可动反射元件和二维扫描装置的制作方法
本发明涉及可动反射元件和二维扫描装置。
背景技术：
作为对光束、指向性电波的朝向进行控制的元件，使用能够使反射面倾斜的可动反射元件。特别是，能够使反射面以两轴的自由度倾斜的可动反射元件被组装到对光束等进行二维扫描的二维扫描装置中来进行使用。使用可动反射元件在二维方向上对光束进行扫描的二维扫描装置例如组装于用于投影图像的投影仪。此外，使用可动反射元件在二维方向上对指向性电波进行扫描的二维扫描装置例如组装于车载雷达。
最近，提出了能够使用半导体制造工艺来制造的mems(microelectromechanicalsystems)元件形式的可动反射元件。例如，专利文献1所公开的可动反射元件包括从固定框的内边延伸到可动框的旋转轴的外侧致动器和从可动框延伸到反射镜的旋转轴(与可动框的旋转轴正交的旋转轴)的内侧致动器。一边用外侧致动器使可动框沿着一个旋转轴以低频率(水平扫描频率)摆动，一边用内侧致动器使反射镜沿着另一个旋转轴以高频率(垂直扫描频率)摆动。使用该可动反射元件，能够在水平方向和垂直方向上对反射镜所反射出的光进行二维扫描。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4092283号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
在进行二维扫描的可动反射元件中，根据组装可动反射元件的装置，垂直扫描频率与水平扫描频率的比率会达到10分之1左右。为了用低电压以这种比率驱动外侧致动器和内侧致动器，期望使外侧致动器的频率与内侧致动器的频率的比率为10分之1左右。为了使频率的比率为10分之1左右，需要使外部致动器比内侧致动器长得多。
然而，在上述专利文献1所公开的可动反射元件中，外侧致动器的长度被限制为在固定框的内边和配设有旋转轴的可动框的外边的中点之间的距离。在该限制下，难以使外部致动器的频率和内部致动器的频率的比率低至期望值。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够实现小型化和频率比率的最佳化的可动反射元件和二维扫描装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的第1方案的可动反射元件包括：
平板状的固定框；
平板状的可动框，其与所述固定框之间空出间隙地配置于所述固定框的框内；
平板状的镜面部，其与所述可动框之间空出间隙地配置于所述可动框的框内，具有反射面；
第1致动器部，其是具有挠性的线状的一对构件，该一对构件连结所述固定框和所述可动框，在从所述固定框的内边沿着第1方向延伸的部分形成有沿着所述第1方向伸缩的压电元件，所述一对构件分别配置于所述可动框的与所述第1方向交叉的第2方向上的两侧，利用所述压电元件的伸缩发生变形而使所述可动框以第1旋转轴为中心相对于所述固定框摆动；以及
第2致动器部，其是具有挠性的线状的一对构件，该一对构件连结所述可动框和所述镜面部，在从所述可动框的内边沿着所述第2方向延伸的部分形成有沿着所述第2方向伸缩的压电元件，所述一对构件分别配置于所述镜面部的所述第1方向上的两侧，利用所述压电元件的伸缩发生变形而使所述镜面部以与所述第1旋转轴交叉的第2旋转轴为中心相对于所述可动框摆动；
所述第1致动器部的沿着所述第1方向延伸的部分的长度大于从所述固定框的与所述第1致动器部连接的内边到所述可动框的沿着所述第1方向延伸的外边的中点为止的距离。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1致动器部包括：
第1臂部，其形成有所述压电元件，该第1臂部的一端连接于所述固定框的内边，并在所述固定框和所述可动框之间的间隙中从所述一端沿着所述第1方向呈直线状延伸到超过所述可动框的外边的中点的位置；
第2臂部，其一端与所述第1臂部的另一端连接，并沿着所述第2方向延伸；以及
第3臂部，其一端与所述第2臂部的另一端连接，从所述第2臂部的另一端折回后沿着所述第1臂部延伸，且另一端与所述可动框的外边的中点连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第2致动器部包括：
第4臂部，其形成有所述压电元件，该第4臂部的一端连接于所述可动框的内边，并在所述可动框和所述镜面部之间的间隙中从所述一端沿着所述第2方向呈直线状延伸到超过所述镜面部的外边的中点的位置；
第5臂部，其一端与所述第4臂部的另一端连接，并沿着所述第1方向延伸；以及
第6臂部，其一端与所述第5臂部的另一端连接，从所述第5臂部的另一端折回后沿着所述第4臂部延伸，且另一端与所述镜面部的沿着所述第2方向延伸的外边的中点连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1致动器部的一对构件彼此配置成以所述镜面部为中心呈180度旋转对称，
所述第2致动器部的一对构件彼此配置成以所述镜面部为中心呈180度旋转对称，
在以所述镜面部为中心的旋转方向上，所述第1臂部的从一端向另一端去的朝向和所述第4臂部的从一端向另一端去的朝向相同。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1致动器部的一对构件彼此配置成以所述镜面部为中心呈180度旋转对称，
所述第2致动器部的一对构件彼此配置成以所述镜面部为中心呈180度旋转对称，
在以所述镜面部为中心的旋转方向上，所述第1臂部的从一端向另一端去的朝向和所述第4臂部的从一端向另一端去的朝向相反。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第2致动器部具有第7臂部，该第7臂部形成有所述压电元件，
所述第7臂部的一端连接于所述可动框的内边，在所述可动框和所述镜面部之间的间隙中从所述一端沿着所述第2方向呈直线状延伸到超过所述镜面部的外边的中点的位置，且另一端连接于所述镜面部的角部。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1致动器部具有第8臂部，该第8臂部形成有所述压电元件，
所述第8臂部的一端连接于所述固定框的内边，在所述固定框和所述可动框之间的间隙中从所述一端沿着所述第1方向呈直线状延伸到超过所述可动框的外边的中点的位置，
所述第8臂部的另一端不折回，避开所述可动框的外边的中点地与所述可动框连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1致动器部具有第9臂部，
该第9臂部从所述第8臂部的另一端起在所述固定框和所述可动框之间的间隙中沿着所述第2方向延伸，超过所述可动框的沿着所述第2方向延伸的外边的中点而与所述可动框的角部连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第2致动器部具有第10臂部，
该第10臂部形成有所述压电元件，一端连接于所述可动框的内边，在所述可动框和所述镜面部之间的间隙中从所述一端沿着所述第2方向呈直线状延伸到超过所述镜面部的外边的中点的位置，
所述第10臂部的另一端不折回，避开所述镜面部的沿着所述第2方向延伸的外边的中点地与所述镜面部连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第2致动器部具有第11臂部，
该第11臂部从所述第10臂部的另一端沿着所述第1方向延伸，超过所述镜面部的沿着所述第1方向延伸的外边的中点而与所述镜面部的角部连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
在所述可动框的沿着所述第2方向延伸的两条外边设有凹部，
所述第1致动器部包括：
第12臂部，其形成有所述压电元件，一端连接于所述固定框的内边，并在所述固定框和所述可动框之间的间隙中从所述一端沿着所述第1方向呈直线状延伸到超过所述可动框的外边的中点的位置；
第13臂部，其从所述第12臂部的另一端沿着所述第2方向延伸到所述可动框的外边的中点；以及
第14臂部，其一端与所述第12臂部的另一端连接，且另一端与所述凹部连接。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第2致动器部包括：
第15臂部，其形成有所述压电元件，一端与所述可动框连接，并在所述可动框和所述镜面部之间的间隙中从所述一端沿着所述第2方向呈直线状延伸到超过所述镜面部的外边的中点的位置；
第16臂部，其从所述第15臂部的另一端起在所述可动框和所述镜面部之间的间隙中沿着所述第1方向延伸到所述可动框的外边的中点；以及
第17臂部，其一端与所述第16臂部的另一端连接，且另一端连接于所述镜面部的外边的中点。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
该可动反射元件设有第1宽幅部和第2宽幅部中的至少一方，
该第1宽幅部设于所述第1致动器部和所述固定框连接的部分，宽度大于所述第1致动器部的宽度；
该第2宽幅部设于所述第2致动器部和所述可动框连接的部分，宽度大于所述第2致动器部的宽度。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
在所述第1致动器部和所述第2致动器部中的至少一方设有多个独立驱动的所述压电元件。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
该可动反射元件包括第1检测用电极和第2检测用电极中的至少一方，
该第1检测用电极用于检测所述第1致动器部的位移，宽度小于所述第1致动器部的宽度，
该第2检测用电极用于检测所述第2致动器部的位移，宽度小于所述第2致动器部的宽度。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1检测用电极设于所述第1致动器部和所述固定框连接的部分，
所述第2检测用电极设于所述第2致动器部和所述可动框连接的部分。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述可动框形成得比所述镜面部厚。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述第1致动器部随着从所述固定框向所述可动框去而宽度不同，和/或，
所述第2致动器部随着从所述可动框向所述镜面部去而宽度不同。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
在所述可动框安装有配重。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
该可动反射元件设有第1限制部和第2限制部中的至少一方，
该第1限制部为了限制所述镜面部相对于所述可动框的动作，从所述可动框的内边延伸，配置于所述可动框和所述镜面部之间的间隙，
该第2限制部为了限制所述可动框相对于所述固定框的动作，从所述固定框的内边延伸，配置于所述固定框和所述可动框之间的的间隙。
本发明的可动反射元件可以采用如下方案，
所述镜面部的外周面以避开所述第1限制部且使静止状态下的重心落在所述镜面部的中心的方式形成，
所述可动框的外周面以避开所述第2限制部且使静止状态下的重心落在所述可动框的中心的方式形成。
本发明的第2方案的二维扫描装置包括：
本发明的可动反射元件；以及
控制部，其在二维方向上驱动所述可动反射元件而进行二维扫描。
发明的效果
根据本发明，第1致动器部的沿着第1方向延伸的部分的长度大于从固定框的与第1致动器部连接的内边到可动框的沿着第1方向延伸的外边的中点为止的距离。如此一来，能够使第1致动器部的长度比第2致动器部的长度大得多。由此，能够将整个可动反射元件做成小型元件，且能够使可动框的驱动频率和镜面部的驱动频率的比率成为期望的值。结果，能够实现小型化和频率比率的最佳化。
附图说明
图1的(a)是本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体(后述d层除外)的俯视图。图1的(b)是图1的(a)的可动反射元件的主构造体(d层除外)的侧视图。
图2a是沿着xz面对本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图2b是沿着yz面对本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图3的(a)是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图3的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图4的(a)是本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图4的(b)是沿着xz面对图4的(a)的本发明的实施方式1的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图5a是表示可动反射元件的致动器部的动作的图(之一)。
图5b是表示可动反射元件的致动器部的动作的图(之二)。
图5c是表示可动反射元件的致动器部的动作的图(之三)。
图6a是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的可动框相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图(之一)。
图6b是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的可动框相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图(之二)。
图6c是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的可动框相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图(之三)。
图7a是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的镜面部相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图(之一)。
图7b是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的镜面部相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图(之二)。
图7c是表示本发明的实施方式1的可动反射元件的镜面部相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图(之三)。
图8的(a)是表示本发明的实施方式2的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图8的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式2的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图9的(a)是本发明的实施方式2的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图9的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式2的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图10的(a)是表示本发明的实施方式3的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图10的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式3的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图11的(a)是本发明的实施方式3的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图11的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式3的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图12的(a)是表示本发明的实施方式4的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图12的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式4的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图13的(a)是本发明的实施方式4的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图13的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式4的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图14的(a)是本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体(d层除外)的俯视图。图14的(b)是沿着xz面对图14的(a)的可动反射元件的主构造体(d层除外)进行剖切的侧视图。
图15a是沿着xz面对本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图15b是沿着yz面对本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图16的(a)是表示本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图16的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图17的(a)是本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图17的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式5的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图18a是表示本发明的实施方式5的可动反射元件的可动框相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图(之一)。
图18b是表示本发明的实施方式5的可动反射元件的可动框相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图(之二)。
图18c是表示本发明的实施方式5的可动反射元件的可动框相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图(之三)。
图19的(a)是表示本发明的实施方式6的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图19的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式6的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图20的(a)是本发明的实施方式6的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图20的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式6的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图21a是表示本发明的实施方式6的可动反射元件的镜面部相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图(之一)。
图21b是表示本发明的实施方式6的可动反射元件的镜面部相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图(之二)。
图21c是表示本发明的实施方式6的可动反射元件的镜面部相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图(之三)。
图22的(a)是本发明的实施方式7的可动反射元件的主构造体(d层除外)的俯视图。图22的(b)是图22的(a)的可动反射元件的主构造体(d层除外)的侧视图。
图23是表示在可动框安装有配重的可动反射元件的结构的立体图。
图24的(a)是表示本发明的实施方式8的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图24的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式8的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图25的(a)是本发明的实施方式8的可动反射元件的主构造体(含d层)的俯视图。图25的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式8的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图26的(a)是表示本发明的实施方式9的可动反射元件的主构造体的各部分的功能的俯视图。图26的(b)是沿着xz面对本发明的实施方式9的可动反射元件的主构造体进行剖切的侧剖视图。
图27的(a)是本发明的实施方式9的可动反射元件的主构造体(含d层)的变形例的俯视图。图27的(b)是沿着xz面对图27的(a)的可动反射元件的主构造体(含d层)进行剖切的侧剖视图。
图28a是本发明的实施方式10的可动反射元件的俯视图。
图28b是本发明的实施方式11的可动反射元件的俯视图。
图28c是本发明的实施方式12的可动反射元件的俯视图。
图29是表示利用了本发明的实施方式13的二维扫描装置的投影仪的结构的框图。
图30a是表示第1驱动信号和第2驱动信号的信号波形的图表。
图30b是表示将第1、第2驱动信号供给到可动反射元件时所得的、屏幕上的光束的二维扫描的状况的图表。
图31a是表示第1驱动信号和第2驱动信号的信号波形的其他例子的图表。
图31b是表示将第1、第2驱动信号供给到可动反射元件时所得的、屏幕上的光束的二维扫描的状况的图表。
图32的(a)是调整了致动器部的厚度的可动反射元件的主构造体(d层除外)的俯视图。图32的(b)是沿着xz面对图32的(a)的可动反射元件的主构造体(d层除外)进行剖切的侧剖视图。
图33是具有反馈控制功能的投影仪的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
实施方式1.
首先，说明本发明的实施方式1。在本实施方式1中，对可动反射元件100的基本结构及其动作进行说明。另外，从实施方式1到后述实施方式4的可动反射元件100都是基于同样的技术思想而设计的，属于同一组方案。
(可动反射元件的除去实现反射面、电极层的d层以外的结构)
图1的(a)是本实施方式的可动反射元件100的主构造体(除去d层)的俯视图，图1的(b)是可动反射元件100的主构造体的侧视图。
如图1的(a)所示，可动反射元件100是整体呈矩形平板状的元件，在可动反射元件100中，在其平板上形成狭缝，从而形成如下各部，即固定框110、可动框120、镜面部130以及致动器部140、150。
固定框110是配置于最外周的平板状的框体。可动框120是配置于固定框110的框内的矩形平板状的框体。镜面部130是配置于可动框120的框内的矩形平板状的构件。致动器部140是连结固定框110和可动框120的一对构件。此外，致动器部150是连结可动框120和镜面部130的一对构件。
在此，规定以镜面部130的重心位置为原点o的xyz三维正交坐标系。在该xyz坐标系中，设图1的(a)中的纸面左右方向为x轴，纸面上下方向为y轴，纸面垂直方向为z轴。
固定框110固定于外部物体。可动框120和镜面部130在不直接固定于外部物体的状态下使用。致动器部140分别设于可动框120的x轴方向两侧且是设于固定框110和可动框120之间，将固定框110和可动框120连结起来。此外，致动器部150分别设于镜面部130的y轴方向两侧且是设于可动框120和镜面部130之间，将可动框120和镜面部130连结起来。
如图1的(b)所示，可动反射元件100具有依次层叠a层100a、b层100b、c层100c而成的层叠构造。a层100a实际上又分为3个层(100a1、100a2、100a3)。对于该3个层，后面再进行说明。
图2a示出了用xz平面对可动反射元件100的主构造体进行剖切的剖面。图2b示出了用yz平面对可动反射元件100的主构造体进行剖切的剖面。如图2a、图2b所示，固定框110包括a层110a、b层110b、c层110c这三层构造。此外，可动框120包括a层120a、b层120b、c层120c这三层构造。镜面部130包括a层130a、b层130b、c层130c这三层构造。致动器140包括a层140a、b层140b、c层140c这三层构造。致动器150包括a层150a、b层150b、c层150c这三层构造。
另外，可动反射元件100也可以不包括上述a层130a、140a、150a。即，镜面部130、致动器部140、150也可以是分别包括b层130b、140b、150b和c层130c、140c、150c这样的双层构造。
如图2a、图2b所示，与固定框110、可动框120的厚度相比，镜面部130、致动器部140、150的厚度较小，在镜面部130、致动器部140、150的下方形成了空隙。此外，通过增加可动框120的厚度，或者加长可动框120的沿x轴延伸的边、可动框120的沿y轴延伸的边，能够降低可动框120的驱动频率。
图3的(a)是表示可动反射元件100的主构造体的各部分的功能的俯视图，图3的(b)是沿着xz面对可动反射元件100的主构造体进行剖切的侧剖视图。图3的(a)、(b)中的阴影线表示各部分的功能，不表示剖面。
在图3的(a)中，固定框110用波点状的阴影线表示。如图3的(b)所示，固定框110的下表面隔着间隔件300固定于底座基板200的上表面。另外，固定框110不需要整个下表面都隔着间隔件300固定于底座基板200的上表面，只要下表面的局部的面隔着间隔件300固定于底座基板200的上表面即可。
在图3的(a)中，可动框120用隔着预定间隔的4条斜线式的阴影线表示。如图3的(b)所示，可动框120呈在固定框110所包围的空间内悬于底座基板200上方的状态。
在图3的(a)中，致动器部140用编织纹状的阴影线表示。如图3的(b)所示，致动器部140呈在固定框110和可动框120之间悬于底座基板200上方的状态。可动框120借助致动器部140而由固定框110进行支承。致动器部140在至少上下方向(z轴方向)上具有挠性，能够向上方翘曲或向下方翘曲。由此，致动器部140能够在预定的自由度的范围内使可动框120相对于固定框110位移。
在图3的(a)中，镜面部130用等间隔斜线式的阴影线表示。在该镜面部130的上表面，如后述那样在+z侧形成有反射面(未图示的d层100d)，对入射的光、电磁波等的束进行反射。
在图3的(a)中，致动器部150用编织纹状的阴影线表示。致动器部150呈在可动框120和镜面部130之间悬于底座基板200上方的状态。镜面部130借助致动器部150而由可动框120进行支承。致动器部150在至少上下方向(z轴方向)上具有挠性，能够向上方翘曲或向下方翘曲。因此，致动器部150能够在预定的自由度的范围内使镜面部130相对于可动框120位移。
接下来，说明可动反射元件100的整体结构。图4的(a)是该实施方式的可动反射元件100的主构造体的俯视图，图4的(b)是沿着xz平面对可动反射元件100的主构造体进行剖切的侧剖视图。图4的(a)、(b)所示的可动反射元件100在图1的(a)、(b)所示的可动反射元件100的上表面增设了未图示的d层100d。
如上所述，a层100a、b层100b、c层100c这三层具有彼此相同的平面形状(图1的(a)的俯视图所示的形状)，但d层100d的平面形状与a层100a、b层100b、c层100c不同。在图4的(a)中，在该d层100d的部分(具体是指140d、150d、160d、170d的部分)标注了阴影线。图4的(a)中的阴影线表示d层的平面形状图案，不表示剖面。
d层100d包括形成于致动器140的上部电极层140d、形成于致动器150的上部电极层150d、形成于镜面部130的反射层130d、以及检测用电极160d、170d。在固定框110和可动框120，除了布线之外，未形成d层。但是，在图4的(a)所示的固定框110和可动框120中，省略了布线的图示。上部电极层140d、150d形成压电元件的电极，反射层130d形成镜面部130的反射面。在除此以外的部分无需形成d层。
如上所述，在固定框110形成有作为布线发挥功能的d层。但是，上部电极层140d、150d为了形成彼此独立的压电元件而需要进行电绝缘，因此，不宜在c层的整个上表面形成具有同一平面形状的d层。
接下来，说明构成可动反射元件100的a层100a、b层100b、c层100c、d层100d的材质。首先，a层100a是作为其他各层的支承基板的基板层，利用能够支承形成于其上表面的b层100b、c层100c、d层100d的材料来形成。不过，致动器部140、150需要在至少上下方向(z轴方向)上具有挠性。即，作为基板层的a层100a要由具有一定程度的挠性的材料来形成，以使各致动器部140、150能够在所需范围内(为了使镜面部130以要求的角度倾斜所需的范围内)产生挠曲。在该实施方式中，利用硅基板形成了a层100a。更具体而言，如图1的(b)所示，a层100a为三层构造，包括由硅形成的支承层100a1、形成于支承层100a1之上的二氧化硅的box层(二氧化硅绝缘膜)100a2以及形成于box层100a2之上的由硅形成的活性层100a3。
另外，a层100a也可以不含box层100a2，而采用包括支承层100a1和活性层100a3的双层构造。即，a层100a也可以是单一的硅基板。
b层100b构成压电元件的下部电极。d层100d构成压电元件的上部电极。因此，b层100b和d层100d均由导电性材料形成。
c层100c构成压电元件，利用呈现压电效果的压电材料形成。例如，利用pzt(锆钛酸铅)或knn(铌酸钾钠)的薄膜形成c层100c。在本实施方式中，由利用导电性材料层(b层100b和d层100d)夹持压电材料层(c层100c)而成的三明治构造体构成压电元件。
另外，如上所述，d层100d中的形成于各致动器部140、150的部分140d、150d构成压电元件用的上部电极层。但是，形成于镜面部130的d层130d作为镜面部130的反射面发挥功能。因此，致动器部140、150的上部电极层140d、150d只要是导电性层即可，表面无需具有反射性。此外，形成于镜面部130的d层130d只要表面具有反射性即可，无需为导电性层。
不过，在量产可动反射元件100时，上部电极层140d、150d和反射层130d形成为由相同材料形成的d层100d。此时，d层100d的材料要使用兼具电极层的功能和反射层的功能的材料。
更具体而言，d层100d的上表面也需要实现作为反射面(镜面)的功能，因此，期望利用反射率高且耐腐蚀性优异的材料，例如金(au)的薄膜层来形成d层100d的上表面部分。金(au)的薄膜层对光、电磁波具有良好的反射率，而且耐腐蚀性优异，因此能够长期维持稳定的反射性能。另外，b层100b只要实现作为下部电极(导电层)的功能即可，因此可以是任意的金属层。
图4的(b)所示的可动反射元件100具有适于量产化的构造。特别是，对可动反射元件100的制造可以应用利用了半导体制造工艺的mems元件的制造方法。图4的(b)所示的可动反射元件100是在硅基板100a(a层：基板层)的上表面依次堆积白金层100b(b层：下部电极层)、pzt层100c(c层：压电材料层)、白金/金层100d(d层：下层部分为白金、上层部分为金的双层构造层)而构成的。上部电极层和下部电极层使用白金是为了能够在其和成为压电材料层的pzt层之间形成良好的界面。另一方面，如上所述，反射层优选使用金，因此，d层的下层部分使用适合作为上部电极层的白金，上层部分使用适合作为反射层的金。
待形成四层的层叠构造体之后，对d层100d进行图案形成处理，仅留下图4的(a)所示的绘有阴影线的区域，然后，通过蚀刻等方法对包括a层、b层、c层这三层的主构造体的部分形成沿上下方向贯通的狭缝。此外，只要通过蚀刻等去除致动器部140、150、镜面部130的下表面侧的一部分，即可实现图4的(b)所示那种致动器部140、150、镜面部130悬于底座基板200上方的构造。
说明一下反射可动元件100的各部分的尺寸的一个例子。a层100a是5mm见方、厚0.3mm的硅基板。b层100b是厚300nm左右的白金薄膜层。此外，c层100c是厚2μm左右的pzt层。d层100d是厚300nm左右的白金/金薄膜层。这里，对于致动器部140、150、镜面部130的厚度，通过对硅基板100a(a层)的下表面侧进行蚀刻而设为了0.10mm。由此，在致动器部140、150、镜面部130和底座基板200的上表面之间形成了0.20mm的空隙。此外，在图4的(a)所示的俯视图中，固定框110和可动框120之间的狭缝的宽度、固定框110和致动器部140之间的狭缝的宽度以及可动框120和致动器部150之间的狭缝的宽度设为了0.3mm，致动器部140、150的宽度设为了0.5mm。
各部分的尺寸可以任意变更。致动器部140、150的厚度、宽度、长度只要变更为能获得使镜面部130能够在预定角度范围(满足作为可动镜所要求的性能的范围)内倾斜那样的挠性的尺寸即可。此外，固定框110的厚度只要设定为能够将该可动反射元件100牢固地固定于底座基板200的尺寸即可。
(致动器部的动作)
接下来，说明致动器部140、150的动作。如图4的(b)所示，在致动器部140形成有a层(基板层)140a、b层(下部电极层)140b、c层(压电材料层)140c和d层(上部电极层)140d。将a层(基板层)140a称为“致动器主体部140a”。此外，将b层(下部电极层)140b、c层(压电材料层)140c、d层(上部电极层)140d这三层构造部分称为“压电元件(140a、140b、140c)”。如此一来，致动器部140可以视为是由具有挠性的致动器主体部140a和固定于该致动器主体部140a的上表面的压电元件(140b、140c、140d)构成的。
同样，如图2b、图4的(a)所示，在致动器部150形成有a层(基板层)150a、b层(下部电极层)150b、c层(压电材料层)150c和d层(上部电极层)150d。将a层(基板层)150a的部分称为“致动器主体部150a”。此外，将b层(下部电极层)150b、c层(压电材料层)150c、d层(上部电极层)150d这三层构造部分称为“压电元件”。如此一来，致动器部150可以视为是由具有挠性的致动器主体部150a和固定于该致动器主体部150a的上表面的压电元件(150b、150c、150d)构成的。
图5a、图5b、图5c是表示致动器部140的动作的剖视图。如图5a所示，a层140a是由硅基板等形成的致动器主体部，包括b层140b、c层140c、d层140d的三层构造体是压电元件。c层(压电材料层)140c具有当在厚度方向上被施加预定极性的电压时会沿着长度方向(与厚度方向正交的方向)进行伸缩的性质。
当以d层(上部电极层)140d侧为正、b层(下部电极层)140b侧为负的方式对两电极层之间施加电压时，c层(压电材料层)140c沿着长度方向(与厚度方向正交的方向)伸长；反之，当以d层(上部电极层)140d侧为负、b层(下部电极层)140b侧为正的方式对两电极层之间施加电压时，c层(压电材料层)140c沿着长度方向收缩。伸缩的程度与施加的电压值相应。
因此，如图5b所示，当施加d层(上部电极层)140d为正、b层(下部电极层)140b为负的极性(以下称为正极性)的电压时，包括b层140b、c层140c、d层140d这三层的压电元件沿着长度方向伸长，对具有挠性的a层140a的上表面侧作用有朝向在面方向(沿着y轴的方向)上伸长的方向的应力。结果，致动器部140产生上凸翘曲。
与此相对，如图5c所示，当施加d层(上部电极层)140d为负、b层(下部电极层)140b为正的极性(以下称为相反极性)的电压时，包括b层、c层、d层这三层的压电元件沿着长度方向收缩，对具有挠性的a层140a的上表面侧作用有朝向在面方向上收缩的方向的应力。结果，致动器部140产生下凸翘曲。
当然，也可以使用具有以下这样性质的c层(压电材料层)140c，即，当以d层(上部电极层)140d侧为正、b层(下部电极层)140b侧为负的方式对两电极层之间施加电压时，c层(压电材料层)140c沿着长度方向收缩，另一方面，当以d层(上部电极层)140d侧为负、b层(下部电极层)140b侧为正的方式对两电极层之间施加电压时，c层(压电材料层)140c沿着长度方向收缩。此时，当施加正极性的电压时，产生下凸翘曲，当施加负极性的电压时，产生上凸翘曲。
无论使用哪种c层140c，都能够通对向d层(上部电极层)140d和b层(下部电极层)140b之间施加预定极性的电压而产生图5b或图5c所示的变形。变形的程度与施加的电压值相应。另外，根据构成压电元件的材料(例如，根据块体、薄膜)的不同，极化作用有所不同，因此，有时电压的极性和伸缩的关系会与上述情况相反。
对于致动器部150，上述动作也是相同的。
回到图4的(a)，未图示的d层100d中的检测用电极160d是为了检测致动器部140的位移而设置的。检测用电极160d的宽度形成为小于致动器部140的宽度。此外，检测用电极170d是为了检测致动器部150的位移而设置的。检测用电极170d的宽度形成为小于致动器部150的宽度。另外，只要检测用电极160d、170d中的至少一方的宽度小于各自对应的致动器的宽度即可。
检测用电极160d设于致动器部140和固定框110连接的部分，检测用电极170d设于致动器部150和可动框120连接的部分。这些部分是致动器部140、150变形程度较大的部位。因此，通过在这些部位配设检测用电极160d、170d，能够稳定地检测出致动器部140、150的位移。
如图4的(a)所示，镜面部130借助致动器部140、可动框120、致动器部150连接于固定框110，利用致动器部140、150被支承为悬于底座基板200上方的悬空状态。因此，当致动器部140向上方或下方翘曲时，被支承为悬空状态的镜面部130随可动框120一起绕着x轴倾斜，即相对于y轴方向倾斜。此外，当致动器部150向上方或下方翘曲时，被支承为悬空状态的镜面部130绕着y轴倾斜，即相对于x轴方向倾斜。
图6a、图6b、图6c是表示图4的(a)、(b)所示的可动反射元件100中的可动框120相对于y轴方向的倾斜状态(绕着x轴的旋转状态)的侧视图。在图6a～图6c中，可动框120以粗线来表示，对处于固定状态的底座基板200标注阴影线来表示。此外，致动器部140的变形状态表示得比实际夸张。
在图6a中示出了未产生倾斜的定位置的状态，即丝毫未对各压电元件施加电压的状态下的、致动器部140和可动框120之间的位置关系。致动器部140从固定于底座基板200上的固定框110向可动框120延伸。可动框120利用致动器部140而保持水平姿势地被支承于底座基板200的上方。白色的三角形表示可动框120(镜面部130)的重心g。重心g与坐标系的原点o一致。
图6b示出了通过对致动器部140的压电元件施加正极性的电压(参照图5b)而使致动器部140产生上凸变形的状态。由于致动器部140在－y侧固定于固定框110，因此，当它产生上凸变形时，其+y侧向下降的方向位移。结果，连接于比－y端靠末端侧的位置的所有构成要素绕着x轴旋转，镜面部130产生绕着x轴的旋转－rx。另外，这里，设绕着x轴的向正方向右旋推进的旋转方向为正，因此，此时的旋转方向为负方向。在该旋转时，可动框120、镜面部130的重心g向下方移动。
另一方面，图6c示出了通过对致动器部140的压电元件施加负极性的电压(参照图5c)而使致动器部140产生下凸变形的状态。由于致动器部140在－y侧固定于固定框110，因此，当它产生下凸变形时，其+y端向上升的方向位移。结果，连接于比+y端靠末端侧的位置的所有构成要素绕着x轴旋转，可动框120如图示那样产生绕着x轴的旋转+rx。因此，可动框120、镜面部130的重心g向上方移动。
这样，当对构成致动器部140的压电元件的b层(下部电极层)140b和d层(上部电极层)140d之间施加d层(上部电极层)140d侧为正那种极性的电压时，能够如图6b所示那样使可动框120以其+y侧下降的方式相对于y轴方向倾斜，当施加相反极性的电压时，能够如图6c所示那样使可动框120以其－y侧下降的方式相对于y轴方向倾斜。倾斜的程度与施加的电压值相应。因此，只要调整施加的电压的极性和值，即可任意调整可动框120、镜面部130相对于y轴方向的倾斜角度。
图7a、图7b、图7c是表示可动反射元件100中的镜面部130相对于x轴方向的倾斜状态(绕着y轴的旋转状态)的侧视图。在图7a、图7b、图7c中，镜面部130以粗线表示。此外，变形状态表示得比实际夸张。
图7a示出了未产生倾斜的定位置的状态，即丝毫未对压电元件施加电压的状态下的、致动器部150和镜面部130之间的位置关系。致动器部150的－x端连接于可动框120，间接地被底座基板200支承。镜面部130连接于致动器部150的+x端。在图7a中，镜面部130保持水平姿势地支承于可动框120。白色的三角形表示镜面部130的重心g。重心g与坐标系的原点o一致。
与此相对，图7b示出了通过对致动器部150的压电元件施加图5b所示那种正极性的电压而使致动器部150产生上凸变形的状态。致动器部150支承于可动框120，因此，当其产生上凸变形时，其+x端向下降方向位移。结果，与致动器部150的+x端连接的镜面部130绕着y轴旋转，产生绕着y轴的旋转+ry(相对于y轴右旋的旋转方向为正)。此时，重心g向下方移动。
另一方面，图7c示出了通过对致动器部150的压电元件施加图5c所示那种负极性的电压而使致动器部150产生下凸变形的状态。由于致动器部150支承于可动框120，因此，当它产生下凸变形时，其+x端向上升方向位移。结果，与致动器部150的+x端连接的镜面部130绕着y轴旋转，产生绕着y轴的旋转－ry。此时，重心g向上方移动。
这样，当对构成致动器部150的压电元件的b层(下部电极层)150b和d层(上部电极层)150d之间施加d层(上部电极层)150d侧为正那种极性的电压时，能够如图7b所示那样使镜面部130以其+x端下降的方式倾斜。另一方面，当施加相反极性的电压时，能够如图7c所示那样使镜面部130以+x侧上升的方式倾斜。倾斜的程度与施加的电压值相应。因此，只要调整施加的电压的极性和值，即可任意调整镜面部130相对于x轴方向的倾斜角度。
另外，例如，也可以像在致动器部140的上表面设置压电元件而在致动器部150的下表面设置压电元件这样互逆地配置压电元件。此外，对于各致动器部140、150，也可以在各致动器主体部140a、150a的上下两表面形成压电元件。不过，从实用的角度上优选在各致动器主体部140a、150a的上表面形成各压电元件，这样可以简化制造工艺。
对于本实施方式的可动反射元件100而言，具有反射面的镜面部130借助具有挠性的致动器部150连接于可动框120，可动框120借助致动器部140连接于固定框110。这样设置的话，与以往的利用万向构造的支承手法相比，结构简单，又能确保充分的位移角。当利用机械转动机构来实现万向构造时，零件数量增加，构造自然复杂。此外，当利用扭杆来实现万向构造时，构造虽然得到简化，但最大位移角被限制在扭杆的最大扭转角度的范围内，难以确保充分的位移角。在本实施方式中，利用致动器部140、150来支承镜面部130，因此，结构简单，又能确保充分的位移角。
具有图4的(b)所示的构造的可动反射元件100采用了mems元件，能够通过利用了半导体制造工艺的制造方法进行量产，适于小型化。此外，用于进行驱动的元件采用了压电元件，因此适于低消耗电流化。
此外，可动反射元件100包括沿着y轴延伸的致动器部140和沿着x轴延伸的致动器部150，在致动器部140、150的上表面或下表面分别固定有通过施加预定极性的电压而沿着长度方向伸缩的压电元件。因此，只要对致动器部140的压电元件施加电压，使压电元件伸缩，即可如图6b、图6c所示那样使镜面部130相对于y轴方向倾斜(绕着x轴旋转)，只要对致动器部150的压电元件施加电压，使其伸缩，即可如图7b、图7c所示那样使镜面部130相对于x轴方向倾斜(绕着y轴旋转)。因此，相对于x轴和y轴这两个轴向(绕两个轴)，都能够确保用于实现二维扫描装置的充分的位移角。
另外，在本实施方式中，采用了在固定框110配置有致动器部140、可动框120、致动器部150和镜面部130的构造。但是，无需用框体构成固定框110，例如，只要能够固定致动器部140的一端即可，也可以不是框状。
不过，致动器部140、150和镜面部130是产生位移的可动结构要素，因此最好避免与外部物体接触。对于这一点，只要像固定框110那样呈框状，即可将可动结构要素包围在内部，因此能够保护可动结构要素，避免其与外部物体接触。
此外，固定框110、可动框120和镜面部130不限定于矩形状，例如也可以呈椭圆状、多边形状。
此外，在本实施方式中，设有支承固定框110的底座基板200。这样一来，只要设有底座基板200，将固定框110的下表面固定于底座基板200的上表面，即可使致动器部140、可动框120、致动器部150和镜面部130成为悬于该底座基板200上方的状态，并使镜面部130在由底座基板200的上方所确保的空隙的大小决定的自由度的范围内倾斜。此外，能够防止镜面部130产生过度的位移，因此，能够防止致动器部140、150产生过度挠曲、破损。此外，在本实施方式中，通过使致动器部140、致动器部150、镜面部130的厚度小于固定框110的厚度而实现了悬空构造，但是，也可以使上述各部分的厚度相同，通过在固定框110的下表面配置所谓的间隔件300来实现悬空构造。
根据以上说明的本实施方式1的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的内边到可动框120的沿着y轴方向延伸的外边的中点为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够使可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式1的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
另外，若将底座基板200做成可动反射元件100的装置壳体，底座基板200就会成为组装于可动反射元件100产品自身的一个零件。与此相对，可动反射元件100产品自身也可以采用不含底座基板200的形态。在该情况下，安装该可动反射元件这个零件的任何装置的安装面的构造体作为底座基板200发挥功能。
实施方式2.
接下来，说明本发明的实施方式2。
在上述实施方式1中，致动器部140为直线状，但在本实施方式2中，致动器部140呈大致字母l字状。通过采用这种结构，能够加长致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度。
如图8的(a)所示，致动器部140是沿着x轴方向配置于可动框120两侧的一对构件。致动器部140包括臂部340a(第8臂部)和340b(第9臂部)。
臂部340a一端连接于固定框110的内边。臂部340a在固定框110和可动框120之间的间隙中，从一端沿着y轴方向呈直线状地延伸到超过可动框120的外边的中点的位置，即超过x轴的位置。致动器部140的臂部340b从臂部340a的另一端沿着x轴无折回地延伸，避开可动框120的外边的中点(y轴上的点)而与可动框120的角部连接。
致动器部150具有臂部(第10臂部)，该臂部的一端连接于可动框120的内边，并在可动框120和镜面部130之间的间隙中，从一端沿着x轴方向呈直线状地延伸到超过镜面部130的外边的中点的位置，即超过y轴的位置。致动器部150从臂部的另一端沿着x轴方向无折回地延伸，避开镜面部130的外边的中点而与镜面部130的角部连接。
如图9的(a)、(b)所示，在图8的(a)所示的致动器部140的臂部340a形成有压电元件(140b、140c、140d)。通过对该压电元件施加正极性、负极性的电压，臂部340a如图5b、图5c所示那样向上侧或下侧翘曲。由此，可动框120及镜面部130和图6a、图6b及图6c所示的动作同样地绕着x轴摆动。
如图9的(a)、(b)所示，在致动器部150也形成有压电元件(150b、150c、150d)。通过对该压电元件施加正极性、负极性的电压，臂部如图5b、图5c所示那样向上侧或下侧翘曲。由此，镜面部130和图7a、图7b及图7c所示的动作同样地被绕着y轴驱动。
根据以上说明的本实施方式2的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向的部分的长度大于从固定框110的内边到可动框120的沿着y轴方向延伸的外边的中点为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够使可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式2的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
实施方式3.
接下来，说明本发明的实施方式3。在本实施方式3中，与实施方式1的不同点在于，致动器部150的结构成大致字母l字状。
如图10的(a)、(b)所示，致动器部150包括臂部350a(第10臂部)和350b(第11的臂部)。臂部350a连接于可动框120的内边。臂部350a在可动框120和镜面部130之间的间隙中，从一端沿着x轴方向呈直线状地延伸到超过镜面部130的外边的中点的位置。
臂部350b在可动框120和镜面部130之间的间隙中，从臂部350a的另一端沿着y轴方向延伸，超过可动框120的沿着y轴方向延伸的外边的中点之后，与镜面部130的角部连接。
如图10的(a)、图11的(b)所示，在臂部350a形成有压电元件(150b、150c、150d)。通过对该压电元件施加正极性、负极性的电压，臂部350a如图5b和图5c所示那样向上侧或下侧翘曲。由此，镜面部130和图7a、图7b及图7c所示的动作同样地绕着y轴摆动。
如上所述，根据本实施方式，致动器部150的长度也不会被限制在从可动框120的内边到镜面部130的外边的中点为止的距离内。由此，能够将可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率设定为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式3的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
实施方式4.
接下来，说明本发明的实施方式4。在本实施方式4的可动反射元件100中，致动器部140、150均呈大致字母l字状。
如图12的(a)、(b)所示，致动器部140包括臂部340a、340b。臂部340a一端连接于固定框110的内边，并在固定框110和可动框120之间的间隙中，从一端沿着y轴方向呈直线状地延伸到超过可动框120的外边的中点之处。臂部340b从臂部340a的另一端沿着x轴方向延伸，超过可动框120的外边的中点之后，与可动框120的角部连接。
另一方面，致动器部150包括臂部350a、350b。臂部350a一端连接于可动框120的内边，并在可动框120和镜面部130之间的间隙中，从一端沿着x轴方向呈直线状地延伸到超过镜面部130的外边的中点之处。臂部350b从臂部350a的另一端沿着y轴方向延伸，超过镜面部130的外边的中点之后，与镜面部130的角部连接。
在图13的(a)所示的臂部340a形成有压电元件(140b、140c、140d)。通过对该压电元件施加正极性、负极性的电压，臂部340a和图5b及图5c所示的动作同样地向上侧或下侧翘曲。由此，可动框120如图6a、图6b及图6c所示那样绕着x轴摆动。
此外，在图13的(a)所示的臂部350a形成有压电元件(150b、150c、150d)。通过对该压电元件施加正极性、负极性的电压，臂部350a和图5a、图5b及图5c所示的动作同样地向上侧或下侧翘曲。由此，镜面部130如图7a、图7b及图7c所示那样绕着y轴摆动。
根据以上说明的本实施方式4的可动反射元件100，致动器部140的长度不会被限制在从固定框110的内边到可动框120的外边的中点之间的距离内，致动器部150的长度不会被限制在从可动框120的内边到镜面部130的外边的中点为止的距离内。由此，能够将可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率设定为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式4的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
实施方式5.
接下来，说明本发明的实施方式5。另外，实施方式5到后述的实施方式7的可动反射元件100是基于同样的思想而设计的，属于同一组方案。
如图14的(a)所示，本实施方式5的可动反射元件100和上述实施方式1～4的可动反射元件100同样，包括固定于外部物体的固定框110、配置于固定框110的框内的可动框120以及配置于可动框120的框内的镜面部130。此外，可动反射元件100还包括：作为连结固定框110和可动框120的一对构件的致动器部140；以及作为连结可动框120和镜面部130的一对构件的致动器部150。如图14的(b)所示，在本实施方式的可动反射元件100中，与实施方式1～4的可动反射元件100同样，层叠有a层100a(100a1、100a2、100a3)、b层100b、c层100c。
致动器部140设于固定框110和可动框120之间的、可动框120的x轴方向上的两侧。致动器部150设于可动框120和镜面部130之间的、镜面部130的y轴方向上的两侧。
如图15a、图15b所示，在本实施方式5的可动反射元件100中，固定框110、可动框120、镜面部130、致动器部140、150也各自包括a层100a、b层100b和c层100c这三层构造。镜面部130、致动器部140、150的厚度设定为小于固定框110、可动框120的厚度，从而在镜面部130、致动器部140、150的下方形成了空隙。
如图16的(a)、(b)所示，本实施方式5的可动反射元件100的致动器部140的形状与实施方式1～4的可动反射元件100不同。在本实施方式中，致动器部140的形状呈大致字母s字状。
致动器部140由3个部分构成，分别设各部分为臂部240a(第1臂部)、臂部240b(第2臂部)和臂部240c(第3臂部)。即，致动器部140包括臂部240a、240b和240c。
首先，说明致动器部140(240a、240b、240c)中的+x侧的构件的结构。
臂部240a的－y侧的一端连接于固定框110的内边(面向+y侧的内边的+x侧的角部)。臂部240a在固定框110和可动框120之间的间隙中，从－y侧的一端沿着y轴方向朝+y方向延伸。臂部240a的宽度为能够在固定框110和可动框120之间的间隙中沿着臂部240c延伸那样的宽度。臂部240a呈直线状延伸到超过可动框120的沿着y轴方向延伸的外边的中点n(参照图14的(a))的位置，即超过x轴的位置。
臂部240b的+x侧的一端与臂部240a的+y侧的端部连接。臂部240b的宽度及厚度与臂部240a大致相同。臂部240b从其+x侧的一端沿着x轴方向朝可动框120的方向延伸。
臂部240c的+y侧的一端与臂部240b的－x侧的另一端连接。臂部240c从臂部240b的－x端折回后沿着臂部240a延伸。臂部240c的宽度及厚度与臂部240a大致相同。臂部240c以其－y端与可动框120的外边的中点(x轴上的点)n连接。
如图17的(a)、(b)所示，在臂部240a形成有压电元件(140b、140c、140d)。压电元件由b层(下部电极层)140b、c层(压电材料层)140c和d层(上部电极层)140d形成。
致动器部140的－x侧的构件也包括臂部240a、240b和240c。在该－x侧的构件中，臂部240a从固定框110的+y侧的内边向－y方向延伸到超过可动框120的外边的中点n的位置，臂部240b从臂部240a的－y侧的端部向+x方向延伸，臂部240c从臂部240b的+x侧的端部向+y方向延伸至与可动框120的外边的中点n连接。即，致动器部140的一对构件彼此配置成以镜面部130的重心为中心呈180度旋转对称。同样，致动器部150的一对构件彼此配置成以镜面部130的重心为中心呈180度旋转对称。
如图18a所示，在未向构成致动器部140的压电元件(140b、140c、140d)的b层(下部电极层)140b和d层(上部电极层)140d之间施加电压时，可动框120和镜面部130借助致动器部140而保持水平姿势地被支承于底座基板200的上方。白色的三角形表示镜面部130的重心g。重心g与坐标系的原点o一致。
向b层(下部电极层)140b和d层(上部电极层)140d之间施加d层(上部电极层)140d侧为正那种极性的电压。在该情况下，如图5b所示，在臂部240a，包括b层140b、c层140c、d层140d这三层的压电元件沿长度方向伸长，在具有挠性的a层140a的上表面侧作用有朝向在面方向上伸长的方向的应力。结果，臂部240产生上凸翘曲。臂部240产生上凸翘曲时，借助臂部240b使臂部240c以其+y端下降的方式倾斜，整个致动器部140以+y端下降的方式倾斜。由此，如图18b所示，能够使可动框120和镜面部130以其+y端下降的方式倾斜。
当向b层(下部电极层)140b和d层(上部电极层)140d之间施加相反极性的电压时，包括b层100b、c层100c、d层100d这三层的压电元件(140b、140c、140d)沿长度方向收缩，在构成具有挠性的臂部240a的a层100a的上表面侧作用有朝向在面方向上收缩的方向的应力。结果，臂部240a产生下凸翘曲。臂部240a产生下凸翘曲时，借助臂部240b使臂部240c以+y端上升的方式倾斜，整个致动器140以+y端上升的方式倾斜。由此，如图18c所示，能够使可动框120和镜面部130以其+y端上升的方式倾斜。
在一对致动器部140中，+x侧的压电元件和－x侧的构件的压电元件分别被施加相反极性的电压。由此，能够使可动框120绕着x轴相对于固定框110摆动。
倾斜的程度与施加的电压值相应。因此，只要调整施加的电压的极性和值，即可任意调整镜面部130相对于x轴方向的倾斜角度。
回到图14的(a)，致动器部150具有1条臂部250(第7臂部)。臂部250的一端连接于可动框120的内边。臂部250在可动框120和镜面部130之间的间隙中，从一端沿着x轴方向呈直线状延伸到超过镜面部130的外边的中点的位置，即超过y轴的位置。臂部250的另一端与镜面部130的角部连接。在致动器部150形成有压电元件(150b、150c、150d)，通过对压电元件施加正极性、负极性的电压，能够如图7b、图7c所示那样使压电元件向上方、下方翘曲。
在一对致动器部150中，+y侧的压电元件和－y侧的构件的压电元件分别被施加相反极性的电压。由此，能够使镜面部130绕着y轴相对于可动框120摆动。
根据以上说明的本实施方式5的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的内边到可动框120的沿着y轴方向的外边的中点为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够将可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式5的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
此外，根据实施方式5的可动反射元件100，由于能够加长致动器部140的长度，因此，相对于可动反射元件100的x轴方向的长度来说，能够缩短可动反射元件100的y轴方向的长度。如后所述，在使可动反射元件100的绕着x轴的摆动与束的垂直方向的扫描对应的情况下，当将可动反射元件100组装于投影仪等设备时，能够使可动反射元件100的y轴方向与设备的厚度方向对应。因此，采用本实施方式5的可动反射元件100时，由于可动反射元件100的y轴方向的长度较小，因此，能够使组装可动反射元件100的设备更薄而使其小型化。
此外，由于致动器部140连接于可动框120的外边的中点n，因此，几乎不会对可动框120作用xy方向以外的力矩，可动框120的振动不会偏向某一方向，能够避免可动框120扭转。此外，致动器部150采用了简单的结构，能够使可动框120小型化。
实施方式6.
接下来，说明本发明的实施方式6。
如图19的(a)所示，本实施方式6的可动反射元件100的致动器部150的形状与实施方式5的可动反射元件100不同。本实施方式6的可动反射元件100中，致动器部150的形状呈大致字母s字状。其他与实施方式5的可动反射元件100相同。
致动器部150包括臂部250a(第4臂部)、250b(第5的臂部)和250c(第6的臂部)。首先，说明致动器部150(250a、250b、250c)的+y侧的构件的结构。
臂部250a的+x侧的一端连接于可动框120的内边(面向－x侧的内边的+y侧的角部)。臂部250a在可动框120和镜面部130之间的间隙中从+x侧的一端沿着x轴方向朝－x方向延伸。臂部250a的宽度是能够在可动框120和镜面部130之间的间隙中与臂部250c留有间隔地朝－x方向延伸的宽度。臂部250a延伸到超过镜面部130的沿着x轴方向延伸的外边的中点k(y轴上的点)的位置，即超过y轴的位置。臂部250a延伸到可动框120的面向+x侧的内边的附近。
臂部250b的+y侧的一端与臂部250a的－x侧的端部连接。臂部250b的宽度及厚度与臂部250a大致相同。臂部250b从其+y侧的一端沿着y轴方向朝镜面部130的方向延伸。
臂部250c的－x侧的一端与臂部250b的－y侧的另一端连接。臂部250c从臂部250b的－y端向+x方向折回，然后沿着臂部240c延伸。臂部250c的宽度及厚度与臂部250a大致相同。臂部250c以其+x端与镜面部130的外边的中点(y轴上的点)k连接。
在臂部250a形成有压电元件(150b、150c、150d)。压电元件由b层(下部电极层)150b、c层(压电材料层)150c和d层(上部电极层)150d形成。
致动器部150的－y侧的构件也包括臂部250a、250b和250c。在该－y侧的构件中，臂部250a从可动框120的－x侧的内边朝+x方向延伸到超过镜面部130的外边的中点的位置，臂部250b从臂部250a的+x侧的端部朝+y方向延伸，臂部250c从臂部250a的+y侧的端部朝－x方向延伸，然后与镜面部130的外边的中点k连接。
当未向构成致动器部150的压电元件(150b、150c、150d)的b层(下部电极层)150b和d层(上部电极层)150d之间施加电压时，如图21a所示，镜面部130保持水平姿势地被支承于可动框120。白色的三角形表示镜面部130的重心g。重心g与坐标系的原点o一致。
当向b层(下部电极层)150b和d层(上部电极层)150d之间施加d层(上部电极层)150d侧为正那种极性的电压时，在臂部250a，包括b层150b、c层150c和d层150d这三层的压电元件沿长度方向(与厚度方向正交的方向)伸长，在具有挠性的a层150a的上表面侧作用有朝向在面方向(沿着x轴延伸的方向)上伸长的方向的应力。结果，臂部250a产生上凸翘曲。臂部250a产生上凸翘曲时，借助臂部250b使臂部250c以+x端下降的方式倾斜，整个致动器部150以+x端下降的方式倾斜。由此，如图21b所示，镜面部130绕着y轴旋转，产生绕着y轴的旋转+ry(相对于y轴右旋的旋转方向为正)。这样，可动反射元件100能够使镜面部130以+x端下降的方式倾斜。
当向b层(下部电极层)150b和d层(上部电极层)150d之间施加相反极性的电压时，包括b层100b、c层100c、d层100d这三层的压电元件(150b、150c、150d)沿长度方向收缩，在构成具有挠性的臂部250a的a层100a的上表面侧作用有朝向在面方向上收缩的方向的应力。结果，臂部250产生下凸翘曲。臂部250a产生下凸翘曲时，借助臂部250b使臂部250c以+x端上升的方式倾斜，整个致动器部250以+x端上升的方式倾斜。由此，如图21c所示，镜面部130绕着y轴旋转，产生绕着y轴的旋转－ry。这样，可动反射元件100能够使镜面部130以+x端上升的方式倾斜。
在一对致动器部150中，+y侧的压电元件和－y侧的压电元件分别被施加相反极性的电压。由此，能够使镜面部130绕着y轴相对于可动框120摆动。
倾斜的程度与施加的电压值相应。因此，只要调整施加的电压的极性和值，即可任意调整镜面部130相对于x轴方向的倾斜角度。
根据以上说明的本实施方式6的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的内边到可动框120的沿着y轴方向延伸的外边的中点为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够使可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式6的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
此外，在本实施方式6中，致动器部140的一对构件彼此配置成以镜面部130的原点o为中心呈180度旋转对称。此外，致动器部150的一对构件彼此配置成以镜面部130为中心呈180度旋转对称。而且，臂部240a的从与固定框110连接的一端去往另一端的朝向和臂部250a的从与可动框110连接的一端去往另一端的朝向，在以镜面部130的重心为中心的旋转方向上相同。
而且，致动器部140和致动器部150双方都呈大致字母s字状。由此，能够使驱动频率的比率最佳化，并且使可动框120小型化。此外，能够不偏不倚地保持镜面部130，使其平衡良好地摆动。
实施方式7.
接下来，说明本发明的实施方式7。
本实施方式7的可动反射元件100的致动器部150的朝向与实施方式6不同，其他与实施方式6的可动反射元件100的结构相同。
如图22的(a)所示，致动器部140的各构件彼此配置成以镜面部130的原点o为中心呈180度旋转对称。此外，致动器部150的一对构件彼此配置成以镜面部130的原点o为中心呈180度旋转对称。本实施方式7与实施方式6的不同点在于，臂部240a的从与固定框110连接的一端去往另一端的朝向和臂部250a的从与可动框120连接的一端去往另一端的朝向，在以镜面部130的原点o为中心的旋转方向上相反。
例如，在用实施方式6的可动反射元件100进行束的二维扫描时，当投影出的图像产生变形时，通过使用本实施方式7的可动反射元件100，有时能够校正图像的变形。在这样的情况下，即可采用本实施方式7的可动反射元件100。
根据以上说明的本实施方式7的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的内边到可动框120的沿着y轴方向延伸的外边的中点为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够使可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式7的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
上述的校正二维扫描中的图像变形的方法还有其他各种方法。例如，也可以如图23所示，通过在可动框120安装配重400，补正可动框120和镜面部130的摆动状态的轴偏移，校正投影图像的变形。
另外，安装配重400的构件不限定于可动框120。例如，也可以将配重400安装于镜面部130。或者，也可以将配重400安装于致动器140、150双方或一方。
实施方式8.
接下来，说明本发明的实施方式8。另外，实施方式8和后述的实施方式9的可动反射元件100是基于同样的思想而设计的，属于同一组方案。
如图24的(a)、(b)所示，本实施方式8的可动反射元件100中，可动框120、致动器部140、150的形状和实施方式1～7不同。
在可动框120的y轴方向两侧的外边的中点处设有凹部220。设置凹部220是为了在臂部340c设置后述的压电元件。另外，凹部220期望设于可动框120的y轴方向两侧的外边的中点，但不限定于此，只要设于上述的外边上即可。
致动器部140包括臂部340a(第12臂部)、340b(第13臂部)和340c(第14臂部)。此外，致动器部150包括臂部350a(第15臂部)、350b(第16臂部)和350c(第17臂部)。
臂部340a从设于固定框110的y轴方向上的中点处的内边沿着y轴方向延伸，延伸到超过可动框120的沿着y轴方向的外边的位置。臂部340b的一端与臂部340a的另一端连接。臂部340b从该一端沿着－x轴方向延伸。臂部340c的一端与臂部340b的另一端连接。臂部340c沿着臂部340a延伸，臂部340c的另一端连接于可动框120的凹部220。
因此，臂部340a的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的位于y轴方向的中点处的内边到可动框120的沿着y轴方向的外边为止的距离。另外，从固定框110的位于y轴方向的中点处的内边到可动框120的沿着y轴方向的外边为止的距离与从固定框110的－y侧且+x侧的角处的内边(或者是固定框110的+y侧且－x侧的角处内边)到可动框120的沿着y轴方向的外边的中点的距离在设计上是相等的。
此外，臂部350a从可动框120的内边沿着－x轴方向延伸，延伸到超过镜面部130的沿着x轴方向延伸的外边的中点的位置，即超过y轴的位置。臂部350b的一端与臂部350a的另一端连接。臂部350b从该一端沿着y轴方向延伸。臂部350c的一端与臂部350b的另一端连接。臂部350c的另一端沿着x轴方向延伸，与镜面部130的外边的中点连接。
如图25的(a)、(b)所示，在构成致动器部140的臂部340a、340b和340c分别形成有上部电极层140d1、140d2、140d3。由此，在各臂部340a、340b、340c形成了独立动作的压电元件。通过对各臂部340a、340b、340c的压电元件单独施加正极性、负极性的电压，能够使臂部340a、340b、340c单独地向上侧或下侧翘曲。结果，使可动框120绕着x轴摆动。
此外，在臂部350a形成有上部电极层150d。由此，在臂部350a形成压电元件。通过对臂部350a的压电元件施加正极性、负极性的电压，能够使臂部350a向上侧或下侧翘曲。结果，使镜面部130绕着y轴摆动。
根据以上说明的本实施方式8的可动反射元件100，在致动器部140形成了能够单独动作的压电元件。通过使这些压电元件组合动作，能够极其细微地控制可动框120在致动器部140作用下的摆动状态。
此外，根据本实施方式8的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的位于y轴方向的中点处的内边到可动框120的沿着y轴方向的外边为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够使可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式8的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
此外，在本实施方式8的可动反射元件100设有宽幅部111。宽幅部111设于致动器部140和固定框110连接的部分，宽幅部111的宽度大于致动器部140的宽度。利用该宽幅部111，能够对变动较大的、致动器部140和固定框110连接的部分进行加强。
另外，也可以在致动器部150和可动框120连接的部分设置宽度大于致动器部150的宽度的宽幅部。此外，也可以不设置宽幅部111，仅在致动器部150和可动框120连接的部分设置宽幅部。对于变动较大的任意部分，都可用宽幅部对其进行加强。
实施方式9.
接下来，说明本发明的实施方式9。
在本实施方式9中，形成于致动器部140的上部电极层的结构与实施方式8不同。如图26的(a)、(b)所示，在臂部340a设有多个上部电极层140d11、140d12。上部电极层140d11是从臂部340a与固定框110的连接部分延伸到臂部340a的中点附近的一对电极。上部电极层140d12是从臂部340a的中点延伸到臂部340a与臂部340b的连接部分的一对电极。
在臂部340b设有多个上部电极层140d21、140d22。上部电极层140d21是从臂部340b与臂部340a的连接部分延伸到臂部340b的中点附近的一对电极。上部电极层140d22是从臂部340b的中点延伸到臂部340b与臂部340c的连接部分的一对电极。
在臂部340c设有一对上部电极层140d3。上部电极层140d3是从臂部340c与臂部340b的连接部分延伸到可动框120的凹部220的一对电极。
像这样，能够在致动器部140的、各臂部340a、340b和340c的长度方向和宽度方向上形成多个上部电极层。这意味着，在各臂部340a、340b和340c分别形成了可以单独驱动的多个压电元件。通过这样在各臂部340a、340b和340c形成多个压电元件，对各压电元件进行单独驱动，能够极其细微地控制各臂部340a、340b和340c的动作，结果能够使可动反射元件100进行更准确的二维扫描。
另外，也可以在一对致动器部140中的至少一方或者一对致动器部150中的至少一方设置压电元件。
此外，在实施方式9的致动器部140中，需要确保用来形成向下游的压电元件供电的电路图案的空间，因此，随着从可动框120往固定框110去，上部电极层的宽度变细。
另外，如图27的(a)、(b)所示，在本实施方式9中，也可以使致动器部140的宽度随着从可动框120往固定框110去而变大。如此一来，可以在不减小致动器部140的上部电极层的宽度的情况下，确保用于布置用来向各上部电极层供电的电路图案的空间。
此外，在本实施方式9中，也可以将致动器部150构成为，随着从镜面部130往可动框120去而宽度变大。
这样，致动器部140、150的宽度无需是均匀的，致动器部140的宽度可以随着从可动框120向固定框110去而变大，致动器部150的宽度可以随着从镜面部130向可动框120去而变大。此外，致动器部140、150也可以局部地改变宽度。
根据以上说明的本实施方式9的可动反射元件100，致动器部140的沿着y轴方向延伸的部分的长度大于从固定框110的位于y轴方向上的中点处的内边到可动框120的沿着y轴方向的外边为止的距离。如此一来，能够使致动器部140的长度与致动器部150的长度之比更大。由此，能够使可动框120的驱动频率和镜面部130的驱动频率的比率成为期望的值。此外，无需使致动器部140、150例如多次折回，即可使镜面部130在充分满足实用的范围内摆动。因此，根据本实施方式9的可动反射元件100，能够实现小型化和驱动频率的最佳化。
实施方式10.
接下来，说明本发明的实施方式10～12。
如图28a所示，本实施方式10的可动反射元件100包括作为第1限制部的限制部(限位部)500和作为第2限制部的限制部501，这一点与实施方式4不同。
为了限制镜面部130相对于可动框120的动作，限制部500从可动框120的内边延伸，配置于可动框120和镜面部130之间的间隙。
为了限制可动框120相对于固定框110的动作，限制部501从固定框110的内边延伸，配置于固定框110和可动框120之间的间隙。
图28a所示的可动反射元件100是在实施方式4的可动反射元件100中设置限制部500、501而形成的，与此相同，图28b所示的实施方式11的可动反射元件100是在实施方式6的可动反射元件100中设置限制部500、501而形成的。此外，图28c所示的实施方式12的可动反射元件100是在实施方式8的可动反射元件100中设置限制部500、501而形成的。
通过具备这样的限制部500、501，能够防止可动框120、镜面部130等在受到外力作用时破损。
详细而言，实施方式10和实施方式12的镜面部130的外周面以避开限制部500的方式形成。由于这样形成镜面部130的外周面，因此，在可动反射元件100受到外力作用时，限制部500抵接于镜面部130的外周面。因此，在受到外力作用时，能够防止镜面部130相对于x轴方向和y轴方向大幅动作而破损。
同样，实施方式10和实施方式12的可动框120的外周面以避开限制部501的方式形成。由于这样形成可动框120的外周面，因此，在可动反射元件100受到外力作用时，限制部501抵接于可动框120的外周面。因此，在受到外力作用时，能够防止可动框120相对于x轴方向和y轴方向大幅动作而破损。
此外，实施方式10和实施方式12的镜面部130的外周面以避开限制部500且静止状态下的镜面部130的重心落在镜面部130的中心的方式形成。具体而言，在上述镜面部130中，相对的边的外周面的形状关于镜面部130的中心呈中心对称。由此，在无需避开限制部500的部位形成有虚设的缺口。通过形成这样的外周面，能够使镜面部130静止时的重心落在镜面部130的中心，防止镜面部130在静止状态下发生倾斜。
同样，实施方式10和实施方式12的可动框120的外周面以避开限制部501且静止状态下的可动框120的重心落在可动框120的中心的方式形成。具体而言，在上述可动框120中，相对的边的外周面的形状关于可动框120的中心呈中心对称。由此，在无需避开限制部501的部位形成有虚设的缺口。通过形成这样的外周面，能够使可动框120静止时的重心落在可动框120的中心，防止可动框120在静止状态下发生倾斜。
另外，图28a～图28c所示的限制部500、501的形状为字母t字状，但不限定于此，也可以是凸状。此外，也可以没有限制部500、501中的一方。
在以上说明的实施方式1～12的可动反射元件100中，可以适当组合以下各点：可以在致动器部140、150设置多个压电元件；检测用电极的宽度小于致动器部的宽度；将检测用电极设于固定框110和致动器部140连接的部分，或设于镜面部130和致动器部150连接的部分；将可动框120形成得比镜面部130厚；可以变更致动器部140、150的宽度；可以在可动框120安装配重400；以及可以设置限制部500、501。
实施方式13.
接下来，说明本发明的实施方式13。在本实施方式13中，说明具有可动反射元件100的二维扫描装置。
实施方式1～12的可动反射元件100能够使形成于镜面部130的表面的反射面以两轴的自由度倾斜。因此，可以将可动反射元件100组装到对光束、指向性电波进行二维扫描的二维扫描装置中来进行二维扫描。利用该二维扫描装置，如果扫描光束，则可实现向屏幕投影图像的投影仪，如果扫描指向性电波，则可实现车载用雷达等。
特别是，如上所述，实施方式1～12的可动反射元件100作为mems元件而适用于小型化和低消耗电流化，最适合组装于便携式电话、智能手机、平板型电子终端等小型设备来进行利用，适用于对这些小型设备附加投影仪功能的用途。近年来，雷达逐渐成为汽车中不可或缺的技术，需要大范围地照射具有指向性的电波。利用实施方式1～12的可动反射元件100，也能够实现能大范围照射雷达的小型的车载用装置。
以下，说明构建以交流信号驱动实施方式1～12的可动反射元件100的二维扫描装置，并将该二维扫描装置组装于投影仪的情况。该二维扫描装置也可以利用于上述那种车载用雷达装置等。
图29是表示利用了二维扫描装置的投影仪80的结构的框图。投影仪80具有向屏幕10上投影图像的功能。投影仪80包括二维扫描装置20、激光源30和显示控制装置40。另外，在雷达装置中，代替激光源30而具有发出指向性电波的电波源(天线)。
二维扫描装置20包括可动反射元件100和控制器22。可动反射元件100是实施方式1～12的可动反射元件100。通过对构成可动反射元件100的压电元件施加交流电压，能够使具有与xy平面平行的反射面m的镜面部130相对于y轴方向(绕着x轴)和x轴方向(绕着y轴)倾斜。控制器22向该可动反射元件100的压电元件供给驱动信号(交流电压)。
如上所述，可动反射元件100包括致动器部140、150。控制器22向致动器部150的压电元件供给第1周期h1的第1驱动信号，向致动器部140的压电元件供给第2周期h2的第2驱动信号。
激光源30发出激光束，将该激光束照射到二维扫描装置20内的可动反射元件100的反射面m。反射面m反射出的激光束在屏幕10上的预定位置形成光点s。因此，当使可动反射元件100的反射面m在二维方向上倾斜时，能够使在屏幕10上形成的光点s的位置在二维方向上扫描。
显示控制装置40基于外部提供的图像数据进行用来在屏幕10上显示预定图像的显示控制。具体而言，显示控制装置40向激光源30发送基于作为显示对象的图像的相关图像数据而生成的调制信号，并向二维扫描装置20内的控制器22发送控制信号。
激光源30基于显示控制装置40所发送的调制信号而发出对强度、波长或其双方进行了调制的激光束，将该激光束照射到二维扫描装置20内的可动反射元件100的镜面部130的反射面m。作为显示对象的图像为单色图像时，激光源30发出单色的激光束，只调制其强度即可。作为显示对象的图像为彩色图像时，例如采用发出3原色rgb的激光束的复合光源作为激光源30，对各原色分别独立调制强度即可。
另一方面，二维扫描装置20基于由显示控制装置40输入的控制信号，使可动反射元件100的镜面部130摆动，从而使利用反射面m反射出的激光束在屏幕10上形成的光点s在屏幕10上进行二维移动。
显示控制装置40发送给二维扫描装置20的控制信号是表示可动反射元件100的镜面部130的摆动动作的on/off并表示摆动动作的时机的信号。显示控制装置40发送给二维扫描装置20的控制信号与发送给激光源30的调制信号的时机同步。结果，屏幕10上的光点s的位置和形成光点s的激光束的调制内容同步，在屏幕10上显示出与图像数据相应的图像。
接下来，说明利用二维扫描装置20进行的束扫描的具体动作。这里，以使用实施方式5的可动反射元件100作为组装于二维扫描装置20的可动反射元件100的情况为例进行说明。图30a是表示在图29所示的投影仪80中控制器22向可动反射元件100供给的驱动信号dx、dy的一个例子的信号波形的图表，图30b是表示将这种驱动信号dx、dy供给到可动反射元件100时所得的、屏幕10上的束的二维扫描的状况的图表。
图30a的上层表示的是作为第1驱动信号dx的、第1周期h1的锯齿状的信号波形，图30a的下层表示的是作为第2驱动信号dy的、第2周期h2的阶梯状的信号波形。另外，这里示出的是设h2＝6×h1的例子，但实用上将该比设为更大的值。
如图30a所示，第1驱动信号dx反复进行如下这样的动作：在沿着时间轴t的时刻t0～t1的第1周期中电压值从－vx上升到+vx，然后，在时刻t1电压值下降到－vx，在接下来的时刻t1～t2的第2周期中电压值从－vx上升到+vx，然后，在时刻t2电压值下降到－vx。当将这样的第1驱动信号dx发送给图17的(a)所示的可动反射元件100的致动器部150的压电元件时，镜面部130相对于x轴方向(绕着y轴)以周期h1摆动。
另一方面，第2驱动信号dy以周期h2反复进行如下这样的动作：在沿着时间轴t的时刻t0～t6的周期中，电压值以与周期h1对应的单位时间段呈阶梯状地从－vy上升到+vy。当将这样的第2驱动信号dy发送给图17的(a)所示的可动反射元件100的致动器部140的压电元件时，可动框120和镜面部130相对于y轴方向(绕着x轴)以周期h2摆动。
实际上，只要进行如下这样的二维扫描的驱动动作即可：在将可动反射元件100的b层(下部电极层)100b固定于接地电位的状态下，向致动器部150的d层(上部电极层)150d供给第1驱动信号dx，向致动器部140的d层(上部电极层)140d供给第2驱动信号dy。图30b表示的是进行这样的二维扫描的驱动动作时在屏幕10上获得的光点s的扫描轨迹。这里，屏幕10的横向对应图17的(a)所示的可动反射元件100的x轴方向，屏幕10的纵向对应图17的(a)所示的可动反射元件100的y轴方向。
如图30b所示，光点s的位置如实线所示那样从屏幕10的左上角的扫描点q1水平右移到达扫描点q2，然后，如虚线所示那样直接跳到扫描点q3的位置。通过反复进行这样的扫描，光点s在屏幕10上不断曲折移动，最终到达右下角的扫描点q12。这样的扫描是通常采用的光栅方式的扫描，通过扫描点q1～q12的扫描进行1帧的图像显示。
接着，光点s从扫描点q12跳到扫描点q1，再次进行从扫描点q1到q12的曲折扫描。即，进行图像的下一帧的显示。这里，实线所示的水平方向的扫描周期对应图30a所示的周期h1，扫描点q1～q12的扫描周期对应图30a所示的周期h2。在进行这种光栅方式的扫描时，显示控制装置40按照构成图像数据的各像素的数据的排列顺序依次提取数据，在与各驱动信号dx、dy的周期h1、h2同步的时机将该数据作为调制信号发送给激光源30。
另外，在驱动信号的波形上，图30b的扫描点q1、q3、q5、q7、q9、q11分别是与图30a的时间轴t上的时刻t0、t1、t2、t3、t4、t5对应的点。但是，实际情况中，即使从控制器22向可动反射元件100供给图30a所示的驱动信号dx、dy，从信号发出到可动反射元件100的压电元件产生伸缩而使镜面部130产生倾斜也会产生机械滞后。因此，在屏幕10上得到的光点s的扫描运动的相位相对于驱动信号dx、dy的相位产生滞后。光点s实际到达扫描点q1、q3、q5、q7、q9、q11的时刻要分别晚于时刻t0、t1、t2、t3、t4、t5。
在图31a示出用上述扫描方式以外的扫描方式扫描光点s所用的驱动信号dx、dy的信号波形。图31b示出了将这样的驱动信号dx、dy供给到可动反射元件100时所得的、屏幕10上的光束的扫描线。如图31a所示，在该扫描方式下，第1驱动信号dx使用第1周期h1的正弦波，第2驱动信号dy使用第2周期h2的正弦波。
第1驱动信号dx是电压值取－vx～+vx的周期h1的正弦波，将这样的第1驱动信号dx发送到图17的(a)所示的可动反射元件100的致动器部150的压电元件时，镜面部130相对于x轴方向(绕着y轴)摆动，屏幕10上的光点s在x轴方向上以周期h1进行简谐振动。此外，第2驱动信号dy是电压值取－vy～+vy的周期h2的正弦波，将这样的第2驱动信号dy发送到图17的(a)所示的可动反射元件100的致动器部140的压电元件时，镜面部130相对于y轴方向(绕着x轴)摆动，屏幕10上的光点s在y轴方向上以周期h2进行简谐振动。
实际上，进行如下这样的驱动动作：在将可动反射元件100的b层(下部电极层)100b固定于接地电位的状态下，向d层(上部电极层)100d供给第1驱动信号dx，向d层(上部电极层)100d供给第2驱动信号dy。图31b示出了进行这种驱动动作时在屏幕10上得到的光点s的扫描轨迹。这里也一样，屏幕10的横向对应图17的(a)所示的可动反射元件100的x轴方向，屏幕10的纵向对应图17的(a)所示的可动反射元件100的y轴方向。
如图31b所示，光点s的位置沿着实线所示的8字状的圆滑线移动。该移动轨迹是一笔画成的循环路径，以扫描点q1为起点，沿着q1→q2→q3→...→q19→q1这样的路径循环。这里，扫描点q1对应时刻t0，扫描点q5(去路)对应时刻t1，扫描点q9(去路)对应时刻t2，扫描点q13对应时刻t3，扫描点q9(回路)对应时刻t4，扫描点q5(回路)对应时刻t5，扫描点q1(回路)对应时刻t6。以下，将这种扫描方式称为“8字状扫描方式”。
另外，如上所述，实际上，即使从控制器22向可动反射元件100供给图31a所示那种驱动信号dx、dy，从信号发出到可动反射元件100的压电元件产生伸缩而使镜面部130倾斜也会产生机械滞后，因此，屏幕10上得到的光点s的扫描运动的相位相对于驱动信号dx、dy的相位产生滞后。因此，虽然在驱动信号的波形上，图31b的各扫描点q1、q5、q9、q13、q9、q5、q1分别与图31a的时间轴t上的时刻t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6对应，但光点s实际到达扫描点q1、q5、q9、q13、q9、q5、q1的时刻分别晚于时刻t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6。
该“8字状扫描方式”不同于通常采用的光栅方式的扫描，光点s的移动路径不会成为沿着构成通常图像的像素排列(纵横的二维矩阵状的排列)的路径。因此，在图29所示的投影仪80中，当采用该“8字状扫描方式”时，显示控制装置40需要进行如下这样的处理：预测屏幕10上的光点s的位置，从图像数据的中提取与预测位置的像素对应的数据，向激光源30发送提取数据。
当然，如果该二维扫描装置不用于投影仪，而是例如用作液晶显示元件用的背光照明，则不需要图像数据，也不需要激光源30的调制处理。因此，在用于这种背光照明的情况下，比起采用光栅方式的扫描，优选的是采用能得到圆滑的扫描轨迹的“8字状扫描方式”。
(共振频率的调整)
在将本实施方式13的二维扫描装置20用于投影仪80等的情况下，优选能够将可动反射元件100的反射面m的倾斜角设定在尽量大的范围内。为了增大反射面m的倾斜角，需要增大镜面部130的摆动运动的振幅。为了增大振幅，需要增大向压电元件供给的电压。不过，在供给电压相同的交流信号的情况下，镜面部130的摆动运动的振幅也会因其频率不同而不同。这是因为，通常，振动系统的能效在振动系统以固有的共振频率振动时最高。
例如，具有图17的(a)所示那种构造的可动反射元件100的镜面部130的共振频率f是由各部分的材质、致动器部的尺寸、形状唯一确定的物理上的固有值。当使镜面部130以该共振频率f振动时，能效最好。换言之，为了获得相同振幅所需要的供给电压在镜面部130以共振频率f振动时最低。
在要使镜面部130以共振频率f振动时，向压电元件供给5v左右的交流驱动信号即可，而在要使镜面部130以特定的非共振频率振动时，有时需要500v～1000v的交流驱动信号。在将可动反射元件100形成为mems元件等微小半导体元件时，以这么高的电压驱动可能会发生绝缘击穿等。
基于这种观点，实用上优选进行使可动反射元件100的镜面部130以共振频率f振动的运用。换言之，优选的是，只要预先确定了用途，就使适合于该用途的振动频率与共振频率f一致地设计可动反射元件100的机械结构部。
例如，设想一下将本实施方式13的二维扫描装置20用于图29所示那种投影仪80的情况。在该投影仪80中，例如像上述那样从控制器22向可动反射元件100供给图30a所示的那种驱动信号dx、dy，在屏幕10上进行图30b所示那样的光点s的扫描。
这里，在该投影仪80中，例如，将沿着x轴的方向上的驱动信号dx的频率fx设定为fx＝10khz(周期h1＝1/10000秒)，将沿着y轴的方向上的驱动信号dy的频率fy设定为fy＝100hz(周期h1＝1/100秒)。驱动信号的这样的设定对应的是，设图30a中的扫描点q1～q2的水平扫描时间为1/10000秒，1幅画面由100条水平扫描线构成，图30b中的扫描点q1～q12的垂直扫描时间为1/100秒。
这样，优选的是，只要预先确定了可动反射元件100的用途是在沿着x轴的方向上以频率fx＝10khz振动、在沿着y轴的方向上以频率fy＝100hz振动的用途，就要从设计可动反射元件100的阶段开始考虑使这些频率fx、fy成为共振频率。将进行了这种设计的可动反射元件100组装于投影仪80，镜面部130就会以其固有的共振频率进行振动，因此，能够极其高效地进行动作。
如上所述，在将二维扫描装置20组装于投影仪80来进行使用时，通常在水平扫描时间和垂直扫描时间之间会产生较大的差异，因此，在可动反射元件100所要求的沿着x轴的方向上的共振频率fx和沿着y轴的方向上共振频率fy之间也会产生较大的差异。实际上，在上例的情况下，fx＝10khz，而fy＝100hz，两者之间产生了100倍之多的差异。因此，在这种投影仪80用的可动反射元件100中，需要使镜面部130的沿着x轴的方向上的共振频率fx和沿着y轴的方向上的共振频率fy不同。
通常，某一振动系统存在多个共振频率f，从最低的起以此称为第1次共振频率、第2次共振频率…。因此，在设计沿着x轴的方向上的共振频率为fx、沿着y轴的方向上的共振频率为fy这样的可动反射元件时，只要进行使沿着x轴的方向上的特定次数的共振频率成为fx、沿着y轴的方向上的特定次数的共振频率成为fy这样的设计即可。
另外，当沿着x轴的方向上的任意次数的共振频率与沿着y轴的方向上的任意次数的共振频率一致时，可能会在沿着x轴的方向上的振动和沿着y轴的方向上的振动之间发生不良干涉。因此，实用上，优选进行使沿着x轴的方向上的各次数的共振频率和沿着y轴的方向上的任意次数的共振频率都不一致这样的设计。
为了使共振频率fx和共振频率fy不同，考虑各种方式的设计，但本申请发明人认为最实用的方式是根据各致动器部140、150的长度、宽度或厚度进行调整的方法。以下，基于图8的(a)所示的可动反射元件100的构造，说明用于使共振频率fx和共振频率fy不同的具体方法。
通常，当使致动器部140的宽度w1小于致动器部150的宽度w2时，能够获得使镜面部130的沿着x轴的方向上的共振频率高于沿着y轴的方向上的共振频率的效果。当然，当要反过来将沿着y轴的方向上的共振频率设定得高于沿着x轴的方向上的共振频率时，进行使致动器部140的宽度w1大于致动器部150的宽度w2的设定即可。
另一方面，图32的(a)是调整了各致动器部140、150的厚度的可动反射元件100的俯视图，图32的(b)是沿着xz面对该可动反射元件100进行剖切的侧剖视图。该可动反射元件100也具有a层、b层、c层、d层这四层构造，但图32的(a)、(b)中省略了d层的图示。另外，图32的(a)中绘制的阴影线表示厚度相同的区域，而不表示剖面。
如图32的(a)所示，该可动反射元件100具有固定框110、可动框120、镜面部130、致动器部140和致动器部150。图32的(b)中示出了图32的(a)的上表面图所示的各结构要素的层构造。
在图32的(a)、(b)所示的可动反射元件100中，设致动器部140的厚度为t1，致动器部150的厚度为t2时，将厚度t1和厚度t2设为不同值。具体而言，致动器部140的厚度t1小于致动器部150的厚度t2。另外，可动框120的厚度t3大于镜面部130的厚度t2，这是为了将镜面部130支承为悬空于可动框120的内部。
在图32的(a)、(b)中，为了方便，在具有厚度t1的区域(致动器部140的部分)绘制了横条的阴影线，在具有厚度t2的区域(致动器部150、镜面部130的部分)绘制了编织纹状线和等间隔斜线，在具有厚度t3的区域(固定框110的部分)绘制了格纹阴影线。
对于厚度t1、t2，设定为t1＜t2时，能够使镜面部130的沿着x轴的方向上的第k次共振频率fx(k)和沿着y轴的方向上的第k次共振频率fy(k)之间的关系为fx(k)＞fy(k)。因此，容易如上例那样实现沿着x轴的方向上的共振频率为10khz、沿着y轴的方向上的共振频率为100hz那样的构造体。实际上，取k＝1，使镜面部130的沿着x轴的方向上的1次共振频率fx(1)和沿着y轴的方向上的1次共振频率fy(1)之间的关系为fx(1)＞fy(1)就足矣。
这对于其他实施方式的可动反射元件100来说也是一样的，通常，当使致动器部140的厚度t1小于致动器部150的厚度t2时，能够获得使镜面部130的沿着x轴的方向的共振频率高于沿着y轴的方向的共振频率的效果。当然，在要反过来使沿着y轴的方向的共振频率高于沿着x轴的方向的共振频率时，只要设定为t2＜t1即可。
以上，对于使共振频率fx和共振频率fy不同的调整方法，陈述了调整各致动器部140、150的宽度的方法和调整各致动器部140、150的厚度的方法(图32的(a)、(b))，但除此以外还有调整各致动器部140、150的长度的方法。当然，也可以组合这些方法来进行调整。在实际设计时，基于三维设计数据进行模拟，通过模拟求出各坐标轴方向上的共振频率，再通过尝试法反复进行设计变更，确定具有所期望的共振频率的构造体，进行这样的作业即可。
(反馈控制)
如上所述，构成图29所示的投影仪80的控制器22具有使可动反射元件100的反射面m相对于x轴方向和y轴方向振动的驱动功能，实用上，为了适当地进行这种驱动，优选让控制器22预先具备反馈控制功能。图33是具备这种反馈控制功能的投影仪80的示意图。另外，可动反射元件100的俯视图中的阴影线是为了使d层的平面形状图案一目了然，不是用于表示剖面。
二维扫描装置20由可动反射元件100和控制器22构成。可动反射元件100例如具有与图17的(a)所示的可动反射元件100相同的构造。
在图17的(a)所示的可动反射元件100中，在一对致动器部140分别形成有2组压电元件(1组是具有d层(上部电极层)140d的压电元件，另1组是具有d层(上部电极层)160d的压电元件)，在致动器部150分别形成有2组的压电元件(1组是具有d层(上部电极层)150d的压电元件，另1组是具有d层(上部电极层)170d的压电元件)。
即，在致动器部140、150分别合计设有4组压电元件。这4组压电元件中的一部分作为驱动用压电元件发挥功能，另一部分作为检测用压电元件发挥功能。具体而言，形成于d层(上部电极层)140d和150d的区域的压电元件作为驱动用压电元件发挥功能，形成于d层(上部电极层)160d和170d的区域的压电元件作为检测用压电元件发挥功能。
当然，4组压电元件的基本的层结构相同，其物理结构、基本功能并不存在差异。这里，将各压电元件区别称为“驱动用压电元件”、“检测用压电元件”，这是专门为了区别从控制器22侧看时的功能。各压电元件的b层(下部电极层)100b固定于接地电位，各d层(上部电极层)140d、150d、160d、170d和设于图33所示的控制器22内部的x轴方向振动控制部221或y轴方向振动控制部222连接。
这里，从x轴方向振动控制部221向d层(上部电极层)150d发送x轴方向驱动信号dx，从y轴方向振动控制部222向d层(上部电极层)140d发送y轴方向驱动信号dy。这些驱动信号dx、dy例如是图30a或图31a所示的驱动信号。另一方面，表示d层(上部电极层)170d的电压的信号作为x轴方向检测信号sx反馈到x轴方向振动控制部221，表示d层(上部电极层)160d的电压的信号作为y轴方向检测信号sy反馈到y轴方向振动控制部222。
x轴方向振动控制部221进行参照作为反馈信号的该x轴方向检测信号sx而生成x轴方向驱动信号dx的反馈控制，y轴方向振动控制部222进行参照作为反馈信号的该y轴方向检测信号sy而生成y轴方向驱动信号dy的反馈控制。
这里，构成形成于致动器部140、150的压电元件的c层(压电材料层)100c如上述那样具有如下性质：当对d层(上部电极层)100d和b层(下部电极层)100b之间施加预定极性的电压时，c层(压电材料层)100c如图5b、图5c所示那样沿长度方向伸缩。因此，在将压电元件视为驱动元件时，它就成为通过被施加电压而产生机械变形(应力)的元件，反之，在将该压电元件视为检测元件时，它也可以成为检测产生的机械变形(应力)而生成电信号的元件。
具体而言，当图5a所示的压电元件在外力的作用下产生图5b所示那种变形时，具有在d层(上部电极层)100d侧产生正电荷、在b层(下部电极层)100b侧产生负电荷的极化作用，当在外力的作用下产生图5(c)所示那种变形时，具有在d层(上部电极层)100d侧产生负电荷、在b层(下部电极层)100b侧产生正电荷的极化作用。上述x轴方向检测信号sx是表示由于致动器部150的变形而在d层(上部电极层)170d产生的电荷的信号，表示图7b、图7c所示那种变形状态下的致动器部150的上表面的伸缩程度。同样，上述y轴方向检测信号sy是表示由于致动器部140的变形而在d层(上部电极层)160d产生的电荷的信号，表示图18b、图18c所示那种变形状态下的致动器部140的上表面的伸缩程度。
x轴方向驱动信号dx和y轴方向驱动信号dy作为驱动信号供给时，形成于各致动器部140、150的驱动用压电元件以预定周期反复进行伸缩运动，结果，形成于各致动器部140、150的检测用压电元件也以预定周期产生伸缩运动。作为反馈信号返回控制器22的x轴方向检测信号sx和y轴方向检测信号sy成为表示上述各致动器部140、150的周期性伸缩运动的信号，并成为表示镜面部130的x轴方向和y轴方向的振动的信号。
如上所述，从激光源30射出的激光束经镜面部130的反射面m反射后，在屏幕10上的预定位置形成光点s。因此，x轴方向检测信号sx相当于表示光点s的x轴方向的位置的信号，y轴方向检测信号sy相当于表示光点s的y轴方向的位置的信号。x轴方向振动控制部221能够进行基于表示屏幕10上的光点s的x轴方向的位置的信号sx，而进行生成用于在屏幕10上于沿着x轴的方向上扫描光点s的x轴方向驱动信号dx的反馈控制。同样，y轴方向振动控制部222能够进行基于表示屏幕10上的光点s的沿着y轴的方向的位置的信号sy，而进行生成用于在屏幕10上于沿着y轴的方向上扫描光点s的y轴方向驱动信号dy的反馈控制。
以上，说明了对图33所示的可动反射元件100进行反馈控制的情况，但概括来说，只要在可动反射元件100的1个或多个致动器部140、150分别设置多个压电元件，使该多个压电元件中的一部分作为驱动用压电元件发挥功能，使另一部分作为检测用压电元件发挥功能即可。这里，驱动用压电元件实现的功能是基于由控制器22供给的驱动信号使镜面部130摆动，检测用压电元件实现的功能是将表示由于镜面部130的摆动而产生的电荷的检测信号反馈给控制器22。只要如此，控制器22即可基于该检测信号对驱动信号进行反馈控制。
更具体而言，预先在控制器22中设置x轴方向振动控制部221和y轴方向振动控制部222。这里，x轴方向振动控制部221只要基于由在致动器部150的沿着x轴延伸的部分设置的检测用压电元件反馈的x轴方向检测信号sx而生成向设于致动器部150的驱动用压电元件供给的x轴方向驱动信号dx即可。此外，y轴方向振动控制部222只要基于由在致动器部140的沿着y轴延伸的部分设置的检测用压电元件反馈的y轴方向检测信号sy而生成向设于致动器部140的驱动用压电元件供给的y轴方向驱动信号dy即可。
这样，只要预先在控制器22中设置反馈控制功能，即可进行监视镜面部130的摆动运动是否正适当地进行，并且在摆动运动不适当的情况下自动修正该摆动运动这样的控制。
图33所示的显示控制装置40是进行基于外部提供的图像数据而使屏幕10上显示出图像的处理的装置，在预定的时机向激光源30提供基于图像数据(表示各像素的像素值的数据)生成的调制信号，并且，向x轴方向振动控制部221发送x轴方向扫描控制信号cx，向y轴方向振动控制部222发送y轴方向扫描控制信号cy。
在这里所示的例子的情况下，x轴方向扫描控制信号cx包含沿着x轴的方向上的表示预定振幅gx的信息和表示预定频率
另外，如上所述，为了在实用上能够实现高效的振动，优选的是，将沿着x轴的方向上的预定频率
x轴方向振动控制部221进行的反馈控制是对x轴方向驱动信号dx的振幅和频率进行增减，以使反馈来的x轴方向检测信号sx的振幅和频率成为与x轴方向扫描控制信号cx所指示的预定振幅gx和预定频率
另外，由x轴方向振动控制部221向显示控制装置40发送x轴方向扫描位置信号ux，由y轴方向振动控制部222向显示控制装置40发送y轴方向扫描位置信号uy。这里，x轴方向扫描位置信号ux是表示屏幕10上的光点s的沿着x轴的方向上的当前位置(相位)的信号，y轴方向扫描位置信号uy是表示屏幕10上的光点s的沿着y轴的方向上的当前位置(相位)的信号。所述扫描位置信号ux和uy分别能够基于x轴方向检测信号sx和y轴方向检测信号sy的相位而生成。
显示控制装置40能够基于所述扫描位置信号ux和uy识别屏幕10上的光点s的当前位置，因此能够基于图像数据将表示与位置对应的像素的像素值的数据作为调制信号提供给激光源30。激光源30能够基于这样提供来的调制信号调制发出的激光束的强度。因此，在采用图31b所示的那种“8字状扫描方式”时，也能在屏幕10上的光点s的位置显示与位置对应的适当的像素。
(自激振荡控制)
至此，说明了在使镜面部130摆动运动时若使其以各轴方向上的固有的共振频率振动地进行驱动，则能获得良好的能效，并且说明了在预先确定了用途的可动反射元件100的情况下，优选在进行设计时，使固有的共振频率成为驱动信号的预定的频率。而且，还说明了优选利用由显示控制装置40发送给控制器22的控制信号cx、cy来指示固有的共振频率fx、fy作用下的振动。
但是，实际上，根据显示控制装置40的不同，有时难以指示可动反射元件100的准确的共振频率fx、fy。这是因为，即使是基于同一设计图来制造大量的量产制品，可动反射元件100的固有的共振频率也不会相同。其第1要因是，由于量产工序中的偏差，在个体间会产生尺寸误差。即使是以同一规格生产的工业制品，也无法避免在各个体间产生若干的尺寸误差。
第2要因是，在将该可动反射元件100安装于投影仪等时，由于安装形式的不同，会产生各自的固有的应力应变。例如，在图29所示的投影仪80的情况下，需要将可动反射元件100作为二维扫描装置20的构成零件安装于投影仪80的主体内，此时，若使用螺钉、锡焊、粘接剂等来固定固定框110，则会与安装形式相应地在固定框110产生各自的固有的应力应变，从而成为使共振频率有所变化的要因。
此外，第3要因是使用时的温度等外部环境会有所变化。例如，夏季和冬季的使用环境的温度相差很多，因此，共振频率也会有很大变化。此外，在内置于投影仪等而使用的情况下，启动后光源的温度会逐渐上升，使用环境的温度以分钟为单位变化。
这样，实际上由于各种要因，共振频率的变化是无法避免的，因此，即使是图33所示的具备反馈控制功能的投影仪80，有时也难以从显示控制装置40侧利用控制信号cx、cy向控制器22正确地指示可动反射元件100的固有的共振频率fx、fy。
这里，说明一下即使共振频率由于上述各种要因而变化、也能使镜面部130以准确的共振频率fx、fy振动的变形例。其基本原理在于，使x轴方向振动控制部221和y轴方向振动控制部222具有自激振荡控制功能。即，x轴方向振动控制部221进行使镜面部130在沿着x轴的方向上以预定振幅gx和共振频率fx振动的x轴方向自激振荡控制，y轴方向振动控制部222进行使镜面部130在沿着y轴的方向上以预定振幅gy和共振频率fy振动的y轴方向自激振荡控制。
由显示控制装置40发送给二维扫描装置20的x轴方向扫描控制信号cx是表示应该在沿着x轴的方向上以预定振幅gx进行扫描的扫描指示信号，不包含指定频率的信息。同样，由显示控制装置40发送给二维扫描装置20的y轴方向扫描控制信号cy是表示应该在沿着y轴的方向上以预定振幅gy进行扫描的扫描指示信号，不包含指定频率的信息。
二维扫描装置20基于该扫描指示使镜面部130进行摆动运动，以使利用镜面部130反射出的激光束在屏幕10上形成的光点s在屏幕10上进行二维移动。此时，摆动运动的振幅进行了振幅控制，以与由显示控制装置40所指示的预定振幅gx、gy对应，但摆动运动的频率不受外部指定，由二维扫描装置20自身决定。
具体而言，当由显示控制装置40向二维扫描装置20内的x轴方向振动控制部221发送用来作出以预定振幅gx进行振动的指示的x轴方向扫描控制信号cx时，x轴方向振动控制部211基于该x轴方向扫描控制信号cx进行沿着x轴的方向上的自激振荡控制。同样，当由显示控制装置40向二维扫描装置20内的y轴方向振动控制部222发送用来作出以预定振幅gy进行振动的指示的y轴方向扫描控制信号cy时，y轴方向振动控制部222基于该y轴方向扫描控制信号cy进行沿着y轴的方向上的自激振荡控制。
这样的自激振荡控制可以通过检测作为反馈信号被发送来的x轴方向检测信号sx和y轴方向检测信号sy的相位来进行。这是因为能够利用如下基本原理：通常，在向某个振动系统发送预定的驱动信号d而使振子振动起来的状态下，在检测该振子的实际动态作为检测信号s的情况下，若振子以固有的共振频率进行振动，则驱动信号d和检测信号s的相位差为π/2。
如图33所示，从x轴方向振动控制部221向可动反射元件100发送x轴方向驱动信号dx，x轴方向检测信号sx作为其反馈信号返回。此时，检测信号sx成为比驱动信号dx滞后若干相位的信号。这是因为，从信号发出到压电元件基于驱动信号dx产生机械变形并实际产生位移，会产生滞后时间。而且，根据上述的基本原理，若沿着x轴的方向的振动频率为共振频率fx，则驱动信号dx和检测信号sx的相位差为π/2。因此，x轴方向振动控制部221所进行的反馈控制只要调整驱动信号dx的相位以使相位差始终维持在π/2即可。
同样，从y轴方向振动控制部222向可动反射元件100发送y轴方向驱动信号dy，y轴方向检测信号sy作为其反馈信号返回。该情况下也一样，若沿着y轴的方向的振动频率为共振频率fy，则驱动信号dy和检测信号sy的相位差为π/2。因此，y轴方向振动控制部222所进行的反馈控制只要调整驱动信号dy的相位以使相位差始终维持在π/2即可。
可以在x轴方向振动控制部221中预先组装自激振荡电路来进行反馈控制，即，基于反馈的x轴方向检测信号sx的振幅增减x轴方向驱动信号dx的振幅，以将镜面部130的沿着x轴的方向上的振幅维持在预定振幅gx，并且将x轴方向驱动信号dx和x轴方向检测信号sx的相位差维持在π/2，以将镜面部130的沿着x轴的方向上的振动频率维持在共振频率fx。
同样，可以在y轴方向振动控制部222中预先组装自激振荡电路来进行反馈控制，即，基于反馈的y轴方向检测信号sy的振幅增减y轴方向驱动信号dy的振幅，以将镜面部130的沿着y轴的方向上的振幅维持在预定振幅gy，并且将y轴方向驱动信号dy和y轴方向检测信号sy的相位差维持在π/2，以将镜面部130的沿着y轴的方向上的振动频率维持在共振频率fy。
只要让控制器22预先具备这种自激振荡控制功能，二维扫描装置20就能够不用从外部接受频率指定地、自行使镜面部130以准确的共振频率振动。即，即使每个个体的共振频率都存在差异，即使共振频率在温度环境等的影响下随时间变化，也能使镜面部130以准确的共振频率振动，从而能够确保动作具有良好的能效。
另外，在通常的自激振荡电路中，驱动信号dx、dy需要使用图31a所示那种正弦波信号，因此，束的扫描方式采用图31b所示那种“8字状扫描方式”。因此，为了在屏幕10上显示准确的图像，显示控制装置40需要掌握光点s的扫描位置，向激光源30发送与位置对应的像素所对应的调制信号。图33所示的x轴方向扫描位置信号ux和y轴方向扫描位置信号uy是为了方便这种需要而发送给显示控制装置40的信号。
即，x轴方向振动控制部221向显示控制装置40发送表示x轴方向检测信号sx的相位达到了预定值的x轴方向扫描位置信号ux，y轴方向振动控制部222向显示控制装置40发送表示y轴方向检测信号sy的相位到达了预定值的y轴方向扫描位置信号uy。显示控制装置40进行如下处理：参照x轴方向扫描位置信号ux和y轴方向扫描位置信号uy所示的时机，在适当的时机(光点s在屏幕10上到达像素所对应的位置的时机)将图像数据所含的与各像素对应的调制信号发送给激光源30。
例如，若x轴方向扫描位置信号ux使用表示x轴方向检测信号sx的相位成为0、π/2、π、3π/2的时机的那个时刻的信号，则向显示控制装置40报告屏幕10上的光点s到达图31b中的各扫描点q1、q2、q3、...、q19的各时机。同样，若y轴方向扫描位置信号uy使用表示y轴方向检测信号sy的相位成为0、π/2、π、3π/2的时机的那个时刻的信号，则向显示控制装置40报告屏幕10上的光点s到达图31b中的各扫描点q1、q7(去路)、q13、q7(回路)的各时机。
当然，若扫描位置信号ux、uy使用详细的信号，例如报告相位成为0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4的时机的那个时刻的信号，则能够传递光点s的更准确的位置信息。
另外，在上述实施方式中，让x轴方向振动控制部221和y轴方向振动控制部222双方都具备了自激振荡控制功能，但也可以仅让任意一方具备自激振荡控制功能。例如，若仅让x轴方向振动控制部221具备自激振荡控制功能，向y轴方向振动控制部222发送包含用来指定预定的振动频率
本发明可以在不脱离本发明的广义思想和范围的情况下以各种实施方式和变形来实施。此外，上述实施方式用于说明本发明，而不限定本发明的范围。即，本发明的范围不是由实施方式决定，而是由权利要求书决定。而且，在权利要求书的保护范围内和发明意义上与之等同的范围内实施的各种变形也视为被包括在本发明的范围内。
另外，本申请基于2015年6月9日申请的日本国特许出愿2015－116270号主张优先权，本说明书援引日本国特许出愿2015－116270号的说明书、权利要求书、附图的全部内容。
附图标记说明
10：屏幕；20：二维扫描装置；22：控制器；30：激光源；40：显示控制装置；80：投影仪；100：可动反射元件；100a：a层(基板层)；100a1：支承层；100a2：box层；100a3：活性层；100b：b层；100c：c层；100d：d层；110：固定框；110a：a层；110b：b层；110c：c层；111：宽幅部；120：可动框；120a：a层；120b：b层；120c：c层；130：镜面部；130a：a层；130b：b层；130c：c层；130d：d层(反射层)；140：致动器部(第1致动器部)；140a：a层(基板层、致动器主体部)；140b：b层(下部电极层)；140c：c层(压电材料层)；140d：d层(上部电极层)；140d1、140d2、140d11、140d12、140d21、140d22、140d3：上部电极层；150：致动器部(第2致动器部)；150a：a层(基板层、致动器主体部)；150b：b层(下部电极层)；150c：c层(压电材料层)；150d：d层(上部电极层)；160d、170d：d层(检测用电极)；200：底座基板；220：凹部；221：x轴方向振动控制部；222：y轴方向振动控制部；240a、240b、240c、250、250a、250b、250c：臂部；300：间隔件；340a、340b、340c、350a、350b、350c：臂部；400：配重；500：限制部；501：限制部；s：光点。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！