[发明专利]压电致动器、可变电容器和光偏转装置

说明书

技术领域

本发明的主题涉及压电致动器，具体地说涉及适合于执行装置的厚度方向上的平移运动(z方向运动)的压电致动器的结构、可变电容器以及包括该结构的光偏转装置。

背景技术

可以在各种应用中使用在装置的厚度方向上执行平移运动(z方向运动)的致动器。例如，可以在两个平板电极之一中使用这种致动器，使得可以利用电极间间隙的变化将致动器用作可变电容器。此外，这种致动器可以与反光镜光学系统结合，使得可以获得执行进入反射镜部件的光的光路变化的装置，并且该装置具有多种应用，使得该装置可以用作拾取跟踪致动器，用于读取光盘或变焦扫描器。

在将致动器应用于上述装置时，致动器可以执行静电力驱动、压电驱动等。在执行静电力驱动时，需要接近100V的电压。另一方面，在执行压电驱动时，可以通过相对低的电压获得较大移位。在压电驱动中，经常使用可以获得具有简单结构的较大移位的压电单晶悬臂梁。压电单晶悬臂梁构造为使得下端电极、压电体和上端电极层叠在振动板上，并且具有固定了杠杆部件的一个端部的横梁(悬臂梁)结构。通过向压电体施加电场，使得压电体变形从而杠杆部件如弓状向上弯曲。此外，作为能够获得较大移位的致动器，还使用将两个压电体层层叠夹在电极与振动板之间而获得的双晶致动器。

日本专利申请特许公开No.2004-127973，日本专利申请特许公开No.2008-005642，日本专利申请特许公开No.2010-251726，Park，J.Y.等人在2001 IEEE MTT-S International，vol.3，pp.2111-2114(2001)的Microwave Symposium Digest上题为“Micromachined RF MEMS tunable capacitors using piezoelectric actuators”的文章，以及Kawakubo，T.等人在Journal of Microelectromechanical Systems，vol.15，No.6，pp.1759-1765(2006)的题为“RF-MEMS Tunable Capacitor With 3V Operation Using Folded Beam Piezoelectric Bimorph Actuator”的文章披露了使用悬臂梁型压电致动器的可变电容器的构造示例。Yee，Y.等人在Sensor and Actuator A89，pp.166-173(2001)上题为“PZT actuated micromirror for fine-tracking mechanism ofhigh-density optical data storage”的文章披露了光拾取的构造示例。

发明内容

所有这些装置都需要在单纯厚度方向上(z方向)驱动。然而，在压电悬臂梁执行驱动的情况下，以下因素总是使得装置设计困难。

[1]由于压电薄膜的残余压力，存在初始z移位(即使在施加电压为0的状态下也发生z方向的偏移)。

[2]在驱动悬臂梁时发生平面内方向(x和y方向)的移动。

在压电体为直接形成在基板上的薄膜时以上因素[1]变得显著。由于在压电体与基板之间的热扩散系数不同，所以因素[1]由以下事实引起：在压电体膜在高温下形成在基板上之后，致动器如弓形向上弯曲，并且温度返回到正常温度。在降低致动器刚性从而获得较大移位时，这种因素[1]变得更加显著。

上述因素[2]是由悬梁臂型致动器本质上包含旋转移位的事实引起的。因此，在悬梁臂型致动器中，很难在抑制x和y方向上的平面内移位的同时获得单纯的z方向移位。

在一般压电悬梁臂型致动器中，有必要延长致动器的长度或者使得振动板的厚度变薄从而获得较大移位。然而，这种调节将强化因素[1]和[2]。即，实现很大移位，并且因素[1]和[2]为折中关系。为此，很难在消除初始z移位的同时获得足够量的单纯的z方向移位。

以下描述特定装置的示例。

(关于可变电容器)

将参考日本专利申请特许公开No.2010-251726中的图3来说明。