(57)【要約】【課題】質量部の挙動を正確に検知することができるアクチュエータおよび投光装置を提供すること。【解決手段】本発明のアクチュエータ１は、第２の弾性部２６、２７を捩れ変形させながら、第２の質量部２５を回動させるように構成されたものであって、駆動電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、第２の質量部２５の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、第２の質量部２５の真の挙動を検知する。【選択図】図１
2008046369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記挙動検知手段は、前記第１のタイミング検知手段および／または前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの時間間隔に基づいて、前記質量部の回動の周期および振幅を求め、その求められた結果のもと、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとの時間差に基づいて、前記質量部の回動角が設定値となる時刻を求める請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記挙動検知手段は、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの間隔に基づいて、前記質量部の回動の周期を求める請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記挙動検知手段は、前記質量部の質量と前記弾性部のバネ定数とに関する情報が予め設定されており、この情報と、求められた前記周期とから、前記質量部の回動の振幅を求める請求項２または３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
所定間隔でパルス信号を発信するパルス発信回路を有し、前記駆動手段は、前記パルス発信回路から発信されたパルス信号の周期で前記電圧を発生させる電源回路を備えており、前記第１のタイミング検知手段は、前記パルス発信回路から発信されたパルス信号の発信時刻を記憶する記憶手段を備え、該記憶手段に記憶された時刻に基づき、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２のタイミング検知手段は、前記弾性部上に設けられたピエゾ抵抗素子を備え、該ピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づき、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記ピエゾ抵抗素子は、前記質量部の平面視にて、前記質量部の回動中心軸に沿って延在する長手形状をなすとともに、前記回動中心軸に対し直角な方向での前記弾性部の片側に偏在している請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記質量部上には、光反射性を有する光反射部が設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
各前記弾性部は、第１の質量部と、前記支持部に対して前記第１の質量部を回動可能とするように、前記支持部と前記第１の質量部とを連結する第１の弾性部と、前記質量部を第２の質量部としこれを前記第１の質量部に対して回動可能とするように、前記第１の質量部と前記質量部とを連結する第２の弾性部とを有し、前記駆動手段が、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記第１の質量部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記第２の質量部を回動させるように構成されており、前記第２のタイミング検知手段は、前記第２の質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知し、前記挙動検知手段は、前記第２の質量部の真の挙動を検知するように構成されている請求項１ないし８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
レーザー光源と、請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータとを備え、該アクチュエータは、前記質量部上に光反射性を有する光反射部が設けられ、前記レーザー光源からのレーザー光を前記光反射部で反射させ投光することを特徴とする投光装置。
【請求項１１】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光の向きを変更し得るように構成された光学デバイスであって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１２】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする光スキャナ。
【請求項１３】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、投光装置、光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザープリンタやディスプレイ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、捩り振動子で構成されたアクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、１自由度振動系の捩り振動子を備えるアクチュエータが開示されている。このようなアクチュエータは、１自由度振動系の捩り振動子として、板状をなすミラーを捩りバネにより支持した構造を有している。また、ミラーには、電極が対向配置されており、ミラーと電極との間に電圧を印加し、これらの間に静電引力を生じさせ、捩りバネを捩れ変形させながらミラーを回動駆動させる。
【０００３】
特許文献１にかかるアクチュエータにあっては、直線状をなす捩りバネ上に、長手形状をなす歪ゲージが形成されている。そして、歪ゲージの抵抗値の変化量に基づき、ミラーの回動の振動数を検知する。このような検知結果に基づいて、ミラーと電極との間に電圧を印加することにより、ミラーを所望の振動数で振動させることができる。
このようなアクチュエータにあっては、歪みゲージの抵抗値変化に基づきミラーの挙動に関する情報を算出するに際し、その算出時間分のタイムラグが生じる。そのため、ミラーの回動角と時刻との関係を正確に求めることが難しいという問題がある。
【０００４】
特に、質量部や弾性部の加工精度や電極の形成精度などによりミラーの回動の振幅中心がミラーの非駆動状態からずれると、前述したようなタイムラグは変動してしまうため、前述したような問題が顕著となる。
ミラーの回動角と時刻との関係を正確に検知することができないと、例えば光スキャナとして用いた場合に、光走査を所望の範囲で行うことができないという問題があった。このような問題は、特に、往復走査を行う場合に顕著となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１９２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、質量部の挙動を正確に検知することができるアクチュエータ、投光装置、光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングを基準として、第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの時刻を正確に検知することができる。そのため、質量部の回動角と時刻との関係、例えば質量部の回動角が設定値となるタイミングを正確に検知することができる。また、質量部や弾性部の加工精度などにより、質量部の回動の振幅中心が質量部の非駆動状態からずれていても、そのずれを考慮して質量部の挙動を検知することができる。これらのようなことから、本発明では、質量部や弾性部の加工精度などによらず、質量部の挙動を正確に検知することができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記挙動検知手段は、前記第１のタイミング検知手段および／または前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの時間間隔に基づいて、前記質量部の回動の周期および振幅を求め、その求められた結果のもと、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとの時間差に基づいて、前記質量部の回動角が設定値となる時刻を求めることが好ましい。
これにより、質量部の回動角が設定値となる時刻を正確に検知することができる。その結果、例えば、本発明のアクチュエータを光スキャナに適用した場合、レーザー光を光走査するに際し、レーザー光の照射開始および照射終了を正確なタイミングで行うことができる。その結果、光走査を正確に行うことができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記挙動検知手段は、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの間隔に基づいて、前記質量部の回動の周期を求めることが好ましい。
これにより、質量部の回動の周期および振幅をより正確に求めることができる。その結果、質量部の挙動をより正確に検知することができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記挙動検知手段は、前記質量部の質量と前記弾性部のバネ定数とに関する情報が予め設定されており、この情報と、求められた前記周期とから、前記質量部の回動の振幅を求めることが好ましい。
これにより、質量部の回動の振幅をより正確に検知することができる。
本発明のアクチュエータでは、所定間隔でパルス信号を発信するパルス発信回路を有し、前記駆動手段は、前記パルス発信回路から発信されたパルス信号の周期で前記電圧を発生させる電源回路を備えており、前記第１のタイミング検知手段は、前記パルス発信回路から発信されたパルス信号の発信時刻を記憶する記憶手段を備え、該記憶手段に記憶された時刻に基づき、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知することが好ましい。
これにより、比較的簡単かつ正確に、電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知することができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記第２のタイミング検知手段は、前記弾性部上に設けられたピエゾ抵抗素子を備え、該ピエゾ抵抗素子の抵抗値に基づき、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知することが好ましい。
これにより、簡単かつ正確に、質量部が所定角となるタイミングを検知することができる。
【００１３】
本発明のアクチュエータでは、前記ピエゾ抵抗素子は、前記質量部の平面視にて、前記質量部の回動中心軸に沿って延在する長手形状をなすとともに、前記回動中心軸に対し直角な方向での前記弾性部の片側に偏在していることが好ましい。
これにより、質量部の回動に伴うピエゾ抵抗素子の抵抗値変化の幅を大きくすることができる。その結果、質量部が所定角となるタイミングをより正確に検知することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部上には、光反射性を有する光反射部が設けられていることが好ましい。
これにより、本発明のアクチュエータを光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに適用することができる。
【００１４】
本発明のアクチュエータでは、各前記弾性部は、第１の質量部と、前記支持部に対して前記第１の質量部を回動可能とするように、前記支持部と前記第１の質量部とを連結する第１の弾性部と、前記質量部を第２の質量部としこれを前記第１の質量部に対して回動可能とするように、前記第１の質量部と前記質量部とを連結する第２の弾性部とを有し、前記駆動手段が、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記第１の質量部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記第２の質量部を回動させるように構成されており、前記第２のタイミング検知手段は、前記第２の質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知し、前記挙動検知手段は、前記第２の質量部の真の挙動を検知するように構成されていることが好ましい。
これにより、本発明のアクチュエータを２自由度振動系のアクチュエータに適用することができる。２自由度振動系は、第１の質量部の回動により第２の弾性部が捩れ、これに伴って第２の質量部が回動するまでの間の時間である遅延時間が大きいため、本発明を適用することによる効果がより顕著となる。
【００１５】
本発明の投光装置は、レーザー光源と、本発明のアクチュエータとを備え、該アクチュエータは、前記質量部上に光反射性を有する光反射部が設けられ、前記レーザー光源からのレーザー光を前記光反射部で反射させ投光することを特徴とする。
これにより、レーザー光を所望の位置に投影することができる。例えば、レーザー光を光走査するに際し、レーザー光の照射開始および照射終了を正確なタイミングで行うことができる。その結果、光走査を正確に行うことができる。
【００１６】
本発明の光学デバイスは、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光の向きを変更し得るように構成された光学デバイスであって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする。
これにより、第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングを基準として、第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの時刻を正確に検知することができる。そのため、質量部の回動角と時刻との関係、例えば質量部の回動角が設定値となるタイミングを正確に検知することができる。また、質量部や弾性部の加工精度などにより、質量部の回動の振幅中心が質量部の非駆動状態からずれていても、そのずれを考慮して質量部の挙動を検知することができる。これらのようなことから、本発明では、質量部や弾性部の加工精度などによらず、質量部の挙動を正確に検知して、光反射部で反射した光を所望の向きとすることができる。
【００１７】
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする。
これにより、第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングを基準として、第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの時刻を正確に検知することができる。そのため、質量部の回動角と時刻との関係、例えば質量部の回動角が設定値となるタイミングを正確に検知することができる。また、質量部や弾性部の加工精度などにより、質量部の回動の振幅中心が質量部の非駆動状態からずれていても、そのずれを考慮して質量部の挙動を検知することができる。これらのようなことから、本発明では、質量部や弾性部の加工精度などによらず、質量部の挙動を正確に検知して、光反射部で反射した光を所望の範囲で走査させることができる。
【００１８】
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
所定周期で電圧を印加することにより前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記挙動検出手段は、前記電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段と、前記質量部の回動角が所定角となったときのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段とを備え、前記第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングと、前記第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングとに基づいて、前記質量部の真の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、第１のタイミング検知手段によって検知されたタイミングを基準として、第２のタイミング検知手段によって検知されたタイミングの時刻を正確に検知することができる。そのため、質量部の回動角と時刻との関係、例えば質量部の回動角が設定値となるタイミングを正確に検知することができる。また、質量部や弾性部の加工精度などにより、質量部の回動の振幅中心が質量部の非駆動状態からずれていても、そのずれを考慮して質量部の挙動を検知することができる。これらのようなことから、本発明では、質量部や弾性部の加工精度などによらず、質量部の挙動を正確に検知して、光反射部で反射した光を所望の範囲で走査させ、優れた画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示すアクチュエータの第２の質量部および第２の弾性部を示す部分拡大斜視図、図５は、図１に示すアクチュエータの制御系の概略構成を示す図、図６は、図１に示すアクチュエータにおける第２の質量部の挙動検知を説明するためのタイミングチャート、図７は、図１に示すアクチュエータの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中および図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
本実施形態のアクチュエータ１は、図１ないし図３に示すような２自由度振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持基板３とを有している。
【００２２】
基体２は、１対の第１の質量部（駆動部）２１、２２と、１対の支持部２３、２４と、第２の質量部（可動部）２５と、１対の第１の弾性部２６、２７と、１対の第２の弾性部２８、２９と、１対の電極３２、３３とを備えている。
ここで、第１の質量部２１と第１の弾性部２６と第２の弾性部２８とは、質量部である第２の質量部２５を支持部２３に対し回動可能とするように、第２の質量部２５と支持部２３とを連結する弾性部である。また、第１の質量部２２と第１の弾性部２７と第２の弾性部２９とは、質量部である第２の質量部２５を支持部２４に対し回動可能とするように、第２の質量部２５と支持部２４とを連結する弾性部である。このように、アクチュエータ１は、質量部である第２の質量部２５を支持部２３、２４に対し回動可能とするように、これらを連結する１対の弾性部を有している。
【００２３】
このようなアクチュエータ１にあっては、１対の電極３２、３３に電圧を印加することにより、１対の第１の弾性部２６、２７を捩れ変形させながら１対の第１の質量部２１、２２を回動させ、これに伴って、１対の第２の弾性部２８、２９を捩れ変形させながら第２の質量部２５を回動させる。このとき、１対の第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５は、それぞれ、図１に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。
【００２４】
１対の第１の質量部２１、２２は、それぞれ、板状をなし、互いにほぼ同一寸法でほぼ同一形状をなしている。
また、第１の質量部２１の平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向での両端部（回動中心軸Ｘからの遠位側の両端部）には、櫛歯状をなす櫛歯状電極部２１１、２１２が設けられている。これと同様に、第１の質量部２２の平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向での両端部（回動中心軸Ｘからの遠位側の両端部）には、櫛歯状をなす櫛歯状電極部２２１、２２２が設けられている。
【００２５】
また、１対の第１の質量部２１、２２の間には、第２の質量部２５が設けられており、１対の第１の質量部２１、２２は、図１における平面視にて、第２の質量部２５を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。
第２の質量部２５は、板状をなし、その板面に光反射部２５１が設けられている。これにより、アクチュエータ１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。
【００２６】
第１の弾性部２６は、第１の質量部２１を支持部２３に対して回動可能とするように、第１の質量部２１と支持部２３とを連結している。これと同様に、第１の弾性部２７は、第１の質量部２２を支持部２４に対して回動可能とするように、第１の質量部２２と支持部２４とを連結している。
第２の弾性部２８は、第２の質量部２５を第１の質量部２１に対して回動可能とするように、第２の質量部２５と第１の質量部２１とを連結している。これと同様に、第２の弾性部２９は、第２の質量部２５を第１の質量部２２に対して回動可能とするように、第２の質量部２５と第１の質量部２２とを連結している。
【００２７】
各第１の弾性部２６、２７および各第２の弾性部２８、２９は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、第１の質量部２１、２２が支持部２３、２４に対して、また、第２の質量部２５が第１の質量部２１、２２に対して回動可能となっている。
このように、基体２は、第１の質量部２１、２２と第１の弾性部２６、２７とで構成された第１の振動系と、第２の質量部２５と第２の弾性部２８、２９とで構成された第２の振動系とを有する。すなわち、基体２は、第１の振動系および第２の振動系からなる２自由度振動系を有する。
【００２８】
前述した第２の弾性部２８の上面には、その長手方向に沿ってピエゾ抵抗素子４１が設けられている。これと同様に、第２の弾性部２９の上面には、その長手方向に沿ってピエゾ抵抗素子４２が設けられている。
より具体的には、ピエゾ抵抗素子４１は、第２の質量部２５の平面視にて、回動中心軸Ｘに直角な方向における第２の弾性部２８の片側（電極３３側）に偏在しつつ、回動中心軸Ｘに沿って延在する長手形状をなしている。また、ピエゾ抵抗素子４１は、回動中心軸Ｘ方向における第２の弾性部２８のほぼ全域に亘って設けられている。このようなピエゾ抵抗素子４１は、第２の弾性部２８の捩れ変形により、引張応力または圧縮応力を受ける。
【００２９】
これと同様に、ピエゾ抵抗素子４２は、第２の質量部２５の平面視にて、回動中心軸Ｘに直角な方向における第２の弾性部２９の片側（電極３２側）に偏在しつつ、回動中心軸Ｘに沿って延在する長手形状をなしている。また、ピエゾ抵抗素子４１は、回動中心軸Ｘ方向における第２の弾性部２９のほぼ全域に亘って設けられている。このようなピエゾ抵抗素子４２は、第２の弾性部２９の捩れ変形により、引張応力または圧縮応力を受ける。
【００３０】
このようなピエゾ抵抗素子４１、４２は、その抵抗値が第２の質量部２５の回動に伴って大きく変化する。そのため、これらピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化量に基づいて、第２の質量部２５（質量部）の挙動を高精度に検知し、第２の質量部２５（質量部）の挙動を所望のものとすることができる。なお、第２の質量部２５の挙動検知に関しては、後に詳述する。
【００３１】
また、支持部２３の上面には、ピエゾ抵抗素子である抵抗素子４３が設けられている。これと同様に、支持部２４の上面には、ピエゾ抵抗素子である抵抗素子４４が設けられている。
この１対の抵抗素子４３、４４は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の温度条件とほぼ同等の温度条件で、かつ、外力（第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の回動による応力）を受けない位置に設置されている。
【００３２】
このようなピエゾ抵抗素子４１、４２および抵抗素子４３、４４は、ブリッジ回路１１１（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。このようなブリッジ回路１１１は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化に応じた信号（電圧）を出力する。ここで、抵抗素子４３、４４は、ピエゾ抵抗素子４１、４２とほぼ同等の温度特性を有している。そのため、ブリッジ回路１１１は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の温度特性によらず、ピエゾ抵抗素子４１、４２の変形量に応じた信号（電圧）を安定して出力することができる。
【００３３】
このようなピエゾ抵抗素子４１、４２および抵抗素子４３、４４は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、ボロンなどの不純物をドープしたシリコンで構成されている。より具体的には、例えば、基体２がｎ型のシリコンで構成されている場合、高濃度（例えば不純物濃度１．０×１０１８〜１．０×１０２０ｃｍ−３）で不純物を拡散させることで、ピエゾ抵抗素子４１、４２および抵抗素子４３、４４を、それぞれ、ｐ＋型の拡散抵抗層として形成することができる。また、本実施形態では、図示しないが、図２にて基体２の上面のうちピエゾ抵抗素子４１、４２および抵抗素子４３、４４以外の部分には、シリコン酸化膜などの絶縁層が形成され、この絶縁層上に各素子から検知回路１１への配線が形成されている。
【００３４】
なお、本実施形態では、ピエゾ抵抗素子４１、４２を第２の弾性部２８、２９の一部として一体的に形成されているが、第２の弾性部２８、２９と別体として形成されていてもよい。また、抵抗素子４３、４４を支持部２３、２４の一部として一体的に形成されているが、支持部２３、２４と別体として形成されていてもよい。また、抵抗素子４３、４４の設置位置は、前述したような温度条件および位置であれば、前述したものに限られない。また、抵抗素子４３、４４としては、それぞれ、ピエゾ抵抗素子以外の抵抗素子を用いることもできる。
【００３５】
このような２自由度振動系は、基体２の全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、図２および図３にて上下方向で基体２の上部に位置している。換言すれば、基体２には、基体２の全体の厚さよりも薄い部分が形成されており、この薄い部分に異形孔が形成されることにより、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５と第１の弾性部２６、２７と第２の弾性部２８、２９とが形成されている。
【００３６】
本実施形態では、前記薄肉部の上面が支持部２３、２４の上面と同一面上に位置することにより、前記薄い部分の下方には、各質量部２１、２２、２５の回動のための空間（凹部）３０が形成されている。
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４と、第１の弾性部２６、２７と、第２の弾性部２８、２９とが一体的に形成されている。
【００３７】
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４と、第１の弾性部２６、２７と、第２の弾性部２８、２９と、電極３２、３３とを形成したものであってもよい。その際、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４の一部と、第１の弾性部２６、２７と、第２の弾性部２８、２９とが一体的となるように、これらを積層構造の基板の１つの層で構成するのが好ましい。
【００３８】
また、電極３２、３３は、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５と支持部２３、２４と第１の弾性部２６、２７と第２の弾性部２８、２９とに対し、離間している。これにより、電極３２、３３は、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５と支持部２３、２４と第１の弾性部２６、２７と第２の弾性部２８、２９に対し電気的に絶縁されている。
【００３９】
また、電極３２は、前述した第１の質量部２１の櫛歯状電極部２１１に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３２１と、第１の質量部２２の櫛歯状電極部２２１に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３２２とが形成されている。
これと同様に、電極３３は、前述した第１の質量部２１の櫛歯状電極部２１２に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３３１と、第１の質量部２２の櫛歯状電極部２２２に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３３２とが形成されている。
【００４０】
ここで、櫛歯状電極部２１１は、櫛歯状電極部３２１に対し、上下方向に初期変位しているのが好ましい。これと同様に、櫛歯状電極部２１２は櫛歯状電極部３３１に対し、櫛歯状電極部２２１は櫛歯状電極部３２２に対し、櫛歯状電極部２２２は櫛歯状電極部３３２に対し、上下方向に初期変位しているのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の回動駆動の開始を簡単にすることができる。
【００４１】
電極３２、３３は、後述する電源回路１２１に接続されており、交流電圧（駆動電圧）が印加されるようになっている。
前述したような基体２に接合した支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。
支持基板３の上面には、図２および図３に示すように、第２の質量部２５に対応する部分に開口部３１が形成されている。
【００４２】
この開口部３１は、第２の質量部２５が回動（振動）する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１を設けることにより、アクチュエータ１全体の大型化を防止しつつ、第２の質量部２５の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３の下面（第２の質量部２５と反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、空間３０の深さが第２の質量部２５の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくともよい。
【００４３】
ここで、アクチュエータ１の制御系を説明する。
本実施形態にかかるアクチュエータ１は、図５に示すように、所定周期で電圧を印加することにより第２の質量部２５を駆動するための駆動手段１２と、第２の質量部２５の回動が所定角となったときのタイミングを検知する第１のタイミング検知手段１１と、駆動手段１２の電圧の周期の所定位相でのタイミングを検知する第２のタイミング検知手段１３と、第１のタイミング検知手段１１および第２のタイミング検知手段１３の検知結果に基づき駆動手段１２の駆動を制御する制御手段１４とを有している。
【００４４】
駆動手段１２は、前述した電極３２、３３と、この電極３２、３３に電圧を印加する電源回路１２１とを有している。本実施形態では、電源回路１２１は、電極３２と電極３３とに交互に電圧を印加するように構成されている。
第１のタイミング検知手段１１は、前述したピエゾ抵抗素子４１、４２および抵抗素子４３、４４で構成されたブリッジ回路１１１と、差動増幅回路１１２（差動アンプ）と、ワンショット回路１１３と、微分回路１１４とで構成されている。
【００４５】
ブリッジ回路１１１は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の歪み量（変形量）に応じた信号を出力するようになっている。
差動増幅回路１１２は、前述したブリッジ回路１１１の出力を増幅し出力する機能を有する。
ワンショット回路１１３は、前述した差動増幅回路１１２の出力がゼロクロスするタイミングでｈｉｇｈの信号とｌｏｗの信号とを切り換えて出力する機能を有する。すなわち、ワンショット回路１１３は、差動増幅回路１１２の出力がゼロクロスするタイミングで立上がりまたは立下りする矩形波の信号を出力する。
微分回路１１４は、前述したワンショット回路１１３の出力波形（矩形波）を微分した波形（パルス）の信号を出力する機能を有する。
【００４６】
一方、第２のタイミング検知手段１３は、後述する制御手段１４のパルス発振回路１４２のパルス信号の発信時刻（発信タイミング）を記憶する記憶手段であるメモリ１３１を有している。本実施形態では、メモリ１３１は、パルス発振回路１４２のパルス信号の発信時刻のほか、当該パルス信号の極性（正負）の情報も記憶する機能を有する。
制御手段１４は、前述した第１のタイミング検知手段１１および第２のタイミング検知手段１３の検知結果に基づき、第２の質量部２５の回動角が設定角となるタイミングを求める演算回路１４１と、演算回路１４１の演算結果に基づき、前述した電源回路１２１の駆動信号としてパルス信号を発信するパルス発信回路１４２とを有している。
【００４７】
以上説明したような制御系にあっては、前述した第１のタイミング検知手段１３と第２のタイミング検知手段１１と演算回路１４１とで、第２の質量部２５（質量部）の真の挙動を検知する挙動検知手段を構成している。
以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。
まず、パルス発信回路１４２が、図６（ａ）に示すように、予め設定された時間間隔（一定間隔）で正のパルス信号と負のパルス信号とを交互に発信する。このようなパルス信号は、電源回路１２１およびメモリ１３１にそれぞれ入力される。
パルス発信回路１４２からメモリ１３１にパルス信号が入力されると、そのパルス信号の発信タイミングがメモリ１３１に記憶される。すなわち、メモリ１３１は、駆動電圧の周期の所定位相でのタイミング（本実施形態では、駆動電圧の印加開始タイミング）を記憶する。
【００４８】
一方、パルス発信回路１４２から電源回路１２１にパルス信号が入力されると、正のパルス信号の発信時刻を始点として図６（ｂ）に示すような波形の電圧が電極３２に印加される。また、負のパルス信号の発信時刻を始点として図６（ｃ）に示すような波形の電圧が電極３３に印加される。すなわち、所定周期で電極３２、３３に交互に電圧が印加される。このとき、第１の質量部２１、２２は接地されている。なお、電圧波形は、図６（ｂ）、（ｃ）に示すものに限定されない。
【００４９】
すると、電極３２と第１の質量部２１、２２との間（より具体的には、櫛歯状電極部３２１と櫛歯状電極部２１１との間、および、櫛歯状電極部３２２と櫛歯状電極部２２１との間）と、電極３３と第１の質量部２１、２２との間（より具体的には、櫛歯状電極部３３１と櫛歯状電極部２１２との間、および、櫛歯状電極部３３２と櫛歯状電極部２２２との間）とに交互に静電引力が生じる。
【００５０】
この静電気力により、第１の弾性部２６、２７を軸に（すなわち、回動中心軸Ｘまわりに）、支持基板３の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。
そして、この第１の質量部２１、２２の振動（駆動）に伴って、第２の弾性部２８、２９を介して連結されている第２の質量部２５も、第２の弾性部２８、２９を軸に（すなわち、回動中心軸Ｘまわりに）、支持基板３の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。
【００５１】
このとき、捩れ変形する第２の弾性部２８では、その幅方向（平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向）での端部にて主に、回動中心軸Ｘ方向での歪が生じる。これにより、ピエゾ抵抗素子４１、４２が引張応力または圧縮応力を受ける。
より具体的には、非駆動状態にある第２の質量部２５を、第２の弾性部２８を捩れ変形させながら、回動中心軸Ｘを中心として回動させると、第２の弾性部２８の回動中心軸Ｘ方向での歪み量は、第２の弾性部２８の幅方向での中央部では極めて少なく、中央部よりも端部のほうが大きい。また、第２の弾性部２８の回動中心軸Ｘ方向での歪みは、第２の弾性部２８の幅方向での両端部で互いに反対方向になっている。また、第２の弾性部２８の幅方向での端部における回動中心軸Ｘ方向での歪み量は、第２の弾性部２８と第２の質量部２５との境界部付近で最大となる。
【００５２】
これと同様に、非駆動状態にある第２の質量部２５を、第２の弾性部２９を捩れ変形させながら、回動中心軸Ｘを中心として回動させると、第２の弾性部２９の回動中心軸Ｘ方向での歪み量は、第２の弾性部２９の幅方向での中央部では極めて少なく、中央部よりも端部のほうが大きい。また、第２の弾性部２９の回動中心軸Ｘ方向での歪みは、第２の弾性部２９の幅方向での両端部で互いに反対方向になっている。また、第２の弾性部２９の幅方向での端部における回動中心軸Ｘ方向での歪み量は、第２の弾性部２９と第２の質量部２５との境界部付近で最大となる。
【００５３】
前述したような第２の弾性部２８の幅方向での端部における回動中心軸Ｘ方向での歪みと、第２の弾性部２９の幅方向での端部における回動中心軸Ｘ方向での歪みとは、互いに反対方向となっている。
したがって、第２の質量部２５が回動しているとき、第２の弾性部２８上に設けられたピエゾ抵抗素子４１の抵抗値と、第２の弾性部２９上に設けられたピエゾ抵抗素子４２の抵抗値とは、一方が増加し、他方が減少する。
【００５４】
このようなピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化は、第２の弾性部２８の捩れ変形量（第２の質量部２５の回動量）に応じたものとなる。
このように第２の質量部２５の回動に伴ってピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値が変化すると、その変化量に応じて、図５に示す差動増幅回路１１２の出力信号（電圧値）は、図６（ｄ）に示すように変化する。ここで、差動増幅回路１１２の出力がゼロとなるとき（すなわち、（ピエゾ抵抗素子４１の抵抗値）＝（ピエゾ抵抗素子４２の抵抗値）となる時刻）、第２の質量部２５の回動角がほぼゼロである。
【００５５】
そして、このような差動増幅回路１１２の出力信号は、ワンショット回路１１３にて、図５（ｅ）に示すように、ｈｉｇｈの信号とｌｏｗの信号とからなる信号（矩形波信号）に変換される。すなわち、ワンショット回路１１３は、作動増幅回路１１２の出力が０となる時刻でＨｉｇｈの信号とＬｏｗの信号とに切り換わるＨ／Ｌの信号を生成する。
ワンショット回路１１３の出力信号（矩形波信号）は、微分回路１１４にて、図６（ｆ）に示すようなパルス信号に変換される。すなわち、ワンショット回路１１３は、作動増幅回路１１２の出力が０となる時刻で発信するパルス信号を生成する。このパルス信号の発信タイミングは、第２の質量部２５の回動角が所定角（本実施形態ではほぼゼロ）となるタイミングである。
【００５６】
このタイミングは、パルス発信回路１４２の対応するパルス信号の発信タイミングから遅延している。この遅延は、主に、駆動手段１２による駆動力が生じてから、この駆動力が第２の弾性部２８、２９に伝達されるまでの時間に起因するものである。
以上のようにして、第２のタイミング検知手段１１は、第２の質量部２５の回動角が所定角となるタイミングを検知することができる。
【００５７】
そして、演算回路１４１にて、微分回路１１４の出力信号と、メモリ１３１に記憶された情報とに基づき、第２の質量部２５の挙動（より具体的には、第２の質量部２５の回動角と時刻との関係）を求める。すなわち、演算回路１４１は、第１のタイミング検知手段１１によって検知されたタイミング（以下、「第１のタイミング」と言う。）と、第２のタイミング検知手段１３によって検知されたタイミング（以下、「第２のタイミング」と言う。）とに基づき、第２の質量部２５の真の挙動を検知する。
以下、演算回路１４１の作動、すわなち、時刻ｔと第２の質量部の回動角との関係を求める方法を具体的に説明する。
【００５８】
（第２の質量部の回動の周期）
図６（ｆ）に示すように、第２のタイミングの間隔（具体的には、時間長さＴ１と時間長さＴ２との合計）により、第２の質量部２５の回動の周期Ｔを求める。ここで、時間長さＴ１と時間長さＴ２は、異なっている。より具体的には、時間長さＴ１は、時間長さＴ２よりも短くなっている。これは、第２の質量部２５や第２の弾性部２６、２７の寸法精度のバラツキ等により、第２の質量部２５の回動の振幅の中心が非駆動状態からずれることによるものである。
【００５９】
（第２の質量部の振幅）
前述したように求められた周期Ｔに基づき、第２の質量部２５の回動の振幅Ａを求める。ここで、第２の質量部２５が第２の質量部２５の質量と第２の弾性部２６、２７のバネ定数とに応じた単振動をしていることから、周期Ｔに基づき、第２の質量部２５の回動の振幅Ａを求めることができる。本実施形態では、周期と振幅との関係が予め設定されたテーブルを有し、このテーブルに基づき、求められた周期Ｔに応じた振幅Ａが決定される。
【００６０】
また、アクチュエータ１を光学デバイスとして用いる場合、第２の質量部２５の回動の振幅の中心は、第２の質量部２５の光学的な中心である。このような第２の質量部２５の回動の振幅の中心は、第２の質量部２５や第２の弾性部２６、２７の寸法精度のバラツキ等により、第２の質量部２５の板面が支持基板３の板面に対し平行とならずにずれることがある。第２の質量部２５の回動の中心がずれると、第２のタイミングから、第２の質量部２５の回動角が設定値（例えば、走査用のレーザー光の照射開始タイミングや照射終了タイミング）となる時刻までの時間長さにもズレが生じする。そのため、例えば、走査用のレーザー光の照射開始タイミングや照射終了タイミングを、第２のタイミングから一定時間経過後のタイミングに固定していると、走査されたレーザー光の軌跡にズレが生じてしまう。そこで、本発明では、後述するように、第２の質量部２５の回動の中心のズレを考慮し、第２の質量部２５の真の挙動を検知する。
【００６１】
（第２の質量部の回動角と時刻ｔとの関係）
前述したように、第２の質量部２５の回動角がゼロとなるタイミングは、パルス発信回路１４２の対応するパルス信号の発信タイミングから遅延している。したがって、第１のタイミングと第２のタイミングとの間には、時間差ΔＴが生じる。
この時間差ΔＴは、第２の質量部２５の回動の周期Ｔ（振動数）や振幅Ａにより異なり、また、第２の質量部２５の回動の中心の位置によっても異なる。
【００６２】
そこで、演算回路１４１では、メモリ１３１に記憶されたパルス信号の時刻（第１のタイミング）と、検出パルス信号の時刻とに基づいて、時間差ΔＴを求め、求められたΔＴと、前述した周期Ｔおよび振幅Ａとに応じて、図６（ｇ）に示すように、第２の質量部２５の回動角と時刻Ｔとの関係を求める。
具体的には、例えば、光走査用のレーザー光の照射開始タイミングおよび照射終了タイミングを第２の質量部２５の周期（振動数）および振幅ごとに予め設定しておき、求められたΔＴに応じて、レーザー光の照射開始タイミングおよび照射終了タイミングを決定する。
【００６３】
このような第２の質量部２５の挙動検知は、アクチュエータ１の動作の初期にのみ行い、その結果（照射開始タイミングおよび照射終了タイミング）と、パルス発信回路１４２のタイミングとの関係に基づき、所定間隔でレーザー光を照射するのが好ましい。すなわち、通常、レーザー光の照射開始タイミングおよび照射終了タイミングは、パルス発信回路１４２のタイミングを基準として固定されており、そのキャリブレーションを、前述したような第２の質量部２５の挙動検知の結果に基づき行うのが好ましい。
【００６４】
（第２の質量部の回動方向）
前述したように第２の質量部２５の回動角と時刻Ｔとの関係を求めるに際しては、第２の質量部２５の回動方向をも考慮する。第２の質量部２５の回動方向は、メモリ１３１に記憶されたパルス信号の極性情報に基づき求めることができる。より具体的には、パルス信号の極性がプラスであるときは、図１にて第２の質量部２５の上側の端部が支持基板３に近づき下側の端部が支持基板３に遠ざかるように回動していると判断する。逆に、パルス信号の極性がマイナスであるときには、図１にて第２の質量部２５の上側の端部が支持基板３に遠ざかり下側の端部が支持基板３に近づくように回動していると判断する。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ１は、第１のタイミングを基準として、第２のタイミングの時刻を正確に検知することができる。そのため、第２の質量部２５（質量部）の回動角と時刻との関係（例えば第２の質量部２５の回動角が設定値となるタイミング）を正確に検知することができる。また、基体２の加工精度などにより、第２の質量部２５の回動の振幅中心が第２の質量部２５の非駆動状態からずれていても、そのずれを考慮して第２の質量部２５の挙動を検知することができる。これらのようなことから、本発明では、基体２の加工精度などによらず、第２の質量部２５の挙動を正確に検知することができる。
【００６６】
特に、本実施形態では、第２のタイミングの時間間隔に基づいて、第２の質量部２５の回動の周期Ｔおよび振幅Ａを求め、その求められた結果のもと、第１のタイミングと第２のタイミングとの時間差に基づいて、第２の質量部２５の回動角が設定値となる時刻を求めるため、第２の質量部２５の回動角が設定値となる時刻を正確に検知することができる。その結果、例えば、本発明のアクチュエータ１を光スキャナに適用した場合、レーザー光を光走査するに際し、レーザー光の照射開始および照射終了を正確なタイミングで行うことができる。その結果、光走査を正確に行うことができる。
【００６７】
なお、第２の質量部２５の周期は、第１のタイミングの時間間隔に基づいて、求めることも可能であるが、第２のタイミングの時間間隔に基づいて、第２の質量部２５の回動の周期を求めると、第２の質量部２５の回動の周期Ｔおよび振幅Ａをより正確に求めることができる。その結果、第２の質量部２５の挙動をより正確に検知することができる。
また、第２の質量部２５の回動の振幅Ａを求めるに際し、予め設定された、第２の質量部２５の質量や第２の弾性部２６、２７のバネ定数とに関する情報と、求められた周期Ｔとを用いるため、第２の質量部２５の回動の振幅Ａをより正確に検知することができる。
【００６８】
また、第１のタイミング検知手段１３は、パルス発信回路１４２から発信されたパルス信号の発信時刻を記憶するメモリ１３１（記憶手段）に記憶された時刻に基づき、第１のタイミングを検知するため、比較的簡単かつ正確に、第１のタイミングを検知することができる。
また、第２のタイミング検知手段１１は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値に基づき、第２のタイミングを検知するため、簡単かつ正確に、第２のタイミングを検知することができる。特に、ピエゾ抵抗素子４１、４２は、平面視にて、回動中心軸Ｘに沿って延在する長手形状をなすとともに、回動中心軸Ｘに対し直角な方向での第２の弾性部２６、２７の片側に偏在しているため、第２の質量部２５の回動に伴うピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値変化の幅を大きくすることができる。その結果、第２のタイミングをより正確に検知することができる。
【００６９】
また、本実施形態のような２自由度振動系のアクチュエータ１は、第１の質量部２１、２２の回動により第２の弾性部２６、２７が捩れ、これに伴って第２の質量部２５が回動するまでの間の時間である遅延時間が大きいため、本発明を適用することによる効果がより顕著となる。
また、前述したように、ピエゾ抵抗素子４１、４２が平面視にて回動中心軸Ｘからずれた位置に偏在しつつ回動中心軸Ｘに沿って延在する長手形状をなしているため、第２の質量部２５の回動に伴うピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化量を大きくすることができる。そのため、高精度に第２の質量部２５の挙動を検知し、第２の質量部２５の挙動を所望のものとすることができる。その際、ピエゾ抵抗素子４１、４２の１つあたりの電極数を２つとし、比較的簡単な配線とすることができるため、アクチュエータ１の構成を比較的簡単なものとしつつ、質量部の挙動検知を実現することができる。
【００７０】
これに対し、仮に、ピエゾ抵抗素子４１（ピエゾ抵抗素子４２）を平面視にて第２の弾性部２８（第２の弾性部２９）の幅方向での中央部のみに設けると、前述したように回動軸線Ｘ方向での歪み量が極めて小さいため、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値変化が小さく、第２の質量部２５の挙動を高精度に検出することができない。
また、仮に、ピエゾ抵抗素子４１（ピエゾ抵抗素子４２）を平面視にて第２の弾性部２８（第２の弾性部２９）の長手方向での一部または全域にて幅方向での全域に設けると、ピエゾ抵抗素子４１（ピエゾ抵抗素子４２）の幅方向での両端部での応力が反対方向となり、その抵抗値変化が相殺されてしまうため、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値変化が小さく、第２の質量部２５の挙動を高精度に検出することができない。
【００７１】
また、本実施形態では、１対のピエゾ抵抗素子４１、４２は、平面視にて回動中心軸Ｘに対して互いに異なる側に偏在しているとともに、差動増幅回路１１２に接続されているため、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値変化を電圧値変化として高精度に（高感度で）検知することができる。その結果、より高精度に第２の質量部２５の挙動を検知することができる。本実施形態では、１対のピエゾ抵抗素子４１、４２と１対の抵抗素子４３、４４とでブリッジ回路１１１を構成し、ブリッジ回路１１１の出力を差動増幅回路１１２で増幅することで、第２のタイミング検知手段１１の構成を比較的簡単なものとしている。
【００７２】
また、１対の抵抗素子４３、４４は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の温度条件とほぼ同等の温度条件で、かつ、外力を受けない位置（第２の質量部２５の回動による応力を受けない位置、具体的には支持部２３、２４上）に設置されているため、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の温度依存性を補償して、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値変化を電圧値変化としてより高精度に（高感度で）検知することができる。また、１対の抵抗素子４３、４４を支持部２３、２４上に設けているため、アクチュエータ１のパッケージングを優れたものとしつつ、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値変化を電圧値変化としてより高精度に（高感度で）検知することができる。
【００７３】
また、ピエゾ抵抗素子４１は回動中心軸Ｘ方向における第２の弾性部２８のほぼ全域に亘って設けられ、また、ピエゾ抵抗素子４２は回動中心軸Ｘ方向における第２の弾性部２９のほぼ全域に亘って設けられているため、第２の質量部２５の回動に伴うピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化量の幅をさらに大きくして、第２の質量部２５の挙動を極めて高感度に検知することができる。
【００７４】
また、第１の質量部２１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さ（最大長）をＬ１とし、第１の質量部２２の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さ（最大長）をＬ２とし、第２の質量部２５の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さ（最大長）をＬ３としたとき、本実施形態では、第１の質量部２１、２２が、それぞれ独立して設けられているため、第２の質量部２５の大きさ（長さＬ３）にかかわらず、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５とが干渉せず、Ｌ１およびＬ２を小さくすることができる。これにより、第１の質量部２１、２２の回転角度（振れ角）を大きくすることができ、その結果、第２の質量部２５の回転角度を大きくすることができる。
【００７５】
また、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の寸法は、それぞれ、Ｌ１＜Ｌ３かつＬ２＜Ｌ３なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、Ｌ１およびＬ２をより小さくすることができ、第１の質量部２１、２２の回転角度をより大きくすることができ、第２の質量部２５の回転角度をさらに大きくすることができる。
【００７６】
この場合、第２の質量部２５の最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。
これらによって、第１の質量部２１、２２の低電圧駆動と、第２の質量部２５の大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。
このため、このようなアクチュエータ１を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
【００７７】
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ１とＬ２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ１とＬ２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
ところで、このような質量部２１、２２、２５の振動系（２自由度振動系）では、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図９に示すような周波数特性が存在している。
【００７８】
すなわち、かかる振動系は、第１の質量部２１、２２の振幅と、第２の質量部２５の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ１［ｋＨｚ］、ｆｍ３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ１＜ｆｍ３）と、第１の質量部２１、２２の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ２［ｋＨｚ］とを有している。
この振動系では、電極３２、３３に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振幅を抑制しつつ、第２の質量部２５の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。
【００７９】
なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ１＋１）の条件を満足することを意味する。
第１の質量部２１、２２の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第２の質量部２５の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
【００８０】
第１の弾性部２６、２７のばね定数ｋ１は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
一方、第２の弾性部２８、２９のばね定数ｋ２は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の振れ角をより大きくすることができる。
【００８１】
また、第１の弾性部２６、２７のばね定数（捩りに関するばね定数）ｋ１と第２の弾性部２８、２９のばね定数（捩りに関するばね定数）をｋ２とは、ｋ１＞ｋ２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
さらに、第１の質量部２１、２２の慣性モーメントをＪ１とし、第２の質量部２５の慣性モーメントをＪ２としたとき、Ｊ１とＪ２とは、Ｊ１≦Ｊ２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ１＜Ｊ２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００８２】
ところで、第１の質量部２１、２２と第１の弾性部２６、２７とからなる第１の振動系の固有振動数ω１は、第１の質量部２１、２２の慣性モーメントＪ１と、第１の弾性部２６、２７のばね定数ｋ１とにより、ω１＝（ｋ１／Ｊ１）１／２によって与えられる。一方、第２の質量部２５と第２の弾性部２８、２９とからなる第２の振動系の固有振動数ω２は、第２の質量部２５の慣性モーメントＪ２と、第２の弾性部２８、２９のばね定数ｋ２とにより、ω２＝（ｋ２／Ｊ２）１／２によって与えられる。
【００８３】
このようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω１と第２の振動系の固有振動数ω２とは、ω１＞ω２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
以上のように２自由度振動系を有するアクチュエータ１は、駆動電圧を低減しつつ、第２の質量部２５の振れ角を大きいものとすることができる。特に、本実施形態のアクチュエータ１は、前述したような櫛歯状電極部２１１、２１２、２２１、２２２、３２１、３２２、３３１、３３２を用いて第１の質量部２１、２２を回動させるように構成されているので、平行平板型の電極を用いて第１の質量部２１、２２を回動するものに比し、第１の質量部２１、２２の回動角を大きくし、これに伴って、第２の質量部２５の回動角を大きくすることができる。
【００８４】
また、２自由度振動系を有するアクチュエータ１は、前述したように、一般に、第２の質量部２５の振れ角は第１の質量部２１、２２の振れ角よりも大きく、また、第２の弾性部２８、２９の捩れ変形量は第１の弾性部２６、２７の捩れ変形量よりも大きいため、ピエゾ抵抗素子４１、４２が第２の弾性部上に設けられていると、第２の質量部２５の回動に伴うピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化量を大きくして、第２の質量部２５の挙動を高精度に検知することができる。
このようなアクチュエータ１は、例えば、次のようにして製造することができる。
図８、図９は、それぞれ、本発明の実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図８、図９中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００８５】
［Ａ１］  まず、図８（ａ）に示すように、例えばシリコン基板５（ｎ型の単結晶シリコン基板）を用意する。
次に、シリコン基板５の一方の面に、図８（ｂ）に示すように、支持部２３、２４と各質量部２１、２２、２５と各弾性部２６、２７、２８、２９と電極３２、３３との形状（平面視形状）に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク６を形成する。なお、このとき、金属マスク６は、図示しないが、支持部２３、２４に対応する部分と電極３２、３３に対応する部分とは互いに連結した形状とする。
【００８６】
そして、図８（ｃ）に示すように、シリコン基板５の他方の面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、空間３０の平面視形状と同様の形状をなす開口を有するレジストマスク７を形成する。なお、レジストマスク７の形成は、金属マスク６の形成よりも先に行ってもよい。
次に、このレジストマスク７を介して、シリコン基板５の前記他方の面をエッチングした後、レジストマスク７を除去する。これにより、図８（ｄ）に示すように、空間３０の平面視に対応する領域に凹部５１が形成される。
【００８７】
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
【００８８】
次に、金属マスク６を介して、シリコン基板５の前記一方の面側を、前記凹部５１に対応する部分が貫通するまでエッチングする。
そして、金属マスク６を除去した場合、この後、第２の質量部２５上に金属膜を成膜し、光反射部２５１を形成する。
なお、ここで、シリコン基板５に対しエッチングを行った後、金属マスク６は除去してもよく、除去せずに残存させてもよい。金属マスク６を除去しない場合、第２の質量部２５上に残存した金属マスク６は光反射部２５１として用いることができる。
【００８９】
金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。
また、支持部２３、２４および第２の弾性部２８、２９に対応する部分に、ボロンなどの不純物をドープして、ピエゾ抵抗素子４１、４２および抵抗素子４３、４４を形成する。
以上の工程により、図８（ｅ）に示すように、支持部２３、２４と各質量部２１、２２、２５と各弾性部２６、２７、２８、２９と電極３２、３３が一体的に形成された構造体が得られる。なお、支持部２３、２４と電極３２、３３との間の部分を、後述する工程にて除去する。
【００９０】
［Ａ２］  次に、図９（ａ）に示すように、支持基板３を形成するための基板として、例えばシリコン基板９を用意する。
そして、シリコン基板９の一方の面に、開口部３１を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスクを形成する。
次に、この金属マスクを介して、シリコン基板９の一方の面側をエッチングした後、金属マスクを除去し、図９（ｂ）に示すように、開口部３１を形成する。すなわち、支持基板３が得られる。
【００９１】
［Ａ３］  次に、図９（ｃ）に示すように、前記工程［Ａ１］で得られた構造体と、前記工程［Ａ２］で得られた支持基板３とを直接接合により接合した後に、前記構造体の支持部２３、２４と電極３２、３３との間の部分を除去して、アクチュエータ１を得る。なお、基体２と支持基板３との間に可動イオンを含む硼珪酸ガラスのようなガラスを介在させ、これらを陽極接合により接合してもよい。また、シリコン基板９に代えてガラス基板を用いて、基体２と支持基板３とを陽極接合により接合することもできる。
【００９２】
以上のようにして、本実施形態のアクチュエータ１が製造される。
上述したようなアクチュエータは、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
特に、前述したような本発明にかかるアクチュエータの質量部に、光反射性を有する光反射部を備え、光反射部で反射した光の向きを変更し得るように構成したもの、すなわち、本発明にかかる光学デバイスは、光反射部で反射した光を所望の向きに変更することができる。
【００９３】
また、前述したような本発明にかかるアクチュエータの質量部に、光反射性を有する光反射部を備え、光反射部で反射した光を走査するように構成したもの、すなわち、本発明にかかる光スキャナは、光反射部で反射した光を所望の範囲で走査することができる。
このような光スキャナは、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置やこれに備えられた投光装置に好適に適用することができる。
【００９４】
このような光スキャナを備えた画像形成装置は、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の状態で走査して、優れた画像を形成することができる。
また、このような光スキャナおよびレーザー光源を備え、レーザー光源からのレーザー光を光反射部で反射させ投光するように構成された投光装置は、レーザー光を所望の位置に投影することができる。例えば、レーザー光を光走査するに際し、レーザー光の照射開始および照射終了を正確なタイミングで行うことができる。その結果、光走査を正確に行うことができる。
【００９５】
以上、本発明のアクチュエータについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
例えば、前述した実施形態では、質量部の回動角が所定角となるタイミングを検知する第２のタイミング検知手段として、ピエゾ抵抗素子を有するものを例に説明したが、これに限定されず、光学センサを用いたものであってもよい。また、前述した実施形態では、第２のタイミング検知手段としてピエゾ抵抗素子を１対有するアクチュエータを説明したが、ピエゾ抵抗素子は、１つであっても、３つ以上であってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の設置位置は、前述した実施形態のものに限られず、第１の弾性部２６、２７や第１の質量部２１、２２上であってよい。また、複数のピエゾ抵抗素子を有する場合、複数のピエゾ抵抗素子は、平面視にて質量部（第２の質量部２５）に対し非対称に配置されていてもよい。
【００９６】
また、前述した実施形態では、２自由動振動系のアクチュエータ（すなわち、質量部として第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５を有し、弾性部として第１の弾性部２６、２７および第２の弾性部２８、２９を有するもの）について説明したが、１自由度または３自由度以上の振動系のアクチュエータにも本発明を適用することができる。
また、前述した実施形態では、光反射部が第２の質量部の上面（支持基板とは逆側の面）に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
また、前述した実施形態では静電駆動方式により駆動するものについて説明したが、これに限定されない。例えば、２自由度振動系を有するアクチュエータの駆動方式としては、第１の質量部を回動させ、これに伴い、第２の弾性部を捩れ変形させながら、第２の質量部を回動させることができるものであれば、前述したものに限定されず、例えば、圧電素子を用いた駆動方式や、磁力を用いた駆動方式などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータの第２の質量部および第２の弾性部を示す部分拡大斜視図である。
【図５】図１に示すアクチュエータの制御系の概略構成を示す図である。
【図６】図１に示すアクチュエータにおける第２の質量部の挙動検知を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図１に示すアクチュエータの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフある。
【図８】図１に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。
【図９】図１に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９８】
１……アクチュエータ  １１……第１のタイミング検知手段  １１１……ブリッジ回路  １１２……差動増幅回路  １１３……ワンショット回路  １１４……微分回路  １２……駆動手段  １２１……電源回路  １３……第２のタイミング検知手段  １３１……メモリ  １４……制御手段  １４１……演算回路  １４２……パルス発信回路  ２……基体  ２１、２２……第１の質量部  ２１１、２１２、２２１、２２２……櫛歯状電極部  ２３、２４……支持部  ２５……第２の質量部  ２５１……光反射部  ２６、２７……第１の弾性部  ２８、２９……第２の弾性部  ３……支持基板  ３０……空間  ３１……開口部  ３２、３３……電極  ３２１、３２２、３３１、３３２……櫛歯状電極部  ４１、４２……ピエゾ抵抗素子  ４３、４４……抵抗素子  ５……シリコン基板  ５１……凹部  ６……金属マスク  ７……レジストマスク  ９……シリコン基板
【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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