JP2014235260A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームの焦点距離を調整する際の応答性を好適に高めることが可能な光走査装置を提供する。
【解決手段】光走査部５は、振動板１０と、振動板１０に支持されて光ビームを反射させる反射面３０ａを有するミラー部３０と、振動板１０を振動させるための第１駆動機構と、ミラー部３０の反射面３０ａで反射された光ビームの焦点距離を調整するための第２駆動機構とを備える。第２駆動機構は、通電されたミラー駆動コイル４１とミラー静磁界発生部４２の静磁界との相互作用としての吸引反発力によってミラー部３０を変形させるように構成されている。駆動制御部６は、反射面３０ａの曲率半径が光ビームの焦点距離に応じた目標値となるように、ミラー部３０を変形させるための変形駆動電流をミラー駆動コイル４１に供給する。このため、ミラー駆動コイル４１に変形駆動電流を供給すると吸引反発力によって直ちにミラー部３０を変形させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関する。

近年、光走査装置の小型化を目的として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光走査装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この種の光走査装置は、様々な分野に適用することが可能であり、車両分野に適用する場合、例えば車両の周辺の障害物等を検知するためのレーダ光の照射に用いられたり、車両のフロントガラス等に画像を表示するための映像光の照射に用いられたりする。

例えばこのような車両分野では、障害物検知の精度を上げるためにレーダ光の焦点距離を障害物の位置に応じて調整させたり、表示画像の視認性を高めるために映像光の焦点距離をフロントガラスの自由曲面における照射位置に応じて調整させたりするニーズがある。

ここで、特許文献２には、反射ミラーで反射された光ビームの焦点距離を調整するための駆動機構として、振動板における反射ミラーの近接部を加熱することにより変形させ、これにより反射ミラーの曲率半径を変化させる機構（以下「熱アクチュエータ」という）が開示されている。

特開２０１１−２０３５７５号公報 特許第４４７６０８０号公報

しかしながら、光走査装置において前記した熱アクチュエータを用いると、加熱温度を設定してから実際に設定温度に到達して所望の変形量が得られるまでの時間が比較的かかるため、光ビームの焦点距離を調整する際の応答速度が遅くなり、こういった応答速度の遅延が光ビームの走査速度の遅延を引き起こし、障害物検知や画像表示等を好適に行えなくなるかもしれないという懸念があった。

本発明は、上記懸念等に鑑みてなされたものであり、従来構成と比べて光ビームの焦点距離を調整する際の応答性を好適に高めることが可能な光走査装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、光ビームを走査する光走査装置であって、固定部に第１梁部を介して振動可能に支持された振動板と、振動板に支持されて光ビームを反射させる反射面を有するミラー部と、振動板を振動させるための第１駆動機構と、ミラー部の反射面で反射された光ビームの焦点距離を調整するための第２駆動機構と、第１駆動機構および第２駆動機構を駆動制御する駆動制御手段とを備える。

このうち、第２駆動機構は、ミラー部の裏面に対する垂直方向に静磁界を発生するミラー静磁界発生部と、通電によりミラー静磁界発生部の静磁界と同一方向または反対方向の磁界を発生するミラー駆動コイルとを有し、通電されたミラー駆動コイルとミラー静磁界発生部の静磁界との相互作用としての吸引反発力によってミラー部を変形させるように構成されている。

なお、ミラー静磁界発生部は、ミラー部の反射面に対する裏面側でミラー部に対向配置され、ミラー駆動コイルは、ミラー部の反射面に対する裏面側でミラー部に敷設されている。

そして、駆動制御手段は、反射面の曲率半径が光ビームの焦点距離に応じた目標値となるように、ミラー部を変形させるための電流（以下「変形駆動電流」という）をミラー駆動コイルに供給する。

つまり、本発明では、ミラー駆動コイルに変形駆動電流が供給されると、ミラー駆動コイルに発生する磁界とミラー静磁界発生部の静磁界とによって、異極間で働く吸引力または同極間で働く反発力（吸引反発力）を作用させることでミラー部が変形し、これにより、ミラー部の反射面の曲率半径が変化することで、ミラー部の反射面で反射された光ビームの焦点距離が変更されることになる。

したがって、本発明によれば、前記した熱アクチュエータのように加熱温度を設定してから実際に設定温度に到達するまでの時間を待つことなく、ミラー駆動コイルに変形駆動電流を供給すると、直ちに前記した吸引反発力によってミラー部を変形させる（ひいては反射面の曲率半径を変化させる）ことができるため、従来構成と比べて光ビームの焦点距離を調整する際の応答性を好適に高めることができる。

なお、反射面の曲率半径と光ビームの焦点距離との関係性はシミュレーション等により予め求めておくことができ、さらに反射面の曲率半径（ひいては光ビームの焦点距離）と変形駆動電流の値との関係性は実験等により予め求めておくことができる。よって、駆動制御手段は、これらの関係性に基づいて、反射面の曲率半径が光ビームの焦点距離に応じた目標値となる変形駆動電流の値を設定することができる。

また、本発明において、ミラー静磁界発生部は、その静磁界が少なくともミラー駆動コイルに対して作用する大きさに形成されていればよいが、その静磁界が振動板におけるミラー部の近接部に対しても作用する大きさに形成されていてもよい。

後者の場合、第１駆動機構は、振動板における前記した近接部に敷設されて通電によりミラー駆動コイルに発生する磁界とは反対方向の磁界を発生するサブ駆動コイルを有し、通電されたサブ駆動コイルとミラー静磁界発生部の静磁界との相互作用としての吸引反発力によって、ミラー部の変形に伴って振動板が変位しようとする方向とは逆向きの力を振動板に与えるように構成されているとよい。

このような構成によれば、振動板を振動させながらミラー部を変形させる際に、ミラー部に振動板が引っ張られて変位してしまうことを抑制することができるため、光ビームを走査させながら光ビームの焦点距離の調整を行う際に、光ビーム走査の精度を好適に維持させることができる。

ところで、本発明において、第１駆動機構は、少なくとも振動板を振動させるための機構であればよいが、例えば、以下のように構成されてもよい。
即ち、第１駆動機構は、ミラー静磁界発生部に離間して配置されて振動板に作用する方向に静磁界を発生するメイン静磁界発生部と、振動板においてメイン静磁界発生部に対向する位置に少なくとも一部が敷設されたメイン駆動コイルとを有し、通電されたメイン駆動コイルとメイン静磁界発生部の静磁界との相互作用によって該振動板を振動させるように構成されており、駆動制御手段は、メイン駆動コイルに対する電流制御を行う。

この場合、複数の静磁界発生部と駆動コイルとによって第１駆動機構および第２駆動機構を構成できるため、光走査装置の構成を比較的簡易なものとすることができる。
また、駆動制御手段は、振動板の振幅が光ビームの走査領域に応じた目標値となるように、振動板に周期的加振力を与えるための電流（以下「振動駆動電流」という）をメイン駆動コイルに供給してもよい。

なお、振動板の振幅と光ビームの走査領域との関係性はシミュレーション等により予め求めておくことができ、さらに振動板の振幅（ひいては光ビームの走査領域）と振動駆動電流の値との関係性は実験等により予め求めておくことができる。よって、駆動制御手段は、これらの関係性に基づいて、振動板の振幅が光ビームの走査領域に応じた目標値となる振動駆動電流の値を設定することができる。

このような構成によれば、例えば振動板とミラー部とを好適に共振させることができるため、光ビームの走査速度を上げることが可能となり、例えば車両分野においては障害物検知や画像表示等を行うためにより好適な光走査装置を提供することができる。

また、本発明において、振動板は、その名の通り板状のものであればよいが、例えば矩形状に形成されていてもよい。この場合、メイン静磁界発生部は、振動板の板面に対する平行方向に静磁界を発生し、第１駆動機構は、通電されたメイン駆動コイルとメイン静磁界発生部の静磁界との相互作用としてのローレンツ力によって振動板を振動させる構成であるとよい。

このような構成によれば、振動板を矩形状にすることで、メイン駆動コイルを振動板に簡易に敷設することができるため、光走査装置の構成をより簡易なものとすることができる。

あるいは、本発明において、振動板は、例えばＨ形状に形成されてもよい。この場合、メイン静磁界発生部は、振動板の板面に対する垂直方向に静磁界を発生し、メイン駆動コイルは、通電によりメイン静磁界発生部の静磁界と同一方向または反対方向の磁界を発生する。そして、第１駆動機構は、通電されたメイン駆動コイルとメイン静磁界発生部の静磁界との相互作用としての吸引反発力によって振動板を振動させる構成であるとよい。

このような構成によれば、振動板をＨ形状にすることで、メイン駆動コイルの振動板への敷設が振動板を矩形状にしたときと比べて若干複雑になるものの、第１梁部を振動板の中心側へ近づけて配置することができるため、光走査装置の小型化を図ることができる。

なお、本発明において、ミラー部は、振動板に第２梁部を介して振動可能に支持されており、駆動制御手段は、第１梁部を回転軸として振動板を振動させるための第１振動駆動電流と、第２梁部を回転軸としてミラー部を振動させるための第２振動駆動電流とをメイン駆動コイルに供給する構成でもよい。

この場合、２自由度振動子による２次元光走査装置を好適に構成することができる。なお、駆動制御手段は、振動板とミラー部とを共振させるために第１振動電流に重畳して第２振動電流をメイン駆動コイルに供給してもよいし、振動板とミラー部とを個別に振動させるために第１振動電流と第２振動電流とをそれぞれのタイミングでメイン駆動コイルに供給してもよい。

また、本発明において、ミラー部はと振動板との間に配置された内ジンバルを備え、この内ジンバルは、振動板に第２梁部を介して振動可能に支持されており、ミラー部は、内ジンバルに第３梁部を介して振動可能に支持される。そして、駆動制御手段は、ミラー部、内ジンバルおよび振動板からなる振動系を同時に励振するための振動駆動電流をメイン駆動コイルに供給する構成でもよい。

この場合、３自由度振動子による２次元光走査装置を好適に構成することができる。

光走査装置の全体構成を例示するブロック図である。 光走査装置の要部の構成を例示するブロック図である。 実施例１における光走査部の構成を例示するイメージ図である。 実施例２における光走査部の構成を例示するイメージ図である。 実施例３における光走査部の構成を例示するイメージ図である。 実施例４における光走査部の構成を例示するイメージ図である。 実施例５における光走査部の構成を例示するイメージ図である。 実施例６における光走査部の構成を例示するイメージ図である。

以下に、本発明の実施形態としての光走査装置について図面と共に説明する。なお、本実施形態の光走査装置は、車両の周辺の障害物等を検知するためのレーダ光の照射に用いられたり、車両のフロントガラス等に画像を表示するための映像光の照射に用いられたりするものである。

＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の光走査装置１は、発光部２と、入力部３と、発光制御部４と、光走査部５と、駆動制御部６と、データ記憶部７とを備えて構成される。

発光部２は、光走査部５に光ビームを照射するものであり、例えばレーダ光としてレーザ光を発光するレーザ光源や、映像光として各色のＬＥＤ光を発光するＬＥＤ光源等、障害物検知や画像表示等の用途に応じて予め用意された光源と、この光源から照射される光ビームの光軸上に配置されたレンズや反射ミラー等の光学部品とを有して構成される。なお、発光部２において、前記した光学部品は必須の構成ではなく、発光部２にではなく、光走査部５の後段に配置されてもよいし、発光部２にも光走査部５の後段にも配置されてもよい。

入力部３は、障害物検知や画像表示等に関する上位の制御指令を同じ車両に搭載された他の車載装置（以下「上位の車載装置」という）から入力するものである。例えば、上位の車載装置から入力される制御指令には、レーダ光の照射方向や照射範囲、上位の車載装置によって検出した障害物の位置、映像光（各色）の照射方向や照射範囲、フロントガラス等の自由曲面における照射位置等といった、上位の車載装置によって設定された各種いずれかの情報が含まれている。

発光制御部４は、入力部３を介して上位の車載装置から入力した制御指令に基づいて、発光部２を駆動制御するものである。例えば、発光制御部４は、レーダ光の照射強度や映像光の色および輝度、光ビームの発光タイミング等を、光走査部５の走査角度に合わせて制御する。なお、本実施形態では、光走査部５の走査角度を表す情報は、駆動制御部６から入力されるものとする。

光走査部５は、発光部２から発射された光ビームを走査するものであり、図２に示すように、振動板１０と、振動板１０を振動させるための第１駆動機構２０と、振動板１０に支持されて光ビームを反射させる反射面３０ａを有するミラー部３０と、反射面３０ａで反射された光ビームの焦点距離を調整するための第２駆動機構４０とを備えて構成される。

第１駆動機構２０は、メイン駆動コイル２１およびメイン静磁界発生部２２を有し、詳細については後述するように、通電されたメイン駆動コイル２１とメイン静磁界発生部２２との相互作用によって振動板１０を振動させるように構成されている。

第２駆動機構４０は、ミラー駆動コイル４１およびミラー静磁界発生部４２を有し、詳細については後述するように、通電されたミラー駆動コイル４１とミラー静磁界発生部４２の静磁界との相互作用としての吸引反発力によってミラー部３０を変形させるように構成されている。

駆動制御部６は、入力部３を介して上位の車載装置から入力した制御指令に基づいて、第１駆動機構２０および第２駆動機構４０を駆動制御するものである。例えば、駆動制御部６は、振動板１０の振幅がレーダ光や映像光の照射領域（つまり、光ビームの走査領域）に応じた目標値となるように、振動板１０に周期的加振力を与えるための振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給したり、レーダ光や映像光の照射方向に応じた角度に振動板１０を傾斜させるための振動駆動電流（以下「傾斜駆動電流」という）をメイン駆動コイル２１に供給したりする。このように、駆動制御部６は、振動板１０を振動させるためにメイン駆動コイル２１に対する電流制御を行うように構成されている。なお、前述した光走査部５の走査角度は、振動板１０に支持されたミラー部３０の回転角度のことであり、駆動制御部６において、メイン駆動コイル２１に供給する振動駆動電流や傾斜駆動電流の値や向き、波形、これらの電流がメイン駆動コイル２１に流れる時間等に基づいて算出される。

また、駆動制御部６は、レーダ光によって検出した障害物の位置やフロントガラス等の自由曲面における映像光の照射位置等に基づいて、ミラー部３０の反射面３０ａで反射されて外部に照射される光ビームの焦点距離を設定し、反射面３０ａの曲率半径がこの光ビームの焦点距離に応じた目標値となるように、ミラー部３０を変形させるための変形駆動電流をミラー駆動コイル４１に供給する。このように、駆動制御部６は、光ビームの焦点距離を調整するためにミラー駆動コイル４１に対する電流制御を行うように構成されている。

図１に戻り、データ記憶部７は、駆動制御部６が第１駆動機構２０および第２駆動機構４０を駆動制御する際に使用するデータが記憶されている。具体的には、例えば、反射面３０ａの曲率半径と光ビームの焦点距離との関係性や、ミラー部３０の反射面３０ａの曲率半径（ひいては光ビームの焦点距離）と変形駆動電流の値等との関係性を示すデータが記憶されており、駆動制御部６が、これらの関係性を示すデータに基づいて、ミラー部３０の反射面３０ａの曲率半径が光ビームの焦点距離に応じた目標値となる変形駆動電流の値の設定等を行うようになっている。

また、データ記憶部７には、振動板１０の振幅と光ビームの走査領域との関係性や、振動板１０の振幅（ひいては光ビームの走査領域）と振動駆動電流の値等との関係性を示すデータが記憶されており、駆動制御部６が、これらの関係性を示すデータに基づいて、振動板１０の振幅が光ビームの走査領域に応じた目標値となる振動駆動電流の値の設定等を行うようになっている。さらに、振動板１０の傾斜角度と光ビームの照射方向との関係性や、振動板１０の傾斜角度と傾斜駆動電流の値等と関係性を示すデータが記憶されており、駆動制御部６が、これらの関係性を示すデータに基づいて、振動板１０の傾斜角度が光ビームの照射方向に応じた目標値となる傾斜駆動電流の値の設定等を行うようになっている。なお、前述した各種の関係性は、実験やシミュレーション等により予め求められていることとする。

＜実施例１＞
次に、本実施形態の実施例１としての光走査部５について図面と共に説明する。
図３（ａ）に示すように、本実施例１の光走査部５において、振動板１０は、矩形状に形成されており、ミラー部３０を支持する中央部１００と、中央部１００から左右方向（図中のＸ方向）にそれぞれ張り出した張出部１１０ａ，１１０ｂとを有し、張出部１１０ａ，１１０ｂのＸ方向における端辺の中央部が第１梁部１１を介して振動可能に固定部５０に支持されている。なお、固定部５０は、例えば枠状に形成されたものであり、振動板１０をその両側から第１梁部１１を介して支持している。

ミラー部３０は、円盤状に形成されており、その中心が振動板の重心と一致し、光ビームを反射させる反射面３０ａが振動板１０の表面（正面）に平行となるように配置されている。また、ミラー部３０には、反射面３０ａの周囲に円形状のミラー固定リブ３１が設けられている。このミラー固定リブ３１は、振動板１０の表面から突設されており、反射面３０ａの曲率半径（ひいては光ビームの焦点距離）を調整する際に、反射面３０ａの中心部を凸または凹とする球面状にミラー部３０を変形させるようミラー部３０の円周部を補強するものである。

また、振動板１０にも、その端辺を囲うように表面から突設された振動板固定リブ３２が設けられている。つまり、振動板１０には、振動板固定リブ３２とミラー固定リブ３１とによって、外部から受ける力に対して当該振動板１０が変形し難くするような補強（振動板１０の剛性を確保する補強）が施されている。

第１梁部１１は、弾性変形可能な材料で形成されている。この第１梁部１１は、振動板１０の重心を通る同一直線上（但し、Ｘ方向）に配置されて捻り振動するものであり、固定部５０と振動板１０とを連結することで、振動板１０が当該第１梁部１１を回転軸として捻り振動するように構成されている。

なお、振動板１０、第１梁部１１、振動板固定リブ３２およびミラー固定リブ３１の製造方法については、活性層厚さ１０μｍ、ハンドル層厚さ５０μｍのＳＯＩウエハを基に、活性層（デバイス層ともいう）をエッチング加工することで、振動板１０と第１梁部１１とが形成され、振動板１０の裏面からハンドル層をエッチング加工することで、振動板固定リブ３２およびミラー固定リブ３１が形成される。これにより、振動板１０と第１梁部１１とは、板厚１０μｍの材料（例えばシリコン）で形成され、振動板固定リブ３２およびミラー固定リブ３１は、厚さ５０μｍの材料（例えばシリコン）で形成される。

また、ミラー部３０を構成する反射面３０ａの製造方法については、振動板１０の中央部（ミラー固定リブ３１によって囲われた領域）にアルミ膜をスパッタ加工することで反射面３０ａが形成される。つまり、ミラー部３０では、光ビームの反射率を高くするために反射面３０ａとしてアルミ膜が形成されている。

さらに、メイン駆動コイル２１の製造方法については、振動板１０（詳しくは、張出部１１０ａ，１１０ｂ）の裏面（例えばシリコンの表面）にメッキ膜を施すことで形成され、ミラー駆動コイル４１の製造方法については、ミラー部３０（詳しくは、ミラー部３０の中央部）の裏面（例えばシリコンの表面）にメッキ膜を施すことで形成される。

また、図３（ｂ）に示すように、本実施例１の光走査部５において、ミラー静磁界発生部４２は、ミラー部３０における反射面３０ａに対する裏面側でミラー部３０に対向配置されており、ミラー駆動コイル４１は、ミラー部３０における反射面３０ａに対する裏面側でミラー部３０の中心部に敷設されている。

このうち、ミラー静磁界発生部４２は、ミラー部３０に比べて径が大きい円環状に形成された永久磁石であり、ミラー部３０の裏面に対する垂直方向（図中のＺ方向）に静磁界を発生するように配置されている。

ミラー駆動コイル４１は、その両端に接続されたリード線が駆動制御部６（図２参照）に接続されており、ミラー部３０の裏面の中心部においてミラー静磁界発生部４２に向けて凸になるように巻回されている。つまり、ミラー駆動コイル４１は、通電によりミラー静磁界発生部４２の静磁界と同一方向または反対方向に磁界を発生させるように構成されている。なお、ミラー駆動コイル４１に発生する磁界の方向は、当該ミラー駆動コイル４１に流れる電流の向きに依存する。

このように、光走査部５では、駆動制御部６によってミラー駆動コイル４１に前記した変形駆動電流が供給されると、ミラー駆動コイル４１に発生する磁界とミラー静磁界発生部４２の静磁界とによって、異極間で働く吸引力または同極間で働く反発力（吸引反発力）が作用することでミラー部３０が球面状に変形する。これにより、ミラー部３０の反射面３０ａの曲率半径が変化することで、ミラー部３０の反射面３０ａで反射された光ビームの焦点距離を調整可能に構成されている。

したがって、本実施例１の光走査部５によれば、従来構成のように加熱温度を設定してから実際に設定温度に到達するまでの時間を待つことなく、ミラー駆動コイル４１に変形駆動電流を供給すると、直ちに前記した吸引反発力によってミラー部３０を変形させる（ひいては反射面３０ａの曲率半径を変化させる）ことができるため、従来構成と比べて光ビームの焦点距離を調整する際の応答性を好適に高めることができる。

また、図３（ｂ）に示すように、本実施例１の光走査部５において、メイン静磁界発生部２２は、ミラー静磁界発生部４２に離間して配置されており、メイン駆動コイル２１は、振動板１０の裏面においてメイン静磁界発生部２２に対向する位置に少なくとも一部が敷設されている。

このうち、メイン静磁界発生部２２は、振動板１０の張出部１１０ａ，１１０ｂの上下方向（図中のＹ方向）における端辺部にそれぞれ対向配置された角柱状の永久磁石であり、振動板１０の板面に対する平行方向（図中のＹ方向）に静磁界を発生するように配置されている。

メイン駆動コイル２１は、その両端に接続されたリード線が駆動制御部６（図２参照）に接続されており、振動板１０の張出部１１０ａ，１１０ｂにおいて、その一部が張出部１１０ａ，１１０ｂのＹ方向における端辺部（以下「張出端辺部」という）を含むように巻回されている。つまり、メイン駆動コイル２１は、張出部１１０ａの周囲に巻回された左メイン駆動コイル２１ａと、張出部１１０ｂの周囲に巻回された右メイン駆動コイル２１ｂとによって構成され、通電により、張出端辺部に位置する部分にＸ方向の電流が流れると、メイン静磁界発生部２２のＹ方向の静磁界との相互作用としてＸ方向およびＹ方向に垂直な方向（図中のＺ方向）のローレンツ力が働くように構成されている。なお、左メイン駆動コイル２１ａと右メイン駆動コイル２１ｂとには、上側の張出端辺部において同一方向のローレンツ力が働き、下側の張出端辺部においても同一方向のローレンツ力がそれぞれ働く向きの電流が供給される。

このように、光走査部５では、駆動制御部６によってメイン駆動コイル２１に前記した振動駆動電流や傾斜駆動電流が供給されると、メイン駆動コイル２１に流れる電流とメイン静磁界発生部２２の静磁界とによって、ローレンツ力が作用することで振動板１０が振動する。これにより、振動板１０に支持されたミラー部３０が振動することで、ミラー部３０の反射面３０ａで反射された光ビームを走査可能に構成されている。

したがって、本実施例１の光走査部５によれば、複数の永久磁石と駆動コイルによって光ビームの走査と焦点距離の調整を行えるため、光走査装置１の構成を比較的簡易なものとすることができる。また、振動板１０を矩形状にすることで、メイン駆動コイル２１を振動板１０に簡易に敷設することができるため、光走査装置１の構成をより簡易なものとすることができる。

なお、本実施例１の光走査部５において、ミラー静磁界発生部４２は、当該ミラー静磁界発生部４２の静磁界が振動板１０における張出部１１０ａ，１１０ｂの一部に対しても作用する大きさに形成されていてもよい。そして、メイン駆動コイル２１は、通電によりミラー駆動コイル４１に発生する磁界とは反対方向の磁界を発生するように、Ｚ方向に向けて凸になるように巻回されていてもよい。

このような構成では、メイン駆動コイル２１が通電すると、メイン駆動コイル２１に発生する磁界とミラー静磁界発生部４２の静磁界とによって、振動板１０における張出部１１０ａ，１１０ｂの一部に、ミラー部３０の中心部が変位する方向とは反対方向の吸引反発力が作用することになる。

このため、振動板１０を振動させながらミラー部３０を変形させる際に、ミラー部３０に振動板１０が引っ張られて変位してしまうことを抑制することができるため、光ビームを走査させながら光ビームの焦点距離の調整を行う際に、光ビーム走査の精度を維持させることができる。

＜実施例２＞
次に、本実施形態の実施例２としての光走査部５について図面と共に説明する。なお、本実施例２の光走査部５は、実施例１における以下の課題に鑑みてなされたものである。即ち、実施例１において、光ビームを走査させながら光ビームの焦点距離の調整を行う際には、ミラー部３０に振動板１０が引っ張られて変位してしまうことを抑制するための電流（以下「変位駆動電流」という）に重畳して、前記した振動駆動電流や傾斜駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給する必要がある。しかしながら、メイン駆動コイル２１に、光ビームの走査に必要な信号（振動駆動電流や傾斜駆動電流）に、これとは別の信号（変位駆動電流）を重畳させることは、光ビームの走査（スキャン動作）に悪影響を与える可能性を否定できない。

そこで、本実施例２の光走査部５において、第１駆動機構２０は、メイン駆動コイル２１に変位駆動電流を供給する代わりに、別途、変位駆動電流を供給するためのサブ駆動コイル６１を有し、通電されたサブ駆動コイル６１とミラー静磁界発生部４２の静磁界との相互作用としての吸引反発力によって、ミラー部３０の変形に伴って振動板１０が変位しようとする方向とは逆向きの力を振動板１０に与える構成とした。

なお、駆動制御部６は、光ビームの焦点距離を調整するためにミラー駆動コイル４１に対する電流制御を行う際に、別途、前記した変位駆動電流をサブ駆動コイル６１に供給するように構成されている。

また、データ記憶部７には、駆動制御部６が上記の電流制御を行う際に使用するデータとして、前記した変形駆動電流の値等と変位駆動電流の値等との関係性を示すデータが記憶されており、駆動制御部６が、これらの関係性を示すデータに基づいて、ミラー駆動コイル４１に供給する変形駆動電流の値に応じて、ミラー部３０に振動板１０が引っ張られて変位してしまうことを抑制するために必要な変位駆動電流の値の設定等を行うようになっている。

具体的には、図４（ａ）に示すように、光走査部５において、振動板１０は、ミラー部３０を支持する中央部１００と、中央部１００から左右方向（Ｘ方向）にそれぞれ張り出した張出部１１０ａ，１１０ｂと、中央部１００と張出部１１０ａ，１１０ｂとの間に位置してミラー部３０に近接する近接部１２０とを有している。

また、図４（ｂ）に示すように、本実施例１の光走査部５において、ミラー静磁界発生部４２に対向配置され、サブ駆動コイル６１は、振動板１０の裏面側で近接部１２０に敷設されている。

サブ駆動コイル６１は、その両端に接続されたリード線が駆動制御部６（図２参照）に接続されており、光走査部５の裏面の近接部１２０においてミラー静磁界発生部４２に向けて凸になるように巻回されている。なお、駆動制御部６は、ミラー駆動コイル４１に流れる電流とは逆向きに、変位駆動電流をサブ駆動コイル６１に供給するようになっている。つまり、サブ駆動コイル６１は、通電によりミラー駆動コイル４１に発生する磁界とは反対方向の磁界を発生するように構成されている。

このように、光走査部５では、駆動制御部６によってサブ駆動コイル６１に前記した変位駆動電流が供給されると、サブ駆動コイル６１に発生する磁界とミラー静磁界発生部４２の静磁界とによって、振動板１０における近接部１２０に、ミラー部３０の中心部が変位する方向とは反対方向の吸引反発力が作用することになる。

このため、振動板１０を振動させながらミラー部３０を変形させる際に、前記した振動駆動電流や傾斜駆動電流とは別の電流をメイン駆動コイル２１に重畳させることなく、ミラー部３０に振動板１０が引っ張られて変位してしまうことを抑制することができるため、光ビームを走査させながら光ビームの焦点距離の調整を行う際に、光ビーム走査の精度をより好適に維持させることができる。

＜実施例３＞
次に、本実施形態の実施例３としての光走査部５について図面と共に説明する。なお、実施例１および実施例２においては、ミラー部３０が振動板１０に固定されていることにより、光ビームの走査方向が１方向（Ｙ方向）となる構成であったのに対し、本実施例３の光走査部５は、光ビームの走査方向が２方向（ＸＹ方向）となる構成である点だけが異なる。

具体的には、図５（ａ）に示すように、光走査部５において、振動板１０の中央部１００と近接部１２０との間を一部分離する溝が設けられており、ミラー部３０は、振動板１０の近接部１２０に第２梁部１２を介して振動可能に支持されている。

第２梁部１２は、第１梁部１１と同様に形成され、振動板１０の重心（ひいてはミラー部３０の中心）を通る同一直線上（但し、Ｙ方向）に配置されて捻り振動するものであり、振動板１０とミラー部３０のＹ方向における端部とを連結することで、ミラー部３０が当該第２梁部１２を回転軸として捻り振動するように構成されている。つまり、光走査部５は、第１梁部１１（Ｘ軸）と第２梁部１２（Ｙ軸）を中心に捻り自由度を有する２自由度捻り振動子になっている。

２自由度捻り振動子は、理論上、２つの振動子を持つ。即ち、２つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。

そして、互いに異なる振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、２つの振動モードを同時に励振できる。

このため、駆動制御部６は、図５（ｂ）に示すように、第１梁部１１（Ｘ軸）を回転軸として振動板１０（およびミラー部３０）を振動させる振動モードＡに対応した第１振動駆動電流（ＳＡ）と、第２梁部１２（Ｙ軸）を回転軸としてミラー部３０を振動させる振動モードＢに対応した第２振動駆動電流（ＳＢ）とを重畳させた振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給するようになっている。

但し、左メイン駆動コイル２１ａと右メイン駆動コイル２１ｂとにおいてＸ方向に流れる電流の向きが異なるため、例えば、左メイン駆動コイル２１ａに振動駆動電流（ＳＡ＋ＳＢ）を供給する場合、右メイン駆動コイル２１ｂには第２振動駆動電流（ＳＢ）の位相を正負逆転させた振動駆動電流（ＳＡ−ＳＢ）を供給するようになっている。

このような構成では、駆動制御部６が周期的加振力を与えるための振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給することにより、振動板１０とミラー部３０とを好適に共振させることができるため、光ビームの走査速度を上げることが可能となり、例えば車両分野においては障害物検知や画像表示等を行うためにより好適な光走査装置１を提供することができる。

また、振動駆動電流には互いに異なる振動モードに対応した第１振動駆動電流（ＳＡ）と第２振動駆動電流（ＳＢ）とが重畳されているため、それぞれの振動モードで振動板１０およびミラー部３０が励振されることから、光走査部５によれば、２自由度振動子による２次元で光ビームを走査可能な光走査装置１を好適に構成することができる。

なお、駆動制御部６は、第１振動駆動電流（ＳＡ）と第２振動駆動電流（ＳＢ）とを重畳させた振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給することにより、振動板１０およびミラー部３０を共振させる代わりに、光ビームの照射方向に応じたそれぞれの角度に振動板１０およびミラー部３０を強制的に傾斜させる傾斜駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給してもよい。また、振動板１０およびミラー部３０のうち、いずれか一方を共振させる振動駆動電流に重畳して、他方を強制的に傾斜させる傾斜駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給してもよい。前者の場合、ラスタ走査軌跡を得ることができ、後者の場合、リサージュ走査軌跡を得ることができる。

＜実施例４＞
次に、本実施形態の実施例４としての光走査部５について図面と共に説明する。なお、実施例３においては、光走査部５が２自由度捻り振動子となる構成であったのに対し、本実施例４の光走査部５は、光走査部５が３自由度捻り振動子となる構成である点だけが異なる。

具体的には、図６に示すように、光走査部５は、振動板１０の近接部１２０と張出部１１０との間を一部分離する溝が設けられることにより、ミラー部３０と振動板１０との間に配置された内ジンバル６０をさらに備えて構成される。

そして、内ジンバル６０は、振動板１０の張出部１１０に第２梁部１２を介して振動可能に支持されている。また、内ジンバル６０の枠内に、ミラー部３０が第３梁部１３を介して振動可能に支持されている。

第２梁部１２および第３梁部１３は、第１梁部１１と同様に形成され、振動板１０の重心（ひいてはミラー部３０の中心）を通る同一直線上に配置されて捻り振動するものである。但し、第２梁部１２および第３梁部１３は、互いに直交し、第１梁部１１（Ｘ軸）に対して４５°をなして交差する回転軸となるように配置され、それぞれの回転軸を中心に捻り振動するように構成されている。つまり、光走査部５は、第１梁部１１（Ｘ軸）、第２梁部１２および第３梁部１３を中心に捻り自由度を有する３自由度捻り振動子になっている。

３自由度捻り振動子は、理論上、３つの振動子を持つ。即ち、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。

そして、互いに異なる振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、３つの振動モードを同時に励振できる。

このため、駆動制御部６は、ミラー部３０、内ジンバル６０および振動板１０からなる振動系を同時に励振するための周波数成分を有する振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給するようになっている。なお、３自由度捻り振動子における基本的事項は、前記した特許文献１によって詳しく開示しているため、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施例４の光走査部５によれば、特許文献１に記載のように、値の小さい振動駆動電流で互いに異なる共振周波数でミラー部３０、内ジンバル６０および振動板１０からなる振動系を同時に励振し、ミラー部３０を大きく共振させることができるため、光走査部５によれば、３自由度振動子による２次元で光ビームを走査可能な光走査装置１を好適に構成することができる。

＜実施例５＞
次に、本実施形態の実施例５としての光走査部５について図面と共に説明する。なお、実施例１〜４においては、振動板１０が矩形状である構成であったのに対し、本実施例５の光走査部５は、光走査部５がＨ形状である構成である点だけが異なる。但し、ミラー部３０は、実施例１〜２と同様、振動板１０の中央部１００に固定されているものとする。

具体的には、図７（ａ）に示すように、光走査部５において、振動板１０は、張出部１１０ａ，１１０ｂの中央部分が切り欠かれることにより、張出部１１０ａ，１１０ｂがコの字型となり、これにより、全体として、ミラー部３０を支持する中央部１００と、左上張出部１１０ａｍ、左下張出部１１０ａｎ、右上張出部１１０ｂｍ、および右下張出部１１０ｂｎとを有するＨ形状に形成されている。

メイン静磁界発生部２２は、図７（ｂ）に示すように、左上張出部１１０ａｍ、左下張出部１１０ａｎ、右上張出部１１０ｂｍ、および右下張出部１１０ｂｎのそれぞれに対向するように配置された４つの永久磁石であり、振動板１０の板面に対する垂直方向（Ｚ方向）に静磁界を発生するように構成されている。

メイン駆動コイル２１は、左上張出部１１０ａｍの周囲に巻回された左上メイン駆動コイル２１ａｍと、左下張出部１１０ａｎの周囲に巻回された左下メイン駆動コイル２１ａｎと、右上張出部１１０ｂｍの周囲に巻回された右上メイン駆動コイル２１ｂｍと、右下張出部１１０ｂｎの周囲に巻回された右下メイン駆動コイル２１ｂｎとによって構成される。

また、これらのメイン駆動コイル２１は、いずれもその両端に接続されたリード線が駆動制御部６（図２参照）に接続されており、左上張出部１１０ａｍ、左下張出部１１０ａｎ、右上張出部１１０ｂｍ、および右下張出部１１０ｂｎのそれぞれにおいて、対向するメイン静磁界発生部２２に向けて凸になるように巻回されている。つまり、メイン駆動コイル２１は、通電によりメイン静磁界発生部２２の静磁界と同一方向または反対方向に磁界を発生させるように構成されている。なお、メイン駆動コイル２１のそれぞれに発生する磁界の方向は、当該メイン駆動コイル２１に流れる電流の向きに依存する。

このように、光走査部５では、駆動制御部６によってメイン駆動コイル２１に例えば前記した振動駆動電流が供給されると、メイン駆動コイル２１に発生する磁界とメイン静磁界発生部２２の静磁界とによって、吸引反発力が作用することで振動板１０が振動する。これにより、振動板１０に支持されたミラー部３０が振動することで、ミラー部３０の反射面３０ａで反射された光ビームを走査可能に構成されている。

なお、駆動制御部６は、例えば、上メイン駆動コイル２１ｍと下メイン駆動コイル２１ｎとには逆位相の振動駆動電流を供給し、左メイン駆動コイル２１ａと右メイン駆動コイル２１ｂとには同位相の振動駆動電流を供給することにより、第１梁部１１（Ｘ軸）を回転軸として振動板１０を振動させるように構成されている。

このような構成によれば、振動板１０をＨ形状にすることで、メイン駆動コイル２１の振動板１０への敷設が振動板１０を矩形状にしたときと比べて若干複雑になるものの、第１梁部１１を振動板１０の中央部１００に連結させることができるため、第１梁部１１を振動板１０の中心側に近づけて配置する分、全体として光走査部５の小型化を図ることができる。

＜実施例６＞
次に、本実施形態の実施例６としての光走査部５について図面と共に説明する。なお、実施例５においては、ミラー部３０が振動板１０に固定されていることにより、光ビームの走査方向が１方向（Ｙ方向）となる構成であったのに対し、本実施例６の光走査部５は、光ビームの走査方向が２方向（ＸＹ方向）となる構成である点だけが異なる。

具体的には、図８（ａ）に示すように、光走査部５において、実施例３と同様、振動板１０の中央部１００と近接部１２０との間を一部分離する溝が設けられており、ミラー部３０は、振動板１０の近接部１２０に第２梁部１２を介して振動可能に支持されている。

第２梁部１２は、第１梁部１１と同様に形成され、振動板１０の重心（ひいてはミラー部３０の中心）を通る同一直線上（但し、Ｙ方向）に配置されて捻り振動するものであり、振動板１０とミラー部３０のＹ方向における端部とを連結することで、ミラー部３０が当該第２梁部１２を回転軸として捻り振動するように構成されている。つまり、光走査部５は、第１梁部１１（Ｘ軸）と第２梁部１２（Ｙ軸）を中心に捻り自由度を有する２自由度捻り振動子になっている。

そして、駆動制御部６は、図８（ｂ）に示すように、第１梁部１１（Ｘ軸）を回転軸として振動板１０（およびミラー部３０）を振動させる振動モードＡに対応した第１振動駆動電流（ＳＡ）と、第２梁部１２（Ｙ軸）を回転軸としてミラー部３０を振動させる振動モードＢに対応した第２振動駆動電流（ＳＢ）とを重畳させた振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給するようになっている。

但し、上メイン駆動コイル２１ｍと下メイン駆動コイル２１ｎとには逆位相の第１振動駆動電流（ＳＡ）を供給し、左メイン駆動コイル２１ａと右メイン駆動コイル２１ｂとには逆位相の振動駆動電流（ＳＢ）を供給する。このため、例えば、左上メイン駆動コイル２１ａｍに振動駆動電流（ＳＡ＋ＳＢ）を供給する場合、左下メイン駆動コイル２１ａｎには第１振動駆動電流（ＳＡ）の位相を正負逆転させた振動駆動電流（−ＳＡ＋ＳＢ）、右上メイン駆動コイル２１ｂｍには第２振動駆動電流（ＳＢ）の位相を正負逆転させた振動駆動電流（ＳＡ−ＳＢ）、右下メイン駆動コイル２１ｂｎには第１および第２振動駆動電流（ＳＡ，ＳＢ）の位相を正負逆転させた振動駆動電流（−ＳＡ−ＳＢ）を供給するようになっている。

このような構成によっても、駆動制御部６が周期的加振力を与えるための振動駆動電流をメイン駆動コイル２１に供給することにより、振動板１０とミラー部３０とを好適に共振させることができるため、光ビームの走査速度を上げることが可能となり、例えば車両分野においては障害物検知や画像表示等を行うためにより好適な光走査装置１を提供することができる。

また、振動駆動電流には互いに異なる振動モードに対応した第１振動駆動電流（ＳＡ）と第２振動駆動電流（ＳＢ）とが重畳されているため、それぞれの振動モードで振動板１０およびミラー部３０が励振されることから、光走査部５によれば、２自由度振動子による２次元で光ビームを走査可能な光走査装置１を好適に構成することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施例６の光走査部５は、振動板１０がＨ形状に形成されており、２自由度捻り振動子となる構成であったが、振動板１０がＨ形状に形成された構成のもと、上記実施例４と同様、３自由度捻り振動子となる構成を採用してもよい。

また、上記実施形態の光走査部５では、振動板１０が、通電されたメイン駆動コイル２１とメイン静磁界発生部２２の静磁界との相互作用によって振動板を振動させるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば特許文献１に記載のように、静電気力を利用して振動板を振動させるように構成されてもよい。

１…光走査装置、２…発光部、３…入力部、４…発光制御部、５…光走査部、６…駆動制御部、７…データ記憶部、１０…振動板、１１…第１梁部、１２…第２梁部、１３…第３梁部、２０…第１駆動機構、２１…メイン駆動コイル、２１ａ…左メイン駆動コイル、２１ａｍ…左上メイン駆動コイル、２１ａｎ…左下メイン駆動コイル、２１ｂ…右メイン駆動コイル、２１ｂｍ…右上メイン駆動コイル、２１ｂｎ…右下メイン駆動コイル、２１ｍ…上メイン駆動コイル、２１ｎ…下メイン駆動コイル、２２…メイン静磁界発生部、３０…ミラー部、３０ａ…反射面、３１…ミラー固定リブ、３２…振動板固定リブ、４０…第２駆動機構、４１…ミラー駆動コイル、４２…ミラー静磁界発生部、５０…固定部、６０…内ジンバル、６１…サブ駆動コイル、１００…中央部、１１０…張出部、１１０ａ…左張出部、１１０ａｍ…左上張出部、１１０ａｎ…左下張出部、１１０ｂ…右張出部、１１０ｂｍ…右上張出部、１１０ｂｎ…右下張出部、１２０…近接部。

Claims (8)

1. 光ビームを走査する光走査装置（１）であって、
   固定部に第１梁部（１１）を介して振動可能に支持された振動板（１０）と、
   前記振動板に支持されて前記光ビームを反射させる反射面（３０ａ）を有するミラー部（３０）と、
   前記振動板を振動させるための第１駆動機構（２０）と、
   前記反射面で反射された前記光ビームの焦点距離を調整するための第２駆動機構（４０）と、
   前記第１駆動機構および前記第２駆動機構を駆動制御する駆動制御手段（６）と、
   を備え、
   前記第２駆動機構は、
   前記反射面に対する裏面側で前記ミラー部に対向配置され、該ミラー部の裏面に対する垂直方向に静磁界を発生するミラー静磁界発生部（４２）と、
   前記反射面に対する裏面側で前記ミラー部に敷設され、通電により前記ミラー静磁界発生部の静磁界と同一方向または反対方向の磁界を発生するミラー駆動コイル（４１）と、
   を有し、通電された前記ミラー駆動コイルと前記ミラー静磁界発生部の静磁界との相互作用としての吸引反発力によって前記ミラー部を変形させるように構成されており、
   前記駆動制御手段は、前記反射面の曲率半径が前記光ビームの焦点距離に応じた目標値となるように、前記ミラー部を変形させるための変形駆動電流を前記ミラー駆動コイルに供給することを特徴とする光走査装置。
2. 前記ミラー静磁界発生部は、当該ミラー静磁界発生部の静磁界が前記振動板における前記ミラー部の近接部（１２０）に対しても作用する大きさに形成されており、
   前記第１駆動機構は、前記振動板における前記近接部に敷設され、通電により前記ミラー駆動コイルに発生する磁界とは反対方向の磁界を発生するサブ駆動コイル（６１）を有し、通電された前記サブ駆動コイルと前記ミラー静磁界発生部の静磁界との相互作用としての吸引反発力によって、前記ミラー部の変形に伴って前記振動板が変位しようとする方向とは逆向きの力を前記振動板に与えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１駆動機構は、
   前記ミラー静磁界発生部に離間して配置され、前記振動板に作用する方向に静磁界を発生するメイン静磁界発生部（２２）と、
   前記振動板において前記メイン静磁界発生部に対向する位置に少なくとも一部が敷設されたメイン駆動コイル（２１）と、
   を有し、通電された前記メイン駆動コイルと前記メイン静磁界発生部の静磁界との相互作用によって該振動板を振動させるように構成されており、
   前記駆動制御手段は、前記メイン駆動コイルに対する電流制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記振動板の振幅が前記光ビームの走査領域に応じた目標値となるように、該振動板に周期的加振力を与えるための振動駆動電流を前記メイン駆動コイルに供給することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記振動板は、矩形状に形成されており、
   前記メイン静磁界発生部は、前記振動板の板面に対する平行方向に静磁界を発生し、
   前記第１駆動機構は、通電された前記メイン駆動コイルと前記メイン静磁界発生部の静磁界との相互作用としてのローレンツ力によって前記振動板を振動させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記振動板は、Ｈ形状に形成されており、
   前記メイン静磁界発生部は、前記振動板の板面に対する垂直方向に静磁界を発生し、
   前記メイン駆動コイルは、通電により前記メイン静磁界発生部の静磁界と同一方向または反対方向の磁界を発生し、
   前記第１駆動機構は、通電された前記メイン駆動コイルと前記メイン静磁界発生部の静磁界との相互作用としての吸引反発力によって前記振動板を振動させるように構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光走査装置。
7. 前記ミラー部は、前記振動板に第２梁部（１２）を介して振動可能に支持されており、
   前記駆動制御手段は、前記第１梁部を回転軸として前記振動板を振動させるための第１振動駆動電流と、前記第２梁部を回転軸として前記ミラー部を振動させるための第２振動駆動電流とを前記メイン駆動コイルに供給することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記ミラー部と前記振動板との間に配置された内ジンバル（６０）を備え、
   前記内ジンバルは、前記振動板に第２梁部（１２）を介して振動可能に支持されており、
   前記ミラー部は、前記内ジンバルに第３梁部（１３）を介して振動可能に支持されており、
   前記駆動制御手段は、前記ミラー部、前記内ジンバルおよび前記振動板からなる振動系を同時に励振するための前記振動駆動電流を前記メイン駆動コイルに供給することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置。