ミラー駆動装置及び方法
【課題】複雑な可動フレーム構造を必要とせず簡便に作製でき、耐久性に優れたミラー駆動装置及びミラー駆動方法を提供する。
【解決手段】ミラー部12の両側に一対のアクチュエータ部30が連結され、さらにその外側の両側に一対のアクチュエータ部20が連結される。外側アクチュエータ部20の一端は固定部22として支持部材に固定され、他端は内側アクチュエータ部30に連結される。各アクチュエータ部20,30は、圧電体の変形によって屈曲変位を行うものであり、それぞれ対応する駆動電圧供給部28,38から駆動電圧が印加される。一方の駆動電圧供給部（例えば28）から、対応するアクチュエータ部（例えば20）に対して共振を励起する周波数の駆動電圧が供給され、これと同時に他方の駆動電圧供給部（例えば38）から、他のアクチュエータ部（例えば30）に非共振でミラー部12を傾ける駆動電圧を供給する。
【解決手段】ミラー部12の両側に一対のアクチュエータ部30が連結され、さらにその外側の両側に一対のアクチュエータ部20が連結される。外側アクチュエータ部20の一端は固定部22として支持部材に固定され、他端は内側アクチュエータ部30に連結される。各アクチュエータ部20,30は、圧電体の変形によって屈曲変位を行うものであり、それぞれ対応する駆動電圧供給部28,38から駆動電圧が印加される。一方の駆動電圧供給部（例えば28）から、対応するアクチュエータ部（例えば20）に対して共振を励起する周波数の駆動電圧が供給され、これと同時に他方の駆動電圧供給部（例えば38）から、他のアクチュエータ部（例えば30）に非共振でミラー部12を傾ける駆動電圧を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はミラー駆動装置及び方法に係り、特に、光走査に用いる光偏向器に好適なミラーデバイスの構造及びその駆動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光走査装置における光ビームを走査する偏向器としては、ポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられている。しかし、かかる構成は電磁式モータでミラーを回転させる構造であり、小型化に制約がある。また、より高解像度な画像を得たり、高速プリントを実現したりするためには、ミラーの回転をさらに高速にしなければならず、軸受けの耐久性や風損による発熱、騒音が課題となっていた。
【０００３】
これに対し、近年、シリコンマイクロマシニング（ＭＥＭＳ；Micro Electro Mechanical System)を利用し、微小ミラーとそれを支持する梁をシリコン基板で一体形成してなる振動ミラー（ＭＥＭＳスキャナ）が提案されている（特許文献１，２）。このような振動ミラーは、共振を利用して往復振動させるので、高速動作にもかかわらず低騒音であり、さらにミラー部を回転させる駆動力も小さいので消費電力も低く抑えられる。また、ＭＥＭＳスキャナは、半導体基板からＭＥＭＳ加工技術を用いて可動部と駆動部を一体的に作製できるというメリットがある。
【０００４】
このようなＭＥＭＳスキャナの駆動源として、圧電体の変形による駆動方式が知られており、この駆動方式には、トルクが大きく低電圧であるというメリットがある。特許文献１には、圧電ユニモルフカンチレバーに、ねじりヒンジを介してミラー部が接続されている構造が開示されている。この圧電ユニモルフカンチレバーをトーションバーをねじる方向に駆動させることによって、ミラー部を回転駆動させ、一次元のスキャンを実現している。ここで、駆動源の周波数を可動ミラーの共振周波数と一致させることにより、より低電圧で大きなミラー回転角を得ることができる。
【０００５】
また、上述のような原理で比較的高い周波数での共振スキャンを行う部分を可動フレーム内に作りこみ、さらにその可動フレームをねじりヒンジを介して別のアクチュエータと接続し、共振スキャンの回転軸とは垂直な軸周りに可動フレームを回転駆動させることで、二次元駆動を行うことも可能である。この技術は、ディスプレイなどに応用されている（特許文献２）。
【０００６】
本明細書では、説明の便宜上、共振を利用した往復振動によるスキャンを「Ａスキャン」といい、共振スキャンと垂直な方向への移動（スキャン）を「Ｂスキャン」と呼ぶ場合がある（図１２参照）。また、上述のＢスキャンの回転軸をＡスキャンの回転軸と一致させれば、Ａスキャンのスキャン中心を目的の場所（任意の位置）へ移動させる用途に用いることができる。このようにＡスキャンの中心を目的の場所へ移動させる動きを「Ｃスキャン」と呼ぶ場合がある（図１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５７２２６号公報
【特許文献２】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】
【０００８】
しかしながら、特許文献２のように、スキャンの中心移動用のＣスキャンや二次元スキャン用のＢスキャンを行うアクチュエータと、高速スキャンを行うアクチュエータとをそれぞれ別途に設けようとすると、可動フレーム等を用いた複雑な構造が必要となる。このため、製造プロセスが複雑化して歩留まりが悪化していた。
【０００９】
一方、特許文献１のような一次元スキャン用の構成であっても、同じアクチュエータに対して共振励起用の交流（ＡＣ）電圧に加えてオフセットバイアス（ＤＣ電圧）を重畳させることにより、上述の二次元スキャンおよびスキャン中心移動を行うことが可能である。しかしながら、オフセットバイアスに共振励起用の電圧を重畳させたＤＣ−ＡＣの重畳電圧によってスキャン中心の移動や二次元スキャンを行おうとすると、圧電膜に高い電圧が印加されるため、耐久性が著しく劣化し、かつ脱分極が起こる確率が上がるという問題があった。特に、大変位を得るために圧電体を１〜４μｍまで薄膜化すると、発生する電界が大きくなり、さらに上記の問題が悪化していた。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複雑な可動フレーム構造を必要とせず簡便に作製でき、耐久性に優れたミラー駆動装置及びミラー駆動方法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】
【００１１】
本発明は前記目的を達成するために、ミラー部と、前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定部として前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を備え、前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されており、前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧が供給され、当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧が供給されることを特徴とするミラー駆動装置を提供する。
【００１２】
他の発明態様については、明細書及び図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ミラー部の両側から挟むように、内側アクチュエータ部と外側アクチュエータ部とを連結した簡単な構造によって、共振駆動によるミラー部の動き（Ａスキャン用のミラー駆動）と、非共振駆動によるミラー部の別の動き（Ｂスキャン又はＣスキャン用のミラー駆動）とを組み合わせたミラー駆動が可能である。
【００１４】
また、本発明によれば、共振駆動用のアクチュエータ部と、非共振駆動用のアクチュエータ部とを分け、それぞれのアクチュエータ部に対して、別々の駆動電圧供給部から個別に駆動電圧を供給する構成としたので、同一アクチュエータに共振駆動電圧とオフセットバイアスを重畳させる構成と比較して、各アクチュエータ部に印加される駆動電圧を低く抑えることができ、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図
【図２】第１アクチュエータ（カンチレバー部）の断面図
【図３】図１に示したＭＥＭＳスキャナデバイスの支持部材を含んだ構成の斜視図
【図４】第１アクチュエータによる共振駆動（Ａスキャン駆動）の様子を示す図
【図５】第２アクチュエータによる非共振駆動（Ｃスキャン駆動）の様子を示す図
【図６】ミラー部の動作を説明するための模式図
【図７】図７（ａ）はミラー部の反射光のスキャン範囲を示す図、図７（ｂ）はスキャン中心が移動する様子を示す図
【図８】第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図
【図９】図８に示したＭＥＭＳスキャナデバイスの支持部材を含んだ構成の斜視図
【図１０】図８の第１アクチュエータによる共振駆動の様子を示す図
【図１１】図８の第２アクチュエータにＤＣ電圧を印加したときの変形（スタティック駆動時）の様子を示す図
【図１２】ＡスキャンとＢスキャンの説明図
【図１３】Ａスキャンのスキャン中心を移動させる例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図である。同図に示すように、ＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、ミラー部１２と、該ミラー部１２を共振駆動するための第１アクチュエータ２０（共振用アクチュエータ）と、共振駆動によるスキャン（共振スキャン）の中心を移動させる非共振駆動を行うための第２アクチュエータ（中心移動用アクチュエータ）３０と、を備えている。第１アクチュエータ２０は「外側アクチュエータ部」に相当し、第２アクチュエータ３０は「内側アクチュエータ部」に相当する。
【００１８】
本例では、略長方形の反射面を有するミラー部１２を例示し、非駆動時における反射面の長辺方向をＸ方向、これと直交する短辺方向をＹ方向、ＸＹ面に垂直な方向をＺ方向として説明する。ただし、本発明の実施に際して、ミラー部の形状は、特に限定されない。図１に例示した長方形に限らず、正方形、多角形、円形、楕円形など、様々な形状があり得る。光の反射面となるミラー部１２の上面には、入射光の反射率を高めるために、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミ）等の金属薄膜が形成されている。ミラーコーディングに用いる材料や膜厚は特に限定されず、公知のミラー材料（高反射率材料）を用いて様々な設計が可能である。
【００１９】
本例のＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、反射面がＺ方向に向いたミラー部１２をＹ方向の両側から挟むように一対の第２アクチュエータ３０が配置され、この第２アクチュエータ３０のさらに外側に一対の第１アクチュエータ２０が配置される。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０は、いずれも圧電ユニモルフカンチレバー（片持ち梁）構造のアクチュエータであり（図２参照）、圧電体の変形によって屈曲変位を行う。第１アクチュエータ２０はＸ方向の一方の端部である固定部２２において支持部材（図１中不図示、図３の符号５０）に固定される。固定部２２と反対側の端部は、フレーム等に固定されておらず、カンチレバー構造によって変位できる非拘束端となっている。また、第１アクチュエータ２０は、固定部２２とは反対側の端部（非拘束の端部）において、第２アクチュエータ３０の端部と連結されている。第２アクチュエータ３０にとっては、第１アクチュエータ２０との連結部３２で支持されている構造となっており、この連結部３２を固定部としてカンチレバー構造で動作する。
【００２０】
このように、第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０とはミラー部１２の脇に並んで配置され、隣り合うカンチレバーに対して折り返すように連結された蛇行（ミアンダ）状の接続形態となっている。
【００２１】
第１アクチュエータ２０には外部から駆動用の信号（駆動電圧）を供給するための電気接続端子として機能する共振駆動用端子２４が設けられている。共振駆動用端子２４は、第１アクチュエータ２０の上部電極（図２の符号４８参照）に駆動電圧を印加するための端子である。第１アクチュエータ２０を駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第１駆動制御装置という。）２８は、共振駆動用端子２４を介して第１アクチュエータ２０と電気的に接続される。なお、図示の便宜上、第１アクチュエータ２０の下部電極（図２の符号４３参照）との電気接続を行うための端子の記載は省略した。
【００２２】
第１駆動制御装置２８は、第１アクチュエータ２０を駆動するための駆動電圧を供給する駆動回路とその出力制御回路を含む。第１駆動制御装置２８から共振駆動用端子２４に所定の駆動電圧が印加されると、第１アクチュエータ２０が駆動される。第１駆動制御装置２８は「外側アクチュエータ駆動電圧供給部」に相当する。
【００２３】
第２アクチュエータ３０は、第１アクチュエータ２０との連結部３２とは別の一端において、ミラー部１２と連結されている。第２アクチュエータ３０とミラー部１２との連結部（符号３３）は、ミラー部１２におけるＸ方向の一方の端部に設けられる。つまり、ミラー部１２は、このＸ方向の片側端部において、一対の第２アクチュエータ３０の連結部３３によりＹ方向の両端が支持されている。
【００２４】
第２アクチュエータ３０には、外部から駆動用の信号（駆動電圧）を供給するための電気接続端子として機能するスキャン中心移動用端子３４が設けられている。スキャン中心移動用端子３４は、第２アクチュエータ３０の上部電極（図２の符号４８参照）に駆動電圧を印加するための端子である。第２アクチュエータ３０を駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第２駆動制御装置という。）３８は、スキャン中心移動用端子３４を介して第２アクチュエータ３０と電気的に接続される。なお、図示の便宜上、第２アクチュエータ３０の下部電極（図２の符号４３参照）との電気接続を行うための端子の記載は省略した。
【００２５】
第２駆動制御装置３８は、第２アクチュエータ３０を駆動するための駆動電圧を供給する駆動回路とその出力制御回路を含む。第２駆動制御装置３８からスキャン中心移動用端子３４に所定の駆動電圧が印加されると、第２アクチュエータ３０が駆動される。第２駆動制御装置３８は「内側アクチュエータ駆動電圧供給部」に相当する。
【００２６】
第２アクチュエータ３０と連結されたミラー部１２は、第１アクチュエータ２０及び第２アクチュエータ３０の駆動に応じて、Ｙ軸に平行な軸を回転軸として揺動される。ミラー部１２に入射した光（例えば、図示せぬレーザ光源から発せられたレーザ光）はミラー部１２の傾き（角度）に応じて反射され、反射光の進行方向（反射光の照射位置）が変わる。第１アクチュエータ２０によって、ミラー部１２を共振駆動することにより、Ｘ方向の光走査（Ａスキャン）が行われる。また、第２アクチュエータ３０の駆動により、共振スキャンのスキャン中心をＸ方向に移動させることができる（Ｃスキャン）。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０を同時に駆動することにより、ＡスキャンとＣスキャンとが組み合わされた光走査が実現される。
【００２７】
図２は、圧電ユニモルフカンチレバー構造からなる第１アクチュエータ２０の断面構造を示す図である。図２では、固定部２２を有する第１アクチュエータ２０を例示するが、第２アクチュエータ３０の構成も基本的に同様である。ただし、第２アクチュエータ３０の場合、連結部３２（図１参照）がレバー部の固定部（図２の符号２２相当）に対応する。なお、当該発明における圧電アクチュエータとして、ユニモルフカンチレバー以外の構造を用いても良い。例えば、電極を挟んで圧電体を２層積層したバイモルフカンチレバーを用いても良い。以下においては簡単のため、圧電ユニモルフアクチュエータを使用したとして説明を行う。
【００２８】
図２に示すように、第１アクチュエータ２０及び第２アクチュエータ３０は、振動板４２上に下部電極４３、圧電体４６、上部電極４８が積層形成された構造を有する。このような積層構造体は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上に、下部電極４３、圧電体４６、上部電極４８の各層を順次に成膜することによって得られる。
【００２９】
本実施形態に適用できる圧電体４６としては、下記式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（Ｐ）を含むものが挙げられる。
【００３０】
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ビスマスフェライト等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【００３１】
また、本実施形態の圧電体膜は、下記式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）を含むことが好ましい。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（ＰＸ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上述の一般式（Ｐ）及び（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜は、高い圧電歪定数（ｄ３１定数）を有するため、かかる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、変位特性の優れたものとなる。
【００３２】
また、一般式（Ｐ）及び（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、駆動電圧範囲において、リニアリティの優れた電圧―変位特性を有している。これらの圧電材料は、本発明を実施する上で良好な圧電特性を示すものである。
【００３３】
バルクの圧電体を基板に接合してもよいが、気相成長法やゾルゲル法などにより基板上に圧電薄膜を直接成膜する構成が好ましい。特に、本実施形態の圧電体４６としては、１〜１０μｍの厚さの薄膜であることが好ましい。後述する実施例では、圧電体４６として、スパッタリング法によって成膜された４μｍ厚のＰＺＴ薄膜を使用しているが、これに限定されるものではない。
【００３４】
図２に示す構成において、電極（４３，４８）間に電圧が印加されることで圧電体４６が変形し、この変形に伴い、振動板４２が撓んで、レバー部が上下に動く。図２の破線はレバー部が上方に変位した様子を表している。
【００３５】
図３は、図１に示したＭＥＭＳスキャナデバイス１０の固定部２２と繋がる支持部材５０を含んだ構成の斜視図である。なお、図３は図１と異なる方向から見た斜視図となっている。図３に示すように、ＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、第１アクチュエータ２０を片持ち構造で保持する支持部材５０（「固定支持部材」に相当）を備えている。支持部材５０、第１アクチュエータ２０、第２アクチュエータ３０、及びミラー部１２は、シリコン基板から半導体製造技術を利用して加工することにより、これらが一体的に構成された構造物として作成することができる。
【００３６】
図３から明らかなように、第１アクチュエータ２０、第２アクチュエータ３０、連結部３２，３３の厚さは、支持部材５０及びミラー部１２の厚さに比べて薄く形成されている。これにより、各アクチュエータ（２０、３０）及び連結部３２，３３が変形（曲げ変形や捻れ変形）し易い構造となっている。
【００３７】
＜実施例；具体的な製造方法の一例＞
このＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、以下のように作成した。
【００３８】
（工程１）まず、活性層２０μm、ハンドル層３５０μmのＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に、スパッタ法で３０ｎｍのＴｉ密着層と、１５０ｎｍのＩｒ電極層を順次形成した。これらＴｉ密着層及びＩｒ電極層が図２の下部電極４３に相当する。なお、これらの電極の成膜温度は３５０℃とした。
【００３９】
（工程２）上記得られた基板上に、高周波（ＲＦ；radio frequency）マグネトロンスパッタ装置を用いて４μｍのＰＺＴ層を成膜した。使用したＲＦマグネトロンスパッタ装置は、アルバック社製強誘電体成膜スパッタ装置ＭＰＳ型である。成膜ガスは９７．５％Ａｒと２．５％Ｏ２の混合ガスを用い、ターゲット材料としてはＰｂ1.3((Ｚｒ0.52 Ｔｉ0.48)0.88 Ｎｂ0.12)Ｏ3の組成のものを用いた。成膜圧力は２．２ｍTorr、成膜温度は４５０℃とした。
【００４０】
（工程３）上記で得られた基板上に、リフトオフプロセスによって上部電極であるPt/Tiをパターニングした。上記得られた基板をシリコン加工プロセス（ドライエッチング等）に基づいて加工することで、図１から図３で説明したＭＥＭＳスキャナデバイス１０を得た。
【００４１】
本発明の実施に際しては、上記の実施例に限定されず、基板の材料、電極材料、圧電材料、膜厚、成膜条件などは、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４２】
＜ＭＥＭＳスキャナデバイス１０の動作について＞
次に、上記のように構成されたＭＥＭＳスキャナデバイス１０の作用について説明する。
【００４３】
Ａスキャン用の第１アクチュエータ２０には、第１駆動制御装置２８から周波数ｆのサイン波ＶＡsin(2πft)による駆動電圧が入力され、ミラー部１２が傾くような共振モードが励起される。なお、電圧波形を表すサイン関数中の「ｔ」は時間を表す。
【００４４】
図４は、第１アクチュエータ２０による共振駆動の様子を示す図である。本実施の形態では、このときの共振周波数ｆは、４６４．５Ｈｚであった。このような共振を励起すると、第２アクチュエータ３０とともにヒンジ部（連結部３３）が大きく変形し、ミラー部１２は、Ｙ軸に平行な軸を回転軸として揺動（回転方向に振動）する。
【００４５】
このように、第１アクチュエータ２０に共振周波数ｆ＝４６４．５Ｈｚのサイン波を印加して固有振動を誘起することで、ミラー部１２を高速に振動させて、一次元スキャン光走査を行う。この共振による光走査（共振スキャン）がＡスキャンに該当する。なお、第１アクチュエータ２０に印加する交流電圧の周波数ｆは、構造体の共振周波数と厳密に一致させることは必ずしも要求されない。共振が励起される範囲で周波数の差異が許容される。
【００４６】
このＡスキャンの振動に加えて、Ｃスキャン用の第２アクチュエータ３０には、第１アクチュエータ２０とは別に、第２駆動制御装置３８からＤＣ（直流）電圧その他の任意の波形Ｖ２による駆動電圧（ただし、共振を誘起しないもの）が印加される。
【００４７】
図５は、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧を印加したときの変形の様子を示す図である。第１アクチュエータ２０による共振駆動に加え、第２アクチュエータ３０に任意波形の電圧Ｖ２を印加すると、その電圧Ｖ２に応じて、図５に示すように、第２アクチュエータ３０が変形し、この変形によりミラー部１２がＹ軸に平行な軸を回転軸として傾く。つまり、ミラー部１２は、図４の共振による高速振動をしながら、図５のように、全体としても傾く動きをする。この第２アクチュエータ３０の駆動により、Ａスキャンのスキャン中心が移動する。
【００４８】
第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０を同時に駆動することによって、Ａスキャンをしながら、そのスキャン中心を移動させることができる。本例では、ミラー部１２は、第１アクチュエータ２０による回転軸と第２アクチュエータ３０による回転軸の、平行な２つの回転軸により揺動するため、Ａスキャンによるスキャン方向と、Ｃスキャンによるスキャン中心の移動方向は共通しており、これらの組合せによる一次元スキャンが実現される。
【００４９】
図６は、ミラー部１２の動作を説明するための模式図であり、ミラー部１２をＹ軸方向（回転軸の方向）から見た図である。ミラー部１２は、第１アクチュエータ２０の駆動によって固有振動が励起されることでＹ軸に平行な軸を回転軸として、角度（Ａスキャン角度）θＡの範囲で振動し、位置１２ａと位置１２ｂとの間を揺動する。この回転方向の振動による最大の変位位置となる位置１２ａと位置１２ｂとの間の回転角度をθＡとする。
【００５０】
また、図６において、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧を印加していないときのミラー部１２の反射面の位置をｈとし、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧を印加したときのミラー部１２の位置を符号１２ｃとする。このときのミラー部１２の傾き角度（Ｃスキャン角度）をθＣとする。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０の同時駆動により、ミラー部１２は、θＣの位置を振動中心として、Ａスキャン角度θＡの範囲で振動する。
【００５１】
ここで、第１アクチュエータ２０にＶＡ＝０．５Ｖ 、ｆ＝４６５Ｈｚのサイン波を入力し、同時に第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧「Ｖｃ」を入力したときのＶｃとＡスキャンの角度θＡ、Ｃスキャンの角度θＣとの関係を下記の表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表1に示すように、Ａスキャンの角度θＡは、Ｖｃに依存しない。また、Ｃスキャンの角度θＣは、Ｖｃにより決定される。
【００５４】
このように、第１アクチュエータ２０に共振駆動用のサイン波を印加するとともに、第２アクチュエータ３０にスキャン中心移動用の任意のバイアス電圧を印加することで、ｙ方向に高速スキャンを行いながら、スキャン中心をＹ方向に自由に移動することができる。
【００５５】
例えば、第２アクチュエータ３０に電圧を印加しないときは、図７（ａ）に示すように、第１アクチュエータ２０によるミラー部１２の振動によって、反射光が原点０を中心に−５から＋５の範囲でスキャンされる場合を考える。この共振スキャン（Ａスキャン）と同時に、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧（例えば２Ｖ）を印加することによって、ミラー部１２を全体的に傾けることにより、スキャン中心が原点０から＋１に移動したとすると、図７（ｂ）に示すように、第１アクチュエータ２０による反射光のスキャン範囲は、−４から＋６の範囲に変更される。
【００５６】
＜変形例１＞
上述の実施形態では、外側アクチュエータ部を共振駆動に用い、内側アクチュエータ部を非共振駆動（スキャン中心の移動用）に用いた例を説明したが、内側アクチュエータ部を共振駆動に用い、外側アクチュエータ部を非共振駆動に用いる態様も可能である。
【００５７】
すなわち、図１〜図６で説明した第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０の接続順序は逆でもよい。例えば、Ｃスキャン用の第２アクチュエータ（外側アクチュエータ部）の一端を支持部材５０に固定し、この固定部とは反対側の一端においてＡスキャン用の第１アクチュエータ（内側アクチュエータ部）と接続し、さらに第１アクチュエータは、第２アクチュエータとは反対側の一端においてミラー部１２と接続されるように構成してもよい。
【００５８】
＜変形例２＞
図１〜図７で説明した第１の実施形態では、内側アクチュエータ部に相当する第２アクチュエータ３０として、蛇行状の折り返し構造を持つ圧電カンチレバーを採用したが、本発明の実施に際して、レバー部の折り返し構造の採否や、折り返し回数（折り畳み数）については、特に限定されない。また、外側アクチュエータ部について、折り返し構造を採用することも可能である。
【００５９】
カンチレバーの折り畳み数やレバー部の幅等は全体の共振周波数に影響する。折り畳み数を増やすほど、共振周波数は低下する傾向にある。また、レバー部の幅を細くするほど、共振周波数は低下する傾向にある。折り畳み数やレバー部の幅などを設計することによって、所望の共振周波数を実現できる。
【００６０】
＜変形例３＞
また、第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０との接続点、及び第２アクチュエータ３０とミラー部１２との接続点のうち少なくとも一方の接続点（連結部）では、変形を促す折り返し構造を持つ板状ヒンジ（図８の符号７３参照）を介するようにしてもよい。
【００６１】
〔第２実施形態〕
図８及び図９は、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図である。図８及び図９において、図１〜図７で説明した第１の実施形態の構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、図９は、図８とは異なる方向から見た斜視図となっている。また、図９においては、図８中で符号２４、３４Ａ、３４Ｂで示した各端子の記載は省略している。
【００６２】
図８及び図９に示した第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイス６０は、ＡスキャンとＢスキャンによる二次元スキャンを可能とした構成例である。このＭＥＭＳスキャナデバイス６０の製造方法は、第1の実施形態のＭＥＭＳスキャナデバイス１０と同様である。
【００６３】
第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイス６０は、外側アクチュエータ部に相当する第１アクチュエータ２０を共振駆動させることで、Ｙ軸に平行な軸を回転軸とするミラー部１２の振動を誘起する。また、内側アクチュエータ部に相当する第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂを互いに逆方向に駆動することでＸ軸に平行な軸を回転軸とするミラー部１２の回転運動を発生させる。第１アクチュエータ２０の共振駆動によるミラー部１２の回転軸（Ｙ軸）と、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂの駆動によるミラー部１２の回転軸（Ｘ軸）は直交している。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂを同時に駆動することにより、第１アクチュエータ２０の駆動によるＡスキャンと、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂの駆動によるＢスキャンが組み合わされた二次元スキャンが実現される。
【００６４】
本例では、ミラー部１２を挟んで両側に配置される一対の第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに対して異なる駆動電圧（逆極性の電圧）を印加するため、各アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに対応して駆動制御装置３８Ａ、３８Ｂが設けられている。一方の第２アクチュエータ７０Ａに駆動電圧を印加するためのスキャン中心移動用端子３４Ａには、当該第２アクチュエータ７０Ａを駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第３駆動制御装置という。）３８Ａが接続される。
【００６５】
同様に、他方の第２アクチュエータ７０Ｂに駆動電圧を印加するためのスキャン中心移動用端子３４Ｂには、当該第２アクチュエータ７０Ｂを駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第４駆動制御装置という。）３８Ｂが接続される。なお、図示の便宜上、各第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂの下部電極（図２の符号４３参照）との電気接続を行うための端子の記載は省略した。また、図９においては、共振駆動用端子２４とスキャン中心移動用端子３４Ａ、３４Ｂの記載も省略した。第３駆動制御装置３８Ａと第４駆動制御装置３８Ｂの組合せが「内側アクチュエータ駆動電圧供給部」に相当する。
【００６６】
第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂとミラー部１２との連結部には、折り返し構造（折り畳み構造）を持つ板状の連結部（以下、「板状ヒンジ」という。）７３が採用されている。このような、折り返し構造を持つ板状ヒンジ７３は、変形しやすく、接続点の変位量を増大させる効果がある。この板状ヒンジ７３もミラー部１２等と同様にシリコンの加工により一体的に形成される。
【００６７】
Ａスキャン用の第１アクチュエータ２０には、第１駆動制御装置２８から周波数ｆＡのサイン波ＶＡsin(2πｆＡt)が入力され、ミラー部１２が傾くような共振モードが励起される。
【００６８】
図１０は、ＭＥＭＳスキャナデバイス６０の第１アクチュエータ２０による共振駆動の様子を示す図である。第２実施形態では、このときの共振周波数ｆは、２５８Ｈｚであった。このような共振を励起すると、ヒンジ部（連結部）が大きく変形し、ミラー部１２は、Ｙ軸に平行な軸を回転軸として揺動する。
【００６９】
Ｂスキャン用の第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂには、互いに異なる電圧Ｖ２が印加される。例えば、互いに逆方向のバイアス±ＶＢを印加すると、図１１に示すように、ミラー部１２はＸ軸に平行な軸を回転軸として傾く。これにより、Ａスキャンのスキャン中心をＡスキャンの方向と直交する方向に移動させることができる。
【００７０】
また、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに対して、互いに逆方向のバイアス電圧を印加する構成に代えて、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂにそれぞれ逆位相の交流波形±ＶＢsin(2πｆＢt)を印加すると、ミラー部１２はＹ軸を回転軸として高速に揺動する。ただし、この周波数ｆＢは、共振を誘起しない周波数とする。このような構成により、ミラー部１２は、第１アクチュエータ２０によりＸ軸方向に揺動し、第２アクチュエータ７０Ａ、７０ＢによりＹ軸方向に揺動する。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の二次元スキャンが可能となる。
【００７１】
なお、第２実施形態の共振周波数が第１実施形態の共振周波数と比較して低い周波数となっているのは、第２実施形態における板状ヒンジ７３の影響である。図８〜図１１で示したように、板状ヒンジ７３は、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに比べて小さく、細いミアンダ（蛇行）状の折り畳み構造となっている。この板状ヒンジ７３（蛇行部）はバネのように柔らかくなるため、ミラー部１２の傾き（変位）を大きくする効果をもたらすと同時に、共振周波数は低くなる。板状ヒンジ７３の折り畳み数、細さ、板厚などによって所望の共振周波数を設計することができる。
【００７２】
＜変形例４＞
図８では、第３駆動制御装置３８Ａ、第４駆動制御装置３８Ｂを別々に設けたが、１台の駆動制御装置から複数種類の駆動電圧を出力する構成も可能である。また、第１実施形態及び第２実施形態においては、各アクチュエータ（２０、３０、７０Ａ、７０Ｂ）の駆動制御装置（２８、３８、３８Ａ、３８Ｂ）を説明したが、駆動電圧供給源とその制御手段とは必ずしも一体である必要はない。例えば、振駆動用（Ａスキャン用）の駆動電圧を出力する駆動電圧供給源と、非共振駆動用（Ｂスキャン用又はＣスキャン用）の駆動電圧を出力する駆動電圧供給源と、これら駆動電圧供給源を制御する1台の制御装置と、によって同様のシステムを構成することが可能である。
【００７３】
＜デバイスサイズの一例＞
本発明の実施形態として作製されるＭＥＭＳスキャナデバイス１０、６０の大きさや、具体的な形状については、様々な形態があり得る。一例として、図３におけるミラー部１２、一対の第２アクチュエータ３０、一対の第１アクチュエータ２０及び支持部材５０を含んだデバイスの大きさは平面視で約３ｍｍ×２ｍｍ程度である。さらなる小型化も可能であり、１ｍｍ×１ｍｍ程度のデバイスの作製も可能である。
【００７４】
＜本発明の実施形態による効果＞
（１）従来知られている可動フレームなどの複雑な構造を用いずに、スキャン中心の移動や二次元スキャンが可能な圧電マイクロミラーデバイスを提供できる。
（２）同じアクチュエータに、Ａスキャン共振用駆動波形（サイン波）と、Ｂスキャン又はＣスキャン用駆動波形とを重畳して印加する構成よりも、耐久性が高い。
（３）接続部（連結部）に板状ヒンジを採用し、ヒンジのベンディングを用いた駆動方法であるため、変位量が大きい。すなわち、大きな偏向角が得られる。
（４）Ａスキャンの周波数は、ヒンジの折り畳み数で制御できる。ヒンジの折り畳み数を少なくすると共振周波数が上がり、一層の高速スキャンが可能となる。
（５）支持部材、各アクチュエータ部、ミラー部並びにこれらの接続部をシリコン加工により一体的に形成することができる。
（６）従来のポリゴンミラーやガルバノミラーと比べて小型化が可能であり、耐久性も高い。
【００７５】
＜応用例＞
本発明は、レーザ光等の光を反射して光の進行方向を変える光学装置として様々な用途に利用できる。例えば、光偏向器、光走査装置、レーザプリンタ、バーコード読取機、表示装置、各種の光学センサ（測距センサ、形状測定センサ）、光通信装置などに広く適用することができる。
【００７６】
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有するものにより、多くの変形が可能である。
【００７７】
＜付記；開示する発明の態様について＞
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
【００７８】
（発明１）：ミラー部と、前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定部として前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を備え、前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されており、前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧が供給され、当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧が供給されることを特徴とするミラー駆動装置。
【００７９】
この発明によれば、ミラー部を両側から挟むように配置される一対の内側アクチュエータ部のさらに外側に、その両側から挟むように一対の外側アクチュエータ部が配置される。ミラー部はその両側に連結された内側アクチュエータ部との連結部によって支持される。
【００８０】
各アクチュエータ部は、圧電体の変形によって屈曲変位を行う圧電アクチュエータにより構成される。共振駆動を担うアクチュータ部と、非共振駆動を担うアクチュータ部とを分け、それぞれのアクチュエータ部に対して個別に駆動電圧の印加を行う構成が採用されている。外側アクチュエータ部を共振駆動用のアクチュエータとし、内側アクチュエータ部を非共振駆動用のアクチュエータとして用いる態様も可能であるし、その逆（内側アクチュエータ部を共振駆動用のアクチュエータとし、外側アクチュエータ部を非共振駆動用のアクチュエータとして用いる態様）でもよい。非共振駆動用の駆動電圧として、ＤＣ電圧を印加する態様や、共振を励起しない周波数の交流電圧を印加する態様などがある。
【００８１】
この発明によれば、共振駆動によるミラー部の動きによって共振スキャンを行うことができ、非共振駆動によるミラー部の動きによって、共振スキャンのスキャン中心を移動させることができる。
【００８２】
また、この発明は、従来の可動フレームを用いる構造（特許文献２）と比較して、構造が簡単である。また、同一アクチュエータ部に共振振動用の交流電圧とオフセットバイアスを重畳させる構成と比較して、本発明は各アクチュエータ部に印加される駆動電圧を低く抑えることができ、耐久性が高い。
【００８３】
（発明２）：発明１に記載のミラー駆動装置において、前記外側アクチュエータ部は、前記固定支持部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であり、前記内側アクチュエータ部は、前記外側アクチュエータ部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であることを特徴とする。
【００８４】
この態様によれば、外側アクチュエータ部は、固定支持部との連結部（支持部）を支点として変位する圧電カンチレバーとして機能する。内側アクチュエータ部は、外側アクチュエータ部との連結部を支点として変位する圧電カンチレバーとして機能する。
【００８５】
（発明３）：発明１又は２に記載のミラー駆動装置において、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部は、いずれも振動板上に下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された構造を持つ圧電ユニモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする。
【００８６】
圧電ユニモルフアクチュエータは構造が簡単であり、作製が容易である。
【００８７】
（発明４）：発明１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と平行となるように駆動を行うことを特徴とする。
【００８８】
かかる態様によれば、Ａスキャン（共振スキャン）の光走査方向と、Ｃスキャン（スキャン中心移動）の方向を一致させた一次元スキャン（光走査）が可能である。
【００８９】
（発明５）：発明１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と垂直となるように駆動を行うことを特徴とする。
【００９０】
かかる態様によれば、Ａスキャン（共振スキャン）の光走査方向に対して直交する方向にスキャン中心を移動させることができ、二次元スキャンが可能である。
【００９１】
（発明６）：発明１から５のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記ミラー部と前記内側アクチュエータ部との間の連結部、及び前記内側アクチュエータ部と前記外側アクチュエータ部との間の連結部のうち、少なくとも一方の連結部には、当該連結部の変形を促すための折り返し構造が採用されていることを特徴とする。
【００９２】
かかる態様によれば、連結部の変位量を大きくすることができる。
【００９３】
（発明７）：発明１から６のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であることを特徴とする。
【００９４】
薄膜圧電体を用いて圧電アクチュエータを構成することが好ましい。
【００９５】
（発明８）：発明１から７のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は、下記式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする。
【００９６】
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
かかる圧電体は良好な圧電特性を有し、本発明の圧電アクチュエータとして好ましい。
【００９７】
（発明８）：発明１から８のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、下記式（ＰＸ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（ＰＸ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
かかる圧電体は良好な圧電特性を有し、本発明の圧電アクチュエータとして好ましい。
【００９８】
（発明１０）：発明７から９のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は、前記振動板となる基板の上に直接成膜された薄膜であることを特徴とする。
【００９９】
直接成膜の方法としては、スパッタリング法に代表される気相成長法、ゾルゲル法などを用いることができる。これにより、所望の性能を持つ圧電薄膜を得ることが可能である。
【０１００】
（発明１１）：発明１０に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は、スパッタリング法で成膜された薄膜であることを特徴とする。
【０１０１】
（発明１２）：ミラー部と、前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定して前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、を備え、前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されてなるミラー駆動装置を制御するための制御方法であって、前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を別々に用意し、前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧を供給し、当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧を供給することにより、前記ミラー部の動きを制御することを特徴とするミラー駆動方法。
【符号の説明】
【０１０２】
１０…ＭＥＭＳスキャナデバイス、１２…ミラー部、２０…第1アクチュエータ、２２…固定部、２４…共振駆動用端子、２８…第１駆動制御装置、３０…第２アクチュエータ、３２…連結部、３３…連結部、３４，３４Ａ，３４Ｂ…スキャン中心移動用端子、３８…第２駆動制御装置、３８Ａ…第３駆動制御装置、３８Ｂ…第４駆動制御装置、４２…振動板、４３…下部電極、４６…圧電体、４８…上部電極、５０…支持部材、６０…ＭＥＭＳスキャナデバイス、７０Ａ，７０Ｂ…第２アクチュエータ、７３…板状ヒンジ
【技術分野】
【０００１】
本発明はミラー駆動装置及び方法に係り、特に、光走査に用いる光偏向器に好適なミラーデバイスの構造及びその駆動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光走査装置における光ビームを走査する偏向器としては、ポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられている。しかし、かかる構成は電磁式モータでミラーを回転させる構造であり、小型化に制約がある。また、より高解像度な画像を得たり、高速プリントを実現したりするためには、ミラーの回転をさらに高速にしなければならず、軸受けの耐久性や風損による発熱、騒音が課題となっていた。
【０００３】
これに対し、近年、シリコンマイクロマシニング（ＭＥＭＳ；Micro Electro Mechanical System)を利用し、微小ミラーとそれを支持する梁をシリコン基板で一体形成してなる振動ミラー（ＭＥＭＳスキャナ）が提案されている（特許文献１，２）。このような振動ミラーは、共振を利用して往復振動させるので、高速動作にもかかわらず低騒音であり、さらにミラー部を回転させる駆動力も小さいので消費電力も低く抑えられる。また、ＭＥＭＳスキャナは、半導体基板からＭＥＭＳ加工技術を用いて可動部と駆動部を一体的に作製できるというメリットがある。
【０００４】
このようなＭＥＭＳスキャナの駆動源として、圧電体の変形による駆動方式が知られており、この駆動方式には、トルクが大きく低電圧であるというメリットがある。特許文献１には、圧電ユニモルフカンチレバーに、ねじりヒンジを介してミラー部が接続されている構造が開示されている。この圧電ユニモルフカンチレバーをトーションバーをねじる方向に駆動させることによって、ミラー部を回転駆動させ、一次元のスキャンを実現している。ここで、駆動源の周波数を可動ミラーの共振周波数と一致させることにより、より低電圧で大きなミラー回転角を得ることができる。
【０００５】
また、上述のような原理で比較的高い周波数での共振スキャンを行う部分を可動フレーム内に作りこみ、さらにその可動フレームをねじりヒンジを介して別のアクチュエータと接続し、共振スキャンの回転軸とは垂直な軸周りに可動フレームを回転駆動させることで、二次元駆動を行うことも可能である。この技術は、ディスプレイなどに応用されている（特許文献２）。
【０００６】
本明細書では、説明の便宜上、共振を利用した往復振動によるスキャンを「Ａスキャン」といい、共振スキャンと垂直な方向への移動（スキャン）を「Ｂスキャン」と呼ぶ場合がある（図１２参照）。また、上述のＢスキャンの回転軸をＡスキャンの回転軸と一致させれば、Ａスキャンのスキャン中心を目的の場所（任意の位置）へ移動させる用途に用いることができる。このようにＡスキャンの中心を目的の場所へ移動させる動きを「Ｃスキャン」と呼ぶ場合がある（図１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５７２２６号公報
【特許文献２】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】
【０００８】
しかしながら、特許文献２のように、スキャンの中心移動用のＣスキャンや二次元スキャン用のＢスキャンを行うアクチュエータと、高速スキャンを行うアクチュエータとをそれぞれ別途に設けようとすると、可動フレーム等を用いた複雑な構造が必要となる。このため、製造プロセスが複雑化して歩留まりが悪化していた。
【０００９】
一方、特許文献１のような一次元スキャン用の構成であっても、同じアクチュエータに対して共振励起用の交流（ＡＣ）電圧に加えてオフセットバイアス（ＤＣ電圧）を重畳させることにより、上述の二次元スキャンおよびスキャン中心移動を行うことが可能である。しかしながら、オフセットバイアスに共振励起用の電圧を重畳させたＤＣ−ＡＣの重畳電圧によってスキャン中心の移動や二次元スキャンを行おうとすると、圧電膜に高い電圧が印加されるため、耐久性が著しく劣化し、かつ脱分極が起こる確率が上がるという問題があった。特に、大変位を得るために圧電体を１〜４μｍまで薄膜化すると、発生する電界が大きくなり、さらに上記の問題が悪化していた。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複雑な可動フレーム構造を必要とせず簡便に作製でき、耐久性に優れたミラー駆動装置及びミラー駆動方法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】
【００１１】
本発明は前記目的を達成するために、ミラー部と、前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定部として前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を備え、前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されており、前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧が供給され、当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧が供給されることを特徴とするミラー駆動装置を提供する。
【００１２】
他の発明態様については、明細書及び図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ミラー部の両側から挟むように、内側アクチュエータ部と外側アクチュエータ部とを連結した簡単な構造によって、共振駆動によるミラー部の動き（Ａスキャン用のミラー駆動）と、非共振駆動によるミラー部の別の動き（Ｂスキャン又はＣスキャン用のミラー駆動）とを組み合わせたミラー駆動が可能である。
【００１４】
また、本発明によれば、共振駆動用のアクチュエータ部と、非共振駆動用のアクチュエータ部とを分け、それぞれのアクチュエータ部に対して、別々の駆動電圧供給部から個別に駆動電圧を供給する構成としたので、同一アクチュエータに共振駆動電圧とオフセットバイアスを重畳させる構成と比較して、各アクチュエータ部に印加される駆動電圧を低く抑えることができ、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図
【図２】第１アクチュエータ（カンチレバー部）の断面図
【図３】図１に示したＭＥＭＳスキャナデバイスの支持部材を含んだ構成の斜視図
【図４】第１アクチュエータによる共振駆動（Ａスキャン駆動）の様子を示す図
【図５】第２アクチュエータによる非共振駆動（Ｃスキャン駆動）の様子を示す図
【図６】ミラー部の動作を説明するための模式図
【図７】図７（ａ）はミラー部の反射光のスキャン範囲を示す図、図７（ｂ）はスキャン中心が移動する様子を示す図
【図８】第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図
【図９】図８に示したＭＥＭＳスキャナデバイスの支持部材を含んだ構成の斜視図
【図１０】図８の第１アクチュエータによる共振駆動の様子を示す図
【図１１】図８の第２アクチュエータにＤＣ電圧を印加したときの変形（スタティック駆動時）の様子を示す図
【図１２】ＡスキャンとＢスキャンの説明図
【図１３】Ａスキャンのスキャン中心を移動させる例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図である。同図に示すように、ＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、ミラー部１２と、該ミラー部１２を共振駆動するための第１アクチュエータ２０（共振用アクチュエータ）と、共振駆動によるスキャン（共振スキャン）の中心を移動させる非共振駆動を行うための第２アクチュエータ（中心移動用アクチュエータ）３０と、を備えている。第１アクチュエータ２０は「外側アクチュエータ部」に相当し、第２アクチュエータ３０は「内側アクチュエータ部」に相当する。
【００１８】
本例では、略長方形の反射面を有するミラー部１２を例示し、非駆動時における反射面の長辺方向をＸ方向、これと直交する短辺方向をＹ方向、ＸＹ面に垂直な方向をＺ方向として説明する。ただし、本発明の実施に際して、ミラー部の形状は、特に限定されない。図１に例示した長方形に限らず、正方形、多角形、円形、楕円形など、様々な形状があり得る。光の反射面となるミラー部１２の上面には、入射光の反射率を高めるために、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミ）等の金属薄膜が形成されている。ミラーコーディングに用いる材料や膜厚は特に限定されず、公知のミラー材料（高反射率材料）を用いて様々な設計が可能である。
【００１９】
本例のＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、反射面がＺ方向に向いたミラー部１２をＹ方向の両側から挟むように一対の第２アクチュエータ３０が配置され、この第２アクチュエータ３０のさらに外側に一対の第１アクチュエータ２０が配置される。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０は、いずれも圧電ユニモルフカンチレバー（片持ち梁）構造のアクチュエータであり（図２参照）、圧電体の変形によって屈曲変位を行う。第１アクチュエータ２０はＸ方向の一方の端部である固定部２２において支持部材（図１中不図示、図３の符号５０）に固定される。固定部２２と反対側の端部は、フレーム等に固定されておらず、カンチレバー構造によって変位できる非拘束端となっている。また、第１アクチュエータ２０は、固定部２２とは反対側の端部（非拘束の端部）において、第２アクチュエータ３０の端部と連結されている。第２アクチュエータ３０にとっては、第１アクチュエータ２０との連結部３２で支持されている構造となっており、この連結部３２を固定部としてカンチレバー構造で動作する。
【００２０】
このように、第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０とはミラー部１２の脇に並んで配置され、隣り合うカンチレバーに対して折り返すように連結された蛇行（ミアンダ）状の接続形態となっている。
【００２１】
第１アクチュエータ２０には外部から駆動用の信号（駆動電圧）を供給するための電気接続端子として機能する共振駆動用端子２４が設けられている。共振駆動用端子２４は、第１アクチュエータ２０の上部電極（図２の符号４８参照）に駆動電圧を印加するための端子である。第１アクチュエータ２０を駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第１駆動制御装置という。）２８は、共振駆動用端子２４を介して第１アクチュエータ２０と電気的に接続される。なお、図示の便宜上、第１アクチュエータ２０の下部電極（図２の符号４３参照）との電気接続を行うための端子の記載は省略した。
【００２２】
第１駆動制御装置２８は、第１アクチュエータ２０を駆動するための駆動電圧を供給する駆動回路とその出力制御回路を含む。第１駆動制御装置２８から共振駆動用端子２４に所定の駆動電圧が印加されると、第１アクチュエータ２０が駆動される。第１駆動制御装置２８は「外側アクチュエータ駆動電圧供給部」に相当する。
【００２３】
第２アクチュエータ３０は、第１アクチュエータ２０との連結部３２とは別の一端において、ミラー部１２と連結されている。第２アクチュエータ３０とミラー部１２との連結部（符号３３）は、ミラー部１２におけるＸ方向の一方の端部に設けられる。つまり、ミラー部１２は、このＸ方向の片側端部において、一対の第２アクチュエータ３０の連結部３３によりＹ方向の両端が支持されている。
【００２４】
第２アクチュエータ３０には、外部から駆動用の信号（駆動電圧）を供給するための電気接続端子として機能するスキャン中心移動用端子３４が設けられている。スキャン中心移動用端子３４は、第２アクチュエータ３０の上部電極（図２の符号４８参照）に駆動電圧を印加するための端子である。第２アクチュエータ３０を駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第２駆動制御装置という。）３８は、スキャン中心移動用端子３４を介して第２アクチュエータ３０と電気的に接続される。なお、図示の便宜上、第２アクチュエータ３０の下部電極（図２の符号４３参照）との電気接続を行うための端子の記載は省略した。
【００２５】
第２駆動制御装置３８は、第２アクチュエータ３０を駆動するための駆動電圧を供給する駆動回路とその出力制御回路を含む。第２駆動制御装置３８からスキャン中心移動用端子３４に所定の駆動電圧が印加されると、第２アクチュエータ３０が駆動される。第２駆動制御装置３８は「内側アクチュエータ駆動電圧供給部」に相当する。
【００２６】
第２アクチュエータ３０と連結されたミラー部１２は、第１アクチュエータ２０及び第２アクチュエータ３０の駆動に応じて、Ｙ軸に平行な軸を回転軸として揺動される。ミラー部１２に入射した光（例えば、図示せぬレーザ光源から発せられたレーザ光）はミラー部１２の傾き（角度）に応じて反射され、反射光の進行方向（反射光の照射位置）が変わる。第１アクチュエータ２０によって、ミラー部１２を共振駆動することにより、Ｘ方向の光走査（Ａスキャン）が行われる。また、第２アクチュエータ３０の駆動により、共振スキャンのスキャン中心をＸ方向に移動させることができる（Ｃスキャン）。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０を同時に駆動することにより、ＡスキャンとＣスキャンとが組み合わされた光走査が実現される。
【００２７】
図２は、圧電ユニモルフカンチレバー構造からなる第１アクチュエータ２０の断面構造を示す図である。図２では、固定部２２を有する第１アクチュエータ２０を例示するが、第２アクチュエータ３０の構成も基本的に同様である。ただし、第２アクチュエータ３０の場合、連結部３２（図１参照）がレバー部の固定部（図２の符号２２相当）に対応する。なお、当該発明における圧電アクチュエータとして、ユニモルフカンチレバー以外の構造を用いても良い。例えば、電極を挟んで圧電体を２層積層したバイモルフカンチレバーを用いても良い。以下においては簡単のため、圧電ユニモルフアクチュエータを使用したとして説明を行う。
【００２８】
図２に示すように、第１アクチュエータ２０及び第２アクチュエータ３０は、振動板４２上に下部電極４３、圧電体４６、上部電極４８が積層形成された構造を有する。このような積層構造体は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上に、下部電極４３、圧電体４６、上部電極４８の各層を順次に成膜することによって得られる。
【００２９】
本実施形態に適用できる圧電体４６としては、下記式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（Ｐ）を含むものが挙げられる。
【００３０】
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ビスマスフェライト等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【００３１】
また、本実施形態の圧電体膜は、下記式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）を含むことが好ましい。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（ＰＸ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
上述の一般式（Ｐ）及び（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜は、高い圧電歪定数（ｄ３１定数）を有するため、かかる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、変位特性の優れたものとなる。
【００３２】
また、一般式（Ｐ）及び（ＰＸ）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜を備えた圧電アクチュエータは、駆動電圧範囲において、リニアリティの優れた電圧―変位特性を有している。これらの圧電材料は、本発明を実施する上で良好な圧電特性を示すものである。
【００３３】
バルクの圧電体を基板に接合してもよいが、気相成長法やゾルゲル法などにより基板上に圧電薄膜を直接成膜する構成が好ましい。特に、本実施形態の圧電体４６としては、１〜１０μｍの厚さの薄膜であることが好ましい。後述する実施例では、圧電体４６として、スパッタリング法によって成膜された４μｍ厚のＰＺＴ薄膜を使用しているが、これに限定されるものではない。
【００３４】
図２に示す構成において、電極（４３，４８）間に電圧が印加されることで圧電体４６が変形し、この変形に伴い、振動板４２が撓んで、レバー部が上下に動く。図２の破線はレバー部が上方に変位した様子を表している。
【００３５】
図３は、図１に示したＭＥＭＳスキャナデバイス１０の固定部２２と繋がる支持部材５０を含んだ構成の斜視図である。なお、図３は図１と異なる方向から見た斜視図となっている。図３に示すように、ＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、第１アクチュエータ２０を片持ち構造で保持する支持部材５０（「固定支持部材」に相当）を備えている。支持部材５０、第１アクチュエータ２０、第２アクチュエータ３０、及びミラー部１２は、シリコン基板から半導体製造技術を利用して加工することにより、これらが一体的に構成された構造物として作成することができる。
【００３６】
図３から明らかなように、第１アクチュエータ２０、第２アクチュエータ３０、連結部３２，３３の厚さは、支持部材５０及びミラー部１２の厚さに比べて薄く形成されている。これにより、各アクチュエータ（２０、３０）及び連結部３２，３３が変形（曲げ変形や捻れ変形）し易い構造となっている。
【００３７】
＜実施例；具体的な製造方法の一例＞
このＭＥＭＳスキャナデバイス１０は、以下のように作成した。
【００３８】
（工程１）まず、活性層２０μm、ハンドル層３５０μmのＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に、スパッタ法で３０ｎｍのＴｉ密着層と、１５０ｎｍのＩｒ電極層を順次形成した。これらＴｉ密着層及びＩｒ電極層が図２の下部電極４３に相当する。なお、これらの電極の成膜温度は３５０℃とした。
【００３９】
（工程２）上記得られた基板上に、高周波（ＲＦ；radio frequency）マグネトロンスパッタ装置を用いて４μｍのＰＺＴ層を成膜した。使用したＲＦマグネトロンスパッタ装置は、アルバック社製強誘電体成膜スパッタ装置ＭＰＳ型である。成膜ガスは９７．５％Ａｒと２．５％Ｏ２の混合ガスを用い、ターゲット材料としてはＰｂ1.3((Ｚｒ0.52 Ｔｉ0.48)0.88 Ｎｂ0.12)Ｏ3の組成のものを用いた。成膜圧力は２．２ｍTorr、成膜温度は４５０℃とした。
【００４０】
（工程３）上記で得られた基板上に、リフトオフプロセスによって上部電極であるPt/Tiをパターニングした。上記得られた基板をシリコン加工プロセス（ドライエッチング等）に基づいて加工することで、図１から図３で説明したＭＥＭＳスキャナデバイス１０を得た。
【００４１】
本発明の実施に際しては、上記の実施例に限定されず、基板の材料、電極材料、圧電材料、膜厚、成膜条件などは、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４２】
＜ＭＥＭＳスキャナデバイス１０の動作について＞
次に、上記のように構成されたＭＥＭＳスキャナデバイス１０の作用について説明する。
【００４３】
Ａスキャン用の第１アクチュエータ２０には、第１駆動制御装置２８から周波数ｆのサイン波ＶＡsin(2πft)による駆動電圧が入力され、ミラー部１２が傾くような共振モードが励起される。なお、電圧波形を表すサイン関数中の「ｔ」は時間を表す。
【００４４】
図４は、第１アクチュエータ２０による共振駆動の様子を示す図である。本実施の形態では、このときの共振周波数ｆは、４６４．５Ｈｚであった。このような共振を励起すると、第２アクチュエータ３０とともにヒンジ部（連結部３３）が大きく変形し、ミラー部１２は、Ｙ軸に平行な軸を回転軸として揺動（回転方向に振動）する。
【００４５】
このように、第１アクチュエータ２０に共振周波数ｆ＝４６４．５Ｈｚのサイン波を印加して固有振動を誘起することで、ミラー部１２を高速に振動させて、一次元スキャン光走査を行う。この共振による光走査（共振スキャン）がＡスキャンに該当する。なお、第１アクチュエータ２０に印加する交流電圧の周波数ｆは、構造体の共振周波数と厳密に一致させることは必ずしも要求されない。共振が励起される範囲で周波数の差異が許容される。
【００４６】
このＡスキャンの振動に加えて、Ｃスキャン用の第２アクチュエータ３０には、第１アクチュエータ２０とは別に、第２駆動制御装置３８からＤＣ（直流）電圧その他の任意の波形Ｖ２による駆動電圧（ただし、共振を誘起しないもの）が印加される。
【００４７】
図５は、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧を印加したときの変形の様子を示す図である。第１アクチュエータ２０による共振駆動に加え、第２アクチュエータ３０に任意波形の電圧Ｖ２を印加すると、その電圧Ｖ２に応じて、図５に示すように、第２アクチュエータ３０が変形し、この変形によりミラー部１２がＹ軸に平行な軸を回転軸として傾く。つまり、ミラー部１２は、図４の共振による高速振動をしながら、図５のように、全体としても傾く動きをする。この第２アクチュエータ３０の駆動により、Ａスキャンのスキャン中心が移動する。
【００４８】
第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０を同時に駆動することによって、Ａスキャンをしながら、そのスキャン中心を移動させることができる。本例では、ミラー部１２は、第１アクチュエータ２０による回転軸と第２アクチュエータ３０による回転軸の、平行な２つの回転軸により揺動するため、Ａスキャンによるスキャン方向と、Ｃスキャンによるスキャン中心の移動方向は共通しており、これらの組合せによる一次元スキャンが実現される。
【００４９】
図６は、ミラー部１２の動作を説明するための模式図であり、ミラー部１２をＹ軸方向（回転軸の方向）から見た図である。ミラー部１２は、第１アクチュエータ２０の駆動によって固有振動が励起されることでＹ軸に平行な軸を回転軸として、角度（Ａスキャン角度）θＡの範囲で振動し、位置１２ａと位置１２ｂとの間を揺動する。この回転方向の振動による最大の変位位置となる位置１２ａと位置１２ｂとの間の回転角度をθＡとする。
【００５０】
また、図６において、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧を印加していないときのミラー部１２の反射面の位置をｈとし、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧を印加したときのミラー部１２の位置を符号１２ｃとする。このときのミラー部１２の傾き角度（Ｃスキャン角度）をθＣとする。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０の同時駆動により、ミラー部１２は、θＣの位置を振動中心として、Ａスキャン角度θＡの範囲で振動する。
【００５１】
ここで、第１アクチュエータ２０にＶＡ＝０．５Ｖ 、ｆ＝４６５Ｈｚのサイン波を入力し、同時に第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧「Ｖｃ」を入力したときのＶｃとＡスキャンの角度θＡ、Ｃスキャンの角度θＣとの関係を下記の表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表1に示すように、Ａスキャンの角度θＡは、Ｖｃに依存しない。また、Ｃスキャンの角度θＣは、Ｖｃにより決定される。
【００５４】
このように、第１アクチュエータ２０に共振駆動用のサイン波を印加するとともに、第２アクチュエータ３０にスキャン中心移動用の任意のバイアス電圧を印加することで、ｙ方向に高速スキャンを行いながら、スキャン中心をＹ方向に自由に移動することができる。
【００５５】
例えば、第２アクチュエータ３０に電圧を印加しないときは、図７（ａ）に示すように、第１アクチュエータ２０によるミラー部１２の振動によって、反射光が原点０を中心に−５から＋５の範囲でスキャンされる場合を考える。この共振スキャン（Ａスキャン）と同時に、第２アクチュエータ３０にＤＣ電圧（例えば２Ｖ）を印加することによって、ミラー部１２を全体的に傾けることにより、スキャン中心が原点０から＋１に移動したとすると、図７（ｂ）に示すように、第１アクチュエータ２０による反射光のスキャン範囲は、−４から＋６の範囲に変更される。
【００５６】
＜変形例１＞
上述の実施形態では、外側アクチュエータ部を共振駆動に用い、内側アクチュエータ部を非共振駆動（スキャン中心の移動用）に用いた例を説明したが、内側アクチュエータ部を共振駆動に用い、外側アクチュエータ部を非共振駆動に用いる態様も可能である。
【００５７】
すなわち、図１〜図６で説明した第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０の接続順序は逆でもよい。例えば、Ｃスキャン用の第２アクチュエータ（外側アクチュエータ部）の一端を支持部材５０に固定し、この固定部とは反対側の一端においてＡスキャン用の第１アクチュエータ（内側アクチュエータ部）と接続し、さらに第１アクチュエータは、第２アクチュエータとは反対側の一端においてミラー部１２と接続されるように構成してもよい。
【００５８】
＜変形例２＞
図１〜図７で説明した第１の実施形態では、内側アクチュエータ部に相当する第２アクチュエータ３０として、蛇行状の折り返し構造を持つ圧電カンチレバーを採用したが、本発明の実施に際して、レバー部の折り返し構造の採否や、折り返し回数（折り畳み数）については、特に限定されない。また、外側アクチュエータ部について、折り返し構造を採用することも可能である。
【００５９】
カンチレバーの折り畳み数やレバー部の幅等は全体の共振周波数に影響する。折り畳み数を増やすほど、共振周波数は低下する傾向にある。また、レバー部の幅を細くするほど、共振周波数は低下する傾向にある。折り畳み数やレバー部の幅などを設計することによって、所望の共振周波数を実現できる。
【００６０】
＜変形例３＞
また、第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ３０との接続点、及び第２アクチュエータ３０とミラー部１２との接続点のうち少なくとも一方の接続点（連結部）では、変形を促す折り返し構造を持つ板状ヒンジ（図８の符号７３参照）を介するようにしてもよい。
【００６１】
〔第２実施形態〕
図８及び図９は、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイスとその駆動制御装置の概観図である。図８及び図９において、図１〜図７で説明した第１の実施形態の構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、図９は、図８とは異なる方向から見た斜視図となっている。また、図９においては、図８中で符号２４、３４Ａ、３４Ｂで示した各端子の記載は省略している。
【００６２】
図８及び図９に示した第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイス６０は、ＡスキャンとＢスキャンによる二次元スキャンを可能とした構成例である。このＭＥＭＳスキャナデバイス６０の製造方法は、第1の実施形態のＭＥＭＳスキャナデバイス１０と同様である。
【００６３】
第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナデバイス６０は、外側アクチュエータ部に相当する第１アクチュエータ２０を共振駆動させることで、Ｙ軸に平行な軸を回転軸とするミラー部１２の振動を誘起する。また、内側アクチュエータ部に相当する第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂを互いに逆方向に駆動することでＸ軸に平行な軸を回転軸とするミラー部１２の回転運動を発生させる。第１アクチュエータ２０の共振駆動によるミラー部１２の回転軸（Ｙ軸）と、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂの駆動によるミラー部１２の回転軸（Ｘ軸）は直交している。第１アクチュエータ２０と第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂを同時に駆動することにより、第１アクチュエータ２０の駆動によるＡスキャンと、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂの駆動によるＢスキャンが組み合わされた二次元スキャンが実現される。
【００６４】
本例では、ミラー部１２を挟んで両側に配置される一対の第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに対して異なる駆動電圧（逆極性の電圧）を印加するため、各アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに対応して駆動制御装置３８Ａ、３８Ｂが設けられている。一方の第２アクチュエータ７０Ａに駆動電圧を印加するためのスキャン中心移動用端子３４Ａには、当該第２アクチュエータ７０Ａを駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第３駆動制御装置という。）３８Ａが接続される。
【００６５】
同様に、他方の第２アクチュエータ７０Ｂに駆動電圧を印加するためのスキャン中心移動用端子３４Ｂには、当該第２アクチュエータ７０Ｂを駆動するための電力供給源となる駆動制御装置（以下、第４駆動制御装置という。）３８Ｂが接続される。なお、図示の便宜上、各第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂの下部電極（図２の符号４３参照）との電気接続を行うための端子の記載は省略した。また、図９においては、共振駆動用端子２４とスキャン中心移動用端子３４Ａ、３４Ｂの記載も省略した。第３駆動制御装置３８Ａと第４駆動制御装置３８Ｂの組合せが「内側アクチュエータ駆動電圧供給部」に相当する。
【００６６】
第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂとミラー部１２との連結部には、折り返し構造（折り畳み構造）を持つ板状の連結部（以下、「板状ヒンジ」という。）７３が採用されている。このような、折り返し構造を持つ板状ヒンジ７３は、変形しやすく、接続点の変位量を増大させる効果がある。この板状ヒンジ７３もミラー部１２等と同様にシリコンの加工により一体的に形成される。
【００６７】
Ａスキャン用の第１アクチュエータ２０には、第１駆動制御装置２８から周波数ｆＡのサイン波ＶＡsin(2πｆＡt)が入力され、ミラー部１２が傾くような共振モードが励起される。
【００６８】
図１０は、ＭＥＭＳスキャナデバイス６０の第１アクチュエータ２０による共振駆動の様子を示す図である。第２実施形態では、このときの共振周波数ｆは、２５８Ｈｚであった。このような共振を励起すると、ヒンジ部（連結部）が大きく変形し、ミラー部１２は、Ｙ軸に平行な軸を回転軸として揺動する。
【００６９】
Ｂスキャン用の第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂには、互いに異なる電圧Ｖ２が印加される。例えば、互いに逆方向のバイアス±ＶＢを印加すると、図１１に示すように、ミラー部１２はＸ軸に平行な軸を回転軸として傾く。これにより、Ａスキャンのスキャン中心をＡスキャンの方向と直交する方向に移動させることができる。
【００７０】
また、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに対して、互いに逆方向のバイアス電圧を印加する構成に代えて、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂにそれぞれ逆位相の交流波形±ＶＢsin(2πｆＢt)を印加すると、ミラー部１２はＹ軸を回転軸として高速に揺動する。ただし、この周波数ｆＢは、共振を誘起しない周波数とする。このような構成により、ミラー部１２は、第１アクチュエータ２０によりＸ軸方向に揺動し、第２アクチュエータ７０Ａ、７０ＢによりＹ軸方向に揺動する。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の二次元スキャンが可能となる。
【００７１】
なお、第２実施形態の共振周波数が第１実施形態の共振周波数と比較して低い周波数となっているのは、第２実施形態における板状ヒンジ７３の影響である。図８〜図１１で示したように、板状ヒンジ７３は、第２アクチュエータ７０Ａ、７０Ｂに比べて小さく、細いミアンダ（蛇行）状の折り畳み構造となっている。この板状ヒンジ７３（蛇行部）はバネのように柔らかくなるため、ミラー部１２の傾き（変位）を大きくする効果をもたらすと同時に、共振周波数は低くなる。板状ヒンジ７３の折り畳み数、細さ、板厚などによって所望の共振周波数を設計することができる。
【００７２】
＜変形例４＞
図８では、第３駆動制御装置３８Ａ、第４駆動制御装置３８Ｂを別々に設けたが、１台の駆動制御装置から複数種類の駆動電圧を出力する構成も可能である。また、第１実施形態及び第２実施形態においては、各アクチュエータ（２０、３０、７０Ａ、７０Ｂ）の駆動制御装置（２８、３８、３８Ａ、３８Ｂ）を説明したが、駆動電圧供給源とその制御手段とは必ずしも一体である必要はない。例えば、振駆動用（Ａスキャン用）の駆動電圧を出力する駆動電圧供給源と、非共振駆動用（Ｂスキャン用又はＣスキャン用）の駆動電圧を出力する駆動電圧供給源と、これら駆動電圧供給源を制御する1台の制御装置と、によって同様のシステムを構成することが可能である。
【００７３】
＜デバイスサイズの一例＞
本発明の実施形態として作製されるＭＥＭＳスキャナデバイス１０、６０の大きさや、具体的な形状については、様々な形態があり得る。一例として、図３におけるミラー部１２、一対の第２アクチュエータ３０、一対の第１アクチュエータ２０及び支持部材５０を含んだデバイスの大きさは平面視で約３ｍｍ×２ｍｍ程度である。さらなる小型化も可能であり、１ｍｍ×１ｍｍ程度のデバイスの作製も可能である。
【００７４】
＜本発明の実施形態による効果＞
（１）従来知られている可動フレームなどの複雑な構造を用いずに、スキャン中心の移動や二次元スキャンが可能な圧電マイクロミラーデバイスを提供できる。
（２）同じアクチュエータに、Ａスキャン共振用駆動波形（サイン波）と、Ｂスキャン又はＣスキャン用駆動波形とを重畳して印加する構成よりも、耐久性が高い。
（３）接続部（連結部）に板状ヒンジを採用し、ヒンジのベンディングを用いた駆動方法であるため、変位量が大きい。すなわち、大きな偏向角が得られる。
（４）Ａスキャンの周波数は、ヒンジの折り畳み数で制御できる。ヒンジの折り畳み数を少なくすると共振周波数が上がり、一層の高速スキャンが可能となる。
（５）支持部材、各アクチュエータ部、ミラー部並びにこれらの接続部をシリコン加工により一体的に形成することができる。
（６）従来のポリゴンミラーやガルバノミラーと比べて小型化が可能であり、耐久性も高い。
【００７５】
＜応用例＞
本発明は、レーザ光等の光を反射して光の進行方向を変える光学装置として様々な用途に利用できる。例えば、光偏向器、光走査装置、レーザプリンタ、バーコード読取機、表示装置、各種の光学センサ（測距センサ、形状測定センサ）、光通信装置などに広く適用することができる。
【００７６】
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有するものにより、多くの変形が可能である。
【００７７】
＜付記；開示する発明の態様について＞
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
【００７８】
（発明１）：ミラー部と、前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定部として前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を備え、前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されており、前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧が供給され、当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧が供給されることを特徴とするミラー駆動装置。
【００７９】
この発明によれば、ミラー部を両側から挟むように配置される一対の内側アクチュエータ部のさらに外側に、その両側から挟むように一対の外側アクチュエータ部が配置される。ミラー部はその両側に連結された内側アクチュエータ部との連結部によって支持される。
【００８０】
各アクチュエータ部は、圧電体の変形によって屈曲変位を行う圧電アクチュエータにより構成される。共振駆動を担うアクチュータ部と、非共振駆動を担うアクチュータ部とを分け、それぞれのアクチュエータ部に対して個別に駆動電圧の印加を行う構成が採用されている。外側アクチュエータ部を共振駆動用のアクチュエータとし、内側アクチュエータ部を非共振駆動用のアクチュエータとして用いる態様も可能であるし、その逆（内側アクチュエータ部を共振駆動用のアクチュエータとし、外側アクチュエータ部を非共振駆動用のアクチュエータとして用いる態様）でもよい。非共振駆動用の駆動電圧として、ＤＣ電圧を印加する態様や、共振を励起しない周波数の交流電圧を印加する態様などがある。
【００８１】
この発明によれば、共振駆動によるミラー部の動きによって共振スキャンを行うことができ、非共振駆動によるミラー部の動きによって、共振スキャンのスキャン中心を移動させることができる。
【００８２】
また、この発明は、従来の可動フレームを用いる構造（特許文献２）と比較して、構造が簡単である。また、同一アクチュエータ部に共振振動用の交流電圧とオフセットバイアスを重畳させる構成と比較して、本発明は各アクチュエータ部に印加される駆動電圧を低く抑えることができ、耐久性が高い。
【００８３】
（発明２）：発明１に記載のミラー駆動装置において、前記外側アクチュエータ部は、前記固定支持部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であり、前記内側アクチュエータ部は、前記外側アクチュエータ部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であることを特徴とする。
【００８４】
この態様によれば、外側アクチュエータ部は、固定支持部との連結部（支持部）を支点として変位する圧電カンチレバーとして機能する。内側アクチュエータ部は、外側アクチュエータ部との連結部を支点として変位する圧電カンチレバーとして機能する。
【００８５】
（発明３）：発明１又は２に記載のミラー駆動装置において、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部は、いずれも振動板上に下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された構造を持つ圧電ユニモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする。
【００８６】
圧電ユニモルフアクチュエータは構造が簡単であり、作製が容易である。
【００８７】
（発明４）：発明１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と平行となるように駆動を行うことを特徴とする。
【００８８】
かかる態様によれば、Ａスキャン（共振スキャン）の光走査方向と、Ｃスキャン（スキャン中心移動）の方向を一致させた一次元スキャン（光走査）が可能である。
【００８９】
（発明５）：発明１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と垂直となるように駆動を行うことを特徴とする。
【００９０】
かかる態様によれば、Ａスキャン（共振スキャン）の光走査方向に対して直交する方向にスキャン中心を移動させることができ、二次元スキャンが可能である。
【００９１】
（発明６）：発明１から５のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記ミラー部と前記内側アクチュエータ部との間の連結部、及び前記内側アクチュエータ部と前記外側アクチュエータ部との間の連結部のうち、少なくとも一方の連結部には、当該連結部の変形を促すための折り返し構造が採用されていることを特徴とする。
【００９２】
かかる態様によれば、連結部の変位量を大きくすることができる。
【００９３】
（発明７）：発明１から６のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であることを特徴とする。
【００９４】
薄膜圧電体を用いて圧電アクチュエータを構成することが好ましい。
【００９５】
（発明８）：発明１から７のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は、下記式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする。
【００９６】
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
かかる圧電体は良好な圧電特性を有し、本発明の圧電アクチュエータとして好ましい。
【００９７】
（発明８）：発明１から８のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、下記式（ＰＸ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（ＰＸ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
かかる圧電体は良好な圧電特性を有し、本発明の圧電アクチュエータとして好ましい。
【００９８】
（発明１０）：発明７から９のいずれか１項に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は、前記振動板となる基板の上に直接成膜された薄膜であることを特徴とする。
【００９９】
直接成膜の方法としては、スパッタリング法に代表される気相成長法、ゾルゲル法などを用いることができる。これにより、所望の性能を持つ圧電薄膜を得ることが可能である。
【０１００】
（発明１１）：発明１０に記載のミラー駆動装置において、前記圧電体は、スパッタリング法で成膜された薄膜であることを特徴とする。
【０１０１】
（発明１２）：ミラー部と、前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定して前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、を備え、前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されてなるミラー駆動装置を制御するための制御方法であって、前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を別々に用意し、前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧を供給し、当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧を供給することにより、前記ミラー部の動きを制御することを特徴とするミラー駆動方法。
【符号の説明】
【０１０２】
１０…ＭＥＭＳスキャナデバイス、１２…ミラー部、２０…第1アクチュエータ、２２…固定部、２４…共振駆動用端子、２８…第１駆動制御装置、３０…第２アクチュエータ、３２…連結部、３３…連結部、３４，３４Ａ，３４Ｂ…スキャン中心移動用端子、３８…第２駆動制御装置、３８Ａ…第３駆動制御装置、３８Ｂ…第４駆動制御装置、４２…振動板、４３…下部電極、４６…圧電体、４８…上部電極、５０…支持部材、６０…ＭＥＭＳスキャナデバイス、７０Ａ，７０Ｂ…第２アクチュエータ、７３…板状ヒンジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、
前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、
前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定部として前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、
前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、
前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を備え、
前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されており、
前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧が供給され、
当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧が供給されることを特徴とするミラー駆動装置。
【請求項２】
前記外側アクチュエータ部は、前記固定支持部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であり、
前記内側アクチュエータ部は、前記外側アクチュエータ部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であることを特徴とする請求項１に記載のミラー駆動装置。
【請求項３】
前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部は、いずれも振動板上に下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された構造を持つ圧電ユニモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のミラー駆動装置。
【請求項４】
前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と平行となるように駆動を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項５】
前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と垂直となるように駆動を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項６】
前記ミラー部と前記内側アクチュエータ部との間の連結部、及び前記内側アクチュエータ部と前記外側アクチュエータ部との間の連結部のうち、少なくとも一方の連結部には、当該連結部の変形を促すための折り返し構造が採用されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項７】
前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項８】
前記圧電体は、下記式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【請求項９】
下記式（ＰＸ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（ＰＸ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【請求項１０】
前記圧電体は、前記振動板となる基板の上に直接成膜された薄膜であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１１】
前記圧電体は、スパッタリング法で成膜された薄膜であることを特徴とする請求項１０に記載のミラー駆動装置。
【請求項１２】
ミラー部と、
前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、
前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、
前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定して前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、を備え、
前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されてなるミラー駆動装置を制御するための制御方法であって、
前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、
前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を別々に用意し、
前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧を供給し、
当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧を供給することにより、前記ミラー部の動きを制御することを特徴とするミラー駆動方法。
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、
前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、
前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定部として前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、
前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、
前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を備え、
前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されており、
前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧が供給され、
当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧が供給されることを特徴とするミラー駆動装置。
【請求項２】
前記外側アクチュエータ部は、前記固定支持部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であり、
前記内側アクチュエータ部は、前記外側アクチュエータ部との連結部を固定部とするカンチレバー構造であることを特徴とする請求項１に記載のミラー駆動装置。
【請求項３】
前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部は、いずれも振動板上に下部電極、圧電体、上部電極の順に積層された構造を持つ圧電ユニモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のミラー駆動装置。
【請求項４】
前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と平行となるように駆動を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項５】
前記内側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸が、前記外側アクチュエータ部の駆動による前記ミラー部の回転運動の回転軸と垂直となるように駆動を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項６】
前記ミラー部と前記内側アクチュエータ部との間の連結部、及び前記内側アクチュエータ部と前記外側アクチュエータ部との間の連結部のうち、少なくとも一方の連結部には、当該連結部の変形を促すための折り返し構造が採用されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項７】
前記圧電体は１〜１０μｍ厚の薄膜であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項８】
前記圧電体は、下記式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素。
Ｏ：酸素元素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【請求項９】
下記式（ＰＸ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（ＰＸ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍが、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【請求項１０】
前記圧電体は、前記振動板となる基板の上に直接成膜された薄膜であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載のミラー駆動装置。
【請求項１１】
前記圧電体は、スパッタリング法で成膜された薄膜であることを特徴とする請求項１０に記載のミラー駆動装置。
【請求項１２】
ミラー部と、
前記ミラー部を挟んで両側に配置されており、前記ミラー部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の内側アクチュエータ部と、
前記ミラー部から前記一対の内側アクチュエータ部のさらに外側の両側に配置され、前記内側アクチュエータ部に連結され、圧電体の変形によって屈曲変位を行う一対の外側アクチュエータ部と、
前記外側アクチュエータ部における前記内側アクチュエータ部との連結部とは別の端部に連結され、当該端部を固定して前記外側アクチュエータを支持する固定支持部と、を備え、
前記内側アクチュエータ部の一端が前記ミラー部に連結され、他の端部が前記外側アクチュエータ部に連結されてなるミラー駆動装置を制御するための制御方法であって、
前記内側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記内側アクチュエータ部を作動させる内側アクチュエータ駆動電圧供給部と、
前記外側アクチュエータ部に駆動電圧を供給し、前記外側アクチュエータ部を作動させる外側アクチュエータ駆動電圧供給部と、を別々に用意し、
前記内側アクチュエータ駆動電圧供給部及び前記外側アクチュエータ駆動電圧供給部のうち一方の駆動電圧供給部から、対応する前記内側アクチュエータ部又は前記外側アクチュエータ部に対して該アクチュエータ部の共振に伴う前記ミラー部の回転方向の振動を誘起する周波数の駆動電圧を供給し、
当該共振駆動と同時に他方の駆動電圧供給部から、前記内側アクチュエータ部及び前記外側アクチュエータ部のうち前記共振駆動を行うアクチュエータ部とは異なる、対応するアクチュエータ部に対して、共振を励起させずに前記ミラー部を傾けるための駆動電圧を供給することにより、前記ミラー部の動きを制御することを特徴とするミラー駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０８３５２（Ｐ２０１２−２０８３５２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４４２９（Ｐ２０１１−７４４２９）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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