CN116368421A - 驱动元件以及驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驱动元件以及驱动装置。驱动元件(1)具备：基部(13)；可动部(30)，在与转动轴(R0)平行的方向上与基部(13)分离；第1连接部(14)以及第2连接部(15)，将基部(13)和可动部(30)连接；一对第1臂部(11a、11b)，夹着转动轴(R0)，在与转动轴(R0)平行的第1方向上延伸；一对第2臂部(12a、12b)，夹着转动轴(R0)，在与第1方向相反的第2方向上延伸；连结部(16a、16b)，将一对第1臂部(11a、11b)及一对第2臂部(12a、12b)连结于第1连接部(14)及第2连接部(15)；压电驱动体(17a、17b、27a、27b)，配置于一对第1臂部(11a、11b)以及一对第2臂部(12a、12b)的至少一者。

Description

驱动元件以及驱动装置

技术领域

本发明涉及通过压电驱动体使可动部转动的驱动元件以及具备该驱动元件的驱动装置，例如，适合在通过配置于可动部的反射面使光进行扫描的情况下使用。

背景技术

近年来，开发了利用MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电***)技术使可动部转动的驱动元件。在这种驱动元件中，将反射面配置于可动部，由此能够使入射到反射面的光以给定的摆角进行扫描。这种驱动元件例如搭载于平视显示器、头戴式显示器等图像投影装置。除此之外，在利用激光检测物体的激光雷达等中，也能够使用这种驱动元件。

例如，在以下的专利文献1中，记载了通过所谓的音叉振子使可动部转动的方式的驱动元件。在此，在沿着转动轴延伸的一对臂部分别配置压电驱动体。通过对这些压电驱动体分别施加相位相差180°(相反相位的)交流电压，从而一对臂部彼此在相反方向上伸缩。由此，可动部关于转动轴转动，与之相伴，配置于可动部的反射面转动。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2019/087919号

发明内容

发明要解决的问题

在上述结构的驱动元件中，优选每单位电压的可动部的摆角更大。此外，在该结构中，在对驱动元件进行驱动时，由于通过臂部的挠曲而产生的应力，在压电驱动体有可能引起损伤。该问题在为了扩大摆角而使一对臂部更大幅度地挠曲的情况下变得更为明显。

鉴于这样的问题，本发明的目的在于，提供一种驱动元件以及驱动装置，其能够进一步扩大可动部的摆角，并且能够抑制由于在驱动时产生的应力而在压电驱动体产生损伤。

用于解决问题的技术方案

本发明的第1方式涉及的驱动元件具备：基部；可动部，在与转动轴平行的方向上与所述基部分离；连接部，将所述基部和所述可动部连接；一对第1臂部，夹着所述转动轴，在与所述转动轴平行的第1方向上延伸；一对第2臂部，夹着所述转动轴，在与所述第1方向相反的第2方向上延伸；连结部，将所述一对第1臂部以及所述一对第2臂部连结于所述连接部；和压电驱动体，配置于所述一对第1臂部以及所述一对第2臂部的至少一者。

根据本方式涉及的驱动元件，通过设置一对第2臂部，从而能够抑制在压电驱动体驱动时产生于第1臂部以及第2臂部的扭曲以及应力，进而，能够扩大压电驱动体驱动时的可动部的摆角。因而，能够在扩大可动部的摆角的同时，抑制由于在驱动时产生的应力而在压电驱动体产生损伤。

本发明的第2方式涉及的驱动元件具备：基部；可动部，在与转动轴平行的方向上与所述基部分离；连接部，将所述基部和所述可动部连接；一对臂部，夹着所述转动轴，在与所述转动轴平行的第1方向上延伸；一对平衡调整部，夹着所述转动轴，在与所述第1方向相反的第2方向上延伸；连结部，将所述一对臂部以及所述一对平衡调整部连结于所述连接部；和压电驱动体，配置于所述一对臂部以及所述一对平衡调整部的至少一者。

根据本方式涉及的驱动元件，能够发挥与上述第1方式同样的效果。

本发明的第3方式涉及的驱动装置具备第2方式涉及的驱动元件、和对所述压电驱动体供给驱动电压的驱动电路。

根据本方式涉及的驱动元件，能够发挥与上述第1方式同样的效果。

另外，在上述方式中，所谓“在第1方向上延伸”，除了包含第1臂部与第1方向平行的状态之外，广泛地包含第1臂部从第1方向倾斜给定角度的状态等第1臂部的延伸方向包含第1方向的分量的状态。同样地，所谓“在第2方向上延伸”，除了包含第2臂部与第2方向平行的状态之外，广泛地包含第2臂部从第2方向倾斜给定角度的状态等第2臂部的延伸方向包含第2方向的分量的状态。

发明效果

如以上，根据本发明，能够提供一种驱动元件以及驱动装置，其能够进一步扩大可动部的摆角，并且能够抑制由于在驱动时产生的应力而在压电驱动体产生损伤。

本发明的效果或意义根据以下所示的实施方式的说明而变得更明确。不过，以下所示的实施方式终究只是将本发明实施化时的一个例示，本发明完全不限制于以下的实施方式记载的内容。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的驱动元件的结构的立体图。

图2是示出实施方式涉及的驱动元件的结构的俯视图。

图3是示出实施方式涉及的施加于压电驱动体的驱动电压的波形的图。

图4的(a)、(b)是分别示出实施方式涉及的驱动信号供给于压电驱动体的情况下的可动部的驱动状态的图。

图5是示出实施方式涉及的用于在驱动时产生的应力的仿真的各部分的尺寸的图。

图6的(a)是示出实施方式涉及的应力分布仿真结果的图。图6的(b)是示出比较例涉及的应力分布的仿真结果的图。

图7的(a)是示出实施方式涉及的验证2的条件的设定方法的图。图7的(b)是示出实施方式涉及的验证2的摆角特性的验证结果的曲线图。

图8的(a)、(b)是分别示出变更例1涉及的压电驱动体的其他的配置方法的俯视图。

图9的(a)～图9的(c)是分别示出变更例2涉及的仅配置第1驱动单元的情况下的驱动元件的结构的俯视图。

图10的(a)、(b)是分别示出其他的变更例涉及的驱动元件的结构的俯视图。

图11是示出包含图10的(b)的驱动元件的驱动装置的结构的图。

不过，附图主要用于说明，并不限定本发明的范围。

具体实施方式

以下，参照图对本发明的实施方式进行说明。方便起见，在各图中附加了相互正交的X、Y、Z轴。Y轴方向是与驱动元件的转动轴平行的方向，Z轴方向是与配置于可动部的反射面垂直的方向。

图1是示出驱动元件1的结构的立体图，图2是示出驱动元件1的结构的俯视图。方便起见，在图1中，图示了基部的一部分13、23(以下记为“基部12、13”)。

如图1以及图2所示，驱动元件1具备第1驱动单元10、第2驱动单元20、可动部30和反射面40。第1驱动单元10以及第2驱动单元20根据从未图示的驱动电路供给的驱动信号，使可动部30关于转动轴R0转动。反射面40配置在可动部30的上表面，将所入射的光反射到与可动部30的摆角相应的方向。由此，入射到反射面40的光(例如，激光)伴随着可动部30的转动而进行扫描。在此，可动部30和反射面40也可以由同一构件形成。

第1驱动单元10具备一对第1臂部11a、11b、一对第2臂部12a、12b、基部13、第1连接部14、第2连接部15、连结部16a、16b和压电驱动体17a、17b。在俯视下，第1驱动单元10是在X轴方向上对称的形状。压电驱动体17a沿着第1臂部11a、第2臂部12a以及连结部16a的各上表面延伸。此外，压电驱动体17b沿着第1臂部11b、第2臂部12b以及连结部16b的各上表面延伸。

除了压电驱动体17a、17b之外的第1驱动单元10的各部分的厚度一定。不过，这些各部分的厚度也可以未必一定，例如，基部13的厚度也可以比其他部分的厚度大。除了压电驱动体17a、17b之外的第1驱动单元10的各部分例如由硅等一体形成。不过，构成各部分的材料并不限于硅，也可以为其他材料。构成各部分的材料优选为金属、晶体、玻璃、树脂等机械强度以及杨氏模量高的材料。作为这样的材料，除了硅之外，还能够使用钛、不锈钢、艾林瓦合金、黄铜合金等。

一对第1臂部11a、11b夹着转动轴R0而对称地配置，在与转动轴R0平行的第1方向(Y轴负方向)上延伸。第1臂部11a、11b的长度以及剖面面积彼此相同。第1臂部11a、11b的宽度以及厚度在整个长度上一样。用与X-Z平面平行的平面切断时的第1臂部11a、11b的剖面形状为矩形。第1臂部11a、11b在彼此相反的方向上与转动轴R0分离相同的距离。

一对第2臂部12a、12b夹着转动轴R0而对称地配置，在与第1方向(Y轴负方向)相反的第2方向(Y轴正方向)上延伸。第2臂部12a、12b的长度以及剖面面积彼此相同。第2臂部12a、12b的宽度以及厚度在整个长度上一样。用与X-Z平面平行的平面切断时的第2臂部12a、12b的剖面形状为矩形。第2臂部12a、12b在彼此相反的方向上与转动轴R0分离相同的距离。

X轴正侧的第1臂部11a以及第2臂部12a呈同一直线状排列，并且，具有彼此相同的剖面形状以及剖面面积。X轴负侧的第1臂部11b以及第2臂部12b呈同一直线状排列，并且，具有彼此相同的剖面形状以及剖面面积。如后所述，第2臂部12a、12b的长度被调整为，能够缓和在可动部30驱动时产生于第1臂部11a、11b的应力以及扭曲且能够进一步扩大可动部30的摆角的长度。

基部13用于将第1驱动单元10连接于外部的构造构件。即，第1驱动单元10经由基部13被外部的构造构件支承。基部13和可动部30空开给定的距离地在Y轴方向上呈直线状排列。基部13和可动部30通过第1连接部14以及第2连接部15相互连接。

第2连接部15沿着转动轴R0而与Y轴方向平行地延伸。用与X-Z平面平行的平面切断时的第2连接部15的剖面形状为矩形。第1连接部14从第2连接部15的Y轴负侧的端部向Y轴负方向延伸。第1连接部14的Y轴负侧的端部与可动部30的侧面连接。用与X-Z平面平行的平面切断时的第1连接部14的剖面形状为矩形。第1连接部14的X轴方向的宽度比第2连接部15的X轴方向的宽度小几级。第1连接部14具有在Y轴方向上长的板状的形状。

第2连接部15也可以未必一定沿着转动轴R0呈直线状延伸，例如，也可以边在X轴方向上蜿蜒边在Y轴方向上延伸。同样地，第1连接部14也可以未必一定沿着转动轴R0呈直线状延伸，例如，也可以边在X轴方向上蜿蜒边在Y轴方向上延伸。

压电驱动体17a、17b具有在给定厚度的压电体的上下分别配置了电极的层叠构造。压电体例如包含锆钛酸铅(PZT)等具有高的压电常数的压电材料。电极包含铂(Pt)等电阻低且耐热性高的材料。压电驱动体17a、17b通过溅射法等将包含压电体以及上下的电极的层构造形成在第1臂部11a、11b、第2臂部12a、12b以及连结部16a、16b的上表面，由此配置在这些各部分的上表面。

第2驱动单元20具备一对第1臂部21a、21b、一对第2臂部22a、22b、基部23、第1连接部24、第2连接部25、连结部26a、26b和压电驱动体27a、27b。在俯视下，第2驱动单元20是在X轴方向上对称的形状。压电驱动体27a沿着第1臂部21a、第2臂部22a以及连结部26a的各上表面延伸。此外，压电驱动体27b沿着第1臂部21b、第2臂部22b以及连结部26b的各上表面延伸。

第2驱动单元20的各部分的结构与第1驱动单元10的对应的部分的结构相同。第2驱动单元20与第1驱动单元10相反朝向地配置，使得从第2连接部25起第1连接部24在Y轴正方向上延伸。第1连接部24沿着转动轴R0延伸。即，第1连接部14、24在同一直线上排列。第1连接部24的Y轴正侧的端部与可动部30的侧面连接。

可动部30在俯视下为圆形的形状。相对于可动部30的中心轴对称的可动部30的侧面位置分别与第1驱动单元10的第1连接部14和第2驱动单元20的第1连接部24连接。可动部30的厚度与第1连接部14、24相同。不过，可动部30的厚度也可以未必一定与第1连接部14、24相同，例如，可动部30的厚度也可以比第1连接部14、24大。可动部30与第1连接部14、24一体形成。

反射面40通过在可动部30的上表面形成包含高反射率的材料的反射膜而构成。构成反射膜的材料例如能够从金、银、铜、铝等金属、金属化合物或者二氧化硅、二氧化钛等中选择。反射膜也可以为电介质多层膜。除此之外，反射面40也可以通过对可动部30的上表面进行研磨而构成。反射面40也可以未必一定为平面，也可以为凹状或者凸状的曲面。

在俯视下，驱动元件1在X轴方向上对称并且在Y轴方向上对称。除了压电驱动体17a、17b、27a、27b以及反射面40之外的驱动元件1的各部分例如通过蚀刻处理将给定厚度的硅基板切除为图2的形状而构成。压电驱动体17a、17b、27a、27b以及反射面40通过溅射法等成膜技术，形成在对应的区域。这样一来，构成图1以及图2所示的驱动元件1。

图3是示出施加于压电驱动体17a、17b、27a、27b的驱动电压的波形的图。

驱动信号S1、S2是在+Va和-Va的范围内进行振荡的给定频率的交流信号。驱动信号S1、S2的周期T彼此相同。驱动信号S1、S2的相位偏差T/2。即，驱动信号S1、S2彼此是相反相位的交流电压。

在图1以及图2的结构中，驱动信号S1供给于X轴正侧的压电驱动体17a、27a，驱动信号S2供给于X轴负侧的压电驱动体17b、27b。由此，可动部30以及反射面40绕着转动轴R0以给定的摆角转动。

图4的(a)、(b)是示出图3所示的驱动信号S1、S2分别供给于对应的压电驱动体的情况下的可动部30的驱动状态的图。

若图3所示的驱动信号S1、S2分别供给于对应的压电驱动体，则X轴正侧的第1臂部11a、21a以及第2臂部12a、22a和X轴负侧的第1臂部11b、21b以及第2臂部12b、22b在Z轴方向上，彼此在相反方向上反复变形。由此，X轴正侧的连结部16a、26a和X轴负侧的连结部16b、26b彼此以相反相位振动，绕着转动轴R0产生相同的旋转方向的转矩。该转矩传递到第1连接部14、24，由此可动部30绕着转动轴R0振动。这样一来，反射面40以给定的摆角转动。

例如，在图4的(a)的定时，X轴正侧的第1臂部11a、21a以及第2臂部12a、22a向上侧变形，X轴负侧的第1臂部11b、21b以及第2臂部12b、22b向下侧变形。由此，绕着转动轴R0产生转矩Ta，在Y轴负方向上观察，可动部30在顺时针方向上转动。

此外，在图4的(b)的定时，X轴正侧的第1臂部11a、21a以及第2臂部12a、22a向下侧变形，X轴负侧的第1臂部11b、21b以及第2臂部12b、22b向上侧变形。由此，绕着转动轴R0产生转矩Tb，在Y轴负方向上观察，可动部30在逆时针方向上转动。

这样，驱动元件1以给定的谐振频率谐振，可动部30以给定的摆角在顺时针方向以及逆时针方向上反复转动。与之相伴，配置于可动部30的反射面40以给定的摆角在顺时针方向以及逆时针方向上反复转动。由此，入射到反射面40的光(激光等)以给定的摆角进行扫描。

另外，在图4中，示出了第1驱动单元10以及第2驱动单元20和可动部30以反相驱动的状态，但也能够控制为使得第1驱动单元10以及第2驱动单元20和可动部30以同相驱动。

不过，如上所述，在驱动元件1作为光偏转元件使用的情况下，可动部30的摆角优选尽量大。由此，能够使光在更宽的范围内进行扫描。此外，如上所述，在使臂部挠曲而使可动部30振动的情况下，由于在驱动时产生于第1臂部11a、11b、21a、21b的应力(扭曲)，在压电驱动体17a、17b、27a、27b有可能引起损伤。该问题在为了扩大摆角而使一对第1臂部11a、11b、21a、21b更大幅度地挠曲的情况下变得更明显。

与之相对，在本实施方式中，如上所述，除了一对第1臂部11a、11b、21a、21b之外，还配置一对第2臂部12a、12b、22a、22，通过基于这一对第2臂部12a、12b、22a、22的作用，可同时消除上述两个问题。即，在本实施方式中，与不配置一对第2臂部12a、12b、22a、22b的以往的结构相比，能够扩大可动部30的摆角，并且，能够抑制产生于第1臂部11a、11b、21a、21b的应力(扭曲)。由此，能够在抑制应力(扭曲)所引起的压电驱动体17a、17b、27a、27b的损伤的同时，进一步扩大可动部30的摆角。

<验证1>

发明人们关于上述的结构的驱动元件1，通过仿真验证了在驱动时产生于各部分的应力。此外，作为比较例，关于从上述结构省略了第2臂部12a、12b、22a、22b的结构，通过仿真验证了在驱动时产生于各部分的应力。

图5是示出用于仿真的各部分的尺寸的图。

与上述结构同样地，驱动元件1在俯视下是在Y轴方向上对称且在X轴方向上对称的形状。在验证中，将除了压电驱动体17a、17b、27a、27b以及反射面40之外的驱动元件1的厚度均匀地设定为50μm。在图5的条件下，通过仿真求出了以相反相位对压电驱动体17a、27a和压电驱动体17b、27b施加给定频率且给定振幅的交流电压的情况下的各部分的应力。

图6的(a)是示出实施方式涉及的应力分布仿真结果的图，图6的(b)是示出比较例涉及的应力分布的仿真结果的图。

图6的(a)、(b)的仿真结果是将彩色图像灰度化的结果。在实际的彩色图像中，深蓝色设定为应力最低的颜色，红色设定为应力最高的颜色。此外，在图6的(a)、(b)中，阶段性地显示了应力的大小。B0～B4示出了蓝色的范围，G示出了绿色的范围，Y示出了黄色的范围。O1、O2示出了橙色的范围，R示出了红色的范围。应力按照红色(最高)、橙色、黄色、绿色、蓝色(最低)的顺序从高到低。此外，在蓝色的范围中，应力按照B4(最高)、B3、B2、B1、B0(最低)的顺序从高到低，在橙色的范围中，应力按照O2(高)、O1(低)的顺序从高到低。

如图6的(b)所示，在比较例中，在从第1臂部11a、11b向连结部16a、16b折弯的部分中，应力变高。此外，在该折弯部分中，应力分布变得不均匀，可知在该折弯部分产生强的扭曲。进而，在比较例中，在连结部16a、16b的大致整个范围内，应力变高。鉴于这些，推定为在比较例中，特别是，在折弯部分中，高的应力和扭曲作用于压电驱动体，在压电驱动体容易产生破损。此外，在连结部16a、16b中也推定为，高的应力和扭曲作用于压电驱动体，在压电驱动体容易产生破损。

与之相对，在实施方式中，如图6的(a)所示，从第1臂部11a、11b以及第2臂部12a、12b向连结部16a、16b折弯的部分的应力明显小。此外，该折弯部分的应力分布不会变得不均匀，可知在该折弯部分大致没有产生扭曲。进而，在实施方式中，在连结部16a、16b的大致整个范围内，应力变低。鉴于这些，在实施方式中，推测为在折弯部分中，在压电驱动体不会产生破损，此外，在连结部16a、16b中，也不易产生破损。推测这是因为，通过设置第2臂部12a、12b，从而在驱动单元驱动时，成为在连结部16a、16b不产生扭曲的驱动(所谓的纯弯曲模式下的驱动)。

根据以上的验证确认到如下内容，即，在实施方式的结构中，通过配置一对第2臂部12a、12b，从而能够明显地抑制在驱动时产生于各部分的应力。此外，确认到如下内容，即，在图5所示的尺寸条件下，通过将第2臂部12a、12b的长度设定为恰当值(在此为2000μm)，从而能够防止在折弯部分产生扭曲。由此，确认到如下内容，即，在实施方式的结构中，可防止由于驱动时的应力以及扭曲而在压电驱动体产生破损。

在驱动时，为了抑制在第1臂部11a、11b以及第2臂部12a、12b和连结部16a、16b的连接部分(上述折弯部分)、连结部16a、16b集中以及产生扭曲所引起的应力，只要以该连接部分为中心产生的第1臂部11a、11b以及第2臂部12a、12b的相反朝向的转矩(与Y-Z平面平行的转矩)相互为均衡状态即可。此外，通过这样调整两个转矩，从而连接部分在驱动时大致上下地大幅运动，因此能够使可动部30以及反射镜40以大的摆角转动。

<验证2>

接着，发明人们通过实验验证了使图7的(a)所示的第2臂部12a、12b、22a、22b的长度L2变化的情况下的可动部30的摆角特性。在验证中，长度L2以外的尺寸与图5同样地设定。此外，关于与上述验证1同样的比较例，通过实验验证了摆角特性。

图7的(b)是示出摆角特性的验证结果的曲线图。

在此，第2臂部12a、12b、22a、22b的长度L2设定为1900μm、2000μm、2100μm、2200μm这4个种类。图7的(b)中的虚线示出了比较例涉及的摆角的验证结果。图7的(b)的纵轴是每单位电压的摆角，以比较例的摆角进行了标准化。

如图7的(b)所示，通过将第2臂部12a、12b、22a、22b的长度L2设定为1900～2100μm，从而与比较例相比，提高了摆角特性。特别是，在将第2臂部12a、12b、22a、22b的长度L2设定为2000μm的情况下，与比较例相比，获得了1.13倍程度的明显高的摆角特性。

根据以上的验证确认到如下内容，即，在实施方式的结构中，通过配置第2臂部12a、12b、22a、22b并将其长度最佳化，从而能够明显地提高可动部30的摆角特性。因而，在实施方式的结构中，通过在可动部30配置反射面40，从而能够明显地拓宽光的扫描范围。

另外，若参照图7的(b)，则可推测与比较例相比能够提高摆角特性的第2臂部12a、12b、22a、22b的长度L2限于一定的范围。因而，可以说，第2臂部12a、12b、22a、22b的长度L2需要至少设定在该范围内。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，能够发挥以下的效果。

如上述验证1、2所示，通过设置一对第2臂部12a、12b、22a、22b，从而能够抑制在压电驱动体17a、17b、27a、27b驱动时产生于第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的扭曲以及应力，进而，能够扩大压电驱动体17a、17b、27a、27b驱动时的可动部30的摆角。因而，能够在扩大可动部30的摆角的同时，抑制由于在驱动时产生的应力而在压电驱动体17a、17b、27a、27b产生损伤。

如图1所示，压电驱动体17a、17b、27a、27b配置于一对第1臂部11a、11b、21a、21b和一对第2臂部12a、12b、22a、22b的两者。由此，能够产生更大的转矩，能够更有效地扩大可动部30的摆角。

如图1所示，压电驱动体17a、17b、27a、27b进一步地还配置于连结部16a、16b、26a、26b。由此，能够产生更加大的转矩，能够更加有效地扩大可动部30的摆角。

如上述验证1所示，优选设定第2臂部12a、12b、22a、22b的长度而使得在第1臂部11a、11b、21a、21b中实质上不产生扭曲。由此，能够更可靠地防止压电驱动体17a、17b、27a、27b由于在驱动时产生的应力而破损。

如上述验证2所示，优选设定第2臂部12a、12b、22a、22b的长度而使得以目标频率使可动部30绕着转动轴R0振动时的可动部30的摆角成为最大。由此，能够以更大的摆角使可动部30振动，能够使驱动元件1最高效地动作。

如图1所示，第1驱动单元10以及第2驱动单元20这两个驱动单元，夹着可动部30彼此相反朝向地配置，各驱动单元的第1连接部14、24与可动部30连接。这样，通过由各驱动单元支承并驱动可动部30，从而能够以更大的转矩稳定地驱动可动部30。

如图1所示，在可动部30配置有反射面40。由此，通过使入射到反射面40的光(例如，激光)以更大的摆角进行扫描，能够拓宽光的扫描范围。

如图1所示，第2连接部15、25的宽度比第1连接部14、25设定得大。通过这样较之于第1连接部14、25而将第2连接部15、25的扭曲刚性设计得更高，从而第1驱动单元10以及第2驱动单元20的泄漏振动变得不易传递到基部13、23，其结果是，能够增大Q值。

<变更例1>

在上述实施方式中，在第1臂部11a、11b、21a、21b、第2臂部12a、12b、22a、22b以及连结部16a、16b、26a、26b配置了压电驱动体17a、17b、27a、27b，但压电驱动体17a、17b、27a、27b的配置方法并不限于此。

图8的(a)、(b)是示出压电驱动体17a、17b、27a、27b的其他的配置方法的俯视图。

在图8的(a)、(b)的配置方法中，在第2臂部12a、12b、22a、22b不配置压电驱动体17a、17b、27a、27b。在图8的(a)中，在第1臂部11a、11b、21a、21b以及连结部16a、16b、26a、26b配置压电驱动体17a、17b、27a、27b，在图8的(b)中，仅在第1臂部11a、11b、21a、21b配置压电驱动体17a、17b、27a、27b。

根据这些配置方法，第2臂部12a、12b、22a、22b也相对于第1臂部11a、11b、21a、21b作为平衡器发挥功能。因而，在驱动时，可抑制在从第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b向连结部16a、16b、26a、26b折弯的部分产生不均匀且大的应力。因而，能够防止压电驱动体17a、17b、27a、27b由于在驱动时产生的应力以及扭曲而破损。

此外，在图8的(a)、(b)的结构中，若由压电驱动体17a、17b、27a、27b驱动第1臂部11a、11b、21a、21b，则由于其反作用，在第2臂部12a、12b、22a、22b产生上下方向的挠曲。由此，不仅仅是第1臂部11a、11b、21a、21b，通过第2臂部12a、12b、22a、22b也会产生转矩，由于这些转矩，可动部30更大幅度地转动。因而，在图8的(a)、(b)的结构中，与上述比较例相比，也能够扩大可动部30的摆角。

发明人们在将驱动元件1的各部分的尺寸设定为图5所示的尺寸的基础上，如图8的(a)那样配置压电驱动体17a、17b、27a、27b，通过实验验证了可动部30的摆角特性。在该验证中，将第2臂部12a、12b、22a、22b的长度设定为2000μm。作为验证结果，获得了上述比较例的1.07倍程度的可动部30的摆角。该摆角虽然从上述验证2中的实施方式的结构的摆角(比较例的1.12倍)下降5％程度，但却从上述比较例涉及的摆角大幅地增加了。

根据该验证结果确认到如下内容，即，在如上述图8的(a)、(b)那样配置压电驱动体17a、17b、27a、27b的情况下，由于第2臂部12a、12b、22a、22b的作用，也能够明显地提高可动部30的摆角。

另外，在图8的(a)、(b)的结构例中，也与上述实施方式同样地，优选将第2臂部12a、12b、22a、22b的长度最佳化。即，优选将第2臂部12a、12b、22a、22b的长度最佳化，使得压电驱动体17a、17b、27a、27b不会由于在驱动时产生的应力以及扭曲而破损，并且目标频率下的可动部30的摆角成为最大。由此，在可动部30配置反射面40的情况下，能够明显地拓宽光(例如，激光)的扫描范围。

此外，在上述图8的(a)、(b)的结构例中，具有如下那样的优点，即，压电驱动体17a、17b、27a、27b的面积与图1的结构例相比较变小，从而驱动时的消耗电力变小。

<变更例2>

在上述实施方式以及变更例1中，在驱动元件1配置了第1驱动单元10以及第2驱动单元20，但也可以仅第1驱动单元10以及第2驱动单元20的任一者配置于驱动元件1。

图9的(a)～图9的(c)是示出仅配置第1驱动单元10的情况下的驱动元件1的结构的俯视图。

图9的(a)～图9的(c)所示的各部分的结构与上述实施方式中的第1驱动单元10的各部分的结构相同。可动部30仅在Y轴正侧的端部连接于第1连接部14。

在该情况下，也与上述实施方式以及变更例1同样地，如图9的(a)那样，压电驱动体17a、17b能够配置于第1臂部11a、12a、第2臂部12a、12b以及连结部16a、16b。或者，如图9的(b)那样，也可以在第1臂部11a、12a以及连结部16a、16b配置压电驱动体17a、17b，如图9的(c)那样，也可以仅在第1臂部11a、12a配置压电驱动体17a、17b。

根据这些结构，也与上述实施方式以及变更例1同样地，与从这些结构中省略了第2臂部12a、12b的结构相比，能够抑制在第1臂部11a、12a产生扭曲，并且，能够扩大可动部30的摆角。因而，能够防止压电驱动体17a、17b由于第1臂部11a、12a中的扭曲以及应力而破损，并且，能够提高可动部30的摆角特性。

此外，图9的(a)、(b)、的(c)的结构具有如下那样的优点，即，能够减小驱动元件1整体的尺寸，其结果是，能够将驱动元件1小型化以及低成本化。

另外，在这些结构中，也与上述实施方式同样地，优选将第2臂部12a、12b的长度最佳化。即，优选将第2臂部12a、12b的长度最佳化，使得压电驱动体17a、17b不会由于在驱动时产生的应力以及扭曲而破损，并且目标频率下的可动部30的摆角成为最大。由此，在可动部30配置反射面40的情况下，能够明显拓宽光(例如，激光)的扫描范围。

<其他的变更例>

在上述实施方式以及变更例1、2中，可动部30的形状为圆形，但可动部30的形状也可以为正方形等其他形状。此外，在上述实施方式以及变更例1、2中，第1连接部14、24呈直线状延伸并与第2连接部15、25连接，但第1连接部14、24的Y轴正侧的端部也可以分为两个叉，并与第2连接部15、25连接。此外，第1连接部14、24也可以不是板状，例如，也可以为矩形的棒状。

此外，在上述实施方式以及变更例1、2中，第1臂部11a、11b、21a、21b和第2臂部12a、12b、22a、22b在Y轴方向上呈直线状排列配置，但第2臂部12a、12b、22a、22b也可以配置在相对于第1臂部11a、n1b、21a、21b而在X轴方向上稍错开的位置。

此外，在上述实施方式以及变更例1、2中，第1臂部11a、11b、21a、21b与转动轴R0平行，但第1臂部11a、11b、21a、21b也可以相对于转动轴R0倾斜。例如，也可以是第1臂部11a、11b、21a、21b相对于转动轴R0而在X轴方向上倾斜，使得随着靠近可动部30而第1臂部11a、11b间的距离拓宽、第1臂部21a、21b间的距离拓宽。同样地，第2臂部12a、12b、22a、22b也可以相对于转动轴R0而在X轴方向以及Y轴方向的至少一者上倾斜。第1臂部的延伸方向只要包含与转动轴R0平行的第1方向的分量即可，第2臂部的延伸方向只要包含与第1方向相反的第2方向的分量即可。

此外，第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的形状也并不限于上述实施方式以及变更例1、2所示的形状。例如，也可以是，在俯视下，第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b为梯形的形状，使得第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的宽度随着朝向前端而变窄。在该形状的情况下，伴随着第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的轻量化，可动部30的摆角变大，但另一方面，驱动元件1的谐振频率却稍下降。

或者，第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的宽度也可以呈台阶状拓宽，例如，如图10的(a)所示，第2臂部12a、12b、22a、22b的端部也可以呈矩形状拓宽。此外，第2臂部12a、12b、22a、22b的宽度也可以比第1臂部11a、11b、21a、21b的宽度还宽，第1臂部11a、11b、21a、21b和第2臂部12a、12b、22a、22b的厚度也可以彼此不同。

第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的形状只要设定为能够将可动部30的摆角和谐振频率调整为给定的值的形状即可。如上所述，在驱动时产生以第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b和连结部16a、16b的连接部分为中心的转矩，第2臂部12a、12b、22a、22b只要作为用于使该转矩和由第1臂部11a、11b、21a、21b产生的转矩接近于均衡状态的平衡调整部发挥作用即可。由此，如上所述，能够抑制在该连接部分以及连结部16a、16b产生的扭曲，并且，能够增大可动部30以及反射镜40的摆角。

此外，在上述实施方式以及变更例1中，在俯视下，驱动元件1是在X轴方向以及Y轴方向上对称的形状，但也可以是，在俯视下，驱动元件1为在X轴方向或者Y轴方向上稍微非对称的形状。同样地，变更例2涉及的驱动元件1也可以是在X轴方向上稍微非对称的形状。

此外，压电驱动体17a、17b、27a、27b的配置方法并不限定于上述实施方式以及变更例1、2所示的配置方法，例如，也可以是，压电驱动体17a、17b、27a、27b未配置于连结部26a、26b，而被配置为从第1臂部11a、11b、21a、21b向第2臂部12a、12b、22a、22b呈直线状延伸。此外，也可以是，仅在第2臂部12a、12b、22a、22b配置压电驱动体17a、17b、27a、27b。

或者，如图10的(b)所示，也可以在第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b(平衡调整部)分别单独地配置压电驱动体17a、17b、18a、18b、27a、27b、28a、28b。在该情况下，也可以通过控制各压电驱动体的驱动动作，从而使由第1臂部11a、11b、21a、21b产生的转矩和由第2臂部12a、12b、22a、22b产生的转矩均衡。

在该情况下，驱动装置100如图11那样构成。驱动装置100具备图10的(b)所示的驱动元件1、控制电路101和4个驱动电路104。方便起见，在图11中，仪示出了驱动元件1的结构之中的压电驱动体17a、17b、18a、18b、27a、27b、28a、28b的结构。

控制电路101具备微型计算机，按照预先保持的程序对驱动电路102～105进行控制。驱动电路102根据来自控制电路101的控制而对压电驱动体17a、17b供给驱动信号，驱动电路103根据来自控制电路101的控制而对压电驱动体18a、18b供给驱动信号，驱动电路104根据来自控制电路101的控制而对压电驱动体27a、27b供给驱动信号，驱动电路105根据来自控制电路101的控制而对压电驱动体28a、28b供给驱动信号。

在驱动时，驱动电路102～105如参照图4的(a)、(b)说明的那样，对压电驱动体17a、17b、18a、18b、27a、27b、28a、28b进行驱动，使得X轴正侧的第1臂部11a、21a以及第2臂部12a、22a和X轴负侧的第1臂部11b、21b以及第2臂部12b、22b在相反方向上驱动。此时，驱动电路102～105还驱动各个压电驱动体，使得抑制第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b(平衡调整部)与连结部16a、16b、26a、26b的连接部分处的扭曲，使可动部20关于转动轴R0转动。即，驱动电路102～105驱动各个压电驱动体，使得以这些连接部分为中心的第1臂部11a、11b、21a、21b以及第2臂部12a、12b、22a、22b的相反朝向的转矩彼此接近于均衡状态。由此，如上所述，能够抑制在该连接部分以及连结部16a、16b产生的扭曲，并且，能够增大可动部30以及反射镜40的摆角。

另外，在该结构中，通过对各压电驱动体的驱动控制，彼此相反朝向的上述两个转矩接近于均衡状态，因此第2臂部12a、12b、22a、22b(平衡调整部)的长度也可以未必一定设定在图7的(a)所示的优选范围。

另外，在驱动装置100包含上述实施方式以及变更例1、2所示的驱动元件1的情况下，根据配置于这些驱动元件1的压电驱动体的数量来变更图11的驱动电路102～105的数量。例如，在驱动装置100中包含的驱动元件1为图1的结构的情况下，从图11的结构中省略驱动电路103、105。在该情况下，驱动电路102、104也对压电驱动体17a、17b、27a、27b进行驱动而使得抑制上述连接部分处的扭曲，使可动部20关于转动轴R0转动。在该结构中，也与上述同样地，第2臂部12a、12b、22a、22b(平衡调整部)的长度也可以未必一定设定在图7的(a)所示的优选范围。

此外，驱动元件1的各部分的尺寸也并不限制于图5所示的尺寸，能够适当地变更。在变更了各部分的尺寸的情况下，只要与之相应地使得第2臂部12a、12b、22a、22b的尺寸最佳即可。

此外，在驱动元件1作为光偏转元件以外的元件使用的情况下，在可动部30也可以不配置反射面40，可以配置反射面40以外的其他构件。

除此之外，本发明的实施方式能够在专利请求的范围示出的技术思想的范围内适当地进行种种变更。

符号说明

1 驱动元件；

10 第1驱动单元；

20 第2驱动单元；

30 可动部；

40 反射面

11a、11b、21a、21b 第1臂部；

12a、12b、22a、22b 第2臂部；

13、23 基部；

14、24 第1连接部；

15、25 第2连接部；

16a、16b、26a、26b 连结部；

17a、17b、27a、27b 压电驱动体；

100 驱动装置。

Claims (13)

1.一种驱动元件，具备：

基部；

可动部，在与转动轴平行的方向上与所述基部分离；

连接部，将所述基部和所述可动部连接；

一对第1臂部，夹着所述转动轴，在与所述转动轴平行的第1方向上延伸；

一对第2臂部，夹着所述转动轴，在与所述第1方向相反的第2方向上延伸；

连结部，将所述一对第1臂部以及所述一对第2臂部连结于所述连接部；和

压电驱动体，配置于所述一对第1臂部以及所述一对第2臂部的至少一者。

2.根据权利要求1所述的驱动元件，其中，

所述压电驱动体配置于所述一对第1臂部和所述一对第2臂部的两者。

3.根据权利要求1所述的驱动元件，其中，

所述压电驱动体配置于所述一对第1臂部，未配置于所述一对第2臂部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动元件，其中，

所述压电驱动体还配置于所述连结部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动元件，其中，

设定所述第2臂部的长度，使得至少在所述第1臂部中实质上不产生扭曲。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动元件，其中，

设定所述第2臂部的长度，使得以目标频率使所述可动部绕着所述转动轴振动时的所述可动部的摆角成为最大。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动元件，其中，

分别具备所述基部、所述连接部、所述一对第1臂部、所述一对第2臂部、所述连结部以及所述压电驱动体的两个驱动单元，夹着所述可动部彼此相反朝向地配置，

各所述驱动单元的所述连接部与所述可动部连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动元件，其中，

在所述可动部配置有反射面。

9.一种驱动元件，具备：

基部；

可动部，在与转动轴平行的方向上与所述基部分离；

连接部，将所述基部和所述可动部连接；

一对臂部，夹着所述转动轴，在与所述转动轴平行的第1方向上延伸；

一对平衡调整部，夹着所述转动轴，在与所述第1方向相反的第2方向上延伸；

连结部，将所述一对臂部以及所述一对平衡调整部连结于所述连接部；和

压电驱动体，配置于所述一对臂部以及所述一对平衡调整部的至少一者。

10.根据权利要求9所述的驱动元件，其中，

分别具备所述基部、所述连接部、所述一对臂部、所述一对平衡调整部、所述连结部以及所述压电驱动体的两个驱动单元，夹着所述可动部彼此相反朝向地配置，

各所述驱动单元的所述连接部与所述可动部连接。

11.根据权利要求9或10所述的驱动元件，其中，

在所述可动部配置有反射面。

12.一种驱动装置，具备：

权利要求9至11中任一项所述的驱动元件；和

驱动电路，对所述压电驱动体供给驱动电压。

13.根据权利要求12所述的驱动装置，其中，

在所述一对臂部以及所述一对平衡调整部分别单独地配置所述压电驱动体，

所述驱动电路驱动各个所述压电驱动体而使得抑制所述臂部以及所述平衡调整部与所述连结部的连接部分处的扭曲，使所述可动部关于所述转动轴转动。

Images