(57)【要約】  変位効率を向上させることができ、センサ部を設けた場合でも十分に大きな変位角度を得ることができるミラー駆動装置及びその駆動方法を提供する。ミラー部１２を回転軸ＲＡの周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部１６は、回転軸ＲＡの軸方向の両側の基端部が固定された両持ち梁構造の第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０を備える。第一アクチュエータ部３０は第一電極部５１と第二電極部５２Ａ、５２Ｂを有し、第二アクチュエータ部４０は、第三電極部６３Ａ、６３Ｂと第四電極部６４を有する。上部電極を構成する各電極部の配置は、共振モード振動における圧電体内の主応力の応力分布に対応しており、第一電極部５１及び第三電極部６３Ａ、６３Ｂの位置に対応する圧電体部分と第二電極部５２Ａ、５２Ｂ及び第四電極部６４の位置に対応する圧電体部分とは互いに逆方向の応力が生じる。
2016052548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部に連結され、前記ミラー部を回転軸の周りに回動可能に支持するミラー支持部と、
前記ミラー支持部に連結され、前記ミラー部を前記回転軸の周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部と、
前記圧電アクチュエータ部を支持する固定部と、を備えるミラー駆動装置であって、
前記圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による圧電体の逆圧電効果によって変形する第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部を備え、
前記第一アクチュエータ部は、前記圧電体の膜厚方向に直交する方向であって、かつ前記回転軸の軸方向と直交する直交方向に前記回転軸を挟む前記回転軸の前記直交方向の両側のうち一方の側に配置され、前記第二アクチュエータ部は前記両側のうち他方の側に配置され、
前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部のそれぞれは前記ミラー支持部と連結されており、
前記第一アクチュエータ部と前記ミラー支持部との連結部分である第一連結部に対して前記第一アクチュエータ部における前記軸方向の反対側に位置する第一基端部と、前記第二アクチュエータ部と前記ミラー支持部との連結部分である第二連結部に対して前記第二アクチュエータ部における前記軸方向の反対側に位置する第二基端部とが前記固定部に固定された構成によって、前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部のそれぞれは両持ち梁構造で前記固定部に支持されており、
前記第一アクチュエータ部と前記第二アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることで前記ミラー支持部を傾き駆動させるものであり、
前記第一アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第一電極部と第二電極部と含み、
前記第二アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第三電極部と第四電極部とを含み、
前記第一電極部、第二電極部、第三電極部、及び第四電極部の配置形態は、前記回転軸の周りの回動による前記ミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において前記圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、
前記第一電極部及び第三電極部の位置に対応する圧電体部分と、前記第二電極部及び第四電極部の位置に対応する圧電体部分とは、前記共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成であるミラー駆動装置。
【請求項２】
前記ミラー部の中心から、前記回転軸の前記軸方向に、前記第一連結部、前記第一基端部がこの順で、ミラー部から遠くなる位置関係となっており、
かつ、
前記ミラー部の中心から、前記回転軸の前記軸方向に、前記第二連結部、前記第二基端部がこの順で、ミラー部から遠くなる位置関係となっている請求項１に記載のミラー駆動装置。
【請求項３】
前記第一アクチュエータ部と前記ミラー支持部とを連結する部材である第一接続部を有し、かつ、前記第二アクチュエータ部と前記ミラー支持部とを連結する部材である第二接続部を有する請求項１又は２に記載のミラー駆動装置。
【請求項４】
前記第一アクチュエータ部と前記第二アクチュエータ部は連結されており、
前記第一アクチュエータ部と前記第二アクチュエータ部の連結部分に前記ミラー支持部が連結されている請求項１から３のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項５】
前記第一基端部と前記第二基端部は連結されている請求項１から４のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項６】
前記第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部のそれぞれは、振動板、下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された積層構造を有する圧電ユニモルフアクチュエータである請求項１から５のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項７】
前記ミラー支持部として、前記ミラー部を前記回転軸の軸方向の両側から支持する第一ミラー支持部と、第二ミラー支持部とを有する請求項１から６のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項８】
前記第一アクチュエータ部は、前記軸方向の両側の端部にそれぞれ前記第一基端部を有し、
前記第一アクチュエータ部の前記両側の端部のうち一方の側の第一基端部から、他方の側の第一基端部に至る可動部が前記ミラー部を迂回する形状を有し、
前記第二アクチュエータ部は、前記軸方向の両側の端部にそれぞれ前記第二基端部を有し、
前記第二アクチュエータ部の前記両側の端部のうち一方の側の第二基端部から、他方の側の第二基端部に至る可動部が前記ミラー部を迂回する形状を有する請求項１から７のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項９】
前記ミラー部、前記ミラー支持部、前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部は、非駆動状態での平面視において、前記回転軸を対称軸とする線対称の形態である請求項１から８のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１０】
前記ミラー部、前記ミラー支持部、前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部は、非駆動状態での平面視において、ミラー部の中心を通り、かつ回転軸と直交する中心線を対称軸とする線対称の形態である請求項１から９のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１１】
前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を供給し、かつ、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加する駆動回路を備え、
前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲である請求項１から１０のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１２】
前記第一電極部、第二電極部、第三電極部、及び第四電極部を構成する複数の電極のうち、一部の電極がフローティング電位に設定され、当該フローティング電位の電極から圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出回路を備える請求項１から１１のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１３】
前記圧電アクチュエータ部に駆動電圧を供給する駆動回路であって、前記ミラー部を共振駆動させる駆動電圧の電圧波形を供給する駆動回路を備える請求項１から１２のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１４】
前記圧電アクチュエータ部に用いられる前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であり、振動板となる基板上に直接成膜された薄膜である請求項１から１３のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１５】
前記圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項１から１４のいずれか一項に記載のミラー駆動装置、
一般式  ＡＢＯ３・・・（Ｐ−１）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｓｉ及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
【請求項１６】
前記圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記一般式（Ｐ−２）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項１から１４のいずれか一項に記載のミラー駆動装置、
一般式  Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ−２）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であり、０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙをみたし、
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
【請求項１７】
前記ペロブスカイト型酸化物（Ｐ−２）は、Ｎｂを含み、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０６以上０．２０以下である請求項１６に記載のミラー駆動装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のミラー駆動装置におけるミラー駆動方法であって、
前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、かつ、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲であるミラー駆動方法。
【請求項１９】
前記第一電極部、第二電極部、第三電極部、及び第四電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極を、圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出電極として用い、
前記ミラー部の駆動中に前記検出電極から検出信号を得る請求項１８に記載のミラー駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はミラー駆動装置及びその駆動方法に係り、特に、光走査に用いる光偏向器に好適なマイクロミラーデバイスの構造及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）の微細加工技術を用いて作製されたマイクロスキャナ（以下、「ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナ」という。）は、小型かつ低消費電力であることが特徴であり、レーザープロジェクタから光干渉断層計のような光診断用スキャナなど、幅広い応用が期待されている。【０００３】
ＭＥＭＳスキャナの駆動方式は様々であるが、その中でも圧電体の変形を利用した圧電駆動方式は、他方式に比べてトルク密度が高く、小型で高スキャン角が得られるとして有望視されている。特に、レーザーディスプレイのように高い変位角度が必要な用途では共振駆動が主に用いられており、この際に圧電駆動方式のトルクの高さは大きな利点となる。【０００４】
従来の圧電ＭＥＭＳスキャナは、例えば、特許文献１に示されているように、２本のカンチレバーを接続した構造のアクチュエータにおける接続部（結合部）にトーションバーを接続し、それぞれのカンチレバーを逆位相で駆動させることによってトーションバーを傾き変位させる方式が挙げられる（特許文献１）。【０００５】
また、非特許文献１、２のように、アクチュエータが円若しくは楕円の形状を有している場合もある。このような形状にすることで、直線形状のカンチレバーに比べてアクチュエータの長さを大きくすることができるため、変位量を大きくすることができる。特許文献１及び非特許文献１，２の構造では、ミラーの回転軸を挟んで両側に配置された二つの板状アクチュエータを有しており、当該アクチュエータは、回転軸に対して垂直方向に離れた基端部が固定されているという点で共通している。【０００６】
これに対し、非特許文献３では、ミラーの回転軸を挟んで両側に配置された二つの板状アクチュエータを有しており、当該アクチュエータがミラーの回転軸上で固定される構造が提案されている。この構造では、特許文献１の構造に比べて静的駆動時のアクチュエータ変位量が大きいため、共振駆動時に得られるミラー傾き角が大きいという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９７８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Optical MEMS and Their Applications Conference, 2006. IEEE/LEOS International Conference on, 2006, 25-26
【非特許文献２】Japanese Journal of Applied Physics, TheJapan Society of Applied Physics, 2010, 49, 04DL19
【非特許文献３】JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 21, 6 (2012) 1303-1310.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような構造の圧電ＭＥＭＳスキャナは圧電トルクを効率的に傾き変位に変換できておらず、十分な変位角度を得るために２５Ｖ程度の高い電圧が必要となってしまう。ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ；lead zirconate titanate）薄膜の耐久性を考慮すると、１５Ｖ程度での駆動が望ましい。【００１０】
また、共振駆動を利用して動作させる場合、共振モードの振動を維持するためには駆動変位をモニタリングするセンサ（応力検出部）が必要であるが、このためにはアクチュエータの一つをセンサ部として用いる必要があり、駆動力が半分程度に大幅に落ち込んでしまうという問題があった。【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来の構造に比べて変位効率を向上させることができ、センサ部を設けた場合でもなお、十分に大きな変位角度を得ることができるミラー駆動装置及びその駆動方法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】
【００１２】
前記目的を達成するために、次の発明態様を提供する。【００１３】
第１態様に係るミラー駆動装置は、反射面を有するミラー部と、ミラー部に連結され、ミラー部を回転軸の周りに回動可能に支持するミラー支持部と、ミラー支持部に連結され、ミラー部を回転軸の周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部と、圧電アクチュエータ部を支持する固定部と、を備えるミラー駆動装置であって、圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による圧電体の逆圧電効果によって変形する第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部を備え、第一アクチュエータ部は、圧電体の膜厚方向に直交する方向であって、かつ回転軸の軸方向と直交する直交方向に回転軸を挟む回転軸の直交方向の両側のうち一方の側に配置され、第二アクチュエータ部は両側のうち他方の側に配置され、第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部のそれぞれはミラー支持部と連結されており、第一アクチュエータ部とミラー支持部との連結部分である第一連結部に対して第一アクチュエータ部における軸方向の反対側に位置する第一基端部と、第二アクチュエータ部とミラー支持部との連結部分である第二連結部に対して第二アクチュエータ部における軸方向の反対側に位置する第二基端部とが固定部に固定された構成によって、第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部のそれぞれは両持ち梁構造で固定部に支持されており、第一アクチュエータ部と第二アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることでミラー支持部を傾き駆動させるものであり、第一アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第一電極部と第二電極部と含み、第二アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第三電極部と第四電極部とを含み、第一電極部、第二電極部、第三電極部、及び第四電極部の配置形態は、回転軸の周りの回動によるミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、第一電極部及び第三電極部の位置に対応する圧電体部分と、第二電極部及び第四電極部の位置に対応する圧電体部分とは、共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成である。【００１４】
第１態様のミラー駆動装置は、圧電アクチュエータ部の駆動時（すなわち変位時）における圧電体内の応力の方向に対応して電極部が分割された形態で配置されているため、従来構成と比較して効率よく駆動することができる。【００１５】
第２態様として、第１態様のミラー駆動装置について、ミラー部の中心から、回転軸の軸方向に、第一連結部、第一基端部がこの順で、ミラー部から遠くなる位置関係となっており、かつ、ミラー部の中心から、回転軸の軸方向に、第二連結部、第二基端部がこの順で、ミラー部から遠くなる位置関係となっている構成とすることができる。【００１６】
第３態様として、第１態様又は第２態様のミラー駆動装置において、第一アクチュエータ部とミラー支持部とを連結する部材である第一接続部を有し、かつ、第二アクチュエータ部とミラー支持部とを連結する部材である第二接続部を有する構成とすることができる。【００１７】
第４態様として、第１態様から第３態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、第一アクチュエータ部と第二アクチュエータ部は連結されており、第一アクチュエータ部と第二アクチュエータ部の連結部分にミラー支持部が連結されている構成とすることができる。【００１８】
第４態様の場合、第３態様で述べた第一接続部と第二接続部の部材要素を省略する形態が可能である。【００１９】
第５態様として、第１態様から第４態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、第一基端部と第二基端部は連結されている構成とすることができる。【００２０】
第一基端部と第二基端部とが一体化された一体型の基端部形状とすることができる。【００２１】
第６態様として、第１態様から第５態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部のそれぞれは、振動板、下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された積層構造を有し、圧電ユニモルフアクチュエータである構成とすることができる。【００２２】
圧電アクチュエータ部は、ユニモルフ構造に限らず、バイモルフ構造も可能であるが、ユニモルフ構造が最も簡単な構成である。圧電駆動方式は、電極間に電圧を印加するだけで駆動できるため、構成が単純で小型化に有益である。【００２３】
第７態様として、第１態様から第６態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、ミラー支持部として、ミラー部を回転軸の軸方向の両側から支持する第一ミラー支持部と、第二ミラー支持部とを有する構成とすることができる。【００２４】
第８態様として、第１態様から第７態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、第一アクチュエータ部は、軸方向の両側の端部にそれぞれ第一基端部を有し、第一アクチュエータ部の両側の端部のうち一方の側の第一基端部から、他方の側の第一基端部に至る可動部がミラー部を迂回する形状を有し、第二アクチュエータ部は、軸方向の両側の端部にそれぞれ第二基端部を有し、第二アクチュエータ部の両側の端部のうち一方の側の第二基端部から、他方の側の第二基端部に至る可動部がミラー部を迂回する形状を有する構成とすることができる。【００２５】
第９態様として、第１態様から第８態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、ミラー部、ミラー支持部、第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部は、非駆動状態での平面視において、回転軸を対称軸とする線対称の形態である構成とすることができる。【００２６】
第１０態様として、第１態様から第９態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、ミラー部、ミラー支持部、第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部は、非駆動状態での平面視において、ミラー部の中心を通り、かつ回転軸と直交する中心線を対称軸とする線対称の形態である構成とすることができる。【００２７】
第１１態様として、第１態様から第１０態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、第一電極部及び第三電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を供給し、かつ、第二電極部及び第四電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加する駆動回路を備え、第一電極部及び第三電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の電圧波形と、第二電極部及び第四電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の電圧波形の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲である構成とすることができる。【００２８】
第１２態様として、第１態様から第１１態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、第一電極部、第二電極部、第三電極部、及び第四電極部を構成する複数の電極のうち、一部の電極がフローティング電位に設定され、フローティング電位の電極から圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出回路を備える構成とすることができる。【００２９】
第１３態様として、第１態様から第１２態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に駆動電圧を供給する駆動回路であって、ミラー部を共振駆動させる駆動電圧の電圧波形を供給する駆動回路を備える構成とすることができる。【００３０】
第１４態様として、第１態様から第１３態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であり、振動板となる基板上に直接成膜された薄膜である構成とすることができる。【００３１】
かかる態様によれば、スパッタリング法に代表される気相成長法やゾルゲル法などの直接成膜法を用いることにより、所要の圧電性能を持つ圧電体薄膜を得ることができる。基板に圧電体の薄膜を直接成膜し、ドライエッチング若しくはウエットエッチングなどの半導体プロセスで加工することで、デバイスの作製プロセスを簡便にできる。【００３２】
第１５態様として、第１態様から第１４態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である構成とすることができる。【００３３】
一般式  ＡＢＯ３・・・（Ｐ−１）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。【００３４】
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｍｇ, Ｓｉ及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。【００３５】
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。【００３６】
第１６態様として、第１態様から第１４態様のいずれか一態様のミラー駆動装置において、圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記一般式（Ｐ−２）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である構成とすることができる。【００３７】
一般式  Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ−２）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。【００３８】
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。【００３９】
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。【００４０】
Ｎｂ等の元素をドープしたＰＺＴは圧電定数が高いため、小型で大きな変位が得られるデバイスの作製に好適である。なお、応力検出部に用いる圧電体についても、圧電アクチュエータ部と同じ圧電材料を用いることができる。【００４１】
第１７態様として、第１６態様のミラー駆動装置において、ペロブスカイト型酸化物（Ｐ−２）は、Ｎｂを含み、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０６以上０．２０以下である構成とすることができる。【００４２】
かかる材料は、分極処理を行わなくても良好な圧電特性を示す。したがって、分極処理が不要であり、製造プロセスの簡略化、低コスト化を実現できる。【００４３】
第１８態様に係るミラー駆動方法は、第１態様から第１７態様のいずれか一態様のミラー駆動装置におけるミラー駆動方法であって、第一電極部及び第三電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、かつ、第二電極部及び第四電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、第一電極部及び第三電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、第二電極部及び第四電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲であるミラー駆動方法である。【００４４】
第１９態様として、第１８態様のミラー駆動方法において、第一電極部、第二電極部、第三電極部、及び第四電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極を、圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出電極として用い、ミラー部の駆動中に検出電極から検出信号を得る構成とすることができる。【００４５】
例えば、検出電極から得られる検出信号に基づいて、圧電アクチュエータ部に供給する駆動電圧の周波数（駆動周波数）、振幅のうち少なくとも一方を制御する構成とすることができる。検出信号を圧電アクチュエータ部の駆動にフィードバックすることにより、安定した共振駆動を実現できる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、アクチュエータ部の変形時に圧電体内に生じる応力の分布に合わせて電極部が配置されているため、効率よく駆動することができ、従来構成と比較して、より大きなミラー傾斜角を得ることができる。また、変位効率が向上しているため、一部の電極を検出用に利用する場合であっても、十分な変位角度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は第一実施形態に係るマイクロミラーデバイスの構成を示す平面図である。
【図２】図２はミラー部の他の形態を示す平面図である。
【図３】図３は第二実施形態に係るマイクロミラーデバイスの要部の構成を示す平面図である。
【図４】図４は図３の４−４切断線に沿う概略断面図である。
【図５】図５は電圧波形の例を示した波形図である。
【図６】図６は共振駆動時における圧電体の変位及び主応力の分布を模式的に示した斜視図である。
【図７】図７は共振駆動時における圧電体内の応力方向を模式的に示した説明図である。
【図８】図８は図３のデバイス構造において、すべての電極部を駆動用の電極として用いる場合の電圧印加方法の説明図である。
【図９】図９は図３のデバイス構造において、一部の電極部をセンシングに用いる形態の説明図である。
【図１０】図１０は図３のデバイス構造において、電極部を構成する複数の電極のうち、一部の電極をセンシングに用いる形態の説明図である。
【図１１】図１１は実施例１のデバイスの寸法例を示す説明図である。
【図１２】図１２は比較例１に係るマイクロミラーデバイスの要部構成を示す平面図である。
【図１３】図１３は図１２のデバイス構造においてセンシングを行う形態の説明図である。
【図１４】図１４は実施例１と比較例１について、印加電圧と光学スキャン角度の関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は電圧波形の位相差と相対変位角の関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は図８のデバイス構造において、４種類の電圧波形を用いる場合の説明図である。
【図１７】図１７は図１０の形態における駆動制御系の例を示す説明図である。
【図１８】図１８は第三実施形態に係るマイクロミラーデバイスの要部の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、添付図面にしたがって本発明を実施するための形態について詳説する。
【００４９】
＜第一実施形態＞
図１は第一実施形態に係るマイクロミラーデバイスの構成を示す平面図である。マイクロミラーデバイス１０は、ミラー部１２と、ミラー支持部１４と、圧電アクチュエータ部１６と、固定フレーム１８と、を備える。マイクロミラーデバイス１０は「ミラー駆動装置」の一形態に相当する。
【００５０】
ミラー部１２の上表面は、光を反射する反射面１２Ｃとなっている。反射面１２Ｃには、入射光の反射率を高めるために、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミ）等の金属薄膜が形成されている。ミラーコーティングに用いる材料や膜厚は特に限定されず、公知のミラー材料（高反射率材料）を用いて様々な設計が可能である。
【００５１】
反射部として機能するミラー部１２の平面視形状と、ミラーコーティングされた領域である反射面１２Ｃの形状は一致してもいいし、異なっていてもよい。反射面１２Ｃはミラー部１２における上表面の面積範囲内で形成することができる。なお、本例では光を反射する反射面１２Ｃを有するミラー部１２を説明するが、光に限らず、音波や電磁波などを反射する反射面１２Ｃとする形態も可能である。
【００５２】
ミラー支持部１４は、ミラー部１２に連結されており、ミラー部１２を回転軸ＲＡの周りに回動可能に支持する。ミラー支持部１４は、第一トーションバー部２０及び第二トーションバー部２２から構成される。第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２は、ミラー部１２に対し、回転軸ＲＡの軸方向の両側からミラー部１２を支持する。第一トーションバー部２０は「第一ミラー支持部」の一形態に相当し、第二トーションバー部２２は「第二ミラー支持部」の一形態に相当する。
【００５３】
圧電アクチュエータ部１６は、ミラー支持部１４に連結されており、ミラー部１２を回転軸ＲＡの周りに回動させる駆動力を発生させる。
【００５４】
固定フレーム１８は、圧電アクチュエータ部１６を支持する部材である。圧電アクチュエータ部１６にはミラー支持部１４を介してミラー部１２が支持されているため、固定フレーム１８は、圧電アクチュエータ部１６を介してミラー部１２を間接的に支持する部材として機能する。また、固定フレーム１８には、図示せぬ配線や電子回路が設けられる。
【００５５】
以下、説明の便宜上、図１に直交ｘｙｚ軸を導入して説明する。圧電アクチュエータ部１６が非駆動状態である場合の反射面１２Ｃの法線方向（図１の紙面に垂直な方向）をｚ軸方向とする。ｚ軸方向は、圧電アクチュエータ部１６における圧電体の膜厚方向である。第一トーションバー部２０及び第二トーションバー部２２によって回動するミラー部１２の回転軸ＲＡである主軸と平行な方向（図１の紙面に平行な横方向）をｘ軸方向とする。ｘ軸及びｚ軸の両軸に直交する方向（図１の紙面に平行な縦方向）をｙ軸方向とする。ｘ軸方向は、回転軸ＲＡの軸方向であり、「回転軸方向」と呼ぶ場合がある。ｙ軸方向は回転軸ＲＡの軸方向と直交する直交方向であり、「回転軸直交方向」と呼ぶ場合がある。
【００５６】
マイクロミラーデバイス１０は、ｙ軸に平行で、かつミラー部１２の中心を通る中心線ＣＬを対称軸として概ね線対称（図１において左右対称）の構造を有している。また、マイクロミラーデバイス１０は、回転軸ＲＡを対称軸として概ね線対称（図１において上下対称）の構造を有している。
【００５７】
［ミラー部の形状について］
本例のミラー部１２は、平面視で長方形の形状となっている。ただし、発明の実施に際して、ミラー部１２の形状は、特に限定されない。図１に例示した長方形に限らず、円形、楕円形、正方形、多角形など、様々な形状があり得る。なお、ミラー部１２の平面視形状について長方形、円形、楕円形、正方形、多角形などの表現は、厳密な数学的定義での形状に限らず、全体的な基本形状として概ねそれらの形と把握できる形状であることを意味する。例えば、「四角形」という用語の概念には、四角形の角部が面取りされたもの、角部が丸められたもの、辺の一部又は全部が曲線や折れ線で構成されるもの、若しくは、ミラー部１２とミラー支持部１４との連結部分に連結上必要な付加的形状が追加されたものなども含まれる。他の形状表現についても同様である。
【００５８】
また、ミラー部が取り得るその他の機能的形状の例として、非特許文献３に記載されているように、スキャン駆動時における反射面の動的変形を抑える変形防止フレームを有する場合が挙げられる。例えば、図２に示すように、反射面１２Ｃを有する反射部１２Ｄの外郭から隔離された変形防止フレーム１３にミラー支持部としての第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２が接続されることにより、スキャン駆動時の反射面１２Ｃの動的変形を大幅に低減させることができる。この場合は、変形防止フレーム１３と反射部１２Ｄを合わせた構造を「ミラー部」とみなすことができる。図２におけるミラー部を、符号１５で示した。ミラー部１５は、反射部１２Ｄの外縁に沿って形成された溝穴１３Ａ、１３Ｂを隔てて、変形防止フレーム１３に第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２が接続された構造を有する。図１のミラー部１２に代えて、図２のようなミラー部１５を採用することができる。
【００５９】
［圧電アクチュエータ部の構造について］
図１に示すように、圧電アクチュエータ部１６は、第一アクチュエータ部３０と、第二アクチュエータ部４０とを備える。第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０は、回転軸ＲＡに対し、回転軸ＲＡの軸方向と直交するｙ軸方向の両側に、それぞれが分かれて配置されている。図１における圧電アクチュエータ部１６の上側半分が第一アクチュエータ部３０であり、下側半分が第二アクチュエータ部４０である。すなわち、第一アクチュエータ部３０は、回転軸ＲＡからｙ軸方向に回転軸ＲＡを挟んで両側（図１において上側と下側）に分かれる領域のうち、一方の側に配置され、他方の側に第二アクチュエータ部４０が配置されている。ｙ軸方向は、「圧電体の膜厚方向に直交する方向であって、かつ回転軸の軸方向と直交する直交方向」に相当する。
【００６０】
図１の左側に示したように、第一アクチュエータ部３０は、接続部３２を介して第一トーションバー部２０の一端と連結されている。第一トーションバー部２０の他端はミラー部１２に連結されている。また、図１の右側に示したように、第一アクチュエータ部３０は、接続部３４を介して第二トーションバー部２２の一端と連結されている。第二トーションバー部２２の他端はミラー部１２に連結されている。接続部３２と接続部３４は、第一アクチュエータ部３０とミラー支持部１４とを連結する部材である。接続部３２と接続部３４のそれぞれが「第一接続部」の一形態に相当する。第一アクチュエータ部３０と接続部３２との連結部分３２Ａ、並びに、第一アクチュエータ部３０と接続部３４との連結部分３４Ａのそれぞれが「第一連結部」の一形態に相当する。或いはまた、接続部３２及び接続部３４のそれぞれが「第一連結部」の一形態に相当すると解釈することもできる。
【００６１】
第一アクチュエータ部３０における回転軸方向（ｘ軸方向）の両側の基端部である第一基端部３６Ａ、３６Ｂのそれぞれは、固定フレーム１８に固定されている。第一アクチュエータ部３０は、第一基端部３６Ａ、３６Ｂのそれぞれが固定フレーム１８に固定された構成によって両持ち梁構造で固定フレーム１８に支持されている。「両持ち梁構造」という用語は、「両端支持梁構造」と同義である。固定フレーム１８は、「固定部」の一形態に相当する。
【００６２】
固定フレーム１８の形状については、図１の例に限らず、様々な形態の設計が可能である。固定フレーム１８は、第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０のそれぞれの基端部を固定する機能を果たすことができればよい。固定フレーム１８は、複数の部材に分割された構成とすることができる。
【００６３】
例えば、図１に示した固定フレーム１８に代えて、図１の左側に示した第一基端部３６Ａ及び第二基端部４６Ａが固定される第一固定部材と、図１の右側に示した第一基端部３６Ｂ及び第二基端部４６Ｂを固定する第二固定部材の二つの部材に分割されたフレーム構造とすることができる。他の構成例として、第一アクチュエータ部３０の両端の第一基端部３６Ａ、３６Ｂが固定される第一固定部材と、第二アクチュエータ部４０の両端の第二基端部４６Ａ、４６Ｂが固定される第二固定部材の二つの部材に分割されたフレーム構造とすることができる。更に他の構成例として、第一基端部３６Ａ、３６Ｂ及び第二基端部４６Ａ、４６Ｂのそれぞれが個々に固定される四つの固定部材に分割されたフレーム構造とすることができる。
【００６４】
図１の左側に示した第一基端部３６Ａは、第一アクチュエータ部３０に対する接続部３２の連結部分３２Ａに対して、第一アクチュエータ部３０におけるｘ軸方向の反対側に位置する。つまり、第一アクチュエータ部３０における接続部３２の連結部分３２Ａと、第一基端部３６Ａとの相対的な位置関係を見ると、連結部分３２Ａは、ｘ軸方向に関してミラー部１２に近い側である第一アクチュエータ部３０の内側に位置し、第一基端部３６Ａは、ｘ軸方向に関して、連結部分３２Ａよりもミラー部１２から遠い側である第一アクチュエータ部３０の外側に位置する。言い換えると、ミラー部１２の中心からｘ軸方向に関して、ミラー部１２の中心位置、連結部分３２Ａ、及び第一基端部３６Ａがこの順で、ミラー部１２から次第に遠くなる位置関係になっている。
【００６５】
同様に、図１の右側に示した第一基端部３６Ｂは、第一アクチュエータ部３０に対する接続部３４の連結部分３４Ａに対して、第一アクチュエータ部３０におけるｘ軸方向の反対側に位置する。つまり、第一アクチュエータ部３０における接続部３４との連結部分３４Ａは、ｘ軸方向に関して、ミラー部１２に近い側である第一アクチュエータ部３０の内側に位置し、第一基端部３６Ｂは、ｘ軸方向に関して、連結部分３４Ａよりもミラー部１２から遠い側である第一アクチュエータ部３０の外側に位置する。言い換えると、ミラー部１２の中心からｘ軸方向に関して、ミラー部１２の中心位置、連結部分３４Ａ、及び第一基端部３６Ｂがこの順で、ミラー部１２から次第に遠くなる位置関係になっている。
【００６６】
第一アクチュエータ部３０は、ｘ軸方向の両側に位置する第一基端部３６Ａ，３６Ｂのそれぞれが固定フレーム１８に拘束された両端固定型の両持ち梁構造の圧電アクチュエータである。
【００６７】
第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２のそれぞれは、第一アクチュエータ部３０の固定端の近く、つまり、第一アクチュエータ部３０が変位し始める根元の部分である第一基端部３６Ａ、３６Ｂの近くで、第一アクチュエータ部３０に連結されている。
【００６８】
第二アクチュエータ部４０についても同様であり、第二アクチュエータ部４０は、図１の左側に示したように、接続部４２を介して第一トーションバー部２０の一端と連結されている。第二トーションバー部２２の他端はミラー部１２に連結されている。また、図１の右側に示したように、第二アクチュエータ部４０は、接続部４４を介して第二トーションバー部２２と連結されている。接続部４２と接続部４４は、第二アクチュエータ部４０とミラー支持部１４とを連結する部材である。接続部４２と接続部４４のそれぞれが「第二接続部」の一形態に相当する。
【００６９】
第二アクチュエータ部４０と接続部４２との連結部分４２Ａ、並びに、第二アクチュエータ部４０と接続部４４との連結部分４４Ａのそれぞれが「第二連結部」の一形態に相当する。或いはまた、接続部４２及び接続部４４のそれぞれが「第二連結部」の一形態に相当するものと解釈することができる。
【００７０】
第二アクチュエータ部４０における回転軸方向（ｘ軸方向）の両側の基端部である第二基端部４６Ａ、４６Ｂのそれぞれは、固定フレーム１８に固定されている。つまり、第二アクチュエータ部４０は、第二基端部４６Ａ、４６Ｂのそれぞれが固定フレーム１８に固定された構成によって両持ち梁構造で固定フレーム１８に支持されている。
【００７１】
図１の左側に示した第二基端部４６Ａは、接続部４２の第二アクチュエータ部４０に対する連結部分４２Ａに対して、第二アクチュエータ部４０におけるｘ軸方向の反対側に位置する。第二アクチュエータ部４０における接続部４２との連結部分４２Ａと、第二基端部４６Ａとの相対的な位置関係を見ると、連結部分４２Ａは、ｘ軸方向に関してミラー部１２に近い側である第二アクチュエータ部４０の内側に位置し、第二基端部４６Ａは、ｘ軸方向に関して、連結部分４２Ａよりもミラー部１２から遠い側である第二アクチュエータ部４０の外側に位置する。言い換えると、ミラー部１２の中心からｘ軸方向に関して、ミラー部１２の中心位置、連結部分４２Ａ、及び第二基端部４６Ａがこの順で、ミラー部１２から次第に遠くなる位置関係になっている。
【００７２】
図１の右側に示した第二基端部４６Ｂは、接続部４４の第二アクチュエータ部４０に対する連結部分４４Ａに対して、第二アクチュエータ部４０におけるｘ軸方向の反対側に位置する。第二アクチュエータ部４０における接続部４４との連結部分４４Ａは、ｘ軸方向に関してミラー部１２に近い側である第二アクチュエータ部４０の内側に位置し、第二基端部４６Ａは、ｘ軸方向に関して、連結部分４４Ａよりもミラー部１２から遠い側である第二アクチュエータ部４０の外側に位置する。言い換えると、ミラー部１２の中心からｘ軸方向に関して、ミラー部１２の中心位置、連結部分４４Ａ、及び第二基端部４６Ｂがこの順で、ミラー部１２から次第に遠くなる位置関係になっている。
【００７３】
第二アクチュエータ部４０は、ｘ軸方向の両側の第二基端部４６Ａ，４６Ｂがともに固定フレーム１８に拘束された両端固定型の両持ち梁構造の圧電アクチュエータである。第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２のそれぞれは、第二アクチュエータ部４０の固定端の近く、つまり、第二アクチュエータ部４０が変位し始める根元の部分である第二基端部４６Ａ、４６Ｂの近くで、第二アクチュエータ部４０に連結されている。
【００７４】
第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とを互いに逆方向に撓ませることにより、第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２に回転軸ＲＡを回す方向の動きを与え、ミラー部１２を傾き駆動させることができる。すなわち、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とを互いに逆方向に撓ませる駆動を行うことで、第一トーションバー部２０及び第二トーションバー部２２に傾き変位を誘起し、ミラー部１２を回転軸ＲＡの周りに回転させる。すなわち、ミラー部１２の反射面１２Ｃを傾斜させる。
【００７５】
<<圧電アクチュエータ部の形状について>>
本例の第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０のそれぞれは、平面視で概ね半円弧状のアクチュエータ形状を有し、両者が組み合わされて略円環形状の圧電アクチュエータ部１６が構成されている。図１では、真円から僅かに扁平した楕円環状の外観形状を有する圧電アクチュエータ部１６を例示しているが、アクチュエータ形状については、図示の例に限定されない。第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０のそれぞれは、真円に沿った円弧状のアクチュエータ形状であってもよいし、図１の例よりもさらに扁平率の大きい楕円弧状のアクチュエータ形状であってもよい。ただし、アクチュエータ部の面積が広い方が大きなトルクが出せるため、真円よりも楕円形状の方がより好ましい。
【００７６】
<<電極部の配置形態について>>
第一アクチュエータ部３０は、その上部電極として、一つの第一電極部５１と、二つの第二電極部５２Ａ、５２Ｂとを有する。つまり、第一アクチュエータ部３０の上部電極は、一方の第一基端部３６Ａと他方の第一基端部３６Ｂの間をつなぐ梁（ビーム）の部分に該当する可動部３８の形状に沿った梁の長手方向に対して、第一電極部５１と、第二電極部５２Ａ、５２Ｂとに分かれた電極分割の形態による電極配置構造を有する。第一電極部５１と第二電極部５２Ａ、５２Ｂは、互いに独立した（つまり絶縁分離された）電極となっている。
【００７７】
第一アクチュエータ部３０における一方の第一基端部３６Ａから他方の第一基端部３６Ｂに至る可動部３８の形状に沿った長さの方向を「第一アクチュエータ部３０の長さ方向」と呼ぶことにすると、第一アクチュエータ部３０は、第一アクチュエータ部３０の長さ方向に沿って、図１の左から、第二電極部５２Ａ、第一電極部５１、及び第二電極部５２Ｂが順に並んで配置された構造を有する。第二電極部５２Ａと第一電極部５１の間には絶縁部５５が介在する。第一電極部５１と第二電極部５２Ｂの間には絶縁部５７が介在する。
【００７８】
第二アクチュエータ部４０は、その上部電極として、二つの第三電極部６３Ａ、６３Ｂと、一つの第四電極部６４を有する。つまり、第二アクチュエータ部４０の上部電極は、一方の第二基端部４６Ａと他方の第二基端部４６Ｂの間をつなぐ梁（ビーム）の部分に該当する可動部４８の形状に沿った梁の長手方向に対して、第三電極部６３Ａ，６３Ｂと、第四電極部６４とに分かれた電極分割の形態による電極配置構造を有する。
【００７９】
第三電極部６３Ａ、６３Ｂと第四電極部６４は、互いに独立した（つまり絶縁分離された）電極となっている。第二アクチュエータ部４０における一方の第二基端部４６Ａから他方の第二基端部４６Ｂに至る可動部４８の形状に沿った長さの方向を「第二アクチュエータ部４０の長さ方向」と呼ぶことにすると、第二アクチュエータ部４０は、第二アクチュエータ部４０の長さ方向に沿って、図１の左から、第三電極部６３Ａ、第四電極部６４、及び第三電極部６３Ｂが順に並んで配置された構造を有する。第三電極部６３Ａと第四電極部６４の間には絶縁部６５が介在する。第四電極部６４と第三電極部６３Ｂの間には絶縁部６７が介在する。
【００８０】
ただし、同じ駆動電圧が印加される電極部同士については図示せぬ配線部を介して接続されていてもよい。例えば、二つの第二電極部５２Ａ、５２Ｂの組（ペア）、二つの第三電極部６３Ａ、６３Ｂの組、第一電極部５１と第三電極部６３Ａ、６３Ｂの組、或いは、第二電極部５２Ａ、５２Ｂと第四電極部６４の組などのように、同じ駆動電圧が印加される電極部同士については図示せぬ配線部を介して接続されていてもよい。
【００８１】
圧電アクチュエータ部１６における第一電極部５１、第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、第三電極部６３Ａ、６３Ｂ並びに第四電極部６４の電極の配置形態について、詳細は後述する。
【００８２】
＜第二実施形態＞
図３は第二実施形態に係るマイクロミラーデバイスの要部の構成を示す平面図である。図３に示すマイクロミラーデバイス１１０において、図１で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、図３では固定フレーム１８（図１参照）の図示を省略した。マイクロミラーデバイス１１０は「ミラー駆動装置」の一形態に相当する。
【００８３】
図３に示すマイクロミラーデバイス１１０は、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とが連結され、かつ、第一基端部と第二基端部が一体化された構造となっている点で図１のマイクロミラーデバイス１０と相違する。
【００８４】
すなわち、図３に示すマイクロミラーデバイス１１０の圧電アクチュエータ部１６は、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とを連結された環状のアクチュエータ形状となっている。そして、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の連結部分１３２、１３４に、ミラー支持部１４が連結されている。第一トーションバー部２０は、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の連結部分１３２に連結され、第二トーションバー部２２は、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の連結部分１３４に連結されている。
【００８５】
図３の例では、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とが連結された構造により、平面視で真円から僅かに扁平した楕円環状の外観（輪郭）形状を有する圧電アクチュエータ部１６となっている。
【００８６】
マイクロミラーデバイス１１０では、図１で説明した接続部３２、３４、４２、４４が省略された単純な構造となっており、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の連結部分１３２、１３４にミラー支持部１４が直接連結されている。第一トーションバー部２０と圧電アクチュエータ部１６の連結部１４２が「第一連結部」の一形態に相当し、かつ、「第二連結部」の一形態に相当する。また、第二トーションバー部２２と圧電アクチュエータ部１６の連結部１４４が「第一連結部」の一形態に相当し、かつ、「第二連結部」の一形態に相当する。
【００８７】
また、図３のマイクロミラーデバイス１１０では、図１で説明した第一基端部３６Ａと第二基端部４６Ａとが連結された単一の（一体型の）基端部１４６Ａとなっている。図３の基端部１４６Ａは、図１で説明した第一基端部３６Ａとしての役割を果たし、かつ、第二基端部４６Ａとしての役割を果たす。図３の右側の基端部１４６Ｂも同様であり、図１で説明した第一基端部３６Ｂと第二基端部４６Ｂとが連結された単一の（一体型の）基端部１４６Ｂとなっている。図３の基端部１４６Ｂは、図１で説明した第一基端部３６Ｂとしての役割を果たし、かつ、第二基端部４６Ｂとしての役割を果たす。
【００８８】
図３に示した第二実施形態のデバイス構造は、図１で説明した第一実施形態のデバイス構造に比べて形態に比べてデバイスの形状が単純となり、製造プロセスが容易で歩留まりが高くなるという利点がある。一方、図１で説明した第一実施形態のように、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０のそれぞれが分離している構造、かつ、第一アクチュエータ部３０の第一基端部３６Ａ，３６Ｂと、第二アクチュエータ部４０の第二基端部４６Ａ、４６Ｂとが分離している構造とすることも可能である。第一実施形態のような構造を採用することで、第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０の各アクチュエータ部にかかる応力を減少させ、ミラー部１２の傾き角度が大きくなってもデバイスが破壊されるのを防ぐことができる。
【００８９】
＜圧電アクチュエータ部の構造について＞
以下の説明では、デバイス形状が単純な第二実施形態の構造を例に説明するが、第一実施形態の構造についても同様の説明が適用される。
【００９０】
図４は、図３の４−４切断線に沿う概略断面図である。図４に示すように、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０は、振動板１６０として機能するシリコン（Ｓｉ）の基板の上に、下部電極１６４、圧電体１６６、上部電極１６８がこの順で積層された積層構造を有するユニモルフ型の薄膜圧電アクチュエータである。上部電極１６８には、第一電極部５１、第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、第三電極部６３Ａ、６３Ｂ、第四電極部６４が含まれる。ただし、図４では、第二電極部５２Ｂと第三電極部６３Ｂは示されていない。
【００９１】
下部電極１６４と上部電極１６８との間に圧電体１６６が介在する積層構造によって圧電変換部が構成される。圧電変換部は、圧電素子として機能する部分であり、圧電素子部、若しくは、圧電活性部という用語で言い表すこともできる。圧電変換部は、アクチュエータ部を変位させる駆動部として利用でき、かつ、センサ部として利用できる。ここでは、説明を簡単にするために、圧電変換部を駆動部として利用する形態を説明する。
【００９２】
第一アクチュエータ部３０と、第二アクチュエータ部４０は、上部電極１６８と下部電極１６４の間に電圧を印加することによって圧電体１６６の逆圧電効果により、図４の上下方向に撓み変形する圧電ユニモルフアクチュエータとして機能する。
【００９３】
なお、図４その他の図面に示す各層の膜厚やそれらの比率は、説明の都合上、適宜変更して描いており、必ずしも実際の膜厚や比率を反映したものではない。また、本明細書では、積層構造を表現するにあたり、「Ａの上にＢを積層する」というときの「上」とは、Ａの表面から膜の厚み方向に離れる方向を「上」として表現する。Ａを水平に保持した状態でＡの上面にＢを重ねて構成する場合には、重力方向を下方向とするときの上下の方向と一致する。ただし、Ａの姿勢を傾けたり、上下反転させたりすることも可能であり、基板や膜の姿勢に依存する積層構造の積み重ね方向が必ずしも重力の方向を基準とする上下方向と一致しない場合についても、積層構造の上下関係を混乱なく表現するために、ある基準となる部材（例えばＡ）の面を基準にして、その面から厚み方向に離れる方向を「上」と表現する。また、「Ａの上にＢを積層する」という表現は、Ａに接してＢをＡ上に直接積層する場合に限らず、ＡとＢの間に他の１又は複数の層を介在させ、Ａの上に１又は複数の層を介してＢを積層する場合も有りうる。
【００９４】
＜圧電アクチュエータ部の動作説明＞
次に、圧電アクチュエータ部１６の動作について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、第一電極部５１に印加する電圧波形Ｖ１１と第三電極部６３Ａ、６３Ｂに印加する電圧波形Ｖ２１とを同じ電圧波形Ｖ１とし（Ｖ１１＝Ｖ２１＝Ｖ１）、第二電極部５２Ａ、５２Ｂに印加する電圧波形Ｖ１２と第四電極部６４に印加する電圧波形Ｖ２２とを同じ電圧波形Ｖ２とする（Ｖ１２＝Ｖ２２＝Ｖ２）。また、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２は互いに位相差が１８０°である逆位相の関係とする（図５参照）。
【００９５】
図５は、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２の例を示した波形図である。ここでは、電圧波形Ｖ１、Ｖ２として正弦波形を例示した。図５に示すように、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２は互いに逆位相（位相差１８０°）の電圧であり、図１から図４で説明した第一電極部５１及び第三電極部６３Ａ、６３Ｂの電極群と、第二電極部５２Ａ、５２Ｂ及び第四電極部６４の電極群とに対し、互いに逆位相の電圧波形Ｖ１，Ｖ２が印加される。
【００９６】
電圧波形Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ次のように表される。
【００９７】
Ｖ１＝Ｖｏｆｆ１＋Ｖ１Ａsinωｔ
Ｖ２＝Ｖｏｆｆ２＋Ｖ２Ａsin（ωｔ＋φ）
上記の式中、Ｖ１ＡとＶ２Ａはそれぞれ電圧振幅、ωは角周波数、ｔは時間、φは位相差である。
【００９８】
図５の例では、Ｖ１Ａ＝Ｖ２Ａ、φ＝１８０°を満たす電圧波形を印加した。オフセット電圧Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２は任意である。オフセット電圧は、例えば、Ｖ１，Ｖ２が圧電体の分極反転電圧を超えないように設定するのが好ましい。分極反転電圧とは、抗電界に対応する電圧である。図５では、電圧波形Ｖ１におけるオフセット電圧Ｖｏｆｆ１と、電圧波形Ｖ２におけるオフセット電圧Ｖｏｆｆ２とは同じ電圧値Ｖｏｆｆ（＝Ｖｏｆｆ１＝Ｖｏｆｆ２）とした。
【００９９】
このように逆位相の電圧波形Ｖ１，Ｖ２を印加することにより、圧電体１６６の逆圧電効果により、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とに撓み変形が生じる。電圧波形の周波数を、第一トーションバー部２０及び第二トーションバー部２２に傾き変位が生じるような共振モードに対応する共振周波数と一致させることにより、ミラー部１２に大きな傾き変位が生じ、広い範囲をスキャンすることができる。
【０１００】
なお、図４の例では、圧電体層を電極部の単位で分離（分割）せずに、１枚の（単一）の圧電体膜として用いているが、発明の実施に際しては、電極部の分割形態に合わせて、圧電体１６６も分割されていてもよい。圧電体１６６は上下の電極で挟まれている部分が駆動力発生部若しくは応力検出部（センサ部）として機能するため、このような圧電変換部（圧電素子部）としての動作に直接的に寄与しない不要な圧電体部分（上部電極が存在しない部分など）を除去することができる。不要な圧電体部分を除去して圧電変換部の単位で圧電体を分離することにより、アクチュエータ部の剛性が低下し、アクチュエータ部が変形しやすくなる。
【０１０１】
＜共振モード振動における駆動時の応力分布と電極部の配置形態の関係について＞
図６は共振駆動時における第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の圧電体の変位分布を模式的に示した斜視図である。図６では、第一アクチュエータ部３０は「＋ｚ軸方向」に変位し、第二アクチュエータ部４０は「−ｚ軸方向」に変位している様子が示されている。図６中の矢印Ｂ１と矢印Ｂ２で示した部分はｚ軸方向のアクチュエータ変位が最も大きくなる部分である。
【０１０２】
図６では、図示の都合上、ｚ軸方向の相対的な変位量をドットスクリーンのパターンの違いで示した。図６中、ｚ軸方向の相対的な変位量の表記に関して、＋ｚ軸方向の最大変位量（つまり最大値）を100％、−ｚ軸方向の最大変位量（つまり最小値）を−100％として記載した。
【０１０３】
また、図７は、図６に示した共振駆動時における第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の圧電体における主応力の方向の分布を模式的に示したものである。
【０１０４】
共振モード振動による駆動状態において第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０とが図６及び図７に示した撓み変形の状態にある場合、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０の内部の圧電体１６６には引っ張り方向の応力（引張応力）がかかる部分（符号１７１、１７３Ａ、１７３Ｂ）と、圧縮方向の応力（圧縮応力）がかかる部分（図７の符号１７２Ａ、１７２Ｂ、１７４）とが生じる（図６参照）。このような応力分布に基づき、互いに逆方向の応力が発生する圧電体領域の区分けに対応させて、上部電極が分割され、各電極部（５１、６３Ａ、６３Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、６４）が配置される。
【０１０５】
ここでいう「圧縮応力」、「引張応力」とは、互いに直交する三つの主応力ベクトルの中から圧電体１６６の膜厚方向に略直交する平面内の二つの主応力を選び出し、そのうち絶対値が大きい方の方向（最大主応力の方向）で定義する。膜厚方向をｚ軸に取った場合において、膜厚方向に略直交する平面内の二つの主応力とは、x-y平面内に生じる応力であり、図７においてσ１とσ２が該当する。これらx-y平面内の主応力ベクトルのうち、成分の絶対値が最も大きい方向は、図７ではσ２の方向である。応力方向の表記方法としては、外に向かう方向のベクトルを引張方向、内に向かう方向のベクトルを圧縮方向と定義する。
【０１０６】
このように定義する理由は、概して圧電ＭＥＭＳデバイスではアクチュエータ部の寸法が平面的であり、膜厚方向の応力σ３がほぼ０とみなせるためである。「寸法が平面的」とは、平面方向の寸法に比べて高さが十分小さいことを意味する。「互いに逆方向の応力」とは、上記の定義に基づいて判断されるものである。上述した「x-y平面」の面方向が「圧電体の膜厚方向に直交する面内方向」に相当する。
【０１０７】
なお、図７において、引張方向の応力が生じる部分である引張応力領域１７１，１７３Ａ，１７３Ｂと圧縮方向の応力が生じる部分である圧縮応力領域１７２Ａ，１７２Ｂ，１７４との境界の部分（符号１７６，１７７，１７８，１７９）には応力の方向が徐々に（連続的に）変化していく過渡的な領域である中間領域が存在する。
【０１０８】
図７に示すような、応力分布に対応して、応力方向が異なる圧電体部の領域（符号１７１，１７２Ａ，１７２Ｂ，１７３Ａ，１７３Ｂ，１７４）に対して、それぞれ第一電極部５１、第二電極部５２Ａ，５２Ｂ、第三電極部６３Ａ，６３Ｂ、第四電極部６４が配置される。
【０１０９】
すなわち、図７における引張応力領域１７１に対して第一電極部５１が設けられ、圧縮応力領域１７２Ａに対して第二電極部５２Ａが設けられ、圧縮応力領域１７２Ｂに対して第二電極部５２Ｂが設けられる。同様に、引張応力領域１７３Ａに対して第三電極部６３Ａが設けられ、引張応力領域１７３Ｂに対して第三電極部６３Ｂが設けられ、圧縮応力領域１７４に対して第四電極部６４が設けられる。各中間領域１７６、１７７、１７８、１７９に対応してそれぞれ絶縁部５５、５７、６５、６７（図３参照）が形成される。
【０１１０】
共振モード振動による動作時（共振駆動時）の応力分布については、公知の有限要素法のソフトウエアを用い、デバイス寸法、材料のヤング率、デバイス形状等のパラメータを与え、モード解析法を使って解析することができる。デバイスの設計に際しては、共振モードによる駆動時の圧電体内の応力分布を解析し、その解析結果を基に、応力分布における圧縮応力領域、引張応力領域の区分に対応させて、上部電極の領域を区分けして、第一電極部５１、第二電極部５２Ａ，５２Ｂ、第三電極部６３Ａ，６３Ｂ、第四電極部６４の配置形態が決定される。
【０１１１】
また、応力方向が共通する領域に対応した電極部のグループという観点で、電極部を二つのグループに分けることができる。第一電極部５１と第三電極部６３Ａ，６３Ｂは第一グループ（第一電極群）に属し、第二電極部５２Ａ，５２Ｂと第四電極部６４は第二グループ（第二電極群）に属す。
【０１１２】
このように分割された電極部の配置形態において、同じ応力方向の領域に対応する電極部に対して同位相の駆動電圧を印加し、異なる応力方向（逆方向の応力）の領域に対応する電極部に対しては、異なる位相の（好ましくは逆位相の）駆動電圧を印加することにより、最も効率よく、圧電力を傾き変位に変換することができる。
【０１１３】
第一アクチュエータにおいて、図７のように、発生応力方向が異なる部分に対応させて第一電極部と第二電極部を配置することにより、最も効率良く圧電力を変位に変換できる。また、第二アクチュエータにおいても同様に、発生応力方向に応じて第三電極部、第四電極部を配置することにより、最も効率良く圧電力を変位に変換できる。
【０１１４】
なお、図３及び図４では、第一電極部５１と第三電極部６３Ａ，６３Ｂに対して電圧波形Ｖ１を印加し、第二電極部５２Ａ，５２Ｂと第四電極部６４に対して、Ｖ１と逆位相の電圧波形Ｖ２を印加する例を示したが、第一電極部５１と第三電極部６３Ａ，６３Ｂに対して電圧波形Ｖ２を印加し、第二電極部５２Ａ，５２Ｂと第四電極部６４に対して電圧波形Ｖ１を印加することも可能である。
【０１１５】
また、第一電極部５１、第二電極部５２Ａ，５２Ｂ、第三電極部６３Ａ，６３Ｂ及び第四電極部６４のすべてを駆動用の電極として用いる態様の他、これらのうち一部の電極部をセンシング用（検出用）の電極として利用する態様も可能である。また、各電極部（５１，５２Ａ，５２Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ，６４）は、それぞれが単数の電極から構成される態様に限らず、電極部（５１，５２Ａ，５２Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ，６４）のうち、少なくとも一つの電極部が複数の電極から構成されていてもよい。
【０１１６】
＜デバイスの利用形態及び変形例について＞
以下、本発明の実施形態によるマイクロミラーデバイスの駆動方法の例を説明する。
【０１１７】
〔利用例１〕
図８は、第一電極部５１、第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、第三電極部６３Ａ、６３Ｂ及び第四電極部６４のすべての電極部を駆動用の電極として用いる例である。上部電極１６８としての各電極部（５１、５２Ａ、５２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６４）と、下部電極１６４（図４参照）との間に圧電体１６６が介在する部分がそれぞれ圧電素子部として動作する。本例では、すべての電極部を駆動用の電極（駆動電極）として用い、各圧電素子部がすべて駆動力発生部として機能する。
【０１１８】
この場合、図８に示すように、第一アクチュエータ部３０の第一電極部５１、第二アクチュエータ部４０の第三電極部６３Ａ、６３Ｂの電極群に対して同じ電圧波形Ｖ１を印加し、第一アクチュエータ部３０の第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、第二アクチュエータ部４０の第四電極部６４の電極群に対して、Ｖ１と逆位相の電圧波形Ｖ２を印加する。各電極部（５１、５２Ａ、５２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６４）に対応したそれぞれの圧電素子部をすべて駆動力発生部として用いることにより、大きな変位角を実現できる。
【０１１９】
なお、「同位相」という表現は、位相差０°に限らず、実用上問題にならない程度に実質的に同位相として取り扱うことができる位相差（例えば、±１０°）の許容範囲を含むものである。また、「逆位相」という表現についても、位相差１８０°に限らず、実用上問題にならない程度に実質的に逆位相として取り扱うことができる位相差（例えば、１８０°±１０°）の許容範囲を含むものである。
【０１２０】
駆動力発生部として機能する複数の圧電素子部について、素子間で動作性能を調整するために、各圧電素子部に印加する駆動電圧の電圧振幅や位相差を適宜調整することがある。このような調整の範囲で電圧振幅や位相差を変更する場合も本発明の実施の範囲に含まれる。
【０１２１】
〔利用例２〕
図９は、第一電極部５１、第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、第三電極部６３Ａ、６３Ｂ及び第四電極部６４のうち一部の電極部を応力検出のためのセンシング（検出）用の電極として用いる例である。圧電変換部の電極対としての上部電極と下部電極の間を電気的開放状態（すなわち、「オープン状態」と同義）に設定すれば、圧電体１６６の正圧電効果によって発生する電位差を検出することで、駆動中の応力を検出することができる。
【０１２２】
図９では、第二電極部５２Ａ、５２Ｂと第三電極部６３Ａ、６３Ｂを検出用の電極として用い、他の電極部を駆動用の電極として用いる例を示した。
【０１２３】
検出用の電極はフローティング電位とし、圧電体１６６の圧電効果（正圧電効果）によって発生する電圧を検出する。図９において「ｓ１」と「ｓ２」で示した電極はセンシング用の信号を取り出すための検出電極であり、フローティング電位に設定されている電極を表している。フローティング電位に設定することは、電気的開放状態に設定することと同義である。
【０１２４】
このように、複数の電極部のうち一部の電極部を電圧検出部として用いれば、圧電体の正圧電効果によって発生した電圧を検出することができ、その検出した電圧信号（検出信号）からアクチュエータ部の応力を検出することができる。つまり、電圧検出部は応力検出部として機能する。これにより、ミラー部１２の駆動中に、ミラー部１２の駆動状態をモニタリングし、共振状態の維持などを可能とするフィードバック駆動回路を構成することができる。
【０１２５】
図９で例示したように、圧電アクチュエータ部１６を構成する各アクチュエータ部（３０、４０）について、それぞれ少なくとも一つの電圧検出部を設ける形態が好ましい。このように、アクチュエータ部ごとに電圧検出部を設けることにより、アクチュエータ部ごとに動作状態を把握することができるため、検出信号を基に適切な駆動電圧の印加制御が可能となり、より安定した共振駆動を実現できる。
【０１２６】
〔利用例３〕
図１０は、図８で説明した第一電極部５１と第四電極部６４のそれぞれをさらに複数の電極に分割した例である。図１０では、第一電極部５１を第一アクチュエータ部３０の長さ方向に三つの電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃに分割し、第四電極部６４を第二アクチュエータ部４０の長さ方向に三つの電極６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃに分割した例が示されている。
【０１２７】
第一電極部５１を構成している複数の電極５１Ａ〜５１Ｃのうち、中央に配置される電極５１Ｂをフローティング電位として電圧検出部（センシング用電極）として用い、残りの（左右両側の）電極５１Ａ、５１Ｃを駆動電圧印加部（すなわち、駆動力発生部）として用いる。
【０１２８】
同様に、第四電極部６４を構成している複数の電極６４Ａ〜６４Ｃのうち、中央に配置される電極６４Ｂをフローティング電位として電圧検出部（センシング用電極）として用い、残りの（左右両側の）電極６４Ａ，６４Ｃを駆動電圧印加部（すなわち、駆動力発生部）として用いる。
【０１２９】
これにより、電圧検出部に割く電極領域を最小限に抑え、高いスキャン角度を保ちつつ、応力検出が可能となる。
【０１３０】
図１０では、第一電極部５１と第四電極部６４のそれぞれをさらに分割する形態を説明したが、これに代えて、又は、これと組み合わせて、第二電極部５２Ａ、５２Ｂや第三電極部６３Ａ、６３Ｂをさらに複数の電極に分割する形態も可能である。このように、第一電極部５１から第四電極部６４のいずれかをさらに分割し、その中のいずれかを応力検出部とし、残りを電圧印加部として用いることで、応力検出に割く部分を最小限に抑え、高いスキャン角度を保ちつつ応力検出が可能となる。
【０１３１】
＜実施例１の製造方法＞
実施例１として以下に示す製造方法により、マイクロミラーデバイスを作製した。
【０１３２】
〔手順１〕ハンドル層350マイクロメートル［μｍ］、ボックス層1マイクロメートル［μｍ］、デバイス層24マイクロメートル［μｍ］の積層構造を持つＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に、スパッタ法で基板温度３５０℃にてＴｉ層を３０ナノメートル[ｎｍ]、Ｉｒ層を１５０ナノメートル［ｎｍ］形成した。Ｔｉ層（３０ｎｍ）とＩｒ層（１５０ｎｍ）の積層体による導電層が図４で説明した「下部電極１６４」に相当する。
【０１３３】
〔手順２〕手順１で下部電極（Ｔｉ／Ｉｒ）が積層形成された基板上に、高周波（ＲＦ；radio frequency）スパッタ装置を用いて圧電体（ＰＺＴ）層を２．５マイクロメートル［μｍ］成膜した。
【０１３４】
成膜ガスは９７．５％Ａｒと２．５％Ｏ２の混合ガスを用い、ターゲット材料としてはＰｂ1.3((Ｚｒ0.52 Ｔｉ0.48)0.88Ｎｂ0.12)Ｏ3の組成のものを用いた。成膜圧力は２．２ ミリトール［mTorr］（約0.293Ｐａ）、成膜温度は４５０℃とした。得られたＰＺＴ層は、Ｎｂが原子組成比で１２％添加されたＮｂドープＰＺＴ薄膜であった。
【０１３５】
作成したＰＺＴ薄膜中に含まれるＰｂ組成比を蛍光Ｘ線元素分析法（ＸＲＦ；X-ray Fluorescence Analysis）によって測定したところ、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比として1.05であった。つまり、このときの化学式は、Ｐｂａ(Ｚｒｘ,Ｔｉｙ，Ｎｂｂ-Ｘ-ｙ)ｂＯｃで表される「ｂ＝１」として、ａ＝1.05である。
【０１３６】
このように、実際に得られたペロブスカイト構造のＰＺＴ薄膜中に含まれるＰｂ量「ａ」の割合は、格子間原子や欠陥などの存在により、「1.00」以外の値を取り得る。また、同様の理由により、Ｏ原子の割合ｃについても、「3.00」以外の値を取り得る。
【０１３７】
〔手順３〕手順２によりＰＺＴ層が形成された基板上に、リフトオフ法によってＰｔ／Ｔｉの積層構造による上部電極をパターン形成し、ＩＣＰ（inductively coupled plasma；誘導結合プラズマ）ドライエッチングによってＰＺＴ薄膜をパターンエッチングした。
【０１３８】
〔手順４〕その後、シリコンのドライエッチプロセスによってデバイス層をパターンエッチングし、アクチュエータ部、ミラー部、及び固定フレームの形状を加工した。
【０１３９】
〔手順５〕次に、基板の裏面からハンドル層を深堀エッチング(Deep RIE；Reactive Ion Etching)した。
【０１４０】
〔手順６〕最後に、裏面からボックス層をドライエッチングにより除去することにより、図３のような構成のマイクロミラーデバイスを作製した。
【０１４１】
本実施例では、ＰＺＴ薄膜をスパッタ法により基板に直接成膜し、その後ドライエッチング加工することで形成している。このように、圧電体を薄膜化することで作製プロセスを簡便にし、かつ微細なパターニングが可能になる。これによって歩留まりが大幅に向上するとともにデバイスのさらなる小型化に対応することができる。
【０１４２】
ただし、本発明の実施に際して、アクチュエータ部の圧電体は、薄膜圧電体に限ったものではく、バルク圧電体を振動板に貼りつけてユニモルフアクチュエータを形成したり、二つの極性の異なる圧電体を貼りあわせてバイモルフアクチュエータとしても良い。
【０１４３】
＜実施例１の寸法例＞
実施例１に係るデバイスの形状の一例として、図１１に実施例１の各寸法の具体例を示す。図１１に示した各寸法ａ〜ｇについて、a＝0.05ｍｍ、b＝1.0ｍｍ、c＝4.0ｍｍ、d＝1.32ｍｍ、e＝2.96ｍｍ、f＝0.08ｍｍ、g＝0.48ｍｍである。このとき、スキャンに用いる共振モードの共振周波数は3400Ｈｚ周辺である。
【０１４４】
寸法ａは基端部（１６４Ａ，１６４Ｂ）のｘ軸方向の長さである。寸法ｂはアクチュエータ部（３０，４０）におけるビーム（梁）部分のｘ軸方向の幅寸法である。寸法ｃはトーションバー部（２０、２２）のｘ軸方向の長さである。寸法ｄはミラー部１２のｘ軸方向の幅寸法である。寸法ｅはミラー部１２のｙ軸方向の長さである。寸法ｆはトーションバー部（２０、２２）のｙ軸方向の幅寸法である。寸法ｇは基端部（１６４Ａ，１６４Ｂ）のｙ軸方向の幅寸法である。
【０１４５】
＜比較例１＞
実施例１と全く同じ基板（ＳＯＩ基板）、製造プロセス方法にて、図１２に示すような比較例１に係るマイクロミラーデバイスを作製した。
【０１４６】
図１２に示すデバイス２１０において、図３の構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１２に示す比較例１のデバイス２１０は、第一アクチュエータ部３０と第二アクチュエータ部４０のそれぞれの上部電極がそれぞれ単一の電極部２５１、２６４しか持たない構造となっている。図１２は、これら二つの電極部２５１、２６４を駆動用の電極として用いる例である。第一アクチュエータ部３０の電極部２５１に対して電圧波形Ｖ１を印加し、第二アクチュエータ部４０の電極部２６４に対して、Ｖ１と逆位相の電圧波形Ｖ２を印加する構成とすることができる。
【０１４７】
図１２のようなデバイス形態において応力検出を行う場合は、図１３に示すように、二つの電極部２５１、２６４のうちいずれか一方の電極部を検出用（センシング）として利用する。図１３では、第二アクチュエータ部４０の電極部２６４をセンシングに用いる例が示されている。センシングに用いる電極部２６４はフローティング電位に設定され、圧電体の正圧電効果によって生じる電圧を検出する。図１３において「ｓ」で示した電極はセンシング用の信号を取り出すための検出電極であり、フローティング電位に設定されている電極を表している。
【０１４８】
＜デバイスの動作評価実験＞
実施例１で作製したデバイスと比較例１で作製したデバイスの動作性能を比較する実験を行った。図１４は実験対象のデバイスにおける駆動電圧とスキャン角度の関係を示したグラフである。
【０１４９】
実験対象として「実施例１（駆動のみ）」、「実施例１（角度センシングあり）」、「比較例１（駆動のみ）」、「比較例１（角度センシングあり）」の４種類のデバイスを評価した。「実施例１（駆動のみ）」は図８、「実施例１（角度センシングあり）」は図９、「比較例１（駆動のみ）」は図１２、「比較例１（角度センシングあり）」は図１３の形態にそれぞれ対応している。
【０１５０】
また、デバイスの寸法については、いずれも図１１で例示したものである。
【０１５１】
各デバイスにおいて駆動用の電極部に電圧振幅ＶＰＰの正弦波による電圧波形Ｖ１，Ｖ２を入力し、ミラー部１２の回転運動を伴う共振振動を誘起させ、ミラー部１２の機械振れ角をレーザーのスキャン角度で測定した。駆動電圧の印加方法について、「実施例１（駆動のみ）」と「実施例１（角度センシングあり）」のデバイスは、それぞれ図８、図９の説明に準ずる。「比較例１（駆動のみ）」と「比較例１（角度センシングあり）」のデバイスは、それぞれ図１２、図１３の説明に準ずる。
【０１５２】
実験の結果を図１４に示す。図１４の横軸は電圧振幅（単位はボルト[V]）、縦軸は光学スキャン角度（単位は度[deg]）を示している。
【０１５３】
図１４から明らかなように、一つのアクチュエータ部内に複数の電極部を内包する実施例１のデバイスは、比較例１のデバイスに比べて高いスキャン角度が得られている。また、一部の電極部をセンシングに利用する応力検出部を設けた場合でも、実施例１のデバイスは比較例１のデバイスと比較して高いスキャン角度が保たれていることが確認できた。
【０１５４】
＜圧電材料について＞
本実施形態に好適な圧電体としては、下記の一般式（Ｐ−１）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物を含むものが挙げられる。
【０１５５】
一般式  ＡＢＯ３・・・（Ｐ−１）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
【０１５６】
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｓｉ及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
【０１５７】
Ｏ：酸素元素。
【０１５８】
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
【０１５９】
上記一般式（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ビスマスフェライト等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【０１６０】
また、本実施形態の圧電体膜は、下記一般式（Ｐ−２）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（Ｐ−２）を含むことが好ましい。
【０１６１】
一般式  Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ−２）
式中、ＡがＡサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素である。
【０１６２】
Ｍが、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
【０１６３】
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
【０１６４】
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
【０１６５】
ペロブスカイト型酸化物（Ｐ−２）は、真性ＰＺＴ、或いはＰＺＴのＢサイトの一部がＭで置換されたものである。被置換イオンの価数よりも高い価数を有する各種ドナーイオンを添加したＰＺＴでは、真性ＰＺＴよりも圧電性能等の特性が向上することが知られている。Ｍは、４価のＺｒ，Ｔｉよりも価数の大きい１種又は２種以上のドナーイオンであることが好ましい。かかるドナーイオンとしては、Ｖ５＋，Ｎｂ５＋，Ｔａ５＋，Ｓｂ５＋，Ｍｏ６＋，及びＷ６＋等が挙げられる。
【０１６６】
ｂ−ｘ−ｙは、ペロブスカイト構造を取り得る範囲であれば特に制限されない。例えば、ＭがＮｂである場合、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０５以上０．２５以下であることが好ましく、０．０６以上０．２０以下であることがより好ましい。
【０１６７】
上述の一般式（Ｐ−１）及び（Ｐ−２）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜は、高い圧電歪定数（ｄ３１定数）を有するため、かかる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、変位特性の優れたものとなる。
【０１６８】
また、一般式（Ｐ−１）及び（Ｐ−２）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、リニアリティの優れた電圧―変位特性を有している。これらの圧電材料は、本発明を実施する上で良好なアクチュエータ特性、センサ特性を示すものである。なお、一般式（Ｐ−２）で表されるペロブスカイト型酸化物の方が一般式（Ｐ−１）で表されるものよりも圧電定数が高くなる。
【０１６９】
本実施形態における圧電体の一具体例として、例えば、Ｎｂを原子組成百分率で１２％ドープしたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜を用いることができる。スパッタリング法等によってＮｂを１２％ドープしたＰＺＴを成膜することにより、圧電定数ｄ３１＝２５０ｐｍ／Ｖという高い圧電特性を持つ薄膜を安定的に作製できる。
【０１７０】
なお、本実施例ではアクチュエータ部（駆動力発生部、応力検出部）に用いる圧電体材料としてＰＺＴを選択したが、この材料に限定する必要はない。例えば、ＢａＴｉＯ３、ＫＮａＮｂＯ３、ＢｉＦｅＯ３などの非鉛圧電体を用いることもできるし、ＡｌＮ、ＺｎＯ２などの非ペロブスカイト圧電体を用いることも可能である。
【０１７１】
＜成膜方法について＞
圧電体の成膜方法としては気相成長法が好ましい。例えば、スパッタリング法の他、イオンプレーティング法、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ； Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ；Pulse Laser Deposition）など、各種の方法を適用し得る。また、気相成長法以外の方法（例えば、ゾルゲル法など）を用いることも考えられる。気相成長法やゾルゲル法などにより基板上に圧電薄膜を直接成膜する構成が好ましい。特に、本実施形態の圧電体１６６としては、１μｍ以上１０μｍ以下の膜厚の薄膜であることが好ましい。
【０１７２】
＜駆動電圧の波形について＞
上述した実施例１においては、駆動電圧の電圧波形Ｖ１，Ｖ２として、図５に示したように、互いに逆位相（φ＝１８０°）としたが、位相差は１８０°からある程度シフトしていても良い。例えば、目的とする共振振動以外の成分（ノイズ振動）が生じた場合、これを消去するためにＶ１、Ｖ２間の位相差を１８０°から少量シフトさせることが有効な場合がある。
【０１７３】
図１５にＶ１,Ｖ２間の位相差と相対変位角の関係を示す。変位角は、Ｖ１とＶ２の位相差が１８０°（互いに逆位相）の際に最大となり、位相差０°（互いに同位相）の際に最小となる。一般的には、変位角を十分に得るために位相差を９０°≦φ≦２７０°の範囲にすることが好ましい。また、位相差を１３０°≦φ≦２３０°の範囲とすることがさらに好ましい。
【０１７４】
本発明の実施に際して、駆動波形の種類は２種類以上であってもよい。例えば、図１６に示すように、第一電極部５１に印加する電圧波形をＶ１１、第二電極部５２Ａ、５２Ｂに印加する電圧波形をＶ１２、第三電極部６３Ａ、６３Ｂに印加する電圧波形をＶ２１、第四電極部６４印加する電圧波形をＶ２２とすることができる。
【０１７５】
これら４種類の駆動電圧として、例えば、下記の波形を用いることができる。
【０１７６】
Ｖ１１＝Ｖｏｆｆ１１＋Ｖ１１Ａsinωｔ
Ｖ１２＝Ｖｏｆｆ１２＋Ｖ１２Ａsin（ωｔ＋φ）
Ｖ２１＝Ｖｏｆｆ２１＋Ｖ２１Ａsinωｔ
Ｖ２２＝Ｖｏｆｆ２２＋Ｖ２２Ａsin（ωｔ＋φ）
上記の式中、Ｖ１１Ａ、Ｖ１２Ａ、Ｖ２１Ａ、Ｖ２２Ａはそれぞれ電圧振幅、ωは角周波数、ｔは時間、φは位相差である。位相差φは、９０°≦φ≦２７０°の範囲であり、より好ましくは１３０°≦φ≦２３０°の範囲とする。
【０１７７】
Ｖ１１Ａ、Ｖ１２Ａ、Ｖ２１Ａ、Ｖ２２Ａは、０以上の任意の値を取りうる。Ｖ１１Ａ、Ｖ１２Ａ、Ｖ２１Ａ、Ｖ２２Ａは、すべて異なる値に設定することが可能であるし、一部又は全てを同じ値に設定することも可能である。また、上式ではＶ１１とＶ２１の位相は一致し、Ｖ１２とＶ２２の位相は一致しているが、これらの位相は完全に一致している必要はなく、±10°程度のわずかな位相ずれは許容される。
【０１７８】
また、印加電圧は正弦波に限定されず、方形波、三角波などの周期波形も適用可能である。
【０１７９】
＜駆動電圧の供給手段（駆動制御部）について＞
図１７はデバイスの駆動に用いられる制御系の構成例を示す図である。ここでは、図１０で示したデバイス形態の制御系を例示した。図１０で説明したデバイス形態の場合、図１７に示すように、駆動用に用いられる第一アクチュエータ部３０の第一電極部５１における電極５１Ａ、５１Ｃ、第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、並びに、第二アクチュエータ部４０の第三電極部６３Ａ、６３Ｂ、第四電極部６４の電極６４Ａ、６４Ｃのそれぞれは、駆動回路３１０の対応する電圧出力端子に接続される。第一アクチュエータ部３０の第一電極部５１の電極５１Ａ、５１Ｃと第二アクチュエータ部４０の第三電極部６３Ａ、６３Ｂには駆動回路３１０から駆動用の電圧波形Ｖ１が供給される。
【０１８０】
第一アクチュエータ部３０の第二電極部５２Ａ、５２Ｂ、並びに、第二アクチュエータ部４０の第四電極部６４の電極６４Ａ、６４Ｃには駆動回路３１０から駆動用の電圧波形Ｖ２が供給される。なお、図１７では、同じ駆動電圧を印加する電極部を並列に接続しているが、電極部ごとに個別に駆動電圧を供給する構成を採用してもよい。
【０１８１】
駆動回路３１０は、ミラー部１２（図３参照）が回転軸ＲＡを中心に回転運動を行う共振モードの共振周波数fxの付近でミラー部１２を共振駆動させる駆動電圧の電圧波形Ｖ１，Ｖ２を供給する。なお、共振駆動においては、駆動電圧の周波数をデバイスの共振周波数に完全に一致させたときに変位量が最も大きくなる。しかしながら、この場合、振動が安定化するまでに時間がかかる、温度などの影響で共振周波数がわずかに変化したときに大きく変位量が低下する、などの欠点も存在する。このことを鑑みて、必要な変位量を確保できる範囲で、共振周波数からわずかにシフトさせた周波数で駆動する場合もある。「共振周波数fxの付近」とは、共振周波数fxと一致する周波数、又は、必要な変位量を確保できる範囲で、共振周波数fxからわずかにシフトさせた周波数を含むことを意味する。
【０１８２】
また、センシングに用いる第一アクチュエータ部３０の電極５１Ｂと、第二アクチュエータ部４０の電極部６４Ｂのそれぞれは、検出回路３１２に接続されている。なお、下部電極１６４は駆動回路３１０及び検出回路３１２の共通端子（Ｖ０端子、例えば、グランド端子）に接続される。それぞれの電極は、図示せぬ基板上のパターン配線部やワイヤーボンディングなどの配線部材を介して駆動回路３１０又は検出回路３１２に接続される。
【０１８３】
センシング用の電極５１Ｂと電極６４Ｂから検出回路３１２を介して電圧信号を検出し、その検出結果は制御回路３１４に通知される。制御回路３１４は、検出回路３１２から得られる信号を基に、共振を維持するように、駆動回路３１０に対して制御信号を送り、第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０への駆動電圧の印加を制御する。
【０１８４】
例えば、圧電アクチュエータ部に印加した駆動電圧の波形と、応力検出部（センサ部）から検出した波形の位相が所定の値になるように、駆動回路３１０にフィードバックをかけ、共振を維持する。制御回路３１４は、ミラー部１２の応力検出部から得られる検出信号を基に、圧電アクチュエータ部に印加する電圧若しくは駆動周波数を制御する。
【０１８５】
このようなフィードバック制御回路を検出回路３１２内に組み込むことができる。また、駆動回路３１０、検出回路３１２、及び制御回路３１４をまとめて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のような集積回路で構成することができる。
【０１８６】
＜実施形態の作用効果について＞
上述した実施形態によれば、アクチュエータ部の変形時に圧電体内に生じる応力の分布に合わせて電極部が配置されているため、アクチュエータ部を効率よく駆動することができ、従来構成と比較して、より大きなミラー傾斜角を得ることができる。
【０１８７】
また、本発明の実施形態によれば、従来構成と比較して、変位効率が向上しているため、一部の電極を応力検出用に利用する場合であっても、十分な変位角度を得ることができる。
【０１８８】
＜圧電アクチュエータ部の他の形態例について＞
図１８は、第三実施形態に係るマイクロミラーデバイスの要部の構成を示す平面図である。図１８に示すマイクロミラーデバイス４１０において、図１で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、図１８では固定フレーム１８（図１参照）の図示を省略した。マイクロミラーデバイス４１０は「ミラー駆動装置」の一形態に相当する。
【０１８９】
図１８に示すマイクロミラーデバイス４１０の第一アクチュエータ部３０は、ｘ軸方向の両側の端部である第一基端部３６Ａと３６Ｂとの間をつなぐ可動部３８が概ね等脚台形の上底と二つの脚に対応した三辺に沿った形状を有している。同様に、マイクロミラーデバイス４１０の第二アクチュエータ部４０は、ｘ軸方向の両側の端部である第二基端部４６Ａと４６Ｂとの間をつなぐ可動部４８が概ね等脚台形の上底と二つの脚に対応した三辺に沿った形状を有している。
【０１９０】
図１８のようなアクチュエータ形状の第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０を採用することができる。
【０１９１】
第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０のアクチュエータ形状については、様々な形態が可能である。図１、図３及び図１８で例示したように、第一アクチュエータ部３０におけるｘ軸方向の両側の基端部のうち一方の側の第一基端部３６Ａから、他方の側の第一基端部３６Ｂに至る可動部３８がミラー部１２を迂回する形状を有し、かつ、第二アクチュエータ部４０におけるｘ軸方向の両側の基端部のうち一方の側の第二基端部４６Ａから、他方の側の第二基端部４６Ｂに至る可動部４８がミラー部１２を迂回する形状を有する構成の様々な形態を設計可能である。
【０１９２】
＜ミラー支持部の変形例について＞
上述した実施形態では、第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２は、ミラー部１２の回転軸ＲＡと一致する位置に接続されており、ミラー部１２の外側に向かって回転軸ＲＡの軸方向に延設される形態となっている。また、図３では、ミラー部１２の回転軸ＲＡと一致する位置に第一トーションバー部２０と第二トーションバー部２２を接続した例を示したが、トーションバー部の接続位置は厳密に回転軸ＲＡと一致していなくてもよく、また、必ずしも１箇所で接続されている形態に限定されず、複数箇所で接続されていてもよい。
【０１９３】
例えば、ミラー部１２の長手方向の略中央部分（設計上の真の中央点に限らずその周辺近傍）が回転軸ＲＡとなる場合に、回転軸ＲＡと略一致する位置の一箇所にトーションバーを接続し、これを支持する態様の他、当該略中央部分と把握される範囲内で回転軸ＲＡの位置を挟んで軸対称に２箇所以上の位置でトーションバーを接続する構造も可能である。
【０１９４】
＜応用例＞
本発明のミラー駆動装置は、レーザー光等の光を反射して光の進行方向を変える光学装置として様々な用途に利用できる。例えば、光偏向器、光走査装置、レーザープリンタ、バーコード読取機、表示装置、各種の光学センサ（測距センサ、形状測定センサ）、光通信装置、レーザープロジェクタ、光干渉断層画像診断装置などに広く適用することができる。また、本発明は、光を反射する用途に限らず、音波を反射する用途のミラーデバイスにも応用できる。
【０１９５】
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有するものにより、多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【０１９６】
１０…マイクロミラーデバイス、１２…ミラー部、１２Ｃ…反射面、１３…変形防止フレーム、１４…ミラー支持部、１５…ミラー部、１６…圧電アクチュエータ部、１８…固定フレーム、２０…第一トーションバー部、２２…第二トーションバー部、３０…第一アクチュエータ部、３２，３４…接続部、３２Ａ，３４Ａ…連結部分、３６Ａ，３６Ｂ…第一基端部、３８…可動部、４０…第二アクチュエータ部、４２，４４…接続部、４２Ａ，４４Ａ…連結部分、４６Ａ，４６Ｂ…第二基端部、４８…可動部、５１…第一電極部、５２Ａ，５２Ｂ…第二電極部、６３Ａ，６３Ｂ…第三電極部、６４…第四電極部、１１０…マイクロミラーデバイス、１３２，１３４…連結部分、１４２…連結部、１４４…連結部、１６０…振動板、１６４…下部電極、１６６…圧電体、１６８…上部電極、３１０…駆動回路、３１２…検出回路、３１４…制御回路、４１０……マイクロミラーデバイス
【図１】
2016052548.tif 000003
【図２】
2016052548.tif 000004
【図３】
2016052548.tif 000005
【図４】
2016052548.tif 000006
【図５】
2016052548.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016052548.tif 000009
【図８】
2016052548.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2016052548.tif 000013
【図１２】
2016052548.tif 000014
【図１３】
2016052548.tif 000015
【図１４】
2016052548.tif 000016
【図１５】
2016052548.tif 000017
【図１６】
2016052548.tif 000018
【図１７】
2016052548.tif 000019
【図１８】
2016052548.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月4日(2017.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部に連結され、前記ミラー部を回転軸の周りに回動可能に支持するミラー支持部と、
前記ミラー支持部に連結され、前記ミラー部を前記回転軸の周りに回動させる駆動力を発生させる圧電アクチュエータ部と、
前記圧電アクチュエータ部を支持する固定部と、を備えるミラー駆動装置であって、
前記圧電アクチュエータ部は、駆動電圧の印加による圧電体の逆圧電効果によって変形する第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部を備え、
前記第一アクチュエータ部は、前記圧電体の膜厚方向に直交する方向であって、かつ前記回転軸の軸方向と直交する直交方向に前記回転軸を挟む前記回転軸の前記直交方向の両側のうち一方の側に配置され、前記第二アクチュエータ部は前記両側のうち他方の側に配置され、
前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部のそれぞれは前記ミラー支持部と連結されており、
前記第一アクチュエータ部と前記ミラー支持部との連結部分である第一連結部に対して前記第一アクチュエータ部における前記軸方向の反対側に位置する第一基端部と、前記第二アクチュエータ部と前記ミラー支持部との連結部分である第二連結部に対して前記第二アクチュエータ部における前記軸方向の反対側に位置する第二基端部とが前記固定部に固定された構成によって、前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部のそれぞれは両持ち梁構造で前記固定部に支持されており、
前記第一アクチュエータ部は、前記軸方向の両側の端部にそれぞれ前記第一基端部を有し、
前記第一アクチュエータ部の前記両側の端部のうち一方の側の第一基端部から、他方の側の第一基端部に至る可動部が前記ミラー部を迂回する形状を有し、
前記第二アクチュエータ部は、前記軸方向の両側の端部にそれぞれ前記第二基端部を有し、
前記第二アクチュエータ部の前記両側の端部のうち一方の側の第二基端部から、他方の側の第二基端部に至る可動部が前記ミラー部を迂回する形状を有し、
前記第一基端部と前記第二基端部とが分離している構造を備え、
前記第一アクチュエータ部と前記第二アクチュエータ部とを互いに逆方向に撓ませることで前記ミラー支持部を傾き駆動させるものであり、
前記第一アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第一電極部と第二電極部と含み、
前記第二アクチュエータ部の上部電極は、それぞれが単数又は複数の電極で構成される第三電極部と第四電極部とを含み、
前記第一電極部、前記第二電極部、前記第三電極部、及び前記第四電極部の配置形態は、前記回転軸の周りの回動による前記ミラー部の傾き変位を伴う共振モード振動において前記圧電体の膜厚方向に直交する面内方向の主応力の応力分布に対応しており、
前記第一電極部及び前記第三電極部の位置に対応する圧電体部分と、前記第二電極部及び前記第四電極部の位置に対応する圧電体部分とは、前記共振モード振動において互いに逆方向の応力が生じる構成であるミラー駆動装置。
【請求項２】
前記ミラー部の中心から、前記回転軸の前記軸方向に、前記第一連結部、前記第一基端部がこの順で、ミラー部から遠くなる位置関係となっており、
かつ、
前記ミラー部の中心から、前記回転軸の前記軸方向に、前記第二連結部、前記第二基端部がこの順で、ミラー部から遠くなる位置関係となっている請求項１に記載のミラー駆動装置。
【請求項３】
前記第一アクチュエータ部と前記ミラー支持部とを連結する部材である第一接続部を有し、かつ、前記第二アクチュエータ部と前記ミラー支持部とを連結する部材である第二接続部を有する請求項１又は２に記載のミラー駆動装置。
【請求項４】
前記第一アクチュエータ部と前記第二アクチュエータ部は連結されており、
前記第一アクチュエータ部と前記第二アクチュエータ部の連結部分に前記ミラー支持部が連結されている請求項１から３のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項５】
前記第一電極部、前記第二電極部、前記第三電極部、及び前記第四電極部のそれぞれは駆動電圧を印加する駆動用の電極として用いられ、
かつ、前記第一電極部、前記第二電極部、前記第三電極部、及び前記第四電極部のうち少なくとも一つの電極部は、複数の電極に分割されており、
前記複数の電極のうち、一部の電極は前記圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出用の電極として用いられる請求項１から４のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項６】
前記第一アクチュエータ部及び第二アクチュエータ部のそれぞれは、振動板、下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された積層構造を有する圧電ユニモルフアクチュエータである請求項１から５のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項７】
前記ミラー支持部として、前記ミラー部を前記回転軸の軸方向の両側から支持する第一ミラー支持部と、第二ミラー支持部とを有する請求項１から６のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項８】
前記ミラー部、前記ミラー支持部、前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部は、非駆動状態での平面視において、前記回転軸を対称軸とする線対称の形態である請求項１から７のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項９】
前記ミラー部、前記ミラー支持部、前記第一アクチュエータ部及び前記第二アクチュエータ部は、非駆動状態での平面視において、ミラー部の中心を通り、かつ回転軸と直交する中心線を対称軸とする線対称の形態である請求項１から８のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１０】
前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を供給し、かつ、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加する駆動回路を備え、
前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲である請求項１から９のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１１】
前記第一電極部、前記第二電極部、前記第三電極部、及び前記第四電極部を構成する複数の電極のうち、一部の電極がフローティング電位に設定され、当該フローティング電位の電極から圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出回路を備える請求項１から１０のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１２】
前記圧電アクチュエータ部に駆動電圧を供給する駆動回路であって、前記ミラー部を共振駆動させる駆動電圧の電圧波形を供給する駆動回路を備える請求項１から１１のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１３】
前記圧電アクチュエータ部に用いられる前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であり、振動板となる基板上に直接成膜された薄膜である請求項１から１２のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１４】
前記圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項１から１３のいずれか一項に記載のミラー駆動装置、
一般式  ＡＢＯ３・・・（Ｐ−１）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｓｉ及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
【請求項１５】
前記圧電アクチュエータ部に用いられる圧電体は、下記一般式（Ｐ−２）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項１から１３のいずれか一項に記載のミラー駆動装置、
一般式  Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ−２）
式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であり、０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙをみたし、
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。
【請求項１６】
前記ペロブスカイト型酸化物（Ｐ−２）は、Ｎｂを含み、Ｎｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）モル比が０．０６以上０．２０以下である請求項１５に記載のミラー駆動装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載のミラー駆動装置におけるミラー駆動方法であって、
前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、かつ、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部を構成する電極に駆動用の電圧を印加し、前記第一電極部及び前記第三電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧と、前記第二電極部及び前記第四電極部のうち少なくとも一方の電極部に印加する駆動電圧の位相差φが１３０°≦φ≦２３０°の範囲であるミラー駆動方法。
【請求項１８】
前記第一電極部、前記第二電極部、前記第三電極部、及び前記第四電極部を構成する複数の電極のうち一部の電極を、圧電体の変形に伴い圧電効果によって発生する電圧を検出する検出電極として用い、
前記ミラー部の駆動中に前記検出電極から検出信号を得る請求項１７に記載のミラー駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
寸法ａは基端部（１６４Ａ，１６４Ｂ）のｘ軸方向の長さである。寸法ｂはアクチュエータ部（３０，４０）におけるビーム（梁）部分のｘ軸方向の幅寸法である。寸法ｃはトーションバー部（２０、２２）のｘ軸方向の長さである。寸法ｄはミラー部１２のｘ軸方向の幅寸法である。寸法ｅはミラー部１２のｙ軸方向の長さである。寸法ｆはトーションバー部（２０、２２）のｙ軸方向の幅寸法である。寸法ｇは基端部（１４６Ａ，１４６Ｂ）のｙ軸方向の幅寸法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
センシング用の電極５１Ｂと電極６４部Ｂから検出回路３１２を介して電圧信号を検出し、その検出結果は制御回路３１４に通知される。制御回路３１４は、検出回路３１２から得られる信号を基に、共振を維持するように、駆動回路３１０に対して制御信号を送り、第一アクチュエータ部３０及び第二アクチュエータ部４０への駆動電圧の印加を制御する。
【国際調査報告】
2016052548.tif 000021
2016052548.tif 000022
2016052548.tif 000023
2016052548.tif 000024