WO2024024300A1

WO2024024300A1 - 駆動素子および光偏向素子

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Publication number: WO2024024300A1
Application number: PCT/JP2023/021680
Authority: WO
Inventors: 健介水原; 貴巳石田
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2023-06-12
Publication date: 2024-02-01

Abstract

駆動素子（１）は、可動部（３０）と、可動部（３０）の回動軸（Ｒ０）に沿って延び、一端が可動部（３０）に接続される第１支持部（１１）と、回動軸（Ｒ０）を挟んで配置される一対のアーム部（１２）と、一対のアーム部（１２）と第１支持部（１１）の他端とを連結する一対の連結部（１３）と、回動軸（Ｒ０）に沿って延び、一対の連結部（１３）を支持する第２支持部（１４）と、第２支持部（１４）が接続される固定部（１５）と、アーム部（１２）を駆動する駆動部（１６）と、を備える。第２支持部（１４）は、第１支持部（１１）より剛性が高く、一対の連結部（１３）は、可動部（３０）側に傾くように配置される。各々の連結部（１３）と第２支持部（１４）との為す角が、９０°より大きく１３５°以下である。

Description

駆動素子および光偏向素子

　本発明は、回動軸について可動部を回動させる駆動素子および当該駆動素子を用いた光偏向素子に関する。

　近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて可動部を回動させる駆動素子が開発されている。この種の駆動素子では、可動部に反射面を配置することにより、反射面に入射する光を所定の振れ角で走査させることができる。この種の駆動素子は、たとえば、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置に搭載される。この他、レーザ光を用いて物体を検出するレーザレーダ等にも、この種の駆動素子が用いられ得る。

　以下の特許文献１には、いわゆる音叉振動子により可動部を回動させる方式の駆動素子が記載されている。この駆動素子では、回動軸に沿って延びる第１接続体によって、可動部が音叉振動子に接続される。また、音叉振動子は、回動軸に沿って延びる第２接続体に垂直に接続される。第２接続体は、基体に接続される。基体は、駆動素子を被設置面に固定するための固定部を構成する。音叉振動子を駆動することにより、回動軸について可動部が回動し、これに伴い、可動部に配置された反射面が回動する。

特開２０１９－０８２６２５号公報

　上記構成の駆動素子では、第１接続体の剛性より第２接続体の剛性を高めることによって、可動部の駆動効率を高めることができる。しかし、この剛性の差異により、可動部の駆動時に、第２接続体と音叉振動子との接続位置に応力集中が生じ、応力集中箇所を起点に駆動素子が損傷することが起こり得る。また、このような剛性の差異により、第１接続体と第２接続体とで回動しやすさが異なるため、上記特許文献１のように音叉振動子が第２接続体に垂直に接続される構成では、音叉振動子で生じたトルクが第１接続体に円滑に伝わりにくい。このため、可動部の駆動効率の低下を招いてしまう。

　かかる課題に鑑み、本発明は、可動部の駆動時に生じる応力を抑制しつつ、可動部の駆動効率を高めることが可能な駆動素子および光偏向素子を提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様は、駆動素子に関する。この態様に係る駆動素子は、可動部と、前記可動部の回動軸に沿って延び、一端が前記可動部に接続される第１支持部と、前記回動軸を挟んで配置される一対のアーム部と、前記一対のアーム部と前記第１支持部の他端とを連結する一対の連結部と、前記回動軸に沿って延び、前記一対の連結部を支持する第２支持部と、前記第２支持部が接続される固定部と、前記アーム部を駆動する駆動部と、を備える。前記第２支持部は、前記第１支持部より剛性が高く、前記一対の連結部は、前記可動部側に傾くように配置される。各々の前記連結部と前記第２支持部との為す角が、９０°より大きく１３５°以下である。

　本態様に係る駆動素子によれば、一対の連結部が可動部側に傾くように配置され、各々の連結部と前記第２支持部との為す角が、９０°より大きく１３５°以下であるため、第２支持部の剛性が第１支持部より高い場合も、可動部の駆動時に連結部と第２支持部との接続位置に生じる応力を抑制でき、一対のアーム部で生成されたトルクを効率よく第１支持部に伝達できる。よって、可動部の駆動時に生じる応力を抑制しつつ、可動部の駆動効率を効果的に高めることができる。

　本発明の第２の態様は、光偏向素子に関する。この態様に係る光偏向素子は、第１の態様に係る駆動素子と、前記可動部に配置された反射面と、を備える。

　本態様に係る光偏向素子によれば、第１の態様に係る駆動素子を備えるため、可動部の駆動効率を高めることができる。よって、反射面により、高い振れ角で効率よく、光を偏向および走査させることができる。

　以上のとおり、本発明によれば、可動部の駆動時に生じる応力を抑制しつつ、可動部の駆動効率を高めることが可能な駆動素子および光偏向素子を提供できる。

　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施形態１に係る、駆動素子の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る、駆動素子の構成を示す平面図である。図３は、比較例に係る、駆動素子の構成を示す斜視図である。図４は、実施形態１に係る、シミュレーション条件を説明するための駆動素子の平面図である。図５は、実施形態１に係る、シミュレーションに用いられた共振モードを模式的に示す図である。図６は、実施形態１に係る、最大応力および振れ角のシミュレーション結果を示すグラフである。図７は、実施形態１に係る、連結部と第２支持部との為す角が１５０°の場合の駆動素子の構成を示す平面図である。図８は、実施形態２に係る、駆動素子の構成を示す平面図である。図９は、実施形態２に係る、振れ角のシミュレーション結果を示すグラフである。図１０は、実施形態３に係る駆動素子の構成を示す斜視図である。図１１（ａ）は、変更例１に係る、駆動素子の第１駆動ユニットの構成を示す平面図である。図１１（ｂ）は、変更例２に係る、駆動素子の第１駆動ユニットの構成を示す平面図である。図１２（ａ）は、変更例３に係る、駆動素子の第１駆動ユニットの構成を示す平面図である。図１２（ｂ）は、変更例４に係る、駆動素子の第１駆動ユニットの構成を示す平面図である。

　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

　以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

　以下の実施形態には、駆動素子の可動部に反射面が配置されて光偏向素子が構成されている。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｙ軸方向は、駆動素子の回動軸に平行な方向であり、Ｚ軸方向は、可動部に配置された反射面に垂直な方向である。

　＜実施形態１＞
　図１は、駆動素子１の構成を示す斜視図、図２は、駆動素子１の構成を示す平面図である。図２には、駆動素子１を下面側（Ｚ軸負側）から見たときの平面図が示されている。

　図１および図２に示すように、駆動素子１は、第１駆動ユニット１０と、第２駆動ユニット２０と、可動部３０とを備える。また、可動部３０の上面に反射面４０が配置されて光偏向素子２が構成される。駆動素子１は、平面視において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対称な形状である。

　第１駆動ユニット１０および第２駆動ユニット２０は、図示しない駆動回路から供給される駆動信号により、可動部３０を回動軸Ｒ０について回動させる。反射面４０は、可動部３０の上方から入射した光を、可動部３０の振り角に応じた方向に反射する。これにより、反射面４０に入射した光（たとえば、レーザ光）が、可動部３０の回動に伴い偏向されて走査される。可動部３０と反射面４０とは、同一部材で形成してもよい。

　第１駆動ユニット１０は、第１支持部１１と、一対のアーム部１２と、一対の連結部１３と、第２支持部１４と、固定部１５と、駆動部１６とを備える。

　第１支持部１１は、可動部３０の回動軸Ｒ０に沿って延び、一端（Ｙ軸負側の端部）が可動部３０に接続される。第１支持部１１は、棒状の形状である。Ｘ軸方向における第１支持部１１の幅は、両端を除いて一定である。第１支持部１１の両端の幅は、徐々に広がっている。Ｘ－Ｚ平面により第１支持部１１の中央を切断したときの断面は、略正方形である。第１支持部１１の断面形状が、円形等の他の形状であってもよい。

　一対のアーム部１２は、回動軸Ｒ０を挟んで対称に配置される。一対のアーム部１２は、回動軸Ｒ０に平行に延びている。各々のアーム部１２は、平面視において、Ｙ軸負側の２つの角が丸められた疑似長方形である。

　一対の連結部１３は、一対のアーム部１２と第１支持部１１の他端（Ｙ軸正側の端部）とを連結する。一対の連結部１３は、回動軸Ｒ０からＸ軸正負の方向に離れるように延びている。より詳細には、一対の連結部１３が延びる方向は、回動軸Ｒ０に対して垂直ではなく、回動軸Ｒ０に垂直な方向に対して可動部３０に近づく方向（Ｙ軸負方向）に傾いている。すなわち、一対の連結部１３は、可動部３０側に傾くように配置されている。一対の連結部１３は、根本よりも先端の方が回動軸Ｒ０から離れるように配置されている。連結部１３が延びる方向に垂直かつ水平方向の連結部１３の幅は、両端を除いて一定である。

　第２支持部１４は、回動軸Ｒ０に沿って延び、一対の連結部１３を支持する。Ｘ軸方向における第２支持部１４の幅は、固定部１５側の端部を除いて一定である。固定部１５側の第１支持部１１の端部の幅は、徐々に広がっている。第２支持部１４は、固定部１５に接続されている。

　固定部１５は、駆動素子１を被設置面に固定するためのものである。固定部１５は、Ｘ軸正負側の端部およびＹ軸正側の端部の厚みが、その他の部分より大きくなっている。この厚みが大きい部分が、被設置面に設置される。

　２つの駆動部１６は、それぞれ、一対のアーム部１２を駆動する。２つの駆動部１６は、圧電駆動体である。２つの駆動部１６は、一対のアーム部１２の上面にそれぞれ形成されている。

　第２駆動ユニット２０は、第１支持部２１と、一対のアーム部２２と、一対の連結部２３と、第２支持部２４と、固定部２５と、駆動部２６とを備える。第２駆動ユニット２０の構成は、第１駆動ユニット１０の構成と同様である。第１駆動ユニット１０および第２駆動ユニット２０は、可動部３０を挟んで互いに逆向きに配置されている。第１駆動ユニット１０の第１支持部１１および第２駆動ユニット２０の第１支持部２１が、それぞれ、可動部３０に接続されている。

　一対のアーム部１２および連結部１３によって音叉振動子が構成される。また、一対のアーム部２２および連結部２３によって音叉振動子が構成される。第１駆動ユニット１０において、２つの駆動部１６によって一対のアーム部１２が駆動されることにより、第１支持部１１が回動軸Ｒ０について回動される。また、第２駆動ユニット２０において、２つの駆動部２６によって一対のアーム部２２が駆動されることにより、第１支持部２１が回動軸Ｒ０について回動される。第１支持部１１、２１の回動方向が同じ方向となるよう制御されることで、可動部３０が回動する。

　駆動部１６、２６は、圧電駆動体によって構成される。駆動部１６、２６（圧電駆動体）は、所定厚みの圧電体薄膜１６ａ、２６ａの上下にそれぞれ電極層が配置された積層構造を有する。

　圧電体薄膜１６ａ、２６ａは、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の高い圧電定数を有する圧電材料からなっている。電極は、白金（Ｐｔ）等の、電気抵抗が低く、耐熱性が高い材料からなっている。圧電駆動体は、圧電体薄膜１６ａ、２６ａおよび上下の電極を含む層構造を、スパッタ法等によって、アーム部１２、２２の上面に形成することにより、これら各部の上面に配置される。

　駆動素子１の基材は、平面視において駆動素子１と同じ輪郭で、且つ、一定厚みを有する。基材上面の対応する領域に、反射面４０および駆動部１６、２６（圧電駆動体）が配置される。また、基材の固定部１５、２５の外周に対応する領域の下面に、さらに所定の材料からなる層１５ａ、２５ａが形成されて、固定部１５、２５の厚みが広げられている。したがって、層１５ａ、２５ａが形成された領域以外の駆動素子１の厚みは一定である。層１５ａ、２５ａの材料は、基材と異なる材料であってよく、または、基材と同じ材料であってもよい。

　基材は、たとえば、シリコン等によって一体形成される。ただし、基材を構成する材料は、シリコンに限らず、他の材料であってもよい。基材を構成する材料は、金属、結晶体、ガラス、樹脂等の機械的強度およびヤング率が高い材料であることが好ましい。このような材料として、シリコンの他、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金等を用いることができる。固定部１５、２５の層１５ａ、２５ａの材料も同様である。

　ところで、図１、２に示した駆動素子１では、第２支持部１４、２４のＸ軸方向の幅を第１支持部１１、２１のＸ軸方向の幅より広げることにより、回動軸Ｒ０周りの第２支持部１４、２４の剛性が第１支持部１１、２１よりも高められている。このように、第２支持部１４、２４の剛性を第１支持部１１、２１より高めることにより、可動部３０の駆動効率を高めることができる。しかし、その一方で、このように第２支持部１４、２４の剛性を第１支持部１１、２１より高めると、可動部３０の駆動時に、第２支持部１４、２４と連結部１３、２３との接続位置に応力が生じる。

　図３は、比較例に係る、駆動素子１の構成を示す斜視図である。

　比較例では、一対の連結部１３が延びる方向が図１の実施形態１の構成と相違している。比較例のその他の構成は、実施形態１の構成と同様である。

　比較例では、一対の連結部１３は、回動軸Ｒ０からＸ軸正負の方向に離れるように延びており、その延びる方向は、回動軸Ｒ０に対して垂直である。同様に、一対の連結部２３は、回動軸Ｒ０からＸ軸正負の方向に離れるように延びており、その延びる方向は、回動軸Ｒ０に対して垂直である。すなわち、一対の連結部１３および一対の連結部２３は、それぞれ、第２支持部１４、２４に垂直に接続している。したがって、各々の連結部１３と第２支持部１４との為す角θ１０は９０°であり、各々の連結部２３と第２支持部２４との為す角θ１０も９０°である。

　このように、各々の連結部１３、２３が第２支持部１４、２４に垂直に接続する場合、上記のように第２支持部１４、２４の剛性が第１支持部１１、２１より高められると、第２支持部１４、２４と連結部１３、２３との接続位置、すなわち、図３の位置Ｐ１に高い応力集中が生じる。このため、この応力集中の箇所（位置Ｐ１）を起点に駆動素子１が損傷することが起こり得る。

　また、上記のように第２支持部１４、２４の剛性が第１支持部１１、２１より高い構成では、第１支持部１１、２１と第２支持部１４、２４とで回動しやすさが異なる。このため、比較例のように、一対の連結部１３および一対の連結部２３が、それぞれ、第２支持部１４、２４に垂直に接続する構成では、一対のアーム部１２および一対のアーム部２２で生じたトルクが第１支持部１１、２１に円滑に伝わりにくく、その結果、可動部３０の駆動効率の低下を招いてしまう。

　そこで、実施形態１では、これらの問題を解消するため、図１、２に示したように、一対の連結部１３および一対の連結部２３が、それぞれ、可動部３０側に傾くように配置され、各々の連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角が９０°より大きく設定されている。これにより、上記比較例のように、各々の連結部１３、２３が第２支持部１４、２４に垂直に接続する場合に比べて、第２支持部１４、２４と連結部１３、２３との接続位置に生じる応力を抑制でき、且つ、可動部３０の駆動効率を高めることができる。

　以下、このような効果を確認するために発明者らが行った検証（シミュレーション）について説明する。

　図４は、シミュレーション条件を説明する図である。

　図４には、上記実施形態１と同様の構成の駆動素子１の平面図が示されている。シミュレーションでは、各々のアーム部１２、２２と第１支持部１１、２１との間隔Ｄ０を所定の値に固定した。また、一対のアーム部１２、一対の連結部１３、第２支持部１４および２つの駆動部１６からなる音叉部Ｕ１の共振周波数と、一対のアーム部２２、一対の連結部２３、第２支持部２４および２つの駆動部２６からなる音叉部Ｕ１の共振周波数とを、所定の値に固定した。これは、これら音叉部Ｕ１からなる部分の共振周波数と、第１支持部１１、２１および可動部３０とからなる部分の共振周波数とを一致させることで、可動部３０の駆動効率を高め得るためである。

　この条件のもと、一対の連結部１３および一対の連結部２３の傾きを変化させて、各々の連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角θを、９０°以上の範囲で変化させた。便宜上、図４には、為す角θがθ１１（１２０°）である場合が示されている。上記のように、音叉部Ｕ１の共振周波数は所定の値に固定されるため、為す角θの変化に応じてアーム部１２、２２の長さも変化する。図４には、為す角θがθ１１（１２０°）である場合のアーム部１２、２２の長さＬ１１が示されている。

　そして、各々の為す角θについて、各々の音叉部Ｕ１を共振させた場合の最大応力と可動部３０の振れ角を、シミュレーションにより求めた。音叉部Ｕ１は、図５に示すように、各々のアーム部１２、２２において、先端と根本とが逆方向に移動するモードで共振させた。図５のＺ軸方向の矢印は、各部の移動方向を示し、湾曲した矢印は、第１支持部１１、２１の回動方向（捩じれ方向）を示している。

　最大応力は、可動部３０の振れ角（反射面４０の光学全角）が６５°となるように各々の音叉部Ｕ１を共振させた場合に、一対の連結部１３と第２支持部１４との接続位置、および、一対の連結部２３と第２支持部２４との接続位置に生じる最大応力を求めた。また、振れ角は、駆動部１６、２６（圧電駆動体）に１０Ｖｐｐの電圧を印加したときの振れ角（光学全角）を求めた。

　図６は、最大応力および振れ角のシミュレーション結果を示すグラフである。

　図６のグラフの横軸は、各々の連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との角度、すなわち、上述の為す角θである。また、左側の縦軸は上述の最大応力であり、右側の縦軸は上述の触れ角（光学全角）である。四角形のプロットは最大応力を示し、円形のプロットは振れ角を示している。

　図６のシミュレーション結果から、為す角θが９０°から大きくなるほど最大応力が低下することが分かる。他方、振れ角は、為す角θが９０度より大きく１１５°付近以下の範囲では、為す角θの増加に伴い増加したが、為す角が１１５°付近を超えると、為す角θの増加に伴い低下した。そして、為す角θが１３５°を超えると、為す角θが９０°である比較例の場合よりも、振れ角が低下した。これは、図７に示すように、音叉部Ｕ１の共振周波数が所定の値に固定されているため、為す角θの増加に伴いアーム部１２、２２の長さが短くなり、音叉部Ｕ１により生成されるトルクが低下するためである。図７には、為す角θがθ１２（１５０°）である場合のアーム部１２、２２の長さＬ１２が示されている。長さＬ１２は、図４の長さＬ１１よりもかなり短い。

　したがって、上記シミュレーション結果から、為す角θを９０°より大きく１３５°程度以下に設定することにより、図３に示した比較例に比べて、最大応力の抑制および駆動効率の向上を実現できると言える。これにより、可動部３０の駆動時に生じる応力を抑制しつつ、可動部３０の駆動効率を効果的に高めることができる。

　＜実施形態１の効果＞
　実施形態１によれば、以下の効果が奏され得る。

　一対の連結部１３、２３が可動部３０側に傾くように配置され、各々の連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角が、９０°より大きく１３５°以下に設定される。これにより、図６のシミュレーション結果に示したとおり、第２支持部１４、２４の剛性が第１支持部１１、２１より高い場合も、可動部３０の駆動時に連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との接続位置に生じる応力を抑制でき、一対のアーム部１２、２２で生成されたトルクを効率よく第１支持部１１、２１に伝達できる。よって、可動部３０の駆動時に生じる応力を抑制しつつ、可動部３０の駆動効率を効果的に高めることができる。

　ここで、各々の連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角は、図６のシミュレーション結果に示したとおり、１１０°以上１２０°以下の範囲付近に設定されることが好ましく、１１５°付近に設定されることがさらに好ましい。これにより、可動部３０の駆動効率を最も高めることができる。

　図１および図２に示したように、一対のアーム部１２および一対のアーム部２２は、回動軸Ｒ０に平行に延びている。これにより、平面視における駆動素子１の外形をコンパクトに収めつつ、図６のシミュレーション結果に示したとおり、応力の抑制および可動部３０の駆動効率の向上を実現できる。

　図１および図２に示したように、第１支持部１１、一対のアーム部１２、一対の連結部１３、第２支持部１４、固定部１５および駆動部１６を備える第１駆動ユニット１０と、第１支持部２１、一対のアーム部２２、一対の連結部２３、第２支持部２４、固定部２５および駆動部２６を備える第２駆動ユニット２０とが、可動部３０を挟んで互いに逆向きに配置され、各駆動ユニットの第１支持部１１、２１が、可動部３０に接続されている。このように、可動部３０を各駆動ユニットで支持して駆動することより、可動部３０をより大きなトルクで安定的に駆動することができる。

　図１に示したよう、駆動部１６、２６は、駆動源として圧電体薄膜１６ａ、２６ａを有する。これにより、アーム部１２、２２を円滑に駆動できる。

　図１に示したように、駆動素子１と、可動部３０に配置された反射面４０とによって、光偏向素子２が構成される。これにより、上記のように、可動部３０の駆動効率を高めることができるため、反射面４０により、高い振れ角で効率よく、光を偏向および走査させることができる。

　＜実施形態２＞
　図８は、実施形態２に係る、駆動素子１の構成を示す平面図である。

　実施形態２では、実施形態１に比べて、一対のアーム部１２および一対のアーム部２２の配置が相違している。実施形態２におけるその他の構成は、実施形態１と同様である。実施形態２においても、駆動素子１は、平面視において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対称な形状を有する。また、実施形態２においても、可動部３０の上面に反射面４０が形成されることで、光偏向素子２が構成される。

　図８に示すように、一対のアーム部１２および一対のアーム部２２は、それぞれ、先端が開くように配置される。すなわち、一対のアーム部１２は、先端に向かうほど互いの距離が離れるように配置される。同様に、一対のアーム部２２も、先端に向かうほど互いの距離が離れるように配置される。一対のアーム部１２、２２は、根本よりも先端が回動軸Ｒ０から離れるように、回動軸Ｒ０に対して斜めに配置される。

　このように一対のアーム部１２、２２が配置されることで、各々のアーム部１２、２２の回動軸Ｒ０側と、当該アーム部１２、２２が接続する連結部１３、２３との為す角（図８ではθ２１）は、当該連結部１３、２３と当該連結部１３、２３が接続する第２支持部１４、２４との為す角（図８ではθ１１）より大きくなる。図８には、θ１１が１２０°であり、θ１２が１５０°である場合の構成が示されている。

　図８の構成では、上記実施形態に比べて、一対のアーム部１２、２２の先端と回動軸Ｒ０との距離が増加するため、これらアーム部１２、２２の駆動時に、より大きな慣性モーメントの変化を生成できる。これにより、上記実施形態１に比べて、さらに駆動効率を高めることができる。

　図９は、振れ角のシミュレーション結果を示すグラフである。

　図９のグラフの横軸は、各々のアーム部１２、２２の内側と当該アーム部１２、２２が接続する連結部１３、２３との為す角（図８の為す角θ２１に対応）である。また、縦軸は、図６の右側の縦軸と同様、可動部３０の触れ角（光学全角）である。

　このシミュレーションでは、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角を、図８に示したθ１１、すなわち、１２０°に固定した状態で、一対のアーム部１２、２２の傾きを変化させて、各々のアーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角を変化させた。そして、各々の為す角について、各々の音叉部Ｕ１を図５のモードで共振させた場合の可動部３０の振れ角を、シミュレーションにより求めた。振れ角は、駆動部１６、２６（圧電駆動体）に１０Ｖｐｐの電圧を印加したときの振れ角（光学全角）を求めた。その他のシミュレーション条件は、図６の場合と同様とした。

　図９において、横軸が１２０°のときの振れ角は、図６の横軸が１２０°のときの振れ角と同じである。すなわち、横軸が１２０°の場合、一対のアーム部１２、２２は、回動軸Ｒ０に平行な状態にあり、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角は、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角に等しい。

　範囲Ｒ１１は、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角が、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角である１２０°より大きい範囲に対応する。すなわち、この範囲Ｒ１２では、一対のアーム部１２、２２は、根本より先端の方が回動軸Ｒ０から離れている。また、範囲Ｒ１２は、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角が、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角である１２０°より小さい範囲に対応する。すなわち、この範囲Ｒ１２では、一対のアーム部１２、２２は、根本より先端の方が回動軸Ｒ０に近づいている。

　図９のシミュレーション結果から、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角が、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角（１２０°）より大きくなるほど同一電圧（１０Ｖｐｐ）印加時の振れ角が大きくなり、可動部３０の駆動効率が向上した。他方、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角が、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角（１２０°）より小さくなると、これらの為す角が同じである場合よりも振れ角が小さくなり、可動部３０の駆動効率が低下した。

　したがって、このシミュレーション結果から、アーム部１２、２２を根本より先端の方が回動軸Ｒ０から離れるように配置し、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角を、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角より大きくすることにより、上記実施形態１の構成に比べて、可動部３０の駆動効率をさらに向上できると言える。

　なお、図８に示す構成では、一対のアーム部１２、２２に先端間のＸ軸方向の距離が、上記実施形態１に比べて大きくなるため、平面視における駆動素子１の外形が上記実施形態１の構成に比べてＸ軸方向に大きくなる。したがって、アーム部１２、２２の内側と連結部１３、２３との為す角は、平面視における駆動素子１の外形を所定の制約の範囲に収め得るとの条件のもとで、大きくすることが好ましいと言える。

　＜実施形態２の効果＞
　図８に示したように、アーム部１２、２２の回動軸Ｒ０側と連結部１３、２３との為す角θ２１が、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角θ１１より大きい。これにより、図９に示したように、同一電圧（１０Ｖｐｐ）における可動部３０の振れ角（光学全角）を、実施形態１に比べて、さらに高めることができ、可動部３０の駆動効率をより一層高めることができる。

　なお、実施形態２の構成は、連結部１３、２３と第２支持部１４、２４との為す角が９０°より大きく１３５°付近以下であるとの条件がない場合においても、適用され得る。

　＜実施形態３＞
　図１０は、実施形態３に係る駆動素子１の構成を示す斜視図である。

　実施形態３では、上記実施形態１に示した第２駆動ユニット２０が省略され、可動部３０のＹ軸正側のみに第１駆動ユニット１０が配置されている。この構成においても、上記実施形態１と同様、可動部３０の上面に反射面４０が配置されることによって、光偏向素子２が構成される。

　実施形態３によっても、上記実施形態１と同様、一対の連結部１３と第２支持部１４との接合位置に生じる応力集中を抑制でき、且つ、可動部３０の駆動効率を高めることができる。

　実施形態３の構成に、実施形態２の構成が適用されてもよい。この場合、一対のアーム部１２は、根本よりも先端の方が回動軸Ｒ０から離れるように配置される。これにより、実施形態２と同様、可動部３０の駆動効率をさらに高めることができる。

　＜変更例＞
　本発明の実施形態は、上記実施形態１～３に限定されるものではない。

　たとえば、図１１（ａ）に示す変更例１のように、一対の連結部１３の固定部１５側の側面と第２支持部１４の側面とが接合する角の部分（破線の丸の部分）が面取りされて曲面になっていてもよい。この場合も、一対の連結部１３の固定部１５側の側面と第２支持部１４の側面との為す角が、９０°より大きく１３５°付近以下であればよい。

　また、図１１（ｂ）に示す変更例２のように、連結部１３の外側面と第２支持部１４の外側面との間に、他の側面が介在してもよい。この場合、図１１（ｂ）に示すように、他の側面までの範囲が第２支持部１４とされ、他の側面は、連結部１３に含まれる。したがって、この場合は、他の側面と第２支持部１４との為す角θｂが、９０°より大きく１３５°付近以下に設定されればよい。

　また、Ｘ軸方向における第２支持部１４の幅は一定でなくてもよく、たとえば、図１２（ａ）に示す変更例３のように、第２支持部１４の幅がＷ１１からＷ１２の範囲で変化してもよい。この場合も、一対の連結部１３と第２支持部１４との為す角θｃが、９０°より大きく１３５°付近以下であればよい。

　また、連結部１３の幅は一定でなくてもよく、たとえば、図１２（ｂ）に示す変更例４のように、連結部１３の幅がＷ２１からＷ２２の範囲で変化してもよい。この場合も、一対の連結部１３と第２支持部１４との為す角θｄが、９０°より大きく１３５°付近以下であればよい。

　なお、図１１（ａ）～図１２（ｂ）には、第１駆動ユニット１０側の構成を示したが、上記実施形態１、２のように、駆動素子１が第２駆動ユニット２０を備える場合は、第２駆動ユニット２０側の構成も同様に変更されればよい。

　また、上記実施形態１、２では、第２支持部１４、２４のＸ軸方向の幅を第１支持部１１、２１のＸ軸方向の幅より広くすることで、第２支持部１４、２４の剛性を第１支持部１１、２１の剛性より高めたが、第２支持部１４、２４の剛性を高める方法はこれに限られない。たとえば、第２支持部１４、２４の厚みを第１支持部１１、２１の厚みより大きくする方法や、第２支持部１４、２４を第１支持部１１、２１より剛性の高い材料で構成する方法によって、第２支持部１４、２４の剛性が第１支持部１１、２１の剛性より高められてもよい。

　また、上記実施形態１、２では、可動部３０の形状が円形であったが、可動部３０の形状は、正方形等の他の形状であってもよい。平面視における駆動素子１の形状や、駆動素子１の各部の寸法も、適宜変更可能である。

　また、駆動素子１は、光偏向素子２以外の素子として用いられてもよい。駆動素子１が、光偏向素子以外の素子として用いられる場合、可動部３０には、反射面４０が配置されなくてもよく、反射面４０以外の他の部材が配置されてもよい。

　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

（付記）
　以上の実施形態の記載により、下記の技術が開示される。

（技術１）
　可動部と、
　前記可動部の回動軸に沿って延び、一端が前記可動部に接続される第１支持部と、
　前記回動軸を挟んで配置される一対のアーム部と、
　前記一対のアーム部と前記第１支持部の他端とを連結する一対の連結部と、
　前記回動軸に沿って延び、前記一対の連結部を支持する第２支持部と、
　前記第２支持部が接続される固定部と、
　前記アーム部を駆動する駆動部と、を備え、
　前記第２支持部は、前記第１支持部より剛性が高く、
　前記一対の連結部は、前記可動部側に傾くように配置され、
　各々の前記連結部と前記第２支持部との為す角が、９０°より大きく１３５°以下である、
ことを特徴とする駆動素子。

　この技術によれば、一対の連結部が可動部側に傾くように配置され、各々の連結部と前記第２支持部との為す角が、９０°より大きく１３５°以下であるため、第２支持部の剛性が第１支持部より高い場合も、可動部の駆動時に連結部と第２支持部との接続位置に生じる応力を抑制でき、一対のアーム部で生成されたトルクを効率よく第１支持部に伝達できる。よって、可動部の駆動時に生じる応力を抑制しつつ、可動部の駆動効率を効果的に高めることができる。

（技術２）
　技術１に記載の駆動素子において、
　前記為す角は、１１５°付近に設定される、
ことを特徴とする駆動素子。

　この技術によれば、可動部の駆動効率を最も高めることができる。

（技術３）
　技術１または２に記載の駆動素子において、
　前記アーム部の前記回動軸側と前記連結部との為す角が、前記連結部と前記第２支持部との前記為す角より大きい、
ことを特徴とする駆動素子。

　この技術によれば、可動部の駆動効率をさらに高めることができる。

（技術４）
　技術１または２に記載の駆動素子において、
　前記一対のアーム部は、前記回動軸に平行に延びている、
ことを特徴とする駆動素子。

　この技術によれば、平面視における駆動素子１の外形をコンパクトに収めつつ、応力の抑制および可動部３０の駆動効率の向上を実現できる。

（技術５）
　技術１ないし４の何れかに記載の駆動素子において、
　前記第１支持部、前記一対のアーム部、前記一対の連結部、前記第２支持部、前記固定部および前記駆動部をそれぞれ備える２つの駆動ユニットが、前記可動部を挟んで互いに逆向きに配置され、
　前記各駆動ユニットの前記第１支持部が、前記可動部に接続されている、
ことを特徴とする駆動素子。

　この技術によれば、可動部を各駆動ユニットで支持して駆動することより、可動部をより大きなトルクで安定的に駆動することができる。

（技術６）
　技術１ないし５の何れかに記載の駆動素子において、
　前記駆動部は、駆動源として圧電体薄膜を有する、
ことを特徴とする駆動素子。

　この技術によれば、アーム部を円滑に駆動できる。

（技術７）
　技術１ないし６の何れかの駆動素子と、
　前記可動部に配置された反射面と、を備える、
ことを特徴とする光偏向素子。

　この技術によれば、技術１ないし６の何れかの駆動素子により可動部の駆動効率を高めることができるため、反射面により、高い振れ角で効率よく、光を偏向および走査させることができる。

　さらに、実施形態２の記載により、下記の技術が開示される。

（技術８）
　可動部と、
　前記可動部の回動軸に沿って延び、一端が前記可動部に接続される第１支持部と、
　前記回動軸を挟んで配置される一対のアーム部と、
　前記一対のアーム部と前記第１支持部の他端とを連結する一対の連結部と、
　前記回動軸に沿って延び、前記一対の連結部を支持する第２支持部と、
　前記第２支持部が接続される固定部と、
　前記アーム部を駆動する駆動部と、を備え、
　前記一対のアーム部は、根本よりも先端が前記回動軸から離れるように配置されている、
ことを特徴とする駆動素子。

（技術９）
　技術８において、
　前記アーム部の前記回動軸側と前記連結部との為す角は、前記連結部と前記第２支持部との前記為す角より大きい、
ことを特徴とする駆動素子。

　技術８、９によれば、可動部の駆動効率を高めることができる。

　１　駆動素子
　２　光偏向素子
　１０　第１駆動ユニット
　１１　第１支持部
　１２　アーム部
　１３　連結部
　１４　第２支持部
　１５　固定部
　１６　駆動部
　１６ａ　圧電体薄膜
　２０　第２駆動ユニット
　２１　第１支持部
　２２　アーム部
　２３　連結部
　２４　第２支持部
　２５　固定部
　２６　駆動部
　２６ａ　圧電体薄膜
　３０　可動部
　４０　反射面

Claims

　可動部と、
　前記可動部の回動軸に沿って延び、一端が前記可動部に接続される第１支持部と、
　前記回動軸を挟んで配置される一対のアーム部と、
　前記一対のアーム部と前記第１支持部の他端とを連結する一対の連結部と、
　前記回動軸に沿って延び、前記一対の連結部を支持する第２支持部と、
　前記第２支持部が接続される固定部と、
　前記アーム部を駆動する駆動部と、を備え、
　前記第２支持部は、前記第１支持部より剛性が高く、
　前記一対の連結部は、前記可動部側に傾くように配置され、
　各々の前記連結部と前記第２支持部との為す角が、９０°より大きく１３５°以下である、
ことを特徴とする駆動素子。
　請求項１に記載の駆動素子において、
　前記為す角は、１１５°付近に設定される、
ことを特徴とする駆動素子。
　請求項１に記載の駆動素子において、
　前記アーム部の前記回動軸側と前記連結部との為す角が、前記連結部と前記第２支持部との前記為す角より大きい、
ことを特徴とする駆動素子。
　請求項１に記載の駆動素子において、
　前記一対のアーム部は、前記回動軸に平行に延びている、
ことを特徴とする駆動素子。
　請求項１に記載の駆動素子において、
　前記第１支持部、前記一対のアーム部、前記一対の連結部、前記第２支持部、前記固定部および前記駆動部をそれぞれ備える２つの駆動ユニットが、前記可動部を挟んで互いに逆向きに配置され、
　前記各駆動ユニットの前記第１支持部が、前記可動部に接続されている、
ことを特徴とする駆動素子。
　請求項１に記載の駆動素子において、
　前記駆動部は、駆動源として圧電体薄膜を有する、
ことを特徴とする駆動素子。
　請求項１ないし６の何れか一項に記載の駆動素子と、
　前記可動部に配置された反射面と、を備える、
ことを特徴とする光偏向素子。