(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の固定枠と、
反射面を有し、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一方の面に鏡面が形成された揺動部と、
前記固定枠と前記揺動部とを連結し、第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第２の方向における前記揺動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第１の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記揺動部を揺動させる第１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、前記固定枠と前記揺動部との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記揺動部の外辺の中点を超えて直線状に延びる第１のアーム始端部と、
一端が前記揺動部の外辺の中点と接続され、前記第１のアーム始端部と平行に延びる第１のアーム終端部と、
前記第２の方向に沿って延びる第１のアーム連結部と、前記第１のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第１のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記アーム始端部の他端と前記アーム終端部の他端との間を連結する第１のアーム中継部と、
を備え、
前記揺動部は、
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前記第１のアクチュエータ部と連結する平板状の可動枠と、
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、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、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る第２のアーム始端部と、
一端が前記鏡面部の外辺の中点と接続され、前記第２のアーム始端部と平行に延びる第２のアーム終端部と、
前記第１の方向に沿って延びる第２のアーム連結部と、前記第２のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第２のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記第２のアーム始端部の他端と前記第２のアーム終端部の他端との間を連結する第２のアーム中継部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ部のそれぞれが、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のアーム始端部の一端から他端へ向かう向きと、前記第２のアーム始端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、
可動反射素子。
【請求項２】
平板状の固定枠と、
反射面を有し、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一方の面に鏡面が形成された揺動部と、
前記固定枠と前記揺動部とを連結し、第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第２の方向における前記揺動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第１の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記揺動部を揺動させる第１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、前記固定枠と前記揺動部との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記揺動部の外辺の中点を超えて直線状に延びる第１のアーム始端部と、
一端が前記揺動部の外辺の中点と接続され、前記第１のアーム始端部と平行に延びる第１のアーム終端部と、
前記第２の方向に沿って延びる第１のアーム連結部と、前記第１のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第１のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記アーム始端部の他端と前記アーム終端部の他端との間を連結する第１のアーム中継部と、
を備え、
前記揺動部は、
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前記第１のアクチュエータ部と連結する平板状の可動枠と、
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、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、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る第２のアーム始端部と、
一端が前記鏡面部の外辺の中点と接続され、前記第２のアーム始端部と平行に延びる第２のアーム終端部と、
前記第１の方向に沿って延びる第２のアーム連結部と、前記第２のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第２のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記第２のアーム始端部の他端と前記第２のアーム終端部の他端との間を連結する第２のアーム中継部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ部のそれぞれが、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のアーム始端部の一端から他端へ向かう向きと、前記第２のアーム始端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、
可動反射素子。
【請求項３】
前記第１のアクチュエータ部には、前記第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前記圧電素子が形成されている、
請求項１又は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には、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前記圧電素子が形成されている、
請求項３に記載の可動反射素子。
【請求項５】
前記第２のアクチュエータ部には、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前記圧電素子が形成されている、
請求項１から４のいずれか一項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には、前記第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前記圧電素子が形成されている、
請求項５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の変位を検出する第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する第２の検出用電極と、
の少なくとも一方を備え、
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１から６のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【請求項８】
前記揺動部に重りが取り付けられている、
請求項１から７のいずれか一項に記載の可動反射素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動反射素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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】
【０００３】
【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】
【０００４】
組み込み先の装置によっては、可動反射素子として、ミラーの揺動角度が比較的大きいものが要求される。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が、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。一方で、この制限を解除して、可動枠の外辺の中点以外の場所にアクチュエータを連結すれば、ミラーを所望の方向に揺動させるのが困難になる。このように、ミラーの揺動角度を所望の値まで大きくしつつ、所望の方向にミラーが形成された揺動部を揺動させ、その揺動状態を最適化するのは容易ではない。【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ミラーが形成された揺動部を最適な状態で揺動させることができる可動反射素子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】
【０００６】
上記目標を達成するために、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、
反射面を有し、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一方の面に鏡面が形成された揺動部と、
前記固定枠と前記揺動部とを連結し、第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第２の方向における前記揺動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第１の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記揺動部を揺動させる第１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、前記固定枠と前記揺動部との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記揺動部の外辺の中点を超えて直線状に延びる第１のアーム始端部と、
一端が前記揺動部の外辺の中点と接続され、前記第１のアーム始端部と平行に延びる第１のアーム終端部と、
前記第２の方向に沿って延びる第１のアーム連結部と、前記第１のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第１のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記アーム始端部の他端と前記アーム終端部の他端との間を連結する第１のアーム中継部と、
を備え、
前記揺動部は、
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前記第１のアクチュエータ部と連結する平板状の可動枠と、
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、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、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る第２のアーム始端部と、
一端が前記鏡面部の外辺の中点と接続され、前記第２のアーム始端部と平行に延びる第２のアーム終端部と、
前記第１の方向に沿って延びる第２のアーム連結部と、前記第２のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第２のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記第２のアーム始端部の他端と前記第２のアーム終端部の他端との間を連結する第２のアーム中継部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ部のそれぞれが、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のアーム始端部の一端から他端へ向かう向きと、前記第２のアーム始端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。
また、本発明の第２の観点に係る可動反射素子は、
平板状の固定枠と、
反射面を有し、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一方の面に鏡面が形成された揺動部と、
前記固定枠と前記揺動部とを連結し、第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第２の方向における前記揺動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第１の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記揺動部を揺動させる第１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、前記固定枠と前記揺動部との隙間を前記第１の方向に沿って、前記一端から前記揺動部の外辺の中点を超えて直線状に延びる第１のアーム始端部と、
一端が前記揺動部の外辺の中点と接続され、前記第１のアーム始端部と平行に延びる第１のアーム終端部と、
前記第２の方向に沿って延びる第１のアーム連結部と、前記第１のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第１のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記アーム始端部の他端と前記アーム終端部の他端との間を連結する第１のアーム中継部と、
を備え、
前記揺動部は、
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前記第１のアクチュエータ部と連結する平板状の可動枠と、
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、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記第１の方向に沿って延びた部分、又は前記第２の方向に沿って延びた部分に、伸縮可能に構成された圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材であり、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る第２のアーム始端部と、
一端が前記鏡面部の外辺の中点と接続され、前記第２のアーム始端部と平行に延びる第２のアーム終端部と、
前記第１の方向に沿って延びる第２のアーム連結部と、前記第２のアーム始端部と平行に延び前記圧電素子が形成された第２のアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに形成され、前記第２のアーム始端部の他端と前記第２のアーム終端部の他端との間を連結する第２のアーム中継部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ部のそれぞれが、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のアーム始端部の一端から他端へ向かう向きと、前記第２のアーム始端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。
【０００７】
これらの場合、前記第１のアクチュエータ部には、前記第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前記圧電素子が形成されている、
こととしてもよい。
【０００８】
また、前記第１のアクチュエータ部には、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前記圧電素子が形成されている、
こととしてもよい。
【００１１】
また、前記第２のアクチュエータ部には、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前記圧電素子が形成されている、
こととしてもよい。
【００１２】
また、前記第２のアクチュエータ部には、前記第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前記圧電素子が形成されている、
こととしてもよい。
【００１５】
前記第１のアクチュエータ部の変位を検出する第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する第２の検出用電極と、
の少なくとも一方を備え、
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。【００１６】
前記揺動部に重りが取り付けられている、
こととしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、揺動部を揺動させる一対の第１のアクチュエータ部を、アーム連結部とアーム伸長部とが交互に連結されてつづら折りに折れ曲がった形状とし、揺動部の外辺の中点に連結するようにした。こうすることにより、揺動部のねじれ角度を大きくしつつ、揺動部の回転軸を揺動部の外辺の中点を結ぶ方向に一致させることができるので、揺動部を正確に揺動させることができる。すなわち、揺動部を最適な状態で揺動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る可動反射素子の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の可動反射素子の一部の積層構造を示す模式図である。
【図３】図１の可動反射素子を裏面から見た斜視図である。
【図４Ａ】圧電素子の動作（その１）を示す図である。
【図４Ｂ】圧電素子の動作（その２）を示す図である。
【図４Ｃ】圧電素子の動作（その３）を示す図である。
【図５Ａ】アクチュエータ部の動作（その１）を示す断面図である。
【図５Ｂ】アクチュエータ部の動作（その２）を示す断面図である。
【図５Ｃ】アクチュエータ部の動作（その３）を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る可動反射素子の構成を示す斜視図である。
【図７】図６の可動反射素子を裏面から見た斜視図である。
【図８】図６の可動反射素子の一部の積層構造を示す模式図である。
【図９Ａ】アクチュエータ部の動作（その１）を示す断面図である。
【図９Ｂ】アクチュエータ部の動作（その２）を示す断面図である。
【図９Ｃ】アクチュエータ部の動作（その３）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図１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る。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、鏡面部１３０と、アクチュエータ部１４０とが形成されている。本実施の形態では、鏡面部１３０が揺動部に相当し、アクチュエータ部１４０が第１のアクチュエータに対応する。
【００２２】
固定枠１１０は最も外周に配置された平板状の枠体である。鏡面部１３０は、固定枠１１０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と鏡面部１３０とを連結する部材であり、鏡面部１３０の両端に一対のものが設けられている。
【００２３】
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において、鏡面部１３０に対してアクチュエータ部１４０が配置される方向をＸ軸とし、鏡面部１３０の反射層１３０Ｄ内においてＸ軸に直交する方向をＹ軸とし、鏡面部１３０の反射層１３０Ｄの法線方向をＺ軸とする。本実施の形態では、第１の方向がＹ軸に相当し、第２の方向がＸ軸に相当する。また、第１の回転軸がＸ軸近傍の仮想的な回転軸であり、第２の回転軸がＹ軸近傍の仮想的な回転軸となる。
【００２４】
固定枠１１０は、不図示の基台に固定される。鏡面部１３０は、基台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と鏡面部１３０との間であって、鏡面部１３０のＸ軸方向両側にそれぞれ設けられ、固定枠１１０と鏡面部１３０とを連結する。
【００２５】
図２に示すように、可動反射素子１００は、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つの層に分かれている。この３つの層については後述する。固定枠１１０、鏡面部１３０、アクチュエータ部１４０は、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃの３層構造を含んでいる。
【００２６】
図３に示すように、固定枠１１０、鏡面部１３０の厚みに比べて、アクチュエータ部１４０の厚みは小さく設定されており、アクチュエータ部１４０の下方には空隙が形成されている。鏡面部１３０及びアクチュエータ部１４０は、固定枠１１０で囲まれた空間内において、基台から浮いた状態となっている。
【００２７】
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に対して鏡面部１３０を揺動させることができる。鏡面部１３０の上面には、後述するように＋Ｚ側に反射面が形成され、その反射面が、入射した光、電磁波等のビームを反射する。
【００２８】
また、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。
【００２９】
Ｄ層１００Ｄは、アクチュエータ部１４０に形成された上部電極層１４０Ｄ，１４１Ｄ，１４２Ｄと、鏡面部１３０に形成された反射層１３０Ｄと、第１の検出用電極としての検出用電極１６０Ｄとに対応する。固定枠１１０には、配線を除き、Ｄ層は形成されていない。ただし、固定枠１１０においては、配線の図示を省略している。上部電極層１４０Ｄ，１４１Ｄ，１４２Ｄは、圧電素子の電極を形成し、反射層１３０Ｄは、鏡面部１３０の反射面を形成し、検出用電極１６０Ｄは、鏡面部１３０の変位を検出するための電極を形成する。それ以外の部分には、Ｄ層を形成する必要はない。
【００３０】
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，１４１Ｄ，１４２Ｄ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。
【００３１】
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、Ａ層１００Ａは、シリコンからなる支持層と、支持層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）と、ＢＯＸ層の上に形成されたシリコンからなる活性層の３層構造となっている。
【００３２】
なお、Ａ層１００Ａは、ＢＯＸ層を含まず、支持層と活性層とからなる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。
【００３３】
Ｂ層１００Ｂは、圧電素子の下部電極を構成する。また、Ｄ層１００Ｄは、圧電素子の上部電極を構成する。したがって、Ｂ層１００ＢもＤ層１００Ｄも導電性材料によって形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、Ｄ層１００Ｄのうち、各アクチュエータ部１４０に形成される部分は、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の反射層として機能する。したがって、アクチュエータ部１４０の上部電極層１４０Ｄ，１４１Ｄ，１４２Ｄ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。ただし、可動反射素子１００を量産する場合は、上部電極層１４０Ｄ，１４１Ｄ，１４２Ｄ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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。可動反射素子１００は、シリコン基板（Ａ層１００Ａ：基板層）の上面に、白金層（Ｂ層１００Ｂ：下部電極層）、ＰＺＴ層（Ｃ層１００Ｃ：圧電材料層）、白金／金層（Ｄ層１００Ｄ：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。
【００３８】
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い、更に、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃの３層からなる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、可動反射素子１００が完成する。
【００３９】
可動反射素子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については、シリコン基板（Ａ層１００Ａ）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、基台の上面との間に、０．２０ｍｍの空隙が形成される。また、固定枠１１０とアクチュエータ部１４０、アクチュエータ部１４０と鏡面部１３０との間のスリットの幅を０．３ｍｍとし、アクチュエータ部１４０の幅を０．５ｍｍとしている。
【００４０】
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を基台に堅固に固着できる寸法に設定すればよい。
【００４１】
アクチュエータ部１４０は、図１に示すように、固定枠１１０と鏡面部１３０とを連結し、固定枠１１０の内辺からＹ軸方向に沿って延びた部分にＹ軸方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材である。アクチュエータ部１４０のそれぞれが、Ｘ軸方向における鏡面部１３０の両側に配置され、圧電素子の伸縮により変形してＸ軸方向に沿った回転軸を中心に固定枠１１０に対して鏡面部１３０を揺動させる。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、第１のアーム始端部としてのアーム始端部１４１と、第１のアーム終端部としてのアーム終端部１４２と、第１のアーム中継部としてのアーム中継部１４３としている。すなわち、アクチュエータ部１４０は、アーム始端部１４１、アーム終端部１４２及びアーム中継部１４３を備える。
【００４２】
アーム始端部１４１の一端は、固定枠１１０の内辺に接続している。アーム始端部１４１は、固定枠１１０と鏡面部１３０との隙間をＹ軸方向に沿って、その一端から鏡面部１３０の外辺の中点Ｎを超えて直線状に延びている。アーム終端部１４２に上部電極層１４０Ｄによる圧電素子が形成されている。
【００４３】
アーム終端部１４２は、一端が鏡面部１３０の外辺の中点Ｎと接続され、アーム始端部１４１と平行に延びている。
【００４４】
アーム中継部１４３は、Ｘ軸方向に沿って延びる第１のアーム連結部としてのアーム連結部１４３Ｂと、アーム始端部１４１と平行に延びる第１のアーム伸長部としてのアーム伸長部１４３Ａとが交互に連結されてつづら折りに形成され、アーム始端部１４１の他端とアーム終端部１４２の他端との間を連結する。
【００４５】
アーム始端部１４１には、圧電素子が形成されている。この圧電素子は、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ及びＤ層（上部電極層）１４０Ｄで形成されている。アーム中継部１４３にも、２本のアーム伸長部１４３Ａにおいてそれぞれ圧電素子が形成されている。この圧電素子は、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ及びＤ層（上部電極層）１４１Ｄ，１４２Ｄからなり、それぞれ独立して形成されている。
【００４６】
アクチュエータ部１４０は、鏡面部１３０の重心Ｇを中心として２回回転対称に配置されている。
【００４７】
次に、アクチュエータ部１４０の動作について説明する。例えばアーム始端部１４１には、Ａ層（基板層）１００Ａ、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄが形成されている。Ａ層（基板層）１００Ａを「アクチュエータ本体部１００Ａ」と呼ぶ。また、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄの３層構造部分を「圧電素子（１００Ｂ、１００Ｃ、１４０Ｄ）」と呼ぶ。このようにすれば、アーム始端部１４１は、可撓性を有するアクチュエータ本体部１００Ａと、このアクチュエータ本体部１００Ａの上面に固着された圧電素子（１００Ｂ、１００Ｃ、１４０Ｄ）とによって構成されているとみなすことができる。
【００４８】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、アーム始端部１４１の動作を示す断面図である。図４Ａに示すように、Ａ層１００Ａ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１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、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）１００Ｃ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。
【００４９】
Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が正、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ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）１００Ｃ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）１００Ｂ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）１００Ｃ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。
【００５０】
したがって、図４Ｂに示すように、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄが正で、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ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１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、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１００Ａ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、アーム始端部１４１は、上方が凸になるように反り返る。
【００５１】
これに対して、図４Ｃに示すように、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄが負で、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ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１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃ、Ｄ層１４０Ｄ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、アーム始端部１４１は、下方が凸になるように反り返る。
【００５２】
もちろん、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ側が正、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ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）１００Ｃ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）１００Ｂ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１００Ｃ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。
【００５３】
いずれにしても、Ｄ層（上部電極層）１４０Ｄ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ことにより、図４Ｂ又は図４Ｃに示す変形を生じさせることができる。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。
【００５４】
さらに、アーム伸長部１４３Ａは、Ａ層（基板層）１００Ａ、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ、Ｄ層（上部電極層）１４１Ｄ，１４２Ｄによって形成される圧電素子により、図４Ａ〜図４Ｃに示すアーム始端部１４１と同じように動作する。
【００５５】
図１に戻り、図示しないＤ層１００Ｄのうち、第１の検出電極としての検出用電極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、配線のため、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。
【００５６】
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ている。これらの部分は、アクチュエータ部１４０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を配設することにより、アクチュエータ部１４０の変位を安定して検出することができる。
【００５７】
鏡面部１３０は、固定枠１１０に対して、アクチュエータ部１４０を介して接続されており、アクチュエータ部１４０によって、基台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、Ｘ軸周り、すなわちＹ軸方向に傾斜する。
【００５８】
アーム始端部１４１，アーム伸長部１４３Ａの各圧電素子に電圧が加えられていない場合には、鏡面部１３０は、図５Ａに示すように、アクチュエータ部１４０を介して基台（固定点）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。
【００５９】
アーム始端部１４１が上方に凸になるように反り返り、アーム始端部１４１に隣接するアーム伸長部１４３Ａが下方に凸となり、下方に凸となったアーム伸長部１４３Ａに隣接するアーム伸長部１４３Ａが上方に凸となるように反り返ると、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５Ｂに示すように、鏡面部１３０を、その＋Ｙ端が最も下がるように傾斜させることができる。
【００６０】
アーム始端部１４１が下方に凸になるように反り返り、アーム始端部１４１に隣接するアーム伸長部１４３Ａが上方に凸となり、上方に凸となったアーム伸長部１４３Ａに隣接するアーム伸長部１４３Ａが下方に凸となるように反り返ると、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５Ｃに示すように、鏡面部１３０を、その−Ｙ端が最も下がるように傾斜させることができる。
【００６１】
＋Ｘ側のアクチュエータ部１４０の圧電素子及び−Ｘ側のアクチュエータ部１４０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、鏡面部１３０をＸ軸周りに揺動させることができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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、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。
【００６４】
このように、可動反射素子１００は、Ｙ軸に沿って延びたアーム始端部１４１，アーム伸長部１４３Ａ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、アーム始端部１４１、アーム伸長部１４３Ａの圧電素子に電圧を印加して、圧電素子を伸縮させれば、鏡面部１３０をより大きくＹ軸方向に傾斜させる（Ｘ軸周りに回転させる）ことができる。このため、Ｘ軸回りに関して、十分な変位角を確保することが可能になる。
【００６５】
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。ただし、アクチュエータ部１４０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。
【００６６】
また、固定枠１１０、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。
【００６７】
以上詳細に説明したように、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軸方向に沿った鏡面部１３０の外辺の中点Ｎまでの距離よりも長くなっており、さらにつづら折りに形成されている。これにより、アクチュエータ部１４０の配置面積の増大化を抑制しつつ、固定枠１１０から鏡面部１３０までのアクチュエータ部１４０の長さを長くして、鏡面部１３０の駆動周波数を所望の値にできる。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。
【００６８】
すなわち、アクチュエータ部１４０は、鏡面部１３０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鏡面部１３０に殆ど働かず、鏡面部１３０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１４０については、簡素な構成として、鏡面部１３０を小型化することができる。
【００６９】
また、鏡面部１３０のねじれ角度の観点から見れば、この可動反射素子１００によれば、鏡面部１３０を揺動させる一対のアクチュエータ部１４０を、アーム連結部１４３Ｂとアーム伸長部１４３Ａとが交互に連結されてつづら折りに折れ曲がった形状とし、鏡面部１３０の外辺の中点Ｎに連結するようにした。こうすることにより、鏡面部１３０のねじれ角度を大きくしつつ、鏡面部１３０の回転軸を鏡面部１３０の外辺の中点Ｎを結ぶ方向に一致させることができるので、鏡面部１３０を正確に揺動させることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
図６及び図７に示すように、本実施の形態２に係る可動反射素子１００は、基台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。本実施の形態に係る可動反射素子１００では、Ａ層１００Ａ、Ｂ層１００Ｂ、Ｃ層１００Ｃが積層されている。
【００７２】
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。アクチュエータ部１４０の構成及び動作は、上記実施の形態１と同じである。本実施の形態では、可動枠１２０、アクチュエータ部１５０、鏡面部１３０が揺動部に相当する。
【００７３】
図８に示すように、本実施の形態２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。図７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。
【００７４】
アクチュエータ部１５０は、可動枠１２０と鏡面部１３０とを連結し、可動枠１２０の内辺からＸ軸方向に沿って延びた部分に、Ｘ軸方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある一対の部材である。アクチュエータ部１５０のそれぞれが、Ｙ軸方向における鏡面部１３０の両側に配置され、圧電素子の伸縮により変形してＹ軸方向に沿った回転軸を中心に可動枠１２０に対して鏡面部１３０を揺動させる。アクチュエータ部１５０は、第２のアーム始端部としてのアーム始端部１５１、第２のアーム終端部としてのアーム終端部１５２、第２のアーム中継部としてのアーム中継部１５３を備える。
【００７５】
アーム始端部１５１の一端は、可動枠１２０の内辺に接続している。アーム始端部１５１は、可動枠１２０と鏡面部１３０との隙間をＹ軸方向に沿って、その一端から鏡面部１３０の外辺の中点Ｎを超えて直線状に延びている。
【００７６】
アーム終端部１５２は、一端が可動枠１２０の外辺の中点Ｎと接続され、アーム始端部１５１と平行に延びている。
【００７７】
アーム中継部１５３は、Ｘ軸方向に沿って延びる第２のアーム連結部としてのアーム連結部１５３Ｂと、アーム始端部１５１と平行に延び圧電素子が形成された第２のアーム伸長部としてのアーム伸長部１５３Ａとが交互に連結されてつづら折りに形成され、アーム始端部１５１の他端とアーム終端部１５２の他端との間を連結する。
【００７８】
アーム始端部１５１には、圧電素子が形成されている。この圧電素子は、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ及びＤ層（上部電極層）１５０Ｄで形成されている。
【００７９】
アーム伸長部１５３Ａには、圧電素子が形成されている。圧電素子は、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ及びＤ層（上部電極層）１５１Ｄ，１５２Ｄで形成されている。
【００８０】
アクチュエータ部１５０の各圧電素子に、電圧が加えられていない場合には、図９Ａ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。
【００８１】
アーム始端部１５１が上方に凸になるように反り返り、アーム始端部１５１に隣接するアーム伸長部１５３Ａが下方に凸となり、下方に凸となったアーム伸長部１５３Ａに隣接するアーム伸長部１５３Ａが上方に凸となるように反り返ると、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ようになる。これにより、図９Ｂに示すように、可動枠１２０に対して、鏡面部１３０を、その＋Ｘ端が最も下がるように傾斜させることができる。
【００８２】
アーム始端部１５１が下方に凸になるように反り返り、アーム始端部１５１に隣接するアーム伸長部１５３Ａが上方に凸となり、上方に凸となったアーム伸長部１５３Ａに隣接するアーム伸長部１５３Ａが下方に凸となるように反り返ると、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ようになる。これにより、図９Ｃに示すように、可動枠１２０に対して、鏡面部１３０を、その−Ｘ端が最も下がるように傾斜させることができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
また、可動反射素子１００は、Ｘ軸に沿って延びたアーム始端部１５１，アーム伸長部１５３Ａ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、アーム始端部１５１、アーム伸長部１５３Ａの圧電素子に電圧を印加して、圧電素子を伸縮させれば、鏡面部１３０をより大きく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、Ｙ軸回りに関して、十分な変位角を確保することが可能になる。
【００８６】
第２の検出用電極としての検出用電極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１７０Ｄを配設することにより、アクチュエータ部１５０の変位を安定して検出することができる。
【００８７】
以上説明した本実施の形態の可動反射素子１００によれば、アクチュエータ部１５０のＸ軸方向に沿った部分の長さは、可動枠１２０の内辺からＸ軸方向に沿った鏡面部１３０の外辺の中点Ｎまでの距離よりも長くなっている。これにより、鏡面部１３０の駆動周波数の設定範囲を広げることができるので、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。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。
【００８８】
また、本実施の形態２では、アクチュエータ部１４０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。また、アクチュエータ部１５０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、アーム始端部１４１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、アーム始端部１５１において可動枠１２０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Ｇを中心とする回転方向に関して同じになっている。
【００８９】
そして、アクチュエータ部１４０もアクチュエータ部１５０も、揺動対象の外辺の中点Ｎを中心にして、つづら折りに形成されている。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。
【００９０】
なお、アクチュエータ部１５０の向きが異なっていてもよい。すなわち、アーム始端部１４１の、固定枠１１０と接続された一端から他端へ向かう向きと、アーム始端部１５１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を中心とする回転方向に関して逆向きとなっていてもよい。
【００９１】
例えば、本実施の形態２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、代わりにアクチュエータ部１５０の向きが異なる可動反射素子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、アクチュエータ部１５０が逆向きとなる可動反射素子１００を採用することが解決手段として考えられる。
【００９２】
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、可動枠１２０に重り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。
【００９３】
なお、重りを付けるのは、可動枠１２０に限定されない。例えば、重りを、鏡面部１３０に付けてもよい。或いは、重りを、アクチュエータ部１４０、１５０の両方、或いは一方につけてもよい。
【００９４】
上記実施の形態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。
【００９５】
特に、上記実施の形態に係る可動反射素子１００は、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。上記実施の形態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。
【００９６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、鏡面部１３０（及び可動枠１２０）を揺動させる一対のアクチュエータ部１４０，１５０を、つづら折りに折れ曲がった形状と鏡面部１３０（及び可動枠１２０）の外辺の中点Ｎに連結するようにした。こうすることにより、鏡面部１３０（及び可動枠１２０）のねじれ角度を大きくしつつ、鏡面部１３０（及び可動枠１２０）の回転軸をその中点Ｎを通る方向に鏡面部１３０（及び可動枠１２０）を正確に揺動させることができる。すなわち、鏡面部１３０（及び可動枠１２０）を最適な状態で揺動させることができる。
【００９７】
上記実施の形態では、アクチュエータ部１４０，１５０のつづら折りの数（折り返し数）を３回としたが、折り返し数を４回以上としてもよい。
【００９８】
上記実施の形態では、アーム始端部１４１，１５１及びアーム伸長部１４３Ａ，１５３Ａに形成された圧電素子が伸縮する構成であったが、これに限られるものではない。アーム始端部１４１，１５１及びアーム伸長部１４３Ａ，１５３Ａに形成された圧電素子の伸縮に加えて、アーム終端部１４２，１５２及びアーム連結部１４３Ｂ，１５３Ｂに形成された圧電素子が伸縮する構成であってもよい。この構成の場合、アーム終端部１４２，１５２及びアーム連結部１４３Ｂ，１５３Ｂは、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ及びＤ層（上部電極層）１００Ｄで形成される。
【００９９】
また、アーム始端部１４１，１５１及びアーム伸長部１４３Ａ，１５３Ａに形成された圧電素子は伸縮せず、アーム終端部１４２，１５２及びアーム連結部１４３Ｂ，１５３Ｂに形成された圧電素子が伸縮する構成であってもよい。この構成の場合、アーム始端部１４１，１５１及びアーム伸長部１４３Ａ，１５３Ａは、例えば、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃで形成される。また、アーム終端部１４２，１５２及びアーム連結部１４３Ｂ，１５３Ｂは、Ｂ層（下部電極層）１００Ｂ、Ｃ層（圧電材料層）１００Ｃ及びＤ層（上部電極層）１００Ｄで形成される。
【０１００】
このように、アクチュエータ部１４０，１５０において、どの部分を圧電素子で伸縮させるかについては、可動枠１２０及び鏡面部１３０に要求される揺動状態に応じて、適宜設計可能である。
【０１０１】
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。
【０１０２】
なお、本願については、２０１６年１１月９日に出願された日本国特許出願２０１６−２１８８１２号を基礎とする優先権を主張し、本明細書中に日本国特許出願２０１６−２１８８１２号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、反射ミラーの駆動素子に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１００  可動反射素子、１００Ａ  Ａ層（アクチュエータ本体部）、１００Ｂ  Ｂ層、１００Ｃ  Ｃ層、１００Ｄ  Ｄ層、１１０  固定枠、１２０  可動枠、１３０  鏡面部、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）、１４０Ｄ，１４１Ｄ，１４２Ｄ  Ｄ層（上部電極層）、１４１  アーム始端部、１４２  アーム終端部、１４３  アーム中継部、１４３Ａ  アーム伸長部、１４３Ｂ  アーム連結部、１５０  アクチュエータ部（第２のアクチュエータ部）、１５０Ｄ，１５１Ｄ，１５２Ｄ  Ｄ層（上部電極層）、１５１  アーム始端部、１５２  アーム終端部、１５３  アーム中継部、１５３Ａ  アーム伸長部、１５３Ｂ  アーム連結部、１６０Ｄ、１７０Ｄ  Ｄ層（検出用電極）
【図１】
0006680364.tif 000002
【図２】
0006680364.tif 000003
【図３】
0006680364.tif 000004
【図４Ａ】
0006680364.tif 000005
【図４Ｂ】
0006680364.tif 000006
【図４Ｃ】
0006680364.tif 000007
【図５Ａ】
0006680364.tif 000008
【図５Ｂ】
0006680364.tif 000009
【図５Ｃ】
0006680364.tif 000010
【図６】
0006680364.tif 000011
【図７】
0006680364.tif 000012
【図８】
0006680364.tif 000013
【図９Ａ】
0006680364.tif 000014
【図９Ｂ】
0006680364.tif 000015
【図９Ｃ】
0006680364.tif 000016