微镜器件及微镜器件的驱动方法与流程

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1.本发明涉及一种微镜器件及微镜器件的驱动方法。

背景技术：

2.作为使用硅(si)的微加工技术制作的微机电系统(micro electro mechanical systems：mems)器件之一，已知一种微镜器件(还称为微扫描器。)。该微镜器件小型且功耗低，因此期待在使用激光的平视显示器、视网膜显示器等中的应用。
3.作为用于显示图像的光扫描方式，相对于迄今为止较为普遍的光栅扫描方式，通过对水平轴及垂直轴这两个轴均进行正弦驱动而描绘利萨茹波形来覆盖画面的利萨茹扫描方式备受关注。利萨茹扫描方式中，激光驱动器的算法虽复杂，但能够将反射镜小型化，并且能够抑制驱动功耗，同时实现宽视角。
4.微镜的驱动方式有多种，但利用压电体的变形的压电驱动方式与其他方式相比，所产生的扭矩更高，可获得高扫描角，因此被看好。
5.日本专利第6092713号公报及国际公开第2016/052547号中公开了一种压电方式的反射镜器件，其中，反射镜部经由扭力杆与一对半环状压电致动器连接，从而使反射镜部能够以扭力杆为轴旋转振动。日本专利第6092713号公报及国际公开第2016/052547号中公开了一种方法，其对应于使反射镜部振动时在半环状压电致动器中产生的应力分布来分割配置压电膜，并对分割配置的各压电膜分别施加适当的极性的驱动信号，由此有效地驱动反射镜。
6.然而，日本专利第6092713号公报及国际公开第2016/052547号中公开的反射镜器件只能在一个轴向上进行扫描，因此无法以一个芯片显示图像。为了使用日本专利第6092713号公报及国际公开第2016/052547号中公开的反射镜器件来实现2轴扫描(二维扫描)，需要与用于实现向另一轴向的位移的另一器件进行组合，存在导致系统大型化的问题。
7.另一方面，日本专利第5151065号公报、日本专利第4984117号公报及日本特开2018
‑
041085号公报中提出了一种压电驱动方式的光扫描仪，其作为微镜器件能够进行二维扫描。
8.日本专利第5151065号公报中公开了一种光扫描仪，其具有如下结构：反射镜部经由沿着第1轴的第1连接部与可动框连接，可动框经由压电致动器与包围可动框的固定框连接。可动框与压电致动器通过沿着与第1轴正交的第2轴的第2连接部连接，进而压电致动器通过沿着第1轴的第3连接部与固定框连接。夹着反射镜部配置于轴上的两个第3连接部上分别连接有一对可动部，通过共四个可动部使反射镜部针对每个可动框绕两个轴振动，由此实现光的二维扫描动作。
9.日本专利第4984117号公报中公开了一种光扫描仪，其具备：反射镜部；第1致动器部，以包围反射镜部的方式配置且经由沿着第1轴延伸的第1扭力杆与反射镜部连接；内部可动框，配置于第1致动器部的外侧且在第1扭力杆的轴上与第1致动器连接；及第2致动器
部，以包围内部可动框的方式配置且经由第2扭力杆与内部可动框连接。第1致动器对反射镜部施加绕第1轴的扭矩，第2致动器对反射镜部施加绕第2轴的扭矩，由此实现光的二维扫描动作。
10.日本特开2018
‑
41085号公报中公开了如下结构：反射镜部经由第1扭力杆与包围反射镜部的第1框架装置(可动框)连接，第1框架装置通过第2扭力杆与包围第1框架装置的致动器结构体连接，进而致动器结构体通过第3扭力杆与包围致动器结构体的第2框架装置连接。致动器结构体上设置有与第1轴及第2轴对称的四个可动部，反射镜部通过该四个可动部以两个轴为中心转动来实现光的二维扫描动作。

技术实现要素：

11.发明要解决的技术课题
12.根据日本专利第5151065号公报、日本专利第4984117号公报及日本特开2018
‑
041085号公报，能够通过一个芯片来进行二维扫描。日本专利第5151065号公报、日本专利第4984117号公报及日本特开2018
‑
041085号公报的光扫描仪均具备与反射镜部连接的可动框。通过具备该可动框，可获得如下振动绝缘的效果：不使其内侧的振动能量泄漏到外侧或不使外侧的振动能量泄漏到内侧。即，通过具备可动框，具有能够减小扫描时两个轴之间的串扰的优点。然而，可动框本身无法产生驱动力，因此存在能量效率差的问题。其结果，未能充分享受使用压电致动器时低功耗的优点。
13.为了实现显示高清图像的实用的系统，除能够通过一个芯片来进行二维扫描以外，还需要两个扫描轴均兼顾高驱动频率和宽扫描角度。为此，将动力更有效地传递给反射镜的致动器结构是必不可少的。如上所述，在日本专利第5151065号公报、日本专利第4984117号公报及日本特开2018
‑
041085号公报的结构中，效率化并不充分。
14.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够进行二维扫描且驱动效率高的微镜器件及微镜器件的驱动方法。
15.用于解决技术课题的手段
16.用于解决上述问题的具体方法包括以下方式。
17.＜1＞一种微镜器件，其具备：
18.反射镜部，具有反射入射光的反射面；
19.第1致动器，设置于反射镜部的外侧；
20.第2致动器，设置于第1致动器的外侧；
21.第1连接部，连接反射镜部和第1致动器，并且将反射镜部支承为能够在第1轴上转动；
22.第2连接部，连接第1致动器和第2致动器，并且将第1致动器支承为能够在与第1轴交叉的第2轴上转动；及
23.第3连接部，将第2致动器可转动地连接至设置于第2致动器的外周的固定部，
24.第1致动器及第2致动器为如下微镜器件：使绕第1轴的旋转扭矩作用于反射镜部，并且使绕第2轴的旋转扭矩作用于反射镜部及第1致动器，由此绕第1轴及第2轴二维旋转驱动反射镜部
25.第1致动器及第2致动器分别为具备在振动板上层叠有下部电极、压电膜及上部电
极的压电元件的压电致动器，
26.各压电元件的各上部电极由以第1应力反转区域及第2应力反转区域分离的多个个别电极部构成，并且该各压电元件包括由多个个别电极部分别规定的多个压电部，该第1应力反转区域中，在以使反射镜部绕第1轴产生倾斜位移的第1共振模式驱动时的最大位移状态下，在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转，该第2应力反转区域中，在以使反射镜部绕第2轴产生倾斜位移的第2共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转。
27.＜2＞根据＜1＞所述的微镜器件，其中，
28.第3连接部在第2轴上与第2致动器的外周连接。
29.＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的微镜器件，其中，
30.第1致动器包括一对半环状的第1可动部，
31.第2致动器包括一对半环状的第2可动部，
32.第1连接部在第1轴上分别连接反射镜部和一对第1可动部的各一端及反射镜部和一对第1可动部的各另一端，
33.第2连接部在第2轴上分别连接一对第1可动部中的一个和一对第2可动部的各一端及一对第1可动部中的另一个和一对第2可动部的各另一端。
34.＜4＞根据＜1＞或＜2＞所述的微镜器件，其中，
35.第1致动器包括一对半环状的第1可动部，
36.第1连接部在第1轴上分别连接反射镜部和一对第1可动部的各一端及反射镜部和一对第1可动部的各另一端，
37.第2致动器包括一对板状的第2可动部和一对板状的第3可动部，
38.第2连接部在第2轴上分别连接一对第1可动部中的一个和一对第2可动部的各一端及一对第1可动部中的另一个和第3可动部的各一端。
39.＜5＞根据＜1＞至＜4＞中任一项所述的微镜器件，其具备驱动电路，
40.该驱动电路用于对第1致动器及第2致动器的压电元件输入驱动信号。
41.＜6＞根据＜5＞所述的微镜器件，其中，
42.驱动电路对第1致动器及第2致动器各自的压电元件输入以使反射镜部绕第1轴倾斜振动的第1共振模式驱动并且以使反射镜部及第1致动器绕第2轴倾斜振动的第2共振模式驱动的驱动信号。
43.＜7＞根据＜6＞所述的微镜器件，其中，
44.驱动电路分别对各压电元件的多个压电部输入叠加第1驱动信号和第2驱动信号而得的驱动信号，该第1驱动信号中，施加于在以第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形和施加于位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系，该第2驱动信号中，施加于在以第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形和施加于位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系。
45.＜8＞根据＜6＞或＜7＞所述的微镜器件，其中，
46.驱动电路根据多个压电部各自的配置分别对多个压电部施加由下述式(1)表示的
驱动信号vxy作为驱动信号，
47.vxy＝α1v1sin(2πf1t+β1π)+α2v2sin(2πf2t+β2π)
ꢀꢀꢀ
(1)
48.在此，xy为分别确定多个压电部的符号，v1、v2、α1、α2、β1、β2、f1、f2、t为针对各压电部的每一个设定的值，
49.v1：第1驱动信号的基本电压振幅值，
50.v2：第2驱动信号的基本电压振幅值，
51.α1：第1驱动信号用电压振幅校正系数，
52.α2：第2驱动信号用电压振幅校正系数，
53.β1：第1驱动信号用相位校正系数，
54.β2：第2驱动信号用相位校正系数，
55.f1：第1驱动信号的频率，
56.f2：第2驱动信号的频率，
57.t：时间。
58.＜9＞根据＜8＞所述的微镜器件，其中，
59.驱动电路施加驱动信号vxy，该驱动信号vxy中，使位于以第1共振模式驱动时的绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α1的值越大，并且使位于以第2共振模式驱动时的绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α2的值越大。
60.＜10＞根据＜6＞至＜9＞中任一项所述的微镜器件，其中，
61.第1共振模式为反射镜部和第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。
62.＜11＞根据＜6＞至＜10＞中任一项所述的微镜器件，其中，
63.第2共振模式为反射镜部及第1致动器和第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。
64.＜12＞一种微镜器件的驱动方法，其为＜1＞至＜6＞中任一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，
65.通过对第1致动器及第2致动器各自的压电元件施加驱动信号，激发使反射镜部绕第1轴倾斜振动的第1共振模式，并且激发使反射镜部及第1致动器绕第2轴倾斜振动的第2共振模式。
66.＜13＞根据＜12＞所述的微镜器件的驱动方法，其中，
67.分别对各压电元件的多个压电部施加叠加第1驱动信号和第2驱动信号而得的驱动信号作为驱动信号，该第1驱动信号中，施加于在以第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形和施加于位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系，该第2驱动信号中，施加于在以第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形和施加于位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系。
68.＜14＞根据＜12＞或＜13＞所述的微镜器件的驱动方法，其中，
69.根据多个压电部各自的配置分别对多个压电部施加由下述式(1)表示的驱动信号
vxy作为驱动信号，
70.vxy＝α1v1sin(2πf1t+β1π)+α2v2sin(2πf2t+β2π)
ꢀꢀꢀ
(1)
71.在此，xy为分别确定多个压电部的符号，v1、v2、α1、α2、β1、β2、f1、f2、t为针对各压电部的每一个设定的值，
72.v1：第1驱动信号的基本电压振幅值，
73.v2：第2驱动信号的基本电压振幅值，
74.α1：第1驱动信号用电压振幅校正系数，
75.α2：第2驱动信号用电压振幅校正系数，
76.β1：第1驱动信号用相位校正系数，
77.β2：第2驱动信号用相位校正系数，
78.f1：第1驱动信号的频率，
79.f2：第2驱动信号的频率，
80.t：时间。
81.＜15＞根据＜14＞所述的微镜器件的驱动方法，其中，
82.在驱动信号vxy中，使位于以第1共振模式驱动时的绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α1的值越大，并且使位于以第2共振模式驱动时的绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α2的值越大。
83.＜16＞根据＜12＞至＜15＞中任一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，
84.作为第1共振模式，激发反射镜部和第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。
85.＜17＞根据＜12＞至＜16＞中任一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，
86.作为第2共振模式，激发第1致动器及反射镜部和第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。
87.发明效果
88.根据本发明，能够提供一种能够进行二维扫描且驱动效率高的微镜器件及微镜器件的驱动方法。
附图说明
89.图1是第1实施方式的微镜器件的侧视图。
90.图2是从反射镜部的反射面侧观看第1实施方式的微镜器件的俯视图，是表示压电膜的形成区域的图。
91.图3是从反射镜部的反射面侧观看第1实施方式的微镜器件的俯视图，是表示上部电极的个别电极部配置的图。
92.图4是图3的a
‑
b线端视图。
93.图5是示意地表示第1实施方式的微镜器件中的伴有绕第1轴的反射镜部倾斜振动的第1共振模式时的形状位移的图。
94.图6是表示因图5所示的第1共振模式时的形状位移而在第1致动器及第2致动器中产生的面内应力分布的图。
95.图7是示意地表示第1实施方式的微镜器件中的伴有绕第2轴的反射镜部倾斜振动
的第2共振模式时的形状位移的图。
96.图8是表示因图7所示的第2共振模式时的形状位移而在第1致动器及第2致动器中产生的面内应力分布的图。
97.图9是用于说明绕第1轴的驱动时的电压施加的图。
98.图10是表示绕第1轴的驱动时的施加驱动信号(电压波形)的图。
99.图11是用于说明绕第2轴的驱动时的电压施加的图。
100.图12是表示绕第2轴的驱动时的施加驱动信号(电压波形)的图。
101.图13是从反射镜部的反射面侧观看第2实施方式的微镜器件的俯视图，是表示压电膜的形成区域的图。
102.图14是从反射镜部的反射面侧观看第2实施方式的微镜器件的俯视图，是表示上部电极的个别电极部配置的图。
103.图15是示意地表示第2实施方式的微镜器件中的伴有绕第1轴的反射镜部倾斜振动的第1共振模式时的形状位移的图。
104.图16是表示因图15所示的第1共振模式时的形状位移而在第1致动器及第2致动器中产生的面内应力分布的图。
105.图17是示意地表示第2实施方式的微镜器件中的伴有绕第2轴的反射镜部倾斜振动的第2共振模式时的形状位移的图。
106.图18是表示因图17所示的第2共振模式时的形状位移而在第1致动器及第2致动器中产生的面内应力分布的图。
107.图19是用于说明绕第1轴的驱动时的驱动方法的图。
108.图20是用于说明绕第2轴的驱动时的驱动方法的图。
109.图21是表示微镜器件的设计变更例的图。
110.图22是规定实施例1的微镜器件的各部位的尺寸的图。
111.图23是表示参考例1的微镜器件的上部电极中的个别电极部的配置的图。
112.图24是用于说明参考例1的微镜器件的绕第1轴的驱动时的驱动方法的图。
113.图25是用于说明参考例1的微镜器件的绕第2轴的驱动时的驱动方法的图。
114.图26是表示参考例2的微镜器件的上部电极中的个别电极部的配置的图。
115.图27是用于说明参考例2的微镜器件的绕第1轴的驱动时的驱动方法的图。
116.图28是用于说明参考例2的微镜器件的绕第2轴的驱动时的驱动方法的图。
具体实施方式
117.以下，参考附图对本发明的具体实施方式进行说明。
118.[第1实施方式]
[0119]
图1是第1实施方式所涉及的微镜器件的侧视图。图2及图3是从反射镜部的反射面侧观看的俯视图，图2是表示压电膜形成区域的图，图3是表示上部电极形成区域的图。并且，图4是图3的a
‑
b线端视图。如图1～图3所示，本实施方式的微镜器件1具备反射镜部12、设置于反射镜部12的外侧的第1致动器14、设置于第1致动器14的外侧的第2致动器16、固定部20、第1连接部21、第2连接部22及第3连接部23。作为微镜器件的尺寸，例如通常长度及宽度尺寸为1mm～10mm左右，但也可以为大于或小于该尺寸的结构，并无特别限制。并且，可动
部的厚度通常为5μm～0.2mm左右，只要在可制作的范围内即可，并无特别限制。
[0120]
反射镜部12具有反射入射光的反射面12a。反射面12a由设置于反射镜部12的一个面上的例如au(金)及al(铝)等金属薄膜构成。用于形成反射面12a的反射镜涂层中使用的材料及膜厚并无特别限定，可以使用公知的反射镜材料(即，高反射率材料)来进行各种设计。
[0121]
在图1及图2中，例示了具有大致圆形的反射面12a且呈与反射面12a相似的平面形状的反射镜部12，但反射镜部12的平面形状可以与反射面12a的形状一致，也可以不同。反射镜部12及反射面12a的形状并无特别限定。也可以为椭圆形、正方形、矩形及多边形等各种形状，而不限于例示的大致圆形。
[0122]
第1连接部21连接反射镜部12和第1致动器14，并且将反射镜部12支承为能够绕第1轴a1转动。第1连接部21为夹着反射镜部12从反射镜部12的外周沿着第1轴a1对称地延伸设置至外侧的一对棒状部件。构成第1连接部21的一对棒状部件的各一端与反射镜部12的外周连接，各另一端与第1致动器14连接。
[0123]
第2连接部22在与第1轴a1交叉的第2轴a2上连接第1致动器14和第2致动器16，并且将第1致动器14支承为能够绕第2轴a2转动。第2连接部22为夹着第1致动器14从第1致动器14的外周沿着第2轴a2对称地延伸设置至外侧的一对棒状部件。构成第2连接部22的一对棒状部件的各一端与第1致动器14的外周连接，各另一端与第2致动器16连接。
[0124]
第3连接部23连接第2致动器16和固定部20，并且将第2致动器16支承为能够转动。第3连接部23为夹着第2致动器16从第2致动器16的外周沿着第2轴a2对称地延伸设置至外侧的一对棒状部件。构成第3连接部23的一对棒状部件的各一端与第2致动器的外周连接，各另一端与固定部20连接。
[0125]
通过上述结构，第3连接部23和第2连接部22设置于同一轴上。在此，第1轴a1和第2轴a2在反射镜部12的大致中心处相交。
[0126]
另外，第3连接部也可以为沿着第1轴a1设置且在第1轴上连接第2致动器16和固定部20的方式。但是，通过将第2连接部22和第3连接部23设置于相同的第2轴a2上，能够抑制共振时的非线性，因此更优选。此时，由于能够抑制共振时的非线性，因此容易控制光二维扫描，并且能够充分增大扫描的视角(即，扫描角度)。作为扫描角度，例如期待水平轴为40
°
以上，垂直轴为30
°
以上。
[0127]
固定部20经由第3连接部23支承第2致动器16。第2致动器16经由第2连接部22支承第1致动器14，进而第1致动器14经由第1连接部21支承反射镜部12，因此固定部20发挥经由第2致动器16间接支承第1致动器14及反射镜部12的部件的功能。并且，固定部20上设置有未图示的配线及电子电路等。
[0128]
在本例子中，固定部20为包围第2致动器16的框部件。固定部20只要为能够经由第3连接部23支承第2致动器16的结构，则并不限于框部件，也可以由与第3连接部23中的一个连接的第1固定部和与另一个连接的第2固定部这两个部件构成。
[0129]
只要第1致动器14配置于反射镜部12的外侧，并且能够使反射镜部12产生绕第1轴的旋转扭矩，则其形状并无限制，详细内容待留后述。在本实施方式中，第1致动器14为以包围反射镜部12的方式配置的环状部件。
[0130]
同样地，只要第2致动器16配置于第1致动器14的外周，并且能够使反射镜部12及
第1致动器14产生绕第2轴的旋转扭矩，则其形状并无限制。在本实施方式中，第2致动器16为以包围第1致动器14的方式配置的环状部件。
[0131]
在此，外侧以相对的含义使用，将从器件内的任意位置观看时远离反射镜部的中心的一侧定义为外侧，同样地，将从任意位置观看时朝向反射镜部的中心的一侧定义为内侧。
[0132]
并且，环状为不间断地包围内侧的区域的形状即可，内周及外周的形状可以不是圆形，也可以为矩形或多边形等任何形状。在本例中，第1及第2致动器为环状，但致动器的形状并不限于环状。
[0133]
第1致动器14及第2致动器16分别为具备压电元件的压电致动器。
[0134]
第1致动器14及第2致动器16使绕第1轴a1的旋转扭矩作用于反射镜部12，并且使绕第2轴a2的旋转扭矩作用于反射镜部12及第1致动器14。由此，绕第1轴a1及第2轴a2二维旋转驱动反射镜部12。使绕第1轴a1的旋转扭矩作用于反射镜部12的驱动力可以仅由第1致动器14产生，但也可以由第1致动器14及第2致动器16这两个产生。并且，使绕第2轴a2的旋转扭矩作用于反射镜部12及第1致动器14的驱动力可以仅由第2致动器16产生，也可以由第1致动器14及第2致动器16这两个产生。
[0135]
本微镜器件1通过二维旋转驱动反射镜部12，能够反射入射于反射镜部12的反射面12a的入射光来进行二维扫描(two
‑
dimensional scanning)。
[0136]
以下，为了方便说明，将反射镜部12的静止时的反射面12a的法线方向设为z轴方向，将与第1轴a1平行的方向设为y轴方向，将与第2轴a2平行的方向设为x轴方向。
[0137]
第1致动器14为在x
‑
y面内包围反射镜部12的环状的薄板部件。在本例子中，第1致动器14包括一对半环状的第1可动部14a、14b。并且，如图2所示，第1连接部21在第1轴a1上分别连接反射镜部12和一对第1可动部14a、14b各自的一端14aa、14ba及反射镜部12和一对第1可动部14a、14b各自的另一端14ab、14bb。即，一对第1可动部14a、14b配置成在第1轴a1上连接而整体呈环状。
[0138]
第2致动器16为在x
‑
y面内包围第1致动器14的环状的薄板部件。在本例子中，第2致动器16包括一对半环状的第2可动部16a、16b。并且，如图2所示，第2连接部22在第2轴a2上分别连接一对第1可动部14a、14b中的一个(在此为第1可动部14a)和一对第2可动部16a、16b各自的一端16aa、16ba及一对第1可动部14a、14b中的另一个(在此为第1可动部14b)和一对第2可动部16a、16b各自的另一端16ab、16bb。即，一对第2可动部16a、16b配置成在第2轴a2上连接而整体呈环状。
[0139]
在本例子的微镜器件1中，反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16、固定部20及第1～第3连接部21～23以线对称的结构配置于第1轴a1及第2轴a2上。通过这种对称结构，能够使旋转扭矩高效地作用于中央的反射镜部12。
[0140]
微镜器件1例如通过利用半导体制造技术进行加工，能够从硅基板制作成由反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16、固定部20及第1～第3连接部21～23等要素一体地构成的结构物。
[0141]
另外，反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16及第1～第3连接部21～23形成为比固定部20的厚度(z方向上的厚度)薄的厚度。由此，第1致动器14、第2致动器16、第1～第3连接部21～23成为容易变形(例如，弯曲变形及扭曲变形等)的结构。
[0142]
在第1致动器14中，一对第1可动部14a、14b上分别设置有压电元件34a、34b。并且，在第2致动器16中，一对第2可动部16a、16b上分别设置有压电元件36a、36b。在第1致动器14及第2致动器16中，压电膜的变形导致可动部弯曲位移而产生驱动力，该压电膜的变形由对压电元件34a、34b、36a、36b施加规定的电压而引起。
[0143]
微镜器件1中，通过第1致动器14及第2致动器16，以绕第1轴a1倾斜振动的第1共振模式驱动反射镜部12，并且以绕第2轴a2倾斜振动的第2共振模式驱动反射镜部12及第1致动器14。微镜器件1通过组合基于第1共振模式的驱动和基于第2共振模式的驱动，使反射镜部12绕第1轴及第2轴倾斜振动，从而能够进行光的二维扫描。
[0144]
压电元件34a、34b、36a、36b具有在可动部基材即振动板30上依次层叠有下部电极31、压电膜32及上部电极33的层叠结构(参考图4。)。在图2中，深阴影部表示压电膜32。即，图2中示出了第1致动器14及第2致动器16上的压电膜32的形成区域。并且，在图3中，深阴影部表示压电膜32，浅阴影部表示上部电极33。即，图3中示出了第1致动器14及第2致动器16上的上部电极33的形成区域。在此，上部电极及下部电极的“上部”及“下部”并不表示上下，只是将夹着压电膜的一对电极中设置于振动板侧的电极称为下部电极，将夹着压电膜与下部电极对置地配置的电极称为上部电极。
[0145]
另外，在本实施方式中，压电元件34a、34b、36a、36b设置于各可动部14a、14b、16a、16b的表面的几乎整个区域，但也可以设置于各可动部上的一部分区域。
[0146]
第1致动器14的第1可动部14a上的压电元件34a的上部电极33由六个个别电极部i7、i8、i9、i10、i11、i12构成。各个别电极部i7～i12彼此分离形成。同样地，第1致动器14的可动部14b上的压电元件34b的上部电极33由六个个别电极部i1、i2、i3、i4、i5、i6构成。各个别电极部i1～i6彼此分离形成。
[0147]
第2致动器16的可动部16a上的压电元件36a的上部电极33由四个个别电极部o1、o2、o7、o8构成。各个别电极部o1、o2、o7、o8彼此分离形成。同样地，第2致动器16的可动部16b上的压电元件36b的上部电极33由四个个别电极部o3、o4、o5、o6构成。各上部个别电极部o3～o6彼此分离形成。
[0148]
个别电极部i1～i12、o1～o8是以第1应力反转区域s1及第2应力反转区域s2分离的，该第1应力反转区域s1中，在以使反射镜部12绕第1轴a1产生倾斜振动的第1共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的绝对值最大的主应力成分的正负反转，该第2应力反转区域s2中，在以使反射镜部绕第2轴产生倾斜位移的第2共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的绝对值最大的主应力成分的正负反转。通过由多个个别电极部分离形成上部电极，能够针对每个由各个别电极部规定的压电部独立地进行电压的控制。由个别电极部、对置的下部电极及夹在个别电极部与下部电极之间的压电膜构成压电部。各个别电极部i1～i12、o1～o8及下部电极31经由各未图示的电极焊盘及配线与驱动电路连接。各主应力及应力反转区域待留后述。
[0149]
另外，在本实施方式中，压电膜32及下部电极31在多个压电部中形成为共用的膜，但压电膜32或压电膜32和下部电极31也可以按上部电极33的个别电极部分离。
[0150]
本发明的微镜器件为不具有导致质量增加的可动框(即，不具备压电膜而对驱动没有贡献的框)的结构，因此能够减小第2轴旋转时的惯性矩，并且能够提高共振频率。例如，能够实现水平轴为40khz以上且垂直轴为10khz以上的驱动频率。因此，能够对第1轴及
第2轴均进行高速的驱动。即，适合于对水平轴及垂直轴这两个轴均进行正弦驱动的利萨茹扫描。并且，第1及第2致动器均为具备压电元件的压电致动器，从而无需外接的驱动机构，因此能够将元件体积抑制得较小。由于不具有可动框(不具备压电元件而对驱动没有贡献)，因此驱动效率高，能够抑制功耗。
[0151]
图5是示意地表示反射镜部12以第1共振模式绕第1轴a1倾斜振动的状况的图，示出了反射镜部12以第1轴a1为中心，x轴方向上的一端x1向+z方向倾斜位移且x轴方向上的另一端x2向
‑
z方向倾斜位移的状态。在图5中，颜的深浅表示位移量。
[0152]
当反射镜部12以第1共振模式绕第1轴a1倾斜振动而如图5那样处于倾斜位移的状态时，第1致动器14及第2致动器16挠曲变形。并且，如图6所示，在第1致动器14及第2致动器16的压电膜上产生被施加拉伸方向上的应力(以下，称为拉伸应力。)σt的拉伸应力区域t1和被施加压缩方向上的应力(以下，称为压缩应力。)σc的压缩应力区域c1。在图6中，用浅灰示出了被施加拉伸应力的部分，用黑示出了被施加压缩应力的部分。另外，越是颜密度高的区域，表示应力越大。另外，在压电膜的各位置上产生的应力对应于振动而随时间变化。图6中示出了在以第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间在压电膜中产生的面内应力的状态。
[0153]
各部分是“压缩应力”还是“拉伸应力”由从彼此正交的三个主应力矢量中选取与压电膜的膜厚方向大致正交的平面内的两个主应力并以其中绝对值较大的方向(即，绝对值最大的主应力成分的方向)而定。在将膜厚方向采用为z轴的情况下，与膜厚方向大致正交的平面内的两个主应力为在x
‑
y平面内产生的应力。作为应力方向的标记方法，将朝向外侧的方向上的矢量定义为拉伸方向，将朝向内侧的方向上的矢量定义为压缩方向。
[0154]
如此定义的理由在于，通常，在压电mems器件中，致动器部的尺寸是平面性的，膜厚方向上的应力几乎可视为0。“尺寸是平面性的”表示，与平面方向上的尺寸相比，高度充分小。上述“x
‑
y平面”的面方向相当于“压电膜的与膜厚方向正交的面内方向”。关于应力，将向拉伸部件的方向施力的拉伸应力σt定义为正，将向压缩方向施力的压缩应力σc定义为负。即，绝对值最大的主应力成分为正的区域表示以拉伸应力为主的区域，绝对值最大的主应力成分为负的区域表示以压缩应力为主的区域。并且，“绝对值最大的主应力成分的正负反转的应力反转区域”表示，包括拉伸应力区域与压缩应力区域的边界且从拉伸应力变为压缩应力或从压缩应力变为拉伸应力的区域。
[0155]
如图6所示，包括第1致动器14中的一个可动部14a的一端14aa的区域及包括另一端14ab的区域分别为拉伸应力区域t1，两个拉伸应力区域t1之间的与第2轴a2交叉的中央区域为压缩应力区域c1。包括第1致动器14中的另一个可动部14b的一端14ba的区域及包括另一端14bb的区域分别为压缩应力区域c1，两个压缩应力区域c1之间的与第2轴a2交叉的中央区域为拉伸应力区域t1。在第1共振模式下，第1致动器14上的应力分布以第2轴a2为中心呈线对称。
[0156]
并且，在第2致动器16中的一个可动部16a及另一个可动部16b中，夹着第1轴a1，图纸右侧为拉伸应力区域t1，图纸左侧为压缩应力区域c1。在第1共振模式下，第2致动器16上的应力分布以第2轴a2为中心呈线对称。
[0157]
在压缩应力区域c1与拉伸应力区域t1的边界存在应力的方向逐渐地变化的(即，绝对值最大的主应力成分的正负反转的)区域即第1应力反转区域。图6所示的应力反转线
r1位于第1应力反转区域的中心。
[0158]
图7是示意地表示反射镜部12及第1致动器14以第2共振模式绕第2轴a2倾斜振动的状况的图，示出了反射镜部12及第1致动器14以第2轴a2为中心，第1致动器14的y轴方向上的一端y1向+z方向倾斜位移且y轴方向上的另一端y2向
‑
z方向倾斜位移的状态。与图5相同地，在图7中，颜的深浅表示位移量。
[0159]
当反射镜部12及第1致动器14以第2共振模式绕第2轴a2倾斜振动而处于图7的倾斜位移的状态时，第1致动器14及第2致动器16挠曲变形。并且，如图8所示，在第1致动器14及第2致动器16的压电膜上产生被施加拉伸应力的拉伸应力区域t2和被施加压缩应力的压缩应力区域c2。在图8中，与图6相同地，用浅灰示出了产生拉伸应力的部分，用黑示出了产生压缩应力的部分。另外，越是颜密度高的区域，表示应力越大。另外，在压电膜的各位置上产生的应力对应于振动而随时间变化。图8中示出了在以第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间在压电膜中产生的面内应力的状态。
[0160]
如图8所示，包括第1致动器14中的一个可动部14a及另一个可动部14b的相邻的各一端14aa及14ba的区域为拉伸应力区域t2，包括另一端14ab及14bb的区域为压缩应力区域c2。并且，一个可动部14a及另一个可动部14b的各端部之间的部分以第2轴a2为界，图纸上侧为压缩应力区域c2，图纸下侧为拉伸应力区域t2。在第2共振模式下，第1致动器14上的应力分布以第1轴a1为中心呈线对称。
[0161]
并且，包括第2致动器16中的一个可动部16a的一端16aa且沿着y方向延伸的区域及包括另一端16ab且沿着y方向延伸的区域为拉伸应力区域t2，两个拉伸应力区域t2之间的与第1轴a1交叉的中央区域为压缩应力区域c2。包括第2致动器16中的另一个可动部16b的一端16ba且沿着y方向延伸的区域及包括另一端16bb且沿着y方向延伸的区域为压缩应力区域c2，两个压缩应力区域c2之间的与第1轴a1交叉的中央区域为拉伸应力区域t2。在第2共振模式下，第2致动器16上的应力分布以第1轴a1为中心呈线对称。
[0162]
在压缩应力区域c2与拉伸应力区域t2的边界存在应力的方向逐渐地变化的(即，绝对值最大的主应力成分的正负反转的)区域即第2应力反转区域。图8所示的应力反转线r2位于第2应力反转区域的中心。
[0163]
关于图6及图8所示的应力分布，上部电极的个别电极部形成为与应力方向不同的压电膜的区域t1、t2、c1、c2的划分对应。个别电极部之间是以包括应力反转线r1的第1应力反转区域s1及包括应力反转线r2的第2应力反转区域s2分离的(参考图3。)。
[0164]
关于通过共振模式振动执行动作时(共振驱动时)的应力分布，可以使用公知的有限元法的软件来赋予器件尺寸、材料的弹性模量及器件形状等参数，并使用模式分析法进行分析。在设计器件时，分析在共振模式下驱动时的压电膜内的应力分布，并根据其分析结果与应力分布中的压缩应力区域、拉伸应力区域的划分对应地将上部电极划分为个别电极部。由各个别电极部规定各压电部。
[0165]
在第1致动器14及第2致动器16中，通过与产生应力的方向不同的部分对应地配置压电部，能够对这些部分分别输入适当的驱动信号，因此能够将压电力高效地转换为位移。
[0166]
用于以第1共振模式及第2共振模式驱动的驱动用电力从驱动电路供给至各压电部。作为向第1致动器14及第2致动器16供给的驱动信号，可以使用激发共振的频率的交流信号或脉冲波形信号。以下，与驱动方法一并对具体驱动信号进行说明。
[0167]
驱动电路对压电元件的所述多个压电部的每一个输入叠加驱动第1共振模式的第1驱动信号和驱动第2共振模式的第2驱动信号而得的驱动信号。
[0168]
第1驱动信号为如下信号：包括彼此相反的相位的驱动电压波形，将其中一个相位的驱动电压波形施加到在以第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部，将另一个相位的驱动电压波形施加到在上述瞬间位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部。
[0169]
第2驱动信号为如下信号：包括彼此相反的相位的驱动电压波形，将其中一个相位的驱动电压波形施加到在以第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部，将另一个相位的驱动电压波形施加到位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部。
[0170]
因此，驱动电路对位于以第1共振模式驱动时的驱动振幅变得最大的瞬间的绝对值最大的主应力成分的方向相同(即，符号相同)的区域的压电部施加相同的相位的驱动信号波形作为第1驱动信号。即，对位于压缩应力区域的压电部彼此施加相同的相位的驱动信号波形，并且对位于拉伸应力区域的压电部彼此施加相同的相位的驱动信号波形。并且，驱动电路在位于以第1共振模式驱动时的驱动振幅变得最大的瞬间的绝对值最大的主应力成分的方向不同的(即，符号不同的)区域的压电部之间施加相反的相位的驱动信号波形作为第1驱动信号。即，压缩应力区域和拉伸应力区域中施加有相反的相位的驱动信号波形。另外，相同的相位的驱动信号波形的振幅可以在压电部彼此之间相同，也可以在压电部之间不同。
[0171]
并且，同时，驱动电路对位于以第2共振模式驱动时的驱动振幅变得最大的瞬间的绝对值最大的主应力成分的方向相同的区域的压电部施加相同的相位的驱动信号波形作为第2驱动信号。即，对位于压缩应力区域的压电部彼此施加相同的相位的驱动信号波形，并且对位于拉伸应力区域的压电部彼此施加相同的相位的驱动信号波形。并且，驱动电路在位于以第2共振模式驱动时的驱动振幅变得最大的瞬间的绝对值最大的主应力成分的方向不同的区域的压力部之间施加相反的相位的驱动信号波形作为第2驱动信号。即，压缩应力区域和拉伸应力区域中施加有相反的相位的驱动信号波形。另外，相同的相位的驱动信号的振幅可以在压电部彼此之间相同，也可以在压电部之间不同。
[0172]
通过分别对各压电部施加叠加第1共振模式用第1驱动信号及第2共振模式用第2驱动信号而得的驱动信号，能够同时激发第1共振模式及第2共振模式。在将上述驱动信号施加到各压电部来驱动第1致动器14及第2致动器16的情况下，将对在各振动的瞬间位于在各压电膜中产生的主应力中绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部施加正电压，将对位于绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部施加负电压。通过施加与应变的正负对应的正负的电压，能够将压电力极高效地转换为位移。因此，能够大幅抑制功耗。
[0173]
参考图9～图12对驱动方法的一例进行具体说明。图9是表示在激发第1共振模式时输入相同的相位的驱动信号的压电部组的图，图10中示出输入于各压电部组的驱动信号的一例。图11是表示在激发第2共振模式时输入相同的相位的驱动信号的压电部组的图，图12中示出输入于各压电部组的驱动信号。
[0174]
在图9中，用向右下方倾斜的斜线示出在激发第1共振模式时输入相同的相位的驱动信号的第1组压电部的个别电极部。并且，用向右上方倾斜的斜线示出输入与第1组相反
的相位的驱动信号的第2组压电部的个别电极部。
[0175]
第1组个别电极部i1、i2、i5、i6、i9、i10及o5、o6、o7、o8与图6的压缩应力区域c1对应，对它们输入图10所示的相同的相位的第1共振模式用第1驱动信号v1a。并且，第2组个别电极部i3、i4、i7、i8、i11、i12及o1、o2、o3、o4与图6的拉伸应力区域t1对应，对它们输入相同的相位的第1共振模式用第1驱动信号v1b。如图10所示，施加于第1组压电部的驱动信号v1a和施加于第2组压电部的驱动信号v1b为相同的第1频率f1且彼此相反的相位(相位差180
°
)的信号。通过施加这种驱动信号，可产生使第1致动器14绕第1轴a1倾斜的应变，从而对反射镜部12施加绕第1轴a1的旋转扭矩。
[0176]
第1驱动信号v1a、v1b分别如下表示。
[0177]
v1a＝α1v1sin(2πf1t+π)
[0178]
v1b＝α1v1sin2πf1t
[0179]
上述式中，α1v1为电压振幅，t为时间。另外，式中未考虑偏移电压。v1为第1驱动信号的基本电压振幅值，α1为第1驱动信号用电压振幅校正系数。另外，施加于各个别电极部的电压振幅可以相同，也可以不同。即，α1的值可以根据压电部而不同。可以根据在各个别电极部中产生的应力的大小来设定电压振幅。例如，在个别电极部中产生的应力的大小越大，电压振幅越大等。
[0180]
若概括第1驱动信号v1a及v1b并将其一般化来表示，
[0181]
则可以表示为v1＝α1v1sin(2πf1t+β1π)。
[0182]
在此，β1为第1驱动信号用相位校正系数，在第1相位的v1a的情况下为1，在与第1相位的相反的相位即第2相位的v1b的情况下为0。
[0183]
在图11中，用向右下方倾斜的斜线示出在激发第2共振模式时输入相同的相位的驱动信号的第3组压电部的个别电极部。并且，用向右上方倾斜的斜线示出输入与第3组相反的相位的驱动信号的第4组压电部的个别电极部。
[0184]
第3组个别电极部i2、i3、i6、i7、i10、i11及o1、o3、o6、o8与图8的压缩应力区域c2对应，对它们输入图12所示的相同的相位的第2共振模式用第2驱动信号v2a。并且，第4组个别电极部i1、i4、i5、i8、i9、i12及o2、o4、o5、o7与图8的拉伸应力区域t2对应，对它们输入相同的相位的第2共振模式用第2驱动信号v2b。如图12所示，第2驱动信号v2a和v2b为相同的第2频率f2且彼此相反的相位(相位差180
°
)的信号。通过施加这种驱动信号，可产生使第1致动器14绕第2轴a2倾斜的应变，其结果对反射镜部12施加绕第2轴a2的旋转扭矩。
[0185]
第2驱动信号v2a、v2a分别如下表示。
[0186]
v2a＝α2v2sin(2πf2t+π)
[0187]
v2b＝α2v2sin2πf2t
[0188]
上述式中，α2v2为电压振幅，t为时间。另外，式中未考虑偏移电压。v2为第2驱动信号的基本电压振幅值，α2为第2驱动信号用电压振幅校正系数。另外，施加于各个别电极部的电压振幅可以相同，也可以不同。即，α2的值可以根据压电部而不同。可以根据在各个别电极部中产生的应力的大小来设定电压振幅。例如，在个别电极部中产生的应力的大小越大，电压振幅越大等。
[0189]
若概括第2驱动信号v2a及v2b并将其一般化来表示，
[0190]
则可以表示为v2＝α2v2sin(2πf2t+β2π)。
[0191]
在此，β2为第2驱动信号的相位校正系数，在第1相位的v2a的情况下为1，在与第1相位的相反的相位即第2相位的v2b的情况下为0。
[0192]
针对每个压电部施加叠加第1共振模式用第1驱动信号及第2共振模式用第2驱动信号而得的驱动信号。例如，对个别电极部i1施加v1a+v2b，对个别电极部i2施加v1a+v2a，对个别电极部i3施加v1b+v2a，对个别电极部i4施加v1b+v2b。将施加于各压电部的组合示于表1。
[0193]
[表1]
[0194][0195]
另外，施加于各压电部xy的驱动信号可以由下述通式(1)表示。
[0196]
vxy＝α1v1sin(2πf1t+β1π)+α2v2sin(2πf2t+β2π)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0197]
在此，xy为确定是哪个致动器的哪个部位的个别电极部的符号。在图3所示的个别电极部的配置的情况下，x＝i、o，在x＝i的情况下，y＝1～12，在x＝o的情况下，y＝1～8。
[0198]
在式(1)中，第1项为用于绕第1轴倾斜振动的第1驱动信号，第2项为用于绕第2轴倾斜振动的第2驱动信号。
[0199]
在上述表1所示的例子中，α1、α2是恒定的，但通过使α1、α2根据个别电极而不同，并且使电压振幅随着在个别电极部中产生的应力的大小变大而变大，能够进一步提高驱动效率，从而进一步降低功耗。
[0200]
如上所述，通过控制成对各压电部施加与在以第1共振模式及第2共振模式驱动微镜器件时在第1致动器及第2致动器的各压电膜中产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的方向对应的驱动信号，能够极高效地进行驱动。驱动电路构成为对各压电部输入上述
驱动信号。
[0201]
在本实施方式中，各压电元件中所包括的多个压电部中，下部电极为共用电极。因此，将下部电极接地，并对上部电极输入规定的驱动信号(驱动电压波形)。然而，在下部电极也为个别电极的情况下，只要能够在下部电极与上部电极之间施加驱动信号，则可以将下部电极、上部电极中的任一个用作接地电极。
[0202]
作为共振模式，除伴有绕反射镜部12的轴的旋转(倾斜振动)的模式以外，还存在伴有垂直方向上的活塞运动、平面内的扭曲运动等的模式。然而，在本实施方式的微镜器件1中，使用伴有倾斜振动的共振模式来驱动反射镜部12。
[0203]
另外，作为绕第1轴倾斜振动反射镜部12的第1共振模式，与反射镜部12和第1致动器14以相同的相位振动的共振模式相比，以相反的相位振动的共振模式下的共振振动的q值高，而且共振频率高，因此更适合于高速扫描。例如，在后述的实施例1的微镜器件中，绕第1轴的相同的相位的共振模式的共振频率为35khz，q值为700。相对于此，绕第1轴的相反的相位的共振模式的共振频率为60khz，q值为1900。绕第1轴时，若以反射镜部12和第1致动器14以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式驱动，则可获得较高的q值，因此优选。
[0204]
然而，并不限于上述模式。关于使用几级模式的共振模式，只要适当设定即可。
[0205]
并且，作为使第1致动器14和反射镜部12绕第2轴一体地倾斜振动的第2共振模式，与第1致动器14和第2致动器16以相同的相位振动的共振模式相比，以相反的相位振动的共振模式下的共振振动的q值高，而且共振频率高，因此适合于高速扫描。例如，在后述的实施例1的结构中，绕第2轴的相同的相位的共振模式的共振频率为4.7khz，q值为250。相对于此，绕第2轴的相反的相位的共振模式的共振频率为11khz，q值为940。因此，绕第2轴时，若以第1致动器14和第2致动器16以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式驱动，则也可获得较高的q值，因此优选。
[0206]
然而，并不限于上述模式。关于使用几级模式的共振模式，只要适当设定即可。
[0207]
另外，驱动时第1致动器及第2致动器中的应力分布根据使用哪种等级的共振模式而不同，因此需要在确定驱动时使用的共振模式的基础上，根据该共振模式下的应力分布来配置个别电极部。在本例中，绕第1轴时，将反射镜部12和第1致动器14以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式作为第1共振模式，绕第2轴时，将第1致动器14和第2致动器16以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式作为第2共振模式。
[0208]
对设置于第1致动器14及第2致动器16的压电元件进行说明。如上所述，压电元件具有下部电极31、压电膜32及上部电极33的层叠体结构。
[0209]
下部电极及上部电极的厚度并无特别限制，例如为200nm左右。压电膜的厚度只要为10μm以下，则并无特别限制，通常为1μm以上，例如为1～5μm。下部电极、上部电极及压电膜的成膜方法并无特别限定，但优选为气相生长法，尤其优选通过溅射法成膜。
[0210]
下部电极的主成分并无特别限制，可举出au、pt、ir、iro2、ruo2、lanio3及srruo3等金属或金属氧化物以及它们的组合。
[0211]
上部电极的主成分并无特别限制，可举出在下部电极中例示的材料、al、ti、ta、cr及cu等通常在半导体工艺中使用的电极材料以及它们的组合。
[0212]
作为压电膜，可举出含有由下述式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(p)
的压电膜。
[0213]
通式abo3ꢀꢀꢀ
(p)
[0214]
(式中，a：a位的元素，含有pb的至少一种元素。
[0215]
b：b位的元素，选自包括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。
[0216]
o：氧元素。
[0217]
a位元素、b位元素及氧元素的摩尔比的标准为1:1:3，但它们的摩尔比也可以在可采用的钙钛矿结构的范围内偏离基准摩尔比。)
[0218]
作为由上述通式表示的钙钛矿型氧化物，可举出：钛酸铅、钛酸锆酸铅(pzt)、锆酸铅、钛酸铅镧、锆酸钛酸铅镧、镁铌酸锆钛酸铅、镍铌酸锆钛酸铅、锌铌酸锆钛酸铅等含铅化合物及它们的混晶系；钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾、铌酸钠、铌酸钾、铌酸锂、铋铁氧体等不含铅化合物及它们的混晶系。
[0219]
并且，本实施方式的压电膜优选含有由下述式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(px)。
[0220]
a
a
(zr
x
、ti
y
、m
b
‑
x
‑
y
)
b
o
c
ꢀꢀꢀ
(px)
[0221]
(式中，a：a位的元素，含有pb的至少一种元素。m为选自包括v、nb、ta及sb的组中的至少一种元素。
[0222]
0＜x＜b、0＜y＜b、0≤b
‑
x
‑
y、a:b:c＝1:1:3为标准，但它们的摩尔比也可以在可采用钙钛矿结构的范围内偏离基准摩尔比。)
[0223]
由用上述通式(p)及(px)表示的钙钛矿型氧化物构成的压电膜具有较高的压电应变常数(d
31
常数)，因此具备这种压电膜的压电致动器具有优异的位移特性。另外，由通式(px)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数比由通式(p)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数高。
[0224]
并且，具备由用通式(p)及(px)表示的钙钛矿型氧化物构成的压电膜的压电致动器在驱动电压范围内具有线性优异的电压位移特性。这些压电材料在实施本发明时表现出良好的压电特性。
[0225]
[第2实施方式]
[0226]
图13及图14是从反射镜部的反射面侧观看第2实施方式所涉及的微镜器件2的俯视图，图13是由深阴影部表示压电膜形成区域的图，图14是由浅阴影部表示上部电极形成区域的图。对与第1实施方式的微镜器件1相等的要素标注相同的符号，并省略详细说明。
[0227]
本实施方式的微镜器件2与第1实施方式的微镜器件1的不同点在于第2致动器的形状。第1实施方式中，第2致动器16为以包围第1致动器14的方式配置的环状部件，但本实施方式的第2致动器50具备以第1轴a1为中心线对称地配置于第1致动器14的外侧的第2可动部52a、52b及第3可动部53a、53b。
[0228]
如图13及图14所示，第2致动器50包括一对板状的第2可动部52a、52b及一对板状的第3可动部53a、53b。并且，第2连接部22在第2轴a2上连接一对第1可动部14a、14b中的一个第1可动部14a和一对第3可动部53a、53b的一端53aa、53ba，并且在第2轴a2上连接一对第1可动部14a、14b中的另一个第1可动部14b和一对第2可动部52a、52b的一端52aa、52ba。在
本实施方式中，第2可动部52a、52b及第3可动部53a、53b发挥固定于第2轴a2上的悬臂梁的功能。
[0229]
第2致动器50的第2可动部52a、52b及第3可动部53a、53b上分别设置有压电元件62a、62b、63a、63b，分别发挥压电致动器的功能。压电致动器的结构与第1实施方式的情况相同，具有可动部基材即振动板30上依次层叠有下部电极31、压电膜32及上部电极33的层叠结构。
[0230]
如图14所示，第1致动器14的第1可动部14a及第1可动部14b上的个别电极部i1～i12的配置与第1实施方式的情况相同。
[0231]
另一方面，如图14所示，第2致动器50的第2可动部52a上的压电元件62a的上部电极33由两个个别电极部o1、o2构成。同样地，第2致动器50的第2可动部52b上的压电元件62b的上部电极33由两个个别电极部o3、o4构成。
[0232]
第2致动器50的第3可动部53a上的压电元件63a的上部电极33由两个个别电极部o7、o8构成。同样地，第2致动器50的第3可动部53b上的压电元件63b的上部电极33由两个个别电极部o5、o6构成。
[0233]
个别电极部i1～i12、o1～o8是以第1应力反转区域s1及第2应力反转区域s2分离的，该第1应力反转区域s1中，在以使反射镜部12绕第1轴a1产生倾斜振动的第1共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转，该第2应力反转区域s2中，在以使反射镜部绕第2轴a2产生倾斜位移的第2共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转。
[0234]
图15是示意地表示反射镜部12以第1共振模式绕第1轴a1倾斜振动的状况的图，示出了反射镜部12以第1轴a1为中心，x轴方向上的一端x1向+z方向倾斜位移且x轴方向上的另一端x2向
‑
z方向倾斜位移的状态。在图15中，颜的深浅表示位移量。
[0235]
当反射镜部12以第1共振模式绕第1轴a1倾斜振动而如图15那样处于倾斜位移的状态时，第1致动器14及第2致动器50挠曲变形。并且，如图16所示，在第1致动器14及第2致动器50的压电膜上产生被施加拉伸应力的拉伸应力区域t1和被施加压缩应力的压缩应力区域c1。在图16中，用浅灰示出了被施加拉伸应力的部分，用黑示出了被施加压缩应力的部分。另外，越是颜密度高的区域，表示应力越大。另外，图16中示出了在以第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间在压电膜中产生的面内应力的状态。
[0236]
如图16所示，在第1致动器14的第1可动部14a中，包括夹着第1轴a1与第2可动部14b相邻的一端14aa的区域及包括另一端14ab的区域为拉伸应力区域t1，两个拉伸应力区域t1之间的包括第2轴a2的中央区域为压缩应力区域c1。在第1致动器14的第2可动部14b中，包括夹着第1轴a1与第1可动部14a相邻的一端14ba的区域及包括另一端14bb的区域为压缩应力区域c1，两个压缩应力区域c1之间的包括第2轴a2的中央区域为拉伸应力区域t1。在第1共振模式下，第1致动器14上的应力分布以第2轴a2为中心呈线对称。
[0237]
并且，在第2致动器50中的一个第2可动部52a及另一个第2可动部52b中，包括在第2轴a2上连接的一端52aa及52ba的区域为拉伸应力区域t1，包括另一端52ab的区域及包括52bb的区域为压缩应力区域c1。在第2致动器50中的一个第3可动部53a及另一个第3可动部53b中，包括在第2轴a2上连接的一端53aa及53ba的区域为压缩应力区域c1，包括另一端53ab的区域及包括53bb的区域为拉伸应力区域t1。在第1共振模式下，第2致动器50中的应
力分布以第2轴a2为中心呈线对称。
[0238]
在压缩应力区域c1与拉伸应力区域t1的边界存在应力的方向逐渐地变化的(即，绝对值最大的主应力成分的正负反转的)区域即第1应力反转区域。图16所示的应力反转线r1位于第1应力反转区域的中心。
[0239]
图17是示意地表示反射镜部12及第1致动器50以第2共振模式绕第2轴a2倾斜振动的状况的图，示出了反射镜部12及第1致动器14以第2轴a2为中心，第1致动器14的y轴方向上的一端y1向+z方向倾斜位移且y轴方向上的另一端y2向
‑
z方向倾斜位移的状态。与图15相同地，在图17中，颜的深浅表示位移量。
[0240]
当反射镜部12及第1致动器14以第2共振模式绕第2轴a2倾斜振动而处于图17的倾斜位移的状态时，第1致动器14及第2致动器50挠曲变形。并且，如图18所示，在第1致动器14及第2致动器50的压电膜上产生被施加拉伸应力的拉伸应力区域t2和被施加压缩应力的压缩应力区域c2。在图18中，与图16相同地，用浅灰示出了产生拉伸应力的部分，用黑示出了产生压缩应力的部分。另外，越是颜密度高的区域，表示应力越大。另外，图18中示出了在以第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间在压电膜中产生的面内应力的状态。
[0241]
如图18所示，包括第1致动器14的第1可动部14a及第1可动部14b的通过一个第1连接部连接的各一端14aa及14ba的区域为压缩应力区域c2，包括通过另一个第1连接部连接的各另一端14ab及14bb的区域为拉伸应力区域t2。并且，第1可动部14a及第1可动部14b的各端部区域之间的部分以第2轴a2为界，图纸上侧为拉伸应力区域t2，图纸下侧为压缩应力区域c2。在第2共振模式下，第1致动器14上的应力分布以第1轴a1为中心呈线对称。
[0242]
并且，第2致动器50的第2可动部52a为压缩应力区域c2，第2可动部52b为拉伸应力区域t2，第3可动部53a为压缩应力区域c2，第3可动部53b为拉伸应力区域t2。在第2共振模式下，第2致动器50中的应力分布也以第1轴a1为中心呈线对称。
[0243]
在压缩应力区域c2与拉伸应力区域t2的边界存在应力的方向逐渐地变化的(即，绝对值最大的主应力成分由正变负的)区域即第2变化区域。在图18中，应力反转线r2位于第2变化区域的中心。
[0244]
上部电极的个别电极部根据图16及图18所示的应力分布形成为与应力方向不同的压电膜的区域t1、c1、t2、c2的划分对应。个别电极部之间是以包括应力反转线r1的第1应力反转区域s1及包括应力反转线r2的第2应力反转区域s2分离的(参考图14。)。
[0245]
如此，若致动器的形状不同，则通过共振模式振动执行动作时的应力分布也不同，但只要根据各自的应力分布形成个别电极部即可。在第1致动器14及第2致动器16中，通过与产生应力的方向不同的部分对应地配置压电部，能够对这些部分分别输入适当的驱动信号，因此能够将压电力高效地转换为位移。
[0246]
在本实施方式的结构中，在驱动时如上所述分割的压电部的配置方式中，对对应于应力方向与在使反射镜部绕第1轴倾斜振动的第1共振模式下产生的应力相同的区域的压电部施加相同的相位的驱动电压。即，对位于压缩应力区域的压电部彼此施加相同的相位的驱动电压，并且对位于拉伸应力区域的压电部彼此施加相同的相位的驱动电压。并且，在对应于不同应力方向的区域的压力部之间施加不同的驱动信号。
[0247]
由此，通过对绝对值最大的主应力成分为正的区域施加正电压，并且对绝对值最
大的主应力成分为负的区域施加负电压，能够将压电力极高效地转换为位移。即，能够大幅抑制功耗。
[0248]
参考图19～图20对驱动方法的一例进行具体说明。图19是表示激发第1共振模式时输入相同的相位的驱动信号的压电部组的图，图20是表示激发第2共振模式时输入相同的相位的驱动信号的压电部组的图。另外，驱动信号与图10、图12所示的第1实施方式的情况相同。
[0249]
在图19中，用向右下方倾斜的斜线示出在激发第1共振模式时输入相同的相位的驱动信号的第1组压电部的个别电极部。并且，用向右上方倾斜的斜线示出输入与第1组相反的相位的驱动信号的第2组压电部的个别电极部。
[0250]
第1组个别电极部i1、i2、i5、i6、i9、i10及o1、o4、o6、o7与图16的压缩应力区域c1对应，对它们输入图10所示的相同的相位的第1共振模式用第1驱动信号v1a。并且，第2组个别电极部i3、i4、i7、i8、i11、i12及o2、o3、o5、o8与图16的拉伸应力区域t1对应，对它们输入相同的相位的第1共振模式用第1驱动信号v1b。如图10所示，施加于第1组压电部的驱动信号v1a和施加于第2组压电部的驱动信号v1b为相同的第1频率f1且彼此相反的相位(相位差180
°
)的信号。通过施加这种驱动信号，可产生使第1致动器14绕第1轴a1倾斜的应变，其结果对反射镜部12施加绕第1轴a1的旋转扭矩。
[0251]
在图20中，用向右下方倾斜的斜线示出在激发第2共振模式时输入相同的相位的驱动信号的第3组压电部的个别电极部。并且，用向右上方倾斜的斜线示出输入与第3组相反的相位的驱动信号的第4组压电部的个别电极部。
[0252]
第3组个别电极部i1、i4、i5、i8、i9、i12及o1、o2、o7、o8与图18的压缩应力区域c2对应，对它们输入图12所示的相同的相位的第2共振模式用第2驱动信号v2a。并且，第4组个别电极部i2、i3、i6、i7、i10、i11及o3、o4、o5、o6与图18的拉伸应力区域t2对应，对它们输入相同的相位的第2共振模式用驱动信号v2b。如图12所示，驱动信号v2a和v2b为相同的第2频率f2且彼此相反的相位(相位差180
°
)的信号。通过施加这种驱动信号，可产生使第1致动器14绕第2轴a2倾斜的应变，其结果对反射镜部施加绕第2轴a2的旋转扭矩。
[0253]
将施加于各压电部的组合示于表2。
[0254]
[表2]
[0255][0256]
另外，在本实施方式的微镜器件2中，施加于各压电部xy的驱动信号也可以由通式(1)表示。在该情况下，α1、α2也可以根据压电部而不同。通过使电压振幅随着在个别电极部中产生的应力的大小变大而变大，能够进一步提高驱动效率，从而进一步降低功耗。
[0257]
[设计变更例]
[0258]
另外，本发明的在微镜器件中，第1致动器及第2致动器以及第1～第3连接部的形状并不限定于第1及第2实施方式。如上所述，第1致动器只要为能够使反射镜部绕第1轴倾斜振动的形状及配置即可，第2致动器只要为能够使反射镜部及第1致动器绕第2轴一体地倾斜振动的形状及配置即可。
[0259]
例如，图21中示出设计变更例的微镜器件的平面示意图。在图21中，阴影区域表示具备压电膜的区域。第1致动器114具备两个半环状的第1可动部114a及114b，第1连接部121具有在第1可动部114a和第1可动部114b的连接部分支的部分。
[0260]
第2致动器150具备以第1轴a1为中心线对称地配置于第1致动器114的外侧的第2可动部152a、152b及第3可动部153a、153b。
[0261]
如图21所示，第2致动器150包括一对l字状的第2可动部152a、152b及一对l字状的第3可动部153a、153b。并且，第2连接部122在第2轴a2上连接一对第1可动部中的一个114a和一对第2可动部152a、152b的一端152aa、152ba，并且在第2轴a2上连接一对第1可动部中的另一个114b和一对第3可动部153a、153b的一端153aa、153ba。
[0262]
第2致动器150的第2可动部152a、152b及第3可动部153a、153b为由包括与第2连接部122连接的一端且沿着y方向延伸的部分和从其y方向上的另一端沿着x方向延伸的部分
构成的l字状。沿着y方向延伸的部分比沿着x方向延伸的部分细，该区域中未设置有压电元件。沿着x方向延伸的部分比沿着y方向延伸的部分宽，仅在该区域中设置有压电元件162a、162b、163a、163b。
[0263]
并且，关于连接固定部120和第2致动器50的第3连接部123，夹着第2轴a2并列配置的一对棒状部件夹着第2致动器对置地配置有两组。
[0264]
另外，与上述各实施方式的情况相同地，各压电元件的上部电极由以第1变化区域及第2变化区域分离的未图示的多个个别电极部构成即可，该第1变化区域中，在以使反射镜部绕第1轴产生倾斜位移的第1共振模式驱动时的最大位移状态下，在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分由正变负，该第2变化区域中，在以使反射镜部绕第2轴产生倾斜位移的第2共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分由正变负。
[0265]
如此，在本发明中，设置于反射镜部的外侧的第1致动器和设置于第1致动器的外侧的第2致动器的形状并无特别限定。只要根据反射镜部、第1致动器、第2致动器及它们的连接部的结构来设置与第1共振模式及第2共振模式的驱动时产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的方向对应的个别电极部，则能够输入转换效率高的驱动信号，从而能够有效地抑制功耗。
[0266]
实施例
[0267]
以下，对本发明的实施例的微镜器件进行说明。
[0268]“实施例1”[0269]
通过以下步骤制作出图1～图4所示的结构的微镜器件作为实施例1。
[0270]
‑
制造方法
‑
[0271]
(工序1)通过溅射法在基板温度350℃下在具有si基底层350μm、硅氧化物(sio2)绝缘层1μm、si器件层100μm的层叠结构的soi(silicon on insulator(硅晶绝缘体))基板上形成了30nm的ti层和150nm的ir层。ti层及ir层的层叠结构相当于图4的下部电极31。
[0272]
(工序2)使用高频(rf：radio frequency)溅射装置在层叠形成有上述中得到的ti/ir下部电极的基板上形成了3μm的压电膜。作为压电膜用溅射成膜的靶材料，使用了pb
1.3
((zr
0.52
ti
0.48
)
0.88
nb
0.12
)o3的组成的材料。成膜压力设为2.2mtorr，成膜温度设为450℃。得到的压电膜为以原子组成比计添加有12％的nb的nb掺杂pzt薄膜。
[0273]
(工序3)通过剥离法在形成有上述中得到的压电膜的基板上将具有pt/ti的层叠结构的包括多个个别电极部的上部电极图案化。
[0274]
(工序4)然后，通过感应耦合等离子体(icp：inductively coupled plasma)干式蚀刻对压电膜及下部电极进行了图案蚀刻。
[0275]
(工序5)进而，通过以四乙氧基硅烷为原料的化学气相沉积(teos
‑
cvd：tetraethoxysilane
‑
chemical vapor deposition)法在整个面上形成由sio2构成的绝缘层之后，通过icp干式蚀刻将绝缘层图案化。
[0276]
(工序6)通过剥离法将au/ti的层叠结构图案化，形成了反射镜部的反射面、电极焊盘及配线层。
[0277]
(工序7)通过硅的干式蚀刻工艺对器件层进行图案蚀刻，加工了致动器、反射镜部及固定部件的形状。
[0278]
(工序8)接着，从基板的背面对基底层进行了反应离子深刻蚀。基本上，留下成为固定部件的部分而去除了基底层。
[0279]
(工序9)最后，通过干式蚀刻从背面去除绝缘层，由此制作出图1～图4中说明的微镜器件1。
[0280]
在上述制作工序中，在工序6中形成了反射镜部的反射面，但也可以使用与电极焊盘及配线层的材料不同的反射材料形成反射面，此时，例如也可以紧接着工序6通过剥离法等形成反射面。
[0281]
另外，在实施本发明时，并不限定于本实施例1的结构及制造方法，基板的材料、电极材料、压电材料、膜厚、成膜条件等可以根据目的适当选择。
[0282]
如图22所示规定了本实施例的微镜器件中的各种尺寸。将第1致动器14的x轴方向(第2轴方向)长度设为x1，将y轴方向(第1轴方向)长度设为y1，将x轴方向上的宽度设为w1_x，将y轴方向上的宽度设为w1_y。将第2致动器16的x轴方向长度设为x2，将y轴方向长度设为y2，将x轴方向上的宽度设为w2_x，将y轴方向上的宽度设为w2_y。将第2连接部22的x轴方向上的长度设为wc2_x，将y轴方向上的宽度设为wc2_y。
[0283]
实施例1中的各种尺寸如下。
[0284]
反射镜形状：直径1.1mm的圆形，
[0285]
第1致动器尺寸：x1＝2.67mm、y1＝3.77mm、w1_x＝0.6mm、w1_y＝0.25mm，
[0286]
第2致动器尺寸：x2＝5.17mm、y2＝5.17mm、w2_x＝0.45mm、w2_y＝0.6mm，
[0287]
第2连接部：wc2_x＝0.8mm、wc2_y＝0.238mm，
[0288]
器件层的厚度td＝0.1mm。
[0289]
反射镜部12、第1致动器14及第2致动器16以及第1连接部21、第2连接部22及第3连接部23的厚度与器件层的厚度相等。
[0290]
并且，在本结构的微镜器件中，以第1共振模式的频率约为60khz、第2共振模式的频率约为10khz的方式设定了第1连接部21及第3连接部23的尺寸。
[0291]
关于通过共振模式振动执行动作时(共振驱动时)的应力分布，使用公知的有限元法的软件赋予了上述器件尺寸、材料的弹性模量、器件形状等参数，并使用模式分析法进行了分析。分别求出第1共振模式及第2共振模式下的应力分布(参考图6、图8)，并根据该应力分布将上部电极划分为个别电极部。在此，采用了图3所示的电极分布配置。
[0292]
[实施例1
‑
1]
[0293]
对上述实施例1的微镜器件的各压电部施加了在与第1共振模式一致的频率的第1驱动信号上叠加与第2共振模式一致的频率的第2驱动信号而得的驱动信号。
[0294]
施加了由式(1)表示的电压vxy。
[0295]
vxy＝α1v1sin(2πf1t+β1π)+α2v2sin(2πf2t+β2π)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0296]
在此，xy为分别确定多个压电部的符号，v1、v2、α1、α2、β1、β2、f1、f2、t为针对各压电部的每一个设定的值，
[0297]
v1：第1驱动信号的基本电压振幅值，
[0298]
v2：第2驱动信号的基本电压振幅值，
[0299]
α1：第1驱动信号用电压振幅校正系数，
[0300]
α2：第2驱动信号用电压振幅校正系数，
[0301]
β1：第1驱动信号用相位校正系数，
[0302]
β2：第2驱动信号用相位校正系数，
[0303]
f1：第1驱动信号的频率，
[0304]
f2：第2驱动信号的频率，
[0305]
t：时间。
[0306]
施加于各压电部(各个别电极部)的电压的校正系数如表3所示。
[0307]
[表3]
[0308][0309]
在本实施例1
‑
1中，校正系数α1、α2均统一成1。即，第1驱动信号的电压振幅在所有压电部中相同，并且第2驱动信号的电压振幅在所有压电部中相同。
[0310]
[实施例1
‑
2]
[0311]
如表4所示，对上述实施例1的微镜器件的各压电部设定了上述(1)式中施加于各压电部的电压的校正系数。如表4所示，在本实施例1
‑
2中，使校正系数α1、α2根据压电部的位置而变化。
[0312]
[表4]
[0313][0314]
表5中，在分别以第1共振模式及第2共振模式驱动时反射镜部发生了最大位移的情况下，对在第1及第2致动器中产生的绝对值最大的主应力成分示出针对每个与各个别电极部对应的区域的标准化后的平均面内应力。在本实施例1
‑
2中，根据在表5所示的各个别电极部区域中产生的平均面内应力的大小确定了各个别电极部中的校正系数α1、β1及α2、β2(参考表4)。
[0315]
[表5]
[0316][0317]
[参考例1]
[0318]
将比较例1的微镜器件101的主视图示于图23。参考例1的微镜器件101与实施例1的不同点仅在于上部电极的个别电极部的配置。对与实施例1相同的构成要件标注了相同的符号。参考例1的微镜器件是以与实施例1相同的制作步骤制作的。在参考例1中，构成为第1致动器14仅负责绕第1轴的倾斜振动的驱动，第2致动器16仅负责绕第2轴的倾斜振动的驱动。第1致动器14的一对第1可动部14a、14b具备共六个个别电极部i1～i6。个别电极部i1～i6根据图6所示的在第1共振模式下在第1致动器中产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负来设置，并且仅以第1应力反转区域s1分离。在第2致动器16中，一对第2可动部16a、16b具备共六个个别电极部o1～o6。个别电极部o1～o6根据图8所示的在第2共振模式下在第2致动器16中产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负来设置，并且仅以第2应力反转区域s2分离。
[0319]
图24中用相同的斜线示出激发第1共振模式时在第1致动器14中以相同的相位驱动的个别电极部。在图24中，向右上方倾斜的斜线所示的个别电极部i2、i4、i6与图6的拉伸应力区域t1对应。在图24中，向右下方倾斜的斜线所示的个别电极部i1、i3、i5与图6的压缩应力区域c1对应。对与拉伸应力区域t1对应的个别电极部和与压缩应力区域c1对应的个别电极部施加相反的相位的第1共振模式用第1驱动信号。
[0320]
仅将第1致动器14用于激发第1共振模式，而第2致动器16则不使用。
[0321]
另一方面，图25中用相同的斜线示出激发第2共振模式时在第2致动器16中以相同的相位驱动的个别电极部。在图25中，向右上方倾斜的斜线所示的个别电极部o2、o4、o6与图8的拉伸应力区域t2对应。在图25中，向右下方倾斜的斜线所示的个别电极部o1、o3、o5与
图8的压缩应力区域c2对应。对与拉伸应力区域t2对应的个别电极部和与压缩应力区域c2对应的个别电极部施加相反的相位的第2共振模式用第2驱动信号。
[0322]
仅将第2致动器16用于激发第2共振模式，而第1致动器14则不使用。
[0323]
即，在参考例1中，对第1致动器的压电元件的上部电极仅输入第1驱动信号，对第2致动器的压电元件的上部电极仅输入第2驱动信号。在本例中，如表6所示设定了式(1)的各参数。由此，激发第1及第2共振模式，使反射镜部12绕第1轴a1旋转运动，同时使第1致动器14和反射镜部12绕第2轴a2几乎一体地旋转运动。
[0324]
[表6]
[0325][0326]
针对实施例1
‑
1、1
‑
2及参考例1的微镜器件检查了使它们以第1共振模式及第2共振模式驱动时绕第1轴a1进行45
°
扫描所需的驱动电压振幅、绕第2轴a2进行30
°
扫描所需的第1驱动信号的基本电压振幅值v1、第2驱动信号的基本电压振幅值v2及功耗。将结果示于表7。光学扫描角度是通过如下方法测定的：使激光垂直入射于微镜器件的反射镜部的反射面，使用标尺等测定扫描线的长度，并根据几何关系求出扫描的所有角度。
[0327]
[表7]
[0328][0329]
功耗可以根据以下方法来计算。
[0330]
驱动电压波形v为由v＝v
off
+v
a
sinωt表示的正弦波。通过电流测定电路测定施加了该驱动电压波形的驱动中的各上部电极中流过的电流。具体而言，通过对要测定的电极串联连接已知的电阻并测定该电阻的两端的电压来测定各电极中流过的电流。根据此时测出的电流波形i＝i
off
+i
a
sin(ωt+φ)和驱动电压波形v来计算功耗w＝v
off
×
i
off
+1/2
×
i
a
v
a
cosφ。另外，第1项为漏电流导致的功耗，但若为质量好的压电膜，则i
off
＞1μa以下，因此小至可忽略。因此，几乎可以通过计算第2项来估算功耗。根据该方法计算出各压电部中
的功耗，并通过对所有压电部进行积算计算出了功耗。
[0331]
如表7所示，与参考例1相比，本实施例1
‑
1及实施例1
‑
2显然能够大幅减小电压振幅，其结果，能够抑制功耗。尤其，通过如实施例1
‑
2那样根据绝对值最大的主应力成分的大小来改变施加于压电部的电压振幅，更显著地抑制了功耗。
[0332]
[实施例2]
[0333]
作为实施例2，制作出使用图13、14说明的第2实施方式的微镜器件。制作步骤与上述实施例1相同。第2致动器与实施例1的器件的不同点在于由两个部件构成，但同样使用有限元法的软件通过模式分析分别求出第1共振模式及第2共振模式下的应力分布(参考图16、图18)，从而将上部电极划分为个别电极部。在此，采用了图14所示的电极分布配置。
[0334]
与实施例1的情况相同地，对实施例2的微镜器件的各压电部施加了由式(1)表示的驱动信号。施加于各压电部的驱动信号中的校正系数如表8所示。
[0335]
[表8]
[0336][0337]
在本实施例2中，校正系数α1、α2均统一成1。即，第1驱动信号的电压振幅在所有压电部中相同，并且第2驱动信号的电压振幅在所有压电部中相同。
[0338]
[参考例2]
[0339]
将参考例2的微镜器件102的主视图示于图26。参考例2的微镜器件102与实施例2的不同点仅在于上部电极的个别电极部的配置。对与实施例2相同的构成要件标注了相同的符号。参考例2的微镜器件是以与实施例2相同的制作步骤制作的。在参考例2中，构成为
第1致动器仅负责绕第1轴的倾斜振动的驱动，第2致动器仅负责绕第2轴的倾斜振动的驱动。第1致动器14的一对第1可动部14a、14b具备共六个个别电极部i1～i6。个别电极部i1～i6根据图16所示的在第1共振模式下在第1致动器中产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的符号的正负来设置，并且仅以第1应力反转区域s1分离。第2致动器50的一对第2可动部及一对第3可动部具备共四个个别电极部o1～o4(在各可动部上分别具备一个)。个别电极部o1～o4根据图18所示的在第2共振模式下在第2致动器中产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的符号的正负来设置，并且仅以第2应力反转区域s2分离。
[0340]
图27中用相同的斜线示出激发第1共振模式时在第1致动器14中以相同的相位驱动的个别电极部。在图27中，向右上方倾斜的斜线所示的个别电极部i2、i4、i6与图16的拉伸应力区域t1对应。在图27中，向右下方倾斜的斜线所示的个别电极部i1、i3、i5与图16的压缩应力区域c1对应。对与拉伸应力区域t1对应的个别电极部和与压缩应力区域c1对应的个别电极部施加相反的相位的第1共振模式用第1驱动信号。
[0341]
仅将第1致动器14用于激发第1共振模式，而第2致动器50则不使用。
[0342]
另一方面，图28中用相同的斜线示出激发第2共振模式时在第2致动器50中以相同的相位驱动的个别电极部。在图28中，向右上方倾斜的斜线所示的个别电极部o2、o3与图18的拉伸应力区域t2对应。在图28中，向右下方倾斜的斜线所示的个别电极部o1、o4与图18的压缩应力区域c2对应。对与拉伸应力区域t2对应的个别电极部和与压缩应力区域c2对应的个别电极部施加相反的相位的第2共振模式用第2驱动信号。
[0343]
仅将第2致动器50用于激发第2共振模式，而第1致动器14则不使用。
[0344]
即，在参考例2中，对第1致动器14的压电元件的上部电极仅输入第1驱动信号，对第2致动器16的压电元件的上部电极仅输入第2驱动信号。在本例中，如表9所示设定了式(1)的各参数。由此，激发第1及第2共振模式，使反射镜部12绕第1轴a1旋转运动，同时使第1致动器14和反射镜部12绕第2轴a2几乎一体地旋转运动。
[0345]
[表9]
[0346][0347]
与实施例1及参考例1的情况相同地，针对实施例2及参考例2的微镜器件检查了使它们以第1共振模式及第2共振模式驱动时绕第1轴a1进行45
°
扫描所需的驱动电压振幅、绕第2轴a2进行30
°
扫描所需的第1驱动信号的基本电压振幅值v1、第2驱动信号的基本电压振
幅值v2及功耗。将结果示于表10。
[0348]
[表10]
[0349][0350]
如表10所示，与参考例2相比，本实施例2显然能够大幅减小电压振幅，其结果，能够抑制功耗。
[0351]
2019年3月28日申请的日本专利申请2019
‑
063659的发明的所有内容通过参考援用于本说明书中。
[0352]
本说明书中记载的所有文献、专利申请及技术标准可与具体且分别记载通过参考援用每一个文献、专利申请及技术标准的情况相同程度地通过参考援用于本说明书中。

技术特征：

1.一种微镜器件，其具备：反射镜部，其具有对入射光进行反射的反射面；第1致动器，其设置于所述反射镜部的外侧；第2致动器，其设置于所述第1致动器的外侧；第1连接部，其连接所述反射镜部和所述第1致动器，并且将所述反射镜部支承为能够在第1轴上转动；第2连接部，其连接所述第1致动器和所述第2致动器，并且将所述第1致动器支承为能够在与所述第1轴交叉的第2轴上转动；以及第3连接部，其将所述第2致动器能够转动地连接至设置于所述第2致动器的外周的固定部，所述第1致动器以及所述第2致动器使绕所述第1轴的旋转扭矩作用于所述反射镜部，并且使绕所述第2轴的旋转扭矩作用于所述反射镜部以及第1致动器，由此绕所述第1轴以及所述第2轴二维旋转驱动所述反射镜部，所述第1致动器以及所述第2致动器分别为具备在振动板上层叠有下部电极、压电膜以及上部电极的压电元件的压电致动器，各个所述压电元件的各个所述上部电极由以第1应力反转区域以及第2应力反转区域分离的多个个别电极部构成，并且各个所述压电元件包括由所述多个个别电极部中的各个个别电极部规定的多个压电部，其中，在所述第1应力反转区域中，在以使所述反射镜部绕所述第1轴产生倾斜位移的第1共振模式驱动时的最大位移状态下，在所述压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转，在所述第2应力反转区域中，在以使所述反射镜部绕所述第2轴产生倾斜位移的第2共振模式驱动时在所述压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转。2.根据权利要求1所述的微镜器件，其中，所述第3连接部在所述第2轴上与所述第2致动器的外周连接。3.根据权利要求1或2所述的微镜器件，其中，所述第1致动器包括半环状的一对第1可动部，所述第2致动器包括半环状的一对第2可动部，所述第1连接部在所述第1轴上分别连接所述反射镜部和所述一对第1可动部各自的一端、以及所述反射镜部和所述一对第1可动部各自的另一端，所述第2连接部在所述第2轴上分别连接所述一对第1可动部中的一方和所述一对第2可动部各自的一端、以及所述一对第1可动部中的另一方和所述一对第2可动部各自的另一端。4.根据权利要求1或2所述的微镜器件，其中，所述第1致动器包括半环状的一对第1可动部，所述第1连接部在所述第1轴上分别连接所述反射镜部和所述一对第1可动部各自的一端、以及所述反射镜部和所述一对第1可动部各自的另一端，所述第2致动器包括板状的一对第2可动部和板状的一对第3可动部，所述第2连接部在所述第2轴上分别连接所述一对第1可动部中的一方和所述一对第2可动部各自的一端、以及所述一对第1可动部中的另一方和所述第3可动部各自的一端。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的微镜器件，其中，该微镜器件具备驱动电路，所述驱动电路用于对所述第1致动器以及所述第2致动器的所述压电元件输入驱动信号。6.根据权利要求5所述的微镜器件，其中，所述驱动电路对所述第1致动器以及所述第2致动器各自的所述压电元件输入如下的驱动信号，该驱动信号以绕所述第1轴倾斜振动的第1共振模式驱动所述反射镜部、并且以绕所述第2轴倾斜振动的第2共振模式驱动所述反射镜部以及所述第1致动器。7.根据权利要求6所述的微镜器件，其中，所述驱动电路对所述各压电元件的所述多个压电部中的各个压电部输入叠加了第1驱动信号和第2驱动信号而得的驱动信号，其中，在所述第1驱动信号中，施加于在以所述第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于所述绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形、和施加于位于所述绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系，在所述第2驱动信号中，施加于在以所述第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于所述绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形、和施加于位于所述绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系。8.根据权利要求6或7所述的微镜器件，其中，所述驱动电路对于所述多个压电部中的各个压电部，根据各个压电部的配置而施加由下述式(1)表示的驱动信号vxy，作为所述驱动信号，vxy＝α1v1sin(2πf1t+β1π)+α2v2sin(2πf2t+β2π) (1)在此，xy为确定多个压电部中的各个压电部的符号，v1、v2、α1、α2、β1、β2、f1、f2、t为在各个压电部的每一个设定的值，v1：第1驱动信号的基本电压振幅值，v2：第2驱动信号的基本电压振幅值，α1：第1驱动信号用电压振幅校正系数，α2：第2驱动信号用电压振幅校正系数，β1：第1驱动信号用相位校正系数，β2：第2驱动信号用相位校正系数，f1：第1驱动信号的频率，f2：第2驱动信号的频率，t：时间。9.根据权利要求8所述的微镜器件，其中，所述驱动电路施加如下的所述驱动信号vxy，所述驱动信号vxy使位于以所述第1共振模式驱动时的所述绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α1的值越大，并且使位于以所述第2共振模式驱动时的所述绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α2的值越大。10.根据权利要求6至9中任意一项所述的微镜器件，其中，所述第1共振模式为所述反射镜部和所述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。
11.根据权利要求6至10中任意一项所述的微镜器件，其中，所述第2共振模式为所述反射镜部以及所述第1致动器、和所述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。12.一种微镜器件的驱动方法，其为权利要求1至6中任意一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，通过对所述第1致动器以及所述第2致动器各自的所述压电元件施加驱动信号，激发使所述反射镜部绕所述第1轴倾斜振动的第1共振模式，并且激发使所述反射镜部以及所述第1致动器绕所述第2轴倾斜振动的第2共振模式。13.根据权利要求12所述的微镜器件的驱动方法，其中，对各个所述压电元件的所述多个压电部中的各个压电部施加叠加了第1驱动信号和第2驱动信号而得的驱动信号作为所述驱动信号，其中，在所述第1驱动信号中，施加于在以所述第1共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于所述绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形、和施加于位于所述绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系，在所述第2驱动信号中，施加于在以所述第2共振模式驱动时的振动振幅变得最大的瞬间位于所述绝对值最大的主应力成分为正的区域的压电部的驱动电压波形和施加于位于所述绝对值最大的主应力成分为负的区域的压电部的驱动电压波形处于彼此相反的相位的关系。14.根据权利要求12或13所述的微镜器件的驱动方法，其中，对于所述多个压电部中的各个压电部，根据各个压电部的配置而施加由下述式(1)表示的驱动信号vxy，作为所述驱动信号，vxy＝α1v1sin(2πf1t+β1π)+α2v2sin(2πf2t+β2π) (1)在此，xy为确定多个压电部中的各个压电部的符号，v1、v2、α1、α2、β1、β2、f1、f2、t为在各个压电部的每一个设定的值，v1：第1驱动信号的基本电压振幅值，v2：第2驱动信号的基本电压振幅值，α1：第1驱动信号用电压振幅校正系数，α2：第2驱动信号用电压振幅校正系数，β1：第1驱动信号用相位校正系数，β2：第2驱动信号用相位校正系数，f1：第1驱动信号的频率，f2：第2驱动信号的频率，t：时间。15.根据权利要求14所述的微镜器件的驱动方法，其中，在所述驱动信号vxy中，使位于以所述第1共振模式驱动时的所述绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α1的值越大，并且使位于以所述第2共振模式驱动时的所述绝对值最大的主应力成分的绝对值越大的区域的压电部的校正系数α2的值越大。16.根据权利要求12至15中任意一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，作为所述第1共振模式，激发所述反射镜部和所述第1致动器以彼此相反的相位倾斜振
动的共振模式中最低级模式。17.根据权利要求12至16中任意一项所述的微镜器件的驱动方法，其中，作为所述第2共振模式，激发所述第1致动器以及所述反射镜部、和所述第2致动器以彼此相反的相位倾斜振动的共振模式中最低级模式。

技术总结

微镜器件具备第1及第2致动器，该第1及第2致动器为具备在振动板上层叠有下部电极、压电膜及上部电极的压电元件的压电致动器。各压电元件的各上部电极由以第1应力反转区域及第2应力反转区域分离的多个个别电极部构成，并且该各压电元件包括由多个个别电极部分别规定的多个压电部，该第1应力反转区域中，在以使反射镜部绕第1轴产生倾斜位移的第1共振模式驱动时的最大位移状态下，在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转，该第2应力反转区域中，在以使反射镜部绕第2轴产生倾斜位移的第2共振模式驱动时在压电膜的面内方向上产生的主应力中绝对值最大的主应力成分的正负反转。大的主应力成分的正负反转。大的主应力成分的正负反转。