CN117716272A - 驱动元件 - Google Patents

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Abstract

驱动元件(1)具备固定部(10)、振动板(20)和驱动部(31)。振动板(20)与固定部(10)连接。振动板(20)具有相对于转动轴(R10)转动的可动部(24)。驱动部(31)配置在振动板(20)。驱动部(31)驱动振动板(20)。振动板(20)包括具有正的线膨胀系数的第1材料和具有负的线膨胀系数的第2材料。

Description

驱动元件
技术领域
本发明涉及使可动部相对于转动轴转动的驱动元件。
背景技术
已知有使可动部相对于转动轴转动的驱动元件。在这种驱动元件中，例如在可动部配置反射镜。由此，能够使入射到反射镜的光束随着反射镜的转动进行扫描。即，在该结构中，由驱动元件和反射镜构成光偏转器。
在以下的专利文献1中，记载了具备由硅基板构成的多个振动板和配置在振动板上的压电换能器的蜿蜒形振子。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2009/130902号
发明内容
发明要解决的课题
在上述那样的驱动元件中，若驱动元件周围的环境温度变化，则振动板伸缩，振动板的谐振频率变化。由此，驱动元件整体的谐振频率变化，难以使可动部以适当的摆动角转动。
鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供能够抑制由温度变化引起的谐振频率的变动的驱动元件。
用于解决课题的手段
本发明的主要方式涉及的驱动元件具备：固定部；振动板，与所述固定部连接，具有相对于转动轴转动的可动部；和驱动部，配置在所述振动板，对所述振动板进行驱动。所述振动板包含具有正的线膨胀系数的第1材料和具有负的线膨胀系数的第2材料。
根据本方式涉及的驱动元件，第1材料以及第2材料的线膨胀系数的符号相互相反，因而在驱动元件周围的环境温度变化了的情况下，由第1材料引起的振动板的谐振频率的变化和由第2材料引起的振动板的谐振频率的变化相互反向地作用于振动板。因此，通过该相反的作用，振动板整体的谐振频率的变动被抑制。由此，能够抑制由温度变化引起的驱动元件的谐振频率的变动。
发明效果
如以上那样，根据本发明，能够提供能抑制由温度变化引起的谐振频率的变动的驱动元件。
本发明的效果或意义将通过以下示出的实施方式的说明而变得更加清楚。不过，以下示出的实施方式终究只是将本发明实施化时的一个例示，本发明不受以下的实施方式中记载的内容的任何限制。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式1涉及的驱动元件的结构的俯视图。
图2的(a)是示意性地示出实施方式1涉及的由振动板和驱动部或布线部构成的层叠构造的截面的图。图2的(b)是示意性地示出实施方式1涉及的由固定部和布线部构成的层叠构造的截面的图。
图3的(a)～(d)分别是用于对实施方式1涉及的驱动元件的形成步骤进行说明的图。
图4的(a)～(d)分别是用于对实施方式1涉及的驱动元件的形成步骤进行说明的图。
图5的(a)是示意性地示出由简支梁构成的构造体的结构的立体图。图5的(b)是示出仅由硅构成振动板的情况下的驱动电压的频率与反射镜的摆动角的关系的曲线图。
图6的(a)是示意性地示出实施方式1涉及的仿真中使用的由悬臂梁构成的振动板的结构的立体图。图6的(b)是示出实施方式1涉及的仿真结果的曲线图。
图7的(a)是示意性地示出实施方式1涉及的仿真中使用的由悬臂梁构成的振动板的结构的截面图。图7的(b)是示出实施方式1涉及的仿真结果的曲线图。
图8的(a)是示出实施方式1涉及的振动板的谐振频率的温度系数、振动板的温度范围以及振动板的谐振频率的变化幅度的关系的图。图8的(b)是示出实施方式1涉及的驱动电压的频率与反射镜的摆动角的关系的曲线图。
图9的(a)、(b)分别是示意性地示出比较例以及实施方式1涉及的振动板以及固定部的截面的图。
图10的(a)是示意性地示出实施方式2涉及的由振动板和驱动部或布线部构成的层叠构造的截面的图。图10的(b)是示意性地示出实施方式2涉及的由固定部和布线部构成的层叠构造的截面的图。
图11的(a)～(d)分别是用于对实施方式2涉及的驱动元件的形成步骤进行说明的图。
图12的(a)～(c)分别是用于对实施方式2涉及的驱动元件的形成步骤进行说明的图。
图13是示意性地示出实施方式1的变更例2涉及的驱动元件的结构的俯视图。
图14是示意性地示出实施方式2涉及的驱动元件的结构的俯视图。
图15是示意性地示出实施方式2的变更例涉及的驱动元件的结构的俯视图。
不过，附图主要用于说明，不对本发明的范围进行限定。
具体实施方式
以下，参照图对本发明的实施方式进行说明。为了方便起见，在各图中标注了相互正交的X、Y、Z轴。Z轴正方向是铅垂向上方向。
<实施方式1>
图1是示意性地示出驱动元件1的结构的俯视图。
驱动元件1具备一对固定部10、振动板20、4个驱动部31、4个布线部32和反射镜40。驱动元件1构成为相对于中心1a而沿X轴方向以及Y轴方向成为对称。在驱动元件1的中央设置有可动部24，可动部24相对于穿过中心1a且沿X轴方向延伸的转动轴R10转动。
一对固定部10沿转动轴R10的方向排列。设置驱动元件1时，固定部10的Z轴负侧的面(图2的(b)的固定层103的Z轴负侧的面)使用粘接剂而被设置在封装基板等。
振动板20具备4个臂部21、2个连接部22、2个连接部23和可动部24。振动板20包括音叉形状。即，可动部24的X轴正侧的2个臂部21在俯视下为音叉形状，可动部24的X轴负侧的2个臂部21在俯视下为音叉形状。这2个音叉形状在X轴方向上相互面对，由此规定了振动板20的形状。
沿Y轴方向排列的2个臂部21相对于转动轴R10构成为相互对称。臂部21在俯视下为L字型的形状。沿Y轴方向排列的2个臂部21经由连接部22与固定部10连接，并经由连接部23与可动部24连接。连接部22、23沿着转动轴R10延伸。
反射镜40被配置在可动部24的Z轴正侧的面。可动部24以及反射镜40在俯视下是以中心1a为中心的圆形状。在可动部24的Z轴负侧的面形成有用于抑制可动部24的挠曲的肋(未图示)。
4个驱动部31分别配置在4个臂部21的Z轴正侧的面。驱动部31是所谓的压电换能器。压电换能器有时也被称为压电致动器。通过对驱动部31施加驱动电压，来驱动配置有该驱动部31的臂部21。4个布线部32配置在振动板20以及固定部10的Z轴正侧的面。布线部32的内侧(中心1a侧)的端部与驱动部31连结，布线部32的外侧的端部在固定部10与外部的电源等连接。布线部32向驱动部31供给驱动电压。
在驱动振动板20时，对这2个臂部21上的驱动部31施加反相位的电压，使得沿Y轴方向排列的2个臂部21在Z轴方向上反向振动。此外，对这2个臂部21上的驱动部31施加同相位的电压，使得沿X轴方向排列的2个臂部21在Z轴方向上沿相同的方向振动。此时，对于4个驱动部31，以与基准温度下的振动板20的谐振频率同样的频率施加驱动电压。由此，可动部24以及反射镜40以转动轴R10为中心转动，使入射到反射镜40的光的方向根据反射镜40的转动角度变化。
图2的(a)是示意性地示出由振动板20和驱动部31或布线部32构成的层叠构造的截面的图。
振动板20具备第1层101和配置在第1层101的Z轴负侧的面的第2层102。第1层101由硅(Si)构成，第2层102由氟化钪(ScF3)构成。
驱动部31以及布线部32具备相互相同的层叠构造，一体地形成。驱动部31以及布线部32配置在振动板20的Z轴正侧的面。下部电极111、压电体层112和上部电极113沿Z轴正方向以该顺序被形成在驱动部31以及布线部32。下部电极111是铂(Pt)，压电体层112是PZT(锆钛酸鉛：Pb(Zr，Ti)O3)，上部电极113是金(Au)。
如图2的(a)那样，压电体层112被配置在下部电极111与上部电极113之间，由此还作为将下部电极111和上部电极113绝缘的电介质发挥功能。
图2的(b)是示意性地示出由固定部10和布线部32构成的层叠构造的截面的图。
图2的(a)所示的第1层101以及第2层102延伸到固定部10为止。即，第1层101以及第2层102相对于固定部10以及振动板20的整体被一体地形成。固定部10还具备配置在第2层102的Z轴负侧的面的固定层103。
此外，图2的(a)所示的布线部32延伸到固定部10为止。即，固定部10上的布线部32和振动板20上的布线部32被一体地形成。
在固定部10，例如布线部32的下部电极111与接地连接，通过向布线部32的上部电极113施加驱动电压，从而与布线部32连接的驱动部31的压电体层112变形。由此，驱动振动板20，可动部24以及反射镜40(参照图1)相对于转动轴R10转动。
接下来，参照图3的(a)～图4的(d)的截面图对驱动元件1的形成步骤进行说明。
如图3的(a)所示，在第1层101(Si基板)的上表面，通过溅射依次形成下部电极111(Pt)、压电体层112(PZT)以及上部电极113(Au)。
接着，如图3的(b)所示，通过蚀刻除去下部电极111、压电体层112以及上部电极113，使得下部电极111、压电体层112以及上部电极113残留在与驱动部31以及布线部32对应的区域。
接着，如图3的(c)所示，在第1层101、下部电极111、压电体层112以及上部电极113的上方，经由粘接剂121贴附有由硅(Si)构成的支承基板122。
接着，如图3的(d)所示，将第1层101的下表面切除，使得第1层101成为希望的厚度。
接着，如图4的(a)所示，在第1层101的下表面粘合第2层102(氟化钪基板)。在第2层102的粘合中，既可以在第1层101的下表面直接粘合第2层102而将其固定，也可以在第1层101的下表面涂敷粘接剂来粘合第2层102。
接着，如图4的(b)所示，除去粘接剂121以及支承基板122。
接着，如图4的(c)所示，第1层101通过蚀刻被切除为希望的形状。由此，在俯视下，第1层101的形状成为将图1所示的固定部10以及振动板20合并后的形状。
接着，如图4的(d)所示，第2层102通过蚀刻被切除为在俯视下与第1层101同样的形状。
之后，在与固定部10对应的第2层102的下表面粘合固定层103。此外，在与可动部24对应的第2层102的下表面设置用于维持可动部24的强度的由硅(Si)构成的肋，在与可动部24对应的第1层101的上表面配置反射镜40。这样，驱动元件1完成。
然而，在图1的结构中，在振动板20仅由硅(Si)所构成的层来构成的情况下，若驱动元件1周围的环境温度变化，则振动板20的谐振频率随着环境温度的变化而变化。由此，驱动元件1整体的谐振频率变化，难以使可动部24以适当的摆动角转动。
相对于此，在本实施方式1中，如上述那样，振动板20包括第1层101以及第2层102，第1层101由硅(Si)构成，第2层101由氟化钪(ScF3)构成。在此，硅(Si)的线膨胀系数具有正的值，氟化钪(ScF3)的线膨胀系数具有负的值。即，第1层101以及第2层102由具有相互相反符号的线膨胀系数的材料构成。
通过这样的结构，在实施方式1中，环境温度变化时的振动板20的谐振频率的变动被抑制。以下，对该作用进行说明。
首先，对温度变化与谐振频率的关系进行说明。
图5的(a)是示意性地示出由简支梁(棱柱)构成的构造体ST1的结构的立体图。
图5的(a)所示的构造体ST1的左端以及右端的面是固定于设置面的固定端。构造体ST1的横方向的长度为a，构造体ST1的纵深方向的宽度为b，构造体ST1的厚度为h。构造体ST1的杨氏模量为E，构造体STl的密度为ρ。
在该情况下，构造体ST1的1次谐振频率F1由以下的式(1)表示。
[数学式1]
如上述式(1)所示，构造体ST1的谐振频率通过将由“h/(2a2)”规定的尺寸要素和由“E/(12ρ)”规定的物性要素相乘来计算。
在此，在构造体ST1的温度变化了ΔT的情况下，构造体ST1的长度a2以及厚度h2由以下的式(2-1)、(2-2)表示。
a2＝a+a×线膨胀系数×ΔT (2-1)
h2＝h+h×线膨胀系数×ΔT (2-2)
另一方面，上述的硅(Si)具有正的线膨胀系数。具体地，硅的线膨胀系数为3ppm/K。在线膨胀系数为正的值的情况下，随着温度上升，物质的体积增加。因此，在图5的(a)的构造体ST1仅由硅构成的情况下，如也能根据上述式(2-1)、(2-2)得知的那样，规定构造体ST1的谐振频率的上述式(1)的长度a以及厚度h随着温度上升而增加。
此外，若如此硅的体积增加，则硅的单位晶格(原子间距离)展宽。因此，在构造体ST1仅由硅构成的情况下，规定构造体ST1的谐振频率的上述式(1)的密度ρ随着温度上升而下降，此外，构造体ST1的杨氏模量E也随着温度上升而下降。硅的密度ρ的温度系数为-9ppm/K，硅的杨氏模量E的温度系数为-60ppm/K。
如此，上述式(1)所包括的长度a、厚度h、密度ρ以及杨氏模量E随着温度变化而变化。因此，如根据上述式(1)得知的那样，构造体ST1的谐振频率也随着温度变化而变化。在构造体ST1仅由硅形成的情况下，根据上述式(1)，构造体ST1的谐振频率随着构造体ST1的温度上升而下降。
因此，在图1所示的驱动元件1中，在振动板20仅由硅形成的情况下，若振动板20的温度由于环境温度的上升而上升，则振动板20的谐振频率下降，若振动板20的温度由于环境温度的下降而下降，则振动板20的谐振频率上升。
图5的(b)是示出仅由硅构成振动板20的情况下的驱动电压的频率与反射镜40的摆动角的关系的曲线图。在图5的(b)中，各温度下的成为最大摆动角时的频率是发明者通过计算而计算出的。
若振动板20仅由硅构成，则如参照上述式(1)说明的那样，随着温度变化，振动板20的谐振频率变动。例如，若以振动板20的温度是25℃的情况为基准，则如图5的(b)所示，此时的振动板20的谐振频率是20kHz。
相对于此，若振动板20的温度下降到-15℃，则振动板20的谐振频率上升到20.024kHz，若振动板20的温度上升到65℃，则振动板20的谐振频率下降到19.976kHz。因此，如此，在振动板20的温度从25℃变化了的状态下，若以振动板20的温度为25℃的情况下的谐振频率20kHz向驱动部31施加驱动电压，则反射镜40的摆动角会显著变小。
相对于此，在实施方式1中，振动板20除了由硅形成的第1层101以外，还一体地具备由氟化钪形成的第2层102。
在此，构成第2层102的氟化钪具有负的膨胀系数。具体地，氟化钪的线膨胀系数为-15ppm/K。在线膨胀系数为负的值的情况下，随着温度上升，物质的体积减少。因此，第2层102的密度以及杨氏模量均增加。氟化钪的密度ρ的温度系数为45ppm/K，氟化钪的杨氏模量E的温度系数为800ppm/K。因此，第2层102的上述式(1)的尺寸要素以及物性要素与由硅构成的第1层101的尺寸要素以及物性要素相反。
因此，在振动板20的温度变化了的情况下，由第1层101引起的谐振频率的变化和由第2层102引起的谐振频率的变化，相互反向地作用于振动板20。更详细地，在振动板20的温度上升了的情况下，由第1层101对振动板20发挥使谐振频率减少的作用，由第2层102对振动板20发挥使谐振频率增加的作用。通过这些相反的作用，由温度变化引起的振动板20的谐振频率的变动被抑制。
如此，在实施方式1的结构中，即便在振动板20的温度变动了的情况下，作为振动板20整体，谐振频率的变化也被抑制。因此，能够通过与温度变动无关地与基准时同样地进行向驱动部31的驱动电压的施加，来将反射镜40的摆动角维持为适当的状态。
<验证>
接下来，发明者对第1层101以及第2层102的最优的厚度进行了验证。
首先，关于对图6的(a)所示的由悬臂梁构成的构造体ST2应用第1层101以及第2层102的情况下的第2层102的优选的厚度，通过仿真进行了研究。
构造体ST2是将第1层101以及第2层102层叠后的构造，具有长方体的形状。构造体ST2的左端的面是固定在设置面的固定端。与实施方式1同样，第1层101由硅构成，第2层102由氟化钪构成。
在仿真中，将构造体ST2的长度方向的长度a设为7000μm，将纵深方向的宽度b设为1000μm，将厚度h设为500μm。将第1层101的厚度设为h11，将第2层102的厚度设为h12。使第2层102的厚度12变动而对构造体ST2的谐振频率的温度系数TCF进行了计算。
图6的(b)是示出仿真结果的曲线图。
在图6的(b)中，横轴是第2层102的厚度h12(μm)，纵轴是构造体ST2的谐振频率的温度系数TCF(ppm/K)。
若将基准温度下的谐振频率设为F0，将相对于基准温度的温度的变化设为ΔT，将谐振频率的温度系数设为TCF，则构造体ST2的谐振频率F1通过以下的式(3)来计算。
F1＝F0+F0×TCF×ΔT (3)
根据上述式(3)得知，在产生了温度变化的情况下，为了抑制谐振频率F1的变动，谐振频率的温度系数TCF优选为接近0。
若参照图6的(b)的曲线图，在第2层102的厚度h12为约30μm的情况下，谐振频率的温度系数TCF的值大概为0。因此，在图6的(a)所示的构造体ST2中，可以说第2层102的厚度h12设定为约30μm是优选的。在该情况下，能够将谐振频率的温度系数TCF的值大概设为0，因而即便在构造体ST2产生了温度变化，也能够将构造体ST2的谐振频率设为大概一定。
根据该验证得知，在图1所示的振动板20中，存在可以使振动板20的谐振频率的温度系数TCF的值接近0的第2层102的优选的厚度的范围。
不过，图6的(a)所示的构造体ST2是由悬臂梁构成的单纯的结构，与图1所示的振动板20的结构大不相同。因此，可以设想根据图6的(b)的仿真结果获得的第2层102的厚度的优选范围(30μm附近的范围)不能直接应用于图1的振动板20。
因此，发明者对在图1的结构中能够规定第1层101以及第2层102的厚度的优选范围的参数进行了研究。而且，发明者推定能够将第1层101对振动板20的谐振频率的温度系数TCF的贡献度与第2层102对振动板20的谐振频率的温度特性的贡献度之比，用于能够规定第1层101以及第2层102的厚度的优选范围的参数。
即，可以设想在振动板20通过由硅构成的第1层101和由氟化钪构成的第2层102的层叠构造构成的情况下，振动板20的谐振频率的温度系数TCF受到第1层101以及第2层102的截面积、和第1层101以及第2层102的线膨胀系数以及杨氏模量的影响。
在此，在上述式(1)中，线膨胀系数的值与伴随于温度变化的振动板20的尺寸以及密度的变动关联，杨氏模量的值与伴随于温度变化的振动板的柔软性关联。由此，第1层101的线膨胀系数以及杨氏模量和第2层102的线膨胀系数以及杨氏模量可以对振动板20的谐振频率的温度特性作出贡献。
此外，第1层101以及第2层102的截面积与由第1层101以及第2层102作出的上述的贡献以怎样的比例对振动板20发挥作用关联。即，截面积越大，则各层所作出的上述的贡献对振动板20发挥越大的作用。
根据这样的想法，由第1层101以及第2层102对振动板20的谐振频率的温度特性的影响，能够使用各层的截面积、线膨胀系数以及杨氏模量，如以下的式(4-1)、(4-2)那样规定。
C1＝A1×(α1+β1) (4-1)
C2＝A2×(α2+β2) (4-2)
上述式(4-1)表示第1层101(硅)对振动板20的谐振频率的温度特性的贡献度C1，上述式(4-2)表示第2层102(氟化钪)对振动板20的谐振频率的温度特性的贡献度C2。在上述式(4-1)中，第1层101的线膨胀系数、杨氏模量的温度系数以及截面积分别是α1、β1、A1。在上述式(4-2)中，第2层102的线膨胀系数、杨氏模量的温度系数以及截面积分别是α2、β2、A2。
如上述那样，第1层101(硅)的线膨胀系数α1以及杨氏模量的温度系数β1和第2层102(氟化钪)的线膨胀系数α2以及杨氏模量的温度系数β2是相互相反的符号，因而针对振动板20的谐振频率的温度特性的第1层101的贡献度C1以及第2层102的贡献度C2相互反向地发挥作用。因此，认为贡献度C1与贡献度C2之比越接近1，则相互反向的贡献度越均衡，振动板20的谐振频率的温度系数TCF越接近0，即谐振频率越不易随着温度变化而变化。
以下，将贡献度C1与贡献度C2之比称为“材料比率R”。材料比率R通过以下的式(5)来计算。
R＝|C2|/|C1| (5)
如式(4-1)以及式(4-2)所示，贡献度C1、C2作为各层的尺寸要素仅包括截面积A1、A2。因此，式(5)的材料比率R作为尺寸要素仅包括截面积A1、A2之比。另一方面，在图1的结构中，振动板20中的第1层101以及第2层102的厚度在振动板20的整个范围内是一定的。因此，第1层101的截面积与第2层102的截面积之比在图1的振动板20的整个范围内是一定的。因此，例如在图6的(a)所示的构造体ST2中，若获得谐振频率的温度系数TCF接近0的材料比率R的优选范围，则该材料比率R的优选范围也可以同样地应用于图1的振动板20。
发明者通过仿真对使材料比率R变化了的情况下的谐振频率的温度系数TCF进行了验证。
图7的(a)是示意性地示出该仿真涉及的由悬臂梁构成的构造体ST2的结构的截面图。
在该仿真中，构造体ST2设为与图6的(a)所示的构造体ST2同样的结构，各部的尺寸也设定为与图6的(a)的情况同样。在图7的(a)中，示出了用与长度a的方向垂直的平面将图6的(a)的构造体ST2切断后的截面。与图6的(a)、(b)的仿真同样，第1层101由硅构成，第2层102由氟化钪构成。在第1层101(硅)中，线膨胀系数α1为3ppm/K，杨氏模量的温度系数β1为-60ppm/K。在第2层102(氟化钪)中，线膨胀系数α2为-15ppm/K，杨氏模量的温度系数β2为800ppm/K。
在这样的构造体ST2中，通过使第1层101的厚度和第2层102的厚度变化，从而使第1层101的截面积A1以及第2层102的截面积A2变化，由此使材料比率R变化。对于这样变化后的3个材料比率R，计算出了构造体ST2的谐振频率的温度系数TCF。
图7的(b)是示出仿真结果的曲线图。
在图7的(b)中，横轴是将贡献度C2的绝对值除以贡献度C1的绝对值而得到的材料比率R，纵轴是谐振频率的温度系数TCF(ppm/K)。在图7的(b)中，用实线连结的直线示出了通过仿真获得的3个测定值。
如图7的(b)所示，在材料比率R为1附近的情况下，TCF成为0。此外，在材料比率R为0.7以上且1.5以下的情况下，TCF成为-10ppm/K以上且10ppm/K以下。因此，通过设定第1层101的截面积A1(厚度)与第2层102的截面积A2(厚度)的比率而使得材料比率R包括于0.7以上且1.5以下的范围内，能够将构造体ST2的谐振频率的温度系数TCF设定在0附近，从而能够将构造体ST2的谐振频率相对于温度变化的变化抑制在0附近。为了更可靠地将构造体ST2的谐振频率相对于温度变化的变化设定在0附近，优选将材料比率R设定在1附近。
另外，在图7的(b)的曲线图中，不配置第2层102而仅由第1层101构成构造体ST2的情况即材料比率R为零的情况下的TCF为-27ppm/K，与作为硅的标准的TCF的-30ppm/K大概一致。由此，可以设想图7的(b)的曲线图大致适当地示出了材料比率R与TCF的关系。因此，能够确认到横轴所使用的材料比率R作为用于对构造体ST2的谐振频率的温度系数TCF进行评价的参数是适当的。
如上述那样，通过图7的(b)的仿真获得的材料比率R的优选范围(0.7以上且1.5以下)也可以同样地应用于图1的振动板20。由此，在图1所示的驱动元件1的振动板20中，通过设定第1层101以及第2层102的截面积(厚度)而使得材料比率R成为该范围，能够使驱动元件1的谐振频率的温度系数TCF接近零。
另外，在图1所示的驱动元件1中，在可动部24的Z轴负侧的面设置用于抑制可动部24的挠曲的肋。因此，可动部24的第2层102的截面积与上述的截面积A2不同。然而，相当于肋的区域相对于振动板20整体充分小，因而能够通过如上述那样将材料比率R的优选范围应用于图1的振动板20整体，来使驱动元件1的谐振频率的温度系数TCF接近零。
接下来，基于图7的(b)的仿真结果，对振动板20的谐振频率的温度系数TCF优选为-10ppm/K以上且10ppm/K以下的理由进行说明。
图8的(a)是示出振动板20的谐振频率的温度系数TCF(ppm/K)、振动板20的温度范围ΔTw(℃)和振动板20的谐振频率的变化幅度ΔFw(Hz)的关系的图。
图8的(a)的关系是基准温度(25℃)下的谐振频率为20kHz的情况下的关系。温度范围ΔTw是以基准温度(25℃)为中心的正负的温度范围，变化幅度ΔFw是以20kHz为中心的谐振频率的变化幅度。温度范围ΔTw以基准温度(25℃)为中心具有正负相同的幅度。例如，温度范围ΔTw为100℃的范围是相对于基准温度(25℃)而±50℃的范围。变化幅度ΔFw以20kHz为中心具有正负相同的幅。例如，变化幅度ΔFw为20Hz的范围是相对于20kHz而±10Hz的范围。变化幅度ΔFw的正负的幅度通过上述式(3)的右边第2项的计算式(F0×TCF×ΔT)来计算。
如图8的(a)所示，若振动板20的谐振频率的温度系数TCF变大，则振动板20的谐振频率的变化幅度ΔFw也变大。例如，在谐振频率的温度系数TCF为10ppm/K的情况下，谐振频率的变化幅度ΔFw为20Hz，在谐振频率的温度系数TCF为20ppm/K的情况下，谐振频率的变化幅度ΔFw为40Hz，在谐振频率的温度系数TCF为30ppm/K的情况下，谐振频率的变化幅度ΔFw为60Hz。
图8的(b)是示出驱动电压的频率与反射镜40的摆动角的关系的曲线图。
在图8的(b)中，横轴是施加于设置在振动板20的驱动部31的驱动电压的频率(Hz)。纵轴的摆动角是基于成为最大的摆动角而被归一化后的值。在振动板20的温度是作为基准温度的25℃时，振动板20以及反射镜40的谐振频率为基准值的20kHz。此时，若施加于驱动部31驱动电压的频率为20kHz，则反射镜40的摆动角成为最大。
若振动板20的谐振频率因振动板20的温度从基准温度的25℃变化而变化，则即便向驱动部31施加20kHz的驱动电压，摆动角也从最大值变小。例如，在谐振频率的温度系数TCF为10ppm/K的情况下，如图8的(a)所示频率的变化幅度ΔFw为20Hz，因而如图8的(b)所示摆动角下降到最大值的0.7倍程度。在该情况下，为了将摆动角提升到与最大值相同的程度，需要将施加于驱动部31的驱动电压的最大值提升1/0.7＝1.4倍程度。
在这样的谐振型的驱动元件的情况下，相较于非谐振型的驱动元件，施加于驱动部31的驱动电压的最大值为1/2以下，因而若施加于驱动部31的驱动电压的最大值为2倍以内，则能够避免向驱动部31施加过剩的电压，能够维持驱动部31的可靠性。
如上述那样，若振动板20的谐振频率的温度系数TCF为10ppm/K以下，则能够将施加于驱动部31的驱动电压的最大值抑制为1.4倍程度。由此，能够通过将振动板20的谐振频率的温度系数TCF设为10ppm/K以下，来避免向驱动部31施加过剩的电压。
同样，在振动板20的谐振频率的温度系数TCF具有负的值的情况下，若温度系数TCF为-10ppm/K以上，则与图8的(b)同样，也能够将摆动角的下降抑制为最大值的0.7倍程度。由此，能够通过将振动板20的谐振频率的温度系数TCF设为10ppm/K以下，来将施加于驱动部31的驱动电压的最大值抑制为1.4倍程度，能够避免向驱动部31施加过剩的电压。
回到图7的(b)，在TCF为-10ppm/K以上且10ppm/K以下的情况下，材料比率R成为0.7以上且1.5以下。因此，通过选择第1层101的材料以及第2层102的材料而使得材料比率R成为0.7以上且1.5以下，并设定第1层101的截面积A1(厚度)以及第2层102的截面积A2(厚度)，能够抑制振动板20的谐振频率的变动，并且能够不向驱动部31施加过剩的电压地将反射镜40的摆动角维持得高。
另外，在图7的(a)、(b)的仿真中，分别构成形成图7的(a)的构造体ST2的2个层的2个材料之中，具有正的线膨胀系数的材料是硅，具有负的线膨胀系数的材料是氟化钪。然而，即便这2个材料是其他材料，也能够通过设定各层的材料和这2个层的截面积的比率而使得材料比率R成为上述的范围，来使构造体ST2的谐振频率的温度系数TCF接近零。由此，对于构成驱动元件1的振动板20的2个层，也能够通过设定各层的材料和这2个层的截面积的比率而使得这2个层的材料比率成为上述的范围，来使驱动元件1的谐振频率的温度系数接近零。
例如，也可以是，第1层101由硅(Si)构成，第2层102由以氟化钪(ScF3)为主成分的材料构成。在该情况下，可以向氟化钪(ScF3)以置换Sc的方式添加钇(Y)、镁(Mg)、钡(Ba)、锌(Zn)之中的至少1种以上。此外，第2层102也可以由钨酸锆构成，还可以由以钨酸锆为主成分的材料构成。在该情况下，也能够通过设定各层的材料和这2个层的截面积的比率而使得这2个层的材料比率R成为上述的范围，来使驱动元件1的谐振频率的温度系数TCF接近零。
此外，若如上述那样构成振动板20，则能够抑制随着温度变化的振动板20的翘曲。
图9的(a)、(b)分别是示意性地示出比较例以及实施方式1中的振动板20以及固定部10的截面的图。在图9的(a)、(b)中示出了固定部10的下表面(固定层103的下表面)经由粘接剂123设置在封装基板124的状态。在比较例中，振动板20以及固定部10仅由硅构成。
在比较例的情况下，若环境温度上升，则如图9的(a)所示，封装基板124以及第1层101由于热应力而伸长。此时，封装基板124比第1层101更大幅地变化，因而在第1层101中产生向上方凸的翘曲。
相对于此，在实施方式1的情况下，如图9的(b)所示，若环境温度上升，则在封装基板124以及第1层101产生延伸的方向的热应力，在第2层102产生收缩的方向的热应力。由此，在封装基板124以及具有正的膨胀系数的第1层101中产生的向上方凸的翘曲的作用、和具有负的膨胀系数的第2层102中产生的向下方凸的翘曲的作用对振动板20发挥作用。通过这2个相反的作用来抑制振动板20的翘曲。如此，在实施方式1的结构中，在环境温度变化了的情况下，在第1层101、第2层102以及封装基板124中，能取得伸缩的平衡。由此，伴随于温度变化的振动板20的变形被抑制。
<实施方式1的效果>
根据实施方式1，能实现以下的效果。
振动板20包括具有正的线膨胀系数的第1材料(例如，硅)和具有负的线膨胀系数的第2材料(例如，氟化钪)。如此，第1材料以及第2材料的线膨胀系数的符号相互相反，因而在驱动元件1周围的环境温度变化了的情况下，由第1材料引起的振动板20的谐振频率的变化和由第2材料引起的振动板20的谐振频率的变化相互反向地作用于振动板20。因此，通过该相反的作用，振动板20整体的谐振频率的变动被抑制。由此，能够抑制伴随于温度变化的驱动元件1的谐振频率的变动。
振动板20包含的具有正的线膨胀系数的第1材料的杨氏模量的温度系数和振动板20包含的具有负的线膨胀系数的第2材料的杨氏模量的温度系数的符号相反。如此，在第1材料以及第2材料的杨氏模量的温度系数的符号相反的情况下，根据上述式(1)，由第1材料引起的谐振频率的变化和由第2材料引起的谐振频率的变化反向地作用于振动板20，与上述同样地抑制伴随于温度变化的振动板20的变形。由此，能够抑制伴随于温度变化的驱动元件1的谐振频率的变动。
振动板20包括由具有正的线膨胀系数的第1材料构成的第1层101和由具有负的线膨胀系数的第2材料构成的第2层102。根据该结构，能够通过配置分别由线膨胀系数的符号相互不同的材料形成的2个层之类的简易的结构，来抑制伴随于温度变化的振动板20的谐振频率的变动。
第1材料(第1层101)对振动板20的谐振频率的温度系数TCF的贡献度C1由上述式(4-1)规定，第2材料(第2层102)对振动板20的谐振频率的温度系数TCF的贡献度C2由上述式(4-2)规定。材料比率R通过上述式(5)来计算。如参照图7的(a)～图8的(b)说明的那样，材料比率R被设定为0.7～1.5。由此，如参照图7的(b)说明的那样，振动板20的谐振频率的温度系数TCF被限制在-10ppm/K～+10ppm/K的范围内。因此，能够避免向驱动部31施加过剩的电压，并且能够有效地抑制伴随于温度变化的振动板20的谐振频率的变动，能够适当地驱动可动部24以及反射镜40。
<实施方式1的变更例1>
上述在实施方式1中，振动板20通过将由具有正的线膨胀系数的材料构成的第1层101和由具有负的线膨胀系数的材料构成的第2层102层叠而被构成。然而，不限于此，振动板20也可以由将具有正的线膨胀系数的材料和具有负的线膨胀系数的材料混合后的复合层构成。
图10的(a)是示意性地示出实施方式1的变更例1涉及的由振动板20和驱动部31或布线部32构成的层叠构造的截面的图。
振动板20由复合层131构成。复合层131对具有正的线膨胀系数的树脂(例如，环氧树脂、聚酰亚胺树脂等)混合具有负的线膨胀系数的氟化钪的填料131a而被构成。
另外，复合层131所包含的具有正的线膨胀系数的材料也可以是硅(Si)。填料131a只要由具有负的线膨胀系数的材料构成即可。例如，填料131a也可以由以氟化钪(ScF3)为主成分的材料构成。在该情况下，也可以在氟化钪(ScF3)中以置换Sc的方式添加钇(Y)、镁(Mg)、钡(Ba)、锌(Zn)之中的至少1种以上。此外，填料131a也可以由钨酸锆构成，还可以由以钨酸锆为主成分的材料构成。
驱动部31以及布线部32具备相互相同的层叠构造，被一体地形成。驱动部31以及布线部32被配置在振动板20的Z轴正侧的面。下部电极111、压电体层112和上部电极113、114沿Z轴正方向以该顺序形成在驱动部31以及布线部32。下部电极111、压电体层112和上部电极113与实施方式1同样。上部电极114是金(Au)。
图10的(b)是示意性地示出实施方式1的变更例1涉及的由固定部10和布线部32构成的层叠构造的截面的图。
图10的(a)所示的复合层131延伸到固定部10为止。即，复合层131相对于固定部10以及振动板20的整体被一体地形成。固定部10还具备配置在复合层131的Z轴负侧的面的固定层103。固定层103例如由硅(Si)构成。
此外，图10的(a)所示的布线部32延伸到固定部10为止。即，固定部10上的布线部32和振动板20上的布线部32被一体地形成。
在固定部10，例如，布线部32的下部电极111与接地连接，通过向布线部32的上部电极114施加驱动电压，从而与布线部32连接的驱动部31的压电体层112变形。由此，驱动振动板20，可动部24以及反射镜40(参照图1)相对于转动轴R10转动。
接下来，参照图11的(a)～图12的(c)的截面图，对实施方式1的变更例涉及的驱动元件1的形成步骤进行说明。
如图11的(a)所示，在由硅(Si)构成的支承基板125的上表面，通过溅射依次形成下部电极111(Pt)、压电体层112(PZT)以及上部电极113(Au)。
接着，如图11的(b)所示，通过蚀刻来除去下部电极111、压电体层112以及上部电极113，使得下部电极111、压电体层112以及上部电极113残留在与驱动部31以及布线部32对应的区域。
接着，如图11的(c)所示，在上部电极113的上表面，经由上部电极114(Au)设置由硅(Si)构成的支承基板122。
接着，如图11的(d)所示，除去支承基板125。
接着，如图12的(a)所示，在下部电极111的下表面粘合复合层131。复合层131通过针对预先在赋予了感光性的树脂(例如，环氧树脂、聚酰亚胺树脂等)中混合填料131a后的材料，使用半导体的光刻工艺，照射光以及进行显影处理来成形。在复合层131被配置在下部电极111的下表面的状态下，例如通过使用半导体的光刻工艺，将复合层131设置在下部电极111的下表面。
接着，如图12的(b)所示，复合层131通过蚀刻被除去为希望的形状。由此，在俯视下，复合层131的形状成为将图1所示的固定部10以及振动板20合并后的形状。
接着，如图12的(c)所示，除去支承基板122。
之后，在与固定部10对应的复合层131的下表面粘合固定层103。此外，在与可动部24对应的复合层131的下表面设置用于维持可动部24的强度的由硅(Si)构成的肋，在与可动部24对应的复合层131的上表面配置反射镜40。这样，驱动元件1完成。
以上，根据实施方式1的变更例1，振动板20包括复合了具有正的膨胀系数的第1材料(例如，环氧树脂、聚酰亚胺树脂等树脂)和具有负的线膨胀系数的第2材料(例如，氟化钪)的复合层131。由此，与实施方式1同样，在驱动元件1周围的环境温度变化了的情况下，能够通过第1材料和第2材料的相反的作用来抑制振动板20的谐振频率的变动。由此，能够抑制伴随于温度变化的驱动元件1的谐振频率的变动，能够适当地驱动可动部24以及反射镜40。
此外，在本变更例中，上述式(4-1)、(4-2)也成立。即，第1材料对振动板20的谐振频率的温度系数TCF的贡献度C1由上述式(4-1)规定，第2材料对振动板20的谐振频率的温度系数TCF的贡献度C2由上述式(4-2)规定。在该情况下，在贡献度C1的计算式(4-1)中，截面积A1是复合层131之中的具有正的线膨胀系数的第1材料的平均的截面积。在贡献度C2的计算式(4-2)中，截面积A2是具有负的线膨胀系数的第2材料(填料131a)的平均的截面积。而且，与实施方式1同样，通过上述式(5)来计算材料比率R。在本变更例中，能获得与图7的(b)同样的仿真结果。
因此，在本变更例中也是，通过设定第1材料的平均的截面积A1与第2材料的平均的截面积A2的比率而使得材料比率R被包括于0.7以上且1.5以下的范围，能够将振动板20的谐振频率的温度系数TCF设定在0附近，能够将振动板20的谐振频率相对于温度变化的变化抑制在0附近。为了将振动板20的谐振频率相对于温度变化的变化更可靠地设定在0附近，优选将材料比率R设定在1附近。
<实施方式1的变更例2>
在上述实施方式1中，除驱动部31以外，也可以在臂部21上还设置探测部。
图13是示意性地示出实施方式1的变更例2涉及的驱动元件1的结构的俯视图。
相较于实施方式1，驱动元件1还具备4个探测部51和4个布线部52。4个探测部51探测振动板20的驱动状态，分别配置在4个臂部21的沿Y轴方向延伸的部分的Z轴正侧的面。4个布线部52配置在振动板20以及固定部10的Z轴正侧的面。布线部52的内侧(中心1a侧)的端部与探测部51连结，布线部52的外侧的端部在固定部10与外部的电路等连接。探测部51以及布线部52被一体地形成，具有与驱动部31以及布线部32同样的层叠构造。振动板20具有与实施方式1或实施方式1的变更例1同样的结构。
在驱动振动板20时，L字形状的臂部21沿Z轴方向往返地被驱动。此时，探测部51与臂部21的驱动状态相应地伸缩，由此通过压电效应，从探测部51经由布线部52向外部的电路流动电流。由此，能够通过参照流向外部的电路的电流来探测臂部21的驱动状态。
<实施方式2>
在上述实施方式1中，振动板20包括音叉形状，但在实施方式2中，振动板包括蜿蜒形状。
图14是示意性地示出实施方式2涉及的驱动元件1的结构的俯视图。
驱动元件1具备一对固定部210、振动板220、6个驱动部231、6个布线部232和反射镜240。驱动元件1构成为穿过反射镜240的中心且相对于与Y轴方向平行的直线对称。在驱动元件1的中央设置有可动部226，可动部226相对于沿X轴方向延伸的转动轴R10转动。
一对固定部210沿X轴方向排列。固定部210具有与实施方式1或实施方式1的变更例1同样的层叠构造。设置驱动元件1时，固定部210的Z轴负侧的面(图2的(b)或图10的(b)的固定层103的Z轴负侧的面)使用粘接剂而被设置在封装基板等。
振动板220具备6个臂部221、2个连接部222、2个连接部223、2个连接部224、2个连接部225和可动部226。振动板220包括蜿蜒形状。即，可动部226的X轴正侧的振动板220的部分在俯视下为蜿蜒形状，可动部226的X轴负侧的振动板220的部分在俯视下为蜿蜒形状。通过这2个蜿蜒形状沿X轴方向彼此面向而规定了振动板220的形状。此外，振动板220具有与实施方式1或实施方式1的变更例1同样的结构。
臂部221在俯视下是沿Y轴方向较长的长方形形状。相对于可动部226最外侧的臂部221通过连接部222与固定部210连接。相对于可动部226最内侧的臂部221通过连接部225与可动部226连接。相邻的臂部221通过连接部223、224相互连接。连接部222、224与臂部221的Y轴正侧的端部连接，连接部223、225与臂部221的Y轴负侧的端部连接。
反射镜240配置在可动部226的Z轴正侧的面。在可动部226的Z轴负侧的面形成有用于抑制可动部226的挠曲的肋(未图示)。
驱动部231具有与实施方式1或实施方式1的变更例1的驱动部31同样的层叠构造。布线部232具有与实施方式1或实施方式1的变更例1的布线部32同样的层叠构造。在实施方式2中，驱动部231以及布线部232被一体地形成。
6个驱动部231分别配置在6个臂部221的Z轴正侧的面。驱动部231是所谓的压电换能器。通过向驱动部231施加驱动电压，来对配置有该驱动部31的臂部221进行驱动。6个布线部232配置在振动板220以及固定部210的Z轴正侧的面。相对于可动部226配置在最外侧的臂部221的驱动部231和相对于可动部226配置在最内侧的臂部221的驱动部231通过布线部232相互连接。相对于可动部226最外侧的驱动部231和可动部226与固定部10的中间的驱动部231，分别通过布线部232在固定部10与外部的电源等连接。布线部232向驱动部231供给驱动电压。
在驱动振动板220时，针对第1臂部上的驱动部231和第2臂部上的驱动部231施加反相位的电压，使得相对于可动部226最外侧的臂部221以及最内侧的臂部221(第1臂部)和这2个臂部221之间的臂部221(第2臂部)在Z轴方向上反向地振动。此外，针对1组第1臂部上的驱动部231施加同相位的电压，使得沿X轴方向排列的1组第1臂部沿相同的方向振动，并且针对1组第2臂部上的驱动部231施加同相位的电压，使得沿X轴方向排列的1组第2臂部沿相同的方向振动。由此，可动部226以及反射镜240以转动轴R10为中心转动，使入射到反射镜240的光的方向根据反射镜240的转动角度而变化。
在实施方式2中，振动板220也具备与实施方式1或实施方式1的变更例1同样的层叠构造。即，振动板220包含具有正的线膨胀系数的第1材料(例如，硅)和具有负的线膨胀系数的第2材料(例如，氟化钪)。由此，与实施方式1以及实施方式1的变更例1同样，能够抑制振动板20的谐振频率的变动。
此外，在实施方式2中，也能够通过设定具有正的线膨胀系数的第1材料的截面积A1与具有负的线膨胀系数的第2材料的截面积A2的比率，使得材料比率R包括于0.7以上且1.5以下的范围，来将振动板20谐振频率的温度系数TCF设定在0附近，从而能够将振动板20的谐振频率相对于温度变化的变化抑制在0附近。为了将振动板20的谐振频率相对于温度变化的变化更可靠地设定在0附近，优选将材料比率R设定在1附近。
<实施方式2的变更例>
在上述实施方式2中，除驱动部231以外，也可以在臂部221上设置探测部。
图15是示意性地示出实施方式2的变更例涉及的驱动元件1的结构的俯视图。
相较于实施方式2，驱动元件1还具备4个探测部251和4个布线部252。4个探测部251探测振动板20的驱动状态。4个探测部25配置在相对于可动部226最外侧的臂部221、和可动部226与固定部10的中间的臂部221的Z轴正侧的面。4个布线部252配置在振动板220以及固定部210的Z轴正侧的面。布线部252的内侧的端部与探测部251连结，布线部52的外侧的端部在固定部210与外部的电路等连接。探测部251以及布线部252被一体地形成，具备与驱动部231以及布线部232同样的层叠构造。振动板220具有与实施方式1或实施方式1的变更例1同样的结构。
在驱动振动板220时，臂部221沿Z轴方向往返地被驱动。此时，探测部251与臂部221的驱动状态相应地伸缩，由此通过压电效应，从探测部251经由布线部252向外部的电路流动电流。由此，能够通过参照流向外部的电路的电流来探测臂部221的驱动状态。
<其他变更例>
在实施方式1以及实施方式1的变更例1、2中，振动板20所包含的第1材料由线膨胀系数为正且杨氏模量的温度系数为负的材料(例如，硅)构成，振动板20所包含的第2材料由线膨胀系数为负且杨氏模量的温度系数为正的材料(例如，氟化钪)构成。然而，不限于此，只要在驱动元件1周围的环境温度变化了的情况下，由第1材料引起的振动板20的谐振频率的变化和由第2材料引起的振动板20的谐振频率的变化相互反向地作用于振动板20，则第1材料以及第2材料的线膨胀系数以及杨氏模量的温度系数的符号不限于上述的组合。同样，在实施方式2以及实施方式2的变更例中，第1材料以及第2材料的线膨胀系数以及杨氏模量的温度系数的符号也不限于上述的组合。在这些情况下，也优选设定各材料的线膨胀系数、杨氏模量的温度系数以及截面积，使得材料比率R为0.7以上且1.5以下。
在实施方式1、2以及实施方式1、2的变更例中，固定部10、210在下表面侧具备固定层103。然而，固定层103不需要一定被设置，也可以被省略。在该情况下，相当于固定部10、210的第2层102或复合层131的下表面使用粘接剂而被设置在封装基板等。
在实施方式1以及实施方式1的变更例1中，固定层103由硅构成。然而，不限于此，固定层103也可以由硅以外的材料构成。例如，在实施方式1中，固定层103也可以由与第2层102相同的第2材料(氟化钪)构成，在实施方式1的变更例1中，固定层103也可以由复合层131所包含的填料131a的第2材料(氟化钪)构成。同样，在实施方式1的变更例2、实施方式2以及实施方式2的变更例中，固定层103也可以由硅以外的材料构成。
在实施方式1的变更例1中，驱动部31以及布线部32在上表面侧具备上部电极114。然而，只要在驱动部31以及布线部32的上表面侧设置上部电极113即可，上部电极114也可以在图11的(a)～图12的(c)的形成步骤中最终被除去。
在实施方式1的变更例2中，探测部51以及布线部52与驱动部31同样地构成，通过参照由于压电效应而产生的电流来探测臂部21的驱动状态。然而，不限于此，对于探测部51所实现的探测，也能够使用电阻与变形相应地变化的形变电阻效应。在该情况下，例如，探测部51由配置在振动板20上的金属的形变电阻器构成。或者，也可以通过使构成振动板20的硅的Z轴正侧的面变性，使该部分具有形变电阻，来作为形变电阻器而形成探测部51。与探测部51连结的布线部52由用于向探测部51施加电压的布线和用于检测探测部51的电阻值的布线构成。能够通过参照探测部51的电阻值来探测臂部21的驱动状态。同样，在实施方式2的变更例中，探测部251也可以由电阻与变形相应地变化的形变电阻器构成。
在实施方式1以及实施方式1的变更例1、2中，在可动部24的X轴正侧以及X轴负侧的两侧设置1个固定部10、2个臂部21、1组连接部22、23、2个驱动部31以及2个布线部32，这些结构也可以仅设置在可动部24的X轴正侧以及X轴负侧中的任一方。同样，在实施方式2以及实施方式2的变更例中，1个固定部210、3个臂部221、1组连接部222～225、3个驱动部231以及3个布线部232也可以仅设置在可动部226的X轴正侧以及X轴负侧中的任一方。
在实施方式1以及实施方式1的变更例1、2中，在可动部24的Z轴负侧的面设置有用于抑制可动部24的挠曲的肋，但该肋也可以不一定被设置。此外，在实施方式2以及实施方式的变更例中，在可动部226的Z轴负侧的面设置有用于抑制可动部226的挠曲的肋，但该肋也可以不一定被设置。
除此以外，本发明的实施方式能够在专利请求的范围所示的技术思想的范围内内适当进行各种变更。
符号说明
1 驱动元件
10 固定部
20 振动板
24 可动部
31 驱动部
40 反射镜
51 探测部
101 第1层
102 第2层
131 复合层
210 固定部
220 振动板
226 可动部
231 驱动部
240 反射镜
251 探测部
R10 转动轴。

Claims (10)

1.一种驱动元件，具备：
固定部；
振动板，与所述固定部连接，具有相对于转动轴转动的可动部；和
驱动部，配置在所述振动板，对所述振动板进行驱动，
所述振动板包含具有正的线膨胀系数的第1材料和具有负的线膨胀系数的第2材料。
2.根据权利要求1所述的驱动元件，其特征在于，
所述第1材料的杨氏模量的温度系数和所述第2材料的杨氏模量的温度系数的符号相反。
3.根据权利要求1或2所述的驱动元件，其特征在于，
所述振动板包括由所述第1材料构成的第1层和由所述第2材料构成的第2层。
4.根据权利要求1或2所述的驱动元件，其特征在于，
所述振动板包括复合有所述第1材料和所述第2材料的层。
5.根据权利要求3或4所述的驱动元件，其特征在于，
在所述第1材料中，将线膨胀系数设为α1，将杨氏模量的温度系数设为β1，将截面积设为A1，由以下的式(11)表示所述第1材料对所述振动板的谐振频率的温度特性的贡献度C1，
在所述第2材料中，将线膨胀系数设为α2，将杨氏模量的温度系数设为β2，将截面积设为A2，由以下的式(12)表示所述第2材料对所述振动板的谐振频率的温度特性的贡献度C2，
在该情况下，贡献度C2的绝对值除以贡献度C1的绝对值而得到的材料比率被设定为0.7以上且1.5以下，
C1＝A1×(α1+β1) (11)
C2＝A2×(α2+β2) (12)。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的驱动元件，其特征在于，
所述驱动部为压电换能器。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的驱动元件，其特征在于，
所述振动板包括音叉形状。
8.根据权利要求1至6的任一项所述的驱动元件，其特征在于，
所述振动板包括蜿蜒形状。
9.根据权利要求1至8的任一项所述的驱动元件，其特征在于，
所述驱动元件具备：探测部，配置在所述振动板，用于探测所述振动板的驱动状态。
10.根据权利要求1至9的任一项所述的驱动元件，其特征在于，
在所述可动部配置有反射镜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025837A (ko) * 2007-09-07 2009-03-11 삼성전기주식회사 온도 보상층을 갖는 멤스 구조물 및 광변조기 소자
JP5391600B2 (ja) * 2008-07-16 2014-01-15 船井電機株式会社 振動ミラー素子
US9442021B2 (en) * 2008-08-05 2016-09-13 California Institute Of Technology Uncooled IR detector arrays based on nanoelectromechanical systems
JP5310769B2 (ja) * 2011-03-31 2013-10-09 ブラザー工業株式会社 光スキャナ
JP2013003523A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Konica Minolta Advanced Layers Inc 光走査装置およびミラー駆動装置
JP2014048571A (ja) * 2012-09-03 2014-03-17 Ricoh Co Ltd 光偏向器、画像形成装置及び画像投影装置
DE102014111993B4 (de) * 2014-08-21 2017-12-21 Snaptrack, Inc. Mikroakustische Bauelement mit verbesserter Temperaturkompensation
JP2016114715A (ja) * 2014-12-12 2016-06-23 キヤノン電子株式会社 振動素子、光走査装置、画像形成装置、画像投影装置および画像読み取り装置
JPWO2020045152A1 (ja) * 2018-08-31 2021-08-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学反射素子

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