ホーム > 特許ランキング > スタンレー電気株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185637
(43)【公開日】2022-12-15
(54)【発明の名称】光偏向器
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20221208BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 104Z
G02B26/08 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021093379
(22)【出願日】2021-06-03
(71)【出願人】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 誠
(72)【発明者】
【氏名】小山 孝明
【テーマコード（参考）】
2H045
2H141
【Ｆターム（参考）】
2H045AB06
2H045AB13
2H045AB24
2H045AB25
2H045AB38
2H045AB81
2H045BA12
2H141MA12
2H141MB24
2H141MC09
2H141MD13
2H141MD20
2H141MD24
2H141MF10
2H141MZ02
(57)【要約】
【課題】ミラー部の振角効率が低下するのを抑制しつつ、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができる光偏向器を提供する。
【解決手段】光偏向器１０であって、ミラー部２を第２支持部６に対して第２軸Ｘを中心に揺動させる少なくとも１つの第２アクチュエータ５３、５４を備え、前記第２アクチュエータは、前記第２軸の方向に配置された複数の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇを含み、前記複数の圧電カンチレバーは、蛇腹形状に連結されており、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇ以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離Ｄ３は、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離Ｄ２より短い。
【選択図】図５
【解決手段】光偏向器１０であって、ミラー部２を第２支持部６に対して第２軸Ｘを中心に揺動させる少なくとも１つの第２アクチュエータ５３、５４を備え、前記第２アクチュエータは、前記第２軸の方向に配置された複数の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇを含み、前記複数の圧電カンチレバーは、蛇腹形状に連結されており、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇ以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離Ｄ３は、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離Ｄ２より短い。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ミラー部と、
第１軸を中心に揺動できるように前記ミラー部を支持する第１支持部と、
前記第１軸と交差する第２軸を中心に揺動できるように前記第１支持部を支持する第２支持部と、
前記ミラー部を前記第１支持部に対して前記第１軸を中心に揺動させる少なくとも１つの第１アクチュエータと、
前記第１支持部及び当該第１支持部に支持された前記ミラー部を前記第２支持部に対して前記第２軸を中心に揺動させる少なくとも１つの第２アクチュエータと、を備え、
前記第２アクチュエータは、前記第２軸の方向に配置された複数の圧電カンチレバーを含み、
前記複数の圧電カンチレバーは、各々の圧電カンチレバーが隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように蛇腹形状に連結されており、
前記圧電カンチレバーのうち前記ミラー部から最も近い圧電カンチレバーの自由端は、前記第１支持部に連結されており、
前記圧電カンチレバーのうち前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの自由端は、前記第２支持部に連結されており、
前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離は、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離より短い光偏向器。
第１軸を中心に揺動できるように前記ミラー部を支持する第１支持部と、
前記第１軸と交差する第２軸を中心に揺動できるように前記第１支持部を支持する第２支持部と、
前記ミラー部を前記第１支持部に対して前記第１軸を中心に揺動させる少なくとも１つの第１アクチュエータと、
前記第１支持部及び当該第１支持部に支持された前記ミラー部を前記第２支持部に対して前記第２軸を中心に揺動させる少なくとも１つの第２アクチュエータと、を備え、
前記第２アクチュエータは、前記第２軸の方向に配置された複数の圧電カンチレバーを含み、
前記複数の圧電カンチレバーは、各々の圧電カンチレバーが隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように蛇腹形状に連結されており、
前記圧電カンチレバーのうち前記ミラー部から最も近い圧電カンチレバーの自由端は、前記第１支持部に連結されており、
前記圧電カンチレバーのうち前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの自由端は、前記第２支持部に連結されており、
前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離は、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離より短い光偏向器。
【請求項2】
前記複数の圧電カンチレバーのうち前記ミラー部に近い圧電カンチレバーほど、当該圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離が短い請求項１に記載の光偏向器。
【請求項3】
前記第２支持部は、前記第１支持部、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを囲むように設けられ、かつ、前記複数の圧電カンチレバーの折り返し端が対向する複数の部分を含み、
前記複数の部分は、それぞれ、当該部分が対向する圧電カンチレバーの折り返し端近傍まで延びている請求項１又は２に記載の光偏向器。
前記複数の部分は、それぞれ、当該部分が対向する圧電カンチレバーの折り返し端近傍まで延びている請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項4】
前記蛇腹形状の前記圧電カンチレバー同士を折り返すように連結する連結部は前記第２軸に対して平行に延伸した形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項5】
前記ミラー部から奇数番目の前記圧電カンチレバーの長さの合計と、前記ミラー部から偶数番目の前記圧電カンチレバーの長さの合計は等しい請求項１から４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光偏向器に関し、特に、ミラー部の振角効率が低下するのを抑制しつつ、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができる光偏向器に関する。
【背景技術】
【0002】
ミラー部と、このミラー部を揺動させるためアクチュエータとして、蛇腹形状に連結された複数の圧電カンチレバーを含むアクチュエータと、を備えた光偏向器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
これに対して、本発明者らは、外部振動が光偏向器に加えられた場合であっても、当該外部振動により光偏向器が影響を受けるのを抑制するため、蛇腹形状に連結された圧電カンチレバー（複数）の長さを短くすることを検討した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３－７７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、蛇腹形状に連結された圧電カンチレバー（複数）の長さを短くすることにより、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができるものの、ミラー部の振角効率が大きく低下してしまうとういう課題を見出した。
【0006】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ミラー部の振角効率が低下するのを抑制しつつ、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができる光偏向器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】
【0007】
本発明にかかる光偏向は、ミラー部と、第１軸を中心に揺動できるように前記ミラー部を支持する第１支持部と、前記第１軸と交差する第２軸を中心に揺動できるように前記第１支持部を支持する第２支持部と、前記ミラー部を前記第１支持部に対して前記第１軸を中心に揺動させる少なくとも１つの第１アクチュエータと、前記第１支持部及び当該第１支持部に支持された前記ミラー部を前記第２支持部に対して前記第２軸を中心に揺動させる少なくとも１つの第２アクチュエータと、を備え、前記第２アクチュエータは、前記第２軸の方向に配置された複数の圧電カンチレバーを含み、前記複数の圧電カンチレバーは、各々の圧電カンチレバーが隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように蛇腹形状に連結されており、前記圧電カンチレバーのうち前記ミラー部から最も近い圧電カンチレバーの自由端は、前記第１支持部に連結されており、前記圧電カンチレバーのうち前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの自由端は、前記第２支持部に連結されており、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離は、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離より短い。
【0008】
このような構成により、ミラー部の振角効率が低下するのを抑制しつつ、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができる。
【0009】
１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができるのは、ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸との間の距離を、前記ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離より短くしたことによるものである。すなわち、これにより、ミラー部から最も遠い圧電カンチレバー以外の圧電カンチレバーのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの剛性が、ミラー部から最も遠い圧電カンチレバーの剛性より相対的に高くなることによるものである。
【0010】
ミラー部の振角効率が低下するのを抑制することができるのは、ミラー部から遠い圧電カンチレバーほど、剛性が相対的に低くなる（屈曲変形しやすくなる）ことによるものである。
【0011】
また、上記光偏向器において、前記複数の圧電カンチレバーのうち前記ミラー部に近い圧電カンチレバーほど、当該圧電カンチレバーの折り返し端と前記第２軸との間の距離が短くてもよい。
【0012】
また、前記第２支持部は、前記第１支持部、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを囲むように設けられ、かつ、前記複数の圧電カンチレバーの折り返し端が対向する複数の部分を含み、前記複数の部分は、それぞれ、当該部分が対向する圧電カンチレバーの折り返し端近傍まで延びていてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明により、ミラー部の振角効率が低下するのを抑制しつつ、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができる光偏向器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】光偏向器１（基本構成）の斜視図である。
【図3】第３駆動電圧Ｖｘ１（駆動信号Ｐ）と第４駆動電圧Ｖｘ２（駆動信号Ｎ）の一例である。
【図4】（ａ）光偏向器の圧電アクチュエータが作動していない状態を示し、（ｂ）圧電アクチュエータが作動している状態を示す図である。
【図5】本実施形態の光偏向器１０の一例である。
【図6】（ａ）第１比較例の光偏向器１０Ａ、（ｂ）第２比較例の光偏向器１０Ｂである。
【図7】シミュレーション結果をまとめた表である。
【図8】光偏向器１０の変形例について説明する図である。
【図9】光偏向器１０の他の変形例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態である光偏向器１０について添付図面を参照しながら説明する。各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
【0016】
本実施形態の光偏向器１０は、圧電方式（１軸非共振・１軸共振タイプ）の光偏向器で、例えば、ＭＥＭＳスキャナである。
【0017】
以下、説明の都合上、圧電方式（１軸非共振・１軸共振タイプ）の光偏向器の基本構成について説明し、その後に、本実施形態の光偏向器１０について説明する。
＜光偏光器の基本構成＞
図１は、光偏向器１（基本構成）の斜視図である。
＜光偏光器の基本構成＞
図１は、光偏向器１（基本構成）の斜視図である。
【0018】
図１に示すように、光偏向器１は、ミラー部２と、一対の第１圧電アクチュエータ３１，３２と、第１支持部４と、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２と、第２支持部６とを備える。
【0019】
ミラー部２は、入射した光を反射する円形の反射面２ａと、反射面２ａを支持する円形の反射面支持体２ｂとを備える。
【0020】
反射面支持体２ｂは、シリコン基板で構成される。反射面支持体２ｂには、その両端から外側へ延びた一対のトーションバー２１，２２が連結されている。
【0021】
第１圧電アクチュエータ３１，３２は、それぞれが半円弧形状に形成され、互いにミラー部２を囲むように空隙を隔てて配置されている。第１圧電アクチュエータ３１，３２は、それぞれの一方の端部が一方のトーションバー２１を挟んで対向して連結され、それぞれの他方の端部が他方のトーションバー２２を挟んで対向して連結されている。
【0022】
第１支持部４は、矩形の枠形状に形成されており、ミラー部２と第１圧電アクチュエータ３１，３２とを囲むように設けられている。第１支持部４は、第１圧電アクチュエータ３１，３２の円弧部の中心位置の外側に連結されており、第１圧電アクチュエータ３１，３２を介してミラー部２を支持している。
【0023】
第２圧電アクチュエータ５１，５２は、第１支持部４を挟んで対向して配置されている。第２圧電アクチュエータ５１，５２は、それらの先端部が、第１支持部４のトーションバー２１，２２と直交する方向の一対の両側にそれぞれ連結されている。
【0024】
第２支持部６は、矩形の枠形状に形成されており、第１支持部４と第２圧電アクチュエータ５１，５２とを囲むように設けられている。第２支持部６には、第２圧電アクチュエータ５１，５２の、第１支持部４と連結されていない側の一対の他端がそれぞれ連結されている。これにより、第２支持部６は、第２圧電アクチュエータ５１，５２を介して第１支持部４を支持している。
【0025】
次に、第１圧電アクチュエータ３１，３２の詳細な構成について説明する。第１圧電アクチュエータ３１，３２は、それぞれが、圧電駆動によって屈曲変形するように構成された第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａを備える。詳細には、第１圧電アクチュエータ３１，３２のうちの一方の第１圧電アクチュエータ３１が一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを備え、第１圧電アクチュエータ３１，３２のうちの他方の第１圧電アクチュエータ３２が他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを備える。第１圧電アクチュエータ３１，３２は、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの屈曲変形により、トーションバー２１，２２を介して、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動可能となっている。
【0026】
次に、第２圧電アクチュエータ５１，５２の詳細な構成について説明する。第２圧電アクチュエータ５１，５２は、それぞれが、圧電駆動によって屈曲変形するように構成された一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄを備える。詳細には、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２のうちの一方の第２圧電アクチュエータ５１は、４つの圧電カンチレバーからなる一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄで構成される。また、一対の第２圧電アクチュエータ５１，５２のうちの他方の第２圧電アクチュエータ５２は、４つの圧電カンチレバーからなる他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄで構成される。
【0027】
一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄは、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うと共に、ミラー部２を第２軸Ｘ（第１軸Ｙに直交する軸。但し、正確に直交している必要はない。）周りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。第２軸Ｘは、本発明の揺動軸の一例である。
【0028】
他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄは、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄと同様に、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うと共に、ミラー部２を第２軸Ｘ周りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
【0029】
このように、一方の第２圧電アクチュエータ５１及び他方の第２圧電アクチュエータ５２は、それを形成する一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄが、所謂ミアンダ形状（又は蛇腹形状）に形成されている。
【0030】
一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄのうちのミラー部２側（第１支持部４側）に配置されているカンチレバー（以下、「１番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ａ，５２Ａは、その隣り合う第２圧電カンチレバー（以下、「２番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ｂ，５２Ｂと連結されていない側のそれぞれの一端（自由端）が第１支持部４の外周部に連結されている。
【0031】
同様に、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄのうちの第２支持部６側に配置されている圧電カンチレバー（以下、「４番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ｄ，５２Ｄは、その隣り合う第２圧電カンチレバー（以下、「３番目の第２圧電カンチレバー」という）５１Ｃ，５２Ｃと連結されていない側のそれぞれの一端（自由端）が第２支持部６の内周部に連結されている。
【0032】
これにより、第１支持部４は、第２圧電アクチュエータ５１，５２を構成する第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの屈曲変形によって、第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動可能となっている。
【0033】
以降、一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄのうち、ミラー部２から数えて奇数番目に配置されたそれぞれの圧電カンチレバー（１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａ及び３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃ）を奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃという。
【0034】
また、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃのうち、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄに含まれるものを一方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃといい、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄに含まれるものを他方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５２Ａ，５２Ｃという。
【0035】
同様に、一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄのうち、ミラー部２から数えて偶数番目に配置されたそれぞれの圧電カンチレバー（２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂ及び４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄ）を偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄという。
【0036】
また、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄのうち、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄに含まれるものを一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄといい、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄに含まれるものを他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄという。
【0037】
図２は、光偏向器１の模式的な端面図を示す。図２（ａ）は、図１のＩ－Ｉ線端面図を示す。但し、図２（ａ）では、第２支持部６を省略して示している。図２（ｂ）は、図１のＩＩ－ＩＩ線端面図を示す。但し、図２（ｂ）では、第２支持部６、及び一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄのうち３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃ及び４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄを省略して示している。
【0038】
３番目の第２圧電カンチレバー５１Ｃ，５２Ｃは、１番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５２Ａと同じ構成である。同様に、４番目の第２圧電カンチレバー５１Ｄ，５２Ｄは、２番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５２Ｂと同じ構成である。
【0039】
第１圧電アクチュエータ３１，３２を構成する第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａのそれぞれと、第２圧電アクチュエータ５１，５２を構成する一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄのそれぞれとは、起歪体（カンチレバー本体）としての支持体Ｂの層上に、下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２及び上部電極Ｌ３を積層した構造の圧電カンチレバーである。
【0040】
なお、圧電カンチレバーの詳細な構造は、支持体Ｂの層上に、下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２、及び上部電極Ｌ３が積層されており、これらの下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２、及び上部電極Ｌ３を囲むように層間絶縁膜Ｍ１が設けられている。そして、層間絶縁膜Ｍ１上に上部電極配線Ｗが積層され、この上部電極配線Ｗを囲むようにパッシベーション膜Ｍ２が設けられている。
【0041】
なお、上部電極配線Ｗは、後述するように、第１駆動用上部電極配線Ｗｙ、第２駆動用奇数上部電極配線Ｗｏ、第２駆動用偶数上部電極配線Ｗｅ、第１検知用上部電極配線Ｗｍｙ、及び第２検知用上部電極配線Ｗｍｘがあり、これらを特に区別する必要が無いときは、上部電極配線Ｗという。
【0042】
これらの圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの圧電体Ｌ２は、上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間に駆動電圧が印加されることで、圧電駆動により屈曲変形する。これらの圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄは、圧電体Ｌ２の屈曲変形に伴って、屈曲変形する。
【0043】
なお、第２圧電アクチュエータ５１，５２を構成する一対の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄのそれぞれの隣り合う圧電カンチレバーの連結部は、その隣り合う圧電カンチレバーのそれぞれの支持体Ｂを一体に連結した部分となっており、その連結部には圧電体Ｌ２及び上部電極Ｌ３の層は設けられていない。
【0044】
第１支持部４上には、第１検知部７１ｙ，７２ｙと、第２検知部７１ｘ，７２ｘとが設けられている。第１検知部７１ｙ，７２ｙは、第１支持部４上に、当該第１支持部４の第２軸Ｘに平行な辺（第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの各圧電カンチレバーの長手方向の辺に直交する辺）に沿うように、当該辺の中央部に配置されている。
【0045】
第２検知部７１ｘ，７２ｘは、第１支持部４上に、当該第１支持部４の第１軸Ｙに平行な辺に沿うように、当該辺の中央部に配置されている。第１検知部７１ｙ，７２ｙと第２検知部７１ｘ，７２ｘは、平面的に互いに分離して設けられている。
【0046】
第１検知部７１ｙ，７２ｙは、第１圧電アクチュエータ３１，３２の圧電駆動によって、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動させるときに、第１支持部４に伝達される第１振動を検知するためのセンサとして設けられている。第２検知部７１ｘ，７２ｘは、第２圧電アクチュエータ５１，５２の圧電駆動によって、第１支持部４を第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動させるときに、第１支持部４に伝達される第２振動を検知するためのセンサとして設けられている。
【0047】
第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘは、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ及び第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄと同様に、第１支持部４を構成する支持体Ｂの層上に、下部電極Ｌ１、圧電体Ｌ２及び上部電極Ｌ３を積層した構造になっている。なお、第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘにおいても、各圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ，５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄと同様に、層間絶縁膜Ｍ１、上部電極配線Ｗ、パッシベーション膜Ｍ２が設けられている。
【0048】
そして、第１支持部４に第１振動又は第２振動が伝達されることで、第１支持部４が屈曲変形したときに、第１検知部７１ｙ，７２ｙ及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２がこの屈曲変形の変形量に応じた電圧を出力する。光偏向器１は、このときの電圧値によって、第１支持部４に伝達された振動を検知することができる。
【0049】
本実施形態の光偏向器１の第１支持部４は、ミラー部２を第１軸Ｙ周りで揺動しているときには、第２軸Ｘに平行な２辺のそれぞれの中央部が屈曲変形しやすいことが、予め行なわれた実験によって分かった。このため、第１検知部７１ｙ，７２ｙを当該２辺の中央部に配置している。また、第１支持部４を第２軸Ｘ周りで揺動しているときには、第１軸Ｙに平行な２辺のそれぞれの中央部が屈曲変形しやすいことが、予め行なわれた実験によって分かった。このため、第２検知部７１ｘ，７２ｘを当該２辺の中央部に配置している。
【0050】
光偏向器１は、第２支持部６上に、下部電極パッド６１ａ，６２ａと、第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂと、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃと、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄと、第１検知用電極パッド６１ｅと、第２検知用電極パッド６２ｅとを備える。
【0051】
下部電極パッド６１ａ，６２ａのうちの一方の下部電極パッド６１ａは、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの下部電極Ｌ１、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄの下部電極Ｌ１、及び第１検知部７１ｙ，７２ｙの下部電極Ｌ１に電気的に接続されている。下部電極パッド６１ａ，６２ａのうちの他方の下部電極パッド６２ａは、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの下部電極Ｌ１、他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄの下部電極Ｌ１、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１に電気的に接続されている。
【0052】
このように、下部電極パッド６１ａ，６２ａは、第１圧電アクチュエータ３１，３２、第２圧電アクチュエータ５１，５２、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘで共通の電極パッドとしている。
【0053】
第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂのうちの一方の第１上部電極パッド６１ｂは、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂのうちの他方の第１上部電極パッド６２ｂは、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
【0054】
奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃのうちの一方の奇数用第２上部電極パッド６１ｃは、一方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃのうちの他方の奇数用第２上部電極パッド６２ｃは、他方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５２Ａ，５２Ｃの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
【0055】
偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄのうちの一方の偶数用第２上部電極パッド６１ｄは、一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄのうちの他方の偶数用第２上部電極パッド６２ｄは、他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
【0056】
第１検知用電極パッド６１ｅは、第１検知部７１ｙ，７２ｙの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。第２検知用電極パッド６２ｅは、第２検知部７１ｘ，７２ｘの上部電極Ｌ３に電気的に接続されている。
【0057】
以上のような電気的接続により、上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間に駆動電圧が印加された場合に、この印加された上部電極Ｌ３と下部電極Ｌ１との間に積層された圧電体Ｌ２が圧電駆動により屈曲変形する。これにより、この屈曲変形した圧電体Ｌ２に応じた支持体Ｂ（圧電カンチレバー）が屈曲変形する。
【0058】
また、後述するように、第１支持部４は、伝達された振動による屈曲変形による圧電効果によって第１検知部７１ｙ，７２ｙから発生した電圧が、第１検知用電極パッド６１ｅと一方の下部電極パッド６１ａとの間の電位差として出力される。同様に、この第１支持部４の屈曲変形による圧電効果によって第２検知部７１ｘ，７２ｘから発生した電圧が、第２検知用電極パッド６２ｅと一方の下部電極パッド６１ａとの間の電位差として出力される。
【0059】
一対の下部電極パッド６１ａ，６２ａと、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１とは、シリコン基板（熱酸化膜付シリコン基板）上の金属薄膜（本実施形態では２層の金属薄膜、以下、下部電極層ともいう）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成される。この金属薄膜の材料としては、例えば、１層目（下層）にはチタン（Ｔｉ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）又は酸化量が調整された酸化チタン（ＴｉＯｘ）が用いられ、２層目にはPt（メインの電極）が用いられ、３層目にはLaNiO3・SrRuO3が用いられる。
【0060】
この場合、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの下部電極Ｌ１は、当該第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの支持体Ｂ上のほぼ全面に形成される。第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの下部電極Ｌ１は、当該第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの支持体Ｂ上（各圧電カンチレバーが延在する直線部と連結部とを合わせた全体）のほぼ全面に形成される。
【0061】
第１検知部７１ｙ，７２ｙの下部電極Ｌ１は、第１支持部４の支持体Ｂ上の第１検知部７１ｙ，７２ｙが配置される部分に形成される。第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１は、第１支持部４の支持体Ｂ上の第２検知部７１ｘ，７２ｘが配置される部分に形成される。また、第２支持部６上においても同様に、下部電極Ｌ１、層間絶縁膜Ｍ１、上部電極配線Ｗ、パッシベーション膜Ｍ２が設けられている。
【0062】
そして、下部電極パッド６１ａ，６２ａは、第２支持部６上及び第１支持部４上に形成された下部電極Ｌ１を介して、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの下部電極Ｌ１、第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの下部電極Ｌ１、第１検知部７１ｙ，７２ｙの下部電極Ｌ１、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘの下部電極Ｌ１に、上述したように導通される。
【0063】
第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘのそれぞれの圧電体Ｌ２は、半導体プレーナプロセスを用いて、下部電極層上の１層の圧電膜（以下、圧電体層ともいう）を形状加工することにより、それぞれの圧電カンチレバーの下部電極Ｌ１上に互いに分離して形成されている。この圧電膜の材料としては、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。
【0064】
この場合、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの圧電体Ｌ２は、各第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ毎に下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの圧電体Ｌ２は、各第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの延在部分（直線部）において、下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。第１検知部７１ｙ，７２ｙの圧電体Ｌ２は、各第１検知部７１ｙ，７２ｙ毎に下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。第２検知部７１ｘ，７２ｘの圧電体Ｌ２は、各第２検知部７１ｘ，７２ｘ毎に下部電極Ｌ１上のほぼ全面に形成されている。
【0065】
「第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂ、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃ、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄ、第１検知用電極パッド６１ｅ、及び第２検知用電極パッド６２ｅ」と、「第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘのそれぞれの上部電極Ｌ３」と、これらを導通する上部電極配線Ｗは、半導体プレーナプロセスを用いて、圧電体層上の金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜。以下、上部電極層ともいう）を形状加工することにより形成されている。この金属薄膜の材料としては、例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）、又はアルミ合金（Ａｌ合金）等が用いられる。
【0066】
この場合、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａ、第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄ、第１検知部７１ｙ，７２ｙ、及び第２検知部７１ｘ，７２ｘのそれぞれの上部電極Ｌ３は、各圧電カンチレバー毎又は各検知部毎の圧電体Ｌ２上のほぼ全面に形成されている。
【0067】
そして、第１上部電極パッド６１ｂ，６２ｂは、それぞれ、第１圧電カンチレバー３１Ａ，３２Ａの上部電極Ｌ３に、第１駆動用上部電極配線Ｗｙを介して、上述したように導通される。また、奇数用第２上部電極パッド６１ｃ，６２ｃは、それぞれ、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃの上部電極Ｌ３に、第２駆動用奇数上部電極配線Ｗｏを介して、上述したように導通される。また、偶数用第２上部電極パッド６１ｄ，６２ｄは、それぞれ、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄの上部電極Ｌ３に、第２駆動用偶数上部電極配線Ｗｅを介して、上述したように導通される。
【0068】
また、第１検知用電極パッド６１ｅは、第１検知部７１ｙ，７２ｙの上部電極Ｌ３に、第１検知用上部電極配線Ｗｍｙを介して、上述したように導通される。また、第２検知用電極パッド６２ｅは、第２検知部７１ｘ，７２ｘの上部電極Ｌ３に、第２検知用上部電極配線Ｗｍｘを介して、上述したように導通される。
【0069】
図２に示されるように、第１駆動用上部電極配線Ｗｙ、第２駆動用奇数上部電極配線Ｗｏ、第２駆動用偶数上部電極配線Ｗｅ、第１検知用上部電極配線Ｗｍｙ、及び第２検知用上部電極配線Ｗｍｘは、平面的に互いに分離して設けられている。また、上部電極配線Ｗは、上部電極Ｌ３との間に形成された層間絶縁膜Ｍ１によって絶縁されており、上部電極配線Ｗを上部電極Ｌ３に導通する場合には、当該上部電極配線Ｗと当該上部電極Ｌ３とを導通可能に層間絶縁膜Ｍ１に導通部材（例えば、電極ビア等）が形成される。
【0070】
また、パッシベーション膜Ｍ２は、半導体プレーナプロセスを用いて、上部電極配線Ｗ上に、当該上部電極配線Ｗを囲うように形成されている。
【0071】
また、反射面支持体２ｂと、トーションバー２１，２２と、支持体Ｂと、第１支持部４と、第２支持部６とは、複数の層から構成される半導体基板（シリコン基板）を形状加工することにより一体的に形成されている。半導体基板を形状加工する手法としては、フォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術等を利用した半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスが用いられる。
【0072】
次に、本実施形態の光偏向器１の作動について説明する。まず、第１圧電アクチュエータ３１，３２により、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙ周りに揺動させる場合について説明する。
【0073】
この場合には、光偏向器１は、第１圧電アクチュエータ３１，３２に駆動電圧を印加する。具体的には、一方の第１圧電アクチュエータ３１では、一方の第１上部電極パッド６１ｂと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第１駆動電圧Ｖｙ１を印加して、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを駆動させる。また、他方の第１圧電アクチュエータ３２では、他方の第１上部電極パッド６２ｂと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第２駆動電圧Ｖｙ２を印加して、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを駆動させる。ここで、第１駆動電圧Ｖｙ１と第２駆動電圧Ｖｙ２とは、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波、ノコギリ波等）である。
【0074】
このとき、第１駆動電圧Ｖｙ１及び第２駆動電圧Ｖｙ２の揺動用の電圧成分は、第１圧電アクチュエータ３１，３２の垂直方向（図１の上方向Ｕ及びその反対の方向である下方向）について、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａと他方の第１圧電カンチレバー３２Ａとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。
【0075】
例えば、第１軸Ｙ周りに揺動するときに、一方の第１圧電アクチュエータ３１を上方向に変位させる場合には、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを上方向に変位させる。一方の第１圧電アクチュエータ３１を下方向に変位させるには、一方の第１圧電カンチレバー３１Ａを下方向に変位させる。
【0076】
また、他方の第１圧電アクチュエータ３２についても一方の第１圧電アクチュエータ３１と同様に、他方の第１圧電アクチュエータ３２を上方向に変位させる場合には、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを上方向に変位させる。他方の第１圧電アクチュエータ３２を下方向に変位させるには、他方の第１圧電カンチレバー３２Ａを下方向に変位させる。
【0077】
本実施形態の光偏向器１では、「一方の第１圧電アクチュエータ３１を上方向に変位させると共に、他方の第１圧電アクチュエータ３２を下方向に変位させること」か、又は「一方の第１圧電アクチュエータ３１を下方向に変位させると共に、他方の第１圧電アクチュエータ３２を上方向に変位させること」で、第１軸Ｙ周りで揺動するとき、大きな偏向角を得ている。ここで、第１駆動電圧Ｖｙ１と第２駆動電圧Ｖｙ２は２次モード以上の高次モードの周波数付近の周波数を有すことで共振駆動にて揺動させることができる。このように、本実施形態では、ミラー部２を第１軸Ｙ周りに揺動することができ、所定の第１周波数Ｆｙで所定の第１偏向角の光走査をすることができる。
【0078】
次に、第２圧電アクチュエータ５１，５２により、第１支持部４を第２支持部６に対して第２軸Ｘ周りに揺動させる場合について説明する。
【0079】
この場合には、光偏向器１は、第２圧電アクチュエータ５１，５２に駆動電圧を印加する。具体的には、一方の第２圧電アクチュエータ５１では、一方の奇数用第２上部電極パッド６１ｃと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第３駆動電圧Ｖｘ１を印加して、一方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃを駆動させる。これと共に、一方の第２圧電アクチュエータ５１では、一方の偶数用第２上部電極パッド６１ｄと一方の下部電極パッド６１ａとの間に第４駆動電圧Ｖｘ２を印加して、一方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄを駆動させる。
【0080】
更に、他方の第２圧電アクチュエータ５２では、他方の奇数用第２上部電極パッド６２ｃと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第３駆動電圧Ｖｘ１を印加して、他方の奇数番目の第２圧電カンチレバー５２Ａ，５２Ｃを駆動させる。これと共に、他方の第２圧電アクチュエータ５２では、他方の偶数用第２上部電極パッド６２ｄと他方の下部電極パッド６２ａとの間に第４駆動電圧Ｖｘ２を印加して、他方の偶数番目の第２圧電カンチレバー５２Ｂ，５２Ｄを駆動させる。
【0081】
ここで、第３駆動電圧Ｖｘ１と第４駆動電圧Ｖｘ２は、互いに逆位相の交流電圧（例えば正弦波、ノコギリ波等）である。図３は、第３駆動電圧Ｖｘ１と第４駆動電圧Ｖｘ２の一例である。図３中、実線で記載したノコギリ波が第３駆動電圧Ｖｘ１の一例である。以下、第３駆動電圧Ｖｘ１を第１駆動信号Ｐとも呼ぶ。また、図３中、一点鎖線で記載したノコギリ波が第４駆動電圧Ｖｘ２の一例である。以下、第４駆動電圧Ｖｘ２を第２駆動信号Ｎとも呼ぶ。なお、第３駆動電圧Ｖｘ１と第４駆動電圧Ｖｘ２は、互いに位相のずれた交流電圧（例えば正弦波、ノコギリ波等）であってもよい。光偏向器１により投影される映像の画角及び偏向方向は２つの駆動信号（第１駆動信号Ｐ、第２駆動信号Ｎ）の少なくとも一方の振幅及びオフセット量を変更することで可変できる。これにより、揺動の角度やオフセットされる角度を制御することができる。
【0082】
このとき、第３駆動電圧Ｖｘ１及び第４駆動電圧Ｖｘ２の揺動用の電圧成分は、第２圧電アクチュエータ５１，５２の垂直方向（図１の上方向Ｕ及びその反対の方向である下方向）について、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃと偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄとの角度変位が、逆方向に発生するように設定される。
【0083】
例えば、第２軸Ｘ周りに揺動するとき、第２圧電アクチュエータ５１，５２の先端部を上方向（図１に示す方向Ｕ）に変位させる場合には、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃを上方向に変位させ、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄを下方向に変位させる。第２圧電アクチュエータ５１，５２の先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃを下方向に変位させ、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄを上方向に変位させる。
【0084】
これにより、奇数番目の第２圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃ，５２Ａ，５２Ｃと、偶数番目の第２圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄ，５２Ｂ，５２Ｄとが、互いに逆方向に屈曲変形する。
【0085】
図４は、光偏向器１の一方の第２圧電アクチュエータ５１の作動を示す図である。図４（ａ）は一方の第２圧電アクチュエータ５１が作動していない状態を示し、図４（ｂ）は一方の第２圧電アクチュエータ５１が作動している状態を示す。
【0086】
図４（ｂ）に示されるように、４番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｄは、第２支持部６と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。３番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｃは、４番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｄの先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。
【0087】
２番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｂは、３番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｃの先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。１番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ａは、２番目の一方の第２圧電カンチレバー５１Ｂの先端部と連結した基端部を支点として、その先端部（第１支持部４と連結している）に上方向の角度変位が発生している。これにより、一方の第２圧電アクチュエータ５１では、各一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄの屈曲変形の大きさを加算した大きさの角度変位が発生する。
【0088】
従って、第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動することができ、所定の第２周波数Ｆｘで所定の第２偏向角の光走査をすることができる。
【0089】
また、第１支持部４を第２軸Ｘ周りに揺動する場合には、上述したように交流電圧を印加する必要はなく、直流電圧を印加してもよい。この場合、第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ，５２Ａ～５２Ｄで発生する屈曲変形の大きさは、直流電圧の大きさに応じて線形的に変化する。従って、直流電圧の大きさを制御することで第２圧電アクチュエータ５１，５２から任意の出力を得ることができる。
【0090】
このように、光偏向器１では、第２軸Ｘ周りに揺動する場合には、駆動電圧として印加した直流電圧の大きさに応じて線形的に偏向角を制御することができるので、任意の速度で任意の偏向角を得ることができる。
【0091】
また、第２圧電アクチュエータ５１，５２は、それぞれがミアンダ形状（又は蛇腹形状）に形成されている。これによって、各圧電カンチレバーの屈曲変形が累積されるように形成されている。このため、第２圧電アクチュエータ５１，５２は、第１圧電アクチュエータ３１，３２に比べて大きな偏向角を得やすい。
【0092】
このため、本実施形態では、第１圧電アクチュエータ３１，３２によって揺動する場合には、なるべく大きな偏向角を得るために、第１圧電アクチュエータ３１，３２の上方向又は下方向の変位を変化させる周波数、すなわち第１周波数Ｆｙが、光偏向器１（特に、圧電カンチレバー等）の構造や材料等によって決定される共振周波数になるように設定している。
【0093】
また、第２圧電アクチュエータ５１，５２は、ミアンダ形状（又は蛇腹形状）に形成されており、第１圧電アクチュエータ３１，３２に比べて揺動しやすい。このため、第２周波数Ｆｘは、第１周波数Ｆｙに比べて充分に低く設定されている。本実施形態では、例えば、第１周波数Ｆｙを３０ｋＨｚ、第２周波数Ｆｘを６０Ｈｚに設定している。なお、第１周波数は３０ｋＨｚに限らず、第２周波数Ｆｘは６０Ｈｚに限らないが、第１周波数Ｆｙを２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚ、第２周波数Ｆｘを１２０Ｈｚ以下とすることが好ましい。
＜本実施形態の光偏向器１０＞
次に、本実施形態の光偏向器１０について説明する。
＜本実施形態の光偏向器１０＞
次に、本実施形態の光偏向器１０について説明する。
【0094】
図５は、本実施形態の光偏向器１０の一例である。
【0095】
図５に示すように、本実施形態の光偏向器１０は、光偏向器１（図１参照）と同様、圧電方式（１軸非共振・１軸共振タイプ）の光偏向器である。光偏向器１０のサイズは、例えば、高さＨが５ｍｍ、幅Ｗが１１ｍｍである。
【0096】
以下、光偏向器１０について、光偏向器１と対比しつつ、相違点を中心に説明する。なお、光偏向器１と同様の構成については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0097】
図５に示すように、本実施形態の光偏向器１０は、ミラー部２と、第１軸Ｙを中心に揺動できるようにミラー部２を支持する第１支持部４と、第１軸Ｙと交差（例えば、直交）する第２軸Ｘを中心に揺動できるように第１支持部４を支持する第２支持部６と、ミラー部２を第１支持部４に対して第１軸Ｙを中心に揺動させる２つの第１圧電アクチュエータ３１、３２と、第１支持部４及び当該第１支持部４に支持されたミラー部２を第２支持部６に対して第２軸Ｘを中心に揺動させる２つの第２圧電アクチュエータ５３、５４と、を備えている。
【0098】
第２圧電アクチュエータ５３、５４は、第２圧電アクチュエータ５１、５２（図１参照）と比べ、後述のように本数及び長さが異なる点以外、同様の構成である。
【0099】
第２圧電アクチュエータ５３は、第２軸Ｘの方向に配置された複数の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇを含む。圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇは、各々の圧電カンチレバーが隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように蛇腹形状に連結されている。圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇのうちミラー部２から最も近い圧電カンチレバー５３Ａの自由端は、第１支持部４に連結されている。圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇのうちミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇの自由端は、第２支持部６に連結されている。
【0100】
同様に、第２圧電アクチュエータ５４は、第２軸Ｘの方向に配置された複数の圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇを含む。圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇは、各々の圧電カンチレバーが隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように蛇腹形状に連結されている。圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇのうちミラー部２から最も近い圧電カンチレバー５４Ａの自由端は、第１支持部４に連結されている。圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇのうちミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５４Ｇの自由端は、第２支持部６に連結されている。第２圧電アクチュエータ５３、５４はともに各圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇは第1軸Ｙ方向に延在する形状である。隣り合う各圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇ同士を折り返し部分で連結する連結部は直交する第２軸Ｘ方向に延在する形状となっている。
【0101】
本実施形態の光偏向器１０は、光偏向器１（図１参照）と比べ、主に、次の点が相違する。
【0102】
第１に、第２圧電カンチレバーの数が相違する。具体的には、光偏向器１（図１参照）においては、４つの圧電カンチレバーからなる一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ、及び、４つの圧電カンチレバーからなる他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄを備えているのに対して、本実施形態の光偏向器１０においては、７つの圧電カンチレバーからなる一方の第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、及び、７つの圧電カンチレバーからなる他方の第２圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇを備えている。
【0103】
第２に、第２圧電カンチレバーの長さ、すなわち、第２圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離が相違する。具体的には、光偏向器１（図１参照）においては、一方の第２圧電カンチレバー５１Ａ～５１Ｄ及び他方の第２圧電カンチレバー５２Ａ～５２Ｄの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離は全てＤ１で同一であるのに対して、図５に示すように、本実施形態の光偏向器１０においては、ミラー部２に近い第２圧電カンチレバーほど、当該第２圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離が短い。すなわち、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離Ｄ２が最も長く、ミラー部２から最も近い圧電カンチレバー５３Ａ、５４Ａの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離Ｄ３が最も短い。
第２圧電カンチレバーのうち５３Ａ、５４Ａは第１支持部４と第２軸X上で接続され、５３Ｇ、５４Ｇは第２支持部６と第2軸Ｘ上で接続されている。そのため第２圧電カンチレバーのうち５３Ａ、５４Ａ、５３Ｇ、５４Ｇは第２軸Ｘより上方もしくは下方のみに延在する形状となっている。
第２圧電カンチレバー５３Ｂ~５３Ｅ、５４Ｂ~５４Ｅは第２軸Ｘの上方と下方両方に延在する形状であるが、第２軸Ｘからの長さは異なり、非対称な形状となっている。
第２圧電カンチレバー５３Ｆ、５４Ｆは第２軸Ｘの上方と下方両方に延在する形状であり、第２軸Ｘからの長さは同一である。
第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇはともにミラー部２側から奇数番目の第２圧電カンチレバーの長さを足し合わせた長さと、ミラー部２側から偶数番目の第２圧電カンチレバーの長さを足し合わせた長さは同じになるようにしている。一方の第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、及び、他方の第２圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇはともに７つと奇数個のカンチレバーとなっている。第２圧電カンチレバーはミラー部２に近いほど短いが、奇数個のカンチレバーであることで、ミラー部２から奇数番目の第２圧電カンチレバーほうが偶数番目の第２圧電カンチレバーが多く、長さを同じにする調整をしている。
第２圧電カンチレバーのうち５３Ａ、５４Ａは第１支持部４と第２軸X上で接続され、５３Ｇ、５４Ｇは第２支持部６と第2軸Ｘ上で接続されている。そのため第２圧電カンチレバーのうち５３Ａ、５４Ａ、５３Ｇ、５４Ｇは第２軸Ｘより上方もしくは下方のみに延在する形状となっている。
第２圧電カンチレバー５３Ｂ~５３Ｅ、５４Ｂ~５４Ｅは第２軸Ｘの上方と下方両方に延在する形状であるが、第２軸Ｘからの長さは異なり、非対称な形状となっている。
第２圧電カンチレバー５３Ｆ、５４Ｆは第２軸Ｘの上方と下方両方に延在する形状であり、第２軸Ｘからの長さは同一である。
第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇはともにミラー部２側から奇数番目の第２圧電カンチレバーの長さを足し合わせた長さと、ミラー部２側から偶数番目の第２圧電カンチレバーの長さを足し合わせた長さは同じになるようにしている。一方の第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、及び、他方の第２圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇはともに７つと奇数個のカンチレバーとなっている。第２圧電カンチレバーはミラー部２に近いほど短いが、奇数個のカンチレバーであることで、ミラー部２から奇数番目の第２圧電カンチレバーほうが偶数番目の第２圧電カンチレバーが多く、長さを同じにする調整をしている。
【0104】
別言すると、図５に示すように、本実施形態の光偏向器１０においては、一方の第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇの折り返し端は、ミラー部２に向かって傾斜した直線Ｌ１、Ｌ２に沿って配置されている。同様に、他方の第２圧電カンチレバー５４Ａ～５４Ｇの折り返し端は、ミラー部２に向かって傾斜した直線Ｌ３、Ｌ４に沿って配置されている。
【0105】
次に、上記のようにミラー部２に近い第２圧電カンチレバーほど、当該第２圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離を短くすることの効果について、比較例と対比しながら説明する。
【0106】
図６（ａ）は、第１比較例の光偏向器１０Ａである。
【0107】
図６（ａ）に示すように、第１比較例の光偏向器１０Ａにおいては、第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇの長さがＤ２で全て同一、すなわち、第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離が全てＤ２で同一である。それ以外、光偏向器１０と同様の構成である。
【0108】
図６（ｂ）は、第２比較例の光偏向器１０Ｂである。
【0109】
図６（ｂ）に示すように、第２比較例の光偏向器１０Ｂにおいては、第１比較例の光偏向器１０Ａと比べ、第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇの長さが短い。具体的には、第２比較例の光偏向器１０Ｂにおいては、第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇの長さがＤ４（Ｄ４＜Ｄ２）で全て同一、すなわち、第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離が全てＤ４（Ｄ４＜Ｄ２）で同一である。それ以外、光偏向器１０、第１比較例の光偏向器１０Ａと同様の構成である。
【0110】
本発明者らは、第１比較例の光偏向器１０Ａ、第２比較例の光偏向器１０Ｂ、本実施形態の光偏向器１０について、１次モードの周波数（１次共振周波数）を所定ソフトウエアによるシミュレーションで確認した。
【0111】
図７は、シミュレーション結果をまとめた表である。
【0112】
図７中、「蛇腹の長さ」は、第１比較例の第２圧電アクチュエータ５３、５４のトータル長さに対する各光偏向器１０、１０Ａ、１０Ｂの第２圧電アクチュエータ５３、５４のトータル長さの割合を表す。「１次モード（Ｈｚ）」は、各光偏向器１０、１０Ａ、１０Ｂの１次モードの周波数（１次共振周波数）を表す。なお、実際の１次モードの周波数（１次共振周波数）は、例えば、レーザードップラー振動計（Polytec社製）を用いて測定することができる。「振角効率（deg/V）」は、各光偏向器１０、１０Ａ、１０Ｂの第２圧電アクチュエータ５３、５４に単位電圧を印加した場合のミラー部２の振角を表す。
【0113】
図７中の「第２比較例」を参照すると、第２比較例の光偏向器１０Ｂは、第１比較例の光偏向器１０Ａと比べ、１次モードの周波数（１次共振周波数）が高くなること、及び、振角効率が低下することが分かる。
【0114】
第２比較例の光偏向器１０Ｂにおいては、第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇの長さＤ４をさらに短くすることにより、１次モードの周波数（１次共振周波数）をさらに高くできるが、振角効率もさらに低下してしまう。
【0115】
これに対して、図７中の「実施形態」を参照すると、本実施形態の光偏向器１０においては、第２比較例の光偏向器１０Ｂと比べ、振角効率が低下することなく、１次モードの周波数（１次共振周波数）が高くなることが分かる。
【0116】
本実施形態の光偏向器１０において、第２比較例の光偏向器１０Ｂと比べ、１次モードの周波数（１次共振周波数）が高くなるのは、本実施形態の光偏向器１０が、第２比較例の光偏向器１０Ｂの第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇより短い（相対的に剛性が高い）第２圧電カンチレバー（例えば、ミラー部２から最も近い第２圧電カンチレバー５３Ａ、５４Ａ）を備えていることによるものである。
【0117】
一方、本実施形態の光偏向器１０において、第２比較例の光偏向器１０Ｂと比べ、振角効率が低下しないのは、本実施形態の光偏向器１０が、第２比較例の光偏向器１０Ｂの第２圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇより長い（相対的に剛性が低い。つまり、相対的に屈曲変形しやすい）第２圧電カンチレバー（例えば、ミラー部２から最も遠い第２圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇ）を備えていることによるものである。
【0118】
なお、本実施形態の光偏向器１０を比較例２と同様の１次モードの周波数となるように設計した場合、当該光偏向器１０の振角効率を比較例２より大きくすることができる。
【0119】
本実施形態の光偏向器１０は、レーザースキャン型ミラーデバイスのアプリケーション全般に適用することができる。例えば、スマートグラス、超小型プロジェクター、インターラクティブプロジェクターに適用することができる。
【0120】
以上説明したように、本実施形態によれば、ミラー部２の振角効率が低下するのを抑制しつつ、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができる。
【0121】
１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができるのは、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇ以外の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｆ、５４Ａ～５４Ｆのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離（例えば、図５中符号Ｄ３が示す距離参照）を、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離Ｄ２より短くしたことによるものである。すなわち、これにより、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇ以外の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｆ、５４Ａ～５４Ｆのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの剛性が、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇの剛性より相対的に高くなることによるものである。
【0122】
ミラー部２の振角効率が低下するのを抑制することができるのは、ミラー部２から遠い圧電カンチレバーほど、剛性が相対的に低くなる（屈曲変形しやすくなる）ことによるものである。
また、本実施形態によれば、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができるため、外部振動に強い光偏向器を実現することができる。外部振動とは、例えば、光偏向器を身につけた人が歩行することに起因する振動、光偏向器が搭載された車両が走行することに起因する振動である。
また、本実施形態によれば、１次モードの周波数（１次共振周波数）を大きくすること（高周波側にシフトさせること）ができるため、外部振動に強い光偏向器を実現することができる。外部振動とは、例えば、光偏向器を身につけた人が歩行することに起因する振動、光偏向器が搭載された車両が走行することに起因する振動である。
【0123】
次に変形例について説明する。
【0124】
図８は、光偏向器１０の変形例について説明する図である。
【0125】
上記実施形態では、本実施形態の光偏向器１０においては、ミラー部２に近い第２圧電カンチレバーほど、当該第２圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離が短い例について説明した（図５参照）が、これに限らない。
【0126】
要は、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇ以外の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｆ、５４Ａ～５４Ｆのうち少なくとも１つの圧電カンチレバーの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離（例えば、圧電カンチレバー５３Ｃ、５３Ｄ、５４Ｃ、５４Ｄの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離Ｄ５）が、ミラー部２から最も遠い圧電カンチレバー５３Ｇ、５４Ｇの折り返し端と第２軸Ｘとの間の距離Ｄ２より短ければよい。
【0127】
本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0128】
【0129】
図９は、光偏向器１０の他の変形例について説明する図である。
【0130】
図９に示すように、第２支持部６は、第１支持部４、第１圧電アクチュエータ３１、３２及び第２圧電アクチュエータ５３、５４を囲むように設けられ、かつ、複数の圧電カンチレバー５３Ａ～５３Ｆ、５４Ａ～５４Ｆの折り返し端が対向する複数の部分を含み、この複数の部分は、それぞれ、当該部分が対向する圧電カンチレバーの折り返し端近傍まで延びていてもよい。
【0131】
このようにすれば、当該複数の部分を設けない場合（例えば、図５参照）と比べ、光偏向器１０の強度を高くできるため、光偏向器１０が破損しにくくなる。
【0132】
上記各実施形態で示した各数値は全て例示であり、これと異なる適宜の数値を用いることができるのは無論である。
【0133】
上記各実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。上記各実施形態の記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【0134】
１…光偏向器、２…ミラー部、２ａ…反射面、２ｂ…反射面支持体、４…第１支持部、６…第２支持部、１０…光偏向器、１０Ａ…光偏向器、１０Ｂ…光偏向器、２１…トーションバー、２２…トーションバー、３１…第１圧電アクチュエータ、３１Ａ…第１圧電カンチレバー、３２…第１圧電アクチュエータ、３２Ａ…第１圧電カンチレバー、５１…第２圧電アクチュエータ、５１Ａ～５１Ｄ…第２圧電カンチレバー、５２…第２圧電アクチュエータ、５２Ａ～５２Ｄ…第２圧電カンチレバー、５３…第２圧電アクチュエータ、５３Ａ～５３Ｇ、５４Ａ～５４Ｇ…第２圧電カンチレバー、５４…第２圧電アクチュエータ、６１ａ…下部電極パッド、６１ｂ…第１上部電極パッド、６１ｃ…奇数用第２上部電極パッド、６１ｄ…偶数用第２上部電極パッド、６１ｅ…第１検知用電極パッド、６２ａ…下部電極パッド、６２ｂ…第１上部電極パッド、６２ｃ…奇数用第２上部電極パッド、６２ｄ…偶数用第２上部電極パッド、６２ｅ…第２検知用電極パッド、７１ｘ…第２検知部、７１ｙ…第１検知部、７２ｘ…第２検知部、７２ｙ…第１検知部、Ｌ１…下部電極、Ｌ２…圧電体、Ｌ３…上部電極、Ｍ１…層間絶縁膜、Ｍ２…パッシベーション膜、Ｗ…上部電極配線、Ｗｅ…第２駆動用偶数上部電極配線、Ｗｍｘ…第２検知用上部電極配線、Ｗｍｙ…第１検知用上部電極配線、Ｗｏ…第２駆動用奇数上部電極配線、Ｗｙ…第１駆動用上部電極配線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】