(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の固定枠と、
前記固定枠との間に隙間が空くように前記固定枠の枠内に配置された平板状の可動枠と、
反射面を有し、前記可動枠との間に隙間が空くように前記可動枠の枠内に配置された平板状の鏡面部と、
前記固定枠と前記可動枠とを連結し、前記固定枠の内辺から第１の方向に沿って延びた部分に、前記第１の方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第１の方向に交差する第２の方向における前記可動枠の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して第１の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記可動枠を揺動させる第１のアクチュエータ部と、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記可動枠の内辺から前記第２の方向に沿って延びた部分に、前記第２の方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第１の方向における前記鏡面部の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して前記第１の回転軸に交差する第２の回転軸を中心に前記可動枠に対して前記鏡面部を揺動させる第２のアクチュエータ部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ部の前記第１の方向に沿って延びた部分の長さは、
前記第１のアクチュエータ部が接続された前記固定枠の内辺から前記第１の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点までの距離よりも長い、
可動反射素子。
【請求項２】
前記第１のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１のアーム部と、
一端が前記第１のアーム部の他端と接続し、前記第２の方向に沿って延びた前記第２のアーム部と、
一端が前記第２のアーム部の他端と接続し、前記第２のアーム部の他端から折り返して前記第１のアームに沿って延び、他端が前記可動枠の外辺の中点と接続する第３のアーム部と、
を備える請求項１に記載の可動反射素子。
【請求項３】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第４のアーム部と、
一端が前記第４のアーム部の他端と接続し、前記第１の方向に沿って延びる前記第５のアーム部と、
一端が前記第５のアーム部の他端と接続し、前記第５のアーム部の他端から折り返して前記第４のアーム部に沿って延び、前記第２の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点と他端が接続する第６のアーム部と、
を備える請求項２に記載の可動反射素子。
【請求項４】
前記第１のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第２のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第１のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第４のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して同じである、
請求項３に記載の可動反射素子。
【請求項５】
前記第１のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第２のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第１のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第４のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して逆向きである、
請求項３に記載の可動反射素子。
【請求項６】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延び、前記鏡面部の角部に他端が接続する第７のアーム部を有する、
請求項２に記載の可動反射素子。
【請求項７】
前記第１のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第８のアーム部を有し、
前記第８のアーム部の他端から折り返すことなく、前記可動枠の外辺の中点を避けて前記可動枠と接続する、
請求項１に記載の可動反射素子。
【請求項８】
前記第１のアクチュエータ部は、
前記第８のアーム部の他端から、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第２の方向に沿って延び、前記第２の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点を超えて前記可動枠の角部と接続する第９のアーム部を有する、
請求項７に記載の可動反射素子。
【請求項９】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１０のアーム部を有し、
前記第１０のアーム部の他端から折り返すことなく、前記第２の方向に延びる前記鏡面部の外辺の中点を避けて前記鏡面部と接続する、
請求項７又は８に記載の可動反射素子。
【請求項１０】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記第１０のアーム部の他端から前記第１の方向に沿って延び、前記第１の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点を超えて前記鏡面部の角部と接続する第１１のアーム部を有する、
請求項９に記載の可動反射素子。
【請求項１１】
前記可動枠の前記第２の方向に沿った２つの外辺に凹部が設けられ、
前記第１のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１２のアーム部と、
前記第１２のアーム部の他端から前記第２の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第１３のアーム部と、
一端が前記第１２のアーム部の他端と接続し、他端が前記凹部と接続する第１４のアーム部と、
を備える請求項１に記載の可動反射素子。
【請求項１２】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１５のアーム部と、
前記第１５のアーム部の他端から前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第１の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第１６のアーム部と、
一端が前記第１６のアーム部の他端と接続し、他端が前記鏡面部の外辺の中点に接続する第１７のアーム部と、
を備える請求項１１に記載の可動反射素子。
【請求項１３】
前記第１のアクチュエータ部と前記固定枠とが接続する部分に設けられ、前記第１のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第１の幅広部と、
前記第２のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられ、前記第２のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第２の幅広部と、
の少なくとも一方が設けられている、
請求項１１又は１２に記載の可動反射素子。
【請求項１４】
前記第１のアクチュエータ部及び前記第２のアクチュエータ部の少なくとも一方に、
独立して駆動される前記圧電素子が複数設けられている、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項１５】
前記第１のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第１のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第１の検出用電極と、
前記第２のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第２のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第２の検出用電極と、
の少なくとも一方を備える、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項１６】
前記第１の検出用電極は、前記第１のアクチュエータ部と前記固定枠とが接続する部分に設けられ、
前記第２の検出用電極は、前記第２のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられている、
請求項１５に記載の可動反射素子。
【請求項１７】
前記可動枠は、前記鏡面部より厚く形成されている、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項１８】
前記第１のアクチュエータ部及び前記第２のアクチュエータ部の少なくとも一方は、
前記固定枠から前記可動枠に向かうにつれて、又は、前記可動枠から前記鏡面部に向かうにつれて、幅が異なっている、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項１９】
前記可動枠に重りが取り付けられている、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項２０】
前記可動枠に対する前記鏡面部の動きを制限するために、前記可動枠の内辺から延び、前記可動枠と前記鏡面部との隙間に配置された第１の制限部と、
前記固定枠に対する前記可動枠の動きを制限するために、前記固定枠の内辺から延び、前記固定枠と前記可動枠との隙間に配置された第２の制限部と、
の少なくとも一方が設けられている、
請求項１から１９のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項２１】
前記鏡面部は、前記第１の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記鏡面部の中心になるよう、外周面が形成されており、
前記可動枠は、前記第２の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記可動枠の中心になるよう、外周面が形成されている、
請求項２０に記載の可動反射素子。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の可動反射素子と、
前記可動反射素子を二次元方向に駆動して、二次元走査を行う制御部と、
を備える、二次元走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動反射素子及び二次元走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームや指向性電波の向きを制御する素子として、反射面を傾斜させることが可能な可動反射素子が利用されている。特に、２軸の自由度をもって反射面を傾斜させることができる可動反射素子は、光ビーム等を二次元走査する二次元走査装置に組み込まれて用いられる。可動反射素子を用いて光ビームを二次元方向に走査する二次元走査装置は、例えば、画像を投影するためのプロジェクタに組み込まれている。また、可動反射素子を用いて指向性電波を二次元方向に走査する二次元走査装置は、例えば、車載レーダに組み込まれている。
【０００３】
最近では、半導体製造プロセスを用いて製造可能なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子としての可動反射素子が提案されている。例えば、特許文献１に開示された可動反射素子は、固定枠の内辺から可動枠の回転軸まで延びる外側アクチュエータと、可動枠からミラーの回転軸（可動枠の回転軸に直交する回転軸）まで延びる内側アクチュエータとを備えている。外側アクチュエータで可動枠を一方の回転軸に沿って低い周波数（水平走査周波数）で揺動させながら、内側アクチュエータでミラーを他方の回転軸に沿って高い周波数（垂直走査周波数）で揺動させる。この可動反射素子を用いれば、ミラーで反射した光を水平方向及び垂直方向に二次元走査することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０９２２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二次元走査を行う可動反射素子では、組み込み先の装置によっては、水平走査周波数に対する垂直走査周波数の比率が、１０分の１程度になる。このような比率で、外側アクチュエータと内側アクチュエータとを低電圧で駆動するためには、内側アクチュエータの周波数に対する外側アクチュエータの周波数の比率を１０分の１程度にするのが望ましい。周波数の比率を１０分の１程度にするには、外部アクチュエータを、内側アクチュエータよりも大幅に長くする必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された可動反射素子では、外側アクチュエータの長さは、固定枠の内辺と回転軸が配設された可動枠の外辺の中点との間の距離に制限されている。この制限により、外部アクチュエータと内部アクチュエータとの周波数の比率を所望の値まで低くするのが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、周波数の比率の最適化と小型化とを実現することができる可動反射素子及び二次元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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る可動反射素子は、
平板状の固定枠と、
前記固定枠との間に隙間が空くように前記固定枠の枠内に配置された平板状の可動枠と、
反射面を有し、前記可動枠との間に隙間が空くように前記可動枠の枠内に配置された平板状の鏡面部と、
前記固定枠と前記可動枠とを連結し、前記固定枠の内辺から第１の方向に沿って延びた部分に、前記第１の方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第１の方向に交差する第２の方向における前記可動枠の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して第１の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記可動枠を揺動させる第１のアクチュエータ部と、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記可動枠の内辺から前記第２の方向に沿って延びた部分に、前記第２の方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第１の方向における前記鏡面部の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して前記第１の回転軸に交差する第２の回転軸を中心に前記可動枠に対して前記鏡面部を揺動させる第２のアクチュエータ部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ部の前記第１の方向に沿って延びた部分の長さは、
前記第１のアクチュエータ部が接続された前記固定枠の内辺から前記第１の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点までの距離よりも長い。
【０００９】
前記第１のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１のアーム部と、
一端が前記第１のアーム部の他端と接続し、前記第２の方向に沿って延びた前記第２のアーム部と、
一端が前記第２のアーム部の他端と接続し、前記第２のアーム部の他端から折り返して前記第１のアームに沿って延び、他端が前記可動枠の外辺の中点と接続する第３のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
【００１０】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第４のアーム部と、
一端が前記第４のアーム部の他端と接続し、前記第１の方向に沿って延びる前記第５のアーム部と、
一端が前記第５のアーム部の他端と接続し、前記第５のアーム部の他端から折り返して前記第４のアーム部に沿って延び、前記第２の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点と他端が接続する第６のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
【００１１】
前記第１のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第２のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第１のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第４のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して同じである、
こととしてもよい。
【００１２】
前記第１のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第２のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として２回回転対称に配置され、
前記第１のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第４のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して逆向きである、
こととしてもよい。
【００１３】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延び、前記鏡面部の角部に他端が接続する第７のアーム部を有する、
こととしてもよい。
【００１４】
前記第１のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第８のアーム部を有し、
前記第８のアーム部の他端から折り返すことなく、前記可動枠の外辺の中点を避けて前記可動枠と接続する、
こととしてもよい。
【００１５】
前記第１のアクチュエータ部は、
前記第８のアーム部の他端から、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第２の方向に沿って延び、前記第２の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点を超えて前記可動枠の角部と接続する第９のアーム部を有する、
こととしてもよい。
【００１６】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１０のアーム部を有し、
前記第１０のアーム部の他端から折り返すことなく、前記第２の方向に延びる前記鏡面部の外辺の中点を避けて前記鏡面部と接続する、
こととしてもよい。
【００１７】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記第１０のアーム部の他端から前記第１の方向に沿って延び、前記第１の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点を超えて前記鏡面部の角部と接続する第１１のアーム部を有する、
こととしてもよい。
【００１８】
前記可動枠の前記第２の方向に沿った２つの外辺に凹部が設けられ、
前記第１のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１２のアーム部と、
前記第１２のアーム部の他端から前記第２の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第１３のアーム部と、
一端が前記第１２のアーム部の他端と接続し、他端が前記凹部と接続する第１４のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
【００１９】
前記第２のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第２の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第１５のアーム部と、
前記第１５のアーム部の他端から前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第１の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第１６のアーム部と、
一端が前記第１６のアーム部の他端と接続し、他端が前記鏡面部の外辺の中点に接続する第１７のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
【００２０】
前記第１のアクチュエータ部と前記固定枠とが接続する部分に設けられ、前記第１のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第１の幅広部と、
前記第２のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられ、前記第２のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第２の幅広部と、
の少なくとも一方が設けられている、
こととしてもよい。
【００２１】
前記第１のアクチュエータ部及び前記第２のアクチュエータ部の少なくとも一方に、
独立して駆動される前記圧電素子が複数設けられている、
こととしてもよい。
【００２２】
前記第１のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第１のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第１の検出用電極と、
前記第２のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第２のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第２の検出用電極と、
の少なくとも一方を備える、
こととしてもよい。
【００２３】
前記第１の検出用電極は、前記第１のアクチュエータ部と前記固定枠とが接続する部分に設けられ、
前記第２の検出用電極は、前記第２のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられている、
こととしてもよい。
【００２４】
前記可動枠は、前記鏡面部より厚く形成されている、
こととしてもよい。
【００２５】
前記第１のアクチュエータ部及び前記第２のアクチュエータ部の少なくとも一方は、
前記固定枠から前記可動枠に向かうにつれて、又は、前記可動枠から前記鏡面部に向かうにつれて、幅が異なっている、
こととしてもよい。
【００２６】
前記可動枠に重りが取り付けられている、
こととしてもよい。
【００２７】
前記可動枠に対する前記鏡面部の動きを制限するために、前記可動枠の内辺から延び、前記可動枠と前記鏡面部との隙間に配置された第１の制限部と、
前記固定枠に対する前記可動枠の動きを制限するために、前記固定枠の内辺から延び、前記固定枠と前記可動枠との隙間に配置された第２の制限部と、
の少なくとも一方が設けられている、
こととしてもよい。
【００２８】
前記鏡面部は、前記第１の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記鏡面部の中心になるよう、外周面が形成されており、
前記可動枠は、前記第２の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記可動枠の中心になるよう、外周面が形成されている、
こととしてもよい。
【００２９】
本発明の第２の観点に係る二次元走査装置は、
本発明の可動反射素子と、
前記可動反射素子を二次元方向に駆動して、二次元走査を行う制御部と、
を備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、第１のアクチュエータ部の第１の方向に沿って延びた部分の長さは、第１のアクチュエータ部が接続された固定枠の内辺から第１の方向に沿った可動枠の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、第１のアクチュエータ部の長さを第２のアクチュエータ部の長さよりも大幅に長くすることができる。これにより、可動反射素子全体を小型なものとしつつ、可動枠の駆動周波数と鏡面部の駆動周波数との比率を所望の値とすることができる。この結果、周波数の比率の最適化と小型化とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体（後述するＤ層を除く）の上面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）の側面図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。図２（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体をＹＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図３（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、可動反射素子におけるアクチュエータ部の動作を示す図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子における可動枠のＹ軸方向への傾斜状態（Ｘ軸周りの回転状態）を示す側面図である。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る可動反射素子における鏡面部のＸ軸方向への傾斜状態（Ｙ軸周りの回転状態）を示す側面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図９（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の実施の形態３に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図１０（Ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の実施の形態３に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図１１（Ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、本発明の実施の形態４に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図１２（Ｂ）は、本発明の実施の形態４に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、本発明の実施の形態４に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図１３（Ｂ）は、本発明の実施の形態４に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）の上面図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）をＸＺ面に沿って切断した側面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。図１５（Ｂ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体をＹＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図１６（Ｂ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図１７（Ｂ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図１８】図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）及び図１８（Ｃ）は、本発明の実施の形態５に係る可動反射素子における可動枠のＹ軸方向への傾斜状態（Ｘ軸周りの回転状態）を示す側面図である。
【図１９】図１９（Ａ）は、本発明の実施の形態６に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図１９（Ｂ）は、本発明の実施の形態６に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、本発明の実施の形態６に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図２０（Ｂ）は、本発明の実施の形態６に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図２１】図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）及び図２１（Ｃ）は、本発明の実施の形態６に係る可動反射素子における鏡面部のＸ軸方向への傾斜状態（Ｙ軸周りの回転状態）を示す側面図である。
【図２２】図２２（Ａ）は、本発明の実施の形態７に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）の上面図である。図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）の可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）の側面図である。
【図２３】可動枠に重りが付けられた可動反射素子の構成を示す斜視図である。
【図２４】図２４（Ａ）は、本発明の実施の形態８に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図２４（Ｂ）は、本発明の実施の形態８に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図２５】図２５（Ａ）は、本発明の実施の形態８に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の上面図である。図２５（Ｂ）は、本発明の実施の形態８に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図２６】図２６（Ａ）は、本発明の実施の形態９に係る可動反射素子の主構造体の各部の機能を示す上面図である。図２６（Ｂ）は、本発明の実施の形態９に係る可動反射素子の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図２７】図２７（Ａ）は、本発明の実施の形態９に係る可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）の変形例の上面図である。図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）の可動反射素子の主構造体（Ｄ層を含む）をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。
【図２８】図２８（Ａ）は、本発明の実施の形態１０に係る可動反射素子の上面図であり、図２８（Ｂ）は、本発明の実施の形態１１に係る可動反射素子の上面図であり、図２８（Ｃ）は、本発明の実施の形態１２に係る可動反射素子の上面図である。
【図２９】本発明の実施の形態１３に係る二次元走査装置を利用したプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図３０】図３０（Ａ）は、第１の駆動信号及び第２の駆動信号の信号波形を示すグラフである。図３０（Ｂ）は、第１、第２の駆動信号を可動反射素子に供給した場合に得られる、スクリーン上のビームの２次元走査の様子を示すグラフである。
【図３１】図３１（Ａ）は、第１の駆動信号及び第２の駆動信号の信号波形の他の例を示すグラフである。図３１（Ｂ）は、第１、第２の駆動信号を可動反射素子に供給した場合に得られる、スクリーン上のビームの２次元走査の様子を示すグラフである。
【図３２】図３２（Ａ）は、アクチュエータ部の厚みが調整された可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）の上面図である。図３２（Ｂ）は、図３２（Ａ）の可動反射素子の主構造体（Ｄ層を除く）をＸＺ平面に沿って切断した側断面図である。
【図３３】フィードバック制御機能を備えたプロジェクタの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態１では、可動反射素子１００の基本的な構成と、その動作について説明する。なお、実施の形態１から、後述する実施の形態４までの可動反射素子１００は、同様の思想に基づき設計されており、同一のグループに属するものである。
【００３４】
（反射面、電極層を実現するＤ層を除く可動反射素子の構成）
図１（Ａ）は、本実施の形態に係る可動反射素子１００の主構造体（Ｄ層を除く）の上面図であり、図１（Ｂ）は、可動反射素子１００の主構造体の側面図である。
【００３５】
図１（Ａ）に示すように、可動反射素子１００は、全体として、矩形平板状の素子であり、可動反射素子１００では、その平板にスリットが形成されて、次の各部、すなわち固定枠１１０と、可動枠１２０と、鏡面部１３０と、アクチュエータ部１４０、１５０とが形成されている。
【００３６】
固定枠１１０は最も外周に配置された平板状の枠体である。可動枠１２０は、固定枠１１０の枠内に配置された矩形平板状の枠体である。鏡面部１３０は、可動枠１２０の枠内に配置された矩形平板状の部材である。アクチュエータ部１４０は、固定枠１１０と可動枠１２０とを連結する一対の部材である。また、アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０と鏡面部１３０とを連結する一対の部材である。
【００３７】
ここで、鏡面部１３０の重心位置を原点ＯとするＸＹＺ３次元直交座標系を規定する。このＸＹＺ座標系では、図１（Ａ）において、紙面左右方向をＸ軸とし、紙面上下方向をＹ軸とし、紙面垂直方向をＺ軸とする。
【００３８】
固定枠１１０は、外部物体に固定される。可動枠１２０および鏡面部１３０は、外部物体には直接固定されない状態で用いられる。アクチュエータ部１４０は、固定枠１１０と可動枠１２０との間であって、可動枠１２０のＸ軸方向両側にそれぞれ設けられ、固定枠１１０と可動枠１２０とを連結する。また、アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０と鏡面部１３０との間であって、鏡面部１３０のＹ軸方向両側にそれぞれ設けられ、可動枠１２０と鏡面部１３０とを連結する。
【００３９】
可動反射素子１００は、図１（Ｂ）に示すように、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃがこの順に積層された積層構造を有している。Ａ層１００Ａは、実際には、３つの層（１００Ａ１、１００Ａ２、１００Ａ３）に分かれている。この３つの層については、後述する。
【００４０】
図２（Ａ）には、可動反射素子１００の主構造体を、ＸＺ平面で切断した断面が示されている。図２（Ｂ）には、可動反射素子１００の主構造体を、ＹＺ平面で切断した断面が示されている。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、固定枠１１０は、Ａ層１１０Ａ、Ｂ層１１０Ｂ、Ｃ層１１０Ｃの３層構造を含んでいる。また、可動枠１２０は、Ａ層１２０Ａ、Ｂ層１２０Ｂ、Ｃ層１２０Ｃの３層構造を含んでいる。鏡面部１３０は、Ａ層１３０Ａ、Ｂ層１３０Ｂ、Ｃ層１３０Ｃの３層構造を含んでいる。アクチュエータ１４０は、Ａ層１４０Ａ、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃの３層構造を含んでいる。アクチュエータ１５０は、Ａ層１５０Ａ、Ｂ層１５０Ｂ、Ｃ層１５０Ｃの３層構造を含んでいる。
【００４１】
なお、可動反射素子１００は、上述したＡ層１３０Ａ、１４０Ａ、１５０Ａを含まないようにしてもよい。すなわち、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０が、Ｂ層１３０Ｂ、１４０Ｂ、１５０ＢとＣ層１３０Ｃ、１４０Ｃ、１５０Ｃとからなる２層構造であってもよい。
【００４２】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、固定枠１１０、可動枠１２０の厚みに比べて、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０の厚みは小さく設定されており、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０の下方には空隙が形成されている。また、可動枠１２０の厚みを大きくすることによって、或いは、可動枠１２０のＸ軸に沿う辺、可動枠１２０のＹ軸に沿う辺を長くすることによって、可動枠１２０の駆動周波数を低くできる。
【００４３】
図３（Ａ）は、可動反射素子１００の主構造体の各部の機能を示す上面図であり、図３（Ｂ）は、可動反射素子１００の主構造体をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）におけるハッチングは、断面を示すものではなく、各部の機能を示す。
【００４４】
図３（Ａ）において、固定枠１１０は、水玉状のハッチングで示されている。図３（Ｂ）に示すように、固定枠１１０の下面は、土台基板２００の上面に、スペーサ３００を介して固着される。なお、固定枠１１０は、下面の全面ではなく、下面の一部の面が、スペーサ３００を介して土台基板２００の上面に固着されていればよい。
【００４５】
図３（Ａ）において、可動枠１２０は、所定の間隔を置いた４本斜線のハッチングで示されている。図３（Ｂ）に示すように、可動枠１２０は、固定枠１１０で囲まれた空間内において、土台基板２００から浮いた状態となっている。
【００４６】
図３（Ａ）において、アクチュエータ部１４０は、かご網目状のハッチングで示されている。図３（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１４０は、固定枠１１０と可動枠１２０との間で、土台基板２００から浮いた状態となっている。可動枠１２０は、アクチュエータ部１４０を介して固定枠１１０によって支持されている。アクチュエータ部１４０は、少なくとも上下方向（Ｚ軸方向）に関して可撓性を有しており、上方に反ったり、下方に反ったりすることができる。これにより、アクチュエータ部１４０は、所定の自由度の範囲内で、固定枠１１０に対して可動枠１２０を変位させることができる。
【００４７】
図３（Ａ）において、鏡面部１３０は、等間隔斜線のハッチングで示されている。この鏡面部１３０の上面には、後述するように＋Ｚ側に反射面（図示しないＤ層１００Ｄ）が形成され、入射した光、電磁波等のビームを反射する。
【００４８】
図３（Ａ）において、アクチュエータ部１５０は、かご網目状のハッチングで示されている。アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０と鏡面部１３０との間で、土台基板２００から浮いた状態となっている。鏡面部１３０は、アクチュエータ部１５０を介して可動枠１２０によって支持されている。アクチュエータ部１５０は、少なくとも上下方向（Ｚ軸方向）に関して可撓性を有しており、上方に反ったり、下方に反ったりすることができる。このため、アクチュエータ部１５０は、所定の自由度の範囲内で、可動枠１２０に対して鏡面部１３０を変位させることができる。
【００４９】
続いて、可動反射素子１００の全体構成について説明する。図４（Ａ）は、この実施の形態に係る可動反射素子１００の主構造体の上面図であり、図４（Ｂ）は、可動反射素子１００の主構造体をＸＺ平面に沿って切断した側断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）に示す可動反射素子１００では、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す可動反射素子１００の上面に、図示しないＤ層１００Ｄが付加されている。
【００５０】
上述のように、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃの３層は、互いに同一の平面形状（図１（Ａ）の上面図に示す形状）を有しているが、Ｄ層１００Ｄの平面形状はＡ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃとは異なっている。図４（Ａ）では、このＤ層１００Ｄの部分（具体的には、１４０Ｄ、１５０Ｄ、１６０Ｄ、１７０Ｄの部分）にハッチングが施されている。図４（Ａ）におけるハッチングは、Ｄ層の平面形状パターンを示すものであり、断面を示すためのものではない。
【００５１】
Ｄ層１００Ｄは、アクチュエータ１４０に形成された上部電極層１４０Ｄと、アクチュエータ１５０に形成された上部電極層１５０Ｄと、鏡面部１３０に形成された反射層１３０Ｄと、検出用電極１６０Ｄ、１７０Ｄとを含む。固定枠１１０及び可動枠１２０には、配線を除き、Ｄ層は形成されていない。ただし、図４（Ａ）に示す固定枠１１０及び可動枠１２０においては、配線の図示を省略している。上部電極層１４０Ｄ、１５０Ｄは、圧電素子の電極を形成し、反射層１３０Ｄは、鏡面部１３０の反射面を形成する。それ以外の部分には、Ｄ層を形成する必要はない。
【００５２】
固定枠１１０には、前述の通り、配線として機能するＤ層が形成される。しかし、上部電極層１４０Ｄ、１５０Ｄは、それぞれ別個の圧電素子を形成するために電気的に絶縁されている必要があるので、Ｃ層の上面全面に、同一の平面形状を有するＤ層を形成するのは望ましくない。
【００５３】
次に、可動反射素子１００を構成するＡ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１００Ｄの材質について説明する。まず、Ａ層１００Ａは、他の各層の支持基板となる基板層であり、その上面に形成されるＢ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１００Ｄを支持することができる材質によって形成されている。ただし、アクチュエータ部１４０、１５０は、少なくとも上下方向（Ｚ軸方向）に関して可撓性を有している必要がある。すなわち、基板層としてのＡ層１００Ａは、各アクチュエータ部１４０、１５０が必要な範囲内（鏡面部１３０を、要求される角度で傾斜させるために必要な範囲内）で撓みを生じることができるよう、ある程度の可撓性を有する材料によって形成される。この実施の形態では、シリコン基板によってＡ層１００Ａが構成されている。より具体的には、図１（Ｂ）に示すように、Ａ層１００Ａは、シリコンからなる支持層１００Ａ１と、支持層１００Ａ１の上に形成された二酸化シリコンのＢＯＸ層（二酸化ケイ素絶縁膜）１００Ａ２と、ＢＯＸ層１００Ａ２の上に形成されたシリコンからなる活性層１００Ａ３の３層構造となっている。
【００５４】
なお、Ａ層１００Ａは、ＢＯＸ層１００Ａ２を含まず、支持層１００Ａ１と活性層１００Ａ３とからなる２層構造であってもよい。即ち、Ａ層１００Ａは、単一のシリコン基板でもよい。
【００５５】
Ｂ層１００Ｂは、圧電素子の下部電極を構成する。Ｄ層１００Ｄは、圧電素子の上部電極を構成する。したがって、いずれも導電性材料によって形成される。
【００５６】
Ｃ層１００Ｃは、圧電素子を構成し、圧電効果を呈する圧電材料によって構成される。例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）の薄膜によってＣ層１００Ｃが形成されている。本実施の形態では、圧電材料層（Ｃ層１００Ｃ）を導電性材料層（Ｂ層１００Ｂ及びＤ層１００Ｄ）で挟んだサンドイッチ構造体によって圧電素子が構成される。
【００５７】
なお、Ｄ層１００Ｄのうち、各アクチュエータ部１４０、１５０に形成される部分１４０Ｄ、１５０Ｄは、上述のように、圧電素子用の上部電極層を構成することになる。しかし、鏡面部１３０に形成されるＤ層１３０Ｄは、鏡面部１３０の反射面として機能する。したがって、アクチュエータ部１４０、１５０の上部電極層１４０Ｄ、１５０Ｄは、導電性の層であればよく、表面が反射性である必要はない。また、鏡面部１３０に形成されるＤ層１３０Ｄは、表面が反射性を有していればよく、導電性の層である必要はない。
【００５８】
ただし、可動反射素子１００を量産する場合は、上部電極層１４０Ｄ、１５０Ｄ及び反射層１３０Ｄを、同一の材料からなるＤ層１００Ｄとして形成する。この場合、Ｄ層１００Ｄの材料としては、電極層の機能と反射層の機能とを兼ね備えた材料が用いられる。
【００５９】
より具体的に言えば、Ｄ層１００Ｄは、上面が反射面（鏡面）としての機能も果たす必要があるため、Ｄ層１００Ｄの上面部分を、反射率の高い耐腐食性に優れた材料、例えば金（Ａｕ）の薄膜層によって構成するのが望ましい。金（Ａｕ）の薄膜層は、光や電磁波に対して良好な反射率を有しており、しかも耐腐食性に優れているため、長期間にわたって安定した反射性能を維持することができる。なお、Ｂ層１００Ｂは、下部電極（導電層）としての機能を果たせばよいので、任意の金属層で十分である。
【００６０】
図４（Ｂ）に示す可動反射素子１００は、量産化に適した構造を有している。特に、可動反射素子１００の製造には、半導体製造プロセスを利用したＭＥＭＳ素子の製造方法を適用することが可能である。図４（Ｂ）に示す可動反射素子１００は、シリコン基板１００Ａ（Ａ層：基板層）の上面に、白金層１００Ｂ（Ｂ層：下部電極層）、ＰＺＴ層１００Ｃ（Ｃ層：圧電材料層）、白金／金層１００Ｄ（Ｄ層：下層部分は白金、上層部分は金からなる２層構造層）を順次堆積させて構成されている。上部電極層及び下部電極層として白金を用いるのは、圧電材料層となるＰＺＴ層との間に良好な界面を形成できるためである。一方、反射層としては、上述したように金を用いるのが好ましいので、Ｄ層の下層部分は上部電極層に適した白金を用い、上層部分は反射層に適した金を用いることとする。
【００６１】
４層の積層構造体を形成したら、Ｄ層１００Ｄに対してパターニング処理を行って図４（Ａ）に示すハッチングが施された領域のみを残し、更に、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層の３層からなる主構造体の部分に対して、エッチングなどの方法で上下方向に貫通するスリットを形成する。また、アクチュエータ部１４０、１５０や鏡面部１３０の下面側の一部分をエッチング等で除去すれば、図４（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１４０、１５０や鏡面部１３０が、土台基板２００から浮いた構造を実現できる。
【００６２】
反射可動素子１００の各部の寸法の一例について説明する。Ａ層１００Ａは、一辺５ｍｍ角、厚み０．３ｍｍのシリコン基板である。Ｂ層１００Ｂは、厚み３００ｎｍ程度の白金の薄膜層である。また、Ｃ層１００Ｃは、厚み２μｍ程度のＰＺＴ層である。Ｄ層１００Ｄは、厚み３００ｎｍ程度の白金／金の薄膜層である。ここで、アクチュエータ部１４０、１５０や鏡面部１３０については、シリコン基板１００Ａ（Ａ層）の下面側をエッチング除去して、厚みを０．１０ｍｍとしている。これにより、土台基板２００の上面との間に、０．２０ｍｍの空隙が形成される。また、図４（Ａ）に示す平面図において、固定枠１１０と可動枠１２０、固定枠１１０とアクチュエータ部１４０、可動枠１２０とアクチュエータ部１５０の間のスリットの幅を０．３ｍｍとし、アクチュエータ部１４０、１５０の幅を０．５ｍｍとしている。
【００６３】
各部の寸法は任意に変更することができる。アクチュエータ部１４０、１５０の厚みや幅、長さは、鏡面部１３０が所定の角度範囲（可動鏡として要求される性能を満たす範囲）で傾斜できるような可撓性が得られる寸法に変更すればよい。また、固定枠１１０の厚みは、この可動反射素子１００を土台基板２００に堅固に固着できる寸法に設定すればよい。
【００６４】
（アクチュエータ部の動作）
次に、アクチュエータ部１４０、１５０の動作について説明する。図４（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１４０には、Ａ層（基板層）１４０Ａ、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄが形成されている。Ａ層（基板層）１４０Ａを「アクチュエータ本体部１４０Ａ」と呼ぶ。また、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄの３層構造部分を「圧電素子（１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ）」と呼ぶ。このようにすれば、アクチュエータ部１４０は、可撓性を有するアクチュエータ本体部１４０Ａと、このアクチュエータ本体部１４０Ａの上面に固着された圧電素子（１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）とによって構成されているとみなすことができる。
【００６５】
同様に、アクチュエータ部１５０には、図２（Ｂ）、図４（Ａ）に示すように、Ａ層（基板層）１５０Ａ、Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１５０Ｄが形成されている。Ａ層（基板層）１５０Ａの部分を「アクチュエータ本体部１５０Ａ」と呼ぶ。また、Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１５０Ｄの３層構造部分を「圧電素子」と呼ぶ。このようにすれば、アクチュエータ部１５０は、可撓性を有するアクチュエータ本体部１５０Ａと、このアクチュエータ本体部１５０Ａの上面に固着された圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）と、によって構成されているとみなすことができる。
【００６６】
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、アクチュエータ部１４０の動作を示す断面図である。図５（Ａ）に示すように、Ａ層１４０Ａは、シリコン基板等からなるアクチュエータ本体部であり、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃ、Ｄ層１４０Ｄからなる３層構造体が圧電素子である。Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃは、厚み方向に所定極性の電圧を印加すると、長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸縮する性質を有する。
【００６７】
Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が正、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が負となるように、両電極層間に電圧を印加すると、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃは長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸びる。逆に、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が負、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が正となるように、両電極層間に電圧を印加すると、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃは長手方向に縮む性質をもっている。伸縮の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。
【００６８】
したがって、図５（Ｂ）に示すように、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄが正で、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂが負となる極性（以下、正極性と呼ぶ）の電圧を印加すると、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃ、Ｄ層１４０Ｄの３層からなる圧電素子は長手方向に伸び、可撓性を有するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向（Ｙ軸に沿った方向）に伸びる方向への応力が加わる。その結果、アクチュエータ部１４０は、上方が凸になるように反り返る。
【００６９】
これに対して、図５（Ｃ）に示すように、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄが負で、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂが正となる極性（以下、逆極性と呼ぶ）の電圧を印加すると、Ｂ層、Ｃ層、Ｄ層の３層からなる圧電素子は長手方向に縮み、可撓性を有するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向に縮む方向への応力が加わる。その結果、アクチュエータ部１４０は、下方が凸になるように反り返る。
【００７０】
もちろん、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が正、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が負となるように、両電極層間に電圧を印加すると、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃが長手方向に縮む一方で、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が負、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ側が正となるように、両電極層間に電圧を印加すると、長手方向に伸びる性質を有するようなＣ層１４０Ｃを用いても構わない。この場合、正極性の電圧を印加すると、下方が凸になるように反り返り、負極性の電圧を印加すると、上方が凸になるように反り返る。
【００７１】
いずれにしても、Ｄ層（上部電極層）１４０ＤとＢ層（下部電極層）１４０Ｂとの間に、所定極性の電圧を印加することにより、図５（Ｂ）又は図５（Ｃ）に示す変形を生じさせることができる。変形の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。なお、圧電素子を構成する材料によって（例えば、バルク、薄膜によって）、分極作用が異なるので、電圧の極性と伸縮の関係とが上述とは逆になる場合がある。
【００７２】
上述の動作は、アクチュエータ部１５０についても同様である。
【００７３】
図４（Ａ）に戻り、図示しないＤ層１００Ｄのうち、検出用電極１６０Ｄは、アクチュエータ部１４０の変位を検出するために設けられている。検出用電極１６０Ｄは、アクチュエータ部１４０の幅よりも幅が狭くなるように形成されている。また、検出用電極１７０Ｄは、アクチュエータ部１５０の変位を検出するために設けられている。検出用電極１７０Ｄの幅は、アクチュエータ部１５０よりも狭くなるように形成されている。なお、検出用電極１６０Ｄ、１７０Ｄの少なくとも一方の幅が、それぞれのアクチュエータの幅よりも狭くなっていればよい。
【００７４】
検出用電極１６０Ｄは、アクチュエータ部１４０と固定枠１１０とが接続する部分に設けられ、検出用電極１７０Ｄは、アクチュエータ部１５０と可動枠１２０とが接続する部分に設けられている。これらの部分は、アクチュエータ部１４０、１５０の変形が大きくなる場所である。したがって、これらの場所に検出用電極１６０Ｄ、１７０Ｄを配設することにより、アクチュエータ部１４０、１５０の変位を安定して検出することができる。
【００７５】
図４（Ａ）に示すように、鏡面部１３０は、固定枠１１０に対して、アクチュエータ部１４０、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０を介して接続されており、アクチュエータ部１４０、１５０によって、土台基板２００から浮いた宙吊り状態で支持されている。したがって、アクチュエータ部１４０が上方もしくは下方に反り返ると、宙吊り状態で支持されている鏡面部１３０は、可動枠１２０とともに、Ｘ軸周り、すなわちＹ軸方向に傾斜する。また、アクチュエータ部１５０が上方もしくは下方に反り返ると、宙吊り状態で支持されている鏡面部１３０は、Ｙ軸周り、すなわちＸ軸方向に傾斜する。
【００７６】
図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す可動反射素子１００における可動枠１２０のＹ軸方向への傾斜状態（Ｘ軸周りの回転状態）を示す側面図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）では、可動枠１２０を太線で示し、固定状態にある土台基板２００にハッチングを施して示す。また、アクチュエータ部１４０の変形状態は、実際よりも誇張して示されている。
【００７７】
図６（Ａ）には、傾斜が生じていない定位置の状態、すなわち、各圧電素子に何ら電圧が印加されていない状態における、アクチュエータ部１４０と可動枠１２０との位置関係が示されている。土台基板２００上に固定された固定枠１１０から可動枠１２０に向かってアクチュエータ部１４０が延びている。可動枠１２０は、アクチュエータ部１４０を介して、土台基板２００の上方に水平姿勢のまま支持されている。白い三角形は、可動枠１２０（鏡面部１３０）の重心Ｇを示す。重心Ｇは、座標系の原点Ｏと一致している。
【００７８】
図６（Ｂ）は、アクチュエータ部１４０の圧電素子に、正極性の電圧（図５（Ｂ）参照）を印加することにより、アクチュエータ部１４０に対して上方が凸になるような変形を生じさせた状態が示されている。アクチュエータ部１４０は、−Ｙ側で固定枠１１０に固定されているため、上方が凸になるような変形が生じると、＋Ｙ側が下がる方向に変位する。その結果、−Ｙ端より先に接続されているすべての構成要素が、Ｘ軸周りに回転し、鏡面部１３０は、Ｘ軸周りの回転−Ｒｘを生じる。なお、ここでは、Ｘ軸周りの正方向に右ネジを進める回転方向を正にとるため、この場合の回転方向は負方向になる。この回転時に、可動枠１２０、鏡面部１３０の重心Ｇは下方に移動する。
【００７９】
一方、図６（Ｃ）は、アクチュエータ部１４０の圧電素子に、負極性の電圧（図５（Ｃ）参照）を印加することにより、アクチュエータ部１４０に対して下方が凸になるような変形を生じさせた状態が示されている。アクチュエータ部１４０は、−Ｙ端が固定枠１１０に固定されているため、下方が凸になるような変形が生じると、その＋Ｙ端が上がる方向に変位する。その結果、＋Ｙ端より先に接続されているすべての構成要素が、Ｘ軸周りに回転し、可動枠１２０は、図示のとおり、Ｘ軸周りの回転＋Ｒｘを生じる。このため、可動枠１２０、鏡面部１３０の重心Ｇは上方に移動する。
【００８０】
このように、アクチュエータ部１４０の圧電素子を構成するＢ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（上部電極層）１４０Ｄとの間に、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が正となるような極性の電圧を印加すると、図６（Ｂ）に示すように、可動枠１２０を、その＋Ｙ側が下がるようにＹ軸方向に傾斜させることができ、逆極性の電圧を印加すると、図６（Ｃ）に示すように、可動枠１２０を、その−Ｙ側が下がるようにＹ軸方向に傾斜させることができる。傾斜の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。したがって、印加する電圧の極性および値を調整すれば、可動枠１２０、鏡面部１３０のＹ軸方向への傾斜角度を任意に調整することが可能である。
【００８１】
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、可動反射素子１００における鏡面部１３０のＸ軸方向への傾斜状態（Ｙ軸周りの回転状態）を示す側面図である。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、鏡面部１３０が太線で示されている。また、変形状態が、実際よりも誇張して示されている。
【００８２】
図７（Ａ）は、傾斜が生じていない定位置の状態、すなわち、圧電素子に何ら電圧が印加されていない状態における、アクチュエータ部１５０と鏡面部１３０との位置関係を示す。アクチュエータ部１５０の−Ｘ端は、可動枠１２０に接続されており、土台基板２００によって間接的に支持されている。鏡面部１３０は、アクチュエータ部１５０の＋Ｘ端に接続されている。図７（Ａ）では、鏡面部１３０は、可動枠１２０に水平姿勢のまま支持されている。白い三角形は、鏡面部１３０の重心Ｇを示す。重心Ｇは、座標系の原点Ｏと一致している。
【００８３】
これに対して、図７（Ｂ）は、アクチュエータ部１５０の圧電素子に、図５（Ｂ）に示すような正極性の電圧を印加することにより、アクチュエータ部１５０に対して上方が凸になるような変形を生じさせた状態を示している。アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０に支持されているため、上方が凸になるような変形が生じると、その＋Ｘ端が下がる方向に変位する。その結果、アクチュエータ部１５０の＋Ｘ端に接続されている鏡面部１３０は、Ｙ軸周りに回転し、Ｙ軸周りの回転＋Ｒｙ（Ｙ軸に対して右ねじの回転方向が正）を生じる。このため、重心Ｇは下方に移動する。
【００８４】
一方、図７（Ｃ）は、アクチュエータ部１５０の圧電素子に、図５（Ｃ）に示すような負極性の電圧を印加することにより、アクチュエータ部１５０に対して下方が凸になるような変形を生じさせた状態を示す。アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０に支持されているため、下方が凸になるような変形が生じると、その＋Ｘ端が上がる方向に変位する。その結果、アクチュエータ部１５０の＋Ｘ端に接続されている鏡面部１３０は、Ｙ軸周りに回転し、Ｙ軸周りの回転−Ｒｙを生じる。このため重心Ｇは上方に移動する。
【００８５】
このように、アクチュエータ部１５０の圧電素子を構成するＢ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（上部電極層）１５０Ｄとの間に、Ｄ層（上部電極層）１５０Ｄ側が正となるような極性の電圧を印加すると、図７（Ｂ）に示すように、鏡面部１３０を、その＋Ｘ端が下がるように傾斜させることができる。一方、逆極性の電圧を印加すると、図７（Ｃ）に示すように、鏡面部１３０を、＋Ｘ側が上がるように傾斜させることができる。傾斜の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。したがって、印加する電圧の極性および値を調整すれば、鏡面部１３０のＸ軸方向への傾斜角度を任意に調整することが可能である。
【００８６】
なお、例えば、アクチュエータ部１４０では上面に圧電素子を設け、アクチュエータ部１５０では下面に圧電素子を設ける、というように、圧電素子の配置を逆にすることも可能である。また、各アクチュエータ部１４０、１５０について、各アクチュエータ本体部１４０Ａ、１５０Ａの上下両面に圧電素子を形成してもかまわない。ただし、実用上は、各アクチュエータ本体部１４０Ａ、１５０Ａの上面に各圧電素子を形成するのが、製造プロセスを単純化する上で好ましい。
【００８７】
この実施の形態に係る可動反射素子１００は、反射面を有する鏡面部１３０が、可撓性をもったアクチュエータ部１５０を介して可動枠１２０に接続され、可動枠１２０が、アクチュエータ部１４０を介して固定枠１１０に接続される。このようにすると、従来のジンバル構造による支持手法に比べて、単純な構造でありながら、十分な変位角を確保することが可能になる。ジンバル構造を機械的な回動機構によって実現すると、部品の点数が増え、構造が複雑にならざるを得ない。また、ジンバル構造を、トーションバーを用いて実現すると、構造は単純化されるが、最大変位角はトーションバーの最大捻れ角度の範囲内に抑えられてしまい、十分な変位角を確保することが困難になる。本実施の形態では、アクチュエータ部１４０、１５０によって鏡面部１３０を支持するため、単純な構造でありながら、十分な変位角を確保することができる。
【００８８】
図４（Ｂ）に示す構造を有する可動反射素子１００は、ＭＥＭＳ素子として、半導体製造プロセスを利用した製造方法により量産することができ、小型化に適している。また、駆動を行うための素子として圧電素子を用いているため、低消費電流化に適している。
【００８９】
また、可動反射素子１００は、Ｙ軸に沿って延びたアクチュエータ部１４０と、Ｘ軸に沿って延びたアクチュエータ部１５０と、を有しており、その上面もしくは下面には、それぞれ所定極性の電圧を印加することにより長手方向に沿って伸縮する圧電素子が固着されている。そのため、アクチュエータ部１４０の圧電素子に電圧を印加して、圧電素子を伸縮させれば、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、鏡面部１３０をＹ軸方向に傾斜させる（Ｘ軸周りに回転させる）ことができ、アクチュエータ部１５０の圧電素子に電圧を印加して、伸縮させれば、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、鏡面部１３０をＸ軸方向に傾斜させる（Ｙ軸周りに回転させる）ことができる。このため、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向（２軸周り）に関して、二次元走査装置を実現するために十分な変位角を確保することが可能になる。
【００９０】
なお、この実施の形態では、固定枠１１０に、アクチュエータ部１４０、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０及び鏡面部１３０を配置した構造を採用している。しかしながら、固定枠１１０を枠体によって構成する必要はなく、例えば、アクチュエータ部１４０の一端を固定できれば枠状でなくてもよい。
【００９１】
ただし、アクチュエータ部１４０、１５０及び鏡面部１３０は、変位を生じる可動構成要素であるため、外部物体と接触することは避けた方がよい。この点、固定枠１１０のように枠状であれば、可動構成要素を内部に囲い込むことができるので、可動構成要素を外部物体との接触から保護できる。
【００９２】
また、固定枠１１０、可動枠１２０および鏡面部１３０については、矩形状に限られるものではなく、例えば楕円状、多角形状であってもよい。
【００９３】
また、この実施の形態では、固定枠１１０を支持する土台基板２００が設けられている。このように、土台基板２００を設け、固定枠１１０の下面を土台基板２００の上面に固定すれば、アクチュエータ部１４０、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０および鏡面部１３０が、この土台基板２００の上方に浮いた状態になり、土台基板２００の上方に確保された空隙の大きさによって定まる自由度の範囲内で鏡面部１３０を傾斜させることができる。また、鏡面部１３０に過剰な変位が生じることを防ぐことができるので、アクチュエータ部１４０、１５０に過度な撓みが生じ、破損してしまうことを防止することができる。また、この実施の形態では、固定枠１１０の厚みに比べて、アクチュエータ部１４０、アクチュエータ部１５０、鏡面部１３０の厚みを小さくすることにより、宙吊り構造を実現しているが、これら各部の厚みを同一にし、固定枠１１０の下面に、いわゆるスペーサ３００を履かせることにより宙吊り構造を実現するようにしてもよい。
【００９４】
以上説明した本実施の形態１の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態１の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【００９５】
なお、土台基板２００を、可動反射素子１００の装置筐体とすれば、土台基板２００は、可動反射素子１００の製品自体に組み込まれた一部品ということになる。これに対して、可動反射素子１００の製品自体としては、土台基板２００を含まない形態を採ることも可能である。この場合、この可動反射素子を部品として実装する何らかの装置の実装面の構造体が、土台基板２００として機能するようになる。
【００９６】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００９７】
上述した実施の形態１では、アクチュエータ部１４０が直線状であったが、本実施の形態２では、アクチュエータ部１４０が略Ｌ字状となっている。このように構成することで、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さをより長くできる。
【００９８】
図８（Ａ）に示すように、アクチュエータ部１４０は、Ｘ軸方向に沿って可動枠１２０の両側に配置された一対の部材である。アクチュエータ部１４０は、アーム部３４０Ａ（第８のアーム部）、３４０Ｂ（第９のアーム部）を備える。
【００９９】
アーム部３４０Ａは、一端が固定枠１１０の内辺に接続している。アーム部３４０Ａは、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間をＹ軸方向に沿って、一端から可動枠１２０の外辺の中点を超えて、すなわち、Ｘ軸を超えて、直線状に延びている。アクチュエータ部１４０のアーム部３４０Ｂは、アーム部３４０Ａの他端から、折り返しなくＸ軸に沿って延び、可動枠１２０の外辺の中点（Ｙ軸上の点）を避けて、可動枠１２０の角部と接続している。
【０１００】
アクチュエータ部１５０は、一端が可動枠１２０の内辺に接続し、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＸ軸方向に沿って、一端から鏡面部１３０の外辺の中点を超えて、すなわち、Ｙ軸を超えて、直線状に延びたアーム部（第１０のアーム部）を有している。アクチュエータ部１５０は、アーム部の他端から、折り返しなくＸ軸方向に延び、鏡面部１３０の外辺の中点を避けて鏡面部１３０の角部と接続している。
【０１０１】
図８（Ａ）に示す、アクチュエータ部１４０のアーム部３４０Ａには、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧電素子（１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）が形成されている。この圧電素子に正極性、負極性の電圧が印加されることにより、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、アーム部３４０Ａが上側又は下側に反り曲がる。これにより、図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す動作と同様に、可動枠１２０及び鏡面部１３０がＸ軸周りに揺動する。
【０１０２】
アクチュエータ部１５０についても、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）が形成されている。この圧電素子に正極性、負極性の電圧が印加されることにより、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、アーム部が上側又は下側に反り曲がる。これにより、図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す動作と同様に、鏡面部１３０がＹ軸周りに駆動される。
【０１０３】
以上説明した本実施の形態２の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態２の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１０４】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３では、アクチュエータ部１５０の構成が、略Ｌ字状となっている点が、実施の形態１と異なっている。
【０１０５】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１５０は、アーム部３５０Ａ（第１０のアーム部）、３５０Ｂ（第１１のアーム部）を備える。アーム部３５０Ａは、可動枠１２０の内辺に接続している。アーム部３５０Ａは、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＸ軸方向に沿って、一端から鏡面部１３０の外辺の中点を超えて直線状に延びている。
【０１０６】
アーム部３５０Ｂは、アーム部３５０Ａの他端から、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＹ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点を超えて鏡面部１３０の角部と接続している。
【０１０７】
図１０（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、アーム部３５０Ａには、圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）が形成されている。この圧電素子に正極性、負極性の電圧が印加されることにより、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、アーム部３５０Ａが上側又は下側に反り曲がる。これにより、図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す動作と同様に、鏡面部１３０がＹ軸周りに揺動する。
【０１０８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、アクチュエータ部１５０の長さも、可動枠１２０の内辺から鏡面部１３０の外辺の中点までの距離に制限されなくなる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値に設定することが可能となる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態３の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１０９】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４の可動反射素子１００は、アクチュエータ部１４０、１５０ともに略Ｌ字状となっている。
【０１１０】
図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１４０は、アーム部３４０Ａ、３４０Ｂを有する。アーム部３４０Ａは、一端が固定枠１１０の内辺に接続し、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間をＹ軸方向に沿って、一端から可動枠１２０の外辺の中点を過ぎた先まで直線状に延びている。アーム部３４０Ｂは、アーム部３４０Ａの他端からＸ軸方向に延び、可動枠１２０の外辺の中点を超えて可動枠１２０の角部と接続する。
【０１１１】
一方、アクチュエータ部１５０は、アーム部３５０Ａ、３５０Ｂを有する。アーム部３５０Ａは、一端が可動枠１２０の内辺に接続し、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＸ軸方向に沿って、一端から鏡面部１３０の外辺の中点を過ぎた先まで直線状に延びている。アーム部３５０Ｂは、アーム部３５０Ａの他端からＹ軸方向に延びて、鏡面部１３０の外辺の中点を過ぎた先で、鏡面部１３０の角部と接続している。
【０１１２】
図１３（Ａ）に示すアーム部３４０Ａには、圧電素子（１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）が形成されている。この圧電素子に正極性、負極性の電圧が印加されることにより、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示す動作と同様に、アーム部３４０Ａが上側又は下側に反り曲がる。これにより、図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように可動枠１２０がＸ軸周りに揺動する。
【０１１３】
また、図１３（Ａ）に示すアーム部３５０Ａには、圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）が形成されている。この圧電素子に正極性、負極性の電圧が印加されることにより、図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す動作と同様に、アーム部３５０Ａが上側又は下側に反り曲がる。これにより、図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように鏡面部１３０がＹ軸周りに揺動する。
【０１１４】
以上説明した本実施の形態４の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０、１５０の長さが、固定枠１１０の内辺から可動枠１２０の外辺の中点までの距離、可動枠１２０の内辺から鏡面部１３０の外辺の中点までの距離に制限されなくなる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値に設定することが可能となる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態４の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１１５】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。なお、実施の形態５から、後述する実施の形態７までの可動反射素子１００は、同様の思想に基づき設計されており、同一のグループに属するものである。
【０１１６】
図１４（Ａ）に示すように、本実施の形態５に係る可動反射素子１００は、上述した実施の形態１〜４の可動反射素子１００と同様に、外部物体に固定される固定枠１１０と、固定枠１１０の枠内に配置された可動枠１２０と、可動枠１２０の枠内に配置された鏡面部１３０と、を備える。さらに、可動反射素子１００は、固定枠１１０と可動枠１２０とを連結する一対の部材であるアクチュエータ部１４０と、可動枠１２０と鏡面部１３０とを連結する一対の部材であるアクチュエータ部１５０とを備える。図１４（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る可動反射素子１００では、実施の形態１〜４の可動反射素子１００と同様に、Ａ層１００Ａ（１００Ａ１、１００Ａ２、１００Ａ３）、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃが積層されている。
【０１１７】
アクチュエータ部１４０は、固定枠１１０と可動枠１２０との間であって、Ｘ軸方向における可動枠１２０の両側に設けられている。アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０と鏡面部１３０との間であって、Ｙ軸方向における鏡面部１３０の両側に設けられている。
【０１１８】
図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態５に係る可動反射素子１００においても、固定枠１１０、可動枠１２０、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０は、それぞれＡ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃの３層構造を含んでいる。固定枠１１０、可動枠１２０の厚みに比べて、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０の厚みは小さく設定されており、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、１５０の下方には空隙が形成されている。
【０１１９】
図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態５に係る可動反射素子１００は、アクチュエータ部１４０の形状が、実施の形態１〜４に係る可動反射素子１００と異なっている。本実施の形態では、アクチュエータ部１４０の形状は、略Ｓ字状となっている。
【０１２０】
アクチュエータ部１４０は、３つの部分から構成されており、それぞれの部分を、アーム部２４０Ａ（第１のアーム部）と、アーム部２４０Ｂ（第２のアーム部）と、アーム部２４０Ｃ（第３のアーム部）としている。すなわち、アクチュエータ部１４０は、アーム部２４０Ａ、２４０Ｂ及び２４０Ｃを備える。
【０１２１】
まず、アクチュエータ部１４０（２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ）における＋Ｘ側の部材の構成について説明する。
【０１２２】
アーム部２４０Ａの−Ｙ側の一端は、固定枠１１０の内辺（＋Ｙ側を向いた内辺の＋Ｘ側の隅部）に接続している。アーム部２４０Ａは、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間をＹ軸方向に沿って、−Ｙ側の一端から＋Ｙ方向に延びている。アーム部２４０Ａは、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間で、アーム部２４０Ｃに沿って延びることができるような幅となっている。アーム部２４０Ａは、可動枠１２０のＹ軸方向に沿った外辺の中点Ｎ（図１４（Ａ）参照）を超えて、すなわちＸ軸を超えて直線状に延びている。
【０１２３】
アーム部２４０Ｂの＋Ｘ側の一端は、アーム部２４０Ａの＋Ｙ側の端部と接続している。アーム部２４０Ｂの幅及び厚みは、アーム部２４０Ａとほぼ同じである。アーム部２４０Ｂは、その＋Ｘ側の一端からＸ軸方向に沿って可動枠１２０の方向に延びている。
【０１２４】
アーム部２４０Ｃは、＋Ｙ側の一端がアーム部２４０Ｂの−Ｘ側の他端と接続する。アーム部２４０Ｃは、アーム部２４０Ｂの−Ｘ端から折り返してアーム部２４０Ａに沿って延びている。アーム部２４０Ｃの幅及び厚みは、アーム部２４０Ａとほぼ同じである。アーム部２４０Ｃは、その−Ｙ端で可動枠１２０の外辺の中点（Ｘ軸上の点）Ｎと接続している。
【０１２５】
図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アーム部２４０Ａには、圧電素子（１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）が形成されている。圧電素子は、Ｂ層（下部電極層）１４０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１４０Ｃ及びＤ層（上部電極層）１４０Ｄで形成されている。
【０１２６】
アクチュエータ部１４０の−Ｘ側の部材も、アーム部２４０Ａ、２４０Ｂ及び２４０Ｃを備える。この−Ｘ側の部材では、アーム部２４０Ａは、＋Ｙ側の内辺から−Ｙ方向に可動枠１２０の外辺の中点Ｎを超えて延びており、アーム部２４０Ｂは、アーム部２４０Ａの−Ｙ側の端部から＋Ｘ方向に延び、アーム部２４０Ｃは、アーム部２４０Ｂの＋Ｘ側の端部から＋Ｙ方向に延びて可動枠１２０の外辺の中点Ｎと接続している。すなわち、アクチュエータ部１４０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０の重心を中心として２回回転対称に配置されている。これと同様に、アクチュエータ部１５０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０を中心として２回回転対称に配置されている。
【０１２７】
図１８（Ａ）に示すように、アクチュエータ部１４０の圧電素子（１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）を構成するＢ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（上部電極層）１４０Ｄとの間に、電圧が加えられていない場合には、可動枠１２０及び鏡面部１３０は、アクチュエータ部１４０を介して土台基板２００の上方に水平姿勢のまま支持されている。白い三角形は、鏡面部１３０の重心Ｇを示す。重心Ｇは、座標系の原点Ｏと一致している。
【０１２８】
Ｂ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（上部電極層）１４０Ｄとの間に、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が正となるような極性の電圧を印加する。この場合、図５（Ｂ）に示すように、アーム部２４０Ａでは、Ｂ層１４０Ｂ、Ｃ層１４０Ｃ、Ｄ層１４０Ｄの３層からなる圧電素子は長手方向に伸び、可撓性を有するＡ層１４０Ａの上面側に、面方向に伸びる方向への応力が加わる。その結果、アーム部２４０が、上方に凸になるように反り返る。アーム部２４０が、上方に凸になるように反り返ると、アーム部２４０Ｂを介して、アーム部２４０Ｃがその＋Ｙ端が下がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部１４０全体が、＋Ｙ端が下がるように傾斜するようになる。これにより、図１８（Ｂ）に示すように、可動枠１２０及び鏡面部１３０を、その＋Ｙ端が下がるように傾斜させることができる。
【０１２９】
Ｂ層（下部電極層）１４０ＢとＤ層（上部電極層）１４０Ｄとの間に、逆極性の電圧を印加すると、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１００Ｄの３層からなる圧電素子（１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）は長手方向に縮み、可撓性を有するアーム部２４０Ａを構成するＡ層１００Ａの上面側に、面方向に縮む方向への応力が加わる。その結果、アーム部２４０Ａは、下方が凸になるように反り返る。アーム部２４０Ａが、下方に凸になるように反り返ると、アーム部２４０Ｂを介して、アーム部２４０Ｃの＋Ｙ端が上がるように傾斜するようになり、アクチュエータ１４０全体が、＋Ｙ端が上がるように傾斜するようになる。これにより、図１８（Ｃ）に示すように、可動枠１２０及び鏡面部１３０を、その＋Ｙ端が上がるように傾斜させることができる。
【０１３０】
一対のアクチュエータ部１４０において、＋Ｘ側の圧電素子及び−Ｘ側の部材の圧電素子には、それぞれ逆極性の電圧が加えられる。これにより、固定枠１１０に対して、可動枠１２０をＸ軸周りに揺動させることができる。
【０１３１】
傾斜の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。したがって、印加する電圧の極性および値を調整すれば、鏡面部１３０のＸ軸方向への傾斜角度を任意に調整することが可能になる。
【０１３２】
図１４（Ａ）に戻り、アクチュエータ部１５０は、１本のアーム部２５０（第７のアーム部）を有する。アーム部２５０の一端が可動枠１２０の内辺に接続している。アーム部２５０は、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＸ軸方向に沿って、一端から鏡面部１３０の外辺の中点、すなわちＹ軸を超えて直線状に延びている。アーム部２５０は、鏡面部１３０の角部に他端が接続している。アクチュエータ部１５０には、圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）が形成されており、圧電素子に正極性、負極性に電圧を印加することにより、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）に示すように、圧電素子を上方向、下方向に反り返えらせることができる。
【０１３３】
一対のアクチュエータ部１５０において、＋Ｙ側の圧電素子及び−Ｙ側の部材の圧電素子には、それぞれ逆極性の電圧が加えられる。これにより、可動枠１２０に対して、鏡面部１３０をＹ軸周りに揺動させることができる。
【０１３４】
以上説明した本実施の形態５の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態５の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１３５】
また、実施の形態５に係る可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０の長さを長くすることができるので、可動反射素子１００のＸ軸方向の長さに対してＹ軸方向の長さを短くすることができる。後述するように、Ｘ軸周りの揺動を、ビームの垂直方向の走査に対応させた場合、プロジェクタ等の機器に可動反射素子１００を組み込んだとき、可動反射素子１００のＹ軸方向を、機器の厚み方向に対応させることができる。したがって、本実施の形態５に係る可動反射素子１００を採用すれば、可動反射素子１００のＹ軸方向の長さが短いので、可動反射素子１００を組み込む機器をより薄くして小型化することができる。
【０１３６】
また、アクチュエータ部１４０は、可動枠１２０の外辺の中点Ｎに接続されているので、ＸＹ方向以外のモーメントが可動枠１２０に殆ど働かず、可動枠１２０の振動がいずれかの方向に偏らず捩じれないようにすることができる。また、アクチュエータ部１５０については、簡素な構成として、可動枠１２０を小型化することができる。
【０１３７】
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。
【０１３８】
図１９（Ａ）に示すように、本実施の形態６に係る可動反射素子１００は、アクチュエータ部１５０の形状が、実施の形態５に係る可動反射素子１００と異なる。本実施の形態６に係る可動反射素子１００は、アクチュエータ部１５０の形状が、略Ｓ字状となっている。その他は、実施の形態５に係る可動反射素子１００と同じである。
【０１３９】
アクチュエータ部１５０は、アーム部２５０Ａ（第４のアーム部）、２５０Ｂ（第５のアーム部）、２５０Ｃ（第６のアーム部）を備える。まず、アクチュエータ部１５０（２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ）における＋Ｙ側の部材の構成について説明する。
【０１４０】
アーム部２５０Ａの＋Ｘ側の一端は、可動枠１２０の内辺（−Ｘ側を向いた内辺の＋Ｙ側の隅部）に接続している。アーム部２５０Ａは、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＸ軸方向に沿って、＋Ｘ側の一端から−Ｘ方向に延びている。アーム部２５０Ａは、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間で、アーム部２５０Ｃと間隔を置いて、−Ｘ方向に延びることができるような幅となっている。アーム部２５０Ａは、鏡面部１３０のＸ軸方向に沿った外辺の中点Ｋ（Ｙ軸上の点）を超えて、すなわちＹ軸を超えて延びている。アーム部２５０Ａは、可動枠１２０の＋Ｘ側を向いた内辺の近傍まで延びている。
【０１４１】
アーム部２５０Ｂの＋Ｙ側の一端は、アーム部２５０Ａの−Ｘ側の端部と接続している。アーム部２５０Ｂの幅及び厚みは、アーム部２５０Ａとほぼ同じである。アーム部２５０Ｂは、その＋Ｙ側の一端からＹ軸方向に沿って鏡面部１３０の方向に延びている。
【０１４２】
アーム部２５０Ｃは、−Ｘ側の一端がアーム部２５０Ｂの−Ｙ側の他端と接続している。アーム部２５０Ｃは、アーム部２５０Ｂの−Ｙ端から＋Ｘ方向に折り返してアーム部２４０Ｃに沿うように延びている。アーム部２５０Ｃの幅及び厚みは、アーム部２５０Ａとほぼ同じである。アーム部２５０Ｃは、その＋Ｘ端で鏡面部１３０の外辺の中点（Ｙ軸上の点）Ｋと接続している。
【０１４３】
アーム部２５０Ａには、圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）が形成されている。圧電素子は、Ｂ層（下部電極層）１５０Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１５０Ｃ及びＤ層（上部電極層）１５０Ｄで形成されている。
【０１４４】
アクチュエータ部１５０の−Ｙ側の部材も、アーム部２５０Ａ、２５０Ｂ及び２５０Ｃを備える。この−Ｙ側の部材では、アーム部２５０Ａは、可動枠１２０の−Ｘ側の内辺から＋Ｘ方向に鏡面部１３０の外辺の中点を超えて延びており、アーム部２５０Ｂは、アーム部２５０Ａの＋Ｘ側の端部から＋Ｙ方向に延び、アーム部２５０Ｃは、アーム部２５０Ａの＋Ｙ側の端部から−Ｘ方向に延びて鏡面部１３０の外辺の中点Ｋと接続している。
【０１４５】
アクチュエータ部１５０の圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）を構成するＢ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（上部電極層）１５０Ｄとの間に、電圧が加えられていない場合には、図２１（Ａ）に示すように、鏡面部１３０は、水平姿勢のまま可動枠１２０に支持されている。白い三角形は、鏡面部１３０の重心Ｇを示す。重心Ｇは、座標系の原点Ｏと一致している。
【０１４６】
Ｂ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（上部電極層）１５０Ｄとの間に、Ｄ層（上部電極層）１５０Ｄ側が正となるような極性の電圧を印加すると、アーム部２５０Ａにおいて、Ｂ層１５０Ｂ、Ｃ層１５０Ｃ、Ｄ層１５０Ｄの３層からなる圧電素子は長手方向（厚み方向に直交する方向）に伸び、可撓性を有するＡ層１５０Ａの上面側に、面方向（Ｘ軸に沿った方向）に伸びる方向への応力が加わる。その結果、アーム部２５０Ａが、上方に凸になるように反り返る。アーム部２５０Ａが上方に凸になるように反り返ると、アーム部２５０Ｂを介して、アーム部２５０Ｃの＋Ｘ端が下がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部１５０全体が＋Ｘ端が下がるように傾斜する。これにより、図２１（Ｂ）に示すように、鏡面部１３０は、Ｙ軸周りに回転し、Ｙ軸周りの回転＋Ｒｙ（Ｙ軸に対して右ねじの回転方向が正）を生じる。このようにして、可動反射素子１００は、鏡面部１３０を＋Ｘ端が下がるように傾斜させることができる。
【０１４７】
Ｂ層（下部電極層）１５０ＢとＤ層（上部電極層）１５０Ｄとの間に、逆極性の電圧を印加すると、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１００Ｄの３層からなる圧電素子（１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ）は長手方向に縮み、可撓性を有するアーム部２５０Ａを構成するＡ層１００Ａの上面側に、面方向に縮む方向への応力が加わる。その結果、アーム部２５０は、下方が凸になるように反り返る。アーム部２５０Ａが、下方に凸になるように反り返ると、アーム部２５０Ｂを介して、アーム部２５０Ｃの＋Ｘ端が上がるように傾斜するようになり、アクチュエータ部２５０全体が＋Ｘ端が上がるように傾斜する。これにより、図２１（Ｃ）に示すように、鏡面部１３０は、Ｙ軸周りに回転し、Ｙ軸周りの回転−Ｒｙを生じる。このようにして、可動反射素子１００は、鏡面部１３０を＋Ｘ端が上がるように傾斜させることができる。
【０１４８】
一対のアクチュエータ部１５０において、＋Ｙ側の圧電素子と−Ｙ側の圧電素子との間には、それぞれ逆極性の電圧が加えられる。これにより、可動枠１２０に対して、鏡面部１３０をＹ軸周りに揺動させることができる。
【０１４９】
傾斜の度合いは、印加する電圧値に応じた量になる。したがって、印加する電圧の極性および値を調整すれば、鏡面部１３０のＸ軸方向への傾斜角度を任意に調整することが可能になる。
【０１５０】
以上説明した本実施の形態６の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態６の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１５１】
また、本実施の形態６では、アクチュエータ部１４０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０の原点Ｏを中心として２回回転対称に配置されている。また、アクチュエータ部１５０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０を中心として２回回転対称に配置されている。そして、アーム部２４０Ａにおいて固定枠１１０と接続される一端から他端へ向かう向きと、アーム部２５０Ａにおいて可動枠１１０と接続される一端から他端へ向かう向きとが、鏡面部１３０の重心を中心とする回転方向に関して同じになっている。
【０１５２】
そして、アクチュエータ部１４０とアクチュエータ部１５０との両方についても、略Ｓ字状となっている。これにより、駆動周波数の比率を最適化できるとともに、可動枠１２０を小型化することができる。また、鏡面部１３０を偏りなく保持してバランス良く揺動させることができる。
【０１５３】
実施の形態７．
次に、本発明の実施の形態７について説明する。
【０１５４】
本実施の形態７に係る可動反射素子１００は、アクチュエータ部１５０の向きが、実施の形態６と異なる他は、実施の形態６に係る可動反射素子１００の構成と同じである。
【０１５５】
図２２（Ａ）に示すように、アクチュエータ部１４０の各部材それぞれは、鏡面部１３０の原点Ｏを中心として２回回転対称に配置されている。また、アクチュエータ部１５０の一対の部材それぞれが、鏡面部１３０の原点Ｏを中心として２回回転対称に配置されている。本実施の形態７では、アーム部２４０Ａの、固定枠１１０と接続された一端から他端へ向かう向きと、アーム部２５０Ａの、可動枠１２０と接続された一端から他端へ向かう向きとが、鏡面部１３０の原点Ｏを中心とする回転方向に関して逆向きとなっている点が、実施の形態６と異なる。
【０１５６】
例えば、実施の形態６に係る可動反射素子１００でビームの二次元走査を行った場合に、投影される画像に歪みが生じる場合には、代わりに本実施の形態７に係る可動反射素子１００を用いることにより、画像の歪みが矯正される場合がある。このような場合には、本実施の形態７に係る可動反射素子１００を採用すればよい。
【０１５７】
以上説明した本実施の形態７の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態７の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１５８】
上述した二次元走査による画像の歪みを矯正する方法には、他に種々な方法がある。例えば、図２３に示すように、可動枠１２０に重り４００を付けることにより、可動枠１２０及び鏡面部１３０の揺動状態の軸ずれを補正して、投影される画像の歪みを矯正するようにしてもよい。
【０１５９】
なお、重り４００を付けるのは、可動枠１２０に限定されない。例えば、重り４００を、鏡面部１３０に付けてもよい。或いは、重り４００を、アクチュエータ１４０、１５０の両方、或いは一方につけてもよい。
【０１６０】
実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８について説明する。なお、実施の形態８と後述する実施の形態９との可動反射素子１００は、同様の思想に基づき設計されており、同一のグループに属するものである。
【０１６１】
図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態８に係る可動反射素子１００では、可動枠１２０、アクチュエータ部１４０、１５０の形状が、実施の形態１〜７と異なる。
【０１６２】
可動枠１２０には、Ｙ軸方向両側の外辺の中点に凹部２２０が設けられている。凹部２２０を設けるのは、後述する圧電素子を、アーム３４０Ｃに設けるためである。なお、凹部２２０は、可動枠１２０のＹ軸方向両側の外辺の中点に設けるのが望ましいが、これに限られるものではなく、上述の外辺上に設けられていればよい。
【０１６３】
アクチュエータ部１４０は、アーム部３４０Ａ（第１２のアーム部）、３４０Ｂ（第１３のアーム部）及び３４０Ｃ（第１４のアーム部）を備える。また、アクチュエータ部１５０は、アーム部３５０Ａ（第１５のアーム部）、３５０Ｂ（第１６のアーム部）及び３５０Ｃ（第１７のアーム部）を備える。
【０１６４】
アーム部３４０Ａは、固定枠１１０のＹ軸方向における中点に設けられた内辺からＹ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺を超えて延びている。アーム部３４０Ｂの一端は、アーム部３４０Ａの他端と接続している。アーム部３４０Ｂは、この一端から−Ｘ軸方向に沿って延びている。アーム部３４０Ｃの一端は、アーム３４０Ｂの他端と接続している。アーム部３４０Ｃは、アーム部３４０Ａに沿って延び、アーム部３４０Ｃの他端は、可動枠１２０の凹部２２０に接続されている。
【０１６５】
よって、アーム部３４０ＡのＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０のＹ軸方向における中点に位置する内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺までの距離よりも長い。なお、固定枠１１０のＹ軸方向における中点に位置する内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺までの距離は、−Ｙ側であり且つ＋Ｘ側である固定枠１１０のかどの内辺（或いは、＋Ｙ側であり且つ−Ｘ側である固定枠１１０のかどの内辺）からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺の中点までの距離と、設計上、同じである。
【０１６６】
また、アーム部３５０Ａは、可動枠１２０の内辺から−Ｘ軸方向に沿って延び、Ｘ軸方向に沿った鏡面部１３０の外辺の中点を超えて、すなわち、Ｙ軸を超えて延びている。アーム部３５０Ｂの一端は、アーム部３５０Ａの他端と接続している。アーム部３５０Ｂは、この一端からＹ軸方向に延びている。アーム部３５０Ｃの一端は、アーム部３５０Ｂの他端と接続している。アーム部３５０Ｃの他端はＸ軸方向に延びて、鏡面部１３０の外辺の中点に接続されている。
【０１６７】
アクチュエータ部１４０を構成するアーム部３４０Ａ、３４０Ｂ及び３４０Ｃには、図２５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それぞれ上部電極層１４０Ｄ１、１４０Ｄ２、１４０Ｄ３が形成されている。これにより、各アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃについて、独立して動作する圧電素子が形成される。各アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃの圧電素子に正極性、負極性の電圧を個別に印加することにより、アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃを、個別に、上側又は下側に反り曲げることができる。この結果、可動枠１２０がＸ軸周りに揺動する。
【０１６８】
また、アーム部３５０Ａには、上部電極層１５０Ｄが形成されている。これにより、アーム部３５０Ａに圧電素子が形成される。アーム部３５０Ａの圧電素子に正極性、負極性の電圧を印加することにより、アーム部３５０Ａを上側又は下側に反り曲げることができる。この結果、鏡面部１３０がＹ軸周りに揺動する。
【０１６９】
以上説明した本実施の形態８の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０に個別に動作可能な圧電素子が形成されている。これらの圧電素子を組み合わせて動作させることにより、アクチュエータ部１４０による可動枠１２０の搖動状態をきめ細かく制御することができる。
【０１７０】
また、本実施の形態８の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０のＹ軸方向における中点に位置する内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態８の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１７１】
また、本実施の形態８の可動反射素子１００には、幅広部１１１が設けられている。幅広部１１１は、アクチュエータ部１４０と固定枠１１０とが接続する部分に設けられており、幅広部１１１の幅は、アクチュエータ部１４０の幅よりも広くなっている。この幅広部１１１により、変動が大きい、アクチュエータ部１４０と固定枠１１０とが接続する部分を補強することができる。
【０１７２】
なお、アクチュエータ部１５０と可動枠１２０とが接続する部分に、アクチュエータ部１５０の幅よりも幅の広い幅広部を設けてもよい。また、幅広部１１１を設けずに、アクチュエータ部１５０と可動枠１２０とが接続する部分だけに幅広部を設けるようにしてもよい。いずれも変動が大きい部分であり、幅広部はその補強となる。
【０１７３】
実施の形態９．
次に、本発明の実施の形態９について説明する。
【０１７４】
本実施の形態９では、アクチュエータ部１４０に形成される上部電極層の構成が、実施の形態８と異なる。図２６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アーム部３４０Ａには、複数の上部電極層１４０Ｄ１１、１４０Ｄ１２が設けられている。上部電極層１４０Ｄ１１は、固定枠１１０との接続部分からアーム部３４０Ａの中点付近まで延びた一対の電極である。上部電極層１４０Ｄ１２は、アーム部３４０Ａの中点からアーム部３４０Ｂとの接続部分まで延びた一対の電極である。
【０１７５】
アーム部３４０Ｂには、複数の上部電極層１４０Ｄ２１、１４０Ｄ２２が設けられている。上部電極層１４０Ｄ２１は、アーム部３４０Ａとの接続部分からアーム部３４０Ｂの中点付近まで延びた一対の電極である。上部電極層１４０Ｄ２２は、アーム部３４０Ｂの中点からアーム部３４０Ｃとの接続部分まで延びた一対の電極である。
【０１７６】
アーム部３４０Ｃには、一対の上部電極層１４０Ｄ３が設けられている。上部電極層１４０Ｄ３は、アーム部３４０Ｂとの接続部分から可動枠１２０の凹部２２０まで延びた一対の電極である。
【０１７７】
このように、アクチュエータ部１４０には、各アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ及び３４０Ｃの長さ方向及び幅方向に上部電極層を複数形成することができる。これは、各アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ及び３４０Ｃにそれぞれ個別駆動される複数の圧電素子を形成したことを意味する。このように、各アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ及び３４０Ｃに複数の圧電素子を形成し、各圧電素子を個別に駆動することにより、各アーム部３４０Ａ、３４０Ｂ及び３４０Ｃの動作をきめ細かく制御することができ、結果的に、可動反射素子１００のより正確な二次元走査が可能となる。
【０１７８】
なお、一対のアクチュエータ部１４０の少なくとも一方に、或いは、一対のアクチュエータ部１５０の少なくとも一方に、圧電素子が設けられていてもよい。
【０１７９】
また、実施の形態９のアクチュエータ部１４０では、下流の圧電素子へ電力を供給する回路パターンを形成するスペースを確保する必要があるため、可動枠１２０から固定枠１１０へ進むにつれて、上部電極層の幅が細くなっている。
【０１８０】
なお、本実施の形態９では、図２７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アクチュエータ部１４０の幅を可動枠１２０から固定枠１１０に向かうにつれて太くすることもできる。このようにすれば、アクチュエータ部１４０の上部電極層の幅を狭くすることなく、各上部電極層に電力を供給するための回路パターンを通すスペースを確保することができる。
【０１８１】
また、本実施の形態９では、アクチュエータ部１５０を、鏡面部１３０から可動枠１２０に向かうにつれて、幅が太くなるように構成するようにしてもよい。
【０１８２】
このように、アクチュエータ部１４０、１５０の幅は均一である必要はなく、可動枠１２０から固定枠１１０に向かって太くするようにしてもよいし、鏡面部１３０から可動枠１２０に向かって太くするようにしてもよい。また、アクチュエータ部１４０、１５０は、部分的に幅を変えるようにしてもよい。
【０１８３】
以上説明した本実施の形態９の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１４０のＹ軸方向に沿った部分の長さは、固定枠１１０のＹ軸方向における中点に位置する内辺からＹ軸方向に沿った可動枠１２０の外辺までの距離よりも長くなっている。このようにすれば、アクチュエータ部１５０の長さに対するアクチュエータ部１４０の長さの比をさらに大きくすることができる。これにより、可動枠１２０の駆動周波数と鏡面部１３０の駆動周波数との比率を所望の値にできる。また、アクチュエータ部１４０、１５０を例えば何重にも折り返すことなく、鏡面部１３０を実用上十分な範囲で揺動させることができる。よって、本実施の形態９の可動反射素子１００によれば、駆動周波数の最適化と小型化とを実現することができる。
【０１８４】
実施の形態１０．
次に、本発明の実施の形態１０〜１２について説明する。
【０１８５】
本実施の形態１０の可動反射素子１００は、図２８（Ａ）に示すように、第１の制限部としての制限部（ストッパ）５００と、第２の制限部としての制限部５０１とを備える点が、実施の形態４と異なっている。
【０１８６】
制限部５００は、可動枠１２０に対する鏡面部１３０の動きを制限するために、可動枠１２０の内辺から延び、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間に配置されている。
【０１８７】
制限部５０１は、固定枠１１０に対する可動枠１２０の動きを制限するために、固定枠１１０の内辺から延び、固定枠１１０と可動枠１２０との隙間に配置されている。
【０１８８】
図２８（Ａ）に示す可動反射素子１００は、実施の形態４に係る可動反射素子１００に制限部５００、５０１を設けたものであるが、これと同様に、図２８（Ｂ）に示す実施の形態１１の可動反射素子１００は、実施の形態６に係る可動反射素子１００に制限部５００、５０１を設けたものである。また、図２８（Ｃ）に示す実施の形態１２の可動反射素子１００は、実施の形態８に係る可動反射素子１００に制限部５００、５０１を設けたものである。
【０１８９】
このような制限部５００、５０１を備えることにより、外力が加えられた場合の可動枠１２０、鏡面部１３０等の破損を防ぐことができる。
【０１９０】
詳細には、実施形態１０および実施形態１２の鏡面部１３０の外周面は、制限部５００を避けるように形成されている。このように鏡面部１３０の外周面が形成されているので、可動反射素子１００に外力が加えられた場合、制限部５００が鏡面部１３０の外周面に当接する。よって、外力が加えられた場合、鏡面部１３０がＸ軸方向およびＹ軸方向に大きく動いて破損することを防止できる。
【０１９１】
同様に、実施形態１０および実施形態１２の可動枠１２０の外周面は、制限部５０１を避けるように形成されている。このように可動枠１２０の外周面が形成されているので、可動反射素子１００に外力が加えられた場合、制限部５０１が可動枠１２０の外周面に当接する。よって、外力が加えられた場合、可動枠１２０がＸ軸方向およびＹ軸方向に大きく動いて破損することを防止できる。
【０１９２】
また、実施形態１０および実施形態１２の鏡面部１３０は、制限部５００を避けて、且つ、静止状態における鏡面部１３０の重心が鏡面部１３０の中心になるよう、外周面が形成されている。具体的には、上述の鏡面部１３０では、対向する辺の外周面の形状が、鏡面部１３０の中心に対して点対称である。これにより、制限部５００を避ける必要のない所にダミーの切り欠きが形成される。このような外周面にすることで、鏡面部１３０は、静止している場合の重心を鏡面部１３０の中心にでき、静止状態における傾きの発生を防止できる。
【０１９３】
同様に、実施形態１０および実施形態１２の可動枠１２０は、制限部５０１を避けて、且つ、静止状態における可動枠１２０の重心が可動枠１２０の中心になるよう、外周面が形成されている。具体的には、上述の可動枠１２０では、対向する辺の外周面の形状が、可動枠１２０の中心に対して点対称である。これにより、制限部５０１を避ける必要のない所にダミーの切り欠きが形成される。このような外周面にすることで、可動枠１２０は、静止している場合の重心を可動枠１２０の中心にでき、静止状態における傾きの発生を防止できる。
【０１９４】
なお、図２８（Ａ）〜図２８（Ｃ）に示す制限部５００、５０１の形状は、Ｔ字状であったが、これに限られず、凸状であればよい。また、制限部５００、５０１の一方はなくてもよい。
【０１９５】
以上説明した実施の形態１〜１２における可動反射素子１００においては、アクチュエータ部１４０、１５０に複数の圧電素子を設けることができる点、検出用電極の幅がアクチュエータ部の幅よりも狭い点、検出用電極を、固定枠１１０とアクチュエータ部１４０とが接続される部分、或いは、鏡面部１３０とアクチュエータ部１５０とが接続される部分に設ける点、可動枠１２０を鏡面部１３０より厚く形成する点、アクチュエータ部１４０、１５０の幅を変更し得る点、可動枠１２０に重り４００を取り付け得る点、制限部５００、５０１を設け得る点を、適宜組み合わせることが可能である。
【０１９６】
実施の形態１３．
次に、本発明の実施の形態１３について説明する。本実施の形態１３では、可動反射素子１００を備える二次元走査装置について説明する。
【０１９７】
実施の形態１〜１２に係る可動反射素子１００は、鏡面部１３０の表面に形成された反射面を２軸の自由度をもって傾斜させることができる。このため、可動反射素子１００を、光ビームや指向性電波を二次元的に走査する二次元走査装置に組み込んで、二次元走査を行うことができる。この二次元走査装置により、光ビームを走査すれば、スクリーンに画像を投影するプロジェクタを実現することができ、指向性電波を走査すれば、車載用のレーダ等を実現することができる。
【０１９８】
特に、実施の形態１〜１２に係る可動反射素子１００は、前述したとおり、ＭＥＭＳ素子として、小型化及び低消費電流化に適しているため、携帯電話、スマートフォン、タブレット型電子端末などの小型機器に組み込んで利用するのに最適であり、これら小型機器にプロジェクタの機能を付加する用途に適している。近年、自動車には、レーダが不可欠の技術になってきており、指向性のある電波を広範囲に照射する必要がある。実施の形態１〜１２に係る可動反射素子１００を利用すれば、小型で広範囲なレーダ照射が可能な車載用装置を実現することも可能である。
【０１９９】
以下では、実施の形態１〜１２に係る可動反射素子１００を交流信号で駆動させる二次元走査装置を構成し、この二次元走査装置をプロジェクタに組み込んだ場合について説明する。この二次元走査装置は、上述したような車載用のレーダ装置などにも利用可能である。
【０２００】
図２９は、二次元走査装置を利用したプロジェクタ８０の構成を示すブロック図である。プロジェクタ８０は、スクリーン１０上に画像を投影する機能を有する。プロジェクタ８０は、二次元走査装置２０、レーザ光源３０、表示制御装置４０を備える。なお、レーダ装置においては、レーザ光源３０の代わりに、指向性電波を発生する電波源（アンテナ）を備える。
【０２０１】
二次元走査装置２０は、可動反射素子１００とコントローラ２２とを備える。可動反射素子１００は、実施の形態１〜１２に係る可動反射素子１００である。可動反射素子１００を構成する圧電素子に交流電圧を印加することにより、ＸＹ平面に平行な反射面Ｍを有する鏡面部１３０をＹ軸方向（Ｘ軸周り）およびＸ軸方向（Ｙ軸周り）に傾斜させることができる。コントローラ２２は、この可動反射素子１００の圧電素子に駆動信号（交流電圧）を供給する。
【０２０２】
可動反射素子１００は、上述のように、アクチュエータ部１４０、１５０を備えている。コントローラ２２は、アクチュエータ部１５０の圧電素子に対して第１の周期Ｈ１である第１の駆動信号を供給し、アクチュエータ部１４０の圧電素子に対して第２の周期Ｈ２である第２の駆動信号を供給する。
【０２０３】
レーザ光源３０は、レーザビームを発生させ、これを二次元走査装置２０内の可動反射素子１００の反射面Ｍに照射する。反射面Ｍで反射したレーザビームは、スクリーン１０上の所定位置にスポットＳを形成する。したがって、可動反射素子１００の反射面Ｍを二次元方向に傾斜させると、スクリーン１０上に形成されるスポットＳの位置を二次元方向に走査することができる。
【０２０４】
表示制御装置４０は、外部から与えられる画像データに基づいて、スクリーン１０上に所定の画像を表示するための表示制御を行う。具体的には、表示制御装置４０は、表示対象となる画像についての画像データに基づく変調信号をレーザ光源３０に与えるとともに、二次元走査装置２０内のコントローラ２２に対して制御信号を与える。
【０２０５】
レーザ光源３０は、表示制御装置４０から与えられる変調信号に基づいて、強度もしくは波長またはその双方を変調したレーザビームを発生させ、これを二次元走査装置２０内の可動反射素子１００の鏡面部１３０の反射面Ｍに照射する。表示対象となる画像がモノクロ画像である場合は、レーザ光源３０は単色のレーザビームを発生させ、その強度を変調すればよい。表示対象となる画像がカラー画像である場合は、例えば、レーザ光源３０として、３原色ＲＧＢのレーザビームを発生させる複合光源を採用し、個々の原色ごとに独立して強度変調を行えばよい。
【０２０６】
一方、二次元走査装置２０は、表示制御装置４０から入力される制御信号に基づいて、反射面Ｍで反射したレーザビームによりスクリーン１０上に形成されるスポットＳが、スクリーン１０上を二次元的に移動するように、可動反射素子１００の鏡面部１３０を揺動させる。
【０２０７】
表示制御装置４０から二次元走査装置２０に与えられる制御信号は、可動反射素子１００の鏡面部１３０の揺動動作のＯＮ／ＯＦＦを示すとともに、揺動動作のタイミングを示す信号になっている。表示制御装置４０は、レーザ光源３０に与える変調信号のタイミングに同期した制御信号を二次元走査装置２０に与える。その結果、スクリーン１０上のスポットＳの位置と、スポットＳを形成するレーザビームの変調内容とが同期し、スクリーン１０上に画像データに応じた画像が表示されることになる。
【０２０８】
続いて、二次元走査装置２０によるビーム走査の具体的な動作について説明する。ここでは、二次元走査装置２０に組み込む可動反射素子１００として、実施の形態５に係る可動反射素子１００を用いた場合を例にとって、説明を行う。図３０（Ａ）は、図２９に示すプロジェクタ８０において、コントローラ２２が可動反射素子１００に供給する駆動信号Ｄｘ，Ｄｙの一例を示す信号波形を示すグラフであり、図３０（Ｂ）は、このような駆動信号Ｄｘ、Ｄｙを可動反射素子１００に供給した場合に得られる、スクリーン１０上のビームの２次元走査の様子を示すグラフである。
【０２０９】
図３０（Ａ）の上段には、第１の駆動信号Ｄｘとして第１の周期Ｈ１である鋸歯状の信号波形が示されており、図３０（Ａ）の下段には、第２の駆動信号Ｄｙとして第２の周期Ｈ２である階段状の信号波形が示されている。なお、ここでは、Ｈ２＝６×Ｈ１に設定した例が示されているが、実用上は、この比はもっと大きな値に設定される。
【０２１０】
図３０（Ａ）に示すように、第１の駆動信号Ｄｘは、時間軸ｔに沿った時刻ｔ０〜ｔ１の第１周期において、電圧値−Ｖｘ〜＋Ｖｘまで上昇した後、時刻ｔ１において電圧値−Ｖｘまで降下し、続く時刻ｔ１〜ｔ２の第２周期において、電圧値−Ｖｘ〜＋Ｖｘまで上昇した後、時刻ｔ２において電圧値−Ｖｘまで降下する、という動作を繰り返す。このような第１の駆動信号Ｄｘを、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のアクチュエータ部１５０の圧電素子に与えると、鏡面部１３０はＸ軸方向（Ｙ軸周り）に周期Ｈ１で揺動する。
【０２１１】
一方、第２の駆動信号Ｄｙは、時間軸ｔに沿った時刻ｔ０〜ｔ６の周期において、周期Ｈ１に対応する単位時間ステップで、電圧値−Ｖｙ〜＋Ｖｙまで階段状に上昇するという動作を、周期Ｈ２で繰り返す。このような第２の駆動信号Ｄｙを、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のアクチュエータ部１４０の圧電素子に与えると、可動枠１２０及び鏡面部１３０はＹ軸方向（Ｘ軸周り）に周期Ｈ２で揺動する。
【０２１２】
実際には、可動反射素子１００のＢ層（下部電極層）１００Ｂを接地電位に固定した状態で、アクチュエータ部１５０のＤ層（上部電極層）１５０Ｄに、第１の駆動信号Ｄｘを供給し、アクチュエータ部１４０のＤ層（上部電極層）１４０Ｄに第２の駆動信号Ｄｙを供給する二次元走査の駆動動作を行えばよい。図３０（Ｂ）は、このような二次元走査の駆動動作を行った場合にスクリーン１０上に得られるスポットＳの走査軌跡を示している。ここで、スクリーン１０の横方向は、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のＸ軸方向に対応し、スクリーン１０の縦方向は、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のＹ軸方向に対応する。
【０２１３】
図３０（Ｂ）に示すように、スポットＳの位置は、実線で示すように、スクリーン１０の左上隅の走査点Ｑ１から水平に右へと移動して走査点Ｑ２に到達し、その後、破線で示すように、直ちに走査点Ｑ３の位置へとジャンプする。このような走査を繰り返すことにより、スポットＳは、スクリーン１０上をジグザグに移動してゆき、やがて右下隅の走査点Ｑ１２まで到達する。このような走査は、一般的に利用されているラスター方式の走査であり、走査点Ｑ１〜Ｑ１２までの走査によって、１フレーム分の画像表示が行われる。
【０２１４】
続いて、走査点Ｑ１２から走査点Ｑ１までジャンプし、再び、走査点Ｑ１〜Ｑ１２へ至るジグザグ走査が行われる。すなわち、画像の次のフレームの表示が行われることになる。ここで、実線で示す水平方向の走査周期が、図３０（Ａ）に示す周期Ｈ１に対応し、走査点Ｑ１〜Ｑ１２までの走査周期が、図３０（Ａ）に示す周期Ｈ２に対応する。このようなラスター方式の走査を行う場合、表示制御装置４０は、画像データを構成する個々の画素のデータを、その配列順に従って順に抽出し、各駆動信号Ｄｘ，Ｄｙの周期Ｈ１、Ｈ２に同期したタイミングで変調信号としてレーザ光源３０に与える。
【０２１５】
なお、駆動信号の波形上において、図３０（Ｂ）の走査点Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１１は、それぞれ図３０（Ａ）の時間軸ｔ上の時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５に対応する点になる。しかし、実際には、コントローラ２２から可動反射素子１００に対して、図３０（Ａ）に示す駆動信号Ｄｘ，Ｄｙを供給したとしても、可動反射素子１００の圧電素子に伸縮が生じて鏡面部１３０が傾斜を生じるまでには、機械的な遅れが生じる。このため、駆動信号Ｄｘ，Ｄｙの位相に対して、スクリーン１０上に得られるスポットＳの走査運動の位相は遅れを生じることになる。実時間において、スポットＳが走査点Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１１に到達する時刻は、それぞれ時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５よりも遅れた時刻になる。
【０２１６】
上述した走査方式以外の走査方式でスポットＳを走査するために用いる駆動信号Ｄｘ，Ｄｙの信号波形が、図３１（Ａ）に示されている。図３１（Ｂ）には、このような駆動信号Ｄｘ，Ｄｙを可動反射素子１００に供給した場合に得られる、スクリーン１０上の光ビームの走査線が示されている。図３１（Ａ）に示すように、この走査方式では、第１の駆動信号Ｄｘとして第１の周期Ｈ１である正弦波を用い、第２の駆動信号Ｄｙとして第２の周期Ｈ２である正弦波を用いることになる。
【０２１７】
第１の駆動信号Ｄｘは、電圧値−Ｖｘ〜＋Ｖｘをとる周期Ｈ１の正弦波であり、このような第１の駆動信号Ｄｘを、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のアクチュエータ部１５０の圧電素子に与えると、鏡面部１３０はＸ軸方向（Ｙ軸周り）に揺動し、スクリーン１０上のスポットＳはＸ軸方向に周期Ｈ１で単振動する。また、第２の駆動信号Ｄｙは、電圧値−Ｖｙ〜＋Ｖｙをとる周期Ｈ２の正弦波であり、このような第２の駆動信号Ｄｙを、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のアクチュエータ部１４０の圧電素子に与えると、鏡面部１３０は、Ｙ軸方向（Ｘ軸周り）に揺動し、スクリーン１０上のスポットＳはＹ軸方向に周期Ｈ２で単振動する。
【０２１８】
実際には、可動反射素子１００のＢ層（下部電極層）１００Ｂを接地電位に固定した状態において、Ｄ層（上部電極層）１００Ｄに第１の駆動信号Ｄｘを供給し、Ｄ層（上部電極層）１００Ｄに第２の駆動信号Ｄｙを供給する駆動動作を行う。図３１（Ｂ）は、このような駆動動作を行った場合にスクリーン１０上に得られるスポットＳの走査軌跡を示している。ここでも、スクリーン１０の横方向は、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のＸ軸方向に対応し、スクリーン１０の縦方向は、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００のＹ軸方向に対応する。
【０２１９】
図３１（Ｂ）に示すように、スポットＳの位置は、実線で示す８の字状の滑らかな線に沿って移動する。この移動軌跡は一筆書きの循環経路になっており、走査点Ｑ１を起点として、Ｑ１→Ｑ２→Ｑ３→... →Ｑ１９→Ｑ１という経路に沿って循環する。ここで、走査点Ｑ１は時刻ｔ０に対応し、走査点Ｑ５（往路）は時刻ｔ１に対応し、走査点Ｑ９（往路）は時刻ｔ２に対応し、走査点Ｑ１３は時刻ｔ３に対応し、走査点Ｑ９（復路）は時刻ｔ４に対応し、走査点Ｑ５（復路）は時刻ｔ５に対応し、走査点Ｑ１（復路）は時刻ｔ６に対応する。以下、このような走査方式を「８の字状走査方式」と呼ぶことにする。
【０２２０】
なお、上述したとおり、実際には、コントローラ２２から可動反射素子１００に対して、図３１（Ａ）に示すような駆動信号Ｄｘ，Ｄｙを供給したとしても、可動反射素子１００の圧電素子に伸縮が生じて鏡面部１３０が傾斜を生じるまでには、機械的な遅れが生じるため、駆動信号Ｄｘ，Ｄｙの位相に対して、スクリーン１０上に得られるスポットＳの走査運動の位相は遅れを生じることになる。したがって、駆動信号の波形上においては、図３１（Ｂ）の各走査点Ｑ１，Ｑ５，Ｑ９，Ｑ１３，Ｑ９，Ｑ５，Ｑ１が、それぞれ図３１（Ａ）の時間軸ｔ上の時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４．ｔ５，ｔ６に対応する点になるが、実時間においては、スポットＳが走査点Ｑ１，Ｑ５，Ｑ９，Ｑ１３，Ｑ９，Ｑ５，Ｑ１に到達する時刻は、それぞれ時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６よりも遅れた時刻になる。
【０２２１】
この「８の字状走査方式」は、一般的に利用されているラスター方式の走査とは異なり、スポットＳの移動経路が、一般的な画像を構成する画素配列（縦横の二次元マトリックス状の配列）に沿った経路にはならない。したがって、図２９に示すプロジェクタ８０において、この「８の字状走査方式」を採用する場合は、表示制御装置４０がスクリーン１０上のスポットＳの位置を予測し、画像データの中から予測位置の画素に対応するデータを抽出して、レーザ光源３０に対して抽出データを与える処理を行う必要がある。
【０２２２】
もっとも、この二次元走査装置をプロジェクタではなく、例えば、液晶表示素子用のバックライト照明として利用するのであれば、画像データは必要なく、レーザ光源３０による変調処理は不要である。したがって、このようなバックライト照明という用途の場合は、ラスター方式の走査を採用するよりも、滑らかな走査軌跡が得られる「８の字状走査方式」を採用する方が好ましい。
【０２２３】
（共振周波数の調整）
本実施の形態１３に係る二次元走査装置２０をプロジェクタ８０等に利用する場合、可動反射素子１００の反射面Ｍの傾斜角はできるだけ大きな範囲に設定できる方が好ましい。反射面Ｍの傾斜角を大きくするには、鏡面部１３０の揺動運動の振幅を大きくする必要がある。振幅を大きくするためには、圧電素子に供給する電圧を大きくする必要がある。ただ、同じ電圧の交流信号を供給した場合でも、鏡面部１３０の揺動運動の振幅は、その周波数によって異なってくる。これは、一般に、振動系におけるエネルギー効率は、振動系に固有の共振周波数で振動させた場合に最も高まるためである。
【０２２４】
例えば、図１７（Ａ）に示すような構造を有する可動反射素子１００の鏡面部１３０の共振周波数ｆは、各部の材質やアクチュエータ部の寸法や形状によって一義的に定まる物理的な固有値になる。この共振周波数ｆで鏡面部１３０を振動させると、最もエネルギー効率が良好になる。別言すれば、同じ振幅を得るために必要な供給電圧は、共振周波数ｆで振動させた場合に最も低くなる。
【０２２５】
鏡面部１３０を共振周波数ｆで振動させる場合には、圧電素子に５Ｖ程度の交流駆動信号を供給すれば十分であるのに対して、特定の非共振周波数で振動させる場合には、５００〜１０００Ｖの交流駆動信号が必要になるケースもあった。可動反射素子１００をＭＥＭＳ素子などの微細な半導体素子として形成した場合、このような高い電圧で駆動させると絶縁破壊などが生じる可能性がある。
【０２２６】
このような観点から、実用上は、可動反射素子１００の鏡面部１３０を共振周波数ｆで振動させる運用を行うのが好ましい。換言すれば、用途が予め定まっているのであれば、その用途に適した振動周波数が共振周波数ｆに一致するように、可動反射素子１００の機械的構造部の設計を行うようにするのが好ましい。
【０２２７】
例えば、本実施の形態１３に係る二次元走査装置２０を、図２９に示すようなプロジェクタ８０に用いる場合について考える。このプロジェクタ８０では、前述したとおり、コントローラ２２から可動反射素子１００に対して、例えば、図３０（Ａ）に示すような駆動信号Ｄｘ，Ｄｙが供給され、スクリーン１０上で図３０（Ｂ）に示すようなスポットＳの走査が行われる。
【０２２８】
ここでは、このプロジェクタ８０において、例えば、Ｘ軸に沿った方向への駆動信号Ｄｘの周波数ｆｘをｆｘ＝１０ｋＨｚ（周期Ｈ１＝１／１００００秒）に設定し、Ｙ軸に沿った方向への駆動信号Ｄｙの周波数ｆｙをｆｙ＝１００Ｈｚ（周期Ｈ１＝１／１００秒）に設定することになっていたとする。このような駆動信号の設定は、図３０（Ａ）における走査点Ｑ１〜Ｑ２までの水平走査時間を１／１００００秒とし、１画面を１００本の水平走査線によって構成し、図３０（Ｂ）における走査点Ｑ１〜Ｑ１２までの垂直走査時間を１／１００秒とする設定に対応する。
【０２２９】
このように、可動反射素子１００の用途として、Ｘ軸に沿った方向に関しては周波数ｆｘ＝１０ｋＨｚで振動させ、Ｙ軸に沿った方向に関しては周波数ｆｙ＝１００Ｈｚで振動させる用途に利用することが予め定まっているのであれば、可動反射素子１００を設計する段階から、これらの周波数ｆｘ，ｆｙが共振周波数となるような配慮を行うのが好ましい。そのような設計を行った可動反射素子１００をプロジェクタ８０に組み込めば、鏡面部１３０は、その固有の共振周波数で振動させられることになるので、極めて効率の良い動作が可能になる。
【０２３０】
上述したように、二次元走査装置２０をプロジェクタ８０に組み込んで用いる場合、通常、水平走査時間と垂直走査時間との間に大きな差が生じることになるので、可動反射素子１００に要求されるＸ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｘとＹ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｙとの間にも大きな差が生じる。実際、上例の場合、ｆｘ＝１０ｋＨｚに対して、ｆｙ＝１００Ｈｚであり、両者には１００倍もの差が生じている。したがって、このようなプロジェクタ８０用の可動反射素子１００では、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｘとＹ軸に沿った方向に関する共振周波数ｆｙとが異なるようにする必要がある。
【０２３１】
一般に、ある振動系の共振周波数ｆは複数通り存在し、低い方から順に、第１次共振周波数、第２次共振周波数、... のように称呼されている。したがって、Ｘ軸に沿った方向に関する共振周波数がｆｘであり、Ｙ軸に沿った方向に関する共振周波数がｆｙであるような可動反射素子を設計する際には、Ｘ軸に沿った方向に関する特定の次数の共振周波数がｆｘとなり、Ｙ軸に沿った方向に関する特定の次数の共振周波数がｆｙとなるような設計を行えばよい。
【０２３２】
なお、Ｘ軸に沿った方向に関する任意の次数の共振周波数がＹ軸に沿った方向に関する任意の次数の共振周波数と一致してしまうと、Ｘ軸に沿った方向の振動とＹ軸に沿った方向の振動との間に不都合な干渉が生じる可能性がある。したがって、実用上は、Ｘ軸に沿った方向に関する各次数の共振周波数が、Ｙ軸に沿った方向に関するいずれの次数の共振周波数にも一致しないような設計を行うのが好ましい。
【０２３３】
共振周波数ｆｘとｆｙとが異なるようにするための設計には、様々な形態が考えられるが、本願発明者が最も実用的であると考える形態は、各アクチュエータ部１４０、１５０の長さ、幅もしくは厚みによって調整する方法である。以下、図８（Ａ）に示す可動反射素子１００の構造を基本として、共振周波数ｆｘとｆｙとが異なるようにするための具体的な方法を説明する。
【０２３４】
一般に、アクチュエータ部１４０の幅Ｗ１をアクチュエータ部１５０の幅Ｗ２よりも狭くすると、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向の共振周波数を、Ｙ軸に沿った方向の共振周波数よりも高くする効果が得られる。もちろん、これとは逆に、Ｙ軸に沿った方向の共振周波数をＸ軸に沿った方向の共振周波数よりも高く設定する場合は、アクチュエータ部１４０の幅Ｗ１をアクチュエータ部１５０の幅Ｗ２よりも広くする設定を行えばよい。
【０２３５】
一方、図３２（Ａ）は、各アクチュエータ部１４０、１５０の厚みを調整した可動反射素子１００の上面図であり、図３２（Ｂ）は、この可動反射素子１００をＸＺ面に沿って切断した側断面図である。この可動反射素子１００もＡ層、Ｂ層、Ｃ層、Ｄ層の４層構造を有しているが、図３２（Ａ）、（Ｂ）では、Ｄ層の図示は省略されている。なお、図３２（Ａ）に施したハッチングは、厚みが同一の領域を示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【０２３６】
図３２（Ａ）に示すように、この可動反射素子１００は、固定枠１１０、可動枠１２０、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０、アクチュエータ部１５０を有している。図３２（Ａ）には、図３２（Ｂ）の上面図に示す各構成要素の層構造が示されている。
【０２３７】
図３２（Ａ）、（Ｂ）に示す可動反射素子１００では、アクチュエータ部１４０の厚みをＴ１とし、アクチュエータ部１５０の厚みをＴ２とした場合に、厚みＴ１と厚みＴ２とが異なる値に設定されている。具体的には、アクチュエータ部１４０の厚みＴ１はアクチュエータ部１５０の厚みＴ２に比べて小さくなっている。なお、可動枠１２０の厚みＴ３は、鏡面部１３０の厚みＴ２より大きくなっているが、これは、鏡面部１３０を可動枠１２０の内部に宙吊りとなるように支持するためである。
【０２３８】
図３２（Ａ）、（Ｂ）では、便宜上、厚みＴ１を有する領域（アクチュエータ部１４０の部分）には縞のハッチングを施し、厚みＴ２を有する領域（アクチュエータ部１５０、鏡面部１３０の部分）はかご網目状及び等間隔斜線とし、厚みＴ３を有する領域（固定枠１１０の部分）にはチェック模様のハッチングを施してある。
【０２３９】
厚みＴ１、Ｔ２に関して、Ｔ１＜Ｔ２と設定すると、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向に関する第ｋ次共振周波数ｆｘ（ｋ）とＹ軸に沿った方向に関する第ｋ次共振周波数ｆｙ（ｋ）との関係を、ｆｘ（ｋ）＞ｆｙ（ｋ）とすることができる。したがって、上例のように、Ｘ軸に沿った方向に関する共振周波数が１０ｋＨｚとなり、Ｙ軸に沿った方向に関する共振周波数が１００Ｈｚとなるような構造体を実現しやすくなる。実際には、ｋ＝１として、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向に関する１次共振周波数ｆｘ（１）とＹ軸に沿った方向に関する１次共振周波数ｆｙ（１）との関係を、ｆｘ（１）＞ｆｙ（１）とすれば十分である。
【０２４０】
このことは、他の実施の形態に係る可動反射素子１００についても同様であり、一般に、アクチュエータ部１４０の厚みＴ１をアクチュエータ部１５０の厚みＴ２よりも小さくすると、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向の共振周波数をＹ軸に沿った方向の共振周波数よりも高くする効果が得られる。もちろん、逆に、Ｙ軸に沿った方向の共振周波数をＸ軸に沿った方向の共振周波数よりも高く設定する場合は、Ｔ２＜Ｔ１なる設定を行えばよい。
【０２４１】
以上、共振周波数ｆｘとｆｙとが異なるようにする調整方法として、各アクチュエータ部１４０、１５０の幅を調整する方法と各アクチュエータ部１４０、１５０の厚みを調整する方法（図３２（Ａ）、（Ｂ））とを述べたが、これ以外にも、各アクチュエータ部１４０、１５０の長さを調整する方法がある。もちろん、これらの方法を組み合わせて調整を行うことも可能である。実際の設計にあたっては、三次元設計データに基づくシミュレーションによって、各座標軸方向の共振周波数を求め、試行錯誤による設計変更を繰り返して、所望の共振周波数をもつ構造体を決定する作業を行えばよい。
【０２４２】
（フィードバック制御）
上述したように、図２９に示すプロジェクタ８０を構成するコントローラ２２は、可動反射素子１００の反射面ＭをＸ軸方向およびＹ軸方向に振動させる駆動機能を有しているが、実用上は、このような駆動を適切に行うために、コントローラ２２にフィードバック制御機能をもたせておくのが好ましい。図３３は、このようなフィードバック制御機能を備えたプロジェクタ８０の模式図である。なお、可動反射素子１００の上面図におけるハッチングは、Ｄ層の平面形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【０２４３】
二次元走査装置２０は、可動反射素子１００とコントローラ２２とによって構成されている。可動反射素子１００は、例えば、図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００と同様の構造を有している。
【０２４４】
図１７（Ａ）に示す可動反射素子１００には、一対のアクチュエータ部１４０のそれぞれに、２組の圧電素子（１組は、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄを有する圧電素子、もう１組は、Ｄ層（上部電極層）１６０Ｄを有する圧電素子）が形成され、アクチュエータ部１５０のそれぞれに、２組の圧電素子（１組は、Ｄ層（上部電極層）１５０Ｄを有する圧電素子、もう１組は、Ｄ層（上部電極層）１７０Ｄを有する圧電素子）が形成されている。
【０２４５】
すなわち、アクチュエータ部１４０、１５０には、合計４組の圧電素子が設けられている。これら４組の圧電素子のうちの一部は駆動用圧電素子として機能し、他の一部は検出用圧電素子として機能する。具体的には、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ及び１５０Ｄの領域に形成される圧電素子は駆動用圧電素子として機能し、Ｄ層（上部電極層）１６０Ｄ及び１７０Ｄの領域に形成される圧電素子は検出用圧電素子として機能する。
【０２４６】
もっとも、４組の圧電素子の基本的な層構成は同一であり、その物理的な構成や基本機能に差があるわけではない。ここで、各圧電素子を「駆動用圧電素子」や「検出用圧電素子」と呼んで区別しているのは、専らコントローラ２２側から見たときの機能を区別するためである。各圧電素子のＢ層（下部電極層）１００Ｂは接地電位に固定されており、各Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ、１５０Ｄ、１６０Ｄ、１７０Ｄは、図３３に示すコントローラ２２の内部に設けられたＸ軸方向振動制御部２２１もしくはＹ軸方向振動制御部２２２に接続されている。
【０２４７】
ここで、Ｘ軸方向振動制御部２２１からＤ層（上部電極層）１５０Ｄに対しては、Ｘ軸方向駆動信号Ｄｘが与えられ、Ｙ軸方向振動制御部２２２からＤ層（上部電極層）１４０Ｄに対しては、Ｙ軸方向駆動信号Ｄｙが与えられる。これら駆動信号Ｄｘ，Ｄｙは、例えば、図３０（Ａ）又は図３１（Ａ）に示す駆動信号である。一方、Ｄ層（上部電極層）１７０Ｄの電圧を示す信号は、Ｘ軸方向検出信号ＳｘとしてＸ軸方向振動制御部２２１にフィードバックされ、Ｄ層（上部電極層）１６０Ｄの電圧を示す信号は、Ｙ軸方向検出信号ＳｙとしてＹ軸方向振動制御部２２２にフィードバックされる。
【０２４８】
Ｘ軸方向振動制御部２２１は、このＸ軸方向検出信号Ｓｘをフィードバック信号として参照してＸ軸方向駆動信号Ｄｘを生成するフィードバック制御を行い、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、このＹ軸方向検出信号Ｓｙをフィードバック信号として参照してＹ軸方向駆動信号Ｄｙを生成するフィードバック制御を行う。
【０２４９】
ここで、アクチュエータ部１４０、１５０に形成された圧電素子を構成するＣ層（圧電材料層）１００Ｃは、前述の通り、Ｄ層（上部電極層）１００ＤとＢ層（下部電極層）１００Ｂとの間に所定極性の電圧を印加すると、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、長手方向に伸縮する性質を有している。このため、圧電素子を駆動素子として捉えた場合は、電圧の印加により機械的な変形（応力）を生じる素子ということになるが、逆に、この圧電素子を検出素子として捉えると、生じた機械的な変形（応力）を電気信号として検出する素子ということもできる。
【０２５０】
具体的には、図５（Ａ）に示す圧電素子には、外力の作用によって図５（Ｂ）に示すような変形が生じると、Ｄ層（上部電極層）１００Ｄ側に正電荷、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ側に負電荷が生じる分極作用があり、外力の作用によって図５（Ｃ）に示すような変形が生じると、Ｄ層（上部電極層）１００Ｄ側に負電荷、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ側に正電荷が生じる分極作用がある。上述したＸ軸方向検出信号Ｓｘは、アクチュエータ部１５０の変形に起因して、Ｄ層（上部電極層）１７０Ｄに発生した電荷を示す信号であり、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すような変形状態におけるアクチュエータ部１５０の上面の伸縮程度を示している。同様に、上述したＹ軸方向検出信号Ｓｙは、アクチュエータ部１４０の変形に起因して、Ｄ層（上部電極層）１６０Ｄに発生した電荷を示す信号であり、図１８（Ｂ）、（Ｃ） に示すような変形状態におけるアクチュエータ部１４０の上面の伸縮の度合いを示している。
【０２５１】
Ｘ軸方向駆動信号Ｄｘ及びＹ軸方向駆動信号Ｄｙとして、駆動信号を供給すると、各アクチュエータ部１４０、１５０に形成された駆動用圧電素子は所定周期で伸縮運動を繰り返すことになるが、その結果、各アクチュエータ部１４０、１５０に形成された検出用圧電素子にも所定周期で伸縮運動が生じることになる。フィードバック信号としてコントローラ２２に戻されるＸ軸方向検出信号ＳｘおよびＹ軸方向検出信号Ｓｙは、このような各アクチュエータ部１４０、１５０の周期的な伸縮運動を示す信号ということになり、鏡面部１３０のＸ軸方向およびＹ軸方向の振動を示す信号となる。
【０２５２】
前述のように、レーザ光源３０から照射されたレーザビームは、鏡面部１３０の反射面Ｍで反射して、スクリーン１０上の所定位置にスポットＳを形成することになる。したがって、Ｘ軸方向検出信号Ｓｘは、スポットＳのＸ軸方向の位置を示す信号に相当し、Ｙ軸方向検出信号Ｓｙは、スポットＳのＹ軸方向の位置を示す信号に相当する。Ｘ軸方向振動制御部２２１は、スクリーン１０上のスポットＳのＸ軸方向の位置を示す信号Ｓｘに基づいて、スポットＳをスクリーン１０上でＸ軸に沿った方向に走査するためのＸ軸方向駆動信号Ｄｘを生成するフィードバック制御を行うことができる。同様に、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、スクリーン１０上のスポットＳのＹ軸に沿った方向の位置を示す信号Ｓｙに基づいて、スポットＳをスクリーン１０上でＹ軸に沿った方向に走査するためのＹ軸方向駆動信号Ｄｙを生成するフィードバック制御を行うことができる。
【０２５３】
以上、図３３に示す可動反射素子１００についてフィードバック制御を行う場合を説明したが、一般論として説明すれば、可動反射素子１００の１つもしくは複数のアクチュエータ部１４０、１５０にそれぞれ複数の圧電素子を設けるようにし、この複数の圧電素子の一部を駆動用圧電素子として機能させ、別の一部は検出用圧電素子として機能させるようにすればよい。ここで、駆動用圧電素子は、コントローラ２２から供給される駆動信号に基づいて鏡面部１３０を揺動させる機能を果たし、検出用圧電素子は、鏡面部１３０の揺動に起因して発生した電荷を示す検出信号をコントローラ２２にフィードバックする機能を果たす。そうすれば、コントローラ２２は、この検出信号に基づいて駆動信号に対するフィードバック制御を行うことができる。
【０２５４】
より具体的には、コントローラ２２には、Ｘ軸方向振動制御部２２１とＹ軸方向振動制御部２２２とを設けておくようにする。ここで、Ｘ軸方向振動制御部２２１は、Ｘ軸に沿って延びたアクチュエータ部１５０に設けられた検出用圧電素子からフィードバックされるＸ軸方向検出信号Ｓｘに基づいて、アクチュエータ部１５０に設けられた駆動用圧電素子に供給するＸ軸方向駆動信号Ｄｘを生成すればよい。また、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、Ｙ軸に沿って延びたアクチュエータ部１４０に設けられた検出用圧電素子からフィードバックされるＹ軸方向検出信号Ｓｙに基づいて、アクチュエータ部１４０に設けられた駆動用圧電素子に供給するＹ軸方向駆動信号Ｄｙを生成すればよい。
【０２５５】
このように、コントローラ２２にフィードバック制御機能を設けておけば、鏡面部１３０の揺動運動が適切に行われているか否かを監視しながら、適切な揺動運動から外れる場合には、これを自動的に修正する制御が可能になる。
【０２５６】
図３３に示す表示制御装置４０は、外部から与えられる画像データに基づいて、スクリーン１０上に画像を表示させる処理を行う装置であり、レーザ光源３０に対して所定のタイミングで画像データ（個々の画素の画素値を示すデータ）に基づく変調信号を提供するとともに、Ｘ軸方向振動制御部２２１に対してＸ軸方向走査制御信号Ｃｘを与え、Ｙ軸方向振動制御部２２２に対してＹ軸方向走査制御信号Ｃｙを与える。
【０２５７】
ここに示す例の場合、Ｘ軸方向走査制御信号Ｃｘには、Ｘ軸に沿った方向に関する所定振幅Ｇｘを示す情報および所定周波数φｘを示す情報が含まれており、Ｙ軸方向走査制御信号Ｃｙには、Ｙ軸に沿った方向に関する所定振幅Ｇｙを示す情報および所定周波数φｙを示す情報が含まれている。表示制御装置４０は、これら走査制御信号Ｃｘ，Ｃｙを用いて、鏡面部１３０の揺動運動の振幅および周波数を所望の値に設定することができる。振幅Ｇｘ，Ｇｙを大きな値に設定すればするほど、スクリーン１０上には大きな画像が表示されることになり、周波数φｘ，φｙを大きな値に設定すればするほど、スクリーン１０上には早いフレームレートで画像表示を行うことができる。
【０２５８】
なお、前述したとおり、実用上は、効率的な振動が可能になるように、Ｘ軸に沿った方向に関する所定周波数φｘとしては、可動反射素子１００に固有のＸ軸方向共振周波数ｆｘを設定し、Ｙ軸に沿った方向に関する所定周波数φｙとしては、可動反射素子１００に固有のＹ軸方向共振周波数ｆｙを設定するのが好ましい。
【０２５９】
Ｘ軸方向振動制御部２２１は、フィードバックされたＸ軸方向検出信号Ｓｘの振幅および周波数が、Ｘ軸方向走査制御信号Ｃｘによって指示された所定振幅Ｇｘおよび所定周波数φｘに応じた値になるように、Ｘ軸方向駆動信号Ｄｘの振幅および周波数を増減するフィードバック制御を行う。同様に、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、フィードバックされてきたＹ軸方向検出信号Ｓｙの振幅および周波数が、Ｙ軸方向走査制御信号Ｃｙによって指示された所定振幅Ｇｙおよび所定周波数φｙに応じた値になるように、Ｙ軸方向駆動信号Ｄｙの振幅および周波数を増減するフィードバック制御を行う。
【０２６０】
なお、Ｘ軸方向振動制御部２２１から表示制御装置４０に対しては、Ｘ軸方向走査位置信号Ｕｘが与えられ、Ｙ軸方向振動制御部２２２から表示制御装置４０に対しては、Ｙ軸方向走査位置信号Ｕｙが与えられる。ここで、Ｘ軸方向走査位置信号Ｕｘは、スクリーン１０上のスポットＳのＸ軸に沿った方向に関する現在位置（位相）を示す信号であり、Ｙ軸方向走査位置信号Ｕｙは、スクリーン１０上のスポットＳのＹ軸に沿った方向に関する現在位置（位相）を示す信号である。これら走査位置信号ＵｘおよびＵｙは、それぞれＸ軸方向検出信号ＳｘおよびＹ軸方向検出信号Ｓｙの位相に基づいて生成することができる。
【０２６１】
表示制御装置４０は、これら走査位置信号ＵｘおよびＵｙに基づいて、スクリーン１０上のスポットＳの現在位置を認識することができるので、画像データに基づいて、位置に応じた画素の画素値を示すデータを変調信号としてレーザ光源３０に提供できる。レーザ光源３０は、こうして提供された変調信号に基づいて、発生するレーザビームの強度を変調することができる。したがって、図３１（Ｂ）に示すような「８の字状走査方式」を採用した場合にも、スクリーン１０上のスポットＳの位置には、位置に応じた適切な画素を表示することができる。
【０２６２】
（自励振制御）
これまで、鏡面部１３０を揺動運動させる際に、個々の軸方向に関する固有の共振周波数で振動させるような駆動を行うと良好なエネルギー効率が得られることを説明し、予め用途が定められている可動反射素子１００の場合は、固有の共振周波数が、予定されている駆動信号の周波数になるような設計を行うのが好ましいことを説明した。そして、表示制御装置４０からコントローラ２２に与える制御信号Ｃｘ，Ｃｙによって、固有の共振周波数ｆｘ，ｆｙによる振動を指示するのが好ましいことを説明した。
【０２６３】
しかしながら、実際には、表示制御装置４０によって、可動反射素子１００の正確な共振周波数ｆｘ，ｆｙを指示することが難しい場合がある。これは、同一の設計図に基づいて多数の量産品を製造したとしても、可動反射素子１００の固有の共振周波数は同一にはならないからである。その第１の要因は、量産工程におけるバラツキによって個体間に寸法誤差が生じるためである。同一規格で生産された工業製品であっても、個々の個体によって、若干の寸法誤差が生じることは避けられない。
【０２６４】
第２の要因は、この可動反射素子１００をプロジェクタなどに実装する際の取り付け態様に起因して、それぞれ固有の応力歪みが生じるためである。例えば、図２９に示すプロジェクタ８０の場合、可動反射素子１００を二次元走査装置２０の構成部品として、プロジェクタ８０の本体内に取り付ける必要があるが、このとき、ネジ、半田、接着剤などを用いて固定枠１１０を固定すると、取り付け態様に応じて、固定枠１１０にそれぞれ固有の応力歪みが生じることになり、共振周波数を変動させる要因になる。
【０２６５】
そして、第３の要因は、使用時に、温度などの外部環境が変動するためである。例えば、夏と冬とでは、使用環境の温度が大きく異なるため、共振周波数も大きく変動する。また、プロジェクタなどに内蔵して利用する場合は、始動後に光源の温度が徐々に上昇してゆくため、分単位で使用環境の温度が変動することになる。
【０２６６】
このように、実際には、種々の要因によって共振周波数の変動は避けられないため、図３３に示すフィードバック制御機能を備えたプロジェクタ８０であっても、表示制御装置４０側から、制御信号Ｃｘ，Ｃｙによって、コントローラ２２に対して可動反射素子１００の固有の共振周波数ｆｘ，ｆｙを正確に指示することが難しい場合がある。
【０２６７】
ここでは、上述した種々の要因によって共振周波数が変動しても、正確な共振周波数ｆｘ，ｆｙで鏡面部１３０を振動させることが可能な変形例について説明する。その基本原理は、Ｘ軸方向振動制御部２２１およびＹ軸方向振動制御部２２２に自励振制御機能を持たせることにある。すなわち、Ｘ軸方向振動制御部２２１は、鏡面部１３０をＸ軸に沿った方向に関して、所定振幅Ｇｘおよび共振周波数ｆｘで振動させるＸ軸方向自励振制御を行い、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、鏡面部１３０をＹ軸に沿った方向に関して、所定振幅Ｇｙおよび共振周波数ｆｙで振動させるＹ軸方向自励振制御を行う。
【０２６８】
表示制御装置４０から二次元走査装置２０に与えられるＸ軸方向走査制御信号Ｃｘは、Ｘ軸に沿った方向に関して所定振幅Ｇｘで走査を行うべきことを示す走査指示の信号であり、周波数を指定する情報は含まれていない。同様に、表示制御装置４０から二次元走査装置２０に与えられるＹ軸方向走査制御信号Ｃｙは、Ｙ軸に沿った方向に関して所定振幅Ｇｙで走査を行うべきことを示す走査指示の信号であり、周波数を指定する情報は含まれていない。
【０２６９】
二次元走査装置２０は、この走査指示に基づいて、鏡面部１３０で反射したレーザビームによりスクリーン１０上に形成されるスポットＳが、スクリーン１０上を二次元的に移動するように鏡面部１３０を揺動運動させる。このとき、揺動運動の振幅が、表示制御装置４０から指示された所定振幅Ｇｘ，Ｇｙに応じたものになるように振幅制御が行われるが、揺動運動の周波数は、外部からの指定を受けることなしに、二次元走査装置２０が自身で決定することになる。
【０２７０】
具体的には、二次元走査装置２０内のＸ軸方向振動制御部２２１に対して、表示制御装置４０から所定振幅Ｇｘでの振動を指示するＸ軸方向走査制御信号Ｃｘが与えられると、Ｘ軸方向振動制御部２１１は、このＸ軸方向走査制御信号Ｃｘに基づいてＸ軸に沿った方向における自励振制御を行う。同様に、二次元走査装置２０内のＹ軸方向振動制御部２２２に対して、表示制御装置４０から所定振幅Ｇｙでの振動を指示するＹ軸方向走査制御信号Ｃｙが与えられると、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、このＹ軸方向走査制御信号Ｃｙに基づいてＹ軸に沿った方向における自励振制御を行う。
【０２７１】
このような自励振制御は、フィードバック信号として与えられるＸ軸方向検出信号ＳｘおよびＹ軸方向検出信号Ｓｙの位相を検出することによって行うことができる。これは、一般に、ある振動系に対して所定の駆動信号Ｄを与えて振動子を振動させている状態においては、この振動子の実際の動きを検出信号Ｓとして検出した場合、振動子が固有の共振周波数で振動しているならば、駆動信号Ｄと検出信号Ｓとの位相差がπ／２になる、という基本原理を利用できるためである。
【０２７２】
図３３に示すように、Ｘ軸方向振動制御部２２１から可動反射素子１００に対してはＸ軸方向駆動信号Ｄｘが与えられ、そのフィードバック信号としてＸ軸方向検出信号Ｓｘが戻される。このとき、検出信号Ｓｘは駆動信号Ｄｘより若干位相が遅れた信号になる。これは、駆動信号Ｄｘに基づいて圧電素子が機械的変形を生じて、実際に変位が生じるまでに遅延時間が生じるためである。そして、上述の基本原理によると、Ｘ軸に沿った方向の振動周波数が共振周波数ｆｘであれば、駆動信号Ｄｘと検出信号Ｓｘとの位相差はπ／２になる。したがって、Ｘ軸方向振動制御部２２１は、位相差が常にπ／２に維持されるように、駆動信号Ｄｘの位相を調整するフィードバック制御を行えばよい。
【０２７３】
同様に、Ｙ軸方向振動制御部２２２から可動反射素子１００に対してはＹ軸方向駆動信号Ｄｙが与えられ、そのフィードバック信号としてＹ軸方向検出信号Ｓｙが戻される。この場合も、Ｙ軸に沿った方向の振動周波数が共振周波数ｆｙであれば、駆動信号Ｄｙと検出信号Ｓｙとの位相差はπ／２になる。したがって、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、位相差が常にπ／２に維持されるように、駆動信号Ｄｙの位相を調整するフィードバック制御を行えばよい。
【０２７４】
Ｘ軸方向振動制御部２２１には、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向に関する振幅が所定振幅Ｇｘに維持されるように、フィードバックされるＸ軸方向検出信号Ｓｘの振幅に基づいてＸ軸方向駆動信号Ｄｘの振幅を増減するとともに、鏡面部１３０のＸ軸に沿った方向に関する振動周波数が共振周波数ｆｘに維持されるように、Ｘ軸方向駆動信号ＤｘとＸ軸方向検出信号Ｓｘとの位相差をπ／２に維持するフィードバック制御を行う自励振回路を組み込んでおけばよい。
【０２７５】
同様に、Ｙ軸方向振動制御部２２２には、鏡面部１３０のＹ軸に沿った方向に関する振幅が所定振幅Ｇｙに維持されるように、フィードバックされるＹ軸方向検出信号Ｓｙの振幅に基づいてＹ軸方向駆動信号Ｄｙの振幅を増減するとともに、鏡面部１３０のＹ軸に沿った方向に関する振動周波数が共振周波数ｆｙに維持されるように、Ｙ軸方向駆動信号ＤｙとＹ軸方向検出信号Ｓｙとの位相差をπ／２に維持するフィードバック制御を行う自励振回路を組み込んでおけばよい。
【０２７６】
このような自励振制御機能をコントローラ２２に持たせておけば、二次元走査装置２０は、外部から周波数の指定を受けることなく、自律して鏡面部１３０を正確な共振周波数で振動させることができる。すなわち、共振周波数が個々の個体ごとに異なっていても、温度環境などに依存して時間的に変化しても、鏡面部１３０を正しい共振周波数で振動させることができ、良好なエネルギー効率をもった動作を確保することができる。
【０２７７】
なお、一般的な自励振回路では、駆動信号Ｄｘ，Ｄｙとして、図３１（Ａ）に示すような正弦波信号を用いる必要があるので、ビームの走査方式は、図３１（Ｂ）に示すような「８の字状走査方式」が採用される。このため、スクリーン１０上に正しい画像表示を行うためには、表示制御装置４０は、スポットＳの走査位置を把握して、位置に応じた画素に対応する変調信号をレーザ光源３０に与える必要がある。図３３に示すＸ軸方向走査位置信号ＵｘおよびＹ軸方向走査位置信号Ｕｙは、このような便宜を図るために表示制御装置４０に与えられる信号である。
【０２７８】
すなわち、Ｘ軸方向振動制御部２２１は、Ｘ軸方向検出信号Ｓｘの位相が所定値に達したことを示すＸ軸方向走査位置信号Ｕｘを表示制御装置４０に与え、Ｙ軸方向振動制御部２２２は、Ｙ軸方向検出信号Ｓｙの位相が所定値に達したことを示すＹ軸方向走査位置信号Ｕｙを表示制御装置４０に与える。表示制御装置４０は、Ｘ軸方向走査位置信号ＵｘおよびＹ軸方向走査位置信号Ｕｙによって示されるタイミングを参照して、画像データに含まれる個々の画素に対応する変調信号を適切なタイミング（スクリーン１０上において、スポットＳが画素に対応する位置になるタイミング）でレーザ光源３０に与える処理を行う。
【０２７９】
例えば、Ｘ軸方向走査位置信号Ｕｘとして、Ｘ軸方向検出信号Ｓｘの位相が０，π／２，π，３π／２のタイミングになった時点を示す信号を用いることにすれば、スクリーン１０上のスポットＳの、図３１（Ｂ）における各走査点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，... ，Ｑ１９に到達した各タイミングが、表示制御装置４０に報告されることになる。同様に、Ｙ軸方向走査位置信号Ｕｙとして、Ｙ軸方向検出信号Ｓｙの位相が０，π／２，π，３π／２のタイミングになった時点を示す信号を用いることにすれば、スクリーン１０上のスポットＳの、図３１（Ｂ）における各走査点Ｑ１，Ｑ７（往路），Ｑ１３，Ｑ７（復路）に到達した各タイミングが、表示制御装置４０に通知されることになる。
【０２８０】
もちろん、走査位置信号Ｕｘ，Ｕｙとして、例えば、位相が０，π／４，π／２，３π／４，π，５π／４，３π／２，７π／４のタイミングになった時点を通知する詳細な信号を用いるようにすれば、スポットＳのより正確な位置情報を伝達することができる。
【０２８１】
なお、前述の実施の形態では、Ｘ軸方向振動制御部２２１及びＹ軸方向振動制御部２２２の双方に自励振制御機能を持たせているが、いずれか一方のみに自励振制御機能を持たせるようにしても構わない。例えば、Ｘ軸方向振動制御部２２１にのみ自励振制御機能をもたせ、Ｙ軸方向振動制御部２２２に対しては、所定の振動周波数φｙを指定する情報をもったＹ軸方向走査制御信号Ｃｙを与えるようにすれば、Ｘ軸に沿った方向に関しては、共振周波数ｆｘによる自励振が行われ、Ｙ軸に沿った方向に関しては、外部から指定した周波数φｙによる励振が行われることになる。
【０２８２】
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【０２８３】
１０  スクリーン、２０  二次元走査装置、２２  コントローラ、３０  レーザ光源、４０  表示制御装置、８０  プロジェクタ、１００  可動反射素子、１００Ａ  Ａ層（基板層）、１００Ａ１  支持層、１００Ａ２  ＢＯＸ層、１００Ａ３  活性層、１００Ｂ  Ｂ層、１００Ｃ  Ｃ層、１００Ｄ  Ｄ層、１１０  固定枠、１１０Ａ  Ａ層、１１０Ｂ  Ｂ層、１１０Ｃ  Ｃ層、１１１  幅広部、１２０  可動枠、１２０Ａ  Ａ層、１２０Ｂ  Ｂ層、１２０Ｃ  Ｃ層、１３０  鏡面部、１３０Ａ  Ａ層、１３０Ｂ  Ｂ層、１３０Ｃ  Ｃ層、１３０Ｄ  Ｄ層（反射層）、１４０  アクチュエータ部（第１のアクチュエータ部）、１４０Ａ  Ａ層（基板層、アクチュエータ本体部）、１４０Ｂ  Ｂ層（下部電極層）、１４０Ｃ  Ｃ層（圧電材料層）、１４０Ｄ  Ｄ層（上部電極層）、１４０Ｄ１、１４０Ｄ２、１４０Ｄ１１、１４０Ｄ１２、１４０Ｄ２１、１４０Ｄ２２、１４０Ｄ３  上部電極層、１５０  アクチュエータ部（第２のアクチュエータ部）、１５０Ａ  Ａ層（基板層、アクチュエータ本体部）、１５０Ｂ  Ｂ層（下部電極層）、１５０Ｃ  Ｃ層（圧電材料層）、１５０Ｄ  Ｄ層（上部電極層）、１６０Ｄ、１７０Ｄ  Ｄ層（検出用電極）、２００  土台基板、２２０  凹部、２２１  Ｘ軸方向振動制御部、２２２  Ｙ軸方向振動制御部、２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ、２５０、２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ  アーム部、３００  スペーサ、３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃ、３５０Ａ、３５０Ｂ、３５０Ｃ  アーム部、４００  重り、５００  制限部、５０１  制限部、Ｓ  スポット
【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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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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