JP2019039960A - Variable focus mirror system - Google Patents

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Abstract

To prolong the life of a piezoelectric film without affecting the image of an HUD and by reducing the frequency of reverse polarization.SOLUTION: Reverse polarization is executed on a variable focus mirror 1 when a power source switch is in the off-state. This allows the reverse polarization to be done so that the image of an HUD will not be affected. Also, a first voltage V1 is allowed to reach a second threshold value Th2 after the reverse polarization, while reverse polarization is to be done when the first voltage V1 becomes lower than a first threshold value Th1. It thus becomes possible to prevent reverse polarization from being done too frequently and to suppress reduction in the life of the piezoelectric film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、可変焦点ミラーにおける曲率の調整を行う可変焦点ミラーシステムに関するものである。   The present invention relates to a variable focus mirror system that adjusts the curvature of a variable focus mirror.

従来より、レーザスキャン型ヘッドアップディスプレイ(以下、HUDという)の開発が進められている。HUDのレーザスキャンモジュール(以下、LSMという)では、レーザスポット径を調整してレーザスキャンが行われる。このため、HUDに反射光の焦点位置が変化する可変焦点ミラーを備えることで、レーザスポット径の調整を行っている。   Conventionally, development of a laser scan type head-up display (hereinafter referred to as HUD) has been promoted. In a HUD laser scanning module (hereinafter referred to as LSM), laser scanning is performed by adjusting the laser spot diameter. For this reason, the laser spot diameter is adjusted by providing the HUD with a variable focus mirror that changes the focal position of the reflected light.

例えば、可変焦点ミラーとしては、特許文献1に示されるものが挙げられる。この可変焦点ミラーは、デバイス層上に成膜されたシリコン酸化膜上に形成されており、圧電膜と圧電膜に電界を印加する電極とを有した構成とされている。より詳しくは、シリコン酸化膜の上に、下部電極、第1圧電膜、中間電極、第2圧電膜および上部電極が順に形成された構造とされている。   For example, as the variable focus mirror, one shown in Patent Document 1 can be cited. This variable focus mirror is formed on a silicon oxide film formed on the device layer, and has a configuration including a piezoelectric film and an electrode for applying an electric field to the piezoelectric film. More specifically, the lower electrode, the first piezoelectric film, the intermediate electrode, the second piezoelectric film, and the upper electrode are sequentially formed on the silicon oxide film.

可変焦点ミラーに備えられる圧電膜は誘電体で構成されており、結晶粒に配向方向がある。電界を印加すると結晶粒はc軸方向に配向するため、c軸方向に膨張し、a軸方向に縮小する。このときデバイス層は縮小しないため、デバイス層側において可変焦点ミラーの中心位置が突き出す、つまり可変焦点ミラーが上側でデバイス層が下側であるとすると、可変焦点ミラーが下に凸になるような変形をする。このように変形した可変焦点ミラーは球面状となるため、その最表面を凹面鏡として利用できる。   The piezoelectric film provided in the variable focus mirror is made of a dielectric, and the crystal grains have an orientation direction. When an electric field is applied, the crystal grains are oriented in the c-axis direction, so that they expand in the c-axis direction and shrink in the a-axis direction. At this time, since the device layer is not reduced, the center position of the variable focus mirror protrudes on the device layer side, that is, if the variable focus mirror is on the upper side and the device layer is on the lower side, the variable focus mirror is convex downward. Deform. Since the variable focus mirror deformed in this way has a spherical shape, its outermost surface can be used as a concave mirror.

可変焦点ミラーでは、製造時に圧電膜の結晶粒の配向方向を揃えるため、c軸方向に電界を印加し、分極処理を行い、分極処理後において、仕様電圧範囲で仕様の曲率可変範囲が得られるように設計する。具体的には、中間電極を接地電位にした状態で、上部電極および下部電極に対して第1電圧V1と第2電圧V2が交互に切り替わる矩形波状の駆動電圧を印加する。第1電圧V1は、可変焦点ミラーが第1曲率R1となるときの電圧、第2電圧V2は、可変焦点ミラーが第1曲率R1よりも大きな第2曲率R2となるときの電圧に調整される。例えば、HUDでの運用では、72Hzの矩形波状の駆動電圧を印加することで可変焦点ミラーを駆動し、第1曲率R1と第2曲率R2とする変形を交互に繰り返す。   In the variable focus mirror, in order to align the orientation direction of the crystal grains of the piezoelectric film at the time of manufacture, an electric field is applied in the c-axis direction to perform polarization treatment, and after the polarization treatment, a specified curvature variable range can be obtained within a specified voltage range. To design. Specifically, a rectangular-wave drive voltage in which the first voltage V1 and the second voltage V2 are alternately switched is applied to the upper electrode and the lower electrode while the intermediate electrode is at the ground potential. The first voltage V1 is adjusted to the voltage when the variable focus mirror has the first curvature R1, and the second voltage V2 is adjusted to the voltage when the variable focus mirror has the second curvature R2 larger than the first curvature R1. . For example, in the operation with HUD, the variable focus mirror is driven by applying a rectangular-wave drive voltage of 72 Hz, and the deformation with the first curvature R1 and the second curvature R2 is alternately repeated.

ここで、駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率とは、次のような関係になっている。すなわち、可変焦点ミラーの使用初期時には、第1曲率R1となる第1電圧V1および第2曲率R2となる第2電圧V2は、共に、正電圧となっている。ところが、可変焦点ミラーを長期間駆動すると、同一電圧に対する曲率が大きくなる。このため、可変焦点ミラーの特性が仕様範囲外になり、遠方表示側の焦点が合わなくなるという問題が発生する。この原因は、圧電膜の結晶粒の配向方向が、長期間の駆動でc軸方向に回転していくためと考えられる。   Here, the drive voltage and the curvature of the variable focus mirror have the following relationship. That is, at the initial use of the variable focus mirror, both the first voltage V1 having the first curvature R1 and the second voltage V2 having the second curvature R2 are positive voltages. However, when the variable focus mirror is driven for a long time, the curvature with respect to the same voltage increases. For this reason, the characteristics of the variable focus mirror are out of the specification range, and there arises a problem that the far display side is out of focus. This is considered to be because the orientation direction of the crystal grains of the piezoelectric film rotates in the c-axis direction by long-term driving.

このような長期間の駆動による配向方向の変化を元に戻すための手法も考えられている。具体的には、(1)使用中に、通常の駆動波形に独自の駆動波形で逆方向の電界を発生させ、使用と回復を繰り返す方法、(2)電源投入時等に、高い電圧の逆電界で分極を揃える方法、(3)可変焦点ミラーを駆動する際に、随時、直流電圧で逆分極する方法がある。   A technique for reversing the change in orientation direction due to such long-term driving is also considered. Specifically, (1) A method of generating a reverse electric field with a unique drive waveform in the normal drive waveform during use and repeating use and recovery, (2) Reverse of high voltage at power-on, etc. There are a method of aligning polarization by an electric field, and a method of (3) reverse polarization by a DC voltage as needed when driving the variable focus mirror.

特開2017−032714号公報JP 2017-032714 A

しかしながら、(1)の方法は、HUDで行うと画像が乱れるため採用できない。また、(2)、(3)の方法は、頻繁に逆分極を行うことになるため、圧電膜の結晶粒界に応力が高頻度で発生し、粒界近傍の割れを引き起こし、その結果、圧電定数低下等の特性劣化を早めたり、絶縁破壊寿命を早める等の弊害が生じる。   However, the method (1) cannot be adopted because the image is disturbed when the method is performed by HUD. In addition, since the methods (2) and (3) frequently perform reverse polarization, stress is frequently generated in the crystal grain boundaries of the piezoelectric film, causing cracks in the vicinity of the grain boundaries. Detrimental effects such as quick deterioration of characteristics such as a decrease in piezoelectric constant and shortening of the dielectric breakdown life occur.

本発明は上記点に鑑みて、HUDに適用される可変焦点ミラーシステムにおいて、HUDの画像には影響を与えず、また、逆分極の頻度を少なくして圧電膜の長寿命化ができるようにすることを目的とする。   In view of the above points, the present invention allows a variable focus mirror system applied to a HUD to have no effect on the HUD image and to increase the lifetime of the piezoelectric film by reducing the frequency of reverse polarization. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の可変焦点ミラーシステムは、メンブレンを構成する基部(11)と、基部の上に形成され、圧電膜(12b、12d)と該圧電膜の両側に配置された電極(12a、12c、12e)とを有し、光ビームを反射させるミラー部(12)と、を備える可変焦点ミラー(1)と、圧電膜の両側に配置される電極間に所定の電圧を印加することにより、ミラー部を所定の曲率の球面状に屈曲させる制御部(30)と、屈曲させられたミラー部の曲率を測定する曲率検出部(13、20)と、を有し、車両におけるヘッドアップディスプレイにおける可変焦点ミラーの制御を行う。   In order to achieve the above object, a variable focus mirror system according to claim 1 is formed on a base (11) constituting the membrane and on the base, and on the piezoelectric films (12b, 12d) and both sides of the piezoelectric film. A variable focus mirror (1) having electrodes (12a, 12c, 12e) and a mirror part (12) for reflecting a light beam; and a predetermined gap between the electrodes arranged on both sides of the piezoelectric film. A control unit (30) for bending the mirror part into a spherical shape with a predetermined curvature and a curvature detection part (13, 20) for measuring the curvature of the bent mirror part. Then, the variable focus mirror in the head-up display in the vehicle is controlled.

このような可変焦点ミラーシステムにおいて、制御部は、可変焦点ミラーの駆動時には、第1電圧(V1)と該第1電圧よりも大きな第2電圧(V2)とに交互に切り替わる矩形波状の駆動電圧を電極間に印加し、第1電圧を印加することでミラー部を第1曲率(R1)で屈曲させるとともに第2電圧を印加することでミラー部を第2曲率(R2)で屈曲させつつ、曲率検出部での検出結果に基づいて、ミラー部の曲率が第1曲率となるように第1電圧を調整するとともに第2曲率となるように第2電圧を調整するフィードバック制御を行う。さらに、第1電圧が第1閾値(Th1)より低下すると、車両の電源スイッチがオフの際に、逆分極として、電極間に可変焦点ミラーの駆動時と逆の電界を発生させる直流電圧を印加することで、第1電圧が第1閾値よりも高い第2閾値(Th2)に至るまで圧電膜の配向方向を調整する。   In such a varifocal mirror system, the control unit, when driving the varifocal mirror, has a rectangular-wave drive voltage that alternately switches between a first voltage (V1) and a second voltage (V2) that is greater than the first voltage. Is applied between the electrodes, the first voltage is applied to bend the mirror portion with the first curvature (R1) and the second voltage is applied to bend the mirror portion with the second curvature (R2). Based on the detection result of the curvature detection unit, feedback control is performed to adjust the first voltage so that the curvature of the mirror unit becomes the first curvature and to adjust the second voltage so as to become the second curvature. Furthermore, when the first voltage falls below the first threshold (Th1), when the power switch of the vehicle is turned off, a DC voltage that generates an electric field opposite to that at the time of driving the variable focus mirror is applied between the electrodes as reverse polarization. Thus, the orientation direction of the piezoelectric film is adjusted until the first voltage reaches the second threshold (Th2) higher than the first threshold.

このように、電源スイッチがオフのときに可変焦点ミラーの逆分極を実行している。このため、HUDの画像に影響を与えないように逆分極を行うことが可能となる。また、第1電圧が第1閾値よりも低下すると逆分極が行われるようにしつつ、逆分極後に、第1電圧が第2閾値に至るようにしている。このため、逆分極が高頻度で行われないようにすることが可能となり、圧電材料の寿命低下を抑制することも可能となる。   Thus, the reverse polarization of the variable focus mirror is executed when the power switch is off. For this reason, it is possible to perform reverse polarization without affecting the HUD image. In addition, reverse polarization is performed when the first voltage falls below the first threshold, and the first voltage reaches the second threshold after reverse polarization. For this reason, it becomes possible not to perform reverse polarization with high frequency, and it also becomes possible to suppress the lifetime reduction of a piezoelectric material.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態にかかる可変焦点ミラーシステムに備えられる可変焦点ミラーの断面図である。It is sectional drawing of the variable focus mirror with which the variable focus mirror system concerning 1st Embodiment is equipped. 駆動時における可変焦点ミラーシステムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a variable focus mirror system during driving. FIG. 可変焦点ミラーの駆動時に印加する電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the voltage applied at the time of the drive of a variable focus mirror. 可変焦点ミラーの逆分極時に印加する電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the voltage applied at the time of reverse polarization of a variable focus mirror. 圧電材料の結晶の方向と面の呼び方を示した図である。It is the figure which showed the direction of the crystal | crystallization of a piezoelectric material, and the name of a surface. 可変焦点ミラーが屈曲させられたときの様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mode when a variable focus mirror was bent. 駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between a drive voltage and the curvature of a variable focus mirror. 製造時に分極を行った時の配向方向を示した図である。It is the figure which showed the orientation direction when polarization was performed at the time of manufacture. 長期間の使用によって変化した配向方向を示した図である。It is the figure which showed the orientation direction changed by long-term use. 使用によって変化した駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the drive voltage changed by use and the curvature of a variable focus mirror. 使用によって変化した駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the drive voltage changed by use and the curvature of a variable focus mirror. 第1電圧のログに基づく近似曲線や第1閾値および第2閾値を示した図である。It is the figure which showed the approximated curve based on the log of a 1st voltage, and the 1st threshold value and the 2nd threshold value. 逆分極時における可変焦点ミラーシステムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the variable focus mirror system at the time of reverse polarization. 逆分極時における第1電圧のログに基づく近似曲線と第2閾値を示した図である。It is the figure which showed the approximated curve and 2nd threshold value based on the log of the 1st voltage at the time of reverse polarization. 第1電圧が第1閾値より低下した状態aにおける駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the drive voltage in the state a in which the 1st voltage fell below the 1st threshold value, and the curvature of a variable focus mirror. 第1電圧が第1閾値より大きく第2閾値よりも小さい状態bにおける駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the drive voltage in the state b in which a 1st voltage is larger than a 1st threshold value and smaller than a 2nd threshold value, and the curvature of a variable focus mirror. 第1電圧が第2閾値より大きくなった状態cにおける駆動電圧と可変焦点ミラーの曲率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the drive voltage in the state c in which the 1st voltage became larger than a 2nd threshold value, and the curvature of a variable focus mirror. 可変焦点ミラーシステムの動作のフローと共に制御部の動作状態を示した状態遷移図である。It is the state transition diagram which showed the operation state of the control part with the flow of operation | movement of a variable focus mirror system.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態にかかる可変焦点ミラーシステムについて説明する。 本実施形態の可変焦点ミラーシステムは、車両用のHUDにおけるLSMとして用いられ、可変焦点ミラーの制御を行う。以下、本実施形態にかかる可変焦点ミラーシステムについて、図1〜図13を参照して説明する。なお、図1に示す可変焦点ミラー1は、LSMにおけるミラー部を構成する部分であり、実際には可変焦点ミラー1の周囲に可変焦点ミラー1の支持部や可変焦点ミラー1を駆動するための各種駆動部等が備えられることでLSMが構成されている。
(First embodiment)
The variable focus mirror system according to the first embodiment will be described. The variable focus mirror system of this embodiment is used as an LSM in a vehicle HUD and controls the variable focus mirror. Hereinafter, the variable focus mirror system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The variable focus mirror 1 shown in FIG. 1 is a part constituting the mirror part in the LSM. In practice, the variable focus mirror 1 support unit and the variable focus mirror 1 are driven around the variable focus mirror 1. The LSM is configured by providing various driving units and the like.

図1に示すように、可変焦点ミラー1は、例えばMEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技術を用いて形成され、基板10における基部11の上にミラー部12を構成する圧電デバイスに加えて曲率センサ13などを備えた構成とされている。   As shown in FIG. 1, the varifocal mirror 1 is formed by using, for example, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) technique, and has a curvature in addition to a piezoelectric device that constitutes a mirror portion 12 on a base portion 11 in a substrate 10. The sensor 13 and the like are provided.

基板10は、デバイス層10a、絶縁膜10b、ハンドル層10cが順に貼り合わされた構造のSOI(Silicon on Insulatorの略)基板にて構成されている。   The substrate 10 is constituted by an SOI (abbreviation of Silicon on Insulator) substrate having a structure in which a device layer 10a, an insulating film 10b, and a handle layer 10c are sequentially bonded.

デバイス層10aは、例えばSi等で構成されている。絶縁膜10bは、例えばSiOで構成された埋め込み酸化層(以下、BOX(Buried Oxideの略)層という)によって構成されている。ハンドル層10cは、シリコン基板等で構成される。デバイス層10aや絶縁膜10bおよびハンドル層10cは、可変焦点ミラー1を含むLSMを構成する各部に対応した形状にパターニングされている。 The device layer 10a is made of, for example, Si. The insulating film 10b is composed of a buried oxide layer (hereinafter referred to as a BOX (abbreviated as “Buried Oxide”) layer) made of, for example, SiO 2 . The handle layer 10c is composed of a silicon substrate or the like. The device layer 10a, the insulating film 10b, and the handle layer 10c are patterned in a shape corresponding to each part constituting the LSM including the variable focus mirror 1.

具体的には、可変焦点ミラー1は、LSMに照射された光ビームを反射させるものであり、例えば基板10の中央部に、上記した基部11とミラー部12および曲率センサ13を備えた構成とされている。   Specifically, the varifocal mirror 1 reflects a light beam applied to the LSM. For example, the varifocal mirror 1 includes the base 11, the mirror 12, and the curvature sensor 13 at the center of the substrate 10. Has been.

基部11は、薄肉のメンブレンを構成するものであり、デバイス層10aを円形にパターニングすることにより形成された部分である。本実施形態では、デバイス層10aのうちの基部11となる部分のみを図示してある。この基部11の上面に、ミラー部12が形成されており、基部11とミラー部12との間に絶縁膜15が形成されている。つまり、基部11の上面に、絶縁膜15とミラー部12とが順に積層されている。このミラー部12のうち絶縁膜15と反対側の表面が反射面とされ、この反射面で光ビームを反射させられるようになっている。さらに、基部11の上面のうち、ミラー部12と異なる位置、具体的にはミラー部12よりも外側の位置に、絶縁膜15を介して曲率センサ13が配置されている。   The base 11 constitutes a thin membrane and is a portion formed by patterning the device layer 10a into a circle. In the present embodiment, only the portion that becomes the base portion 11 of the device layer 10a is illustrated. A mirror portion 12 is formed on the upper surface of the base portion 11, and an insulating film 15 is formed between the base portion 11 and the mirror portion 12. That is, the insulating film 15 and the mirror part 12 are sequentially laminated on the upper surface of the base part 11. A surface of the mirror portion 12 opposite to the insulating film 15 is a reflecting surface, and the light beam is reflected by the reflecting surface. Further, the curvature sensor 13 is disposed on the upper surface of the base portion 11 via the insulating film 15 at a position different from the mirror portion 12, specifically, at a position outside the mirror portion 12.

図1に示すように、基部11の内周部11aでは、ハンドル層10cおよび絶縁膜10bが除去されている。また、基部11の外周部11bでは、ハンドル層10cおよび絶縁膜10bが残されている。   As shown in FIG. 1, the handle layer 10 c and the insulating film 10 b are removed from the inner peripheral portion 11 a of the base 11. Further, the handle layer 10c and the insulating film 10b are left on the outer peripheral portion 11b of the base portion 11.

基部11は、平坦面とされた上面を有し、例えば上面形状が円形などとされている。基部11の内周部11aにおける上面に、絶縁膜15を介してミラー部12が積層されている。そして、基部11のうちの内周部11aが、ミラー部12が屈曲する際に、反射面と共に屈曲させられる。この基部11が薄くされることで、可変焦点ミラー1の感度を高めている。   The base 11 has an upper surface that is a flat surface, and the upper surface has a circular shape, for example. On the upper surface of the inner peripheral portion 11 a of the base portion 11, the mirror portion 12 is laminated via the insulating film 15. And the inner peripheral part 11a of the base part 11 is bent with a reflective surface, when the mirror part 12 bends. By making the base 11 thinner, the sensitivity of the variable focus mirror 1 is increased.

一方、内周部11aのうちの外縁側やそれよりも外側に位置する外周部11bの上面はミラー部12が形成されておらず、その部分に絶縁膜15を介して曲率センサ13が形成されている。ミラー部12の変形に伴って内周部11aが変形させられると、内周部11aの外縁側や外周部11bも変形させられる。この変形に基づいて、曲率センサ13での曲率検出が行われるようになっている。   On the other hand, the mirror portion 12 is not formed on the outer peripheral side of the inner peripheral portion 11a or the outer peripheral portion 11b located outside the inner peripheral portion 11a, and the curvature sensor 13 is formed through the insulating film 15 in that portion. ing. When the inner peripheral part 11a is deformed along with the deformation of the mirror part 12, the outer edge side of the inner peripheral part 11a and the outer peripheral part 11b are also deformed. Based on this deformation, curvature detection by the curvature sensor 13 is performed.

ミラー部12は、上面形状が円形状とされ、反射面を球面状に屈曲させることで反射面による反射光の焦点位置を変化させるものである。ミラー部12は、下部電極12a、第1圧電膜12b、中間電極12c、第2圧電膜12dおよび上部電極12eが順に積層された構造の圧電素子により構成されている。   The mirror unit 12 has a circular top surface and changes the focal position of reflected light by the reflecting surface by bending the reflecting surface into a spherical shape. The mirror unit 12 is configured by a piezoelectric element having a structure in which a lower electrode 12a, a first piezoelectric film 12b, an intermediate electrode 12c, a second piezoelectric film 12d, and an upper electrode 12e are sequentially stacked.

下部電極12aや中間電極12cは、例えばプラチナ(Pt)や酸化ストロンチウムルテニウム(以下、SROという)等の単層膜もしくは複数の積層膜によって構成され、薄膜状の電極とされている。第1圧電膜12bや第2圧電膜12dは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(以下、PZTという)等によって構成されている。上部電極12eは、例えばPt、SRO等によって構成され、薄膜状の電極とされている。なお、上部電極12eの表面自体が反射面となっていても良いが、上部電極12eの表面に反射面を構成するための膜を別途備えた構造としても良い。   The lower electrode 12a and the intermediate electrode 12c are formed of a single layer film or a plurality of laminated films such as platinum (Pt) and strontium ruthenium oxide (hereinafter referred to as SRO), and are thin film electrodes. The first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d are made of, for example, lead zirconate titanate (hereinafter referred to as PZT). The upper electrode 12e is made of, for example, Pt, SRO, etc., and is a thin film electrode. Note that the surface of the upper electrode 12e itself may be a reflective surface, but a structure in which a film for forming the reflective surface is additionally provided on the surface of the upper electrode 12e may be employed.

下部電極12aと中間電極12cおよび上部電極12eは、それぞれ、図1中には示していないが、配線を介して可変焦点ミラー1の制御装置に接続されている。この制御装置により下部電極12aおよび上部電極12eに対して電圧印加が行われると共に中間電極12cが接地電位とされ、下部電極12aおよび上部電極12eと中間電極12cとの間に電位差が発生させられる。これにより、圧電効果が生じ、第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dが変形する。また、これに伴い、ミラー部12と共に基部11が屈曲し、反射面が屈曲して、反射光の焦点位置が変化させられるようになっている。   Although not shown in FIG. 1, the lower electrode 12a, the intermediate electrode 12c, and the upper electrode 12e are each connected to the control device of the variable focus mirror 1 through wiring. By this control device, voltage is applied to the lower electrode 12a and the upper electrode 12e and the intermediate electrode 12c is set to the ground potential, and a potential difference is generated between the lower electrode 12a and the upper electrode 12e and the intermediate electrode 12c. Thereby, a piezoelectric effect is generated, and the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d are deformed. Along with this, the base portion 11 is bent together with the mirror portion 12, the reflection surface is bent, and the focal position of the reflected light can be changed.

曲率センサ13は、可変焦点ミラー1の曲率に応じた、つまり基部11の変形に応じた検出信号を構成しており、曲率センサ13の検出信号に基づいて、可変焦点ミラー1の曲率が検出可能となっている。例えば、曲率センサ13は、ホイートストンブリッジ状に接続されたピエゾ抵抗などによって構成される。ホイートストンブリッジの1つの接続点にセンシング用の電圧を印加するとともに、相対する接続点を接地電位とし、残る二つの接続点の電位となる中間電位を検出信号として出力し、両中間電位の電位差に基づいて曲率の検出が行えるようになっている。   The curvature sensor 13 constitutes a detection signal according to the curvature of the variable focus mirror 1, that is, according to the deformation of the base 11, and the curvature of the variable focus mirror 1 can be detected based on the detection signal of the curvature sensor 13. It has become. For example, the curvature sensor 13 is configured by a piezoresistor connected in a Wheatstone bridge shape. A sensing voltage is applied to one connection point of the Wheatstone bridge, the opposite connection point is set as a ground potential, and an intermediate potential that is the potential of the remaining two connection points is output as a detection signal. Based on this, the curvature can be detected.

なお、曲率センサ13をピエゾ抵抗によって構成する場合、各ピエゾ抵抗については、一般的な抵抗体を構成する材料によって構成すればよい。その場合、ピエゾ抵抗における抵抗係数と抵抗体の構成材料の結晶性との関係を考慮して、各ピエゾ抵抗の形成方向や形成位置を設定すると好ましい。   In addition, when the curvature sensor 13 is comprised by a piezoresistor, what is necessary is just to comprise about each piezoresistor with the material which comprises a general resistor. In that case, it is preferable to set the formation direction and position of each piezoresistor in consideration of the relationship between the resistance coefficient in the piezoresistor and the crystallinity of the constituent material of the resistor.

以上のようにして、可変焦点ミラー1が構成されている。図2は、このような可変焦点ミラー1を有する可変焦点ミラーシステムのシステム構成を示した図である。この図に示されるように、可変焦点ミラーシステムは、上記した可変焦点ミラー1に加えて、制御装置として、センサ回路20と制御部30およびスイッチ部40を備えた構成とされている。   The variable focus mirror 1 is configured as described above. FIG. 2 is a diagram showing a system configuration of a variable focus mirror system having such a variable focus mirror 1. As shown in this figure, the variable focus mirror system includes a sensor circuit 20, a control unit 30, and a switch unit 40 as a control device in addition to the variable focus mirror 1 described above.

センサ回路20は、曲率センサ13の検出信号を入力し、入力した検出信号に基づいて可変焦点ミラー1の曲率を検出する。そして、センサ回路20は、検出した可変焦点ミラー1の曲率を制御部30に伝えている。   The sensor circuit 20 receives the detection signal of the curvature sensor 13 and detects the curvature of the variable focus mirror 1 based on the input detection signal. Then, the sensor circuit 20 transmits the detected curvature of the variable focus mirror 1 to the control unit 30.

制御部30は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどに記憶されたプログラムに従って所定の処理を行っている。具体的には、制御部30は、スイッチ部40におけるスイッチ状態を制御するとともに、所望の駆動電圧を印加することでスイッチ部40を通じて可変焦点ミラー1を駆動したり、可変焦点ミラー1を長時間駆動したときの曲率の変化を元の状態に近づける逆分極を行う。制御部30は、可変焦点ミラー1を駆動する際には、駆動電圧として、図3Aに示されるような第1電圧V1と第2電圧V2とを交互に繰り返す矩形波状の電圧を下部電極12aおよび上部電極12eに印加する。これにより、可変焦点ミラー1の曲率が第1曲率R1と第2曲率R2とに調整されるようにする。また、制御部30は、逆分極を行うときには、図3Bに示されるような一定の直流電圧を中間電極12cに印加する。これにより、第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dに対して分極時と逆方向の電界が印加され、c軸側から離れる方向に結晶粒の配向方向が向けられる。逆分極時に印加する直流電圧の大きさについては任意であるが、製造時における分極時に印加する電圧と同じ電圧を逆方向に印加するようにしている。分極時の電圧は、第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dに対して絶縁破壊電圧よりも低くしつつも、できるだけ高い電圧とされることで、高い分極作用が生じるようにしている。このため、逆分極時にも、分極時と同じ電圧とすることで、第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dの絶縁破壊を抑制しつつ、高い逆分極作用が生じるようにすることができる。   The control unit 30 is configured by a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, I / O, and the like, and performs predetermined processing according to a program stored in the ROM. Specifically, the control unit 30 controls the switch state in the switch unit 40 and drives the variable focus mirror 1 through the switch unit 40 by applying a desired drive voltage, or keeps the variable focus mirror 1 for a long time. Reverse polarization is performed to bring the change in curvature when driven closer to the original state. When driving the varifocal mirror 1, the control unit 30 applies a rectangular wave voltage that alternately repeats the first voltage V1 and the second voltage V2 as shown in FIG. Applied to the upper electrode 12e. Thereby, the curvature of the variable focus mirror 1 is adjusted to the first curvature R1 and the second curvature R2. Further, when performing reverse polarization, the control unit 30 applies a constant DC voltage as shown in FIG. 3B to the intermediate electrode 12c. As a result, an electric field in the opposite direction to that during polarization is applied to the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d, and the orientation direction of the crystal grains is directed away from the c-axis side. The magnitude of the DC voltage applied during reverse polarization is arbitrary, but the same voltage as that applied during polarization during manufacture is applied in the reverse direction. The voltage at the time of polarization is made as high as possible while lowering the dielectric breakdown voltage with respect to the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d, so that a high polarization action occurs. For this reason, even at the time of reverse polarization, by setting the same voltage as that at the time of polarization, it is possible to cause a high reverse polarization action while suppressing the dielectric breakdown of the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d.

例えば、制御部30は、センサ回路20での検出結果に基づいて、可変焦点ミラー1の曲率が第1曲率R1となる第1電圧V1や第2曲率R2となる第2電圧V2のモニタリングを行うと共に、可変焦点ミラー1を駆動する際の第1電圧V1や第2電圧V2の印加を行う。また、HUDによる表示が行われないタイミングに、可変焦点ミラー1に対して逆分極を行うための電圧を印加する。制御部30には、車両の電源スイッチ、例えばアクセサリスイッチ(以下、ACCスイッチという)やイグニッションスイッチ(以下、IGスイッチ)、電気自動車などであれば車両の発進スイッチなどの稼働信号が入力されている。この稼働信号に基づいて、制御部30においてHUDによる表示が行われないタイミングであることが検出できるようになっている。   For example, the control unit 30 monitors the first voltage V1 at which the curvature of the variable focus mirror 1 becomes the first curvature R1 and the second voltage V2 at which the second curvature R2 becomes the second curvature R2 based on the detection result of the sensor circuit 20. At the same time, the first voltage V1 and the second voltage V2 are applied when the variable focus mirror 1 is driven. In addition, a voltage for performing reverse polarization is applied to the varifocal mirror 1 at a timing when display by the HUD is not performed. The controller 30 receives operation signals from a vehicle power switch, for example, an accessory switch (hereinafter referred to as an ACC switch), an ignition switch (hereinafter referred to as an IG switch), an electric vehicle, or the like. . Based on this operation signal, the control unit 30 can detect that it is the timing at which display by HUD is not performed.

なお、制御部30のうち駆動電圧や逆分極時の電圧を出力する部分の回路については、どのような回路が適用されても良いが、コスト面を考慮して、例えばユニポーラ回路などによって構成している。   It should be noted that any circuit may be applied to the circuit of the control unit 30 that outputs the drive voltage and the voltage at the time of reverse polarization. For example, a unipolar circuit is used in consideration of cost. ing.

スイッチ部40は、第1スイッチ41と第2スイッチ42とを有した構成とされている。第1スイッチ41は、下部電極12aおよび上部電極12eに対して印加する電圧の切り替えを行い、第2スイッチ42は、中間電極12cに対して印加する電圧の切り替えを行う。これら第1スイッチ41や第2スイッチ42により、下部電極12aおよび上部電極12eもしくは中間電極12cが制御部30に接続されるときには、各電極に対して制御部30から所望の電圧が印加される。また、第1スイッチ41や第2スイッチ42により、下部電極12aおよび上部電極12eもしくは中間電極12cが制御部30に接続されていないときには、各電極は接地電位とされる。   The switch unit 40 includes a first switch 41 and a second switch 42. The first switch 41 switches the voltage applied to the lower electrode 12a and the upper electrode 12e, and the second switch 42 switches the voltage applied to the intermediate electrode 12c. When the lower electrode 12a and the upper electrode 12e or the intermediate electrode 12c are connected to the control unit 30 by the first switch 41 and the second switch 42, a desired voltage is applied from the control unit 30 to each electrode. When the lower electrode 12a and the upper electrode 12e or the intermediate electrode 12c are not connected to the control unit 30 by the first switch 41 or the second switch 42, each electrode is set to the ground potential.

以上のようにして、本実施形態にかかる可変焦点ミラーシステムが構成されている。続いて、このように構成された可変焦点ミラーシステムの作動等について説明する。   As described above, the variable focus mirror system according to the present embodiment is configured. Next, the operation and the like of the variable focus mirror system configured as described above will be described.

最初に、可変焦点ミラーシステムにおける可変焦点ミラー1の基本的な作動について説明する。   First, the basic operation of the variable focus mirror 1 in the variable focus mirror system will be described.

まず、可変焦点ミラー1は、製造当初においては、図1に示すようにほぼミラー部12が平坦状となっている。ここで、可変焦点ミラー1に備えられる第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dを構成する圧電材料の結晶の方向と面の呼び方は、図4のように示される。図4は、圧電材料として例えばPZTを用いる場合を示している。   First, as shown in FIG. 1, the variable focus mirror 1 is substantially flat at the beginning of manufacture. Here, the directions of the crystal directions and the surfaces of the piezoelectric material constituting the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d provided in the variable focus mirror 1 are shown in FIG. FIG. 4 shows a case where, for example, PZT is used as the piezoelectric material.

この図に示されるように、第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dを構成する結晶は、<100>方向となるa軸、<010>方向となるb軸、および、<001>方向となるc軸を有し、<001>方向を法線ベクトルとする(001)面と、<100>方向を法線ベクトルとする(100)面を有している。そして、圧電膜は誘電体であるため結晶粒に配向があり、電界を印加した場合、図4中に矢印で示したようにc軸方向に配向するため、c軸方向に膨張し、a軸方向に縮小する。このとき、デバイス層10aは縮小しないため、可変焦点ミラー1は、ミラー部12が上側でデバイス層10aが下側であるとすると、図5に示すように下に凸になるような変形をする。このように変形した可変焦点ミラー1は、ミラー部12の表面が球面状となるため、その表面を凹面鏡として利用することができる。   As shown in this figure, the crystals constituting the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d have an a axis that is a <100> direction, a b axis that is a <010> direction, and a <001> direction. And the (001) plane having the <001> direction as a normal vector and the (100) plane having the <100> direction as a normal vector. Since the piezoelectric film is a dielectric, the crystal grains are oriented, and when an electric field is applied, the piezoelectric film is oriented in the c-axis direction as indicated by the arrow in FIG. Shrink in the direction. At this time, since the device layer 10a is not reduced, the variable focus mirror 1 is deformed so as to protrude downward as shown in FIG. 5 when the mirror portion 12 is on the upper side and the device layer 10a is on the lower side. . Since the surface of the mirror section 12 has a spherical shape, the deformable variable focus mirror 1 thus deformed can be used as a concave mirror.

そして、このときのミラー部12の変形に伴うデバイス層10aの変形によって、曲率センサ13に備えられるピエゾ抵抗の抵抗値が変わることから、曲率センサ13の検出信号が変化する。このため、曲率センサ13の検出信号に基づいて、可変焦点ミラー1の曲率を検出することが可能となる。   Then, due to the deformation of the device layer 10a accompanying the deformation of the mirror part 12 at this time, the resistance value of the piezoresistor provided in the curvature sensor 13 changes, so that the detection signal of the curvature sensor 13 changes. For this reason, the curvature of the variable focus mirror 1 can be detected based on the detection signal of the curvature sensor 13.

可変焦点ミラー1については、製造時に圧電材料の結晶粒の配向方向を揃えるため、c軸方向に電界を印加し、分極処理を行い、分極処理後において、仕様電圧範囲で仕様の曲率可変範囲が得られるように設計する。具体的には、中間電極12cを接地電位にした状態で、下部電極12aおよび上部電極12eに対して第1電圧V1と第2電圧V2が交互に切り替わる矩形波状の駆動電圧を印加する。第1電圧V1は、可変焦点ミラー1が第1曲率R1となるときの電圧、第2電圧V2は、可変焦点ミラー1が第1曲率R1よりも大きな第2曲率R2となるときの電圧に調整される。例えば、HUDでの運用では、72Hzの矩形波状の駆動電圧を印加することで可変焦点ミラー1を駆動し、第1曲率R1と第2曲率R2とする変形を交互に繰り返す。   For the varifocal mirror 1, in order to align the orientation direction of the crystal grains of the piezoelectric material at the time of manufacture, an electric field is applied in the c-axis direction and polarization processing is performed. Design to be obtained. Specifically, in the state where the intermediate electrode 12c is set to the ground potential, a rectangular wave driving voltage in which the first voltage V1 and the second voltage V2 are alternately switched is applied to the lower electrode 12a and the upper electrode 12e. The first voltage V1 is adjusted to the voltage when the varifocal mirror 1 has the first curvature R1, and the second voltage V2 is adjusted to the voltage when the varifocal mirror 1 has the second curvature R2 larger than the first curvature R1. Is done. For example, in operation in HUD, the variable focus mirror 1 is driven by applying a rectangular-wave-like drive voltage of 72 Hz, and the deformation of the first curvature R1 and the second curvature R2 is alternately repeated.

駆動電圧と可変焦点ミラー1の曲率とは、例えば図6で示される関係になっている。図6中に実線で示すように、可変焦点ミラー1の使用初期時には、第1曲率R1となる第1電圧V1および第2曲率R2となる第2電圧V2は、共に、正電圧となっている。ところが、可変焦点ミラー1を長期間駆動すると、図6中に破線で示したように、同一電圧に対する曲率が大きくなる。このため、可変焦点ミラー1の特性が仕様範囲外になり、遠方表示側の焦点が合わなくなるという問題が発生する。この原因は、分極時には、図7Aのようにc軸方向からずれていた結晶粒の配向方向が、長期間の駆動により、図7Bに示すようにc軸方向に回転していくためと考えられる。   The drive voltage and the curvature of the varifocal mirror 1 have the relationship shown in FIG. 6, for example. As shown by a solid line in FIG. 6, at the initial use of the variable focus mirror 1, both the first voltage V1 having the first curvature R1 and the second voltage V2 having the second curvature R2 are positive voltages. . However, when the variable focus mirror 1 is driven for a long period of time, the curvature with respect to the same voltage increases as shown by the broken line in FIG. For this reason, the characteristic of the variable focus mirror 1 falls outside the specification range, and there arises a problem that the far display side is out of focus. This is considered to be because during polarization, the crystal grain orientation direction shifted from the c-axis direction as shown in FIG. 7A is rotated in the c-axis direction as shown in FIG. 7B by long-term driving. .

したがって、本実施形態の可変焦点ミラーシステムでは、制御部30において、可変焦点ミラー1の駆動を行いつつ、センサ回路20での曲率の検出結果に基づいて、変化する第1電圧V1をRAMなどのメモリにログとして記憶し、必要に応じて逆分極を実施する。   Therefore, in the varifocal mirror system of the present embodiment, the controller 30 drives the varifocal mirror 1 and changes the first voltage V1 that changes based on the detection result of the curvature in the sensor circuit 20 to a RAM or the like. Store as a log in memory and perform reverse polarization if necessary.

具体的には、図2に示すように、制御部30は、可変焦点ミラー1を駆動する際には、第1スイッチ41が制御部30側に接続され、第2スイッチ42が接地電位側に接続されるようにする。そして、制御部30は、図3Aに示すような第1曲率R1となる第1電圧V1と第2曲率R2となる第2電圧V2とが交互に繰り返し切り替わる矩形波状の駆動電圧を出力する。これにより、第1スイッチ41を通じて、下部電極12aおよび上部電極12eに対して駆動電圧が印加され、第2スイッチ42を通じて、中間電極12cが接地電位とされる。   Specifically, as shown in FIG. 2, when the control unit 30 drives the variable focus mirror 1, the first switch 41 is connected to the control unit 30 side, and the second switch 42 is set to the ground potential side. Make it connected. Then, the control unit 30 outputs a rectangular wave driving voltage in which the first voltage V1 having the first curvature R1 and the second voltage V2 having the second curvature R2 are alternately and repeatedly switched as shown in FIG. 3A. As a result, the drive voltage is applied to the lower electrode 12a and the upper electrode 12e through the first switch 41, and the intermediate electrode 12c is set to the ground potential through the second switch.

このとき、制御部30は、センサ回路20を通じて可変焦点ミラー1の曲率をモニタリングしており、可変焦点ミラー1の曲率が第1曲率R1や第2曲率R2となるように駆動電圧をフィードバック制御し、第1曲率R1となる第1電圧V1と第2曲率R2となる第2電圧V2を設定している。そして、このときの第1電圧V1をログとして記憶している。第1電圧V1のログとして、第1電圧V1の値とその時の日時もしくは可変焦点ミラー1の合計駆動時間などを記憶している。   At this time, the control unit 30 monitors the curvature of the variable focus mirror 1 through the sensor circuit 20, and feedback-controls the drive voltage so that the curvature of the variable focus mirror 1 becomes the first curvature R1 and the second curvature R2. The first voltage V1 having the first curvature R1 and the second voltage V2 having the second curvature R2 are set. The first voltage V1 at this time is stored as a log. As the log of the first voltage V1, the value of the first voltage V1 and the date and time at that time or the total driving time of the variable focus mirror 1 are stored.

ここで、第1電圧V1は、可変焦点ミラー1を長期間駆動すると、図8Aに示すように、圧電材料の結晶粒の配向方向の変化に起因して徐々に低下し、仮に、逆分極を行わなかったとすると、図8Bに示すように、第1電圧V1が負の電圧に至る状態になり得る。制御部30が出力する駆動電圧を負の電圧にすることも考えられるが、コスト面を考慮するとユニポーラ回路等の採用が好ましく、負の電圧を発生させることができない。   Here, when the variable focus mirror 1 is driven for a long period of time, the first voltage V1 gradually decreases due to a change in the orientation direction of the crystal grains of the piezoelectric material, as shown in FIG. 8A. If not, as shown in FIG. 8B, the first voltage V1 may reach a negative voltage. Although it is conceivable that the drive voltage output from the control unit 30 is a negative voltage, it is preferable to adopt a unipolar circuit or the like in consideration of cost, and a negative voltage cannot be generated.

このため、第1電圧V1が0になる前に逆分極が行われるように、逆分極の実施の判定閾値となる第1閾値Th1を設定し、第1電圧V1が第1閾値Th1未満になると、逆分極が行われるようにしている。   For this reason, when the first voltage V1 becomes less than the first threshold value Th1, the first threshold value Th1 that is a determination threshold value for performing the reverse polarization is set so that the reverse polarization is performed before the first voltage V1 becomes 0. The reverse polarization is performed.

さらに、本実施形態の場合、第1閾値Th1を第1電圧V1のログに基づいて設定しており、HUDの使用状況に応じた値に設定されるようにしている。   Further, in the case of the present embodiment, the first threshold Th1 is set based on the log of the first voltage V1, and is set to a value according to the usage status of the HUD.

具体的には、図9に示すように、可変焦点ミラー1が長期間駆動されることにより、第1電圧V1が徐々に低下していき、これが第1電圧V1のログとしてメモリなどに記憶されていく。図9中では、丸印がログとして記憶された第1電圧V1の値である。この図に示されるように、可変焦点ミラー1が使用された経過日数に応じて、徐々に第1電圧V1が低下していく。   Specifically, as shown in FIG. 9, when the variable focus mirror 1 is driven for a long time, the first voltage V1 gradually decreases, and this is stored in a memory or the like as a log of the first voltage V1. To go. In FIG. 9, a circle indicates the value of the first voltage V1 stored as a log. As shown in this figure, the first voltage V1 gradually decreases according to the number of days that the variable focus mirror 1 has been used.

このときの経過日数に対する第1電圧V1の変化の仕方は、ユーザによるHUDの使用頻度、換言すれば車両の使用頻度に応じて異なったものとなり、例えば1日当たりの車両の使用時間が長いほど、経過日数に対する第1電圧V1の低下量が多くなる。この経過日数に対する第1電圧V1の変化については、ログに記憶された経過日数と第1電圧V1との関係をプロットすると、そのプロットされた各点を通る近似曲線として表すことができる。   The method of changing the first voltage V1 with respect to the number of days elapsed at this time differs depending on the frequency of use of the HUD by the user, in other words, the frequency of use of the vehicle. For example, the longer the usage time of the vehicle per day, The amount of decrease in the first voltage V1 with respect to the elapsed days increases. About the change of the 1st voltage V1 with respect to this elapsed days, if the relationship between the elapsed days memorize | stored in the log and the 1st voltage V1 is plotted, it can represent as an approximated curve which passes through each plotted point.

そして、第1電圧V1が負の電圧になってしまってHUDが使用できなくなる前の状態において、逆分極が行われるように第1閾値Th1を設定する。ここでは、HUDが使用できなくなると想定されるとき、つまり第1電圧V1が0になるときではなく、残りの使用可能期間が所定の設定期間以上になるように第1閾値Th1を設定している。例えば、残り数日は可変焦点ミラー1を使用できるタイミングで逆分極が行われるように、「使用可能残日数」が所定日数となることを設定期間として設定する。そして、「使用可能残日数」が所定日数となると想定される第1電圧V1の値を第1閾値Th1に設定している。   Then, the first threshold value Th1 is set so that reverse polarization is performed in a state before the first voltage V1 becomes a negative voltage and the HUD cannot be used. Here, the first threshold value Th1 is set so that the remaining usable period is equal to or longer than the predetermined setting period, not when the HUD is assumed to be unusable, that is, when the first voltage V1 becomes zero. Yes. For example, the setting period is set such that the “remaining usable days” is a predetermined number of days so that reverse polarization is performed at the timing when the variable focus mirror 1 can be used for the remaining days. Then, the value of the first voltage V1 that is assumed that the “remaining usable days” becomes a predetermined number of days is set to the first threshold Th1.

したがって、可変焦点ミラー1の駆動中に第1電圧V1をモニタリングしてログを記憶しつつ、そのログに基づいて第1閾値Th1を設定し、さらにモニタリング中の第1電圧V1が第1閾値Th1より低下すると、逆分極が行われるようにしている。   Accordingly, the first voltage V1 is monitored while the variable focus mirror 1 is being driven and the log is stored, the first threshold Th1 is set based on the log, and the first voltage V1 being monitored is set to the first threshold Th1. When it is further lowered, reverse polarization is performed.

一方、逆分極の際には、図10に示すように、制御部30は、第1スイッチ41が接地電位側に接続され、第2スイッチ42が制御部30側に接続されるようにする。そして、制御部30は、図3Bに示すような所定の直流電圧を出力する。これにより、第2スイッチ42を通じて、中間電極12cに対して直流電圧が印加され、第1スイッチ41を通じて、下部電極12aおよび上部電極12eが接地電位とされる。   On the other hand, during reverse polarization, as shown in FIG. 10, the control unit 30 causes the first switch 41 to be connected to the ground potential side and the second switch 42 to be connected to the control unit 30 side. Then, the control unit 30 outputs a predetermined DC voltage as shown in FIG. 3B. Thus, a DC voltage is applied to the intermediate electrode 12c through the second switch 42, and the lower electrode 12a and the upper electrode 12e are set to the ground potential through the first switch 41.

逆分極については、どのタイミングで行っても、第1圧電膜12bおよび第2圧電膜12dにおける圧電材料の結晶粒の配向方向をc軸から離れる方向に向け、製造時の配向方向に戻すことはできる。しかしながら、HUDの使用時に逆分極が行われると、HUDの画像に影響を与えることになる。このため、第1電圧V1が第1閾値Th1よりも低下してすぐに逆分極を行うのではなく、電源スイッチがオフされているときに逆分極が行われるようにしている。   Regarding reverse polarization, at any timing, the orientation direction of the crystal grains of the piezoelectric material in the first piezoelectric film 12b and the second piezoelectric film 12d is directed away from the c-axis and returned to the orientation direction at the time of manufacture. it can. However, if reverse polarization is performed when using the HUD, the HUD image will be affected. For this reason, the reverse polarization is not performed immediately after the first voltage V1 falls below the first threshold Th1, but the reverse polarization is performed when the power switch is turned off.

さらに、逆分極については、時間を掛けて行うほど、もしくは、高電界を掛けて行うほど、より強く圧電材料の配向方向を製造時の状態に戻すことが可能となる。しかしながら、逆分極を長時間行うことや、逆分極を高頻度で行うことは、圧電材料の寿命を低下させることになるため好ましくない。   Furthermore, the reverse polarization can be more strongly returned to the state at the time of manufacture as the time is increased or the higher electric field is applied. However, it is not preferable to perform reverse polarization for a long period of time or to perform reverse polarization at a high frequency because the life of the piezoelectric material is reduced.

このため、第1閾値Th1よりも大きな第2閾値Th2を設定している。そして、所定時間の逆分極を行った後に可変焦点ミラー1を駆動すると共に、その時の第1電圧V1をモニタリングし、第1電圧V1が第2閾値Th2を超えていなければ再び逆分極を実施し、超えていれば逆分極を終了するようにしている。このように、第2閾値Th2を設けることで、逆分極を行う時間を第1電圧V1が第2閾値Th2を超えるまでに制限することができる。また、第1電圧V1が第2閾値Th2を超える程度に逆分極が行われることから、再び第1電圧V1が第1閾値Th1より低下するまでは可変焦点ミラー1の駆動を行うことができる。そして、第2閾値Th2をある程度大きな値に設定しておくことで、逆分極が高頻度で行われないようにすることが可能となり、圧電材料の寿命低下を抑制することも可能となる。   For this reason, a second threshold value Th2 larger than the first threshold value Th1 is set. Then, after performing reverse polarization for a predetermined time, the variable focus mirror 1 is driven, and the first voltage V1 at that time is monitored. If the first voltage V1 does not exceed the second threshold Th2, reverse polarization is performed again. If so, reverse polarization is terminated. Thus, by providing the second threshold Th2, the time for performing reverse polarization can be limited until the first voltage V1 exceeds the second threshold Th2. Further, since the reverse polarization is performed to the extent that the first voltage V1 exceeds the second threshold Th2, the variable focus mirror 1 can be driven until the first voltage V1 drops below the first threshold Th1 again. Then, by setting the second threshold Th2 to a relatively large value, it is possible to prevent reverse polarization from being performed at a high frequency, and it is possible to suppress a decrease in the lifetime of the piezoelectric material.

具体的には、第2閾値Th2については、第1電圧V1のログに基づいて設定することができる。上記したように、第1電圧V1のログに基づいて、経過日数に応じて第1電圧V1が変化するときの近似曲線が求められる。そして、上記したように、第1電圧V1が第1閾値Th1まで低下すると逆分極を実施して第2閾値Th2となるようにする場合、次に逆分極が行われるのは、可変焦点ミラー1が使用されることで再び第1電圧V1が第1閾値Th1に低下したときである。したがって、図9に示すように、第1電圧V1が第2閾値Th2から第1閾値Th1に低下するまでに掛かると想定される期間が、逆分極後に可変焦点ミラー1が使用可能となる期間となる。このため、第1電圧V1が第2閾値Th2から第1閾値Th1に低下すると想定される期間を求め、この期間が逆分極の所定頻度以下となるようにできる可変焦点ミラー1の使用要求期間、ここでは「使用したい日数」以上となるように第2閾値Th2を設定する。例えば、逆分極の頻度が30日間隔以上となるようにする場合、30日は逆分極を実施しなくても可変焦点ミラー1の駆動が行えるように第2閾値Th2の値を設定する。このときの使用要求期間については、逆分極後に通常の可変焦点ミラー1の駆動が行われるという逆分極と駆動の繰り返し回数が、車両の予想使用年数では可変焦点ミラー1の耐久限界となる繰り返し回数未満となるように設定している。このように、第1電圧V1のログに基づいて第2閾値Th2を設定することができる。   Specifically, the second threshold Th2 can be set based on the log of the first voltage V1. As described above, based on the log of the first voltage V1, an approximate curve when the first voltage V1 changes according to the elapsed days is obtained. As described above, when the first voltage V1 decreases to the first threshold value Th1, the reverse polarization is performed to reach the second threshold value Th2. This is a time when the first voltage V1 drops to the first threshold Th1 again. Therefore, as shown in FIG. 9, the period during which the first voltage V1 decreases from the second threshold Th2 to the first threshold Th1 is a period during which the variable focus mirror 1 can be used after reverse polarization. Become. For this reason, a period during which the first voltage V1 is assumed to decrease from the second threshold Th2 to the first threshold Th1 is obtained, and the use request period of the varifocal mirror 1 that can make this period equal to or less than a predetermined frequency of reverse polarization, Here, the second threshold Th2 is set so as to be equal to or greater than “the number of days that the user wants to use”. For example, when the frequency of reverse polarization is 30 days or more, the value of the second threshold Th2 is set so that the variable focus mirror 1 can be driven without performing reverse polarization for 30 days. Regarding the use request period at this time, the number of repetitions of the reverse polarization and the drive in which the normal variable focus mirror 1 is driven after the reverse polarization becomes the endurance limit of the variable focus mirror 1 in the expected service life of the vehicle. It is set to be less. In this way, the second threshold Th2 can be set based on the log of the first voltage V1.

さらに、第2閾値Th2を設定して逆分極を実施した場合に、所定時間の逆分極を行った後に可変焦点ミラー1を駆動して第1電圧V1をモニタリングし、第1電圧V1が第2閾値Th2を超えるまで逆分極を繰り返すようにしている。このときの逆分極の残時間についてもモニタリング時の第1電圧V1のログを記憶することで推定でき、その推定した残時間に基づいて、逆分極を実施する時間を設定することもできる。   Further, when reverse polarization is performed by setting the second threshold Th2, the first voltage V1 is monitored by driving the variable focus mirror 1 after performing reverse polarization for a predetermined time, and the first voltage V1 is the second voltage V1. The reverse polarization is repeated until the threshold Th2 is exceeded. The remaining time of reverse polarization at this time can also be estimated by storing a log of the first voltage V1 at the time of monitoring, and the time for performing reverse polarization can be set based on the estimated remaining time.

具体的には、図11に示すように、所定時間の逆分極を複数回、例えば2、3回実施した後の第1電圧V1のログに基づいて近似曲線を計算する。そして、近似曲線に基づいて、第1電圧V1が第2閾値Th2に至るまでに必要な残時間を推定し、残時間が経過するまで逆分極を継続する。その後、逆分極を終了して、再び第1電圧V1をモニタリングする。このような手法を適用することで、逆分極の繰り返し回数を低減しつつ、的確に第1電圧V1が第2閾値Th2に至るようにすることができる。   Specifically, as shown in FIG. 11, an approximate curve is calculated based on a log of the first voltage V1 after performing reverse polarization for a predetermined time a plurality of times, for example, a few times. Based on the approximate curve, the remaining time required until the first voltage V1 reaches the second threshold Th2 is estimated, and the reverse polarization is continued until the remaining time elapses. Thereafter, the reverse polarization is terminated and the first voltage V1 is monitored again. By applying such a method, the first voltage V1 can accurately reach the second threshold Th2 while reducing the number of repetitions of reverse polarization.

このように、図12Aに示す状態a、つまり第1電圧V1が第1閾値Th1よりも低下すると、可変焦点ミラー1に対して逆分極が行われる。また、逆分極により、図12Bに示す状態b、つまり第1電圧V1が第1閾値Th1よりも大きくなっても、第2閾値Th2に至るまでは逆分極が繰り返される。そして、逆分極により、図12Cに示す状態c、第1電圧V1が第2閾値Th2に至ると、逆分極が終了となる。これにより、可変焦点ミラー1の駆動が行われても、第1電圧V1が負の電圧になることはなく、的確に可変焦点ミラー1の曲率を第1曲率R1とすることが可能となる。   As described above, when the state a shown in FIG. 12A, that is, the first voltage V <b> 1 falls below the first threshold Th <b> 1, reverse polarization is performed on the variable focus mirror 1. Further, due to the reverse polarization, even if the state b shown in FIG. 12B, that is, the first voltage V1 becomes larger than the first threshold value Th1, the reverse polarization is repeated until the second threshold value Th2 is reached. Then, when the state c shown in FIG. 12C and the first voltage V1 reach the second threshold Th2 due to the reverse polarization, the reverse polarization ends. Thereby, even if the variable focus mirror 1 is driven, the first voltage V1 does not become a negative voltage, and the curvature of the variable focus mirror 1 can be accurately set to the first curvature R1.

なお、上記した「使用可能残日数」や「使用したい日数」については、車両の使用状況や車種などに応じて設定されると好ましい。例えば、商用車等については1日に使用される時間が長く、HUDの使用時間も長時間になると考えられる。特に、観光バスのように、運転者が交代制で運転する車両のような場合、特にHUDの継続使用時間が長時間になり得る。また、ユーザによって車両の使用頻度が異なり、1日当たりの車両の使用時間が異なってくる。このため、車両の使用状況や車種時応じて「使用可能残日数」や「使用したい日数」を設定することで、より余裕のある日数を設定することが可能となる。   The above-mentioned “remaining usable days” and “desired days” are preferably set in accordance with the use state of the vehicle and the vehicle type. For example, it is considered that a commercial vehicle or the like is used for a long time and the HUD is used for a long time. In particular, in the case of a vehicle such as a sightseeing bus where the driver drives in shifts, the continuous use time of the HUD can be long. Moreover, the use frequency of a vehicle changes with users, and the use time of the vehicle per day differs. For this reason, it is possible to set more days by setting “remaining usable days” and “number of days to be used” according to the use state of the vehicle and the time of the vehicle type.

図13は、上記動作のフローと共に制御部30の動作状態を示した状態遷移図である。この図に示されるように、制御部30は、可変焦点ミラー1を駆動するか、逆分極を行うかの判定ルーティンと、可変焦点ミラー1の駆動ルーティンと、逆分極ルーティンを実行している。   FIG. 13 is a state transition diagram showing the operation state of the control unit 30 together with the flow of the above operation. As shown in this figure, the control unit 30 executes a routine for determining whether to drive the variable focus mirror 1 or reverse polarization, a drive routine for the variable focus mirror 1, and a reverse polarization routine.

まず、判定ルーティンとして、ステップS100では、電源スイッチがオフであるか否かを判定し、肯定判定された場合にステップS110に進んでHUDによる表示を停止する。そして、ステップS120に進み、逆分極ルーティンの実行開始条件を満たすか否かの判定を行う。ここで、逆分極ルーティンの実行開始条件については、後述する可変焦点ミラー1の駆動ルーティンにおいて所定の情報が記憶されているときに、当該開始条件を満たしていると判定される。一方、ステップS100で否定判定された場合には、可変焦点ミラー1の駆動ルーティンに移行する。   First, as a determination routine, in step S100, it is determined whether or not the power switch is off. If an affirmative determination is made, the process proceeds to step S110 to stop the display by HUD. Then, the process proceeds to step S120, and it is determined whether or not a condition for starting execution of the reverse polarization routine is satisfied. Here, the execution start condition for the reverse polarization routine is determined to satisfy the start condition when predetermined information is stored in the drive routine of the variable focus mirror 1 described later. On the other hand, if a negative determination is made in step S100, the routine proceeds to the driving routine for the variable focus mirror 1.

可変焦点ミラー1の駆動ルーティンでは、基本的には、HUDでの表示に応じて、可変焦点ミラー1の駆動が行われ、可変焦点ミラー1が上記した作動を行う。このときに、駆動ルーティンの図中右上に示したように、制御部30において、例えば前回駆動時に設定された第1電圧V1と第2電圧V2に基づいて第1電圧V1および第2電圧V2が交互に繰り返される矩形波状の信号、つまり電圧を発生させることで可変焦点ミラー1を駆動する。そして、可変焦点ミラー1の駆動中のセンサ回路20での曲率の検出結果に基づいて、フィードバック制御により第1電圧V1および第2電圧V1を設定し、可変焦点ミラー1の駆動を続けていく。また、このときの第1電圧V1の変化をRAMなどのメモリにログとして記憶していき、第1閾値Th1および第2閾値Th2を設定する。   In the drive routine of the variable focus mirror 1, basically, the variable focus mirror 1 is driven according to the display on the HUD, and the variable focus mirror 1 performs the above-described operation. At this time, as shown in the upper right in the drawing of the driving routine, the control unit 30 determines the first voltage V1 and the second voltage V2 based on the first voltage V1 and the second voltage V2 set at the time of the previous driving, for example. The varifocal mirror 1 is driven by generating an alternating rectangular wave signal, that is, a voltage. Then, the first voltage V1 and the second voltage V1 are set by feedback control based on the detection result of the curvature of the sensor circuit 20 during driving of the variable focus mirror 1, and the drive of the variable focus mirror 1 is continued. Further, the change in the first voltage V1 at this time is stored as a log in a memory such as a RAM, and the first threshold Th1 and the second threshold Th2 are set.

このような駆動ルーティンにおいて、制御部30は、逆分極の要否判定として、ステップS200に示すように、第1電圧V1が第1閾値Th1よりも低下したか否かを判定している。そして、ステップS200で肯定判定されると、逆分極が必要であることから、ステップS210に進み、その旨の情報を記憶しておく。この情報が、逆分極ルーティンの実行開始条件を満たしたことを示す情報であり、この情報が記憶されていると、上記した判定ルーティンにおけるステップS120において、逆分極ルーティンの実行開始条件を満たしたと判定される。また、ステップS200で否定判定されると、ステップS220に進んで逆分極ルーティンの実行開始条件を満たしたことを示す情報をリセットする。   In such a driving routine, as shown in step S200, the control unit 30 determines whether or not the first voltage V1 is lower than the first threshold value Th1, as the necessity determination of the reverse polarization. If an affirmative determination is made in step S200, since reverse polarization is necessary, the process proceeds to step S210 and information to that effect is stored. This information is information indicating that the reverse polarization routine execution start condition is satisfied. If this information is stored, it is determined in step S120 in the determination routine that the reverse polarization routine execution start condition is satisfied. Is done. If a negative determination is made in step S200, the process proceeds to step S220 to reset information indicating that the reverse polarization routine execution start condition is satisfied.

逆分極ルーティンは、判定ルーティンにおけるステップS120で肯定判定されたとき、すなわち、駆動ルーティンにおいて第1電圧V1が第1閾値Th1より低下し、かつ、判定ルーティンにおいて電源スイッチがオフと判定された際に実行される。   The reverse polarization routine is determined when step S120 in the determination routine is affirmative, that is, when the first voltage V1 falls below the first threshold Th1 in the drive routine and the power switch is determined to be off in the determination routine. Executed.

逆分極ルーティンでは、駆動ルーティンで記憶しておいた第1電圧V1のログに基づいて、可変焦点ミラー1に対する逆分極が行われる。そして、ステップS300に示されるように、逆分極後に可変焦点ミラー1を駆動したときの第1電圧V1が第2閾値Th2に至っているか否かを判定し、至っていたら逆分極を完了するという動作を行っている。   In the reverse polarization routine, reverse polarization is performed on the variable focus mirror 1 based on the log of the first voltage V1 stored in the drive routine. Then, as shown in step S300, it is determined whether or not the first voltage V1 when the variable focus mirror 1 is driven after the reverse polarization has reached the second threshold Th2, and if so, the reverse polarization is completed. Is going.

具体的には、逆分極ルーティンの図中右上に示したように、制御部30が直流電圧が発生させることで可変焦点ミラー1に対する逆分極を行う。そして、所定時間の逆分極が終わると、可変焦点ミラー1を駆動し、センサ回路20での曲率の検出結果に基づいて第1電圧V1をモニタリングしてログに記憶する。さらに、このような所定時間の逆分極と第1電圧V1のモニタリングを複数回繰り返し行った後、ログに記憶された第1電圧V1に基づいて近似曲線を計算し、この近似曲線に基づいて第1電圧V1が第2閾値Th2に至るまでの逆分極の残時間を計算する。そして、残時間分、逆分極を継続して行った後、再び可変焦点ミラー1を駆動し、第1時間V1が第2閾値Th2に至っているか否かが確認され、逆分極が完了したと判定される。   Specifically, as shown in the upper right of the diagram of the reverse polarization routine, the control unit 30 performs reverse polarization on the variable focus mirror 1 by generating a DC voltage. When the reverse polarization for a predetermined time is finished, the varifocal mirror 1 is driven, and the first voltage V1 is monitored and stored in a log based on the detection result of the curvature in the sensor circuit 20. Further, after performing the reverse polarization for the predetermined time and the monitoring of the first voltage V1 a plurality of times, an approximate curve is calculated based on the first voltage V1 stored in the log, and the first curve is calculated based on the approximate curve. The remaining time of reverse polarization until the 1 voltage V1 reaches the second threshold Th2 is calculated. Then, after continuing the reverse polarization for the remaining time, the variable focus mirror 1 is driven again, and it is confirmed whether or not the first time V1 has reached the second threshold Th2, and it is determined that the reverse polarization is completed. Is done.

なお、逆分極中に、ユーザが車両の使用を開始することも考えられる。その場合、逆分極よりも優先してHUDによる表示を行う必要がある。したがって、ステップS310に示すように、割り込み監視として、所定の制御周期ごとに電源スイッチがオフになっているか否かの判定を行っている。そして、電源スイッチがオフのときにのみ逆分極ルーティンが繰り返され、電源スイッチがオンに切り替わった時には、逆分極ルーティンの処理を中止して退出し、可変焦点ミラー1の駆動ルーティンに移行するようになっている。   It is also conceivable that the user starts using the vehicle during reverse polarization. In that case, it is necessary to perform display by HUD in preference to reverse polarization. Therefore, as shown in step S310, it is determined whether or not the power switch is turned off every predetermined control period as interrupt monitoring. Then, the reverse polarization routine is repeated only when the power switch is off, and when the power switch is turned on, the reverse polarization routine is stopped and exited, and the process shifts to the drive routine of the variable focus mirror 1. It has become.

以上説明したように、本実施形態にかかる可変焦点ミラーシステムでは、電源スイッチがオフのときに可変焦点ミラー1の逆分極を実行している。このため、HUDの画像に影響を与えないように逆分極を行うことが可能となる。また、第1電圧V1が第1閾値Th1よりも低下すると逆分極が行われるようにしつつ、逆分極後に、第1電圧V1が第2閾値Th2に至るようにしている。このため、逆分極が高頻度で行われないようにすることが可能となり、圧電材料の寿命低下を抑制することも可能となる。   As described above, in the variable focus mirror system according to the present embodiment, reverse polarization of the variable focus mirror 1 is executed when the power switch is off. For this reason, it is possible to perform reverse polarization without affecting the HUD image. Further, when the first voltage V1 is lower than the first threshold value Th1, reverse polarization is performed, and after the reverse polarization, the first voltage V1 reaches the second threshold value Th2. For this reason, it becomes possible not to perform reverse polarization with high frequency, and it also becomes possible to suppress the lifetime reduction of a piezoelectric material.

また、可変焦点ミラー1の駆動中に第1電圧V1をログに記憶しておき、ログに基づいて第1閾値Th1を設定している。これにより、車両の使用状況や車種などに応じて第1閾値の設定を行うことが可能となる。   Further, the first voltage V1 is stored in a log while the variable focus mirror 1 is being driven, and the first threshold Th1 is set based on the log. As a result, the first threshold value can be set according to the vehicle usage status, vehicle type, and the like.

さらに、所定時間の逆分極を行った後に可変焦点ミラー1を駆動して第1電圧V1のモニタリングおよびログの記憶を行うと共に、ログに基づいて逆分極の残時間の推定を行うようにしている。これにより、逆分極の繰り返し回数を低減しつつ、的確に第1電圧V1が第2閾値Th2に至るようにすることができる。   Further, after performing reverse polarization for a predetermined time, the variable focus mirror 1 is driven to monitor the first voltage V1 and store the log, and to estimate the remaining time of reverse polarization based on the log. . Thereby, the first voltage V1 can accurately reach the second threshold Th2 while reducing the number of repetitions of reverse polarization.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記実施形態では、可変焦点ミラー1を駆動中に第1電圧V1をログに記憶しておき、ログに基づいて第1閾値Th1を設定している。しかしながら、これは第1閾値Th1を車両の使用状況や車種などに応じて設定する場合の例として挙げたのであり、第1閾値Th1を予め決められた一定値としてもよい。   For example, in the above embodiment, the first voltage V1 is stored in a log while the variable focus mirror 1 is being driven, and the first threshold Th1 is set based on the log. However, this is given as an example when the first threshold value Th1 is set according to the use state of the vehicle, the vehicle type, etc., and the first threshold value Th1 may be set to a predetermined constant value.

同様に、上記実施形態では、第2閾値Th2についても第1電圧V1のログに基づいて設定している。しかしながら、これも第2閾値Th2を車両の使用状況や車種などに応じて設定する場合の例として挙げたのであり、第2閾値Th2を予め決められた一定値としてもよい。   Similarly, in the above embodiment, the second threshold Th2 is also set based on the log of the first voltage V1. However, this is also given as an example in the case where the second threshold Th2 is set in accordance with the use status of the vehicle, the vehicle type, etc., and the second threshold Th2 may be set to a predetermined constant value.

また、上記実施形態では、圧電膜の両面に電極を配置して構成されるミラー部12として、下部電極12a、第1圧電膜12b、中間電極12c、第2圧電膜12dおよび上部電極12eが積層された構造を例に挙げている。つまり、第1圧電膜12bの両面に下部電極12aと中間電極12cが配置され、第2圧電膜12dの両面に中間電極12cと上部電極12eが配置されるようにして、圧電膜の両面に電極を配置した構造を2つ重ねた構造としている。しかしながら、これもミラー部12の構造の一例を示したに過ぎない。例えば、単に、圧電膜の両面に電極を配置した構造を1つのみ備えた構造としても良い。   In the above-described embodiment, the lower electrode 12a, the first piezoelectric film 12b, the intermediate electrode 12c, the second piezoelectric film 12d, and the upper electrode 12e are stacked as the mirror part 12 configured by arranging electrodes on both surfaces of the piezoelectric film. An example of such a structure is given. That is, the lower electrode 12a and the intermediate electrode 12c are disposed on both surfaces of the first piezoelectric film 12b, and the intermediate electrode 12c and the upper electrode 12e are disposed on both surfaces of the second piezoelectric film 12d, so that the electrodes are disposed on both surfaces of the piezoelectric film. The structure in which the two are arranged is a two-layer structure. However, this is only an example of the structure of the mirror section 12. For example, a structure having only one structure in which electrodes are arranged on both sides of the piezoelectric film may be used.

1 可変焦点ミラー
12 ミラー部
12a 下部電極
12b 圧電膜
12c 中間電極
12d 圧電膜
12e 上部電極
13 曲率センサ
30 制御部
40 スイッチ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable focus mirror 12 Mirror part 12a Lower electrode 12b Piezoelectric film 12c Intermediate electrode 12d Piezoelectric film 12e Upper electrode 13 Curvature sensor 30 Control part 40 Switch part

Claims (7)

メンブレンを構成する基部(11)と、前記基部の上に形成され、圧電膜(12b、12d)と該圧電膜の両側に配置された電極(12a、12c、12e)とを有し、光ビームを反射させるミラー部(12)と、を備える可変焦点ミラー(1)と、
前記圧電膜の両側に配置される電極間に所定の電圧を印加することにより、前記ミラー部を所定の曲率の球面状に屈曲させる制御部(30)と、
屈曲させられた前記ミラー部の曲率を測定する曲率検出部(13、20)と、を有する車両におけるヘッドアップディスプレイにおける前記可変焦点ミラーの制御を行う可変焦点ミラーシステムであって、
前記制御部は、
前記可変焦点ミラーの駆動時には、第1電圧(V1)と該第1電圧よりも大きな第2電圧(V2)とに交互に切り替わる矩形波状の駆動電圧を前記電極間に印加し、前記第1電圧を印加することで前記ミラー部を第1曲率(R1)で屈曲させるとともに前記第2電圧を印加することで前記ミラー部を第2曲率(R2)で屈曲させつつ、前記曲率検出部での検出結果に基づいて、前記ミラー部の曲率が前記第1曲率となるように前記第1電圧を調整するとともに前記第2曲率となるように前記第2電圧を調整するフィードバック制御を行い、
さらに、前記第1電圧が第1閾値(Th1)より低下すると、前記車両の電源スイッチがオフの際に、逆分極として、前記電極間に前記可変焦点ミラーの駆動時と逆の電界を発生させる直流電圧を印加することで、前記第1電圧が前記第1閾値よりも高い第2閾値(Th2)に至るまで前記圧電膜の配向方向を調整する可変焦点ミラーシステム。
A base (11) constituting the membrane; a piezoelectric film (12b, 12d) formed on the base; and electrodes (12a, 12c, 12e) disposed on both sides of the piezoelectric film; A variable focus mirror (1) comprising a mirror section (12) for reflecting
A control unit (30) for bending the mirror unit into a spherical shape with a predetermined curvature by applying a predetermined voltage between electrodes disposed on both sides of the piezoelectric film;
A variable focus mirror system for controlling the variable focus mirror in a head-up display in a vehicle having a curvature detection unit (13, 20) for measuring the curvature of the bent mirror unit,
The controller is
When driving the varifocal mirror, a rectangular-wave drive voltage that alternately switches between a first voltage (V1) and a second voltage (V2) that is higher than the first voltage is applied between the electrodes, and the first voltage is applied. Is detected by the curvature detection unit while bending the mirror part with the second curvature (R2) by applying the second voltage and bending the mirror part with the first curvature (R1). Based on the result, feedback control is performed to adjust the first voltage so that the curvature of the mirror portion becomes the first curvature and adjust the second voltage so as to become the second curvature,
Further, when the first voltage falls below the first threshold (Th1), an electric field opposite to that during driving of the variable focus mirror is generated between the electrodes as reverse polarization when the vehicle power switch is turned off. A varifocal mirror system that adjusts the orientation direction of the piezoelectric film by applying a DC voltage until the first voltage reaches a second threshold (Th2) that is higher than the first threshold.
前記制御部は、前記可変焦点ミラーの駆動時における前記第1電圧をログとして記憶すると共に、該ログに基づいて前記第1電圧の変化の近似曲線を求め、該近似曲線に基づいて、前記可変焦点ミラーの駆動が行える残りの使用可能期間が設定期間以上となるように前記第1閾値を設定する請求項1に記載の可変焦点ミラーシステム。   The control unit stores the first voltage when the variable focus mirror is driven as a log, obtains an approximate curve of the change in the first voltage based on the log, and determines the variable based on the approximate curve. The variable focus mirror system according to claim 1, wherein the first threshold value is set so that a remaining usable period during which the focus mirror can be driven is equal to or longer than a set period. 前記制御部は、前記設定期間を、前記車両の使用状況もしくは車種に応じて求められる前記残りの使用可能期間に基づいて設定する請求項2に記載の可変焦点ミラーシステム。   The varifocal mirror system according to claim 2, wherein the control unit sets the setting period based on the remaining usable period determined according to a use situation or a vehicle type of the vehicle. 前記制御部は、前記近似曲線に基づいて、前記逆分極によって前記第2閾値に至った前記第1電圧が再び前記可変焦点ミラーの駆動によって前記第1閾値に低下すると想定される期間を求めると共に、該期間が前記逆分極後の前記可変焦点ミラーの使用要求期間以上となるように前記第2閾値を設定する請求項2または3に記載の可変焦点ミラーシステム。   The control unit obtains a period during which it is assumed that the first voltage that has reached the second threshold value due to the reverse polarization decreases to the first threshold value again by driving the variable focus mirror, based on the approximate curve. 4. The variable focus mirror system according to claim 2, wherein the second threshold value is set so that the period is equal to or longer than a use request period of the variable focus mirror after the reverse polarization. 前記制御部は、前記使用要求期間を、前記車両の使用状況もしくは車種に応じて求められる前記残りの使用可能期間に基づいて設定する請求項4に記載の可変焦点ミラーシステム。   The varifocal mirror system according to claim 4, wherein the control unit sets the use request period based on the remaining usable period obtained according to a use state or a vehicle type of the vehicle. 前記制御部は、前記使用要求期間を、前記逆分極と該逆分極後の前記可変焦点ミラーの駆動の繰り返し回数が、前記車両の予想使用年数では前記可変焦点ミラーの耐久限界となる繰り返し回数未満となるように設定する請求項5に記載の可変焦点ミラーシステム。   The control unit is configured such that the usage request period is less than the number of repetitions in which the number of repetitions of the reverse polarization and the driving of the variable focus mirror after the reverse polarization becomes a durability limit of the variable focus mirror in the expected service life of the vehicle. The variable focus mirror system according to claim 5, wherein the variable focus mirror system is set to be 前記制御部は、前記逆分極を所定時間行ったのち前記可変焦点ミラーの駆動を行い、該駆動時に、前記曲率検出部での検出結果に基づいて前記第1電圧をモニタリングすると共に前記第1電圧のログを記憶することを複数回繰り返し、複数回のログに基づいて前記第1電圧が前記第2閾値に至るまでに掛かる前記逆分極の残時間を推定し、該残時間が経過するまで前記逆分極を継続する請求項1ないし4のいずれか1つに記載の可変焦点ミラーシステム。   The control unit drives the variable focus mirror after performing the reverse polarization for a predetermined time, and monitors the first voltage based on a detection result of the curvature detection unit and drives the first voltage during the driving. Storing the log of a plurality of times, estimating the remaining time of the reverse polarization until the first voltage reaches the second threshold based on the plurality of logs, and until the remaining time elapses The variable focus mirror system according to any one of claims 1 to 4, wherein the reverse polarization is continued.
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