(57)【要約】【課題】高周波運動を必要とする水平駆動は、垂直コム電極構造を利用し、低周波運動を必要とする垂直駆動は、圧電アクチュエータを利用する２軸マイクロスキャナーを提供する。【解決手段】フレーム３７と、マイクロミラー２５、マイクロミラーの両側面に沿って平行に形成された複数の垂直駆動コム電極１７、及び駆動コム電極と相互交互に形成された複数の垂直固定コム電極１２を備える水平駆動部３８と、フレームから延びて水平駆動部の両端にそれぞれ連結されることによって、水平駆動部を支持する複数のカンチレバー３１及びそれぞれのカンチレバーの上面に設置された複数の圧電アクチュエータ３０を備える垂直駆動部３９と、を備え、圧電アクチュエータの収縮／膨脹作用によってカンチレバーが上下面方向に反り運動を行うことを特徴とする２軸マイクロスキャナー２０である。【選択図】図２Ａ
2007188073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
マイクロミラー、前記マイクロミラーの両側面に沿って平行に形成された複数の垂直駆動コム電極、及び前記駆動コム電極と相互交互に形成された複数の垂直固定コム電極を備える水平駆動部と、
前記フレームから延びて前記水平駆動部の両端にそれぞれ連結されることによって、前記水平駆動部を支持する複数のカンチレバー及びそれぞれのカンチレバーの上面に設置された複数の圧電アクチュエータを備える垂直駆動部と、を備え、
前記圧電アクチュエータの収縮／膨脹作用によって前記カンチレバーが上下面方向に反り運動を行うことを特徴とするマイクロスキャナー。
【請求項２】
前記複数のカンチレバーは、前記フレームの相互に対向する２辺からそれぞれ延びて前記水平駆動部の一端に連結される第１カンチレバー及び第２カンチレバーと、前記フレームの相互に対向する２辺からそれぞれ延びて前記水平駆動部の他端に連結される第３カンチレバー及び第４カンチレバーと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスキャナー。
【請求項３】
前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーの相互に対向する端部と前記水平駆動部の一端とを連結する第１コネクターと、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーの相互に対向する端部と前記水平駆動部の他端とを連結する第２コネクターと、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のマイクロスキャナー。
【請求項４】
前記第１カンチレバーは、第２カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第３カンチレバーは、第４カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーは、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーと逆方向に反り運動を行うことを特徴とする請求項２ないし請求項３に記載のマイクロスキャナー。
【請求項５】
前記水平駆動部の両側面の中心部からそれぞれ対向するフレームに延びる２個のトーションバネをさらに備えることを特徴とする請求項２ないし請求項４のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項６】
前記複数のカンチレバーは、前記フレームの一側のコーナーから相互に垂直方向に延びる第１カンチレバー及び第３カンチレバーと、前記フレームの反対側のコーナーから相互に垂直方向に延びて前記第１カンチレバー及び第３カンチレバーのそれぞれに垂直に連結される第２カンチレバー及び第４カンチレバーと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスキャナー。
【請求項７】
前記水平駆動部の一端は、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーが出合う部位に連結され、前記水平駆動部の他端は、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーが出合う部位に連結されることを特徴とする請求項６に記載のマイクロスキャナー。
【請求項８】
前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーが出合う部位と前記水平駆動部の一端とを連結する第１コネクターと、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーが出合う部位と前記水平駆動部の他端とを連結する第２コネクターと、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のマイクロスキャナー。
【請求項９】
前記第１カンチレバーは、第２カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第３カンチレバーは、第４カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーは、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーと逆方向に反り運動を行うことを特徴とする請求項６ないし請求項８のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１０】
前記カンチレバーにおいて、上面に前記圧電アクチュエータが位置する領域の一部は、他の部分より薄いことを特徴とする請求項１ないし請求項９のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１１】
前記カンチレバーにおいて、上面に前記圧電アクチュエータが位置する領域の一部は切断されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１２】
前記圧電アクチュエータは、第１電極上に第１圧電素子、第２電極、第２圧電素子及び第３電極が順に積層された二重層構造であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１３】
前記フレームは、下部シリコン基板と、前記下部シリコン基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された上部シリコン基板と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１４】
前記マイクロミラー、駆動コム電極及びカンチレバーは、前記上部シリコン基板と同じ平面上に形成され、前記固定コム電極は、前記下部シリコン基板と同じ平面上に形成されることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１５】
フレームと、
マイクロミラー、前記マイクロミラーの両側面に沿って平行に形成された複数の垂直駆動コム電極、及び前記駆動コム電極と相互交互に形成された複数の垂直固定コム電極を備える水平駆動部と、
前記フレームから延びて前記水平駆動部の両側面にそれぞれ連結されることによって前記水平駆動部を支持する複数のカンチレバー、及びそれぞれのカンチレバーの上面に設置された複数の圧電アクチュエータを備える垂直駆動部と、を備え、
前記圧電アクチュエータの収縮／膨脹作用によって前記カンチレバーが上下面方向に反り運動を行うことを特徴とするマイクロスキャナー。
【請求項１６】
前記複数のカンチレバーは、前記フレームの一辺から相互に平行に延びて前記水平駆動部の両側面にそれぞれ連結される第１カンチレバー及び第２カンチレバーと、前記フレームの反対側の辺から相互に平行に延びて前記水平駆動部の両側面にそれぞれ連結される第３カンチレバー及び第４カンチレバーと、を備えることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１７】
前記水平駆動部の両側面の中心から前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーまでの間隔と、前記水平駆動部の両側面の中心から前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーまでの間隔とは同じであることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１８】
前記第１カンチレバーは、第２カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第３カンチレバーは、第４カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーは、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーと逆方向に反り運動を行うことを特徴とする請求項１６ないし請求項１７に記載のマイクロスキャナー。
【請求項１９】
前記水平駆動部の両側面の中心部からそれぞれ対向するフレームに延びる２個のトーションバネをさらに備えることを特徴とする請求項１５ないし請求項１８のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項２０】
前記カンチレバーにおいて、上面に前記圧電アクチュエータが位置する領域の一部は、他の部分より薄いことを特徴とする請求項１５ないし請求項１９のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項２１】
前記カンチレバーにおいて、上面に前記圧電アクチュエータが位置する領域の一部は、切断されていることを特徴とする請求項１５ないし請求項１９のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項２２】
前記圧電アクチュエータは、第１電極上に第１圧電素子、第２電極、第２圧電素子及び第３電極が順に積層された二重層構造であり、前記第１圧電素子と第２圧電素子とは相互逆方向に分極処理されていることを特徴とする請求項１５ないし請求項２１のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項２３】
前記フレームは、下部シリコン基板と、前記下部シリコン基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された上部シリコン基板と、を備えることを特徴とする請求項１５ないし請求項２２のうち何れか１項に記載のマイクロスキャナー。
【請求項２４】
前記マイクロミラー、駆動コム電極及びカンチレバーは、前記上部シリコン基板と同じ平面上に形成され、前記固定コム電極は、前記下部シリコン基板と同じ平面上に形成されることを特徴とする請求項２３に記載のマイクロスキャナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸マイクロスキャナーに係り、さらに詳細には、高周波運動を必要とする水平駆動は、垂直コム電極構造を利用し、低周波運動を必要とする垂直駆動は、圧電アクチュエータを利用する２軸マイクロスキャナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術により提供されるマイクロスキャナーは、通常、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の上下層にそれぞれコム状の駆動コム電極（または、回転子）及び固定コム電極（または、固定子）が形成された垂直コム電極構造を備えている。
【０００３】
図１Ａは、一般的なマイクロスキャナーの垂直コム電極構造を概略的に示す断面図である。図１Ａに示すように、マイクロスキャナー１０は、一般的に、固定コム電極１２が形成された下部シリコン基板１１上に、駆動コム電極１７が形成された上部シリコン基板１４を積層した構造である。前記上部シリコン基板１４と下部シリコン基板１１との間には、酸化物層（例えば、ＳｉＯ２）のような絶縁層１３が形成されている。複数の駆動コム電極１７は、マイクロミラー１５の両側に垂直に形成されている。また、複数の固定コム電極１２は、下部シリコン基板１１内に垂直に形成されている。図１Ｂに示すように、前記複数の固定コム電極１２と駆動コム電極１７とは相互交互に配置される。このような構造において、駆動コム電極１７及び固定コム電極１２に電圧を印加すれば、前記駆動コム電極１７と固定コム電極１２との間に作用する静電気力により、駆動コム電極１７が固定コム電極１２の間に移動する。これにより、マイクロミラー１５が軸１６を中心にシーソー運動する。
【０００４】
このようなマイクロスキャナーは、例えば、レーザＴＶなどで画像をスクリーンに走査するときに利用されうる。この場合、スクリーン全体に画像を走査するためには、スクリーンの水平方向だけでなく垂直方向にも画像を走査せねばならない。従来では、２個のマイクロスキャナーを利用してそれぞれ水平方向及び垂直方向に画像を走査していた。しかし、最近では、水平駆動及び垂直駆動の両方とも可能な一つの２軸マイクロスキャナーを利用して水平方向及び垂直方向の走査を実現できるようになった。このような２軸マイクロスキャナーにおいて、水平駆動は、約２５ｋＨｚの高周波運動を行い、垂直駆動は、約６０Ｈｚの低周波運動を行う。そのために、マイクロミラー１５は、固有の共振周波数が水平駆動周波数と一致するように形成され、水平方向には、前記マイクロミラー１５の共振周波数に合わせて高周波の共振駆動を行う。一方、垂直方向には低周波の非共振駆動を行う。
【０００５】
ところが、図１Ａ及び図１Ｂに示す垂直コム電極の構造は、非共振駆動を行う低周波の垂直駆動よりは、共振駆動を行う高周波の水平駆動にさらに適した特性を表す。例えば、駆動コム電極１７と固定コム電極１２との間に発生する駆動力は、電圧の二乗に比例するので、ミラー１５が線形的に駆動されるためには、ＳＱＲＴ（ｓｑｕａｒｅ  ｒｏｏｔ）波形の電圧を生成する必要がある。しかし、ＳＱＲＴ波形の電圧には、マイクロミラー１５の共振周波数に該当する波形の電圧成分が含まれているため、前記ミラー１５が低周波の線形運動のみを行うだけでなく、高周波の共振周波数成分が含まれた運動を行う。
【０００６】
また、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、一般的に、前記駆動コム電極１７と固定コム電極１２との間には、垂直方向に間隙Ｔが存在するので、初期駆動力が低下しうる。すなわち、前記駆動コム電極１７と固定コム電極１２とが重畳されているときに線形的な駆動力が発生するので、初期には駆動コム電極１７と固定コム電極１２との電圧差が閾値以上に大きくなるまで、マイクロミラー１５が線形的に駆動され難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、高周波運動を必要とする水平駆動は、垂直コム電極構造を利用し、低周波運動を必要とする垂直駆動は、圧電アクチュエータを利用することによって、前述した従来の問題点を改善した２軸マイクロスキャナーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るマイクロスキャナーは、フレームと、マイクロミラー、前記マイクロミラーの両側面に沿って平行に形成された複数の垂直駆動コム電極、及び前記駆動コム電極と相互交互に形成された複数の垂直固定コム電極を備える水平駆動部と、前記フレームから延びて前記水平駆動部の両端にそれぞれ連結されることによって、前記水平駆動部を支持する複数のカンチレバー及びそれぞれのカンチレバーの上面に設置された複数の圧電アクチュエータを備える垂直駆動部と、を備え、前記圧電アクチュエータの収縮／膨脹作用によって前記カンチレバーが上下面方向に反り運動を行うことを特徴とする。
【０００９】
前記複数のカンチレバーは、前記フレームの相互に対向する２辺からそれぞれ延びて前記水平駆動部の一端に連結される第１カンチレバー及び第２カンチレバーと、前記フレームの相互対向する２辺からそれぞれ延びて前記水平駆動部の他端に連結される第３カンチレバー及び第４カンチレバーと、を備えうる。
【００１０】
この場合、前記マイクロスキャナーは、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーの相互に対向する端部と前記水平駆動部の一端とを連結する第１コネクターと、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーの相互に対向する端部と前記水平駆動部の他端とを連結する第２コネクターと、をさらに備えうる。
【００１１】
前記第１カンチレバーは、第２カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第３カンチレバーは、第４カンチレバーと同じ方向に反り運動を行い、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーは、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーと逆方向に反り運動を行うことを特徴とする。
【００１２】
前記マイクロスキャナーは、前記水平駆動部の両側面の中心部からそれぞれ対向するフレームに延びる２個のトーションバネをさらに備えうる。
【００１３】
また、前記複数のカンチレバーは、前記フレームの一側のコーナーから相互に垂直方向に延びる第１カンチレバー及び第３カンチレバーと、前記フレームの反対側のコーナーから相互に垂直方向に延びて前記第１カンチレバー及び第３カンチレバーのそれぞれに垂直に連結される第２カンチレバー及び第４カンチレバーと、を備えうる。
【００１４】
ここで、前記水平駆動部の一端は、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーが出合う部位に連結され、前記水平駆動部の他端は、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーが出合う部位に連結される。
【００１５】
この場合、前記マイクロスキャナーは、前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーが出合う部位と前記水平駆動部の一端とを連結する第１コネクターと、前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーが出合う部位と前記水平駆動部の他端とを連結する第２コネクターと、をさらに備えうる。
【００１６】
一方、前記カンチレバーにおいて、上面に前記圧電アクチュエータが位置する領域の一部は他部より薄くてもよい。
【００１７】
または、前記カンチレバーにおいて、上面に前記圧電アクチュエータが位置する領域の一部は切断されていてもよい。
【００１８】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記圧電アクチュエータは、第１電極上に第１圧電素子、第２電極、第２圧電素子及び第３電極が順に積層された二重層構造であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記フレームは、下部シリコン基板と、前記下部シリコン基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された上部シリコン基板と、を備え、前記マイクロミラー、駆動コム電極及びカンチレバーは、前記上部シリコン基板と同じ平面上に形成され、前記固定コム電極は、前記下部シリコン基板と同じ平面上に形成されうる。
【００２０】
一方、本発明の他の実施形態に係るマイクロスキャナーは、フレームと、マイクロミラー、前記マイクロミラーの両側面に沿って平行に形成された複数の垂直駆動コム電極、及び前記駆動コム電極と相互交互に形成された複数の垂直固定コム電極を備える水平駆動部と、前記フレームから延びて前記水平駆動部の両側面にそれぞれ連結されることによって前記水平駆動部を支持する複数のカンチレバー、及びそれぞれのカンチレバーの上面に設置された複数の圧電アクチュエータを備える垂直駆動部と、を備え、前記圧電アクチュエータの収縮／膨脹作用によって前記カンチレバーが上下面方向に反り運動を行うことを特徴とする。
【００２１】
前記複数のカンチレバーは、前記フレームの一辺から相互に平行に延びて前記水平駆動部の両側面にそれぞれ連結される第１カンチレバー及び第２カンチレバーと、前記フレームの反対側の辺から相互に平行に延びて前記水平駆動部の両側面にそれぞれ連結される第３カンチレバー及び第４カンチレバーとを備えうる。
【００２２】
ここで、前記水平駆動部の両側面の中心から前記第１カンチレバー及び第２カンチレバーまでの間隔と、前記水平駆動部の両側面の中心から前記第３カンチレバー及び第４カンチレバーまでの間隔とは同じであることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のマイクロスキャナーは、共振運動を行う垂直コム電極の構造を利用して高周波の水平駆動を行い、非共振運動を行うカンチレバー及び圧電アクチュエータを利用して低周波の垂直駆動を行う。このようなカンチレバー及び圧電アクチュエータを使用することによって、非常に安定的かつ線形的な垂直駆動が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。図２Ａに示すように、本発明の一実施形態に係るマイクロスキャナー２０は、フレーム３７、マイクロミラー２５、複数の駆動コム電極２７、固定コム電極２２、複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄ及び圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄを備える。
【００２６】
従来の技術と同様に、前記複数の固定コム電極２２及び駆動コム電極２７は、マイクロミラー２５を共振駆動させるための垂直コム電極構造を有する。すなわち、図２Ａに示すように、複数の駆動コム電極２７が前記マイクロミラー２５の両側面に沿って平行に垂直に形成されている。また、固定コム電極２２は、前記複数の駆動コム電極２７と相互交互に平行に垂直に形成されている。したがって、前記複数の固定コム電極２２と駆動コム電極２７との間の静電気力により、前記マイクロミラー２５が数ｋＨｚないし数十ｋＨｚ（例えば、約２５ｋＨｚ）の高周波でシーソー運動が可能になる。そのために、前記マイクロミラー２５は、その両端に形成されているバネ２６を通じて懸架されている。前記バネ２６は、マイクロミラー２５の回転軸の役割を果すと共に、前記マイクロミラー２５に弾性復原力を与える。本発明の場合、このような垂直コム電極の構造は、前記マイクロミラー２５の水平方向への駆動にのみ利用される。したがって、以下では、前記マイクロミラー２５、固定コム電極２２、駆動コム電極２７及びバネ２６を水平駆動部３８と称す。
【００２７】
本発明の場合、前記マイクロミラー２５を垂直方向に線形駆動させるための手段として、複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄ及び圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄを利用する。図２Ａに示すように、前記複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄは、それぞれフレーム３７の内側の左右辺から垂直に延びて、前記水平駆動部３８の両端に連結されている。前記カンチレバー３１ａないし３１ｄにより、水平駆動部３８は、フレーム３７内で支持及び懸架される。さらに具体的に説明すれば、図面において第１カンチレバー３１ａは、フレーム３７の内側の左辺から垂直に延びて水平駆動部３８の上端に連結されており、前記第１カンチレバー３１ａと対向する第２カンチレバー３１ｂは、フレーム３７の内側の右辺から垂直に延びて水平駆動部３８の上端に連結されている。また、第３カンチレバー３１ｃは、フレーム３７の内側の左辺から垂直に延びて水平駆動部３８の下端に連結されており、前記第３カンチレバー３１ｃと対向する第４カンチレバー３１ｄは、フレーム３７の内側の右辺から垂直に延びて水平駆動部３８の下端に連結されている。すなわち、第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂは、前記フレーム３７の相互対向する２辺からそれぞれ垂直に延びて水平駆動部３８の上端に連結され、第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄは、フレーム３７の相互対向する２辺からそれぞれ垂直に延びて前記水平駆動部３８の下端に連結される。また、前記第１カンチレバー３１ａ及び第３カンチレバー３１ｃは、それぞれ前記第２カンチレバー３１ｂ及び第４カンチレバー３１ｄと同じ線上に位置し、前記第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂの位置と、第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄの位置とは、前記水平駆動部３８の側面中心を基準に対称的に配置される。
【００２８】
また、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄは、前記水平駆動部３８と直接連結されてもよいが、図２Ａに示すように、コネクター３２ａ、３２ｂを通じて水平駆動部３８に連結されてもよい。例えば、第１コネクター３２ａは、前記第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂの相互対向する端部と前記水平駆動部３８の上端とを連結し、第２コネクター３２ｂは、前記第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄの相互対向する端部と水平駆動部３８の下端とを連結する。
【００２９】
一方、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄの上面には、それぞれ圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄが一つずつ設置されている。前記複数の圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄが電圧の印加方向によって収縮／膨脹作用を行うことによって、前記カンチレバー３１ａないし３１ｄの上下方向の反り運動が可能となる。したがって、前記複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄ及び圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄは、前記マイクロミラー２５を垂直方向に駆動させるための垂直駆動部３９をなす。
【００３０】
図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ’線に沿って切り取られた本発明の一実施形態に係る２軸マイクロスキャナー２０の断面構造を概略的に示す断面図である。従来の技術と同様に、本発明に係るマイクロスキャナー２０も、下部シリコン基板２１と上部シリコン基板２４との間にＳｉＯ２のような酸化物絶縁層２３が介在されたＳＯＩ基板をエッチングすることによって一体に製造されることが望ましい。すなわち、ＳＯＩ基板の内部をエッチングして、複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄ、コネクター３２ａ、３２ｂ、固定コム電極２２、駆動コム電極２７、マイクロミラー２５、バネ２６などを形成しうる。また、前記ＳＯＩの外側の側縁は、エッチングせずに残してフレーム３７を形成しうる。例えば、図２Ｂに示すように、複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄ、コネクター３２ａ、３２ｂ、マイクロミラー２５、バネ２６及び駆動コム電極２７は、上部シリコン基板２４からなり、固定コム電極２２は、下部シリコン基板２１からなり得る。このようにＳＯＩ基板をエッチングした後には、前記複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄ上にそれぞれ圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄを設置する。図２Ｂに示すように、圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄは、例えば、ＰＺＴ（圧電性ジルコン酸チタン酸塩：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）のような圧電素子２８の両面に電極２９ａ、２９ｂがそれぞれ形成された構造を有している。
【００３１】
図３Ａないし図３Ｃは、前記圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄを利用した駆動原理を説明するための断面図である。前述したように、圧電アクチュエータは、圧電素子２８の両面に電極２９ａ、２９ｂをそれぞれ形成した構造を有する。一般的に、圧電素子２８は、強誘電体物質を分極処理（すなわち、ポーリング）して特定方向の分極を有させたものである。図３Ａに示すように、本発明においては、分極方向が垂直方向に向うように圧電素子２８を配置する。図３Ａにおいては、圧電素子２８の分極方向が下面側に向っているが、上面側に向ってもよい。
【００３２】
このような圧電素子２８は、分極方向と同じ方向の電場が印加されれば収縮し、分極方向と逆方向の電場が印加されれば膨脹する性質を有する。したがって、図３Ｂに示すように、上部電極２９ａに（−）電圧を印加し、下部電極２９ｂに（＋）電圧を印加すれば、圧電素子２８が膨脹する。これにより、圧電アクチュエータ３０が設置されているカンチレバー３１の上面が圧電素子２８と共に膨脹する。その結果、カンチレバー３１の上面が下面より長くなって、カンチレバー３１は下方に傾く。逆に、上部電極２９ａに（＋）電圧を印加し、下部電極２９ｂに（−）電圧を印加すれば、圧電素子２８が収縮する。これにより、圧電アクチュエータ３０が設置されているカンチレバー３１の上面が圧電素子２８と共に収縮する。その結果、カンチレバー３１の上面が下面より短くなって、カンチレバー３１は上方に傾く。ここで、前記カンチレバー３１が傾く角度は、圧電素子２８に印加される電圧の大きさと比例するということが知られている。
【００３３】
前述した原理によって、垂直駆動部３９を作動させることによって、マイクロミラー２５を垂直方向に線形駆動することが可能になる。再び図２Ａを参照すると、第１圧電アクチュエータ３０ａないし第４圧電アクチュエータ３０ｄにおいて圧電素子の分極方向が何れも同じく配置されている場合、第１圧電アクチュエータ３０ａ及び第２圧電アクチュエータ３０ｂに同じ電圧を印加し、第３圧電アクチュエータ３０ｃ及び第４圧電アクチュエータ３０ｄにそれと逆の電圧を印加すれば、第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂと第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄとは相互逆方向に反る。例えば、第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂは、上面側に反り、第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄは下面側に反る。その結果、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄに連結されている水平駆動部３８の上端が上面方向に上昇し、下端が下面方向に下降する。印加電圧の方向が変われば、逆に前記第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂは下面側に反り、第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄは上面側に反る。その結果、前記水平駆動部３８の上端は下面方向に下降し、下端が上面方向に上昇する。また、第１圧電アクチュエータ３０ａ及び第２圧電アクチュエータ３０ｂの圧電素子と第３圧電アクチュエータ３０ｃ及び第４圧電アクチュエータ３０ｄの圧電素子との分極方向が相互逆になるように配置される場合には、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄに何れも同じ電圧を印加して、前述したような効果が得られる。このような方式によって前記マイクロミラー２５の垂直線形駆動が可能になる。
【００３４】
一方、カンチレバー３１がシリコンから構成されている場合、カンチレバー３１の収縮／膨脹及びそれによる反り運動のためにはさらに大きな力が要求されうる。このために、図４に示すように、二つの圧電素子２８ａ、２８ｂを利用して圧電アクチュエータ３０を形成してもよい。この場合、上部の圧電素子２８ａと下部の圧電素子２８ｂとの分極方向は同じであるべきである。そして、下部電極２９ｂ及び上部電極２９ｃには同じ電圧が印加され、中間電極２９ａにはそれと逆の電圧が印加される。これにより、二つの圧電素子２８ａ、２８ｂが同時に収縮／膨脹しうる。図４においては、圧電アクチュエータ３０が二つの圧電素子のみを利用しているが、それ以上の圧電素子を利用してもよい。
【００３５】
また、図５に示すように、カンチレバー３１において、圧電アクチュエータ３０が位置する領域の一部を切断することも可能である。これにより、カンチレバー３１はさらに容易に反り運動が可能になる。図５には、前記カンチレバー３１の一部が完全に切断されて図示されているが、圧電アクチュエータ３０が上面に位置しているカンチレバー３１領域の一部を、他部より薄く形成してもよい。
【００３６】
図６は、本発明の他の実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。図６に示すマイクロスキャナー４０の場合、４個のカンチレバー３１ａないし３１ｄがそれぞれフレーム３７の対向する内面と平行に形成されることによって四角形に配列されている。水平駆動部３８は、前記フレーム３７の対角線方向に配置される。さらに具体的に、図６に示すように、第１カンチレバー３１ａ及び第３カンチレバー３１ｃは、前記フレーム３７内の同じコーナー部分で相互垂直方向に延びる。また、第２カンチレバー３１ｂ及び第４カンチレバー３１ｄは、前記フレーム３７内の反対側のコーナー部分で相互垂直方向に延びる。そして、前記第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂは、フレーム３７内の他のコーナーの近傍で相互垂直に連結される。同様に、前記第３カンチレバー３１ｂ及び第４カンチレバー３１ｄは、フレーム３７内のさらに他のコーナーの近傍で相互垂直に連結される。前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄの上面には、それぞれ圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄが設置されている。
【００３７】
また、水平駆動部３８の一端は、第１コネクター３２ａを通じて前記第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂが出合う部位に連結され、水平駆動部３８の他端は、第２コネクター３２ｂを通じて前記第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄが出合う部位に連結される。これにより、前記水平駆動部３８は、フレーム３７内で対角線方向に支持及び懸架される。図２Ａの実施形態と比較するとき、水平駆動部３８がフレーム３７内に対角線方向に連結されることによって、全体的なフレーム３７のサイズを減らしうる。図６に示す実施形態は、前記カンチレバー３１ａないし３１ｄ及び水平駆動部３８の配列形態を除いては、図２Ａに示す実施形態と同じ構成を有する。
【００３８】
図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。図７に示すマイクロスキャナー５０の場合、フレーム３７から延びた複数のカンチレバー３１ａないし３１ｄが水平駆動部３８の両側面に連結されている。さらに具体的に、図７に示すように、第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂは、例えば、前記フレーム３７の上辺から相互平行に延びて、水平駆動部３８の相互対向する側面にそれぞれ連結される。また、第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄは、前記フレーム３７の下辺から相互平行に延びて、水平駆動部３８の相互対向する側面にそれぞれ連結される。ここで、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄは、前記水平駆動部３８と直接的に連結されてもよいが、それぞれ対応する第１コネクター３３ａないし第４コネクター３３ｄを通じて水平駆動部３８と連結されてもよい。また、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄの上面には、それぞれ圧電アクチュエータ３０ａないし３０ｄが設置されている。
【００３９】
一方、前記第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄが水平駆動部３８と連結される部位は、前記水平駆動部３８の両側面の中心から上端部または下端部に向って偏っている。例えば、第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂと水平駆動部３８とが連結される部位は、水平駆動部３８の側面の中心から上端部に向って偏っている。また、第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄと水平駆動部３８とが連結される部位は、水平駆動部３８の側面の中心から下端部に向って偏っている。ここで、図７に示すように、前記水平駆動部３８の両側面の中心部から前記第１カンチレバー３１ａ及び第２カンチレバー３１ｂまでの間隔と、前記水平駆動部３８の両側面の中心部から前記第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄまでの間隔とは同じである。すなわち、前記第１カンチレバー３１ｃ及び第２カンチレバー３１ｄと第３カンチレバー３１ｃ及び第４カンチレバー３１ｄとは、前記水平駆動部３８の両側面の中心部に対して相互対称的である。図７に示す実施形態は、第１カンチレバー３１ａないし第４カンチレバー３１ｄ及び水平駆動部３８のこのような配列形態を除いては、図２Ａに示す実施形態と同じ構成を有する。図７の実施形態によれば、カンチレバー３１ａないし３１ｄの曲げ角度が比較的に小さくても、垂直方向の駆動角度を比較的に大きくしうる。
【００４０】
また、図８は、図７に示す２軸マイクロスキャナー５０を若干変形した実施形態である。図８に示すように、本実施形態に係るマイクロスキャナー６０は、水平駆動部３８の両側面の中心部からそれぞれ対向するフレーム３７の内辺に延びる２個のトーションバネ３５ａ、３５ｂをさらに備えている。すなわち、フレーム３７の左辺で水平駆動部３８の左側面の中心に第１トーションバネ３５ａが連結されており、フレーム３７の右辺で水平駆動部３８の右側面の中心に第２トーションバネ３５ｂが連結されている。前記第１トーションバネ３５ａ及び第２トーションバネ３５ｂは、前記水平駆動部３８が垂直方向に駆動されるときに回転軸の役割を行い、また弾性復原力を与える。したがって、前記第１トーションバネ３５ａ及び第２トーションバネ３５ｂを使用することによって、より安定した垂直駆動が得られる。一方、図示されてはいないが、図２Ａの実施形態に係るマイクロスキャナー２０も同様に、前述したトーションバネをさらに備えうる。
【００４１】
なお、本明細書中に使用される上下左右との表現は、構成の位置関係を示すために便宜上使用するものであり、２軸マイクロスキャナー２０の使用時の姿勢等を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、例えば、レーザＴＶなどでレーザビームをスキャニングするマイクロスキャナーとして使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】一般的なマイクロスキャナーの垂直コム電極構造を概略的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すマイクロスキャナーの垂直コム電極構造で、固定コム電極と駆動コム電極との間の相対的な位置を示す図面である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡでＡ−Ａ’線に沿って切り取られた２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す断面図である。
【図３Ａ】本発明に係る２軸マイクロスキャナーで圧電アクチュエータを利用した垂直駆動の原理を説明する断面図である。
【図３Ｂ】本発明に係る２軸マイクロスキャナーで圧電アクチュエータを利用した垂直駆動の原理を説明する断面図である。
【図３Ｃ】本発明に係る２軸マイクロスキャナーで圧電アクチュエータを利用した垂直駆動の原理を説明する断面図である。
【図４】圧電アクチュエータの他の実施形態を示す図面である。
【図５】圧電アクチュエータの他の実施形態を示す図面である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る２軸マイクロスキャナーの構造を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
２０    マイクロスキャナー、
２２    固定コム電極、
２５    マイクロミラー、
２６    バネ、
２７    複数の駆動コム電極、
３０ａないし３０ｄ    圧電アクチュエータ、
３１ａないし３１ｄ    複数のカンチレバー、
３７    フレーム、
３８    水平駆動部、
３９    垂直駆動部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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