波数で、傾角幅±１２〔ｄｅｇ〕で駆動した場合に、角Ｒを付与すると、最大内部応力は０．５〔ＧＰａ〕となる。これは、ミラー３１の傾動時に発生する応力を、主に支持梁４０ａ、連結部５０ａ、可動枠６０及び駆動梁７０に分散させていることを意味する。より詳細には、本実施例に係るアクチュエータは、ミラー傾角感度を０．５６〔ｄｅｇ／Ｖ〕、最大内部応力を０．４８〔ＧＰａ〕とすることができる。
【０１１７】
なお、実施例２に係るアクチュエータは、支持梁４０ａ及び連結部５０ａの両方又はどちらか一方の幅、厚さ、断面形状や長さ等を変更することにより、共振周波数を変更できるため、３０〔ｋＨｚ〕以上の更なる高速化にも、構造を変更することなく対応することができる。但し、支持梁４０ａ及び／又は連結部５０ａの形状変更を行うと、それに伴って、可動枠６０及び駆動梁７０の寸法が変更される場合がある。
【０１１８】
次に、図２１及び図２２を用いて、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動部８１の、電極構成の例について説明する。
【０１１９】
図２１は、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動部８１の電極構成の例を示した図である。図２１（Ａ）は、図１７乃至図２０において説明した、駆動梁７０にのみ駆動源２０を設けた共振駆動部８１の一例を示した斜視図である。図２１（Ｂ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に同極性の駆動源２０ａを設けた共振駆動部８１の一例を示した斜視図である。図２１（Ｃ）は、駆動梁７０及び可動枠６０に異極性の駆動源２０ａを設けた共振駆動部８１の一例を示した斜視図である。
【０１２０】
図２１（Ａ）における構成は、図１７乃至図２０において説明した構成及び動作と同様であるので、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１２１】
図２１（Ｂ）は、駆動梁７０のみでなく、可動枠６０にも駆動源２７、２８が備えられている点で、図２１（Ａ）とは異なっている。また、駆動源２７、２８の印加電圧の極性は、駆動梁７１と連結された可動枠６１には、駆動枠７１と同じ極性の電圧が印加され、駆動梁７２と連結された可動枠６２には、駆動枠７２と同じ極性の電圧が印加されるように構成されている。つまり、駆動源２５と駆動源２７には同じ極性の電圧が印加され、駆動源２６と駆動源２８には同じ極性の電圧が印加される。そして、駆動源２５、２７に印加される電圧と、駆動源２６、２８に印加される電圧は、逆極性となっている。実施例１における図１５（Ｂ）と同様の電圧の印加の仕方である。
【０１２２】
図２１（Ｃ）は、駆動梁７０のみでなく、可動枠６０にも駆動源２７、２８を設けた点で、図２１（Ｂ）と同様である。しかしながら、図２１（Ｃ）は、駆動梁７１と連結された可動枠６１の駆動源２８への印加電圧の極性が、駆動梁７１の駆動源２５への印加電圧極性と反対であり、駆動梁７２と連結された可動枠６２の駆動源２７への印加電圧の極性が、駆動梁７２の駆動源２６への印加電圧極性と反対である点で、図２１（Ｂ）の電極構成とは異なっている。これは、実施例１の図１５（Ｃ）と同様の電圧の印加の仕方である。
【０１２３】
図２２は、図２１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の電極構成における印加電圧に対する傾角感度及び最大内部応力を示した図である。
【０１２４】
図２２において、傾角感度の最も大きいのは、図２１（Ｂ）の構成の共振駆動部８１ａを有するアクチュエータである。また、最大内部応力についても、図２１（Ａ）の構成の共振駆動部８１と図２１（Ｂ）の構成の共振駆動部８１ａとが等しく最も小さい値となっている。つまり、実施例２に係るアクチュエータにおいては、駆動梁７０と連結する可動枠６０に、同極性の電圧が印加されて共振駆動する図２１（Ｂ）に示した電極構成が最適電極構成となる。これは、実施例１に係るアクチュエータとは異なる結果である。つまり、実施例１においては、連結する駆動梁７０と可動枠６０の駆動源２０ｂに異極性の電圧が印加されて共振駆動させられる場合が最適な電極構成であったが、実施例２においては、連結する駆動梁７０と可動枠６０の駆動源２０ａに同極性の電圧が印加されて共振駆動させられる場合が最適構成となる。
【０１２５】
図２３は、実施例１に係るアクチュエータの最適電極構成と、実施例２に係るアクチュエータの最適電極構成が異なる理由について説明するための図である。図２３（Ａ）は、実施例１に係るアクチュエータの共振駆動時の変形状態の一例を示した側面図であり、図２３（Ｂ）は、実施例２に係るアクチュエータの共振駆動時の変形状態の一例を示した側面図である。
【０１２６】
図２３（Ａ）に示されるように、実施例１に係るアクチュエータにおいては、可動枠６０が駆動梁７０と逆方向に上下に変位すればする程、中心梁４０及び連結部５０が傾き、ミラー３１の回転角度が大きくなる。つまり、可動枠６１及び駆動梁７１の反り具合と、可動枠６２及び駆動梁７２の反り具合が大きい程、中心梁４０及び連結部５０が傾き、ミラー３１の傾角が大きくなる。
【０１２７】
一方、図２３（Ｂ）に示されるように、実施例２に係るアクチュエータにおいては、可動枠６０及び駆動梁７０が、１つのばねのように変位し、中心梁４０が上下に変位すればする程、ミラー３１の回転角度は大きくなる。つまり、可動枠６１及び駆動梁７１の上昇変位と、可動枠６２及び駆動梁７２の下降変位の差が大きい程、支持梁４１と支持梁４２とが縦に開いて段差が大きくなり、ミラー３１の傾角が大きくなる。
【０１２８】
このように、支持梁４０、４０ａが１本であるか２本であるかにより、同じ周波数、同じ共振モードでも、傾くメカニズムが全く異なることが分かる。
【０１２９】
ここで、実施例２においては、角Ｒを付与して角を丸くする加工処理については、特に説明していないが、実施例２においても適用することができる。また、そのような細部の構成については、実施例１と実施例２を組み合わせることができる。
【実施例３】
【０１３０】
図２４は、実施例３に係るアクチュエータの全体構成の一例を示す斜視図である。図２４（Ａ）は、実施例３に係るアクチュエータの表面側からの斜視図の一例であり、図２４（Ｂ）は、実施例３に係るアクチュエータの裏面側からの斜視図の一例である。
【０１３１】
図２４（Ａ）において、実施例３に係るアクチュエータは、可動部１００と、固定枠１１０とを備える。固定枠１００は、駆動中も固定状態にある外側の枠であり、可動部１１０は、固定枠１００に連結支持されている。また、可動部１００は、駆動対象物３０と、１対の支持梁４０ｂと、１対の連結部５０ｂと、１対の駆動梁７３とを備える。連結部５０ｂは、駆動梁７３に連結される駆動梁側連結部５３と、駆動梁側連結部５３と支持梁４０ｂを連結する支持梁側連結部５４とを有する。実施例３に係るアクチュエータの表面側は、総てＳｉ活性層１３で構成されている。
【０１３２】
実施例３に係るアクチュエータにおいては、駆動対象物３０に、回転軸方向に沿って延在する支持梁４０が連結されている点は、実施例１に係るアクチュエータと同様である。しかしながら、実施例３に係るアクチュエータには、可動枠６０が設けられていない点で、実施例１及び実施例２に係るアクチュエータと異なっている。
【０１３３】
実施例３に係るアクチュエータにおいては、連結部５０ｂの支持梁側連結部５４が、回転軸Ｘと直交する方向に長く延在し、駆動対象物３０の幅と同程度か、それよりも長く構成されている。そして、支持梁側連結部５４から垂直に回転軸Ｘと平行に駆動梁７３側に戻るように駆動梁側連結部５３が延在し、駆動梁７３に直接連結されている。よって、連結部５０ｂは、可動枠６０の代わりに駆動梁７３と直接連結される駆動源側連結部５３と、駆動梁側連結部５３と支持梁４０ｂとを連結する支持梁側連結部５４を含んで構成される。ここで、支持梁側連結部５４と駆動梁側連結部５３とが連結される位置は、回転軸Ｘに垂直な方向において、駆動対象物３０の端部と同じか、それよりも外側に構成されてよい。これにより、回転軸Ｘと平行に駆動対象物３０側に延びる駆動梁側連結部５３の長さを、十分に長く確保することができ、十分に応力の吸収低減を行うことが可能となる。
【０１３４】
このように、回転軸Ｘと垂直に延在する支持梁側連結部５４の長さを大きくし、支持梁側連結部５４と駆動梁７３とを駆動梁側連結部５３で連結し、可動枠６０を省くような構成としてもよい。この場合、駆動梁７３で発生させられる傾動力は、連結部５０ｂの駆動梁側連結部５３に直接的に伝達される。駆動梁側連結部５３は、駆動梁７３の傾動力を支持梁側連結部５４に伝達することができるとともに、応力を低減させる梁構造となっているので、応力分散を適切に行うことができる。また、可動枠６０を省くことにより、より小型で省スペースのアクチュエータを構成することができる。
【０１３５】
また、駆動梁７３は、実施例１及び実施例２に係るアクチュエータの駆動源７０よりも、回転軸Ｘに平行な幅を大きくし、駆動源２０である圧電素子２１の成膜面積を大きくしている。これにより、傾角感度を更に向上させるとともに、更に高速に駆動することが可能となる。つまり、小型でありながら、十分な傾角感度を有するアクチュエータとすることができる。なお、駆動梁７３が、回転軸Ｘの両側で、異なる方向に変位する電圧が印加させる点は、実施例１及び実施例２に係るアクチュエータと同様である。
【０１３６】
更に、実施例３に係るアクチュエータは、回転軸Xの軸周りに傾動運動を行う１軸型のアクチュエータが示されている。このように、実施例３に係るアクチュエータは、１軸側アクチュエータとして構成することができる。一方、図３乃至図６において説明したように、固定枠１１０の領域に、回転軸Xと異なる軸周りに傾動駆動するアクチュエータを組み込んで２軸型のアクチュエータとしてもよい。実施例３に係るアクチュエータは、１軸型のアクチュエータにも、２軸型のアクチュエータにも適用することができる。
【０１３７】
図２４（Ｂ）において、実施例３に係るアクチュエータの裏面構成の一例が示されているが、図２４（Ａ）において説明した可動部１００は、総て梁１５として薄く構成され、固定枠１１０は、厚さの厚いシリコン基板１１で構成される。
【０１３８】
図２５は、実施例３に係るアクチュエータの傾角感度の向上と最大応力を低減させるパラメータ設定の一例について説明するための図である。図２５（Ａ）は、実施例３に係るアクチュエータの可動部１００の平面構成を示した図の一例である。図２５（Ａ）において、回転軸Ｘと垂直であって、駆動対象物３０の中心を通る回転軸Ｙが示されている。
【０１３９】
図２５（Ａ）において、支持梁４０ｂの幅をＡとし、駆動梁側連結部５３の幅を、支持梁４０ｂの幅Ａの１／２のＡ／２に設定する。また、支持梁側連結部５４の長さをＢ、支持梁４０ｂ及び駆動梁側連結部５３の外側の端部から回転軸Ｙまでの距離をＣとする。そして、支持梁４０ｂ及び駆動梁側連結部５３の外側端部から回転軸Ｙまでの距離Ｃを可変とすることで、共振周波数を一定の３０ｋＨｚに設定する。なお、駆動梁側連結部５３は、４箇所存在するが、総て共通の値に設定する。また、連結箇所４５ａのＲ半径をＲ１＝０．１５ｍｍ、連結箇所５５ａのＲ半径をＲ２＝Ｂ／２に設定する。そして、指示梁４０ｂの幅Ａ及び支持梁側連結部５４の長さＢをパラメータとして変化させ、傾角感度と最大応力の最適値を検討した。
【０１４０】
図２５（Ｂ）は、駆動対象物３０を±１２ｄｅｇの傾角で傾動させる場合の、支持梁４０ｂの幅Ａ及び支持梁側連結部５４の長さＢの変化に対する傾角感度〔ｄｅｇ／Ｖ〕の変化特性を示した図である。図２５（Ｂ）において、Ａ＝０．１２ｍｍの場合に最も傾角感度が高く、また、０．４ｍｍ＜Ｂ＜０．６ｍｍのＢ＝０．５ｍｍ付近の値で傾角感度が最大となっている特性が示されている。
【０１４１】
図２５（Ｃ）は、支持梁４０ｂの幅Ａ及び支持梁側連結部５４の長さＢの変化に対する最大主応力の変化特性を示した図である。最大応力は、０．５ＧＰａ以下であれば、アクチュエータの耐性としては問題の無い数値である。図２５（Ｃ）において、Ａ＞０．１ｍｍの場合に、最大応力は０．５ＧＰａ以下となっている。また、Ａ＝０．１４ｍｍ又はＡ＝０．１２ｍｍの場合であって、０．４ｍｍ＜Ｂ＜０．６ｍｍのＢ＝０．５ｍｍ付近で最大主応力が最小となっている特性が示されている。
【０１４２】
よって、傾角感度が高く、最大応力が小さい形状で、比較的小型のものとして、例えば、Ａ＝０．１２ｍｍ、Ｂ＝０．５ｍｍ、Ｃ＝１．４ｍｍ、Ｒ１＝０．１５ｍｍ、Ｒ２＝０．２５ｍｍの形状を採用するとよい。この場合、傾角感度は４．５０ｄｅｇ／Ｖ、±１２ｄｅｇの傾角で傾動させるための電圧は０−５．３Ｖ、最大応力は０．３８ＧＰａとすることができ、最大応力が小さく、傾角感度が高い良好な特性とすることができる。
【実施例４】
【０１４３】
図２６は、実施例４に係るアクチュエータの全体構成の一例を示した斜視図である。図２６（Ａ）は、実施例４に係るアクチュエータの表面側の構成の一例を示した図であり、図２６（Ｂ）は、実施例４に係るアクチュエータの裏面側の構成の一例を示した図である。
【０１４４】
図２６（Ａ）において、実施例４に係るアクチュエータは、可動部１０１と、固定枠１１１とを備える。固定枠１１１は駆動中も固定状態にある外側の枠で、可動部１１１が、固定枠１１１に連結支持されている点は、実施例３に係るアクチュエータと同様である。また、可動部１０１は、駆動対象物３０と、１対の支持梁４０ｃと、１対の連結部５０ｃを備え、連結部５０ｃは、駆動梁側連結部５３と、支持梁側連結部５４を含む点も、実施例３に係るアクチュエータと同様である。
【０１４５】
実施例４に係るアクチュエータは、支持梁４０ｃが、回転軸Xに沿って分離しており、２本となっている点で、実施例３に係るアクチュエータと異なっている。この支持梁４０ｃの構成は、実施例２に係るアクチュエータの支持梁４０ａと類似した構成である。これに伴い、連結部５０ｃも、回転軸Ｘに沿って分離され、２本の連結部５０ｃを含んでいる。２本の連結部５０ｃは、各々が回転軸Ｘに対して垂直に外側の向きに延び、各々が支持梁４０ｃとともにＵ字を形成した形状となっている。このような構成により、支持梁４０ｃ及び連結部５０ｃは、回転軸Ｘの両側で、独立した運動を行うことが可能となる。よって、実施例４に係るアクチュエータは、実施例２に係るアクチュエータと同様に、２本の支持梁４０ｃの高低差を大きくして駆動することにより、大きな傾角を得ることが可能な構成となっている。
【０１４６】
なお、連結部５０ｃの、回転軸Ｘに垂直な方向に延在する支持梁側連結部５４の長さが、駆動対象物３０の幅と同程度かそれ以上であり、可動枠６０を必要としない点は、実施例３に係るアクチュエータと同様である。これにより、可動枠６０を必要とせず、小型で省スペースのアクチュエータを構成することができる。
【０１４７】
また、連結部５０ｃは、実施例３に係るアクチュエータと同様に、駆動梁側連結部５３及び支持梁側連結部５４とも、弾性力のある梁構造を有しているので、加わる応力を吸収して低減させ、安定して駆動対象物３０を傾動運動させることができる。
【０１４８】
また、駆動源２０が成膜された駆動梁７３の面積を大きくし、十分な傾角感度と高速駆動を実現できる点は、実施例３に係るアクチュエータと同様である。
【０１４９】
図２６（Ｂ）においては、実施例４に係るアクチュエータの裏面側からの斜視図が示されているが、外側の固定枠１１１は厚いシリコン基板１１で構成され、可動部１０１は、梁１５として薄い弾性体で構成されている点は、実施例３に係るアクチュエータと同様である。
【０１５０】
図２７は、実施例４に係るアクチュエータの可動部１０１の形状の最適設計を行う方法の一例を示した図である。図２７（Ａ）は、実施例４に係るアクチュエータの平面構成の一例を示した図である。図２７（Ａ）に示すように、実施例４に係るアクチュエータは、支持梁４０ｃが、回転軸Ｘに沿って分離し、２本の支持梁４１ａ、４２ａを備えている。また、これに伴い、連結部５０ｃも、回転軸Ｘを境界として２つに分離され、２つの連結部５１ａ、５２ａを備えている。支持梁４１ａには、連結部５１ａが連結され、支持梁４２ａには、連結部５２ａが連結されている。連結部５１ａ、５２ａの支持梁側連結部５４は、回転軸Ｘに垂直な方向に、ともに回転軸Ｘから離れる向きに延びており、駆動源側連結部５３で再び回転軸Ｘに沿って中心に戻るような形状となっている。
【０１５１】
ここで、図２７（Ａ）において、各パラメータを以下のように定める。支持梁４０ｃの各１本４１ａ、４２ａの幅を０．０６ｍｍ、同様に連結部５０ｃの駆動梁側連結部５３の幅を０．０６ｍｍとする。なお、駆動対象物３０を弾性支持する支持梁４０ｃ、駆動梁側連結部５３の幅を変更することにより、共振周波数を大きく変更することができる。本実施例においては、支持梁４０ｃ及び駆動梁側連結部５３の幅を一定とし、他のパラメータを動かすこととする。
【０１５２】
また、２本の支持梁４１ａ、４２ａ間の距離をＡとし、支持梁側連結部５４の長さをＢとする。更に、駆動梁側連結部５３の外側端部から駆動梁７３の部分も含めた回転軸Ｙまでの距離をCとする。この場合、Cを可変とすることで、共振周波数を一定の３０ｋHzに調整することができる。つまり、共振周波数の微調整が可能となる。
【０１５３】
また、駆動対象物３０と支持梁４０ｃとの連結箇所４６のR半径をＲ１＝Ａ／２に設定し、支持梁４０ｃと連結部５５ｂとの連結箇所５５ｂのＲ半径をＲ２＝Ｂ／２に設定する。
【０１５４】
図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）の条件下で、駆動対象物３０を±１２ｄｅｇ傾動させる場合に、２本の支持梁４１ａ、４２ａ間の距離Ａと、支持梁４０ｃと駆動梁側連結部５３との間の距離（支持梁側連結部５４の長さ）Ｂとをパラメータとしたときの、最大応力の変化特性を示した図である。図２７（Ｂ）において、横軸は支持梁側連結部５４の長さＢ〔ｍｍ〕、縦軸は最大応力〔ＧＰａ〕を示している。
【０１５５】
図２７（Ｂ）において、Ａの値が小さい程、最大応力が小さいことが示されている。また、応力σが極小となる支持梁４０ｃと駆動梁側連結部５３との距離ＢをＢｍｉｎとすると、（１）式の関係を有する。
【０１５６】
【数１】
0005444968.tif 000002
（１）式は、各特性曲線の極小値を結んで得られた関係式である。
【０１５７】
図２８は、支持梁側連結部５４の長さＢが、極小値を持つ理由を説明するための図である。（１）式より、Ａ＝０．３ｍｍの曲線における極小値は、Ｂｍｉｎ＝（−０．２）＊０．３＋０．２８＝０．２２≒０．２である。図２８においては、Ａ＝０．３ｍｍの場合に、Ｂの値を変化させた応力分布図を示している。
【０１５８】
図２８（Ａ）は、Ｂ＝０．１ｍｍの場合のアクチュエータの応力分布を示した図である。図２８（Ａ）は、Ｂ＜Ｂｍｉｎ＝０．２ｍｍの場合の応力分布を示しており、この場合、駆動梁側連結部５３に応力が集中している。
【０１５９】
図２８（Ｂ）は、Ｂ＝０．３ｍｍの場合のアクチュエータの応力分布を示した図である。図２８（Ｂ）は、Ｂ＞Ｂｍｉｎ＝０．２ｍｍの場合の応力分布を示しており、この場合、支持梁４０ｃに応力が集中している。
【０１６０】
図２８（Ｃ）は、Ｂ＝０．２ｍｍの場合のアクチュエータの応力分布を示した図である。図２８（Ｃ）は、Ｂ＝Ｂｍｉｎ＝０．２ｍｍの場合の応力分布を示しており、この場合、支持梁４０ｃと駆動梁側連結部５３の中間付近の連結部５０ｃの位置に応力が集中する。
【０１６１】
図２７（Ａ）に示した構成において、支持梁４０ｃ及び駆動梁側連結部５３の幅は、０．０６ｍｍと、これらを連結している支持梁側連結部５０ｃの幅よりも狭く、ねじれ部を含むことになる。よって、支持梁側連結部５４の長さを短くすると、駆動梁側連結部５３のねじれ部に応力が集中し、支持梁側連結部５４の長さを長くすると、支持梁４０ｃのねじれ部に応力が集中するが、支持梁側連結部５４の長さを中間長さとすることにより、支持梁側連結部５４に応力集中部を移動させることができる。幅が広く、大きなねじれ部を含まない支持梁連結部５４に応力集中部を移動させることにより、駆動対象物３０を±１２ｄｅｇ傾動させたときの応力を低減させ、極小値を持たせることができる。
【０１６２】
図２７（Ｂ）に戻る。図２７（Ｂ）の変化特性において、応力が限界値の５ＧＰａ以下を示すのは、Ａ＝０．１ｍｍ、Ａ＝０．０３ｍｍ及びＡ＝０．００５ｍｍの曲線の一部の範囲である。つまり、図２７（Ｂ）で示す特性曲線においては、Ａ＜０．２ｍｍであって、Ｂが所定範囲内の領域の場合である。一方、Ａ≧０．２ｍｍの特性曲線においては、Ｂの値に関わらず、最大応力は０．５ＧＰａを示している。
【０１６３】
ここで、Ａ＜０．２ｍｍの特性曲線において、応力が限界値の０．５ＧＰａと交わるＢの値が小さい方の関係式は、（２）式のようになる。
【０１６４】
【数２】
0005444968.tif 000003
また、各特性曲線が、応力が０．５ＧＰａで交わるＢの値が大きい方の関係式は、（３）式のようになる。
【０１６５】
【数３】
0005444968.tif 000004
よって、応力が限界値の０．５ＧＰａ以下を示すのは、（１）式を満たすＢｍｉｎだけでなく、（４）式の範囲となる。
【０１６６】
【数４】
0005444968.tif 000005
図２７（Ｃ）は、上述の（１）〜（４）の関係式が満たす領域を示した図である。図２７（Ｃ）において、横軸は支持梁４１ａ、４２ａ間の距離Ａ〔ｍｍ〕、縦軸は支持梁側連結部５４の長さＢ〔ｍｍ〕を示している。図２７（Ｃ）において、（４）式を満たす範囲が斜線で示されており、領域の境界線である（２）式と（３）式の間に、（１）式が示されている。応力の低減の観点から見れば、（１）式を満たすＡ、Ｂの組み合わせが最適であるが、（４）式の範囲内に入っていれば、設計上問題無いと言える。よって、（４）式を満たす斜線の範囲内で支持梁４１ａ、４２ａ間の距離Ａ及び支持梁側連結部５４の長さＢを定めればよいことが分かる。
【０１６７】
図２９は、支持梁４１ａ、４２ａ間の距離Ａ及び支持梁側連結部５４の長さＢをパラメータとした場合の傾角感度の特性を示した図である。図２９において、横軸は支持梁側連結部５４の長さＢ〔ｍｍ〕、縦軸は傾角感度〔ｄｅｇ／Ｖ〕を示している。
【０１６８】
図２９において、Ａ、Ｂの値がともに大きい程、傾角感度は大きくなることが示されている。よって、図２７（Ｃ）において算出した、最大応力が０．５ＧＰａ以下の範囲で、傾角感度が最大となるようなＡ、Ｂの値が、最適なパラメータ設定ということになる。
【０１６９】
この範囲で考えると、Ａ＝０．０３ｍｍ、Ｂ＝０．３５ｍｍが最適な値ということになる。このとき、他の値は、支持梁４１ａ、４２ａの各々と駆動梁側連結部５４はともに０．０６ｍｍ、Ｃ＝１．２ｍｍ、Ｒ１＝０．０１５ｍｍ、Ｒ２＝０．１７５ｍｍとなる。この場合の特性は、傾角感度が３．５８ｄｅｇ／Ｖであり、±１２ｄｅｇの傾角で傾動させるための電圧が０−６．５Ｖ、最大応力が０．４９ＧＰaとなる。
【０１７０】
実施例４に係るアクチュエータは、実施例３に係るアクチュエータよりも、傾角感度は低く、最大応力が大きい数値となっているが、実施例４に係るアクチュエータは、実施例３に係るアクチュエータよりも小型に形成することができる。よって、より傾角感度の高いアクチュエータを使用したい場合には、実施例３に係るアクチュエータを用い、より小型のアクチュエータを使用したい場合には、実施例４に係るアクチュエータを用いるようにすればよい。このように、実施例３に係るアクチュエータと、実施例４に係るアクチュエータは、用途に応じて使い分けることが可能である。
【０１７１】
なお、実施例３及び実施例４の駆動対象物は、実施例１及び実施例２において説明したように、例えば、ミラー３１であってもよい。また、実施例３及び４においては、１軸のアクチュエータとして構成した例を説明したが、図３乃至図６において説明したように、２軸のアクチュエータとして構成してもよい。
【実施例５】
【０１７２】
図３０は、本発明の実施例５に係るプロジェクタ２００の全体構成の一例を示した図である。実施例５においては、実施例１〜４に係るアクチュエータを光走査装置、例えばプロジェクタ２００に適用した例について説明する。
【０１７３】
図３０において、実施例５に係るプロジェクタ２００は、第１の圧電ミラー１２０と、第２の圧電ミラー１２１と、レーザダイオード１３０と、コリメータレンズ１４０と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置）１５０と、レーザダイオードドライバＩＣ（Integrated  Circuit、集積回路）１６０と、第１の圧電ミラードライバＩＣ１７０と、第２の圧電ミラードライバＩＣ１７１とを有する。また、図３０において、関連構成要素として、スクリーン２１０が示されている。
【０１７４】
プロジェクタ２００は、スクリーン２１０上に映像を投影して映し出す装置である。第１の圧電ミラー１２０は、ミラー３１を回転軸Ｘの軸周りに傾動駆動する１軸駆動のアクチュエータとして構成され、プロジェクタ３００に適用される。同様に、第２の圧電ミラー１２０は、ミラー３１を回転軸Ｙの軸周りに傾動駆動する１軸駆動のアクチュエータとして構成され、プロジェクタ３００に適用される。
【０１７５】
レーザダイオード１３０は、レーザ光を発射する光源である。レーザダイオード１３０から発射されるレーザ光は、発散光であってよい。
【０１７６】
コリメータレンズ１４０は、発散光を平行光に変換する手段である。平行光には、例えば、光の入射面内で振動するＰ偏光や、光の入射面に垂直に振動するＳ偏光が含まれてよい。
【０１７７】
コリメータレンズ２２０からの平行光は、第１の圧電ミラー１２０に照射され、ミラー３１により反射される。第１の圧電ミラー１２０は、ミラー３１を回転軸Ｘの軸周りに傾動駆動させ、反射するレーザ光が回転軸Ｘに垂直に振動するような動きを与える。第１の圧電ミラー１２０は、実施例１〜４において説明した総てのアクチュエータが適用され得る。第１の圧電ミラー１２０による反射光は、第２の圧電ミラー１２１に照射される。
【０１７８】
第２の圧電ミラー１２１は、ミラー３１を回転軸Ｙの軸周りに傾動駆動させ、第１の圧電ミラー１２０からのレーザ光を反射する。これにより、反射光に、回転軸Ｙに垂直に振動する動きが与えられる。第２の圧電ミラー１２１も、第１の圧電ミラー１２０と同様に、実施例１〜４に係る総てのアクチュエータが適用され得る。
【０１７９】
第２の圧電ミラー１２１で反射されたレーザ光は、スクリーン２１０に照射される。スクリーン２１０上のレーザ光は、１軸の第１の圧電ミラー１２０及び第２の圧電ミラー１２１を組み合わせることにより、垂直方向に２軸の走査を行うことができ、映像を形成することができる。
【０１８０】
ＣＰＵ１５０は、レーザダイオードドライバＩＣ１６０、第１の圧電ミラードライバＩＣ１７０及び第２の圧電ミラードライバＩＣ１７１を制御する手段である。レーザダイオードドライバＩＣ１６０は、レーザダイオード１３０を駆動する手段である。第１の圧電ミラードライバＩＣ１７０は、第１の圧電ミラー１２０を駆動する手段であり、第２の圧電ミラードライバＩＣ１７１は、第２の圧電ミラー１２１を駆動する手段である。
【０１８１】
ＣＰＵ１５０は、レーザドライバＩＣ１６０を制御し、レーザダイオード１３０を駆動する。また、ＣＰＵ１５０は、第１の圧電ミラードライバ１７０を制御し、第１の圧電ミラー１２０の回転軸Ｘの軸周りの傾動動作を制御するとともに、第２の圧電ミラードライバ１７１を制御し、第２の圧電ミラー１２１の回転軸Ｙの軸周りの傾動動作を制御する。第１の圧電ミラー１２０及び第２の圧電ミラー１２１が傾動動作することにより、回転軸Ｘ、Ｙの双方の軸周りの動きをレーザ光に与え、第２の圧電ミラー１２１のミラー３１で反射した光をスクリーン２１０上に走査させ、スクリーン２１０上に映像を形成する。
【０１８２】
このように、本実施例に係るアクチュエータは、プロジェクタ２００用の圧電ミラー１２０、１２１として好適に適用することができ、応力負担の少ない安定した状態でミラー３１を駆動させ、映像を映し出すことができる。
【０１８３】
なお、実施例７においては、第１の圧電ミラー１２０が回転軸Ｘの軸周りの傾動駆動を行い、第２の圧電ミラー１２１が回転軸Ｙの軸周りの傾動駆動を行う例を挙げて説明したが、両者の順序は入れ替わっていてもよい。第１の圧電ミラー１２０を傾動駆動させる第１の回転軸と、第２の圧電ミラー１２１を傾動駆動させる第２の回転軸とは、両者の方向が異なっていればよく、用途に応じて種々の方向の回転軸の組み合わせとすることができる。
【０１８４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明は、駆動対象物を傾動又は揺動させて駆動するアクチュエータに利用することができ、例えば、ミラーやレンズを傾動駆動するプロジェクタ等の光学装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１８６】
１０    半導体ウェハ
１１    シリコン基板
１２、１４    ＳｉＯ２
１３    Ｓｉ活性層
１５    梁
２０、２０ａ、２０ｂ    駆動源
２１    圧電素子
２２    圧電体
２３、２４    電極
３０    駆動対象物
３１    ミラー
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４１、４１ａ、４２、４２ａ    支持梁
４５、４５ａ、４６、５５、５５ａ、６５、７５    連結箇所
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５１、５１ａ、５２、５２ａ    連結部
５３    駆動梁側連結部
５４    支持梁側連結部
６０、６１、６２    可動枠
７０、７１、７２、７３    駆動梁
８０、８０ａ、８０ｂ、８１、８１ａ、８１ｂ    共振駆動部
９０    非共振駆動源
１００、１０１    可動部
１１０、１１１    固定枠
１２０、１２１    圧電ミラー
１３０    レーザダイオード
１４０    コリメータレンズ
１５０    ＣＰＵ
１６０、１７０、１７１    ドライバＩＣ
２００    プロジェクタ
２１０    スクリーン
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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