專利名稱：壓電致動器以及具有壓電致動器的光掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電致動器(piezoelectric actuator)以及具有壓電致動器的光掃描裝置，特別地，涉及一種在軸周圍對驅(qū)動對象物體進行傾動(tilt)驅(qū)動的壓電致動器、以及具有該壓電致動器的光掃描裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，一種習知的偏光器(例如，參照下述專利文獻1)是具有以下各部件并將它們進行了一體成形的偏光器，所述各部件為單層壓電片(unimorph)振動板；支撐部件，其具有用于對單層壓電片振動板的一端進行固定支撐的空洞部；與單層壓電片振動板相連的彈性體；以及反射板，其與彈性體相連，并根據(jù)由彈性體所傳遞的單層壓電片振動板的驅(qū)動而在空洞部內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)振動。專利文獻1 (日本)特開2005_1沘147號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明想要解決的課題如下但是，在上述專利文獻1記載的結(jié)構(gòu)中，僅考慮了利用共振振動在頻率為15kHz、 20kHz的程度下對反射板進行高速驅(qū)動的情況。例如，在想要以頻率為60Hz左右的低速驅(qū)動對反射板進行驅(qū)動這樣的情況下，存在著以下的問題，即利用共振并不能進行低速驅(qū)動；另外，如果進行非共振，則不能充分地得到反射板的旋轉(zhuǎn)位移。本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于提供一種可以穩(wěn)定地進行低速驅(qū)動的壓電致動器、以及具有該壓電致動器的光掃描裝置。用于解決上述課題的手段如下為了解決上述課題，本發(fā)明的壓電致動器為在軸周圍對驅(qū)動對象物體進行傾動驅(qū)動的壓電致動器，該壓電致動器的特征在于，具有可動框，其具有由設(shè)置在所述軸兩側(cè)的錘部以及與所述軸交叉延伸并連接所述錘部的連接部對所述驅(qū)動對象物體進行平面圍繞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并與所述驅(qū)動對象物體連接以對所述驅(qū)動對象物體進行連接支撐；以及驅(qū)動梁，其具有在彈性體上形成了壓電薄膜的結(jié)構(gòu)，并被設(shè)置在所述可動框的外側(cè)，與所述可動框的所述連接部連接以提供所述軸周圍的傾動力。本發(fā)明的效果如下根據(jù)本發(fā)明，可以穩(wěn)定地對驅(qū)動對象物體進行低速傾動驅(qū)動。


圖1是實施例1的壓電致動器截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是實施例1的壓電致動器的驅(qū)動方法說明圖。圖2B是實施例1的壓電致動器的驅(qū)動方法說明圖。圖2C是實施例1的壓電致動器的驅(qū)動方法說明圖。
圖3A是實施例1的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖3B是實施例1的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖4A是實施例1的壓電致動器詳細結(jié)構(gòu)示意圖。圖4B是實施例1的壓電致動器詳細結(jié)構(gòu)示意圖。圖5A是實施例1的被封裝(packaging) 了的壓電致動器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5B是實施例1的被封裝了的壓電致動器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5C是實施例1的被封裝了的壓電致動器結(jié)構(gòu)示意圖。圖6A是實施例1的被封裝了的壓電致動器的分解圖。圖6B是上方限制部的放大立體圖。圖6C是下方限制部的放大立體圖。圖7A是實施例1的壓電致動器的蛇形彈簧功能說明圖。圖7B是實施例1的壓電致動器的蛇形彈簧功能說明圖。圖7C是實施例1的壓電致動器的蛇形彈簧功能說明圖。圖8A是使實施例1的壓電致動器在X軸周圍進行傾動驅(qū)動的狀態(tài)示意圖。圖8B是使實施例1的壓電致動器在Y軸周圍進行傾動驅(qū)動的狀態(tài)示意圖。圖9A是各共振驅(qū)動頻率的最大應(yīng)力和傾角靈敏度示意圖。圖9B是各共振驅(qū)動頻率的最大應(yīng)力和傾角靈敏度示意圖。圖10是2軸傾動驅(qū)動時不發(fā)生干涉的理由說明圖。圖IlA是作為比較和參考例子的、在可動框上沒有設(shè)置連接部的壓電致動器的動作狀態(tài)示意圖。圖IlB是作為比較和參考例子的、在可動框上沒有設(shè)置連接部的壓電致動器的動作狀態(tài)圖。圖12A是高速驅(qū)動部的最優(yōu)化設(shè)計方法說明圖。圖12B是高速驅(qū)動部的最優(yōu)化設(shè)計方法說明圖。圖12C是高速驅(qū)動部的最優(yōu)化設(shè)計方法說明圖。圖13A是彈簧連接部的長度具有極小值的理由說明圖。圖13B是彈簧連接部的長度具有極小值的理由說明圖。圖13C是彈簧連接部的長度具有極小值的理由說明圖。圖14是將第1彈簧間的距離和彈簧連接部的長度作為參數(shù)時的傾角靈敏度特性示意圖。圖15是縮短了實施例1的壓電致動器的配線長度的結(jié)構(gòu)說明圖。圖16是實施例1的壓電致動器的平面結(jié)構(gòu)例子的擴大示意圖。圖17是錘部突起和突起的配置結(jié)構(gòu)說明圖。圖18是實施例1的壓電致動器截面結(jié)構(gòu)的一個例子的示意圖。圖19是包含蛇形彈簧周邊的擴大圖。圖20A是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。圖20B是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。圖20C是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。圖2IA是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。
圖2IB是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。圖2IC是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。圖2ID是沖撞時的蛇形彈簧形狀和應(yīng)力分布示意圖。圖22A是作為比較和參考例子的、設(shè)置了直線彈簧時的應(yīng)力分布示意圖。圖22B是作為比較和參考例子的、設(shè)置了直線彈簧時的應(yīng)力分布示意圖。圖22C是作為比較和參考例子的、設(shè)置了直線彈簧時的應(yīng)力分布示意圖。圖23是實施例2的壓電致動器整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖24A是實施例2的壓電致動器驅(qū)動變形狀態(tài)示意圖。圖24B是實施例2的壓電致動器驅(qū)動變形狀態(tài)示意圖。圖25A是實施例3的壓電致動器的高速驅(qū)動部結(jié)構(gòu)示意圖。圖25B是實施例3的壓電致動器的傾角靈敏度變化特性示意圖。圖25C是實施例3的壓電致動器的最大主應(yīng)力變化特性示意圖。圖是實施例4的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖^B是實施例4的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖^C是實施例4的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖27A是實施例5的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖27B是實施例5的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖27C是實施例5的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖28A是實施例6的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖^B是實施例6的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖^C是實施例6的壓電致動器結(jié)構(gòu)立體圖。圖四是本發(fā)明實施例7的投影儀300的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面參考附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。圖1是本發(fā)明實施例1的壓電致動器截面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，實施例1的壓電致動器具有半導體晶片(wafer) 10以及驅(qū)動源20。實施例1的壓電致動器例如可通過利用MEMS(micro electro mechanical system)技術(shù)對半導體晶片進行加工而制成。在圖1 中，對使用這樣的半導體晶片10來構(gòu)成壓電致動器時的例子進行說明。半導體晶片10具有硅基板11、SW2 12和14、以及Si活性層13。在半導體晶片 10中，例如也可以使用S01(silicon on insulator)基板。SOI基板是在硅基板11之間形成了絕緣膜S^2 12的基板；在使用深層反應(yīng)性離子蝕刻等對硅基板11進行削除時，因為在削除終點的底面上形成了 SiO2，所以可以容易地進行深層蝕刻加工。SiO2 12,Si活性層13、以及SiO2H形成梁15。由梁15的部分進行支撐一驅(qū)動對象物體以及傳遞驅(qū)動力的動作。硅基板11的部分例如可被用作為外側(cè)的固定框。這里需要說明的是，半導體晶片10例如也可以使用整體厚度為300 500[ μ m] 的半導體晶片。例如，半導體晶片10的厚度為350 [ μ m]時，Si活性層13的厚度為30 [ μ m]， SiO2 12和14的厚度為0. 5 [ μ m]左右，梁15的厚度可為合計31 [ μ m]左右，也可被構(gòu)成為半導體晶片10的厚度的1/10左右。
在本實施例的壓電致動器中，驅(qū)動源20是產(chǎn)生驅(qū)動力的動力源。在本實施例的壓電致動器中，可以使用各種各樣的手段來作為驅(qū)動源20 ；然而，在實施例1中，以使用壓電元件21作為驅(qū)動源20時的例子進行說明。壓電元件21是將施加至壓電部件22的電壓變換為力的被動元件。在本實施例的壓電致動器中，壓電元件21通過被施加電壓，其長度可發(fā)生伸縮，這樣，就可以對所安裝的梁15進行驅(qū)動。壓電部件22可以使用各種各樣的壓電部件；例如，可以使用PZT薄膜(lead zirconate titanate)。壓電元件21的厚度例如在梁15的厚度為30[μπι]左右時可被形成為2[μπι]左右。壓電元件21具有上部電極23以及下部電極Μ。上部電極23以及下部電極M是用于向壓電部件22施加電壓的電極；通過將電壓施加至上部電極23以及下部電極Μ，壓電部件22進行伸縮，以驅(qū)動梁15。圖2Α 2C是壓電元件21使梁15發(fā)生彎曲振動以驅(qū)動實施例1的壓電致動器的方法說明圖。圖2Α是模式地表示由硅構(gòu)成的梁15以及壓電元件21的一部分的側(cè)面圖。如圖2Α所示，在由Si活性層13等構(gòu)成的梁15上薄膜狀地安裝了壓電元件21。圖2Β是壓電元件21發(fā)生了收縮變形時的狀態(tài)示意圖。如圖2Β所示，壓電元件21 收縮后，梁15變?yōu)橄峦股蠌澋男螤?即兩頭上翹中間下凸的形狀)。圖2C是壓電元件21發(fā)生了伸長變形時的狀態(tài)示意圖。如圖2C所示，壓電元件21 伸長后，梁15變?yōu)樯贤瓜聫澋男螤?即兩頭下翹中間上凸的形狀)。如圖2Β和圖2C所示，根據(jù)所施加電壓的極性或位相，壓電元件21向上彎曲或向下彎曲。在本實施例的壓電致動器中，例如利用壓電元件21的這樣的性質(zhì)，將壓電元件21 作為驅(qū)動源20，就可以對驅(qū)動對象物體進行驅(qū)動。如圖2Β和圖2C中所示，在圖2Α那樣的、在梁15上薄膜狀地形成了壓電元件21 的結(jié)構(gòu)中，通過驅(qū)動源20的收縮或伸長以產(chǎn)生振動力，可以向驅(qū)動對象物體施加傾動力， 所以，將這樣的結(jié)構(gòu)稱為驅(qū)動梁。圖3Α和圖;3Β是實施例1的壓電致動器整體結(jié)構(gòu)立體圖。圖3Α是實施例1的壓電致動器俯視立體圖，圖3Β是實施例1的壓電致動器仰視立體圖。在圖3Α中，實施例1的壓電致動器具有驅(qū)動對象物體30、彈性連接部40、第2驅(qū)動梁50、可動框70、蛇形彈簧80、驅(qū)動梁90、以及固定框100。這里需要說明的是，在實施例1中，是以具有驅(qū)動梁90和第2驅(qū)動梁50的2軸驅(qū)動型壓電致動器為例進行說明的；然而，如果壓電致動器為1軸低速驅(qū)動型，則也可以只具有驅(qū)動梁90。所以，就第2驅(qū)動梁50 而言，其可以根據(jù)需要來進行設(shè)置。在壓電致動器上面，中央部表面上配置有驅(qū)動對象物體30，驅(qū)動梁90和第2驅(qū)動梁50的表面則被由壓電元件21所構(gòu)成的驅(qū)動源20所覆蓋，此外，由被SW2 14所覆蓋的 Si活性層13所構(gòu)成。驅(qū)動對象物體30可以使用各種各樣的可被傾動驅(qū)動的對象物體；例如，驅(qū)動對象物體30可為一鏡子。鏡子的傾動驅(qū)動可在投影儀、打印機用的掃描儀等中使用。設(shè)定通過驅(qū)動對象物體30中心的X軸和Y軸。X軸是將本實施例的壓電致動器作為低速驅(qū)動的1軸致動器使用時的傾動軸。Y軸是將本實施例的壓電致動器作為在X軸周圍進行低速驅(qū)動、在Y軸周圍進行高速驅(qū)動的2軸型致動器使用時的高速驅(qū)動側(cè)的傾動軸。另外，如果僅在Y軸周圍對驅(qū)動對象物體30進行高速驅(qū)動，則也可以構(gòu)成為高速驅(qū)動的1軸壓電致動器。這里需要說明的是，在將本實施例的壓電致動器作為在X軸周圍對驅(qū)動對象物體 30進行1軸驅(qū)動的致動器使用時，是在X軸周圍將驅(qū)動對象物體30、彈性連接部40、以及第 2驅(qū)動梁50作為一體而進行驅(qū)動的。此時，驅(qū)動對象物體30、彈性連接部40、以及第2驅(qū)動梁50可被認為是作為一體的驅(qū)動對象物體60?？蓜涌?0與驅(qū)動對象物體30、60相連，用于對驅(qū)動對象物體30、60進行連接支撐，同時，將來自驅(qū)動梁90的傾動力傳遞至驅(qū)動對象物體30、60。如圖3B所示，就可動框70而言，其與固定框100同樣地由圖1中所示的Si支撐層11所構(gòu)成，并被構(gòu)成為較厚。所以，可動框70被構(gòu)成為比構(gòu)成梁15的部分還重。另外， 可動框70在X軸兩側(cè)被形成為面積較大的錘部71，在Y軸兩側(cè)則被形成為與錘部71相連的連接部72。這樣，對X軸周圍的傾動運動而言，錘部71的重量可使被賦予了的傾動力低速化。也就是說，即使由驅(qū)動梁90所賦予的傾動力大于預期傾動力，也可以降低驅(qū)動力，以進行預期的低速驅(qū)動。返回圖3A。在圖3A中，盡管可動框70的連接部72沒有被明示，但是，如圖3B所示，第2驅(qū)動梁50為與可動框70的連接部72相連的結(jié)構(gòu)。蛇形彈簧80是用于將由驅(qū)動梁90所產(chǎn)生的傾動力傳遞給可動框70的部件。蛇形彈簧80因為具有梁15的結(jié)構(gòu)，所以具有彈性，這樣，就可以吸收從驅(qū)動梁90傳遞來的傾動力以使該傾動力降低。另外，蛇形彈簧80是具有預定間隔的蛇形形狀，是一種可進一步增加彈性的形狀，所以，與單純的直線梁15相比，可大幅度地增加彈性。蛇形彈簧80也可降低由驅(qū)動梁90所產(chǎn)生的傾動力，并可將該傾動力傳遞至可動框70的連接部72。驅(qū)動梁90是一種驅(qū)動力產(chǎn)生單元，如圖2A 2C所示，其具有作為驅(qū)動源20的壓電元件21，并通過反復交替地進行上下相反方向的變形，以產(chǎn)生用于傾動驅(qū)動的傾動力。驅(qū)動梁90被配置為從X軸的延伸方向的兩側(cè)夾著可動框70，并沿X軸的垂直方向進行延伸的結(jié)構(gòu)。也就是說，X軸和驅(qū)動梁90被配置為文字“H”的形狀。另外，驅(qū)動梁90被X軸所分開，并且被分開的驅(qū)動梁90被配置在X軸的兩側(cè)。再有，電極和配線被構(gòu)成為，使位于X 軸同側(cè)的驅(qū)動梁90被施加一向同一方向進行位移的電壓，并使位于X軸相反側(cè)的驅(qū)動梁90 被施加一向相反方向進行位移的電壓。這樣，變形就可被設(shè)計成以X軸為境界，一側(cè)向上翹曲，另一側(cè)向下翹曲，所以，可以產(chǎn)生使蛇形彈簧80傾動的驅(qū)動力。驅(qū)動梁90的振動是共振振動。共振振動的振動能量較大，可產(chǎn)生較大的傾角靈敏度；然而，因為振動的頻率較高，所以，盡管可以原樣地使用于低速驅(qū)動，但一般來說很難。 但是，在本實施例的壓電致動器中，因為是經(jīng)由具有較大彈性的蛇形彈簧80、以及具有錘部 71的可動框70向驅(qū)動對象物體30、60傳遞傾動力，所以，可以充分地降低頻率以進行低速驅(qū)動。另外，在本實施例的壓電致動器對驅(qū)動對象物體30進行2軸驅(qū)動的情況下，就第2 驅(qū)動梁50而言，也可由共振振動使其產(chǎn)生傾動力。第2驅(qū)動梁50可以在Y軸周圍對驅(qū)動對象物體30進行高速驅(qū)動，所以，其可以被構(gòu)成為，由共振產(chǎn)生高速振動，在經(jīng)由彈性連接部40對應(yīng)力進行降低的同時進行振動傳遞，并將傾動力直接賦予至驅(qū)動對象物體30。下面，在將本實施例的壓電致動器構(gòu)成為2軸驅(qū)動型的情況下，以構(gòu)成一在X軸周圍以60Hz、士9deg的傾角進行傾動，在Y軸的周圍以30kHz、士 12deg的傾角進行傾動驅(qū)動的壓電致動器為例進行說明。參考圖4A和圖4B對本實施例的壓電致動器的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。圖4A和圖4B 是實施例1的壓電致動器詳細結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A是表示實施例1的壓電致動器的驅(qū)動對象物體30和驅(qū)動梁90之間的詳細結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖4A中，鏡子31被作為驅(qū)動對象物體30來使用，并示出了用于連接鏡子30和第2驅(qū)動梁50的彈性連接部40的詳細結(jié)構(gòu)、可動框70的錘部72和固定框100之間的詳細結(jié)構(gòu)、以及驅(qū)動梁90和可動框70的連接部72之間的連接關(guān)系的詳細結(jié)構(gòu)。在圖4A中示出了，鏡子31周圍以30kHz進行共振驅(qū)動的高速驅(qū)動部55的結(jié)構(gòu)。 高速驅(qū)動部陽包含第2驅(qū)動梁50以及彈性連接部40。連接鏡子31和第2驅(qū)動梁50的彈性連接部40是與鏡子31相連的部分分離成2個的2根彈簧所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。彈性連接部 40如圖1所示被較薄地形成為梁15，并且，在形狀上是被形成為直線形的細梁15，所以，可被構(gòu)成為彈性體。另外，在錘部71和固定框100之間的固定框100 —側(cè)形成有突起101、102。另外， 在錘部71上與每個突起101、102相向地形成有錘部突起73、74。這樣，錘部71的水平方向的可動范圍可被限制。突起101用于對縱方向(Y軸方向)的錘部71的可動范圍進行限制，突起102用于對橫方向(X軸方向)的錘部71的可動范圍進行限制。也就是說，如果突起101不存在，則因為錘部71可移動一錘部71和固定框100的間隔的距離，所以，外部沖擊可對蛇形彈簧80等施加較大的力，這樣，就有可能招致破壞；然而，通過設(shè)置突起101，就可以降低破壞的危險性。同樣，如果不存在突起102，則在外力的沖擊下，錘部71可能會撞上驅(qū)動源90，以招致破壞；然而，通過設(shè)置突起102，可以防止這樣的破壞。另外，在圖4A中，固定框100的表面上設(shè)置有高速驅(qū)動部用配線端子103以及電極配線104。高速驅(qū)動部用配線端子103是用于向高速驅(qū)動部55的第2驅(qū)動梁50的電極 23,24供給電力的配線端子；電極配線104也是具有同樣目的的配線。第2驅(qū)動梁50位于驅(qū)動對象物體附近的中央?yún)^(qū)域，所以，為了向第2驅(qū)動梁50供給電力，需要經(jīng)由位于外側(cè)的固定框100、驅(qū)動梁99、蛇形彈簧80進行電力的供給；然而，在本實施例的壓電致動器中，由于驅(qū)動梁90具有簡單的形狀，所以，可縮短電極配線104的布線長度，以降低電力消耗。這里需要說明的是，關(guān)于該點將在后面詳述。圖4B是蛇形彈簧周邊的擴大圖。如圖4B所示，驅(qū)動源90沿X軸具有空隙91，在 X軸的兩側(cè)可以進行不同的變形。另外，蛇形彈簧80橫跨空隙91，與X軸兩側(cè)的2個驅(qū)動源90的雙方相連。這樣，驅(qū)動源90在以X軸為境界的前側(cè)和后側(cè)，通過在鉛直的上下方向上進行相反的翹曲變形，可以向蛇形彈簧80賦予交互振動的傾動力，并可以對驅(qū)動對象物體30、60進行傾動驅(qū)動。另外，在圖4B中，盡管僅圖示了整個壓電致動器的左側(cè)端部，但是， 其右側(cè)端部也同樣地受到驅(qū)動部90的傾動驅(qū)動，這樣，就可以從左右兩側(cè)(X軸上的正負兩側(cè))賦予(提供)傾動力，以對驅(qū)動對象物體30、60進行傾動驅(qū)動。另外，對蛇形彈簧80的彈簧結(jié)構(gòu)而言，鄰接的兩個彈簧部之間的距離并非都均等，是一種具有不相等間隔(間距)的彈簧結(jié)構(gòu)。關(guān)于此點，將在后面加以詳述。這里需要說明的是，沿著蛇形彈簧80設(shè)置有電極配線104。蛇形彈簧80的折返次數(shù)較少，全長較短，所以，可以將電極配線104構(gòu)成為低電阻結(jié)構(gòu)，這樣就可以減小電力消耗。關(guān)于此點，也將在后面加以詳述。
圖5A 5C是實施例1的被封裝(packaging) 了的壓電致動器(以下簡稱“封裝壓電致動器”)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5A是實施例1的封裝壓電致動器200的整體結(jié)構(gòu)的一個例子的立體圖；圖5B是實施例1的封裝壓電致動器200的中央截面立體圖的一個例子；圖5C 是實施例1的封裝壓電致動器200的中央截面圖。如5A所示，在本實施例的封裝壓電致動器200中，壓電致動器110被收容至封裝用部件(package) 140內(nèi)，上面由密封用玻璃150進行密封。本實施例的壓電致動器110例如可通過真空密封或Ar、N2等，使用密封用玻璃150以實施氣體密封。如果驅(qū)動對象物體 30為鏡子31，則光可透過密封用玻璃150照射至鏡子31 ；通過對所照射的光線進行反射并進行傾動以進行掃描，這樣就可以構(gòu)成投影儀或掃描儀用的封裝壓電致動器200。圖5B中，在封裝壓電致動器200中，封裝用部件140內(nèi)收容了下方限制部130，其上收容了壓電致動器110 ；壓電致動器110的上方設(shè)置了上方限制部120，其上由密封用玻璃150進行密封。下方限制部130的中央部具有黏接劑盛裝部131，通過盛裝黏接劑，可以與封裝用部件140進行黏接固定。圖5C中示出了一截面結(jié)構(gòu)，其中，壓電致動器110的下方設(shè)置了下方限制部130， 上方設(shè)置了上方限制部120，封裝用部件140從下方對全體進行收容，同時，上面設(shè)置了密封用玻璃150。另外，在下方限制部130的中央部設(shè)置有黏接劑盛裝部131。壓電致動器110的可動范圍的上方被上方限制部120所限制，下方被下方限制部 130所限制。這樣，即使在封裝壓電致動器220落下等時受到很大沖擊的情況下，也可以對壓電致動器110的急劇移動進行限制，以防止破損。圖6A 圖6C是實施例1的封裝壓電致動器200的分解圖。圖6A是封裝壓電致動器200的整體分解圖。圖6A中，在壓電致動器110的上方設(shè)置有上方限制部120，下方設(shè)置有下方限制部130，封裝用部件140從下方對全體進行收容，上面由密封用玻璃150進行密封。封裝用部件140被構(gòu)成為，其中央部具有凹部141，凹部141的外側(cè)的平坦部142 上載置壓電致動器110的固定框100。另外，在平坦部142的X軸上，設(shè)置有用于載置下方限制部130的載置部143。如圖4A和圖4B所示，在本實施例的封裝壓電致動器200中，壓電致動器110本身具有用于限制其水平方向的可動范圍的突起101、102。另外，在鉛直方向上，具有安裝在壓電致動器110的固定框100上的上方限制部120、以及安裝在封裝用部件 140上的下方限制部130。所以，本實施例的封裝壓電致動器200具有在水平2方向和鉛直 2方向上分別對各可動框70的可動范圍進行限制的結(jié)構(gòu)，并且是一種對落下時的沖擊具有極大應(yīng)對能力的結(jié)構(gòu)。圖6B是上方限制部120的放大立體圖；圖6C是下方限制部130的放大立體圖。上方限制部120被載置在壓電致動器110的固定框100上；下方限制部130具有吊裝部132， 以使下方限制部130被吊載至封裝用部件140中央兩側(cè)的載置部143。另外，下方限制部 130的中央部具有黏接劑盛裝部131，這點與圖5A 圖5C所示相同。這樣，通過將上方限制部120和下方限制部130載置至壓電致動器110或封裝用部件140等，可容易地對它們進行設(shè)置；另外，上方限制部120和下方限制部130還是一種可實現(xiàn)在上下方向上對沖擊具有極大應(yīng)對能力的壓電致動器110的結(jié)構(gòu)。下面，對圖3A 圖4B所示的實施例1的壓電致動器110的各結(jié)構(gòu)所達成的功能進行詳細說明。首先，參考圖7A 圖7C對蛇形彈簧80的功能進行說明。圖7A 圖7C是用于對實施例1的壓電致動器Iio的蛇形彈簧80的功能進行說明的圖。圖7A是實施例1的壓電致動器110的全體結(jié)構(gòu)立體圖；圖7B是作為比較和參考例子的、將實施例1的壓電致動器 110的蛇形彈簧80設(shè)計成直線梁15那樣的連接部件180時的整體結(jié)構(gòu)示意圖。另外，圖 7C是具有圖7A所示的蛇形彈簧80的實施例1的壓電致動器110、與具有圖7B所示的、沒有蛇形彈簧80而只有連接部件180的壓電致動器的特性比較示意圖。在圖7C中，上部分示出了具有圖7A的蛇形彈簧80的實施例1的壓電致動器110 的特性，下部分示出了沒有圖7A的蛇形彈簧80的、作為比較和參考例子的壓電致動器的特性。對兩者進行比較可知，傾角靈敏度相同，都為2. 21deg/V，但是，對于共振頻率而言，實施例1的壓電致動器110為60Hz，而作為比較和參考例子的壓電致動器為200Hz。也就是說， 可以認為蛇形彈簧80發(fā)揮了降低共振頻率的功能。另外，在圖7C中，通過對最大應(yīng)力進行比較可知，實施例1的壓電致動器100為 0. 08GPa ；作為比較和參考例子的壓電致動器為0. 35GPa,比實施例1的壓電致動器100高很多。由此可知，可以認為蛇形彈簧80發(fā)揮了降低最大應(yīng)力，以防止應(yīng)力集中的功能。對上述進行總結(jié)可知，實施例1的壓電致動器110所具有的蛇形彈簧80可以在不影響傾角靈敏度的前提下，使共振頻率降低，并防止應(yīng)力集中。這樣，通過在驅(qū)動源90和可動框70之間設(shè)置蛇形彈簧80，就可以降低共振頻率，減小最大應(yīng)力。下面，對圖3A和圖3B中所示的可動框70的錘部71進行說明。如圖3B所示，可動框70具有在X軸兩側(cè)夾著X軸的錘部71，錘部71具有由夾著Y軸的連接部72所連接的形狀。另外，包含錘部71的可動框70都由圖1所示的Si支撐層11所形成。錘部71與圖 7A 圖7C所示的蛇形彈簧80同樣地，具有可使驅(qū)動源90所發(fā)生地振動頻率降低的功能。 如果將錘部71的面積增大，另外，將Si支撐層11的厚度增厚，則錘部71的質(zhì)量增加，這樣就可以大幅度地降低共振頻率。另一方面，一般來說，通常會存在使壓電致動器小型化以節(jié)省空間這樣的要求，所以，可以在考慮蛇形彈簧80的形狀的基礎(chǔ)上，對包含錘部71的可動框70的形狀進行調(diào)整， 這樣，通過利用這兩者就可以得到預期的頻率。例如，在X軸方向上以60Hz的低速對驅(qū)動對象物體30進行驅(qū)動時，可對蛇形彈簧80和錘部70進行適當?shù)恼{(diào)整，以使驅(qū)動源90所產(chǎn)生的共振頻率降低，并得到60Hz的頻率。這樣，通過具有蛇形彈簧80和錘部71這兩個共振頻率降低單元，即使使驅(qū)動源90 進行振動共振，也可以確實地得到預期的低頻率振動。下面，參考圖8A 圖1IB，對可動框70的其他功能進行說明。圖8A和圖8B是將實施例1的壓電致動器Iio構(gòu)成為2軸型并在各軸周圍進行傾動動作時的狀態(tài)示意圖。圖 8A是使實施例1的壓電致動器110在X軸周圍進行傾動驅(qū)動的狀態(tài)示意圖；圖8B是使實施例1的壓電致動器110在Y軸周圍進行傾動驅(qū)動的狀態(tài)示意圖。在圖8A中，驅(qū)動對象物體30在X軸周圍被傾動驅(qū)動，然而，彈性連接部40并沒有發(fā)生任何變形，在Y軸上，則為沒有傳遞任何振動的狀態(tài)。同樣，在圖8B中，驅(qū)動對象物體 30在Y軸周圍被傾動驅(qū)動，然而，蛇形彈簧80并沒有發(fā)生任何變形，在X軸上，則為沒有傳遞任何振動的狀態(tài)。
這樣，在將實施例1的壓電致動器110構(gòu)成為2軸型的情況下，X軸周圍的低速驅(qū)動和Y軸周圍的高速驅(qū)動為互不影響的獨立的驅(qū)動系統(tǒng)。這里需要說明的是，在實施例1 中，盡管是以60HZ進行X軸周圍的傾動的驅(qū)動，以30kHz進行Y軸周圍的傾動的驅(qū)動，但是，可以根據(jù)實際用途對驅(qū)動頻率進行各種各樣的變更，此時，仍然可以構(gòu)成為同樣的獨立振動系統(tǒng)。圖9A和圖9B是各共振驅(qū)動頻率的鄰接共振頻率的最大應(yīng)力和傾角靈敏度的示意圖。圖9A是在X軸周圍以60Hz驅(qū)動時的共振振動頻率的鄰接共振頻率的最大應(yīng)力和傾角靈敏度的示意圖。通常，以某一共振頻率對驅(qū)動對象物體30進行驅(qū)動時，只要高頻成分不出現(xiàn)在共振頻率的5倍范圍內(nèi)的共振頻率的倍數(shù)的值上，振動時就不會產(chǎn)生干涉。所以， 以60Hz的共振頻率對驅(qū)動對象物體30進行驅(qū)動時，只要在60Hz的倍數(shù)即120Hz、180Hz、 MOHz、以及300Hz的頻率上不出現(xiàn)高頻成分即可。圖9A中，在60Hz 300Hz范圍的上述頻率值上，傾角靈敏度特性并不存在峰值。另外，如上所述，最大應(yīng)力只要在0. 5GPa以下， 就可以說是沒有問題的值；在圖9A中，最大應(yīng)力沒有超過0. 2GPa，所以，是不存在問題的特性值。所以，由圖9A可知，就實施例1的壓電致動器110而言，其X軸周圍的傾動驅(qū)動與Y 軸的傾動驅(qū)動之間并不產(chǎn)生干涉，另外，也是一種在強度上不存在問題的結(jié)構(gòu)。圖9B是在Y軸周圍以30kHz進行驅(qū)動時的共振振動頻率的鄰接共振頻率的最大應(yīng)力和傾角靈敏度的示意圖。圖9B中，在30kHz附近處傾角靈敏度具有峰值，最大應(yīng)力也具有峰值。就傾角靈敏度特性而言，30kHz以外的區(qū)域沒有出現(xiàn)峰值；另外，就最大應(yīng)力而言，其峰值為0. 49GPa，該值小于0. 5GPa。所以，由圖9B可知，在Y軸周圍的傾動驅(qū)動中，也不與X軸的傾動驅(qū)動發(fā)生干涉，另外，也是一種在強度上沒有問題的結(jié)構(gòu)。因此，本實施例的壓電致動器110在X軸和Y軸的傾動中是不產(chǎn)生干涉的獨立振動系統(tǒng)，同時，也是一種在強度上不存在問題的結(jié)構(gòu)。圖10是對X軸周圍的傾動驅(qū)動與Y軸周圍的傾動驅(qū)動不產(chǎn)生干涉的理由進行說明的圖。圖10中示出了實施例1的壓電致動器110的下面?zhèn)鹊恼w結(jié)構(gòu)的一個例子的立體圖；觀察可動框70的形狀可知，可動框70具有從周圍在平面上對驅(qū)動對象物體30進行圍繞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這樣，Y軸周圍的傾動運動在可動框70的框內(nèi)完成，X軸周圍的傾動運動則通過向可動框70的連接部72賦予傾動力而完成。另外，可動框70是由Si支撐層11所形成的、具有剛性的部件所構(gòu)成的。也就是說，在實施例1的壓電致動器110中，通過將內(nèi)包了作為30kHz共振驅(qū)動部的第2驅(qū)動源50和彈性連接部40、以及驅(qū)動對象物體30的可動框70設(shè)計成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上很強固，具有不使30kHz共振時的振動傳遞給蛇形彈簧80和驅(qū)動源90的效果。另夕卜，也不妨礙從作為60Hz共振振動部的驅(qū)動源90向第2驅(qū)動源50及彈性連接部40的振動傳遞。所以，就實施例1的壓電致動器110而言，其驅(qū)動源50、90在振動上分別獨立，是一種可抑制干涉產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。圖IlA和圖IlB是作為比較和參考例子的、沒有可動框70的連接部80、可動框70 并非環(huán)狀結(jié)構(gòu)、只有錘部71位于X軸兩側(cè)的壓電致動器的動作狀態(tài)示意圖。圖IlA表示 60Hz共振驅(qū)動時的動作狀態(tài)，圖IlB表示30kHz共振振動時的動作狀態(tài)。在圖IlA中，并沒有明確地示出與驅(qū)動軸垂直的彈性連接部40是否發(fā)生了共振； 然而，在圖IlB中則示出了，并非驅(qū)動軸的蛇形彈簧80中發(fā)生了形變，在與作為驅(qū)動軸的Y軸垂直的蛇形彈簧80中發(fā)生了共振。這樣可知，如果可動框70不為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，蛇形彈簧80 與高速驅(qū)動部陽的第2驅(qū)動梁50之間不存在Si支撐層11的連接部72，則以30kHz進行驅(qū)動時，蛇形彈簧80發(fā)生了共振，X軸的傾動驅(qū)動與Y軸的傾動驅(qū)動之間發(fā)生了干涉。下面，參考圖12A 圖16，對實施例1的壓電致動器110的低電力消耗結(jié)構(gòu)進行說明。在本實施例的壓電致動器110中，通過實施傾角靈敏度的改善、縮短配線長度以實現(xiàn)低電阻化、減小電極面積等手段，可將壓電致動器110設(shè)計為低電力消耗結(jié)構(gòu)。首先，參考圖12A 圖14，對可使Y軸周圍的高速驅(qū)動部55的傾角靈敏度改善、以及最大應(yīng)力降低的結(jié)構(gòu)進行說明。圖12A 圖12C是實施例1的壓電致動器110的高速驅(qū)動部55的形狀最優(yōu)設(shè)計方法示意圖。圖12A是實施例1的壓電致動器的高速驅(qū)動部55的平面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 1所示，壓電致動器110可由半導體晶片10等構(gòu)成；基于Si的扭轉(zhuǎn)試驗的動態(tài)破壞應(yīng)力為 2GPa左右。如果對基于D-RIE (de印reactive ion etching 深層反應(yīng)性離子蝕刻)的加工變質(zhì)層進行考慮，則破壞應(yīng)力變?yōu)?.5GPa。另外，如果對反復應(yīng)力的施加進行考慮，則需要將最大應(yīng)力設(shè)計為0. 5GPa以下。再有，將傾角靈敏度的目標值設(shè)為1. 2deg/V以上。在圖12A中，壓電致動器110的高速驅(qū)動部55具有彈性連接部40和第2驅(qū)動梁 50。彈性連接部40具有第1彈簧41、第2彈簧42、以及彈簧連接部43。驅(qū)動對象物體30 經(jīng)由第1彈簧41、彈簧連接部43、以及第2彈簧42與第2驅(qū)動梁50相連。在圖12A 圖12C中，各參數(shù)被定義如下。第1彈簧41和第2彈簧42的寬度都為0. 06mm。通過變更彈簧寬度，可以對共振頻率進行較大變更。另外，如果第1彈簧41的間距為A，第1/第2彈簧的間距(彈簧連接部43的長度)為B，從第1彈簧41及第2彈簧 42的X軸方向的最外側(cè)開始至Y軸的距離為C，則通過使C為可變，可將共振頻率調(diào)整在固定的30kHz。另外，如果第1彈簧41和驅(qū)動對象物體30的連接部45的R半徑為R1，則可設(shè)定為Rl=A/2。同樣，如果彈簧連接部43的內(nèi)側(cè)R半徑為R2，則可設(shè)定為Rl = Β/2。在這樣的條件下，計算出傾角靈敏度為最大的參數(shù)Α、Β。這里需要說明的是，參數(shù)Α、Β的計算是在驅(qū)動對象物體30于Y軸周圍傾斜士 12deg的條件下進行的。圖12B是在以圖12A的條件使驅(qū)動對象物體30傾動士 12deg的情況下，將2根第 1彈簧41間的距離A和彈簧連接部43的長度B作為參數(shù)時的最大應(yīng)力變化特性示意圖。 在圖12B中，橫軸表示彈簧連接部43的長度B [mm]，縱軸表示最大應(yīng)力[GPa]。在圖12B中示出了，A值越小，最大應(yīng)力越小。另外，如果將應(yīng)力σ為極小的彈簧連接部43的長度B設(shè)為aiiin，則距離A和長度aiiin之間的關(guān)系可由下式(1)表示。Bmin = _0· 2*Α+0· 28 (1)上述式(1)是將各特性曲線的極小值相連而得到的關(guān)系式。圖13Α 圖13C是用于對彈簧連接部43的長度B具有極小值的理由進行說明的圖。由式(1)可知，A = 0. 3mm的曲線中的極小值為Bmin= (-0. 2)*0. 3+0. 28 = 0. 22^0. 2。 在圖13A 圖13C中示出了，在A = 0. 3mm時使B值進行變化的應(yīng)力分布圖。圖13A是B = 0. Imm時的致動器的應(yīng)力分布圖。圖13A示出了 B < Bmin = 0. 2mm 時的應(yīng)力分布圖；此時，應(yīng)力集中發(fā)生在第2彈簧42上。圖1 是B = 0. 3mm時的致動器的應(yīng)力分布圖。圖示出了 B > Bmin = 0. 2mm 時的應(yīng)力分布圖；此時，應(yīng)力集中發(fā)生在第1彈簧41上。
圖13C是B = 0. 2mm時的致動器的應(yīng)力分布圖。圖13C示出了 B = Bmin = 0. 2mm 時的應(yīng)力分布圖；此時，應(yīng)力集中發(fā)生在第1彈簧41和第2彈簧42的中間附近的彈簧連接部43的位置。在圖12A所示的結(jié)構(gòu)中，如果第1彈簧41和第2彈簧42的寬度為0. 06mm，則該寬度比連接它們的彈簧連接部43還窄，這樣，就會包含一扭轉(zhuǎn)部。所以，如果將彈簧連接部 43的長度縮短，則應(yīng)力將集中在第2彈簧42的扭轉(zhuǎn)部；如果將彈簧連接部43的長度增長， 則應(yīng)力將集中在第1彈簧41的扭轉(zhuǎn)部；然而，通過將彈簧連接部43的長度設(shè)為中間長度， 則可使應(yīng)力集中部移動至彈簧連接部43。這樣，通過將應(yīng)力集中部移動至寬度較寬、不含較大扭轉(zhuǎn)部的彈簧連接部43，就可以降低以士 12deg對驅(qū)動對象物體30進行驅(qū)動時的應(yīng)力， 并具有極小值。返回圖12B。在圖12B的變化特性曲線中，示出了應(yīng)力為界限值0.5GPa以下的是 A = 0. 1mm、A = 0. 03mm、以及A = 0. 005mm的曲線的一部分的范圍。也就是說，在圖12所示的特性曲線中，是A < 0. 2mm，B為預定范圍內(nèi)的區(qū)域的情況。另一方面，在A彡0. 2mm的特性曲線中，示出了與B值無關(guān)地，最大應(yīng)力為> 0. 5GPa.這里，在A < 0. 2mm的特性曲線中，在與應(yīng)力為界限值0. 5GPa相交的較小的B值的計算式由下式(2)所表示。Β = 0·4*Α+0·16 (2)另外，各特性曲線在與應(yīng)力為0.5GPa相交的較大的B值的計算式由下式(3)所表不。Β = -0·9*Α+0·4 (3)所以，示出了應(yīng)力為界限值0.5GPa以下的不僅是滿足上述關(guān)系式(1)的Bmin，而且還是下述關(guān)系式(4)所表示的范圍。0. 4*Α+0· 16 彡 B 彡-0. 9*Α+0· 4 (4)圖12C是表示滿足上述(1) (4)各式的區(qū)域的圖。在圖12C中，橫軸表示第1 彈簧41間的距離A [mm]，縱軸表示彈簧連接部43的長度B [mm]。在圖12C中，滿足關(guān)系式 (4)的范圍以斜線表示，在作為區(qū)域境界線的計算式(2)和(3)之間表示的是關(guān)系式(1)。 如果從降低應(yīng)力的觀點來看，滿足關(guān)系式(1)的A、B的組合是最優(yōu)的；然而，只要進入由關(guān)系式(4)所表示的范圍內(nèi)，就可以說在設(shè)計上不存在任何問題。所以，由此可知，只要在滿足關(guān)系式(4)的斜線范圍內(nèi)設(shè)定第1彈簧41間的距離A以及彈簧連接部43的長度B即可。圖14是將第1彈簧41間的距離A和彈簧連接部43的長度B作為參數(shù)時的傾角靈敏度特性示意圖。在圖14中，橫軸表示彈簧連接部43的長度B [mm]，縱軸表示傾角靈敏度[deg/V]。圖14中示出了，A和B兩者的值越大，傾角靈敏度越大。所以，在圖12C中算出的、 最大應(yīng)力為0. 5GPa以下的范圍內(nèi)，傾角靈敏度為最大的A、B的值就是最優(yōu)參數(shù)的設(shè)定值。如果在此范圍內(nèi)進行考慮，則A = 0.03mm、B = 0.35mm為最優(yōu)值。此時，其他的值，即每個第1彈簧41和第2彈簧42的寬度都為0. 06mm、C=L 2mm、Rl = 0. 015mm、R2 =0. 175mm。此時的特性為，傾角靈敏度是3. 58deg/V，用于以士 12deg的傾角進行傾動的電壓是0-6. 5V，最大應(yīng)力是0. 49GPa。在現(xiàn)有技術(shù)中，傾角靈敏度是1. 2deg/V，所以，用于以士 12deg的傾角進行傾動的
14電壓是0-20V。然而，根據(jù)本實施例的壓電致動器110可知，通過改善靈敏度，高速驅(qū)動部 55的電力消耗減少至1/9.5。圖15是縮短了實施例1的壓電致動器110的配線長度的結(jié)構(gòu)說明圖。一般而言， 在2軸型的壓電致動器的情況下，進行高速驅(qū)動的驅(qū)動源20被設(shè)置在驅(qū)動對象物體30的附近，而進行低速驅(qū)動的驅(qū)動源大多被設(shè)置在進行高速驅(qū)動的驅(qū)動源20的外側(cè)。在這種情況下，用于向進行高速驅(qū)動的驅(qū)動源20的電極23、對供給電源的配線大多沿著外側(cè)的進行低速驅(qū)動的驅(qū)動梁90被設(shè)置。在本實施例的壓電致動器110中，不是采用「通過一具有多重折返結(jié)構(gòu)的驅(qū)動梁的非共振驅(qū)動，對傾動進行累積」的方式進行低速驅(qū)動，而是采用「實行共振驅(qū)動，通過蛇形彈簧80以及錘部71使頻率降低」的方式進行低速驅(qū)動。所以，實行低速驅(qū)動的驅(qū)動梁90 不具有復雜的折返結(jié)構(gòu)，并且在固定框100的附近僅存在2根0件(piece))。因此，向位于中央部的30kKz驅(qū)動部40、50提供電源時，并不需要沿著復雜的折返結(jié)結(jié)構(gòu)進行復雜的配線，僅以較短的配線就可以實施電源的供給。如圖15所示，固定框100的4個位置上設(shè)置了高速驅(qū)動用配線端子103。如圖4A 和圖4B及其說明所述，如果沿著作為整體的、在外側(cè)僅存在2列的驅(qū)動梁90進行配線，則使用極短的配線就可以到達30kHz共振部的第2驅(qū)動梁50，這樣，使用較短的配線就可以配置30kHz共振部用的電源供給配線。所以，與現(xiàn)有技術(shù)相比，配線長度可縮短至1/10 ；換言之，通過降低配線的電阻，就可以降低電力消耗。另外，就進行低速驅(qū)動的驅(qū)動梁90而言，如上所述，其并非一折返結(jié)構(gòu)，而是一在外側(cè)僅配置了兩根驅(qū)動梁90的結(jié)構(gòu)，所以，這樣的結(jié)構(gòu)可以大幅度地減小驅(qū)動源20的面積。通過驅(qū)動源20的面積的減小、以及上述傾角靈敏度的改善(現(xiàn)有技術(shù)的0. 8deg/V — 本實施例的2. 2deg/V)，進行低速驅(qū)動的驅(qū)動梁90的電力消耗可以降低至1/15左右。另外，實行高速驅(qū)動的第2驅(qū)動梁50的驅(qū)動源20的面積與現(xiàn)有技術(shù)的、實行高速驅(qū)動的驅(qū)動源20的面積相同，但是，通過傾角靈敏度的改善和配線電阻的降低這兩者之間的相乘效果，仍然可將第2驅(qū)動梁50的電力消耗降低至1/20左右。再有，作為低速驅(qū)動的驅(qū)動源，如果采用實行非共振驅(qū)動對傾動的位移進行積累的方式，則需要包含多重折返結(jié)構(gòu)，這樣，就會存在很多間隔狹窄的Line/Space部。這樣的折返結(jié)構(gòu)不僅制造困難，而且成品率也較低。但是，在本實施例的壓電致動器110中，實行低速驅(qū)動的驅(qū)動梁90中不包含復雜的折返結(jié)構(gòu)，所以，具有制造容易、成品率高的優(yōu)點。例如，在折返結(jié)構(gòu)時的成品率為50%的情況下，根據(jù)本實施例的壓電致動器，可實現(xiàn)95%以上的成品率。下面，參考圖16 圖22C，對實施例1的壓電致動器110的、對落下沖擊具有很大應(yīng)對能力的結(jié)構(gòu)進行說明。首先，參考圖16 圖18，對用于應(yīng)對沖擊的可動框70和固定框 100的結(jié)構(gòu)進行說明。圖16是表示實施例1的壓電致動器110的平面結(jié)構(gòu)的一個例子的左后側(cè)的擴大圖。在圖16中，觀察固定框100和可動框70的錘部71可知，錘部71上設(shè)置有錘部突起 73,74,固定框100上設(shè)置有突起101、102，錘部突起73與突起101、錘部突起74與突起102 相向配置。當壓電致動器110被施加了由落下等而引起的沖擊時，這些錘部突起73、74以及固定框的突起101、102可對可動框70的X軸方向和Y軸方向的可動范圍進行限制，起到防止壓電致動器Iio破損的作用。在本實施例的壓電致動器110中，錘部突起73、74和突起101、102的間隔也被設(shè)定為適當?shù)拈g隔，關(guān)于該點，將在后面詳述。在圖16中，錘部71以X軸為中心傾斜士 9deg時，X軸兩側(cè)的錘部71在Y軸方向上向固定框100大約接近0. 05mm左右。所以，通過考慮設(shè)置一 0. 02mm的預留距離(margin)， 可將錘部突起73與突起101之間的間隔D設(shè)定為D = O. 07mm。另外，關(guān)于X軸方向的錘部突起74與突起102之間的間隔E，其被設(shè)定為對500 μ m左右厚度的Si支撐層進行蝕刻時所需的最小寬度，即E = 0.035mm。通過進行這樣的設(shè)定，在通常的傾動驅(qū)動中，X軸周圍即使發(fā)生傾動，錘部突起72和突起101也不會發(fā)生接觸而進行正常的工作；另外，當被施加了由落下等引起的沖擊力時，憑借最小限度的間隔D、E，可以確實地阻止可動框70的急劇移動，這樣就可以防止壓電致動器110的破損。圖17是錘部突起73、74和突起101、102的配置結(jié)構(gòu)說明圖。圖17中示出了實施例1的壓電致動器Iio的仰視立體圖。在圖17中，觀察可動框70的連接部72和錘部突起 73的配置可知，在Y軸方向上延伸的連接部72的延長線上設(shè)置了錘部突起73，在與錘部突起73相對的外側(cè)設(shè)置了突起101。所以，就向Y軸方向的移動而言，該結(jié)構(gòu)是一種使用對連接部72的延長線上的沖擊具有很強抵抗的部分來承受沖擊力，并且可動框70對沖擊的耐性也很高的結(jié)構(gòu)。同樣，就X軸方向而言，因為并不是在“錘部71的具有靠近驅(qū)動對象物體 30的凹陷形狀的部分”上而是在“錘部72的在X軸方向上延伸的外側(cè)部分”上設(shè)置了錘部突起74和突起102，所以，該結(jié)構(gòu)也是一種對沖擊具有很強抵抗的結(jié)構(gòu)。圖18是表示實施例1的封裝壓電致動器110沿X軸的截面結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。 在圖18中，以X軸為中心使壓電致動器110進行士 9deg的傾動時，錘部71向上方限制部 120和下方限制部130接近0. 15mm左右。所以，通過考慮上下都設(shè)置一 0. 05mm的預留距離，則可將上方間隔F和下方間隔G都設(shè)定為F = G = 0. 2mm。所以，可以在不影響通常的傾動動作的前提下，確實地保護壓電致動器110，以使其不會因由落下等而引起的沖擊而發(fā)生破損。下面，參考圖19 圖22C，對用于應(yīng)對沖擊的蛇形彈簧80的結(jié)構(gòu)進行說明。圖19 是包含蛇形彈簧80的周邊的擴大圖。圖19中示出了蛇形彈簧80。為了向高速側(cè)的第2驅(qū)動梁50的驅(qū)動源20提供電源，在蛇形彈簧80中設(shè)置了 2根電極配線104。所以，如果電極配線104的寬度為0.02mm， 則蛇形彈簧80的彈簧寬度可被設(shè)定為0. 07mm(Line 0. 02mmX 2+SpaceO. 01mm)。另外，在圖19中，將蛇形彈簧80的鄰接彈簧的間隔從外側(cè)向內(nèi)側(cè)表示為H、I、J， 并且，將蛇形彈簧80的X軸方向的長度設(shè)為K。在圖19中，鄰接彈簧的間隔H、I、J具有H < J< I的關(guān)系，即并不是相等的間隔。下面，對鄰接彈簧的間隔H、I、J的設(shè)定方法的一個例子進行說明。圖20A 圖20D是表示在X、Y、Z方向上以隱式方法(implicit method)向?qū)嵤├?1的壓電致動器110施加沖擊加速度時的應(yīng)力分布的圖。圖 20A 圖 20C 是表示以 X = +0. 07mm、Y = +0. 035mm、Z = +0. 02mm 的位移分別與限制部101、102、120、130進行沖擊時的蛇形彈簧80的形狀和應(yīng)力分布的圖。圖20A是壓電致動器110的整體變形圖；圖20B是左側(cè)的蛇形彈簧80的放大圖；圖20C是右側(cè)的蛇形彈簧80的放大圖。
這里，破壞應(yīng)力是1. 5GPa ；因為落下沖擊時并不施加反復應(yīng)力，所以，只要設(shè)計成乘以一安全系數(shù)后最大應(yīng)力為l.OGPa以下，就可以充分地承受落下沖擊。另外，在壓電致動器110中，圖16和圖18及其相關(guān)說明中所述的間隔D相對于X軸對稱，間隔E相對于Y 軸對稱，蛇形彈簧80也相對于Y軸左右對稱。由圖20A可知，+Y方向上被施加了較大的應(yīng)力。另外，由圖20B可知，在左側(cè)的蛇形彈簧80中，鄰接彈簧的間隔H變小(窄)了，鄰接彈簧的間隔I變大(寬)了，導致彈簧形狀發(fā)生了變形。另外，圖20B還示出了蛇形彈簧80的最大應(yīng)力被施加在鄰接彈簧的間隔 I的連接部上。再有，由圖20C可知，在右側(cè)的蛇形彈簧80中，鄰接彈簧的間隔H、J變小了， 鄰接彈簧的間隔I變大了，導致彈簧形狀發(fā)生了變形。這里，最大應(yīng)力值為0. 66GPa。圖 21A 圖 21D 是表示以 X = -0. 07mm、Y = -0. 035mm、Z = +0. 2mm 的位移與各限制部101、102、120、130進行沖擊時的蛇形彈簧80的形狀和應(yīng)力分布的圖。圖21A是壓電致動器110的整體變形圖；圖21B是左側(cè)的蛇形彈簧80的擴大圖。另外，圖21C是彈性連接部40的擴大圖，圖2ID是右側(cè)的蛇形彈簧80的擴大圖。由圖21B可知，在左側(cè)的蛇形彈簧80中，鄰接彈簧的間隔H、I、H變大了。這里需要說明的是，還可知，在圖21B中，鄰接彈簧的間隔H、I、J中的間隔I是其中變形最大的一個。由圖2IC可知，在彈性連接部40中，最大應(yīng)力發(fā)生在第2彈簧42與可動框70的錘部71相連的連接部分。所發(fā)生的最大應(yīng)力為0.76GPa。因為這個數(shù)值是1. OGPa以下的值，所以是一個沒有問題的數(shù)值。由圖21D可知，在右側(cè)的蛇形彈簧80中，鄰接彈簧的間隔H、I變小了。在圖20A 圖20D中，示出了施加一加速度于實施例1的壓電致動器110時的應(yīng)力分布，此時所發(fā)生的應(yīng)力為1. OGPa以下。也就是說，在實施例1的壓電致動器110中，通過施加落下沖擊加速度，即使驅(qū)動對象物體30、高速驅(qū)動部55、以及可動框70在X、Y、Z方向上產(chǎn)生了最大位移，所發(fā)生的應(yīng)力也在1. OGPa以下。另外，此時，為了不使蛇形彈簧80的鄰接彈簧之間發(fā)生接觸，可將變形時的鄰接彈簧的間隔H、I、J確保為0. 05mm以上。然后，如圖19所示，可將蛇形彈簧80的鄰接彈簧的間隔設(shè)定為不相等的間隔。也就是說，如果按照間隔最寬的鄰接彈簧的間隔I將鄰接彈簧的間隔H、J都設(shè)定為相等間隔，則蛇形彈簧80的全長K將會變長，壓電致動器110的整體尺寸將會變大。所以，通過對“可以將鄰接彈簧的間隔設(shè)小的部分”進行設(shè)小(設(shè)窄)處理以構(gòu)成蛇形彈簧80，蛇形彈簧80的鄰接彈簧的間隔就變成了不相等的間隔。下面，對作為比較和參考例子的、將蛇形彈簧80設(shè)計成“不具彈簧形狀而僅為彈性體”的梁時的變形以及應(yīng)力分布進行說明。圖22A 圖22C是表示作為比較和參考例子的、沒有設(shè)置蛇形彈簧80而僅使用作為彈性體的梁的直線彈簧180將驅(qū)動梁90和可動框70進行連接時的應(yīng)力分布的圖。圖22A 是整體變形圖；圖22B是左側(cè)的直線彈簧180的擴大圖；圖22C是右側(cè)的直線彈簧180的擴大圖。這里需要說明的是，在作為比較和參考例子的壓電致動器中被施加了 X = +0. 07mm、 Y = +0. 035mm、Z = +0. 2mm 的位移。在圖22B中，直線彈簧180的全體基本上都超過了 lGPa。另外，在圖22C的右側(cè)的直線彈簧180中，在驅(qū)動梁90的外側(cè)的連接部上發(fā)生了最大應(yīng)力。此時，最大應(yīng)力為4. 13GPa，遠遠超過了 1. OGPa。所以可知，在作為比較和參考例子的壓電致動器中，通過施加落下沖擊加速度，使可動框70、與其相連的高速驅(qū)動部55、以及驅(qū)動對象物體30在X、Y、Z 方向上產(chǎn)生最大位移時，所產(chǎn)生的應(yīng)力超過了 l.OGPa，導致產(chǎn)生了破損。由以上可知，蛇形彈簧80除了具有如圖7A 圖7C及其相關(guān)說明所述的可使共振頻率降低以防止應(yīng)力集中的效果之外，還具有可使由落下沖擊所產(chǎn)生的應(yīng)力分散以防止壓電致動器破損的效果。這樣，根據(jù)實施例1的壓電致動器110可知，可以構(gòu)成一種如下所述的壓電致動器 110，即將低速驅(qū)動用驅(qū)動梁90設(shè)計成簡單的2根(4件(piece))，對驅(qū)動梁90進行共振驅(qū)動，使用蛇形彈簧80和可動框70的錘部71將頻率降低至低速驅(qū)動的頻率，并且，在可動梁70的內(nèi)部設(shè)置第2驅(qū)動梁50，這樣就可以構(gòu)成2軸互不干涉的獨立振動系統(tǒng)。另外，通過降低配線104的長度和驅(qū)動源20的面積，可實現(xiàn)低電力消耗。再有，通過在固定框100 上設(shè)置突起101、102，在可動框70的錘部71上設(shè)置錘部突起73、74，可對X、Y方向的可動范圍進行限制，并且，通過設(shè)置上方限制部120和下方限制部130，可對上下方向的可動范圍進行限制，這樣，即使發(fā)生了落下沖擊，也很難發(fā)生破損。另外，因為蛇形彈簧80具有可減低落下沖擊所產(chǎn)生的應(yīng)力的功能，所以，還可以更進一步地提高對落下沖擊的耐性(抵抗性)。圖23是表示本發(fā)明實施例2的壓電致動器111的整體結(jié)構(gòu)的一個例子的立體圖。 實施例2的壓電致動器111在具有驅(qū)動對象物體30、彈性連接部40、第2驅(qū)動梁50、可動框 70、蛇形彈簧80、驅(qū)動梁92、以及固定框100這點上與實施例1的壓電致動器110相同。實施例2的壓電致動器111與實施例1的壓電致動器110的不同點僅在于，進行低速驅(qū)動的驅(qū)動梁92具有折返結(jié)構(gòu)。這里需要說明的是，關(guān)于其他的構(gòu)成要素，因為其與實施例1的壓電致動器110相同，所以對其賦予了相同的符號，并省略了其說明。在實施例2的壓電致動器111中，作為低速驅(qū)動的驅(qū)動梁92，使用具有折返結(jié)構(gòu)的驅(qū)動梁92 ；但是，該驅(qū)動梁92并非采用實行非共振以使位移蓄積的驅(qū)動方式，而是與實施例1的壓電致動器110同樣地實行共振驅(qū)動。在圖23中，接近驅(qū)動對象物體30的內(nèi)側(cè)的驅(qū)動梁92與固定框100連接，鄰接的驅(qū)動梁92的端部為依序進行反復折返的結(jié)構(gòu)，隨著從內(nèi)側(cè)的驅(qū)動梁92向外側(cè)的驅(qū)動梁92傳遞傾動力，位移被蓄積，這樣，就可以獲得比一根驅(qū)動梁92時更大的傾角。在圖23中，由3根驅(qū)動梁92構(gòu)成了一驅(qū)動梁群組93。這樣，通過將低速驅(qū)動用驅(qū)動梁92設(shè)計為折返結(jié)構(gòu)，并以復數(shù)個梁92構(gòu)成驅(qū)動梁群組93，可以提高傾角靈敏度。具體而言，實施例2的壓電致動器111的傾角靈敏度可達到 4. 4deg/V，這幾乎是實施例1的壓電致動器110的傾角靈敏度的2倍。另外，就最大應(yīng)力而言，其大小為3MPa左右，也位于沒有問題的范圍內(nèi)。圖24A和圖24B是表示實施例2的壓電致動器111驅(qū)動時的變形狀態(tài)。圖24A是表示在X軸周圍使實施例2的壓電致動器111進行低速驅(qū)動的狀態(tài)的變形圖；圖24B是表示在Y軸周圍使實施例2的壓電致動器111進行高速驅(qū)動的狀態(tài)的變形圖。圖24A中示出了，可動框70及驅(qū)動對象物體30在X軸周圍進行傾動，此時，可動框70內(nèi)的彈性連接部40的第1彈簧并不進行共振，并且，X軸周圍的傾動驅(qū)動與Y軸周圍的傾動驅(qū)動也不發(fā)生干涉。圖24B中示出了，驅(qū)動對象物體30在Y軸周圍進行傾動，此時，驅(qū)動梁92并不進行共振，并且，Y軸周圍的傾動驅(qū)動與X軸周圍的傾動驅(qū)動也不發(fā)生干涉。這樣，實施例2的壓電致動器111即使被構(gòu)成為2軸壓電致動器，兩個驅(qū)動軸周圍的傾動驅(qū)動之間也不互相干涉。另外，在實施例2的壓電致動器111中，盡管由于驅(qū)動梁92具有折返結(jié)構(gòu)，與實施例1的壓電致動器110相比，其制造工序有一點復雜，但是，因為折返結(jié)構(gòu)的折返次數(shù)較少， 也不存在電力消耗大幅度上升、以及成品率大幅度下降的問題。在這點上，實施例2的壓電致動器111與使用非共振驅(qū)動梁的壓電致動器相比，還是具有電力消耗低和成品率高的優(yōu)
點ο所以，如果重視傾角靈敏度，則可采用實施例2的壓電致動器111 ；如果重視電力消耗的降低以及成品率的改善，則可采用實施例1的壓電致動器110。也就是說，可以根據(jù)用途來分別采用實施例1的壓電致動器110和實施例2的壓電致動器111。根據(jù)實施例2的壓電致動器111，可以更進一步地提高傾角靈敏度。圖25A 圖25C是用于對本發(fā)明實施例3的壓電致動器112的變更部分進行說明的圖。在實施例3的壓電致動器112中，具有可使高速驅(qū)動部55的傾角靈敏度提高以及最大應(yīng)力降低的結(jié)構(gòu)。圖25是表示實施例3的壓電致動器112的高速驅(qū)動部55的平面結(jié)構(gòu)的圖。在實施例3的壓電致動器112中，高速驅(qū)動部55的第1彈簧44由一根構(gòu)成這點，與第1彈簧41 由2根構(gòu)成的實施例1的壓電致動器110不同。關(guān)于其他構(gòu)成要素，因為與實施例1的壓電致動器110同樣，所示省略了圖示和說明。另外，與實施例1的壓電致動器110同樣的構(gòu)成要素也被賦予的同樣的符號，并省略其說明。在實施例3的壓電致動器112中，通過進行高速驅(qū)動部55的參數(shù)的設(shè)定，可使傾角靈敏度提高、最大應(yīng)力降低。在圖25A中，將第1彈簧44的寬度設(shè)為A，將第2彈簧42的寬度設(shè)為第一彈簧44 的寬度A的1/2，即A/2。另外，將彈簧連接部43的長度設(shè)為B，將從第1彈簧44及第2彈簧42的外側(cè)端部開始至X軸的距離設(shè)為C。這樣，通過將第1彈簧44及至彈簧連接部43 的至X軸的距離C設(shè)定為可變，就可以將共振頻率設(shè)定至固定的30kHz。這里需要說明的是，彈簧連接部43在整體上共有4處，都被設(shè)為相同的值。另外，驅(qū)動對象物體30與第1 彈簧44的連接處46的R半徑被設(shè)為Rl = 0. 15mm,彈簧連接部43的內(nèi)側(cè)的R半徑被設(shè)為 Rl = B/2。然后，通過將第1彈簧44的寬度A以及彈簧連接部43的長度B作為參數(shù)并使其進行變化，對傾角靈敏度和最大應(yīng)力的最優(yōu)值進行了研討。圖25是表示使驅(qū)動對象物體30以士 12deg的傾角進行傾動時的、相對于第1彈簧44的寬度A和彈簧連接部43的長度B的變化的、傾角靈敏度[deg/V]的變化特性的圖。 圖25中示出了如下特性，即A = 0. 12mm時傾角靈敏度最高，另外，在0. 4mm < B < 0. 6mm 范圍內(nèi)的B = 0. 5mm附近處，傾角靈敏度為最大。圖25C是表示相對于第1彈簧44的寬度A和支撐梁側(cè)連接部M的長度B的變化的、最大主應(yīng)力的變化特性的圖。最大應(yīng)力為0. 5GPa以下時，對致動器的耐性來說，是不存在問題的數(shù)值。圖25C中示出了如下特性，即A > 0. Imm時，最大應(yīng)力為0. 5GPa以下；另夕卜，A = 0. 14mm或者A = O. 12mm時，在0. 4mm < B < 0. 6mm的范圍內(nèi)的B = 0. 5mm附近處，
最大應(yīng)力為最小。
所以，就傾角靈敏度高、最大應(yīng)力小的形狀而言，作為比較小型的形狀，例如可以采用 A = O. 12mm、B = 0. 5mm、C = 1. 4mm、Rl = 0. 15mm、R = 0. 25mm 的形狀。此時,靈敏度可為4. 50deg/V，用于以士 12deg的傾角進行傾動的電壓可為0-3. 5V，最大應(yīng)力可為0. 38GPa, 這樣，就可以得到最大應(yīng)力小、傾角靈敏度高的良好的特性。這樣，根據(jù)實施例3的壓電致動器112，可使高速驅(qū)動部55的傾角靈敏度提高、最大應(yīng)力降低。圖26A 圖26C是表示本發(fā)明實施例4的封裝壓電致動器201的結(jié)構(gòu)的一個例子的立體圖。圖26A是實施例4的封裝壓電致動器201的整體立體圖的一個例子；圖26B是實施例4的封裝壓電致動器201的分解立體圖的一個例子；圖26C是實施例4的封裝壓電致動器201的截面立體圖。在圖26中，封裝用部件140內(nèi)收容了壓電致動器110，并且上面由密封用玻璃150 進行覆蓋這點，與實施例1的封裝壓電致動器200相同。在實施例4的封裝壓電致動器201中，對上下方向的可動范圍進行限制的部件為將上方限制部和下方限制部進行了一體化的上下方向限制部133，這點與分別設(shè)置了上方限制部120和下方限制部130的實施例1的封裝壓電致動器200不同。這里需要說明的是， 關(guān)于其他構(gòu)成要素，因為與實施例1同樣，所以被賦予了與實施例1相同的參照符號，并省略了其說明。在圖26中，盡管示出了上下方向限制部133的立體圖，但是，上下方向限制部133 具有上方限制部134和下方限制部135。下方限制部135被載置在封裝用部件140上而被收容；上方限制部134向上延伸以夾著蛇形彈簧80，這樣，就可以對壓電致動器110的上方的移動進行限制。圖26C中示出了實施例4的封裝壓電致動器201的截面結(jié)構(gòu)。下方限制部135通過中央部的浮動對壓電致動器110的下方的可動范圍進行限制。另外，壓電致動器110的上方限制部134從壓電致動器110的蛇形彈簧80的兩側(cè)的空隙延伸以貫穿壓電致動器110， 并以呈鑰匙狀的部分對壓電致動器110的上方的可動范圍進行限制。這樣，根據(jù)實施例4的封裝壓電致動器201可知，通過使用具有上方限制和下方限制這兩個功能的一個上下方向限制部133，可以對上下雙方的壓電致動器201的可動范圍進行限制。所以，通過采用容易組裝的簡單的結(jié)構(gòu)，就可以防止因落下沖擊而產(chǎn)生的破損。圖27A 圖27C是表示本發(fā)明實施例5的封裝壓電致動器202的結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖27A是實施例5的封裝壓電致動器202的整體結(jié)構(gòu)的一個例子的示意圖；圖27B是實施例5的封裝壓電致動器202的分解立體圖的一個例子；圖27C是實施例5的封裝壓電致動器202的截面結(jié)構(gòu)立體圖。如圖27A和圖27B所示，在實施例5的封裝壓電致動器202中，封裝用部件140內(nèi)收容壓電致動器110，并且上面由密封用玻璃150進行覆蓋之結(jié)構(gòu)，也與實施例1和實施例 4的封裝壓電致動器200相同。所以，關(guān)于與實施例1同樣的構(gòu)成要素，其被賦予了相同的參照符號，并省略了其說明。如圖27A 圖27C所示，在實施例5的封裝壓電致動器202中，上下方向限制部 136并不是被安裝在封裝用部件140上，而是被安裝在可動框70上，這點與實施例4的封裝壓電致動器201不同。例如，當在可動框70的、與蛇形彈簧80之間的位置設(shè)置上下方向限制部136時，不僅可以不妨礙通常的傾動驅(qū)動，而且還可以僅對上下方向的可動范圍進行限制。如圖27B所示，上下方向限制部136具有上方限制部137和下方限制部138，這點與實施例4的封裝壓電致動器201相同。如圖27B和圖27C所示，根據(jù)實施例5的封裝壓電致動器202可知，通過使用較小的上下方向限制部136，可以對壓電致動器110的落下進行應(yīng)對；另外，還可以使整體小型化，同時也可以對落下沖擊進行適當?shù)木彌_。圖^A 圖28C是表示本發(fā)明實施例6的封裝壓電致動器203的結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖28A是表示實施例6的封裝壓電致動器203的整體結(jié)構(gòu)的一個例子的立體圖；圖28B是實施例6的封裝壓電致動器230的分解立體圖的一個例子；圖28C是實施例6的封裝壓電致動器203的截面結(jié)構(gòu)立體如。如圖28A和圖28C所示，在實施例6的封裝壓電致動器203中，封裝用部件140內(nèi)收納了壓電致動器110，上面覆蓋了密封用玻璃150，該結(jié)構(gòu)與實施例1、4以及5的封裝壓電致動器200相同。所以，關(guān)于與實施例1、4以及5相同的構(gòu)成要素，對其賦予了相同的參照符號，并省略其說明。如圖28B所示，實施例6的封裝壓電致動器203具有安裝于密封用玻璃150的上方限制部121、以及安裝于封裝用部件140的下方限制部139，這點與實施例1、4以及5的封裝壓電致動器203不同。這樣，上方限制部121就可以被安裝在密封用玻璃150上。另外，如圖28B和圖28C所示，上方限制部121和下方限制部139雙方都是具有一定厚度的直線形的部件，并且具有簡單的結(jié)構(gòu)，所以非常容易進行限制部121、139的加工。這樣，根據(jù)實施例6的封裝壓電致動器203可知，通過使用結(jié)構(gòu)簡單并且容易加工的上方限制部121以及下方限制部139，可以確實地對落下進行有效的應(yīng)對。圖四是表示本發(fā)明實施例7的光掃描裝置(例如投影儀300)的結(jié)構(gòu)的示意圖。 在實施例7中，以使用了實施例1 6所述的壓電致動器110 112、200 203的投影儀 300為例進行說明。在圖四中，實施例7的投影儀300具有壓電鏡205、激光二極管210、準直透鏡220、 偏光分束器(beam splitter) 230、1/4 波長板 240、CPU (central processing unit ；中央處理器)250、激光二極管驅(qū)動ICGntegrated circuit ；集成電路)260、以及壓電鏡驅(qū)動IC 270。另外，在圖四中，還示出了一作為相關(guān)構(gòu)成要素的屏幕310。投影儀300是將映像投影至屏幕310并在其上對映像進行放映的裝置。本實施例的壓電致動器Iio 112、200 203可作為2軸驅(qū)動的壓電鏡205而被使用在投影儀300中。激光二極管210是用于發(fā)射激光的光源。從激光二極管210發(fā)射的激光可為發(fā)散光。準直透鏡220是用于將發(fā)散光變換為平行光的單元。即使從激光二極管210被射入了發(fā)散光，準直透鏡220也可以將激光的各發(fā)散成分變換為平行。偏光分束器230是一種光束分離單元，其中形成有可使P偏光(或S偏光)反射并使S偏光(或P偏光)透過的偏光膜。這里，P偏光是在光的入射面內(nèi)進行振動的光的成分；S偏光是與光的入射面垂直地進行振動的光的成分。也就是說，偏光分束器230可使 P偏光和S偏光中的一者反射，另一者透過。
這樣，來自準直透鏡200的平行光(P偏光)可被偏光分束器230全反射至2軸壓電鏡205側(cè)。偏光分束器230是一種可起到將光導向壓電鏡205方向的作用的導光單元。1/4波長板240是用于使光發(fā)生π /2(90度)的位相差的位相差發(fā)生單元。1/4 波長板240不僅可使直線偏光變換為圓偏光，而且還可以使圓偏光變換為直線偏光。另外， 1/4波長板240可與偏光分束器230被構(gòu)成為一體。由偏光分束器230所反射的激光透過與偏光分束器230 —體形成的1/4波長板 240，射向壓電鏡205。壓電鏡205對鏡子31進行2軸驅(qū)動，并對來自1/4波長板240的激光進行反射。 由壓電鏡205所反射的激光再透過1/4波長板240而被變換為S偏光，然后透過偏光分束器230，照射至屏幕310。CPU 250是用于對激光二極管驅(qū)動IC 260和壓電鏡驅(qū)動IC 270進行控制的單元。 激光二極管驅(qū)動IC 260是用于對激光二極管210進行驅(qū)動的單元。壓電鏡驅(qū)動IC 270是用于對壓電鏡205進行驅(qū)動的單元。CPU 250控制激光二極管驅(qū)動IC 260以對激光二極管210進行驅(qū)動。另外，CPU250 控制壓電鏡驅(qū)動IC 270以對壓電鏡250的X軸周圍、Y軸周圍的傾動驅(qū)動進行控制。通過壓電鏡205的傾動動作，使由壓電鏡205的鏡子31所反射的光在屏幕310上進行掃描，進而在屏幕310上形成映像。這樣，本實施例的壓電致動器110 112、200 204可作為投影儀300用的壓電鏡205來使用，并可以省電并穩(wěn)定地對鏡子31進行2軸驅(qū)動，進而放映出映像。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了說明，但是，本發(fā)明并不局限于上述具體實施例，只要不脫離權(quán)利要求書的范圍，亦可采用其他變化形式代替，但那些變化形式仍屬于本發(fā)明所涉及的技術(shù)范圍。尤其是，盡管在實施例1 實施例7中對2軸型的壓電致動器110、111、112、200、 201、202、203、205進行了說明，但是，如在實施例1中所述，也可以使用僅進行低速驅(qū)動或高速驅(qū)動的1軸型壓電致動器。另外，即使是2軸型壓電致動器，僅就高速驅(qū)動或低速驅(qū)動的1軸而言，也可以使用本實施例的壓電致動器110 112、200 203、205的結(jié)構(gòu)和功能。本發(fā)明可應(yīng)用在具有小型致動器和壓電致動器的投影儀、掃描儀等中，該小型致動器和壓電致動器可通過對鏡子等的驅(qū)動對象物體進行傾動驅(qū)動以實現(xiàn)光線等的掃描。本國際申請主張2009年9月4日申請的日本國專利申請第2009-205313號的優(yōu)先權(quán)，并在本文中引用了該專利申請的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種壓電致動器，其在軸周圍對驅(qū)動對象物體進行傾動驅(qū)動，所述壓電致動器的特征在于，包含可動框，其具有由配置在所述軸兩側(cè)的錘部以及與所述軸交叉延伸并連接所述錘部的連接部對所述驅(qū)動對象物體進行平面圍繞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并與所述驅(qū)動對象物體連接以對所述驅(qū)動對象物體進行連接支撐；以及驅(qū)動梁，其具有在彈性體上形成了壓電薄膜的結(jié)構(gòu)，并被配置在所述可動框的外側(cè)，與所述可動框的所述連接部連接以提供所述軸周圍的傾動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于所述驅(qū)動梁以從軸方向的兩側(cè)夾著所述可動框的方式被配置為沿與所述軸垂直的方向延伸，并被施加可使在所述軸的兩側(cè)成對的所述驅(qū)動梁沿相反方向進行位移的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于所述驅(qū)動梁和所述連接部由蛇形彈簧連接，在所述蛇形彈簧中，鄰接的梁具有間隔并呈蛇形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電致動器，其特征在于所述蛇形彈簧的鄰接的間隔根據(jù)所述蛇形彈簧的變形量或被施加至所述蛇形彈簧的應(yīng)力分布而定，并是變形量大或被施加的應(yīng)力大的位置的間隔比變形量小或被施加的應(yīng)力小的位置的間隔寬的不等間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電致動器，其特征在于在所述蛇形彈簧的鄰接的間隔中，所述蛇形彈簧的最靠近與所述可動框相連的位置以及與所述驅(qū)動梁相連的位置的蛇形部分比所述蛇形彈簧的中央側(cè)的位置的蛇形部分窄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于 所述驅(qū)動梁被共振驅(qū)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于 具有平面地圍繞所述可動框和所述驅(qū)動梁的固定框， 所述可動框以與所述固定框相同的厚度被形成， 所述驅(qū)動梁以比所述固定框薄的厚度被形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電致動器，其特征在于在所述固定框上設(shè)置了突起，所述突起對所述可動框的水平方向的可動范圍進行限制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于所述驅(qū)動對象物體經(jīng)由第2驅(qū)動梁與所述可動框的所述連接部相連，所述第2驅(qū)動梁是在彈性體上形成了壓電薄膜的結(jié)構(gòu)，所述第2驅(qū)動梁在與所述軸不同的第2軸周圍使所述驅(qū)動對象物體傾動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓電致動器，其特征在于所述驅(qū)動對象物體和所述第2驅(qū)動梁由彈性連接部相連，所述彈性連接部包含梁結(jié)構(gòu)的彈性體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于還具有對所述可動框的上下方向的可動范圍進行限制的上下方向限制部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于所述驅(qū)動對象物體是鏡子。
13.一種光掃描裝置，其特征在于，具有 壓電致動器，其是權(quán)利要求12所述的壓電致動器； 光源，其發(fā)射光；以及導光單元，其將從所述光源所發(fā)射的所述光導向所述壓電致動器， 其中，通過所述壓電致動器對所述鏡子進行傾動驅(qū)動，使由所述鏡子所反射的所述光進行掃描。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光掃描裝置，其特征在于 使所述光在屏幕上進行掃描，以在所述屏幕上形成映像。
全文摘要
一種壓電致動器，其在軸周圍對驅(qū)動對象物體進行傾動驅(qū)動。所述壓電致動器具有可動框，其具有由配置在所述軸兩側(cè)的錘部以及與所述軸交叉延伸并連接所述錘部的連接部對所述驅(qū)動對象物體進行平面圍繞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并與所述驅(qū)動對象物體連接以對所述驅(qū)動對象物體進行連接支撐；以及驅(qū)動梁，其具有在彈性體上形成了壓電薄膜的結(jié)構(gòu)，并被配置在所述可動框的外側(cè)，與所述可動框的所述連接部連接以提供所述軸周圍的傾動力。
文檔編號H02N2/00GK102474204SQ20108003281
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者山田司 申請人:三美電機株式會社