JP2014082464A - 圧電アクチュエータ及び光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧を低減させることが可能な圧電アクチュエータ及び光走査装置を提供する。
【解決手段】基板１１上に下部電極２０が形成され、下部電極２０上に圧電体１２が形成され、圧電体１２上に中間電極３０が形成され、中間電極３０上に圧電体１３が形成され、圧電体１３上に上部電極４０が形成された圧電アクチュエータ１０で、中間電極３０がグランドに接続され、上部電極４０と下部電極２０とに圧電アクチュエータ１０を駆動させる駆動信号が供給され、上部電極４０と下部電極２０は、駆動信号が供給されると、駆動信号の電圧にしたがって変位する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電アクチュエータと圧電アクチュエータを有する光走査装置に関する。

従来から、圧電体が電圧の印加により変形する現象を利用した圧電アクチュエータが知られている。

従来の圧電アクチュエータは、例えば特許文献１に記載されているように、圧電体が基板に設けられた構成である。圧電素子は、圧電体と、圧電体を挟むように設けられた一対の電極が設けられている。この圧電素子では、一対の電極に駆動電圧を印加することで、圧電体を変位させる。

特開２０１１−２１７４４７号公報

近年では、多くの電子機器において省電力化が求められている。例えば圧電アクチュエータが搭載される電子機器においても同様に、消費電力の低減が求められている。その一環として、例えば圧電アクチュエータの駆動電圧の低減も求められる。

本願は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、駆動電圧を低減させることが可能な圧電アクチュエータ及び光走査装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために以下の如き構成を採用した。

本発明の圧電アクチュエータは、複数層の圧電体（１２，１３）と、
前記複数層の圧電体（１２、１３）のそれぞれを挟むように形成された複数の電極（２０，３０，４０）と、
前記複数層の圧電体（１２，１３）と、前記複数の電極（２０，３０，４０）とがその上部に形成される基板（１１）と、を有する。

本発明の光走査装置は、ミラー（１１０）を支持するミラー支持部（１２０）を軸方向両側から捻れ梁（１３０Ａ，１３０Ｂ）により支持し、前記捻れ梁（１３０Ａ，１３０Ｂ）の捻れにより前記ミラー支持部（１２０）を軸周り方向に揺動させる光走査装置（１００）であって、
前記ミラー（１１０）及び前記ミラー支持部（１２０）を挟むように対をなして設けられた第１の駆動梁（１５０Ａ，１５０Ｂ）と、
前記第１の駆動梁（１５０Ａ，１５０Ｂ）の片側を前記捻れ梁と連結する連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）と、
前記ミラー（１１０）及び前記ミラー支持部（１２０）と、前記捻れ梁（１３０Ａ，１３０Ｂ）と、前記第１の駆動梁（１５０Ａ，１５０Ｂ）と、前記連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）とを取り囲む可動枠（１６０）と、を有し、
前記第１の駆動梁（１５０Ａ，１５０Ｂ）が有する第１の駆動源（１５１Ａ，１５１Ｂ）は、
複数層の圧電体（１２，１３）と、
前記複数層の圧電体（１２，１３）のそれぞれを挟むように形成された複数の電極（２０，３０，４０）と、
前記複数層の圧電体（１２，１３）と、前記複数の電極（２０，３０，４０）とがその上部に形成される基板（１１）と、を有する。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、駆動電圧を低減させることができる。

第一の実施形態の圧電アクチュエータの構成を説明する図である。 誘電特性を評価する際の圧電アクチュエータを説明する図である。 圧電アクチュエータにおいてＬＮＯ薄膜の膜厚を変化させた場合の誘電特性を示す図である。 駆動電圧と変化の関係を示す図である。 圧電アクチュエータに印加される駆動電圧を説明する図である。 第二の実施形態の光走査装置を説明する図である。 第二の実施形態の光走査制御装置を説明する図である。 第三の実施形態の圧電アクチュエータの構成を説明する図である。 第三の実施形態の光走査装置を説明する図である。 部分９１の拡大図である。 部分９２の拡大図である。 垂直方向の傾き具合を検出する圧電センサの出力波形を示す図である。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の圧電アクチュエータの構成を説明する図である。

本実施形態の圧電アクチュエータ１０は、基板１１上に下部電極２０が形成され、下部電極２０上に圧電体１２が形成されている。さらに本実施形態の圧電アクチュエータ１０は、圧電体１２上に中間電極３０が形成され、中間電極３０上に圧電体１３が形成され、圧電体１３上に上部電極４０が形成されている。

本実施形態の圧電アクチュエータ１０では、例えば中間電極３０がグランドに接続され、上部電極４０と下部電極２０とに圧電アクチュエータ１０を駆動させる駆動信号が供給される。上部電極４０と下部電極２０は、駆動信号が供給されると、駆動信号の電圧にしたがって変位する。

本実施形態の下部電極２０は、３層で形成される膜である。本実施形態の下部電極２０は、第一層２１、第二層２２、第三層２３により形成される。本実施形態の下部電極２０において第一層２１と第三層２３はＬＮＯ（LaNiO3）薄膜であり、それぞれの膜厚を例えば３０ｎｍとした。本実施形態の第二層２２はＰｔ薄膜であり、膜厚を例えば１５０ｎｍとした。

本実施形態の中間電極３０も同様に、３層で形成される膜である。本実施形態の中間電極３０は、第一層３１、第二層３２、第三層３３により形成される。本実施形態の中間電極３０において第一層３１と第三層３３はＬＮＯ（LaNiO3）薄膜であり、それぞれの膜厚を例えば８０ｎｍとした。本実施形態の第二層３２はＰｔ薄膜であり、膜厚を例えば１５０ｎｍとした。尚本実施形態の中間電極３０の第一層３１と第三層３３の膜厚は、８０ｎｍとしたが、これに限定されない。第一層３１と第三層３３の膜厚は、３０ｎｍ以上であれば良い。３０ｎｍとは、ＬＮＯ薄膜を均一に成膜するために必要となる厚さである。

本実施形態の上部電極４０は、２層で形成される膜である。本実施形態の上部電極４０は、第一層４１、第二層４２により形成される。本実施形態の上部電極４０において第一層４１はＬＮＯ（LaNiO3）薄膜であり、膜厚を例えば８０ｎｍとした。また第二層４２はＰｔ薄膜であり、膜厚を例えば１００ｎｍとした。

尚、本実施形態では、第一層２１，３１，４１および第三層２３，３３はＬＮＯ（LaNiO3）薄膜、第二層２２，３２，４２をPt薄膜として説明したが、これに限定されない。第一層２１，３１，４１および第三層２３，３３は、ペロブスカイト構造及び（１１０）配向を含んだ薄膜であればよく、例えばＳＲＯ（Sr2RuO4）などを用いてもよい。また、第二層２２，３２，４２はPt以外の白金族でもよく、例えばIr、Osを用いた薄膜としてもよい。

本実施形態の圧電体１２、１３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜である。圧電体１２は下部電極２０上に、圧電体１３は中間電極３０上に、それぞれがゾルゲル法を用いて形成される。また本実施形態の基板１１は、シリコンを用いた基板である。

本実施形態において、下部電極２０と中間電極３０とは、それぞれの上層に形成される圧電体１２、１３を結晶化させるため、基板１１の温度を５００度以上にしてＬＮＯの面内垂直方向の結晶方位を(１１０)優先配向させるようにスパッタリングにより成膜する。本実施形態では、この条件で下部電極２０と中間電極３０とを形成することでＰＺＴ薄膜を結晶化させて良好な圧電特性を得ることができ、駆動電圧を低減することができる。

本実施形態において下部電極２０の第三層２３と、中間電極３０の第三層３３とは、それぞれの上層にある圧電体１２、１３を結晶化させる。また本実施形態において中間電極３０の第一層３１と、上部電極４０の第一層４１は、それぞれの下層にある圧電体１２、１３の酸化を抑制している。

次に本実施形態の圧電アクチュエータ１０の誘電特性について説明する。図２は、誘電特性を評価する際の圧電アクチュエータを説明する図である。

本実施形態では、図２に示すように圧電アクチュエータ１０の各電極を接続して誘電特性を評価した。図２に示す圧電アクチュエータ１０では、下部電極２０、中間電極３０、上部電極４０上のそれぞれに接続用の電極２５、３５、４５を形成した。図２の例では、電極２５と電極３５との接続点と、電極４５との間にＡＣ電源５０を接続した。ＡＣ電源５０は、圧電アクチュエータ１０に駆動電圧を供給する。

図３は、圧電アクチュエータにおいてＬＮＯ薄膜の膜厚を変化させた場合の誘電特性を示す図である。本実施形態では、ＬＮＯ薄膜の膜厚が３０ｎｍ以上１００ｎｍ以内の範囲において、圧電アクチュエータ１０の飽和分極値Ｐｍ、残留分極値Ｐｒ、抗電界Ｅｃの値の変化が小さく、誘電特性が安定していると言える。

したがって本実施形態では、ＬＮＯ薄膜の膜厚を３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内で最も薄い３０ｎｍとした。尚本実施形態のＬＮＯ薄膜の膜厚は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であれば良い。

次に本実施形態の圧電アクチュエータ１０に印加される駆動電圧と変位について説明する。図４は、駆動電圧と変化の関係を示す図である。

図４では、従来の圧電体が単層のアクチュエータで作成したカンチレバーにおける駆動電圧と振れ量（変位）との関係と、圧電アクチュエータ１０で作成したカンチレバーにおける駆動電圧と振れ量（変位）との関係とを示している。

図４において、点線は従来の圧電アクチュエータで作成したカンチレバーの駆動電圧と振れ量との関係を示し、実線は本実施形態の圧電アクチュエータ１０で作成したカンチレバーの駆動電圧と振れ量との関係を示す。また図４における駆動電圧は、２５０Ｈｚの交流電圧であり、振れ量はドップラー振動計等により測定した値である。

図４からわかるように、本実施形態の圧電アクチュエータ１０で作成したカンチレバーでは、従来の圧電アクチュエータで作成したカンチレバーと比較して、約半分の駆動電圧で同量の振れ量を得ることができる。具体的には例えば、４ｕｍの振れ量を得る場合、従来の圧電アクチュエータで作成したカンチレバーでは、約４５Ｖの駆動電圧が必要となる。これに対して圧電アクチュエータ１０で作成したカンチレバーでは、約２０Ｖの駆動電圧で４ｕｍの振れ量を得ることができる。したがって本実施形態の圧電アクチュエータ１０では、駆動電圧を低減させることができる。

図５は、圧電アクチュエータに印加される駆動電圧を説明する図である。図５において、点線の波形は従来の圧電アクチュエータに印加される駆動電圧を示しており、実線の波形は本実施形態の圧電アクチュエータ１０に印加される駆動電圧を示している。

図５において圧電アクチュエータ１０に印加される駆動電圧の振幅値をＶ１とし、従来の圧電アクチュエータに印加される駆動電圧の振幅値をＶ２とした場合、振幅値Ｖ１は、Ｖ２／２程度となる。

したがって本実施形態の圧電アクチュエータ１０は、従来の圧電体が単層のアクチュエータと比べて駆動電圧を約半分程度まで低減できる。

尚本実施形態の圧電アクチュエータ１０の圧電体を２層としたが、これに限定されない。本実施形態の圧電アクチュエータ１０では、圧電体を４層としても良いし６層としても良い。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態の第二の実施形態は、第一の実施形態の圧電アクチュエータ１０を用いた光走査装置である。本発明の第二の実施形態において、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図６は、第二の実施形態の光走査装置を説明する図である。

本実施形態の光走査装置１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０と、を備えている。また本実施形態の第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを備える。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを備える。

本実施形態のミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。このスリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化および応力緩和しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。

本実施形態に係る光走査装置１００において、ミラー支持部１２０の表面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０に取り囲まれている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの片側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａのもう片側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂのもう片側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの表面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの表面上に形成された下部電極２０、圧電体１２、中間電極３０、圧電体１３、上部電極４０により構成される。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂでは、下部電極２０及び上部電極４０と、中間電極３０とに印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。このため第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動し、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動してよい。

また可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの表面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位毎に駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの表面上に形成された下部電極２０、圧電体１２、中間電極３０、圧電体１３、上部電極４０により構成される。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの表面上に形成された下部電極２０、圧電体１２、中間電極３０、圧電体１３、上部電極４０により構成される。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂでは、矩形単位毎に隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、水平方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動が用いられてもよい。

例えば駆動源１７１Ｂを左側から可動枠１６０に向かって並ぶ駆動源を駆動源１７１ＤＬ、１７１ＣＬ、１７１ＢＬ、１７１ＡＬを含むものとし、右側の駆動源１７１Ａを可動枠１６０から右側に向かって並ぶ駆動源１７１ＡＲ、１７１ＢＲ、１７１ＣＲ、１７１ＤＲを含むものとした場合、駆動源１７１Ａｘと駆動源１７１Ｃｘ（４本）を同波形、駆動源１７１Ｂｘ、駆動源１７１Ｄｘ（４本）を前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ遥動することができる。尚本実施形態の駆動源１７１Ａｘ、１７１Ｂｘ、１７１Ｃｘ、１７１Ｄｘも、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂと同様に、複数層の圧電体１２、１３と、下部電極２０、中間電極３０、上部電極４０を有する。

本実施形態の光走査装置１００では、以上のように駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、１７１Ａ、１７１Ｂを第一の実施形態で説明した圧電体を二層とした圧電アクチュエータ１０とした。本実施形態では、この構成により、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、１７１Ａ、１７１Ｂに供給する駆動電圧を半減させることができる。

また本実施形態の光走査装置１００では、ミラー１１０が水平方向に遥動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出する圧電センサ１９１が連結梁１４０Ｂに設けられている。

本実施形態では、圧電センサ１９１を用いてミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出し、検出した結果に基づき駆動電圧が制御されても良い。本実施形態の光走査装置１００では、圧電センサ１９１を駆動させる圧電センサ用駆動電圧を供給する駆動配線と、圧電センサ１９１から引き出されたセンサ配線とが形成される。駆動配線とセンサ配線とは、端子群ＴＡ又はＴＢに接続される。端子群ＴＡ，ＴＢは、光走査装置１００と、後述する光走査制御装置２００とを接続する端子である。

尚本実施形態では、ミラー１１０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する圧電センサ１９５が、第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに設けられていても良い。

次に図７を参照して本実施形態の光走査制御装置２００について説明する。図７は、第二の実施形態の光走査制御装置を説明する図である。

本実施形態の光走査制御装置２００は、光走査装置１００、フロントエンドＩＣ（Integrated Circuit）４００、ＬＤ（Laser Diode）４４０、ミラードライバＩＣ５００を有する。

本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、入力されたビデオ信号に信号処理を施し、ＬＤ４４０へ供給する。また本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、ミラー１１０の揺動を制御する信号を光走査装置１００へ供給する。

本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、ビデオ信号処理部４１０、ＬＤドライバ４２０、ミラー制御部４３０を有する。ビデオ信号処理部４１０は、入力されたビデオ信号に含まれる同期信号と、輝度信号及び色度信号とを分離する処理を行う。ビデオ信号処理部４１０は、輝度信号及び色度信号をＬＤドライバ４２０へ供給し、同期信号をミラー制御部４３０へ供給する。

ＬＤドライバ４２０は、ビデオ信号処理部４１０から出力された信号に基づき、ＬＤ４４０を制御する。

ミラー制御部４３０は、ミラードライバＩＣ５００から出力される圧電センサ１９１の出力と、同期信号とに基づきミラー１１０の揺動を制御する。より具体的にはミラー制御部４３０は、ミラードライバＩＣ５００を介して光走査装置１００の駆動源１５１Ａ，Ｂの駆動電圧（以下、駆動信号）を出力する。

本実施形態のミラードライバＩＣ５００は、位相反転部５１０、５１１、ノイズ除去部６００を有する。

位相反転部５１０、５１１は、ミラー制御部４３０から出力される駆動信号の位相を反転させる。具体的には位相反転部５１０は、駆動源１５１Ａに供給される駆動信号の位相を反転させて駆動源１５１Ｂに供給される駆動信号とする。また位相反転部５１１は、駆動源１７１Ａに供給される駆動信号の位相を反転させて駆動源１７１Ｂに供給される駆動信号とする。

本実施形態のノイズ除去部６００は、圧電センサ１９１の出力に重畳したノイズ成分を低減する。圧電センサ１９１の出力に重畳したノイズ成分とは、駆動配線の長さや配線の間隔により微妙に生じるクロストーク成分であり、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂ，１７１Ａ，１７１Ｂに供給される駆動信号から受ける成分である。

尚ノイズ除去部６００は、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂに供給される駆動信号から受けるノイズ成分を除去するものである。本実施形態の光走査制御装置２００では、図示していないが、駆動源１７１Ａ，１７１Ｂに供給される駆動信号から受けるノイズ成分を除去するノイズ除去部を有するものとした。駆動源１７１Ａ，１７１Ｂに対応したノイズ除去部は、ノイズ除去部６００と同様の構成である。

本実施形態のノイズ除去部６００は、ゲイン・位相調整部５２０、５３０、加算回路５４０、バッファ５５０、減算回路５６０を有する。

ゲイン・位相調整部５２０、５３０は、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれに供給される駆動信号から、圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。以下の説明では、駆動源１５１Ａに供給される駆動信号を駆動信号１とし、駆動源１５１Ｂに供給される駆動信号を駆動信号２とする。

本実施形態のゲイン・位相調整部５２０は、駆動信号１を駆動源１５１Ａに印加した場合に圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。本実施形態のゲイン・位相調整部５３０は、駆動信号２を駆動源１５１Ｂに印加した場合に圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。

加算回路５４０は、ゲイン・位相調整部５２０、５３０の出力を加算し、加算結果を反転させる。本実施形態では、ゲイン・位相調整部５２０、５３０の出力を加算して反転させることで、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれに駆動信号１と駆動信号２を同時に供給したと場合に、圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。

バッファ５５０は、圧電センサ１９１の出力を増幅させる。尚本実施形態では、光走査装置１００に設けられた圧電センサは圧電センサ１９１のみとした。圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。

減算回路５６０は、バッファ５５０の出力から加算回路５４０の出力を減算する。本実施形態のバッファ５５０の出力は、圧電センサ１９１の出力にノイズが重畳した信号である。また加算回路５４０の出力は、圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分である。よってバッファ５５０の出力から加算回路５４０の出力を減算することで、圧電センサ１９１の出力からノイズ成分を除去することができる。減算回路５６０の出力は、ノイズ除去部６００の出力としてフロントエンドＩＣ４００のミラー制御部４３０に供給される。ミラー制御部４３０は、ノイズ除去部６００の出力に基づき、駆動信号を出力する。

本実施形態では、このように駆動信号を制御することで、ミラー１１０の揺動を制御することができる。

尚本実施形態では、圧電センサ１９１も、下部電極２０と、圧電体１２と、中間電極３０と、圧電体１３と、上部電極４０とを有する構成であっても良い。

以上のように本実施形態の光走査制御装置２００では、光走査装置１００の駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、１７１Ａ、１７１Ｂを第一の実施形態で説明した圧電アクチュエータ１０の構成とすることで、光走査装置１００へ供給する駆動電圧を低減できる。また本実施形態では、例えば圧電センサ１９１も第一の実施形態の圧電アクチュエータ１０の構成とすることで、センサ出力を増加させることが可能となる。さらに本実施形態では、センサ出力からノイズ成分を除去するため、精度の高いセンサ出力を得ることができる。

（第三の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態の第三の実施形態は、圧電アクチュエータにおいて、上部電極及び下部電極を基板と接続した点が第一及び第二の実施形態と相違する。以下の第三の実施形態の接続では、第一の実施形態との相違点について接続し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図８は、第三の実施形態の圧電アクチュエータの構成を説明する図である。本実施形態の圧電アクチュエータ１０Ａでは、上部電極４０と下部電極２０とがグランドに接続され、中間電極３０に圧電アクチュエータ１０Ａを駆動させる駆動信号が供給される。中間電極３０は、駆動信号が供給されると、駆動信号の電圧にしたがって変位する。

また本実施形態の圧電アクチュエータ１０Ａでは、上部電極４０及び下部電極２０が、配線６０により基板１１に接続されている。本実施形態の上部電極４０には接続用の電極６１が形成され、下部電極２０には接続用の電極６２が形成されている。また本実施形態の基板６３には、接続用の電極６３が形成されている。本実施形態の上部電極４０及び下部電極２０と、基板１１とは、それぞれに設けられた電極６１、６２及び６３と配線６０により接続されている。

以下に図９を参照して本実施形態の圧電アクチュエータ１０Ａを用いた光走査装置について説明する。図９は、第三の実施形態の光走査装置を説明する図である。

本実施形態では、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動信号を供給する駆動配線により生じるノイズ成分が、基板１１を介して圧電センサ１９５の出力に重畳される点に着目し、ノイズを低減すべく駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに圧電アクチュエータ１０Ａを適用した。

すなわち本実施形態の駆動源１７１Ａ、１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの表面上に形成された下部電極２０及び上部電極４０が配線６０により基板１１と接続される。

本実施形態の光走査装置１００Ａでは、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに本実施形態の圧電アクチュエータ１０Ａを適用することで、垂直方向の傾き具合を検出する圧電センサ１９５の出力に重畳されたノイズを低減する。尚本実施形態のノイズ成分とは、例えば駆動信号を供給する駆動配線の長さや配線の間隔により微妙に生じるクロストーク成分等である。

以下に、図９に示す部分９１と部分９２を拡大図である図１０と図１１とを参照して、本実施形態の配線６０について説明する。

図１０は、部分９１の拡大図である。

図１０では、駆動源１７１Ｂに含まれる駆動源１７１ＢＬと駆動源１７１ＣＬの上部電極４０及び下部電極２０を基板１１に接続する配線６０ＢＣを示している。

駆動源１７１ＢＬは、上部電極４０Ｂと下部電極２０Ｂを有する。上部電極４０Ｂは、コンタクトホール６１Ｂを介して配線６０ＢＣと接続される。下部電極２０Ｂは、コンタクトホール６２Ｂを介して配線６０ＢＣと接続される。また上部電極４０Ｂと下部電極２０Ｂとを接続した配線６０ＢＣは、コンタクトホール６３ＢＣにより基板１１と接続される。

駆動源１７１ＣＬは、上部電極４０Ｃと下部電極２０Ｃを有する。上部電極４０Ｃは、コンタクトホール６１Ｃを介して配線６０ＢＣと接続される。下部電極２０Ｃは、コンタクトホール６２Ｃを介して配線６０ＢＣと接続される。また上部電極４０Ｃと下部電極２０Ｃとを接続した配線６０ＢＣは、コンタクトホール６３ＢＣにより基板１１と接続される。

したがって駆動源１７１ＢＬと駆動源１７１ＣＬでは、それぞれの有する上部電極４０及び下部電極２０が配線６０ＢＣにより基板１１に接続され、上部電極４０及び下部電極２０が基板１１と同電位となる。

図１１は、部分９２の拡大図である。

図１１では、駆動源１７１ＡＬと駆動源１７１ＢＬのそれぞれの上部電極４０及び下部電極２０を基板１１に接続する配線６０ＡＢを示している。また図１１では、駆動源１７１Ｂに含まれる駆動源１７１ＣＬと駆動源１７１ＤＬのそれぞれの上部電極４０及び下部電極２０を基板１１に接続する配線６０ＣＤを示している。

駆動源１７１ＡＬは、上部電極４０Ａと下部電極２０Ａを有する。上部電極４０Ａは、コンタクトホール６１ａを介して配線６０ＡＢと接続される。下部電極２０Ａは、コンタクトホール６２ａを介して配線６０ＡＢと接続される。また上部電極４０Ａと下部電極２０Ａとを接続した配線６０ＡＢは、コンタクトホール６３ＡＢにより基板１１と接続される。

また駆動源１７１ＢＬにおいて、上部電極４０Ｂは、コンタクトホール６１ｂを介して配線６０ＡＢと接続され、下部電極２０Ｂはコンタクトホール６２ｂを介して配線６０ＡＢと接続される。

したがって駆動源１７１ＡＬと駆動源１７１ＢＬでは、それぞれの有する上部電極４０及び下部電極２０が配線６０ＡＢにより基板１１に接続され、上部電極４０及び下部電極２０が基板１１と同電位となる。

駆動源１７１ＤＬは、上部電極４０Ｄと下部電極２０Ｄを有する。上部電極４０Ｄは、コンタクトホール６１ｄを介して配線６０ＣＤと接続される。下部電極２０Ｄは、コンタクトホール６２ｄを介して配線６０ＣＤと接続される。また上部電極４０Ｄと下部電極２０Ｄとを接続した配線６０ＣＤは、コンタクトホール６３ＣＤにより基板１１と接続される。

また駆動源１７１ＣＬにおいて、上部電極４０Ｃは、コンタクトホール６１ｃを介して配線６０ＣＤと接続され、下部電極２０Ｃはコンタクトホール６２ｃを介して配線６０ＣＤと接続される。

したがって駆動源１７１ＣＬと駆動源１７１ＤＬでは、それぞれの有する上部電極４０及び下部電極２０が配線６０ＣＤにより基板１１に接続され、上部電極４０及び下部電極２０が基板１１と同電位となる。

また本実施形態では、駆動源１７１ＢＬの上部電極４０Ｂは、複数のコンタクトホール６１Ｂ，６１ｂを介して基板１１と接続され、下部電極２０Ｂは、複数のコンタクトホール６２Ｂ，６２ｂを介して基板１１と接続される。本実施形態の駆動源１７１ＣＬは、上部電極４０Ｃは、複数のコンタクトホール６１Ｃ，６１ｃを介して基板１１と接続されて、下部電極２０Ｃは、複数のコンタクトホール６２Ｃ，６２ｃを介して基板１１と接続される。

本実施形態では、以上のように１つの圧電アクチュエータ１０Ａにおいて、上部電極４０及び下部電極２０と基板１１との接続部を複数設けることで、接続部に電気抵抗が偏って発生することを抑制できる。

図１２は、垂直方向の傾き具合を検出する圧電センサの出力波形を示す図である。

図１２（Ａ−１），（Ａ−２）は、駆動電圧のピーク間の電位差を１０Ｖｐ−ｐとした場合の圧電センサ１９５の出力波形を示す。図１２（Ｂ−１），（Ｂ−２）は、駆動電圧のピーク間の電位差を２０Ｖｐ−ｐとした場合の圧電センサ１９５の出力波形を示す。図１２（Ｃ−１），（Ｃ−２）は、駆動電圧のピーク間の電位差を４０Ｖｐ−ｐとした場合の圧電センサ１９５の出力波形を示す。

図１２（Ａ−１），（Ｂ−１），（Ｃ−１）は、圧電アクチュエータ１０Ａを適用しない場合を示しており、図１２（Ａ−２），（Ｂ−２），（Ｃ−２）は、圧電アクチュエータ１０Ａを適用した場合を示している。

圧電センサ１９５の出力波形は、図１２（Ａ−１），（Ｂ−１），（Ｃ−１）に示すように、駆動電圧が大きくなるにつれて、歪みが発生する。

これに対して圧電アクチュエータ１０Ａを適用した場合の出力波形は、図１２（Ａ−２），（Ｂ−２），（Ｃ−２）に示すように、歪みは発生しない。

したがって本実施形態の光走査装置１００Ａでは、圧電センサ１９５の出力に重畳されるノイズ成分が低減されることがわかる。

尚本実施形態では、圧電アクチュエータ１０Ａの上部電極４０及び下部電極２０を基板１１と接続するものとして説明したが、これに限定されない。例えば中間電極３０をグランドとして基板１１に接続し、上部電極４０及び下部電極２０に駆動信号を供給しても良い。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０、１０Ａ 圧電アクチュエータ
１１ 基板
１２、１３ 圧電体
２０ 下部電極
３０ 中間電極
４０ 上部電極
１００、１００Ａ 光走査装置
１１０ ミラー
２００ 光走査制御装置

Claims (11)

1. 複数層の圧電体と、
   前記複数層の圧電体のそれぞれを挟むように形成された複数の電極と、
   前記複数層の圧電体と、前記複数の電極とがその上部に形成される基板と、を有する圧電アクチュエータ。
2. 前記複数の電極は、それぞれが複数層で形成される膜である請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記複数層の圧電体は、少なくとも第一の圧電体と第二の圧電体と、を有し、
   前記複数の電極は、
   前記基板の上に形成される下部電極と、
   前記下部電極上に形成される前記第一の圧電体の上部に形成される中間電極と、
   前記中間電極上に形成される前記第二の圧電体の上部に形成される上部電極と、を含む請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記下部電極と前記中間電極とは、それぞれが３層で形成される膜であり、
   前記上部電極は、２層で形成される膜である請求項３記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記下部電極及び前記中間電極において、
   前記基板側に形成される第一層はペロブスカイト構造で、かつ（１１０）配向を含む薄膜であり、
   前記第一層上に形成される第二層は白金族からなる薄膜であり、
   前記第二層上に形成される第三層はペロブスカイト構造で、かつ（１１０）配向を含む薄膜である請求項４記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記複数の電極のうち、グランドに接続された電極と、前記基板とが接続された請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
7. グランドに接続された前記上部電極と前記下部電極とを、前記基板に接続する配線を備える請求項３乃至６のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
8. ミラーを支持するミラー支持部を軸方向両側から捻れ梁により支持し、前記捻れ梁の捻れにより前記ミラー支持部を軸周り方向に揺動させる光走査装置であって、
   前記ミラー及び前記ミラー支持部を挟むように対をなして設けられた第１の駆動梁と、
   前記第１の駆動梁の片側を前記捻れ梁と連結する連結梁と、
   前記ミラー及び前記ミラー支持部と、前記捻れ梁と、前記第１の駆動梁と、前記連結梁とを取り囲む可動枠と、を有し、
   前記第１の駆動梁が有する第１の駆動源は、
   複数層の圧電体と、
   前記複数層の圧電体のそれぞれを挟むように形成された複数の電極と、
   前記複数層の圧電体と、前記複数の電極とがその上部に形成される基板と、を有する光走査装置。
9. 前記可動枠を挟むように対をなし、一端が前記可動枠に連結され、前記軸周りと直交する方向に前記ミラー及び前記ミラー支持部を揺動させる第２の駆動梁を有し、
   前記第２の駆動梁が有する第２の駆動源は、
   複数層の圧電体と、
   前記複数層の圧電体のそれぞれを挟むように形成された複数の電極と、
   前記複数層の圧電体と、前記複数の電極とがその上部に形成される基板と、を有する請求項８記載の光走査装置。
10. 前記複数の電極のうち、グランドに接続された電極と、前記基板とが接続された請求項８乃至９の何れか一項に記載の光走査装置。
11. 前記複数層の圧電体は、少なくとも第一の圧電体と第二の圧電体と、を有し、
    前記複数の電極は、
    前記基板の上に形成される下部電極と、
    前記下部電極上に形成される前記第一の圧電体の上部に形成される中間電極と、
    前記中間電極上に形成される前記第二の圧電体の上部に形成される上部電極と、を含み、
    前記上部電極及び前記下部電極はグランドに接続され、
    前記上部電極及び前記下部電極を前記基板に接続する配線を備える請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の光走査装置。

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