(57)【要約】【課題】光偏向器において可動支持体の往復回動の周波数が低くても、回動角センサの出力が十分なＳ／Ｎ比となるようにする。【解決手段】光偏向器１は、可動枠１３を第１軸線Ｌｘの回りに往復回動させる外側圧電アクチュエータ１４と、第１軸線Ｌｘに直交する第２軸線Ｌｙの方向に可動枠１３から張出して、可動枠１３に貼着され、張出し部１８ａ，１８ｂの変形に応じた電圧を出力する圧電フィルム部材３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を支持する可動支持体と、
前記可動支持体を第１軸線の回りに支持する固定支持体と、
前記可動支持体を前記第１軸線の回りに往復回動させる第１アクチュエータと、
前記第１軸線に対する直交方向に前記可動支持体から張出して、前記可動支持体に貼着され、張出し部の変形に応じた電圧を出力する圧電フィルム部材とを備えることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向器において、
前記圧電フィルム部材は、複数の圧電フィルムが間に弾性導電フィルムを挟んで積層されている積層構造を有し、該積層構造の両面間の電圧を出力することを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光偏向器において、
前記圧電フィルム部材は、前記第１軸線から前記直交方向の反対方向に離れた２つの位置に前記張出し部が形成されるように、前記可動支持体に貼着されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光偏向器において、
前記第１アクチュエータは、前記ミラー部を、前記第１軸線の回りに前記ミラー部の非共振周波数で往復回動させることを特徴とする光偏向器。
【請求項５】
請求項４記載の光偏向器において、
前記可動支持体に支持された前記ミラー部を、前記第１軸線に直交する第２軸線の回りに前記非共振周波数より高い前記ミラー部の共振周波数で往復回動させる第２アクチュエータを備えることを特徴とする光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー部を往復回動させて、入射光をミラー部で反射して出射する光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な構造の光偏向器は、ミラー部と、圧電アクチュエータとを備え、圧電アクチュエータがミラー部を所定の軸線の回りに往復回動させる。そして、光源からの入射光をミラー部において反射し、ミラー部の回動角に対応する方向に出射する。
【０００３】
このような光偏向器は、種々の機器に装備されるとき、各時点の出射方向を正確に制御する必要がある。このため、光偏向器には、軸線の回りのミラー部の回動角を検出するセンサが装備される。
【０００４】
特許文献１の光偏向器の回動角センサは、圧電センサとして圧電アクチュエータ等の他の圧電素子と一緒に製造され、圧電アクチュエータを介してミラー部を支持する支持部に配置されている。該圧電センサは、ミラー部の往復回動に伴って、圧電アクチュエータから支持部に伝達されて来る振動を検出する。
【０００５】
特許文献２の光偏向器は、圧電アクチュエータのカンチレバーと、回動角センサとしての圧電センサのカンチレバーとを別々に有する。圧電センサのカンチレバーは、一端が可動支持体に結合し、他端が自由端になっている。圧電センサは、圧電アクチュエータ等の他の圧電素子と一緒に製造され、該圧電センサは、ミラー部の往復回動時のカンチレバーの変形に応じた電圧を出力する。
【０００６】
特許文献３の光偏向器の回動角センサは、圧電センサとして圧電アクチュエータ等の他の圧電素子と一緒に製造される。該圧電センサは、軸線に対する直交方向の外側からミラー部に結合している。そして、該圧電センサは、軸線の回りにミラー部と一体に往復回動して、圧電層の変形に応じた電圧を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−００７７８０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６４１０１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／１３６７５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の光偏向器の圧電センサは、ミラー部の往復回動に伴って変位する部位ではなく、固定されている支持部に形成され、ミラー部や圧電アクチュエータの変位部から該支持部に伝達されて来る振動を検出する。したがって、ミラー部の回動角の検出精度が劣るという問題がある。
【０００９】
特許文献２の光偏向器では、圧電センサは、光偏向器の製造時に、圧電アクチュエータ等の他の圧電素子と一緒に作り込まれる。圧電アクチュエータの圧電層は、圧電アクチュエータの作用力を確保するために、十分な厚みが必要となるので、圧電センサの圧電層も厚くなってしまう。圧電センサは、加速度による圧電膜の変形を電気に変換して出力するので、圧電層が厚いと、変形量が低下して出力が低下する。また、ミラー部の往復回動の周波数が低いときも（例：６０Ｈｚ）、加速度が低下するので、圧電センサの出力が低下する。したがって、該圧電センサは、ミラー部の往復回動の周波数が低いときには、出力が大幅に低下して、圧電センサのＳ／Ｎ比を十分に確保することが難しいという問題がある。
【００１０】
特許文献３の光偏向器の圧電センサは、軸線の回りにミラー部と一体に往復回動するので、ミラー部の回動角の検出精度は高まる。しかしながら、特許文献２の光偏向器の圧電センサと同様に、加速度を圧電層の変形により検出するものなので、ミラー部の往復回動の周波数が低いときの出力が大幅に低下し、圧電センサのＳ／Ｎ比を十分に確保することが難しいという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を克服した光偏向器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光偏向器は、
光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を支持する可動支持体と、
前記可動支持体を第１軸線の回りに支持する固定支持体と、
前記可動支持体を前記第１軸線の回りに往復回動させる第１アクチュエータと、
前記第１軸線に対する直交方向に前記可動支持体から張出して、前記可動支持体に貼着され、張出し部の変形に応じた電圧を出力する圧電フィルム部材とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の光偏向器によれば、圧電フィルム部材が、第１軸線に対する直交方向に前記可動支持体から張出して、可動支持体に貼着され、張出し部の変形に応じた電圧を出力する。これにより、圧電フィルム部材の張出し部は、可動支持体と一体に往復回動するので、該張出し部の変形に基づいて高精度のミラー部の回動角を検出することができる。
【００１４】
圧電フィルム部材は、ＭＥＭＳ光偏向器で圧電アクチュエータ等の他の圧電素子と一緒に製造される圧電センサに比して、薄い。これにより、低加速度時も十分な変形量が確保され、可動支持体の往復回動の周波数が低くても、十分なＳ／Ｎ比の出力を確保することができる。
【００１５】
本発明の光偏向器において、前記圧電フィルム部材は、複数の圧電フィルムが間に弾性導電フィルムを挟んで積層されている積層構造を有し、該積層構造の両面間の電圧を出力することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、圧電フィルム部材は、圧電フィルムの複層構造となるので、圧電フィルムが単層構造であるときに比して出力電圧を大幅に増大させることができる。
【００１７】
本発明の光偏向器において、前記圧電フィルム部材は、前記第１軸線から前記直交方向の反対方向に離れた２つの位置に前記張出し部が形成されるように、前記可動支持体に貼着されていることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、各張出し部は光偏向器の表裏方向に逆向きに変形するので、各張出し部からは相互に逆位相の出力を得ることができる。また、各張出し部は、第１軸線から遠いほど、大きな慣性力及び空気粘性抵抗を受けるので、圧電フィルム部材の出力の絶対値は、各圧電フィルム部材と第１軸線との距離に関係する。第１軸線は、基準点から偏倚することがあるが、各側の張出し部からの出力を利用して、第１軸線回りのミラー部の回動角以外の因子の値（例：偏倚量）を検出することも可能になる。
【００１９】
本発明の光偏向器において、前記第１アクチュエータは、前記ミラー部を、前記第１軸線の回りに前記ミラー部の非共振周波数で往復回動させることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、第１軸線の回りのミラー部の非共振周波数の往復回動、すなわち非共振の低周波数の往復回動にもかかわらず、十分なＳ／Ｎ比の出力を圧電フィルム部材から得ることができる。
【００２１】
本発明の光偏向器において、前記可動支持体に支持された前記ミラー部を、前記第１軸線に直交する第２軸線の回りに前記非共振周波数より高い前記ミラー部の共振周波数で往復回動させる第２アクチュエータを備えることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、第１及び第２軸線の回りにミラー部を回動させる二軸式光偏向器において、第１軸線の回りのミラー部の回動角の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】圧電フィルム部材を本体から分離した光偏向器の正面図。
【図２】圧電フィルム部材が貼着された完成品としての光偏向器の正面図。
【図３】可動枠に貼着されている圧電フィルム部材の形状をｘ軸の方向視で示し、図３Ａは可動枠の静止時の形状を示す図、図３Ｂは可動枠の往復回動時の形状を示す図。
【図４】圧電フィルム部材をその厚み方向に切ったときの断面図。
【図５】外側圧電アクチュエータの駆動電圧と圧電フィルム部材の出力との関係を示すタイミングチャート。
【図６】光偏向器の製造方法の工程図。
【図７】図６の工程に後続する工程図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１及び図２において、光偏向器１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として製造され、本体２と圧電フィルム部材３とから構成される。圧電フィルム部材３自体は、ＭＥＭＳにおける部品製造とは別途に圧電フィルム部材３の一般的な製造方法で製造されたものである。圧電フィルム部材３は、ＭＥＭＳとしての光偏向器１の製造過程の途中で本体２に付加される（図６のＳＴＥＰ２の圧電シート材４６）。
【００２５】
以下、構成の説明の便宜上、図１及び図２の本体２の正面視での上下左右を、光偏向器１の上下左右と呼ぶことにする。
【００２６】
本体２は、概略、ミラー部１１、内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂ、可動枠１３、外側圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂ、及び固定枠１５を含む。
【００２７】
ミラー部１１は、正面視が円形であり、本体２の中心（矩形の固定枠１５の対角線の交点）に配設される。説明の便宜上、ミラー部１１の表面（ミラー面）上に、中心ｏ、ｘ軸及びｙ軸を定義する。中心ｏは円形のミラー部１１の中心に設定される。また、ミラー部１１の中心ｏにおける法線の向きにｚ軸（図３）を定義する。
【００２８】
図２において、第１軸線Ｌｘ及び第２軸線Ｌｙは、ミラー部１１の回転軸線を意味する。第１軸線Ｌｘ及び第２軸線Ｌｙは、中心ｏにおいて相互に直交し、互いに直交方向である本体２の左右方向及び上下方向に延在する。第１軸線Ｌｘ及び第２軸線Ｌｙは、本発明の第１軸線及び第２軸線に相当し、ミラー部１１は第１軸線Ｌｘ及び第２軸線Ｌｙの回りにそれぞれ非共振周波数及び共振周波数で往復回動する。第２軸線Ｌｙとｙ軸とは一致する。第１軸線Ｌｘとｘ軸とは、ｚ軸が本体２の厚み方向に平行になった時のみ、一致する。第２軸線Ｌｙの回りのミラー部１１の往復回動に伴い、ｘ軸は第１軸線Ｌｘに対する傾斜角度を変化させる。
【００２９】
内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂは、ミラー部１１に対してそれぞれ左側及び右側に配設される。上下の端部において相互に結合し、全体では、ミラー部１１を包囲する上下に縦長の楕円環を構成する。可動枠１３は、内外周が縦長の楕円輪郭の環状枠として形成され、内周側において内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂから構成される楕円環を包囲する。
【００３０】
トーションバー２１ａ，２１ｂは、ミラー部１１からｙ軸に沿って上下に直線状に突出し、中間部において内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの結合部に結合し、突出端において可動枠１３の内周に結合する。第２軸線Ｌｙは、トーションバー２１ａ，２１ｂの中心線に一致するので、第１軸線Ｌｘの回りのミラー部１１の回動角の変化に伴い、第２軸線Ｌｙは変位する。
【００３１】
外側圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂは、矩形の固定枠１５の内周側でかつ可動枠１３に対してそれぞれ左側及び右側に配設される。外側圧電アクチュエータ１４は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー２３から構成される。
【００３２】
具体的には、各カンチレバー２３は、長手方向を上下方向に揃えて、左右方向に一列に配列される。複数のカンチレバー２３は、全体として直列の結合となるように、上下の端部において左隣り又は右隣りのカンチレバー２３に結合している。なお、配列における左右両端のカンチレバー２３の長さは、他のカンチレバー２３の長さの半分となっており、該左右両端のカンチレバー２３は、それぞれ第１軸線Ｌｘ上の端部において可動枠１３及び固定枠１５に結合している。
【００３３】
電極パッド１６ａ，１６ｂは、横長の矩形の固定枠１５の左右の側辺部の表面に複数ずつ配設されている。電極パッド１６ａは、光偏向器１の左半部の電気素子（例：内側圧電アクチュエータ１２ａ及び外側圧電アクチュエータ１４ａ）の電極に導電層や配線を介して接続されている。電極パッド１６ｂは、光偏向器１の右半部の電気素子（例：内側圧電アクチュエータ１２ｂ及び外側圧電アクチュエータ１４ｂ）の電極に導電層や配線を介して接続されている。
【００３４】
圧電フィルム部材３は、縦長の矩形に形成されている。圧電フィルム部材３の長辺は、固定枠１５の矩形の内周輪郭の短辺よりわずかに小さく、可動枠１３の楕円の外周輪郭の長軸よりも長い。圧電フィルム部材３の短辺は、可動枠１３の楕円の外周輪郭の短軸にほぼ等しい。圧電フィルム部材３は、中心に楕円の窓２５を有している。窓２５は、正面視で内側に内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂを収容できる寸法になっている。
【００３５】
窓２５の中心が中心ｏに一致するように、圧電フィルム部材３は、可動枠１３に貼着されている。これにより、圧電フィルム部材３には、その外周の楕円輪郭の長軸方向両端からそれぞれ上及び下に張出す張出し部１８ａ，１８ｂ（図２）が形成される。
【００３６】
図２の光偏向器１の正面図において、圧電フィルム部材３は、光偏向器１の正面視で、圧電フィルム部材３の内周側の本体２のミラー部１１、内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂ及びトーションバー２１ａ，２１ｂを窓２５から露出させつつ、裏面側において可動枠１３の表面に貼着される。左右の外側圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂは、光偏向器１の左右方向に圧電フィルム部材３の長辺の外側にあって、圧電フィルム部材３に表面側を覆われることなく、露出している。
【００３７】
以下、内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂを特に区別しないときは、「内側圧電アクチュエータ１２」と総称する。外側圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂを特に区別しないときは、「外側圧電アクチュエータ１４」と総称する。電極パッド１６ａ，１６ｂを特に区別しないときは、「電極パッド１６」と総称する。張出し部１８ａ，１８ｂを特に区別しないときは、「張出し部１８」と総称する。トーションバー２１ａ，２１ｂを特に区別しないときは、「トーションバー２１」と総称する。
【００３８】
光偏向器１の全般的な作用について説明する。光偏向器１は、二次元スキャナとして、映像器や車両用ヘッドライト等に装備される。光偏向器１は、パッケージ内に収納されて、光偏向器１の電極パッド１６とパッケージの端子とは、ボンディングワイヤにより接続されている。内側圧電アクチュエータ１２及び外側圧電アクチュエータ１４には、電極パッド１６から印加電圧が供給される。
【００３９】
図示していない光源（例：レーザ光源）からの光（例：レーザ光）が、光偏向器１のミラー部１１の中心ｏに入射する。
【００４０】
外側圧電アクチュエータ１４は、電極パッド１６からの駆動電圧により作動して、可動枠１３を第１軸線Ｌｘの回りに往復回動させる。外側圧電アクチュエータ１４の作動について詳説する。各外側圧電アクチュエータ１４は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー２３から成り、第１軸線Ｌｘに平行な軸線の回りの各カンチレバー２３の両端の相対回転量の合計が、第１軸線Ｌｘの回りの可動枠１３の回動量に関係するようになっている。したがって、外側圧電アクチュエータ１４における固定枠１５との結合端側から可動枠１３との結合端の方に順番にカンチレバー２３に番号を付けると、奇数番のカンチレバー２３と偶数番のカンチレバー２３とは、印加電圧を逆位相にして、湾曲変形の向きが逆になるように設定される。
【００４１】
各外側圧電アクチュエータ１４において、奇数番のカンチレバー２３と偶数番のカンチレバー２３とに、逆位相の電圧を印加するために、電極パッド１６において、奇数番のカンチレバー２３の上部電極に印加電圧を供給する電極パッドと偶数番のカンチレバー２３の上部電極に印加電圧を供給する電極パッドとを別々にしている。
【００４２】
外側圧電アクチュエータ１４による第１軸線Ｌｘの回りの可動枠１３の往復回動により、ミラー部１１及び可動枠１３は第１軸線Ｌｘの回りに一体的に往復回動する。なお、外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧の周波数は、ミラー部１１の非共振周波数（例：６０Ｈｚ）に設定され、ミラー部１１の共振周波数（例：３０ｋＨｚ）よりはるかに小さい。
【００４３】
内側圧電アクチュエータ１２は、電極パッド１６からの駆動電圧により作動して、トーションバー２１を第２軸線Ｌｙの回りに往復回動させる。内側圧電アクチュエータ１２の作動について詳説する。内側圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂは、逆位相の駆動電圧を供給されて、トーションバー２１を左右両側から光偏向器１の厚み方向に逆向きに変位させ、第２軸線Ｌｙの回りに回転駆動する。内側圧電アクチュエータ１２による第２軸線Ｌｙの回りのミラー部１１の往復回動の周波数は、第２軸線Ｌｙの回りのミラー部１１及びトーションバー２１の共振周波数（例：３０ｋＨｚ）に整合される。
【００４４】
こうして、ミラー部１１は、第２軸線Ｌｙの回りに共振周波数で往復回動しつつ、第１軸線Ｌｘの回りに非共振周波数で往復回動する。この結果、ｚ軸は、上下左右に首振りする。
【００４５】
光源から光偏向器１の入射光は、ミラー部１１の中心ｏに入射する。そして、ｚ軸を間に挟んで反射角＝入射角となる反射角でｚ軸の向きに応じた方向の反射光となって出射する。
【００４６】
次に、図３〜図５を参照して、圧電フィルム部材３について説明する。図３は可動枠に貼着されている圧電フィルム部材３の形状をｘ軸の方向視で示し、図３Ａは可動枠の静止時の形状を示す図、図３Ｂは可動枠の往復回動時の形状を示す図である。ミラー部１１は、可動枠１３の内周側にあるので、図３では可動枠１３の後ろに隠れて見えない。
【００４７】
ここで、第１軸線Ｌｘの回りのミラー部１１の回動角θを定義する。図３Ｂにおいて、Ｈｓは、ミラー部１１の中心ｏを通り、本体２の厚み方向に平行な面としての基準面を示している。回動角θは、基準面Ｈｓに対するｚ軸の交角と定義する。
【００４８】
図３Ｂにおいて、Ｆｒは可動枠１３の回動方向を示す。張出し部１８ａ，１８ｂは、Ｆｒとは反対向きに慣性力及び空気の粘性抵抗を受ける。また、上側の張出し部１８ａと下側の張出し部１８ｂとでは、本体２の厚み方向に張出し部１８ａのＦｒと張出し部１８ｂのＦｒとは逆向きになるので、張出し部１８ａ，１８ｂは本体２の厚み方向に逆方向に変形する。
【００４９】
図４は圧電フィルム部材３をその厚み方向に切ったときの断面図である。図４では圧電フィルム部材３のうち、第１軸線Ｌｘの回りの可動枠１３の往復回動に伴って、実際に変形する張出し部１８の範囲のみしか図示していないが、圧電フィルム部材３の全体が図４に図示する積層構造を有している。ただし、圧電フィルム部材３のうち、可動枠１３の表面に貼着されている部分は、図４のように変形することはない。
【００５０】
圧電フィルム部材３は、厚み方向に弾性導電高分子フィルムＭｐと圧電高分子フィルムＭｅとを交互に貼り合わせた積層構造から成る。圧電フィルム部材３の出力は、該積層構造の両面間の電圧として生成される。圧電フィルム部材３の厚み方向の両面は弾性導電高分子フィルムＭｐから成り、圧電高分子フィルムＭｅは、厚み方向両面において弾性導電高分子フィルムＭｐにより挟まれている。弾性導電高分子フィルムＭｐは、厚み方向に隣接する圧電高分子フィルムＭｅの電極層を兼ねる。
【００５１】
図４において、Ｃａは圧電フィルム部材３の厚み方向の中心線を示している。中心線Ｃａは、圧電フィルム部材３の厚み方向の中央に配設される弾性導電高分子フィルムＭｐに含まれる。弾性導電高分子フィルムＭｐの役割は、圧電フィルム部材３に対する変形力に対して所定の抵抗力で変形すること、該変形力が解除されたときに、元の形状に戻ること、及び導電性であることである。Ｃｂは張出し部１８が厚み方向の変位量が最大となっている位置を示している。中心線Ｃａに対して上側の圧電高分子フィルムＭｅでは、矢印が示すように、面方向に最大変位量位置Ｃｂから遠ざかる向きに伸ばされる、中心線Ｃａに対して下側の圧電高分子フィルムＭｅでは、矢印が示すように、面方向に最大変位量位置Ｃｂに近付く向きに伸ばされる、
【００５２】
図４の圧電フィルム部材３は、５層の積層構造であり、圧電高分子フィルムＭｅを２枚有する複層の圧電フィルム部材３となっていることにより、圧電高分子フィルムＭｅが１枚だけの単層の圧電フィルム部材に比して、同一加速度に対する出力を大幅に増大することができきる。なお、圧電フィルム部材３が複層でなく単層であっても、前述の特許文献１，２の圧電センサよりは大きな出力を得ることができる。
【００５３】
図４の圧電フィルム部材３は、５層の積層構造であり、圧電高分子フィルムＭｅを２枚有する複層の圧電フィルム部材３となっている。複層の圧電フィルム部材３の代わりに、圧電高分子フィルムＭｅが１枚だけの単層の圧電フィルム部材３を採用することもできる。しかしながら、２層の圧電高分子フィルムＭｅの圧電フィルム部材３は、単層の圧電フィルム部材３よりも、同一加速度に対して、変形量は減少するものの、出力は約１００倍になる。
【００５４】
実施形態の光偏向器１では、張出し部１８ａ，１８ｂから別々に出力を取り出すので、光偏向器１における圧電フィルム部材３は、張出し部１８ａと張出し部１８ｂとを電気的に分離する必要がある。このため、圧電フィルム部材３には、第２軸線Ｌｙの方向の張出し部１８ａと張出し部１８ｂとの間に電気分離部としてのスリット（図示せず）が形成されている。
【００５５】
図５は外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧と圧電フィルム部材３の出力との関係を示すタイミングチャートである。図５の外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧は、前述の奇数番のカンチレバー２３の駆動電圧をカンチレバー２３の代表として示している。
【００５６】
外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧は、のこぎり波となっている。図５では、図示の簡便化上、のこぎり波は１つしか記載されていないが、光偏向器１を実際に作動させるときの外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧は、図５ののこぎり波が一定の周期で繰り返される。
【００５７】
圧電フィルム部材３の張出し部１８ａ，１８ｂは、第１軸線Ｌｘの回りの可動枠１３の往復回動に伴い、図３で説明した慣性力及び空気粘性抵抗をＦｒとは逆向きに受ける。張出し部１８ａ，１８ｂに対する回動方向Ｆｒは、光偏向器１の厚み方向については逆向きとなるので、変形の向きは光偏向器１の厚み方向に逆向きになり、出力は逆位相になる。
【００５８】
図５において、ｔ１は、圧電フィルム部材３の出力の立ち上がり時刻、ｔ２は圧電フィルム部材３の出力が最大値となる時刻、ｔ３は圧電フィルム部材３の出力が最小値になる時刻をそれぞれ示している。
【００５９】
圧電フィルム部材３の出力は、外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧が漸増を開始して、カンチレバー２３が変形開始する時刻ｔ１と、外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧が急低下して、カンチレバー２３が逆向きに変形開始する時刻ｔ２とにおいて、顕著な変化が現れる。時刻ｔ１とｔ２とが判明すれば、時刻ｔ１−ｔ３間の可動枠１３の回動角変化パターンは一定であるので、時刻ｔ１−ｔ３間の可動枠１３の回動角を算出することができる。また、各時刻ｔ１又はｔ３と次の周期に係る時刻ｔ１又はｔ３との時間差からミラー部１１の往復回動の周期を検出することができる。
【００６０】
図６及び図７は、光偏向器１の製造方法を工程順に示している。
【００６１】
図６のＳＴＥＰ１では、板体４０は、下面（裏面）から上面（表面）の方へ順番に下側Ｓｉ層４１、ＳｉＯ２層４２及び上部構造層４３が積層された構造を有している。図６では、ＳＴＥＰ１の板体４０を製造するまでの製造過程を図示していないが、板体４０は、ウェハとしてのＳＯＩ基板から製造される。ＳＯＩ基板の下側Ｓｉ層とその上に積層されるＳｉＯ２層が板体４０の下側Ｓｉ層４１及びＳｉＯ２層４２を構成する。
【００６２】
上部構造層４３の上部構造層とは、ＳｉＯ２層４２の表面側に形成される任意の積層構造を総称した名称として使用している。各上部構造層４３の最下層は、ＳＯＩ基板における上側Ｓｉ層から構成されている。上部構造層４３は、また、内側圧電アクチュエータ１２及び外側圧電アクチュエータ１４の形成範囲では、圧電構造を上側Ｓｉ層の上に含んでいる。圧電構造は、下から順番に下側電極層、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜及び上側電極層を含んでいる。
【００６３】
厳密には、板体４０の厚み方向に、ミラー部１１の形成範囲と内側圧電アクチュエータ１２及び外側圧電アクチュエータ１４の形成範囲との上面位置が相違するが、わずかであるので、図６及び図７では、同一の上面位置に揃えて、図示している。光偏向器１は、１枚のウェハから複数、同時に製造され、ソーシングにより分離される。
【００６４】
ＳＴＥＰ１において、Ｌａは光偏向器１の中心線、Ｌｂは、板体４０において隣接している光偏向器１の境界線を示す。
【００６５】
ＳＴＥＰ２では、板体４０の表面側に圧電シート材４６が当てられ、さらに、圧電シート材４６の表面側に当て板４７が当てられる。圧電シート材４６及び当て板４７は、共にＵＶ（紫外線）を透過する透明な材料から成る。また、圧電シート材４６の表面及び裏面（図６ではそれぞれ上面及び下面）には、接着剤が付着している。このため、圧電シート材４６は、裏面側において、板体４０の表面に貼着され、表面側において当て板４７の裏面に貼着する。
【００６６】
圧電シート材４６には、あらかじめ、圧電フィルム部材３の外周輪郭及び窓２５の周輪郭に相当する線に沿って、わずかの力で分離できるように、切れ目が入れてある。圧電フィルム部材３がその外周輪郭の切れ目で残りの部分に対して分離したときに、圧電フィルム部材３が図２のように可動枠１３を覆い、かつ窓２５の内側にミラー部１１及び内側圧電アクチュエータ１２に位置するように、圧電シート材４６は、板体４０上に載置される。
【００６７】
圧電シート材４６の表面側及び裏面側には、接着剤が全面にわたり、塗布されている。単位面積当たりの接着剤の接着力は、裏面側の方が表面側より大きくなるように、設定されている。また、裏面側の接着剤は、ＵＶの照射により接着力を喪失するものであるの対し、表面側の接着剤は、ＵＶを照射されても接着力を喪失しないものが選択されている。接着力及びＵＶ照射に対する性質の相違は、後述の図７のＳＴＥＰ６，７で述べる。
【００６８】
ＳＴＥＰ３では、ＳＴＥＰ２の処理を済ませた板体４０の表裏を反転する。
【００６９】
ＳＴＥＰ４では、板体４０の裏面側をエッチングして、該裏面側に裏側空間４９を形成する。該エッチングでは、板体４０の裏面側において、裏側空間４９における下側Ｓｉ層４１及びＳｉＯ２層４２が除去される。これにより、本体２の外側圧電アクチュエータ１４のカンチレバー２３等の運動素子は、表面側では圧電シート材４６及び当て板４７により結合状態を保持しているが、裏面側では分離状態になる。
【００７０】
なお、図６のＳＴＥＰ４では、図示の簡単化のために、ミラー部１１、可動枠１３及びトーションバー２１は、１つのブロック５１としてまとめて図示している。
【００７１】
図７のＳＴＥＰ５では、ＳＴＥＰ４のＬｂの箇所が板体４０の裏面側から圧電シート材４６の裏面の箇所までソーシングが行われる。ＳＴＥＰ５のＬｃはソーシングにより生じた切れ目を示している。これにより、共通の板体４０に製造された複数の光偏向器１は、表面側では圧電シート材４６及び当て板４７により結合状態を保持しているが、裏面側では分離状態になる。
【００７２】
ＳＴＥＰ６では、板体４０は、上下を逆転され、ＳＴＥＰ３以前の元の上下関係に戻される。これにより、板体４０の表面側が上になる。ＳＴＥＰ６では、さらに、ＵＶ（紫外線）が図示していないマスクパターンを介して当て板４７に照射される。ＵＶは、マスクパターンの透光部を通過する。
【００７３】
この結果、圧電シート材４６の表面側及び裏面側の接着剤の層において、マスクパターンのマスクに対応する領域にはＵＶが照射されず、マスクパターンの透光部に対応する領域にはＵＶが照射される。マスクパターンのマスクに対応する圧電シート材４６の表面側及び裏面側の接着剤の領域は、図１の圧電フィルム部材３の配置領域であり、マスクパターンの透光部に対応する圧電シート材４６の表面側及び裏面側の接着剤の領域は、図１の圧電フィルム部材３の配置領域以外の領域である。なお、圧電フィルム部材３の窓２５（図１）の部位は、マスクパターンの透光部に対応する圧電シート材４６の表面側及び裏面側の接着剤の領域に含まれる。
【００７４】
この結果、圧電シート材４６の裏面側接着剤は、圧電フィルム部材３に対する貼着力を維持しつつ、その他の板体４０の表面に対する貼着力を解除される。一方、圧電シート材４６の表面側接着剤は、当初の接着力を維持する。したがって、圧電シート材４６の表面側及び裏面側の接着剤は、共に、当初の接着力を維持するが、単位面積当たりの当初の接着力は、圧電シート材４６の裏面側の接着剤の方が圧電シート材４６の表面側の接着剤より十分に強いので、当て板４７を引き上げるときは、圧電シート材４６は、当て板４７と共に引き上げられることなく、板体４０の表面に残る。
【００７５】
ＳＴＥＰ７では、当て板４７を板体４０から引き上げる。圧電シート材４６には、圧電フィルム部材３の輪郭に相当する部位に切れ目が形成されているので、圧電シート材４６のうち、圧電フィルム部材３に相当する部分はブロック５１の上面に残り、その他の部分は板体４０から分離する。なお、ＳＴＥＰ７の図において、５４は、圧電シート材４６のうち、窓２５に相当する部分である。該部分５４も、当て板４７に貼着して、板体４０から分離する。
【００７６】
また、板体４０からの当て板４７の引き上げに伴い、板体４０は、ソーシングによる切れ目としてＬｃで分離し、この結果、図２に図示の光偏向器１が完成する。
【００７７】
前述したように、上部構造層４３は、内側圧電アクチュエータ１２及び外側圧電アクチュエータ１４の形成範囲において、下から順番に下側電極層、ＰＺＴ膜及び上側電極層を含んでいる。下側電極層は、光偏向器１においてアース配線として利用されるものであり、連続導電層として、固定枠１５から外側圧電アクチュエータ１４及び可動枠１３を経て内側圧電アクチュエータ１２に至っている。そして、該連続導電層は、内側圧電アクチュエータ１２及び外側圧電アクチュエータ１４において下側電極層としての役割を果たす。該連続導電層は例えばアース電位に設定される。
【００７８】
圧電フィルム部材３の表面側及び裏面側の弾性導電高分子フィルムＭｐは圧電フィルム部材３の１対の出力端子を構成し、裏面側の弾性導電高分子フィルムＭｐはアース電極として使用され、可動枠１３の連続導電層に接続される。これにより、圧電フィルム部材３の１対の出力端子のうち、アース電極の方は、専用の配線を設けることなく、連続導電層を介して固定枠１５の所定の電極パッド１６に接続され、光偏向器１の配線を簡単化することができる。
【００７９】
圧電フィルム部材３の具体的な材料及び特性について説明する。圧電高分子フィルムＭｅは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はポリ乳酸である。弾性導電高分子フィルムＭｐは、シリコン及びポリウレタンを含む。圧電高分子フィルムＭｅの厚みは、４０μｍである。
【００８０】
振動発電素子の性能を評価するために用いられる性能指数（ＦＯＭ：Figure of Merit）は、(ｅ３１，ｆ)2／ε０εrで表される。圧電定数が大きくて比誘電率が小さいほど性能指数は大きくなる。ＰＺＴ膜の場合カンチレバーの曲げ変位による圧電効果の指標ｅ３１，fは-２０Ｃ／ｍ2程度であり、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のｅ３１，f、-２．５Ｃ／ｍ2よりも大きいが、比誘電率も１２００程度と大きい。これに対してＰＶＤＦの比誘電率は８．４程度と小さい。したがって、性能指数の値はＰＺＴが０．３３に対して、ＰＶＤＦでは０．７４とＰＶＤＦの方が２倍強大きい。したがって、ＰＺＴ／シリコン検出部と圧電高分子検出部が同じだけ変形した場合、圧電フィルム部材３が、圧電高分子フィルムＭｅが１層のみの単層圧電フィルム部材であっても、検出信号の強度は圧電高分子の方が２倍大きくなる。
【００８１】
さらに、圧電フィルム部材３の構造体がシリコンの場合、アクチュエータと同じ程度（３０〜４０μｍ）の厚みでは剛性が強く、６０Ｈｚ程度の低速駆動では慣性力自体が小さいのであまり変形しないのに対して、単層圧電フィルム部材の場合には、柔軟性があるため、低速駆動においても十分に変形する。したがって、変形量でも有利である。
【００８２】
一方、圧電フィルム部材３が。圧電高分子フィルムＭｅが複数の複層圧電フィルム部材であるとき、圧電高分子フィルムＭｅの材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、弾性導電高分子フィルムＭｐの材料としてシリコンゴム（ＳＧ）を用い、また、厚みは、圧電高分子フィルムＭｅは４０μｍ、弾性導電高分子フィルムＭｐは１００μｍとされる。この結果、複層の圧電フィルム部材３では、全体として厚みが増すので、複層の圧電フィルム部材３の変形量は、例えば単層の圧電フィルム部材３に比して１０分の１程度に低下する。しかしながら、圧電高分子フィルムＭｅが複数層である光偏向器１では、出力は単層構造の約１００倍に増加するので、トータルとして出力が単層構造の数倍〜１０倍に増大する。
【００８３】
本発明は、実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内で種々に変形例を含む。
【００８４】
実施形態における外側圧電アクチュエータ１４の駆動電圧は、のこぎり波となっている（図５）。本発明の第１アクチュエータの駆動電圧の波形は、のこぎり波に限定されず、正弦波や三角波とすることも可能である。
【００８５】
実施形態の光偏向器１では、ミラー部を支持する可動支持体として可動枠１３の形状は楕円環状の枠体となっている。本発明の可動支持体は、枠体でなくてもよいし、線形、円環又は矩形等のその他の形状であってもよい。
【００８６】
実施形態の光偏向器１では、固定支持体として固定枠１５の形状は矩形である。本発明の固定支持体は、枠体でなくてもよいし、円形や正方形等のその他の形状であってもよい。
【００８７】
実施形態の光偏向器１では、圧電フィルム部材３は矩形であるが、本発明の圧電フィルム部材は円形や正方形等のその他の形状を採用可能である。
【００８８】
実施形態の光偏向器１では、弾性導電フィルムとしての弾性導電高分子フィルムＭｐ及び圧電フィルムとしての圧電高分子フィルムＭｅは共に高分子であるが、本発明の弾性導電フィルム及び圧電フィルムは必ずしも高分子でなくてもよい。
【００８９】
実施形態では、圧電フィルム部材３は、第１軸線Ｌｘからその直交方向としての第２軸線Ｌｙの延在方向の反対方向に離れた２つの位置に張出し部１８ａ，１８ｂを有している。本発明の光偏向器では、張出し部は１つだけであってもよい。
【００９０】
実施形態の光偏向器１では、第１アクチュエータとしての外側圧電アクチュエータ１４及び第２アクチュエータとしての内側圧電アクチュエータ１２は共に圧電アクチュエータとなっている。しかしながら、本発明の第１アクチュエータ及び第２アクチュエータは、圧電アクチュエータに限定されず、電磁アクチュエータ等を採用することもできる。
【００９１】
実施形態の圧電フィルム部材３は、第１軸線Ｌｘの回りのミラー部１１の回動角（図３の回動角θ）のみを検出している。張出し部１８ａ，１８ｂは、光偏向器１の表裏方向に逆向きに変形するので、張出し部１８ａ，１８ｂからは相互に逆位相の出力を得ることができる。また、張出し部１８ａ，１８ｂは、第１軸線Ｌｘから遠いほど、大きな慣性力及び空気粘性抵抗を受けるので、張出し部１８ａ，１８ｂの出力の絶対値は、張出し部１８ａ，１８ｂと第１軸線Ｌｘとの距離に関係する。第１軸線Ｌｘは、基準点から偏倚することがあるが、張出し部１８ａ，１８ｂからの出力の差分を利用して、第１軸線Ｌｘの回りのミラー部１１の回動角以外の因子の値（例：基準線に対する第１軸線Ｌｘの偏倚量）を検出することも可能になる。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・光偏向器、３・・・圧電フィルム部材、１１・・・ミラー部、１２ａ，１２ｂ・・・内側圧電アクチュエータ（第２アクチュエータ）、１３・・・可動枠（可動支持体）、１４ａ，１４ａ・・・外側圧電アクチュエータ（第１アクチュエータ）、１５・・・固定枠（固定支持体）、１８ａ，１８ｂ・・・張出し部、Ｌｘ・・・第１軸線、Ｌｙ・・・第２軸線、Ｍｐ・・・弾性導電高分子フィルム（弾性導電フィルム），Ｍｅ・・・圧電高分子フィルム（圧電フィルム）。
【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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