CN110320662A - 促动器以及光扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够抑制在促动器的共振驱动时产生由非线形振动引起的跳跃现象并能够进行大振动角的稳定驱动。本发明的促动器具备支撑驱动对象物的扭曲梁、形成有驱动源的驱动梁、连结上述扭曲梁和上述驱动梁的连结梁、以及固定有上述驱动梁的框体，上述促动器通过上述驱动梁的共振驱动来对上述扭曲梁施加绕预定轴旋转的方向的力，使上述驱动对象物摆动，当将上述促动器的构造非线形常数设为β[Nm/rad³]、将上述促动器的弹簧常数设为k[Nm/rad]时，满足下述式(1)，β＝0.05×k‑A×10^‑6(1)在此，3.5≤A≤15.5。

Description

促动器以及光扫描装置

技术领域

本发明涉及促动器以及光扫描装置。

背景技术

一直以来，公知一种使反射镜部绕旋转轴旋转来扫描光的光扫描装置。作为这样的光扫描装置之一，可以举出共振/非共振二轴驱动MEMS反射镜。构成MEMS反射镜的促动器具有水平驱动梁和垂直驱动梁。通过水平驱动梁的共振驱动来使反射镜在绕水平旋转轴旋转的方向上位移，并且通过垂直驱动梁的非共振驱动来使反射镜在绕垂直旋转轴旋转的方向上位移。由此，在水平以及垂直方向上扫描由反射镜反射的光(例如参照专利文献1)。

在构成上述的共振/非共振二轴驱动MEMS反射镜等光扫描装置的促动器的振动角相对于频率的特性曲线中，一般地，将在提高对压电元件的施加电压来扩大振动角后连接共振点而成的曲线称作脊骨曲线。若固定频率并提高施加电压，则振动角扩大。

此处，若在光扫描装置的促动器的共振驱动时，扩大振动角，则有时在频率响应中显现非线形跳跃现象。非线形跳跃现象是指在振动角的频率响应中振动角以某频率急剧地变化的现象。因压电元件所具有的逆压电特性的非线形性(压电非线形性)和促动器所具有的构造非线形性的总和亦即非线形性而出现非线形跳跃现象。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第5967145号公报

发明内容

发明所要解决的课题

当在上述的光扫描装置的促动器中非线形性并未最佳化的情况下，在振动角相对于频率的特性曲线中，因非线形性，产生脊骨曲线向低频率侧或者高频率侧倾斜的现象。在该情况下，即使提高驱动电压，振动角也饱和，从而有无法实现大振动角的问题。

本发明是鉴于上述方面而完成的，其目的在于提供促动器和使用该促动器的光扫描装置，能够抑制在促动器的共振驱动时产生由非线形振动引起的跳跃现象，并且能够进行大振动角的稳定驱动。

用于解决课题的方案

本发明的一个方式的促动器具备：扭曲梁130A、130B，其支撑驱动对象物120；驱动梁150A、150B，其形成有驱动源；连结梁140A、140B，其连结上述扭曲梁和上述驱动梁；以及框体160，其固定有上述驱动梁，上述促动器通过上述驱动梁的共振驱动来对上述扭曲梁施加绕预定轴旋转的方向的力，使上述驱动对象物摆动，当将上述促动器的构造非线形常数设为β[Nm/rad³]、将上述促动器的弹簧常数设为k[Nm/rad]时，满足下述式(1)，

β＝0.05×k-A×10^-6 (1)

式1

在此，3.5≤A≤15.5。

此外，上述符号是为了容易理解而标注的，只不过是一个例子，不限定于图示的方式。

发明的效果如下。

根据公开的技术，在促动器和使用促动器的光扫描装置中，能够抑制在促动器的共振驱动时产生由非线形振动引起的跳跃现象，并且能够进行大振动角的稳定驱动。

附图说明

图1是示出实施方式的光扫描装置的一个例子的第一立体图。

图2是示出实施方式的光扫描装置的一个例子的第二立体图。

图3是示出实施方式的光扫描装置的光扫描部的一个例子的上表面侧的俯视图。

图4是示出实施方式的光扫描装置的光扫描部的一个例子的下表面侧的俯视图。

图5是示出实施方式的光扫描装置的光扫描部的驱动时的姿势的立体图。

图6是现有例的光扫描装置的光扫描部的脊骨曲线的特性图。

图7是用于说明关于脊骨曲线的问题点的图。

图8是示出实施方式的光扫描装置的光扫描部的β(构造非线形常数)与k(弹簧常数)的关系(非线形0线)的图。

图9是示出实施例以及比较例的光扫描装置的光扫描部的β(构造非线形常数)与k(弹簧常数)的关系的图。

图10是示出实施例1的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图11是示出实施例2的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图12是示出比较例1的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图13是示出实施例3的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图14是示出比较例2的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图15是示出实施例4的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图16是示出实施例5的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图17是示出实施例6的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。

图18是将实施方式的光扫描装置的光扫描部的主要部分放大的俯视图。

图19是变形例1的光扫描装置的光扫描部的立体图。

图20是变形例2的光扫描装置的光扫描部的立体图。

图中：

100、100A—光扫描部，110—反射镜，120—反射镜支撑部，122—狭缝，130A、130B—扭曲梁，140A、140B—连结梁，150A、150B—水平驱动梁，151A、151B—水平驱动源，160—可动框，161—反射镜支撑体，170A、170B—垂直驱动梁，171A、171B—垂直驱动源，171X1～171X5、171Y1～171Y5—折回部，173X1～173X6、173Y1～173Y6—垂直梁，174X0～174X5、174Y0～174Y5—肋，181X、181Y—固定部，180—固定框，191、192、195、196—压电传感器，200—陶瓷封装体，300—封装罩，300A—开口部，1000—光扫描装置。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。各附图中，对同一结构部分标注同一符号，有时省略重复的说明。

＜实施方式＞

首先，说明实施方式的光扫描装置。图1、图2是示出实施方式的光扫描装置的一个例子的立体图，图1示出拆下封装罩后的状态下的光扫描装置，图2示出安装有封装罩的状态下的光扫描装置。

如图1、图2所示，光扫描装置1000具有光扫描部100、搭载光扫描部100的陶瓷封装体200、以及配设在陶瓷封装体200上且覆盖光扫描部100的封装罩300。光扫描装置1000也可以在陶瓷封装体200的下侧具备基板、控制电路等。

在光扫描装置1000中，在封装罩300的大致中央部设有使具有光反射面的反射镜110的附近露出的开口部300A。开口部300A呈不遮挡向反射镜110射入的激光入射光Li和从反射镜110射出的激光出射光Lo(扫描光)的形状。

此外，在开口部300A中，激光入射光Li所通过的一侧与激光出射光Lo所通过的一侧相比较小地开口。即，激光入射光Li侧大致呈半圆形地较窄地开口，与此相对，激光出射光Lo侧大致呈矩形地较宽地开口。这是因为，激光入射光Li从恒定的方向入射，从而仅使其方向开口即可，与此相对，由于激光出射光Lo呈二维地扫描，所以需要使所要扫描的整个范围开口，以便不遮挡呈二维地扫描的激光出射光Lo。

接下来，说明光扫描装置1000的光扫描部100。图3是示出实施方式的光扫描装置的一个例子的光扫描部100A的上表面侧的俯视图。图4是示出实施方式的光扫描装置的光扫描部的一个例子的下表面侧的俯视图。

如图3、图4所示，光扫描部100A是使反射镜110摆动来扫描从光源照射的激光入射光的部分。光扫描部100A例如是利用压电元件使反射镜110驱动的MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)反射镜等。

光扫描部100A具有反射镜110、反射镜支撑部120、扭曲梁130A、130B、连结梁140A、140B、水平驱动梁150A、150B、可动框160、垂直驱动梁170A、170B以及固定框180。在反射镜支撑部120的上表面支撑有反射镜110。在本实施方式中，将反射镜支撑部120、扭曲梁130A、130B、连结梁140A、140B、水平驱动梁150A、150B以及可动框160集中地称作支撑反射镜110的反射镜支撑体161。

在反射镜支撑体161的两侧配置有与反射镜支撑体161连接的一对垂直驱动梁170A、170B。反射镜支撑体161与垂直驱动梁170A通过反射镜支撑体连接部A11连接。固定框180与垂直驱动梁170A通过固定框连接部A12连接。反射镜支撑体161与垂直驱动梁170B通过反射镜支撑体连接部A13连接。固定框180与垂直驱动梁170B通过固定框连接部A14连接。在下文中详细说明垂直驱动梁170A、170B。

如图3、图4所示，在支撑反射镜110的反射镜支撑部120的两侧配置有与反射镜支撑部120连接的一对水平驱动梁150A、150B。并且，水平驱动梁150A、150B、连结梁140A、140B、扭曲梁130A、130B、反射镜支撑部120以及反射镜110由可动框160从外侧支撑。即，水平驱动梁150A、150B各自的一方侧支撑于可动框160。水平驱动梁150A的另一方侧延伸至内周侧并与连结梁140A、140B连结。水平驱动梁150B的另一方侧也相同地延伸至内周侧并与连结梁140A、140B连结。连结梁140A、140B与沿水平旋转轴H方向延伸的扭曲梁130A、130B连接，扭曲梁130A、130B从水平旋转轴H方向的两侧支撑反射镜支撑部120。如上所述，水平驱动梁150A、150B以在与扭曲梁130A、130B所延伸的水平旋转轴H方向正交的方向上夹住反射镜110和反射镜支撑部120的方式成对设置。在下文中说明水平旋转轴H方向。

水平驱动梁150A、150B分别具有水平驱动源151A、151B。并且，垂直驱动梁170A、170B分别具有垂直驱动源171A、171B。扭曲梁130A、130B、经由连结梁140A、140B而与扭曲梁130A、130B连接的水平驱动梁150A、150B、与水平驱动梁150A、150B连接的框体亦即可动框160、与可动框160连接的垂直驱动梁170A、170B以及与垂直驱动梁170A、170B连接的固定框180作为使反射镜支撑部120上的反射镜110向上下或者左右摆动来扫描激光的促动器发挥功能。

在水平驱动梁150A、150B的上表面分别形成有水平驱动源151A、151B。水平驱动源151A、151B包括形成于水平驱动梁150A、150B的上表面的压电元件的薄膜(以下也称作“压电薄膜”。)之上的上部电极、和形成于压电薄膜的下表面的下部电极。水平驱动源151A、151B根据施加给上部电极和下部电极的驱动电压的极性而伸长或者缩小。

因此，若在水平驱动梁150A和水平驱动梁150B中施加相反相位的正弦波的驱动电压，则水平驱动梁150A和水平驱动梁150B在反射镜110的左侧和右侧交替地向上下相反侧振动。由此，能够使反射镜110以扭曲梁130A、130B作为摆动轴或者旋转轴而绕水平旋转轴H的轴摆动。将反射镜110绕扭曲梁130A、130B的轴摆动的方向称作水平方向，并将通过反射镜110的光反射面的中心的上述的摆动轴称作水平旋转轴H。例如水平驱动梁150A、150B所进行的水平驱动能够使用共振振动，高速地驱动反射镜110使之摆动。

在反射镜支撑部120，以沿反射镜110的圆周的方式形成有狭缝122。利用狭缝122，能够使反射镜支撑部120变得轻型，并且能够将扭曲梁130A、130B所产生的扭曲传递至反射镜110。

并且，如图3、图4所示，垂直驱动梁170A具有沿水平旋转轴H方向延伸的多个矩形形状的垂直梁，相邻的垂直梁的端部彼此连结，从而整体具有之字形状的形状。

例如，从反射镜支撑体161侧起数第一个垂直梁173X1的端部与第二个垂直梁173X2的端部通过折回部171X1连结。并且，第二个垂直梁173X2的端部与第三个垂直梁173X3的端部通过折回部171X2连结。并且，第三个垂直梁173X3的端部与第四个垂直梁173X4的端部通过折回部171X3连结。并且，第四个垂直梁173X4的端部与第五个垂直梁173X5的端部通过折回部171X4连结。并且，第五个垂直梁173X5的端部与第六个垂直梁173X6的端部通过折回部171X5连结。

垂直驱动梁170B也相同地具有沿水平旋转轴H方向延伸的多个矩形形状的垂直梁，相邻的垂直梁的端部彼此连结，从而整体具有之字形状的形状。

例如，从反射镜支撑体161侧起数第一个垂直梁173Y1的端部与第二个垂直梁173Y2的端部通过折回部171Y1连结。并且，第二个垂直梁173Y2的端部与第三个垂直梁173Y3的端部通过折回部171Y2连结。并且，第三个垂直梁173Y3的端部与第四个垂直梁173Y4的端部通过折回部171Y3连结。并且，第四个垂直梁173Y4的端部与第五个垂直梁173Y5的端部通过折回部171Y4连结。并且，第五个垂直梁173Y5的端部与第六个垂直梁173Y6的端部通过折回部171Y5连结。

在垂直驱动梁170A、170B的上表面，分别按照每个作为不包括曲线部的矩形单位的垂直梁173X1、173X2、173X3、173X4、173X5、173X6、173Y1、173Y2、173Y3、173Y4、173Y5、173Y6地形成有垂直驱动源171A、171B。垂直驱动源171A包括分别形成于构成垂直驱动梁170A的第一个至第六个各垂直梁之上的六个垂直驱动源171A1、171A2、171A3、171A4、171A5以及171A6。并且，垂直驱动源171B包括分别形成于构成垂直驱动梁170B的第一个至第六个各垂直梁之上的六个垂直驱动源171B1、171B2、171B3、171B4、171B5以及171B6。垂直驱动源171A包括形成于垂直驱动梁170A的上表面的压电薄膜之上的上部电极、和形成于压电薄膜的下表面的下部电极。垂直驱动源171B包括形成于垂直驱动梁170B的上表面的压电薄膜之上的上部电极、和形成于压电薄膜的下表面的下部电极。

垂直驱动梁170A、170B通过由在每个垂直梁中相邻的垂直驱动源171A、171B彼此施加以驱动波形的中央值为基准上下反转而成的波形的驱动电压，使相邻的垂直梁的向上方的变形量变化，来将各垂直梁的上下运动的积累传递至可动框160。因垂直驱动梁170A、170B的动作，反射镜110以及反射镜支撑部120在与水平旋转轴H的方向正交的方向上摆动，将该摆动的方向称作垂直方向，并将在反射镜110的光反射面的中心通过的上述的摆动轴称作垂直旋转轴V。例如垂直驱动梁170A、170B所进行的垂直驱动能够使用非共振振动。

例如，通过以同波形来驱动垂直驱动源171A1、171B1、171A3、171B3、171A5、171B5，并以与前者相位不同的同波形来驱动垂直驱动源171A2、171B2、171A4、171B4、171A6以及171B6，能够使反射镜110和反射镜支撑体161在垂直方向上摆动。

并且，光扫描部100A具有压电传感器191、192作为检测对水平驱动源151A、151B施加驱动电压使反射镜110在水平方向上摆动的状态下的反射镜110的水平方向的倾斜程度(水平方向的振动角)的水平振动角传感器。压电传感器191设于连结梁140A，压电传感器192设于连结梁140B。

并且，光扫描部100A具有压电传感器195、196作为检测对垂直驱动源171A、171B施加驱动电压使反射镜110在垂直方向上摆动的状态下的反射镜110的垂直方向的倾斜程度(垂直方向的振动角)的垂直振动角传感器。压电传感器195设于构成垂直驱动梁170A的垂直梁之一，压电传感器196设于构成垂直驱动梁170B的垂直梁之一。

在本实施方式的光扫描装置中，光扫描部例如由具有活性层、埋入氧化(BOX)膜以及支撑层的SOI(Silicon on Insulator)基板形成。固定框180、可动框160以及肋的部分由活性层、埋入氧化膜以及支撑层构成。另一方面，扭曲梁130A、130B、水平驱动梁150A、150B以及垂直驱动梁170A、170B由活性层构成。或者，扭曲梁130A、130B、水平驱动梁150A、150B以及垂直驱动梁170A、170B也可以由活性层和埋入氧化膜构成。因此，固定框180、可动框160以及肋成为比扭曲梁130A、130B、水平驱动梁150A、150B以及垂直驱动梁170A、170B重的部分。

在本实施方式的光扫描装置中，在垂直驱动梁170A的背面且在垂直梁的连结位置形成有肋。在最内侧的垂直梁173X1与可动框160连结的位置形成有肋174X0。在垂直梁173X1、173X2与折回部171X1的连结位置形成有肋174X1。在垂直梁173X2、173X3与折回部171X2的连结位置形成有肋174X2。在垂直梁173X3、173X4与折回部171X3的连结位置形成有肋174X3。在垂直梁173X4、173X5与折回部171X4的连结位置形成有肋174X4。在垂直梁173X5、173X6与折回部171X5的连结位置形成有肋174X5。此处，肋174X5宽度较宽地形成于折回部171X5侧，垂直梁173X5、173X6与折回部171X5的连结位置的重量比其它连结位置的重量重。

并且，同样，在垂直驱动梁170B的背面且在垂直梁的连结位置形成有肋。在最内侧的垂直梁173Y1与可动框160连结的位置形成有肋174Y0。在垂直梁173Y1、173Y2与折回部171Y1的连结位置形成有肋174Y1。在垂直梁173Y2、173Y3与折回部171Y2的连结位置形成有肋174Y2。在垂直梁173Y3、173Y4与折回部171Y3的连结位置形成有肋174Y3。在垂直梁173Y4、173Y5与折回部171Y4的连结位置形成有肋174Y4。在垂直梁173Y5、173Y6与折回部171Y5的连结位置形成有肋174Y5。此处，肋174Y5宽度较宽地形成于折回部171Y5侧，垂直梁173Y5、173Y6与折回部171Y5的连结位置的重量比其它连结位置的重量重。

如图4所示，向固定框180的固定框的回收侧的固定框连接部A12、A14的内侧伸出有固定部181X、181Y，并与垂直梁173X6、173Y6连接。固定部181X、181Y与固定框180相同地由SOI基板的活性层、埋入氧化膜、支撑层这三层形成，是比垂直驱动梁170A、170B重的部分，并且成为垂直驱动梁170A、170B的振动的起点。

在本实施方式的光扫描装置中，垂直梁173X5、173X6与折回部171X5的连结位置、以及垂直梁173Y5、173Y6与折回部171Y5的连结位置的重量比其它连结位置的重量重。当垂直驱动梁进行共振振动时，重量较重的折回部产生相位延迟，从而有抑制其它梁的振动的反效果。

并且，在本实施方式的光扫描装置中，反射镜110和反射镜支撑体161的重心位于垂直旋转轴V上。这通过相对于垂直旋转轴V，与一方侧相比在一方侧的相反侧(设有反射镜支撑体连接部A11、A13的一侧)较重地形成可动框160等来实现。另外，如上所述，在能够使反射镜110在垂直旋转轴V方向和水平旋转轴H方向上摆动的本实施方式的光扫描装置中，反射镜110和反射镜支撑部120的重心位于垂直旋转轴V与水平旋转轴H的交点。由此，能够使反射镜110与反射镜支撑体161的重量平衡变得最佳，从而能够抑制在垂直驱动时产生振铃。

图5是示出本实施方式的光扫描装置的光扫描部的驱动时的姿势的立体图。在上述的本实施方式的光扫描装置的光扫描部中，通过对水平驱动梁150A和水平驱动梁150B施加预定电压，能够通过水平共振驱动HR使设于反射镜支撑部120的反射镜110以扭曲梁130A、130B作为摆动轴或者旋转轴地摆动。

图6是现有例的光扫描装置的光扫描部的脊骨曲线(在提高对压电元件的施加电压来扩大振动角后连接共振点而成的曲线)的特性图。若固定频率并提高施加电压，则振动角扩大。此处，在现有例的光扫描装置的促动器中，非线形性并未变得最佳，若在共振驱动时扩大振动角，则脊骨曲线BC向低频率侧或者高频率侧倾斜。附图中向高频率侧倾斜。若脊骨曲线BC较大地倾斜，则在频率响应中容易显现非线形跳跃现象NL。非线形跳跃现象NL是在振动角的频率响应中振动角以某频率急剧地变化的现象。因压电元件所具有的逆压电特性的非线形性(压电非线形性)和促动器所具有的构造非线形性的总和亦即非线形性而出现非线形跳跃现象NL。

如上所述，在非线形性并未变得最佳的现有例中，在振动角相对于频率的特性曲线中，因非线形性，产生了脊骨曲线向低频率侧或者高频率侧倾斜的现象。在该情况下，即使提高驱动电压，振动角也饱和，从而无法实现大振动角。

并且，在上述的现有例中，如脊骨曲线所示，若欲在共振点处进行驱动，则共振频率因振动角扩大而偏移。另外，由于至少稍微扩大振动角，所以当若以非线形跳跃现象产生附近的频率带进行驱动，则因外部温度变化、老化劣化而产生了频率变化时，振动角急剧地减少。

图7是用于说明关于脊骨曲线的问题点的图。脊骨曲线中，如图7的(A)所示，若压电非线形性较强则向频率较高的一侧倾斜，如图7的(B)所示，若构造非线形性较强则向频率较低的一侧倾斜。若获得压电非线形性与构造非线形性的平衡，则促动器整体的非线形消失。

然而，相对于获得某一定值的压电非线形，若促动器使构造非线形变化，则弹簧常数k也同时变化，从而存在与构造非线形常数β对应的弹簧常数k的最佳值。

下述式(2)示出作为非线形方程式的理论式的杜芬方程式。

式2

在此，J：惯量，θ：反射镜振动角，t：时间，C：衰减系数，k：弹簧常数，β：构造非线形常数，T：转矩(反向电压所产生的旋转力)，ω：角频率。

使用杜芬方程式，作为β与k的关系式，下述式(3)示出以与在实验中求出的向频率较高的一侧倾斜的压电非线形脊骨曲线平衡的方式向频率较低的一侧倾斜的构造非线形的结果。

式3

β＝0.05×k-9.5×10^-6 (3)

图8是使上述的式(3)形成为线图而成的图，是示出本实施方式的光扫描装置的光扫描部的β(构造非线形常数)与k(弹簧常数)的关系的图。横轴是k[Nm/rad]，纵轴是β[Nm/rad³]。表示与式(3)对应的直线作为非线形0线。图中，在与非线形0线相比β较大的区域A1内，脊骨曲线向低频率侧倾斜。在与非线形0线相比β较小的区域A2内，脊骨曲线向高频率侧倾斜。

＜第一实施例＞

图9是示出实施例1～6以及比较例1～2的光扫描装置的光扫描部的β(构造非线形常数)与k(弹簧常数)的关系的图。关于具有图9所示的β与k的关系的光扫描装置的光扫描部，通过模拟计算出振动角的频率响应(振动角相对于频率的特性)。

图10是示出实施例1的光扫描装置的光扫描部的振动角(Mechanical tilt)相对于频率的特性的图。实施例1中，未观察到脊骨曲线的倾斜，并且未产生非线形振动。此外，关于以下的实施例2～6以及比较例1～2的脊骨曲线通过以实施例1的最大振动角规格化后的振动角来示出。

图11是示出实施例2的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。实施例2中，构造非线形性较强且脊骨曲线向低频率侧倾斜，但未产生非线形跳跃现象。

图12是示出比较例1的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。比较例1中，构造非线形性较强且脊骨曲线向低频率侧较大地倾斜，产生了非线形跳跃现象。

图13是示出实施例3的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。实施例3中，压电非线形性较强且脊骨曲线向高频率侧倾斜，但未产生非线形跳跃现象。

图14是示出比较例2的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。比较例2中，压电非线形性较强且脊骨曲线向高频率侧较大地倾斜，产生了非线形跳跃现象。

图15是示出实施例4的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。实施例4具有与实施例1大致相同的特性，未观察到脊骨曲线的倾斜，并且未产生非线形振动。

图16是示出实施例5的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。实施例5具有与实施例2大致相同的特性，构造非线形性较强且脊骨曲线向低频率侧倾斜，但未产生非线形跳跃现象。

图17是示出实施例6的光扫描装置的光扫描部的振动角相对于频率的特性的图。实施例6具有与实施例3大致相同的特性，压电非线形性较强且脊骨曲线向高频率侧倾斜，但未产生非线形跳跃现象。

实施例1和实施例4具有沿上述的半实验、半理论地求出的下述式(3)所示的非线形0线变化的β和k的组合。实施例1和实施例4中，未观察到脊骨曲线的倾斜，并且未产生非线形振动。

式3

β＝0.05×k·9.5×10^-6 (3)

实施例2和实施例5具有沿下述式(4)所示的非线形上限线变化的β和k的组合。实施例2和实施例5中，构造非线形性较强且脊骨曲线向低频率侧倾斜，但未产生非线形跳跃现象。在比非线形上限线靠上方的区域内，如比较例1所示，脊骨曲线向低频率侧较大地倾斜，产生了非线形跳跃现象。

式4

β＝0.05×k-3.5×10^-6 (4)

实施例3和实施例6具有沿下述式(5)所示的非线形下限线变化的β和k的组合。实施例3和实施例6中，压电非线形性较强且脊骨曲线向低频率侧倾斜，但未产生非线形跳跃现象。在比非线形下限线靠下方的区域内，如比较例2所示，脊骨曲线向高频率侧较大地倾斜，产生了非线形跳跃现象。

式5

β＝0.05×k-1.55×10^-5 (5)

将上述的式(3)、式(4)以及式(5)集中地作为表示由非线形下限线和非线形上限线所夹的区域的式子，能够如下记载。

式1

β＝0.05×k-A×10^-6 (1)

在此，3.5≤A≤15.5。

构成上述的本实施方式的光扫描装置的光扫描部的促动器能够抑制在促动器的共振驱动时产生由非线形振动引起的跳跃现象，并且能够进行大振动角的稳定驱动。没有脊骨曲线的倾斜或者脊骨曲线的倾斜非常小，当在共振点处进行驱动并扩大振动角后，没有共振频率的偏移或者共振频率的偏移非常小。由于未产生非线形跳跃现象，所以能够抑制当因外部温度变化、老化劣化而产生了频率变化时振动角急剧地减少的情况。

＜第二实施例＞

图18是将实施方式的光扫描装置的光扫描部的主要部分放大的俯视图。相对于非线形0线上的实施例1的光扫描装置，变更以下方面的尺寸而实现了非线形上限线上的实施例2。(1)缩小区域T1内的扭曲梁的最小部的宽度。(2)增大区域T2内的连结梁的最小部的宽度。(3)缩短区域T2内的连结梁的长度。(4)增大水平驱动梁的宽度WDB。

相对于非线形0线上的实施例1的光扫描装置，变更以下方面的尺寸而实现了非线形下限线上的实施例3。(1)增大区域T1内的扭曲梁的最小部的宽度。(2)缩小区域T2内的连结梁的最小部的宽度。(3)增长区域T2内的连结梁的长度。(4)缩小水平驱动梁的宽度WDB。

如上所述，若区域T1的扭曲梁的刚性较高且区域T2的连结梁和水平驱动梁的刚性较低，则有β变小的趋势。相反，若区域T1的扭曲梁的刚性较低且区域T2的连结梁和水平驱动梁的刚性较高，则有β变大的趋势。

并且，若使β和k变化，则与(1)驱动共振频率、(2)驱动电压灵敏度、(3)反射镜的静态/动态平面度、(4)使用振动角和最大振动角(应力极限)、(5)垂直驱动源的共振频率的匹配性的各特性也变化，从而需要一边考虑光扫描装置的规格一边导出最佳的β和k的组合。

＜变形例1＞

图19是变形例1的光扫描装置的光扫描部的立体图。图19所示的光扫描装置的光扫描部是共振一轴驱动MEMS反射镜。光扫描部中，在支撑反射镜1110的反射镜支撑部1120的两侧连接有扭曲梁1130A、1130B，扭曲梁1130A、1130B经由连结梁而与水平驱动梁1150A、1150B连接，并且水平驱动梁1150A、1150B与固定框连接。与上述的图3、图4所示的结构的光扫描装置的光扫描部相比，去除垂直驱动梁，相当于将可动框变更成固定框的结构。变形例1的光扫描部的水平驱动梁通过共振驱动来驱动反射镜支撑部。在作为图19所示的光扫描装置的光扫描部的促动器中，通过构成为满足上述的式(1)，也能够抑制在促动器的共振驱动时产生由非线形振动引起的跳跃现象，并且能够进行大振动角的稳定驱动。

＜变形例2＞

图20是变形例2的光扫描装置的光扫描部的立体图。图20所示的光扫描装置的光扫描部是共振/共振二轴驱动MEMS反射镜。光扫描部中，在支撑反射镜的反射镜支撑部1120的两侧连接有扭曲梁1130A、1130B，扭曲梁1130A、1130B经由连结梁而与水平驱动梁1150A、1150B连接，并且水平驱动梁1150A、1150B与可动框1160连接。在可动框1160连接有垂直驱动梁1170A、1170B，并经由形成有水平驱动源1171A、1171B的梁而与固定框连接。变形例2的光扫描部的水平驱动梁通过水平驱动部的共振驱动来在绕水平旋转轴旋转的方向上驱动反射镜支撑部，并且通过垂直驱动部和垂直驱动源170的共振驱动来在绕垂直旋转轴旋转的方向上驱动包括反射镜支撑部的可动框。在作为图20所示的光扫描装置的光扫描部的促动器中，通过构成为满足上述的式(1)，也能够抑制在促动器的共振驱动时产生由非线形振动引起的跳跃现象，并且能够进行大振动角的稳定驱动。

以上对优选的实施方式进行了说明，但不限定于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的范围的情况下，能够对上述的实施方式施加各种变形以及置换。例如，在上述的实施方式中，对在具有反射镜的光扫描装置中应用了促动器的方式进行了说明，但促动器的驱动对象物也可以不是反射镜，本发明也能够应用于不具有反射镜的促动器。并且，本发明的光扫描装置也能够应用于投影装置。

Claims (6)

1.一种促动器，其特征在于，具备：

扭曲梁，其支撑驱动对象物；

驱动梁，其形成有驱动源；

连结梁，其连结上述扭曲梁和上述驱动梁；以及

框体，其固定有上述驱动梁，

上述促动器通过上述驱动梁的共振驱动来对上述扭曲梁施加绕预定轴旋转的方向的力，使上述驱动对象物摆动，

当将上述促动器的构造非线形常数设为β[Nm/rad³]、将上述促动器的弹簧常数设为k[Nm/rad]时，满足下述式(1)，

式1

β＝0.05×k-A×10^-6 (1)

在此，3.5≤A≤15.5。

2.根据权利要求1所述的促动器，其特征在于，具有：

固定框，其设于上述框体的外周；以及

第二驱动梁，其设为连接上述框体和上述固定框。

3.根据权利要求2所述的促动器，其特征在于，

通过上述第二驱动梁的驱动，使包括上述框体的上述驱动对象物在绕与上述预定轴正交的第二轴旋转的方向上摆动。

4.根据权利要求3所述的促动器，其特征在于，

在上述第二驱动梁的表面形成有驱动上述第二驱动梁的第二驱动源。

5.根据权利要求3所述的促动器，其特征在于，

在设于上述第二驱动梁的根部的梁，形成有驱动上述第二驱动梁的第二驱动源。

6.一种光扫描装置，其特征在于，

包括促动器，该促动器具备：

反射镜，其具有光反射面；

反射镜支撑部，其支撑上述反射镜；

扭曲梁，其支撑上述反射镜支撑部；

驱动梁，其形成有驱动源；

连结梁，其连接上述扭曲梁和上述驱动梁；以及

框体，其固定有上述驱动梁，

上述促动器通过上述驱动梁的共振驱动来对上述扭曲梁施加绕预定轴旋转的方向的力，使上述反射镜支撑部摆动，

当将上述促动器的构造非线形常数设为β[Nm/rad³]、将上述促动器的弹簧常数设为k[Nm/rad]时，满足下述式(1)，

式1

β＝0.05×k-A×10^-6 (1)

在此，3.5≤A≤15.5。