JP2019045743A - 光走査装置及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】センサ信号に対する影響を抑制する光走査装置とヘッドアップディスプレイを提供することを目的としている。
【解決手段】光反射面を有するミラーと、駆動信号が供給されると前記ミラーを前記光反射面の中心を通る所定の回転軸回りに揺動させる駆動源と、前記ミラーの前記所定の回転軸方向への回転角度に応じたセンサ信号を出力する圧電センサと、を含む光走査部と、前記センサ信号が入力されるインピーダンス変換回路と、を有し、前記インピーダンス変換回路によりインピーダンス変換された前記センサ信号を出力する、光走査装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置及びヘッドアップディスプレイに関する。
従来から、ミラーを回転軸回りに回転させて光を走査する光走査装置が知られている。このような光走査装置では、圧電アクチュエータに対して駆動信号が供給されて、ミラーが回転軸の回りを回転する。また、この光走査装置では、ミラーの回転角度に応じた振幅の電圧をセンサ信号として出力するセンサが設けられている。
特開２０１６−１１８７２６号公報
上述した光走査装置において、周波数が低いセンサ信号は、微弱な信号となる傾向がある。センサ信号が微弱な信号である場合、光走査装置の後段に設けられる回路の負荷や配線間の電磁誘導による外乱等の影響を受けるため、後段の回路の動作に影響を及ぼす。
開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、センサ信号に対する影響を抑制することを目的としている。
開示の技術は、光反射面を有するミラー（１１２）と、駆動信号が供給されると前記ミラー（１１２）を前記光反射面の中心を通る所定の回転軸回りに揺動させる駆動源（１５０、１７０）と、前記ミラー（１１２）の前記所定の回転軸方向への回転角度に応じたセンサ信号を出力する圧電センサ（１１１）と、を含む光走査部（１１０）と、
前記センサ信号が入力されるインピーダンス変換回路（１２０）と、を有し、
前記インピーダンス変換回路（１２０）によりインピーダンス変換された前記センサ信号を出力する、光走査装置である。
尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
センサ信号に対する影響を抑制できる。
第一の実施形態の光走査装置を説明する図である。 第一の実施形態の光走査装置の分解斜視図である。 光走査部に対するトップハウジングの取り付けを説明する図である。 トップハウジングが光走査部に取り付けられた状態を示す図である。 インピーダンス変換回路基板と接続基板との接続を説明する図である。 ボトムハウジングへの接続基板の取り付けを説明する図である。 トップハウジングに固定された光走査部を示す図である。 光走査部とインピーダンス変換回路基板、コネクタ用基板との接続を示す図である。 光走査部にインピーダンス変換回路基板とコネクタ用基板とが接続された状態を示す図である。 スペーサの取り付けを説明する図である。 トップハウジングとボトムハウジングとの重ね合わせを説明する図である。 外装板の取り付けを説明する図である。 組み立てが完成した光走査装置を示す第一の図である。 組み立てが完成した光走査装置を示す第二の図である。 第一の実施形態の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。 第一の実施形態の光走査部の折り返し部の高さについて説明する図である。 第一の実施形態の光走査装置が搭載されたヘッドアップディスプレイの一例を示す図である。 第二の実施形態の光走査装置を説明する図である。 第二の実施形態の光走査装置の外観を説明する図である。
（第一の実施形態）
以下に、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の光走査装置を説明する図である。
本実施形態の光走査装置１００は、光走査部（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス）１１０と、インピーダンス変換回路１２０と、を有する。
光走査部１１０は、圧電センサ１１１と、アクチュエータ１５０、１７０と、を含む。光走査部１１０において、アクチュエータ１５０、１７０は、外部から供給される駆動信号に応じて駆動し、後述するミラーを水平方向と垂直方向に揺動させる。また、圧電センサ１１１は、ミラーの垂直方向の回転角度に応じたセンサ信号（電圧）を後段のインピーダンス変換回路１２０に出力する。尚、光走査部１１０の詳細は後述する。
インピーダンス変換回路１２０は、ＦＥＴで構成されており、圧電センサ１１１から出力される信号が入力される。また、インピーダンス変換回路１２０の出力は、光走査装置１００の後段の回路に供給される。
このように、本実施形態では、光走査装置１００を、光走査部１１０と、光走査部１１０の後段にインピーダンス変換回路１２０とを有するモジュールとし、インピーダンス変換回路１２０によってインピーダンス変換されたセンサ信号を後段の回路に供給する。
本実施形態では、この構成により、センサ信号に対する光走査装置１００の後段の回路の負荷による影響を抑制できる。後段の回路とは、例えば、センサ信号を用いた処理を行う回路等である。
また、本実施形態の光走査装置１００では、インピーダンス変換回路１２０から出力されるセンサ信号と、光走査部１１０に供給される駆動信号とを分離するような基板の構成とした。このため、本実施形態によれば、センサ信号に対する、配線間の電磁誘導により生じる駆動信号からの外乱による影響を抑制できる。
以下に、本実施形態の光走査装置１００の基板の構成について説明する。図２は、第一の実施形態の光走査装置の分解斜視図である。
本実施形態の光走査装置１００は、光走査部１１０、トップハウジング２０１、インピーダンス変換回路基板２０２、コネクタ用基板２０３、接続基板２０４、ボトムハウジング２０５、外装板２０６、ネジ２０７を含む。
インピーダンス変換回路基板２０２は、高耐湿な材料を用いた基板であり、インピーダンス変換回路１２０が実装されている。高耐湿基板は、例えばエポキシ系の材料を使用した基板などが挙げられる。また、インピーダンス変換回路基板２０２は、コネクタ２１１とケーブル２１２（第一のケーブル）とを有する。
コネクタ２１１は、光走査部１１０の圧電センサ１１１と、インピーダンス変換回路１２０とを接続するためのコネクタである。言い換えれば、コネクタ２１１は、圧電センサ１１１から出力されたセンサ信号を、インピーダンス変換回路１２０へ入力するためのコネクタである。
ケーブル２１２は、インピーダンス変換回路基板２０２を接続基板２０４と接続するためのケーブルである。言い換えれば、ケーブル２１２は、インピーダンス変換回路１２０から出力されるインピーダンス変換後のセンサ信号を、接続基板２０４に出力させるためのケーブルである。
つまり、インピーダンス変換回路基板２０２は、コネクタ２１１とケーブル２１２との間に、インピーダンス変換回路１２０とコネクタ２１１とを接続させるセンサ信号配線と、コネクタ２１１と圧電センサ１１１とを接続させるセンサ信号配線とが形成されたセンサ信号配線基板である。
コネクタ用基板２０３は、コネクタ２１３が実装されている。コネクタ２１３は、光走査部１１０のアクチュエータ１５０、１７０と接続され、アクチュエータ１５０、１７０に駆動信号を供給するためのコネクタである。
また、コネクタ用基板２０３は、ケーブル２１５（第二のケーブル）により、接続基板２０４と接続されている。つまり、コネクタ用基板２０３は、コネクタ２１３をケーブル２１５と接続させる駆動信号配線が形成された駆動信号配線基板である。
このように、本実施形態では、接続基板２０４にインピーダンス変換回路基板２０２とコネクタ用基板２０３を接続することで、センサ信号が伝送される配線と、駆動信号が伝送される配線とを分岐させ、センサ信号と駆動信号とを分離させている。
以下に、図３乃至図１４を参照して、本実施形態の光走査装置１００の組み立てについて説明する。
図３は、光走査部に対するトップハウジングの取り付けを説明する図であり、図４は、トップハウジングが光走査部に取り付けられた状態を示す図である。図３及び図４では、図中Ｚ軸正方向が、光走査装置１００の上面側となる。
本実施形態では、トップハウジング２０１内に、光走査部１１０が嵌め込まれて固定される。本実施形態の光走査部１１０は、例えば、ミラーや圧電センサ１１１、アクチュエータ１５０、１７０等が、封止されたパッケージとして提供される。
図５は、インピーダンス変換回路基板と接続基板との接続を説明する図である。図５（Ａ）は、接続前の状態を示し、図５（Ｂ）は、接続後の状態を示す。
インピーダンス変換回路基板２０２は、コネクタ２１１が実装された面の裏側の面に、コネクタ２１６が実装されている。コネクタ２１６は、インピーダンス変換回路基板２０２に実装されたインピーダンス変換回路１２０の出力と、ケーブル２１２とを接続するためのコネクタである。
インピーダンス変換回路基板２０２は、ケーブル２１２をコネクタ２１６と接続させることで、接続基板２０４と接続される。言い換えれば、インピーダンス変換回路１２０は、ケーブル２１２をコネクタ２１６と接続させることで、インピーダンス変換後のセンサ信号を接続基板２０４へ出力する。
本実施形態では、このように、センサ信号は、インピーダンス変換回路基板２０２からケーブル２１２を介して接続基板２０４へ伝送される。また、接続基板２０４には、ケーブル２１５を介してコネクタ用基板２０３が接続される。したがって、本実施形態では、駆動信号は、接続基板２０４からケーブル２１５を介してコネクタ用基板２０３へ伝送される。
本実施形態では、このように、接続基板２０４から２本のケーブルを用いて、それぞれにインピーダンス変換回路基板２０２とコネクタ用基板２０３とを接続することで、センサ信号配線が形成される基板と、駆動信号配線が形成される基板とを分離する。
尚、光走査部１１０には、圧電センサ１１１（第一の圧電センサ）の他に、ミラーの水平方向（図中Ｘ軸方向）の回転角度を検出するための圧電センサ（第二の圧電センサ）を有している。
本実施形態のインピーダンス変換回路基板２０２では、ミラーの水平方向の回転角度を検出するための圧電センサから出力されるセンサ信号は、インピーダンス変換回路１２０に入力されず、ケーブル２１２を介して接続基板２０４に出力されても良い。水平方向の回転角度を検出するための圧電センサの詳細は後述する。
図６は、ボトムハウジングへの接続基板の取り付けを説明する図である。図６（Ａ）は、接続基板の取り付け前の状態を示しており、図６（Ｂ）は、接続基板の取り付け後の状態を示している。
本実施形態では、接続基板２０４にインピーダンス変換回路基板２０２が接続されると、接続基板２０４がボトムハウジング２０５に嵌め込まれ、ボトムハウジング２０５に固定される。
次に、図７乃至図９を参照して、光走査部１１０と、インピーダンス変換回路基板２０２及びコネクタ用基板２０３との接続について説明する。
図７は、トップハウジングに固定された光走査部を示す図である。図８は、光走査部とインピーダンス変換回路基板、コネクタ用基板との接続を示す図である。図９は、光走査部にインピーダンス変換回路基板とコネクタ用基板とが接続された状態を示す図である。
図７は、図４に示すようにトップハウジング２０１に固定された光走査部１１０を、裏返した状態を示している。したがって、図７では、図中Ｚ軸負方向が光走査装置１００の上面側となり、図中Ｚ軸正方向が光走査装置１００の底面側となる。また、以下の図８乃至図１４でも、図７と同様に、図中Ｚ軸負方向が光走査装置１００の上面側となり、図中Ｚ軸正方向が光走査装置１００の底面側となる。
本実施形態の光走査部１１０は、底面に実装されたコネクタ２２０、２２１を有する。コネクタ２２０は、コネクタ２１１と接続されるものであり、コネクタ２２１は、コネクタ２１３と接続されるものである。
本実施形態では、図８に示すように、コネクタ２１１がコネクタ２２０と接続され、コネクタ２１３がコネクタ２２１と接続されるように、インピーダンス変換回路基板２０２、コネクタ用基板２０３、接続基板２０４が配置される。そして、コネクタ２１１とコネクタ２２０、コネクタ２１３とコネクタ２２１のそれぞれが接続されると、図９に示す状態となる。
本実施形態では、コネクタ２１１とコネクタ２２０とが接続されることで、光走査部１１０の圧電センサ１１１の出力が、インピーダンス変換回路１２０の入力と接続される。言い換えれば、コネクタ２１１とコネクタ２２０とが接続されることで、圧電センサ１１１から出力されるセンサ信号が、インピーダンス変換回路１２０に入力される。
インピーダンス変換回路１２０によってインピーダンス変換されたセンサ信号は、コネクタ２１６、ケーブル２１２を介して接続基板２０４へ伝送される。接続基板２０４は、後述するコネクタ２１７を有しており、接続基板２０４へ伝送されたインピーダンス変換後のセンサ信号は、コネクタ２１７を介して光走査装置１００の外部へ出力されることになる。
また、本実施形態では、コネクタ２１３とコネクタ２２１とが接続されることで、外部から供給される駆動信号が、光走査部１１０のアクチュエータ１５０、１７０に供給される。
図１０は、スペーサの取り付けを説明する図である。図１０（Ａ）は、スペーサの取り付け前の状態を示す図であり、図１０（Ｂ）は、スペーサの取り付け後の状態を示す図である。
本実施形態では、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５とを重ねた状態において、インピーダンス変換回路基板２０２と接続基板２０４との間に空間が生じる場合に、その空間を埋めるためのスペーサ２３０を該当箇所に挿入しても良い。
スペーサ２３０は、図１０（Ｂ）に示すように、接続基板２０４上に配置され、ボトムハウジング２０５に固定されても良い。尚、本実施形態では、スペーサ２３０が挿入されるものとしたが、これに限定されず、スペーサ２３０は挿入されなくても良い。
図１１は、トップハウジングとボトムハウジングとの重ね合わせを説明する図である。図１１（Ａ）は、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５とが重なる前の状態を示す図であり、図１１（Ｂ）は、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５とが重なった状態を示す図である。
本実施形態では、ケーブル２１２、２１５を折り曲げて、ボトムハウジング２０５の上面（図中Ｚ軸正方向）が、トップハウジング２０１の裏面（図中Ｚ軸正方向）に接触するようにして、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５とを重ねる。
ここで、接続基板２０４は、スペーサ２３０が配置された面の裏面に、コネクタ２１７が実装されている。コネクタ２１７は、センサ信号配線と、駆動信号配線とが接続されるものである。
本実施形態では、ケーブル２１２とコネクタ２１７を介して、インピーダンス変換後のセンサ信号が、光走査装置１００の後段の回路へ出力される。また、本実施形態では、ケーブル２１５とコネクタ２１７を介して、外部から供給される駆動信号が、光走査部１１０に供給される。
つまり、コネクタ２１７は、駆動信号の供給を受けるための駆動用端子と、インピーダンス変換回路１２０から出力された信号を光走査装置１００の後段の回路に出力するための出力用端子とを含むコネクタである。
本実施形態では、このようなコネクタ２１７を設けることで、例えば、インピーダンス変換回路１２０が設けられていない既存の光走査装置と同様の実装で光走査装置１００が使用できるようになる。
図１２は、外装板の取り付けを説明する図である。図１２（Ａ）は、外装板２０６の取り付け前の状態を示す図であり、図１２（Ｂ）は、外装板２０６の取り付け後の状態を示す図である。
本実施形態では、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５とを重ね合わせると、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５の外周に沿うように、外装板２０６を取り付ける。尚、本実施形態の外装板２０６は、電磁干渉を抑制することができる金属であれば良い。
外装板２０６は、略Ｌ字形の形状であり、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５を囲うように取り付けられる。そして、トップハウジング２０１、ボトムハウジング２０５、外装板２０６に形成されたネジ孔２１８とネジ２０７によって、トップハウジング２０１とボトムハウジング２０５を外装板２０６にネジ止めする。
図１３は、組み立てが完成した光走査装置を示す第一の図である。図１３に示す光走査装置１００では、コネクタ２１７に後段の回路と駆動回路とを接続することで、光走査部１１０の圧電センサ１１１から出力されるセンサ信号が後段の回路に出力され、光走査部１１０に駆動信号が供給される。
このように、本実施形態の光走査装置１００では、光走査部１１０から出力されるセンサ信号が入力されるインピーダンス変換回路基板２０２と、駆動信号が入力されるコネクタ用基板２０３とを設けることで、センサ信号が駆動信号と同一基板上で伝送されることを防止している。
したがって、本実施形態では、光走査部１１０から出力されるセンサ信号と、光走査部１１０へ供給される駆動信号とを分離することができ、センサ信号に対する、同一基板上における配線間の電磁誘導による影響を抑制できる。
また、本実施形態では、インピーダンス変換回路基板２０２を、高耐湿の材料を用いた基板としている。したがって、本実施形態によれば、高湿度な環境における絶縁抵抗の低下を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、外装板２０６を設けることで、他の回路からの電磁干渉の発生を抑制することができる。
さらに、本実施形態によれば、光走査装置１００の内部にインピーダンス変換回路１２０を含んでいるため、後段の回路において、センサ信号に対する負荷や電磁干渉の影響等を考慮する必要がなく、後段の回路の設計の自由度を向上させることができる。具体的には、例えば、本実施形態によれば、センサ信号が微弱な信号となる傾向にある場合でも、後段の回路に汎用部品を用いたりすることができる。
さらに、本実施形態では、光走査部１１０の近傍にインピーダンス変換回路基板２０２を配置しているため、圧電センサ１１１からインピーダンス変換回路１２０までの間におけるセンサ信号に対する外乱等の影響を抑制することができる。
尚、本実施形態の光走査装置１００は、コネクタ２１７に対してケーブルを取り付けた状態を完成した状態としても良い。
図１４は、組み立てが完成した光走査装置を示す第二の図である。図１４に示す例では、コネクタ２１７に、ケーブル２４０が接続されている。
本実施形態では、このようにケーブル２４０を接続した状態を、光走査装置１００とすることで、後段の回路や駆動回路において、コネクタ２１７と接続させるための部品を設ける必要がなくなり、汎用性を高めることができる。
次に、図１５及び図１６を参照して、本実施形態の光走査部１１０について説明する。図１５は、第一の実施形態の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。図１６は、第一の実施形態の光走査部の折り返し部の高さについて説明する図である。
図１５に示すように、光走査部１１０は、ミラー１１２を揺動させて光源から照射されるレーザ入射光を走査する部分である。光走査部１１０は、例えば圧電素子によりミラー１１２を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等である。
光走査部１１０は、ミラー１１２と、ミラー支持部１１４と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。
第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１２を上下または左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータであり、図１に示したアクチュエータ１５０、１７０に想到する。言い換えれば、アクチュエータ１５０、１７０は、ミラー１１２を所定の軸回りに揺動させる駆動源である。
光走査部１１０において、可動枠接続部Ａ１１は、可動枠１６０と第二の駆動梁１７０Ａとが接続される部分である。また、固定枠接続部Ａ１２は、固定枠１８０と第二の駆動梁１７０Ａとが接続される部分である。可動枠接続部Ａ１１は、ミラー１１２の光反射面の中心Ｃを通る軸（以下「垂直回転軸Ｖ」ともいう。）に対して、固定枠接続部Ａ１２が配置させる側とは、略反対側に配置されている。
可動枠接続部Ａ１３は、可動枠１６０と第二の駆動梁１７０Ｂとが接続される部分である。固定枠接続部Ａ１４は、固定枠１８０と第二の駆動梁１７０Ｂとが接続される部分である。可動枠接続部Ａ１３は、垂直回転軸Ｖに対して、固定枠接続部Ａ１４が配置される側とは、略反対側に配置されている。
尚、可動枠接続部Ａ１１、Ａ１３は、その端部が垂直回転軸Ｖを含むようにして、垂直回転軸Ｖに対して固定枠接続部Ａ１２、Ａ１４が配置される側とは反対側に配置されていてもよい。
第二の駆動梁１７０Ａと第二の駆動梁１７０Ｂとは、ミラー１１２の光反射面の中心Ｃを通り垂直回転軸Ｖに垂直な直線（以下「水平回転軸Ｈ」という。）を対称軸とする線対称の配置関係になっている。
ミラー支持部１１４には、ミラー１１２の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。スリット１２２により、ミラー支持部１１４を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１２へ伝達することができる。
光走査部１１０において、ミラー支持部１１４の上面にミラー１１２が支持され、ミラー支持部１１４は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１１４を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１１４に支持されたミラー１１２が揺動し、ミラー１１２に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。
第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１１４及びミラー１１２は、可動枠１６０によって外側から支持されている。第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの一方の側が支持されている。第一の駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第一の駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。
第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１２及びミラー支持部１１４を挟むように、対をなして設けられている。第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面の圧電素子の薄膜（以下「圧電薄膜」ともいう。）の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。
このため、第一の駆動梁１５０Ａと第一の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１２の左側と右側で第一の駆動梁１５０Ａと第一の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸または回転軸として、ミラー１１２を軸周りに揺動させることができる。ミラー１１２が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１２を揺動駆動することができる。
また、可動枠１６０の外部には、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が、それぞれ連結梁１７２Ａ、１７２Ｂを介して可動枠接続部Ａ１１、Ａ１３において連結されている。第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。そして、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を両側から支持すると共に、垂直回転軸Ｖ周りに揺動させる。そして、第二の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠接続部Ａ１２において固定枠１８０の内側に連結されている。また、第二の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠接続部Ａ１４において固定枠１８０の内側に連結されている。
このように、光走査部１１０では、可動枠１６０と第二の駆動梁１７０Ａとが接続される可動枠接続部Ａ１１は、垂直回転軸Ｖに対して、固定枠１８０と第二の駆動梁１７０Ａとが接続される固定枠接続部Ａ１２が配置される側とは、略反対側に配置されている。
また、光走査部１１０では、可動枠１６０と第二の駆動梁１７０Ｂとが接続される可動枠接続部Ａ１３は、垂直回転軸Ｖに対して、固定枠１８０と第二の駆動梁１７０Ｂとが接続される固定枠接続部Ａ１４が配置される側とは、略反対側に配置されている。
また、可動枠接続部Ａ１１、Ａ１３は、その端部が垂直回転軸Ｖを含むようにして、垂直回転軸Ｖに対して固定枠接続部Ａ１２、Ａ１４が配置される側とは反対側に配置されていてもよい。さらに、第二の駆動梁１７０Ａと第二の駆動梁１７０Ｂとは、水平回転軸Ｈを対称軸とする線対称の配置関係になっている。
本実施形態の光走査部１１０は、図１５及び図１６に示すように、第二の駆動梁１７０Ａは、水平回転軸Ｈに垂直な方向（第一の駆動梁１５０Ａと平行な方向）に延在する複数の矩形状の垂直梁、及び隣接する垂直梁の端部同士を連結する折り返し部を備え、全体としてジグザグ状の形状である。
例えば、第一の駆動梁１５０Ａ側から数えて１番目の垂直梁の端部と２番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ１により連結されている。また、２番目の垂直梁の端部と３番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ２により連結されている。また、３番目の垂直梁の端部と４番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ３により連結されている。また、４番目の垂直梁の端部と５番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ４により連結されている。また、５番目の垂直梁の端部と６番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ５により連結されている。尚、図１６では、各折り返し部を、便宜上、梨地模様で示している。
第二の駆動梁１７０Ｂも同様に、水平回転軸Ｈに垂直な方向（第一の駆動梁１５０Ｂと平行な方向）に延在する複数の矩形状の垂直梁、及び隣接する垂直梁の端部同士を連結する折り返し部を備え、全体としてジグザグ状の形状である。
例えば、第一の駆動梁１５０Ｂ側から数えて１番目の垂直梁の端部と２番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ１により連結されている。また、２番目の垂直梁の端部と３番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ２により連結されている。また、３番目の垂直梁の端部と４番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ３により連結されている。また、４番目の垂直梁の端部と５番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ４により連結されている。また、５番目の垂直梁の端部と６番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ５により連結されている。
折り返し部１７１Ｘ１、１７１Ｘ２、１７１Ｘ３、１７１Ｘ４、及び１７１Ｘ５の高さは、各々Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３、Ｈ１４、及びＨ１５とされている。又、折り返し部１７１Ｙ１、１７１Ｙ２、１７１Ｙ３、１７１Ｙ４、及び１７１Ｙ５の高さは、各々Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３、Ｈ２４、及びＨ２５とされている。なお、折り返し部の高さとは、水平回転軸Ｈに平行な方向（垂直回転軸Ｖに垂直な方向）の最大長さである。
また、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である垂直梁ごとに駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第二の駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１７１Ｂは、第二の駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。
第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、垂直梁ごとに隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する垂直梁を上下反対方向に反らせ、各垂直梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１２を揺動させる。例えば第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。
例えば、駆動源１７１Ａは、可動枠１６０側から右側に向かって並ぶ駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２、１７１Ａ３、１７１Ａ４、１７１Ａ５及び１７１Ａ６を含むものとする。また、駆動源１７１Ｂは、可動枠１６０側から左側に向かって並ぶ駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２、１７１Ｂ３、１７１Ｂ４、１７１Ｂ５及び１７１Ｂ６を含むものとする。この場合、駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１、１７１Ａ３、１７１Ｂ３、１７１Ａ５、１７１Ｂ５を同波形、駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２、１７１Ａ４、１７１Ｂ４、１７１Ａ６及び１７１Ｂ６を前者と位相の異なる同波形で駆動することで、ミラー１１２を垂直方向へ遥動できる。
駆動源１５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。
また、光走査部１１０は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１２が水平方向に遥動している状態におけるミラー１１２の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして圧電センサ１１３Ａ、１１３Ｂを有する。圧電センサ１１３Ａは連結梁１４０Ａに設けられ、圧電センサ１１３Ｂは連結梁１４０Ｂに設けられている。
また、光走査部１１０は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１２が垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１２の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして圧電センサ１１１Ａ、１１１Ｂを有する。圧電センサ１１１Ａ、１１１Ｂは、図１に示す圧電センサ１１１である。したがって、本実施形態では、圧電センサ１１１Ａ、１１１Ｂ（第一の圧電センサ）から出力されるセンサ信号（第一のセンサ信号）がインピーダンス変換回路１２０に入力され、圧電センサ１１３Ａ、１１３Ｂ（第二の圧電センサ）から出力されるセンサ信号（第二のセンサ信号）は、インピーダンス変換回路１２０を介さずにコネクタ２１７から出力される。
圧電センサ１１１Ａは第二の駆動梁１７０Ａの有する垂直梁の一つに設けられており、圧電センサ１１１Ｂは第二の駆動梁１７０Ｂの有する垂直梁の一つに設けられている。
圧電センサ１１３Ａは、ミラー１１２の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ａから伝達される連結梁１４０Ａの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１１３Ｂは、ミラー１１２の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１１１Ａは、ミラー１１２の垂直方向の傾き具合に伴い、第二の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１１１Ａが設けられた垂直梁の変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１１１Ｂは、ミラー１１２の垂直方向の傾き具合に伴い、第二の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１１１Ｂが設けられた垂直梁の変位に対応する電流値を出力する。
圧電センサ１１３Ａ、１１３Ｂ、１１１Ａ、１１１Ｂは、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。したがって、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。
圧電センサ１１３Ａの上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１１１Ａの上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１１３Ｂの上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１１１Ｂの上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。
したがって、本実施形態では、端子群１９０Ａ、１９０Ｂのうち、圧電センサ１１１Ａ、１１１Ｂから引き出されたセンサ信号配線と接続された端子をインピーダンス変換回路１２０の入力と接続すれば良い。また、本実施形態では、端子群１９０Ａ、１９０Ｂのうち、圧電センサ１１３Ａ、１１３Ｂから引き出されたセンサ配線と接続された端子をケーブル２１２と接続すれば良い。
次に、図１７を参照して、本実施形態の光走査装置１００が搭載されたヘッドアップディスプレイについて説明する。
図１７は、第一の実施形態の光走査装置が搭載されたヘッドアップディスプレイの一例を示す図である。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ１は、例えば、車両の運転席前方のダッシュボード内に埋設される。そして、ヘッドアップディスプレイ１は、スクリーン２０に投影された各種情報（例えば、速度計、経路案内等）の表示画像を、車両のフロントウインドウに表示させることにより、この表示画像をドライバに視認させることが可能である。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ１は、光走査装置１００に加え、システムコントローラ１１、レーザ駆動回路１２、光源部１３、減光フィルタ１４、光学系１５、光センサ１６、駆動回路１７、バッファ１８を有する。
システムコントローラ１１は、駆動回路１７に角度制御信号を供給する。駆動回路１７は、システムコントローラ１１からの角度制御信号に基づいて、アクチュエータ１５０、１７０に駆動信号を供給し、ミラー１１２を水平及び垂直駆動させる。
尚、駆動回路１７と、アクチュエータ１５０、１７０とは、コネクタ２１７と、ケーブル２１５と、コネクタ２１３とを介して接続される。つまり、アクチュエータ１５０、１７０に供給される駆動信号は、ケーブル２１５に形成された駆動配線信号線Ｓ１を介して光走査部１１０に供給される。
また、システムコントローラ１１は、光走査装置１００から出力されるセンサ信号に基づき、ミラー１１２の駆動を制御する。
光走査装置１００から出力されるセンサ信号は、バッファ１８に対して出力され、バッファ１８によって増幅されて、システムコントローラ１１に供給される。
より具体的には、光走査装置１００のインピーダンス変換回路１２０から出力されるセンサ信号は、バッファ１８の有するアンプ１８Ａに供給されて増幅された後に、システムコントローラ１１に供給される。また、光走査装置１００の圧電センサ１１３から出力されるセンサ信号は、バッファ１８の有するチャージアンプ１８Ｂに供給されて増幅された後に、システムコントローラ１１に供給される。
このとき、インピーダンス変換回路１２０及び圧電センサ１１３と、バッファ１８とは、コネクタ２１７と、ケーブル２１２と、コネクタ２１１とを介して接続される。つまり、インピーダンス変換回路１２０からバッファ１８に出力されるセンサ信号は、ケーブル２１２に形成されたセンサ信号配線Ｓ２を介して出力される。また。圧電センサ１１３からバッファ１８に出力されるセンサ信号は、ケーブル２１２に形成されたセンサ信号配線Ｓ３を介して出力される。
光走査装置１００において、インピーダンス変換回路１２０からバッファ１８に出力されるセンサ信号は、圧電センサ１１１（第一の圧電センサ）から出力される垂直方向の回転角度に応じたセンサ信号（第一のセンサ信号）である。また、光走査装置１００において、インピーダンス変換回路１２０を介さずにバッファ１８に出力されるセンサ信号は、圧電センサ１１３から出力される水平方向の回転角度に応じたセンサ信号である。
このように、本実施形態の光走査装置１００では、インピーダンス変換回路１２０によってインピーダンス変換された後のセンサ信号を、垂直方向の回転角度に応じたセンサ信号としてバッファ１８に出力する。
また、本実施形態では、駆動信号を光走査装置１００に供給する駆動信号配線Ｓ１と、光走査装置１００からセンサ信号を出力するセンサ信号配線Ｓ２、Ｓ３と、を、異なるケーブル上に形成し、分離している。
したがって、本実施形態では、圧電センサ１１１から出力されるセンサ信号が微弱な信号であっても、光走査装置１００の後段に設けられる回路の負荷の影響、湿度等の環境条件による影響、配線間の電磁誘導による外乱の影響等を抑制できる。このため、本実施形態のヘッドアップディスプレイ１では、光走査装置１００の後段のバッファ１８のアンプ１８Ａ等に、汎用部品を用いることができる。
また、システムコントローラ１１は、ディジタルの映像信号をレーザ駆動回路１２に供給する。レーザ駆動回路１２は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、光源部１３のレーザ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに駆動電流を供給し、レーザ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂからレーザ光を出射させる。
レーザ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、システムコントローラ１１から供給された駆動電流に基づいて、レーザ光を出射する。レーザ１３Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射する。レーザ１３Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射する。レーザ１３Ｂは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射する。レーザ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂから出射された各波長の光は、ダイクロイックミラー等により合成され、減光フィルタ１４により所定の光量に減光されて、光走査部１１０のミラー１１２に入射される。
ミラー１１２に入射されたレーザ光は、ミラー１１２の水平及び垂直駆動によって、その反射方向が変更され、さらに光学系１５よって繰り返し反射された後、スクリーン２０に照射される。
光センサ１６は、スクリーン２０上に設けられており、レーザ光の水平走査の往路および復路のそれぞれにおいて、光センサ１６に照射されたレーザ光を検出し、レーザ光の検出をシステムコントローラ１１に通知する。システムコントローラ１１は、光センサ１６からの通知に応じて、水平走査方向の位相ずれや振れ角変動等を補償しても良い。
尚、本実施形態では、インピーダンス変換回路１２０には、垂直方向の回転角度に応じたセンサ信号が入力されるものとしたが、これに限定されない。
本実施形態の光走査装置１００では、光走査部１１０において、第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ（水平アクチュエータ）を、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの構造（垂直アクチュエータ）に置き換え、第一の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第二の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂともに、折り返し構造を採用して非共振駆動としても良い。
この場合、圧電センサ１１１（垂直センサ）から出力されるセンサ信号と、圧電センサ１１３（水平センサ）から出力されるセンサ信号の両方を、インピーダンス変換回路１２０に出力してインピーダンス変換し、その後にバッファ１８に供給しても良い。
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、光走査部１１０と、インピーダンス変換回路１２０とが一体化されている点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
図１８は、第二の実施形態の光走査装置を説明する図である。本実施形態の光走査装置１００Ａは、圧電センサ１１１と、アクチュエータ１５０、１７０と、インピーダンス変換回路１２０とが一体化されている。より具体的には、本実施形態の光走査装置１００Ａは、第一の実施形態の光走査部１１０の内部に、インピーダンス変換回路１２０を設け、セラミックパッケージにより封止した構成である。
図１９は、第二の実施形態の光走査装置の外観を説明する図である。図１９（Ａ）は、光走査装置１００Ａの上面図であり、図１９（Ｂ）は、光走査装置１００Ａの正面図であり、図１９（Ｃ）は、光走査装置１００Ａの底面図である。
本実施形態の光走査装置１００Ａは、コネクタ２１７Ａと、コネクタ２１９と、を有する。また、光走査装置１００Ａは、セラミックパッケージ内に、圧電センサ１１１から出力されるセンサ信号が入力されるインピーダンス変換回路１２０が設けられている。
コネクタ２１７Ａは、インピーダンス変換回路１２０によってインピーダンス変換された圧電センサ１１１のセンサ信号と、インピーダンス変換回路１２０を介さずに圧電センサ１１３から出力されるセンサ信号と、を後段の回路に出力するためのものである。
コネクタ２１９は、光走査装置１００Ａの外部の駆動回路と接続され、アクチュエータ１５０、１７０に駆動信号を供給するためのものである。
このように、本実施形態では、センサ信号が出力されるコネクタと、駆動信号が供給されるコネクタとを別に設け、センサ信号と駆動信号とを分離する構成とした。
また、本実施形態の光走査装置１００Ａでは、インピーダンス変換回路１２０と光走査部１１０とを、セラミックパッケージで封止して一体化させたため、センサ信号に対する外部からの電磁干渉の影響を抑制できる。さらに、本実施形態によれば、絶縁抵抗の低下を防止できる。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
１ ヘッドアップディスプレイ
１００、１００Ａ 光走査装置
１１０ 光走査部
１１１ 圧電センサ
１２０ インピーダンス変換回路
１５０、１７０ アクチュエータ
２０２ インピーダンス変換回路基板
２０３ コネクタ用基板
２０４ 接続基板
２１２、２１５ ケーブル

Claims (8)

  1. 光反射面を有するミラーと、駆動信号が供給されると前記ミラーを前記光反射面の中心を通る所定の回転軸回りに揺動させる駆動源と、前記ミラーの前記所定の回転軸方向への回転角度に応じたセンサ信号を出力する圧電センサと、を含む光走査部と、
    前記センサ信号が入力されるインピーダンス変換回路と、を有し、
    前記インピーダンス変換回路によりインピーダンス変換された前記センサ信号を出力する、光走査装置。
  2. 前記圧電センサは、
    前記光反射面の中心を通る垂直回転軸方向の回転角度に応じた第一のセンサ信号を出力する第一の圧電センサと、
    前記光反射面の中心を通る水平回転軸方向の回転角度に応じた第二のセンサ信号を出力する第二の圧電センサと、を含み、
    前記インピーダンス変換回路に入力される前記センサ信号は、前記第一のセンサ信号である、請求項１記載の光走査装置。
  3. 前記圧電センサは、
    前記光反射面の中心を通る垂直回転軸方向の回転角度に応じた第一のセンサ信号を出力する第一の圧電センサと、
    前記光反射面の中心を通る水平回転軸方向の回転角度に応じた第二のセンサ信号を出力する第二の圧電センサと、を含み、
    前記第一のセンサ信号及び前記第二のセンサ信号が前記インピーダンス変換回路に入力される、請求項１記載の光走査装置。
  4. 前記インピーダンス変換回路と、前記センサ信号を前記インピーダンス変換回路に入力させるセンサ信号配線と、が形成されたセンサ信号配線基板と、
    前記駆動源へ前記駆動信号を供給するための駆動信号配線が形成された駆動信号配線基板と、
    を有する請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
  5. 前記インピーダンス変換された前記センサ信号を出力するための出力用端子と、前記駆動信号が入力される駆動用端子と、を含むコネクタを有し、前記センサ信号配線基板及び前記駆動信号配線基板と、前記光走査部と、の間に接続される接続基板と、
    前記出力用端子と、前記センサ信号配線と、を接続する第一のケーブルと、
    前記駆動用端子と、前記駆動信号配線と、を接続する第二のケーブルと、を有する請求項４記載の光走査装置。
  6. 前記インピーダンス変換回路は、前記光走査部の近傍に配置される、請求項４又は５記載の光走査装置。
  7. 前記光走査部と、前記インピーダンス変換回路とを、一体化させて封止した請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
  8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載された光走査装置を有するヘッドアップディスプレイ。
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