振動ミラー素子
【課題】駆動を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子を容易に製造することが可能な振動ミラー素子を提供する。
【解決手段】この振動ミラー素子１００は、ミラー部１と、ミラー部１を駆動する駆動部４および５とを備え、駆動部４および５には、電圧の印加により駆動部４および５を変形させて駆動させるための駆動用電極４４および５４と、駆動部４および５の変形量を検出するための検出用電極４５および５５とがそれぞれ配置されている。
【解決手段】この振動ミラー素子１００は、ミラー部１と、ミラー部１を駆動する駆動部４および５とを備え、駆動部４および５には、電圧の印加により駆動部４および５を変形させて駆動させるための駆動用電極４４および５４と、駆動部４および５の変形量を検出するための検出用電極４５および５５とがそれぞれ配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動ミラー素子に関し、特に、変形量を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変形量を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、揺動可能なミラーと、静電力により非接触状態でミラーを揺動させる駆動電極と、ミラーの端部に接続され、駆動電極によるミラーの揺動に応じて捻り変形可能なトーションバーと、角度検出センサとを備えるアクチュエータ（振動ミラー素子）が開示されている。上記特許文献１に記載されたアクチュエータでは、角度検出センサによりトーションバーの捻り変形による変形量を検出することによって、この変形量に基づいてミラーの振れ角が求められるように構成されている。また、角度検出センサは、トーションバーの表面に一体的に形成されたピエゾ抵抗と、ピエゾ抵抗に生じる電圧を検出するための一対の電圧計測パッド（検出用電極）と、ピエゾ抵抗にバイアス電流を与えるための一対のバイアス電流パッドとからなる。なお、駆動電極は、平面的に見て、ミラーの一部とオーバーラップした状態で、ミラーの下方に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のアクチュエータでは、駆動電極がミラーの一部とオーバーラップしているため、アクチュエータを製造するプロセスにおいて、角度検出センサのピエゾ抵抗などをトーションバーの表面に一体的に形成する製造プロセスが、駆動電極を形成する製造プロセスとは別途必要になるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、駆動を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子を容易に製造することが可能な振動ミラー素子を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面による振動ミラー素子は、ミラー部と、ミラー部を駆動する駆動部とを備え、駆動部には、電圧の印加により駆動部を変形させて駆動させるための駆動用電極と、駆動部の変形量を検出するための検出用電極とが配置されている。
【０００８】
この発明の一の局面による振動ミラー素子では、上記のように、駆動部に駆動用電極と検出用電極とを配置することによって、駆動用電極と検出用電極とを同じ製造プロセスにおいて形成させることができる。これにより、駆動用電極と検出用電極とを別の製造プロセスで形成する必要がないので、駆動部の駆動を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子を容易に製造することができる。
【０００９】
上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、検出用電極は、駆動用電極の長手方向に沿って延びており、検出用電極の長手方向における長さは、駆動用電極の長手方向における長さ未満である。このように構成すれば、駆動部における検出用電極の占める割合が大きくなりすぎるのを抑制することができるので、駆動部における駆動用電極の占める割合が小さくなることに起因して駆動部の駆動力が小さくなるのを抑制することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、検出用電極の長手方向における長さは、駆動用電極の長手方向における長さの半分以上である。このように構成すれば、検出用電極を駆動部の変形量を十分に検出することが可能な大きさに形成することができるので、駆動部における変形量をさらに正確に検出することができる。なお、検出用電極の長手方向における長さを駆動用電極の長手方向における長さの半分にしても駆動部の変形量を十分に検出することができる点については、本願発明者が鋭意検討した結果、見い出した構成である。
【００１１】
上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、駆動用電極と検出用電極とは、同一面上に配置されている。このように構成すれば、より容易に、駆動用電極と検出用電極とを同じ製造プロセスで同時に形成することができるので、振動ミラー素子をより容易に製造することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、駆動部は、共通圧電体と、共通圧電体の一方面上に配置された共通電極とを含み、駆動用電極は、共通圧電体の他方面上の第１領域に配置されているとともに、検出用電極は、共通圧電体の他方面上の第１領域とは異なる第２領域に配置されており、駆動部では、共通電極と駆動用電極との間に電圧を印加することにより共通圧電体が変形されるように構成されており、検出用電極は、共通圧電体の変形によって生じる共通電極との電位差を検出するように構成されている。このように構成すれば、駆動用電極と検出用電極とにおいて共通圧電体および共通電極を共用することができるので、駆動用電極と検出用電極とに個別に圧電体および電極を設ける必要がない。これにより、振動ミラー素子の構造を簡素化することができるとともに、振動ミラー素子の小型化を図ることができる。また、駆動用電極と検出用電極とにそれぞれ対応する圧電体および電極を個別に設けるための製造プロセスを必要としないので、振動ミラー素子をより容易に形成することができる。
【００１３】
上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、駆動部は、駆動用電極に電圧が印加されることによって変形する駆動用圧電体と、駆動用圧電体の変形に伴って変形する検出用圧電体とを含み、検出用電極は、検出用圧電体の変形によって生じる電圧を検出するように構成されている。このように構成すれば、駆動用圧電体と検出用圧電体とを分離することができる。これにより、駆動用圧電体の全体に渡って駆動用電極を形成することができるので、駆動部において駆動力が小さくなるのをより抑制することができる。また、検出用圧電体の全体に渡って検出用電極を形成することができるので、駆動部の変形量を十分に検出することが可能な大きさに検出用電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態による振動ミラー素子の構造を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図３】図２に示した振動ミラー素子の９００−９００線に沿った拡大断面図である。
【図４】図２に示した振動ミラー素子の９１０−９１０線に沿った拡大断面図である。
【図５】図２に示した振動ミラー素子の９２０−９２０線に沿った拡大断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による振動ミラー素子が所定の傾斜角度で傾斜した状態を示した斜視図である。
【図７】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定に用いるカンチレバーを示した平面図である。
【図８】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定を説明するための図である。
【図９】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定の結果を示した表である。
【図１０】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定の結果を示したグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図（上面図）である。
【図１２】図１１に示した振動ミラー素子の９３０−９３０線に沿った拡大断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図（下面図）である。
【図１４】図１３に示した振動ミラー素子の９４０−９４０線に沿った拡大断面図である。
【図１５】本発明の第１変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図１６】本発明の第２変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図１７】本発明の第３変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図１８】本発明の第４変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子１００の構成について説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態による振動ミラー素子１００は、図１および図２に示すように、ミラー部１と、トーションバー２ａおよび２ｂと、バー３ａおよび３ｂと、駆動部４および５と、固定部６ａおよび６ｂとを含む。また、ミラー部１と、トーションバー２ａおよび２ｂと、バー３ａおよび３ｂと、駆動部４の基部４０（図１参照）と、駆動部５の基部５０（図１参照）と、固定部６ａおよび６ｂとは、同一のＳｉ基板によって一体的に形成されている。また、振動ミラー素子１００は、長手方向（Ｙ方向）に大きく、短手方向（Ｘ方向）に小さい。
【００１８】
ミラー部１は、略円形状に形成されており、光を反射可能なように構成されている。また、トーションバー２ａおよび２ｂは、共に振動ミラー素子１００の長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、トーションバー２ａのＹ方向の一方端部（Ｙ２側）は、ミラー部１と接続されるとともに、Ｙ方向の他方端部（Ｙ１側）は、バー３ａと接続されている。また、トーションバー２ｂのＹ方向の一方端部（Ｙ１側）は、ミラー部１と接続されるとともに、Ｙ方向の他方端部（Ｙ２側）は、バー３ｂと接続されている。
【００１９】
また、バー３ａは、Ｙ１側で振動ミラー素子１００の短手方向（Ｘ方向）に延びるように形成されているとともに、バー３ｂは、Ｙ２側でＸ方向に延びるように形成されている。また、バー３ａのＸ方向の一方端部（Ｘ１側）は、基部４０（駆動部４）と接続されているとともに、Ｘ方向の他方端部（Ｘ２側）は、基部５０（駆動部５）と接続されている。また、バー３ｂのＸ方向の一方端部（Ｘ１側）は、基部４０（駆動部４）と接続されているとともに、Ｘ方向の他方端部（Ｘ２側）は、基部５０（駆動部５）と接続されている。このバー３ａおよび３ｂは、基部４０および５０（駆動部４および５）の変形により、Ｘ方向に傾斜可能なように構成されているとともに、捻り変形可能なように構成されている。
【００２０】
また、ミラー部１は、トーションバー２ａおよび２ｂによってＡ１方向およびＡ２方向（図１参照）に傾斜されるとともに、捻り変形可能なトーションバー２ａおよび２ｂに振動可能なように支持されている。また、トーションバー２ａおよび２ｂは、ミラー部１と共に共振可能なように構成されている。これにより、ミラー部１は、共振によってバー３ａおよび３ｂの傾斜角度以上に傾斜するように構成されている。この結果、レーザ光などをミラー部１に照射すると、ミラー部１の傾斜角度に応じて反射光の反射角度も変化するように構成されている。これにより、振動ミラー素子１００を用いてレーザ光などを所定の方向に走査させることが可能である。
【００２１】
また、図２に示すように、駆動部４および５は、長さＬ１を有し、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、駆動部４のＸ１側の側面部４ａは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されているとともに、駆動部５のＸ２側の側面部５ａは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されている。
【００２２】
一方、駆動部４のＸ２側の側面部４ｂは、中央部４ｃからＹ１側の端部４ｄおよびＹ２側の端部４ｅに向かって連続的にＸ１側に傾斜することによって、短手方向（Ｘ方向）の幅が小さくなるように形成されている。また、駆動部５のＸ１側の側面部５ｂは、中央部５ｃからＹ１側の端部５ｄおよびＹ２側の端部５ｅに向かって連続的にＸ２側に傾斜することによって、短手方向（Ｘ方向）の幅が小さくなるように形成されている。なお、駆動部４および５は、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃにおいて、Ｘ方向に幅Ｗ１を有する。
【００２３】
また、駆動部４のＹ１側の端部４ｄは、バー３ａのＸ１側の端部と接続されているとともに、Ｙ２側の端部４ｅは、バー３ｂのＸ１側の端部と接続されている。また、駆動部５のＹ１側の端部５ｄは、バー３ａのＸ２側の端部と接続されているとともに、Ｙ２側の端部５ｅは、バー３ｂのＸ２側の端部と接続されている。
【００２４】
また、駆動部４の中央部４ｃにおけるＸ１側の側面部４ａには、Ｘ１側に突出する固定部６ａが形成されている。また、駆動部５の中央部５ｃにおけるＸ２側の側面部５ａには、Ｘ１側に突出する固定部６ｂが形成されている。この固定部６ａおよび６ｂは、図示しない基台に紫外線硬化接着剤などによって固定されており、駆動部４および５が凹形状または凸形状に変形することによって振動する際に、固定端として機能するように構成されている。
【００２５】
また、図３〜図５に示すように、駆動部４は、基部４０と、絶縁層４１とを含む。さらに、駆動部４は、下部電極４２と、圧電体層４３と、駆動用電極４４と、検出用電極４５とからなる圧電素子４６を含む。また、駆動部５は、基部５０と、絶縁層５１とを含む。さらに、駆動部５は、下部電極５２と、圧電体層５３と、駆動用電極５４と、検出用電極５５とからなる圧電素子５６を含む。なお、下部電極４２および５２は、本発明の「共通電極」の一例であり、圧電体層４３および５３は、本発明の「共通圧電体」の一例である。
【００２６】
具体的には、基部４０の上面上（Ｚ１側）の略全面および基部５０の上面上の略全面には、それぞれ、絶縁層４１および５１が形成されている。この絶縁層４１および５１は、共にＳｉＯ２からなる。また、絶縁層４１の上面上の略全面および絶縁層５１の上面上の略全面には、それぞれ、下部電極４２および５２が形成されている。この下部電極４２および５２は、共にＰｔからなり、それぞれ、図示しない端子によって外部と電気的に接続されている。
【００２７】
また、下部電極４２の上面上の略全面および下部電極５２の上面上の略全面には、それぞれ、圧電体層４３および５３が形成されている。この圧電体層４３および５３は、共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、膜厚方向（Ｚ方向）に分極されることによって、電圧を印加されるとＹ方向（図５参照）に伸縮するように構成されている。
【００２８】
なお、下部電極４２および圧電体層４３は、共に駆動用電極４４および検出用電極４５によって共用されるとともに、下部電極５２および圧電体層５３は、共に駆動用電極５４および検出用電極５５によって共用されるように構成されている。
【００２９】
ここで、第１実施形態では、図３〜図５に示すように、圧電体層４３の上面上（Ｚ１側）には、駆動用電極４４と検出用電極４５とが、離間領域４７によって所定の間隔を隔てた状態で形成されている。また、圧電体層５３の上面上には、駆動用電極５４と検出用電極５５とが、離間領域５７によって所定の間隔を隔てた状態で形成されている。すなわち、駆動用電極４４と検出用電極４５とは、圧電体層４３の上面上の異なる領域に形成されているととともに、駆動用電極５４と検出用電極５５とは、圧電体層５３の上面上の異なる領域に形成されている。なお、駆動用電極４４および５４と、検出用電極４５および５５とは、共にＰｔまたはＣｒ−Ａｕ合金からなる。
【００３０】
また、図２に示すように、検出用電極４５および５５は、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、検出用電極４５は、固定部６ａに近い駆動部４のＸ１側の側面部４ａの近傍に形成されているとともに、検出用電極５５は、固定部６ｂに近い駆動部５のＸ２側の側面部５ａの近傍に形成されている。これにより、固定部６ａ（６ｂ）から離れた位置（駆動部４（５）のＸ２（Ｘ１）側の側面部４ｂ（５ｂ）の近傍など）に検出用電極４５（５５）を形成する場合と比べて、後述する配線２６ａ（２６ｂ）の周囲に形成された離間領域４７（５７）の占める領域を小さくすることが可能である。したがって、その分、駆動用電極４４（５４）の占める領域を大きくすることができるので、駆動部４（５）において駆動力が小さくなるのを抑制することが可能である。
【００３１】
また、検出用電極４５および５５は、平面的に見て略矩形形状を有しており、Ｙ方向に長さＬ２を有するとともに、Ｘ方向に幅Ｗ２を有する。ここで、検出用電極４５および５５のＹ方向における長さＬ２は、駆動部４および５のＹ方向における長さＬ１の略半分である。また、検出用電極４５および５５のＸ方向における幅Ｗ２は、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃにおけるＸ方向の幅Ｗ１の約５分の１の大きさである。なお、検出用電極４５および５５のＸ方向における幅Ｗ２と、検出用電極４５および５５の検出感度とは、それぞれ、実質的に比例関係にある。また、検出用電極４５および５５は、それぞれ、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃを境にして長手方向（Ｙ方向）に対称になるように形成されている。
【００３２】
また、図３〜図５に示すように、離間領域４７および５７に対応する圧電体層４３および５３の上面上には、何も形成されていない。
【００３３】
また、図２に示すように、駆動用電極４４は、圧電体層４３の上面上（Ｚ１側）において、検出用電極４５が形成されている領域と離間領域４７が確保されている領域とを除く駆動部４の略全体に渡って形成されている。また、駆動用電極５４は、圧電体層５３の上面上において、検出用電極５５が形成されている領域と離間領域５７が確保されている領域とを除く駆動部５の略全体に渡って形成されている。すなわち、駆動用電極４４および５４は、それぞれ、圧電体層４３および５３の上面上において、形成することが可能な領域の全域にわたって形成されている。これにより、駆動部４および５（圧電体層４３および５３）において、駆動力を可能な限り大きくすることが可能である。なお、駆動用電極４４および５４は、駆動部４および５と同様に、Ｙ方向に長さＬ１を有する。
【００３４】
また、駆動用電極４４には、固定部６ａ側から延びる配線１６ａが接続されているとともに、駆動用電極５４には、固定部６ｂ側から延びる配線１６ｂが接続されている。この配線１６ａおよび１６ｂと図示しない端子とがそれぞれ接続されることによって、駆動用電極４４および５４が外部と電気的に接続されるように構成されている。
【００３５】
また、駆動用電極４４および５４には、それぞれ、下部電極４２および５２との間に電位差が生じるように電圧を印加することが可能なように構成されている。これにより、駆動用電極４４と下部電極４２との間に電圧を印加することにより、圧電体層４３が変形されるとともに、駆動用電極５４と下部電極５２との間に電圧を印加することにより、圧電体層５３が変形されるように構成されている。
【００３６】
具体的には、図６に示すように、駆動部４は、駆動用電極４４と下部電極４２（図３および図４参照）とに電圧を印加することによって、固定部６ａ近傍の中央部４ｃを固定端とするとともに、Ｙ１側の端部４ｄとＹ２側の端部４ｅとを自由端として、Ｚ方向に凹形状および凸形状に撓み変形可能なように構成されている。同様に、駆動部５は、駆動用電極５４と下部電極５２（図３および図４参照）とに電圧を印加することによって、固定部６ｂ近傍の中央部５ｃを固定端とするとともに、Ｙ１側の端部５ｄとＹ２側の端部５ｅとを自由端として、Ｚ方向に凹形状および凸形状に撓み変形可能なように構成されている。
【００３７】
また、駆動用電極４４および５４と下部電極４２および５２とに印加される電圧の波形は、主に正弦波になるように構成されている。これにより、駆動部４および５は、変形していない状態から、凹形状に撓み変形した後に、再度変形していない状態に戻り、その後凸形状に撓み変形するという振動運動を繰り返すように構成されている。また、駆動部４の駆動用電極４４と下部電極４２とに印加される電圧の位相と、駆動部５の駆動用電極５４と下部電極５２とに印加される電圧の位相とは、反対の位相になるように構成されている。さらに、駆動部４および５において印加される電圧の周波数と、ミラー部１、トーションバー２ａおよび２ｂならびに駆動部４および５の共振周波数とは略一致するように構成されている。これらにより、駆動部４および５からの駆動力によってミラー部１とトーションバー２ａおよび２ｂとが共振するので、バー３ａおよび３ｂの傾斜角度よりも大きい角度で、ミラー部１をＡ１方向およびＡ２方向（図１参照）に振動運動させることが可能である。なお、駆動部４および５の変形量は、ミラー部１の振動運動における振れ角と対応している。
【００３８】
また、検出用電極４５には、固定部６ａ側から延びる配線２６ａが接続されているとともに、検出用電極５５には、固定部６ｂ側から延びる配線２６ｂが接続されている。この配線２６ａおよび２６ｂと図示しない端子とがそれぞれ接続されることによって、検出用電極４５および５５が外部と電気的に接続されるように構成されている。なお、駆動部４における配線２６ａの周囲および駆動部５における配線２６ｂの周囲にも、それぞれ、離間領域４７および５７が形成されている。
【００３９】
また、第１実施形態では、検出用電極４５では、圧電体層４３の撓み変形によって生じる下部電極４２との電位差が検出されるとともに、検出用電極５５では、圧電体層５３の撓み変形によって生じる下部電極５２との電位差が検出されるように構成されている。すなわち、検出用電極４５では、圧電体層４３の変形量に基づく駆動部４の変形量が検出されるとともに、検出用電極５５では、圧電体層５３の変形量に基づく駆動部５の変形量が検出されるように構成されている。また、検出用電極４５では、駆動部４の撓み変形が駆動部５の撓み変形とは独立して検出されるとともに、検出用電極５５では、駆動部５の撓み変形が駆動部４の撓み変形とは独立して検出されるように構成されている。これにより、駆動部４および５の変形量に対応するミラー部１の振れ角を求めることが可能である。
【００４０】
なお、駆動部４（５）において駆動力を可能な限り大きくするためには、駆動用電極４４（５４）は、可能な限り広い領域に形成するのが駆動力を大きくする点で好ましい。一方、検出用電極４５（５５）は、十分な検出感度を確保した状態で可能な限り小さい領域に形成するのが、駆動用電極４４（５４）の領域が小さくなり駆動力が低下するのを抑制する点で好ましい。
【００４１】
第１実施形態では、上記のように、駆動部４および５に、それぞれ、駆動用電極４４および５４と検出用電極４５および５５とを配置することによって、駆動用電極４４および５４と検出用電極４５および５５とを同じ製造プロセスにおいて形成させることができる。これにより、駆動用電極４４および５４と検出用電極４５および５５とを別の製造プロセスで形成する必要がないので、駆動部４および５の駆動を検出するための検出用電極４５および５５を備える振動ミラー素子１００を容易に製造することができる。また、駆動部４および５に、駆動部４および５の変形量を検出することが可能な検出用電極４５および５５を配置することによって、変形量が比較的大きい駆動部４自身および駆動部５自身の変形量を、駆動部４および５にそれぞれ配置された検出用電極４５および５５によりそれぞれ検出することができる。これにより、駆動部４および５の変形量に基づいてミラー部１の変位量（振れ角）をより正確に検出することができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、上記のように、検出用電極４５および５５を、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成するとともに、検出用電極４５および５５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極４４および５４のＹ方向における長さＬ１の略半分にすることによって、検出用電極４５および５５の変形量をより正確に検出するために必要な検出用電極４５および５５の面積を確保することができるので、駆動部４および５における変形量をさらに正確に検出することができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、検出用電極４５および５５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極４４および５４のＹ方向における長さＬ１の略半分にすることによって、駆動部４における検出用電極４５の占める割合が大きくなりすぎるのを抑制することができるとともに、駆動部５における検出用電極５５の占める割合が大きくなりすぎるのを抑制することができる。これにより、駆動部４における駆動用電極４４の占める割合が小さくなるとともに、駆動部５における駆動用電極５４の占める割合が小さくなることに起因して駆動部４および５の駆動力が小さくなるのを抑制することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、駆動用電極４４と検出用電極４５とを、圧電体層４３の上面上に離間領域４７によって所定の間隔を隔てた状態で形成するとともに、駆動用電極５４と検出用電極５５とを、圧電体層５３の上面上に離間領域５７によって所定の間隔を隔てた状態で形成することによって、駆動用電極４４と検出用電極４５との絶縁および駆動用電極５４と検出用電極５５との絶縁を確保した状態で、より容易に、駆動用電極４４および検出用電極４５と、駆動用電極５４および検出用電極５５とを同じ製造プロセスで同時に形成することができる。これにより、振動ミラー素子１００をより容易に製造することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、駆動用電極４４（５４）と下部電極４２（５２）との間に電圧を印加することにより、圧電体層４３（５３）が撓み変形されるように構成するとともに、検出用電極４５（５５）において、圧電体層４３（５３）の撓み変形によって生じる下部電極４２（５２）との電位差を検出するように構成することによって、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とにおいて圧電体層４３（５３）および下部電極４２（５２）を共用することができるので、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とに個別に圧電体層および下部電極を設ける必要がない。これにより、振動ミラー素子１００の構造を簡素化することができるとともに、振動ミラー素子１００の小型化を図ることができる。また、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とにそれぞれ対応する圧電体層および下部電極を個別に設けるための製造プロセスを必要としないので、振動ミラー素子１００をより容易に形成することができる。
【００４６】
次に、図７〜図１０を参照して、上記した本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った検出感度測定について説明する。
【００４７】
この検出感度測定では、実施例１、２および３として、検知用電極２０５の長手方向（Ｙ方向）の長さＬ２を各々異ならせたカンチレバー型の検査部材２００を用いて測定を行った。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、平面的に見て矩形形状を有する検査部材２００の一方側を固定端になるように固定部材２１０によって固定する一方、他方側を自由端になるようにした。また、検査部材２００は、図８に示すように、基部２０１および絶縁層（図示せず）と、絶縁層の上面上に形成された下部電極（図示せず）、圧電体層２０３（図７参照）、駆動用電極２０４（図７参照）および検出用電極２０５（図７参照）からなる圧電素子２０６とからなるように構成した。なお、検査部材２００の長手方向（Ｙ方向）の長さＬ１は、２ｍｍ（２０００μｍ）にした。
【００４９】
また、図７に示すように、平面的に見て矩形形状を有する駆動用電極２０４のＹ方向の長さは、検査部材２００のＹ方向の長さＬ１と同じにした。また、駆動用電極２０４と所定の間隔を隔てて、平面的に見て矩形形状を有する検出用電極２０５を形成した。なお、駆動用電極２０４と検出用電極２０５との短手方向（Ｘ方向）の幅は同じ幅になるように構成した。
【００５０】
ここで、実施例１の検査部材２００では、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を２ｍｍ（２０００μｍ）にした。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極２０４のＹ方向の長さ（検査部材２００のＹ方向の長さ）Ｌ１と同じにした。また、実施例２の検査部材２００では、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を１ｍｍ（１０００μｍ）にした。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極２０４のＹ方向の長さＬ１の半分にした。なお、実施例２の検査部材２００は、上記した第１実施形態の駆動部４および５に対応している。また、実施例３の検査部材２００では、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を０．５ｍｍ（５００μｍ）にした。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極２０４のＹ方向の長さＬ１の４分の１にした。
【００５１】
そして、上記した実施例１、２および３における各々の検査部材２００の下部電極（図示せず）と駆動用電極２０４との間に電位差が生じるように電圧を印加して、図８に示すように、圧電体層２０３（検査部材２００）を鉛直方向（Ｚ方向）に反るように変形させた。この際、圧電体層２０３が変形するのに伴って生じる下部電極（図示せず）と検出用電極２０５との電位差を検出電圧として検出した。
【００５２】
また、検出電圧を検出するのと同時に、検査部材２００の自由端側の変形量をレーザドップラー振動計２２０を用いて計測した。具体的には、検査部材２００の上方に配置したレーザドップラー振動計２２０から、検査部材２００の自由端側の上面にレーザ光を照射して、その反射光をレーザドップラー振動計２２０において計測することにより検査部材２００の自由端側の変形量を求めた。そして、圧電体層２０３の自由端側の変形量当たりの検出電圧の大きさを検出感度として求めた。
【００５３】
検出感度測定の結果としては、図９に示すように、実施例１においては、検査部材２００の自由端側の変形量は５７．７μｍになるとともに、検出電圧は２５１ｍＶになった。これにより、実施例１の検出感度は、４．４（＝２５１／５７．７）（ｍＶ／μｍ）になった。また、実施例２においては、検査部材２００の自由端側の変形量は５６．１μｍになるとともに、検出電圧は２３５ｍＶになった。これにより、実施例２の検出感度は、４．２（＝２３５／５６．１）（ｍＶ／μｍ）になった。また、実施例３においては、検査部材２００の自由端側の変形量は５７．７μｍになるとともに、検出電圧は１７０ｍＶになった。これにより、実施例３の検出感度は、２．９（＝１７０／５７．７）（ｍＶ／μｍ）になった。
【００５４】
上記のような検出感度測定の結果から、図１０に示すように、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を大きくすることによって、検出感度を大きくすることができることが判明した。
【００５５】
また、実施例１および２では、検出感度が４ｍＶ／μｍよりも大きい一方、実施例３では、検出感度が３ｍＶ／μｍよりも小さくなった。これにより、実施例３は、検出感度が小さいことによって、検出用電極２０５が接続された図示しない電気回路などにおける不要な電位差に起因するノイズの影響を受けやすいと考えられる。すなわち、実施例３では、駆動部における変形量を正確に検出しづらいと考えられる。一方、実施例１および２では、検出感度が大きいことによって、ノイズの影響を受けにくいので、実施例３よりも駆動部における変形量をより正確に検出することができると考えられる。これにより、実施例１および２が、十分な検出感度を確保するという本発明の効果を得るのにより好ましいと考えられる。
【００５６】
また、検出用電極２０５の長さＬ２は、検出感度と対数関数的な関係にあることが判明した。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２が検査部材２００のＹ方向の長さ（駆動用電極２０４のＹ方向の長さ）Ｌ１の半分以上の実施例１および２の場合においては、検出用電極２０５の長さＬ２を大きくしても検出感度はあまり大きくならないことが判明した。このことから、本願発明者は、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を検査部材２００のＹ方向の長さ（駆動用電極２０４のＹ方向の長さ）Ｌ１の半分にした場合でも、十分な検出感度を確保することが可能であることを見い出した。
【００５７】
ここで、第１実施形態の振動ミラー素子１００の駆動部４および５において駆動力を可能な限り大きくするためには、駆動用電極２０４を可能な限り広い領域に形成する必要がある。このため、検出用電極２０５を十分な検出感度を確保した状態で可能な限り小さい領域に形成するのが好ましい。これらにより、駆動力を大きくしつつ、十分な検出感度を確保することが可能な実施例２（検出用電極２０５の長さＬ２が駆動用電極２０４の長さＬ１の半分）は、実施例１（検出用電極２０５の長さＬ２が駆動用電極２０４の長さＬ１と同じ長さ）よりも検出用電極２０５が小さい領域に形成されていることによって、好ましいことが判明した。
【００５８】
したがって、本発明の第１実施形態における駆動部４および５に対応する実施例２の検査部材２００が、駆動力を大きくしつつ、十分な検出感度を確保するために最も効果的な構成であると考えられる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の第２実施形態による振動ミラー素子３００の構造について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、駆動部３０４および３０５の略全面に渡って、駆動用電極３４４および３５４をそれぞれ形成するとともに、駆動用電極３４４および３５４の上面上に、検知用電極３７４を含む検知部３７０および検知用電極３８４を含む検知部３８０をそれぞれ形成した例について説明する。
【００６０】
図１１および図１２に示すように、第２実施形態による振動ミラー素子３００の駆動部３０４および３０５において、圧電体層３４３および３５３（図１２参照）の上面上（Ｚ１側）には、それぞれ、駆動用電極３４４および３５４が略全面に渡って形成されている。なお、圧電体層３４３および３５３は、本発明の「駆動用圧電体」の一例である。
【００６１】
ここで、第２実施形態では、駆動用電極３４４および３５４の上面上には、それぞれ、長手方向（Ｙ方向）に延びるように、矩形形状の検知部３７０および３８０が形成されている。この検知部３７０および３８０は、図１２に示すように、それぞれ、絶縁体層３７１および３８１と、下部電極３７２および３８２と、圧電体層３７３および３８３と、検知用電極３７４および３８４とが、この順に下方（Ｚ２側）から上方（Ｚ１側）に向かって積層されている。すなわち、第１実施形態とは異なり、駆動用電極３４４と検知用電極３７４とでは、下部電極および圧電体層を共用しないとともに、駆動用電極３５４と検知用電極３８４とでは、下部電極および圧電体層を共用しないように構成されている。
【００６２】
また、絶縁体層３７１および３８１は、共にポリイミドからなる。また、絶縁体層３７１は、駆動用電極３４４と下部電極３７２とを絶縁するために配置されているとともに、絶縁体層３８１は、駆動用電極３５４と下部電極３８２とを絶縁するために配置されている。また、下部電極３７２および３８２は、共にＰｔからなり、それぞれ、図示しない端子によって外部と電気的に接続されている。また、圧電体層３７３および３８３は共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる。また、検出用電極３７４および３８４は共にＰｔまたはＣｒ−Ａｕ合金からなる。なお、圧電体層３７３および３８３は、本発明の「検知用圧電体」の一例である。
【００６３】
また、駆動用電極３４４および３５４に電圧が印加されることにより圧電体層３４３および３５３（駆動部３０４および３０５）が撓み変形した際に、検知部３７０および３８０は、それぞれ、駆動部３０４および３０５の撓み変形に伴って変形するように構成されている。これにより、検出用電極３７４では、圧電体層３７３の撓み変形によって生じた下部電極３７２との電位差が検出されるとともに、検出用電極３８４では、圧電体層３８３の撓み変形によって生じた下部電極３８２との電位差が検出されるように構成されている。
【００６４】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
第２実施形態では、上記のように、駆動用電極３４４（３５４）により電圧が印加されることにより圧電体層３４３（３５３）が撓み変形した際に、検出用電極３７４（３８４）において、圧電体層３７３（３８３）の撓み変形によって生じた下部電極３７２（３８２）との電位差を検出するように構成することによって、圧電体層３４３（３５３）と圧電体層３７３（３８３）とを分離することができる。これにより、圧電体層３４３（３５３）の全体に渡って駆動用電極３４４（３５４）を形成することができるので、駆動部３０４（３０５）において駆動力が小さくなるのをより抑制することができる。また、圧電体層３７３（３８３）の全体に渡って検出用電極３７４（３８４）を形成することができるので、駆動部３０４（３０５）の変形量を十分に検出することが可能な大きさに検出用電極３７４（３８４）を形成することができる。
【００６６】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の第３実施形態による振動ミラー素子４００の構造について説明する。この第３実施形態では、上記第２実施形態と異なり、駆動部４０４の基部４０の下面上に検知用電極４７４を含む検知部４７０を形成するとともに、駆動部４０５の基部５０の下面上に検知用電極４８４を含む検知部４８０を形成した例について説明する。
【００６８】
図１３および図１４に示すように、基部４０および５０の下面上（Ｚ２側）には、それぞれ、長手方向（Ｙ方向）に延びるように矩形形状の検知部４７０および４８０が形成されている。この検知部４７０および４８０では、図１４に示すように、それぞれ、絶縁体層４７１および４８１と、下部電極４７２および４８２と、圧電体層４７３および４８３と、検知用電極４７４および４８４とが、この順に上方（Ｚ１側）から下方（Ｚ２側）に向かって積層されている。また、絶縁体層４７１および４８１は、共にＳｉＯ２からなる。なお、圧電体層４７３および４８３は、本発明の「検知用圧電体」の一例である。
【００６９】
なお、第３実施形態のその他の構成および効果は、上記第２実施形態と同様である。
【００７０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７１】
たとえば、上記第１実施形態では、駆動部４（５）を、中央部４ｃ（５ｃ）から端部４ｄ（５ｄ）および４ｅ（５ｅ）に向かって連続的に幅が小さくした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１５に示す第１変形例の振動ミラー素子５００のように、平面的にみて、駆動部５０４および５０５が矩形形状を有するように構成してもよい。
【００７２】
また、上記第１実施形態および第１変形例では、検出用電極４５（５４５）を、固定部６ａに近い駆動部４（５０４）の一方端部側（Ｘ１側）の側面部４ａ（５０４ａ）の近傍に形成するとともに、検出用電極５５（５５５）を、固定部６ｂに近い駆動部５（５０５）の他方端部側（Ｘ２側）の側面部５ａ（５０５ａ）の近傍に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１６に示す第２変形例の振動ミラー素子６００のように、検出用電極６４５および６５５を、それぞれ、駆動部６０４および６０５の短手方向（Ｘ方向）の略中央に長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成してもよい。また、図１７に示す第３変形例の振動ミラー素子７００のように、検出用電極７４５を、固定部６ａから遠い駆動部７０４のＸ２側の側面部５０４ｂの近傍にＹ方向に延びるように形成するとともに、検出用電極７５５を、固定部６ｂから遠い駆動部７０５のＸ１側の側面部５０５ｂの近傍にＹ方向に延びるように形成してもよい。
【００７３】
また、上記第１実施形態では、検出用電極４５および５５を、それぞれ、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃを境にして長手方向（Ｙ方向）に対称になるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１８に示す第４変形例の振動ミラー素子８００のように、駆動部８０４に検出用電極８４５を設ける一方、駆動部８０５に検出用電極を設けないように構成してもよい。さらに、検出用電極８４５を駆動部８０４のＹ方向の一方側（Ｙ１側）にのみ設けて、他方側（Ｙ２側）には検出用電極８４５を設けないように構成してもよい。
【００７４】
また、上記第１実施形態では、検出用電極４５および５５の長手方向（Ｙ方向）の長さＬ２を、駆動用電極４４および５４のＹ方向における長さＬ１の略半分にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検出用電極の長手方向の長さは、駆動用電極の長手方向の長さの半分未満であってもよいし、駆動用電極の長手方向の長さの略半分よりも大きくてもよい。なお、検出用電極の長手方向の長さは、駆動用電極の長手方向の長さの半分以上、駆動用電極の長手方向の長さ未満であるのが、十分な検出感度を確保するために好ましい。
【００７５】
また、上記第１〜第３実施形態では、ミラー部１の短手方向（Ｘ方向）の両側にそれぞれ駆動部４（３０４、４０４）および５（３０５、４０５）を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ミラー部のＸ方向の一方側にのみ駆動部を設けてもよい。
【００７６】
また、上記第１実施形態では、圧電体層４３（５３）の下面上に配置された下部電極４２（５２）を駆動部４（５）の略全面に形成するとともに、圧電体層４３（５３）の上面上に配置された電極を、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とに分割した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電体層の上面上に配置された電極を駆動部の略全面に形成するとともに、圧電体層の下面上に配置された電極を、駆動用電極と検出用電極とに分割してもよい。
【００７７】
また、上記第１〜第３実施形態では、振動ミラー素子１００（３００、４００）のミラー部１をＡ１およびＡ２方向のみ（１次元的）に傾斜させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動ミラー素子の外側に、Ａ１およびＡ２方向と異なる方向にミラー部を傾斜および振動させることが可能な駆動部を別途設けてもよい。これにより２次元的にミラー部を傾斜および振動させることが可能である。
【００７８】
また、上記第１〜第３実施形態では、圧電体層４３、５３、３４３、３５３、３７３、３８３、４７３および４８３が、共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電体層は、ＰＺＴ以外の鉛、チタンおよびジルコニウムを主成分とした酸化物からなる圧電材料や、他の圧電材料により形成されていてもよい。たとえば、圧電体層として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）などの圧電材料を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１ ミラー部
４、５、３０４、３０５、４０４、４０５、５０４、５０５、６０４、６０５、７０４、７０５、８０４、８０５ 駆動部
４２、５２ 下部電極（共通電極）
４３、５３ 圧電体層（共通圧電体）
４４、５４、３４４、３５４ 駆動用電極
４５、５５、３７４、３８４、４７４、４８４、５４５、５５５、６４５、６５５、７４５、７５５、８４５ 検出用電極
１００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 振動ミラー素子
３４３、３５３ 圧電体層（駆動用圧電体）
３７３、３８３、４７３、４８３ 圧電体層（検知用圧電体）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動ミラー素子に関し、特に、変形量を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変形量を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、揺動可能なミラーと、静電力により非接触状態でミラーを揺動させる駆動電極と、ミラーの端部に接続され、駆動電極によるミラーの揺動に応じて捻り変形可能なトーションバーと、角度検出センサとを備えるアクチュエータ（振動ミラー素子）が開示されている。上記特許文献１に記載されたアクチュエータでは、角度検出センサによりトーションバーの捻り変形による変形量を検出することによって、この変形量に基づいてミラーの振れ角が求められるように構成されている。また、角度検出センサは、トーションバーの表面に一体的に形成されたピエゾ抵抗と、ピエゾ抵抗に生じる電圧を検出するための一対の電圧計測パッド（検出用電極）と、ピエゾ抵抗にバイアス電流を与えるための一対のバイアス電流パッドとからなる。なお、駆動電極は、平面的に見て、ミラーの一部とオーバーラップした状態で、ミラーの下方に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のアクチュエータでは、駆動電極がミラーの一部とオーバーラップしているため、アクチュエータを製造するプロセスにおいて、角度検出センサのピエゾ抵抗などをトーションバーの表面に一体的に形成する製造プロセスが、駆動電極を形成する製造プロセスとは別途必要になるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、駆動を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子を容易に製造することが可能な振動ミラー素子を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面による振動ミラー素子は、ミラー部と、ミラー部を駆動する駆動部とを備え、駆動部には、電圧の印加により駆動部を変形させて駆動させるための駆動用電極と、駆動部の変形量を検出するための検出用電極とが配置されている。
【０００８】
この発明の一の局面による振動ミラー素子では、上記のように、駆動部に駆動用電極と検出用電極とを配置することによって、駆動用電極と検出用電極とを同じ製造プロセスにおいて形成させることができる。これにより、駆動用電極と検出用電極とを別の製造プロセスで形成する必要がないので、駆動部の駆動を検出するための検出用電極を備える振動ミラー素子を容易に製造することができる。
【０００９】
上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、検出用電極は、駆動用電極の長手方向に沿って延びており、検出用電極の長手方向における長さは、駆動用電極の長手方向における長さ未満である。このように構成すれば、駆動部における検出用電極の占める割合が大きくなりすぎるのを抑制することができるので、駆動部における駆動用電極の占める割合が小さくなることに起因して駆動部の駆動力が小さくなるのを抑制することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、検出用電極の長手方向における長さは、駆動用電極の長手方向における長さの半分以上である。このように構成すれば、検出用電極を駆動部の変形量を十分に検出することが可能な大きさに形成することができるので、駆動部における変形量をさらに正確に検出することができる。なお、検出用電極の長手方向における長さを駆動用電極の長手方向における長さの半分にしても駆動部の変形量を十分に検出することができる点については、本願発明者が鋭意検討した結果、見い出した構成である。
【００１１】
上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、駆動用電極と検出用電極とは、同一面上に配置されている。このように構成すれば、より容易に、駆動用電極と検出用電極とを同じ製造プロセスで同時に形成することができるので、振動ミラー素子をより容易に製造することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、駆動部は、共通圧電体と、共通圧電体の一方面上に配置された共通電極とを含み、駆動用電極は、共通圧電体の他方面上の第１領域に配置されているとともに、検出用電極は、共通圧電体の他方面上の第１領域とは異なる第２領域に配置されており、駆動部では、共通電極と駆動用電極との間に電圧を印加することにより共通圧電体が変形されるように構成されており、検出用電極は、共通圧電体の変形によって生じる共通電極との電位差を検出するように構成されている。このように構成すれば、駆動用電極と検出用電極とにおいて共通圧電体および共通電極を共用することができるので、駆動用電極と検出用電極とに個別に圧電体および電極を設ける必要がない。これにより、振動ミラー素子の構造を簡素化することができるとともに、振動ミラー素子の小型化を図ることができる。また、駆動用電極と検出用電極とにそれぞれ対応する圧電体および電極を個別に設けるための製造プロセスを必要としないので、振動ミラー素子をより容易に形成することができる。
【００１３】
上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、駆動部は、駆動用電極に電圧が印加されることによって変形する駆動用圧電体と、駆動用圧電体の変形に伴って変形する検出用圧電体とを含み、検出用電極は、検出用圧電体の変形によって生じる電圧を検出するように構成されている。このように構成すれば、駆動用圧電体と検出用圧電体とを分離することができる。これにより、駆動用圧電体の全体に渡って駆動用電極を形成することができるので、駆動部において駆動力が小さくなるのをより抑制することができる。また、検出用圧電体の全体に渡って検出用電極を形成することができるので、駆動部の変形量を十分に検出することが可能な大きさに検出用電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態による振動ミラー素子の構造を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図３】図２に示した振動ミラー素子の９００−９００線に沿った拡大断面図である。
【図４】図２に示した振動ミラー素子の９１０−９１０線に沿った拡大断面図である。
【図５】図２に示した振動ミラー素子の９２０−９２０線に沿った拡大断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による振動ミラー素子が所定の傾斜角度で傾斜した状態を示した斜視図である。
【図７】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定に用いるカンチレバーを示した平面図である。
【図８】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定を説明するための図である。
【図９】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定の結果を示した表である。
【図１０】本発明の効果を確認するために行った検出感度測定の結果を示したグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図（上面図）である。
【図１２】図１１に示した振動ミラー素子の９３０−９３０線に沿った拡大断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図（下面図）である。
【図１４】図１３に示した振動ミラー素子の９４０−９４０線に沿った拡大断面図である。
【図１５】本発明の第１変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図１６】本発明の第２変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図１７】本発明の第３変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図１８】本発明の第４変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子１００の構成について説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態による振動ミラー素子１００は、図１および図２に示すように、ミラー部１と、トーションバー２ａおよび２ｂと、バー３ａおよび３ｂと、駆動部４および５と、固定部６ａおよび６ｂとを含む。また、ミラー部１と、トーションバー２ａおよび２ｂと、バー３ａおよび３ｂと、駆動部４の基部４０（図１参照）と、駆動部５の基部５０（図１参照）と、固定部６ａおよび６ｂとは、同一のＳｉ基板によって一体的に形成されている。また、振動ミラー素子１００は、長手方向（Ｙ方向）に大きく、短手方向（Ｘ方向）に小さい。
【００１８】
ミラー部１は、略円形状に形成されており、光を反射可能なように構成されている。また、トーションバー２ａおよび２ｂは、共に振動ミラー素子１００の長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、トーションバー２ａのＹ方向の一方端部（Ｙ２側）は、ミラー部１と接続されるとともに、Ｙ方向の他方端部（Ｙ１側）は、バー３ａと接続されている。また、トーションバー２ｂのＹ方向の一方端部（Ｙ１側）は、ミラー部１と接続されるとともに、Ｙ方向の他方端部（Ｙ２側）は、バー３ｂと接続されている。
【００１９】
また、バー３ａは、Ｙ１側で振動ミラー素子１００の短手方向（Ｘ方向）に延びるように形成されているとともに、バー３ｂは、Ｙ２側でＸ方向に延びるように形成されている。また、バー３ａのＸ方向の一方端部（Ｘ１側）は、基部４０（駆動部４）と接続されているとともに、Ｘ方向の他方端部（Ｘ２側）は、基部５０（駆動部５）と接続されている。また、バー３ｂのＸ方向の一方端部（Ｘ１側）は、基部４０（駆動部４）と接続されているとともに、Ｘ方向の他方端部（Ｘ２側）は、基部５０（駆動部５）と接続されている。このバー３ａおよび３ｂは、基部４０および５０（駆動部４および５）の変形により、Ｘ方向に傾斜可能なように構成されているとともに、捻り変形可能なように構成されている。
【００２０】
また、ミラー部１は、トーションバー２ａおよび２ｂによってＡ１方向およびＡ２方向（図１参照）に傾斜されるとともに、捻り変形可能なトーションバー２ａおよび２ｂに振動可能なように支持されている。また、トーションバー２ａおよび２ｂは、ミラー部１と共に共振可能なように構成されている。これにより、ミラー部１は、共振によってバー３ａおよび３ｂの傾斜角度以上に傾斜するように構成されている。この結果、レーザ光などをミラー部１に照射すると、ミラー部１の傾斜角度に応じて反射光の反射角度も変化するように構成されている。これにより、振動ミラー素子１００を用いてレーザ光などを所定の方向に走査させることが可能である。
【００２１】
また、図２に示すように、駆動部４および５は、長さＬ１を有し、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、駆動部４のＸ１側の側面部４ａは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されているとともに、駆動部５のＸ２側の側面部５ａは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されている。
【００２２】
一方、駆動部４のＸ２側の側面部４ｂは、中央部４ｃからＹ１側の端部４ｄおよびＹ２側の端部４ｅに向かって連続的にＸ１側に傾斜することによって、短手方向（Ｘ方向）の幅が小さくなるように形成されている。また、駆動部５のＸ１側の側面部５ｂは、中央部５ｃからＹ１側の端部５ｄおよびＹ２側の端部５ｅに向かって連続的にＸ２側に傾斜することによって、短手方向（Ｘ方向）の幅が小さくなるように形成されている。なお、駆動部４および５は、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃにおいて、Ｘ方向に幅Ｗ１を有する。
【００２３】
また、駆動部４のＹ１側の端部４ｄは、バー３ａのＸ１側の端部と接続されているとともに、Ｙ２側の端部４ｅは、バー３ｂのＸ１側の端部と接続されている。また、駆動部５のＹ１側の端部５ｄは、バー３ａのＸ２側の端部と接続されているとともに、Ｙ２側の端部５ｅは、バー３ｂのＸ２側の端部と接続されている。
【００２４】
また、駆動部４の中央部４ｃにおけるＸ１側の側面部４ａには、Ｘ１側に突出する固定部６ａが形成されている。また、駆動部５の中央部５ｃにおけるＸ２側の側面部５ａには、Ｘ１側に突出する固定部６ｂが形成されている。この固定部６ａおよび６ｂは、図示しない基台に紫外線硬化接着剤などによって固定されており、駆動部４および５が凹形状または凸形状に変形することによって振動する際に、固定端として機能するように構成されている。
【００２５】
また、図３〜図５に示すように、駆動部４は、基部４０と、絶縁層４１とを含む。さらに、駆動部４は、下部電極４２と、圧電体層４３と、駆動用電極４４と、検出用電極４５とからなる圧電素子４６を含む。また、駆動部５は、基部５０と、絶縁層５１とを含む。さらに、駆動部５は、下部電極５２と、圧電体層５３と、駆動用電極５４と、検出用電極５５とからなる圧電素子５６を含む。なお、下部電極４２および５２は、本発明の「共通電極」の一例であり、圧電体層４３および５３は、本発明の「共通圧電体」の一例である。
【００２６】
具体的には、基部４０の上面上（Ｚ１側）の略全面および基部５０の上面上の略全面には、それぞれ、絶縁層４１および５１が形成されている。この絶縁層４１および５１は、共にＳｉＯ２からなる。また、絶縁層４１の上面上の略全面および絶縁層５１の上面上の略全面には、それぞれ、下部電極４２および５２が形成されている。この下部電極４２および５２は、共にＰｔからなり、それぞれ、図示しない端子によって外部と電気的に接続されている。
【００２７】
また、下部電極４２の上面上の略全面および下部電極５２の上面上の略全面には、それぞれ、圧電体層４３および５３が形成されている。この圧電体層４３および５３は、共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、膜厚方向（Ｚ方向）に分極されることによって、電圧を印加されるとＹ方向（図５参照）に伸縮するように構成されている。
【００２８】
なお、下部電極４２および圧電体層４３は、共に駆動用電極４４および検出用電極４５によって共用されるとともに、下部電極５２および圧電体層５３は、共に駆動用電極５４および検出用電極５５によって共用されるように構成されている。
【００２９】
ここで、第１実施形態では、図３〜図５に示すように、圧電体層４３の上面上（Ｚ１側）には、駆動用電極４４と検出用電極４５とが、離間領域４７によって所定の間隔を隔てた状態で形成されている。また、圧電体層５３の上面上には、駆動用電極５４と検出用電極５５とが、離間領域５７によって所定の間隔を隔てた状態で形成されている。すなわち、駆動用電極４４と検出用電極４５とは、圧電体層４３の上面上の異なる領域に形成されているととともに、駆動用電極５４と検出用電極５５とは、圧電体層５３の上面上の異なる領域に形成されている。なお、駆動用電極４４および５４と、検出用電極４５および５５とは、共にＰｔまたはＣｒ−Ａｕ合金からなる。
【００３０】
また、図２に示すように、検出用電極４５および５５は、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、検出用電極４５は、固定部６ａに近い駆動部４のＸ１側の側面部４ａの近傍に形成されているとともに、検出用電極５５は、固定部６ｂに近い駆動部５のＸ２側の側面部５ａの近傍に形成されている。これにより、固定部６ａ（６ｂ）から離れた位置（駆動部４（５）のＸ２（Ｘ１）側の側面部４ｂ（５ｂ）の近傍など）に検出用電極４５（５５）を形成する場合と比べて、後述する配線２６ａ（２６ｂ）の周囲に形成された離間領域４７（５７）の占める領域を小さくすることが可能である。したがって、その分、駆動用電極４４（５４）の占める領域を大きくすることができるので、駆動部４（５）において駆動力が小さくなるのを抑制することが可能である。
【００３１】
また、検出用電極４５および５５は、平面的に見て略矩形形状を有しており、Ｙ方向に長さＬ２を有するとともに、Ｘ方向に幅Ｗ２を有する。ここで、検出用電極４５および５５のＹ方向における長さＬ２は、駆動部４および５のＹ方向における長さＬ１の略半分である。また、検出用電極４５および５５のＸ方向における幅Ｗ２は、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃにおけるＸ方向の幅Ｗ１の約５分の１の大きさである。なお、検出用電極４５および５５のＸ方向における幅Ｗ２と、検出用電極４５および５５の検出感度とは、それぞれ、実質的に比例関係にある。また、検出用電極４５および５５は、それぞれ、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃを境にして長手方向（Ｙ方向）に対称になるように形成されている。
【００３２】
また、図３〜図５に示すように、離間領域４７および５７に対応する圧電体層４３および５３の上面上には、何も形成されていない。
【００３３】
また、図２に示すように、駆動用電極４４は、圧電体層４３の上面上（Ｚ１側）において、検出用電極４５が形成されている領域と離間領域４７が確保されている領域とを除く駆動部４の略全体に渡って形成されている。また、駆動用電極５４は、圧電体層５３の上面上において、検出用電極５５が形成されている領域と離間領域５７が確保されている領域とを除く駆動部５の略全体に渡って形成されている。すなわち、駆動用電極４４および５４は、それぞれ、圧電体層４３および５３の上面上において、形成することが可能な領域の全域にわたって形成されている。これにより、駆動部４および５（圧電体層４３および５３）において、駆動力を可能な限り大きくすることが可能である。なお、駆動用電極４４および５４は、駆動部４および５と同様に、Ｙ方向に長さＬ１を有する。
【００３４】
また、駆動用電極４４には、固定部６ａ側から延びる配線１６ａが接続されているとともに、駆動用電極５４には、固定部６ｂ側から延びる配線１６ｂが接続されている。この配線１６ａおよび１６ｂと図示しない端子とがそれぞれ接続されることによって、駆動用電極４４および５４が外部と電気的に接続されるように構成されている。
【００３５】
また、駆動用電極４４および５４には、それぞれ、下部電極４２および５２との間に電位差が生じるように電圧を印加することが可能なように構成されている。これにより、駆動用電極４４と下部電極４２との間に電圧を印加することにより、圧電体層４３が変形されるとともに、駆動用電極５４と下部電極５２との間に電圧を印加することにより、圧電体層５３が変形されるように構成されている。
【００３６】
具体的には、図６に示すように、駆動部４は、駆動用電極４４と下部電極４２（図３および図４参照）とに電圧を印加することによって、固定部６ａ近傍の中央部４ｃを固定端とするとともに、Ｙ１側の端部４ｄとＹ２側の端部４ｅとを自由端として、Ｚ方向に凹形状および凸形状に撓み変形可能なように構成されている。同様に、駆動部５は、駆動用電極５４と下部電極５２（図３および図４参照）とに電圧を印加することによって、固定部６ｂ近傍の中央部５ｃを固定端とするとともに、Ｙ１側の端部５ｄとＹ２側の端部５ｅとを自由端として、Ｚ方向に凹形状および凸形状に撓み変形可能なように構成されている。
【００３７】
また、駆動用電極４４および５４と下部電極４２および５２とに印加される電圧の波形は、主に正弦波になるように構成されている。これにより、駆動部４および５は、変形していない状態から、凹形状に撓み変形した後に、再度変形していない状態に戻り、その後凸形状に撓み変形するという振動運動を繰り返すように構成されている。また、駆動部４の駆動用電極４４と下部電極４２とに印加される電圧の位相と、駆動部５の駆動用電極５４と下部電極５２とに印加される電圧の位相とは、反対の位相になるように構成されている。さらに、駆動部４および５において印加される電圧の周波数と、ミラー部１、トーションバー２ａおよび２ｂならびに駆動部４および５の共振周波数とは略一致するように構成されている。これらにより、駆動部４および５からの駆動力によってミラー部１とトーションバー２ａおよび２ｂとが共振するので、バー３ａおよび３ｂの傾斜角度よりも大きい角度で、ミラー部１をＡ１方向およびＡ２方向（図１参照）に振動運動させることが可能である。なお、駆動部４および５の変形量は、ミラー部１の振動運動における振れ角と対応している。
【００３８】
また、検出用電極４５には、固定部６ａ側から延びる配線２６ａが接続されているとともに、検出用電極５５には、固定部６ｂ側から延びる配線２６ｂが接続されている。この配線２６ａおよび２６ｂと図示しない端子とがそれぞれ接続されることによって、検出用電極４５および５５が外部と電気的に接続されるように構成されている。なお、駆動部４における配線２６ａの周囲および駆動部５における配線２６ｂの周囲にも、それぞれ、離間領域４７および５７が形成されている。
【００３９】
また、第１実施形態では、検出用電極４５では、圧電体層４３の撓み変形によって生じる下部電極４２との電位差が検出されるとともに、検出用電極５５では、圧電体層５３の撓み変形によって生じる下部電極５２との電位差が検出されるように構成されている。すなわち、検出用電極４５では、圧電体層４３の変形量に基づく駆動部４の変形量が検出されるとともに、検出用電極５５では、圧電体層５３の変形量に基づく駆動部５の変形量が検出されるように構成されている。また、検出用電極４５では、駆動部４の撓み変形が駆動部５の撓み変形とは独立して検出されるとともに、検出用電極５５では、駆動部５の撓み変形が駆動部４の撓み変形とは独立して検出されるように構成されている。これにより、駆動部４および５の変形量に対応するミラー部１の振れ角を求めることが可能である。
【００４０】
なお、駆動部４（５）において駆動力を可能な限り大きくするためには、駆動用電極４４（５４）は、可能な限り広い領域に形成するのが駆動力を大きくする点で好ましい。一方、検出用電極４５（５５）は、十分な検出感度を確保した状態で可能な限り小さい領域に形成するのが、駆動用電極４４（５４）の領域が小さくなり駆動力が低下するのを抑制する点で好ましい。
【００４１】
第１実施形態では、上記のように、駆動部４および５に、それぞれ、駆動用電極４４および５４と検出用電極４５および５５とを配置することによって、駆動用電極４４および５４と検出用電極４５および５５とを同じ製造プロセスにおいて形成させることができる。これにより、駆動用電極４４および５４と検出用電極４５および５５とを別の製造プロセスで形成する必要がないので、駆動部４および５の駆動を検出するための検出用電極４５および５５を備える振動ミラー素子１００を容易に製造することができる。また、駆動部４および５に、駆動部４および５の変形量を検出することが可能な検出用電極４５および５５を配置することによって、変形量が比較的大きい駆動部４自身および駆動部５自身の変形量を、駆動部４および５にそれぞれ配置された検出用電極４５および５５によりそれぞれ検出することができる。これにより、駆動部４および５の変形量に基づいてミラー部１の変位量（振れ角）をより正確に検出することができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、上記のように、検出用電極４５および５５を、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成するとともに、検出用電極４５および５５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極４４および５４のＹ方向における長さＬ１の略半分にすることによって、検出用電極４５および５５の変形量をより正確に検出するために必要な検出用電極４５および５５の面積を確保することができるので、駆動部４および５における変形量をさらに正確に検出することができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、検出用電極４５および５５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極４４および５４のＹ方向における長さＬ１の略半分にすることによって、駆動部４における検出用電極４５の占める割合が大きくなりすぎるのを抑制することができるとともに、駆動部５における検出用電極５５の占める割合が大きくなりすぎるのを抑制することができる。これにより、駆動部４における駆動用電極４４の占める割合が小さくなるとともに、駆動部５における駆動用電極５４の占める割合が小さくなることに起因して駆動部４および５の駆動力が小さくなるのを抑制することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、駆動用電極４４と検出用電極４５とを、圧電体層４３の上面上に離間領域４７によって所定の間隔を隔てた状態で形成するとともに、駆動用電極５４と検出用電極５５とを、圧電体層５３の上面上に離間領域５７によって所定の間隔を隔てた状態で形成することによって、駆動用電極４４と検出用電極４５との絶縁および駆動用電極５４と検出用電極５５との絶縁を確保した状態で、より容易に、駆動用電極４４および検出用電極４５と、駆動用電極５４および検出用電極５５とを同じ製造プロセスで同時に形成することができる。これにより、振動ミラー素子１００をより容易に製造することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、駆動用電極４４（５４）と下部電極４２（５２）との間に電圧を印加することにより、圧電体層４３（５３）が撓み変形されるように構成するとともに、検出用電極４５（５５）において、圧電体層４３（５３）の撓み変形によって生じる下部電極４２（５２）との電位差を検出するように構成することによって、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とにおいて圧電体層４３（５３）および下部電極４２（５２）を共用することができるので、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とに個別に圧電体層および下部電極を設ける必要がない。これにより、振動ミラー素子１００の構造を簡素化することができるとともに、振動ミラー素子１００の小型化を図ることができる。また、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とにそれぞれ対応する圧電体層および下部電極を個別に設けるための製造プロセスを必要としないので、振動ミラー素子１００をより容易に形成することができる。
【００４６】
次に、図７〜図１０を参照して、上記した本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った検出感度測定について説明する。
【００４７】
この検出感度測定では、実施例１、２および３として、検知用電極２０５の長手方向（Ｙ方向）の長さＬ２を各々異ならせたカンチレバー型の検査部材２００を用いて測定を行った。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、平面的に見て矩形形状を有する検査部材２００の一方側を固定端になるように固定部材２１０によって固定する一方、他方側を自由端になるようにした。また、検査部材２００は、図８に示すように、基部２０１および絶縁層（図示せず）と、絶縁層の上面上に形成された下部電極（図示せず）、圧電体層２０３（図７参照）、駆動用電極２０４（図７参照）および検出用電極２０５（図７参照）からなる圧電素子２０６とからなるように構成した。なお、検査部材２００の長手方向（Ｙ方向）の長さＬ１は、２ｍｍ（２０００μｍ）にした。
【００４９】
また、図７に示すように、平面的に見て矩形形状を有する駆動用電極２０４のＹ方向の長さは、検査部材２００のＹ方向の長さＬ１と同じにした。また、駆動用電極２０４と所定の間隔を隔てて、平面的に見て矩形形状を有する検出用電極２０５を形成した。なお、駆動用電極２０４と検出用電極２０５との短手方向（Ｘ方向）の幅は同じ幅になるように構成した。
【００５０】
ここで、実施例１の検査部材２００では、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を２ｍｍ（２０００μｍ）にした。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極２０４のＹ方向の長さ（検査部材２００のＹ方向の長さ）Ｌ１と同じにした。また、実施例２の検査部材２００では、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を１ｍｍ（１０００μｍ）にした。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極２０４のＹ方向の長さＬ１の半分にした。なお、実施例２の検査部材２００は、上記した第１実施形態の駆動部４および５に対応している。また、実施例３の検査部材２００では、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を０．５ｍｍ（５００μｍ）にした。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を、駆動用電極２０４のＹ方向の長さＬ１の４分の１にした。
【００５１】
そして、上記した実施例１、２および３における各々の検査部材２００の下部電極（図示せず）と駆動用電極２０４との間に電位差が生じるように電圧を印加して、図８に示すように、圧電体層２０３（検査部材２００）を鉛直方向（Ｚ方向）に反るように変形させた。この際、圧電体層２０３が変形するのに伴って生じる下部電極（図示せず）と検出用電極２０５との電位差を検出電圧として検出した。
【００５２】
また、検出電圧を検出するのと同時に、検査部材２００の自由端側の変形量をレーザドップラー振動計２２０を用いて計測した。具体的には、検査部材２００の上方に配置したレーザドップラー振動計２２０から、検査部材２００の自由端側の上面にレーザ光を照射して、その反射光をレーザドップラー振動計２２０において計測することにより検査部材２００の自由端側の変形量を求めた。そして、圧電体層２０３の自由端側の変形量当たりの検出電圧の大きさを検出感度として求めた。
【００５３】
検出感度測定の結果としては、図９に示すように、実施例１においては、検査部材２００の自由端側の変形量は５７．７μｍになるとともに、検出電圧は２５１ｍＶになった。これにより、実施例１の検出感度は、４．４（＝２５１／５７．７）（ｍＶ／μｍ）になった。また、実施例２においては、検査部材２００の自由端側の変形量は５６．１μｍになるとともに、検出電圧は２３５ｍＶになった。これにより、実施例２の検出感度は、４．２（＝２３５／５６．１）（ｍＶ／μｍ）になった。また、実施例３においては、検査部材２００の自由端側の変形量は５７．７μｍになるとともに、検出電圧は１７０ｍＶになった。これにより、実施例３の検出感度は、２．９（＝１７０／５７．７）（ｍＶ／μｍ）になった。
【００５４】
上記のような検出感度測定の結果から、図１０に示すように、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を大きくすることによって、検出感度を大きくすることができることが判明した。
【００５５】
また、実施例１および２では、検出感度が４ｍＶ／μｍよりも大きい一方、実施例３では、検出感度が３ｍＶ／μｍよりも小さくなった。これにより、実施例３は、検出感度が小さいことによって、検出用電極２０５が接続された図示しない電気回路などにおける不要な電位差に起因するノイズの影響を受けやすいと考えられる。すなわち、実施例３では、駆動部における変形量を正確に検出しづらいと考えられる。一方、実施例１および２では、検出感度が大きいことによって、ノイズの影響を受けにくいので、実施例３よりも駆動部における変形量をより正確に検出することができると考えられる。これにより、実施例１および２が、十分な検出感度を確保するという本発明の効果を得るのにより好ましいと考えられる。
【００５６】
また、検出用電極２０５の長さＬ２は、検出感度と対数関数的な関係にあることが判明した。すなわち、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２が検査部材２００のＹ方向の長さ（駆動用電極２０４のＹ方向の長さ）Ｌ１の半分以上の実施例１および２の場合においては、検出用電極２０５の長さＬ２を大きくしても検出感度はあまり大きくならないことが判明した。このことから、本願発明者は、検出用電極２０５のＹ方向の長さＬ２を検査部材２００のＹ方向の長さ（駆動用電極２０４のＹ方向の長さ）Ｌ１の半分にした場合でも、十分な検出感度を確保することが可能であることを見い出した。
【００５７】
ここで、第１実施形態の振動ミラー素子１００の駆動部４および５において駆動力を可能な限り大きくするためには、駆動用電極２０４を可能な限り広い領域に形成する必要がある。このため、検出用電極２０５を十分な検出感度を確保した状態で可能な限り小さい領域に形成するのが好ましい。これらにより、駆動力を大きくしつつ、十分な検出感度を確保することが可能な実施例２（検出用電極２０５の長さＬ２が駆動用電極２０４の長さＬ１の半分）は、実施例１（検出用電極２０５の長さＬ２が駆動用電極２０４の長さＬ１と同じ長さ）よりも検出用電極２０５が小さい領域に形成されていることによって、好ましいことが判明した。
【００５８】
したがって、本発明の第１実施形態における駆動部４および５に対応する実施例２の検査部材２００が、駆動力を大きくしつつ、十分な検出感度を確保するために最も効果的な構成であると考えられる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の第２実施形態による振動ミラー素子３００の構造について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、駆動部３０４および３０５の略全面に渡って、駆動用電極３４４および３５４をそれぞれ形成するとともに、駆動用電極３４４および３５４の上面上に、検知用電極３７４を含む検知部３７０および検知用電極３８４を含む検知部３８０をそれぞれ形成した例について説明する。
【００６０】
図１１および図１２に示すように、第２実施形態による振動ミラー素子３００の駆動部３０４および３０５において、圧電体層３４３および３５３（図１２参照）の上面上（Ｚ１側）には、それぞれ、駆動用電極３４４および３５４が略全面に渡って形成されている。なお、圧電体層３４３および３５３は、本発明の「駆動用圧電体」の一例である。
【００６１】
ここで、第２実施形態では、駆動用電極３４４および３５４の上面上には、それぞれ、長手方向（Ｙ方向）に延びるように、矩形形状の検知部３７０および３８０が形成されている。この検知部３７０および３８０は、図１２に示すように、それぞれ、絶縁体層３７１および３８１と、下部電極３７２および３８２と、圧電体層３７３および３８３と、検知用電極３７４および３８４とが、この順に下方（Ｚ２側）から上方（Ｚ１側）に向かって積層されている。すなわち、第１実施形態とは異なり、駆動用電極３４４と検知用電極３７４とでは、下部電極および圧電体層を共用しないとともに、駆動用電極３５４と検知用電極３８４とでは、下部電極および圧電体層を共用しないように構成されている。
【００６２】
また、絶縁体層３７１および３８１は、共にポリイミドからなる。また、絶縁体層３７１は、駆動用電極３４４と下部電極３７２とを絶縁するために配置されているとともに、絶縁体層３８１は、駆動用電極３５４と下部電極３８２とを絶縁するために配置されている。また、下部電極３７２および３８２は、共にＰｔからなり、それぞれ、図示しない端子によって外部と電気的に接続されている。また、圧電体層３７３および３８３は共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる。また、検出用電極３７４および３８４は共にＰｔまたはＣｒ−Ａｕ合金からなる。なお、圧電体層３７３および３８３は、本発明の「検知用圧電体」の一例である。
【００６３】
また、駆動用電極３４４および３５４に電圧が印加されることにより圧電体層３４３および３５３（駆動部３０４および３０５）が撓み変形した際に、検知部３７０および３８０は、それぞれ、駆動部３０４および３０５の撓み変形に伴って変形するように構成されている。これにより、検出用電極３７４では、圧電体層３７３の撓み変形によって生じた下部電極３７２との電位差が検出されるとともに、検出用電極３８４では、圧電体層３８３の撓み変形によって生じた下部電極３８２との電位差が検出されるように構成されている。
【００６４】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
第２実施形態では、上記のように、駆動用電極３４４（３５４）により電圧が印加されることにより圧電体層３４３（３５３）が撓み変形した際に、検出用電極３７４（３８４）において、圧電体層３７３（３８３）の撓み変形によって生じた下部電極３７２（３８２）との電位差を検出するように構成することによって、圧電体層３４３（３５３）と圧電体層３７３（３８３）とを分離することができる。これにより、圧電体層３４３（３５３）の全体に渡って駆動用電極３４４（３５４）を形成することができるので、駆動部３０４（３０５）において駆動力が小さくなるのをより抑制することができる。また、圧電体層３７３（３８３）の全体に渡って検出用電極３７４（３８４）を形成することができるので、駆動部３０４（３０５）の変形量を十分に検出することが可能な大きさに検出用電極３７４（３８４）を形成することができる。
【００６６】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の第３実施形態による振動ミラー素子４００の構造について説明する。この第３実施形態では、上記第２実施形態と異なり、駆動部４０４の基部４０の下面上に検知用電極４７４を含む検知部４７０を形成するとともに、駆動部４０５の基部５０の下面上に検知用電極４８４を含む検知部４８０を形成した例について説明する。
【００６８】
図１３および図１４に示すように、基部４０および５０の下面上（Ｚ２側）には、それぞれ、長手方向（Ｙ方向）に延びるように矩形形状の検知部４７０および４８０が形成されている。この検知部４７０および４８０では、図１４に示すように、それぞれ、絶縁体層４７１および４８１と、下部電極４７２および４８２と、圧電体層４７３および４８３と、検知用電極４７４および４８４とが、この順に上方（Ｚ１側）から下方（Ｚ２側）に向かって積層されている。また、絶縁体層４７１および４８１は、共にＳｉＯ２からなる。なお、圧電体層４７３および４８３は、本発明の「検知用圧電体」の一例である。
【００６９】
なお、第３実施形態のその他の構成および効果は、上記第２実施形態と同様である。
【００７０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７１】
たとえば、上記第１実施形態では、駆動部４（５）を、中央部４ｃ（５ｃ）から端部４ｄ（５ｄ）および４ｅ（５ｅ）に向かって連続的に幅が小さくした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１５に示す第１変形例の振動ミラー素子５００のように、平面的にみて、駆動部５０４および５０５が矩形形状を有するように構成してもよい。
【００７２】
また、上記第１実施形態および第１変形例では、検出用電極４５（５４５）を、固定部６ａに近い駆動部４（５０４）の一方端部側（Ｘ１側）の側面部４ａ（５０４ａ）の近傍に形成するとともに、検出用電極５５（５５５）を、固定部６ｂに近い駆動部５（５０５）の他方端部側（Ｘ２側）の側面部５ａ（５０５ａ）の近傍に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１６に示す第２変形例の振動ミラー素子６００のように、検出用電極６４５および６５５を、それぞれ、駆動部６０４および６０５の短手方向（Ｘ方向）の略中央に長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成してもよい。また、図１７に示す第３変形例の振動ミラー素子７００のように、検出用電極７４５を、固定部６ａから遠い駆動部７０４のＸ２側の側面部５０４ｂの近傍にＹ方向に延びるように形成するとともに、検出用電極７５５を、固定部６ｂから遠い駆動部７０５のＸ１側の側面部５０５ｂの近傍にＹ方向に延びるように形成してもよい。
【００７３】
また、上記第１実施形態では、検出用電極４５および５５を、それぞれ、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃを境にして長手方向（Ｙ方向）に対称になるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１８に示す第４変形例の振動ミラー素子８００のように、駆動部８０４に検出用電極８４５を設ける一方、駆動部８０５に検出用電極を設けないように構成してもよい。さらに、検出用電極８４５を駆動部８０４のＹ方向の一方側（Ｙ１側）にのみ設けて、他方側（Ｙ２側）には検出用電極８４５を設けないように構成してもよい。
【００７４】
また、上記第１実施形態では、検出用電極４５および５５の長手方向（Ｙ方向）の長さＬ２を、駆動用電極４４および５４のＹ方向における長さＬ１の略半分にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検出用電極の長手方向の長さは、駆動用電極の長手方向の長さの半分未満であってもよいし、駆動用電極の長手方向の長さの略半分よりも大きくてもよい。なお、検出用電極の長手方向の長さは、駆動用電極の長手方向の長さの半分以上、駆動用電極の長手方向の長さ未満であるのが、十分な検出感度を確保するために好ましい。
【００７５】
また、上記第１〜第３実施形態では、ミラー部１の短手方向（Ｘ方向）の両側にそれぞれ駆動部４（３０４、４０４）および５（３０５、４０５）を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ミラー部のＸ方向の一方側にのみ駆動部を設けてもよい。
【００７６】
また、上記第１実施形態では、圧電体層４３（５３）の下面上に配置された下部電極４２（５２）を駆動部４（５）の略全面に形成するとともに、圧電体層４３（５３）の上面上に配置された電極を、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とに分割した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電体層の上面上に配置された電極を駆動部の略全面に形成するとともに、圧電体層の下面上に配置された電極を、駆動用電極と検出用電極とに分割してもよい。
【００７７】
また、上記第１〜第３実施形態では、振動ミラー素子１００（３００、４００）のミラー部１をＡ１およびＡ２方向のみ（１次元的）に傾斜させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動ミラー素子の外側に、Ａ１およびＡ２方向と異なる方向にミラー部を傾斜および振動させることが可能な駆動部を別途設けてもよい。これにより２次元的にミラー部を傾斜および振動させることが可能である。
【００７８】
また、上記第１〜第３実施形態では、圧電体層４３、５３、３４３、３５３、３７３、３８３、４７３および４８３が、共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電体層は、ＰＺＴ以外の鉛、チタンおよびジルコニウムを主成分とした酸化物からなる圧電材料や、他の圧電材料により形成されていてもよい。たとえば、圧電体層として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）などの圧電材料を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１ ミラー部
４、５、３０４、３０５、４０４、４０５、５０４、５０５、６０４、６０５、７０４、７０５、８０４、８０５ 駆動部
４２、５２ 下部電極（共通電極）
４３、５３ 圧電体層（共通圧電体）
４４、５４、３４４、３５４ 駆動用電極
４５、５５、３７４、３８４、４７４、４８４、５４５、５５５、６４５、６５５、７４５、７５５、８４５ 検出用電極
１００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 振動ミラー素子
３４３、３５３ 圧電体層（駆動用圧電体）
３７３、３８３、４７３、４８３ 圧電体層（検知用圧電体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部には、電圧の印加により前記駆動部を変形させて駆動させるための駆動用電極と、前記駆動部の変形量を検出するための検出用電極とが配置されている、振動ミラー素子。
【請求項２】
前記検出用電極は、前記駆動用電極の長手方向に沿って延びており、
前記検出用電極の長手方向における長さは、前記駆動用電極の長手方向における長さ未満である、請求項１に記載の振動ミラー素子。
【請求項３】
前記検出用電極の長手方向における長さは、前記駆動用電極の長手方向における長さの半分以上である、請求項２に記載の振動ミラー素子。
【請求項４】
前記駆動用電極と前記検出用電極とは、同一面上に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項５】
前記駆動部は、共通圧電体と、前記共通圧電体の一方面上に配置された共通電極とを含み、
前記駆動用電極は、前記共通圧電体の他方面上の第１領域に配置されているとともに、前記検出用電極は、前記共通圧電体の他方面上の前記第１領域とは異なる第２領域に配置されており、
前記駆動部では、前記共通電極と前記駆動用電極との間に電圧を印加することにより前記共通圧電体が変形されるように構成されており、
前記検出用電極は、前記共通圧電体の変形によって生じる前記共通電極との電位差を検出するように構成されている、請求項４に記載の振動ミラー素子。
【請求項６】
前記駆動部は、前記駆動用電極に電圧が印加されることによって変形する駆動用圧電体と、前記駆動用圧電体の変形に伴って変形する検出用圧電体とを含み、
前記検出用電極は、前記検出用圧電体の変形によって生じる電圧を検出するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部には、電圧の印加により前記駆動部を変形させて駆動させるための駆動用電極と、前記駆動部の変形量を検出するための検出用電極とが配置されている、振動ミラー素子。
【請求項２】
前記検出用電極は、前記駆動用電極の長手方向に沿って延びており、
前記検出用電極の長手方向における長さは、前記駆動用電極の長手方向における長さ未満である、請求項１に記載の振動ミラー素子。
【請求項３】
前記検出用電極の長手方向における長さは、前記駆動用電極の長手方向における長さの半分以上である、請求項２に記載の振動ミラー素子。
【請求項４】
前記駆動用電極と前記検出用電極とは、同一面上に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項５】
前記駆動部は、共通圧電体と、前記共通圧電体の一方面上に配置された共通電極とを含み、
前記駆動用電極は、前記共通圧電体の他方面上の第１領域に配置されているとともに、前記検出用電極は、前記共通圧電体の他方面上の前記第１領域とは異なる第２領域に配置されており、
前記駆動部では、前記共通電極と前記駆動用電極との間に電圧を印加することにより前記共通圧電体が変形されるように構成されており、
前記検出用電極は、前記共通圧電体の変形によって生じる前記共通電極との電位差を検出するように構成されている、請求項４に記載の振動ミラー素子。
【請求項６】
前記駆動部は、前記駆動用電極に電圧が印加されることによって変形する駆動用圧電体と、前記駆動用圧電体の変形に伴って変形する検出用圧電体とを含み、
前記検出用電極は、前記検出用圧電体の変形によって生じる電圧を検出するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−５８３６７（Ｐ２０１２−５８３６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９６８１（Ｐ２０１０−１９９６８１）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
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