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Title:
PIEZOELECTRIC ACTUATOR, OPTICAL REFLECTION ELEMENT USING THE SAME AND PIEZOELECTRIC DRIVER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/028152
Kind Code:
A1
Abstract:
A piezoelectric actuator comprises a first oscillating portion provided with a first piezoelectric element having a first drive electrode, and a second oscillating portion having a central axis that differs from that of the first oscillating portion and provided with a second piezoelectric element having a second drive electrode. In this piezoelectric actuator, the first drive electrode and the second drive electrode are connected in common. As a result, the number of wiring electrodes of the drive electrode decreases and routing is facilitated, thereby improving the production efficiency.

Inventors:
TERADA JIROU
NAKAZONO SHINSUKE
FURUKAWA SHIGEO
Application Number:
PCT/JP2008/002246
Publication Date:
March 05, 2009
Filing Date:
August 20, 2008
Export Citation:
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Assignee:
PANASONIC CORP (JP)
TERADA JIROU
NAKAZONO SHINSUKE
FURUKAWA SHIGEO
International Classes:
H02N2/00; B06B1/06; B81B3/00; G02B26/08; G03B21/00; H04N5/74
Foreign References:
JP2005148459A2005-06-09
JP2003089206A2003-03-25
JP2006039066A2006-02-09
JP2007171989A2007-07-05
Attorney, Agent or Firm:
IWAHASHI, Fumio et al. (1006 Oaza Kadoma, Kadoma-sh, Osaka 01, JP)
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Claims:
第一駆動電極を有する第一圧電素子を備えた第一振動部と、前記第一振動部とは異なる中心軸を有し、第二駆動電極を有する第二圧電素子を備えた第二振動部とから構成され、前記第一駆動電極および前記第二駆動電極が共通接続された圧電アクチュエータ。
第一モニター電極を有する第一モニター素子と第一駆動電極を有する第一圧電素子とを備えた第一振動部と、前記第一振動部とは異なる中心軸を有し、第二モニター電極を有する第二モニター素子と第二駆動電極を有する第二圧電素子とを備えた第二振動部とから構成され、前記第一モニター電極および前記第二モニター電極が共通接続された圧電アクチュエータ。
第一駆動電極を有する第一圧電素子を備えた第一振動部と、前記第一振動部とは異なる中心軸を有し、第二駆動電極を有する第二圧電素子を備えた第二振動部とから構成され、前記第一駆動電極および前記第二駆動電極は共通接続され、前記共通接続された駆動電極に、少なくとも二つの電気信号を合成した電気信号を供給する圧電駆動装置。
前記少なくとも二つの電気信号を合成した電気信号は、前記第一振動部を駆動させる第一電気信号と、前記第二振動部を駆動させる第二電気信号とを、それぞれインピーダンス素子を介して合成してなる請求項3に記載の圧電駆動装置。
前記第一振動部を駆動させる第一電気信号が入力される第一前置アンプに接続された第一飽和アンプと、前記第一飽和アンプに接続された第一帯域フィルターと、前記第二振動部を駆動させる第二電気信号が入力される第二前置アンプに接続された第二飽和アンプと、前記第二飽和アンプに接続された第二帯域フィルターと、前記第一帯域フィルターおよび前記第二帯域フィルターの出力を合成する合成回路とを備え、前記少なくとも二つの電気信号を合成した電気信号は、前記合成回路から供給される請求項3に記載の圧電駆動装置。
第一モニター電極を有する第一モニター素子と第一駆動電極を有する第一圧電素子とを備えた第一振動部と、前記第一振動部とは異なる中心軸を有し、第二モニター電極を有する第二モニター素子と第二駆動電極を有する第二圧電素子とを備えた第二振動部とから構成され、前記第一モニター電極および前記第二モニター電極は共通接続され、前記共通接続されたモニター電極からの出力信号はフィルタを介して分離され、前記第一振動部の前記第一駆動電極および前記第二振動部の前記第二駆動電極にそれぞれ供給される圧電駆動装置。
請求項1または2に記載の圧電アクチュエータと、前記第一振動部または前記第二振動部に連結されたミラー部とを備えた光学反射素子。
前記ミラー部は前記第一振動部に連結され、前記第一振動部および前記ミラー部の外周を囲い、前記第一振動部に連結された枠体と、前記枠体に前記第二振動部を介して連結された支持体とをさらに備えた請求項7に記載の光学反射素子。
Description:
圧電アクチュエータおよびこれ 用いた光学反射素子および圧電駆動装置

 本発明は、圧電アクチュエータと、これ 応用した光学反射素子および圧電駆動装置 関する。

 図18に、特許文献1で知られている、従来 圧電アクチュエータを用いた光学反射素子 示す。この光学反射素子は、ミラー部1と、 ミラー部1と連結され、ミラー部1をX軸方向に 駆動させる振動部2とを有している。また、 動部2と連結され、振動部2およびミラー部1 囲む枠体3を有している。また、枠体3と連結 され、ミラー部1をY軸方向に駆動させる振動 4を有している。また、振動部4と連結され 振動部4および枠体3を囲む支持体5を有して る。

 振動部2および振動部4を駆動させるため 、一般に、振動部2、振動部4は圧電素子(図 せず)を備えている。そしてこれらの圧電素 を駆動させるには、一般に、圧電素子毎に 立した駆動電極(図示せず)が配置されてい 。

 なお、この光学反射素子は、ミラー部1に 光を入射すれば、その反射光をミラー部1の 動によってX軸、Y軸方向に走査させることが でき、例えば壁やスクリーンに画像を投影す ることができる。

 しかしながら、上記従来の光学反射素子 、電極配線数が多く、生産効率が低いとい 課題がある。

 すなわち、従来の光学反射素子には、振 部2および振動部4をそれぞれ駆動させるた に、それぞれ電気的に独立した駆動電極が ターニングされる。

 そしてこれらの駆動電極毎に配線電極が、 動部2および振動部4の表面を引き回される とから、素子上には複数の配線電極が引き されることになる。したがって配線電極の ターニングは、素子の小型化に伴い、非常 複雑化し、生産効率低下の原因となる。

特開2005-148459号公報

 本発明は、配線電極数を減らし、生産効 を向上させることのできる圧電アクチュエ タとこれを用いた光学反射素子および圧電 動装置を提供するものである。

 本発明の圧電アクチュエータは、第一駆 電極を有する第一圧電素子を備えた第一振 部と、第一振動部とは異なる中心軸を有し 第二駆動電極を有する第二圧電素子を備え 第二振動部とから構成され、第一駆動電極 よび第二駆動電極が共通接続された構成を する。

 これにより本発明は、駆動電極の配線電 数が減り、引き回しが容易となり、結果と て生産効率を向上させることができる。

図1は、本発明の実施の形態1における 学反射素子の斜視図である。 図2は、図1のP部における斜視図である 図3は、図2の3-3線断面図である。 図4は、図1のQ部における斜視図である 図5は、図4の5-5線断面図である。 図6は、同実施の形態における光学反射 素子の配線パターンを示す模式図である。 図7は、同実施の形態における圧電駆動 装置の構成を示すブロック図である。 図8は、同実施の形態における光学反射 素子の他の配線パターンを示す模式図である 。 図9は、同配線パターンの振動部の断面 図である。 図10は、本発明の実施の形態2における 光学反射素子の配線パターンを示す模式図で ある。 図11は、同実施の形態における光学反 素子の斜視図である。 図12は、図11のR部における断面図であ 。 図13は、同実施の形態における光学反 素子の振動状態を示す図である。 図14は、本発明の実施の形態3における 光学反射素子の配線パターンを示す模式図で ある。 図15は、同実施の形態における圧電駆 装置の構成を示す図である。 図16は、本発明の実施の形態4における 圧電駆動装置の構成を示す図である。 図17は、同実施の形態の光学反射素子 用いた画像投影装置の構成図である。 図18は、従来の光学反射素子の斜視図 ある。

符号の説明

 6  ミラー部
 7,9  振動部
 7A~7D,9A~9E  振動板
 8  枠体
 10  支持体
 11  圧電素子
 12,13  モニター素子
 14  シリコン基板
 15  シリコン酸化膜
 16  接地電極
 17  圧電層
 18,31,32,35,36  駆動電極
 18A,21A,23A,31A,32A,33A,35A,36A  配線電極
 19,19A,19B,20,22,24,34  外部電極
 25,26  増幅器
 27,28  インピーダンス素子
 29,30,37A,37B  フィルター
 38,39  前置アンプ
 40,42  飽和アンプ
 41,43  帯域フィルター
 44  加算器
 45  加算合成回路
 46  光源
 47  入射光
 48  反射光
 49  スクリーン
 50  画像
 60  光学反射素子
 61  駆動装置
 62  駆動制御装置
 S1,S2  中心軸

 (実施の形態1)
 図1に示すように、本実施の形態における光 学反射素子60は、ミラー部6と、ミラー部6を して対向するとともに、ミラー部6の各端部 それぞれが連結された一対の振動部(第一振 動部)7を有している。さらに、これらの振動 7と連結され、振動部7およびミラー部6の外 を囲む枠体8を有している。さらに、枠体8 介して対向するとともに、枠体8の各端部と れぞれが連結された一対の振動部(第二振動 部)9を有している。さらに、これらの振動部9 と連結されるとともに、振動部9および枠体8 外周を囲う枠形状の支持体10を有している

 なお、本実施の形態では、振動部7と振動 部9とは、それぞれ異なる共振駆動周波数を し、その周波数比は10倍~100倍程度である。 えば本実施の形態では、振動部7の共振周波 が10kHz、振動部9の共振周波数が200Hz程度で る。

 振動部7の中心軸S1と振動部9の中心軸S2と 、それぞれ方向が異なり、交差する関係に る。本実施の形態では、振動部7はY軸に平 な中心軸S1を有し、振動部9はX軸に平行な中 軸S2を有している。また本実施の形態では これらの中心軸S1、S2は、ミラー部6の重心で 直交する関係にある。対となる振動部7は、 動部9の中心軸S2に対して線対称形であり、 となる振動部9は、振動部7の中心軸S1に対し 線対称形である。

 本実施の形態では、振動部7は繰り返し蛇 行しながらY軸方向に延びるミアンダ形状を する。振動部7は、X軸に平行(中心軸S1に垂直 )な複数の振動板(第一振動板)7A~7Dが、同一平 上で折り返し蛇行して連結されている。ま 、振動部9は繰り返し蛇行しながらX軸方向 延びるミアンダ形状を有する。振動部9は、Y 軸方向に平行(中心軸S2に垂直)な複数の振動 (第二振動板)9A~9Eが同一平面上で折り返し蛇 して連結されている。

 図2は図1のP部(振動部7)を示す斜視図であ 、図3はその3-3線断面図である。これらの図 に示すように、振動部7を構成する複数の振 板7A~7Dは、それぞれ、圧電素子(第一圧電素 )11とモニター素子(第一モニター素子)12とか 構成される。

 振動部7における圧電素子11は、図3に示す ように、ベースとなるシリコン基板14上に、 リコン酸化膜15を介して、振動部7と振動部9 に共通に設けられた接地電極16を備えている さらに、接地電極16上に振動部7と振動部9に 共通に設けられた圧電層17を備えている。さ に、圧電層17上に設けられた駆動電極(第一 動電極)18を備えている。駆動電極18は、図2 示すように、振動部7の複数の振動板7A~7D上 それぞれ配置された部分が共通接続された 成を有する。接地電極16は、図1に示す外部 極20と接続される。駆動電極18を有する圧電 素子11を備えた振動部7が、中心軸S2を有する 電アクチュエータを構成している。

 振動部7におけるモニター素子12は、図3に 示すように、シリコン基板14上にシリコン酸 膜15を介して設けられた、圧電素子11と共通 の接地電極16および圧電層17を備え、圧電層17 上にモニター電極(第一モニター電極)21を備 ている。モニター電極21は、図2に示すよう 、振動部7の複数の振動板7A~7D上にそれぞれ 置された部分が共通接続された構成を有す 。

 このように、振動部7を構成する各振動板 7A~7D上には、駆動電極18とモニター電極21の2 の電極が引き回される。また、モニター電 21は、図4、図5に示すように、幅狭の配線電 21Aとして、振動部9上を引き回され、図1の 部電極22と接続される。

 図4は図1のQ部(振動部9)を示す斜視図であ 、図5はその5-5線断面図である。これらの図 に示すように、振動部9を構成する複数の振 板9A~9Eは、それぞれ、圧電素子(第二圧電素 )11とモニター素子(第二モニター素子)13とか 構成される。

 振動部9における圧電素子11は、図5に示す ように、振動部7と同様に、ベースとなるシ コン基板14上に、シリコン酸化膜15を介して 振動部7と振動部9に共通に設けられた接地 極16を備えている。さらに、接地電極16上に 動部7と振動部9に共通に設けられた圧電層17 を備えている。さらに、圧電層17上に設けら た駆動電極(第二駆動電極)18を備えている。 駆動電極18は、図4に示すように、振動部9の 数の振動板9A~9E上にそれぞれ配置された部分 が共通接続された構成を有する。さらに、振 動部7から引き回された駆動電極18と共通接続 されると共に、図1に示す外部電極19と接続さ れる。駆動電極18を有する圧電素子11を備え 振動部9が、中心軸S1を有する圧電アクチュ ータを構成する。

 振動部9におけるモニター素子13は、図5に 示すように、シリコン基板14上にシリコン酸 膜15を介して設けられた、圧電素子11と共通 の接地電極16および圧電層17を備え、圧電層17 上にモニター電極(第二モニター電極)23を備 ている。モニター電極23は、図4に示すよう 、振動部9の複数の振動板9A~9E上にそれぞれ 置された部分が共通接続された構成を有し 図1に示す外部電極24と接続されている。

 以上のように、本実施の形態では、振動 7に設けられたモニター電極21と、振動部9に 設けられたモニター電極23とは電気的に独立 ている。したがって、上述したように、振 部9の複数の振動板9A~9E上には、図5に示すよ うに、駆動電極18とモニター電極23と振動部7 幅狭のモニター電極21の配線電極21Aとの3本 電極が引き回される。

 図6は、以上のような本実施の形態の光学 反射素子の電極パターンを模式的に示した図 である。図6では、光学反射素子60を、ミラー 部6を中央に有する1つの振動部7と、振動部7 挟む2つの振動部9とで示している。駆動電極 18は、振動部7、9に配置され、外部電極19に共 通に接続された1本の電極として示されてい 。振動部7上に配置されたモニター電極21は モニター電極23とは独立しており、振動部9 を引き回され2つの外部電極22に接続されて ることを示している。一対の振動部9上に配 されたモニター電極23は、モニター電極21と は独立しており、振動部7上を配線電極23Aで き回されて、外部電極24に共通に接続されて いることを示している。

 このように、振動部7の各振動板7A~7D上で 、図3に示すのと同様に、駆動電極18とモニ ー電極21が設けられている。また、振動部9 各振動板9A~9E上では、図5に示すのと同様に モニター電極21の配線電極21Aを挟んで駆動 極18とモニター電極23が設けられている。

 なお、本実施の形態では、図6に示すよう に、共通の駆動電極18の終端は開放としたが 外部電極を別途設け、その外部電極に引き してもよい。

 また、本実施の形態では、ベースとしてシ コン基板14を用いたが、その他酸化マグネ ウム(MgO)あるいはステンレスなどの板を用い てもよい。また接地電極16はプラチナ、駆動 極18およびモニター電極21、23は金、圧電層1 7はチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr X ,Ti 1-X )O 3 で、x=0.525)などが挙げられる。これらの電極 材料は、蒸着、ゾル、ゲル、CVD、スパッタ などによって薄膜化することができる。

 次に、図7を用いて本実施の形態の圧電駆 動装置の構成について説明する。図7は、本 明の一実施の形態における圧電駆動装置の 成を示すブロック図である。

 本実施の形態の圧電駆動装置は、図1に示 した光学反射素子60と、光学反射素子60の振 部7および振動部9にそれぞれの共振駆動信号 を入力する駆動装置61とを備えるものである

 本実施の形態の駆動装置61は、並列配置 れた増幅器25、26を有している。増幅器25は ンピーダンス素子27と接続され、増幅器26は ンピーダンス素子28と接続されている。そ て増幅器25とインピーダンス素子27とをつな 配線と、増幅器26とインピーダンス素子28と をつなぐ配線とは共通接続されて、図1に示 光学反射素子60の外部電極19に接続される。 部電極19からは共通の配線電極18Aが光学反 素子60上を引き回され、振動部7、9の駆動電 18に接続される。

 一方、振動部7の振動を検出するモニター 電極21は、配線電極21Aとして光学反射素子60 を引き回されて外部電極22に接続され、外部 電極22から外部に引き出され、駆動装置61の ィルター29を介して増幅器25と接続される。 た、振動部9の振動を検出するモニター電極 23は、配線電極23Aとして光学反射素子60上を き回されて外部電極24に引き回され、外部電 極24から外部に引き出され、駆動装置61のフ ルター30を介して増幅器26と接続される。

 次に、本実施の形態における光学反射素 の動作を図7を用いて説明する。まず、図7 示すように、増幅器25の入力端子25Aに振動部 7を駆動させる電気信号(交流電圧)が入力され 、増幅される。また増幅器26の入力端子26Aに 動部9を駆動させる電気信号(交流電圧)が入 され、増幅される。

 なお、本実施の形態では、振動部7には、 この振動部7に固有の振動周波数を有する電 信号を入力し、振動部7を共振駆動させてい 。また振動部9には、この振動部9に固有の 動周波数を有する電気信号を入力し、振動 9を共振駆動させている。これにより、振動 7および振動部9を効率よく駆動させること でき、大きく変位させることができる。

 上述の電気信号は、それぞれ抵抗器など インピーダンス素子27、28を介して合成され 、光学反射素子60の外部電極19に供給される 合成された電気信号は、外部電極19から引き 回され、一本の配線電極18Aを介して振動部9 よび振動部7上の駆動電極18に流れ(図6参照) それぞれの圧電素子11を共に駆動させる。

 すなわち本実施の形態では、振動部9は、 共通の駆動電極18から供給される交流電圧の ・負によって上下に(素子平面に対して垂直 方向に)振動する。この振動によって、図1に す枠体8の下端部(振動部9と連結される部分) が上下(素子平面に対して垂直方向)に振動し ミラー部6の中心を不動点としながらミラー 部6を、中心軸S2を中心に回動させる。なお、 本実施の形態において、振動部9の中心軸S2は 、この振動部9の駆動によるミラー部6の回転 と一致する。

 また、同様に、振動部7は、共通の駆動電 極18から供給される交流電圧の正・負によっ 上下に振動する。この振動によって、図1に 示すミラー部6の側端部(振動部7と連結される 部分)が上下(素子平面に対して垂直方向)に振 動し、ミラー部6の中心を不動点としながら ミラー部6を、中心軸S1を中心に回動させる 振動部7の中心軸S1は、この振動部7の駆動に るミラー部6の回転軸と一致する。

 振動部7上に配置されたモニター電極21は 振動部7の変位を電気信号として検知し、そ の電気信号は、配線電極21Aを介して外部電極 22から外部に引き出される。また、振動部9上 に配置されたモニター電極23は、振動部9の変 位を電気信号として検知し、その電気信号は 、配線電極23Aを介して外部電極24から外部に き出される。

 外部電極22から引き出された電気信号は 図7に示すように、駆動装置61のフィルター29 を介して取り出され、再び増幅器25に入力端 25Aに入力される。また、外部電極24から引 出された電気信号は、駆動装置61のフィルタ ー30を介して取り出され、再び増幅器26の入 端子26Aに入力される。

 このようにそれぞれのモニター電極21、23 から出力される電気信号を、振動部7、振動 9の各圧電素子11の駆動電極18にフィードバッ クすることにより、光学反射素子を自励駆動 させることが出来る。

 なお、インピーダンス素子27、28としては 、上述の抵抗器以外にも、コンデンサやコイ ルなどのリアクタンス素子、あるいはこれら の組み合わせ等も挙げられる。

 また、本実施の形態では、外部電極19に2 の電気信号を合成して入力したが、3つ以上 の電気信号を合成することも可能である。

 以上のように、本実施の形態では、駆動 極18の配線電極数を減らし、生産効率を向 させることができる。

 すなわち従来の光学反射素子は、電極パ ーンの効率化について考慮されておらず、 18に示す振動部2および振動部4をそれぞれ駆 動させるために、これらの振動部2および振 部4上には、個々に独立した駆動電極がパタ ニングされていた。したがって、光学反射 子上には、これらの駆動電極毎に配線電極 引き回す必要があった。すなわち、少なく も振動部4には、この振動部4の駆動電極と 振動部2の駆動電極の配線電極とを引き回さ ければならなかった。

 この配線電極の数が増えると、駆動電極 配線電極のパターニングが困難となる。特 小型の光学反射素子の場合や、モニター電 を形成する場合、微小領域に複数の電極や 線電極をパターニングすることになり、パ ーニングが非常に困難となる。また、本実 の形態のように、振動部7、9が複雑なミア ダ形状の場合は、特に電極等のパターニン が難しくなり、生産効率低下の原因となっ いた。

 これに対し本実施の形態では、複数の電 信号を合成したため、一つの駆動電極18で 数の電気信号を供給できる。すなわち、共 の駆動電極18で振動部7および振動部9を共に 動させることができる。

 したがって、振動部7、9の駆動電極18の配 線電極も共通になるため、駆動電極18の配線 極数を減らすことができ、結果として生産 率を向上させることが出来る。

 また、複数の電気信号は、インピーダン 素子27、28を介した後合成したため、電気信 号間において、たとえば周波数の差が大きく ても容易に合成することができる。

 また、本実施の形態では、振動部7および 振動部9をミアンダ形状としたことにより、 学反射素子全体として小型化を図りながら 共振器長を長く調整することができ、ミラ 部6の変位を大きくすることができる。

 また本実施の形態では、振動部7および振 動部9を共に共振させることにより、ミラー 6の変位を大きくすることができる。

 さらに本実施の形態では、図1に示すよう に、振動部7はミラー部6の側端部と連結され いることから、てこの原理によりミラー部6 を、中心軸S1を中心に大きく回動させること できる。同様に、振動部9は枠体8の下端部 連結されていることから、ミラー部6を、中 軸S2を中心に、大きく回動させることがで る。

 また、振動部7、9は、それぞれミラー部6 よび枠体8の端部と連結させているため、ミ ラー部6の中心が不動点となり、この不動点 おいては、入射光と反射光との光路長が一 に保たれるため、この光学反射素子により 影する画像の歪みを抑制することができる

 なお、本実施の形態では、図6に示すよう に、共通の駆動電極18は一対の振動部9両方に 引き回したが、図8に示すように、一方の振 部9に引き回してもよい。この場合も、一方( 例えば、ミラー部6に対して右側)の振動部9に 印加された振動が、枠体8(図1参照)を介して 方(ミラー部6に対して左側)の振動部9に伝搬 、共振させることができ、結果としていず の振動部9をも振動させることができる。

 また、駆動電極18を一方の振動部9に形成 る場合は、図8に示すように、振動部9の振 を検知するモニター電極23を、駆動電極18が き回されていない左側の振動部9にのみ形成 してもよい。

 この場合、モニター電極23が引き回され い右側の振動部9においては、駆動電極18と 振動部7のモニター電極21の配線電極21Aとが 成されることになる。なおこの時、図8、図9 に示すように、共通の駆動電極18を、振動部9 の各振動板9A~9E上の両側に分けて左右対称に 置し、その中央にモニター電極21の配線電 21Aを配置することができる。なお分岐させ 駆動電極18は、ジャンパー線などで適宜接続 させればよい。

 このように、各振動板9A~9E上において、 動電極18を左右対称に配置することによって 、振動部9上に均一に電圧を印加することが き、振動部9を垂直に振動させることが出来 。

 また、図8に示すように、左側の振動部9 おいては、この振動部9の振幅を検知するた のモニター電極23を、振動部9の各振動板9A~9 E上の両側に分けて左右対称に配置すること できる。これにより振動部9の面積を効率よ 利用でき、モニター電極23の感度を向上さ ることが出来る。なお、二分したモニター 極23は、ジャンパー線などで適宜電気的に接 続させることが出来る。

 なお、本実施の形態では、一対の振動部7 のいずれにも駆動電極18を配置したが、一方 振動部7に駆動電極18を配置し、共振駆動さ れば、その振動がミラー部6を介して他方の 振動部7に伝搬し、この他方の振動部7も共振 動させることができる。したがって、振動 7の駆動電極18の配線電極数を減らすことが きる。

 (実施の形態2)
 図10は本発明の実施の形態2における光学反 素子の電極パターンを模式的に示した図で る。本実施の形態と実施の形態1との主な違 いは、図10に示すように、電気的に独立した つの駆動電極31、32を振動部7に設けた点で る。駆動電極31、32には、それぞれ外部電極1 9A、19Bを介して、正負逆位相の交流電圧を印 する。

 図11は本実施の形態の光学反射素子を示 斜視図である。図12は図11のR部の断面図であ る。図10~図12に示すように、本実施の形態で 、振動部7の複数の振動板7A~7D上には、電気 に独立した二つの駆動電極31、32を交互に配 置している。これらの駆動電極31、32をそれ れ共通接続するため、複数の振動板7A~7D上に は、電気的に独立した二つの駆動電極31、32 配線電極31A、32Aも交互に配置している。

 すなわち、図12に示すように、振動部7に いて、駆動電極31が配置された振動板7A、7C には、幅狭に形成された駆動電極32の配線 極32Aが引き回されている。駆動電極32が配置 された振動板7B、7D上には、幅狭に形成され 駆動電極31の配線電極31Aが引き回されている 。

 このように、駆動電極31、32を交互に配置 し、これらの駆動電極31、32に正負逆位相の 流電圧を印加すれば、各振動板7A~7Dの曲げ方 向は交互に逆向きとなり、図13にその振動状 を示すように、振動の変位は蓄積される。 たがって、振動部7全体としては、中心軸S1 回転軸とし、大きく反復回動させることが き、結果としてミラー部6の変位(振幅)を大 くすることができる。

 また、図10に示すように、本実施の形態 は、振動部9上には、実施の形態1と同様に、 それぞれの振動板9A~9E(図11参照)上に共通の駆 動電極31を配置している。

 すなわち本実施の形態では、一方の駆動 極31は、振動部7と振動部9との圧電素子に共 通の駆動電極31とし、他方の駆動電極32は振 部7の圧電素子のみを駆動させる駆動電極32 して用いている。したがって、振動部9のそ ぞれの振動版9A~9E上には、駆動電極31以外に 駆動電極32の配線電極32Aも引き回されている なお、本実施の形態では、振動部7では、2 の駆動電極31、32が形成されるため、モニタ 電極21は実施の形態1より狭幅となる。

 なお、本実施の形態では、振動部7のモニ ター電極21は、外部電極22から振動部9を介し 振動部7に引き回したため、振動部9には、 施の形態1よりも幅狭のモニター電極21の配 電極21Aが形成されている。また振動部9のモ ター電極23は、外部電極24から各振動部9に き回した。ここでモニター電極23の配線電極 は、振動部7上には引き回さず、枠体8を介し 一対の振動部9にそれぞれ引き回してもよい 。

 本実施の形態では、駆動電極31に、振動 7と振動部9のそれぞれの共振駆動信号を合成 した電気信号を入力することで、駆動電極31 振動部7と振動部9に共通の駆動電極31とする ことができ、電極配線の数を減らすことがで きる。

 なお、本実施の形態の光学反射素子を画 投影装置に用いる場合、高精度な画像を投 するには、一般的にX軸方向の走査速度はY 方向の走査速度よりもはるかに大きくする 要がある。

 この場合、X軸方向に振動する振動部7の 波数を高くすればよいが、周波数が高くな ほど、ミラー部6の変位が小さくなる。した って本実施の形態のように、振動部7の振動 板7A~7D上には、二つの駆動電極31、32を交互に 配置し、それぞれの駆動電極31、32に逆位相 電圧を印加することで、変位を蓄積し、大 な振幅を得ることができる。さらに、振動 9と振動部7とは駆動電極31を共通させること 、従来のような配線電極数の増加を回避で 、高性能の光学反射素子の生産効率の向上 図ることができる。

 その他、実施の形態1と同様の構成から得 られる効果については実施の形態と同じであ るので説明を省略する。

 (実施の形態3)
 図14は、本発明の実施の形態3における光学 射素子の電極パターンを模式的に示した図 ある。本実施の形態と実施の形態1との違い は、図14に示すように、振動部7および振動部 9のモニター素子は、共通のモニター電極33を 有し、これらのモニター電極33は、図15に示 ように、共通の配線電極33Aで外部電極34から 引き出される点である。

 また、本実施の形態では、振動部7の圧電 素子11を駆動させる駆動電極35と、振動部9の 電素子を駆動させる駆動電極36とは個々に 成し、電気的に独立させている。したがっ 、これらの駆動電極35、36の配線電極35A、36A 、それぞれ個々に引き回している。

 本実施の形態では、図15に示すように、 動部7の圧電素子の駆動により発生した電気 号と、振動部9の圧電素子の駆動により発生 した電気信号とは、混在した状態で共通のモ ニター電極33で感知される。混在した電気信 は、外部電極34からフィルター37Aを介する とによって、振動部7で発生した電気信号の が取り出される。また、フィルター37Bを介 ることによって、振動部9で発生した電気信 号のみが取り出される。このようにして、本 実施の形態によれば、共通のモニター電極33 感知された電気信号を、個々の電気信号に 離検出することができる。

 これにより本実施の形態では、従来電気 に独立させていた二つのモニター電極を、 通にすることができ、一つの配線電極33Aで き出すことができる。すなわち電極配線の が減り、結果としてパターニングが簡易に り、生産効率を向上させることができる。

 なお、上記実施の形態では、振動部7と振 動部9とで駆動電極35、36は共通にしていない 、駆動電極35、36も共通にしてもよい。これ により、駆動電極35、36の電極配線数も減ら ことができる。

 また本実施の形態の別の例として、一方 振動部7(例えば、図1の下方の振動部7)およ 一方の振動部9(例えば、図1の右側の振動部9) とに共通の駆動電極を形成し、他方の振動部 7(例えば、図1の上方の振動部7)と振動部9(例 ば、図1の左側の振動部9)とに共通のモニタ 電極を形成してもよい。

 これにより各一方の振動部7および振動部 9上には駆動電極を、各他方の振動部7および 動部9上にはモニター電極を形成すればよい ため、パターニングがより簡易となる。なお 、これとは逆に、一方の振動部7および一方 振動部9とに共通のモニター電極を形成し、 方の振動部7と振動部9とに共通の駆動電極 形成してもよい。

 その他、実施の形態1と同様の構成から得 られる効果については実施の形態と同じであ るので説明を省略する。

 (実施の形態4)
 図16は、本発明の実施の形態4における圧電 動装置の構成を示すブロック図である。本 施の形態と実施の形態1との主な違いは、圧 電駆動装置に電気信号を合成する合成回路を 設けた点である。

 図16に示すように、本実施の形態におけ 駆動制御装置62は、2つの前置アンプ(第一前 アンプ、第二前置アンプ)38、39が並列に配 されている。前置アンプ38は飽和アンプ(第 飽和アンプ)40と電気的に接続され、飽和ア プ40は帯域フィルター41(第一帯域フィルター )と電気的に接続され、帯域フィルター41から 振動部7の共振駆動信号(第一電気信号)が取り 出される。

 同様に、前置アンプ39は飽和アンプ(第二 和アンプ)42と電気的に接続され、飽和アン 42は帯域フィルター(第二帯域フィルター)43 電気的に接続され、帯域フィルター43から 動部9の共振駆動信号(第二電気信号)が取り される。

 なお、飽和アンプ40、42としては、出力が 所定値に達すると、その値を維持する飽和型 アンプ、あるいは出力が所定値に達すると、 出力を減衰させる負性飽和型アンプ等を用い ることができる。

 これらの飽和アンプ40と帯域フィルター41 、または飽和アンプ42と帯域フィルター43と 通過して出力された各共振駆動信号は、加 器44等を含む加算合成回路45で合成される。 算合成回路45から出力された信号は、外部 極19から光学反射素子60を引き回され、振動 7および振動部9に共通の駆動電極18に入力さ れる。

 また、本実施の形態では、振動部7の振動 振幅によって発生した電気信号を、モニター 電極21で検出し、前置アンプ38に帰還する帰 回路を構成している。ここで本実施の形態 は、この帰還回路における閉ループゲイン 1以上となるよう、すなわちモニター電極21 ら出力された信号が、前置アンプ38に入力さ れた信号より減衰しないよう、振動部7の駆 周波数と帯域フィルター41の通過周波数帯域 を設定した。また、加算合成回路45で合成す のは3つ以上の電気信号でもよい。

 また、この振動部7と同様に、振動部9の 動振幅によって発生した電気信号を、モニ ー電極23で検出し、前置アンプ39へと帰還し いる。本実施の形態では、この帰還回路に ける閉ループゲインも1以上となるように振 動部9の駆動周波数と帯域フィルター43の通過 周波数帯域を設定した。

 次に、本実施の形態の光学反射素子の駆 方法を説明する。図16に示すように、まず 振動部7を駆動させる電気信号(交流電圧)が 置アンプ38の入力端子38Aに入力されると、こ の信号が前置アンプ38で増幅される。次に前 アンプ38で増幅された信号が飽和アンプ40に 入力され、所定レベルの信号に矯正される。 飽和アンプ40から出力された信号は帯域フィ ター41に入力され、振動部7の共振駆動信号 取り出される。

 また、同様に、前置アンプ39の入力端子39 Aに振動部9を駆動させる電気信号(交流電圧) 入力され、増幅される。増幅された信号は 飽和アンプ42で矯正され、その後帯域フィル ター43に入力され、振動部9の共振駆動信号が 取り出される。

 これらの振動部7および振動部9から取り された共振駆動信号が、加算合成回路45で合 成される。合成された電気信号は、光学反射 素子60の外部電極19から引き回され、駆動電 18に流れ、振動部9および振動部7を同時に駆 させる。

 また、図16に示すように、モニター電極21 は、振動部7の振動振幅により電圧を検知し その電気信号は外部電極22から引き出される 。一方、モニター電極23は、振動部9の振動振 幅により電圧を検知し、その電気信号は外部 電極24から引き出される。これら外部電極22 24から引き出された電気信号は、前置アンプ 38および前置アンプ39にそれぞれ帰還される

 なお、光学反射素子60の振動部7あるいは 動部9を、信号に追従させて共振駆動させる には、印加する駆動周波数の位相ずれを、±7 0deg以内の範囲とすることが好ましい。

 したがって、本実施の形態では、帯域フ ルター41は、その通過帯域が、振動部7にお て位相範囲が±70deg以内に相当する周波数帯 域となるように制御した。また同様に、帯域 フィルター43は、その通過帯域が、振動部9に おいて位相範囲±70deg以内に相当する周波数 域となるように制御した。

 なお本実施の形態では、振動部7および振 動部9がそれぞれ位相範囲±70degで駆動したか うかをモニター電極21またはモニター電極23 で検知し、加算合成回路45に入力される各信 を所定値に制御する手段をさらに設けても い。

 本実施の形態では、実施の形態1と同様に 、駆動電極18の電極配線数を低減することが き、簡易な配線パターンとすることができ 。

 また本実施の形態では、前置アンプ38、39 、飽和アンプ40、42、帯域フィルター41、43、 算合成回路45はいずれも能動素子からなる め、これらはICチップ化することができ、実 装工程における合理化が図れる。

 なお、本実施の形態では、振動部7および 振動部9のそれぞれの振動板(図1の7A~7D,9A~9E)上 に共通の駆動電極18を配置したが、例えば振 部7または振動部9のいずれか一方、あるい 双方の振動板上に、二種類の駆動電極を交 に配置してもよい。この場合は、実施の形 2で説明したように、各駆動電極に正負逆位 の電圧を印加することにより、変位が蓄積 れ、大きな振幅を得ることができる。

 また、本実施の形態では、振動部7、振動 部9の各振動板上に駆動電極18を配置している が、駆動電極18の配置場所はこれに限定され 、例えば振動部7および振動部9には、それ れ一部の振動板上に駆動電極18を配置しても よい。

 図17は、本実施の形態1~4の光学反射素子 用いた画像投影装置を示す構成図である。 17に示すように、本実施の形態の画像投影装 置は、レーザ光源などの光源46と光学反射素 60とスクリーン49とから構成される。

 この構成によれば、光源46から光学反射 子60のミラー部6へ入射光47を入射し、ミラー 部6からの反射光48を、スクリーン49に投影す 。このとき、ミラー部6を振動させることに よって、反射光48をX軸、Y軸方向に走査させ ことができ、スクリーン49や壁に画像50、文 等を投影することができる。

 なお、実施の形態1~4の光学反射素子では 振動部7、9の形状をミアンダ形としたが、 れに限定されず、その他、例えばカンチレ ー形、十字形等、各種形状でも応用が可能 ある。

 また、実施の形態1~4では、振動部7、9か 構成される圧電アクチュエータは、ミラー 6が連結されて光学反射素子として用いてい 。しかし、この圧電アクチュエータは、例 ばミラー部の代わり発光素子を連結させ、 学デバイスとして用いることもできる。

 本発明の光学反射素子は、配線電極数を らすことで、複雑な形状の振動部上にも容 に形成することができ、小型のプロジェク やヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウ トディスプレイなど、小型画像投影装置に 用である。