JP7436686B2 - マイクロミラーデバイス及び光走査装置 - Google Patents

Description

本開示の技術は、マイクロミラーデバイス及び光走査装置に関する。

シリコン（Ｓｉ）の微細加工技術を用いて作製される微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）デバイスの１つとしてマイクロミラーデバイス（マイクロスキャナともいう。）が知られている。このマイクロミラーデバイスは小型かつ低消費電力であることから、レーザーディスプレイ、レーザープロジェクタ、光干渉断層計などへの幅広い応用が期待されている。

マイクロミラーデバイスの駆動方式は様々である。例えば、特開２００３－１１７８９７号公報には、静電駆動方式のマイクロミラーデバイスが開示されている。また、特開平０７－０２７９８９号公報には、電磁駆動方式のマイクロミラーデバイスが開示されている。さらに、特開２０１０－０６０６８８号公報には、圧電駆動方式のマイクロミラーデバイスが開示されている。

圧電駆動方式は、他の駆動方式に比べて発生するトルクが高く、高スキャン角が得られるとして有望視されている。特に、レーザーディスプレイのように高いスキャン角が必要な場合には、圧電駆動方式のマイクロミラーデバイスを共振駆動で駆動することにより、より高いスキャン角が得られる。

レーザーディスプレイに用いられる一般的なマイクロミラーデバイスは、ミラー部と、圧電方式の第１アクチュエータ及び第２アクチュエータとを備える（例えば、特開２０１０－０６０６８８号公報参照）。ミラー部は、互いに直交する第１軸及び第２軸の周りに揺動自在である。第１アクチュエータは、外部から供給される駆動電圧に応じて、ミラー部を第１軸の周りに揺動させる。第２アクチュエータは、外部から供給される駆動電圧に応じて、ミラー部を第２軸の周りに揺動させる。上述のスキャン角は、ミラー部の振れ角の最大値（以下、最大振れ角という。）に対応する。

また、ミラー部を、第１軸及び第２軸の周りにそれぞれ共振させることにより二次元光走査を行うことが知られている（例えば、特開２０１０－０６０６８８号公報参照）。このような二次元光走査は、リサージュスキャンと称される。

特開２０１０－０６０６８８号公報に記載のマイクロミラーデバイスは、ミラー部と、ミラー部と第１支持部で連結された第１アクチュエータと、第１アクチュエータと第２支持部で連結された枠体と、枠体と第３支持部で連結された第２アクチュエータとを有する。

特開２０１０－０６０６８８号公報に記載のマイクロミラーデバイスでは、第１アクチュエータが第１支持部を第１軸としてミラー部を揺動させ、かつ、第２アクチュエータが第２支持部を第２軸としてミラー部を揺動させる。したがって、第１アクチュエータは、ミラー部のみを揺動させるのに対して、第２アクチュエータは、ミラー部、第１アクチュエータ、及び枠体を揺動させる。

特開２０１０－０６０６８８号公報に記載のマイクロミラーデバイスでは、第１アクチュエータによる第１軸周りの最大振れ角と、第２アクチュエータによる揺動部分（すなわち、ミラー部、第１アクチュエータ、及び枠体）の重量とを独立して決定することができない。例えば、第１軸周りの最大振れ角を大きくしようとすると、第１アクチュエータによる第１軸周りのトルクを高めるために、第１アクチュエータを大型化する必要がある。第１アクチュエータを大型化すると、第１アクチュエータの重量が増大することにより、第２軸周りの共振周波数が低下してしまう。

本開示の技術は、第２軸周りの共振周波数を低下させることなく、第１軸周りの最大振れ角を大きくすることを可能とするマイクロミラーデバイス及び光走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示のマイクロミラーデバイスは、入射光を反射する反射面を有するミラー部と、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内にある第１軸上でミラー部と接続され、かつミラー部を第１軸周りで揺動可能に支持する第１支持部と、第１支持部に接続され、第１軸を挟んで対向した一対の可動枠と、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内であって第１軸に直交する第２軸上で可動枠に接続され、かつミラー部と第１支持部と可動枠とを第２軸周りで揺動可能に支持する第２支持部と、第２支持部に接続され、かつ第２軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第１アクチュエータと、第１アクチュエータを囲んで配置され、かつ第１軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第２アクチュエータと、第１アクチュエータと第２アクチュエータとを接続する第１接続部と、第２アクチュエータを囲んで配置された固定枠と、第２アクチュエータと固定枠とを接続する第２接続部と、を備え、第２アクチュエータがミラー部に第１軸周りの回転トルクを作用させ、かつ第１アクチュエータが可動枠に第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、ミラー部を第１軸及び第２軸の周りにそれぞれ揺動させる。

第１接続部は、第１アクチュエータと第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続しており、第２接続部は、固定枠と第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続し、かつ第１接続部と同じ軸上で接続する第２Ａ接続部を含み、第１接続部を第１軸に沿って第２アクチュエータのミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、ミラー部、第１支持部、可動枠、第２支持部、第１アクチュエータ、第１接続部、仮想延長部、及び第２Ａ接続部を第１構造部とし、第２アクチュエータ及び第２接続部を第２構造部とし、第２接続部の固定枠側の端部を固定した場合における第１構造部の共振モードのうち、ミラー部が第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、第２接続部の固定枠側を固定した第２構造部の共振モードのうち、第１軸が振動の節の中に位置し、かつ第２アクチュエータの第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、｜ｆｍ－ｆａ｜／ｆｍ≦０．０３の関係を満たすことが好ましい。

第１接続部は、第１アクチュエータと第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのいずれか一方の近傍で接続しており、第２接続部は、固定枠と第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのうち、第１接続部が配置された軸と直交する軸の近傍で接続しており、第１接続部を第１軸に沿って第２アクチュエータのミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、ミラー部、第１支持部、可動枠、第２支持部、第１アクチュエータ、第１接続部、及び仮想延長部を第１構造部とし、第２アクチュエータ及び第２接続部を第２構造部とし、仮想延長部の固定枠側の端部を固定した場合における第１構造部の共振モードのうち、ミラー部が第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、第２接続部の固定枠側を固定した第２構造部の共振モードのうち、第１軸が振動の節の中に位置し、かつ第２アクチュエータの第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、０≦（ｆｍ－ｆａ）／ｆｍ≦０．１４の関係を満たすことが好ましい。

第１接続部は、第１アクチュエータと第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続しており、第２接続部は、固定枠と第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続し、かつ第１接続部と同じ軸上で接続する第２Ａ接続部を含み、第１接続部を第１軸に沿って第２アクチュエータのミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、ミラー部、第１支持部、可動枠、第２支持部、第１アクチュエータ、第１接続部、仮想延長部、及び第２Ａ接続部を第１構造部とし、第２アクチュエータ及び第２接続部を第２構造部とし、第２接続部の固定枠側の端部を固定した場合における第１構造部の共振モードのうち、ミラー部が第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、第２接続部の固定枠側を固定した第２構造部の共振モードのうち、第１軸が振動の節の中に位置し、かつ第２アクチュエータの第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、｜ｆｍ－ｆａ｜／ｆｍ＞０．０３の関係を満たすことが好ましい。

第１接続部は、第１アクチュエータと第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのいずれか一方の近傍で接続しており、第２接続部は、固定枠と第２アクチュエータを、第１軸と第２軸とのうち、第１接続部が配置された軸と直交する軸の近傍で接続しており、第１接続部を第１軸に沿って第２アクチュエータのミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、ミラー部、第１支持部、可動枠、第２支持部、第１アクチュエータ、第１接続部、及び仮想延長部を第１構造部とし、第２アクチュエータ及び第２接続部を第２構造部とし、仮想延長部の固定枠側の端部を固定した場合における第１構造部の共振モードのうち、ミラー部が第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、第２接続部の固定枠側を固定した第２構造部の共振モードのうち、第１軸が振動の節の中に位置し、かつ第２アクチュエータの第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、（ｆｍ－ｆａ）／ｆｍ＜０、又は（ｆｍ－ｆａ）／ｆｍ＞０．１４の関係を満たすことが好ましい。

第１アクチュエータはミラー部と厚みが等しく、かつ、第２アクチュエータは第１アクチュエータよりも厚みが薄いことが好ましい。

第１接続部は、第１支持部に沿って配置されていることが好ましい。

一対の第１アクチュエータは、それぞれ半環状であることが好ましい。

一対の第２アクチュエータは、それぞれ半環状であることが好ましい。

本開示の光走査装置は、上記いずれかのマイクロミラーデバイスと、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータを駆動するプロセッサと、を備える光走査装置であって、プロセッサは、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに駆動信号を与えることにより、ミラー部を、第１軸及び第２軸の周りにそれぞれ共振させる。

本開示の技術によれば、第２軸周りの共振周波数を低下させることなく、第１軸周りの最大振れ角を大きくすることを可能とするマイクロミラーデバイス及び光走査装置を提供することができる。

光走査装置の概略図である。 駆動制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 マイクロミラーデバイスの外観斜視図である。 マイクロミラーデバイスを光入射側から見た平面図である。 図４のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 図４のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 第２アクチュエータの駆動例を示す図である。 第１アクチュエータの駆動例を示す図である。 第１駆動信号の一例を示す図である。 第２駆動信号の一例を示す図である。 第１構造部を示す平面図である。 第１構造部のみを対象とした共振モードの一例を示す図である。 第２構造部を示す平面図である。 第２構造部のみを対象とした共振モードの一例を示す図である。 マイクロミラーデバイスの寸法を説明する断面図である。 シミュレーション結果を示す図である。 モデル１～７に対するシミュレーション結果を示すグラフである。 モデル８～１５に対するシミュレーション結果を示すグラフである。 第１変形例に係るマイクロミラーデバイスの平面図である。 第１変形例に係る第１構造部を示す平面図である。 第１変形例に係る第２構造部を示す平面図である。 シミュレーション結果を示す図である。 モデル１６～２３に対するシミュレーション結果を示すグラフである。 第２変形例に係るマイクロミラーデバイスの平面図である。 第２変形例に係る第１構造部を示す平面図である。 第２変形例に係る第２構造部を示す平面図である。 シミュレーション結果を示す図である。 モデル２４～３０に対するシミュレーション結果を示すグラフである。 第１接続部及び第２接続部の形状の変形例を示す図であり、（Ａ）は第１形状を示し、（Ｂ）は第２形状を示し、（Ｃ）は第３形状を示す。

添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。

［第１実施形態］
図１は、一実施形態に係る光走査装置１０を概略的に示す。光走査装置１０は、マイクロミラーデバイス（以下、ＭＭＤ（Micro Mirror Device）という。）２と、光源３と、駆動制御部４とを有する。光走査装置１０は、駆動制御部４の制御に従って、光源３から照射された光ビームＬをＭＭＤ２により反射することにより被走査面５を光走査する。被走査面５は、例えばスクリーンである。

ＭＭＤ２は、第１軸ａ_１と、第１軸ａ_１に直交する第２軸ａ_２との周りに、ミラー部２０（図３参照）を揺動（すなわち、往復回動運動）させることを可能とする圧電型２軸駆動方式のマイクロミラーデバイスである。以下、第１軸ａ_１と平行な方向をＸ方向、第２軸ａ_２と平行な方向をＹ方向、第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２に直交する方向をＺ方向という。

光源３は、光ビームＬとして、例えばレーザ光を発するレーザ装置である。光源３は、ＭＭＤ２のミラー部２０が静止した状態において、ミラー部２０が備える反射面２０Ａ（図３参照）に垂直に光ビームＬを照射することが好ましい。なお、光源３から発せられた光ビームＬを反射面２０Ａに照射する角度は垂直に限られず、光ビームＬを反射面２０Ａに対して斜めに照射してもよい。

駆動制御部４は、光走査情報に基づいて光源３及びＭＭＤ２に駆動信号を出力する。光源３は、入力された駆動信号に基づいて光ビームＬを発生してＭＭＤ２に照射する。ＭＭＤ２は、入力された駆動信号に基づいて、ミラー部２０を第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２の周りに揺動させる。

詳しくは後述するが、駆動制御部４は、ミラー部２０を第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２の周りにそれぞれ共振させることにより、ミラー部２０で反射される光ビームＬは、被走査面５上においてリサージュ波形を描くように走査される。この光走査方式は、リサージュスキャン方式と呼ばれる。

光走査装置１０は、例えば、リサージュスキャン方式のレーザーディスプレイに適用される。具体的には、光走査装置１０は、ＡＲ（Augmented Reality）グラス又はＶＲ（Virtual Reality）グラス等のレーザースキャンディスプレイに適用可能である。

図２は、駆動制御部４のハードウェア構成の一例を示す。駆動制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０、ＲＯＭ（Read Only Memory）４１、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２、光源ドライバ４３、及びＭＭＤドライバ４４を有する。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４１等の記憶装置からプログラム及びデータをＲＡＭ４２に読み出して処理を実行することにより、駆動制御部４の全体の機能を実現する演算装置である。ＣＰＵ４０は、本開示の技術に係るプロセッサの一例である。

ＲＯＭ４１は、不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ４０が処理を実行するためのプログラム、及び前述の光走査情報等のデータを記憶している。ＲＡＭ４２は、プログラム及びデータを一時的に保持する不揮発性の記憶装置である。

光源ドライバ４３は、ＣＰＵ４０の制御に従って、光源３に駆動信号を出力する電気回路である。光源ドライバ４３においては、駆動信号は、光源３の照射タイミング及び照射強度を制御するための駆動電圧である。

ＭＭＤドライバ４４は、ＣＰＵ４０の制御に従って、ＭＭＤ２に駆動信号を出力する電気回路である。ＭＭＤドライバ４４においては、駆動信号は、ＭＭＤ２のミラー部２０を揺動させるタイミング、周期、及び振れ角を制御するための駆動電圧である。

ＣＰＵ４０は、光走査情報に基づいて光源ドライバ４３及びＭＭＤドライバ４４を制御する。光走査情報は、被走査面５に走査する光ビームＬの走査パターンと、光源３の発光タイミングとを含む情報である。

次に、図３～図６を用いてＭＭＤ２の一例を説明する。図３は、ＭＭＤ２の外観斜視図である。図４は、ＭＭＤ２を光入射側から見た平面図である。図５は、図４のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図６は、図４のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

図３に示すように、ＭＭＤ２は、ミラー部２０、一対の第１支持部２１、一対の可動枠２２、一対の第２支持部２３、一対の第１アクチュエータ２４、一対の第２アクチュエータ２５、一対の第１接続部２６Ａ、一対の第２接続部２６Ｂ、及び固定枠２７を有する。ＭＭＤ２は、いわゆるＭＥＭＳスキャナである。

ミラー部２０は、入射光を反射する反射面２０Ａを有する。反射面２０Ａは、ミラー部２０の一面に設けられた、例えば、金（Ａｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜で形成されている。反射面２０Ａの形状は、例えば、第１軸ａ_１と第２軸ａ_２との交点を中心とした円形状である。

第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２は、ミラー部２０が静止した静止時において反射面２０Ａを含む平面内に存在する。ＭＭＤ２の平面形状は、矩形状であって、第１軸ａ_１に関して線対称であり、かつ第２軸ａ_２に関して線対称である。

一対の第１支持部２１は、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。また、第１支持部２１の各々は、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。第１支持部２１は、第１軸ａ_１上でミラー部２０と接続されており、ミラー部２０を第１軸ａ_１周りに揺動可能に支持している。

一対の可動枠２２は、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第１軸ａ_１に関して線対称となる形状である。可動枠２２の各々は、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。また、可動枠２２の各々は、ミラー部２０の外周に沿って円弧状に湾曲した半環状である。可動枠２２の両端はそれぞれ第１支持部２１に接続されている。

第１支持部２１と可動枠２２とは、互いに接続されることにより、ミラー部２０を囲んでいる。可動枠２２と第１支持部２１とは、連続して形成された一体構造である。なお、一対の可動枠２２により形成される形状は、円環等の環状形状を含む。

一対の第２支持部２３は、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。第２支持部２３の各々は、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。第２支持部２３は、第２軸ａ_２上で可動枠２２に接続されており、ミラー部２０と第１支持部２１と可動枠２２を、第２軸ａ_２周りに揺動可能に支持している。また、第２支持部２３の両端はそれぞれ第１アクチュエータ２４に接続されている。

一対の第１アクチュエータ２４は、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。また、第１アクチュエータ２４の各々は、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。また、第１アクチュエータ２４の各々は、第１支持部２１の外周に沿って湾曲した半環状である。

一対の第１アクチュエータ２４は、一対の第２支持部２３を介して互いに接続されることにより、ミラー部２０、第１支持部２１、及び可動枠２２を囲んでいる。第１アクチュエータ２４と第２支持部２３とは、連続して形成された一体構造である。なお、一対の第１アクチュエータ２４により形成される形状は、円環等の環状形状を含む。

一対の第２アクチュエータ２５は、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。また、第２アクチュエータ２５の各々は、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。また、第２アクチュエータ２５の各々は、第１アクチュエータ２４及び第２支持部２３の外周に沿って湾曲した半環状である。また、第２アクチュエータ２５は、一対の第１接続部２６Ａに接続されている。

一対の第１接続部２６Ａは、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。また、第１接続部２６Ａの各々は、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。第１接続部２６Ａは、第１軸ａ_１に沿って配置されており、第１軸ａ_１上で、第１アクチュエータ２４と第２アクチュエータ２５とを接続している。

一対の第２アクチュエータ２５は、互いに接続されることにより、ミラー部２０、第１支持部２１、可動枠２２、及び第１アクチュエータ２４を囲んでいる。なお、一対の第２アクチュエータ２５により形成される形状は、円環等の環状形状を含む。

固定枠２７は、外形が矩形状の枠状部材であって、第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２のそれぞれに関して線対称な形状である。固定枠２７は、第２アクチュエータ２５の外周を囲んで配置されている。固定枠２７は、第２接続部２６Ｂを介して第２アクチュエータ２５に接続されている。

一対の第２接続部２６Ｂは、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。また、第２接続部２６Ｂの各々は、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。第２接続部２６Ｂは、第１軸ａ_１に沿って配置されており、第１軸ａ_１上で、第２アクチュエータ２５と固定枠２７とを接続している。

第１アクチュエータ２４及び第２アクチュエータ２５は、それぞれ圧電素子を備えた圧電アクチュエータである。一対の第１アクチュエータ２４は、可動枠２２に第２軸ａ_２周りの回転トルクを作用させることにより、ミラー部２０を第２軸ａ_２周りに揺動させる。一対の第２アクチュエータ２５は、ミラー部２０に第１軸ａ_１周りの回転トルクを作用させることにより、ミラー部２０を第１軸ａ_１周りに揺動させる。

図４に示すように、第１支持部２１は、揺動軸２１Ａと、一対の連結部２１Ｂとで構成されている。揺動軸２１Ａは、第１軸ａ_１に沿って延伸した、いわゆるトーションバーである。揺動軸２１Ａは、一端がミラー部２０に接続されており、他端が連結部２１Ｂに接続されている。

一対の連結部２１Ｂは、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。連結部２１Ｂは、一端が揺動軸２１Ａに接続されており、他端が可動枠２２に接続されている。連結部２１Ｂは、折り返し構造を有している。連結部２１Ｂは、折り返し構造により弾性を有するため、ミラー部２０が第１軸ａ_１周りに揺動する際に、揺動軸２１Ａにかかる内部応力を緩和する。

第２支持部２３は、揺動軸２３Ａと、一対の連結部２３Ｂとで構成されている。揺動軸２３Ａは、第２軸ａ_２に沿って延伸した、いわゆるトーションバーである。揺動軸２３Ａは、一端が可動枠２２に接続されており、他端が連結部２３Ｂに接続されている。

一対の連結部２３Ｂは、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第２軸ａ_２に関して線対称な形状である。連結部２３Ｂは、一端が揺動軸２３Ａに接続されており、他端が第１アクチュエータ２４に接続されている。連結部２３Ｂは、折り返し構造を有している。連結部２３Ｂは、折り返し構造により弾性を有するため、ミラー部２０が第２軸ａ_２周りに揺動する際に、揺動軸２３Ａにかかる内部応力を緩和する。

第１アクチュエータ２４は、円弧状部２４Ａと、一対の扇状部２４Ｂとで構成されている。円弧状部２４Ａは、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。円弧状部２４Ａの両端はそれぞれ扇状部２４Ｂに接続されている。

一対の扇状部２４Ｂは、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、第１軸ａ_１に関して線対称な形状である。扇状部２４Ｂは、一端が円弧状部２４Ａに接続されており、他端が第２支持部２３の連結部２３Ｂに接続されている。第１アクチュエータ２４は、面積が大きい扇状部２４Ｂを有するので、圧電素子の面積が大きい。この結果、第１アクチュエータ２４により、第２軸ａ_２周りに大きな駆動トルクが得られる。

また、ミラー部２０には、反射面２０Ａの外側に、反射面２０Ａの外周に沿って複数のスリット２０Ｂ，２０Ｃが形成されている。複数のスリット２０Ｂ，２０Ｃは、第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２のそれぞれに関して線対称となる位置に配置されている。スリット２０Ｂは、ミラー部２０が揺動することにより反射面２０Ａに生じる歪を抑制する作用を有する。

図３及び図４では、第１アクチュエータ２４及び第２アクチュエータ２５に駆動信号を与えるための配線及び電極パッドについては図示を省略している。電極パッドは、固定枠２７上に複数設けられる。

図５及び図６に示すように、ＭＭＤ２は、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板３０をエッチング処理することにより形成されている。ＳＯＩ基板３０は、単結晶シリコンからなる第１シリコン活性層３１の上に、酸化シリコン層３２が設けられ、酸化シリコン層３２の上に単結晶シリコンからなる第２シリコン活性層３３が設けられた基板である。

ミラー部２０、第１支持部２１、可動枠２２、第２支持部２３、第１アクチュエータ２４、第２アクチュエータ２５、第１接続部２６Ａ、及び第２接続部２６Ｂは、ＳＯＩ基板３０からエッチング処理により第１シリコン活性層３１及び酸化シリコン層３２を除去することで残存した第２シリコン活性層３３により形成されている。第２シリコン活性層３３は、弾性を有する弾性部として機能する。固定枠２７は、第１シリコン活性層３１、酸化シリコン層３２、及び第２シリコン活性層３３の３層で形成されている。

第１アクチュエータ２４は、ミラー部２０と等しい厚みを有する。第２アクチュエータ２５は、第２シリコン活性層３３をエッチング処理することにより、第１アクチュエータ２４よりも第２シリコン活性層３３の厚みが薄く形成されている。すなわち、第２アクチュエータ２５は、第１アクチュエータ２４よりもＺ方向に関する厚みが薄い。

第１アクチュエータ２４及び第２アクチュエータ２５は、第２シリコン活性層３３上に圧電素子２８を有する。圧電素子２８は、第２シリコン活性層３３上に、下部電極５１、圧電膜５２、及び上部電極５３が順に積層された積層構造を有する。なお、上部電極５３上には絶縁膜が設けられるが、図示は省略している。

上部電極５３及び下部電極５１は、例えば、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等で形成されている。圧電膜５２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成されている。上部電極５３及び下部電極５１は、配線及び電極パッドを介して、前述の駆動制御部４に電気的に接続されている。

上部電極５３には、駆動制御部４から駆動電圧が印加される。下部電極５１は、配線及び電極パッドを介して駆動制御部４に接続され、基準電位（例えば、グランド電位）が付与されている。

圧電膜５２は、分極方向に正又は負の電圧が印加されると、印加電圧に比例した変形（例えば、伸縮）が生じる。すなわち、圧電膜５２は、いわゆる逆圧電効果を発揮する。圧電膜５２は、駆動制御部４から上部電極５３に駆動電圧が印加されることにより逆圧電効果を発揮して、第１アクチュエータ２４及び第２アクチュエータ２５を変位させる。

図７は、一対の第２アクチュエータ２５の一方の圧電膜５２を伸張させ、他方の圧電膜５２を収縮させることにより、第２アクチュエータ２５に、第１軸ａ_１周りの回転トルクを発生させる例を示している。このように、一対の第２アクチュエータ２５の一方と他方とが互いに逆方向に変位することにより、ミラー部２０が第１軸ａ_１の周りに回動する。

また、図７は、一対の第２アクチュエータ２５の変位方向と、ミラー部２０の回動方向とが互いに逆方向である逆位相の共振モードで、第２アクチュエータ２５を駆動した例である。なお、一対の第２アクチュエータ２５の変位方向と、ミラー部２０の回動方向とが同じ方向である同位相の共振モードで、第２アクチュエータ２５を駆動してもよい。

ミラー部２０の第１軸ａ_１周りの振れ角は、駆動制御部４が第２アクチュエータ２５に与える駆動信号（以下、第１駆動信号という。）により制御される。第１駆動信号は、例えば正弦波の交流電圧である。第１駆動信号は、一対の第２アクチュエータ２５の一方に印加される駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）と、他方に印加される駆動電圧波形Ｖ_１Ｂ（ｔ）とを含む。駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）と駆動電圧波形Ｖ_１Ｂ（ｔ）は、互いに逆位相（すなわち位相差１８０°）である。

なお、ミラー部２０の第１軸ａ_１周りの振れ角とは、反射面２０Ａの法線が、ＹＺ平面においてＺ方向に対して傾斜する角度をいう。

図８は、一対の第１アクチュエータ２４の一方の圧電膜５２を伸張させ、他方の圧電膜５２を収縮させることにより、第１アクチュエータ２４に、第２軸ａ_２周りの回転トルクを発生させる例を示している。このように、一対の第１アクチュエータ２４の一方と他方とが互いに逆方向に変位することにより、ミラー部２０が第２軸ａ_２の周りに回動する。

また、図８は、一対の第１アクチュエータ２４の変位方向と、ミラー部２０の回動方向とが同じ方向ある同位相の共振モードで、第１アクチュエータ２４を駆動した例を示している。なお、一対の第１アクチュエータ２４の変位方向と、ミラー部２０の回動方向とが互いに逆方向である逆位相の共振モードで、第１アクチュエータ２４を駆動してもよい。

ミラー部２０の第２軸ａ_２周りの振れ角は、駆動制御部４が第１アクチュエータ２４に与える駆動信号（以下、第２駆動信号という。）により制御される。第２駆動信号は、例えば正弦波の交流電圧である。第２駆動信号は、一対の第１アクチュエータ２４の一方に印加される駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）と、他方に印加される駆動電圧波形Ｖ_２Ｂ（ｔ）とを含む。駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）と駆動電圧波形Ｖ_２Ｂ（ｔ）は、互いに逆位相（すなわち位相差１８０°）である。

なお、ミラー部２０の第２軸ａ_２周りの振れ角とは、反射面２０Ａの法線が、ＸＺ平面においてＺ方向に対して傾斜する角度をいう。

図９及び図１０は、第１駆動信号及び第２駆動信号の一例を示す。図９は、第１駆動信号に含まれる駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）を示す。図１０は、第２駆動信号に含まれる駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）を示す。

駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）は、それぞれ次のように表される。
Ｖ_１Ａ（ｔ）＝Ｖ_ｏｆｆ１＋Ｖ_１ｓｉｎ（２πｆ_ｄ１ｔ）
Ｖ_１Ｂ（ｔ）＝Ｖ_ｏｆｆ１＋Ｖ_１ｓｉｎ（２πｆ_ｄ１ｔ＋α）

ここで、Ｖ_１は振幅電圧である。Ｖ_ｏｆｆ１はバイアス電圧である。ｆ_ｄ１は駆動周波数（以下、第１駆動周波数という。）である。ｔは時間である。αは、駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）の位相差である。本実施形態では、例えば、α＝１８０°とする。

駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）が一対の第２アクチュエータ２５に印加されることにより、ミラー部２０は、第１駆動周波数ｆ_ｄ１で第１軸ａ_１周りに揺動する（図７参照）。

駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）は、それぞれ次のように表される。
Ｖ_２Ａ（ｔ）＝Ｖ_ｏｆｆ２＋Ｖ_２ｓｉｎ（２πｆ_ｄ２ｔ＋φ）
Ｖ_２Ｂ（ｔ）＝Ｖ_ｏｆｆ２＋Ｖ_２ｓｉｎ（２πｆ_ｄ２ｔ＋β＋φ）

ここで、Ｖ_２は振幅電圧である。Ｖ_ｏｆｆ２はバイアス電圧である。ｆ_ｄ２は駆動周波数（以下、第２駆動周波数という。）である。ｔは時間である。βは、駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）の位相差である。本実施形態では、例えば、β＝１８０°とする。また、φは、駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）と、駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）との位相差である。また、本実施形態では、例えば、Ｖ_ｏｆｆ１＝Ｖ_ｏｆｆ２＝０Ｖとする。

駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）が一対の第１アクチュエータ２４に印加されることにより、ミラー部２０は、第２駆動周波数ｆ_ｄ２で第２軸ａ_２周りに揺動する（図８参照）。

第１駆動周波数ｆ_ｄ１は、ミラー部２０の第１軸ａ_１周りの共振周波数（以下、第１共振周波数という。）に一致するように設定される。第２駆動周波数ｆ_ｄ２は、ミラー部２０の第２軸ａ_２周りの共振周波数（以下、第２共振周波数という。）に一致するように設定される。本実施形態では、ｆ_ｄ１＞ｆ_ｄ２とする。すなわち、ミラー部２０は、第１軸ａ_１周りの揺動周波数が、第２軸ａ_２周りの揺動周波数よりも高い。なお、第１駆動周波数ｆ_ｄ１及び第２駆動周波数ｆ_ｄ２は、必ずしも共振周波数と一致していなくてもよい。例えば、第１駆動周波数ｆ_ｄ１及び第２駆動周波数ｆ_ｄ２は、それぞれ共振周波数の近傍の周波数範囲（例えば、共振周波数をピーク値とする周波数分布の半値幅の範囲）内の周波数であってもよい。

ミラー部２０の共振には、前述の位相（同位相又は逆位相）に加えて、次数が異なる複数の共振モードが存在する。例えば、第１駆動周波数ｆ_ｄ１は、第１軸ａ_１周りの逆位相の共振モード群のうちから、最も大きな振れ角が得られる共振モードの共振周波数に一致する値とする。本実施形態では、例えば、第１駆動周波数ｆ_ｄ１を、逆位相の共振モード群のうちから、最低次から２番目の共振モードの共振周波数に一致させる。以下、第１軸ａ_１周りの共振モードを、高速スキャンモードという。

また、例えば、第２駆動周波数ｆ_ｄ２は、第２軸ａ_２周りの同位相の共振モード群のうちから、最も大きな振れ角が得られる共振モードの共振周波数に一致する値とする。本実施形態では、例えば、第２駆動周波数ｆ_ｄ２を、同位相の共振モード群のうちから、最低次から２番目の共振モードの共振周波数に一致させる。以下、第２軸ａ_２周りの共振モードを、低速スキャンモードという。

なお、最も大きな振れ角が得られる共振モードの次数は、第１アクチュエータ２４及び第２アクチュエータ２５の形状等に応じて変化する。このため、第１駆動周波数ｆ_ｄ１及び第２駆動周波数ｆ_ｄ２を、それぞれ他の次数の共振モードの周波数に一致させてもよい。

次に、第１軸ａ_１周りの共振モードについて説明する。図１１は、ＭＭＤ２の一部の構造部である第１構造部６０Ａを示している。第１構造部６０Ａは、ミラー部２０、第１支持部２１、可動枠２２、第２支持部２３、第１アクチュエータ２４、第１接続部２６Ａ、仮想延長部２６Ｃ、及び第２接続部２６Ｂを含む。仮想延長部２６Ｃは、第１接続部２６Ａを、第１軸ａ_１に沿って第２アクチュエータ２５のミラー部２０とは反対側の端部２５Ｂ（図１３参照）まで仮想的に延長することにより構成された部位である。なお、本実施形態の第２接続部２６Ｂは、本開示の技術に係る「第２Ａ接続部」の一例である。第２Ａ接続部は、固定枠２７と第２アクチュエータ２５とを、第１接続部２６Ａと同じ軸上で接続する。

図１２は、第１構造部６０Ａのみを対象とした共振モードの一例を示す。具体的には、図１２は、第２接続部２６Ｂの固定枠２７側の端部６１（図１１参照）を固定した場合における第１構造部６０Ａの共振モードのうち、ミラー部２０が第１軸ａ_１周りに揺動する共振モード（以下、第１共振モードという。）を示している。

図１３は、ＭＭＤ２の一部の構造部である第２構造部６０Ｂを示している。第２構造部６０Ｂは、第２アクチュエータ２５及び第２接続部２６Ｂを含む。

図１４は、第２構造部６０Ｂのみを対象とした共振モードの一例を示す。具体的には、図１４は、第２接続部２６Ｂの固定枠２７側を固定した場合における第２構造部６０Ｂの共振モードのうち、第１軸ａ_１が振動の節の中に位置し、かつ第２アクチュエータ２５の第１軸ａ_１に対する面外方向（すなわち、板厚方向）の変位分布が対称となる共振モード（以下、第２共振モードという。）を示している。図１４では、第２アクチュエータ２５の面外方向の変位分布は、第１軸ａ_１に対して回転対称である。

第１構造部６０Ａのみを対象とし、ミラー部２０が第１軸ａ_１周りに揺動する第１共振モード（図１２参照）の共振周波数をｆｍとする。また、第２構造部６０Ｂのみを対象とし、第２アクチュエータ２５の第１軸ａ_１に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モード（図１４参照）の共振周波数をｆａとする。

本出願人は、第１共振モードの共振周波数ｆｍと第２共振モードの共振周波数ｆａとが近いほど、第１軸ａ_１周りのミラー部２０の振れ角の最大値（以下、最大振れ角という。）θｍが大きくなることを見出した。具体的には、最大振れ角θｍを大きくするためには、共振周波数ｆｍ，ｆａは、下式（１）の関係を満たすことが好ましい。
－０．０３≦Δｆ／ｆｍ≦０．０３ ・・・（１）

ここで、Δｆは、共振周波数ｆｍと共振周波数ｆａとの差であり、Δｆ＝ｆｍ－ｆａと表される。Δｆ／ｆｍは、共振周波数ｆｍと共振周波数ｆａとのマッチングの程度を表すマッチング率である。

第１駆動信号の振幅電圧Ｖ_１が一定であっても、共振周波数ｆｍ，ｆａが上式（１）を満たす場合、すなわち｜ｆｍ－ｆａ｜／ｆｍ≦０．０３の関係を満たす場合に、最大振れ角θｍが極大化されることを意味している。最大振れ角θｍを大きくすることにより、ミラー部２０で反射される光ビームＬのスキャン角を大きくすることができる。

なお、第１共振モード及び第２共振モードにはそれぞれ候補となるモードが複数存在するので、それらのモードの中から目的の駆動周波数、安定性、変位量などを考慮して、適切なモードを選択することが好ましい。

［実施例１］
次に、上式（１）を確認するために行ったシミュレーション結果を、実施例１として説明する。本出願人は、有限要素法による振動解析シミュレーションにより、ＭＭＤ２の寸法を変更しながらマッチング率Δｆ／ｆｍと最大振れ角θｍとの関係を調べた。

（ＭＭＤの寸法）
まず、本実施例で用いたＭＭＤ２の寸法について説明する。図１３において、Ｗｘは、第１軸ａ_１近傍における第２アクチュエータ２５のＸ方向への幅を表している。Ｗｙは、第２軸ａ_２上における第２アクチュエータ２５のＹ方向への幅を表している。Ｌは、固定枠２７の一辺の長さを表している。固定枠２７の一辺の長さＬは、Ｘ方向及びＹ方向に関して等しい。

Ｈは、固定枠２７の幅を表している。固定枠２７の幅Ｈは、Ｘ方向及びＹ方向に関して等しい。また、図１１において、Ｄは、ミラー部２０の反射面２０Ａの直径を表している。本実施例では、直径Ｄ及び幅Ｈは、固定値とした。具体的には、Ｄ＝１．５ｍｍ、Ｈ＝０．５ｍｍとした。

本実施例では、幅Ｗｘ，Ｗｙをパラメータとして変化させた。長さＬは、幅Ｗｘ，Ｗｙの変化に連動して変化する値である。

図１５は、ＭＭＤ２の厚みを示す断面図である。図１５において、Ｔ１は、第１構造部６０Ａ（図１１参照）の厚みを表している。Ｔ２は、第２構造部６０Ｂ（図１３参照）の厚みを表している。Ｔ１は、第１アクチュエータ２４及びミラー部２０を構成する第２シリコン活性層３３の厚みに対応する。Ｔ２は、第２アクチュエータ２５を構成する第２シリコン活性層３３の厚みに対応する。

本出願人は、幅Ｗｘ，Ｗｙ及び厚みＴ１，Ｔ２を変更することにより複数のシミュレーションモデル（以下、単にモデルという。）を作成し、各モデルについてマッチング率Δｆ／ｆｍ及び最大振れ角θｍを求めた。ここで、第１駆動信号の振幅電圧Ｖ_１を５Ｖ（すなわち、Ｖｐｐ＝１０Ｖ）とした。Ｖｐｐは、第１駆動信号の最大電圧と最小電圧との差を表す。また、第１駆動周波数ｆ_ｄ１を約３５ｋＨｚとした。

図１６は、各モデルに対するシミュレーション結果を示す。図１６において、モデル１～７は、Ｔ１＝Ｔ２とし、幅Ｗｘ，Ｗｙを変化させることにより作成したモデルである。モデル１～７について、幅Ｗｘ，Ｗｙは、モデル１が最も小さく、モデル７が最も大きい。モデル８～１５は、Ｔ１＞Ｔ２とし、幅Ｗｘ，Ｗｙを変化させることにより作成したモデルである。モデル８～１５について、幅Ｗｘ，Ｗｙは、モデル８が最も小さく、モデル１５が最も大きい。

図１７及び図１８は、マッチング率Δｆ／ｆｍと最大振れ角θｍとの関係を表すグラフである。図１７は、モデル１～７に対するシミュレーション結果を示す。図１８は、モデル８～１５に対するシミュレーション結果を示す。

図１６～図１８のシミュレーション結果から、Ｔ１＝Ｔ２の場合とＴ１＞Ｔ２の場合とのいずれにおいても、マッチング率Δｆ／ｆｍが上式（１）を満たす場合に、最大振れ角θｍが極大化されることが分かる。また、Ｔ１＝Ｔ２の場合とＴ１＞Ｔ２の場合とを比較すると、Ｔ１＞Ｔ２の場合の方が、幅Ｗｘ，Ｗｙを小さくする（すなわち、第２アクチュエータ２５のサイズを小さくする）ことが可能であることが分かる。

以上のように、本開示の技術によれば、ＭＭＤ２を上記の構成とすることで、第１アクチュエータ２４及び第２アクチュエータ２５の形状を、それぞれ第２軸ａ_２及び第１軸ａ_１周りの駆動に最適な形状とすることができる。これにより、ミラー部２０の最大振れ角θｍを所望の角度とし、かつ、ミラー部２０の揺動の安定性を実現することができる。より具体的には、第２アクチュエータ２５のサイズを変化させて第２構造部６０Ｂの共振周波数を微調整することにより、第１軸ａ_１周りのトルクを与える第１駆動信号の単位振幅電圧あたりのミラー部２０の振れ角を、自由に設定することができる。また、寸法バラつきに対するロバストネスを幅広い範囲で自由に設計することができる。

また、第２アクチュエータ２５のサイズを調整してマッチング率Δｆ／ｆｍを上式（１）の範囲内とすることにより、ミラー部２０の第１軸ａ_１周りの最大振れ角θｍを大きくすることができる。また、最大振れ角θｍを大きくするために、第１アクチュエータ２４を大型化する必要はない。このため、第１アクチュエータ２４の大型化に伴って重量が増大することによる第２軸ａ_２周りの共振周波数の低下を抑制することができる。したがって、本開示の技術によれば、第２軸ａ_２周りの共振周波数を低下させることなく、第１軸ａ_１周りの最大振れ角θｍを大きくすることが可能である。

また、図１６～図１８のシミュレーション結果から、マッチング率Δｆ／ｆｍが下式（２）又は下式（３）を満たす場合には、マッチング率Δｆ／ｆｍの変化に対する最大振れ角θｍの変化率が小さいことが分かる。
Δｆ／ｆｍ＞０．０３ ・・・（２）
Δｆ／ｆｍ＜－０．０３ ・・・（３）

これは、マッチング率Δｆ／ｆｍが上式（２）又は上式（３）を満たす場合、すなわち｜ｆｍ－ｆａ｜／ｆｍ＞０．０３の関係を満たす場合には、幅Ｗｘ，Ｗｙの変化（すなわち、第２アクチュエータ２５のサイズの変化）に対する最大振れ角θｍの変化率が小さいことに対応する。すなわち、マッチング率Δｆ／ｆｍが上式（２）又は上式（３）を満たす場合には、製造プロセス時の誤差等により第２アクチュエータ２５のサイズに誤差が生じたとしても安定した振れ角が得られる（すなわち、製造ロバストネスが高い）ことを意味している。

マッチング率Δｆ／ｆｍを、上式（１）～（３）のいずれを満たすように設計するかは、システムの要求、製造プロセスの精度などの要因に応じて、自由に選択可能である。

［第１変形例］
次に、マイクロミラーデバイスの第１変形例について説明する。図１９は、第１変形例に係るＭＭＤ２Ａを示す。ＭＭＤ２Ａは、第１支持部２１の形状が、第１実施形態に係るＭＭＤ２の第１支持部２１の形状と異なる。ＭＭＤ２Ａの第１支持部２１の形状は、第２支持部２３の形状と同様である。

また、第１変形例に係るＭＭＤ２Ａでは、第２接続部２６Ｂは、第１軸ａ_１の近傍及び第２軸ａ_２の近傍に設けられている。すなわち、一対の第２接続部２６Ｂが、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置されており、かつ、一対の第２接続部２６Ｂが、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されている。第２接続部２６Ｂは、第２アクチュエータ２５と固定枠２７とを、第１軸ａ_１上及び第２軸ａ_２上で接続している。第１変形例において、第２軸ａ_２を挟んで対向する位置に配置された一対の第２接続部２６Ｂは、本開示の技術に係る「第２Ａ接続部」の一例である。

図２０は、第１変形例に係る第１構造部７０Ａを示す。第１構造部７０Ａの構成は、第１実施形態に係る第１構造部６０Ａの構成と同様である。図２０において、符号７１は、上述の第１共振モードで第１構造部７０Ａを共振させる場合に固定される第２接続部２６Ｂの固定枠２７側の端部を示している。

図２１は、第１変形例に係る第２構造部７０Ｂを示す。第２構造部７０Ｂは、第１軸ａ_１の近傍及び第２軸ａ_２の近傍に第２接続部２６Ｂが設けられている点が、第１実施形態に係る第２構造部６０Ｂと異なる。本変形例においても、第２構造部６０Ｂは、第１軸ａ_１の近傍に設けられた第２接続部２６Ｂの固定枠２７側を固定して共振駆動される。

［実施例２］
本出願人は、第１変形例に係るＭＭＤ２Ａについても、実施例１と同様の振動解析シミュレーションを行った。ＭＭＤ２Ａの寸法は、第１実施形態に係るＭＭＤ２の寸法と同様である。

図２２は、各モデルに対するシミュレーション結果を示す。図２２において、モデル１６～２３は、Ｔ１＝Ｔ２とし、幅Ｗｘ，Ｗｙを変化させることにより作成したモデルである。幅Ｗｘ，Ｗｙは、モデル１６が最も小さく、モデル２３が最も大きい。

図２３は、マッチング率Δｆ／ｆｍと最大振れ角θｍとの関係を表すグラフである。図２３から、マッチング率Δｆ／ｆｍが上式（１）を満たす場合に、最大振れ角θｍが極大化されることが分かる。また、マッチング率Δｆ／ｆｍが上式（２）又は上式（３）を満たす場合に、製造ロバストネスが向上することが分かる。

［第２変形例］
次に、マイクロミラーデバイスの第２変形例について説明する。図２４は、第２変形例に係るＭＭＤ２Ｂを示す。ＭＭＤ２Ｂでは、第２アクチュエータ２５の各々の角部が、Ｘ方向及びＹ方向と４５°をなす角度で切り欠かれている。第１支持部２１の形状は、第１変形例に係るＭＭＤ２Ａの第１支持部２１の形状と同様である。

また、第２変形例に係るＭＭＤ２Ｂでは、第２接続部２６Ｂは、第２軸ａ_２の近傍のみに設けられている。すなわち、一対の第２接続部２６Ｂが、第１軸ａ_１を挟んで対向する位置に配置されている。第２接続部２６Ｂは、第２アクチュエータ２５と固定枠２７とを、第２軸ａ_２上で接続している。第２変形例において、第２接続部２６Ｂは、固定枠２７と第２アクチュエータ２５とを、第１接続部２６Ａが配置された軸と直交する軸の近傍で接続する「第２Ｂ接続部」の一例である。

図２５は、第２変形例に係る第１構造部８０Ａを示す。第１構造部８０Ａは、ミラー部２０、第１支持部２１、可動枠２２、第２支持部２３、第１アクチュエータ２４、第１接続部２６Ａ、及び仮想延長部２６Ｃを含む。仮想延長部２６Ｃは、第１接続部２６Ａを、第１軸ａ_１に沿って第２アクチュエータ２５のミラー部２０とは反対側の端部２５Ｂ（図２６参照）まで延長することにより構成された部位である。図２５において、符号８１は、上述の第１共振モードで第１構造部８０Ａを共振させる場合における固定される仮想延長部２６Ｃの固定枠２７側の端部を示している。

図２６は、第２変形例に係る第２構造部８０Ｂを示す。第２構造部８０Ｂは、第２軸ａ_２の近傍にのみ第２接続部２６Ｂが設けられている点が、第１変形例に係る第２構造部７０Ｂと異なる。また、上述のように、第２アクチュエータ２５の各々の角部が切り欠かれている。第２構造部８０Ｂは、第２接続部２６Ｂの固定枠２７側が固定されて共振駆動される。

［実施例３］
本出願人は、第２変形例に係るＭＭＤ２Ｂについても、実施例１と同様の振動解析シミュレーションを行った。ＭＭＤ２Ｂの寸法は、第１実施形態に係るＭＭＤ２の寸法と同様である。なお、本変形例では、幅Ｗｘ，Ｗｙに加えて、第２アクチュエータ２５の切り欠き部の長さＷｚを変化させることにより複数のモデル２４～３０を作成した。

図２７は、各モデルに対するシミュレーション結果を示す。図２７において、モデル２４～３０は、Ｔ１＞Ｔ２とし、幅Ｗｘ，Ｗｙに加えて、第２アクチュエータ２５の切り欠き部の長さＷｚ（図２６参照）を変化させることにより作成したモデルである。より具体的には、モデル２４～２７は、幅Ｗｘ，Ｗｙを一定とし、長さＷｚを変化させることにより作成したモデルである。モデル２８～３０は、Ｗｚ＝０とし、幅Ｗｘ，Ｗｙを変化させることにより作成したモデルである。

図２８は、マッチング率Δｆ／ｆｍと最大振れ角θｍとの関係を表すグラフである。図２８から、マッチング率Δｆ／ｆｍが下式（４）を満たす場合に、最大振れ角θｍが極大化されることが分かる。
０≦Δｆ／ｆｍ≦０．１４ ・・・（４）

一方、マッチング率Δｆ／ｆｍが下式（５）又は下式（６）を満たす場合には、マッチング率Δｆ／ｆｍの変化に対する最大振れ角θｍの変化率が小さく、製造ロバストネスが向上することが分かる。
Δｆ／ｆｍ＜０ ・・・（５）
Δｆ／ｆｍ＞０．１４ ・・・（６）

［その他の変形例］
第１実施形態及び各変形例では、第１支持部２１に、折り返し構造を有する連結部２１Ｂが設けられているが、折り返し構造は必須ではない。同様に、第２支持部２３に、折り返し構造を有する連結部２３Ｂが設けられているが、折り返し構造は必須ではない。

また、第１実施形態及び各変形例では、第１接続部２６Ａ及び第２接続部２６Ｂはそれぞれ複数個設けられているが、第１接続部２６Ａ及び第２接続部２６Ｂの個数は、それぞれ１つ（単数）であってもよい。

また、第１実施形態及び各変形例では、第１接続部２６Ａ及び第２接続部２６Ｂの形状をそれぞれ矩形状としているが、矩形状には限られない。第１接続部２６Ａ及び第２接続部２６Ｂは、第１軸ａ_１又は第２軸ａ_２に沿った形状であり、かつ回転運動に対するバネ要素として機能する形状であればよい。例えば、第１接続部２６Ａ及び第２接続部２６Ｂの形状として、図２９（Ａ）～（Ｃ）に示す形状を適用することができる。図２９（Ａ）は、並列して配列された複数のバーにより構成された第１形状を示す。図２９（Ｂ）は、バーの一端が分岐された第２形状を示す。図２９（Ｃ）は、バーの両端が分岐された第３形状を示す。

また、第１接続部２６Ａは、第１アクチュエータ２４と第２アクチュエータ２５を、第１軸ａ_１と第２軸ａ_２とのいずれか一方又は両方の近傍で接続するものであればよい。同様に、第２接続部２６Ｂは、固定枠２７と第２アクチュエータ２５とを、第１軸ａ_１と第２軸ａ_２とのいずれか一方又は両方の近傍で接続するものであればよい。また、第２接続部２６Ｂは、第２Ａ接続部と第２Ｂ接続部との少なくとも一方を含む。第２Ａ接続部は、固定枠２７と第２アクチュエータ２５とを、第１接続部２６Ａと同じ軸上で接続する。第２Ｂ接続部は、固定枠２７と第２アクチュエータ２５とを、第１接続部２６Ａが配置された軸と直交する軸の近傍で接続する。

第１実施形態は、第２接続部２６Ｂが第２Ａ接続部のみを含む形態の一例である。第１変形例は、第２接続部２６Ｂが第２Ａ接続部と第２Ｂ接続部との両方を含む形態の一例である。第２変形例は、第２接続部２６Ｂが第２Ｂ接続部のみを含む形態の一例である。第１実施形態及び第１変形例では、第１構造部に第２Ａ接続部が含まれる。

また、駆動制御部４のハードウェア構成は種々の変形が可能である。駆動制御部４の処理部は、１つのプロセッサで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせで構成されてもよい。プロセッサには、ＣＰＵ、プログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device:ＰＬＤ）、専用電気回路等が含まれる。ＣＰＵは、周知のとおりソフトウエア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサである。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の、製造後に回路構成を変更可能なプロセッサである。専用電気回路は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (9)

1. 入射光を反射する反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内にある第１軸上で前記ミラー部と接続され、かつ前記ミラー部を前記第１軸周りで揺動可能に支持する第１支持部と、
   前記第１支持部に接続され、前記第１軸を挟んで対向した一対の可動枠と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内であって前記第１軸に直交する第２軸上で前記可動枠に接続され、かつ前記ミラー部と前記第１支持部と前記可動枠とを前記第２軸周りで揺動可能に支持する第２支持部と、
   前記第２支持部に接続され、かつ前記第２軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第１アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータを囲んで配置され、かつ前記第１軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第２アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとを接続する第１接続部と、
   前記第２アクチュエータを囲んで配置された固定枠と、
   前記第２アクチュエータと前記固定枠とを接続する第２接続部と、
   を備え、
   前記第２アクチュエータが前記ミラー部に前記第１軸周りの回転トルクを作用させ、かつ前記第１アクチュエータが前記可動枠に前記第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、前記ミラー部を前記第１軸及び前記第２軸の周りにそれぞれ揺動させる、マイクロミラーデバイスであって、
   前記第１接続部は、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続しており、
   前記第２接続部は、前記固定枠と前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続し、かつ前記第１接続部と同じ軸上で接続する第２Ａ接続部を含み、
   前記第１接続部を第１軸に沿って前記第２アクチュエータの前記ミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、
   前記ミラー部、前記第１支持部、前記可動枠、前記第２支持部、前記第１アクチュエータ、前記第１接続部、前記仮想延長部、及び前記第２Ａ接続部を第１構造部とし、前記第２アクチュエータ及び前記第２接続部を第２構造部とし、
   前記第２接続部の前記固定枠側の端部を固定した場合における前記第１構造部の共振モードのうち、前記ミラー部が前記第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、
   前記第２接続部の前記固定枠側を固定した前記第２構造部の共振モードのうち、前記第１軸が振動の節の中に位置し、かつ前記第２アクチュエータの前記第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、
   ｜ｆｍ－ｆａ｜／ｆｍ≦０．０３の関係を満たす、
   マイクロミラーデバイス。
2. 入射光を反射する反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内にある第１軸上で前記ミラー部と接続され、かつ前記ミラー部を前記第１軸周りで揺動可能に支持する第１支持部と、
   前記第１支持部に接続され、前記第１軸を挟んで対向した一対の可動枠と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内であって前記第１軸に直交する第２軸上で前記可動枠に接続され、かつ前記ミラー部と前記第１支持部と前記可動枠とを前記第２軸周りで揺動可能に支持する第２支持部と、
   前記第２支持部に接続され、かつ前記第２軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第１アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータを囲んで配置され、かつ前記第１軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第２アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとを接続する第１接続部と、
   前記第２アクチュエータを囲んで配置された固定枠と、
   前記第２アクチュエータと前記固定枠とを接続する第２接続部と、
   を備え、
   前記第２アクチュエータが前記ミラー部に前記第１軸周りの回転トルクを作用させ、かつ前記第１アクチュエータが前記可動枠に前記第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、前記ミラー部を前記第１軸及び前記第２軸の周りにそれぞれ揺動させる、マイクロミラーデバイスであって、
   前記第１接続部は、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのいずれか一方の近傍で接続しており、
   前記第２接続部は、前記固定枠と前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのうち、前記第１接続部が配置された軸と直交する軸の近傍で接続しており、
   前記第１接続部を第１軸に沿って前記第２アクチュエータの前記ミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、
   前記ミラー部、前記第１支持部、前記可動枠、前記第２支持部、前記第１アクチュエータ、前記第１接続部、及び前記仮想延長部を第１構造部とし、前記第２アクチュエータ及び前記第２接続部を第２構造部とし、
   前記仮想延長部の前記固定枠側の端部を固定した場合における前記第１構造部の共振モードのうち、前記ミラー部が前記第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、
   前記第２接続部の前記固定枠側を固定した前記第２構造部の共振モードのうち、前記第１軸が振動の節の中に位置し、かつ前記第２アクチュエータの前記第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、
   ０≦（ｆｍ－ｆａ）／ｆｍ≦０．１４の関係を満たす、
   マイクロミラーデバイス。
3. 入射光を反射する反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内にある第１軸上で前記ミラー部と接続され、かつ前記ミラー部を前記第１軸周りで揺動可能に支持する第１支持部と、
   前記第１支持部に接続され、前記第１軸を挟んで対向した一対の可動枠と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内であって前記第１軸に直交する第２軸上で前記可動枠に接続され、かつ前記ミラー部と前記第１支持部と前記可動枠とを前記第２軸周りで揺動可能に支持する第２支持部と、
   前記第２支持部に接続され、かつ前記第２軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第１アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータを囲んで配置され、かつ前記第１軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第２アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとを接続する第１接続部と、
   前記第２アクチュエータを囲んで配置された固定枠と、
   前記第２アクチュエータと前記固定枠とを接続する第２接続部と、
   を備え、
   前記第２アクチュエータが前記ミラー部に前記第１軸周りの回転トルクを作用させ、かつ前記第１アクチュエータが前記可動枠に前記第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、前記ミラー部を前記第１軸及び前記第２軸の周りにそれぞれ揺動させる、マイクロミラーデバイスであって、
   前記第１接続部は、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続しており、
   前記第２接続部は、前記固定枠と前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのいずれか一方又は両方の近傍で接続し、かつ前記第１接続部と同じ軸上で接続する第２Ａ接続部を含み、
   前記第１接続部を第１軸に沿って前記第２アクチュエータの前記ミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、
   前記ミラー部、前記第１支持部、前記可動枠、前記第２支持部、前記第１アクチュエータ、前記第１接続部、前記仮想延長部、及び前記第２Ａ接続部を第１構造部とし、前記第２アクチュエータ及び前記第２接続部を第２構造部とし、
   前記第２接続部の前記固定枠側の端部を固定した場合における前記第１構造部の共振モードのうち、前記ミラー部が前記第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、
   前記第２接続部の前記固定枠側を固定した前記第２構造部の共振モードのうち、前記第１軸が振動の節の中に位置し、かつ前記第２アクチュエータの前記第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、
   ｜ｆｍ－ｆａ｜／ｆｍ＞０．０３の関係を満たす、
   マイクロミラーデバイス。
4. 入射光を反射する反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内にある第１軸上で前記ミラー部と接続され、かつ前記ミラー部を前記第１軸周りで揺動可能に支持する第１支持部と、
   前記第１支持部に接続され、前記第１軸を挟んで対向した一対の可動枠と、
   前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内であって前記第１軸に直交する第２軸上で前記可動枠に接続され、かつ前記ミラー部と前記第１支持部と前記可動枠とを前記第２軸周りで揺動可能に支持する第２支持部と、
   前記第２支持部に接続され、かつ前記第２軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第１アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータを囲んで配置され、かつ前記第１軸を挟んで対向し、圧電素子を有する一対の第２アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとを接続する第１接続部と、
   前記第２アクチュエータを囲んで配置された固定枠と、
   前記第２アクチュエータと前記固定枠とを接続する第２接続部と、
   を備え、
   前記第２アクチュエータが前記ミラー部に前記第１軸周りの回転トルクを作用させ、かつ前記第１アクチュエータが前記可動枠に前記第２軸周りの回転トルクを作用させることにより、前記ミラー部を前記第１軸及び前記第２軸の周りにそれぞれ揺動させる、マイクロミラーデバイスであって、
   前記第１接続部は、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのいずれか一方の近傍で接続しており、
   前記第２接続部は、前記固定枠と前記第２アクチュエータを、前記第１軸と前記第２軸とのうち、前記第１接続部が配置された軸と直交する軸の近傍で接続しており、
   前記第１接続部を第１軸に沿って前記第２アクチュエータの前記ミラー部とは反対側の端部まで仮想的に延長した仮想延長部を構成し、
   前記ミラー部、前記第１支持部、前記可動枠、前記第２支持部、前記第１アクチュエータ、前記第１接続部、及び前記仮想延長部を第１構造部とし、前記第２アクチュエータ及び前記第２接続部を第２構造部とし、
   前記仮想延長部の前記固定枠側の端部を固定した場合における前記第１構造部の共振モードのうち、前記ミラー部が前記第１軸周りに揺動する第１共振モードの共振周波数をｆｍとし、
   前記第２接続部の前記固定枠側を固定した前記第２構造部の共振モードのうち、前記第１軸が振動の節の中に位置し、かつ前記第２アクチュエータの前記第１軸に対する面外方向の変位分布が対称となる第２共振モードの共振周波数をｆａとした場合に、
   （ｆｍ－ｆａ）／ｆｍ＜０、又は（ｆｍ－ｆａ）／ｆｍ＞０．１４の関係を満たす、
   マイクロミラーデバイス。
5. 前記第１アクチュエータは前記ミラー部と厚みが等しく、かつ、前記第２アクチュエータは前記第１アクチュエータよりも厚みが薄い、
   請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラーデバイス。
6. 前記第１接続部は、前記第１支持部に沿って配置されている、
   請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイス。
7. 一対の前記第１アクチュエータは、それぞれ半環状である、
   請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイス。
8. 一対の前記第２アクチュエータは、それぞれ半環状である、
   請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイス。
9. 請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載のマイクロミラーデバイスと、
   前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを駆動するプロセッサと、
   を備える光走査装置であって、
   前記プロセッサは、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータに駆動信号を与えることにより、前記ミラー部を、前記第１軸及び前記第２軸の周りにそれぞれ共振させる、
   光走査装置。