(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＥＭＳ装置の圧電膜の分極処理を、分極処理専用の電源を用意することなく、ＭＥＭＳ装置の使用に並行して実施できる分極方法を提供する。【解決手段】光スキャナは、圧電膜３４の両側に電極層３３，３５を有する光偏向器と、その圧電膜３４に駆動電圧を供給する駆動電圧生成装置２１とを備える。圧電膜３４の膜厚方向に正電界を生じさせる駆動電圧を正電圧としたとき、駆動電圧生成装置２１が、光偏向器を作動させるために圧電膜３４に供給する駆動電圧の最大電圧は、正の抗電界に対応する電圧以上でかつ圧電膜３４の面方向の縮み量が正の所定値以上となる電圧に設定し、最小電圧は、負の抗電界に対応する電圧以上の電圧に設定する。そして、光偏向器の作動電圧を分極処理電圧として圧電膜３４に供給する。【選択図】図２
2014103360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電膜と該圧電膜を膜厚方向両側から挟むように形成された電極層とを有するＭＥＭＳ装置と、
前記ＭＥＭＳ装置に接続され前記電極層を介して前記圧電膜に所定周波数の駆動電圧を供給する駆動電圧生成装置とを備える電気機器の圧電膜分極方法であって、
前記圧電膜の膜厚方向に正の電界を生じさせる電圧を正の電圧としたとき、
前記駆動電圧生成装置が前記ＭＥＭＳ装置の使用期間に前記圧電膜に供給する駆動電圧について、最大電圧は、正の抗電界に対応する電圧以上でかつ圧電膜の面方向の縮み量が正の所定値以上となる電圧に設定し、前記圧電膜の駆動電圧の最小電圧は、負の抗電界に対応する電圧以上の電圧に設定し、
前記圧電膜に前記ＭＥＭＳ装置から前記駆動電圧を供給して、前記圧電膜を分極処理することを特徴とする電気機器の圧電膜分極方法。
【請求項２】
請求項１記載の電気機器の圧電膜分極方法において、
前記ＭＥＭＳ装置は、回動自在のミラー部を有するＭＥＭＳ光偏向器であり、
前記圧電膜は、前記ミラー部を回動させるアクチュエータとしてのユニモルフカンチレバーの圧電膜であることを特徴とする電気機器の圧電膜分極方法。
【請求項３】
請求項２記載の電気機器の圧電膜分極方法において、
前記アクチュエータは、前記ミラー部を第１及び第２回転軸線の回りにそれぞれ第１及び第２周波数で往復回動させる第１及び第２アクチュエータを含み、
前記駆動電圧生成装置は、第１及び第２周波数の第１及び第２駆動電圧を生成し、前記駆動電圧生成装置の第１及び第２駆動電圧を前記第１及び第２アクチュエータの圧電膜に同時に供給して、前記第１及び第２アクチュエータの圧電膜を膜厚方向に同時に分極することを特徴とする電気機器の圧電膜分極方法。
【請求項４】
圧電膜と該圧電膜を膜厚方向両側から挟むように形成された電極層とを有するＭＥＭＳ装置と、
前記ＭＥＭＳ装置に接続され前記電極層を介して前記圧電膜に所定周波数の駆動電圧を供給する駆動電圧生成装置とを備える電気機器であって、
前記圧電膜の膜厚方向に正の電界を生じさせる電圧を正の電圧としたとき、
前記駆動電圧生成装置が前記ＭＥＭＳ装置の使用期間に前記圧電膜に供給する駆動電圧について、最大電圧は、正の抗電界に対応する電圧以上でかつ圧電膜の面方向の縮み量が正の所定値以上となる電圧に設定し、前記圧電膜の駆動電圧の最小電圧は、負の抗電界に対応する電圧以上の電圧に設定されていることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光偏向器等に用いられる圧電膜の分極方法及び電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ等に使用する圧電体を、作製した状態では、内部に自発分極がランダムな方向に発生し、圧電体全体での分極の総和はゼロ又は小さな値となる。したがって、より大きな圧電変位を得るために、圧電体に対して使用前に分極処理を行って、圧電体内の自発分極を、圧電変位に有利な方向に揃える必要がある。
【０００３】
バルクセラミックスの圧電体における一般的な分極処理は、圧電体に対し、固定値の直流電界を印加しながら数百度に加熟したシリコンオイルに入れ、数十分から数時間保持するものである。
【０００４】
特許文献１は、薄肉のセラミック基板上に上下の電極と共に生成した圧電体に対し、上部電極を正極として分極処理し、上部電極及び下部電極をそれぞれ正極及び負極として駆動電圧を印加した時に得られる圧電体の変位量Ｙａと、下部電極を正極として分極処理し、下部電極及び上部電極をそれぞれ正極及び負極として駆動電圧を印加した時に得られる圧電体の変位量Ｙｂとの比Ｙａ／Ｙｂを１．０５以上とすることを開示する（特許文献１／段落００２６）。
【０００５】
特許文献１の具体的な分極処理では、常温〜２００℃、好ましくは５０℃〜１２０℃の温度下において、一般に１ｋＶ／ｍｍ〜５ｋＶ／ｍｍ、好ましくは１．５ｋＶ／ｍｍ〜３．５ｋＶ／ｍｍの電界が、一般に１分〜５時間、好ましくは１０分〜９０分、圧電体に対してその上部電極を正極として印加される（特許文献１／段落００３１）。
【０００６】
一方、ＭＥＭＳ光偏向器を用いた光スキャナが知られている。光スキャナは、圧電膜（膜厚の例：１〜３μｍ）と該圧電膜を膜厚方向両側から挟むように形成された電極層とを有するＭＥＭＳ光偏向器と、ＭＥＭＳ光偏向器に接続されＭＥＭＳ光偏向器の作動時に電極層を介して圧電膜に所定周波数の駆動電圧を供給する駆動電圧生成装置とを備える。
【０００７】
このようなＭＥＭＳ光偏向器の圧電膜についても、圧電変位を増大するために、分極処理が有効である。ＭＥＭＳ光偏向器の圧電膜についての分極処理は、印加時間について特に検証されておらず、ＭＥＭＳ光偏向器の圧電膜についての分極処理でも、セラミック基板上の圧電膜についての分極処理に倣い、印加時間を数分程度（例：約５分）に設定して、固定値の直流電圧を圧電膜に印加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２８３３８６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のＭＥＭＳ光偏向器を用いるスキャナにおいて、駆動電圧生成装置からＭＥＭＳ光偏向器への供給電圧は、ＭＥＭＳ光偏向器のミラー部の往復回動のために、サイン波やのこぎり波等の波形で一定周波数でかつ単極（ユニポーラ）で振幅変動する電圧になっている。したがって、ＭＥＭＳ光偏向器の圧電膜の分極処理として一般的に行われている固定値の直流電圧の印加では、駆動電圧生成装置とは別途、固定値の直流電圧の直流電源を分極処理用に用意する必要がある。
【００１０】
また、ＭＥＭＳ光偏向器を用いるスキャナにおける該ＭＥＭＳ光偏向器の圧電膜の分極処理方法は、時間がかかると考えられているので、圧電膜についての最初の分極処理や脱分極（エージングに因る分極低下）後の再分極処理を、ユーザが実施することは煩雑となる。このため、最初の分極処理は、製造者がスキャナの工場出荷前に工場内で予め実施し、分極低下後の再分極処理は、ユーザが時間的余裕があるときにスキャナの作動とは別途に実施することになり、いずれも時間と手間がかかる。
【００１１】
本発明の目的は、ＭＥＭＳ装置の圧電膜の分極処理を、専用の電源を用意することなく、該ＭＥＭＳ装置の使用に並行して実施できるようにした圧電膜分極方法と、この方法により分極処理できる電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の圧電膜分極方法は、圧電膜と該圧電膜を膜厚方向両側から挟むように形成された電極層とを有するＭＥＭＳ装置と、前記ＭＥＭＳ装置に接続され前記電極層を介して前記圧電膜に所定周波数の駆動電圧を供給する駆動電圧生成装置とを備える電気機器の圧電膜分極方法であって、前記圧電膜の膜厚方向に正の電界を生じさせる電圧を正の電圧としたとき、前記駆動電圧生成装置が前記ＭＥＭＳ装置の使用期間に前記圧電膜に供給する駆動電圧について、最大電圧は、正の抗電界に対応する電圧以上でかつ圧電膜の面方向の縮み量が正の所定値以上となる電圧に設定し、前記圧電膜の駆動電圧の最小電圧は、負の抗電界に対応する電圧以上の電圧に設定し、前記圧電膜に前記ＭＥＭＳ装置から前記駆動電圧を供給して、前記圧電膜を分極処理することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、最大電圧が、正の抗電界に対応する電圧以上でかつ圧電膜の面方向の縮み量が正の所定値となる電圧を、圧電膜に印加するという条件が満たされれば、印加電圧が直流でなくても、また、電源周波数が任意であっても、１秒以内に、膜厚方向の一方の向きとする分極が完了するという知見に基づいている。
【００１４】
本発明によれば、上記条件を満たすように、圧電膜に駆動電圧を供給することにより、膜厚方向の圧電膜の分極を一瞬で完了することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、ＭＥＭＳ装置の使用期間に圧電膜に供給する駆動電圧について、上記条件を満たすように設定することにより、駆動電圧生成装置とは別に圧電膜の分極処理用の電源を用意することなく、ＭＥＭＳ装置の使用に並行して、圧電膜を分極処理することができる。
【００１６】
本発明において、ＭＥＭＳ装置は、例えば回動自在のミラー部を有するＭＥＭＳ光偏向器であり、前記圧電膜は、前記ミラー部を回動させるアクチュエータとしてのユニモルフカンチレバーの圧電膜である。
【００１７】
このＭＥＭＳ光偏向器においては、ミラー部を回動させるアクチュエータとしてのユニモルフカンチレバーの圧電膜の分極処理を適切に実施することができる。
【００１８】
また、ＭＥＭＳ光偏向器では、前記アクチュエータは、前記ミラー部を第１及び第２回転軸線の回りにそれぞれ第１及び第２周波数で往復回動させる第１及び第２アクチュエータを含み、前記駆動電圧生成装置は、第１及び第２周波数の第１及び第２駆動電圧を生成し、前記駆動電圧生成装置の第１及び第２駆動電圧を前記第１及び第２アクチュエータの圧電膜に同時に供給して、前記第１及び第２アクチュエータの圧電膜を膜厚方向に同時に分極するように構成される。
【００１９】
この場合、ミラー部を２つの回動軸線周りに回動させるＭＥＭＳ光偏向器において、駆動電圧生成装置を用いて、第１及び第２圧電膜の分極処理を同時に実施することができる。
【００２０】
本発明の電気機器は、圧電膜と該圧電膜を膜厚方向両側から挟むように形成された電極層とを有するＭＥＭＳ装置と、前記ＭＥＭＳ装置に接続され前記電極層を介して前記圧電膜に所定周波数の駆動電圧を供給する駆動電圧生成装置とを備える電気機器であって、前記圧電膜の膜厚方向に正の電界を生じさせる電圧を正の電圧としたとき、前記駆動電圧生成装置が前記ＭＥＭＳ装置の使用期間に前記圧電膜に供給する駆動電圧について、最大電圧は、正の抗電界に対応する電圧以上でかつ圧電膜の面方向の縮み量が正の所定値以上となる電圧に設定し、前記圧電膜の駆動電圧の最小電圧は、負の抗電界に対応する電圧以上の電圧に設定されていることを特徴とする。
【００２１】
この電気機器によれば、圧電膜の分極処理専用に駆動電圧生成装置とは別に電源を用意することを省略しつつ、ＭＥＭＳ装置の使用に並行して、圧電膜を分極処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光スキャナの概略全体図。
【図２】内側アクチュエータと駆動電圧生成装置との模式図。
【図３】駆動電圧生成装置の出力波形の一例を示す図。
【図４】圧電膜の印加電界について要処理時間を調べた実験結果を示す図。
【図５】各印加波形で圧電膜を分極処理したときの圧電膜の分極処理前と分極処理後の単位電圧当たりの縮み量を示す図。
【図６】分極処理と印加電圧の周波数との関係を調べた実験結果を示す図。
【図７】圧電膜における印加電界−縮み量の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態として、ＭＥＭＳ装置の一例の光偏向器を備えた電気機器の一例の光スキャナについて説明する。図１に示すように、光スキャナ２０は、主要な構成要素として、光偏向器１、駆動電圧生成装置２１、レーザ光源２２及び制御装置２３を備える。
【００２４】
光スキャナ２０は、例えば、プロジェクタ、バーコードリーダ、レーザプリンタ、ヘッドアップディスプレイ又は車両前照灯等に装備される。
【００２５】
ＭＥＭＳ装置としての光偏向器１は、中心に回動自在に配置されるミラー部２、ミラー部２を外側から包囲する内側矩形枠部３、及び内側矩形枠部３を外側から包囲する外側矩形枠部４を備えている。
【００２６】
説明の便宜上、光偏向器１の縦方向及び横方向を、それぞれ外側矩形枠部４の短辺に平行な方向及び長辺に平行な方向と定義する。図１では、左斜め下−右斜め上が光偏向器１の縦方向であり、左斜め上−右斜め下が光偏向器１の横方向となる。また、光偏向器１が、レーザ光源２２からの入射光Ｌaを入射され、かつその反射光Ｌbを出射する側を光偏向器１の表側と定義し、表側とは反対側を光偏向器１の裏側と定義する。
【００２７】
１対のトーションバー５は、その軸線を縦方向に揃えて、ミラー部２に対して縦方向両側に配設され、ミラー部２に先端側を結合している。トーションバー５の基端側は内側矩形枠部３の横辺の内周側の中心部に結合している。なお、トーションバー５の基端側は内側矩形枠部３から離れていてもよい。その場合、トーションバー５の基端部は内側アクチュエータ６のみにより内側矩形枠部３に支持される。
【００２８】
１対の内側アクチュエータ６は、ユニモルフカンチレバーとして構成されている圧電アクチュエータであり、各トーションバー５の横方向両側に配設され、先端側をトーションバー５の基端部に結合し、基端側を内側矩形枠部３の縦辺部に結合している。内側アクチュエータ６は、トーションバー５の基端部をトーションバー５の軸線回りに所定の振動数で往復回動させて、ミラー部２を第１回転軸線の回りに往復回動させる。
【００２９】
ここで、第１回転軸線とは、ミラー部２の中心を通りかつトーションバー５の軸線に対して平行な直線と定義する。後述の第２回転軸線とは、ミラー部２の中心において第１回転軸線とほぼ直交する直線と定義する。第１及び第２回転軸線は、ミラー部２の表側に形成されているミラー面上に定義される直線となっている。
【００３０】
圧電式の１対の外側アクチュエータ７は、内側矩形枠部３に対して横方向両側に配設され、４つのユニモルフカンチレバーが直列に結合した構造となっており、基端側において外側矩形枠部４の縦辺部に結合し、先端側において内側矩形枠部３の縦辺部に結合している。各外側アクチュエータ７は、基端側から奇数番目のカンチレバーの圧電膜と偶数番目のカンチレバーの圧電膜とに相互に逆位相で同一周波数の電圧を印加されることにより、内側矩形枠部３を介してミラー部２を第２回転軸線の回りに往復回動させる。
【００３１】
電極パッド８，９は、外側矩形枠部４の一方及び他方の縦辺部の表側の面にそれぞれ配備され、光偏向器１内の配線を介して第１及び第２アクチュエータとしての内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の電極端子に接続されている。
【００３２】
駆動電圧生成装置２１は、電極パッド８，９へ接続され、電極パッド８，９を介して内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の圧電膜３４（図２）にそれぞれ第１及び第２周波数のユニポーラ（単極）駆動電圧（図３参照）を供給する。
【００３３】
レーザ光源２２は、入射光Ｌaをミラー部２の中心へ向かって出射する。ミラー部２は、使用期間中、第１及び第２軸線の回りに第１及び第２周波数で往復回動している。レーザ光源２２からの入射光Ｌaは、ミラー部２においてミラー部２の法線に応じた角度で反射して、ミラー部２から反射光Ｌbとして出射する。制御装置２３は、駆動電圧生成装置２１及びレーザ光源２２の作動及び停止を制御する。制御装置２３は、レーザ光源２２の光量を例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）や駆動電流の調整により制御することができる。
【００３４】
図２を参照して、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の構成を駆動電圧生成装置２１の構成と共に説明する。内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７は、ユニモルフカンチレバーとして同一構造を有し、本発明の第１及び第２アクチュエータに相当する。説明の簡便のために、以下、図２は内側アクチュエータ６の構造として説明し、外側アクチュエータ７の説明は省略する。なお、実際の外側アクチュエータ７は、直列結合された４つのユニモルフカンチレバーから構成されるので、図２の構造は、外側アクチュエータ７の４つの内の１つのユニモルフカンチレバーの構造に相当する。
【００３５】
内側アクチュエータ６は、下から順番に基板３１、絶縁膜３２、下部電極３３、圧電膜３４及び上部電極３５の積層構造から成る。下部電極３３はアースに接続され、上部電極３５は駆動電圧生成装置２１の正側に接続される。下部電極３３及び上部電極３５は、圧電膜３４を膜圧方向両側から挟む本発明の電極層に相当する。
【００３６】
駆動電圧生成装置２１は、正側において上部電極３５に接続され、負側においてアース及び下部電極３３に接続されている。駆動電圧生成装置２１は、それぞれ正側及び負側に配置されて相互に直列接続されている交流電源３９及びオフセット用直流電源４０を備える。
【００３７】
図３は、駆動電圧生成装置２１の出力電圧波形を示している。図３において、横軸は時間、縦軸は駆動電圧生成装置２１の出力電圧Ｖ（駆動電圧生成装置２１の正側端子電圧）である。出力電圧Ｖは、上部電極３５（図２）に印加され、一定周波数で０〜Ｖm（Ｖm＞０）間を変動する。図３の例では、出力電圧Ｖは、三角波となっているが、その他、サイン波、矩形波、鋸波等、任意の変動波であってもよい。
【００３８】
内側アクチュエータ６の上部電極３５に印加する第１駆動電圧と外側アクチュエータ７の上部電極３５に印加する第２駆動電圧とは、光スキャナ２０の使用期間、同時に駆動電圧生成装置２１から光偏向器１に供給される。これら第１及び第２駆動電圧は、この実施形態では、最小電圧〜最大電圧の電圧振動範囲は同一とされ、周波数は、内側アクチュエータ６の上部電極３５に印加する電圧周波数の方が外側アクチュエータ７の上部電極３５に印加する電圧の周波数より高く設定される。これにより、反射光Ｌbの走査周波数は、光偏向器１の横方向の方が光偏向器１の縦方向より大きくなる。光偏向器１の横方向の反射光Ｌbの走査周波数は、ミラー部２及びトーションバー５の共振周波数に等しい値に設定される。
【００３９】
図２に戻って、オフセット用直流電源４０の正側端子電圧は、図３の出力電圧Ｖの直流分に等しい。交流電源３９は、図３の出力電圧Ｖから直流分を引いた交流電圧を発生する。オフセット用直流電源４０は、負の抗電界以下にならないようにするためのオフセット電源の役目をもつ。
【００４０】
内側アクチュエータ６の作製方法を説明する。基板３１は、シリコンウエハもしくはＳＯＩウエハから成る。絶縁膜３２は、基板３１の表面を熱酸化法により絶縁膜のＳiＯx膜として作製され、厚さが例えば５００ｎｍとなっている。下部電極３３は、スパッタリング法によりＴi膜・Ｐt膜として作製され、厚さは例えばを２００ｎｍである。圧電膜３４は、下部電極３３の上にＡＤＲＩＰ（Arc Discharged Reactive lon Plating）法によってＰb（Ｚr１-xＴix）Ｏ3の薄膜として成膜され、厚さが例えば１〜３μｍである。上部電極３５は、圧電膜３４の上にスパッタリング法によりＰt膜として作製され、厚さが例えば１５０ｎｍである。
【００４１】
最後に、一般的なフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して圧電体薄膜としての圧電膜３４をパターン加工し、素子利用に最適な形状にする。なお、これは内側アクチュエータ６の加工方法の一例であり、上記ＡＤＲＩＰ法やスパッタリング法、熱酸化法は他の方法に置き換えることが可能である。また圧電体や電極・絶縁膜も他の材料に置き換え可能であるし、膜厚も上記の数値に限定されるものではない。
【００４２】
圧電膜３４はｄ31モードで使用される。ｄ31の“３”は圧電膜３４の膜厚方向を意味し、“１”は基板３１の長手方向（内側アクチュエータ６の長手方向。本発明の面方向に相当する。）を意味する。圧電膜３４は、膜厚方向に電界を印加され、基板３１の長手方向に伸縮する。上部電極３５の印加電圧が０Ｖであるとき、圧電膜３４は、自由状態（非撓み状態）になり、基板３１は長手方向へ直線となっている。これに対し、上部電極３５の印加電圧がＶmであるとき、圧電膜３４は縮んで、基板３１は絶縁膜３２側を凹にして撓む。
【００４３】
図１に戻って、電気機器としての光スキャナ２０全体の作用について簡単に説明する。ミラー部２は、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の作動により第１及び第２回転軸線の回りにそれぞれの第１及び第２周波数で往復回動しつつ、レーザ光源２２からの入射光Ｌaをミラー部２のミラー面に入射され、入射光Ｌaを第１及び第２回転軸線の回りの回転角に応じた角度の反射光Ｌbにして、表側に出射する。反射光Ｌbは、横方向及び縦方向へ所定の走査角範囲かつ所定の振動数で往復する走査光となる。
【００４４】
図４を参照して、圧電膜３４の分極処理について説明する。図４において、横軸は試料としての圧電膜３４に対して各分極試験における電圧印加時間としての分極処理時間、縦軸は各分極試験後に測定した圧電膜３４の分極状態としての単位印加電界当りの縮み量を示している。
【００４５】
各分極試験では、パラメータとして分極処理時間と分極処理電界との２つが選定されている。分極処理電界とは、各分極試験において上部電極３５に印加するユニポーラ駆動電圧の最大値に対して圧電膜３４内に形成される電界である。なお、駆動電圧生成装置２１の出力電圧としての圧電膜３４の駆動電圧は、最大値及び周波数が固定されているので、図４の実験では、駆動電圧生成装置２１とは別の実験用電源を内側アクチュエータ６に接続した。
【００４６】
分極処理電界は、上部電極３５から下部電極３３に向かう方向の電界を正にしている。上部電極３５に正の駆動電圧を印加するとき、圧電膜３４には正の電界が生じる。逆に、上部電極３５に負の駆動電圧を印加すると、圧電膜３４における電界の向きは、下部電極３３から上部電極３５への向きとなる。後述するが、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７は、前述の図２において、上部電極３５をアースへ接続するとともに、駆動電圧生成装置２１を逆向きに接続、すなわち駆動電圧生成装置２１の正側及びアース側をそれぞれ下部電極３３及び上部電極３５に接続して使用することもできる。
【００４７】
各分極試験において、試料としての圧電膜３４の−ｄ31（単位印加電圧当りの縮み量）が０であることは、まだ、分極が未完了であることを意味する。分極処理時間を増大していき、−ｄ31が一気に立ち上がった時が分極完了を意味する。
【００４８】
図４では、各分極試験において、圧電膜３４に印加した電圧の周波数は１０ｋＨｚであり、第１パラメータとしての分極処理電界は２，４，６，８，１０Ｖ／μｍが選択され、第２パラメータとしての分極処理時間は種々に選択されている。なお、分極処理電界１０Ｖ／μｍは、圧電膜３４の抗電界１０Ｖ／μｍに等しい値とて選択している。図４には、各分極試験の試験結果としての−ｄ31が、対応位置にマーク付けされている。
【００４９】
なお、図４では、一部のマークが重なっているために、下側のマークが見え難いが、分極処理電界２，４，６Ｖ／μｍの試験結果が全部重なっており、また、８Ｖ／μｍの試験結果は分極処理時間０〜８０秒の範囲で、分極処理電界２，４，６の試験結果と重なっている。
【００５０】
図４によれば、圧電膜３４の抗電界１０Ｖ／μｍに等しい分極処理電界１０Ｖ／μｍでは、瞬時の０．００１秒で分極が完了している。また、分極処理電界８Ｖ／μｍでは、分極完了するまでに、約１００秒かかり、それ以下の分極処理電界２，４，６Ｖ／μｍでは、１０００秒近くなっても、分極が未完了であることが分かる。
【００５１】
なお、圧電膜３４の膜圧は前述した例では１〜３μｍであるので、分極処理電界１０Ｖ／μｍは、上部電極３５に１０〜３０Ｖ印加することを意味する。特許文献１は、前述したように、分極処理において一般に１ｋＶ／ｍｍ〜５ｋＶ／ｍｍの分極電界を印加すると記載しているが、これらは、μｍ当りに換算すると、０．００１Ｖ／μｍ〜０．００５Ｖ／μｍとなり、抗電界１０Ｖ／μｍ未満になっている。
【００５２】
図５は、分極処理における印加電圧波形と分極処理との関係について調べた実験結果である。圧電膜３４の印加電界は１０Ｖ／μｍ、周波数は１０Ｈｚ、印加時間は１秒の共通に設定して、印加電圧波形を三角波又はサイン波にして、圧電膜３４に電圧を印加し、分極処理前と分極処理後の−ｄ31を調べた。
【００５３】
三角波では、処理前は、−ｄ31＝−９３ｐｍ／Ｖ（＝９３ｐｍ／Ｖの伸び）であった圧電膜３４の試料が、処理後は、−ｄ31＝１１４ｐｍ／Ｖ（＝１１４ｐｍ／Ｖの縮み）となった。また、サイン波では、処理前は、−ｄ31＝−８５ｐｍ／Ｖであった圧電膜３４の試料が、処理後は、−ｄ31＝１１２ｐｍ／Ｖとなった。
【００５４】
図５によれば、最大電界が抗電界以上の電界を圧電膜３４に印加すれば、印加電圧波形に関係なく、ほぼ瞬時に圧電膜３４の分極が完了することが判明した。
【００５５】
図６は、電圧波形を図３の三角波にして、周波数を１〜１００００Ｈｚの範囲の複数の所定に設定して、圧電膜３４に１０Ｖ／μｍの電界がかかるように、上部電極３５に駆動電圧を１秒、印加して、印加後の−ｄ31を調べた。
【００５６】
図６によれば、最大限界が抗電界以上の分極電界を圧電膜３４に印加すれば、周波数に関係なく、ほぼ瞬時に圧電膜３４の分極が完了することが判明した。
【００５７】
以上、図４〜図６の実験結果をまとめると、圧電膜３４に、最大電界が抗電界以上となる電界を印加すれば、周波数、波形に関係なく、瞬時に分極処理が完了するということが判明した。
【００５８】
図７を参照して、圧電膜３４における電界−縮み量との関係について説明する。図７は圧電膜３４の電界−縮み量のヒステリシスを示している。電界は、上部電極３５から下部電極３３の向きの電界を正としている。なお、図７では、圧電膜３４に、振動電界でなく、固定電界が印加されたときの各電界値の縮み量を示している。負の電界は、圧電膜３４において下部電極３３から上部電極３５への向きの電界を示している。
【００５９】
図７において、縦軸は、−ｄ31、すなわち基板３１の長手方向（＝内側アクチュエータ６の長手方向）の圧電膜３４の縮み量δである。Ｅc，−Ｅcは＋及び−の抗電界を示す。Ｅmは、圧電膜３４に印加される最大電界を示し、図３のＶmを上部電極３５に印加したときに圧電膜３４に生成される電界である。
【００６０】
Ｄuは、圧電膜３４をユニポーラ（単極）で駆動するときの電界範囲を示しており、実施形態の駆動電圧生成装置２１は、この駆動方式を採用している。Ｄbは、圧電膜３４をバイポーラ（両極）で駆動するときの電界範囲の一例を示している。Ｄvは、−Ｅc〜Ｅmの電界範囲を示している。圧電膜３４をＤvの電界範囲で駆動する場合は、上部電極３５は一時的に負の電圧になる事を意味する。
【００６１】
圧電膜３４は、図７においてＰ0→Ｐ1→Ｐ2→Ｐ0→Ｐ3→Ｐ4→Ｐ0の順番に、状態を遷移させた。
【００６２】
Ｐ0は、圧電膜３４が正又は負の向きに分極してから、Ｅ＝０とした時の状態位置となっている。図７のヒステリシスの出発点としてのＰ0は、圧電膜３４が負の向きに分極してから、Ｅ＝０とした時の状態位置であるとする。
【００６３】
Ｐ1の状態では、Ｅ＝Ｅc、δ＝δn（δn＜０）となっている。Ｐ2は、図７のヒステリシスにおいてδが最大のδmとなる状態位置であり、Ｅ＝Ｅmとなっている。Ｐ3，Ｐ4は、縦軸に対してＰ1，Ｐ2の対称の位置として定義される。圧電膜３４の耐電圧は、例えば３０Ｖ/μｍであるので、Ｅm≦耐電圧３０Ｖ/μｍとされる。
【００６４】
駆動電圧生成装置２１は、圧電膜３４の印加電界が固定周波数のＤuで増減する出力電圧で圧電膜３４を駆動する。Ｄuは、最大電界が抗電界Ｅc以上であり、かつ最小電界が−Ｅc以上であるので、圧電膜３４は、図４で述べた知見に従い、正の分極が行われるとともに、分極反転が生じることなく、縮み量を変化させる。
【００６５】
図７では、Ｅ＝Ｅcの上下２つの位置の内、下側の位置としてのＰ1では、δ＝δn（＜０）となっているが、これは、ヒステリシスの出発点としてのＰ0が、圧電膜３４に対して負の分極処理を行ってから、Ｅ＝０にした時の位置となっているためである。圧電膜３４の通常の分極処理では、負の分極処理が行われていない圧電膜３４を分極処理することになるので、圧電膜３４に対して抗電界Ｅc以上の電界を印加すれば、圧電膜３４は正の向きに分極完了状態になる。
【００６６】
圧電膜３４に印加される電界の最大値が、抗電界Ｅc以上であり、かつ圧電膜３４の縮み量δ＞０になる電界に対し、該電界に対応する電圧を下部電極３３に印加することを「分極完了条件」と呼ぶ。この分極完了条件を満たす電圧を下部電極３３に印加すれば、たとえ圧電膜３４が負の向きに分極されていたとしても、圧電膜３４の分極がほぼ瞬時に完了することになる。
【００６７】
駆動電圧生成装置２１が、光スキャナ２０の作動中の反射光Ｌbの走査のために、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の上部電極３５に印加している駆動電圧は、分極完了条件を満たしている。したがって、光スキャナ２０では、光スキャナ２０を長期の不使用を回避して、通常、使用していれば、使用とは別に分極処理を実施しなくても、上部電極３５の最初の分極、及びエージング等に伴う脱分極に対する再分極が自動的に行われることになる。この結果、分極処理の手間及び時間を大幅に節減することができる。
【００６８】
さらに、Ｄvの電界範囲での圧電膜３４の駆動は、分極完了条件を満たしている。したがって、圧電膜３４をユニポーラで駆動するときのＤuの電界範囲での圧電膜３４の駆動に代えて、Ｄvの電界範囲での圧電膜３４の駆動により、圧電膜３４を分極処理することも可能である。
【００６９】
前述の図２では、下部電極３３を０Ｖの負側に、また、上部電極３５を正側に設定しているが、逆に、下部電極３３を正側に、また、上部電極３５を０Ｖの負側に設定して、圧電膜３４を駆動することができる。前者及び後者の駆動方式をそれぞれ「標準駆動方式」及び「反転駆動方式」という。
【００７０】
上部電極３５から下部電極３３への向きを一方の向き、下部電極３３から上部電極３５への向きを他方の向きと定義すると、標準駆動方式では、圧電膜３４内の電界は一方の向きを正にとり、反転駆動方式では、圧電膜３４内の電界は他方の向きを正にとることとする。したがって、標準駆動方式についての図７の関係図は、圧電膜３４内の電界について他方の向きを正とした反転駆動方式においてそのまま適用される。この結果、反転駆動方式においても、最小駆動電圧が、Ｅ＝−Ｅcに対応する電圧以上を条件として、駆動することにより、標準駆動方式と同様に、前述の分極完了条件を満たして分極処理を実施することができる。
【００７１】
本発明は、実施形態に限定することなく、種々に変形して実施することができる。
【００７２】
本実施形態の駆動電圧生成装置２１では、圧電膜３４を作動させて、ミラー部２を往復回動させているが、ＭＥＭＳ装置は、ミラー部２以外の要素に対するアクチュエータのＭＥＭＳ装置であってもよい、
【００７３】
また、実施形態の圧電膜３４は、ｄ31モードで使用されているが、ｄ33とｄ15モードで使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・光偏向器（ＭＥＭＳ装置）、２・・・ミラー部、６・・・内側アクチュエータ、７・・・外側アクチュエータ、２０・・・光スキャナ（電気機器）、２１・・・駆動電圧生成装置、３４・・・圧電膜、３５・・・上部電極。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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