CN104297918A - 反射镜驱动装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反射镜驱动装置及其驱动方法，能够提高位移效率，且在设置有传感器部的情况下，也能够获得足够大的位移角。夹着用于支撑反射镜部(2)的反射镜支撑部(4)而在两侧配置第一促动器部(11)及第二促动器部(22)。第一促动器部(11)的上部电极包括第一电极部(111)和第二电极部(112)，第二促动器部的上部电极包括第三电极部(221)和第四电极部(222)。各电极部的配置与共振模式振动中的压电体内的主应力的应力分布相对应，与第一电极部(111)及第三电极部(221)的位置相对应的压电体部分和与第二电极部(112)及第四电极部(222)的位置相对应的压电体部分产生相互逆向的应力。

Description

反射镜驱动装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及反射镜驱动装置及其驱动方法，尤其涉及适合于光扫描中所使用的光偏转器的微镜设备的结构及其驱动方法。
背景技术
利用硅(Si)的微细加工技术来制成的微型扫描仪(以下，称为“微机电***(MEMS，Micro Electro Mechanical System)扫描仪”)以小型且低电力消耗为特征，并期待包括激光投影机在内的如光学干涉断层仪这样的光诊断用扫描仪等广泛的应用。
微机电***扫描仪的驱动方式各种各样，但其中，利用压电体的变形的压电驱动方式与其他方式相比，转矩密度高，并有希望实现小型化、且获得高扫描角。尤其，在像激光显示器一样需要高的位移角的用途中，主要利用共振驱动，而此时，压电驱动方式的高转矩成为大的优点。
就现有的压电微机电***扫描仪而言，例如，如专利文献1中所述，主要采用如下方式：将具有连接两个悬臂的结构的促动器的连接部(结合部)与扭杆相连接，并使各个悬臂以逆相位驱动，由此使扭杆倾斜地位移(参照专利文献1、非专利文献1及2)。
专利文献1：日本特开2009-2978号公报
非专利文献1：Tani et al.,Optical MEMS and Their Applications Conference,2006.IEEE/LEOS International Conference on,2006,25-26
非专利文献2：Matsuo et al.,Japanese Journal of Applied Physics,The Japan Society of Applied Physics,2010,49,04DL19
但是，就这种结构的压电微机电***扫描仪而言，无法将压电转矩有效地转换为倾斜位移，因而为了获得足够的位移角，需要40V(伏特)左右的高电压。
并且，在利用共振驱动来工作的情况下，为了维持共振模式的振动，需要用于对驱动位移进行监控的传感器(应力检测部)，但为此需要将促动器内的一个悬臂用作传感器，存在驱动力大大降低至一半左右的问题。
发明内容
本发明是鉴于此而提出的，其目的在于，提供一种反射镜驱动装置及其驱动方法，与现有的结构相比，能够提高位移效率，且即使设置有传感器部的情况下，也能够获得足够大的位移角。
为了达成上述目的，提供以下的发明方案。
(第一方案)：第一方案的反射镜驱动装置具有：反射镜部，具有用于反射光的反射面；反射镜支撑部，与反射镜部相连接，将反射镜部支撑为能够绕旋转轴转动；压电促动器部，与反射镜支撑部相连接，产生使反射镜部绕旋转轴转动的驱动力；以及固定部，支撑压电促动器部，在反射镜驱动装置中，压电促动器部具有通过施加驱动电压而产生的逆压电效应来变形的第一促动器部及第二促动器部，在夹着反射镜支撑部的两侧中的一侧配置第一促动器部，在另一侧配置第二促动器部，第一促动器部的与反射镜支撑部相反的一侧的第一基端部及第二促动器部的与反射镜支撑部相反的一侧的第二基端部分别固定于固定部，通过使第一促动器部和第二促动器部相互逆向挠曲，来使反射镜支撑部倾斜驱动，第一促动器部的上部电极包括分别由单个或多个电极构成的第一电极部和第二电极部，第二促动器部的上部电极包括分别由单个或多个电极构成的第三电极部和第四电极部，第一电极部、第二电极部、第三电极部及第四电极部的配置方式对应于伴随着绕旋转轴转动而引起的反射镜部的倾斜位移而进行的共振模式振动中与压电体的膜厚方向正交的面内方向的主应力的应力分布，与第一电极部及第三电极部的位置相对应的压电体部分和与第二电极部及第四电极部的位置相对应的压电体部分是在共振模式振动中产生相互逆向的应力的结构。
上述方案的反射镜驱动装置与压电促动器部驱动时的压电体内的应力的方向相对应地分割配置电极部，因而能够与现有结构相比高效地进行驱动，且不局限于基于共振模式的驱动，即使在进行包括直流(DC)的非共振驱动的情况下，也能够获得高的位移角即反射镜倾斜角。
(第二方案)：根据第一方案所述的反射镜驱动装置，第一促动器部能够与第二促动器部相连接，在第一促动器部和第二促动器部的连接部上能够连接反射镜支撑部。
(第三方案)：根据第一方案或第二方案所述的反射镜驱动装置，第一促动器部及第二促动器部具有依次层叠有振动板、下部电极、压电体、上部电极的层叠结构，第一促动器部及第二促动器部为压电单晶片促动器。
压电促动器部不局限于单晶片结构，也可以为双晶片结构，但单晶片结构为最简单的结构。就压电驱动方式而言，能够仅通过向电极之间施加电压来进行驱动，因而不仅结构简单，且有利于小型化。
(第四方案)：根据第一方案至第三方案中任一项所述的反射镜驱动装置，作为反射镜支撑部，具有从旋转轴的轴向的两侧支撑反射镜部的第一反射镜支撑部和第二反射镜支撑部。
(第五方案)：根据第一方案至第四方案中任一项所述的反射镜驱动装置，第一促动器部和第二促动器部具有将固定于固定部的第一基端部和第二基端部作为各自的固定端的悬臂结构。
(第六方案)：根据第一方案至第四方案中任一项所述的反射镜驱动装置，第一促动器部和第二促动器部为配置有夹着反射镜部而被分在两侧的两个臂部的音叉型的促动器部。
(第七方案)：根据第一方案至第六方案中任一项所述的反射镜驱动装置，具有驱动电路，该驱动电路向构成第一电极部及第三电极部中的至少一个电极部的电极供给驱动用的电压，并向构成第二电极部及第四电极部中的至少一个电极部的电极施加驱动用的电压，向第一电极部及第三电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压和向第二电极部及第四电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压的相位差在的范围内。
(第八方案)：根据第一方案至第七方案中任一项所述的反射镜驱动装置，具有检测电路，将构成第一电极部、第二电极部、第三电极部及第四电极部的多个电极中的一部分电极设定于漂移电位，检测从漂移电位的电极伴随压电体的变形而通过压电效应产生的电压。
(第九方案)：根据第一方案至第八方案中任一项所述的反射镜驱动装置，具有驱动电路，该驱动电路向压电促动器部供给驱动电压，供给在反射镜部以旋转轴为中心进行旋转运动的共振模式的共振频率fx的附近使反射镜部共振驱动的驱动电压。
根据这种方案，能够利用旋转共振来使反射镜部以较大的旋转角振动。
(第十方案)：根据第一方案至第九方案中任一项所述的反射镜驱动装置，在压电促动器部中所使用的压电体是厚度为1～10μm的薄膜，是在成为振动板的基板上直接成膜的薄膜。
根据这种方案，能够利用以溅射法为代表的气相生长法或溶胶-凝胶法等直接成膜法，来获得具有所需的压电性能的压电体薄膜。能够将压电体的薄膜直接成膜在基板上，并通过干法刻蚀或湿法刻蚀等半导体工艺来进行加工，由此使设备的制作工艺简便。
(第十一方案)：根据第一方案至第十方案中任一项所述的反射镜驱动装置，在压电促动器部中所使用的压电体为由下述式(P)表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物，
通式：ABO3……(P)
式中，A为A位的元素，是包含Pb的至少一种元素，B为B位的元素，是从由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe及Ni构成的组中选择的至少一种元素，O为氧元素，A位元素、B位元素、氧元素的摩尔比标准为1:1:3，而它们的摩尔比在能够获得钙钛矿结构的范围内也可以偏离基准摩尔比。
(第十二方案)：根据第一方案至第十方案中任一项所述的反射镜驱动装置，在压电促动器部中所使用的压电体为由下述式(PX)表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物，
Aa(Zrx，Tiy，Mb-x-y)bOc……(PX)
式中，A为A位的元素，是包含Pb的至少一种元素，M为从由V、Nb、Ta及Sb构成的组中选择的至少一种元素，0＜x＜b、0＜y＜b、0≤b-x-y，a:b:c＝1:1:3为标准，而它们的摩尔比在能够获得钙钛矿结构的范围内也可以偏离基准摩尔比。
就掺杂了Nb等元素的锆钛酸铅(PZT)而言，由于压电常数高，因而适合于以小型获得较大的位移的设备的制作。此外，对于利用于应力检测部的压电体，也可以利用与压电促动器部相同的压电材料。
(第十三方案)：根据第十二方案所述的反射镜驱动装置，钙钛矿型氧化物(PX)能够包含Nb，Nb/(Zr+Ti+Nb)摩尔比能够为0.06以上且0.20以下。
就这种材料而言，即使不进行极化处理，也呈现良好的压电特性。因此，不需要极化处理，能够实现制造工艺的简化及低成本化。
(第十四方案)：用于第一方案至第十三方案中任一项所述的反射镜驱动装置的反射镜驱动方法，向构成第一电极部及第三电极部中的至少一个电极部的电极施加驱动用的电压，并向构成第二电极部及第四电极部中的至少一个电极部的电极施加驱动用的电压，向第一电极部及第三电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压和向第二电极部及第四电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压的相位差在的范围内。
(第十五方案)：根据第十四方案所述的反射镜驱动方法，将构成第一电极部、第二电极部、第三电极部及第四电极部的多个电极中的一部分电极用作检测电极，该检测电极检测伴随着压电体的变形而通过压电效应产生的电压，在驱动反射镜部的过程中，从检测电极获得检测信号。
例如，能够根据从检测电极获得的检测信号，来控制向压电促动器部供给的驱动电压的频率(驱动频率)及振幅中的至少一个。能够通过向压电促动器部的驱动反馈检测信号，来实现稳定的共振驱动。
发明效果
根据本发明，当促动器部变形时，由于与在压电体内产生的应力的分布相对应地配置有电极部，因而能够高效率地驱动，且与现有结构相比，能够获得更大的反射镜倾斜角。并且，由于位移效率提高，因而即使在将一部分电极用于检测的情况下，也能够获得足够的位移角。
附图说明
图1为表示第一实施方式的微型扫描仪设备的结构的俯视图。
图2为沿图1的2-2线的截面图。
图3为表示施加驱动电压时的压电促动器部的变形的状态的示意截面图。
图4为表示驱动电压V1、V2的例的波形图。
图5为示意性地表示共振驱动时的压电体的位移及主应力的应力分布的图。
图6为示意性地表示共振驱动时的压电体内的应力方向的说明图。
图7为图1的设备结构中将所有电极部利用于驱动的情况的电压施加方法的说明图。
图8为图1的设备结构中将一部分电极部利用于传感(检测)的方式的说明图。
图9为图1的设备结构中将一部分电极部利用于传感的其他方式的说明图。
图10为将构成电极部的多个电极中的一部分电极利用于传感的方式的说明图。
图11为将构成电极部的多个电极中的一部分电极利用于传感的其他方式的说明图。
图12为表示比较例1的微型扫描仪设备的结构的俯视图。
图13为图12的设备结构中进行传感的方式的说明图。
图14为实施例1和比较例1的表示施加电压和光学扫描角的关系的曲线图。
图15为表示第二实施方式(实施例2)的微型扫描仪设备的结构的俯视图。
图16为示意性地表示图15的设备结构的共振驱动时的压电体的位移及主应力的应力分布的示意图。
图17为图15的设备结构中将所有电极部利用于驱动的情况的电压施加方法的说明图。
图18为图15的设备结构中将一部分电极部利用于传感的其他方式的说明图。
图19为将构成电极部的多个电极中的一部分电极利用于传感的其他方式的说明图。
图20为表示比较例2的微型扫描仪设备的结构的俯视图。
图21为图20的设备结构中进行传感的方式的说明图。
图22为实施例2和比较例2的表示施加电压和光学扫描角的关系的曲线图。
图23为表示驱动波形的相位差和相对位移角的关系的曲线图。
图24为图20的设备结构中利用四种驱动波形的情况的说明图。
图25为实施例2和比较例2的表示施加直流(DC)电压时的施加电压和光学扫描角的关系的曲线图。
图26为实施例2的设备的尺寸例的说明图。
图27为表示图18的方式的驱动控制***的例的示意图。
图28为表示第一实施方式(图1)的变形例的俯视图。
图29为表示第一实施方式(图1)的其他变形例的俯视图。
附图标记的说明
10：微型扫描仪设备
2：反射镜部
2C：反射面
4：第一扭杆部
7：第二扭杆部
10：压电促动器部
11：第一促动器部
11B：第一基端部
15：连接部
22：第二促动器部
22B：第二基端部
30：压电促动器部
31：第三促动器部
31B：第三基端部
35：连接部
42：第二促动器部
42B：第四基端部
51：第一固定部件
52：第二固定部件
60：振动板
64：下部电极
66：压电体
68：上部电极
111：第一电极部
112：第二电极部
221：第三电极部
222：第四电极部
311：第五电极部
312：第六电极部
421：第七电极部
422：第八电极部
601：微型扫描仪设备
610：第一促动器部
610A：臂部
610B：臂部
611：第一电极部
612A、612B：第二电极部
615：基端部
620：第二促动器部
620A：臂部
620B：臂部
623A、623B：第三电极部
624：第四电极部
625：基端部
630：压电促动器部
810：驱动电路
812：检测电路
814：控制电路
具体实施方式
以下，根据附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
＜第一实施方式＞
图1为表示第一实施方式的微型扫描仪设备的结构的俯视图。本例的微型扫描仪设备1(相当于“反射镜驱动装置”)具有俯视时呈圆形的反射镜部2、从径向的两侧支撑反射镜部2的第一扭杆部4及第二扭杆部7、与第一扭杆部4相连接的作为压电促动器部10的第一促动器部11及第二促动器部22、与第二扭杆部7相连接的作为压电促动器部30的第三促动器部31及第四促动器部42。
第一促动器部11和第二促动器部22经由连接部15相连接，上述连接部15与第一扭杆部4相连接。同样，第三促动器部31和第四促动器部42经由连接部35相连接，上述连接部35与第二扭杆部7相连接。
并且，微型扫描仪设备1具有：第一固定部件51，用于固定支撑第一促动器部11的与连接部15相反的一侧的端部即基端部11B；以及第二固定部件52，用于固定支撑第二促动器部22的与连接部15相反的一侧的端部即基端部22B。
同样，第三促动器部31的与连接部35相反的一侧的基端部31B固定于第一固定部件51，第四促动器部42的与连接部35相反的一侧的基端部42B固定于第二固定部件52。此外，第一固定部件51和第二固定部件52能够作为部件之间经由未图示的部件要素以一体方式相连接的固定框架部件的一部分而构成。
第一扭杆部4和第二扭杆部7为以自由转动的方式支撑反射镜部2的部件，分别相当于“反射镜支撑部”，第一扭杆部4相当于“第一反射镜支撑部”，第二扭杆部7相当于“第二反射镜支撑部”。基端部11B、31B相当于“第一基端部”，基端部22B、42B相当于“第二基端部”。第一固定部件51和第二固定部件52相当于“固定部”。
为了便于说明实施方式，导入正交xyz轴，在上述正交xyz轴中，将压电促动器部10、30非驱动时的反射镜面(反射面2C)的法线方向设为z轴方向(与图1的纸表面垂直的方向)，将与基于第一扭杆部4和第二扭杆部7的反射镜部2的旋转轴(主轴)RA平行的方向(与图1的纸表面平行的横向)设为x轴方向，并将与x轴及z轴的两轴正交的方向(与图1的纸表面平行的纵向)设为y轴方向。
微型扫描仪设备1具有相对于与y轴平行且通过反射镜部2的中心的中心线CL大致线对称(左右对称)的结构。由于这种结构上的对称性，第一促动器部11和第三促动器部31的结构及功能共同，且第二促动器部22和第四促动器部42的结构及功能共同。即，第三促动器部31和第四促动器部42具有与第一促动器部11和第二促动器部22相同的结构，且第三促动器部31与“第一促动器部”相对应，第四促动器部42与“第二促动器部”相对应。
反射镜部2的上表面为用于反射光的反射面2C。在反射面2C形成有Au(金)或Al(铝)等金属薄膜，以提高入射光的反射率。利用于反射镜镀层的材料及膜厚不受特别的限制，能够利用公知的反射镜材料(高反射率材料)来进行各种设计。起到反射部的功能的反射镜部2的俯视时形状可以与反射面2C的形状相一致或不同。反射面2C能够在反射镜部2的上表面的面积范围内形成。
＜关于反射镜部的形状＞
在本例中，例示了圆形的反射镜部2，但当实施发明时，反射镜部2的形状不受特别的限制。除了图1例示的圆形之外，还有椭圆形、正方形、多边形等各种形状。
对于反射镜部2的形状，不限于圆形、椭圆形、矩形(四边形)等表现除了严格的数学上的定义中的形状，是指整体的基本形状可以大致掌握为这些形态的形状。例如，也包括矩形的角部被倒棱的形状、角部被圆弧处理的形状、边的一部分或全部由曲线或折线构成的形状、在反射镜部2和第一扭杆部4或第二扭杆部7的连接部分追加连接上所需的附加的形状的形状等。
＜关于压电促动器部的结构＞
第一促动器部11和第二促动器部22具有使各自的长边方向上的轴一致来沿着y轴方向连接的结构。第一促动器部11和第二促动器部22的连接部15与第一扭杆部4相连接。即，连接部15为第一促动器部11和第二促动器部22的连接部分，并且是第一促动器部11及第二促动器部22和第一扭杆部4的连接部分。第一促动器部11和第二促动器部22夹着与第一扭杆部4相连接的连接部15而配置在y轴方向的两侧(图1的上下两侧)。在图1中，在从y轴方向夹持连接部15的两侧中的一侧(图1的上侧)配置第一促动器部11，在另一侧(图1的下侧)配置第二促动器部22。
第一促动器部11为将与第一固定部件51相连接的基端部11B设为固定端，并将连接固定端(基端部11B)和连接部15的线段的方向设为长边方向的悬臂结构(悬臂梁结构)的压电促动器。
同样，第二促动器部22为将与第二固定部件52相连接的基端部22B设为固定端，并将连接固定端(基端部22B)和连接部15的线段的方向设为长边方向的悬臂结构的压电促动器。即，连接有第一扭杆部4的连接部15相当于通过第一促动器部11及第二促动器部22的驱动来位移的悬臂结构的非约束侧的端部(位移部)。
这样，经由连接部15与第一扭杆部4相连接的第一促动器部11和第二促动器部22相互逆向挠曲，由此能够使连接部15及第一扭杆部4倾斜驱动。通过进行使第一促动器部11和第二促动器部22相互逆向挠曲的驱动，来使连接部15和第一扭杆部4引起倾斜位移，使反射镜部2绕旋转轴RA旋转(使反射镜部2的反射面2C倾斜)。反射镜部2的旋转轴RA是与x轴平行且通过反射镜部2的中心的轴。
<<对于电极部的配置形态>>
第一促动器部11具有在长边方向上分为第一电极部111和第二电极部112这两个部分的电极分割的形态的电极配置结构。第一电极部111和第二电极部112为相互独立的(绝缘分离的)电极。即，第一促动器部11具有如下结构：沿着具有从作为悬臂结构的固定端的基端部11B至作为非约束侧的位移前端部的连接部15的长度的悬臂部分的长度方向(在图1中，y轴方向)，第一电极部111和第二电极部112以夹着绝缘部113的方式排列配置。
第二促动器部22也和第一促动器部11同样，具有在长边方向上分为第三电极部221和第四电极部222这两个部分的电极分割的形态的电极配置结构。即，第二促动器部22具有如下结构：沿着具有从作为悬臂结构的固定端的基端部22B至作为非约束侧的位移前端部的连接部15的长度的悬臂部分的长度方向(在图1中，y轴方向)，第三电极部221和第四电极部222以夹着绝缘部223的方式排列配置。
第三电极部221和第四电极部222为相互独立的(绝缘分离的)电极。但是，对于被施加相同的驱动电压的电极部之间(例如，第一电极部111和第三电极部221的组(对)或第二电极部112和第四电极部222的组)，也可以经由未图示的配线部来进行连接。
此外，在第一促动器部11的第二电极部112和第二促动器部22的第三电极部221之间也形成有绝缘部133。第一电极部111、第二电极部112、第三电极部221及第四电极部222分别由单个电极构成。
第三促动器部31及第四促动器部42的结构与第一促动器部11和第二促动器部22的结构相同。
第三促动器部31和第四促动器部42的连接部35与第二扭杆部7相连接。即，第三促动器部31和第四促动器部42夹着与第二扭杆部7相连接的连接部35而配置在y轴方向的两侧(在图1中，连接部35的上下两侧)。
第三促动器部31具有在长边方向上分为第五电极部311和第六电极部312这两个部分的电极分割的形态的电极配置结构。第五电极部311和第六电极部312为经由绝缘部313相互独立的(绝缘分离的)电极。第四促动器部42也具有在长边方向上分为第七电极部421和第八电极部422这两个部分的电极分割的形态的电极配置结构。第七电极部421和第八电极部422为经由绝缘部423相互独立的(绝缘分离的)电极。在第三促动器部31的第六电极部312和第四促动器部42的第七电极部421之间也形成有绝缘部333。第五电极部311、第六电极部312、第七电极部421及第八电极部422分别由单个电极构成。
与第一促动器部11和第二促动器部22相关的说明对于第三促动器部31和第四促动器部42也是相同的，因而以下主要对第一促动器部11和第二促动器部22进行说明，而省略第三促动器部31和第四促动器部42的说明。
图2为沿图1的2-2切割线的截面图。在图2中，示出了第一促动器部11和第二促动器部22的部分的截面图，并省略了第一固定部件51和第二固定部件52的部分的图示。
如图2所示，第一促动器部11和第二促动器部22为具有在起到振动板60的功能的硅(Si)的基板上按下部电极64、压电体66及上部电极68的顺序层叠的层叠结构的单晶片型的薄膜压电促动器。上部电极68包括第一电极部111、第二电极部112、第三电极部221及第四电极部222。
第一促动器部11及第二促动器部22发挥通过在上部电极68和下部电极64之间施加电压从而因压电体66的逆压电效应而向图2的上下方向挠曲变形的压电薄膜单晶片促动器的功能(参照图3)。
此外，为了便于说明，适当变更图2及其他图所示的各层的膜厚或它们的比率来进行描述，因此并不一定反映实际的膜厚或比率。并且，在本说明书中，当表现层叠结构时，“在A上层叠B”中的“上”指从A的表面向膜的厚度方向远离的方向。在将A水平保持的状态下，在A的上表面重叠B而构成的情况下，与将重力方向作为下方向时的上下的方向相一致。但是，也可以使A的姿势倾斜或者上下反转，在依赖于基板或膜的姿势的层叠结构的堆叠方向不一定与以重力的方向为基准的上下方向相一致的情况下，为了没有混乱地表现层叠结构的上下关系，将一个成为基准的部件(例如，A)的面作为基准，并将从其表面向厚度方向远离的方向表现为“上”。并且，“在A上层叠B”这一表现不仅指与A相接地将B直接层叠于A上的情况，还有在A和B之间介入其他一个或多个层，来在A上经由一个或多个层层叠B的情况。
＜压电促动器部的动作说明＞
图3为表示施加驱动电压时的压电促动器部的变形的状态的示意截面图。在这里，为了简单说明，将向第一电极部111施加的驱动电压V11和向第三电极部221施加的驱动电压V21设为相同的驱动电压V1(V11＝V21＝V1)，并将向第二电极部112施加的驱动电压V12和向第四电极部222施加的驱动电压V22设为相同的驱动电压V2(V12＝V22＝V2)，且驱动电压V1、V2被说明为基于相互逆相位(相位差180°)的正弦波的波形的驱动电压(参照图4)。
图4为表示驱动电压V1，V2的例的波形图。如图3所示，V1和V2为相互逆相位(相位差180°)的电压，向第一电极部111及第三电极部221的电极组和第二电极部112及第四电极部222的电极组施加相互逆相位的电压(V1，V2)。
驱动电压V1、V2分别表示如下。
V1＝Voff1+V1Asinωt
在上述式中，V1A和V2A分别为电压振幅，ω为角频率，t为时间，为相位差。
在图4的例中，施加了满足V1A＝V2A、的电压波形。偏移电压Voff1、Voff2为任意的，例如，优选地，将V1、V2设定为不超过压电体的极化反转电压。在图4中，将驱动电压V1的偏移电压Voff1和驱动电压V2的偏移电压Voff2设为相同的电压值Voff(＝Voff1＝Voff2)。
这样施加逆相位的驱动电压V1、V2，由此通过压电体66的逆压电效应使第一促动器部11和第二促动器部22发生挠曲变形(参照图3)。如图3所示，若以使得第一促动器部11和第二促动器部22成为在z方向上相互逆向的挠曲方向的方式驱动，则如图3所示，第一促动器部11和第二促动器部22的连接部15及与连接部15相连接的第一扭杆部4发生倾斜位移。
对于图1中说明的第三促动器部31和第四促动器部42，也以与第一促动器部11和第二促动器部22相同的方式驱动，由此使连接部35及第二扭杆部7发生倾斜位移。
以与用于支撑反射镜部2的第一扭杆部4和第二扭杆部7发生倾斜位移的共振模式相对应的共振频率使各促动器部11、22、31、42驱动，由此能够使第一扭杆部4、第二扭杆部7及反射镜部2发生较大的倾斜位移，实现宽广的倾斜角度范围。由此，能够扫描宽广的范围。
此外，在图2及图3的例中，没有将压电体层以电极部的单位分离(分割)，而是用作一个(单一)压电体膜，但当实施发明时，也可以根据电极部的分割形态来分割压电体66。就压电体66而言，由于用上下的电极夹持的部分起到驱动力产生部或应力检测部(传感器部)的功能，因而能够除去不直接贡献于作为这种压电转换部(压电元件部)的动作的不需要的压电体部分(上部电极不存在的部分等)。通过除去不需要的压电体部分，并以压电转换部的单位分离压电体，来降低促动器部的刚性，并使促动器部容易变形。
＜关于共振模式振动中的驱动时的应力分布和电极部的配置形态的关系＞
图5为示意性地表示共振驱动时的第一促动器部11和第二促动器部22的压电体的位移的图。并且，图6示意性地示出了共振驱动时的第一促动器部11和第二促动器部22的主应力的方向。
图5中的箭头B表示的部分为与连接部15相对应的位置，示出了上述部分发生倾斜位移的状态。在基于共振模式振动的驱动状态中第一促动器部11和第二促动器部22处于图5及图6所示的挠曲变形的状态的情况下，在第一促动器部11和第二促动器部22的内部的压电体66生成施加有压缩方向的应力(压缩应力)的部分(图5的附图标记71、73)和施加有拉伸方向的应力(拉伸应力)的部分(附图标记72、74)(参照图5)。根据这种应力分布，与产生相互逆向的应力的压电体区域的区分对应地，分割上部电极，配置各电极部111、112、221、222。在这里所指的应力为在将膜厚方向设为z轴的情况下在x-y平面内产生的应力，将x-y平面内的主应力矢量中成分的绝对值最大的方向设为应力的方向。
此外，在图5中，在产生压缩方向的应力的部分(压缩应力区域71、73)和产生拉伸方向的应力的部分(拉伸应力区域72、74)的边界的部分(附图标记76、77、78)存在有应力的方向慢慢(连续)发生变化的过渡区域(中间区域)。
相对于图5所示的与应力分布相对应地应力方向不同的压电体部的区域(附图标记71、72、73、74)，分别配置第一电极部111、第二电极部112、第三电极部221及第四电极部222。
对图5的压缩应力区域71，设置第一电极部111，并对拉伸应力区域72设置第二电极部112。同样，对压缩应力区域73设置第三电极部221，并对拉伸应力区域74设置第四电极部222。与各中间区域76、77、78相对应地形成有绝缘部113、133、223(参照图1)。
对于基于共振模式振动的动作时(共振驱动时)的应力分布，能够利用公知的有限元法的软件，赋予设备尺寸、材料的杨氏模量、设备形状等参数，并使用模态分析法来进行分析。当设计设备时，分析基于共振模式的驱动时的压电体内的应力分布，并根据其分析结果，对应于应力分布的压缩应力区域及拉伸应力区域的区分，区分上部电极的区域，并决定第一电极部111、第二电极部112、第三电极部221及第四电极部222的配置形态。
并且，根据与应力方向共同的区域相对应的电极部的组这一观点，能够将电极部分为两个组。第一电极部111和第三电极部221属于第一组(第一电极组)，第二电极部112和第四电极部222属于第二组(第二电极组)。
在这样分割的电极部的配置形态中，向与相同的应力方向的区域相对应的电极部施加同相位的驱动电压，并向与不同的应力方向(逆向的应力)的区域相对应的电极部施加不同相位的(优先为逆相位的)驱动电压，由此能够最高效地将压电力转换为倾斜位移。
此外，示出了向第一电极部111和第三电极部221施加驱动电压V1，并向第二电极部112和第四电极部222施加与V1逆相位的驱动电压V2的例，但也可以向第一电极部111和第三电极部221施加驱动电压V2，并向第二电极部112和第四电极部222施加驱动电压V1。
并且，除了将第一电极部111、第二电极部112、第三电极部221及第四电极部222全部用作驱动用的电极的方案之外，也可以采用将它们中的一部分电极部用作传感用(检测用)的电极的方案。并且，各电极部111、112、221、222不局限于由单个电极构成，电极部111、112、221、222中的至少一个电极部也可以由多个电极构成。
对于第三促动器部31的第五电极部311及第六电极部312和第四促动器部42的第七电极部421及第八电极部422，也具有与如上所述的各电极部111、112、221、222相同的配置形态。
＜关于设备的利用形态及变形例＞
〔利用例1〕
图7为将从第一电极部111至第八电极部422的所有电极部用作驱动用的电极的例。在作为上部电极68的各电极部111、112、221、222、311、312、421、422和下部电极64(参照图2)之间介入压电体66的部分分别作为压电元件部工作。在本例中，将所有的电极部用作驱动用的电极(驱动电极)，且各压电元件部全部起到驱动力产生部的功能。
这种情况下，如图7所示，向第一促动器部11的第一电极部111、第二促动器部22的第三电极部221、第三促动器部31的第五电极部311、第四促动器部42的第七电极部421的电极组施加相同的驱动电压V2，并向第一促动器部11的第二电极部112、第二促动器部22的第四电极部222、第三促动器部31的第六电极部312、第四促动器部42的第八电极部422施加与V2逆相位的驱动电压V1。
能够通过将与各电极部111、112、221、222、311、312、421、422相对应的各个压电元件部全部用作驱动力产生部，来实现较大的位移角。
此外，“同相位”这一表现并不局限于相位差0°，而是包括实用上不会成为问题的程度上能够作为实质上的同相位来处理的相位差(例如，±10°)的允许范围。并且，“逆相位”这一表现也不局限于相位差180°，而是包括实用上不会成为问题的程度上能够作为实质上的逆相位来处理的相位差(例如，180°±10°)的允许范围。
对于起到驱动力产生部的功能的多个压电元件部，为了调整元件之间的动作性能，能够适当调整向各压电元件部施加的驱动电压的电压振幅或相位差。在这种调整的范围内，在变更电压振幅或相位差的情况下，也包括在本发明的实施范围内。
〔利用例2〕
图8为将从第一电极部111至第八电极部422的电极部中的一部分电极部用作检测应力的传感(检测)用的电极的例。在这里，示出了将第四电极部222和第八电极部422用作检测用的电极，并将其他电极部用作驱动用的电极的例。
将检测用的电极设为漂移电位，并检测通过压电体66的压电效应(正压电效应)来产生的电压。在图8中，用“S”表示的电极为用于取出传感用的信号的检测电极，表示设定为漂移电位的电极。
若这样将多个电极部中的一部分电极部用作电压检测部，则能够检测通过压电体的正电压效应来产生的电压，并从该检测到的电压信号(检测信号)检测促动器部的应力。即，电压检测部起到应力检测部的功能。由此，能够构成实现共振状态的维持等的驱动电路。
〔利用例3〕
图9为对于构成压电促动器部的各促动器部11、22、31、42分别设置至少一个电压检测部的形态的例。在这里，第一电极部111、第四电极部222、第五电极部311、第八电极部422起到传感用的电极的功能。
通过这样在各个促动器部设置电压检测部，能够掌握各个促动器部的动作状态，因而能够基于检测信号施加并控制适当的驱动电压，实现更加稳定的共振驱动。
〔利用例4〕
图10为图8的变形例。图10为将图8中说明的第四电极部222及第八电极部422进一步分割成多个电极的例。在图10中，示出了沿着x方向将第四电极部222分割成三个电极222A、222B、222C，并沿着x方向将第八电极部422分割成三个电极422A、422B、422C的例。
将构成第四电极部222的多个电极222A～222C中的配置于中央的电极222B设为漂移电位，用作电压检测部(传感用电极)，并将其余的(左右两侧的)电极222A、222C用作驱动电压施加部(即，驱动力产生部)。
同样，将构成第八电极部422的多个电极422A～422C中的配置于中央的电极422B设为漂移电位，用作电压检测部(传感用电极)，并将其余的(左右两侧的)电极422A、422C用作驱动电压施加部(即，驱动力产生部)。
由此，能够将用于电压检测部的电极区域抑制成最小限度，保持高的扫描角，并实现应力检测。
〔利用例5〕
图11为图9的变形例。图11为将图9中说明的第一电极部111、第四电极部222、第五电极部311及第八电极部422进一步分割成多个电极的例。在图11中，对于与图10中说明的结构相同的要素，标注相同的附图标记，并省略其说明。
在图11中，示出了沿着x方向将第一电极部111分割成三个电极111A、111B、111C，沿着x方向将第四电极部222分割成三个电极222A、222B、222C，沿着x方向将第五电极部311分割成三个电极311A、311B、311C，并沿着x方向将第八电极部422分割成三个电极422A、422B、422C的例。
将构成第一电极部111的多个电极111A～111C中的配置于中央的电极111B设为漂移电位，用作电压检测部(传感用电极)，并将其余的(左右两侧的)电极111A、111C用作驱动电压施加部(即，驱动力产生部)。
同样，将构成第五电极部311的多个电极311A～311C中的配置于中央的电极311B设为漂移电位，用作电压检测部(传感用电极)，并将其余的(左右两侧的)电极311A、311C用作驱动电压施加部(即，驱动力产生部)。
由此，能够将用于电压检测部的电极区域抑制成最小限度，保持高的扫描角，并实现应力检测。
＜实施例1的制造方法＞
作为实施例1，通过以下所示的制造方法，来制作了微型扫描仪设备。
(步骤1)在具有处理层350μm(千分尺)、箱层1μm(千分尺)及设备层24μm(千分尺)的层叠结构的绝缘体上硅(SOI，Silicon On Insulator)基板上，利用溅射法在基板温度350℃条件下形成了30nm(纳米)的Ti层和150nm(纳米)的Ir层。基于Ti层(30nm)和Ir层(150nm)的层叠体的导电层相当于图2中说明的“下部电极64”。
(步骤2)在步骤1中层叠形成有下部电极(Ti/Ir)的基板上，利用高频(RF：radio frequency)溅射装置来对压电体(PZT)层进行了2.5μm的成膜。
成膜气体利用了97.5％Ar和2.5％O2的混合气体，作为靶材，利用了Pb1.3((Zr0.52Ti0.48)0.88Nb0.12)O3组成的材料。将成膜压力设为2.2mTorr(毫托)(约0.293Pa)，并将成膜温度设为450℃。获得的PZT层为Nb以原子组成比添加12％的Nb掺杂PZT薄膜。
通过荧光X射线元素分析法(XRF)对所制作的PZT薄膜中所含的Pb组成比进行测定的结果，Pb/(Zr+Ti+Nb)比为1.05。即，此时的化学式为
Pba((Zrx，Tiy，Nbb-x-y)bOc
b＝1，a＝1.05。这样，由于存在晶格间原子或缺陷等，实际得到的钙钛矿构造的PZT薄膜中所含的Pb量a的比例会取1.00以外的值。此外，由于同样的原因，O原子的比例c也会取3.00以外的值。
(步骤3)在通过步骤2形成有PZT层的基板上，利用剥离法来图案形成了基于Pt/Ti的层叠结构的上部电极，并通过ICP(inductively coupled plasma：电感耦合等离子体)干法刻蚀来图案刻蚀了PZT薄膜。
(步骤4)之后，利用硅的干法刻蚀工艺来图案刻蚀了设备层，并加工了促动器部、反射镜部及固定部件的形状。
(步骤5)接着，从基板的背面对处理层进行了深刻蚀(Deep RIE：Reactive Ion Etching(反应离子刻蚀))。
(步骤6)最后，利用干法刻蚀从背面除去箱层，来制作了如图1所示的结构的微型扫描仪设备。
在本实施例中，利用溅射法将PZT薄膜直接成膜在基板，之后通过进行干法刻蚀加工来形成。像这样，能够通过将压电体薄膜化，来使制作工艺简便，且进行精细的图案化。由此，能够大大提高成品率，并且能够应对设备的进一步小型化。
但是，当实施本发明时，促动器部的压电体并不局限于薄膜压电体，能够将块状压电体贴附于振动板来形成单晶片促动器，或者贴附两个极性不同的压电体来用作双晶片促动器。
＜比较例1＞
在与实施例1完全相同的基板(绝缘体上硅基板)上，利用制造工艺方法来制作了如图12所示的比较例1的微型扫描仪设备。
在图12所示的设备501中，对于与图1的结构相同或类似的要素，标注相同的附图标记，并省略其说明。
比较例1的设备501呈第一促动器部11、第二促动器部22、第三促动器部31及第四促动器部42各自的上部电极分别仅具有单一的电极部511、522、531、542的结构。
图12为将这些所有的电极部511、522、531、542用作驱动用的电极的例。能够设为向第一促动器部11的电极部511和第三促动器部31的电极部531施加驱动电压V1，并向第二促动器部22的电极部522和第四促动器部42的电极部542施加与V1逆相位的驱动电压V2的结构。
在如图12所示的设备形态中进行应力检测的情况下，将多个电极部511、522、531、542中的某一个电极用作检测用(传感)。
使与第一扭杆部4相连接的第一促动器部11及第二促动器部22中的某一个电极部起到传感用的电极的功能。同样，使与第二扭杆部7相连接的第三促动器部31及第四促动器部42中的某一个电极部起到传感用的电极的功能。
在图13中，示出了考虑对称性而将电极部511、531用作传感用的电极的例。利用于传感的电极部设定于漂移电位，用于检测通过压电体的正压电效应来产生的电压。
＜设备的动作评价实验＞
进行了比较实施例1中制作的设备和比较例1中制作的设备的动作性能的实验。图14为表示实验对象的设备的驱动电压和扫描角的关系的曲线图。
作为实验对象，评价了“实施例1”、“实施例1(有传感)”、“比较例1”、“比较例1(有传感)”的四种设备。“实施例1”与图7的形态相对应，“实施例1(有传感)”与图8的形态相对应，“比较例1”与图12的形态相对应，“比较例1(有传感)”与图13的形态相对应。
向各设备中驱动用的电极部输入基于电压振幅VPP的正弦波的驱动电压V1、V2，引起伴随反射镜部2的旋转运动的共振振动，从而以激光的扫描角测定了反射镜部2的机械偏转角。对于驱动电压的施加方法，“实施例1”和“实施例1(有传感)”的设备分别以图7及图8的说明为准。“比较例1”和“比较例1(有传感)”的设备分别以图12及图13的说明为准。实施例1及比较例1的共振频率均为25kHz(千赫)。
图14中示出了实验的结果。图14的横轴表示电压振幅(单位为伏特[V])，纵轴表示光学扫描角(单位为度[deg])。
如图14所示，可知在一个促动器部内包括多个电极部的实施例1的设备能够获得与比较例1的设备相比更高的扫描角。并且确认了即使在设置有将一部分电极部利用于传感的应力检测部的情况下，实施例1的设备(“实施例1有传感”)也维持与比较例1的设备相比更高的扫描角。
＜关于压电材料＞
作为适合于本实施方式的压电体，能够例举包含由下列式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(P)的压电体。
通式：ABO3…(P)
式中，A为A位的元素，是包含Pb的至少一种元素。
B为B位的元素，是选自包含Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe及Ni的组中的至少一种元素。
O为氧元素。
A位元素、B位元素和氧元素的摩尔比标准为1:1:3，而它们的摩尔比在可获得钙钛矿结构的范围内也可以偏离标准摩尔比。
作为由上述通式(P)表示的钙钛矿型氧化物，能够例举钛酸铅(leadtitanate)、锆钛酸铅(lead zirconate titanate，PZT)、锆酸铅(lead zirconate)、钛酸镧铅(lead lanthanum titanate)、钛酸锆酸镧铅(lead lanthanum zirconate titanate)、铌镁锆钛酸铅(magnesium niobate lead zirconium titanate)、铌镍锆钛酸(nickel niobate zirconium lead titanate)、锌铌锆钛酸铅(zinc niobate zirconium lead titanate)等含铅化合物及它们的混晶系；和钛酸钡(barium titanate)、钛酸锶钡(strontium barium titanate)、钛酸铋钠(bismuth sodium titanate)、钛酸铋钾(bismuth potassium titanate)、铌酸钠(sodium niobate)、铌酸钾(potassium niobate)、铌酸锂(lithium niobate)、铁酸铋(bismuth ferrite)等非含铅化合物及它们的混晶系。
并且，优选地，本实施方式的压电体膜包含由下列式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(PX)。
通式：Aa(Zrx、Tiy、Mb-x-y)bOc…(PX)
式中，A为A位的元素，是包含Pb的至少一种元素。
M为选自包含V、Nb、Ta及Sb的组中的至少一种元素。
0＜x＜b、0＜y＜b、0≤b-x-y。
a:b:c＝1:1:3为标准，而它们的摩尔比在可获得钙钛矿结构的范围内也可以偏离标准摩尔比。
钙钛矿型氧化物(PX)为纯PZT或PZT的B位的一部分被M取代的氧化物。已知在添加有具有高于被取代离子的价的高价的各种施主离子的PZT中，与纯PZT相比，压电性能等特性得到提高。M优选为高于4价的Zr、Ti的价的一种或两种以上的施主离子。作为这种施主离子，例举V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+及W6+等。
b-x-y只要在可获得钙钛矿结构的范围内，那么就不受特别的限制。例如，在M为Nb的情况下，Nb/(Zr+Ti+Nb)摩尔比优选为0.05以上且0.25以下，更优选为0.06以上且0.20以下。
由上述通式(P)及(PX)表示的钙钛矿型氧化物组成的压电体膜具有高的压电应变常数(d31常数)，因而具有该压电体膜的压电促动器的位移特性优秀。
并且，具有由通式(P)及(PX)表示的钙钛矿型氧化物组成的压电体膜的压电促动器具有线性优秀的电压-位移特性。这些压电材料在实施本发明的过程中呈现良好的促动器特性及传感器特性。此外，由通式(PX)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数高于由通式(P)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数。
作为本实施方式的压电体的一个具体例，例如，能够利用以原子组成百分比掺杂12％的Nb的锆钛酸铅(PZT)薄膜。通过利用溅射法等来对掺杂12％的Nb的PZT进行成膜，能够稳定地制作具有压电常数d31＝250pm/V这样高的压电特性的薄膜。
此外，在本实施例中，作为利用于促动器部(驱动力产生部、应力检测部)的压电体材料，选择了PZT，但不需要局限于上述材料。例如，能够利用BaTiO3、KNaNbO3、BiFeO3等无铅压电体，也可以利用AlN、ZnO2等非钙钛矿压电体。
＜关于成膜方法＞
压电体的成膜方法优选为气相生长法。例如，除了溅射法之外，能够适用离子镀法、金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD，metal organicchemical vapor deposition)、脉冲激光沉积法(PLD，pulse laser deposition)等各种方法。并且，也可以考虑利用除了气相生长法之外的方法(例如，溶胶-凝胶法等)。优选为利用气相生长法或溶胶-凝胶法等来在基板上将压电薄膜直接成膜的结构。尤其，本实施方式的压电体66优选为1μm以上且10μm以下的膜厚的薄膜。
＜第二实施方式＞
利用与实施例1完全相同的基板(绝缘体上硅基板)，通过相同的工艺方法，来制作了如图15所示的微型扫描仪设备601。在图15中，对于与图1中说明的设备1相同或类似的要素，标注相同的附图标记，并省略其说明。
实施例2的微型扫描仪设备601中，第一促动器部610和第二促动器部620由音叉型的单晶片促动器构成，由于具有第一促动器部610和第二促动器部620相连接的结构，因而当俯视时呈大致圆环形的促动器形状。在图15的例中，例示了从正圆稍微扁平的椭圆环形的外观(轮廓)形状，但环形的促动器形状并不局限于图示的例。也可以是正圆的环形，也可以是扁平率大于图15的例的椭圆环形。但是，由于促动器部的面积大才能获得较大的转矩，因而与正圆相比更优选为椭圆形状。
音叉型的第一促动器部610和第二促动器部620的两个连接部15、35中的一个连接部15与第一扭杆部4相连接，另一个连接部35与第二扭杆部7相连接。
第一促动器部610具有配置有夹着反射镜部2分在x方向的两侧的两个臂部610A、610B的音叉形状。与朝向两个臂部610A、610B分为两个部分的根本部分相对应的基端部615固定于第一固定部件51。第一促动器部610作为将固定于第一固定部件51的基端部615设为固定端的音叉型的压电促动器而工作。
如图15所示，在沿臂部610A、610B的形状的长边方向上，将第一促动器部610的上部电极分割为一个第一电极部611和两个第二电极部612A、612B。
第二促动器部620的结构也与第一促动器部610的结构相同。第二促动器部620具有配置有夹着反射镜部2而向x方向的两侧分开的两个臂部620A、620B的音叉形状。与朝向两个臂部620A、620B分为两个部分的根本部分相对应的基端部625固定于第二固定部件52，作为将基端部625设为固定端的音叉型的压电促动器而工作。
如图15所示，沿着臂部620A、620B的形状将第二促动器部620的上部电极分割为两个第三电极部623A、623B和一个第四电极部624。
构成具有第一促动器部610的臂部610A、610B和第二促动器部620的臂部620A、620B经由连接部15、35相连接的环形结构的压电促动器部630。
图16为示意性地表示微型扫描仪的共振模式驱动时的压电促动器部的变形和主应力的应力方向的分布的立体图。在图16中，省略了图15所示的反射镜部2、第一扭杆部4及第二扭杆部7的记载。图16的箭头B表示的部分为与连接部15、35相对应的位置。
当共振驱动时，压电促动器部630如图16所示地变形，且在箭头B表示的位置发生倾斜位移。由此，引起图15所示的第一扭杆部4、第二扭杆部7及反射镜部2的倾斜位移。
此时，在第一促动器部610及第二促动器部620的内部的压电体部存在两个部分即产生压缩方向的应力的部分和产生拉伸方向的应力的部分。在图16中，在附图标记81、83A、83B表示的区域的部分产生压缩应力，在附图标记82A、82B、84表示的区域的部分产生拉伸应力。此外，在图16中，虽然省略了图示，但在各区域的边界部分存在有应力方向过渡地发生变化的中间区域。
相对于图16所示的与应力分布相对应地应力方向不同的压电体部的区域(附图标记81、82A、82B、83A、83B、84)，分别配置第一电极部611、第二电极部612A、612B、第三电极部623A、623B及第四电极部624。
在与应力方向共同的区域相对应的电极部之间构成组(电极组)，若与产生相互逆向的产生的区域相对应地区分为两个组，则第一电极部611、第三电极部623A、623B属于第一组(第一电极组)，第二电极部612A、612B及第四电极部624属于第二组(第二电极组)。
通过这样在应力方向不同的(成为相互逆向的应力)压电体部分别配置属于第一组的电极部和属于第二组的电极部，能够最高效率地使压电力转换为倾斜位移。
在这里所指的“压缩应力”、“拉伸应力”是从相互正交的三个主应力矢量中选择与压电体的膜厚方向正交的平面内的两个主应力(图16的σ1和σ2)，并以其中绝对值较大的方向(最大主应力的方向)来定义的。图16中为σ2的方向。作为标记方法，将向外的方向的矢量定义为拉伸方向，向内的方向的矢量定义为压缩方向。
以如上方式定义的原因如下：大体上在压电MEMS设备中，促动器部的尺寸为平面(与平面方向的尺寸相比，高度充分小)，且能够将膜厚方向的应力σ3视为几乎0。“相互逆向的应力”是根据上述定义进行判断的。
＜关于实施例2的设备的利用形态及变形例＞
与实施例1的图7～图11中说明的例相同，对于实施例2的设备，也可以将电极部全部利用于驱动，也可以将一部分电极部用于传感(检测用)。
图17为将所有的电极部用作驱动电极的例。在这里，示出了向属于第一组的第一电极部611和第三电极部623A、623B施加驱动电压V1，并向属于第二组的第二电极部612A、612B和第四电极部624施加与V1逆相位的驱动电压V2的例。
图18为将一部分电极部用作传感器的例。在这里，示出了将第二促动器部620内的第四电极部624用作传感用的电极的例。
图19为图18的变形例，是图18的第四电极部624为分割成多个电极624A、624B、624C的结构，且将这些多个电极624A、624B、624C内的一部分电极624B用作传感器的例。
此外，虽然未图示，但也可以采用将第一促动器部610的第一电极部611用作传感器的形态。这种情况下，对于第一电极部611，可以设置成与图18或图19中说明的第四电极部624相同的结构。
＜比较例2＞
在与实施例1完全相同的基板(绝缘体上硅基板)上，利用制造工艺方法来制作了如图20所示的比较例2的微型扫描仪设备。
在图20所示的设备701中，对于与图15的结构相同或类似的要素，标注相同的附图标记，并省略其说明。
比较例2的设备701呈第一促动器部610、第二促动器部620各自的上部电极分别仅具有单一的电极部711、722的结构。图20为将这两个电极部711、722用作驱动用的电极的例。能够构成为向第一促动器部610的电极部711施加驱动电压V2，并向第二促动器部620的电极部722施加与V2逆相位的驱动电压V1的结构。
在如图20所示的设备形态中进行应力检测的情况下，如图21所示，将两个电极部711、722中的某一个电极部用作检测用(传感)。在图21中，示出了将第一促动器部610的第一电极部711利用于传感的例。利用于传感的电极部设定为漂移电位，用于检测通过压电体的正压电效应来产生的电压。
＜实施例2和比较例2的设备的评价实验＞
进行了比较实施例2中制作的设备和比较例2中制作的设备的动作性能的实验。图22为表示实验对象的设备的驱动电压和扫描角的关系的曲线图。
作为实验对象，评价了“实施例2”、“实施例2(有传感)”、“比较例2”、“比较例2(有传感)”的四种设备。“实施例2”与图17的形态相对应，“实施例2(有传感)”与图18的形态相对应，“比较例2”与图20的形态相对应，“比较例2(有传感)”与图21的形态相对应。
向各设备中驱动用的电极部输入基于电压振幅VPP的正弦波的驱动电压V1，V2，引起伴随反射镜部2的旋转运动(以旋转轴RA为中心转动的摆动运动)的共振振动，以激光的扫描角测定了反射镜部2的机械偏转角。对于驱动电压的施加方法，“实施例2”和“实施例2(有传感)”的设备分别以图17及图18的说明为准。“比较例2”和“比较例2(有传感)”的设备分别以图20及图21的说明为准。实施例2及比较例2的共振频率均为26kHz(千赫)。
图22中示出了实验的结果。图22的横轴表示电压振幅(单位为伏特[V])，纵轴表示光学扫描角(单位为度[deg])。
比较图22及图14，可知利用音叉型促动器的实施例2的设备呈现了高于利用悬臂型促动器的实施例1的扫描角。
并且，如图22所示，在一个促动器部内包括多个电极部的实施例2的设备能够获得与比较例2的设备相比更高的扫描角。并且确认了即使在设置有将一部分电极部利用于传感的应力检测部的情况下，实施例2的设备(“实施例2有传感”)也维持与比较例2的设备相比更高的扫描角。
＜关于驱动电压的波形＞
在上述实施例1及实施例2中，作为驱动电压V1，V2的波形，如图4所示，设为相互逆相位但相位差也可以从180°偏移一定程度。例如，在产生了作为目的的共振振动之外的成分(噪声振动)的情况下，为了消除这种成分，从180°少量偏移V1、V2之间的相位差是有效的。
图23表示V1、V2之间的相位差和相对位移角的关系。当V1和V2的相位差为180°(相互逆相位)时，位移角最大，当相位差为0°(相互同相位)时，位移角最小。通常，为了充分获得位移角，相位差优选在 的范围内。并且，相位差进一步优选在的范围内。
当实施本发明时，驱动波形的种类也可以为两种以上。例如，如图24所示，能够将向第一电极部611施加的驱动电压设为V11，将向第二电极部612A、612B施加的驱动电压设为V12，将向第三电极部623A、623B施加的电压设为V21，并将向第四电极部624施加的电压设为V22。
作为这四种驱动电压，例如，能够利用以下的波形。
V11＝Voff11+V11Asinωt
V21＝Voff21+V21Asinωt
在上述式中，V11A、V12A、V21A、V22A分别为电压振幅，ω为角频率，t为时间，为相位差。
相位差在的范围内，更优选在的范围内。
V11A、V12A、V21A、V22A可以取0以上的任意值。V11A、V12A、V21A、V22A能够设定为全部不同的值，也可以将一部分或全部设定为相同的值。并且，在上式中，V11和V21的相位相一致，V12和V22的相位相一致，但它们的相位不需要完全一致，允许±10°左右的少量的相位偏差。
并且，施加电压不局限于正弦波，也可以适用方形波、三角波等周期波形。
＜关于施加直流(DC)电压时的位移角＞
实施例1及实施例2中说明的实施方式的设备即使在进行非共振模式的驱动的情况下，也获得高的位移量。即，还能够不利用共振，而以充分低于共振频率的频率来驱动。
图25为实施例2的设备和比较例2的设备的表示测定当施加直流电压而驱动时(非共振驱动时)的位移角的实验结果的曲线图。横轴表示驱动电压，纵轴表示光学扫描角。图25表示对实施例2和比较例2的结构施加1kHz(千赫)的电压波形(方形波)时的位移角。在上述实验中，施加了偏移电压，以防止超过压电体的矫顽场。
如图25所示，实施例2能够获得与比较例2相比高的位移量。
＜实施例2的尺寸例＞
作为设备的形状的一例，示出了图26所示的实施例2的各尺寸的具体例。压电促动器部的全长a＝2.3mm、促动器的臂部的宽度b＝0.4mm、反射镜部的直径c＝1.2mm、扭杆部的连接部之间的横宽d＝1.7mm、扭杆部的粗细e＝0.16mm。
利用如上所述的尺寸的设备来进行了图22及图25的评价实验。
＜关于驱动电压的供给单元(驱动控制部)＞
图27为表示利用于设备的驱动的控制***的结构例的图。在这里，例示了图18例示的实施例2的设备形态的控制***。在图18中说明的形态的情况下，如图27所示，用于驱动用的第一促动器部610的第一电极部611、第二电极部612A、612B、第二促动器部620的第三电极部623A、623B分别与驱动电路810的对应的电压输出端子相连接。从驱动电路810向第一促动器部610的第一电极部611和第二促动器部620的第三电极部623A、623B供给驱动电压V1。
从驱动电路810向第一促动器部610的第二电极部612A、612B供给驱动电压V2。此外，在图27中，并联了施加相同的驱动电压的电极部，但也可以采用向各个电极部个别地供给驱动电压的结构。
驱动电路810供给在反射镜部2以旋转轴RA为中心进行旋转运动的共振模式的共振频率fx的附近使反射镜部2共振驱动的驱动电压V1，V2。
并且，利用于传感的第二促动器部620的第四电极部624与检测电路812相连接。此外，下部电极64与驱动电路810及检测电路812的共同端子(V0端子，例如，接地(GND)端子)相连接。各个电极经由未图示的基板上的图案配线部或引线接合等配线部件与驱动电路810或检测电路812相连接。
从第四电极部624经由检测电路812检测电压信号，并向控制电路814通知其检测结果。控制电路814基于从检测电路812获得的信号以维持共振的方式向驱动电路810发送控制信号，并控制对第一促动器部610及第二促动器部620进行的驱动电压的施加。
例如，以向压电促动器部施加的驱动电压的波形和从应力检测部(传感器部)检测的波形的相位成为预定的值的方式向驱动电路810反馈，并维持共振。控制电路814基于从应力检测部获得的检测信号，控制向压电促动器部施加的电压或驱动频率。
能够将这种反馈控制电路嵌入于检测电路812内。并且，能够通过合并驱动电路810、检测电路812及控制电路814来由专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)这样的集成电路构成。
＜关于实施方式的作用效果＞
根据包括上述实施例1及实施例2的本发明的实施方式，采用基于从设备的模拟分析所掌握的共振模式振动时的主应力的应力分布，对应于应力方向相互逆向的压缩方向区域及拉伸方向区域，来分割促动器部的上部电极的结构，并且，能够通过设置产生分别不同的相位的驱动力的第一组的电极部和第二组的电极部来有效地驱动，并获得高的位移角。
并且，也可以将构成任一个电极部的电极的一部分或全部电极设为漂移电位，并用作能够检测其电位的应力检测部。
这种情况下，虽然应力检测部不能产生驱动力，但还是能够维持高于以往结构的扫描角。
＜关于反射镜支撑部的变形例＞
在如上所述的实施方式中，第一扭杆部4和第二扭杆部7连接于与反射镜部2的旋转轴RA相一致的位置，且有朝向反射镜部2的外侧向旋转轴RA的轴向延伸设置的形态。在实施例1及实施例2中，例示了在与反射镜部2的旋转轴RA相一致的位置连接第一扭杆部4和第二扭杆部7的例，但扭杆部的连接位置也可以不严密地与旋转轴RA相一致，并且，不局限于必须在一处进行连接的形态，也可以在多处进行连接。
例如，在反射镜部2的长边方向的大致中央部分(不局限于设计上的正中央点，也可以为其周边附近)成为旋转轴RA的情况下，除了在与旋转轴RA大致相一致的位置的一处连接扭杆，并对其进行支撑的方案之外，也可以采用在掌握为该大致中央部分的范围内隔着旋转轴RA的位置而以轴对称在两处以上的位置连接扭杆的结构。
图28为在一侧各设置两个扭杆部4A、4B、7A、7B来代替图1的第一扭杆部4、第二扭杆部7的例。在图28中，对于与图1中说明的结构相同或类似的部件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
＜其他变形例＞
在图1中，说明了将第一促动器部11和第二促动器部22相连接，将其连接部15与第一扭杆部4相连接的结构，但也可以采用分离第一促动器部11和第二促动器部22的形态。图29中示出了该例。
在图29中，对于与图1及图28中说明的结构相同或类似的部件，标注相同的附图标记，并省略其说明。如图29所示，第一促动器部11和第二促动器部22构成为独立的悬臂结构，且第一促动器部11的前端与扭杆部4A相连接，第二促动器部22的前端与扭杆部4B相连接。
同样，第三促动器部31和第四促动器部42也构成为相互分离的独立的悬臂结构，且第三促动器部31的前端与扭杆部7A相连接，第四促动器部42的前端与扭杆部7B相连接。根据这种结构，也可以进行与图1或图28相同的反射镜驱动。
＜应用例＞
本发明的反射镜驱动装置能够作为反射激光等光来改变光的进行方向的光学装置利用于各种用途。例如，能够广泛适用于光偏转器、光扫描装置、激光打印机、条形码阅读器、显示装置、各种光学传感器(测距传感器、形状测量传感器)、光通信装置、激光投影机、光学干涉断层图像诊断装置等。
此外，本发明不局限于以上说明的实施方式，在本发明的技术思想内，能够由本发明所属技术领域的普通技术人员进行很多变形。

Claims (15)

1.一种反射镜驱动装置，其具有：
反射镜部，具有用于反射光的反射面；
反射镜支撑部，与上述反射镜部相连接，将上述反射镜部支撑为能够绕旋转轴转动；
压电促动器部，与上述反射镜支撑部相连接，产生使上述反射镜部绕上述旋转轴转动的驱动力；以及
固定部，支撑上述压电促动器部，
在上述反射镜驱动装置中，
上述压电促动器部具有通过施加驱动电压而产生的逆压电效应来变形的第一促动器部及第二促动器部，
在夹着上述反射镜支撑部的两侧中的一侧配置上述第一促动器部，在另一侧配置上述第二促动器部，
上述第一促动器部的与上述反射镜支撑部相反的一侧的第一基端部及上述第二促动器部的与上述反射镜支撑部相反的一侧的第二基端部分别固定于上述固定部，
通过使上述第一促动器部和上述第二促动器部相互逆向挠曲，来倾斜驱动上述反射镜支撑部，
上述第一促动器部的上部电极包括分别由单个或多个电极构成的第一电极部和第二电极部，
上述第二促动器部的上部电极包括分别由单个或多个电极构成的第三电极部和第四电极部，
上述第一电极部、第二电极部、第三电极部及第四电极部的配置方式对应于共振模式振动中与上述压电体的膜厚方向正交的面内方向的主应力的应力分布，上述共振模式振动中伴有绕上述旋转轴转动而引起的上述反射镜部的倾斜位移，
与上述第一电极部及第三电极部的位置相对应的压电体部分和与上述第二电极部及第四电极部的位置相对应的压电体部分是在上述共振模式振动中产生相互逆向的应力的结构。
2.根据权利要求1所述的反射镜驱动装置，其中，
上述第一促动器部与上述第二促动器部相连接，
在上述第一促动器部和上述第二促动器部的连接部上连接有上述反射镜支撑部。
3.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
上述第一促动器部及第二促动器部具有依次层叠有振动板、下部电极、压电体、上部电极的层叠结构，上述第一促动器部及第二促动器部为压电单晶片促动器。
4.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
作为上述反射镜支撑部，具有从上述旋转轴的轴向的两侧支撑上述反射镜部的第一反射镜支撑部和第二反射镜支撑部。
5.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
上述第一促动器部和上述第二促动器部具有将固定于上述固定部的上述第一基端部和上述第二基端部作为各自的固定端的悬臂结构。
6.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
上述第一促动器部和上述第二促动器部为配置有夹着上述反射镜部而被分在两侧的两个臂部的音叉型的促动器部。
7.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
具有驱动电路，该驱动电路向构成上述第一电极部及上述第三电极部中的至少一个电极部的电极供给驱动用的电压，并向构成上述第二电极部及上述第四电极部中的至少一个电极部的电极施加驱动用的电压，
向上述第一电极部及上述第三电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压和向上述第二电极部及上述第四电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压的相位差在的范围内。
8.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
具有检测电路，将构成上述第一电极部、第二电极部、第三电极部及第四电极部的多个电极中的一部分电极设定于漂移电位，检测从上述漂移电位的电极伴随压电体的变形而通过压电效应产生的电压。
9.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
具有驱动电路，该驱动电路向上述压电促动器部供给驱动电压，供给在上述反射镜部以上述旋转轴为中心进行旋转运动的共振模式的共振频率fx的附近共振驱动上述反射镜部的驱动电压。
10.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
在上述压电促动器部中所使用的上述压电体是厚度为1～10μm的薄膜，是在成为振动板的基板上直接成膜的薄膜。
11.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
在上述压电促动器部中所使用的压电体为由下述式(P)表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物，
通式：ABO3……(P)
式中，A为A位的元素，是包含Pb的至少一种元素，
B为B位的元素，是从由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe及Ni构成的组中选择的至少一种元素，
O为氧元素，
A位元素、B位元素、氧元素的摩尔比标准为1:1:3，而它们的摩尔比在能够获得钙钛矿结构的范围内也可以偏离基准摩尔比。
12.根据权利要求1或2所述的反射镜驱动装置，其中，
在上述压电促动器部中所使用的压电体为由下述式(PX)表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物，
Aa(Zrx，Tiy，Mb-x-y)bOc……(PX)
式中，A为A位的元素，是包含Pb的至少一种元素，
M为从由V、Nb、Ta及Sb构成的组中选择的至少一种元素，
0＜x＜b、0＜y＜b、0≤b-x-y，
a:b:c＝1:1:3为标准，而它们的摩尔比在能够获得钙钛矿结构的范围内也可以偏离基准摩尔比。
13.根据权利要求12所述的反射镜驱动装置，其中，
上述钙钛矿型氧化物(PX)包含Nb，Nb/(Zr+Ti+Nb)摩尔比为0.06以上且0.20以下。
14.一种反射镜驱动方法，是权利要求1至13中任一项所述的反射镜驱动装置中的反射镜驱动方法，其中，
向构成上述第一电极部及上述第三电极部中的至少一个电极部的电极施加驱动用的电压，并向构成上述第二电极部及上述第四电极部中的至少一个电极部的电极施加驱动用的电压，
向上述第一电极部及上述第三电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压和向上述第二电极部及上述第四电极部中的至少一个电极部施加的驱动电压的相位差在的范围内。
15.根据权利要求14所述的反射镜驱动方法，其中，
将构成上述第一电极部、第二电极部、第三电极部及第四电极部的多个电极中的一部分电极用作检测电极，该检测电极检测伴随着压电体的变形而通过压电效应产生的电压，
在驱动上述反射镜部的过程中，从上述检测电极获得检测信号。
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